專利名稱：智能弱電開關的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子技術領域中的電氣開關，是一種無觸點電氣開關，具體地說，是一種智能弱電控制的無觸點強電開關。
本實用新型的技術解決方案是一種智能弱電開關，其特征是有開關面板，開關面板后裝有面板開關控制電路，面板開關控制電路與強電開關電路相連接，另有低壓直流供電電路與上述電路相連接。本實用新型中所述的面板開關控制電路采用微處理單片機控制電路，微處理單片機控制電路的輸入連接有按鍵開關，微處理單片機控制電路的輸出與強電開關電路相連接。強電開關電路采用帶光電隔離的雙向可控硅電子開關電路。微處理單片機控制電路的輸入還連接有遙控開關信號接收電路，與遙控開關接收電路相對應的有一個遙控開關信號發射器。微處理單片機控制電路接有LED開關按鍵狀態顯示器件，并分別連接對應的開關按鍵。微處理單片機控制電路的輸出開關控制信號，經光電耦合器件接雙向可控硅的控制極，雙向可控硅連接在負載與強電之間。控制及開關電路采用普通一或二、三按鍵控制電路或定時五或六按鍵控制電路、或遙控零至六按鍵控制電路。開關面板采用薄膜大按鍵形開關面板。
本實用新型的有益效果為220伏交流強電不進入開關面板，可為人身觸電安全和火災消防安全提供強有力的保證。開關面板按鍵采用薄膜超大型鍵盤按鍵式設計，按動一次為開，再按動一次為關。各按鍵內的LED指示燈用以指示該按鍵所對應開關的開或關的狀態，開關面板可使用各種顏色以配合裝飾環境的格調，美觀大方、使用方便、可靠、壽命長。采用統一配電箱，將強電進、出戶線、保險熔絲、觸保開關、強電無觸點開關、微處理單片機控制電路的工作電源等集中在統一配電箱內，使強電與弱電控制的開關面板徹底隔開、可規范裝璜電源線路的設計、布線及安裝，既安全、又便于檢修和維護。室內開關面板內的控制線均采用直徑為0.4毫米的電話線與帶光電隔離的強電無觸點開關相連接，其最大電壓僅為直流5伏、最大電流僅為直流10毫安，對無電氣知識的人無任何潛在的危害，并可節省大量開關連接的電力銅線。強電開關無觸點、無火花、不產生電磁干擾；無開關觸點、無接觸電阻、壓降低、功耗小、溫升小、不產生火災隱患；使用安全、可靠，是低壓照明及用電器具理想廉價的防爆安全開關。對于無開關的用電器具如電熨斗、電水壺等，可在插座開關斷開，插座內無電的情況下進行插、拔，既可防止插拔瞬間的拉弧，又阻止了接插件的電燒燭現象，從而可大大地延長插頭、插座的使用壽命，并達到安全的目的。強電無觸點開關電路采用過零觸發技術，使開關始終處在零電壓處接通，可使用電器具避免開關接通瞬間的浪涌電壓、電流的沖擊，特別是普通白熾燈泡，從而可大大地延長用電器具的使用壽命。可使多個開關控制一個用電器具(燈具等)或一個開關控制多個用電器具(燈具等)變得極其簡單方便，且改變控制即使在不切斷電源的情況下亦可隨時隨地、隨心所欲。通過開關面板下方的定時功能設定鍵，可隨時隨地隨心所欲地預先設置任一開關的接通(定時開)或關閉(定時關)的時間，且設置和解除均十分方便；對于電風扇的定時、陣風、無級變速等的控制，僅不過是稍增加點軟件即可達到理想的目的。是“智能公寓”強電管理最理想的接口硬件。可廣泛應用于各類室內外低壓照明電路及各用電器具的“開”、“關”控制和“定時開”、“定時關”的控制。開關的控制方式可輕觸按鍵控制、鍵設定智能定時延時控制、手持遙控器控制、計算機控制及遠程計算機網絡控制和群控。特別適用于戶外的廣告燈、霓虹燈、夜景燈及音樂噴泉的程控和群控；“智能公寓”強電管理控制；智能交通紅綠信號燈的控制；網絡控制及群控等。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明
