專利名稱：無線信號繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于工業(yè)自動化控制和無線通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用無線通訊技術(shù)實現(xiàn)對信號繼電器進行自動控制和監(jiān)測的設(shè)備及其使用方法。
背景技術(shù)：
繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路)，通常應(yīng)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(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。傳統(tǒng)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(yuǎn)程分布在多處的情況下，有線控制方式就顯得不適合。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種無線信號繼電器及其使用方法，解決了在某些人員不便進入的場合，或者信號繼電器遠(yuǎn)程分布在多處的情況下，遠(yuǎn)程控制信號繼電器的問題。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本實用新型提供的技術(shù)方案是一種無線信號繼電器，其特征在于所述無線信號繼電器包含外殼、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(fù)載，所述的指示燈由信號指示燈、狀態(tài)指示燈和報警指示燈組成，所述的射頻單片機模塊用于監(jiān)測空氣中無線封包的狀態(tài)，若監(jiān)測到控制命令封包，則解析封包中的內(nèi)容，并根據(jù)其內(nèi)容控制功率繼電器模塊的閉合或斷開，由狀態(tài)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(jiān)測到狀態(tài)查詢封包，則將繼電器模塊當(dāng)前的狀態(tài)進行無線反饋，若監(jiān)測到功耗檢測封包，則將負(fù)載當(dāng)前工作電流值進行無線反饋，所述的功率繼電器模塊的功能還在于若發(fā)生異常斷開或者閉合現(xiàn)象，功率繼電器模塊將及時發(fā)送異?，F(xiàn)象，并且點亮報警指示燈。優(yōu)選的，所述無線信號繼電器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。優(yōu)選的，所述無線信號繼電器，其特征在于電源模塊包含整流、濾波、變壓和穩(wěn)壓電路模塊，提供射頻功放所需的直流電壓。優(yōu)選的，所述的無線信號繼電器，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。優(yōu)選的，所述的無線信號繼電器，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。優(yōu)選的，所述的無線信號繼電器，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。優(yōu)選的，所述的無線信號繼電器，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。作為優(yōu)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(guān)，用于切換射頻信號的發(fā)送和接收。優(yōu)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。作為優(yōu)選的，所述的無線信號繼電器，其特征在于為檢測負(fù)載功耗，需在無線信號繼電器的常閉端增添電流監(jiān)測模塊。本實用新型的另一目的在于提供一種無線信號繼電器的使用方法，其特征在于所述方法包括以下步驟(I)將無線信號繼電器的電源輸入端子連接直流電源；(2)將無線信號繼電器的繼電器輸出端子連接負(fù)載公共端引腳連接負(fù)載電源，常開端引腳或者常閉端引腳連接負(fù)載正極；(3)無線信號繼電器上電后信號指示燈周期性閃爍，其射頻單片機一直處于監(jiān)測空氣中無線封包的狀態(tài)；(4)若監(jiān)測到控制命令封包，則解析封包中的內(nèi)容，并且根據(jù)其內(nèi)容控制繼電器閉合或者斷開，狀態(tài)指示燈點亮和熄滅分別表示繼電器閉合和斷開；(5)若監(jiān)測到狀態(tài)查詢封包，則將繼電器當(dāng)前的狀態(tài)進行無線反饋；(6)若監(jiān)測到功耗檢測封包，則將負(fù)載當(dāng)前工作電流值進行無線反饋；(7)若發(fā)生異常斷開或者閉合現(xiàn)象，無線信號繼電器將及時無線發(fā)送異常現(xiàn)象，并且點亮報警指示燈。相對于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本實用新型的優(yōu)點是低成本、傳輸距離遠(yuǎn)、穿透能力強，接口設(shè)計和高層協(xié)議相對比較簡單，更適合于遠(yuǎn)距離控制信號繼電器，方便快捷地實現(xiàn)對終端負(fù)載的自動化控制。
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述

圖1是本實用新型的實施例中無線信號繼電器結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型的實施例中電源模塊電路原理圖；圖3為本實用新型的實施例中射頻功放電路模塊原理圖；圖4為本實用新型的實施例中信號繼電器模塊控制原理圖；圖5為本實用新型的實施例中無線信號繼電器的工作流程具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例對上述方案做進一步說明。應(yīng)理解，這些實施例是用于說明本實用新型而不限于限制本實用新型的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。實施例一種無線信號繼電器如圖1，本實施例的無線信號繼電器采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)，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，無線信號繼電器的外殼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(cè)，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(cè)，用于連接負(fù)載。負(fù)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(cè)，無線信號繼電器上電后該指示燈將每隔2S閃爍一次。狀態(tài)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(cè)，狀態(tài)指示燈點亮和熄滅分別表示信號繼電器閉合和斷開。當(dāng)發(fā)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(nèi)部。