CN103178411A - 一种节能插座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能插座，包含至少两组插座、至少两组负载感应电路、至少两组开关电路、至少一种外部控制信号输入和至少一颗单片机。采用这样的插座，既可以在每组插座的负载待机时自动关断该组插座的供电，又可以在其中一组插座的负载从工作转为待机或关机时关断全部可控插座组的供电，还可以在其中一组插座的供电被关断时，维持对其他插座组的供电.这样不仅解决了现有的节能插座影响使用者使用习惯或节能控制行为不可靠的弊端，而且提高了节能效果。

Description

一种节能插座

技术领域

本发明涉及一种节能插座，尤其通过负载感应电路、开关电路、外部控制信号输入单元和单片机的智能控制，减少设备的用电浪费和待机功率损耗，从而实现节能效果的一种插座。

背景技术

人类的活动不断向大气排放温室气体，加速全球暖化，使极端气候出现越来越频密，威胁到人类的生存环境。因此，社会各界和各国政府都纷纷倡导节能环保。用电设备，特别是AV设备和IT设备的待机能耗也越来越受关注。

待机能耗是指用电设备在没有执行其主要功能而仍然消耗的电力，比如电视在遥控关机后，需要待机功率来维持对遥控信号的接收。澳洲政府公布的数字指出，在2000年，待机能耗占澳洲家居用电量的11.6％；在2002年，平均每户家庭的待机功率损耗为90W(790千瓦时/年)，相当于每年为待机能耗多排放734公斤的二氧化碳。

专利PCT/GB02/05093公开了一种节能插座技术方案，该方案单独监控主设备的功率，当主设备开启时，自动开通从插座的供电；当主设备关断时自动切断从插座的供电。这种技术解决方案消除了在主设备关机时，各从设备的用电浪费和待机能耗，但是也使得从设备的供电完全跟随主设备的负载情况。当主设备开启时，从设备的供电保持为开通，在此期间不需要的设备仍然有待机能耗发生；当主设备关断时，从设备的供电被完全关断而无法使用。比如，不能在不开电视的情况下只开启音响听音乐；不能在不开电脑的情况下使用复印机等等。如果要使用从设备，必须先开启主设备，这不仅影响了使用者的使用习惯，而且造成更大的电力浪费，从而影响了节能插座的普及。

专利PCT/AU2007/001824公开了另外一种节能插座技术方案，该方案通过监控各设备总功率的变化，来识别设备是否处在工作状态，如果各设备的功率稳定而没有波动，则表明设备没有在工作，各设备的供电会被关断；如果各设备的功率有波动，表明有设备正在工作，各设备的供电得到保持。采用这种技术方案虽然允许单独使用某个从设备而无须开启主设备，但是出现了控制可靠性不足的问题。由于只使用一组负载感应电路所以无法分清总功率中主设备和从设备的贡献，这样就会出现在主设备关断后，如果从设备的功率波动不大，从设备就会被自动关断；如果从设备还有较大的功率波动，从设备就不会被自动关断；甚至还会出现较大功率的从设备关断后，较小功率的主设备反而被自动关断的情况。这种让一般使用者捉摸不透的控制行为，降低了节能插座的可靠性，影响了节能插座的普及。而且，采用这种解决方案仍然会出现当只有某个设备在工作时，其他不工作的设备仍有待机功耗发生。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种更高节能效果、不影响使用者使用习惯和更高可靠性的节能插座。

本发明公开的节能插座包含插座主体、连接市电的插头或电源线连插头以及内部电路，其特征是：

包含至少两组插座，每组插座包含一个或多个可接用电设备的插座；

包含至少两组负载感应电路，分别感应不同插座组的负载；

包含至少两组开关电路，分别执行不同插座组的供电控制指令；

包含至少一种外部控制信号输入单元；

包含至少一颗单片机，可以识别各插座组的负载状态和外部控制信号，发出开关电路控制指令，从而控制各插座组的供电。

采用这样的插座，在每组插座的设备待机或关机时可以自动关断该组插座的供电，而与其他插座组的设备的工作状态无关，从而节省更多的能源。比如，电视工作时，其他的设备如果处在待机或关机状态，对应的插座供电就会被自动关断；或者，其他设备在工作时，电视如果处在待机或关机，对应的插座供电就会被自动关断。

