一种智能开关以及双控开关的制作方法

本申请涉及电路技术领域，具体涉及一种智能开关以及双控开关。

背景技术：

目前灯具开关的布线方式是一根火线经过机械开关连接到灯具上，灯具的另一个连接线连接到零线上，考虑到目前开关现场基本上都是单火线布线方式，而且对于一些应用场景，为实现方便，基本会在不同的地点装有2个或3个的开关来控制同一灯具；目前智能开关的供电方式主要包括零火线供电的智能开关和单火线供电的智能开关，控制方式上主要以单控为主，目前实现双控或多控的方式有以下几种：

用一个主控开关连接灯具，辅助开关以无线通信的方式将对灯具的控制指令同步到主控开关上，主控开关执行开关灯具的动作；这种方式依赖本地无线网络信号，网络信号的稳定性决定了本地双控开关的流畅程度，可能会出现对辅助开关进行操作后，灯具延时动作或不动作。

用一个主控开关连接灯具，辅助开关通过电源信号线连接到主控开关上，对辅助开关进行操作时会有控制信号通过电源信号线传输到主控开关上，主控开关检测到该控制信号后，执行对灯具的开关动作；该方式在现场安装时，需要安装人员有一定的电力专业能力，能准确分辨出灯具线、火线及控制线，尤其是对将机械双控开关替换成智能开关的现场操作要求更高。

在传统机械开关的双控线路上将一个机械开关或2个机械开关替换成智能双控开关，该智能双控开关是零火线供电的智能开关；该方式的安装要求较低，可直接替换机械开关，但每个智能开关都需要加一根零线，而目前开关现场走线都缺少零线，所以需要在布线前预留零线，限制了智能开关的使用场景。

技术实现要素：

本申请提供一种智能开关以及双控开关，能够在外部设备工作与不工作时，分别利用不同的供电电源进行供电，实现开关的智能化。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：提供一种智能开关，该智能开关包括：控制电路、第一供电电源、开关元件以及第二供电电源，控制电路用于接收开关信号，并生成相应的开关控制信号；第一供电电源与火线以及控制电路连接，用于接收电源电压，并在外部设备处于工作状态时为控制电路与外部设备供电；开关元件与第一供电电源、外部设备以及控制电路连接，用于在接收到控制电路发送的开关控制信号后，切换与外部设备的连接状态，以使得第一供电电源与外部设备之间的通路关闭/导通；第二供电电源与火线、控制电路、开关元件以及外部设备连接，用于接收电源电压，并在外部设备处于非工作状态时为控制电路与开关元件供电；其中，开关元件包括静触点、第一动触点以及第二动触点，静触点与第一供电电源连接，第一动触点/第二动触点与外部设备连接。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种双控开关，该双控开关包括：互相连接的第一开关与第二开关，第一开关为上述的智能开关，第二开关用于在被操作时进行闭合或开启。

通过上述方案，本申请的有益效果是：该智能开关包括控制电路、开关元件、第一供电电源以及第二供电电源，在控制电路接收到开启信号时，可输出开启控制信号至开关元件，使得第一供电电源与外部设备之间的通路导通，此时外部设备处于工作状态，由第一供电电源为电路供电；在控制电路接收到关闭信号时，可输出关闭控制信号至开关元件，使得第一供电电源与外部设备之间的通路关闭，此时外部设备处于非工作状态，由第二供电电源为电路供供电，能够在外部设备处于工作状态与非工作状态时，分别利用不同的供电电源进行供电，且控制电路可根据接收到的开关信号，对开关元件进行控制，实现开关的智能化。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本申请提供的智能开关一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的智能开关另一实施例的结构示意图；