以下對無線照度測量系統(tǒng)各個部分進行詳細(xì)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(xì)電路如圖2所示。圖2中LM2576的特性如下有3. 3V、5V、12V、15V和可調(diào)電壓輸出多種系列；輸出電壓可調(diào)的范圍為1.23V 37V (HV型號的可達(dá)57V)，負(fù)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(dá)3A的輸出電流；寬的輸入電壓范圍，HV型號甚至可達(dá)40V 60V ;內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生52KHz的固定頻率；可用TTL電平關(guān)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(zhuǎn)換效率；過熱和過流保護；可實現(xiàn)Buck-Boost式正-負(fù)電壓轉(zhuǎn)換器。LM2576的管腳定義如下VIN-輸入電壓端，為減小輸入瞬態(tài)電壓和給調(diào)節(jié)器提供開關(guān)電流，此管腳應(yīng)接旁路電容；VOUT -穩(wěn)壓輸出端，輸出高電壓為(VIN-VSAT)，輸出低電壓為-O. 5V ；GND-電路地；FB -反饋端；0N/0FF-控制端，高電平有效，待機靜態(tài)電流僅為 75μΑ。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(xiàn)大的瞬態(tài)電壓。還有，當(dāng)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(fù)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(yán)重的噪聲干擾。本實施例選用的是Nichicon的鋁電解電容。Dl為續(xù)流二極管，首選肖特基二極管，因為此類二極管開關(guān)速度快、正向壓降低、反向恢復(fù)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。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(yīng)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(xù)型也可非連續(xù)型，流過電感的電流若是連續(xù)的為連續(xù)型，電感電流在一個開關(guān)周期內(nèi)降到零為非連續(xù)型。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(fù)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(huán)路的穩(wěn)定性。如果電容的ESR太小，就有可能使反饋環(huán)路不穩(wěn)定，導(dǎo)致輸出端振蕩。這幾乎是穩(wěn)壓器的共性，包括LDO等也有這一現(xiàn)象。所述電源模塊還包含3. 3V輸出的電源管理芯片，其型號為ASM117-3. 3，用于提供射頻單片機所需的工作電壓3. 3V。[0043]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(guān)即T/R開關(guān)7和T/R開關(guān)8，用于切換射頻信號的發(fā)送和接收。其具體電路連接方式如圖3所示。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(yīng)用而設(shè)計。這個芯片包含了一個標(biāo)準(zhǔn)的增強型8051MCU和一個無線收發(fā)芯片CCllOO被封裝在一個6 X 6mm的芯片中。8051MCU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(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué))和SRD (短距離設(shè)備)頻率波段，在ISM頻段可自由地設(shè)置為300-348MHz、391-464 MHz 和 728-928 MHz。CClllO射頻收發(fā)器集成了一個高度可配置的調(diào)制解調(diào)器。這個調(diào)制解調(diào)器支持·不同的調(diào)制格式，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)500kbps。通過開啟集成在調(diào)制解調(diào)器上的前向誤差校正選項，能使性能得到提升。CClllO為數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、清晰信道評估、連接質(zhì)量指示和電磁波激發(fā)提供廣泛的硬件支持。另外，CClllO還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、定時器(Timer)、AES128協(xié)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(fù)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。CClllO射頻單片機芯片睡眠模式下0.3uA的電流消耗?？删幊虜?shù)據(jù)傳輸率可以高至500kBaud，當(dāng)速率為1. 2kBaud時，CC1110在接收和發(fā)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(zhuǎn)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(yīng)用。最高靈敏度達(dá)一 IlOdBm,可編程射頻輸出功率最高為10dBm。CClllO芯片只要極少數(shù)外圍元件就能夠搭建穩(wěn)定可靠且功耗低的SoC，大大簡化了 RF電路的設(shè)計過程。設(shè)計的傳感器節(jié)點工作在433 MHz頻段。上圖是CC1110配合射頻功放應(yīng)用的參考設(shè)計，主要由CClllO芯片、射頻匹配電路、T/R開關(guān)、射頻功放和其他外圍元件組成。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(xiàn)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(nèi)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(guān)用來切換射頻發(fā)送和接收，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)封包時，T/R開關(guān)切換至發(fā)送(T)狀態(tài)，使射頻信號經(jīng)過射頻功放(PA)實現(xiàn)功率放大；當(dāng)接收數(shù)據(jù)封包時，T/R開關(guān)切換至接收(R)狀態(tài)，此時射頻信號無需經(jīng)過射頻功放，可以直接由CClllO接收。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。