采用这样的插座，在一组插座的供电被关断时，可以维持对其他插座组的供电。比如，在电视对应的插座供电被单独关断时，维持对音响对应的插座的供电；或在电脑对应的插座的供电被单独关断时，维持对复印机对应插座的供电。这样，允许使用者可以单独使用周边设备而不必开启主设备，不影响他们的使用习惯。

采用这样的插座，在其中一组插座的负载从工作转为待机或关机时可以高可靠性地关断全部可控插座组的供电，而不受其他插座组负载的影响。比如，当其中一组插座的负载为电视时，由于有一组独立的负载感应电路单独感应电视的负载，所以在电视从工作转为待机或关机时，可以精确地关断全部可控插座组的供电而不受其他设备的功率大小和功率组合的影响。

当全部可控插座的供电都被关断后，通过外部控制信号输入单元可以恢复各可控插座的供电，从而使自动控制不断循环。

下面结合附图和三个具体实施例对本发明做进一步的说明。

附图说明

图1为本发明一优选实施例的组合示意图，包含一个常开插座、4组各包含1个插座的独立负载感应和独立开关控制的插座、位于插座主体上的按钮以及通过接线与插座主体连接的红外接收传感器。

图2为本发明一优选实施例的电源板电路原理图，包含电源保护电路、交流转直流电路、外部控制信号输入单元-按钮、连接控制板的端子和连接另一控制信号输入单元-红外接收传感器的端子。

图3为本发明一优选实施例的控制板电路原理图，包含四组独立的负载感应电路、四组独立的开关电路、单片机以及连接电源板的端子。

图4为本发明一优选实施例的红外感应电路原理图，包含红外信号传感器、单片机和连接电源板的端子。

图5为本发明的节能插座的控制流程图。

图6为本发明另一优选实施例的组合示意图，包含一个常开插座、两组独立负载感应和独立开关控制的插座，其中一组只有一个插座，另一组有4个插座、通过接线与插座主体连接的按钮和红外接收传感器以及一个外置的显示电能信息的LCD。

图7为本发明另一优选实施例的电源板电路原理图，包含电源保护电路、交流转直流电路、连接控制板的端子和连接外部控制信号输入单元的端子。

图8为本发明另一优选实施例的控制板电路原理图，包含一组总的负载感应电路、两组独立的负载感应电路、两组独立的开关电路、单片机以及连接电源板的端子。

图9为本发明另一优选实施例的外部控制信号输入单元连LCD显示电路原理图，包含按钮、红外信号传感器、单片机、LCD显示和连接电源板的端子。

图10为本发明再一优选实施例的组合示意图，包含两组各包含1个插座的独立负载感应和独立开关控制的插座、通过接线与插座主体连接的按钮和红外接收传感器以及一个外置的显示电能信息的LCD。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。且在附图中，以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。

请一并参照图1、图2、图3、图4和图5，这5张图说明了本发明的一个优选实施例—节能插座A。

图1是节能插座A的组合示意图，该节能插座包含插座主体10、连接市电的插头20和电源线21、一个常开的插座30、四个具有独立负载感应电路和独立开关电路的插座31、32、33和34、一外部控制输入单元—按钮40、另一外部控制信号输入单元—红外接收传感器41和连接红外接收传感器壳体50和插座主体的连接线51。插座主体上还有各插座状态指示灯60、61、62、63和64、过流保护开关70和浪涌保护指示灯72。

常开插座30可以连接那些需要持续的电源供应的设备，如无绳电话，传真机或VCR等。

插座组31、32、33和34可以分别连接用电状态可以受控的设备，如电视、音响、机顶盒、游戏机主机等。为方便描述，将插座31定义为主插座，插座32、33和34定义为副插座。

