专利名称：自发电无线开关控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自发电无线开关控制装置，具体讲是通过自发电无线开关，实现对各种交、直流供电回路实施通断控制的装置。
背景技术：
最常见的供电控制用有线开关实现。安装有线开关时，需要将开关串入供电回路。这种控制方式需要在墙上开线槽、穿线管等，要使用铜线、线管的耗材，耗费人力和时间，实现较为不便。另一种较常见的控制采用无线开关或无线遥控实现。目前市面上的无线开关、无线遥控大多采用电池供电的遥控方案。这种控制方式虽然减少了安装的资源耗费，但也需要定期更换电池或定期充电，如果大面积使用，必须定期大面积更换电池，维护成本较高，维护效率底下，并且废弃的电池会带来污染
实用新型内容
针对上述情况，本实用新型提供一种自发电无线开关控制装置，可实现开关面板侧的自供电，并能对负载供电回路进行通断控制。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是它由开关面板和设备接收端组成。其中，开关面板中包含自发电单元、电压调理单元、按键输入单元、微处理器、无线收发单元、配对接口等。自发电单元完成能量收集并向电压调理单元提供初始电能。电压调理单元将能量收集得到的不稳定电压调整为器件需要的稳定的电压，并向微处理器、无线收发单元等供电。按键输入单元具有的作用一是利用按键的机械结构，结合自发电单元，完成按键的机械能向电能的转换，二是进行不同键位的识别。另外还可辅助完成初始化时的开关配对。微处理器可读取按键的状态，完成模块地址的编码、检验和通信的发起、应答等。无线收发单元与微处理器连接，可从微处理器获得编码，完成无线信号的调制、编码和发射。开关面板和设备接收端通过配对接口进行配对，用于设备的初始化。设备接收端包含电压调理单元、无线收发单元、微处理器、负载回路控制单元、显示单元、配对接口等。电压调理单元主要功能是将外电源转化为设备需要的电源电压，给无线收发单元、微处理器、负载回路控制单元、显示单元等供电。无线收发单元完成无线信号的接收、解调、解码。微处理器与无线收发单元连接，可从无线收发单元接收信号，进行通信的发起、应答等。微处理器直接控制负载回路控制单元，实现对负载回路的电隔离控制。微处理器可控制显示单元显示目前模块的工作状态。开关面板和设备接收端通过配对接口进行配对，用于设备的初始化。本实用新型采用上述技术方案后的优点在于1、采用自发电单元对开关面板供电，解除了开关必须串入供电回路的限制，安装、维护更加方便。2、自发电单元将其他形式的绿色环保能源，如机械能、光能等，转化为电能，节能环保，避免了电池污染。3、采用自发电单元对开关面板供电，使用时不会与强电接触，保障了使用者的安全。4、使用专用的配对接口进行设备初始化，实现即插即配，装配简单。5、减少了电线等安装材料的消耗，经济实用。
以下结合附图
和实施例对本实用新型进一步说明。图I是本实用新型的装置结构图。图2是电压调理单元的一种实现方案。图2中I是全桥整流电路，2是电容，3是稳压电路。图3是本实用新型的配对原理图。
具体实施方式
在图I中，本实用新型的自发电无线开关控制装置，包括开关面板和设备接收端两大部分。开关面板由自发电单元、电压调理单元A、按键输入单元、微处理器A、无线收发单元A、配对接口 A等组成。设备接收端由电压调理单元B、无线收发单元B、微处理器B、负载回路控制单元、显示单元、配对接口 B等组成。自发电单元完成能量收集并向电压调理单元提供初始电能，可以采用目前已有的电磁机械换能器、光电转化结构、太阳能电池、压电器件、温差发电器件等，其形式可以是用换能材料制作的机械结构，也可以是独立的电子器件，还可以是集成电路。电压调理单元A将能量收集得到的不稳定电压调整为器件需要的稳定的电压，并向微处理器A、无线收发单元A等供电。电压调理单元A包括整流和调压两个部分。电压调理单元A的具体说明见图
