一种基于电池的无线智能墙壁开关装置的制作方法

本发明属于智能开关技术领域，涉及无线智能墙壁开关装置，尤其是一种基于电池的无线智能墙壁开关装置。

背景技术：

目前,在市场上具有嵌入式系统的智能开关所面临的问题主要有:

1、目前的智能开关控制多采用单向通讯——遥控器单方向向开关发出指令，由于无法实现双向通讯，开关的状态信息、自检情况等无法传送出去，同时也限制了更灵活的应用。

2、为适应标准的配线方式需要通过单火线取电，采用单火取电方案，当关灯时，需要窃取一定的电流，而现在普遍使用的节能灯具——节能灯、led灯等，由于固有的取电方式，窃取的电流如果过大会造成灯具产生鬼火(闪烁)；而且，对于无线网络中的一个智能节电设备需要以一定的功率进行接收、发送相关信息，这需要较大的瞬时电流，会加大鬼火现象。

因此，如何实现具有嵌入式系统的智能开关的双向通讯以及消除鬼火现象的发生是本领域技术人员亟于解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于电池的无线智能墙壁开关装置，能够有效避免鬼火现象的产生。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于电池的无线智能墙壁开关装置,包括外壳及其内部电路，所述内部电路包括：zigbee无线模块单元、单片机控制单元、单火取电单元和单火取电控制单元；所述zigbee无线模块单元与单片机控制单元相连接，用于同用户app通讯，并将获取的用户app开关控制指令下发至单片机控制单元；所述单片机控制单元用于根据zigbee无线模块单元下发的开关控制指令驱动继电器闭合或断开，并将更新后的继电器开关状态通过zigbee无线模块单元输出至用户app；所述zigbee无线模块单元的输出端与单火取电控制单元相连接，用于控制单火取电控制单元的启动与关闭；所述单火取电控制单元的输出端与单火取电单元相连接，用于根据用户app或用户按键动作控制单火取电单元的启动与关闭；所述单火取电单元的输出端与单片机控制单元相连接，用于为单片机控制单元供电。

而且，所述zigbee无线模块单元包括电池、升压模块、zigbee芯片和zigbee无线模块单元光耦芯片；所述电池的输出端通过升压模块与zigbee芯片相连接并为其供电；所述zigbee芯片的输出端通过zigbee无线模块单元光耦芯片与单片机控制单元相连接，用于与单片机控制单元进行通讯。

而且，所述单片机控制单元包括继电器、单片机和单片机控制单元光耦芯片；所述单片机的输出端分别与继电器和单片机控制单元光耦芯片相连接，通过zigbee无线模块单元光耦芯片获取zigbee芯片下发的开关控制指令后io驱动继电器闭合或断开，并通过单片机控制单元光耦芯片更新继电器状态输出至zigbee芯片。

而且，所述单火取电单元包括动态取电电路、静态取电电路和电压转化芯片；所述动态取电电路由mos芯片和运放芯片构成，该动态取电电路的输出端与继电器相连接，用于在继电器闭合后，将火线电流经过动态取电电路后输出至继电器中形成灯具供电回路；所述动态取电电路的输出端还通过电压转化芯片与单片机相连接，用于为单片机控制单元供电；所述静态取电电路包括开关电源芯片、隔离变压器、整流二极管、滤波电容和电阻；该静态取电电路的输入端与单火取电控制单元相连接，输出端通过电压转化芯片与单片机相连接，用于在继电器断开后，将火线电流通过单火取电控制单元后输出至静态取电电路中进行隔离、整流、变压、滤波后输出至电压转化芯片为单片机控制单元供电；所述静态取电电路的输出端还与l_in火线端相连接，用于形成闭合取电回路。

而且，所述单火取电控制单元包括高压分压单元、微动开关及光耦单元、nmos芯片和pmos芯片；所述高压分压单元的输出端依次通过微动开关及光耦单元、nmos芯片与pmos芯片相连接，用于控制静态取电电路开始工作。