各插座组的电源指示灯亮时，标识该插座组的供电处于开通状态，各插组的电源指示灯灭时，表示该插座组的供电处于关断状态。

图2是节能插座A的电源板电路原理图，包含电源保护电路130、交流转直流电路131、外部控制信号输入-按钮信号111、连接控制板电路的端子121和连接外置红外接收传感器电路的端子122。

电源保护电路130包含过流保护器1301，它可以在插座负载超过额定值时断开市电，以避免过载引起的安全问题；还包含三个接于火线、零线和地线之间的压敏电阻1302，他们可以保护插座上的负载免受市电浪涌电压的冲击，延长设备使用寿命。当压敏电阻工作正常时，浪涌保护指示灯1303保持为亮。

交流转直流电路131通过PWM开关电源芯片1311和高频变压器1312及其周边器件，为红外接收传感器电路提供隔离直流工作电源1313，为控制板提供非隔离直流工作电源1314。连接到控制板电路的信号1002和1003与连接到红外感应单元上的信号1012和1013使用光耦1315和1316进行隔离。

图3是节能插座A的控制板电路原理图，包含四组独立的负载感应电路81、82、83、84、四组独立的开关电路91、92、93、94、单片机100以及连接电源板的端子121。

以第一组负载感应电路81说明每组负载感应电路的构成和功能，负载感应电路82、83和84的构成与功能与负载感应电路81相同，不同的是他们感应不同的插座组上的负载。

负载感应电路81由单相有功电能表集成芯片810、电阻811和812构成的电压采样输入、电阻813构成的电流采样输入以及周边器件组成。负载感应电路81能够连续感应插座组1上的负载，并形成与负载大小成比例的脉冲输出814输出到单片机100上。

以第一组开关电路91说明每组开关电路的构成和功能，开关电路92、93和94的构成与功能与开关电路91相同，不同的是他们接受单片机不同的控制信号，控制不同的插座组的供电。

开关电路91由三极管911、继电器912和续流二极管913组成。单片机100发出的控制信号1004控制三极管911的导通或截止，从而控制继电器912的吸合与断开。

单片机100综合了4组负载感应输入814、824、834、844、外部控制信号-按钮信号111和红外接收传感器信号1002，再根据图5的控制程序，输出控制信号1004、1005、1006和1007控制4组开关电路91、92、93、94以及各插座指示灯的状态。单片机同时还综合开关电路91、92、93和94的工作状态，产生插座状态标志信号1003，并通过电源板输出到单片机101。

该控制板电路通过端子121与电源板连接，从电源板得到直流工作电源，并通过电源板与红外感应单元进行信号通讯。

图4是节能插座A的红外接收传感器电路原理图，包含单片机101、红外信号接收传感器112和连接电源板的端子122。红外接收传感器112将红外信号转化为一串高电平和低电平的脉冲组合1011输入到单片机101，单片机101通过判断高电平和低电平的宽度来识别红外信号是否有效。每收到一个合格的红外信号后，单片机101控制LED灯1014闪烁一定的次数，比如1次，以及向电源板发出收到合格红外信号的指令1012。由于单片机101对红外信号的判断是通过判断高低电平的宽度的方法，而与红外信号的具体编码无关，所以各用电设备的红外遥控器无需在使用前与红外接收传感器112配对学习。单片机101同时还判断各插座工作状态标志1013的输入，如果1013输入为高电平，表示四个可控插座组至少有一个处于开通状态，单片机101就控制LED灯1012长亮；如果1013输入为低电平，表示四个可控插座都处在关断状态，单片机101控制LED灯1014处于不亮状态。当持续没有外部控制信号输入的时间接近T_dlyo时，单片机101控制LED1014闪烁一段时间T_dly3。该红外接受传感器电路通过端子122与电源板连接，从电源板得到隔离的直流工作电源，并通过电源板与控制板进行信号通讯。

