專利名稱：雙鍵雙路智能開關的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種房間內(nèi)照明用燈的開關，尤其涉及一種雙鍵雙路智能開關。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代社會倡導一個節(jié)約型社會，環(huán)保和節(jié)能是建筑開發(fā)商和用戶的共同追求。我們倡導: 杜絕能源浪費，降低辦公成本。但是現(xiàn)在社會還存在很多能源浪費，比如公司內(nèi)的照明燈， 照明燈只有在白天室內(nèi)照度不夠或晚上工作時使用，但是由于人們的心理忽視和惰性，很多 人在需要用燈時開燈，不需要時卻忘記關燈，造成"白天長亮燈"或"徹夜長明燈"，耗費大 量電量，造成能源浪費和辦公成本的增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決目前照明燈易被忘記關閉，造成耗電量增大，浪費能源等問 題，提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，外觀獨特，質(zhì)量可靠，價格低廉，開關安全，符合 環(huán)保要求，可實現(xiàn)建筑節(jié)能等優(yōu)點的雙鍵雙路智能開關。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種雙鍵雙路智能開關，它包括為各個電器元件供電的電源單元，它還有兩路依次連接 的觸發(fā)信號單元、信號濾波放大單元、邏輯分析單元和驅(qū)動輸出單元；兩觸發(fā)信號單元與清 零及復位單元連接；每一路的觸發(fā)信號單元產(chǎn)生開關信號經(jīng)過各自的信號濾波放大單元濾波、 放大后得到電壓信號，電壓信號經(jīng)過各自的電壓轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后送入各自的邏輯分析單元得 到邏輯信號，邏輯信號則通過各自的驅(qū)動輸出單元得到輸出信號，控制外部強電火線零線的 導通與否，從而控制照明線路的供電。
所述電源單元結(jié)構(gòu)為，該單元兩輸入端通過電子安定器Y1外接強電火線零線，電子安定 器Y1的輸出端經(jīng)并聯(lián)的一對電容C1、電容C2濾波穩(wěn)定后， 一個輸出端接地，另一個輸出端 接電壓變換電路LM1的輸入端，同時該模塊的輸入端還與外部固定12V電源連接，電壓變換 電路LM1的輸出端則經(jīng)并聯(lián)的電容C3、 C4濾波后輸出+5V電壓為各元器件供電。
所述清零及復位單元組成為，它包括串聯(lián)的電阻R9、電容C7，它們再并聯(lián)串聯(lián)的電阻 RIO、電阻Rll，同時電阻R9、電阻R10與電容C7、電阻Rll還分別與運算放大電路U1C的 正負輸入端連接，運算放大電路U1C的輸出端輸出清零信號。
所述兩信號濾波放大單元結(jié)構(gòu)分別為，第一個包括開關Sl，開關Sl —端接地，另一端 接觸發(fā)信號單元，然后該端接電阻R2、 C5組成的濾波電路，濾波后信號送入運算放大器U1A 的正極，運算放大電路輸出電壓信號A;
第二個則包括開關S2，開關S2—端接地，另一端接觸發(fā)信號單元，然后該端接電阻R6、 C6組成的濾波電路，濾波后信號送入運算放大器U1B的正極，運算放大電路輸出電壓信號B。
所述兩邏輯分析單元組成兩路輸入兩路輸出，其中一個單元的輸入電壓信號接異或門U4A 的輸入端和D觸發(fā)器U5B的輸入端，異或門U4A的輸出端接D觸發(fā)器U5A，然后D觸發(fā)器U5A 和D觸發(fā)器U5B的輸出端同時接異或門U4D的輸入端，異或門U4D輸出端輸出一個邏輯信號；
同時另一單元的輸入電壓信號接接異或門U4B的輸入端和D觸發(fā)器U6B的輸入端，異或 門U4B的輸出端接D觸發(fā)器U6A，然后D觸發(fā)器U6A和D觸發(fā)器U6B的輸出端同時接異或門 U4C的輸入端，異或門U4C輸出端輸出另一個邏輯信號。
所述兩驅(qū)動輸出單元結(jié)構(gòu)為，其中一個驅(qū)動輸出單元包括三極管Ql,其集電極與繼電器 連接，基極接收邏輯信號，發(fā)射極接地；外部強電火線通過繼電器常開開關K1與第一路照明 電路連接；
