可自動控制的無線信號繼電器系統的制作方法

可自動控制的無線信號繼電器系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種可自動控制的無線信號繼電器系統，其特征在于所述可自動控制的無線信號繼電器系統包含：外殼、電源輸入端子、繼電器輸出端子、指示燈、射頻單片機模塊、電源模塊、信號繼電器模塊、遠程控制中心。所述可自動控制的無線信號繼電器系統的電源輸入端子用于連接直流電源，繼電器輸出端子的公共端引腳、常開端引腳和常閉端引腳用于連接負載。所述可自動控制的無線信號繼電器系統一方面根據所監測到的無線封包控制信號繼電器閉合或者斷開，另一方面將信號繼電器的當前狀態或者負載功耗無線反饋給遠程的控制中心。
【專利說明】可自動控制的無線信號繼電器系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于工業自動化控制和無線通訊【技術領域】，具體涉及一種利用無線通訊技術實現對信號繼電器進行自動控制和監測的設備及其使用方法。
【背景技術】
[0002]繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(又稱輸入回路)和被控制系統(又稱輸出回路)，通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。
[0003]傳統的信號繼電器控制均是采用有線的控制方式，然而，在某些人員不便進入的場合，或者繼電器遠程分布在多處的情況下，有線控制方式就顯得不適合。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種可自動控制的無線信號繼電器系統及其使用方法，解決了在某些人員不便進入的場合，或者信號繼電器遠程分布在多處的情況下，遠程控制信號繼電器的問題。
[0005]為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是:
一種可自動控制的無線信號繼電器系統，其特征在于所述可自動控制的無線信號繼電器系統包含:外殼、電源輸入端子、繼電器輸出端子、指示燈、射頻單片機模塊、電源模塊以及信號繼電器模塊、遠程控制中心，所述的電源輸入端子用于連接直流電源，繼電器輸出端子用于連接負載，所述的指示燈由信號指示燈、狀態指示燈和報警指示燈組成，所述的射頻單片機模塊用于監測空氣中無線封包的狀態，若監測到控制命令封包，則解析封包中的內容，并根據其內容控制信號繼電器模塊的閉合或斷開，由狀態指示燈表示繼電器模塊的閉合和斷開，射頻單片機模塊若監測到狀態查詢封包，則將繼電器模塊當前的狀態無線反饋給遠程控制中心，若監測到功耗檢測封包，則將負載當前工作電流值無線反饋給遠程控制中心，所述的射頻單片機模塊的射頻端口連接巴倫電路、阻抗匹配電路和天線，所述的信號繼電器模塊的功能還在于:若發生異常斷開或者閉合現象，信號繼電器模塊及時將異常現象無線發送給遠程控制中心，并且點亮報警指示燈。
[0006]優選的，所述可自動控制的無線信號繼電器系統其特征在于電源模塊包含5V電壓輸出的電源管理芯片，用于提供繼電器線圈和射頻功放所需的直流電壓。
[0007]優選的，所述可自動控制的無線信號繼電器系統，其特征在于電源模塊包含整流、濾波、變壓和穩壓電路模塊，提供射頻功放所需的直流電壓。
[0008]優選的，所述的可自動控制的無線信號繼電器系統，其特征在于電源模塊還包含
3.3V電壓輸出的電源管理芯片，用于提供射頻單片機所需的工作電壓。
[0009]優選的，所述的可自動控制的無線信號繼電器系統，其特征在于射頻單片機模塊外部連接高頻石英晶體振蕩器。
[0010]優選的，所述的可自動控制的無線信號繼電器系統，其特征在于射頻單片機模塊的射頻端口連接巴倫電路、阻抗匹配電路和天線。
