CN104917002B - 一种基于物联网的智能电源插座 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于物联网的智能电源插座，包括若干插座本体和智能管理系统，智能管理系统直接和若干插座本体相连，所述若干插座本体上设置有嵌入式高性能微处理器以及分别与嵌入式高性能微处理器相连的电能参数实时自动检测模块、断电保护模块、WIFI无线模块、实时时钟模块、LCD显示模块、USB接口模块和RFID射频识别模块；电能参数实时自动检测模块与电源输入端之间设有电压互感器和电流互感器。本发明不仅能实时显示电源插座上所接入的电器设备工作时的电压、电流、功率等电能参数，而且如果其电压、电流、功率等电能参数超出电源插座所能提供的额定电能参数时，电源插座会自行给电器设备断电，以防止电气火灾的发生。

Description

一种基于物联网的智能电源插座
技术领域
本发明属于电器设备技术领域，涉及一种基于物联网的智能电源插座。
背景技术
自二十世纪八十年代以来，我国电气火灾隐患及其发生率一直居高不下，每年约占火灾总起数的26％，年均损失约占总损失的36％，给国民经济和人民生活造成巨大的损失。有关数据表明，超过80％的电气火灾是由于高于电源插座内的断电器所要求的安全电压或电流情况下发生的。而传统的电源插座不具备电能参数自动检测功能，不会因为电源插座所能提供的电压、电流不足以满足当前电器设备的要求，而自行断电。更不会因为当前电器设备在工作状态下的电压、电流等电能参数超出电源插座所能提供的最大电压、电流值而作预警处理，并及时报告给电力用户，以防止电气火灾事故的发生。
与此同时，我国每年大约有3900儿童因为触摸电源插座而发生触电或烧伤事故。究其原因，主要是因为传统的电源插座无论其上面是否已接入电器设备，电源插座的插孔都已被供电。针对传统电源插座的缺陷与功能上存在的不足之处，广大电力用户迫切需要一种具有保护功能的智能电源插座。
为此，利用电能参数实时自动检测技术、RFID射频识别技术、WIFI无线通信技术、嵌入式MCU技术，以及Android智能控制、管理等多种技术，研发了一款基于物联网的智能电源插座。该智能电源插座不仅能实时显示插座上所接入的电器设备工作时的电压、电流、功率等多种电能参数，而且如果其电压、电流、功率等电能参数超出电源插座所能提供的额定电能参数时，插座会自行给电器设备断电，以防止发生电气火灾。此外，如果插座上没接入电器设备，插座上不会供电，有效避免触电或被烧伤事故的发生。
基于物联网的智能电源插座，不仅可以挽救成千上万人的生命，而且可防止上万次火灾受伤，此外还能避免巨大的财产损失。基于物联网的智能电源插座，可广泛运用于家庭、办公室、工厂等众多领域。在全球范围内，需要上100亿个这样的智能电源插座。因此，基于物联网的智能电源插座，有着巨大的市场应用前景和社会需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于物联网的智能电源插座，解决了现有技术中存在的普通电源插座无法识别其是否接入电器设备，以及无法判定电源插座所能提供的电能参数是否满足当前接入电器设备工作时所需的电能参数，不方便用于管理维护，且当出现异常情况时无法及时采取有效措施的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种基于物联网的智能电源插座，包括若干插座本体和智能管理系统，智能管理系统直接和若干插座本体相连，所述若干插座本体上设置有嵌入式高性能微处理器以及分别与嵌入式高性能微处理器相连的电能参数实时自动检测模块、断电保护模块、WIFI无线模块、实时时钟模块、LCD显示模块、USB接口模块和RFID射频识别模块。
进一步的，嵌入式高性能微处理器通过断电保护模块直接和电源输入端相连。
进一步的，WIFI无线模块通过所有移动通讯设备对若干插座本体进行管理和控制。
进一步的，断电保护模块为继电器。
进一步的，电能参数实时自动检测模块与电源输入端之间设有电压互感器和电流互感器。
进一步的，LCD显示模块包括日期信息、时间信息、电压参数、电流参数、功率参数和电能参数。
本发明的有益效果是：本发明不仅能实时显示电源插座上所接入的电器设备工作时的电压、电流、功率等电能参数，而且如果其电压、电流、功率等电能参数超出电源插座所能提供的额定电能参数时，电源插座会自行给电器设备断电，以防止电气火灾的发生。此外，如果电源插座上没接入电器设备，电源插座上的插孔不会供电，从而有效避免触电或被烧伤事故的发生。因此本发明不仅可以挽救成千上万人的生命，而且可防止上万次火灾受伤。此外还能避免巨大的财产损失。
附图说明
图1是基于物联网的智能电源插座系统功能框图。
图2是智能电源插座系统功能框图。
1、智能管理系统；2、若干插座本体；3、嵌入式高性能微处理器；4、RFID射频识别模块；5、WIFI无线模块；6、LCD显示模块；7、电能参数实时自动监测模块；8、断电保护模块；9、USB接口；10、电流互感器；11、电压互感器；12、实时时钟模块；13、日期信息；14、时间信息；15、电压参数；16、电流参数；17、功率参数；18、电能参数。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1和图2所示，基于物联网的智能电源插座包括若干插座本体2和智能管理系统1，该若干插座本体2上设置有嵌入式高性能微处理器3以及与嵌入式高性能微处理器3相连的电能参数实时自动检测模块7、断电保护模块8、WIFI无线模块5、实时时钟模块12、LCD显示模块6、USB接口模块9和RFID射频识别模块4；LCD显示模块6的显示信息包括日期信息13、时间信息14以及电压参数15、电流参数16、功率参数17、能耗等电能参数18等信息。