該智能弱電開關面板可分普通型一至三按鍵、定時型五至六按鍵、和遙控型、程控型四大類型；根據雙向交流電子開關允許通過的最大電流又可分為下表所示的各種規格序 最大電流(A) 最大功率(W) (匹) 可用的用電器具類型1 0.6 120 0.2100W以內的照明燈具2 0.8 150 0.3150W以內的照明燈具3 1200 0.35 電視、音響插座4 2400 0.7400W以內的家用電器5 5 1000 1.51.5匹窗式空調、插座6 6 13002 窗式空調、洗衣機、插座7 8 1700 2.52.5匹空調、洗衣機、插座8 10 2000 3.52000W以內的插座9 12 26004 2600W以內的插座1015 30005 3000W以內的插座1120 40007 4000W以內的插座1235 7500 12 7500W以內的插座根據插座開關的數量，還有三、五、八鍵異型開關面板等。工作原理及過程本實用新型的智能弱電開關，其控制核心暫選用的是美國Microchip公司生產的8引腳PIC12C508、509型微處理單片機。為消防安全考慮，電路中的“電源部分”采用開關電源AC-DC變換器模塊。
圖1或圖2電路中去掉安裝在總配電箱內的“電源部分”和“強電部分”的兩個強電無觸點開關電路及負載。所剩部分如圖3、圖4、圖5所示。
1、硬件安排以圖5為例，微處理單片機IC41的時鐘，由其內部RC的4MHz震蕩電路產生；通過合理地資源分配，用僅有的六只引腳，由軟件通過分時復用技術，控制六只按鍵的輸入、三只LED開關狀態指示發光二極管LED41～43顯示器的輸出、兩個強電無觸點電子開關控制信號的輸出。應用其中三只引腳所具有的睡眠中“引腳電平變化喚醒”功能，連接四只開關控制按鍵K41、K42、K43、K44，圖5中二極管D45的作用是利用二極管的單向性，配合軟件使K3鍵通過K41而新增加的IC41的第四個引腳電平變化喚醒功能。這里的K41、K42為兩個強電無觸點開關的控制開關鍵，K43為其它面板開關中K41或K42的聯動鍵，(這里假設K43已用一根電話線，通過暗敷管道與其中的K41或K42連接好了)；K44為“定時設定”功能鍵，其中K44又與R41、C42組成IC41的外部復位電路，K45為“定時開”功能鍵，K46為“定時關”功能鍵，及二次復用的K45-可連按累加的“時設定”鍵和K46-可連按累加的“分設定”鍵；LED03為電源指示顯示器，置于開關面板的右上角；LED41、LED42和LED43分別對應于K41、K42、和K43，它們分別置于薄膜大型按鍵“K41”，“K42”和“K43”的中上方內，用于顯示它們的開、關狀態。
2、工作過程圖5電路，在接通電源后的瞬間，IC41通過R41、C42上電復位，經初始化后進入工作狀態。此時電源指示顯示器LED03受電源的控制而點亮，顯示開關處于電源接通工作狀態下。當IC41檢測到是第一次上電使用或停電后又來電后的上電復位時，IC41經初始化后，置所有的開關輸出為關狀態，同時清除所有的工作狀態標志。IC41在檢測到是復位或被引腳電平變化喚醒后以每秒四次的方式查詢各開關狀態，五秒鐘內無任何鍵按下，IC41即自動進入低功耗睡眠待命狀態，此時K41、K42、K43-引腳電平變化喚醒鍵、K44--復位/功能設定鍵；四個鍵中的任何鍵均可喚醒IC41進入工作狀態，且IC41均能通過其內部的狀態位、查詢位等而判斷出是哪一個鍵被按下，通過內部濾波程序對電網尖脈沖和干擾信號的過濾和處理，找出真正的鍵信號來。
這里假設K41鍵已被按下，瞬間即將IC41喚醒，IC41在判斷出是K41鍵時，在檢測到1#開關目前處于“關狀態”時，立即使LED41亮顯示，同時使1#輸出，驅動控制該路強電無觸點開關接通，使其處于“開狀態”，強電通過無觸點開關流過與該開關連接的用電器具，使其通電工作。相反，若IC41在判斷出是K41鍵并檢測到1#開關目前處于“開狀態”時，則立即使LED41滅顯示，同時使1#輸出，驅動控制該路強電無觸點開關關閉，使其處于“關狀態”，使該開關連接的用電器具通過無觸點開關與強電斷開，使其斷電休息。
K42鍵的工作過程同上，略。
若IC41查詢到是K43鍵被按下，并檢測到該開關目前處在“關狀態”時，則僅置位LED43亮顯示，該信號經所連接的線路(一根電話線)直送異地的另一個IC41的K41或K42使其查詢到、或喚醒其進入工作狀態，進而讓其完成以上K41所述及的全部工作。相反，則置LED43滅顯示。此即是本地開關控制異地用電器具“開”或“關”的過程。
