CN111165075A - 智能开关设备及其中央控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能或智慧开关设备，用于控制具有两线或三线开关盒的电气设施中的照明设备，以便以本地或远程方式借助于移动或web应用和用户接口控制照明的开启、关闭和强度或调光；以及中央控制系统，该系统允许通过无线电通信来配置和控制智能开关设备并报告照明设备所消耗的功率、预测照明设备何时将很快失效、检测连接到智慧开关的照明设备的类型并相应地调整其操作。

Description

智能开关设备及其中央控制系统

技术领域

本发明涉及照明设备的自动控制的技术领域，以及优选地涉及针对家庭使用的照明设备的经由移动设备的远程控制。

背景技术

近年来，已经开发了应用于房屋、建筑物等的自动化的技术，这种技术被称为家居自动化或家庭自动化(domotics)。

家居自动化的关键部分是照明系统的自动化，这在制造智能设备以控制照明设备(诸如智能开关设备)的行业中已取得了长足的发展。

诸如计算机科学、电子学以及信息和通信技术等领域的快速发展已使家居自动化领域取得了巨大进步，具体而言，是在照明系统的控制方面开发了新的技术构思，诸如旨在为大型设施提供更好的舒适度和服务的楼宇自动化。

另一方面，趋势是开发允许用户通过诸如移动设备和可穿戴设备之类的远程用户装备以及通过互联网来控制房屋或建筑物的不同设施的产品；使用户可以更动态、更舒适地查看周围环境。

智慧开关通常需要三根电线才能起作用，即，来自交流(AC)源的火线连接到智慧开关的一个端子，第二根电线连接到智慧开关的另一个端子和照明设备，并且来自AC源的中性电线连接到智慧开关的第三端子，其闭合智慧开关内部的电路，从而允许电流流过以使智慧开关的电子器件工作。

通常，房屋的电气布线只有开关盒或壁装盒中的前两根电线，而开关盒中没有中性电线，因为普通(非智慧)开关或调光器串联连接在AC源和照明设备之间。这就产生了必须对整个房屋重新布线以便将中性电线从AC源引入开关盒的问题。

一些智慧开关只能测量其控制的照明设备的一个或两个参数。在这些参数中，已经发现最主要的是电/功耗的测量。所述功耗是针对整个电路(单向、线路或成组)(即，针对组合连接到电路的所有电负载)计算的。因此，用户无法测量每个个体负载的功耗。每个个体负载所消耗的功率对于了解照明设备是否比平时消耗更多的功率或知道何时更换照明设备是有用的。用于确定电消耗的方法是基于在操作的时间间隔期间对照明设备的电流消耗进行采样，所述采样由微控制器处理以确定电力消耗/功耗。还有两线或三线智慧开关，其可以使不同的照明技术(LED、CFL和白炽灯泡)变暗，其中，通过称为前沿或后沿的方法来执行照明强度的变暗。

在美国专利申请序列No.12/952,920和第15/131,444及其系列中公开了用于两线智慧开关的电源。但是，所述实施方式需要适配器或要由开关控制的每个电路的人工负载，即，成组开关中的每个开关有一个适配器。调光器开关实现了TRIAC，但也可以可替代地实现一个或多个硅控整流器(SCR)或任何合适的晶闸管。TRIAC包括两个主端子，它们以串联电连接耦合在热端子H和调光的热端子DH之间，以使TRIAC适于以串联电连接耦合在AC电源和LED驱动器之间，以向LED驱动器传导负载电流。负载控制设备具有控制整个设备的供电的机械开关，并且当机械开关断开时，系统不通电，因此要求来自用户的物理输入来重新激活负载控制设备。因此，如果断开了开关，那么调光器无法对其进行远程操作，这限制了调光器的智慧能力。

在US 8,892,913 B2中描述了用于智慧开关的另一种两线电源。但是，由所述电源递送的功率非常低，因为它由电容器提供，该电容器在AC波的过零点附近被充电。如果电容器未充满电，那么电源可以关闭其一些元件，如LED或通信模块。US'913B2的另一个缺点是电路相当复杂，从而要求微处理器来控制电源。微处理器由电源供电，因此，如果两者中的任何一个发生故障，那么另一个也会发生故障。

在美国专利申请14/991,133中公开了一种用于功率测量的设备，但是，所述设备不测量单个技术类型负载的功耗，而是测量电路中的组合负载。

在US 9,250,669 B2中描述的两线负载控制设备中的功率测量公开了一种电流测量电路，该电流测量电路仅包括可以用于测量要输入到ADC中的电流的电阻器(例如，微欧姆电阻器)，该电流通过两线负载控制设备。其中，控制电路电连接在控制器和可控导通设备(双向半导体)之间。但是，两线负载控制设备只能操作一个导通设备，因此，只能同时控制一个照明负载。此外，两线负载控制设备依赖能量存储设备(电容器)，因此无法连续供电。

在US 7,687,940 B2中描述了另一种用于具有三线开关的照明电路的调光器开关。但是，智慧开关只能安装在三路或四路开关系统中，其中照明控制系统已实现了感测电路，该感测电路具有仅在最小操作频率(例如，100kHz)以上操作的电流感测变压器，使得仅当通过初级绕组的电流波形具有高于最小操作频率的频率时，电流在次级绕组中流动，其中该系统仅包括两个可控导通设备或双向半导体开关，诸如TRIAC。控制器通过栅极驱动电路耦合到TRIAC的栅极，并在每个半周期控制TRIAC的导通时间。电源跨TRIAC耦合并生成DC电压VCC以便为控制器供电。过零检测器确定AC电压源的过零点，并将这个信息提供给控制器。气隙开关将调光器开关和照明负载与AC电压源断开连接，从而使控制器断电。要求存储器来存储调光器开关的当前状态，其中照明控制系统已实现了感测电路，该感测电路具有仅在最小操作频率(例如，100kHz)以上操作的电流感测变压器，使得仅当通过初级绕组的电流波形具有高于最小操作频率的频率时，电流在次级绕组中流动，其中该系统仅包括两个可控导通设备或双向半导体开关，诸如TRIAC。但是，该系统的电源有时无法在三向开关的拨动或切换过程中为控制器供电，并且系统的控制器将重置。因此，调光器的可靠性被削弱，因为如果电源没有汲取足够的能量来保持其自身功能，那么电压变化将造成误动。此外，如果电源或调光器的状态未存储在存储器中，那么电源将无法正常操作。

在美国专利US 9,343,997 B2、US 9,343,998和US 9,853,561 B2中公开了一种用于高效负载的负载控制设备。该控制设备仅包括一个双向半导体开关，该双向半导体开关包括控制输入(例如，门)，该控制输入可以接收用于使双向半导体开关导通和不导通的控制信号。但是，负载控制设备具有机械开关，该机械开关控制整个设备的供电，并且当机械开关断开时，系统不通电，因此需要用户的物理输入来重新激活负载控制设备。此外，负载控制设备被限制为一次仅控制一个照明负载。

在美国专利US 8,922,133 B2和US 9,418,809 B2中公开了一种用于低功率负载的智慧电子开关，其中该电子开关包括两个电源：接通状态电源和断开状态电源。两个电源均操作以在输出电容器两端生成DC电源电压。其中电子开关已经实现了双向半导体开关，该双向半导体开关以串联电连接与继电器和接通状态电源的并联组合耦合。当继电器闭合且照明负载接通时，接通状态电源操作以生成DC电源电压。但是，这个系统与三线开关盒不兼容。此外，两线负载控制设备依赖容易发生故障的能量存储设备(电容器)和继电器。

在US 9,250,669 B2中公开了一种用于两线负载控制设备中的功率测量的方法。更具体而言，公开了一种用于两线或三线开关的负载控制设备，该负载控制设备包括微控制器和集成电路。其中控制器经由过零检测电路检测过零事件。控制器被配置为在半周期的点火时间向驱动电路发出控制信号以操作可控导通设备。可控导通设备被实现为TRIAC，当通过TRIAC的负载电流在半周期结束时降至TRIAC的额定保持电流以下时，TRIAC将变为非导通状态，但是，所述设备依赖能量存储设备(电容器)，因此无法连续供电。此外，负载控制设备描述了正向相位控制，并且没有说明如何执行反向相位控制，反向相位控制比正向相位控制更复杂并且通常需要更多的电子部件。

在US 9,354,643 B2中，一种用于LED灯泡和其它非线性功率AC负载的智慧调光技术方案公开了一种采用TRIAC和两个IGBT的调光器。该调光器能够在至少三种不同的操作模式之间切换。在第一模式下，电流在VAC的正周期和负周期中都仅流过TRIAC，而IGBT保持被停用。在第二模式下，取决于VAC的周期，电流仅流过其中一个IGBT，而TRIAC保持被停用。在第三模式或中间模式下，在正向或反相控制实施例中，TRIAC、两个IGBT均被选择性地激活并且可以选择性地操作。在该第三模式下，大部分电流通过激活的TRIAC流向负载，但是在正周期或者负周期期间VAC跨过零电压之前TRIAC可以被停用。在这种模式下，当其中一个IGBT被激活的时间很短时，TRIAC被停用。激活的IGBT本质上使TRIAC电短路，这进而使TRIAC缺乏维持导通所需的最小保持电流。但是，使用三个半导体器件会使操作和制造复杂化，并且由于用于控制仅一个照明负载的部件的数量增加而降低了可靠性，并且在调光时被动地消耗更多的能量。

美国专利US 9 250 669 B2公开了一种包括在用于控制照明设备的设备中的能量测量芯片。为能量测量芯片提供照明设备中的电压信号，所述能量测量芯片计算照明设备所消耗的能量并将所述计算传达给能量测量芯片外部的控制器。但是，所述US专利没有公开用于消除电压信号中存在的噪声的数据过滤，其中所述过滤包括振幅过滤、频率过滤和量值过滤。数据过滤允许忽略对于被分析的电压信号的处理和评估有影响的变化或小的电压峰值。发现的另一个巨大差异是，该US专利没有公开或暗示检测照明设备技术的类型的方法，即，所述US专利无法确定照明设备是白炽灯卤素灯设备(白炽灯泡)还是紧凑型荧光设备(CFL)或发光二极管(LED)设备。而且，所述US专利没有公开或暗示检测照明设备的操作中的不规则行为的方法，即，所述US专利无法确定智能设备消耗的电流是否超过其应当消耗的电流并且照明设备是否可能处于恶化的状态。作为最后的区别，所述US专利未提及关于检测和选择调光模式的方法的任何内容，即，所述US专利无法检测照明设备的最适当的调光模式(尾随或前导模式)并且一旦检测到最适当的调光模式就选择所述模式。

美国专利申请US 2014312869 A1公开了一种通用照明设备控制模块，其允许提供反向切相位调光模式和正向切相位调光模式。所述US专利申请使用电流信号的过零信息来使通用照明设备控制模块的微控制器的内部定时器与60/50Hz处的输入功率同步。以上允许微控制器提供与输入功率同步的PWM控制信号，从而使照明设备具有平滑且无闪烁的性能。但是，所述US专利申请未提及以下任何内容：借助于同时分析尾随和前导模式这两种调光模式下的输入电压信号(随后变换成电流信号)来检测智能设备的最适当调光模式，其中所述分析是在被分析的正弦波的单个周期中执行的。此外，所述申请没有提及以下任何内容：借助于检测到的最大电流来选择最适当调光模式，使得如果所述检测到的最大电流在被分析的正弦波周期的25％之前则选择前导模式，否则选择尾随模式。而且，所述US申请没有公开或暗示检测照明设备的操作中的不规则行为的方法，即，所述US申请无法确定智能设备消耗的电流是否大于其应当消耗的电流并且智能设备是否可能处于恶化的状态。发现的另一个巨大差异是，所述US专利申请没有公开或暗示检测照明设备技术类型的方法，即，所述US申请无法确定照明设备是白炽灯卤素灯设备(白炽灯泡)还是紧凑型荧光设备(CFL)或发光二极管(LED)设备。作为最后的区别，所述US专利没有提供确定智能设备的能量消耗的方法，即，该US申请没有确定照明设备正在使用多少电流，以及因此正在使用多少功率。

现在，美国专利No.US 9 595 880 B2公开了一种控制模块，其包括一个或多个能量测量电路、电流测量电路和电压测量电路。所述电流测量电路测量在照明设备中传导的负载电流的量值。同样，电压测量电路测量AC电源的电压线路的量值。进而，所述US专利使用标准的调光技术来生成相位控制信号，以控制照明设备的调光。但是，所述US专利没有公开用于消除电压信号和电流信号中存在的噪声的数据过滤，其中所述过滤包括振幅过滤、频率过滤和量值过滤。数据过滤允许忽略对于被分析的电压信号和电流信号的处理和评估有影响的变化或小电压峰。发现的另一个巨大差异是，所述US专利没有公开或暗示检测照明设备技术的类型的方法，即，所述US专利无法确定照明设备是白炽灯卤素灯设备(白炽灯泡)还是紧凑型荧光设备(CFL)或发光二极管(LED)设备。而且，所述US专利没有公开或暗示检测照明设备的操作中的不规则行为的方法，即，所述US专利无法确定智能设备消耗的电流是否大于其应当消耗的电流以及所述智能设备是否处于恶化的状态。虽然所述US专利使用标准调光技术来控制照明设备的调光，但它并未公开或暗示通过同时分析尾随和前导模式这两种调光模式下的输入电压信号(随后变换成电流信号)来检测智能设备最适当的调光模式，其中所述分析是在被分析的正弦波的单个周期中执行的。此外，所述申请没有提及以下任何内容：借助于检测到的最大电流来选择最适当的调光模式，使得如果检测到的所述最大电流在被分析的正弦的波的周期的25％之前则选择前导模式，否则选择尾随模式。

另一个相关的文档是日本专利申请JP 2001135491 A，其公开了一种包括串联连接的第一和第二开关元件的设备，所述第一和第二照明电路包括与第二开关元件并联连接的谐振电路和专用于高频照明的荧光灯。所述设备精确地检测荧光灯的行为异常，其中所述异常代表所述荧光灯的最后寿命周期，进而公开了一种用于荧光灯的设备，即使荧光灯的行为存在异常，该设备也维持期望的照明条件。虽然所述日本专利申请公开了检测照明设备的操作中的不规则行为的方法，但是所述日本专利申请仅集中在高频照明设备，具体而言是荧光灯。相反，本发明能够检测任何照明设备中的异常，诸如白炽灯卤素灯设备(白炽灯泡)、紧凑型荧光灯设备(CFL)和发光二极管(LED)设备。同样，所述日本专利申请没有公开检测照明设备的技术类型的方法，也没有公开确定照明设备的能量消耗的方法，也没有公开检测和选择调光模式的方法。