[0011]優選的，所述的可自動控制的無線信號繼電器系統，其特征在于為增強無線信號的傳輸距離和穿透能力，射頻單片機模塊的射頻端口需增添射頻功放電路模塊。
[0012]作為優選的，所述的射頻功放電路模塊，其特征在于除射頻功放芯片之外還需包含兩個通道選擇開關，用于切換射頻信號的發送和接收。
[0013]優選的，所述的信號繼電器具有公共端引腳、常開端引腳和常閉端引腳。
[0014]作為優選的，所述的可自動控制的無線信號繼電器系統，其特征在于為檢測負載功耗，需在可自動控制的無線信號繼電器系統的常閉端增添電流監測模塊。
[0015]本發明的另一目的在于提供一種可自動控制的無線信號繼電器系統的使用方法，其特征在于所述方法包括以下步驟:
(1)將可自動控制的無線信號繼電器系統的電源輸入端子連接直流電源；
(2)將可自動控制的無線信號繼電器系統的繼電器輸出端子連接負載:公共端引腳連接負載電源，常開端引腳或者常閉端引腳連接負載正極；
(3)可自動控制的無線信號繼電器系統上電后信號指示燈周期性閃爍，其射頻單片機一直處于監測空氣中無線封包的狀態；
(4)若監測到控制命令封包，則解析封包中的內容，并且根據其內容控制繼電器閉合或者斷開，狀態指示燈點亮和熄滅分別表示繼電器閉合和斷開；
(5)若監測到狀態查詢封包，則將繼電器當前的狀態無線反饋給遠程控制中心；
(6)若監測到功耗檢測封包，則將負載當前工作電流值無線反饋給遠程控制中心；
(7)若發生異常斷開或者閉合現象，可自動控制的無線信號繼電器系統將及時將異常現象無線發送給遠程控制中心，并且點亮報警指示燈。
[0016]相對于現有技術中的方案，本發明的優點是:低成本、傳輸距離遠、穿透能力強，接口設計和高層協議相對比較簡單，更適合于遠距離控制信號繼電器，方便快捷地實現對終端負載的自動化控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述:
圖1是本發明的實施例中可自動控制的無線信號繼電器系統結構框圖；
圖2為本發明的實施例中電源模塊電路原理圖；
圖3為本發明的實施例中射頻功放電路模塊原理圖；
圖4為本發明的實施例中信號繼電器模塊控制原理圖；
圖5為本發明的實施例中可自動控制的無線信號繼電器系統的工作流程圖；
【具體實施方式】
[0018]以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用于說明本發明而不限于限制本發明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據具體廠家的條件做進一步調整，未注明的實施條件通常為常規實驗中的條件。
[0019]實施例一種可自動控制的無線信號繼電器系統
如圖1，本實施例的可自動控制的無線信號繼電器系統采用如圖1所示的結構，其中包含:外殼1、電源輸入端子2、繼電器輸出端子(由公共端引腳3、常開端引腳4、常閉端引腳5組成)、指示燈、射頻單片機模塊、電源模塊以及信號繼電器模塊。其中，可自動控制的無線信號繼電器系統的外殼I的尺寸為82*50*32MM。電源輸入端子為2 PIN綠色鳳凰端子，置于外殼外部左側，用于連接24V或者12V直流電源。繼電器輸出端子為3 PIN綠色鳳凰端子，置于外殼外部右側，用于連接負載。負載最大交流電壓為125V AC，最大交流電流為1A，最大直流電壓為30V，最大直流電流為2A。信號指示燈為紅色，置于外殼外部左側，可自動控制的無線信號繼電器系統上電后該指示燈將每隔2S閃爍一次。狀態指示燈和報警指示燈分別為綠色和黃色，均置于外殼外部右側，狀態指示燈點亮和熄滅分別表示信號繼電器閉合和斷開。當發生異常情況時，報警指示燈點亮，異常解除時報警指示燈熄滅。射頻單片機模塊、電源模塊和信號繼電器模塊等均置于外殼內部。
[0020]以下對無線照度測量系統各個部分進行詳細描述:
本實施例采用的電源模塊包含5V電壓輸出的電源管理芯片，用于提供射頻功放所需的直流電壓，詳細電路如圖2所示。
[0021]圖2中LM2576的特性如下:有3.3V、5V、12V、15V和可調電壓輸出多種系列；輸出電壓可調的范圍為1.23V?37V (HV型號的可達57V)，負載電壓的輸出容差最大為±4% ;最少只需要4個外圍兀件，可達3A的輸出電流；寬的輸入電壓范圍，HV型號甚至可達40V?60V ;內部振蕩器產生52KHz的固定頻率；可用TTL電平關閉輸出，低功耗待機模式，典型待機電流為50 μ A ；BUCK式降壓器，較高的轉換效率；過熱和過流保護；可實現Buck-Boost式正-負電壓轉換器。
[0022]LM2576的管腳定義如下:VIN-輸入電壓端，為減小輸入瞬態電壓和給調節器提供開關電流，此管腳應接旁路電容；VOUT -穩壓輸出端，輸出高電壓為(VIN-VSAT)，輸出低電壓為-0.5V ；GND-電路地；FB -反饋端；0N/0FF-控制端，高電平有效，待機靜態電流僅為 75μΑ。
[0023]圖2中Cl為輸入電容，該電容要選低ESR的鋁或鉭電容作為旁路電容，防止在輸入端出現大的瞬態電壓。還有，當輸入電壓波動較大，輸出電流有較高，容量一定要選用大些，470 μ F—10000 μ F都是可行的選擇；電容的電流均方根值至少要為直流負載電流的1/2;基于安全考慮，電容的額定耐壓值要為最大輸入電壓的1.5倍。千萬不要選用瓷片電容，會造成嚴重的噪聲干擾。本實施例選用的是Nichicon的鋁電解電容。
[0024]Dl為續流二極管，首選肖特基二極管，因為此類二極管開關速度快、正向壓降低、反向恢復時間短，本實施例選擇的型號為MBRA340T3千萬不要選用1Ν4000/1Ν5400之類的普通整流管。
[0025]LI為儲能電感:建議好好看看datasheet中的電感選擇曲線，要求有高的通流量和對應的電感值，也就是說，電感的直流通流量直接影響輸出電流。LM2576既可工作于連續型也可非連續型，流過電感的電流若是連續的為連續型，電感電流在一個開關周期內降到零為非連續型。
[0026]C2為輸出端電容，推薦使用I μ F—470y F之間的低ESR的鉭電容，本實施例選擇470 μ F鉭電容。若電容值太大，反而會在某些情況(負載開路、輸入端斷開)對器件造成損害。輸出端電容用來輸出濾波以及提高環路的穩定性。如果電容的ESR太小，就有可能使反饋環路不穩定，導致輸出端振蕩。這幾乎是穩壓器的共性，包括LDO等也有這一現象。[0027]所述電源模塊還包含3.3V輸出的電源管理芯片，其型號為ASMl 17-3.3，用于提供射頻單片機所需的工作電壓3.3V。
[0028]如圖3所示本實施例射頻單片機模塊中采用的射頻單片機型號為CC1110F16，射頻工作頻段為433MHz。其外部連接高頻石英晶體振蕩器，頻率為26MHz，封裝為3225。射頻單片機的射頻端口連接巴倫電路28、阻抗匹配電路29和433MHz彈簧天線30。為增強無線信號的傳輸距離和穿透能力，射頻單片機的射頻端口增添射頻功放電路模塊。射頻功放電路模塊除射頻功放芯片之外還包含兩個通道選擇開關即T/R開關7和T/R開關8，用于切換射頻信號的發送和接收。其具體電路連接方式如圖3所示。
[0029]射頻單片機模塊的微處理器采用美國德州儀器公司出品的CClllO射頻單片機芯片，CClllO是一種低成本真正的無線S0C，為低功耗無線應用而設計。這個芯片包含了一個標準的增強型8051MCU和一個無線收發芯片CCllOO被封裝在一個6X6mm的芯片中。805IMCU自帶32K Flash和4K RAM。無線通信主要工作在315、433、868和915MHz的ISM(工業，科學和醫學)和SRD (短距離設備)頻率波段，在ISM頻段可自由地設置為300-348MHz、391-464 MHz 和 728-928 MHz。
