基于弱光充電的低功耗無線觸摸按鍵開關

孔德超，楊海濤，張鵬輝

（北方民族大學電氣信息工程學院，寧夏 銀川 750021）

0 引 言

隨著人們生活水平的提高和科學技術的迅速發(fā)展，人們對家用電器的功能與質(zhì)量提出了更高要求。開關在人們的日常生活中一直扮演著非常重要角色，人們對開關的性能及智能化也提出了更高要求。傳統(tǒng)機械開關存在提前墻體布線與位置固定等弊端，因此無線開關成為主要研究方向。但是無線開關的發(fā)射系統(tǒng)需要電池供電，延長電池待機時間成為該類開關必須解決的難題。例如，CR2032紐扣電池的待機時間僅為1年左右。為解決無線開關頻繁更換電池的弊端，本文提出了一種基于弱光充電的低功耗無線觸摸開關，極大地延長了無線開關電池待機時間，提高了無線開關的用戶體驗。

1 系統(tǒng)設計原理

本文設計的弱光充電式低功耗無線觸摸開關采用雙供電電路實現(xiàn)系統(tǒng)供電。其中，采用弱光型太陽能電池實現(xiàn)在日光情況下的系統(tǒng)供電，通過電容實現(xiàn)能量存儲，以便在開關工作時提供較大工作電流；夜晚情況下，系統(tǒng)則由電池供電，并可在光照情況下實現(xiàn)太陽能電池繼續(xù)充電。目前市場存在的無線通信芯片數(shù)量眾多，考慮成本問題，本文采用2262與2272系列芯片實現(xiàn)點對點的無線通信[1-2]。系統(tǒng)結構原理如圖1所示。

2 弱光充電電路設計

常規(guī)室內(nèi)光的情況下，非晶硅太陽能電池可產(chǎn)生6 V的電壓和176 μA的電流。由于電容充電快，很容易達到飽和，同時其電壓高于電池電壓，因此在有光情況下，無線發(fā)射系統(tǒng)由電容供電。黑暗情況下，弱光太陽能電池不能實現(xiàn)電量的補充[3-4]，可由電池實現(xiàn)無線開關發(fā)射系統(tǒng)的供電，具體電路原理如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)結構原理圖

圖2 弱光充電電路

本弱光充電電路采用的電容為2 200 μF，50 V的電解電容。經(jīng)實際測試，電容電壓達到6 V時，在電容供電下本無線發(fā)射系統(tǒng)可連續(xù)發(fā)射30次的無線控制信號，足以滿足一天燈具的控制次數(shù)要求。

3 無線發(fā)射系統(tǒng)電路設計

本無線發(fā)射系統(tǒng)由編碼芯片2262、觸摸按鍵模塊及315 MHz發(fā)射模塊組成。通過撥碼開關S2設定無線發(fā)射系統(tǒng)的地址，撥碼開關S1用于控制同一地址下不同接收器的通斷，具體電路如圖3所示。以燈具無線控制為例，通過撥碼開關S1的設置實現(xiàn)燈具的4種狀態(tài)控制。當觸摸開關檢測到觸摸信號時，由觸摸按鍵模塊輸出端給整個發(fā)射系統(tǒng)供電，并控制發(fā)射一次有效的編碼信號。當無觸摸動作時，整個發(fā)射系統(tǒng)僅有觸摸按鍵模塊工作，其工作電流遠遠低于弱光發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的電流[5-6]。

4 結 論

針對目前無線開關需要頻繁更換電池的弊端，本文采用弱光充電模塊有效延長了電池的待機時間。通過實際測試，弱光發(fā)電模塊在室內(nèi)光下產(chǎn)生的電量完全滿足無線開關發(fā)射系統(tǒng)所需電量，并且電容存儲電量完全可滿足無線發(fā)射系統(tǒng)多次工作需求，極大地延長了無線開關電池待機時間，提高了無線開關的用戶體驗，滿足了綠色環(huán)保的發(fā)展理念。

圖3 無線開關發(fā)射系統(tǒng)原理圖