美国专利No.US 8,492,984 B2、US 9,354,643 B2、US 9,401,588 B2，US 9,572,215 B2、US 9,084,324 B2、US 5,038,081 A和美国专利申请US 2010/0101924 A1公开了用于选择调光模式和控制照明设备的技术。例如，美国专利No.8,492,984 B2涉及在调光模式和切相位调光模式之间进行自我检测的方法；美国专利No.9,354,643 B2针对用于照明设备(诸如发光二极管(LED)和其它非线性照明设备)的智能调光技术方案；美国专利No.9,401,588 B2针对通用照明设备来控制用于借助于反向切相位调光模式、正向切相位调光模式和混合调光模式控制照明设备的调光的模块；美国专利No.9,572,215 B2专注于校正不正确调光操作的方法和装置；美国专利No.9,084,324 B2公开了一种照明设备控制设备，诸如发光二极管(LED)调光开关，其被配置为自动确定是提供反向切相位调光模式还是正向切相位调光模式；美国专利No.5,038,081 A针对借助于反相控制调光模式通过在正弦波的每个半周期内改变ON/OFF负载的功率来控制AC负载，具体而言是白炽灯泡；最后，美国专利申请US 2010/0101924 A1针对用于控制照明设备的状态的开关设备，该开关设备包括控制元件，该控制元件控制至少一个传感器以及至少一个传感器部件的灵敏度范围，其中所述传感器部件检测至少一个条件并使开关设备控制照明设备的状态。但是，所述US专利没有提及以下任何内容：借助于同时分析尾随或前导模式这两种调光模式下的输入电压信号(随后变换成电流信号)来检测智能设备的最适当调光模式，其中所述分析是在被分析的正弦波的单个周期中执行的。此外，所述US专利和申请没有提及以下任何内容：借助于检测到的最大电流选择最适当的调光模式，使得如果检测到的所述最大电流在被分析的正弦波的周期的25％之前，则选择前导模式，否则选择尾随模式。同样，所述US专利和申请也没有公开或暗示用于检测照明设备操作中的不规则行为的方法或用于检测照明设备技术的类型的方法或用于确定智能设备的功耗的方法。

此外，还有其它专利申请涉及用于选择调光模式和控制照明设备的技术，诸如AU198174729 A和WO 2016014957 A1。例如，该澳大利亚专利申请关注用于控制电气设施中的照明设备的方法，该方法包括以下步骤：修改从电气设施提供的波形，以递送多种明显不同形式的可检测控制信号。根据前述内容，所述澳大利亚专利申请的方法与本发明中使用的方法不同，其中不同之处在于本方法使用尾随或前导调光模式，而澳大利亚专利申请方法则不同。现在，该国际专利申请公开了一种控制模块，该控制模块确定照明设备是否有效且自动地响应多种调光控制技术。即，控制模块在照明设备上执行试错以确定最高效的调光模式。但是，这些文档都没有提及以下任何内容：借助于同时分析尾随或前导模式这两种调光模式下的输入电压信号(随后变换成电流信号)来检测智能设备的最适当调光模式，其中所述分析是在被分析的正弦波的单个周期中执行的。此外，所述申请没有提及以下任何内容：借助于检测到的最大电流来选择最适当调光模式，使得如果在被分析的正弦波的周期的25％之前找到所述检测到的最大电流则选择前导模式，否则选择尾随模式。而且，所述专利申请也没有公开或暗示检测照明设备的操作中的不规则行为的方法、检测照明设备技术的类型的方法或确定智能设备的能量消耗的方法。

进而，有两个美国专利US 9 250 669 B2和US 8 476 895 B2公开了旨在测量照明设备的能量消耗的方法。但是，所述US专利没有公开用于消除电压信号中存在的噪声的数据过滤，其中所述过滤包括振幅过滤、频率过滤和量值过滤。数据过滤允许忽略对于被分析的电压信号的处理和评估有影响的变化或小电压峰值。发现的另一个主要区别是，所述US专利没有公开或暗示用于检测照明设备技术的类型的方法、用于检测照明设备的操作中的不规则行为的方法或用于选择和检测调光模式的方法。进而，有专利申请文档WO2009099082 A1，其同样关注测量照明设备的能量消耗；但是，它也没有公开上面提到的新颖的差异。

另一方面，用于无线照明设备的大量控制系统考虑了无线电通信模块，因此使用常规的拓扑结构(诸如树和星形)进行操作，这意味着它们的通信不足，因为无线电信号由于建筑物固有的障碍物(诸如墙壁、门、窗户等)而在信号接收强度方面存在问题。

因此，期望连续工作、对于低功率照明负载不需要多于一个适配器并且能够执行正向和反向相位控制调光、测量功耗、根据照明负载的需要而适配并且与其它设备进行高效通信的两线智慧开关和调光器电源。

考虑到现有技术的差异和缺陷，值得注意的是，在前面的段落中提到的现有技术没有公开或暗示本发明的新颖性和创造性的技术特征。

发明内容

本发明公开了一种智能开关设备，该智能开关设备被配置为安装而无需修改在家中发现的常规电气设施。

本发明公开了一种使用能够与其它智能开关设备和中央控制系统通信的智能开关设备的系统。

本发明公开了一种使用多个智能开关设备的系统，这多个智能开关设备直接在中央控制系统和智能开关设备之间建立通信网络。

本发明公开了一种使用多个智能开关设备的系统，这多个智能开关设备借助于其它智能开关设备在中央控制系统和智能开关设备之间建立通信网络。

本发明公开了一种用于智能或智慧开关和调光器设备的电源或电力系统，该智能或智慧开关和调光器设备能够接通/断开任何类型的照明负载或调暗可调光的照明负载，照明负载被配置为安装在用于两线开关盒的常规家用电气设施中，该开关盒能够像3成组开关一样切换多达三个独立的照明负载，而无需修改电气布线设施。智慧开关和调光器还能够使用三线配置(相/火线、中性线和来自负载的线)来工作。如果开关盒中有三根电线可用，那么用户能够选择使用两根还是三根电线。

电源为智慧开关和调光器的各种外围设备和部件(例如无线通信模块、带有LED的用户界面以及微处理器或微控制器)提供足够的电力。电力的供应是恒定的，并且在开关的情况下不受是有一个、两个还是三个独立照明负载的影响，而在调光器的情况下不受一个负载的影响。

当照明负载关闭时，电源通过让少量电流从AC干线流经一个照明负载来闭合电路，从而获得为智慧开关和调光器部件供电的能量。流经照明负载的电流应当足够小，以免开启照明负载。如果照明负载是低功率照明负载(例如LED或CFL)，那么可以使用与负载并联的适配器以避免其闪烁。如果在2或3成组配置中有更多照明负载连接到智慧开关，那么无需使用附加的适配器。

电源还能够测量由负载消耗的功率，并通过输出与流过照明负载的电流消耗成比例的电压信号来经由微控制器或微处理器确定将哪种照明负载连接到电源(LED或白炽灯泡)。

此外，取决于照明负载的类型(电阻性或电容性负载)，调光模式应当相应变化。电阻性负载(如白炽灯泡)最好以前沿模式或正向相位控制来调光；而电容性负载(如LED灯的驱动器)最好以后沿模式或反向相位控制来调光。电源能够以两种调光模式操作：后沿和前沿，并且具有用于电气设施的AC电压的过零检测模块，用于使调光与AC干线电压的相位同步。

此外，电源与美国和欧洲的开关盒和电气标准(即，110-120伏、60Hz或220-240伏、50Hz)兼容。

本发明还公开了一种用于使智慧开关执行不同功能的方法，诸如：确定以每种方式连接的照明设备或智慧开关和调光器的电路的电力消耗/能耗、检测或确定以智慧开关和调光器的每种方式连接的照明设备的类型、检测连接到智慧开关和调光器的照明设备操作中的不规则行为，对于智慧调光器设备，该方法执行允许取决于连接到照明设备的技术类型为照明设备自动选择最适当的调光模式的功能，以实现照明设备的正确操作。

照明设备操作参数可以被传达给照明设备的外部供应商，该供应商可以提供新的照明产品以便降低功耗或更换损坏的照明设备，或者可以将此类数据用于每分钟、每小时、每天、每周、每月和每年的能耗的统计记录。

值得一提的是，所述方法可以一起或单独地执行功能。该方法可以在智慧开关或调光器的安装开始时执行，在安装新的照明设备时当用户请求执行时执行和/或在中央控制系统请求所述信息时执行。

在本发明的整个说明书中，将使用不影响本发明范围的模糊术语及其变体，所述术语对于本领域技术人员而言是清楚的并且可以理解。当使用术语“照明设备”时，可以将其理解为照明负载或灯泡或其任何同义词，并且可以是任何类型的技术，诸如电阻性的、卤素、LED、CFL或其它类型的已知用于照明的技术。当使用术语“流量消耗”时，也指电流消耗。当使用术语“线路电线”时，可以指相线、火线或线路电线。当参考能量消耗时，它也指功率或电能消耗。当使用术语“智慧开关”时，它也指智能开关、智慧开关设备、智能开关设备、智慧调光器、智能调光器或其任何同义词。

附图说明

通过参考以下附图可以更好地理解本发明。

图1是系统的总体视图，描绘了智慧开关和中央控制系统。

图2是在仅通过电气设施的两根电线为电源供电时的电气图。

图3是本发明的中央控制系统的视图。

图4是描绘开关配置中电源的第一实施例的功能的框图。

图5是用于开关配置的高功率模块的优选实施例的电气图。

图6是第三低功率模块的优选实施例的电路图。

图7是用于开关和调光器配置的电流感测电路的第一实施例的电气图。

图8是描绘开关配置中电源的第二实施例的功能的框图。

图9是用于开关配置的过零检测模块的优选实施例。

图10是用于开关配置的电流感测电路的第二实施例的电气图。

图11是描绘调光器配置中电源的第一实施例的功能的框图。

图12是用于调光器配置的高功率模块的优选实施例的电气图。

图13是用于调光器配置的过零检测模块的第一实施例的电气图。

图14是描绘调光器配置中电源的第二实施例的功能的框图。

图15A是在智慧开关中执行的功能的总体方案。

图15B是在智慧调光器中执行的功能的总体方案。

图16是用于测量照明设备的电流消耗的电路的总体方案。

图17是由用于确定照明设备的电流消耗的功能执行的步骤的流程图。

图18是由照明设备的技术类型确定功能执行的步骤的流程图。

图19是由检测照明设备的操作中的不规则行为的功能执行的步骤的流程图。

图20是根据照明设备的类型由调光模式检测和选择功能执行的步骤的流程图。

图21是示出在AC波周期中应用的方法中使用的调光模式的图。

图22是示出电流的突然消耗的图，该电流的突然消耗是照明设备对在AC波周期中应用的方法所使用的调光模式的响应。

图23是整体上集成该方法的功能的流程图。

具体实施方式

电源101，也称为电力系统(EPS)或功率模块，具有四个实施例：两个针对智慧开关设备100的开关配置，两个针对智慧开关设备100的调光器配置。电源101一般具有一个或多个用于生成DC低电压的低功率模块，接通或断开连接到线路105的照明负载107a、107b和107c的高功率模块，允许测量功耗、照明负载的技术类型(即，照明负载是电阻式、CLF还是LED类型)以及照明负载的异常行为以预测照明负载是否将要失效或破裂的电流感测模块。电源101负责为控制模块102、用户接口103和通信模块104的电子器件通电。电源101被设计为安装在标准的欧洲或美国类型开关盒中，因此它可以耦合到任何现有的电气设施，无论是110-120伏还是220-240伏AC(60或50赫兹)，并且每个开关盒最多可以支持三条不同的线路105。

电源101可以操作为仅连接到相线或仅连接到中性线并且连接到来自照明负载的电线，这在本领域中通常被称为两线配置；或者连接到相线和中性线两者并且连接到来自照明负载的电线，这在本领域中通常被称为三线配置，并且在这两个实施例中，无论照明负载状态如何(开或关)，智慧开关设备100都被不间断地供电。它可以以两线配置操作的事实允许将智慧开关100安装在常规电气设施中，其中只有两根电线到达每个开关盒。在图2中图示了这种两线配置，其中仅存在来自AC干线111的相的电线和来自负载的到达电源101的电线。虚线描绘了如果开关盒中存在中性线，则可以使用该中性线。

电源101根据供电模式的类型修改其操作：

在三线配置中，由于电子电路通过独立电路馈送到照明设备的负载，因此智慧开关设备100能够控制照明设备的任何类型的负载，而不管其电流需求如何。

在两线配置中，智慧开关设备100通过闭合与之连接的电路从电气设施接收连续的电力供应以进行操作。智慧开关设备100允许电流通过它并通过照明负载，所述电流允许智慧开关设备100的操作，但是小于接通照明设备所需的电流。在照明设备或负载是低能量或低功耗设备的情况下，流过其中的电流可能足以使其点亮或闪烁。在后一种情况下，用于低能耗设备的适配器可以与所述照明设备并联连接，以防止其开启或闪烁。

智慧开关设备100的控制模块102负责协调、控制和接收来自通信模块104和电源101模块、用户接口103以及智慧开关设备100的所有外围设备的信息。在优选实施例中，控制模块102借助于微控制器来执行这些功能。

控制模块102的一些具体功能包括但不限于：启用或禁用电源101以使线路105通电或断电，从而接通或断开连接到所述线路105的照明设备；通过激活智慧开关设备100或者通过接通或断开照明设备来提供声音和光学的感觉反馈，诸如发出不同声音和/或激活LED指示器；使用电流传感器执行每条线路105消耗的功率的记录；从图3中描绘的中央控制系统201发送和接收信息和命令；以及当在预定时间之后没有接收到来自用户的命令时，使智慧开关设备100进入睡眠模式，这在检测到用户将他/她的手靠近用户接口103时被禁用。

电流感测模块检测每条线路105消耗的电流以计算照明设备的电消耗，以便执行功耗的注册，该注册由通信模块104发送到中央控制系统200的数据库，它对每分钟、每小时、每天、每周、每月和每年的消耗量进行统计注册。这个注册可以被传达给外部照明设备提供商，该外部照明设备提供商可以提供新的照明产品，以便减少电气设施的能耗或更换有缺陷的照明设备。

通信模块104执行智慧开关设备100的控制模块102和中央控制系统200的中央通信模块201之间的通信；为了交换关于智慧开关设备100的状态的信息，接收用于智慧开关设备100的操作的服务和命令，诸如打开和关闭照明设备或接收用于智慧开关设备100的固件更新。此外，智慧开关设备100的通信模块104可以将其状况报告给中央控制系统200，并且如果命令被成功执行则发送确认信号，所述信号可以被用于在用户的命令被成功执行时在远程用户接口500(诸如智能电话或计算机)上为他/她生成提示。

