专利名称：双键双路智能开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种房间内照明用灯的开关，尤其涉及一种双键双路智能开关。
背景技术：
现代社会倡导一个节约型社会，环保和节能是建筑开发商和用户的共同追求。我们倡导: 杜绝能源浪费，降低办公成本。但是现在社会还存在很多能源浪费，比如公司内的照明灯， 照明灯只有在白天室内照度不够或晚上工作时使用，但是由于人们的心理忽视和惰性，很多 人在需要用灯时开灯，不需要时却忘记关灯，造成"白天长亮灯"或"彻夜长明灯"，耗费大 量电量，造成能源浪费和办公成本的增加。
发明内容
本发明的目的就是为了解决目前照明灯易被忘记关闭，造成耗电量增大，浪费能源等问 题，提供一种具有结构简单，使用方便，外观独特，质量可靠，价格低廉，开关安全，符合 环保要求，可实现建筑节能等优点的双键双路智能开关。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
一种双键双路智能开关，它包括为各个电器元件供电的电源单元，它还有两路依次连接 的触发信号单元、信号滤波放大单元、逻辑分析单元和驱动输出单元；两触发信号单元与清 零及复位单元连接；每一路的触发信号单元产生开关信号经过各自的信号滤波放大单元滤波、 放大后得到电压信号，电压信号经过各自的电压转换单元转换后送入各自的逻辑分析单元得 到逻辑信号，逻辑信号则通过各自的驱动输出单元得到输出信号，控制外部强电火线零线的 导通与否，从而控制照明线路的供电。
所述电源单元结构为，该单元两输入端通过电子安定器Y1外接强电火线零线，电子安定 器Y1的输出端经并联的一对电容C1、电容C2滤波稳定后， 一个输出端接地，另一个输出端 接电压变换电路LM1的输入端，同时该模块的输入端还与外部固定12V电源连接，电压变换 电路LM1的输出端则经并联的电容C3、 C4滤波后输出+5V电压为各元器件供电。
所述清零及复位单元组成为，它包括串联的电阻R9、电容C7，它们再并联串联的电阻 RIO、电阻Rll，同时电阻R9、电阻R10与电容C7、电阻Rll还分别与运算放大电路U1C的 正负输入端连接，运算放大电路U1C的输出端输出清零信号。
所述两信号滤波放大单元结构分别为，第一个包括开关Sl，开关Sl —端接地，另一端 接触发信号单元，然后该端接电阻R2、 C5组成的滤波电路，滤波后信号送入运算放大器U1A 的正极，运算放大电路输出电压信号A;
第二个则包括开关S2，开关S2—端接地，另一端接触发信号单元，然后该端接电阻R6、 C6组成的滤波电路，滤波后信号送入运算放大器U1B的正极，运算放大电路输出电压信号B。
所述两逻辑分析单元组成两路输入两路输出，其中一个单元的输入电压信号接异或门U4A 的输入端和D触发器U5B的输入端，异或门U4A的输出端接D触发器U5A，然后D触发器U5A 和D触发器U5B的输出端同时接异或门U4D的输入端，异或门U4D输出端输出一个逻辑信号；
同时另一单元的输入电压信号接接异或门U4B的输入端和D触发器U6B的输入端，异或 门U4B的输出端接D触发器U6A，然后D触发器U6A和D触发器U6B的输出端同时接异或门 U4C的输入端，异或门U4C输出端输出另一个逻辑信号。
所述两驱动输出单元结构为，其中一个驱动输出单元包括三极管Ql,其集电极与继电器 连接，基极接收逻辑信号，发射极接地；外部强电火线通过继电器常开开关K1与第一路照明 电路连接；
另一个驱动输出单元包括三极管Q2，其集电极与继电器连接，基极接收逻辑信号，发射 极接地；外部强电火线通过继电器常开开关K2与第二路照明电路连接。 所述触发信号单元为照明灯的机械式开关。本发明采用继电器控制灯的开和关，其中信号源为房间中的机械式开关，它用来产生触 发信号，控制器电路中采用RC电路和进行滤波、数字处理，采用D触发器和相关逻辑门电路 实现逻辑控制，通过光耦和继电器驱动电路，实现弱电控制强电，有效地控制照明用灯的开 关。该电路还利用LC充电电路的时间差初始化控制电路，保证断电后所有元器件的初始状态。
每块电路板有两路控制电路，独立控制两路照明用电等的开关，在特性和功能实现上完 全一样，仅以一路为说明其功能原理。 信号流图SI—A—X—Ql—0UT1