另一個驅(qū)動輸出單元包括三極管Q2，其集電極與繼電器連接，基極接收邏輯信號，發(fā)射 極接地；外部強電火線通過繼電器常開開關K2與第二路照明電路連接。 所述觸發(fā)信號單元為照明燈的機械式開關。本發(fā)明采用繼電器控制燈的開和關，其中信號源為房間中的機械式開關，它用來產(chǎn)生觸 發(fā)信號，控制器電路中采用RC電路和進行濾波、數(shù)字處理，采用D觸發(fā)器和相關邏輯門電路 實現(xiàn)邏輯控制，通過光耦和繼電器驅(qū)動電路，實現(xiàn)弱電控制強電，有效地控制照明用燈的開 關。該電路還利用LC充電電路的時間差初始化控制電路，保證斷電后所有元器件的初始狀態(tài)。
每塊電路板有兩路控制電路，獨立控制兩路照明用電等的開關，在特性和功能實現(xiàn)上完 全一樣，僅以一路為說明其功能原理。 信號流圖SI—A—X—Ql—0UT1
Sl是外部開關信號，即是否按下電燈開關，是最初的觸發(fā)信號。開關信號S1經(jīng)過濾波、 放大后得到電壓信號A, A經(jīng)CD4051模擬輸入輸出芯片得到的電壓信號X， X經(jīng)D觸發(fā)器和相 關邏輯門電路實現(xiàn)邏輯功能，得到信號Ql。 Ql通過光耦和繼電器驅(qū)動電路得到信號0UT1, 控制外部強電火線零線的導通與否，從而控制照明線路的聯(lián)通，保證供電。
產(chǎn)品原理內(nèi)置24V電源和+5V電壓轉(zhuǎn)換電路，為各個電器元器件供電。我們采用繼電 器控制燈的開和關，其中信號源為房間中的機械式開關，它用來產(chǎn)生觸發(fā)信號，控制器電路 中采用RC電路和進行濾波、數(shù)字處理，采用D觸發(fā)器和相關邏輯門電路實現(xiàn)邏輯控制， 通過光耦和繼電器驅(qū)動電路，實現(xiàn)弱電控制強電，有效地控制照明用燈的開關。該電路還利 用RC充電電路的時間差初始化控制電路，保證斷電后所有元器件的初始狀態(tài)。
使用說明該智能開關控制兩路照明燈，可作為普通開關直接操作。根據(jù)公司或各單位 的工作時刻表和節(jié)約要求，公司的強電系統(tǒng)會在下班時實現(xiàn)所有照明燈電路強制斷電措施。 切掉照明電路的電源后，房間里的照明燈都統(tǒng)一熄滅，延時3秒鐘后統(tǒng)一送上電，所有房間 里的燈都將保持熄滅狀態(tài)(不論斷電之前是開還是關)。如果室內(nèi)還有人繼續(xù)工作需要用電， 只需像平時開關電燈一樣操作智能開關即可。這樣就可以解決人走燈不滅和徹夜長明燈的問 題，實現(xiàn)照明節(jié)能。
針對已裝修的房子而設計，或己安裝好的照明系統(tǒng)，可以不用改變原有線路，完全兼容 普通開關。安裝時直接在開關底盒上更換該智能雙路開關即可實現(xiàn)對室內(nèi)燈光亮度及開關的 控制。
本發(fā)明的有益效果是智能開關可以實現(xiàn)房間內(nèi)照明用燈的開關控制。它的電路完全采 用數(shù)字IC芯片設計，每一個電路板上具有兩路控制電路，可以控制雙路照明用燈的開關，互 不干擾。本電路采用了 RC電路和模擬集成芯片實現(xiàn)硬件濾波，通過光耦和繼電器驅(qū)動實現(xiàn)弱 電控制強電，有短路、漏電保護，性能穩(wěn)定，抗干擾性強，安全人性化，做到不用CPU即能 很好地工作，操作靈活，穩(wěn)定性好，具有成本低，功耗低，外表美觀大方，使用壽命長，開 關方便，便于安裝等特點，適用于政府辦公樓、企業(yè)、學校、賓館、部隊等使用，并可實現(xiàn) 未來家居智能系統(tǒng)和智能建筑系統(tǒng)的兼容，是現(xiàn)代理想化的產(chǎn)品。


圖l為本發(fā)明的電路框圖； 圖2為本發(fā)明的電氣原理圖。
其中，l.觸發(fā)信號單元，2.信號濾波放大單元，3.邏輯分析單元，4.驅(qū)動輸出單元， 5.清零及復位單元，6.電源單元。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。