K45、K46鍵僅在K44鍵按動后的5秒鐘內按動它們時才起作用，其它任何時間按動均無效，且不起任何作用。K44、K45、K46三小鍵組成“定時設定”功能鍵。改變軟件后，這些功能鍵還可用于電風扇的定時、(模擬自然)陣風、無級變速控制等功能。
任一開關關閉時，IC41均要檢測各開關狀態，當IC1檢測到1#、2#及K43鍵所連接的異地開關均處在關閉狀態時，則立即自動進入低功耗睡眠待命狀態。直到本地或有線與K41或K42相連的異地的開關面板有鍵按下喚醒時為止。
圖2為一典型的遙控型電路電原理圖，其紅外線接收電路部分的IC13、R14、R15、C16等元器件可直接接入
圖1或圖3、圖4、圖5中任一控制電路內，但該接入點必須同時具備喚醒(中斷)和通訊功能，本控制器原理圖中的接入點為“C”點，至于連不連接聯控按鍵開關等元器件則無關緊要，只要聯動鍵和遙控器不在同一時間內使用即可，它們只不過是控制信號并入而已，所不同的是，聯控按鍵開關是查詢輸入，而紅外線信號則是一組數據的通訊輸入，須通過密碼確認后才讀入數據，再將該數據處理轉換成相應的功能設定，最后輸出開關控制信號。
由于開關面板的面積有限，不能安置太多的按鈕，以及成本等因素，故面板上設置六鍵控制，作為家用開關面板已足已。而增加了遙控功能后，不但使用變得更加舒適方便，(一遙控器在手，在紅外線方向性的特性下可遙控自家所有密碼相同的遙控開關)并且，控制功能還可大大增加。
圖6為六按鍵遙控信號發射電路電原理圖，其按鍵位置與使用方式與面板開關相一致，僅不過是縮小成為掌上的手持遙控器而已。圖中LED51為微處理器接受按鍵壓下確認用的指示器(亦可用壓電蜂鳴器代之)、LED52為紅外線發射管TSAL6200。
圖7為帶遙控接收的六按鍵定時型面板控制電路電原理圖。
若將所有開關面板內的“C”點引出，接至一具有通訊接口的微處理單片機內，則它們就具有了接受計算機、網絡信號的控制能力，但必須具有符合16位的密碼密鑰，信號才能進入。
3、安裝大按鍵形面板、面板電路、微處理單片機控制電路組成一體，為一開關控制主體，稱為新86普通型或新86定時型或新86遙控型開關面板，配合86型標準開關盒，半暗敷安裝于室內手可觸及的各需要安裝之處，統一配電箱安裝于室外或室內通風處(亦可暗敷于墻內)，其內安裝強電電源進、出戶線、觸保總開關、保險熔絲、低壓直流供電電路、強電無觸點開關電路(多個強電無觸點開關電路，每一個強電無觸點開關電路對應于一個用電器具或電源插座)等。強電電源進戶線的火線(相線)經觸保總開關、保險熔絲后，直接連接于各強電無觸點開關電路電子開關的一端，強電無觸點開關電路的另一端和地線(零線)、保護接地線經最高暗敷管道直送各室各用電器具并直接連接。
配電箱內的低壓直流供電電路為一交、直流(AC--DC)電源變換器，其輸出電壓、電流為5伏、1安培(輸出電流根據開關數量而定)，采用兩根顏色可區別的Ф0.1x22多股“燈頭線”沿低位暗敷管道分送各面板開關盒內，以提供各微單片機的工作電源、電源指示器和開關指示顯示器的電源。
各面板開關盒內的開關控制信號線采用多股Ф0.1x7或Ф0.4的單股電話線，沿低位暗敷管道集中送至統一配電箱內各強電無觸點開關電路開關板的光電隔離輸入端，分別經光電隔離后，驅動控制它們的“開”、“關”動作，從而實現弱電控制強電之目的。
若想多個開關控制一個用電器具，僅需在面板開關盒內用一根電話線將它們的開關信號輸入線逐一串并即可；若想一個開關控制多個用電器具，僅需在統一配電箱內將多個強電無觸點開關電路的控制輸入端“并接”再經開關信號放大器接任一開關信號輸出線即可。顯然，聯控十分方便。