Sl是外部开关信号，即是否按下电灯开关，是最初的触发信号。开关信号S1经过滤波、 放大后得到电压信号A, A经CD4051模拟输入输出芯片得到的电压信号X， X经D触发器和相 关逻辑门电路实现逻辑功能，得到信号Ql。 Ql通过光耦和继电器驱动电路得到信号0UT1, 控制外部强电火线零线的导通与否，从而控制照明线路的联通，保证供电。
产品原理内置24V电源和+5V电压转换电路，为各个电器元器件供电。我们采用继电 器控制灯的开和关，其中信号源为房间中的机械式开关，它用来产生触发信号，控制器电路 中采用RC电路和进行滤波、数字处理，采用D触发器和相关逻辑门电路实现逻辑控制， 通过光耦和继电器驱动电路，实现弱电控制强电，有效地控制照明用灯的开关。该电路还利 用RC充电电路的时间差初始化控制电路，保证断电后所有元器件的初始状态。
使用说明该智能开关控制两路照明灯，可作为普通开关直接操作。根据公司或各单位 的工作时刻表和节约要求，公司的强电系统会在下班时实现所有照明灯电路强制断电措施。 切掉照明电路的电源后，房间里的照明灯都统一熄灭，延时3秒钟后统一送上电，所有房间 里的灯都将保持熄灭状态(不论断电之前是开还是关)。如果室内还有人继续工作需要用电， 只需像平时开关电灯一样操作智能开关即可。这样就可以解决人走灯不灭和彻夜长明灯的问 题，实现照明节能。
针对已装修的房子而设计，或己安装好的照明系统，可以不用改变原有线路，完全兼容 普通开关。安装时直接在开关底盒上更换该智能双路开关即可实现对室内灯光亮度及开关的 控制。
本发明的有益效果是智能开关可以实现房间内照明用灯的开关控制。它的电路完全采 用数字IC芯片设计，每一个电路板上具有两路控制电路，可以控制双路照明用灯的开关，互 不干扰。本电路采用了 RC电路和模拟集成芯片实现硬件滤波，通过光耦和继电器驱动实现弱 电控制强电，有短路、漏电保护，性能稳定，抗干扰性强，安全人性化，做到不用CPU即能 很好地工作，操作灵活，稳定性好，具有成本低，功耗低，外表美观大方，使用寿命长，开 关方便，便于安装等特点，适用于政府办公楼、企业、学校、宾馆、部队等使用，并可实现 未来家居智能系统和智能建筑系统的兼容，是现代理想化的产品。
图l为本发明的电路框图； 图2为本发明的电气原理图。
其中，l.触发信号单元，2.信号滤波放大单元，3.逻辑分析单元，4.驱动输出单元， 5.清零及复位单元，6.电源单元。
具体实施例方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
图1中， 一种双键双路智能开关，它包括为各个电器元件供电的电源单元6,它还有两 路依次连接的触发信号单元l、信号滤波放大单元2、逻辑分析单元3和驱动输出单元4;两 触发信号单元1与清零及复位单元5连接；每一路的触发信号单元1产生开关信号经过各自 的信号滤波放大单元2滤波、放大后得到电压信号，电压信号经过各自的电压转换单元转换 后送入各自的逻辑分析单元3得到逻辑信号，逻辑信号则通过各自的驱动输出单元4得到输 出信号，控制外部强电火线零线的导通与否，从而控制照明线路的供电。图2中，电源单元6结构为，该单元两输入端通过电子安定器Y1外接强电火线零线，电 子安定器Y1的输出端经并联的一对电容C1、电容C2滤波稳定后， 一个输出端接地，另一个 输出端接电压变换电路LM1的输入端，同时该模块的输入端还与外部固定12V电源连接，电 压变换电路LM1的输出端则经并联的电容C3、 C4滤波后输出+5V电压为各元器件供电。
该单元使用外接强电火线零线组成回路给线路板提供总电源。经电容C1、 C2滤波稳定， 使用12V外部固定电源。因为该电路板中使用+5V电源，所以12V电压经LM7805电压变换电 路得到+5V电压，为电路板中各个元器件提供电源。
清零及复位单元5组成为，它包括串联的电阻R9、电容C7，它们再并联串联的电阻RIO、 电阻Rll，同时电阻R9、电阻R10与电容C7、电阻R11还分别与运算放大电路U1C的正负输 入端连接，运算放大电路U1C的输出端输出清零信号。
由于楼宇内强制断电后又重新上电，工作电压通过电阻R9给电容C7充电，因为充电有 —定的时间差，刚开始时运算放大电路U1C的引脚9的电平比引脚10的电平高，所以运算放 大电路U1C输出低电平，给电路板中的其他芯片输送一个Clear初始化信号，所有的芯片实 现其内部的初始化。短时间后，电源给电容C7充电完成，引脚10电平比引脚9的电平高， 放大器输出高电平，别的芯片在完成初始化后可以正常工作。