通信模块104无线地执行通信。在优选实施例中，所述无线通信在加密的433MHz无线电频带中执行，并且可以以每秒1200至300000位的传送速率进行操作。

智慧开关设备100的用户接口103负责接收用户输入以控制连接到线路105的(一个或多个)照明设备的供电、开或关以及强度或调光，这些输入被发送到控制模块102用于执行所述操作。在优选实施例中，用户接口103包括触摸接口，并且用户输入包括触觉手势；用户接口103还可以包括LED和扬声器或蜂鸣器，以向用户提供有关智慧开关设备100的状况的信息。用户接口103还可以取决于连接的线路105的数量来适配其LED指示器，打开与连接的线路105的数量对应数量的LED。在另一个实施例中，用户接口103可以包括语音操作的接口；而在又一个实施例中，用户接口103可以是由触觉和接近手势控制的三维触摸接口。在另一个实施例中，可以通过触摸接口处的预定手势将智慧开关设备100恢复到其出厂设置。

在优选实施例中，智慧开关设备100能够借助于远程用户接口500而使用户接口103打开和关闭。当用户进入或离开由用户限定的地理围栏时，可以由远程用户接口500自动启用或禁用智慧开关设备100。

现在，返回到电源101，其具有四种不同的配置：电源101a，其是用于智慧开关的电源的第一实施例；电源101b，其是用于智慧开关的电源的第二实施例；电源101c，其是用于智慧调光器的电源的第一实施例；以及电源101d，其是用于智慧调光器的电源的第二实施例。这些配置将在下面进一步解释。

用于智慧开关的电源的第一实施例

电源101a具有五个子模块：第一低功率模块106、第二低功率模块107、第三低功率模块108、高功率模块109和电流感测模块110。电源101a与最多三个照明负载112a、112b和112c连接，并与AC干线111连接。

系统的整体描述如下。当开关盒中有三根电线(相线、中性线和照明负载线)可用时，实现第一操作模式。AC干线111的中性线和相线被连接并且直接向第一低功率模块106供电。第三根电线(中性线)在图4中用虚线描绘。

通常，对于单个开关，开关盒中只有两根电线可用(不考虑接地线或地线)。通常位于开关盒中的两根电线是相线和来自照明负载的电线。有2个或3个成组开关控制两个或三个独立负载，但它们仍然缺少中性线。要注意的是，在一些电气设施中，开关盒中可能缺少相线，而被中性线代替。如果是这种情况，那么电源101a能够用中性线和来自照明负载的电线进行操作。出于说明目的，由于电源101a的功能保持不变，因此将来自AC干线的电线视为相线。电源101a具有选择器开关，用于取决于安装时开关盒中的中性线的可用性而在第一或第二操作模式之间进行选择。

如果开关盒中只有两根电线，那么使用第二操作模式。这个第二操作模式由两种情况组成，当负载112a处于其开状态时和当负载112a处于其关状态时。首先将描述负载112a处于其关状态的情况。

关状态运作

在这种情况下，需要电力来馈送控制智慧开关和其它外围电路(诸如通信模块或用户接口)的电子电路。来自第一负载(负载112a)的电线连接到第一低功率模块106和高功率模块109。当负载112a处于其关状态时，电流将仅流过第一低功率模块106，因为高功率模块109将充当开路。通过使小的电流流过照明负载112a和电源101a本身，第一低功率模块106访问经由负载112a闭合电路所需的中性线。

如果负载112a是低功率照明负载(如紧凑型荧光灯(CFL)或发光二极管(LED))，那么流经照明负载112a和电源101a的电流可能足以使照明负载闪烁，或者甚至可能是照明负载的阻抗足够低而使其照亮。单个低功率照明负载适配器113可以与照明负载并联连接，以防止这些不良影响。低功率照明负载适配器113为电流提供了附加的流动路径，因此限制了电流流经照明负载112a。照明负载112b和112c不需要低功率照明负载适配器。低功率照明负载适配器113可以包括电阻性、电容性、电感性元件或其组合。

当照明负载112a处于关状态时，流过电源101a的相对小的电流为第一低功率模块106供电，第一低功率模块106从AC干线111接收功率并输出恒定的第一电平DC电压(Vin)。在优选实施例中，第一低功率模块106借助于非隔离的反激转换器来实现，该非隔离的反激转换器包括高精度CC/CV(恒流/恒压)初级侧PWM功率开关。

电压Vin被馈入第二低功率模块107，第二低功率模块107使该电压逐步下降至第二电平DC电压(Vlow)。Vlow被用于给智慧开关100的部件(诸如控制并命令照明负载112a、112b和112c接通或断开的控制模块102)供电。在优选实施例中，第二低功率模块107借助于降压转换器来实现。

开状态运作

图5描绘了高功率模块109的优选实施例。控制器模块102发送被用于触发用于接通或断开照明负载112a、112b和112c的电路的激活信号ACTRLY1、ACTRLY2和ACTRLY3。接通或断开照明负载的电路具有隔离级，该隔离级借助于光电隔离器114a、114b和114c来实现，将外部微控制器与AC干线111隔离，该光电隔离器114a、114b和114c接收激活信号ACTRLY1、ACTRLY2和ACTRLY3，并且使电流流入TRIAC 115a、115b和115c的栅极，TRIAC 115a、115b和115c分别与照明负载112a、112b和112c串联连接。响应于激活信号ACTRLY1、ACTRLY2和ACTRLY3，TRIAC 115a、115b和115c的端子充当短路，从而允许AC干线111电流流过照明负载112a、112b和112c。

如果负载112a被接通，那么其上的电压降几乎与AC干线电压111具有相同的量值。这造成几乎不在第一低功率模块106中留下电压的分压器效应，从而造成短路效应，因此给电源101a留下了使其不足以运作的电压。为了克服这个问题，流经TRIAC 115a、115b和115c的电流离开高功率模块109(HPMCURRENT 116)并进入第三低功率模块108，该第三低功率模块108使HPMCURRENT电流116的一部分偏离，以保持对电源101a的供电。

第三低功率模块108的优选实施例在图6中描绘。当负载112a处于其开状态时，第三低功率模块108从HPMCURRENT 116向电源101a供电。

HPMCURRENT 116进入第三低功率模块108并且其一部分被整流和调节，以生成第一电平低电压(Vin)。在优选实施例中，借助于二极管和齐纳二极管的布置来执行整流和调节。第三低功率模块108被用于向第二低功率模块107馈送，因为由第一低功率模块106供应的电流不足以保持电源101a运作。Vin还被用于向比较器供电，在优选实施例中，比较器包括OPAMP 117，其将第二电平低电压Vlow与经整流的电压进行比较并输出振荡信号，该振荡信号激活和停用MOSFET 118的栅极，这允许和防止HPMCUENT 116离开第三低功率模块108。

HPMCURRENT 116进入电流感测模块110，如图7中所描绘的，其将HPMCURRENT 116转换成电压信号(Vout)以馈送到控制器模块102的ADC模块。电流感测模块110以使得HPMCURRENT116通过分流电阻器120的方式布置，该分流电阻器120允许小电流通过放大级，这在优选实施例中借助于OPAMP 121来执行，其中OPAMP 121放大HPMCURRENT 116的信号，并且OPAMP 122附加地向HPMCURRENT 116的信号添加偏移电压并输出Vout，以便使Vout电压与控制模块102的ADC模块的电压电平兼容。

两种情况(开状态运作和关状态运作)都允许控制模块102由第二低功率模块107通电，该第二低功率模块107始终由第一低功率模块106或第三低功率模块108供电。因此，高功率模块109能够接通或断开所有负载，而与照明负载112b和112c的状态无关。

用于智慧开关的电源的第二实施例

现在，参考图8，电源101b具有五个子模块：将AC直接转换成第二电平DC电压(Vlow)的低功率模块123、用于在三线或两线配置之间自动选择的输入选择器124、与在电源101a的实施例中描述并且在图5中描绘的相同的高功率模块109、电流感测模块125、过零检测模块126，照明负载112a、112b、112c以及与在电源101a的实施例中所描述的相同的低功率照明负载适配器113。

关状态运作

在这种情况下，来自第一照明负载(照明负载112a)的电线连接到输入选择器124和高功率模块109。当照明负载112a处于其关状态时，电流将仅流过输入选择器124，因为高功率模块109将充当开路。输入选择器124通向低功率模块123，通过使小电流流过照明负载112a和电源101b本身，该低功率模块123访问经由负载112a闭合电路所需的中性线。

如果负载112a是小功率照明负载(如紧凑型荧光灯(CFL)或发光二极管(LED))，那么流过照明负载112a和电源101b的电流可能足以使照明负载闪烁，或者甚至可能是照明负载的阻抗足够低而使其照亮。单个低功率照明负载适配器113可以与照明负载并联连接以防止这些不良影响。照明负载112b和112c不需要低功率照明负载适配器。

当照明负载112a处于其关状态时，流过电源101b的相对小的电流为低功率模块123供电，低功率模块123从AC干线111接收功率并输出恒定的第二电平DC电压(Vlow)。在电源的这个实施例中，电子部件与来自AC干线111的AC电流流电隔离。低功率模块123中的隔离由具有高压反激开关电路和隔离变压器的反激转换器实现，该反激转换器输出第二电平DC电压(Vlow)，其与AC干线111接地隔离，这是为过零检测模块126、电流感测模块125和控制模块102供电所必需的。

开状态运作

再次参考图5，激活信号ACTRLY1、ACTRLY2和ACTRLY3被用于触发接通或断开高功率模块109中的照明负载112a、112b和112c的电路。在这个模块中，流电隔离是借助于光电隔离器114a、114b、114c执行的，该光电隔离器114a、114b、114c接收激活信号并使电流流入连接到照明负载112a、112b和112c的TRIAC 115a、115b和115c的栅极。响应于激活信号ACTRLY1、ACTRLY2和ACTRLY3，TRIAC 115a、115b和115c的端子充当短路，从而允许AC干线111电流流过照明负载112a、112b和112c。激活信号ACTRLY1、ACTRLY2和ACTRLY3由控制模块102提供。

如上面所解释的，如果接通照明负载112a，那么其上的电压降几乎与AC干线电压111的量值相同。为了克服这个问题，控制模块102需要检测AC干线111何时过零，以便在AC波过零之后立即汲取少量电流，然后接通照明负载112a。过零检测模块126负责将过零检测信号发送到外部微控制器。然后，外部微控制器在过零检测之后等待一段时间，然后发送激活信号ACTRLY1。在这个时间段中，照明负载112a关闭并且低功率模块123接收足够的功率以进行操作直到下一个过零。利用这种配置，照明电路112b和112c不需要在过零之后关闭并且可以一直处于开状态，因为它们的电路独立于低功率模块123。

过零检测模块126在图9中描绘并且采用连接到来自输入选择器124的AC电压和来自AC干线111的相线的桥式整流器127。经整流的AC信号被输出到光电隔离器或光耦合器128，该光电隔离器或光耦合器128将过零模块与AC干线111流电隔离。光电隔离器128的输出由晶体管129的基极接收。然后晶体管129在其基极中的电流为零时(即，当AC波过零时)向控制模块102输出高(HIGH)信号(过零信号)，以便控制照明负载112a的接通或断开的定时。流经TRIAC 115a、115b和115c的电流(HPMCURRENT 116)离开高功率模块109并进入电流感测模块125，以测量照明负载的功耗。

电流感测模块125的优选实施例在图10中描绘，其将离开高功率模块109的HPMCURRENT 116转换成电压信号(Vout)，以馈送到控制模块102的ADC。在电源101(电源101b)的这个实施例中，电流感测模块125与AC干线111流电隔离。电流感测模块125可以利用诸如霍尔效应传感器130之类的设备执行流电隔离。霍尔效应传感器130测量HPMCURRENT116并将其转换成Vout电压。Vout被发送到控制模块102的ADC模块，以便计算照明负载112a、112b和112c的功耗。Vout还被用于确定连接到智慧开关的技术类型，即，白炽灯、CFL或LED灯泡。

用于智慧调光器的电源的第一实施例

图11描绘了当智慧开关设备100被配置为智慧调光器时可以使用的电源101c。电源101c包含六个主要子模块：第一低功率模块106、第二低功率模块107、控制器模块131、高功率模块132、电流感测模块110和过零检测模块133、照明负载112和低功率照明负载适配器113。电源101c连接到照明负载112，并且连接到AC干线111。系统的整体描述如下。

当开关盒中有三根电线：相线、中性线和照明负载线时，不考虑地线或接地线，实现第一操作模式。AC干线111的中性线和相线被连接并直接向第一低功率模块106供电。中性线在图11中用虚线描绘。在这种操作模式下，电源101c以常规方式操作，直接从AC干线111获得功率，以使智慧调光器的电子部件正确操作。

当开关盒上只有两根电线可用时，采用第二操作模式。要注意的是，在一些电气设施中，开关盒中可能缺少相线，而被中性线代替。在这种情况下，电源101c能够利用中性线和来自照明负载的电线来操作。出于说明目的，将来自AC干线的电线视为相线。电源101c具有选择器开关，该选择器开关用于在安装时在第一或第二操作模式之间进行选择，这取决于开关盒中两根电线可用还是三根电线可用。

在这种第二操作模式下，始终需要功率来馈送控制智慧开关和外围电路(诸如通信模块104、用户接口103或控制模块102)的操作的电子电路，而不管照明负载112的状态如何(开或关)。为了实现这一点，将来自照明负载112的电线连接到第一低功率模块106和高功率模块132。当照明负载112处于其关状态时，高功率模块132将充当开路并且电流将仅流过第一低功率模块106。第一低功率模块106直接连接到相线，并经由负载107间接连接到中性线，从而通过以使得小电流不应当允许照亮照明负载112的方式使小电流流过照明负载112和电源100本身来闭合电路。

如果照明负载112是低功率照明负载(如发光二极管(LED))，那么流过照明负载112和电源101c的电流可能足以使照明负载闪烁，或者甚至可能是照明负载的阻抗足够低而使其照亮。低功率照明负载适配器113可以与照明负载112并联连接，以防止这些不希望的影响。低功率照明负载适配器113由于其较低的阻抗而为电流提供了附加的路径，因此它可以限制流过照明负载112的电流。

当照明负载112处于关状态时，相对小的电流流过低功率照明负载适配器113、照明负载112和电源101c，并为第一低功率模块106供电，该第一低功率模块106从AC干线111接收功率并输出恒定的第一电平DC电压(Vin)。在优选实施例中，第一低功率模块106借助于包括高精度CC/CV(恒流/恒压)初级侧PWM功率开关的反激转换器来实现。

电压Vin为第二低功率模块107供电，第二低功率模块107将电压逐步降低至第二电平DC电压(Vlow)，该电压用于为控制器、电流感测和过零检测模块131、110和133供电。过零检测模块133检测AC干线111电压的过零，以将所述检测发送到控制器模块131，以控制照明负载112的调光。在优选实施例中，第二低功率模块107借助于降压转换器来实现。