图5是本发明的控制流程图，适用于节能插座A。刚接通市电时或收到有效的外部控制信号后，单片机100开通主插座31、副插座32、33、34的供电，并开始一段预设的时间T_dly0(例如1小时)和T_dly1(例如1分钟)的计时；如果主插座31的负载在T_dly1内开启，那么当它关断时，单片机延迟T_dly2(例如5秒钟)后切断副插座32、33和34的供电；如果主插座31负载在T_dly1内没有开启，那么T_dly1之后，单片机维持副插座32、33和34的供电，而延迟T_dly2之后关断插座31的供电；之后，如果某个副插座32或33或34的负载没有开启或已经关机，单片机延迟T_dly2后切断该插座的供电；如果在T_dly0的时间内都没有收到有效的外部控制信号111或1002，红外接收传感器壳体上的LED灯1014闪烁，闪烁持续T_dly3(例如2分钟)，在此时间内还没有收到有效的外部控制信号1001或1002，单片机100关断主插座31和副插座32、33和34的供电；重新接通市电或收到有效的外部控制信号1001或1002后，单片机又全部开通主插座31和副插座32、33和34的供电，从而使自动控制不断循环。

请接着一并参照图6、图7、图8、图9和图5，这5张图说明了本发明的另一优选实施例—节能插座B。

图6是节能插座B的组合示意图，该节能插座由插座主体10、连接市电的插头20和电源线21、一个常开的插座30、一组只有一个插座的插座组31、一组含有四个插座的插座组32、一外部控制输入单元—按钮40、另一外部控制输入单元—红外接收传感器41、显示电能信息的LCD 52、外部控制输入单元和LCD的壳体50、和连接壳体50和插座主体10的连接线51组成。插座主体上还有各插座状态指示灯60、61和62，以及过流保护开关70。

常开插座30可以连接需要持续的电源供应的设备，如无绳电话，传真机或VCR等。

插座组31和32可以分别接用电状态可以受控的设备，如电视、音响、机顶盒、游戏机主机等。为方便描述，将插座31定义为主插座，插座组32定义为副插座。

各插座组的电源指示灯亮时，标识该插座组的供电处于开通状态，各插组的电源指示灯灭时，表示该插座组的供电处于关断状态。

图7是节能插座B的电源板电路原理图，包含电源保护电路130、交流转直流电路131、连接控制板电路的端子121和连接外置控制信号输入电路的端子122。

电源保护电路130包含过流保护器1301，它可以在插座负载超过额定值时断开市电，以避免过载引起的安全问题；还包含三个接于火线、零线和地线之间的压敏电阻1302，他们可以保护插座上的负载免受市电浪涌电压的冲击，延长设备使用寿命。

交流转直流电路131通过PWM开关电源芯片1311和高频变压器1312及其周边器件，为红外接收传感器电路提供隔离直流工作电源1313，为控制板提供非隔离直流工作电源1314。连接到控制板电路的信号1002和804与连接到外部控制输入电路的信号1012和1013使用光耦1315和1316进行隔离。

图8是节能插座B的控制板电路原理图，包含一组总负载感应电路80、两组独立的负载感应电路81、82、两组独立的开关电路91、92、单片机100以及连接电源板电路的端子121。

以第一组负载感应电路81说明每组负载感应电路的构成和功能，负载感应电路82和80的构成与功能与负载感应电路81相同，不同的是负载感应电路由82感应的是不同于81的插座组上的负载，而负载感应电路80则感应全部插座的负载。

负载感应电路81由单相有功电能表集成芯片810、电阻811和812构成的电压采样输入、电阻813构成的电流采样输入以及周边器件组成。负载感应电路81能够连续感应插座组1上的负载，并形成与负载大小成比例的脉冲输出814输出到单片机100上。

以第一组开关电路91说明每组开关电路的构成和功能，开关电路92的构成与功能与开关电路91相同，不同的是他们接受单片机不同的控制信号，控制不同的插座组的供电。

开关电路91由三极管911、继电器912和续流二极管913组成。单片机100发出的控制信号1004控制三极管911的导通或截止，从而控制继电器912的吸合与断开。

