一种低功耗双模无线控制装置及其控制策略的制作方法

1.本发明涉及无线控制技术领域，尤其涉及一种低功耗双模无线控制装置及其控制策略。


背景技术：

2.目前市面上常见的免接触式无线开关多采用主动红外发射技术，其持续朝监测区域发射红外线，当监测区域存在物体对红外线产生反射时，光敏开关接收到反射的红外线，输出随光强度变化而变化的电流值，当电流值变化幅度达到触发阈值时，比较电路发出跳变信号，进而跳变信号触发无线编码器发射无线编码信号。此技术方案简单成熟，但对使用区域的环境光条件存在要求，在强烈太阳光的照射下，其针对红外光谱的检测易受干扰，可靠性不佳，且持续发射红外线的工作模式使得功耗较高。
3.针对以上缺陷，还有采用调制频率红外线进行监测的方案，如公开号cn213367756u所提出的技术方案，便采用了38khz的调制频率发射带有红外信息的红外线，从而在对接收到的反射光线进行信息解调后，可判断出反射光线是否为自身所发射，从而规避外部光线干扰，避免误触发。然而，在进行数据调制的情况下，每串数据均包括至少几十个脉冲，其功耗状况同样不容乐观。
4.此外，还有采用触摸感应芯片的方案，在提高触摸感应芯片上感应极片面积的情况下，提高感应灵敏度，实现一定范围内的免接触感应，其功耗较低，可长时间持续运行，但却存在灵敏度过高，易受干扰，误触率高的情况。例如，在周围存在采用48v直线电机的设备时，触摸感应芯片易受持续强烈的电磁干扰而导致失效。


技术实现要素：

5.本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种低功耗双模无线控制装置及其控制策略。
6.在本发明实施例的第一方面中，公开了一种低功耗双模无线控制装置，包括：
7.中部开孔的环状壳体k，安装于所述环状壳体k内侧的控制面板；
8.所述控制面板包括用于感应触摸信号的触摸感应模块，用于感应红外反射信号的红外感应模块，以及电连接所述触摸感应模块与所述红外感应模块，用于接收触摸信号或红外感应信号的主控模块；
9.所述主控模块还与信号传输模块电连接，向所述信号传输模块输出编码信号，所述信号传输模块对编码信号进行发射；
10.其中，所述触摸感应模块包括电极感应片a2与触摸感应芯片u2，所述红外感应模块包括红外发射管d4与红外接收管q2，所述主控模块包括单片机u1与指示灯d1，所述信号传输模块包括低通信号传输单元与高频振荡发射单元；
11.所述电极感应片a2嵌合布设于所述环状壳体k中部开孔，其表面贯穿开设有若干透光孔，所述红外发射管d4、所述红外接收管q2与所述指示灯d1分别布设于透光孔中。
12.优选的，所述触摸感应模块还包括用于实现滤波抗干扰的电阻r7与电容c9，以及接驳所述触摸感应芯片u2的第5引脚连接实现退耦滤波的电容c10；
13.所述触摸感应芯片u2的第1引脚连接所述单片机u1的第14引脚，用以向所述单片机u1输出触摸信号。
14.优选的，所述红外发射管d4经三极管q4与电阻r11连接所述单片机u1的第15引脚，用以接收所述单片机u1输出的脉冲指令；
15.所述红外发射管d4用以配合三极管q4、电阻r9、电阻r11及电阻r13，发射对应于脉冲指令的红外脉冲信号。
16.优选的，所述红外接收管q2连接所述单片机u1的第17引脚以获取高电平供电；
17.所述红外接收管q2经电阻r10与三极管q3连接所述单片机u1的第16引脚，用以在接收到红外反射信号时向所述单片机u1输出红外感应信号。
18.优选的，所述单片机u1工作于内部振荡模式；