参考图12，控制器模块131发送激活信号ACTM1，该激活信号ACTM1被用于触发高功率模块132接通或断开照明负载112，以便控制照明负载112的调光。为了保护控制器模块131的低功率电子部件，接通或断开照明负载的电路具有隔离级，该隔离级将控制器模块131与AC干线111功率电隔离。在优选实施例中，隔离是借助于光电隔离器或光耦合器114实现的，该光电隔离器或光耦合器114接收来自控制器模块131的激活信号ACTM1并让电流流入双向半导体或可控导通设备的栅极，以激活或停用其导通。在优选实施例中，双向半导体或可控导通设备由TRIAC 115实现。TRIAC 115串联连接到照明负载112。响应于激活信号，TRIAC 115的端子充当短路，从而允许AC干线111电流流过照明负载112和低功率照明负载适配器113(如果适用)。

如果照明负载112以高强度(例如，以100％的占空比)照明，那么其上的电压降几乎与AC干线电压111相同。这造成导致短路效应的分压器效应，该短路效应几乎没有在第一低功率模块106中留下电压，因此没有给电源101c留下足够的电压来运作。为了克服这个问题，不允许照明负载112超过最大占空比操作，在优选实施例中，所述占空比为85％。如果电源101c以最大占空比操作，那么在周期的剩余15％中照明负载112处于关状态。当照明负载112处于其关状态时，电源101c的端子之间存在电压，该电压为第一低功率模块106供电。在周期的所述15％期间，第一低功率模块106汲取足够的电流以向智慧开关供电，以便使其保持运作，直到在随后的周期中照明负载再次处于其关状态。

借助于控制器模块131来控制调光。控制器模块131负责从控制模块102接收调光百分比值。所述调光百分比值可以由用户在用户接口103或远程用户接口500上输入到智慧调光器。对激活信号ACTM1进行定时，使其与AC干线111的相位同步，否则照明负载112将闪烁。通过检测AC干线111的AC电压的过零来计算ACTM1的定时。

电源101c能够作为后沿调光器或前沿调光器工作。为了控制照明负载112的调光，需要根据用户请求的照明占空比来仔细地定时以发送激活信号ACTM1以精确地将TRIAC115触发为导通。一些照明负载修改流过它们的电流的频率，这会造成控制器模块131检测与AC干线111的相位不同步的过零，从而影响激活信号ACTM1的定时。为了克服这个问题，来自过零检测模块133的过零信号被用于检测来自AC线路的电压的过零。过零检测模块133采用非反向配置的比较器134，如图13的优选实施例所示。比较器134的输入是地(GND)和AC电压，AC电压的输入是标记为AC的端子，其来自第一低功率模块106的输入，并且传递通过分压器以便将AC电压降低到与比较器134兼容的电平。比较器134被来自第一低功率模块106的Vin极化并接地。当AC干线111的电压为正时，比较器134将正饱和；而当电压为负时，比较器134将负饱和，从而输出地电位。比较器134的输出连接到锁存电路，在优选实施例中，该锁存电路借助于晶体管135和触发器电路136实现。晶体管135从比较器134接收输出，并且当比较器的输出处于地电平时，晶体管向触发器136的时钟发送HIGH信号。当比较器的输出处于Vin电压电平时，晶体管向触发器136的时钟发送低(LOW)信号。然后，比较器134的输出的切换作为时钟输入，以便产生线路频率(50或60Hz)的干净方波，该方波在AC波越过零伏时切换，而与调光器的占空比的变化以及AC线路电压无关。干净的方形信号被标记为过零并且被输入到控制器模块131，以便控制调光的定时。

当对白炽灯泡进行调光时，电源101c优选地在前沿或正向相位控制下工作。在这种模式下，在将ACTM1信号发送到高功率模块132之前，控制器模块131根据来自控制模块102的调光百分比值接收过零信号并等待一段时间。然后连续发送ACTM1信号，直到AC波过零并且重复该周期。

当对LED灯泡进行调光时，电源101c一般在后沿或反向相位控制下工作。在这种模式下，控制器模块131接收过零信号以将信号ACTM1发送到高功率模块132以打开照明负载112。在等待基于调光百分比值计算的一段时间后，停止发送ACTM1信号。大多数LED灯泡的驱动器通常消耗少量电流，这些电流与AC干线111的电压的频率不同步。LED灯泡的电流消耗使得电流在60Hz周期内几次过零，通常达到kHz数量级的频率。因此，当停止ACTM1信号的发送时，此后不久，TRIAC 115的端子之间的电流将达到零，并且由于LED驱动器的性质而将停止导通。在下一次对AC干线111进行过零检测之前，不会发送ACTM1信号。

流出TRIAC 115的电流被标记为HPMCURRENT并被馈送到电流感测模块110。如先前的实施例中所描述的，电流感测模块110将HPMCURRENT电流转换成电压信号(Vout)，以被馈送到控制器模块131的ADC。Vout被用于测量功耗、确定连接到电源101c的照明负载(白炽灯或LED灯泡)的技术类型、确定对照明负载进行调光的最佳模式(即，前沿或后缘)，以及预测照明负载是否会很快失效。

控制器模块131还负责读取由电流感测模块110生成的、指示照明负载112消耗的电流的电压信号。所述电压信号可以被传达到控制模块102，以供用户监视功耗。

用于智慧调光器的电源的第二实施例

现在，参考图14，电源101d一般具有六个子模块：直接从AC转换成第二电平DC电压(Vlow)的低功率模块123、用于在三线或两线配置之间自动选择的输入选择器124、高功率模块109、电流感测模块125、控制器模块131和过零检测模块126，这些都在电源101a、101b和101c的实施例中进行了详细描述。电源101d也连接到照明负载112a、112b、112c和低功率照明负载适配器113。实施例的整体描述如下。

当开关盒中有三根电线(相线、中性线和照明负载线)可用时，不考虑地线或接地线，实现第一操作模式。来自照明负载112的电线连接到输入选择器124和高功率模块132。中性线在图14中用虚线描绘。来自照明负载112的电线连接到输入选择器124和高功率模块132。当照明负载112处于其关状态时，电流将仅流过输入选择器124，因为高功率模块132将充当开路。输入选择器124通向低功率模块123，该低功率模块123通过让小电流流过照明负载112和电源101d本身来访问经由照明负载112闭合电路所需的中性线。

如果照明负载112是低功率照明负载(如发光二极管(LED))，那么流过照明负载112和电源101d的电流可能足以使照明负载闪烁，或者甚至可能是照明负载的阻抗足够低而使其照亮。单个低功率照明负载适配器113可以并联连接到照明负载112，以防止这些不希望的影响。

当照明负载112处于其关状态时，流过电源101d的相对小的电流为低功率模块123供电，低功率模块123从AC干线111接收功率并输出恒定的第二电平DC电压Vlow。在本发明的这个实施例中，电源101d的所有电子部件与来自AC干线111的AC电流流电隔离。低功率模块123中的隔离由具有高压反激开关电路和隔离变压器的反激转换器实现，该反激转换器输出Vlow，其地与AC干线111隔离。

再次参考图12，激活信号ACTM1被用于触发开启或关闭高功率模块132中的照明负载112的电路。在这个模块中，借助于光电隔离器114执行流电隔离，光电隔离器114接收激活信号并且让电流流入TRIAC 115的栅极，该TRIAC 115连接到照明负载112，并且如果照明负载112是低功率照明负载，那么TRIAC 115也连接到低功率照明负载适配器113。响应于激活信号，TRIAC 115的端子充当短路，从而允许AC干线111电流流过照明负载112。激活信号ACTM1由控制器模块131提供。以与在电源101c的实施例中描述的相同的方式执行照明负载112的调光。

当照明负载112被开启时，其上的电压降几乎与AC干线电压111具有相同的量值。这造成几乎没有在低功率模块123中留下电压的分压器效应，从而造成短路效应，从而没有给电源101d留下足够的电压来操作。为了克服这个问题，控制器模块131接收由过零检测模块126生成的电压AC波的过零信号，并且基于这个信号，控制器模块131在过零检测之后等待一段时间，然后发送激活信号ACTM1。在照明负载关闭的这个时间段中，低功率模块123接收足够的功率以进行操作，直到下一个过零为止。因此，不管照明负载112的状态如何，总是向低功率模块123供电。

过零检测模块126在图9中描绘，并且采用连接到来自输入选择器124的AC电压和来自AC干线111的相线的桥式整流器127。经整流的AC信号被输出到光电隔离器或光耦合器128，该光电隔离器或光耦合器128将过零模块与AC干线111流电隔离。光电隔离器128的输出由晶体管129的基极接收。然后晶体管129在其基极中的电流为零时(即，当AC波过零时)向控制器模块131输出HIGH信号(过零信号)，以便控制接通或断开照明负载112的定时。

经过TRIAC 115的HPMCURRENT离开高功率模块132并进入电流感测模块125，以测量照明负载112的功耗。电流感测模块125的优选实施例在图10中描绘，其将电流HPMCURRENT转换成电压信号(Vout)以被馈送到控制器模块131。在这个实施例中，电流感测模块125利用诸如霍尔效应传感器130之类的设备与AC干线111流电隔离。霍尔效应传感器130测量HPMCUENT 116并输出Vout，该Vout被发送到控制器模块131，以便计算照明负载112的功耗。Vout还用于确定连接到电源101d的照明负载的技术类型(白炽灯或LED灯泡)、确定对照明负载进行调光的最佳模式(即，前沿或后沿)，并预测照明负载是否会很快失效。

如前面所讨论的，智慧开关设备100与第一实施例中的ON/OFF开关605对应。在第二实施例中，智慧开关设备100可以是：调光器类型或远程开关类型，尤其是606。

图15A描绘了智慧开关设备100，其在优选实施例中是ON/OFF开关605，并且包括电流消耗确定701、技术类型确定702以及检测所连接的照明设备的操作703中的不规则行为的功能。在另一个优选实施例中，智慧开关设备100可以是如图15B中所描绘的调光器类型的开关606，其包括电流消耗确定701、技术类型确定702以及检测与其连接的照明设备的操作703中的不规则行为的功能；它还包括调光模式确定和选择功能704。

图17描绘了在优选实施例中用于确定连接到智慧开关设备100的照明设备112的电流消耗701的功能的流程图，当智慧开关设备100处于ON状态并且部件串联时(例如，如图16中所示)，所述功能701由控制器模块102执行。

每当中央控制系统200请求功能701时，执行功能701。在优选实施例中，例如在智慧开关设备100被接通，电流开始流过照明设备112和智慧开关设备100的部件之后，在步骤705中发起所述功能701。

在步骤705中，获取并处理照明设备112的瞬时电流消耗样本，瞬时电流消耗采样由智慧开关设备100的每条线路105执行。一旦已经调节了模拟电压信号(Vout)，所述模拟电压信号Vout就进入ADC 302，从而使其成为数字电压信号。在这个步骤705中，取得表示瞬时电流的电压信号的值的n个样本，例如，在优选实施例中，对于电流信号的每个波周期，每个波周期记录大约256个样本或在给定的时间段内总共有800个样本，或者取决于该功能所需的样本数。电压信号样本是在特定时间段内取得的。在优选实施例中，时间段包括1至83μs(1mHz至12kHz)的范围。

从Vout获得的样本的数据表示照明设备112消耗的电流，并且被存储在例如智慧开关设备100的控制模块102的存储器内所存储的数据矩阵中的变量阵列中，以促进其处置和处理。

在步骤706中，将数据处理操作应用于在步骤705中获得的样本的Vout。详细地，在优选实施例中，应用振幅过滤以消除由于AC源111中存在的噪声而引起的电压信号中的噪声，称为降噪过滤器(NRF过滤器)。由于在电压曲线中可能出现小的变化或小的电压峰，因此可以消除或忽略它们，从而使其不影响信号的分析。因此，在优选实施例中，应用量值过滤器来消除所述峰以便校正和平滑电压信号，该量值过滤器一般导致所述峰的平均值位于电压曲线上。

数据过滤还涉及应用量值过滤(MF过滤器)，其中消除了低振幅的信号。数据的过滤还包括应用频率过滤器，在优选实施例中，应用N阶有限冲激响应，第128阶的FIR过滤器。例如，在N阶FIR中，对高频信号进行过滤。随后，将经过滤的电压信号样本根据成比例的电压和电流比转换成电流信号，以便表示照明设备112的电流消耗信号中的样本。

在步骤707中，一旦接收到被转换成照明设备112的电流信号的电压信号，控制模块102就执行用于识别照明设备112的最大和最小电流消耗的方法。

在步骤708中，由于在电流信号中发现了离散数据的集合，因此应用多项式插值方法来衰减电流信号。举例来说，使用一般的牛顿多项式，或者在辅助实施例中可以使用任何其它已知的插值方法。

在步骤709中，确定电流信号的一些特征以用于执行该方法的功能；在优选实施例中，获得电流样本的标准偏差。另一方面，在另一个优选实施例中，计算衰减的电流信号的平均值以获得照明设备112的消耗的电流的均方根RMS，以便正确地估计电流消耗。为了计算RMS，由于可以将电流信号表述为连续变量函数，因此注册n个变量值的集合，因此，可以获得RMS或电流信号的有效值。

继续步骤709，在从先前步骤获得的数据之间进行比较。例如，在优选实施例中，将电流信号与时间、AC电压、HPMCURRENT116以及其它比较或可测量参数的可能变体进行比较，以对电流消耗进行全面分析。此外，值得一提的是，基于从上面提到的统计方法获得的方差，每个照明设备112的每个信号都被排除在功耗计算之外。

在步骤709结束时，在完成所有比较之后，获得针对智慧开关100的每条线路105的电流样本相对于电流消耗时间的比较结果710。

对最终结果710执行附加处理。在先前执行的实验校准中，根据不同类型的照明技术获得现有照明设备的电流消耗模型，该照明技术在工厂条件下进行了测试，所获得的所述消耗模型存储在中央控制系统200的存储器204内的数据库205中。在所述处理中，利用数据库的电流消耗模型来核实照明设备112的电流消耗结果710，由此更准确地估计RMS电流。

电流消耗的最终结果借助于记录存储在中央控制系统200的数据库205中，以在中央控制系统200所需的后续计算中使用。

参考图18，在优选实施例中示出了用于确定连接到智慧开关设备100的照明设备702的技术类型的功能的流程图，所述功能也由控制模块102执行。每当中央控制系统200请求功能702时，就执行功能702。这个功能702执行与上述步骤705相同的过程；但是，在这个功能702中，改变所取得的样本的数量(可以是n个样本)，或者在优选实施例中，可以取得大约一百万个样本以执行用于确定照明设备的技术类型的功能702。在优选实施例中，通过在这个步骤705中获得表示照明设备112消耗的瞬时电流的数字电压样本，由于所获得的数据的量，所述样本可以存储或可以不存储在中央控制系统200的存储器204中。