圖1中， 一種雙鍵雙路智能開關，它包括為各個電器元件供電的電源單元6,它還有兩 路依次連接的觸發(fā)信號單元l、信號濾波放大單元2、邏輯分析單元3和驅(qū)動輸出單元4;兩 觸發(fā)信號單元1與清零及復位單元5連接；每一路的觸發(fā)信號單元1產(chǎn)生開關信號經(jīng)過各自 的信號濾波放大單元2濾波、放大后得到電壓信號，電壓信號經(jīng)過各自的電壓轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換 后送入各自的邏輯分析單元3得到邏輯信號，邏輯信號則通過各自的驅(qū)動輸出單元4得到輸 出信號，控制外部強電火線零線的導通與否，從而控制照明線路的供電。圖2中，電源單元6結(jié)構(gòu)為，該單元兩輸入端通過電子安定器Y1外接強電火線零線，電 子安定器Y1的輸出端經(jīng)并聯(lián)的一對電容C1、電容C2濾波穩(wěn)定后， 一個輸出端接地，另一個 輸出端接電壓變換電路LM1的輸入端，同時該模塊的輸入端還與外部固定12V電源連接，電 壓變換電路LM1的輸出端則經(jīng)并聯(lián)的電容C3、 C4濾波后輸出+5V電壓為各元器件供電。
該單元使用外接強電火線零線組成回路給線路板提供總電源。經(jīng)電容C1、 C2濾波穩(wěn)定， 使用12V外部固定電源。因為該電路板中使用+5V電源，所以12V電壓經(jīng)LM7805電壓變換電 路得到+5V電壓，為電路板中各個元器件提供電源。
清零及復位單元5組成為，它包括串聯(lián)的電阻R9、電容C7，它們再并聯(lián)串聯(lián)的電阻RIO、 電阻Rll，同時電阻R9、電阻R10與電容C7、電阻R11還分別與運算放大電路U1C的正負輸 入端連接，運算放大電路U1C的輸出端輸出清零信號。
由于樓宇內(nèi)強制斷電后又重新上電，工作電壓通過電阻R9給電容C7充電，因為充電有 —定的時間差，剛開始時運算放大電路U1C的引腳9的電平比引腳10的電平高，所以運算放 大電路U1C輸出低電平，給電路板中的其他芯片輸送一個Clear初始化信號，所有的芯片實 現(xiàn)其內(nèi)部的初始化。短時間后，電源給電容C7充電完成，引腳10電平比引腳9的電平高， 放大器輸出高電平，別的芯片在完成初始化后可以正常工作。
兩信號濾波放大單元2結(jié)構(gòu)分別為，第一個包括開關S1，開關S1—端接地，另一端接 觸發(fā)信號單元，然后該端接電阻R2、 C5組成的濾波電路，濾波后信號送入運算放大器U1A的 正極，運算放大電路輸出電壓信號A;
第二個則包括開關S2，開關S2—端接地，另一端接觸發(fā)信號單元，然后該端接電阻R6、 C6組成的濾波電路，濾波后信號送入運算放大器U1B的正極，運算放大電路輸出電壓信號B。
其中原理以第一路來說明開關S1是外部開關信號，即電路板中最初的觸發(fā)信號。當樓 宇中所有的電源切斷后又重新上電時，如果Sl沒有按下，VCC通過Rl給電容C5充電，(有
一定的時間差)LM324初始時3處電壓比2處電壓高，放大器輸入端11+>1;_，所以信號A
開始時為高電平。如果S1按下，C5與R2與地端組成回路，C5通過R2放電，1點電壓隨之
降低，即3點電壓降低，這時11+<11_,信號A翻轉(zhuǎn)成低電平，繼續(xù)觸發(fā)后面電路的電平變化。
兩邏輯分析單元組成兩路輸入兩路輸出，其中一個單元的輸入電壓信號接異或門U4A的 輸入端和D觸發(fā)器U5B的輸入端，異或門U4A的輸出端接D觸發(fā)器U5A,然后D觸發(fā)器U5A 和D觸發(fā)器U5B的輸出端同時接異或門U4D的輸入端，異或門U4D輸出端輸出一個邏輯信號；
同時另一單元的輸入電壓信號接接異或門U4B的輸入端和D觸發(fā)器U6B的輸入端，異或 門U4B的輸出端接D觸發(fā)器U6A，然后D觸發(fā)器U6A和D觸發(fā)器U6B的輸出端同時接異或門 U4C的輸入端，異或門U4C輸出端輸出另一個邏輯信號。
以第一路為例其工作原理為本電路中各D觸發(fā)器的/PRE引腳接電源端，CLK由上級信 號和邏輯l經(jīng)異或門觸發(fā)。上電之后初始化電路產(chǎn)生Clear信號，初始化所有的電子元器件。 這時Q端為O， /Q為l。當外部開關信號Sl變換時，Ql可以隨之變換，Sl-l時，Ql=l; S1=0
時，Q1=0,可以實現(xiàn)邏輯控制。本電路觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移關系為0n+1 = D觸發(fā)器的
/CLK引腳接收到觸發(fā)信號，Q只有在CLK出現(xiàn)上跳沿時才出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，即g-"=