而且，所述高压分压单元将市电分压；所述微动开关及光耦单元分别与高压分压单元分压端和nmos芯片g端相连接接；该nmos芯片的d端和s端分别连接到pmos芯片的g端和参考地端。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明采用zigbee无线模块同用户app通信，通过光耦同单片机通讯，达到了双向通讯并实时更新继电器及灯具状态的效果。

2、本发明在传统的单火取电方案的基础上增加了单火取电控制电路，当灯具熄灭时，静态取电电路受控于用户按键或app，有效避免了此时漏电流的形成，避免了鬼火现象的产生。

3、本发明考虑到电池没电时或者用户按动微动开关时可有效控制灯具的开关并可同步继电器及灯具的状态。

4、本发明中弱电系统同强电系统完全隔离，用户在按动开关或者更换电池时的安全性得到保证。

附图说明

图1是本发明的基于电池的无线智能墙壁开关装置内部电路总框图；

图2是本发明的zigbee无线模块单元的结构框图；

图3是本发明的单片机控制单元的结构框图；

图4是本发明的单火取电单元的结构框图；

图5是本发明的单火取电控制单元的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

一种基于电池的无线智能墙壁开关装置,如图1所示，包括外壳及其内部电路，所述内部电路包括：zigbee无线模块单元1、单片机控制单元2、单火取电单元3和单火取电控制单元4；

所述zigbee无线模块单元1与单片机控制单元相连接，用于同用户app通讯，并将获取的用户app开关控制指令下发至单片机控制单元，该zigbee无线模块单元由电池为其供电；

所述单片机控制单元2用于根据zigbee无线模块单元下发的开关控制指令驱动继电器闭合或断开，并将更新后的继电器开关状态通过zigbee无线模块单元输出至用户app；

所述zigbee无线模块单元1的输出端与单火取电控制单元4相连接，用于控制单火取电控制单元的启动与关闭。

所述单火取电控制单元4的输出端与单火取电单元相连接，该单火取电控制单元4为单火取电单元3的使能电路，用于根据用户app或用户按键动作控制单火取电单元3的启动与关闭。

所述单火取电单元3的输出端与单片机控制单元相连接，用于在火线端获取电源并转换为直流为单片机控制单元供电，可以为直流3.3v。

如图2所示，所述zigbee无线模块单元1包括电池5、升压模块6、zigbee芯片7和zigbee无线模块单元光耦芯片8；所述电池5的输出端通过升压模块与zigbee芯片7相连接并为其供电；所述zigbee芯片7的输出端通过zigbee无线模块单元光耦芯片8与单片机控制单元2相连接，用于与单片机控制单元2进行通讯。

可选的，电池优选干电池。

在本实施例中，所述电池5包括2节aa型碱性电池，电池并联后通过升压模块6转换为3.3v为zigbee芯片7供电。其中，升压模块6包括升压芯片sy7092及外围电路，该外围电路可由电阻、电容或二极管组成。zigbee芯片7包括低功耗efr32mg21芯片及其外围电路，通过同zigbee家庭网关无线通讯获取app开关灯指令并更新给用户灯的状态，该外围电路可由电阻、电容或二极管组成。zigbee无线模块单元光耦芯片8包括高压隔离低电流光耦芯片tlp2301。zigbee芯片通过高压隔离低电流光耦芯片tlp2301与单片机控制单元2进行通讯。

如图3所示，所述单片机控制单元2包括继电器9，单片机10和单片机控制单元光耦芯片11；所述单片机10的输出端分别与继电器9和单片机控制单元光耦芯片11相连接，通过zigbee无线模块单元光耦芯片8获取zigbee芯片7下发的开关控制指令后io驱动继电器9闭合或断开，并通过单片机控制单元光耦芯片11更新继电器状态给zigbee芯片7。

