智能开关及智能控制方法与流程

本发明属于智能开关技术领域，具体涉及智能开关及智能控制方法。

背景技术：

随着负荷侧家庭能量管理系统中用电需求的增大，负荷侧的调度削峰填谷，特别是家用电器的负荷控制显得十分重要。例如，电灯、冰箱、空调、热水器等。在目前的开关控制技术中，存在有线控制和无线控制两种控制方式。其中，有线控制通过网线连接，无线控制则无需网线连接，以蓝牙、zigbee、wifi为主。

上述各类型无线控制方式不同程度地存在缺陷。对蓝牙而言，虽然有50米以上长距离通信的产品实例存在，但通信距离仍然有限。例如，基于蓝牙为开发智能设备提供了无线可能，但仍不能实现远程异地控制。对zigbee而言，虽然zigbee技术促进了智能产品的诞生，但其存在通信速率有限，产品不稳定且造价高的缺点。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的状况，提供一种智能开关和一种智能开关的智能控制方法。

本发明采用以下技术方案，所述智能开关包括壳体，所述壳体的顶面板设有开关按钮、荧光片和标准5孔插座，该标准5孔插座与市电的零线和火线连接，其特征在于，所述智能开关还包括核心层插板、逻辑层插板和应用层插板，所述核心层插板、逻辑层插板和应用层插板顺次插接并且同时内置于壳体，其中：

所述核心层插板包括ESP8266-WROOM-02模组、LED指示灯D1、接口P1，该LED指示灯D1与ESP8266-WROOM-02模组的6号引脚相连，所述接口P1与ESP8266-WROOM-02模组的8号引脚相连；

所述逻辑层插板包括开关S1和开关S2、施密特触发器U1A和施密特触发器U1B、与非门U2A、PNP三极管Q1和PNP三极管Q2，所述施密特触发器U1A的输入端与开关S1相连，所述施密特触发器U1B的输入端与开关S2相连，所述与非门U2A同时与施密特触发器U1A的输出端和施密特触发器U2A的输出端相连，所述与非门U2A的输出端与PNP三极管Q1的基极相连。

根据上述技术方案，所述ESP8266-WROOM-02模组的3号引脚与PNP三极管Q2的基极相连。

根据上述技术方案，所述逻辑层插板还包括D触发器U3A，所述PNP三极管Q1的集电极和PNP三极管Q2的集电极分别通过电阻U3R1和电阻U3R2同时与D触发器U3A的CLK1引脚相连。

根据上述技术方案，所述应用层插板包括隔离型ACDC模块Pz和DCDC模块U5，所述隔离型ACDC模块将市电转换为5V直流电，所述DCDC模块U5将5V直流电转换为3.3V直流电。

根据上述技术方案，所述应用层插板还包括继电器M1和二极管D2，所述二极管D2与继电器M1反向并联。

根据上述技术方案，所述应用层插板还包括接线铜柱B1、接线铜柱B2、接线铜柱B3、接线铜柱B4和接线铜柱B5，所述接线铜柱B1和接线铜柱B2分别与市电的零线和火线相连，接线铜柱B3与继电器M1的公共触点相连，接线铜柱B4与继电器M1的常开触点相连，接线铜柱B5与继电器M1的常闭触点相连。

本发明还公开了智能开关的智能控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：ESP8266-WROOM-02模组初始化并且读取默认的SSID值；

步骤S2：判断SSID值是否为零，如果为零则进入Smart_Config模式以配置SSID值并且扫描和连接对应的SSID，否则扫描和连接对应的SSID；

步骤S3：判断Activeflag值是否为零，如果为零则进入Smart_Config模式以配置被控设备的Activeflag值并且连接远程服务器，否则连接远程服务器；

