一种继电器控制电路、照明开关控制模块和照明控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及开关控制技术领域，特别是一种继电器控制电路、照明开关控制模块和照明控制系统。


背景技术：

2.目前，开关控制(如照明开关控制)通常是由继电器实现的。由于开关功率较大，通常采用带有手柄切换功能的磁保持继电器。磁保持继电器的特点在于每个回路需要2个控制点，一个控制点传输动作脉冲以驱动触点闭合，另一个控制点传输复位脉冲以驱动触点断开。
3.现有技术中，单片机控制继电器的方式主要有两种：一种为单片机的输入输出管脚与继电器直接连接，以输出命令对继电器进行直接控制。但是，这种方式中每个继电器需要连接单片机的2个管脚，比如，8个继电器需要16个管脚作为控制点，因此，需要选择管脚数量较大的单片机，导致单片机成本显著增加。另一种为通过i/o扩展芯片扩展单片机的i/o控制点，单片机通过i2c(inter
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integrated circuit，集成电路总线)或spi(serial peripheral interface，串行外设接口)总线向i/o扩展芯片发送控制命令，i/o扩展芯片执行命令向继电器输出脉冲，从而令继电器动作或复位。但是，由于i/o扩展芯片的抗干扰能力较弱，大电流的通断动作会引发芯片死机，导致对继电器无法有效控制，同时采用i/o扩展芯片也会导致硬件成本和人力成本的增加。因此，亟需开发一种抗干扰能力强、控制简单且成本低的继电器控制方案。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本实用新型提出了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的继电器控制电路、照明开关控制模块和照明控制系统。
5.本实用新型的一个目的在于提供一种抗干扰能力强、控制简单且成本低的继电器控制电路。
6.本实用新型的一个进一步的目的在于实现对继电器的逐一动作控制，防止切换过程中引发大的电流波动。
7.根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种继电器控制电路，包括：
8.单片机，具有多个输入输出管脚，配置为经由所述多个输入输出管脚输出继电器控制命令；
9.译码器，具有多条输入线和多条输出线，所述多条输入线与所述多个输入输出管脚分别连接；以及
10.多个继电器，每一所述继电器与所述多条输出线中的两条输出线连接；
11.其中，所述译码器配置为对所述继电器控制命令进行译码产生片选脉冲，并将所述片选脉冲经由相应的所述输出线输出至目标继电器以控制所述目标继电器的闭合或打开。
12.可选地，所述译码器为二进制译码器。
13.可选地，所述输入输出管脚的数量为4个，
14.所述继电器的数量为8个，
15.所述译码器为4线
‑
16线译码器。
16.可选地，所述译码器为74hc4514译码器芯片。
17.可选地，所述单片机还配置为通过队列输出所述继电器控制命令。
18.可选地，所述队列的长度与所述继电器的数量相等。
19.根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种照明开关控制模块，包括：
20.多个照明元件；以及
21.前文中任一项所述的继电器控制电路，其中，所述多个照明元件与所述多个继电器分别连接。
22.根据本实用新型实施例的再一方面，还提供了一种照明控制系统，包括前文所述的照明开关控制模块。
23.本实用新型提出的继电器控制电路中，采用译码器对单片机输出的继电器控制命令进行译码产生片选脉冲，并将片选脉冲经由相应的输出线输出至目标继电器以控制目标继电器的闭合或打开。由于译码器是一类多输入多输出组合逻辑电路器件，且其输出数量远大于输入数量，因此，与单片机的输入输出管脚与继电器直接连接的方式相比，本实用新型的方案可大大减少单片机所需的输入输出管脚数量，从而显著降低单片机成本。同时，与采用i/o扩展芯片的方式相比，由于译码器是非智能的逻辑芯片，控制过程简单，不会死机，抗干扰能力极强，因此不易受继电器动作或复位过程中产生的强电磁扰动的影响，并且译码器芯片的成本低。
