智能开关控制系统的设计与应用
发表时间：2018-07-05T15:27:33.613Z 来源：《电力设备》2018年第9期作者：梁敬杰
[导读] 摘要：时代的发展，根据实际的需要，设计一个智能开关控制系统。
(广西电网有限责任公司贵港平南供电局广西 537300)
摘要：时代的发展，根据实际的需要，设计一个智能开关控制系统。
介绍设计思路、智能遥控终端和智能开关的结构、系统控制方法。
应用实例结果表明:将智能终端按键与智能开关进行匹配、绑定，可使使用者通过一个按键控制多个开关，仅需通过简单的按压按键动作即可达到控制被控设备的目的。
关键词：智能开关；智能遥控终端；无线射频识别技术；设定匹配
引言
近年来，人们对现代家居生活水平的要求越来越高，因此安全、便捷、舒适的家居环境受到人们越来越多的关注。
这就要求家居产品能够实现自身的智能化，小到天然气阀门，大到各种电器设备等都必须具有遥控功能，实现真正舒适便捷的生活方式。
在我国人口中残障群体约占5%，对于残障群体，由于自身活动不便、功能障碍造成其生活自理能力较差，不能很好地完成一些日常生活动作，比如开关电器、监控家用电器、开门、开灯及呼叫等，因此，基于无线控制的各类康复辅具和家用电器已成为研究热点。
目前，市场上虽然有利用红外技术的具有一键绑定功能的遥控产品，但由于红外技术传输距离短，不能穿越障碍物，使得该产品的应用领域极其有限。
为解决现有智能开关系统组网复杂，缺乏灵活性，使用局限性，不能为用户提供自主选择，不能个性化配置智能开关数量和遥控等问题，笔者应用无线射频识别技术，使智能开关控制系统使用者具有多种选择，实现用户的个性化需求，提高用户使用智能开关产品的灵活性和舒适性。
1设计思路
设计要求智能开关系统控制算法能够实现多个智能开关与智能遥控终端之间的任意绑定和解除绑定，并且多个智能开关之间可以任意组合，智能遥控终端的按键之间可以任意组合，控制单个或多个智能开关。
智能开关控制系统的应用范围主要包括家用电器插座、室内照明设施、室内各类阀门的开关，呼叫报警，各类康复辅具电器设备的开关，电子门的开关。
2硬件部分
智能开关控制系统由智能遥控终端和智能开关组成:智能遥控终端用于建立系统主控模块与智能开关之间的连接，负责发送指令、执行命令、定时开关、接收智能开关反馈信号及记录智能开关状态信息等功能;智能开关用于接收并执行操作指令和反馈工作状态信息。
智能遥控终端(图2)电路板尺寸在50mm×100mm以内，承载智能遥控终端主控制器、电源模块、电量检测和报警模块、操作按键和显示屏、开关状态信息反馈和保存模块、无线遥控执行模块。
其中，主控制器采用AＲM内核的ST系列主控芯片。
操作面板包括4～8个按键和4～8个指示LED。
电源模块选择充电锂电池，优选150mA•h、3.7V的聚合物充电锂电池，电源模块主要包括锂电池充电电路和电池保护电路。
智能开关电路板尺寸在45mm×45mm以内，承载智能开关主控制器、电压转换模块、无线控制电路(用于发射和接收ＲF射频信号)、执行模块、光线传感器、热释电红外传感器、温度传感器及电流传感器等。
主控制器采用AＲM内核的ST系列主控芯片。
面板包括两个开关按键和一个指示灯。
两个开关按键中，一个是匹配按键，另一个是设定按键。
智能开关通过220V(AC)电压供电，由转换模块将220V(AC)市电转换为5V(DC)电压后为各部件供电，功率1～3kW。
3控制方法
智能遥控终端的显示屏上实时显示智能开关的状态信息，主要包括每个智能开关的功能设定、开关状态、电流值、温度值及用电电量等。
智能遥控终端保存的按键地址信息ID格式字节0段:8位十六进制数，代表按键地址代码，为定义时产生的随机代码。
定义过的地址代码不重复定义，除非是取消定义或设定的其他按键地址代码与定义过的按键地址代码重复。