两信号滤波放大单元2结构分别为，第一个包括开关S1，开关S1—端接地，另一端接 触发信号单元，然后该端接电阻R2、 C5组成的滤波电路，滤波后信号送入运算放大器U1A的 正极，运算放大电路输出电压信号A;
第二个则包括开关S2，开关S2—端接地，另一端接触发信号单元，然后该端接电阻R6、 C6组成的滤波电路，滤波后信号送入运算放大器U1B的正极，运算放大电路输出电压信号B。
其中原理以第一路来说明开关S1是外部开关信号，即电路板中最初的触发信号。当楼 宇中所有的电源切断后又重新上电时，如果Sl没有按下，VCC通过Rl给电容C5充电，(有
一定的时间差)LM324初始时3处电压比2处电压高，放大器输入端11+>1;_，所以信号A
开始时为高电平。如果S1按下，C5与R2与地端组成回路，C5通过R2放电，1点电压随之
降低，即3点电压降低，这时11+<11_,信号A翻转成低电平，继续触发后面电路的电平变化。
两逻辑分析单元组成两路输入两路输出，其中一个单元的输入电压信号接异或门U4A的 输入端和D触发器U5B的输入端，异或门U4A的输出端接D触发器U5A,然后D触发器U5A 和D触发器U5B的输出端同时接异或门U4D的输入端，异或门U4D输出端输出一个逻辑信号；
同时另一单元的输入电压信号接接异或门U4B的输入端和D触发器U6B的输入端，异或 门U4B的输出端接D触发器U6A，然后D触发器U6A和D触发器U6B的输出端同时接异或门 U4C的输入端，异或门U4C输出端输出另一个逻辑信号。
以第一路为例其工作原理为本电路中各D触发器的/PRE引脚接电源端，CLK由上级信 号和逻辑l经异或门触发。上电之后初始化电路产生Clear信号，初始化所有的电子元器件。 这时Q端为O， /Q为l。当外部开关信号Sl变换时，Ql可以随之变换，Sl-l时，Ql=l; S1=0
时，Q1=0,可以实现逻辑控制。本电路触发器状态转移关系为0n+1 = D触发器的
/CLK引脚接收到触发信号，Q只有在CLK出现上跳沿时才出现翻转，即g-"=
由于是上跳沿触发，当X由1变0时，经过异或门后信号变为l,即3变为1，上升沿
U5A发生跳变，Q即Q^gn+'-乃-^^1。 U5B的CLK输入信号为0，没有上升沿出现，Q不发生
跳变，Q=0。 一个l, 一个O，两个信号经异或门之后变成l高电平，即01=1。 Q1在XW期间 不再发生跳变或翻转，实现信号的锁存。当X由0变1时，1， 2异或后变0， U5A的CLK信号端为0，无上升沿，Q不发生跳变， Q=l; X信号直接进入U5B的CLK端，CLK出现上升沿，Q发生翻转，Q-l。此时两个信号经异 或门之后变为O,即QhO。 Q1在X-1期间Q1不再发生跳变或翻转，实现信号的锁存。
如上所述，只有当X发生由0到1或由1到0跳变时，Ql才会发生翻转，在之后的时间 内不会动作，不会因为按动机械开关时出现一系列毛刺即抖动而跟着翻转，从而可以有效的 实现电路的抗抖动抗干扰。
两驱动输出单元结构为，其中一个驱动输出单元包括三极管Ql,其集电极与继电器连接， 基极接收逻辑信号，发射极接地；外部强电火线通过继电器常开开关K1与第一路照明电路连 接；
'另一个驱动输出单元包括三极管Q2，其集电极与继电器连接，基极接收逻辑信号，发射 极接地；外部强电火线通过继电器常开开关K2与第二路照明电路连接。
其工作原理为当三极管Q1输入低电平时，即01=0，三极管不导通，继电器不通电， 为髙电平，Kl在5引脚处，0UT1没有和L连通，即外部的强电火线零线没有连接，照明电路 没有连通，灯不亮。
当三极管Q1输入高电平时，即Ql-l,三极管导通，继电器通电，Kl闭合到4点，0UT1 和L连通，照明电路连通，灯亮。即0UT1随Q1的信号发生改变，决定照明线路是否导通， 控制灯的开关。如此便实现了照明用灯的开关控制。按下S1时，电灯亮；再次按下S1时， 电灯灭。
触发信号单元为照明灯的机械式开关。
为保证信号的稳定性，经信号滤波放大单元2放大后的两路电压信号A、 B还分别经过芯 片的电压转换单元U2和U3再次放大后，送入逻辑分析单元3， U2、 U3为CD4051。
本发明产品安装位置随意，可以安装于墙内的开关盒内。造型美观大方，手控方便，替换 便利。智能开关功能强大，设计新颖，可取代传统的照明开关，与普通86型开关互换安装， 是现代建筑智能化的理想选择。产品技术参数工作电压AC18(T250V，额定总功率《500W, 工作温度0 5(TC，工作湿度《90%，负载类型白炽灯/节能灯/日光灯。