利用从步骤705获得的电压样本，应用类似于步骤706的过程的数据过滤。在优选实施例中，数据的过滤可以利用振幅过滤来执行，以消除由于AC源111中存在的噪声而引起的电压信号中的噪声，所应用的过滤器被确定为降噪过滤器(NRF过滤器)。此外，在优选实施例中，数据过滤包括应用量值过滤(MF过滤器)，以忽略或消除与电压信号中的噪声相关的低振幅频率或谐波，并且还包括频率过滤，其可以是有限冲激响应FIR过滤器，类似于步骤706的FIR。一般而言，将这种过滤应用于电压样本以消除非常小的电压变化、非常高的频率和/或频率大于5kHz的噪声，从而仅使期望或目标信号通过。

因为每种类型的照明设备技术消耗不同的相关频率的电流，该频率范围从用于LED型照明设备的10Hz到用于CFL型照明设备的4.7kHz，所以有必要执行频率分析。除了频率分析之外，值得一提的是，为了确定技术的类型，有必要知道照明设备112的电流消耗的占空比，因为每种类型的技术可以以不同的占空比改变其电流消耗。例如，在一些照明设备技术中，电流消耗信号的周期可小于AC电源波的一个周期，或者在其它情况下，与AC电源相比，可在波的5至10个周期的大致范围之间，或者占空比可取决于根据制造商的照明设备而变化。

因此，在步骤711中，控制模块102执行数字处理方法以获得照明设备112的频率中的电流消耗行为，其中经过滤的电压信号用数字处理来处置，即，在优选实施例中，对经过滤的电压信号执行离散傅立叶变换DFT，其中将在时域中取得的电压信号样本变换或转换到频域中。因此，获得了电压信号样本的频率(Hz)和以分贝(dBm)为单位的振幅。

在用户难以察觉的非常短的时段内执行的并行步骤712中，微处理器还执行仅计算在照明设备关闭的情况下智慧开关设备100的电源101的电流消耗的处理，其中通过执行步骤705、706和711来执行获得智慧开关设备100的电源101的电流消耗数据的处理。电源101的电流消耗的这些数据还被变换到频域以在频率分析713中丢弃所述信息。

随后，使用在步骤711和712中获得的频率(Hz)和以分贝(dBm)为单位的振幅的参数，分析照明设备112的电流消耗的主导频率。即，相对于最大频率将不太相关的频率(诸如6dBm)过滤，并且对从电源101获得的频率进行微分以便仅具有照明设备112的频率。

一旦分析了主导频率，就在步骤714中确定连接到智慧开关设备100的照明设备112的技术类型，这是在比较频率结果和电流信号的周期性模式(占空比)与现有的不同类型的照明设备107时执行的。

在步骤714中执行比较，该比较在中央控制系统200中执行，其中将从频率电流信号获得的结果与存储在数据库205的存储器204中的频率数据模型进行比较。数据库205包含具有频率数据的模型，该频率数据是根据先前由不同类型的照明设备技术得到的实验校准来测量和分析的，该照明设备技术在工厂条件下进行了测试，其中对数据进行了调节并将其存储在数据库205中以在需要时读取。在比较714中，还将照明设备112的电流消耗频率的相移(占空比)模式与AC电源111的频率进行比较，从而确定连接了哪种类型的照明设备112。例如，在条件500中，其中如果照明设备112的电流消耗频率大于400Hz，那么确定照明设备的技术的类型为紧凑型荧光灯CFL。在另一个条件501中，例如，如果照明设备112的电流消耗频率小于50Hz，那么确定照明设备的技术是发光二极管LED，或者在照明设备112的电流消耗的频率不满足条件500和501中任何一个的情况下，这意味着该频率等于AC干线111的频率，因此确定照明设备112是白炽灯或电阻型的，用数据库205的存储的频率模型进一步核实这个结果505。随后，将这个经核实的信息存储在中央控制系统200的数据库205中，以用于其注册或后续计算。

由智慧开关设备100的照明设备112消耗的实际功率715是重要的参数，这种参数被通知给中央控制系统200和最终用户。为此，该方法允许根据通过以下功能获得的结果来估计照明设备112的实际功率715：确定电流消耗710和确定照明设备112的技术类型702。首先，在数据库205中，根据照明设备技术的类型存储功率百分比和质量因数的信息。在优选实施例中，通过使用泰勒多项式来调节所述信息，其中取决于照明设备112的类型来评估信息以确定消耗了多少有功功率和无功功率。

中央控制系统200利用存储在数据库205中的信息(即，利用针对不同类型的技术的功率和质量因数的百分比)以及电流消耗710的结果和对连接的照明设备112的技术类型702的识别来执行评估，计算有功功率的百分比和无功功率或虚功率的百分比以获得照明设备112的实际功率715。这个信息存储在中央模块200的数据库205中，以用于中央控制系统200所需的记录或后续计算。

由于其部件或材料的劣化，照明设备107随着时间频繁使用而改变其操作行为。主要在电流消耗或频率改变(即，电流消耗频率的不均匀行为)中观察到照明设备107的劣化。为此，有必要在照明设备112的操作中检测不规则行为，以便避免高能量消耗或在发生故障之前提供更换照明设备的警报。

图19描绘了功能703的流程图，用于检测连接到智慧开关设备100的照明设备112的操作中的不规则行为。这个功能703由控制模块102执行，并且功能703在中央控制系统200每次请求功能703时执行。

功能703执行与功能702相同的步骤705、706、711、712、713，以获得表示照明设备112消耗的电流的频率数据。功能703执行在中央控制系统200内执行的谐波频率分析600，然后执行计算以检测照明设备112的电流消耗的相关谐波频率600的一定量的最大值。如果检测到的谐波的最大数量大于3，那么满足第一种情况的条件601，然后确定照明设备112将在很短的时间内失效，这种情况在结果603中描绘。功能703还借助于将初始记录的数据与从电流消耗的实验模型获得的数据进行比较来确定照明设备112的电流消耗是否增加，因此可以确定照明设备112中是否存在扰动。否则，在第二种情况下，在条件601中，如果数量不大于3，那么报告照明设备112继续正确操作，这在结果602中描绘。该情况的结果存储在结果604中并且进一步存储在中央控制系统200的数据库205中，以进行记录或后续计算。

图20描绘了取决于连接到智慧开关设备100的照明设备112的技术类型来确定和选择最合适的调光模式的功能的流程图。由于存在多种照明技术，其取决于照明设备制造商使用的内部电子设备的配置而响应具体的调光模式，因此可以实现这个功能。上面提到的是由于以下事实：通过不适当地对照明设备进行调光，它们可能表现出不正常的行为，诸如其闪烁、电功率消耗增加和/或照明设备的使用寿命减少。

功能704确定并选择调光模式并且由控制模块102执行并且在中央模块200请求时执行。功能704在步骤800处开始，其中对照明设备112进行调光，在图21所示的优选实施例中，在开始806处和在波结束807处(两者都在AC功率波的正曲线和负曲线中)，在波周期的5％处关闭照明设备112。这些调光模式通常被称为后沿806和前沿807，在这个功能704中，两种调光模式都应用在同一个正弦波中，即，它们同时应用在同一个波周期中。

在执行步骤800之后，对获得的信号进行分析以观察照明设备112的电流行为。因此，如先前的功能中在上面所提到的，执行步骤705和706，即，在类似于功能701的确定的时间段期间获得电流消耗的数据获取。然后执行步骤706，该步骤执行对与所获得的电压信号的值的n个样本对应的数据的过滤。在步骤801中，将经过滤的电压样本转换成照明设备112的电流消耗样本。在随后的步骤802中，分析电流消耗样本以识别并确定在AC波周期中由在步骤800中执行的5％后沿和前沿调光造成的最突然的电流消耗808。在这同一个步骤中，除了确定最突然的电流消耗808之外，还确定AC波周期内最大电流消耗的位置。

在步骤803中，取决于在步骤802中获得的结果，在条件选择中选择调光模式。在第一种情况下，例如，如果最突然的电流消耗808位于AC波周期的25％(半波的50％)之前，如图22中所示，那么不会损坏照明设备112的最合适的调光模式被选择为前沿类型调光模式804。这个突然的电流消耗808是由于在步骤800中应用的后沿调光模式而发生的，所述突然的电流消耗808是由于照明设备112没有响应在5％(后沿)应用的调光模式或利用其正确操作，这是由于由制造商设计并且响应于具体调光模式的照明设备112的内部电子器件的配置。因此，对照明设备进行调光的合适方式是前沿模式。

在另一个示例中，在第二种情况下，在步骤803的条件下，如果最突然的电流消耗位于AC波的波周期的25％(半波的50％)之后，那么在优选实施例中，适当的调光模式对应于后沿模式，因为突然的电流消耗是由前沿调光模式造成的，所述最大电流消耗是由于照明设备112没有响应应用800的调光模式或利用其正确操作，这是由于由制造商设计并且响应于具体调光模式的照明设备112的内部电子器件的配置。

一旦为照明设备112确定并选择了适当的调光模式804或805，就将所述结果存储并发送到中央控制系统200的数据库205，从而为照明设备专门设置所选择的调光模式，或者直到更换照明设备112，或者中央控制系统200再次请求执行确定或选择调光模式的功能，或者当用户需要请求所述功能时。

图23示出了用于分析智能开关设备的照明技术的操作参数的方法。如从每个功能的描述中可以看出的，对于方法中使用它们的不同功能，存在被执行一次的公共步骤，如图23中所看到的，其中由所有功能共享的步骤705通过在步骤706处通过过滤器的采样来获取数据，其中，在功能701和702结束时，在步骤715中，使用步骤710的电流消耗的结果和从步骤505检测到的技术的类型来获得功耗，这由中央模块200执行，并且结果被发送到数据库205。该方法的功能702和703共享步骤711、712和713，它们执行技术类型确定和确定不规则行为，如上所述，其结果被发送到中央模块200的数据库205。功能704同样使用步骤705的数据获取和步骤706的数据过滤，其中由功能704获得的结果与所连接的照明设备的调光模式对应，并且其中所述结果也被发送到中央模块200的数据库205。

中央控制系统

现在将详细描述中央控制器200。再次参考图3，在优选实施例中示出了中央控制系统200，其允许配置和控制电气设施的至少一个或多个智能开关设备100。所讨论的中央控制系统200包括中央通信模块201，其允许与所述至少一个或多个智能开关设备100的通信模块104通信；TCP/IP通信模块202，其允许将数据发送到外部服务器或云，其中TCP/IP通信模块202可以是无线和/或有线连接模块；web服务模块206；消息传递服务模块207；处理注册模块208；处理器203和耦合到处理器203的存储器204。处理器203被配置为在存储器204中创建本地数据库205，来存储由所述至少一个或多个智能开关设备100经由远程用户接口500生成的和由所述中央控制系统200生成的数据。同样，本地数据库205存储从远程用户接口500发送的用于执行所述至少一个或多个智能开关设备100的功能的命令。

处理器203还被配置为执行中央通信模块201的配置，使得它可以经由其通信模块104在所述至少一个或多个智能开关设备100之间建立通信网络；建立通信网络包括以下步骤：

步骤1：首先基于预设参数配置中央通信模块201，然后，向第一路径中的所述至少一个或多个智能开关设备100发送信息请求查询，并发送一个广播信号以指示中央通信模块201进入并保持待机状态设定的时间。

步骤2：在处于所述待机状态时，从形成电气设施的一部分的所述至少一个或多个智能开关设备100接收具有所需信息的信号。

参考步骤1和2，中央控制系统200向位于第一路径中的智能开关设备100的所有通信模块104发送广播信号，该第一路径由智能开关设备100的通信模块104与中央控制系统200的中央通信模块201之间的信号强度确定；这是为了向智能开关设备100的通信模块104指示中央通信模块201进入待机模式，并在此状态下保持一定时间。同样，信息请求查询被发送到智能开关设备100，以使它们发送回具有所需信息的信号，所述信息包括唯一地址(MAC地址)和信号强度。在优选实施例中，用于初始配置的预设参数包括频率、中央通信模块201ID、网络ID、用于通信的加密和功率输出中的至少一个。

步骤3：基于所述至少一个或多个智能开关设备100中的每一个的所需信息为所述至少一个或多个智能开关设备100中的每一个分配ID，其中每个ID被存储在所述本地数据库205中以创建ID表，然后将所述ID发送给所述至少一个或多个智能开关设备100。

关于步骤3，一旦接收到所请求的信息，中央控制系统200就将ID分配给第一路径的所有智能开关设备100。ID包括智能开关设备100的ID凭证，之后是其MAC地址(单个ID注册)和信号强度，其被存储在本地数据库205中以创建ID表；所述ID被发送回智能开关设备100，以使它们识别由中央控制系统200分配的它们的ID凭证。ID表至少包括第一路径的智能开关设备100的ID。

步骤4：发起发现步骤，其中发现步骤包括以下步骤：

从每个智能开关设备100向位于第一已建立路径中的智能开关设备100的所有通信模块104发送广播信号；

从每个智能开关设备100向位于第一已建立路径中的智能开关设备100发送信息请求查询，以使它们发送回具有所需信息的信号，所述信息包括唯一地址(MAC地址，单个ID注册)和信号强度；以及

将具有每个智能开关设备100的所需信息的信号从每个智能开关设备100转发到中央控制系统200。

关于步骤4：一旦创建了具有智能开关设备100的ID的ID表，中央控制系统200就发起发现步骤，其中，在第一种情况下，每个智能开关设备100向第一已建立路径中的智能开关设备100的所有通信模块104发送广播信号。此后，每个智能开关设备100向位于第一已经建立的路径中的智能开关设备100发送信息请求查询，以使它们发送回具有所需信息的信号，所述信息包括唯一地址(MAC地址)和信号强度。最后，每个设备将具有所需信息的信号从每个智能开关设备100转发到中央控制系统200。

即，每个智能开关设备100执行对第一路径中的在它们周围找到的其它智能开关设备100的发现，并且从它们周围的所述其它智能开关设备100接收信息并将信息发送到中央控制系统200。在执行这个发现步骤时，中央控制系统200能够知道智能开关设备100的在第一建立路径内的范围之外的信息。

步骤5：基于中央控制系统200的中央控制模块201的范围之外的智能开关设备100的所需信息，向中央控制系统200的中央通信模块201的范围之外的每个智能开关设备100分配ID，其中每个ID存储在所述本地数据库205中以更新ID表，然后将每个ID发送到中央控制系统200的中央通信模块201范围之外的智能开关设备100。

中央控制系统200对每个智能开关设备100重复上述步骤，从而可以整体上建立通信网络。此外，ID表还包括不同路径的智能开关设备100的ID。

步骤6：通过最靠近中央控制系统200的智能开关设备100建立最优路径，通过该最优路径，在通信网络中的智能开关设备100的中央通信模块201和通信模块104之间发送和接收信息。

