一种低功耗无线开关面板及使用方法与流程

1.本发明涉及无线开关面板技术领域，具体为一种低功耗无线开关面板及使用方法。

背景技术：

2.开关面板在家庭生活中无处不在，传统的开关面板通过机械的方式，导通电力线实现设备电源的通断，无法远程控制，用户操作之后也无法知道受控设备的电源状态，因此智能控制开关面板应时而生，满足了智能家居电源开关远程控制和联动的需求。
3.目前市面上现有的智能家居无线开关面板在使用的时候，由于无线射频频繁交互，因此一般无线开关面板的功耗都较大，且无线开关面板在使用的时候不能进行电能的回收，当无线开关面板使用独立电源进行供电时，容易出现缺电的现象。
4.基于此，本发明设计了一种低功耗无线开关面板及使用方法，以解决上述提到的问题。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种低功耗无线开关面板及使用方法，通过阶梯式组网降低无线射频频繁交互带来的电能损耗，通过电源电压阶梯式设定有效降低回路损耗，通过能量回收电路对继电器工作的电能回收，延长了单设备独立电源的使用时间，同时能够实现对无线开关面板状态的监测和异常的上报，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低功耗无线开关面板，包括开关面板本体，所述开关面板本体上设有无线通信模块、电源控制电路、电源模块、继电器控制及防护模块、能量回收电路和人机交互控制面板；
7.所述能量回收电路包括：储能电容、储能电容充电回路、储能电容放电回路、储能电容充放电控制回路、电源充电回路、继电器动作控制及监测电路、微动能采集电路、用户操作面板、电压挡位切换电路和电源。
8.优选的，所述继电器动作控制及监测电路与所述储能电容充电回路、所述储能电容放电回路和所述储能电容充放电控制回路之间电连接，当所述继电器受控开启时，经由所述储能电容充电回路对所述储能电容进行充电，当所述继电器受控动作完成后，所述储能电容通过所述储能电容放电回路进行放电，使得电能进入电源充电回路。
9.基于上述技术特征，通过能量回收电路对电能进行回收，继电器工作只消耗开关动作，有效减少继电器线圈激荡损耗。
10.优选的，所述无线通信模块上设置有若干无线接口；
11.和/或，所述无线通信模块通过无线指令或者用户交互操作唤醒；
12.和/或，所述无线通信模块设有周期定时唤醒。
13.基于上述技术特征，通过在无线通信模块上设置有若干无线接口，便于实现无线对接。
14.优选的，所述电源控制电路提供至少三个档位电源电压的控制切换。
15.基于上述技术特征，保证无线开关面板在不同状态下的供电。
16.优选的，所述电源模块包括可充电电池接口、纽扣电池插槽、法拉电容接口以及外部供电接口。
17.基于上述技术特征，可根据实际需要选择合适的电源供电方式。
18.优选的，所述继电器控制及防护模块采用磁保持继电器或固态继电器，设置有过零取样电路，保证继电器开关动作在零点附近。
19.基于上述技术特征，通过对继电器开关动作进行控制，保证继电器的使用寿命。
20.优选的，所述人机交互控制面板包括人体红外热释电传感器，以实现非接触近距离提前唤醒所述无线开关面板。
21.基于上述技术特征，保证用户交互动作和低功耗无线交互的实时性，改善人机交互体验。
22.一种低功耗无线开关面板使用方法，基于如上述任一项所述的无线开关面板，包括：
23.s1，无线开关面板首次上电或初始化后，进入问讯和广播模式，用于被网关发现，进入s2；
24.s2，若无法发现网关进入阶梯入网模式，直到一个月后静默设备休眠，设备电源控制电路降低电压到1.4v，需要用户手动唤醒进入s5；
25.若设备被网关发现组网成功，设备上报上电状态后通过电源控制电路降低设备工作电压挡位到2.6v，无线模组进入半休眠模式，进入s3；
26.s3，服务端下发唤醒和控制指令，设备收到唤醒指令唤醒设备，抬升电源电压到3.3v，并使用继电器控制及防护模块的继电器控制回路，完成控制指令动作进入s4；
27.s4，动作或指令操作完成后设备重新降低电源电压到2.6v，进入半休眠状态，若期间无动作，则设备在2.6v下每天发射至少5次设备心跳指令到网关，配合网关监测设备状态，若电源电量低于10％则进入s6，若电源完全耗完，则进入s5；
28.s5，用户操作面板后，若设备完全没电，每次用户操作都将会通过微动能采集电路提供无线发射电源更换提醒帧到网关，此时设备无法正常开关，若用户操作设备初始化，则进入s1；
29.s6，每天至少20次上报电能不足消息到网关提示充能或更换设备电源，设备重新更换电源后，返回s2。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
31.通过阶梯式组网降低无线射频频繁交互带来的电能损耗，通过电源电压阶梯式设定有效降低回路损耗，通过能量回收电路对继电器工作的电能回收，延长了单设备独立电源的使用时间，同时能够实现对无线开关面板状态的监测和异常的上报。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附
图。
33.图1为本发明能量回收电路示意图；
34.图2为本发明无线开关面板使用方法流程示意图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