24.进一步地，本实用新型的继电器控制电路采用二进制译码器，其为二进制全译码器，可将n位输入的组合译成2
n
种电路状态输出，从而最大限度地减少对单片机输入输出管脚的数量要求。
25.进一步地，本实用新型的继电器控制电路中，单片机通过队列输出继电器控制命令以对继电器逐一进行动作控制，避免多路同时动作引发大的电流波动，提高继电器控制电路的稳定性。
26.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。
27.根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
28.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
29.图1示出了现有技术中单片机直接控制继电器的示意性原理图；
30.图2示出了现有技术中单片机通过i/o扩展芯片控制继电器的示意性原理图；
31.图3示出了根据本实用新型一实施例的继电器控制电路的结构示意图；
32.图4示出了根据本实用新型一实施例的继电器动作事件产生和执行的原理示意图；
33.图5示出了根据本实用新型一实施例的照明开关控制模块的结构示意图。
具体实施方式
34.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
35.开关控制(如照明开关控制)通常是由继电器实现的。由于开关功率较大，通常采用带有手柄切换功能的磁保持继电器。磁保持继电器具有以下优点：(1)磁保持继电器切换触点时才需要耗电，正常状态保持时无需电能，因此可以节电；(2)由于通过电子脉冲驱动和通过手柄手动切换都是一种“事件驱动”，只需考虑切换，无需考虑保持，因此，磁保持继电器可以手动切换，且手动
‑
自动无缝衔接；(3)安全可靠性高，例如，在单片机短暂出现异常、丢失继电器的状态的情况下，只要不发送驱动脉冲，则继电器的状态不受影响。
36.现有技术中单片机控制继电器的方式主要有两种：单片机直接控制继电器和单片机通过i/o扩展芯片控制继电器。
37.图1示出了现有技术中单片机直接控制继电器的示意性原理图。如图1所示，单片机(即mcu)的输入输出管脚与继电器直接连接，以输出命令对继电器进行直接控制，其中，“xc”(如1c、2c、
…
、8c)表示驱动kx(如k1、k2、
…
、k8)继电器闭合(或称为接通)的控制点，“xo”(如1o、2o、
…
、8o)表示驱动kx继电器打开(或称为关断)的控制点。可以看出，每个继电器需要连接单片机的2个管脚，比如，8个继电器需要16个管脚作为控制点，因此，需要选择管脚数量较大的单片机，而同一系列管脚数量较大的单片机往往成本显著提升，从而导致单片机成本显著增加。
38.单片机扩展i/o控制点的常见办法是增加i/o扩展芯片。图2示出了现有技术中单片机通过i/o扩展芯片控制继电器的示意性原理图。如图2所示，单片机通过i2c或spi总线向i/o扩展芯片发送控制命令，i/o扩展芯片执行命令向继电器输出脉冲，从而令继电器动作或复位。但是，在实际应用中发现这种方案存在以下问题：第一，由于i/o扩展芯片的抗干扰能力较弱(例如，扩展芯片tca6424的抗干扰能力明显弱于普通的单片机)，因此，继电器在动作或复位过程中产生较强的电磁扰动时，容易让i/o扩展芯片死机，必须令其重新复位才能恢复正常控制，影响对继电器的有效控制。第二，i/o扩展芯片本质上是一种智能芯片，成本较高，一定程度上增加了整体控制模块的成本。第三，驱动i/o扩展芯片需要复杂的i2c或spi协议，这会占用较多的代码空间，导致存储和运算资源的耗费。第四，复杂的i2c或spi协议需要消耗较多的研发人力资源进行开发，增加了人力成本。
39.需要说明的是，图1和图2中所示的继电器的数量和控制点的数量仅是示意性的。
40.鉴于上述技术问题，本实用新型实施例提出了一种继电器控制电路。图3示出了根据本实用新型一实施例的继电器控制电路100的结构示意图。继电器控制电路100可适用于对多个控制目标进行开关控制的场合，如对多个照明灯进行开关控制的场合。参见图3所