图3是图2所示的实施例中第一供电电源、控制电路以及开关元件的结构示意图；

图4是图2所示的实施例中第二供电电源的结构示意图；

图5是图2所示的实施例中按键检测电路的结构示意图；

图6是图2所示的实施例中工作检测电路的结构示意图；

图7是本申请提供的双控开关一实施例的结构示意图；

图8是图7所示的实施例中第一开关与第二开关的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1是本申请提供的智能开关一实施例的结构示意图，智能开关10包括：控制电路11、第一供电电源12、开关元件13以及第二供电电源14。

控制电路11用于接收开关信号，并生成相应的开关控制信号；具体地，开关信号可以是用户通过终端设备下发的指令或用户对智能开关10进行操作而产生的信号，比如，用户按下智能开关10上的按键；开关信号包括开启信号与关闭信号，开关控制信号包括与开启信号对应的开启控制信号以及与关闭信号对应的关闭控制信号。

在一具体的实施例中，控制电路11可以是具有无线通信功能的控制模块，例如，wifi、紫蜂(zigbee)、蓝牙或433等无线通信模块；控制电路11可通过无线通信技术与终端设备进行开关状态同步，并执行开关信号。

第一供电电源12与火线l以及控制电路11连接，其用于接收电源电压，并在外部设备20处于工作状态时为控制电路11与外部设备20供电；具体地，该电源电压为交流电压，外部设备20还与零线n连接，外部设备20可以为灯具，比如，发光二极管(led，lightemittingdiode)，第一供电电源12可在开灯状态下提供运行和执行动作需要的电源，其可以是以金属氧化物半导体管(mos，metaloxidesemiconductor)、运算放大器以及外围电路组成的单火线取电电路，在灯具打开的情况下，能够输出一个稳定的电压。

开关元件13与控制电路11、第一供电电源12以及外部设备20连接，其用于在接收到控制电路11发送的开关控制信号后，切换与外部设备20的连接状态，以使得第一供电电源12与外部设备20之间的通路关闭/导通；具体地，开关元件13在接收到控制电路11发送的关闭控制信号后，切换与外部设备20的连接状态，使得第一供电电源12与外部设备20之间的通路关闭；并在接收到开启控制信号后，切换与外部设备20的连接状态，使得第一供电电源12与外部设备20之间的通路导通。

在一具体的实施例中，开关元件13包括静触点、第一动触点l1以及第二动触点l2，在任何时刻，只有一个动触点(包括第一动触点l1或第二动触点l2)可与静触点连接，静触点与控制电路11以及第一供电电源12连接，第一动触点l1/第二动触点l2与外部设备20连接，开关元件13可以包括至少一个磁保持继电器。

进一步地，当默认动触点与第一动触点l1连接时，如果开关元件13接收到开启控制信号，则动触点与第二动触点l2连接，使得第一供电电源12与外部设备20之间的通路导通，外部设备20进入工作状态，此时第一动触点l1悬空；当默认动触点与第二动触点l2连接时，如果开关元件13接收到开启控制信号，则动触点与第一动触点l1连接，使得第一供电电源12与外部设备20之间的通路导通，外部设备20进入工作状态，此时第二动触点l2悬空。

第二供电电源14与火线l、控制电路11、开关元件13以及外部设备20连接，其用于接收电源电压，并在外部设备20处于非工作状态时为控制电路11与开关元件13供电；具体地，第二供电电源14可在外部设备20处于非工作状态时提供运行和执行动作需要的电源。

本实施例提供了一种智能开关10，智能开关10包括控制电路11、第一供电电源12、开关元件13以及第二供电电源14，在控制电路11接收到开启信号时，可输出开启控制信号至开关元件13，使得静触点能够连接与外部设备20连接的动触点，从而导通第一供电电源12与外部设备20之间的通路，使得外部设备20处于工作状态，此时由第一供电电源12进行供电；在控制电路11接收到关闭信号时，可输出关闭控制信号至开关元件13，使得静触点能够连接不与外部设备20连接的动触点，从而关闭第一供电电源12与外部设备20之间的通路，使得外部设备20处于非工作状态，此时由第二供电电源14进行供电；本实施例在外部设备20处于工作状态与非工作状态时，分别利用不同的供电电源进行供电，且控制电路11可根据接收到的开关信号，对开关元件13进行控制，实现开关的智能化。

