可伸缩旋钮智能调节开关的制作方法

本发明涉及开关领域，尤其涉及一种可伸缩旋钮智能调节开关。

背景技术：

目前市面上的调光智能开关通常为按钮式开关和旋钮式开关。按钮式开关由于按钮本身并不利于人们一般的操作习惯，无法取得良好的人机交互手感。人们更加习惯于利用旋钮式开关进行调光，但旋钮式开关上的调光旋钮会突出，导致与其他系列开关并排安装时，会有很突兀的感觉。同时，旋钮式开关通常设计为旋转半圈实现灯光最暗到最亮的调节，仅可以粗调，无法做到精调。

另外，一般的电机都是旋转运动，若需实现开关电动伸缩的功能，需要借助杠杆或者螺杆之类的机械结构，将旋转的力矩转换成线性伸缩的力矩，从而实现开关按钮的直线伸缩运动。但是，上述实现力矩转换的机械结构会导致开关内结构复杂，开关体积大，且复杂的结构会由于运动次数过多导致结构件损坏，使开关的使用寿命降低。再者，国内常见的面板开关，开关底盒空间很小，难以容纳复杂的电机和开关伸缩结构。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种可伸缩旋钮智能调节开关及其控制系统，用于解决上述技术问题。

一种智能开关控制系统，应用于智能开关中。所述智能开关包括开关壳体、可转动地设置于所述开关壳体内的旋钮，以及设置于所述开关壳体内的音圈电机，所述旋钮连接于所述音圈电机上。所述控制系统包括：位置检测模块，用于获取所述旋钮相对于所述开关壳体的伸缩位置信息；电机驱动模块，用于向所述音圈电机输入电流，以控制所述音圈电机带动所述旋钮作轴向伸缩运动；以及控制模块，用于根据所述位置检测模块获取的位置信息，向所述电机驱动模块发送控制指令，以控制所述音圈电机以期望的运动状态运动。

在其中一种实施方式中，还包括弱电转强电控制模块，所述弱电转强电控制模块用于接收所述控制模块的控制指令，以控制与所述智能开关相关联的电器。

在其中一种实施方式中，所述位置检测模块通过设置在所述开关壳体上的位置传感器获取所述旋钮的位置信息，所述位置传感器为二维偏移量传感器，所述位置检测模块获取的信息包括轴向位移量以及周向旋转量。

在其中一种实施方式中，所述控制模块还用于在根据所述旋钮的轴向位移量信息判断若所述旋钮被外力按压时，向所述电机驱动模块发出控制指令，所述电机驱动模块还用于根据所述控制模块的指令控制所述音圈电机输出预设力矩，使所述旋钮在被外力按压时给予预设的按压反馈力。

在其中一种实施方式中，所述控制模块还用于在根据所述旋钮的轴向位移量信息判断若所述旋钮被外力按压时，向所述电机驱动模块发出控制指令，所述电机驱动模块还用于根据所述控制模块的指令向所述音圈电机输入反复变换方向的电流，使所述旋钮在被外力按压时给予震动反馈。

在其中一种实施方式中，所述控制模块还用于在根据所述旋钮的周向旋转量信息判断若所述旋钮被外力旋转时，向所述电机驱动模块发出控制指令，所述电机驱动模块还用于根据所述控制模块的指令控制所述音圈电机输出预设力矩，使所述旋钮抵顶在所述开关壳体上以形成预设的旋转阻尼。

在其中一种实施方式中，所述控制模块还用于根据所述旋钮的周向旋转量信息，计算所述旋钮的旋转角度和旋转速度，并通过预设的实际调节量与旋转速度的函数关系控制所述旋钮的调节精度。

在其中一种实施方式中，所述电机驱动模块还用于根据所述控制模块的指令，向所述音圈电机输入预设电流并控制所述旋钮以预设速度进行轴向伸缩运动。

在其中一种实施方式中，所述电机驱动模块还用于控制所述旋钮到达预设位置，并控制所述旋钮在到达预设位置前以减速运动使所述旋钮到达预设位置时速度为零。

一种智能开关，包括开关壳体以及能够转动地设置在所述开关壳体上的旋钮，其特征在于，所述智能开关还包括音圈电机及如上任一项的智能开关控制系统，所述音圈电机设置于所述开关壳体内，所述旋钮连接于所述音圈电机上；所述智能开关控制系统用于控制所述音圈电机，以带动所述旋钮以期望的运动状态相对于所述开关壳体作轴向伸缩运动。