单片机100综合了两组负载感应输入814、824、外部控制信号-按钮信号111和红外接收传感器信号1002，再根据图5的控制程序，输出控制信号1004和1005控制两组开关电路91和92的供电状态。

该控制板电路通过端子121与电源板连接，从电源板得到直流工作电源，并通过电源板与外部控制信号输入及LCD显示单元进行信号通讯。

图9是节能插座B的外部控制信号输入及LCD显示电路原理图，包含单片机101、按钮输入111、红外信号接收传感器112、电能显示LCD102和连接电源板的端子122。按钮输入111产生的按钮控制信号1016输入到单片机101，由单片机101产生合格外部控制信号1012；红外接收传感器112将红外信号转化为一串高电平和低电平的脉冲组合1011输入到单片机101，单片机101通过判断高电平和低电平的宽度来识别红外信号是否有效。每收到一个合格的红外信号后，单片机101控制LED灯1014闪烁一定的次数，比如1次，以及向电源板发出合格外部控制信号1012。由于单片机101对红外信号的判断是通过判断高低电平的宽度的方法，而与红外信号的具体编码无关，所以各用电设备的红外遥控器无需在使用前与红外接收传感器112配对学习。当持续没有外部控制信号输入的时间接近T_dly0时，单片机101控制LED1014闪烁一段时间T_dly3，蜂鸣器1015鸣叫一段时间T_dly4。该红外接受传感器电路通过端子122与电源板连接，从电源板得到隔离的直流工作电源，并通过电源板与控制板进行信号通讯。

图5是本发明的控制流程图，同时适用于节能插座B。刚接通市电时或收到有效的外部控制信号后，单片机100开通主插座31和副插座32供电，并开始一段预设的时间T_ly0(例如1小时)和T_dly1(例如1分钟)的计时；如果主插座31的负载在T_dly1内开启，那么当它关断时，单片机延迟T_dly2(例如5秒钟)后切断副插座32的供电；如果主插座31负载在T_dly1内没有开启，那么T_dly1之后，单片机维持副插座32的供电，而延迟T_dly2之后关断主插座31的供电；之后，如果副插座32的负载没有开启或已经关机，单片机延迟T_dly2后切断该插座的供电；如果在T_dly0的时间内都没有收到有效的外部控制信号1002，外部控制输入单元壳体50上的LED灯1014闪烁，闪烁持续T_dly3(例如2分钟)，蜂鸣器鸣叫，鸣叫持续T_dly4(例如1分钟)，在此时间内还没有收到有效的外部控制信号1002，单片机100关断主插座31和副插座32的供电；重新接通市电或收到有效的外部控制信号1002后，单片机又全部开通主插座31和副插座32的供电，从而使自动控制不断循环。

图10是本发明的再一个优选实施例—节能插座C的组合示意图，包含插座主体10、连接市电的插头20、一组只有一个插座的插座组31、一组只有一个插座的插座组32、一外部控制输入单元—按钮40、另一外部控制输入单元—红外接收传感器41、显示电能信息的LCD 52、外部控制输入单元和LCD的壳体50、和连接壳体50和插座主体10的连接线51组成。插座主体上还有各插座状态指示灯61和62，以及过流保护开关70。

与另一优选实施例—节能插座B相比，节能插座C除了没有常开的插座30，插座组32只有一个插座，以及通过插头直接连接市电之外，其它与节能插座B完全一样，包括电源板电路原理图、控制板电路原理图、外部控制输入单元和LCD电路原理图以及控制流程图。该优选实施例—节能插座C因体积小巧而具有自己的特色。