请参阅图2至图6，图2是本申请提供的智能开关另一实施例的结构示意图，智能开关包括：控制电路11、第一供电电源12、开关元件13、第二供电电源14、按键检测电路15、工作检测电路121以及指示灯17。

按键检测电路15与控制电路11连接，其包括按键151，用于检测按键151是否被按下，并输出按键状态信号至控制电路11，以使得控制电路11控制开关元件13切换；具体地，轻触按键151的动作信号可转换成高低电平信号发送到控制电路11，控制电路11可通过监测按键检测电路15反馈的按键状态信号，输出控制开关元件13的开关控制信号，从而控制开关元件13的动作，并可将开关的状态同步到终端设备。

第一供电电源12包括：开关电路121、直流转换电路122、稳压电路123以运算放大电路124。

开关电路121与火线l连接，其用于将电源电压转换为第一电压vin1，并将第一电压vin1转换为第二电压vin2。

在一具体的实施例中，如图3所示，开关电路121包括第一二极管d1、第二二极管d2、第一晶体管q1、第一电阻r1、第三电容c3、第四电容c4以及第四二极管d4，第一二极管d1分别与火线l以及第二二极管d2连接，第一晶体管q1分别与火线l、第二二极管d2以及运算放大电路123的输出端连接；具体地，第一二极管d1可以为第一晶体管q1的体二极管，第一二极管d1的正极与火线l连接，第一二极管d1的负极与第二二极管d2的正极连接，第二二极管d2的负极与运算放大电路124连接，第一晶体管q1可以为n型mos管，第一晶体管q1的源极与第一二极管d1的正极连接，第一晶体管q1的漏极与第一二极管d1的负极连接，第一晶体管q1的栅极通过第一电阻r1与运算放大电路124的输出端连接；第三电容c3的正极与第二二极管d2的负极连接，第三电容c3的负极接地；第四电容c4的正极与运算放大电路124连接，第四电容c4的负极接地；第四二极管d4的正极与第二二极管d2的负极连接。

直流转换电路122与开关电路121连接，其用于将第一电压vin1转换为第三电压vin3，以为控制电路11与开关元件13供电，即第一供电电源12输出的稳定的电压经过直流转换电路122稳压后，输出可供开关正常运行的直流工作电压，该第三电压vin3可以为5.2v。

稳压电路123通过直流转换电路122与开关电路121连接，其用于将第二电压vin2转换为第四电压vin4，该第四电压vin4可以为2.1v。

运算放大电路124与开关电路121以及稳压电路123连接，其用于接收第四电压vin4，并输出控制信号至开关电路121。

进一步地，如图3所示，运算放大电路124包括运算放大器1241与第一电容c1、第二电阻r2、第三电阻r3、稳压二极管z以及第三晶体管q3，运算放大器1241的电源端vcc与第四电容c4的正极连接，以接收第二电压vin2，运算放大器1241的接地端gnd接地，运算放大器1241的同相输入端in+与第一电容c1的正极连接，运算放大器1241的反相输入端in-通过第二电阻r2与稳压电路123的out管脚连接，且通过第三电阻r3与第三晶体管q3的漏极连接；第三晶体管q3的栅极与运算放大器1241的输出端out连接，第三晶体管q3的源极接地；第一电容c1的负极接地；稳压二极管z与第一电容c1的正极以及第二二极管d2的负极连接。

直流转换电路122包括直流转换芯片1221，直流转换芯片1221的in管脚与第四二极管d4的负极连接，直流转换芯片1221的bs管脚可输出转换后的电压。

稳压电路123包括稳压芯片1231，稳压芯片1231可以为低压差线性稳压器(ldo，lowdropoutregulator)，稳压芯片1231的in管脚与第四二极管d4的负极连接，稳压芯片1231的out管脚与第二电阻r2连接，稳压芯片1231的gnd管脚接地。