[0050] 圖中CTRLl和CTRL2連接至射頻單片機的兩個I/O端口，當(dāng)CTRLl端口為高電平時，三極管Ql導(dǎo)通，三極管Q2導(dǎo)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(dǎo)通，三極管Q4導(dǎo)通，信號繼電器的線圈32上電，信號繼電器斷開。功率繼電器模塊的功能還在于若發(fā)生異常斷開或者閉合現(xiàn)象，功率繼電器模塊及時將異?，F(xiàn)象無線發(fā)送至遠(yuǎn)程控制中心，并且點亮報警指示燈。 本實施例中的電流監(jiān)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(shù)轉(zhuǎn)換端口，用來監(jiān)測當(dāng)前電流值。本實施例射頻單片機模塊中驅(qū)動軟件使用IAR軟件平臺編寫，無線信號繼電器的工作流程圖如圖5所示。具體使用方法包括以下步驟(I)將無線信號繼電器的電源輸入端子連接直流電源；(2)將無線信號繼電器的繼電器輸出端子連接負(fù)載公共端引腳連接負(fù)載電源，常開端引腳或者常閉端引腳連接負(fù)載正極；(3)無線信號繼電器上電后信號指示燈周期性閃爍，其射頻單片機一直處于監(jiān)測空氣中無線封包的狀態(tài)；(4)若監(jiān)測到控制命令封包，則解析封包中的內(nèi)容，并且根據(jù)其內(nèi)容控制繼電器閉合或者斷開，狀態(tài)指示點亮和熄滅分別表示繼電器閉合和斷開；(5)若監(jiān)測到狀態(tài)查詢封包，則將繼電器當(dāng)前的狀態(tài)無線反饋至遠(yuǎn)程的控制中心；(6)若監(jiān)測到功耗檢測封包，則將負(fù)載當(dāng)前工作電流值無線反饋至遠(yuǎn)程的控制中心；(7)若發(fā)生異常斷開或者閉合現(xiàn)象，無線信號繼電器及時將異?，F(xiàn)象無線發(fā)送至遠(yuǎn)程控制中心，并且點亮報警指示燈。該處理具有一個起點，如塊9所示，塊10表示將無線信號繼電器的電源輸入端子連接直流電源，塊11表示將無線信號繼電器的繼電器輸出端子連接負(fù)載公共端引腳連接負(fù)載電源，常開端引腳或者常閉端引腳連接負(fù)載正極，塊12表示接下來初始化無線信號繼電器的硬件和軟件。無線信號繼電器上電后信號指示燈周期性閃爍，其射頻單片機一直處于監(jiān)測空氣中無線封包的狀態(tài)，如塊17所示，若監(jiān)測到控制命令封包，則解析封包中的內(nèi)容，如塊20所示，并且根據(jù)其內(nèi)容控制繼電器閉合或者斷開，如塊24、25所示，狀態(tài)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(jiān)測到狀態(tài)查詢封包，則將繼電器當(dāng)前的狀態(tài)進行無線反饋，如塊21所示；若監(jiān)測到功耗檢測封包，則將負(fù)載當(dāng)前工作電流值進行無線反饋，如塊19、塊22所示。若發(fā)生異常斷開或者閉合現(xiàn)象，如塊13所示無線信號繼電器及時將異?，F(xiàn)象無線發(fā)送至遠(yuǎn)程控制中心，如塊14所示，并且點亮報警指示燈；若未發(fā)生異常斷開或閉合現(xiàn)象但發(fā)生了超時現(xiàn)象，如塊15所示，則信號指示燈閃爍，如塊16所示；若未發(fā)生超時現(xiàn)象則檢測無線封包，如塊17所示。上述實例只為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人是能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。綜上所述，本實用新型的優(yōu)點在于無線信號繼電器不但節(jié)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(wǎng)絡(luò)使用費用，也不會受制于公用網(wǎng)絡(luò)的流量、阻塞等，而且維護成本低。
權(quán)利要求1.一種無線信號繼電器，其特征在于所述無線信號繼電器包含外殼、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，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(fù)載，所述的指示燈由信號指示燈、狀態(tài)指示燈和報警指示燈組成，所述的射頻單片機模塊用于監(jiān)測空氣中無線封包的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線信號繼電器，其特征在于電源模塊包含5V電壓輸出的電源管理芯片，用于射頻功放所需的直流電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無線信號繼電器，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。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線信號繼電器，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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線信號繼電器，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。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5所述的無線信號繼電器，其特征在于射頻單片機模塊的射頻端口設(shè)有射頻功放電路模塊，射頻功放電路模塊內(nèi)設(shè)射頻功放芯片用來增強無線信號的傳輸距離和穿透能力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線信號繼電器，其特征在于除射頻功放模塊還包含兩個通道選擇開關(guān)，用于切換射頻信號的發(fā)送和接收。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線信號繼電器，其特征在于無線信號繼電器具有公共端引腳、常開端引腳和常閉端引腳。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線信號繼電器，其特征在于為監(jiān)測負(fù)載功耗，在無線信號繼電器的常閉端引腳增添電流監(jiān)測模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種無線信號繼電器，其特征在于所述無線信號繼電器包含外殼、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。所述無線信號繼電器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(fù)載。所述無線信號繼電器一方面根據(jù)所監(jiān)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(dāng)前狀態(tài)或者負(fù)載功耗無線反饋給遠(yuǎn)程的控制中心。
文檔編號G05B19/04GK202837859SQ20122033125
公開日2013年3月27日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者焦洋 申請人:泰州市鋒碩電子科技有限公司