[0030]CClllO射頻收發器集成了一個高度可配置的調制解調器。這個調制解調器支持不同的調制格式，其數據傳輸率可達500kbps。通過開啟集成在調制解調器上的前向誤差校正選項，能使性能得到提升。CClllO為數據包處理、數據緩沖、突發數據傳輸、清晰信道評估、連接質量指示和電磁波激發提供廣泛的硬件支持。另外，CClllO還包含模擬數字轉換器(ADC)、定時器(Timer)、AES128協同處理器、看門狗定時器(Watchdog Timer),32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復位電路(Power On Reset)、掉電檢測電路(Brown OutDetection)以及21個可編程1/0引腳。
[0031]CClllO射頻單片機芯片睡眠模式下0.3uA的電流消耗。可編程數據傳輸率可以高至500kBaud，當速率為1.2kBaud時，CC1110在接收和發射模式下，電流損耗分別低于16.2 mA或16 mA。CC1110的休眠模式和轉換到主動模式的超短時間的特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應用。最高靈敏度達一 IlOdBm,可編程射頻輸出功率最高為10dBm。
[0032]CClllO芯片只要極少數外圍元件就能夠搭建穩定可靠且功耗低的SoC，大大簡化了 RF電路的設計過程。設計的傳感器節點工作在433 MHz頻段。上圖是CC1110配合射頻功放應用的參考設計，主要由CClllO芯片、射頻匹配電路、T/R開關、射頻功放和其他外圍元件組成。
[0033]CClllO的供電電壓為3.3V，芯片背面底部需要接地。Rl為直流偏置電阻，C7為去耦電容。巴倫電路28由L1、L2、Cl和C2組成，實現平衡與不平衡變換。阻抗匹配電路29由L3、L4、C4、C5和C6組成，用來匹配芯片輸入、輸出阻抗，使其輸入、輸出阻抗為50 Ω，同時，為芯片內部的PA (功率放大器)及LNA (低噪聲放大器)提供直流偏置。CClllO的RF信號采用差分方式，在433 MHz頻段，其最佳差分阻抗為116+j41 Ω。T/R開關用來切換射頻發送和接收，當發送數據封包時，T/R開關切換至發送(T)狀態，使射頻信號經過射頻功放(PA)實現功率放大；當接收數據封包時，T/R開關切換至接收(R)狀態，此時射頻信號無需經過射頻功放，可以直接由CClllO接收。
[0034]圖4為信號繼電器模塊的控制原理圖，其中信號繼電器模塊中的信號繼電器為雙線圈磁保持型雙列直插式繼電器，型號為HFD2/024，它采用分叉觸點形式，高靈敏度、線圈功耗150mW，最大交流切換電壓為250V AC，最大直流切換電壓為220V DC，最大切換電流為3A，線圈的額定電壓為125V AC和30V DC。
[0035]圖中CTRLl和CTRL2連接至射頻單片機的兩個I/O端口，當CTRLl端口為高電平時，三極管Ql導通，三極管Q2導通，信號繼電器的線圈31上電，信號繼電器閉合；iCTRL2端口為高電平時，三極管Q3導通，三極管Q4導通，信號繼電器的線圈32上電，信號繼電器斷開。信號繼電器模塊的功能還在于:若發生異常斷開或者閉合現象，信號繼電器模塊及時將異常現象無線發送至遠程控制中心，并且點亮報警指示燈。
[0036]本實施例中的電流監測模塊型號為MAX471，該芯片的信號輸入端口連接信號繼電器的常閉端引腳，信號輸出端口連接信號繼電器輸出端子，它的模擬量采集端口 ADC_0UT連接射頻單片機的模數轉換端口，用來監測當前電流值。
[0037]本實施例射頻單片機模塊中驅動軟件使用IAR軟件平臺編寫，可自動控制的無線信號繼電器系統的工作流程圖如圖5所示。具體使用方法包括以下步驟:
(1)將可自動控制的無線信號繼電器系統的電源輸入端子連接直流電源；
(2)將可自動控制的無線信號繼電器系統的繼電器輸出端子連接負載:公共端引腳連接負載電源，常開端引腳或者常閉端引腳連接負載正極；
(3)可自動控制的無線信號繼電器系統上電后信號指示燈周期性閃爍，其射頻單片機一直處于監測空氣中無線封包的狀態；
(4)若監測到控制命令封包，則解析封包中的內容，并且根據其內容控制繼電器閉合或者斷開，狀態指示點亮和熄滅分別表示繼電器閉合和斷開；
(5)若監測到狀態查詢封包，則將繼電器當前的狀態無線反饋至遠程的控制中心；
(6)若監測到功耗檢測封包，則將負載當前工作電流值無線反饋至遠程的控制中心；
(7)若發生異常斷開或者閉合現象，可自動控制的無線信號繼電器系統及時將異常現象無線發送至遠程控制中心，并且點亮報警指示燈。
[0038]該處理具有一個起點，如塊9所示，塊10表示將可自動控制的無線信號繼電器系統的電源輸入端子連接直流電源，塊11表示將可自動控制的無線信號繼電器系統的繼電器輸出端子連接負載:公共端引腳連接負載電源，常開端引腳或者常閉端引腳連接負載正極，塊12表示接下來初始化可自動控制的無線信號繼電器系統的硬件和軟件。
[0039]可自動控制的無線信號繼電器系統上電后信號指示燈周期性閃爍，其射頻單片機一直處于監測空氣中無線封包的狀態，如塊17所示，若監測到控制命令封包，則解析封包中的內容，如塊20所示，并且根據其內容控制繼電器閉合或者斷開，如塊24、25所示，狀態指示點亮和熄滅分別表示繼電器閉合和斷開，如塊26、27所示；若監測到狀態查詢封包，則將繼電器當前的狀態進行無線反饋，如塊21所示；若監測到功耗檢測封包，則將負載當前工作電流值進行無線反饋，如塊19、塊22所示。
[0040]若發生異常斷開或者閉合現象，如塊13所示可自動控制的無線信號繼電器系統及時將異常現象無線發送至遠程控制中心，如塊14所示，并且點亮報警指示燈；若未發生異常斷開或閉合現象但發生了超時現象，如塊15所示，則信號指示燈閃爍，如塊16所示；若未發生超時現象則檢測無線封包，如塊17所示。
[0041]上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
[0042]綜上所述，本發明的優點在于:可自動控制的無線信號繼電器系統不但節省電纜及工程量，而且迅速及時。使用全球免費的433MHz ISM頻段，無網絡使用費用，也不會受制于公用網絡的流量、阻塞等，而且維護成本低。
【權利要求】
1.一種可自動控制的無線信號繼電器系統，其特征在于所述可自動控制的無線信號繼電器系統由外殼、電源輸入端子、繼電器輸出端子、指示燈、射頻單片機模塊、電源模塊、信號繼電器模塊以及一個遠程控制中心組成，所述的電源輸入端子用于連接直流電源，繼電器輸出端子用于連接負載，所述的指示燈由信號指示燈、狀態指示燈和報警指示燈組成，所述的射頻單片機模塊用于監測空氣中無線封包的狀態，若監測到控制命令封包，則解析封包中的內容，并根據其內容控制信號繼電器模塊的閉合或斷開，由狀態指示燈表示繼電器模塊的閉合和斷開，射頻單片機模塊若監測到狀態查詢封包，則將繼電器模塊當前的狀態反饋給遠程控制中心，若監測到功耗檢測封包，則將負載當前工作電流值無線反饋給遠程控制中心，所述的射頻單片機模塊的射頻端口連接巴倫電路、阻抗匹配電路和天線，所述的信號繼電器模塊的功能還在于:若發生異常斷開或者閉合現象，信號繼電器模塊及時將異常現象無線發送給遠程控制中心，并且點亮報警指示燈。
【文檔編號】H04L29/08GK103543667SQ201210237845
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月10日 優先權日:2012年7月10日
【發明者】焦洋 申請人:泰州市鋒碩電子科技有限公司