19.处于唤醒状态的所述单片机u1基于内部时钟信息，定时向所述红外发射管d4输出脉冲指令；
20.在达到工作时限且未接收到触摸信号或红外感应信号后，处于唤醒状态的所述单片机u1转为休眠状态，不向所述红外发射管d4输出脉冲指令。
21.优选的，处于休眠状态的所述单片机u1在接收到触摸信号时转为唤醒状态；
22.或者，在达到休眠时限且未接收到触摸信号后，处于休眠状态的所述单片机u1转为唤醒状态。
23.优选的，当接收到持续的触摸信号时，所述单片机u1对持续的触摸信号不予处理，仅响应红外感应信号；
24.或者，当接收到持续的红外感应信号时，所述单片机u1对持续的红外感应信号不予处理，仅响应触摸信号。
25.优选的，所述低通信号传输单元包括电阻r1、电阻r2、电阻r3及电容c5，用以向所述高频振荡发射单元输出编码信号；
26.所述高频振荡发射单元包括声表面谐振器、高频三极管q1、负反馈电阻r4、振荡电容c3、振荡电容c4、高频网络电源退耦滤波电容c1、高频网络电源退耦滤波电容c2及pcb铜箔天线a1，用以对编码信号调制为高频脉冲数据串形式，经所述pcb铜箔天线a1发送予受控设备。
27.在本发明实施例的第二方面中，公开了一种控制策略，包括
28.设定触摸感应模块常态化运行，以及，针对红外感应模块设定休眠机制；
29.若在预设感应时长中未接收到红外感应信号，则处于感应状态的红外感应模块转为休眠状态；
30.处于休眠状态的红外感应模块基于自适应休眠周期自动唤醒，转为感应状态；
31.或者，当触摸感应模块接收到触摸信号时，对处于休眠状态的红外感应模块唤醒转为感应状态。
32.优选的，所述自适应休眠周期的休眠时长，随红外感应模块的连续自动唤醒次数的递增而增长；
33.且当红外感应模块受触摸感应模块唤醒，其自适应休眠周期的休眠时长重置
34.本发明与现有技术相比具有以下优点：
35.采用触摸感应常态化运行，并基于触摸感应唤醒红外感应功能的双模控制机制，有效提高了检测准确率，减少受环境因素影响产生误响应的概率，且红外感应模块采用单脉冲驱动，同时主控模块具备休眠功能，有效降低了运行功耗与静态功耗，极大提高了整机的使用年限。
附图说明
36.图1是本发明所涉及的一种低功耗双模无线控制装置的结构示意图；
37.图2是本发明所涉及的一种低功耗双模无线控制装置中触摸感应模块的电路原理示意图；
38.图3是本发明所涉及的一种低功耗双模无线控制装置中红外感应模块的电路原理示意图；
39.图4是本发明所涉及的一种低功耗双模无线控制装置中主控模块的电路原理示意图；
40.图5是本发明所涉及的一种低功耗双模无线控制装置中信号传输模块的电路原理示意图。
具体实施方式
41.为加深本发明的理解，下面将结合实施案例和附图对本发明作进一步详述，请参阅图1～图5，本发明可通过如下方式实施：
42.实施例一
43.一种低功耗双模无线控制装置，包括：
44.中部开孔的环状壳体k，安装于环状壳体k内侧的控制面板；
45.控制面板包括用于感应触摸信号的触摸感应模块，用于感应红外反射信号的红外感应模块，以及电连接触摸感应模块与红外感应模块，用于接收触摸信号或红外感应信号的主控模块；
46.主控模块还与信号传输模块电连接，向信号传输模块输出编码信号，信号传输模块对编码信号进行发射
47.其中，触摸感应模块包括电极感应片a2与触摸感应芯片u2，红外感应模块包括红外发射管d4与红外接收管q2，主控模块包括单片机u1与指示灯d1，信号传输模块包括低通信号传输单元与高频振荡发射单元；