由于是上跳沿觸發(fā)，當X由1變0時，經(jīng)過異或門后信號變?yōu)閘,即3變?yōu)?，上升沿
U5A發(fā)生跳變，Q即Q^gn+'-乃-^^1。 U5B的CLK輸入信號為0，沒有上升沿出現(xiàn)，Q不發(fā)生
跳變，Q=0。 一個l, 一個O，兩個信號經(jīng)異或門之后變成l高電平，即01=1。 Q1在XW期間 不再發(fā)生跳變或翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)信號的鎖存。當X由0變1時，1， 2異或后變0， U5A的CLK信號端為0，無上升沿，Q不發(fā)生跳變， Q=l; X信號直接進入U5B的CLK端，CLK出現(xiàn)上升沿，Q發(fā)生翻轉(zhuǎn)，Q-l。此時兩個信號經(jīng)異 或門之后變?yōu)镺,即QhO。 Q1在X-1期間Q1不再發(fā)生跳變或翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)信號的鎖存。
如上所述，只有當X發(fā)生由0到1或由1到0跳變時，Ql才會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，在之后的時間 內(nèi)不會動作，不會因為按動機械開關時出現(xiàn)一系列毛刺即抖動而跟著翻轉(zhuǎn)，從而可以有效的 實現(xiàn)電路的抗抖動抗干擾。
兩驅(qū)動輸出單元結(jié)構(gòu)為，其中一個驅(qū)動輸出單元包括三極管Ql,其集電極與繼電器連接， 基極接收邏輯信號，發(fā)射極接地；外部強電火線通過繼電器常開開關K1與第一路照明電路連 接；
'另一個驅(qū)動輸出單元包括三極管Q2，其集電極與繼電器連接，基極接收邏輯信號，發(fā)射 極接地；外部強電火線通過繼電器常開開關K2與第二路照明電路連接。
其工作原理為當三極管Q1輸入低電平時，即01=0，三極管不導通，繼電器不通電， 為髙電平，Kl在5引腳處，0UT1沒有和L連通，即外部的強電火線零線沒有連接，照明電路 沒有連通，燈不亮。
當三極管Q1輸入高電平時，即Ql-l,三極管導通，繼電器通電，Kl閉合到4點，0UT1 和L連通，照明電路連通，燈亮。即0UT1隨Q1的信號發(fā)生改變，決定照明線路是否導通， 控制燈的開關。如此便實現(xiàn)了照明用燈的開關控制。按下S1時，電燈亮；再次按下S1時， 電燈滅。
觸發(fā)信號單元為照明燈的機械式開關。
為保證信號的穩(wěn)定性，經(jīng)信號濾波放大單元2放大后的兩路電壓信號A、 B還分別經(jīng)過芯 片的電壓轉(zhuǎn)換單元U2和U3再次放大后，送入邏輯分析單元3， U2、 U3為CD4051。
本發(fā)明產(chǎn)品安裝位置隨意，可以安裝于墻內(nèi)的開關盒內(nèi)。造型美觀大方，手控方便，替換 便利。智能開關功能強大，設計新穎，可取代傳統(tǒng)的照明開關，與普通86型開關互換安裝， 是現(xiàn)代建筑智能化的理想選擇。產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)工作電壓AC18(T250V，額定總功率《500W, 工作溫度0 5(TC，工作濕度《90%，負載類型白熾燈/節(jié)能燈/日光燈。
該設計負荷滿足300W，繼電器使用壽命為10萬次觸點吸合，壓線端子均采用符合強電 使用的壓線端子。內(nèi)部強電走線采用1.0的銅線飛線完成，可以承受的電流為7A以上。使用 時把220VAC電源接到板路上的L和N口上，觸發(fā)信號用的開關接在S1 (或S2)和C0M上， 控制輸出口為L1 (或L2)
權(quán)利要求
1.一種雙鍵雙路智能開關，它包括為各個電器元件供電的電源單元，其特征是，它還有兩路依次連接的觸發(fā)信號單元、信號濾波放大單元、邏輯分析單元和驅(qū)動輸出單元；兩觸發(fā)信號單元與清零及復位單元連接；每一路的觸發(fā)信號單元產(chǎn)生開關信號經(jīng)過各自的信號濾波放大單元濾波、放大后得到電壓信號，電壓信號經(jīng)過各自的電壓轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后送入各自的邏輯分析單元得到邏輯信號，邏輯信號則通過各自的驅(qū)動輸出單元得到輸出信號，控制外部強電火線零線的導通與否，從而控制照明線路的供電。