关于步骤6，最优路径由信号强度以及智能开关设备100的通信模块104之间的每路径的跳数(n)和路径总数(m)确定。这些由n和m(n，m)组成的最优路径称为动态张量。

步骤7：生成动态路由表，动态路由表具有分配给所述至少一个或多个智能开关设备100中的每一个的每个ID和在步骤6中设置的最优路径，其中所述动态路由表存储在所述本地数据库205中。

关于步骤7，一旦通信网络完全建立，就生成具有所述至少一个或多个智能开关设备100的每个ID以及最优路径的动态路由表。

当将附加的智慧开关设备100添加到电气设施时，在接收到来自用户的请求时更新通信网络，并且生成更新后的动态路由表。

重要地，当从电气设施中移除智慧开关设备100时，在接收到来自用户的请求时更新通信网络，并且生成更新后的动态路由表。

因而，当从用户接收到从通信网络移除智慧开关设备100的命令时，生成新的动态路由表。

通过上面提到的每个步骤，中央控制系统200允许初始配置中央通信模块201，以便随后与至少一个或多个智能开关设备100建立通信网络，其中创建的通信网络是网状网络，优选地是点到多点网状通信网络，其中确定路由规则，该路由规则允许优化中央控制系统200与所述至少一个或多个智能开关设备100之间的通信。为了优化通信，如步骤7中所述，动态路由表由所述至少一个或多个智能开关设备100的所需信息和最优路径生成，所述所需信息包括以下数据：MAC地址和信号强度。最优路径由信号强度以及智能开关设备100的通信模块104之间的每路径的跳数(n)和路径总数(m)确定；由n和m(n，m)组成的最优路径称为动态张量。路由表确定用于智能开关设备100的通信模块104和中央控制系统200的中央通信模块201之间的通信的最优路径。

当智慧开关设备100的通信模块104在中央控制系统200的中央通信模块201的范围之外时，在中央通信模块201的范围内的另一个智慧开关设备100的通信模块104作为从在中央控制系统200的中央通信模块201的范围之外的智慧开关设备100发送的信息的中继器。通过动态路由表限定最优路径，用于通过在中央通信模块201的范围之内的一个或多个智慧开关设备100的通信模块104，在中央通信模块201与在中央通信模块201的范围之外的智慧开关设备100的通信模块104之间进行通信。通过优化与动态路由表的通信以及智能开关设备100的容量，可以获得更大范围的网络覆盖。

此外，在辅助实施例中，如果无法通过最优路径执行通信，路由表除了确定最优通信路径之外还能够确定智能开关设备100的通信模块104与中央控制系统200的中央通信模块201之间的替代路径。

web服务模块206使得能够实现从中央控制系统200中的远程用户接口500执行的所有服务。在优选实施例中，web服务模块206在分层的层中被构造。web服务模块206由以下功能组成：

·创建用户账户：用户从远程用户接口500输入创建账户所需的数据集。

·查询用户名：负责查询用户名是否存在，因为用户名字段具有唯一索引，所以有可能重复用户名。

·激活用户账户：负责将用户账户的状况从非活动状态改为活动状态。

·注册邮箱：负责注册用户的电子邮箱。

·请求用户账户恢复代码：负责生成用户账户恢复代码并将其发送到由用户输入的电子邮箱。

·通过恢复代码更新密码：如果用户输入的恢复代码正确，则负责更新用户密码。

·从用户账户查询数据：负责获得具体用户的账户的数据。

·更新来自用户账户的数据：负责更新具体用户账户的数据。

·请求电话更新：负责创建验证新电话号码的输入的代码，并将所述代码发送到新电话号码。

·验证电话更新代码：负责比较发送到新电话号码的代码与用户输入的代码。如果两个代码相同，则更新新电话号码。

·请求电子邮箱更新：负责创建验证新电子邮箱的输入的代码，并将所述代码发送到新电子邮箱。

·验证电子邮箱更新代码：负责比较发送到新电子邮箱的代码与用户输入的代码。如果两个代码相同，则更新新电子邮箱。

·更新用户的密码：负责更新用户的密码。首先，将当前密码与用户输入的密码进行比较。如果两个密码相同，则更新新密码。

·登录：负责认证用户访问智慧开关设备100的功能。

·注销：负责删除在用户会话期间创建的数据。

·将中央控制系统200与用户账户相关联：负责输入与中央控制系统200相关的数据，并执行将中央控制系统200相关的数据与用户账户的关联。

·显示中央控制系统的列表：负责显示与用户有权访问的每个中央控制系统相关的数据的列表。

·查询中央控制系统200的数据：负责获得与中央控制系统200相关的数据。

·删除中央控制系统200的数据：负责删除与中央控制系统200相关的数据。

在优选实施例中，与中央控制系统200相关的数据包括至少一个用户、智能开关设备100、智能开关的历史和功能。

·重命名中央控制系统200：负责将中央控制系统200的当前名称改为新名称。

·开启所有智能开关设备100：负责为线路105供电，以打开与中央控制系统200相关的所有智能开关设备100。

·创建智慧开关设备100：负责将智慧开关设备100添加到中央控制系统200，并将所述智能开关设备100与用户相关联。

·查询智慧开关设备100的数据：负责获得与智慧开关设备100相关的数据。与智慧开关设备100相关的所述数据包括至少一个名称和图标。

·更新智慧开关设备100的数据：负责更新与智慧开关设备100相关的数据。与智慧开关设备100相关的所述数据包括至少一个名称和图标。

·删除一个或多个智能开关设备100：负责删除与用户和中央控制系统200相关联的一个或多个智能开关设备100，其中与所述一个或多个智能开关设备100相关的数据被删除。

·开启所有中央控制系统200：负责打开所有中央控制系统200，这进而为线路105供电以打开与所述中央控制系统200相关联的所有智能开关设备100，其中这些与用户相关联。

·更新中央控制系统200的次序：负责更新中央控制系统200和/或与所述中央控制系统200相关联的智能开关设备100的位置。

·改变智慧开关设备100的功能状态：负责改变智慧开关设备100的状态，其中状态至少包括开、关和强度。

·重命名所有中央控制系统200：负责重命名所有中央控制系统200和与所述中央控制系统200相关联的所有智能控制设备100。

·显示收藏夹的列表：显示中央控制系统200和/或智能开关设备100和/或与用户的所述中央控制系统200相关联的线路105的收藏夹的列表。

·将中央控制系统200和/或智慧开关设备100和/或线路105添加到收藏夹：负责将中央控制系统200和/或智慧开关设备100和/或线路105输入到用户的收藏夹的列表中。

·从收藏夹中删除中央控制系统200和/或智慧开关设备100和/或线路105：从用户的列表中删除中央控制系统200和/或智慧开关设备100和/或线路105中的数据。

·更新收藏夹的列表的次序：负责更新添加到收藏夹列表的中央控制系统200和智能开关设备100和/或与所述中央控制系统200相关联的线路105的位置。

·添加用户：负责将新用户添加到中央控制系统200。

·显示用户的列表：负责显示添加到中央控制系统200的用户的列表。

·查询用户的数据200：负责获得与中央控制系统200相关的用户数据。

·更新用户：负责更新与中央控制系统200相关的用户的数据。

·阻止用户：负责阻止与中央控制系统200相关的用户。

·删除用户：负责删除与中央控制系统200相关的用户的数据。

·检查历史：负责显示最近的10个事件。远程用户接口500显示最近的10个事件或按日期范围显示事件。

·历史中的记录：负责注册源自远程用户接口500的不同事件。

·检查图片库：负责显示和发送图片库的不同URL。

·输入例程：负责添加与例程对应的注册。在优选实施例中，例程被定义为用户可以在远程用户接口500中指定的被编程的动作的集合。

·例程的检查列表：负责示出用户的例程。

·从例程查询数据：负责获得用户输入的例程的数据。

·更新例程：负责更新用户的例程的数据。

·改变例程状况：负责更新用户的例程的状况。

·删除例程：负责删除用户的例程的数据。

·获得能耗的报告：负责生成带有电能耗的图表的报告。

·更新付款方法数据：负责更新服务用户的付款方法。

·更新成员资格的类型：负责更新用户成员资格的类型。

·获取月份的发票：负责为用户生成具体月份的发票。

·启用睡眠模式：负责启用智慧开关设备100的睡眠模式。睡眠模式允许禁用智慧开关设备100的LED和触摸界面。

·锁定智慧开关设备100：负责锁定用户接口103。即，手动和/或远程锁定与智慧开关设备100相关的所有功能。

·开启智能开关设备100的集合：负责开启与中央控制系统200相关联的智能开关设备100的集合。

·管理智能开关设备100的集合：负责激活、移除、更新和咨询与中央控制系统200相关联的智能开关设备100的集合。

在优选实施例中，在激活第一用户账户后，将该用户指定为管理者。管理者用户可以从远程用户接口500执行上面提到的所有功能，并且同样可以管理具有不同层次结构的用户。管理者用户在使用“添加用户”功能时可以创建具有不同特点的用户的不同简档：共同管理者用户，其可以访问除了删除管理者用户功能以外的管理者用户的所有功能；二级用户，其可以取决于管理者用户授予的许可而访问部分或全部功能；以及访客用户，其可以取决于管理者用户授予的许可而在一段时间内访问部分或全部功能。

一般而言，远程用户接口500可以被集成并与不同的物联网(loT)平台(诸如Amazon Echo、Apple HomeKit、IFTTT、Nest、SmartThings、Google Home等)交互。

重要的是，在没有互联网连接的情况下，中央控制系统200充当智能开关设备100的本地服务器。

在优选实施例中，处理器203被配置为提供用于中央控制系统200的操作的各种处理，这些处理是：

·数据备份处理，其中中央控制系统200设置了一个小时来备份数据。核实为执行数据备份而设置的时间，如果该时间正确，则初始化该处理，该处理包括读取存储在本地数据库205中的数据并随后创建备份文件。备份文件以带有密码的ZIP格式命名和压缩，存储在本地数据库205中。一旦备份文件被创建、命名和压缩，中央控制系统200就检查是否存在互联网连接，如果中央控制系统200确认互联网连接，那么将备份文件发送到云。此外，处理注册模块208创建数据备份处理的注册。在优选实施例中，所述注册包括数据备份处理开始日期和时间、数据备份处理结束日期和时间、数据备份处理的成功或失败以及将备份文件发送到云的成功或失败。

·出厂重置处理，该处理经由远程用户接口500并通过按下耦合到中央控制系统200的物理按钮手动地被初始化。当用户通过远程用户接口500将工厂重置请求发送到中央控制系统200(由消息传递服务模块207接收)时，该请求将经由TCP/IP通信模块202向云报告并且通过路由器向本地数据库205报告工厂重置处理已经开始。随后，如果存在程序改变固件，则重置出厂服务，并且通过web服务模块206查询云。在存在程序改变固件的情况下，下载新的现有程序并且更新中央控制系统200的所有基本程序。

·恢复处理，该处理在提交恢复请求时经由远程用户接口500被初始化。用户从远程用户接口500选择包括存储在本地数据库205中的数据的列表的备份，一旦选择了要恢复的数据，就将恢复请求发送到中央控制系统200，该请求由消息传递服务模块207接收。在接收到恢复请求后，确认用户选择的列表的备份是否存储在云中；在确认用户选择的列表的备份存储在云中的情况下，进行中央控制系统200的恢复。一旦中央控制系统200的恢复已经完成，就从云中获取用户选择的列表的备份，并将其输入到恢复的中央控制系统200。此外，处理注册模块208创建恢复处理的注册。在优选实施例中，所述注册包括恢复处理的成功或失败。同样，所述注册经由TCP/IP通信模块202被发送到云，以便示出恢复处理的状态。

·数据同步处理，其中中央控制系统200设置了一个时间来同步数据。检查被设置为执行数据同步的时间，如果该时间正确，则检查是否存在到云的连接。如果存在到云的连接，那么查询本地数据库205，过滤存储在本地数据库205中的包括空同步日期的数据，并且识别包括具有未决同步状况的空同步日期的数据。随后，使用先前识别出的数据创建文件，其中所述文件包含向云通知同步处理的类型的指令：向云的数据输入或云中的数据的更新。一旦创建了具有识别出的数据的文件，该文件就将通过TCP/IP通信模块202被发送到云。如果云接收到具有识别出的数据的文件，那么云将发送接收确认，其中一旦确认了具有识别出的数据的文件的接收，就将在有未决同步状况的情况下执行识别出的数据的日期和时间同步更新。此外，处理注册模块208创建数据同步处理的注册。在优选实施例中，所述注册包括数据同步处理的成功或失败。

·框架更新处理，其中，在从云接收到框架更新请求后，初始化所述处理。

首先，核实位于中央控制系统200中的当前框架版本，并将其与由框架更新请求提出的版本进行比较；在不相同的情况下，将通过web服务模块206请求将要更新的程序的版本。要更新的程序与本地数据库205、与本地服务以及与中央控制系统200的内部处理相关。一旦执行了更新，中央控制系统200就将被重置以恢复服务，并且将核实它们是否被正确执行。此外，处理注册模块208创建框架更新处理的注册。在优选实施例中，所述注册包括框架更新处理的成功或失败。

·服务重启处理，该处理在发送服务重启请求时经由远程用户接口500被初始化。经由消息传递服务模块207接收请求。在接收到请求后，中央控制系统200的所有服务被重启，并且服务重启处理的事件被注册在本地数据库205中。在云连接的情况下，所述事件经由TCP/IP通信模块202被发送到云。

·用于从中央控制系统200发起服务的处理，该处理包括运行由中央控制系统200的处理器203运行的文件以开始将在后台运行的服务。所述处理与智能开关设备100的中央通信模块201和通信模块104的通信、消息传递服务模块207、数据备份处理、数据同步处理和恢复处理对应。

·服务核实处理，其中，如果存在到云的连接，那么借助于TCP/IP通信模块202，如果云返回连接确认，则中央控制系统200更新云中的参数。如果云没有返回连接确认，则中央控制系统200更新本地数据库205中的参数。

参考用于中央控制系统200的操作的处理，在没有访问云的情况下，中央控制系统200以本地模式操作并且禁用需要访问某些处理的云的功能。

现在，处理器203还被配置为向智能开关设备100发送这些服务和命令：

·将固件和/或引导程序发送到智能开关设备100的处理。在所述处理中，存在固件和/或引导加载程序更新的两种情况：当用户经由远程用户接口500首次在通信网络中创建智慧开关设备100时，以及当存在固件和/或引导加载程序版本更新时。在两种更新情况中的任一种情况下，中央控制系统200都发送与智慧开关设备100对应的文件。