相对于现有技术，本发明实施例提供的所述智能开关及其控制系统利用了音圈电机，可以直接输出直线运动的力矩，不需要通过齿轮或杠杆机构将旋转扭矩转换为直线力矩，在缩小智能开关体积、简化结构的同时，提高了智能开关长期工作的稳定性，并且能够允许外部控制器控制所述音圈电机，有利于实现所述智能开关的智能控制。另外，所述旋钮可以转动地装设在所述开关壳体内，在所述音圈电机的驱动下能够伸缩，即，所述智能开关既能按压又可以旋转，其适用性更为广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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发明的一些实施方式，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。

图1是本发明实施例提供的智能开关处于原始状态的剖面示意图；

图2是图1所示的智能开关处于伸出状态的剖面示意图；

图3是本发明实施例提供的智能开关控制系统的功能模块示意图；

图4是图3所示的智能开关控制系统的控制环示意图；

图5是图3所示的智能开关控制系统的控制逻辑示意图；

图6是图1所示智能开关的旋钮在旋转时，固定的旋转角在不同的转速下所输出最终旋转量(即实际调节量)的函数曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参阅图1至图2，本发明实施方式提供一种智能开关100，包括开关壳体10、音圈电机30以及旋钮50，所述音圈电机30设置于所述开关壳体10内，所述旋钮50可转动地设置在所述开关壳体10上，并连接于所述音圈电机30。所述音圈电机30用于驱动所述旋钮50相对所述开关壳体10作轴向伸缩运动，使所述旋钮50能够凸伸出所述开关壳体10外，或收缩至所述开关壳体10内。在本发明实施方式中，所述音圈电机30的定子为线圈组件，动子为磁体组件，使得线圈为固定状态，避免了将线圈组件作为动子而产生的线缆拉扯、缠绕的现象，能够相对延长所述智能开关100的使用寿命。

进一步地，所述智能开关100还包括位置传感器70，所述位置传感器70设置在所述开关壳体10的开关面板上。所述位置传感器70用于感测所述旋钮50的旋转量及伸缩量，以便于所述智能开关100的控制芯片能够根据所述位置传感器50感测的数据来控制与所述智能开关100关联的电器。可以理解，在其他的一些实施方式中，所述位置传感器70可以设置在所述智能开关100的其他部位，例如，设置在所述旋钮50外周，或者设置在所述开关壳体10的开关底盒上，并不局限于本发明实施例所描述。

在本实施方式中，所述位置传感器70为二维偏移量传感器，其能够感测所述旋钮50轴向伸缩位移量、周向旋转角度，以及感测所述旋钮50当前的工作状态，从而允许所述控制芯片精确地控制所述旋钮50运动，达到旋钮50精确调节的目的。进一步地，所述位置传感器70还用于感测所述旋钮50是否被外力按压，以利于所述控制芯片根据所述旋钮50的按压状态来控制与所述智能开关100关联的电器的开关状态。

进一步地，所述智能开关100还包括控制芯片(图中未示出)，所述控制芯片与所述位置传感器70电连接。所述控制芯片用于根据所述位置传感器70感测的数据来控制与所述智能开关100关联的电器，还用于与外部的控制器电连接或者通信连接，以接收外部控制器发出的指令，并根据该指令控制与所述智能开关100关联的电器，从而实现所述智能开关100的智能控制。因此，所述智能开关100能够与无线控制系统兼容，实现无线控制旋钮50伸缩、旋转的功能。应当理解的是，上述的外部控制器为用户用于远程或本地控制所述智能开关100的设备，其可以但不限于为遥控器、智能终端、智能家居系统控制中心。

请参阅图3，本发明实施例还提供一种智能开关控制系统s1，所述智能开关控制系统s1应用于上述的智能开关100中，并用以控制所述智能开关100的旋钮50伸缩，从而控制与所述智能开关100关联的电器。