附圖中元器件說明圖中包括集成電路IC1(7805L)、IC2(12C508或509)、IC11(7805L)、IC12(12C508或509)、IC13(TSOP1840)、IC21(12C508或509)、IC31(12C508或509)、IC41(12C508或509)、IC51(12C508或509)、IC61(12C508或509)、IC62(TSOP1840)、光耦驅動器(MOC3081)、雙向可控硅(TRUC2)、二極管D1～D4、D11～D14、D5、D15、D35、D45、D55、D65、發光二極管LED、LED01、LED02、LED03、LED06、LED1、LED2、LED11、LED12、LED21、LED22、LED31、LED32、LED33、LED41、LED42、LED43、LED44、LED61、LED62、LED63、紅外線發射二極管TSAL6200、變壓器T1、T2、按鍵開關K1、K2、K3、K1 1、K12、K21、K22、K31、K32、K33、K41、K42、K43、K44、K45、K46、K51、K52、K53、K54、K55、K56、K61、K62、K63、K64、K65、K66、電容C1、C2、C3、C4、C5、1C1、1C2、2C1、2C2、C11、C12、C13、C14、C15、1C11、1C12、2C11、2C 12、C21、C22、C31、C32、C41、C42、C51、C52、C61、C62、電阻R01、R02、R03、R06、R1、R2R3、R4、R5、R6、1R1、1R2、1R3、2R1、2R2、2R3、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、1R11、1R12、1R13、2R11、2R12、2R13、R21、R22、R23、R24、R25、R31、R32、R33、R34、R35、R36、R40、R41、R42、R43、R44、R45、R46、R47、R48、R49、R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58、R60、R61、R62、R63、R64、R65、R66、R67、R68、R69、R71、電池E等。圖中的1#、2#均連接至各自的強電無觸點開關的控制輸入端。3#為本控制器的“C”點，作為聯動開關的信號輸出端和外部通訊數據的輸入端的復用端。2-1、2-2為異地其它面板開關聯動開關信號的輸入端。
權利要求1.一種智能弱電開關，其特征是有開關面板，開關面板后裝有面板開關控制電路，面板開關控制電路與強電開關電路相連接，另有低壓直流供電電路與上述電路相連接。
2.根據權利要求1所述的智能弱電開關，其特征是面板開關控制電路采用微處理單片機控制電路，微處理單片機控制電路的輸入連接有按鍵開關，微處理單片機控制電路的輸出與強電開關電路相連接。
3.根據權利要求2所述的智能弱電開關，其特征是強電開關電路采用帶光電隔離的雙向可控硅電子開關電路。
4.根據權利要求1或2、3所述的智能弱電開關，其特征是微處理單片機控制電路的輸入還連接有遙控開關信號接收電路，與遙控開關接收電路相對應的有一個遙控開關信號發射器。
5.根據權利要求2或3所述的智能弱電開關，其特征是微處理單片機控制電路接有LED開關按鍵狀態顯示器件。
6.根據權利要求5所述的智能弱電開關，其特征是微處理單片機控制電路的輸出開關控制信號，經光電耦合器件接雙向可控硅的控制極，雙向可控硅連接在負載與強電之間。
7.根據權利要求1或2、3所述的智能弱電開關，其特征是控制及開關電路采用普通一或二、三按鍵控制電路或定時五或六按鍵控制電路、或遙控零至六按鍵控制電路。
8.根據權利要求1或2、3所述的智能弱電開關，其特征是開關面板采用薄膜大按鍵形開關面板。
專利摘要本實用新型公開了一種智能弱電開關，其特征是有開關面板，開關面板后裝有面板開關控制電路，面板開關控制電路與強電開關電路相連接，另有低壓直流供電電路與上述電路相連接。其有益效果為220伏交流強電不進入開關面板，可為人身觸電安全和火災消防安全提供強有力的保證；結構新穎、使用方便、壽命長、便于檢修和維護；強電開關電路無開關觸點、無電磁干擾、無接觸電阻、壓降低、功耗小、溫升小、不產生火災隱患，可大大地延長插頭、插座及用電器具的使用壽命；聯動控制方便、安全可靠、應用廣泛；控制方式可輕觸按鍵控制、鍵設定智能定時延時控制、手持遙控器控制、計算機控制及計算機遠程網絡控制和群控。
文檔編號H03K17/79GK2575900SQ02264509
公開日2003年9月24日 申請日期2002年9月18日 優先權日2002年9月18日
發明者李坤 申請人:李坤