此外，在另一个优选实施例中，中央控制系统200可以通过机器学习处理来学习用户的模式和行为习惯，以取决于所述模式来适应他们的操作。例如，可以激活“出门在外”模式，其中中央控制系统200可以基于用户在出门在外时的模式和行为习惯来激活照明设备。在辅助实施例中，用户还可以对他/她自己的用于打开和关闭照明设备的例程进行编程，以模拟房屋中有人的存在。

在又一个实施例中，当智能开关设备100处于“出门在外”模式时，当智慧开关设备100的用户接口103被激活时，可以经由远程用户接口500通知用户。

在本发明中，考虑了两种类型的固件，基本固件和高级固件。基本固件允许基本功能，诸如经由用户接口103手动激活智能开关设备100的任何电气连接线路105，例如，在三个照明设备连接到三条路径105的实施例中，可以借助于用户接口103独立地激活所述三条路径105中的任何一条；以及与中央控制系统200通信以便能够将基本固件升级为高级固件。另一方面，高级固件除了映射用户接口103、锁定用户接口103、睡眠模式、激活或停用用户接口103的蜂鸣器或扬声器以及激活任何电气连接线路105以外还允许基本固件功能；所有这些功能均由远程用户接口500执行。在优选实施例中，远程用户接口500可以是例如移动用户装备的应用、网页或诸如以品牌Apple Watch或Samsung Gear出售的可穿戴设备之类的可穿戴设备。

·将工厂重置发送到智能开关设备100的处理。在所述处理中，从远程用户接口500选择将向其发送工厂重置的智慧开关设备100。中央控制系统200借助于消息传递通信服务模块207接收工厂重置命令以及智慧开关设备100的ID。中央控制系统200经由中央通信模块201将工厂重置命令发送到智慧开关设备100。

·用于向智能开关设备100发送具体命令的处理。在所述处理中，从远程用户接口500选择将向其发送具体命令的智慧开关设备100。中央控制系统200借助于消息传递服务模块207接收特定命令以及智慧开关设备100的ID。中央控制系统200经由中央通信模块201将具体命令发送到智慧开关设备100。智慧开关设备100将其当前状态的确认和命令的执行发送回中央控制系统200。

在附加实施例中，服务与所述处理注册模块208交互，这个部件在发生异常的情况下生成日志文件。日志文件(如果存在的话)通过云发送。在优选实施例中，每天生成日志文件，并且优选地，每天经由TCP/IP通信模块202将当天生成的数据库数据发送到外部服务器。日志文件在中央控制系统200中保留预定的时间段，在这个时间段过后，文件将被自动删除。

在本发明的优选实施例中，中央控制系统200执行负责通过验证、显示、将其存储在日志文件或数据库中来管理所呈现的错误的功能。当尝试存储数据库错误且该错误不可用时，该错误将存储在日志文件中。

在优选实施例中，消息服务模块207使用通过MQTT协议的通信处理，从而允许用户装备与中央控制系统200和智能开关设备100的交互。

该处理最初是通过查询数据库来限定通信常数的。在优选实施例中，本发明的数据库205是指本地数据库。

通过限定MQTT服务器的URL地址、客户端ID和持久类型来初始化服务。该处理初始化称为“回调(callback)”的方法，并创建与MQTT服务器的连接实例。如果连接不成功，则将对应的异常写入日志，否则它将等待经由“callback”方法输入消息。

当检测到消息到达时，对其进行评估，并且如果消息满足所建立的准则，则开始向对应的智能开关设备100的通信模块104发送数据的处理。在例外情况下，它被写入中央控制系统200的注册表中。

在优选实施例中，中央通信模块201执行无线电通信，并且其特征类似于智能开关设备100的通信模块104的特征。

重要的是，半径是由中央控制系统200通过写入配置注册表、通过修改节点、同步、频率、操作模式和功率特征来配置的。

在本发明中，在优选实施例中，使用称为“多点网PtP，PMP，网”的网络，并在中央级别复制路由表和动态轨迹，中央通信模块201负责每个智能开关设备100与中央控制系统200的通信以及其它智能开关设备100之间的通信以建立网状通信网络。

在优选实施例中，中央控制系统200与智能开关设备100的通信模块104之间的通信被加密。类似地，web服务模块206与云之间的通信被加密。

本发明的另一个优点是借助于引导加载程序以远程和受控的方式加载和更新中央控制系统200和智慧开关设备100的固件，这个处理执行基本选项中的固件或通过无线的无线电在高级选项中的固件二者的更新。

重要的是，固件更新的方式具有两种初始化模式，一种仅允许从引导加载程序更新固件，而另一种仅自动发起基本或高级固件。只要固件版本正确，当中央控制系统200向远程智慧开关设备100发出用于其更新的命令时，就开始固件加载的初始化，并且智慧开关设备100改变引导加载程序初始化标志。在辅助实施例中，执行重新引导，并且稍后将加载固件。在初始化之后，执行数据完整性检查，其中微控制器核实每个字节在其存储器中是否有效，并将其与第一映像和第二映像进行比较；如果不是，则通知中央控制系统200版本存在错误，从而通知中央控制系统200无法执行更新、将标志改变为正常操作模式、删除容纳错误固件的存储器位置。在等待传送新更新时，它立即重启以在基本模式或高级模式下操作。如果数据正确，那么它继续进行更新。

重要的是，固件传送是在两个存储器扇区中执行的，以确保传送正确。一旦已经更新了固件，就将从存储器中删除在传送期间安装固件的两个扇区之一，以释放空间以供将来更新。

通过考虑此处公开的本发明的说明书和实践，本发明的其它实施例对于本领域技术人员将是清楚的。本申请旨在覆盖遵循其一般原理的本发明的任何变型、使用或适应，并且包括本领域的已知或惯常实践中的与本公开的偏离。说明书和示例仅被认为是示例性的，本发明的真实范围和精神由所附权利要求书指示。

将认识到的是，本发明不限于上面已经描述并且在附图中示出的确切构造，并且在不脱离本发明范围的情况下可以进行各种修改和改变。本发明的范围旨在应当仅由所附权利要求书限制。

本发明的新颖性

已经在上面描述了本发明，它被认为是新颖的，因此保护在以下包含的特性。

Claims (89)

1.一种智能开关设备，用于控制电气设施内的照明设备，以便控制照明的通电、断电以及强度，所述智能开关设备包括：

通信模块；

控制模块；

用于连接到至少一个照明设备的至少一条线路；

用户接口；以及

电力模块；

其特征在于，通信模块实现其它智能开关设备与电气设施内的中央控制系统之间的通信，其中通信模块由中央控制系统发送的预设参数进行配置；

其中控制模块通过通信模块从中央控制系统以及从用户接口接收命令以修改智能开关设备的操作；

其中控制模块借助于电流传感器来检测是否将照明设备连接到所述至少一条线路，并检测所述至少一条线路消耗的电力；并且

其中电力模块永久地将来自电气设施的至少一条电力线路的电力供应给智能开关设备。

2.如权利要求1所述的智能开关设备，其特征在于，通信模块是无线电通信模块。

3.如权利要求2所述的智能开关设备，其特征在于，在智能开关设备的通信模块与中央控制系统的中央通信模块之间直接执行智能开关设备与中央控制系统之间的通信。

4.如权利要求2所述的智能开关设备，其特征在于，在智能开关设备的通信模块与另一个智能开关设备的通信模块之间执行智能开关设备与中央控制系统之间的通信。

5.如权利要求1所述的智能开关设备，其特征在于，当智能开关设备仅由电气设施的一条电力线路供电时，电力模块具有两种工作模式：

当连接到所述至少一条线路的照明设备需要大于预设电流阈值的电流以便进行操作时的操作模式；以及

当连接到所述至少一条线路的照明设备需要低于预设电流阈值的电流以便进行操作时的操作模式。

6.如权利要求5所述的智能开关设备，其特征在于，在照明设备的负载要求低于所述预设电流阈值的电流以便进行操作的情况下，将适配器放置成与照明设备并联。

7.如权利要求1和2所述的智能开关设备，其特征在于，所述智能开关设备具有与所述其它智能开关设备形成通信网络的能力。

8.如权利要求7所述的智能开关设备，其特征在于，所述通信网络是网状点到多点网络。

9.如权利要求1所述的智能开关设备，其特征在于，智能开关设备能够以触觉方式或借助于通信模块进行操纵。

10.如权利要求1所述的智能开关设备，其特征在于，用户接口具有适配于连接到智能开关设备的线路的数量的触摸、视觉和听觉接口。

11.如权利要求10所述的智能开关设备，其特征在于，触摸接口为三维触摸接口。

12.如权利要求1所述的智能开关设备，其特征在于，智能开关设备具有唯一的ID注册表。

13.如权利要求1所述的智能开关设备，其特征在于，所述智能开关设备经由通信模块将数据发送到中央控制系统以进行识别并提供其当前状态。

14.如权利要求1所述的智能开关设备，其特征在于，用于初始配置的预设参数包括频率、中央控制系统ID、网络ID和通信模块的功率输出中的至少一个。

15.如权利要求1所述的智能开关设备，其特征在于，用户接口能够被远程锁定。

16.如权利要求1所述的智能开关设备，其特征在于，用户接口在设定的时间之后没有接收到来自用户的命令时进入睡眠模式。

17.如权利要求1所述的智能开关设备，其特征在于，用户接口是语音操作接口。

18.如权利要求1所述的智能开关设备，其特征在于，用户接口允许执行智能开关设备的出厂重置。

19.如前述权利要求所述的智能开关设备，其特征在于，所述至少一条线路消耗的功率的注册表被发送到中央控制系统，以在设定的时间段内生成消耗注册。

20.一种中央控制系统，用于配置和控制电气设施的如权利要求1至19所述的至少一个智能开关设备，包括：

中央控制系统；

TCP/IP通信模块；

处理器；以及

存储器，耦合到处理器；

其中处理器被配置为：

在存储器中创建本地数据库；

建立通信网络，包括以下步骤：

首先基于预设参数配置中央控制系统，然后向位于第一路径上的所述至少一个或多个智能开关设备发送信息请求查询，并发送广播信号以指示中央控制系统进入待机状态并保持在待机状态一段时间；

在所述待机状态下，接收具有构成电气设施的一部分的所述至少一个或多个智能开关设备的所需信息的信号；

基于所述至少一个或多个智能开关设备中的每一个智能开关设备的所需信息，向所述至少一个或多个智能开关设备中的每一个智能开关设备分配ID，其中每个ID被存储在所述本地数据库中以创建ID表，此后向所述至少一个或多个智能开关设备发送所述ID；

发起发现步骤，其中发现步骤包括以下步骤：

从智能开关设备中的每一个智能开关设备向第一建立的路径中的智能开关设备的所有通信模块发送广播信号；

从智能开关设备中的每一个智能开关设备向第一建立的路径中的智能开关设备发送信息请求查询，以便使其发送回具有所请求的信息的信号，所述信息包括MAC地址和信号强度；以及

从智能开关设备中的每一个智能开关设备将具有智能开关设备中的每一个智能开关设备的所请求的信息的信号转发到中央控制系统；

基于在中央控制系统的中央通信模块的范围之外的智能开关设备的所请求的信息，将ID分配给中央控制系统的中央通信模块的范围之外的智能开关设备中的每一个智能开关设备，其中每个ID存储在所述本地数据库中以更新ID表，此后将ID中的每一个ID发送到在中央控制系统的中央通信模块的范围之外的智能开关设备；

通过最靠近中央控制系统的智能开关设备，在中央通信模块和位于通信网络中的智能开关设备的通信模块之间建立发送和接收信息的最优路径；

生成动态路由表，其中每个ID分配给所述至少一个或多个智能开关设备中的每一个智能开关设备和已建立的最优路径，其中所述动态路由表存储在所述本地数据库中；

在所述中央控制系统与所述至少一个或多个智能开关设备的通信模块之间建立连续通信，以更新所述至少一个或多个智能开关设备中的每一个智能开关设备的当前状态；

向智能开关设备发送命令；

存储从智能开关设备接收的数据；以及

经由TCP/IP通信模块将生成的数据库数据发送到外部服务器。

21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，中央控制系统充当所述至少一个智能开关设备的本地服务器。

22.如权利要求20所述的系统，其特征在于，在没有与外部服务器的通信的情况下，当与外部服务器的通信恢复时，发送当天生成的数据。

23.如权利要求20所述的系统，其特征在于，本地数据库的数据能够经由TCP/IP通信模块发送到外部服务器上的数据库。

24.如权利要求20所述的系统，其特征在于，中央控制系统通过TCP/IP通信模块接收用户的命令，以将命令发送到智能开关设备，以便修改其操作。

25.如权利要求20所述的系统，其特征在于，用于初始配置的预设参数包括所述至少一个智能开关设备以及中央控制系统的中央通信的频率、中央控制系统ID、网络ID以及通信模块的功率输出中的至少一个。

26.如权利要求20所述的系统，其特征在于，处理器还被配置为借助于动态路由表来限定用于在中央控制系统与远程智能开关设备之间通过一个或多个智能开关设备进行通信的至少一条最优路径。

27.如权利要求24所述的系统，其特征在于，当不能通过最优路径执行通信时，中央控制系统与其它智能开关设备之间的通信通过替代路径执行。

28.如权利要求20所述的系统，其特征在于，当将附加的智能开关设备添加到电气设施时，在接收到来自用户的请求后，更新通信网络，并创建更新后的动态路由表。

29.如权利要求20所述的系统，其特征在于，当从电气设施中移除智能开关设备时，在接收到来自用户的请求后，更新通信网络，并创建更新后的动态路由表。

30.如权利要求20所述的系统，其特征在于，当用户接收到从通信网络移除智能开关设备的命令时，创建新的动态路由表。

31.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述发送的命令能够发起智能开关设备中的处理，诸如固件更新、重启和工厂重置。

32.如权利要求20所述的系统，其特征在于，中央控制系统与智能开关设备之间的所有通信均被加密。

33.如权利要求20所述的系统，其特征在于，用户能够经由远程用户接口将命令发送到中央控制系统。

34.如权利要求20所述的系统，其特征在于，TCP/IP通信模块是有线连接模块。

35.如权利要求20所述的系统，其特征在于，TCP/IP通信模块是无线连接模块。

36.如权利要求20所述的系统，其特征在于，中央控制系统能够通过机器学习来学习用户的使用模式。

37.如权利要求20至36所述的系统，其特征在于，中央控制系统在本地执行其所有操作功能，而不必与外部服务器连接。

38.一种由干线电力供电的用于两线或三线智慧开关的电源，所述电源连接到至少一个照明负载，以控制所述至少一个照明负载的通电和断电，所述电源包括：

第一低功率模块；

第二低功率模块；

第三低功率模块；

高功率模块；

电流感测模块；

低功率照明负载适配器；

其中：

如果智慧开关具有两线配置并且所述至少一个照明负载中的第一个照明负载是低功率照明负载，那么将低功率照明负载适配器与所述至少一个照明负载中的第一个照明负载并联连接，并且，当所述至少一个照明负载中的第一个照明负载处于其关状态时，来自干线电力的AC功率将从所述至少一个照明负载中的第一个照明负载和低功率照明负载适配器流向低功率模块；