48.电极感应片a2嵌合布设于环状壳体k中部开孔，其表面贯穿开设有若干透光孔，红外发射管d4、红外接收管q2与指示灯d1分别布设于透光孔中。
49.从而，红外发射管d4、红外接收管q2与电极感应片a2均朝向同一监测区域，且环状壳体k可便捷贴设于墙体等区域，方便布设。
50.本实施例中，触摸感应模块还包括用于实现滤波抗干扰的电阻r7与电容c9，以及接驳触摸感应芯片u2的第5引脚连接实现退耦滤波的电容c10；
51.触摸感应芯片u2的第1引脚连接单片机u1的第14引脚，用以向单片机u1输出触摸信号。
52.从而，通过触摸感应芯片u2，单片机u1获知得到用户对电极感应片a2进行触摸或者近距离手扫的动作，获得触摸信号。
53.本实施例中，红外发射管d4经三极管q4与电阻r11连接单片机u1的第15引脚，用以接收单片机u1输出的脉冲指令；
54.红外发射管d4用以配合三极管q4、电阻r9、电阻r11及电阻r13，发射对应于脉冲指令的红外脉冲信号。
55.红外接收管q2连接单片机u1的第17引脚以获取高电平供电；
56.红外接收管q2经电阻r10与三极管q3连接所述单片机u1的第16引脚，用以在接收到红外反射信号时向单片机u1输出红外感应信号。
57.从而，通过红外发射管d4配合红外接收管q2，有效实现红外感应，获得红外感应信号。
58.本实施例中，单片机u1工作于内部振荡模式；
59.处于唤醒状态的单片机u1基于内部时钟信息，定时向红外发射管d4输出脉冲指令；
60.作为一种可选的实施方式，在达到工作时限且未接收到触摸信号或红外感应信号后，处于唤醒状态的单片机u1转为休眠状态，不向红外发射管d4输出脉冲指令。通过定时休眠，有效降低系统功耗。
61.作为另一种可选的实施方式，以用户惯用的0～20cm设定为红外感应距离，设定红外发射管d4的最大电流为200ma，基于红外接收管q2的响应时间设定其激励单脉冲宽度为0.1ms，进一步考虑用户可接受的整体滞后响应时间，设定脉冲周期为100ms，每个脉冲周期发射仅单个脉冲激励的红外线，实现极低功耗。
62.作为一种可选的实施方式，处于休眠状态的单片机u1在接收到触摸信号时转为唤醒状态；或者，在达到休眠时限且未接收到触摸信号后，处于休眠状态的单片机u1转为唤醒状态。通过定时唤醒与触摸唤醒，使红外感应功能实现从休眠状态转到唤醒状态，在低功耗休眠的情况下，实现双模控制的即时响应。
63.具体地，可为单片机u1设定60分钟或者更长周期的休眠实现，从而每间隔60分钟，单片机u1自我唤醒，驱动红外感应模块工作，对周围环境进行探查，实现双模感应交叉互检。
64.本实施例中，当接收到持续的触摸信号时，单片机u1对持续的触摸信号不予处理，仅响应红外感应信号；或者，当接收到持续的红外感应信号时，单片机u1对持续的红外感应信号不予处理，仅响应触摸信号。
65.具体地，对误触电极感应片a2或者持续遮挡红外检测区域的情况进行识别，对误触信号不予响应，仅响应于不受影响的感应模块，实现双模控制的灵活变换。
66.此外，触控感应与红外感应的双模工作方式还使得整机具备极高的触发准确率，无需采用红外特定频率编码，并对接收光进行解调检测的防误触方式，由于不存在编解码需求，对主控模块中单片机的性能要求大幅降低，同时精简了工作流程，提高了设备的适用性与可靠性。
67.本实施例中，低通信号传输单元包括电阻r1、电阻r2、电阻r3及电容c5，用以向高频振荡发射单元输出编码信号；