步骤S4：获取被控设备对应的存储于远程服务器的云端节点值，同时获取ESP8266-WROOM-02模组的Test引脚的电平值；

步骤S5：判断被控设备的上述云端节点值和Test引脚电平值是否一致，如果不一致则ESP8266-WROOM-02模组的PWM引脚输出PWM波形。

根据上述技术方案，步骤S1中，ESP8266-WROOM-02模组初始化包括以下步骤：

步骤S11：设置Smart_Config模式为ESPTOUCH模式；

步骤S12：设置WIFI模式为STATION模式。

根据上述技术方案，步骤S4中，包括以下步骤：

步骤S41：启动1秒的定时器并且调用同步函数；

步骤S42：检测被控设备对应的存储于远程服务器的云端节点值，如果云端节点值发生变化则读取并且保存云端节点值。

根据上述技术方案，步骤S5中，PWM引脚输出PWM波形的时长为500ms。

本发明公开的智能开关及智能控制方法，其有益效果在于：

1)硬件上采用三层插接结构，便于零件的更换和维修。

2)壳体可沿用现有开关一样的外观结构。

3)核心层电路板可移植到任何电器上，将其改造成智能产品。

4)ESP8266-WROOM-02模组具有远程脉冲开关控制和端口检测功能。

附图说明

图1是本发明优选实施例的智能开关的系统框图。

图2是本发明优选实施例的智能开关的核心层插板的电路原理图。

图3是本发明优选实施例的智能开关的逻辑层插板的电路原理图。

图4是本发明优选实施例的智能开关的应用层插板的电路原理图。

图5是本发明优选实施例的智能开关的控制流程图。

图6是本发明优选实施例的智能开关的结构示意图。

附图标记包括：1-开关按钮；2-荧光灯；3-壳体；4-标准5孔插座。

具体实施方式

本发明公开了一种智能开关和一种智能开关的智能控制方法，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。

参见附图的图1至图6，图6示出了所述智能开关(以下可简称智能开关)的外部结构。优选地，所述智能开关包括壳体3，所述壳体3的顶面板设有开关按钮1、荧光片2和标准5孔插座4，该标准5孔插座4的直接与市电的零线和火线连接而不通过内置于智能开关的继电器。

进一步参见附图的图2至图4，优选地，所述智能开关还包括核心层插板(PCB板)、逻辑层插板(PCB板)和应用层插板(PCB板)，所述核心层插板、逻辑层插板和应用层插板顺次插接并且同时内置于壳体3。

进一步参见附图的图1和图5，优选地，所述核心层插板包括ESP8266-WROOM-02模组(ESP8266最小系统)，该ESP8266-WROOM-02模组作为核心层的中央控制器，其内部烧写功能固件，并集成了ESPTOUCH和ESPMESH的不开源底层代码。其克服了路由器接入节点的限制，使得ESP8266能扩展多个节点，通过其ESP-MESH技术和ESP-TOUCH技术实现节点自组网和智能控制。通过这些技术能够在家庭能源管理系统内放置多达上千个节点，从而实现家庭设备的能源调度。

优选地，所述核心层插板还包括LED指示灯D1，该LED指示灯D1与ESP8266-WROOM-02模组的6号引脚(GPIO13)相连。该LED指示灯用于指示模块的配置情况，配置失败亮起，配置成功熄灭。

优选地，所述核心层插板还包括接口P1(下载口)、接口P2和接口P3，所述接口P1与ESP8266-WROOM-02模组的8号引脚(GPIO0)相连，该接口P1与通过TXD、RXD串口下载并在线调试，GPIO0端口下载时下拉，运行时悬空。ESP8266-WROOM-02模组的其余GPIO端口和**ADC引脚分别连接至接口P2和接口P3，到逻辑层实现具体的功能。

优选地，所述核心层插板还包括电容C0，该电容C0保证ESP8266-WROOM-02模组得到可靠的3.3V电源供电，ESP8266-WROOM-02模组的15号引脚(RST复位引脚)通过12K电阻上拉至3.3V电源。

优选地，所述逻辑层插板包括开关S1和开关S2，默认状态下开关S1与开关S2中的任意一个开关处于按下状态。

优选地，所述逻辑层插板还包括施密特触发器U1A和施密特触发器U1B，所述施密特触发器U1A的输入端与开关S1相连，所述施密特触发器U1B的输入端与开关S2相连，所述施密特触发器U1A和施密特触发器U1B分别用于将开关S1、开关S2的开关信号整形、消抖并取反。

优选地，所述逻辑层插板还包括与非门U2A，所述与非门U2A同时与施密特触发器U1A的输出端和施密特触发器U2A的输出端相连。当S1和S2开关为默认状态时，即两个输入端得到一高一低两个电平，则与非门U2A输出高电平。只有当S1和S2都弹起时，两个输入端都为高电平，与非门U2A输出低电平。

优选地，所述逻辑层插板还包括PNP三极管Q1、PNP三极管Q2，所述与非门U2A的输出端与PNP三极管Q1的基极相连。其中，所述ESP8266-WROOM-02模组的3号引脚(GPIO14)与PNP三极管Q2的基极相连。