36.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种低功耗无线开关面板，包括开关面板本体，开关面板本体上设有无线通信模块、电源控制电路、电源模块、继电器控制及防护模块、能量回收电路和人机交互控制面板；
37.能量回收电路包括：储能电容、储能电容充电回路、储能电容放电回路、储能电容充放电控制回路、电源充电回路、继电器动作控制及监测电路、微动能采集电路、用户操作面板、电压挡位切换电路和电源。
38.通过阶梯式组网降低无线射频频繁交互带来的电能损耗，通过电源电压阶梯式设定有效降低回路损耗，通过能量回收电路对继电器工作的电能回收，延长了单设备独立电源的使用时间，同时能够实现对无线开关面板状态的监测和异常的上报。
39.其中，继电器动作控制及监测电路与储能电容充电回路、储能电容放电回路和储能电容充放电控制回路之间电连接，当继电器受控开启时，经由储能电容充电回路对储能电容进行充电，储能电容充满则储能电容充放电控制回路导通并完成继电器受控动作，当继电器受控动作完成后，立即关闭储能电容充电回路，储能电容通过储能电容放电回路进行放电，使得电能进入电源充电回路，这部分电能存储到充电电池或法拉电容内，这样继电器工作只消耗开关动作，有效减少继电器线圈激荡损耗。
40.其中，无线通信模块上设置有若干无线接口，具备多种无线接口模块选配，如zigbee、lora、ble、rf、laki等，模块配置或组网成功后均工作在低功耗模式下；无线通信模块通过无线指令或者用户交互操作唤醒；无线通信模块设有周期定时唤醒。
41.其中，电源控制电路提供至少三个档位电源电压的控制切换，提供电源模式的切换，提供3.3v、2.6v和1.4v三个档位电源电压的控制切换，设备休眠时选择合适的电源供电电压有效减低无效工作电压压差引入的器件内电能损耗。
42.其中，电源模块包括可充电电池接口、纽扣电池插槽、法拉电容接口以及外部供电接口，依据不同模组的功耗不同，选配合适的电源供电方式。
43.其中，继电器控制及防护模块采用磁保持继电器或固态继电器，设置有过零取样电路，保证继电器开关动作在零点附近，延长继电器使用寿命；最多能够扩展四路控制回路，设置有防护电路，有效抑制感性负载接入瞬时大电流对输出端的冲击。
44.其中，人机交互控制面板包括人体红外热释电传感器，以实现非接触近距离提前唤醒无线开关面板，保证用户交互动作和低功耗无线交互的实时性，改善人机交互体验；设置最多四路按键，以及可选配的自发电微动能收集开关，若选配了自发电微动能收集开关模块，每次用户按键操作将带来250uj～300uj左右的电能到充电回路，能够提示设备单次
充电供电的使用寿命，同时在设备电源电能耗尽时，设备端用户操作时低功耗无线模块仍能工作，将设备电能耗尽等设备状态信息传递到网关或服务端。
45.本发明中，无线开关面板适配86底盒的装配尺寸，符合家装施工标准要求；独立电池电源供电，无需布线；低功耗无线开关面板配合继电器电能回收以及微动能充能，降低了设备更换电池或充电的频率，有效降低用户使用成本。
46.本发明中，无线开关面板交互时：zigbee、ble、laki、lora等设备模组工作必须入网才能够进行低功耗，因此设备的入网操作设置为两种模式；
47.第一种：首次入网必须用户手动触发才能够使能，减少设备自动入网时候的问讯帧和广播导致的功耗损失；
48.第二种：设备掉线后重连接，采用阶梯式发射问讯帧和广播减少功耗，例如离线2分钟内，每5秒请求重新入网，超过2分钟，每增加2分钟请求入网时间周期增加5秒，直到超过一小时，设置为每天请求5次入网，超过一个月，关闭请求入网，必须重新上电或用户手动触发入网。
49.请参阅图2，一种低功耗无线开关面板使用方法，基于如上述任一项所述的无线开关面板，包括：
50.s1，无线开关面板首次上电或初始化后，进入问讯和广播模式，用于被网关发现，进入s2；
51.s2，若无法发现网关进入阶梯入网模式，直到一个月后静默设备休眠，设备电源控制电路降低电压到1.4v，需要用户手动唤醒进入s5；
52.若设备被网关发现组网成功，设备上报上电状态后通过电源控制电路降低设备工作电压挡位到2.6v，无线模组进入半休眠模式，进入s3；
53.s3，服务端下发唤醒和控制指令，设备收到唤醒指令唤醒设备，抬升电源电压到3.3v，并使用继电器控制及防护模块的继电器控制回路，完成控制指令动作进入s4；
54.s4，动作或指令操作完成后设备重新降低电源电压到2.6v，进入半休眠状态，若期间无动作，则设备在2.6v下每天发射至少5次设备心跳指令到网关，配合网关监测设备状态，若电源电量低于10％则进入s6，若电源完全耗完，则进入s5；
55.s5，用户操作面板后，若设备完全没电，每次用户操作都将会通过微动能采集电路提供无线发射电源更换提醒帧到网关，此时设备无法正常开关，若用户操作设备初始化，则进入s1；
56.s6，每天至少20次上报电能不足消息到网关提示充能或更换设备电源，设备重新更换电源后，返回s2。
57.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
58.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明
的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：