当电源电压大于第一电压阈值时，电源电压经过第一二极管d1与开关元件13到达外部设备20，直流转换电路122、稳压电路123以及运算放大电路124处于非工作状态，该第一电压阈值可以为0；当电源电压小于或等于第一电压阈值时，第一二极管d1处于截止状态，稳压电路123输出稳定的第四电压vin4，并将第四电压vin4输入至运算放大器1241的反相输入端in-，第四电压vin4可以为2.1v；当第一电压vin1上升至大于第二电压阈值时，第一电容c1上的电压大于第四电压vin4，运算放大器1241输出高电平的控制信号，第一晶体管q1导通，第二二极管d2处于截止状态，第二电压阈值可以为12.1v；当第一电容c1上的电压下降至小于运算放大器1241的反相输入端in-的电压时，运算放大器1241输出低电平的控制信号，第一晶体管q1处于截止状态。

继续参阅图2，第二供电电源14包括：整流电路141与变压电路142，火线l、第一动触点l1或第二动触点l2上的交流电压经过整流电路141与变压电路142后，变成可供开关正常运行的直流工作电压。

进一步地，整流电路141用于对电源电压进行整流；变压电路142与整流电路141连接，其用于对整流电路141输出的交流信号进行交直转换，得到第二电压vin2，以在外部设备20处于非工作状态时为开关元件13与控制电路11供电。

在一具体的实施例中，如图4所示，整流电路141包括第四电阻r4、第五电阻r5、第五二极管d5以及第六二极管d6，变压电路142包括变压器1421、第二电容c2、第五电容c5、第三二极管d3、第七二极管d7、第八二极管d8以及交直转换电路1422，第二电容c2与变压器1421、整流电路141以及火线l连接，变压器1421与整流电路141、第七二极管d7以及交直转换电路1422连接，交直转换电路1422与第三二极管d3连接；具体地，交直转换电路1422包括交直转换电芯片14221，交直转换电芯片14221的d管脚与变压器1421连接，交直转换电芯片14221的gnd管脚接地，交直转换电芯片14221的vcc管脚与第八二极管d8的负极连接；第五二极管d5的正极通过第四电阻r4与第一动触点l1连接，第六二极管d6的正极通过第五电阻r5与第二动触点l2连接；第二电容c2的正极与第五二极管d5的负极以及第六二极管d6的负极连接，第二电容c2的负极接地；变压器1421分别与第二电容c2的正极、交直转换电芯片14221的d管脚、第七二极管d7的正极以及第五电容c5的负极连接；第三二极管d3的正极与第七二极管d7的负极以及第五电容c5的正极连接，第五电容c5的负极接地，第八二极管d8的正极与第七二极管d7的负极连接。

当电源电压小于或等于第一电压阈值时，电源电压通过整流电路141为第二电容c2充电，且经过变压器1421以及第三二极管d3为控制电路11与开关元件13供电；当电源电压大于第一电压阈值时，第二电容c2为控制电路11与开关元件13供电。

继续参阅图2，工作检测电路121与第一供电电源12、第二供电电源14以及控制电路11连接，其用于检测外部设备20的工作状态，并输出工作状态信号至控制电路11；具体地，在外部设备20处于工作状态和非工作状态时，工作检测电路121可将第一供电电源12输出的不同的电压转换成电平信号输出至控制电路11。

指示灯17与控制电路11连接，控制电路11在接收到工作状态信号后，控制指示灯17亮或灭，并将外部设备20的工作状态同步到终端设备或云端；具体地，第一供电电源12输出的稳定的电压可引入工作检测电路121，当默认外部设备20与第一动触点l1连接时，控制电路11在检测到按键151被按下时，控制静触点与第二动触点l2连接；或者当默认外部设备20与第二动触点l2连接时，控制电路11在检测到按键151被按下时，控制静触点与第一动触点l1连接；指示灯17可以为led，led可用于显示当前开关的开关状态，并由控制电路11进行驱动，控制电路11可通过监测工作检测电路121反馈的外部设备20的工作状态，输出相应的开关状态信号至指示灯17，并可将外部设备20的状态同步到终端设备。