68.高频振荡发射单元包括声表面谐振器、高频三极管q1、负反馈电阻r4、振荡电容c3、振荡电容c4、高频网络电源退耦滤波电容c1、高频网络电源退耦滤波电容c2及pcb铜箔天线a1，用以对编码信号调制为高频脉冲数据串形式，经pcb铜箔天线a1发送予受控设备。
69.作为一种可选的实施方式，电阻r6与发光二极管d1组成指示单元，哦用以通过闪烁等模式，指示信号传输模块的工作状态，实现良好的人机互动与控制反馈。
70.本实施例中，在休眠状态下，单片机u1电流低于0.4ua，在采用ttp223n-ha触摸感应芯片的情况下，其静态电流低于2.0ua，整机静态电流低于2.5ua，全年静态功耗不超过22mah。信号传输模块的发射平均电流为3ma，单次发射持续时长0.25s，红外感应模块发射红外线的平均电流为3ma，单次发射持续时长0.25s，触发无线控制功能的频率600次/天计算，全年耗电量92mah。
71.在采用3v的cr2032锂锰纽扣电池的情况下，电池容量为210mah，电池可轻松供应整机运行数年，且在应用于常规家居应用场景下进行灯具控制时，其触发频率远远达不到600次/天，因为在整机元器件与电池稳定正常运行的条件下，单电池可实现更久的供电年限。
72.综上，采用触摸感应常态化运行，并基于触摸感应唤醒红外感应功能的双模控制机制，有效提高了检测准确率，减少受环境因素影响产生误响应的概率，且红外感应模块采用单脉冲驱动，同时主控模块具备休眠功能，有效降低了运行功耗与静态功耗，极大提高了整机的使用年限。
73.实施例二
74.一种控制策略，包括：
75.设定触摸感应模块常态化运行，以及，针对红外感应模块设定休眠机制；
76.作为一种可选的实施方式，若在预设感应时长中未接收到红外感应信号，则处于感应状态的红外感应模块转为休眠状态。
77.从而，红外感应模块在无人触发的情况下进入休眠状态，大幅减少了无效功耗。
78.作为一种可选的实施方式，处于休眠状态的红外感应模块基于自适应休眠周期自动唤醒，转为感应状态。
79.从而，通过间歇感应实现对周围环境的交叉互检，避免因触摸感应模块故障而造成整体的控制失效。
80.作为另一种可选的实施方式，当触摸感应模块接收到触摸信号时，对处于休眠状态的红外感应模块唤醒转为感应状态。
81.从而，用户可以在靠近设备，需要对设备进行快速响应控制的情况下，通过触摸感应模块唤醒红外感应模块，从而同时实现双模无线感应，提高感应灵敏度，减少因环境因素而产生干扰、误触等现象的概率。
82.本实施例中，自适应休眠周期的休眠时长，随红外感应模块的连续自动唤醒次数的递增而增长。
83.从而，红外感应模块将在长期无人触发的环境下逐步延长自动唤醒的间隔，例如，假设预设感应时长为10min，自适应休眠周期的初始休眠时长为60min，则红外感应模块在持续10min未接收到红外感应信号之后转为休眠状态，并在休眠时长达到60min时自动唤醒。若其在自动唤醒后持续10min未接收到红外感应信号，则基于自动唤醒次数对休眠时长
进行累加，若其后续多次自动唤醒同样未接收到红外感应信号，则其第二次休眠时长可为70min，其第三次休眠时长可为80min，照此累加，从而有效降低电池功耗，提高电池耐用性。
84.作为一种可选的实施方式，当红外感应模块受触摸感应模块唤醒，其自适应休眠周期的休眠时长重置。从而通过重置机制，实现自适应休眠周期、休眠时长与用户生活作息的良好适配，在常见的以一天为周期的作息习惯中，既可确保快捷响应，还可减少无效功耗，同时还可实现交叉互检，避免因存在部分元件故障而导致控制装置整体失效。