优选地，所述逻辑层插板还包括D触发器U3A，所述PNP三极管Q1的集电极和PNP三极管Q2的集电极分别通过电阻U3R1和电阻U3R2同时与D触发器U3A的CLK1引脚相连。因此，开关S1和开关S2从一个默认状态到另一个默认状态，D触发器U3A的CLK1引脚会通过Q1晶体管得到一个脉冲而翻转，MOS管开关状态翻转。

进一步地，在用户远程控制下，D触发器U3A的Test引脚脉冲输出。如果云端节点状态与Test引脚读取的状态一致，则无需输出PWM，否则输出500ms的PWM波形，通过PNP三极管Q2在D触发器U3A的CLK1引脚产生脉冲信号，使逻辑层状态发生翻转。

优选地，所述应用层插板包括隔离型ACDC模块Pz和DCDC模块U5，所述隔离型ACDC模块将市电转换为5V直流电，所述DCDC模块U5将5V直流电转换为3.3V直流电，并且通过接线端子P1和接线端子P2(图中未示出)将3.3V直流电输出至逻辑层插板的用电器和核心层插板的用电器。

优选地，所述应用层插板还包括继电器M1和二极管D2，二极管D2与继电器M1反向并联(二极管D2的正极和负极分别与继电器M1的1端和2端相连)。

优选地，所述应用层插板还包括接线铜柱B1、接线铜柱B2、接线铜柱B3、接线铜柱B4和接线铜柱B5，所述接线铜柱B1和接线铜柱B2分别与市电的零线和火线相连，接线铜柱B3与继电器M1的公共触点相连，接线铜柱B4与继电器M1的常开触点相连，接线铜柱B5与继电器M1的常闭触点相连。同时，可根据不同需求改变接线方式。

参见附图的图5，本发明专利申请还公开了一种智能开关的智能控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：ESP8266-WROOM-02模组初始化并且读取默认的SSID值；

步骤S2：判断SSID值是否为零，如果为零则进入Smart_Config模式(智能配置模式)以配置SSID值并且扫描和连接对应的SSID，否则扫描和连接对应的SSID；

步骤S3：判断Activeflag值是否为零，如果为零则进入Smart_Config模式以配置被控设备的Activeflag值并且连接远程服务器(云服务器)，否则连接远程服务器；

步骤S4：获取被控设备对应的存储于远程服务器的云端节点值，同时获取ESP8266-WROOM-02模组的Test引脚(GPIO12端口，12号引脚)的电平值；

步骤S5：判断被控设备的上述云端节点值和Test引脚电平值是否一致，如果不一致则ESP8266-WROOM-02模组的PWM引脚(GPIO14端口，14号引脚)输出500ms的PWM波形。

具体地，ESP8266-WROOM-02模组初始化即设置Smart_Config模式为ESPTOUCH模式，并设置WIFI模式为STATION模式。

智能连接，即调用wifi_station_get_config_default方法读取WIFI芯片默认的连接信息并传入station_config类型的指针，从该指针读取SSID值，若为0则进入Smart_Config并传入回调函数，否则，扫描默认的SSID，如扫描成功则连接该SSID，若连接成功进入智能配置，连接失败进入Smart_Config并传入回调函数。

智能配置，即读取esp_platform_saved_param结构体esp_param的activeflag值，若不为0则该设备还未配置，进入配置模式，在手机APP的ESPTOUCH结束后，通过UDP发送代表设备类型的字符串，智能开关为“switch”，热水器则为“heater”，字符串长度限制为6个字节；手机端接收到该UDP数据包后在界面上显示设备并由用户决定是否添加该设备，点击添加按钮后，手机APP自动计算并在云数据库端生成一个唯一的节点，并将包含该节点连接信息的UDP包发送给设备IP地址的1234端口，读取到该UDP包后将该连接云服务器，连接成功后进入功能函数，启动设备功能，并将UDP的包发送给功能函数。

启动设备功能，即设备进入功能函数之后，将UDP包内的信息进行字符串拼接，得到连接信息，调用云数据库的API进行初始化连接；调用芯片的API设置GPIO12端口为输入模式，设置GPIO13端口为输出模式，设置GPIO14端口为输出模式；启动1秒的定时器调用同步函数，检测云端节点的变化，如果云端节点发生了变化，读取GPIO12端口的电平值并保存，读取云端节点的数据值，比较两个量，如果不一致，则GPIO14端口输出PWM波形，以高-低-高的形式输出，波形周期为500ms；与该信号线相连的逻辑层的PNP三级管导通500ms，形成触发脉冲使D触发器的输出Q端状态发生翻转，从而使与Q端连接的N沟道MOS管开合状态发生改变，其驱动的继电器开合状态发生改变。

对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。