如果智慧开关具有两线配置并且所述至少一个照明负载中的第一个照明负载不是低功率照明负载，那么低功率照明负载适配器不连接到所述至少一个照明负载中的第一个照明负载，并且，当所述至少一个照明负载中的第一个照明负载处于其关状态时，AC功率将从所述至少一个照明负载中的第一个照明负载流向低功率模块；

如果智慧开关具有三线配置，那么AC功率将从中性线和相线流向第一低功率模块；

第一低功率模块将来自干线电力的AC功率转换成第一电平DC电压并将其输出到第二低功率模块；

当所述至少一个照明负载中的第一个照明负载处于其关状态时，第二低功率模块将来自第一低功率模块的第一电平DC电压转换成第二电平DC电压；

当从由第二低电平DC电压供电的外部控制器模块接收到至少一个激活信号中的相应一个激活信号时，高功率模块开启所述至少一个照明负载，并且当所述至少一个照明负载处于其开状态时，分流电流从高电压功率模块流出；

当所述至少一个照明负载中的第一个照明负载处于其开状态时，第三低功率模块接收分流电流并将分流电流用于将第一电平DC电压输出到第二低功率模块；

当所述至少一个照明负载中的第一个照明负载处于其开状态时，

第二低功率模块将来自第三低功率模块的第一电平DC电压转换成第二电平DC电压；

电流感测模块由第二电平DC电压供电并且将来自高功率模块的分流电流转换成电流-电压信号，以输出到外部控制器模块。

39.如权利要求38所述的电源，其中两线配置由相线和来自照明负载的电线组成。

40.如权利要求38所述的电源，其中三线配置由相线、中性线和来自照明负载的电线组成。

41.如权利要求38至40所述的电源，其中第一低功率模块包括在两线配置或三线配置之间进行选择的选择器开关。

42.如权利要求38所述的电源，其中所述至少一个照明负载是一个照明负载。

43.如权利要求38所述的电源，其中所述至少一个照明负载是两个照明负载。

44.如权利要求38所述的电源，其中所述至少一个照明负载是三个照明负载。

45.如权利要求1所述的电源，其中所述至少一个照明负载能够是电阻性照明负载、CFL照明负载、LED照明负载或其组合。

46.如权利要求38所述的电源，其中低功率照明负载适配器包括电阻性适配器、电容性适配器、电感性适配器或其组合之一。

47.如权利要求38所述的电源，其中高功率模块中的所述至少一个照明负载的开状态和关状态的切换是经由至少一个双向半导体器件执行的。

48.如权利要求38所述的电源，其中所述至少一个激活信号与干线电力电隔离。

49.一种由干线电力供电的用于两线或三线智慧开关的电源，所述电源连接到至少一个照明负载，以控制所述至少一个照明负载的通电和断电，所述电源包括：

低功率模块；

高功率模块；

电流感测模块；

低功率照明负载适配器；

过零检测模块；

其中：

如果智慧开关具有两线配置并且所述至少一个照明负载中的第一个照明负载是低功率照明负载，那么将低功率照明负载适配器与所述至少一个照明负载中的第一个照明负载并联连接，并且，当所述至少一个照明负载中的第一个照明负载处于其关状态时，来自干线电力的AC功率将从所述至少一个照明负载中的第一个照明负载和低功率照明负载适配器流向低功率模块；

如果智慧开关具有两线配置并且所述至少一个照明负载中的第一个照明负载不是低功率照明负载，那么低功率照明负载适配器不连接到所述至少一个照明负载中的第一个照明负载，并且，当所述至少一个照明负载中的第一个照明负载处于其关状态时，AC功率将从所述至少一个照明负载中的第一个照明负载流向低功率模块；

如果智慧开关具有三线配置，那么AC功率将从干线电力的中性线和相线流向第一低功率模块；

低功率模块将来自干线电力的AC功率转换成低电平DC电压；

当从由低电平DC电压供电的外部控制器模块接收到至少一个激活信号中的相应一个激活信号时，高功率模块打开所述至少一个照明负载少于干线电力的一半周期，并且当所述至少一个照明负载处于其开状态时，分流电流从高功率模块流出；

当AC干线电压的波跨过零伏时，过零模块向外部控制器模块输出过零信号，以使外部控制器模块将激活信号的定时和延迟与干线电力的相位同步；

电流感测模块由低电平DC电压供电并将来自高功率模块的分流电流转换成电流-电压信号，以输出到外部控制器模块；并且

低功率模块、高功率模块、电流感测模块和过零检测模块与干线电力流电隔离。

50.如权利要求49所述的电源，其中两线配置由相线和来自所述至少一个照明负载的电线组成。

51.如权利要求49所述的电源，其中三线配置由相线、中性线和来自所述至少一个照明负载的电线组成。

52.如权利要求49至51所述的电源，其中输入选择器能够在两线或三线配置之间自动选择。

53.如权利要求49所述的电源，其中所述至少一个照明负载是一个照明负载。

54.如权利要求49所述的电源，其中所述至少一个照明负载是两个照明负载。

55.如权利要求49所述的电源，其中所述至少一个照明负载是三个照明负载。

56.如权利要求49所述的电源，其中所述至少一个照明负载可以是电阻性照明负载、CFL照明负载、LED照明负载或其组合。

57.如权利要求49所述的电源，其中低功率照明负载适配器包括电阻性适配器、电容性适配器、电感性适配器或其组合之一。

58.如权利要求49所述的电源，其中高功率模块中的所述至少一个照明负载的开状态和关状态的切换是经由至少一个双向半导体器件执行的。

59.一种用于两线或三线智慧调光器的电源，用以控制由干线电力供电的照明负载的照明的强度，所述电源包括：

第一低功率模块；

第二低功率模块；

高功率模块；

电流感测模块；

过零检测模块；

控制器模块；以及

低功率照明负载适配器；

其中：

如果调光器具有两线配置并且照明负载是低功率照明负载，那么低功率照明负载适配器与照明负载并联连接，并且当低功率照明负载处于其关状态时，AC功率将从低功率照明负载和低功率照明负载适配器流到第一低功率模块；

如果调光器具有两线配置并且照明负载不是低功率照明负载，那么低功率照明负载适配器不连接到照明负载，并且当低功率照明负载处于其关状态时，AC功率将从照明负载流到第一低功率模块；

如果调光器具有三线配置，那么AC功率将从中性线和相线流到第一低功率模块；

当从控制器模块接收到激活信号时，高功率模块打开照明负载少于干线电力的一半周期，并且当照明负载处于其开状态时，分流电流从高功率模块流出，该分流电流被馈送到第一低功率模块；

第一低功率模块将来自干线电力的AC功率转换成第一电平DC电压；

控制器模块能够基于从用户输入的调光值和过零信号经由激活信号执行正向相位或反向相位控制；

当AC干线电压的波跨过零伏时，过零模块向控制器模块输出过零信号，以使激活信号的定时和延迟与干线电力的相位同步；

将第一电平DC电压输入到第二低功率模块，其中第一电平DC电压被转换成第二电平DC电压，该第二电平DC电压为允许智慧开关运作的部件供电；并且

电流感测模块由第二电平DC电压供电并将来自照明负载的分流电流转换成电流-电压信号，以输出到控制器模块。

60.如权利要求59所述的电源，其中基于电流-电压信号来计算照明负载的功耗。

61.如权利要求59所述的电源，其中基于电流-电压信号来计算照明负载的类型。

62.如权利要求59所述的电源，其中基于电流-电压信号来计算照明负载的运作异常。

63.如权利要求59所述的电源，其中通过双向半导体器件来执行打开照明负载小于干线电力的一半周期。

64.如权利要求59所述的电源，其中两线配置由相线和来自照明负载的电线组成。

65.如权利要求59所述的电源，其中三线配置由相线、中性线和来自照明负载的电线组成。

66.如权利要求59所述的电源，其中第一低功率模块包括在两线配置或三线配置之间进行选择的选择器开关。

67.如权利要求59所述的电源，其中基于电流-电压信号自动选择两线配置或三线配置。

68.如权利要求59所述的电源，其中照明负载能够是电阻性照明负载或LED照明负载。

69.如权利要求59所述的电源，其中低功率照明负载适配器包括电阻性适配器、电容性适配器、电感性适配器或其组合之一。

70.一种用于两线或三线智慧调光器的电源，用以控制由干线电力供电的照明负载的照明的强度，所述电源包括：

低功率模块；

高功率模块；

电流感测模块；

过零检测模块；

控制器模块；以及

低功率照明负载适配器；

其中：

如果调光器具有两线配置并且照明负载是低功率照明负载，那么低功率照明负载适配器与照明负载并联连接，并且当低功率照明负载处于其关状态时，来自干线电力的AC功率将从低功率照明负载和低功率照明负载适配器流到第一低功率模块；

如果调光器具有两线配置并且照明负载不是低功率照明负载，那么低功率照明负载适配器不连接到照明负载，并且当低功率照明负载处于其关状态时，AC功率将从照明负载流到第一低功率模块；

如果调光器具有三线配置，那么AC功率将从干线电力的中性线和相线流到第一低功率模块；

当从控制器模块接收到激活信号时，高功率模块打开照明负载少于干线电力的一半周期，并且当照明负载处于其开状态时，负载电流从高功率模块流出；

第一低功率模块将来自干线电力的AC功率转换成低电平DC电压，该低电平DC电压为控制器模块、电流感测模块和过零检测模块供电；

控制器模块能够基于从用户输入的调光值和过零信号经由激活信号执行正向相位控制或反向相位控制；

当AC干线电压的波跨过零伏时，过零模块将过零信号输出到控制器模块，以使激活信号的定时和延迟与干线电力的相位同步；

电流感测模块将来自高功率模块的负载电流转换成电流-电压信号，以输出到控制器模块；并且

低功率模块、高功率模块、电流感测模块、过零检测模块和控制器模块与干线电力流电隔离。

71.如权利要求70所述的电源，其中基于电流-电压信号来计算照明负载的功耗。

72.如权利要求70所述的电源，其中基于电流-电压信号来计算照明负载的类型。

73.如权利要求70所述的电源，其中基于电流-电压信号来计算照明负载的运作异常。

74.如权利要求70所述的电源，其中通过双向半导体器件来执行打开照明负载小于干线电力的一半周期。

75.如权利要求70所述的电源，其中两线配置由相线和来自照明负载的电线组成。

76.如权利要求70所述的电源，其中三线配置由相线、中性线和来自照明负载的电线组成。

77.如权利要求75至76所述的电源，其中输入选择器能够在两线配置或三线配置之间自动选择。

78.如权利要求70所述的电源，其中基于电流-电压信号自动选择两线配置或三线配置。

79.如权利要求70所述的电源，其中照明负载可以是电阻性照明负载或LED照明负载。

80.如权利要求70所述的电源，其中低功率照明负载适配器包括电阻性适配器、电容性适配器、电感性适配器或其组合之一。

81.一种分析智慧开关中的操作参数的方法，所述方法包括：

对借助于智慧开关的感测模块获取的至少一个照明设备的电流消耗的电压进行采样，其中智慧开关的ADC模块将电流消耗的电压的样本转换成数字电压样本；

通过数据过滤对数字电压样本进行过滤，所述数据过滤包括：

降噪过滤器，NRF，过滤器类型

量值过滤，FM，过滤器类型

有限脉冲响应，FIR，过滤器类型

确定所述至少一个照明设备的电流消耗，通过应用多项式插值来衰减数字电压样本并以这种方式计算数字电压样本的均方根RMS；

其中确定所述至少一个照明设备的电流消耗还包括利用中央控制系统的数据库来估计正确的电流消耗，并将数字电压样本的RMS数据与多个操作变量进行比较以确定所消耗的电流，比较数据被发送到中央控制系统的数据库；

使用数字电压样本来确定所述至少一个照明设备的技术的类型，其中经过滤的数字电压样本从时域变换到频域；

其中确定所述至少一个照明设备的技术的类型还包括对经变换的数字电压样本执行主导频率分析，以识别主导频率；

其中照明设备的照明技术的类型是根据主导频率与预设阈值频率之间的比较来确定的；

进一步，其中确定的照明技术的类型被发送到中央控制系统的数据库记录；

检测所述至少一个照明设备的操作中的不规则行为，所述检测包括通过使用主导频率分析来识别谐波；

其中根据识别出的谐波的数量与谐波阈值之间的比较来确定所述至少一个照明设备的操作中的不规则行为；

进一步，其中识别出的不规则行为被发送到中央控制系统的数据库记录；

为所述至少一个照明设备确定并选择最适当的调光模式，其中在AC波周期的预设百分比期间通过前沿和后沿混合方法对所述至少一个照明设备进行调光；

其中在对所述至少一个照明设备的电流消耗的数字电压进行采样、过滤和转换之后确定并选择最适当的调光模式还包括对照明设备的突然电流消耗分析；

其中确定并选择所述至少一个照明设备的最适当的调光模式还包括通过识别波周期内的突然电流消耗百分比位置并且根据CA周期内的突然消耗位置选择调光模式来确定调光模式；

其中确定并选择所述至少一个所选择的照明设备的最适当的调光模式被发送到中央控制系统的数据库记录。

82.如权利要求81所述的方法，其中操作变量包括时间、AC电压或智慧开关设备的源电压中的至少之一。

83.如权利要求81所述的方法，其中通过离散傅里叶变换DFT执行时域到频域的变换。

84.如权利要求81所述的方法，其中识别照明设备的主导电流消耗频率包括：

相对于最大频率过滤不太相关的频率并区分智慧开关源的频率以丢弃它们并存储照明设备的频率；以及

将经过滤的频率和电流消耗频率的周期性和/或相移模式与现有照明设备的中央控制系统数据库的频率数据模型进行比较。

85.如权利要求81所述的方法，其中确定照明设备技术的类型包括：

如果主导频率大于阈值频率，那么选择照明设备与CFL类型的照明设备对应；

如果主导频率低于阈值频率，那么选择照明设备与LED类型的照明设备对应；

如果主导频率等于AC线路的频率，那么选择照明设备与白炽灯照明设备对应。

86.如权利要求81所述的方法，其中在所述至少一个照明设备的操作中检测不规则行为包括：

如果检测到的谐波的数量大于谐波阈值，那么照明设备有可能在短时间段内失效；

如果检测到的谐波的数量小于谐波阈值，那么照明设备正确地操作。

87.如权利要求81所述的方法，其中利用确定所述至少一个照明设备的电流消耗和确定技术类型的结果来执行估计所述至少一个照明设备的有效功率。

88.如权利要求81所述的方法，其中智慧开关是ON/OFF型开关。

89.如权利要求81所述的方法，其中智慧开关是调光型开关。

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