从以上三个实施例我们可以看出，本发明公开的节能插座包含两组或两组以上的插座、两组或两组以上的负载感应电路、两组或两组以上的开关电路、至少一种外部控制信号输入单元和至少一颗单片机，结合单片机的控制程序，实现了既可以在每组插座的负载待机时自动关断该组插座的供电，又可以在其中一组插座的负载从工作转为待机或关机时关断全部可控插座组的供电，还可以在其中一组插座的供电被关断时，维持对其他插座组的供电。这样不仅解决了现有的节能插座影响使用者使用习惯或节能控制行为不可靠的弊端，而且提高了节能效果。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种节能插座，包含插座主体、连接市电的插头或电源线连插头以及内部电路，其特征在于：

包含至少两组插座，每组插座包含一个或多个可接用电设备的插座；

包含至少两组负载感应电路，分别感应不同插座组的负载；

包含至少两组开关电路，分别执行不同插座组的供电控制指令；

包含至少一种外部控制信号输入单元；

包含至少一颗单片机，可以分析各插座组的负载状态和外部控制信号，发出开关电路控制指令，从而控制各插座组的供电。

2.根据权利要求1所述的节能插座，其特征在于：还包含一个或多个常开插座，常开插座在节能插座接通市电后保持开通，不受开关电路的控制。

3.根据权利要求1所述的节能插座，其特征在于：还包含至少一个LCD显示屏，能显示节能插座上所有或部分用电设备的使用功率、累计使用电能、累计电费、累计碳排放，或其组合者。

4.根据权利要求3所述的节能插座，其特征在于：LCD显示屏位于插座主体上，或者位于插座主体之外的壳体而通过有线或无线的方式与插座主体连接。

5.根据权利要求1所述的节能插座，其特征在于：负载感应电路是一电流互感器感应出与负载大小成比例的模拟量输出、或者是一电能表集成芯片感应出与负载大小成比例的脉冲输出，或者它们的组合。

6.根据权利要求1所述的节能插座，其特征在于：单片机通过将负载感应值与预设的门槛值比较，或判断负载感应值的波动，来识别各插座组的负载是否处在工作状态。

7.根据权利要求1所述的节能插座，其特征在于：一插座组的设备待机或关机时，单片机延迟T_dly2后发出关断该插座组供电的控制指令。

8.根据权利要求1所述的节能插座，其特征在于：外部控制信号输入单元是一按钮，或一红外接收传感器，或一人体红外线传感器，或一无线电信号接收模块，或一光学信号感应模块，或一声音信号感应模块，或一压力传感器，或一温度传感器，或一湿度传感器，或其组合者。

9.根据权利要求1或8所述的节能插座，其特征在于：外部控制信号输入单元位于插座主体上，或者位于插座主体之外的壳体而通过有线或无线的方式与插座主体连接，或是它们的组合。

10.根据权利要求9所述的节能插座，其特征在于：外部控制信号输入单元包含一红外接收传感器，每收到一个有效的红外信号，单片机发出开通插座组供电的控制指令；在一预设时间T_dly0内没有收到红外信号，单片机发出关断插座组供电的控制指令。

11.根据权利要求9所述的节能插座，其特征在于：外部控制信号输入单元还包含一LED灯，每收到一个有效控制信号后，单片机控制该LED灯闪烁一定的次数。

12.根据权利要求9所述的节能插座，其特征在于：外部控制信号输入单元还包含一LED灯，当没有控制信号的时间累计接近T_dly0时，单片机控制该LED灯开始闪烁一段T_dly3的时间。

13.根据权利要求9所述的节能插座，其特征在于：外部控制信号输入单元还包含一蜂鸣器，当没有控制信号的时间累计接近T_dly0时，单片机控制该蜂鸣器开始鸣叫一段T_dly4的时间。

14.根据权利要求10所述的节能插座，其特征在于：红外接收传感器将红外信号转化为一串高电平和低电平的脉冲波，单片机通过判断高电平和低电平的宽度识别红外信号的有效性。

15.根据权利要求8所述的节能插座，其特征在于：外部控制信号输入单元包含一按钮，单片机收到一次按钮控制信号后，发出开通插座组的供电或改变插座组的供电状态的控制指令。

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