在一具体的实施例中，以外部设备20为灯具，指示灯17为led为例进行说明，如图3所示，当火线l的电压处在正半波时，火线l上的电压l1_in高于电压l1_out1，此时电流经过第一二极管d1、开关元件13以及外部设备20到达零线n，第一供电电源12中的部分电路不工作。

当火线l的电压处在负半波时，电压l1_in低于电压l1_out1，第一二极管d1处于截止状态，电压l1_in经过第二二极管d2给第三电容c3充电，使得第一电压vin1抬升，第一电压vin1经过第四二极管d4后变为第二电压vin2，第二电压vin2输入到ldo的in管脚，ldo可输出稳定的2.1v电压，并将该电压经过第二电阻r2输入到运算放大器1241的同相输入端in+，此时同相输入端in+的电压为2.1v，第二电压vin2还输入至直流转换电路122，直流转换芯片1221可将输入的第二电压vin2转换成5.2v的直流电压，为开关元件13和控制电路11供电；随着第一电压vin1的抬升，当第一电压vin1升到10v时，第一电压vin1通过10v的稳压二极管z开始给第一电容c1充电，当第一电压vin1升到12.1v以上时，第一电容c1上的电压高于2.1v，即运算放大器1241的同相输入端in+的电压高于2.1v，此时运算放大器1241的同相输入端in+的电压大于反相输入端in-的电压，运算放大器1241的输出端out输出高电平，此时第一晶体管q1与第三晶体管q3导通，电压2.1v经过第二电阻r2与第三电阻r3的分压，输入1.05v的电压到运算放大器1241的反相输入端in-，由于第一晶体管q1导通，电压l1_in等于电压l1_out1，第二二极管d2处于截止状态。随着整个电路持续工作的耗电，第一电压vin1逐渐下降，使得第一电容c1上的电压下降，当第一电容c1上的电压低到1.05v以下时，运算放大器1241的反相输入端in-的电压高于运算放大器1241的同相输入端in+的电压，运算放大器1241的输出端out输出低电平，第一晶体管q1与第三晶体管q3截止，当火线l的负半个周期到来时，重复上述充电的过程。

如图4所示，如果要关闭外部设备20可切换开关元件13的状态，此时开关元件13与外部设备20处于断开状态，智能开关由第二供电电源14工作来提供电源，此时火线l和第一动触点l1/第二动触点l2间存在220v的交流高压，经过第五二极管d5/第六二极管d6整流滤波后，经过变压电路142输出直流电压vdc，然后通过第三二极管d3输出电压5.2v，为开关元件13和控制电路11供电，此时第一供电电源12处在非工作状态，第二电压vin2等于5.2v。

如图5所示，按键检测电路15包括按键151、第六电阻r6以及第六电容c6，当按键151被按下时，按键151上的电平是低电平，控制电路11检测到低电平时，判断出按键151被操作，调整开关控制信号的电平，使得开关元件13的触点发生翻转；具体地，如果默认静触点和第一动触点l1连接，则切换到静触点和第二动触点l2连接；如果默认静触点和第二动触点l2连接，则切换到静触点和第一动触点l1连接，从而实现线路的通断。

如图6所示，工作检测电路121包括第二晶体管q2、第七电阻r7以及第八电阻r8，第二晶体管q2与开关电路121以及控制电路11连接，在第二电压vin2小于第三电压阈值时，第二晶体管q2输出高电平至控制电路11，以通知控制电路11外部设备20处于非工作状态；在第二电压vin2大于或等于第三电压阈值时，第二晶体管q2输出低电平至控制电路11，以通知控制电路11外部设备20处于工作状态，第三电压阈值可以为5.2v。