2.按键输入单元包括与自发电单元耦合的按键机械部件和在PCB上对应的按键，按键可采用导电橡胶或按键元件实现。微处理器A是一款低功耗单片机，用于读取按键状态，完成通信的发起、编码、检验、应答等。由于一般自发电单元收集的能量很有限，微处理器A的功耗要尽量低，可采用 nrf24L、CC430、CC110x、MSP430、C8051F9xx、JN5148、PIC24F、GS1010 等系列的超低功耗单片机，构成微处理器最小装置所需要的外围期间略有差异，在图I中略去。无线收发单元A与微处理器A连接，可从微处理器A获得编码，完成无线信号的调制、编码和发射。无线收发单元A可与微处理器A —并由集成芯片SOC完成功能，也可以分开实现功能。无线收发单元A的天线可视传输距离、传输环境等条件的需要，选择PCB天线或小型外置天线。开关面板和设备接收端通过配对接口进行配对，用于设备的初始化，具体说明见图3。电压调理单元B将外电源转化为设备需要的电源电压，给无线收发单元、微处理器、负载回路控制单元、显示单元等供电。外电源一般为市电，如常见的110V、220V、380V交流电源。在特殊情况下也可以是直流电源。当外电源为交流电源时，电压调理单元包括整流、调压两个部分，整流一般由桥式整流器完成，调压包括变压器调压、稳压管稳压等部分。当外电源为直流电源时，整流部分可略去，按需要选取升/降压电路以及稳压电路进行调压即可。无线收发单元B完成无线信号的接收、解调、解码。微处理器B与无线收发单元B连接，可从无线收发单元B接收信号，进行通信的发起、应答等。由于设备接收端由外电源供电，没有超低功耗的硬性要求，根据控制对象、应用环境的不同，其无线收发单元B和微处理器B的方案选择更加自由多样。无线收发单元B可与微处理器B —并由集成芯片SOC完成功能，也可以由分离器件实现功能。微处理器B可选择单片机、MCU、DSP、FPGA等数字信号微处理单元。微处理器B直接控制负载回路控制单元，负载回路控制单元可采用继电器、光电隔离等方案实现对负载回路的电隔离控制。显示单元由微控制器B控制，显示当前被控对象状态。被控对象状态包括是否配对、是否正常工作等信息。显示单元可以用LED、IXD等方式显示这些信息。下面以图I为例说明其装置实现控制的过程。假设当前状态下开关面板和设备接收端已经配对(配对见图3及其说明)，建立了对应控制关系。此时按键输入单元受到外力按键作用，按键输入单元与自发电单元相耦合，引起自发电单元的电输出。自发电单元的电输出一般为交流冲击信号，进入电压调理单元A后，经过整流、调压，变为直流电压，向微处理器A和无线收发单元A供电。微处理器A接受电后，读取按键状态，通过按键信息进行下一步判断。如，此时是对某设备进行通断控制，则开关面板向周围空间发出数字编码信号。 数字编码信号中包含按键信息、通断控制命令、设备地址、校验信息等内容。信号可采用奇偶校验、CRC校验，还可采取AES等加密方法进行加密，确保传输的可靠性和安全性。各设备模块接收该信号后，提取信号中的相关信息进行检验、匹配，如果信息通过检验，地址匹配，说明该信息正确、可信，需要响应，如果没有通过检验、匹配，则信息无效，不予响应。对于被控设备的接收模块，无线收发单元B接收该数字控制信号，微控制器B获得该信号并进行检验，检验通过并进行响应。如对强电设备进行通断控制，则微控制器B控制负载回路控制单元，如继电器，最终实现对负载回路的通断控制。开关面板和接收控制模块间的通信可采用监听重传的方式提高可靠性，一个控制过程可能涉及到多个发射接收过程。显示单元用来显示当前工作状态，以LED、LCD或其他方式表示负载回路的通断、故障等情况。图中，配对接口在工作状态不发挥作用，在图中用虚线箭头连接。图2是电压调理单元的一种实现方案。全桥整流电路(I)由4个二极管组成，交流信号通过全桥整流电路(I)后变为直流信号，形成电荷的定向移动。电容(2)作为储能单元将电荷存储起来并形成一定的电压。稳压电路(3)使电压稳定输出。由于前端能量收集获得的能量很微弱，要求电压调理单元的电能损耗尽量小，全桥整流电路(I)中的二极管应选择导通电阻小的二极管。电容(2)应选择漏电流小的电容。电容的充放电过程决定了装置的响应时间，电容大小应选择适中，太大则难以充到高电压，太小则存储的电能有限。也可以用多个大小不同的电容并联实现。稳压电路(3)可用分离器件如稳压管稳压，也可以用集成电路，如LMl 117进行稳压。图3是本实用新型的配对原理图。无线开关控制装置在使用前，均须进行配对，建立开关面板与设备接收端的对映关系。配对时，开关面板与设备接收端通过配对接口进行对接。配对接口可采用mini USB、micro USB、小间距插针等小型接口。