所述智能开关控制系统s1集成于所述控制芯片上，其包括控制模块101、位置检测模块103、电机驱动模块105及弱电转强电控制模块107。

所述控制模块101用于根据所接收的所述位置检测模块103所检测的旋钮50的位置及工作状态信息，输出信号至所述弱电转强电控制模块107进行电器的开/闭控制，还用于输出信号至所述电机驱动模块105，以实现对所述音圈电机30的伸缩控制；所述控制模块101还用于控制所述音圈电机30伸缩时的速度及力度。

所述位置检测模块103用于获取所述位置传感器70所检测的所述旋钮50的当前位置以及工作状态，并将所获取的数据传输至所述控制模块101。具体而言，所述控制模块101还用于根据所述旋钮50的伸缩量，计算得知所述音圈电机30用于控制所述旋钮50的力矩及速度；还用于根据所述旋钮50的旋转量，计算得知用户旋转调节所述旋钮时的旋转量和旋转速度。

所述电机驱动模块105用于接收所述控制模块101的控制指令，并根据控制指令驱动所述音圈电机30以预设速度运动，或输出预设力矩，从而驱动所述旋钮50伸缩。

所述弱电转强电控制模块107用于根据所述控制模块101的控制指令，控制与所述智能开关100关联的电器的打开、关闭，或者切换工作状态。所述控制模块101还用于通过读取所述位置检测模块103的数据，判断所述旋钮50是否被外力按压，并由此触发开关命令，以控制关联电器。

上述各个模块控制所述旋钮50运动的工作具体如下：

所述控制模块101用于控制其他模块协同工作，以实现所述智能开关100的智能控制。所述控制模块101还用于接收外部控制器的控制指令，控制其他模块协同工作，以控制所述旋钮50伸缩，从而实现所述智能开关100的智能控制。应当理解的是，上述的外部控制器为用户用于远程或本地控制所述智能开关100的设备，其可以但不限于为遥控器、智能终端、智能家居系统控制中心等。

具体而言，所述控制模块101能够通过向所述电机驱动模块105输出控制信号，使所述电机驱动模块105控制所述音圈电机30的线圈中的电流，从而达到带动所述旋钮50伸缩的目的。所述控制模块101能够控制所述音圈电机30以期望的力矩输出，使所述旋钮50在被外力按压时给予按压反馈力；所述控制模块101还能够控制所述旋钮50以期望的速度或加速度运动，并能够控制所述旋钮50运动至期望的位置。

请同时参阅图4及图5，本发明还提供了所述控制模块101用于控制所述音圈电机30的控制算法，图4及图5示意性地示出了该控制算法与上述各个功能模块之间的逻辑关系图。该控制算法为闭环控制，所述控制模块101根据所述位置检测模块103检测的所述音圈电机30的磁体的实时位置数据(伸缩量及旋转量)，下发指令至所述电机驱动模块105，所述电机驱动模块105控制所述音圈电机30的线圈中的电流，驱动所述磁体带动所述旋钮50运动后，所述位置检测模块103将所述磁体的位置实时地反馈至所述控制模块101，从而实现所述旋钮50的精确控制。该控制算法通过加速度环、速度环及位置环来驱动所述旋钮50处于期望的运动状态。

当所述控制模块101需要控制所述音圈电机30以恒力输出，使所述旋钮50对外界的按压力给予恒力反馈时，所述控制模块101通过加速度环实现控制。具体地，所述控制模块101根据所述旋钮50的当前位置以及期望的输出力矩，计算得出所述音圈电机30的线圈所需要的电流，通过所述电机驱动模块105控制电流来实现恒力输出。所述音圈电机30所需的电流值i为：

i＝f/k[x]；其中：

f为期望输出力矩；

k[x]为所述旋钮50在位置x上的磁感应强度和所述线圈的导线长度乘积的测量值，k[x]具体地为实验测量数据；

i为所述线圈所需要的输入电流。

所述控制模块101在判断有用户按压所述旋钮50时，通过上述的控制，使所述音圈电机30运动带动所述旋钮50外推，对用户的按压动作产生恒反力，使用户在按压所述旋钮50时，感受到类似于弹簧的反力，从而提高用户按压的体验。进一步地，所述控制模块101根据所述旋钮50相对于所述开关壳体10的伸出长度控制输出的反馈力度，所述旋钮50的反馈力度可以为恒力输出，可以与所述旋钮50的伸出长度成线性关系，也可以与所述旋钮50的伸出长度成曲线函数关系，只需根据实际需求设置期望力矩，即可以计算出当旋钮50运动至不同位置时，对应于该期望力矩的电流值。