进一步地，在灯具开启时，第二电压vin2高于10v，工作检测电路121可将第二电压vin2经过第七电阻r7和第八电阻r8分压后变为0.9v，其高于第二晶体管q2的栅极的阀值电压，使得第二晶体管q2导通，工作检测电路121的输出信号为0v；控制电路11在检测到工作检测电路121输出的0v信号后，判断出当前灯具处于工作状态，控制led开启；在灯具关闭时，工作检测电路121将第二电压vin2经过第七电阻r7和第八电阻r8分压后变为0.47v，其低于第二晶体管q2的栅极的阀值电压，使得第二晶体管q2截止，工作检测电路121的输出信号为3.3v，控制电路11在检测到工作检测电路121输出的3.3v信号后，判断出当前灯具处于关闭状态，控制led关闭，并将灯具的状态同步到终端设备和云端。

本实施例利用按键检测电路15来检测按键151是否被按下，并将按键151的状态反馈给控制电路11，使得控制电路11根据按键151的状态来控制开关元件13，从而使得外部设备20设备的状态改变；且能通过工作检测电路121来检测外部设备20是否处于工作状态，并反馈至控制电路11，控制电路11能够根据外部设备20的状态，来控制指示灯17是否开启，从而实现以指示灯17的亮灭表示开关的开关状态，实现开关的智能化。

请参阅图7，图7是本申请提供的双控开关一实施例的结构示意图，双控开关包括：互相连接的第一开关71与第二开关72，第一开关71为上述实施例中的智能开关，第二开关72用于在被操作时进行闭合或开启，第二开关72可以为机械开关或智能开关；具体地，当第二开关72为机械开关时，用户手动操作该机械开关，使得机械开关闭合或开启，此时第一开关71可识别到外部设备20的状态，并同步外部设备20的状态到终端设备或云端；当第二开关72为智能开关时，用户可手动操作该智能开关上的按键或者通过终端设备来控制其闭合或开启，此时第一开关71可识别到外部设备20的状态，并同步外部设备20的状态到终端设备或云端。

如图8所示，第一开关71包括控制电路711、第一供电电源712、开关元件713以及第二供电电源714。

控制电路711用于接收开关信号，并生成相应的开关控制信号。

第一供电电源712与火线l以及控制电路711连接，其用于接收电源电压，并在外部设备20处于工作状态时为控制电路711与外部设备20供电。

开关元件713与第一供电电源712、外部设备20以及控制电路711连接，其用于在接收到控制电路711发送的开关控制信号后，切换与外部设备20的连接状态，以使得第一供电电源712与外部设备20之间的通路关闭/导通；具体地，开关元件713包括静触点、第一动触点l1以及第二动触点l2，静触点与第一供电电源712连接，第一动触点l1/第二动触点l2与外部设备20连接。

第二供电电源714与火线l、控制电路711、开关元件713以及外部设备20连接，其用于接收电源电压，并在外部设备20处于非工作状态时为控制电路711与开关元件713供电。

在一具体的实施例中，如图8所示，当第二开关72为机械开关时，机械开关的第一端与外部设备20连接，机械开关的第二端与机械开关的第三端分别与第一动触点l1与第二动触点l2连接，或者机械开关的第二端与机械开关的第三端分别与第二动触点l2与第一动触点l1连接。

当机械开关和开关元件713处在导通状态时，外部设备20处于工作状态，此时由第一供电电源712提供电源；当机械开关和开关元件713处在断开状态时，由第二供电电源714提供电源。

本实例提供了一种基于单火线的智能双控开关方案，在不改原来布线的基础上，替换传统双控机械开关，实现开关的智能化，对于安装来说，只是将原来连接到机械开关的连接线转接到智能开关上，操作简单，能够实现智能开关配合机械开关进行双控，也可以利用两个智能开关实现双控，而且开关位置还可以互换，并可通过终端设备控制双控开关，从而实现对外部设备20的本地双控和远程控制。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。