配对过程可由开关面板、设备接收端任意一方发起。配对的主要内容是开关面板中的微控制器A和设备接收端中的微控制器B通过配对接口交换各自的地址码、认证码等必要信息。微控制器A在配对过程中会通过读取按键输入单元的输入状态，确认配对进行，进入配对状态。微控制器B向显示单元输出配对信息。在配对过程中，开关面板由设备接收端通过配对接口对其进行供电，自发电单元，电压调理单元A，无线收发单元A在该过程中处于无效状态，在图中用虚线连接。设备接收端在配对过程中应处于控制失效状态，故设备接收端中的无线收发单元B、负载回路控制单元B均处于无效状态。配对完成后，可解除开关面板和设备接收端的对接，并通过按键测试配对控制。
权利要求1.自发电无线开关控制装置其特征是包括开关面板和设备接收端两部分，其中，开关面板中包含自发电单元、电压调理单元、按键输入单元、微处理器、无线收发单元、配对接口，设备接收端包含电压调理单元、无线收发单元、微处理器、负载回路控制单元、显示单元、配对接口，所说的自发电单元在装置工作时为开关面板提供电能，电压调理单元对该电能进行整流调压后向微处理器、无线收发单元供电，微处理器读取按键输入单元状态，对相关信息进行数字编码，无线收发单元发送编码后的控制命令，负载接收模块的无线收发单元接收控制信息，显示单元显示控制状态，通过负载回路控制单元控制负载回路的通断，实现对远端设备的无源控制。
2.根据权利要求I所述的自发电无线开关控制装置，其特征是自发电单元包括电磁机械换能器、光电转化结构、太阳能电池、压电器件、温差发电器件在内的能量收集部件，其形式可以是用换能材料制作的机械结构，也可以是独立的电子器件，还可以是集成电路。
3.根据权利要求I所述的自发电无线开关控制装置，其特征是电压调理单元包括整流、调压两个部分，其形式可采用桥式整流、稳压管稳压。
4.根据权利要求I所述的自发电无线开关控制装置，其特征是按键输入单元与自发电单元耦合，通过按键促发供电，其形式可采用导电橡胶或按键元件实现。
5.根据权利要求I所述的自发电无线开关控制装置，其特征是微处理器采用超低功耗芯片，其形式可采用 nrf24L、CC430、CC110x、MSP430、C8051F9xx、JN5148、PIC24F、GSlOlO系列的超低功耗单片机。
6.根据权利要求I所述的自发电无线开关控制装置，其特征是无线收发单元可与微处理器A —并由集成芯片SOC完成功能，如nrf24LEl，也可以分开实现功能，如nrf24L01。无线收发单元的天线可为PCB天线或小型外置天线。
7.根据权利要求I所述的自发电无线开关控制装置，其特征是无线开关控制装置在使用前，均须进行配对，建立开关面板与设备接收端的对映关系，配对时，开关面板与设备接收端通过配对接口进行对接，配对接口可采用包括mini USB, micro USB、小间距插针的小型接口。
8.根据权利要求I所述的自发电无线开关控制装置，其特征是设备接收端中，接收无线收发单元可与微处理器一并由集成芯片SOC完成功能，也可以由分离器件实现功能，具体形式可选择包括单片机、MCU、DSP、FPGA的数字信号微处理单元。
9.根据权利要求I所述的自发电无线开关控制装置，其特征是负载回路控制单元采用电隔离控制，其形式可采用继电器、光电隔离器件。
10.根据权利要求I所述的自发电无线开关控制装置，其特征是显示单元显示设备接收端的工作状态。
专利摘要一种自发电无线开关控制装置。它由开关面板和设备接收端组成。开关面板中包含自发电单元、电压调理单元、按键输入单元、微处理器、无线收发单元、配对接口。设备接收端包含电压调理单元、无线收发单元、微处理器、负载回路控制单元、显示单元、配对接口。在装置工作时，装置中的自发电单元为开关面板提供电能，开关面板向设备接收端发射数字编码控制信号，实现对远端设备的无源控制。该装置可以对日常家居中的照明、电器等负载进行控制，也可以对布线不便或危险的区域进行远程控制，兼有节省物料、减少时间、人力成本，节能环保，维护方便的优点。
文档编号G05B19/04GK202615143SQ20112042747
公开日2012年12月19日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者程小科, 吴晶, 许一飞 申请人:武汉领普科技有限公司