可选的，继电器优选磁保持继电器，单片机优选低功耗单片机。

在本实施例中，所述单片机控制单元2包括继电器9、单片机10和单片机控制单元光耦芯片11。单片机10包括stm32l011d4p6。单片机控制单元光耦芯片11包括高压隔离低电流光耦芯片tlp2301。单片机10通过zigbee无线模块单元光耦芯片8获取zigbee芯片7下发的开关控制指令，然后io驱动继电器9闭合或断开，并通过单片机控制单元光耦芯片11更新继电器状态给zigbee芯片7。

如图4所示，所述单火取电单元3包括动态取电电路12，静态取电电路13和电压转化芯片14；所述电压转化芯片为dc/dc或ldo芯片(lowdropoutregulator，简称ldo，低压差线性稳压器)；所述动态取电电路由mos芯片和运放芯片构成，该动态取电电路的输出端与继电器9相连接，用于在继电器9闭合后，将火线电流经过动态取电电路12后输出至继电器中从而形成灯具供电回路；所述动态取电电路的输出端还通过电压转化芯片与单片机10相连接，用于为单片机控制单元2供电；

所述静态取电电路包括开关电源芯片、隔离变压器、整流二极管、滤波电容和电阻；该静态取电电路的输入端与单火取电控制单元相连接，输出端通过电压转化芯片14与单片机10相连接，用于在继电器9断开后，将火线电流通过单火取电控制单元后输出至静态取电电路中，然后进行隔离、整流、变压、滤波后输出至电压转化芯片为单片机控制单元2供电，静态取电的另一个输出端连接到l_in(火线端)，l_in作为参考地端，以此形成闭合取电回路。

在本实施例中，所述单火取电单元3包括动态取电电路12，静态取电电路13和电压转化芯片14。所述电压转化芯片为dc/dc或ldo芯片。动态取电电路12包括mos芯片std85n3lh5、运放芯片lm321及其他阻容、二极管等组成的外围电路。动态取电电路工作在继电器9闭合后，火线电流从l_in流入，经过动态取电电路12中的mos管的ds端后流入到继电器中，然后因为继电器闭合从l_out端流出驱动灯具工作，形成灯具供电回路，因市电为交流信号，当为负周期时电流方向相反。取电时运放芯片lm321控制mos芯片std85n3lh5对灯具供电回路进行斩波并从灯具供电回路中取得部分电流经整流滤波后送入到电压转化芯片ld2981abu33tr转换为3.3v供给单片机控制单元2。

静态取电电路13包括开关电源芯片lnk3202d、隔离变压器、整流二极管、滤波电容和电阻。静态取电电路工作在继电器断开后，灯具供电回路被切断，此时受控于单火取电控制单元4，该单火取电控制单元导通后，火线电流从l_out端经过该单火取电控制单元流入到静态取电电路中，此时l_out和l_in分别为静态取电电路的电源输入端和参考地端，其为220avc的电压，通过开关电源芯片lnk3202d经过整流、变压、滤波后送入到电压转化芯片ld2981abu33tr转换为3.3v供给单片机控制单元2。

如图5所示，所述单火取电控制单元4包括高压分压单元15、微动开关及光耦单元16、nmos芯片17和pmos芯片18；所述高压分压单元15的输出端依次通过微动开关及光耦单元16、nmos芯片17与pmos芯片18相连接，用于控制静态取电电路13开始工作。

在本实施例中，所述单火取电控制单元4包括高压分压单元15，微动开关及光耦单元16，nmos芯片17和pmos芯片18。高压分压单元将市电分压，将220v高压分压为10v左右，高压分压单元由电阻组成，串联于市电回路。微动开关或光耦分别连接到高压分压端和nmos芯片4n30芯片g端。nmos芯片的ds分别连接到pmos芯片7p30的g端和参考地(l_in)端。当微动开关或光耦导通，nmos芯片导通，pmos芯片导通，静态取电电路13开始工作。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。