1.一种低功耗无线开关面板，包括开关面板本体，其特征在于：所述开关面板本体上设有无线通信模块、电源控制电路、电源模块、继电器控制及防护模块、能量回收电路和人机交互控制面板；所述能量回收电路包括：储能电容、储能电容充电回路、储能电容放电回路、储能电容充放电控制回路、电源充电回路、继电器动作控制及监测电路、微动能采集电路、用户操作面板、电压挡位切换电路和电源。2.根据权利要求1所述的一种低功耗无线开关面板，其特征在于：所述继电器动作控制及监测电路与所述储能电容充电回路、所述储能电容放电回路和所述储能电容充放电控制回路之间电连接，当所述继电器受控开启时，经由所述储能电容充电回路对所述储能电容进行充电，当所述继电器受控动作完成后，所述储能电容通过所述储能电容放电回路进行放电，使得电能进入电源充电回路。3.根据权利要求1所述的一种低功耗无线开关面板，其特征在于：所述无线通信模块上设置有若干无线接口；和/或，所述无线通信模块通过无线指令或者用户交互操作唤醒；和/或，所述无线通信模块设有周期定时唤醒。4.根据权利要求1所述的一种低功耗无线开关面板，其特征在于：所述电源控制电路提供至少三个档位电源电压的控制切换。5.根据权利要求1所述的一种低功耗无线开关面板，其特征在于：所述电源模块包括可充电电池接口、纽扣电池插槽、法拉电容接口以及外部供电接口。6.根据权利要求1所述的一种低功耗无线开关面板，其特征在于：所述继电器控制及防护模块采用磁保持继电器或固态继电器，设置有过零取样电路，保证继电器开关动作在零点附近。7.根据权利要求1所述的一种低功耗无线开关面板，其特征在于：所述人机交互控制面板包括人体红外热释电传感器，以实现非接触近距离提前唤醒所述无线开关面板。8.一种低功耗无线开关面板使用方法，其特征在于：基于如权利要求1-7任一项所述的无线开关面板，包括：s1，无线开关面板首次上电或初始化后，进入问讯和广播模式，用于被网关发现，进入s2；s2，若无法发现网关进入阶梯入网模式，直到一个月后静默设备休眠，设备电源控制电路降低电压到1.4v，需要用户手动唤醒进入s5；若设备被网关发现组网成功，设备上报上电状态后通过电源控制电路降低设备工作电压挡位到2.6v，无线模组进入半休眠模式，进入s3；s3，服务端下发唤醒和控制指令，设备收到唤醒指令唤醒设备，抬升电源电压到3.3v，并使用继电器控制及防护模块的继电器控制回路，完成控制指令动作进入s4；s4，动作或指令操作完成后设备重新降低电源电压到2.6v，进入半休眠状态，若期间无动作，则设备在2.6v下每天发射至少5次设备心跳指令到网关，配合网关监测设备状态，若电源电量低于10％则进入s6，若电源完全耗完，则进入s5；s5，用户操作面板后，若设备完全没电，每次用户操作都将会通过微动能采集电路提供无线发射电源更换提醒帧到网关，此时设备无法正常开关，若用户操作设备初始化，则进入
s1；s6，每天至少20次上报电能不足消息到网关提示充能或更换设备电源，设备重新更换电源后，返回s2。

技术总结

本发明公开了一种低功耗无线开关面板及使用方法，涉及无线开关面板技术领域，包括包括开关面板本体，开关面板本体上设有无线通信模块、电源控制电路、电源模块、继电器控制及防护模块、能量回收电路和人机交互控制面板；能量回收电路包括：储能电容、储能电容充电回路、储能电容放电回路、储能电容充放电控制回路、电源充电回路、继电器动作控制及监测电路、微动能采集电路、用户操作面板、电压挡位切换电路和电源；通过阶梯式组网降低无线射频频繁交互带来的电能损耗，通过电源电压阶梯式设定有效降低回路损耗，通过能量回收电路对继电器工作的电能回收，延长了单设备独立电源的使用时间，同时能够实现对无线开关面板状态的监测和异常的上报。异常的上报。异常的上报。