字节1段:8位十六进制数，代表在一次开关定义中开关的使用次数累计。
当开关完整地操作一个周期，即完成一次打开和关闭时，字节1段自动加1，直至字节1段自动累加到FF后，记录一个使用习惯记录标志位，并存储到反馈开关状态信息模块中。
字节2段:8位十六进制数，代表开关定时状态标志位。
当设定开关为定时状态时其值为01，不设定时为00。
字节3段:8位十六进制数，代表开关使用状态标志位。
当开关为开启被控设备时其值为01，关闭被控设备时为00。
4应用实例
在一个智能开关的情况下，当该智能开关处于待绑定状态时，智能终端的任意一个按键都可以与之匹配。
例如，此时按下智能终端的按键1，即可实现按键1对该智能开关的打开与关闭。
在两个智能开关的情况下，当两个智能开关都处于待绑定状态时，智能终端的任意一个按键都可以与这两个智能开关匹配，即一个按键可以控制两个智能开关的打开与关闭。
例如，此时按下智能终端的按键2，即可实现按键2对这两个智能开关的打开与关闭。
在两个智能开关(智能开关1和智能开关2)的情况下，当智能开关1处于待绑定状态，智能开关2未处于待绑定状态时，此时选择智能终端的任意按键绑定后即可控制智能开关1的打开与关闭。
在匹配智能开关1后，将智能开关2设定为待绑定状态，此时再选择智能终端的任意按键即可控制智能开关2的打开与关闭。
在此种情况下有一个特例，就是如果智能终端两次绑定智能开关1和智能开关2使用的是同一个按键，那么将实现与上述实例相同的结果。
在3个智能开关(智能开关1、智能开关2和智能开关3)的情况下，当智能开关1处于待绑定状态，智能开关2和智能开关3未处于待绑定状态时，此时选择智能终端的任意按键绑定后即可控制智能开关1的打开与关闭。
在匹配智能开关1后，将智能开关2设定为待绑定状态，此时再选择智能终端的任意按键即可控制智能开关2的打开与关闭。
在匹配智能开关2后，将智能开关3设定为待绑定状态，此时再选择智能终端的任意按键即可控制智能开关3的打开与关闭。
在此种情况下有一个特例，就是如果智能终端同一个按键两次或3次绑定智能开关，那么将实现一个按键控制两个或3个智能开关。
5系统软件设计
智能开关系统软件设计，是基于免费的和软件实现编程的，由于基于进行编程，使得系统开发周期大大缩减。
制定的针对在家庭网络方面的应用框架是对逻辑设备及其接口的描述集合，是针对某个特定应用的公约和准则，其目的是使不同厂家按照同一个设计的产品之间可以相互操作、相互替换。
本文的智能开关控制系统就是在这个的基础上实现的。
鉴于节点使用的通用性要求，需要上电后并调用相应的初始化程序对系统进行初始化。
由于无线通讯模块的功耗较大，大部分时间都处于休眠状态，通过各级中断唤醒和恢复无线通讯模块的正常工作。
智能开关系统主程序流程，系统上电开机后首先完成物理层和网络层初始化，然后自带建立网路，当网络组建成功后开始初始化外围硬件，然后初始化层和,层任务，再对用户自定义任务进行初始化进入消息循环机制，检测中断，当有新消息时激活相应任务处理该消
息，消息处理完毕后,又进入消息循环机制，该机制下,大部分情况下为休眠模式，可以大大延长电源使用寿命。
结语
与现有技术和产品相比，智能开关控制系统的优点和积极效果包括:控制策略算法具有创新性，智能操控，提高了用户体验的舒适性;具有控制方便、使用多样性、灵活性、可操作性及智能性等优点;功能设定、操作简洁，保证使用者充分发挥智能开关系统的使用效率，提升用户体验效果。
笔者提出将智能终端按键与智能开关进行匹配、绑定，可使使用者方便地通过按下智能终端按键来控制智能开关，尤其是可以通过一个按键控制多个开关，保证使用者仅需通过简单的按压按键动作即可达到控制被控设备的目的，对于行动不便的人员具有重要意义。
参考文献:
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