示，继电器控制电路100至少可以包括单片机110、译码器120和多个继电器130。单片机110具有多个输入输出管脚(也可以称为引脚)，可经由多个输入输出管脚输出继电器控制命令。译码器120具有多条输入线和多条输出线，多条输入线与多个输入输出管脚分别连接。每一个继电器130与多条输出线中的两条输出线连接，其中一条输出线传输动作脉冲，另一条输出线传输复位脉冲。译码器120通过对继电器130控制命令进行译码产生片选脉冲，并将片选脉冲经由相应的输出线输出至目标继电器130以控制目标继电器130的闭合或打开。
41.需要说明的是，图3中所示的继电器的数量和控制点的数量仅是示意性的。
42.本实施例中，单片机110可以采用mcu(microcontroller unit，微控制单元)，继电器130可以是磁保持继电器。
43.本实用新型实施例提出的继电器控制电路100中，采用译码器120对单片机110输出的继电器控制命令进行译码产生片选脉冲，并将片选脉冲经由相应的输出线输出至目标继电器130以控制目标继电器130的闭合或打开。由于译码器是一类多输入多输出组合逻辑电路器件，且其输出数量远大于输入数量，因此，与单片机的输入输出管脚与继电器直接连接的方式相比，本实用新型的方案可大大减少单片机所需的输入输出管脚数量，从而显著降低单片机成本。同时，与采用i/o扩展芯片的方式相比，由于译码器是非智能的逻辑芯片，控制过程简单，不会死机，抗干扰能力极强，因此不易受继电器动作或复位过程中产生的强电磁扰动的影响，并且译码器芯片的成本低，进一步降低整个继电器控制电路100的成本。
44.本实用新型的实施例中，译码器120是一种地址译码器，其基本功能是对二进制地址编码进行译码，产生片选脉冲用来控制磁保持继电器，从而实现精确地控制继电器的动作或复位。可以理解，对于常开继电器，则“动作”指继电器闭合，“复位”指继电器恢复打开；反之，对于常闭继电器，则“动作”指继电器打开，“复位”指继电器恢复闭合。
45.译码器120可以包括二进制译码器、bcd译码器等。二进制译码器又称为n
‑2n
线译码器，其可以将输入的n位二进制代码的2
n
种编码值分别译出，得到2
n
种输出(即2
n
种电路状态)，因此也称为全译码器。bcd译码器又称为二
‑
十进制译码器，具有四个输入端和十个输出端，输入编码为1位bcd码，输出为与bcd相对应的十个输出，因此也称为部分译码器。译码器芯片的控制过程简单，程序代码消耗很少。
46.在本实用新型的一个优选的实施例中，译码器120采用二进制译码器。由于二进制译码器为全译码器，可将n种输入的组合译成2
n
种电路状态输出，从而最大限度地减少对单片机输入输出管脚的数量要求。
47.在本实用新型的一个具体的实施例中，继电器130的数量可以为8个，译码器120采用4线
‑
16线译码器，相应地，单片机110的输入输出管脚的数量可以为4个。在需要对8路继电器130进行控制的情况下，通过采用4线
‑
16线译码器，可以实现基于4位输入产生24＝16路片选脉冲，即，实现16种控制输出，如此，只需要从单片机110引出4路i/o控制线(即4个i/o管脚)即可，极大地减少单片机所需的输入输出管脚数量。当然，译码器120还需与单片机110的使能管脚连接，以在单片机110输出的使能信号下被激活工作。
48.更具体地，4线
‑
16线译码器可以采用74hc4514译码器芯片，其更稳定易得。
49.在一些应用场合(如照明模块的大电流切换场合)，通常不希望多路继电器同时动作，因为这易引发大的电流波动。有鉴于此，在本实用新型的一些实施例中，单片机110还可以配置为通过队列输出继电器控制命令，以对继电器130逐一进行动作控制。队列可以是
fifo(first input first output，先入先出)队列，这是一种传统的按序执行方法，先进入的指令先完成并引退，跟着才执行第二条指令，由此，可以实现命令的逐一执行。下面结合图4对继电器动作事件产生和执行的原理进行说明。
50.首先应说明，单片机110对继电器130的每个控制命令(或称控制动作)都可以转换为一个脉冲事件，比如，对继电器k1的打开，就是在开管脚(即1o输出线)上先置位1个高电平，保持一段时间(时间长度大于磁保持继电器所要求的最低值)后，再恢复低电平。每个脉冲事件不可分割，且2个不同的脉冲事件不能在时间上有交集，即，必须等待一个脉冲完成后才能发出另一个脉冲。多个脉冲事件形成一个fifo队列，逐一执行。