在一些实施方式中，所述控制模块101还用于在判断有用户按压所述旋钮50时，控制所述旋钮50对用户的按压作出震动反馈。具体地，所述控制模块101控制所述电机驱动模块105向所述音圈电机30输入快速、反复切换方向的电流，使所述旋钮50快速往复运动，从而使用户在按压所述旋钮50时，感受到旋钮50快速震动。

当所述控制模块101需要控制所述音圈电机30以期望速度输出，使所述旋钮50以期望速度运动时，所述控制模块101通过速度环实现控制。由于所述音圈电机30的磁体在运动过程中导致所述线圈内磁通量产生变化，使所述线圈的导线中产生反电动势e及反向电流i(反)，最终使所述线圈对所述磁体产生反向牵引力f(反)，阻碍所述磁体的运动。因此，需要根据所述磁体当前的运动速度来计算反电动势e(反)：

e(反)＝b*l*v。其中，b为磁感应强度，l为线圈的导线长度，v为磁体的运动速度。

由于磁通密度和导线长度乘积在不同位置上的关系以由上述的加速度环中的实验测得，因此反电动势e(反)改写为：

e(反)＝k[x]*v。

而线圈电阻r是固定不变的，且e＝i(反)*r；其中i(反)为反向电流，

因此引入线圈电阻r后，可得反电动势产生的反电流i(反)为：

i(反)＝k[x]*v/r；

而此时反电流i(反)所产生的反作用力f(反)为：

f(反)＝k[x]*i(反)＝k[x]*k[x]*v/r。

综上所述，所述控制模块101需控制所述旋钮50以期望速度运动时，其通过速度环及加速度环计算得出所述音圈电机30所需的电流值i，如下：

若需所述旋钮50以期望的速度v匀速运动，则所述控制模块101需控制加速度环输出的力矩等于磁体在期望速度下产生的反作用力f(反)，以达到二力平衡，则有：

f(反)＝f＝i*k[x]，得出：

k[x]*k[x]*v/r＝i*k[x]。

因此，所述旋钮50以期望的速度v匀速运动时，所述音圈电机30所需的电流值i为：

i＝k[x]*v/r。

同理，若需所述旋钮50实现期望的变速运动，实际上为所述旋钮50在不同的位置x上以不同的期望速度v运动，则所述控制模块101需控制加速度环在当前位置x输出的力矩等于磁体在当前期望速度下产生的反作用力f(反)，以在当前的位置x上达到二力平衡，亦有：

i＝k[x]*v/r。

当所述控制模块101需要控制所述旋钮50运动至指定位置时，所述控制模块101通过位置环实现控制。具体地，所述控制模块101根据所述旋钮50的当前位置与指定位置之间的相对距离，通过上述的速度环控制所述音圈电机30的当前电流，从而控制所述旋钮50当前的运动速度，最终使控制所述旋钮50在到达指定位置时速度降低至零。进一步地，所述旋钮50在当前位置x的运动速度可以由梯形加速算法或s形加速算法计算得出。

上述的指定位置可以是所述旋钮50在所述开关壳体10中伸缩的极限行程处，所述控制模块101控制所述电机驱动模块105对所述音圈电机30输出电流i，使所述旋钮50伸出或者缩回至极限行程时，逐渐降低运行速度，当所述旋钮50速度减少到零时，刚好运动至极限位置，从而减轻所述旋钮50与所述开关壳体10之间的冲击，能够减少所述智能开关100的震动，并提高用户体验，且能够延长所述智能开关100的使用寿命。