2. 如權(quán)利要求1所述的雙鍵雙路智能開關，其特征是，所述電源單元結(jié)構(gòu)為，該單元兩 輸入端通過電子安定器Y1外接強電火線零線，電子安定器Y1的輸出端經(jīng)并聯(lián)的一對電容C1、 電容C2濾波穩(wěn)定后， 一個輸出端接地，另一個輸出端接電壓變換電路LM1的輸入端，同時該 模塊的輸入端還與外部固定12V電源連接，電壓變換電路LM1的輸出端則經(jīng)并聯(lián)的電容C3、 C4濾波后輸出+5V電壓為各元器件供電。
3. 如權(quán)利要求1所述的雙鍵雙路智能開關，其特征是，所述清零及復位單元組成為，它 包括串聯(lián)的電阻R9、電容C7，它們再并聯(lián)串聯(lián)的電阻RIO、電阻Rll，同時電阻R9、電阻RIO 與電容C7、電阻R11還分別與運算放大電路U1C的正負輸入端連接，運算放大電路U1C的輸 出端輸出清零信號。
4. 如權(quán)利要求1所述的雙鍵雙路智能開關，其特征是，所述兩信號濾波放大單元結(jié)構(gòu)分 別為，第一個包括開關S1，開關S1—端接地，另一端接觸發(fā)信號單元，然后該端接電阻R2、 C5組成的濾波電路，濾波后信號送入運算放大器U1A的正極，運算放大電路輸出電壓信號A;第二個則包括開關S2，開關S2—端接地，另一端接觸發(fā)信號單元，然后該端接電阻R6、 C6組成的濾波電路，濾波后信號送入運算放大器U1B的正極，運算放大電路輸出電壓信號B。
5. 如權(quán)利要求1所述的雙鍵雙路智能開關，其特征是，所述兩邏輯分析單元組成兩路輸 入兩路輸出，其中一個單元的輸入電壓信號接異或門U4A的輸入端和D觸發(fā)器U5B的輸入端， 異或門U4A的輸出端接D觸發(fā)器U5A,然后D觸發(fā)器U5A和D觸發(fā)器U5B的輸出端同時接異 或門U4D的輸入端，異或門U4D輸出端輸出一個邏輯信號；同時另一單元的輸入電壓信號接接異或門U4B的輸入端和D觸發(fā)器U6B的輸入端，異或 門U4B的輸出端接D觸發(fā)器U6A,然后D觸發(fā)器U6A和D觸發(fā)器U6B的輸出端同時接異或門 U4C的輸入端，異或門U4C輸出端輸出另一個邏輯信號。
6. 如權(quán)利要求1所述的雙鍵雙路智能開關，其特征是，所述兩驅(qū)動輸出單元結(jié)構(gòu)為，其 中一個驅(qū)動輸出單元包括三極管Q1，其集電極與繼電器連接，基極接收邏輯信號，發(fā)射極接 地；外部強電火線通過繼電器常開開關K1與第一路照明電路連接；另一個驅(qū)動輸出單元包括三極管Q2，其集電極與繼電器連接，基極接收邏輯信號，發(fā)射 極接地；外部強電火線通過繼電器常開開關K2與第二路照明電路連接。
7. 如權(quán)利要求1所述的雙鍵雙路智能開關，其特征是，所述觸發(fā)信號單元為照明燈的機 械式開關。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙鍵雙路智能開關。它解決了目前照明燈易忘記關閉，造成耗電量增大，浪費能源等問題，具有使用方便，質(zhì)量可靠，價格低廉，開關安全，符合環(huán)保要求，可實現(xiàn)建筑節(jié)能等優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)為它包括為各個電器元件供電的電源單元，它還有兩路依次連接的觸發(fā)信號單元、信號濾波放大單元、邏輯分析單元和驅(qū)動輸出單元；兩觸發(fā)信號單元與清零及復位單元連接；每一路的觸發(fā)信號單元產(chǎn)生開關信號經(jīng)過各自的信號濾波放大單元濾波、放大后得到電壓信號，電壓信號經(jīng)過各自的電壓轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后送入各自的邏輯分析單元得到邏輯信號，邏輯信號則通過各自的驅(qū)動輸出單元得到輸出信號，控制外部強電火線零線的導通與否，從而控制照明線路的供電。
文檔編號H05B37/02GK101291556SQ20081001678
公開日2008年10月22日 申請日期2008年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月16日
發(fā)明者李忠意, 杜曉通, 雷 王 申請人:山東大學