51.在应用中，继电器动作事件的产生可以来自单片机110内部的控制器逻辑程序的运算结果，也可以来自外部设备的命令。继电器动作事件产生后，转换为脉冲事件编码，该编码包含以下信息：继电器的标识信息(如id号)以及动作信息(如“闭合”或“打开”)。脉冲事件编码进入fifo队列。fifo队列中的脉冲事件编码逐一被输出至译码器120进行译码成片选脉冲，而后片选脉冲经由相应的输出线输出至目标继电器130，执行继电器动作事件，从而实现脉冲事件的逐一执行。如此，避免了多路同时动作引发大的电流波动，提高继电器控制电路100的稳定性。对于大电流切换场合，由于多路开关同时动作风险较大，易于引发大的电流波动，因此，用译码器120实现逐一动作恰恰更符合安全用电的要求。
52.进一步地，队列的长度与继电器130的数量相等，以保证控制命令与目标继电器130的一一对应。为了防止fifo队列的溢出，每次向fifo队列增加元素(即脉冲事件编码)时，先比对队列中待执行的元素中是否有与待加入的元素同一继电器id号的事件，若有，用新的事件覆盖原来的事件，但在队列中的位置保持不变，这样，fifo队列的长度可以保持等于继电器的个数而不会溢出。
53.基于同一技术构思，本实用新型实施例还提供了一种照明开关控制模块。图5示出了根据本实用新型一实施例的照明开关控制模块的结构示意图。参见图5所示，照明开关控制模块一般性地可包括多个照明元件200(如照明灯等)，以及前文任意实施例或实施例组合的继电器控制电路100，其中，多个照明元件200与多个继电器130分别连接，通过继电器130的闭合或打开实现照明元件200的启闭。
54.本实施例通过采用译码器120对单片机输出的继电器控制命令进行译码产生片选脉冲，并将片选脉冲经由相应的输出线输出至目标继电器130以控制目标继电器130的闭合或打开，并进而实现照明元件200的启闭控制，达到抗干扰能力强、控制简单且成本低的优势。
55.基于同一技术构思，本实用新型实施例还提供了一种照明控制系统，其包括前文所述的照明开关控制模块。当然，照明控制系统还可以进一步包括调光控制模块、电源模块等。由于对于照明装置的调光控制模块、电源模块等的设置方式、工作原理等应为本领域技术人员所习知，本文不再另行介绍。
56.需要说明的是，实际应用中，上述所有可选实施方式可以采用结合的方式任意组合，形成本实用新型的可选实施例，在此不再一一赘述。
57.根据上述任意一个可选实施例或多个可选实施例的组合，本实用新型实施例能够达到如下有益效果：
58.本实用新型提出的继电器控制电路中，采用译码器对单片机输出的继电器控制命
令进行译码产生片选脉冲，并将片选脉冲经由相应的输出线输出至目标继电器以控制目标继电器的闭合或打开。由于译码器是一类多输入多输出组合逻辑电路器件，且其输出数量远大于输入数量，因此，与单片机的输入输出管脚与继电器直接连接的方式相比，本实用新型的方案可大大减少单片机所需的输入输出管脚数量，从而显著降低单片机成本。同时，与采用i/o扩展芯片的方式相比，由于译码器是非智能的逻辑芯片，控制过程简单，不会死机，抗干扰能力极强，因此不易受继电器动作或复位过程中产生的强电磁扰动的影响，并且译码器芯片的成本低。
59.进一步地，本实用新型的继电器控制电路采用二进制译码器，其为二进制全译码器，可将n位输入的组合译成2
n
种电路状态输出，从而最大限度地减少对单片机输入输出管脚的数量要求。
60.进一步地，本实用新型的继电器控制电路中，单片机通过队列输出继电器控制命令以对继电器逐一进行动作控制，避免多路同时动作引发大的电流波动，提高继电器控制电路的稳定性。
61.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
62.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本实用新型的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本实用新型的保护范围。