在一些实施方式中，当所述控制模块101还用于在控制所述旋钮50到达指定位置后，维持所述旋钮50静止并处于当前位置。此时，所述控制模块101通过向所述电机驱动模块105输出控制信号，使所述电机驱动模块105控制所述线圈中的电流i，该电流i产生的推力等于所述音圈电机30的定子和动子之间的牵引力，二力平衡，从而达到维持所述旋钮50静止的目的。此时，所述音圈电机30处于省电状态，能够降低所述智能开关100的能耗。

当所述控制模块101控制所述旋钮50保持在指定位置时，若所述旋钮50受到外力按压，所述控制模块101通过所述位置检测模块103检测的数据判断所述旋钮50的当前位置与指定位置之间的距离增大，则所述控制模块101通过位置环向速度环输入期望速度，欲借此调整所述旋钮50的当前位置，然而由于外力的存在，所述旋钮50不能达到期望速度，则所述控制模块101通过加速度环控制所述旋钮50的输出力矩，使所述旋钮50对外界按压力产生反力。该反力的极限值可以为所述控制模块101的预设值，其为加速度环设置的最大力矩。

进一步地，当所述控制模块101控制所述旋钮50维持在指定位置时，若所述旋钮50受到外力旋转，则所述控制模块101通过所述加速度环控制所述旋钮50产生向外的推力，使所述旋钮50抵顶在开关壳体的面板上，所述旋钮50在旋转时与开关面板产生摩擦，从而使用户感受到旋转阻尼，提高了用户的使用体验。当驱动所述旋钮50转动的外力撤销后，所述控制模块101控制所述旋钮50降低推力，以减少所述音圈电机30的功耗。

进一步地，所述控制模块101还用于根据所述旋钮50的转动速度，控制所述旋钮50的调节精度，使所述旋钮50输出为粗调或精调。具体而言，所述位置检测模块101通过读取所述位置传感器70的检测数据，获取所述旋钮50的旋转量，并将旋转量传送至所述控制模块101；所述控制模块101将所述旋钮50的旋转量分解为旋转角度及旋转速度，并根据旋转角度、旋转速度控制所述旋钮50的调节精度。

请参阅图6，图6示出了所述旋钮在旋转时，固定的旋转角在不同的转速下所输出最终旋转量(即实际调节量)的函数曲线。所述旋钮50的调节精度根据旋转速度实现不同比例的变化，当所述旋钮50转过一定角度时，其实际调节量由预设的调节量与旋转速度之间的函数关系确定，该函数关系可以为但不限于为图6中所示的固定比例关系、线性函数关系、曲线函数关系、阶梯函数关系等。所述控制模块101通过上述的函数关系，使所述旋钮50的调节精度根据用户的旋转速度而变化，当用户快速旋转旋钮时，转过相同角度时所产生的调节步进量会更大，以满足快速调节的需求；而当用户慢速旋转旋钮时，转过相同角度时所产生的调节步进量会变小，以满足精细调节的需求。

在本实施方式中，所述智能开关100应用于灯光调节中，所述智能开关100与电灯电连接，用户通过旋转所述旋钮50，能够调节灯光的亮度，通过按压所述旋钮50能够打开或关闭电灯，或/及，通过按压所述旋钮50，能够切换灯光的色温。进一步地，所述智能开关100还能够与外部的控制器进行通信，以实现电灯的智能控制。可以理解的是，所述智能开关100既能够伸缩，又能够旋转，其应用并不局限于上文所描述，所述智能开关100还可以应用在其他电器的控制当中，例如，应用于显示器画面的调节、音响设备调节等等。

综上所述，本发明实施例提供的智能开关及其控制系统，利用了音圈电机驱动旋钮，可以直接输出直线运动的力矩，不需要通过齿轮或杠杆机构将旋转扭矩转换为直线力矩，在缩小智能开关体积、简化结构的同时，提高了智能开关长期工作的稳定性，并且能够允许外部控制器控制所述音圈电机，有利于实现所述智能开关的智能控制。另外，所述旋钮可以转动地装设在所述壳体组件内，所述智能开关的旋钮既能按压又可以旋转，其适用性更为广泛。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。