该设计负荷满足300W，继电器使用寿命为10万次触点吸合，压线端子均采用符合强电 使用的压线端子。内部强电走线采用1.0的铜线飞线完成，可以承受的电流为7A以上。使用 时把220VAC电源接到板路上的L和N口上，触发信号用的开关接在S1 (或S2)和C0M上， 控制输出口为L1 (或L2)
权利要求
1.一种双键双路智能开关，它包括为各个电器元件供电的电源单元，其特征是，它还有两路依次连接的触发信号单元、信号滤波放大单元、逻辑分析单元和驱动输出单元；两触发信号单元与清零及复位单元连接；每一路的触发信号单元产生开关信号经过各自的信号滤波放大单元滤波、放大后得到电压信号，电压信号经过各自的电压转换单元转换后送入各自的逻辑分析单元得到逻辑信号，逻辑信号则通过各自的驱动输出单元得到输出信号，控制外部强电火线零线的导通与否，从而控制照明线路的供电。
2. 如权利要求1所述的双键双路智能开关，其特征是，所述电源单元结构为，该单元两 输入端通过电子安定器Y1外接强电火线零线，电子安定器Y1的输出端经并联的一对电容C1、 电容C2滤波稳定后， 一个输出端接地，另一个输出端接电压变换电路LM1的输入端，同时该 模块的输入端还与外部固定12V电源连接，电压变换电路LM1的输出端则经并联的电容C3、 C4滤波后输出+5V电压为各元器件供电。
3. 如权利要求1所述的双键双路智能开关，其特征是，所述清零及复位单元组成为，它 包括串联的电阻R9、电容C7，它们再并联串联的电阻RIO、电阻Rll，同时电阻R9、电阻RIO 与电容C7、电阻R11还分别与运算放大电路U1C的正负输入端连接，运算放大电路U1C的输 出端输出清零信号。
4. 如权利要求1所述的双键双路智能开关，其特征是，所述两信号滤波放大单元结构分 别为，第一个包括开关S1，开关S1—端接地，另一端接触发信号单元，然后该端接电阻R2、 C5组成的滤波电路，滤波后信号送入运算放大器U1A的正极，运算放大电路输出电压信号A;第二个则包括开关S2，开关S2—端接地，另一端接触发信号单元，然后该端接电阻R6、 C6组成的滤波电路，滤波后信号送入运算放大器U1B的正极，运算放大电路输出电压信号B。
5. 如权利要求1所述的双键双路智能开关，其特征是，所述两逻辑分析单元组成两路输 入两路输出，其中一个单元的输入电压信号接异或门U4A的输入端和D触发器U5B的输入端， 异或门U4A的输出端接D触发器U5A,然后D触发器U5A和D触发器U5B的输出端同时接异 或门U4D的输入端，异或门U4D输出端输出一个逻辑信号；同时另一单元的输入电压信号接接异或门U4B的输入端和D触发器U6B的输入端，异或 门U4B的输出端接D触发器U6A,然后D触发器U6A和D触发器U6B的输出端同时接异或门 U4C的输入端，异或门U4C输出端输出另一个逻辑信号。
6. 如权利要求1所述的双键双路智能开关，其特征是，所述两驱动输出单元结构为，其 中一个驱动输出单元包括三极管Q1，其集电极与继电器连接，基极接收逻辑信号，发射极接 地；外部强电火线通过继电器常开开关K1与第一路照明电路连接；另一个驱动输出单元包括三极管Q2，其集电极与继电器连接，基极接收逻辑信号，发射 极接地；外部强电火线通过继电器常开开关K2与第二路照明电路连接。
7. 如权利要求1所述的双键双路智能开关，其特征是，所述触发信号单元为照明灯的机 械式开关。
全文摘要
本发明公开了一种双键双路智能开关。它解决了目前照明灯易忘记关闭，造成耗电量增大，浪费能源等问题，具有使用方便，质量可靠，价格低廉，开关安全，符合环保要求，可实现建筑节能等优点。其结构为它包括为各个电器元件供电的电源单元，它还有两路依次连接的触发信号单元、信号滤波放大单元、逻辑分析单元和驱动输出单元；两触发信号单元与清零及复位单元连接；每一路的触发信号单元产生开关信号经过各自的信号滤波放大单元滤波、放大后得到电压信号，电压信号经过各自的电压转换单元转换后送入各自的逻辑分析单元得到逻辑信号，逻辑信号则通过各自的驱动输出单元得到输出信号，控制外部强电火线零线的导通与否，从而控制照明线路的供电。
文档编号H05B37/02GK101291556SQ20081001678
公开日2008年10月22日 申请日期2008年6月16日 优先权日2008年6月16日
发明者李忠意, 杜晓通, 雷 王 申请人:山东大学