RFID射频识别模块4作为检测电源插座上是否接入电器设备的处理单元，通过嵌入式高性能微处理器模3块和LCD显示模块6、USB接口模块9、WIFI无线模块5以及断电保护模块8相连，RFID射频识别模块4感知电源插座当前是否有电器设备连接，并把感知到的信息实时反馈到嵌入式高性能微处理器模块3。
WIFI无线模块5作为若干插座本体2与智能管理系统1之间的通信载体，通过智能手机对电源插座进行管理和控制。
断电保护模块8：主要是由继电器构成。常态下由嵌入式高性能微处理器的P3.2置低电平，控制继电器的控制端，使其断开，即插孔的相线上的220V火线与电源输入端的火线完全断开，插孔上的电压为0伏。当RFID射频识别模块感知到电源插座接有电器设备时，如果电器设备所需的电能参数超出了电源插座所能提供的电能参数，同样P3.2置低电平，也不会给插孔供电。如果电源插座能够提供满足电器设备所需的电能参数时，嵌入式高性能微处理器的P3.2置高电平，控制继电器的控制端，使其闭合，即插孔的相线上的220V火线与电源输入端的火线完全接合，插孔上的电压为220伏，就可以给电器设备供电。这样有了断电保护，就不会发生触电或伤人事件。
电能参数实时自动监测模块7：在电源进线端的火线、零线间接入专业的电能计量芯片。通过该芯片，对火线、零线实施自动实时在线采集电能参数，包括电压、电流、功率、能耗等多种电能参数采集。这些参数保存在该芯片的相关寄存器内。嵌入式高性能微处理器读取寄存器内的相关数据，就可知道当前的电能参数值。然后把当前的电能参数值与电器设备的额定电能参数值做比较、判定，就实现了电能参数的实时自动监测。
LCD显示模块6：包含日期信息13、时间信息14、电压参数15、电流参数16、功率参数17、电能参数18等信息。
USB接口9：方便用户随时充电。
实时时钟模块12：对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，通过LCD显示模块显示出准确的相关信息。
其工作原理为：智能电源插座利用射频识别RFID(Radio FrequencyIdentification)技术，即需在电器设备的电源插头上嵌入一个RFID电子标签(该标签内部记录有当前电器设备工作时所需的额定电压、电流、功率等额定电能参数)，智能电源插座上嵌入一个RFID电子标签识别器，就可以实时感知当前电源插座上是否接有电器设备。当感知到没有电器设备接入，智能电源插座中的微处理器控制继电器的控制端，使电源线的火线断开，不再给插座上的插孔供电。这样，确保了插孔上的电压为零，从而有效地避免了触电或被烧伤事故的发生。当感知到有电器设备接入，智能电源插座中的微处理器通过RFID技术，读取电子标签内的电器设备的额定电压、额定电流、额定功率等电能参数，与电源插座所能提供的电能参数做对比、分析、判定，即可知晓智能电源插座所能提供的电能参数是否满足电器设备所需的电能参数。如果当前电器设备所需的电能参数超出智能电源插座所能提供的电能参数，智能电源插座会及时告知电器设备，同时也不给插孔供电。如果当前电器设备所需的电能参数未超出智能电源插座所能提供的电能参数，智能电源插座也会及时告知电器设备，并给其供电，同时通过LCD液晶屏并实时显示当前电器设备工作时的电能参数。这样，将有效地避免电气火灾发生。由于便携式电子设备常用USB接口充电，为了方便此类电子设备，智能电源插座特地设计了USB接口。此外为了方便广大用户，用户可通过智能手机以WIFI无线通信方式对智能电源插座的管理、控制：①实时查询智能电源插座上是否接有电器设备；②如果接有电器设备，可立即读取当前的工作电压、电流、功率等电能参数；③也可远程控制对某个电器设备是否供电：如发指令“1”对其供电，如发指令“0”对其断电。
具体实施例：
1、嵌入式高性能MCU
微处理器是整个系统的核心部分，负责数据的采集、处理。采用MSP430F149低功耗处理器作为系统的MCU。MSP430F149是一款低功耗、高集成度、高性能单片机，其包含了1个硬件乘法器，48个I/O口，1个模拟比较器，2个具有捕捉/比较寄存器的定时器，8路12位A/D转换器，片内看门狗定时器，2个硬件串行通信接口，60KB的Flash ROM和2KB RAM，工作电压为3.3V。
2、电能参数实时自动监测模块
采用ATT7059芯片作为系统的电能计量部件。ATT7059是一款带SPI的单相多功能计量芯片，其工作范围是3.0～3.6V。ATT7059带有三路19bit sigma-delta ADC，采样率28k/14k/7kHz可调，支持5000:1的动态范围，支持有功、无功、视在功率和电能脉冲输出，同时能够得到电压、电流、功率等电能参数的有效值。
3、实时时钟模块
实时时钟为系统提供准确地时间、日期等信息。采用DS1302芯片。DS1302是一款高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。
4、WIFI无线模块
WIFI实现智能插座与智能手机之间的数据通信。无线通信采用USR-C322模块。该模块支持Wi-Fi@2.4GHz 802.11b/g/n无线标准，支持WEP-A、WPA/WPA2安全模式，支持AP/STA工作模式，基于ARM Cortex-M4内核，运行频率80MHz，完全集成的串口转无线TCP/UDP传输功能，串口速率高达3Mb/s。
5、RFID模块
射频识别RFID识别插座上是否接入电器设备。采用的是YL-0301模块，该模块的工作电压：DC 3.3V-5V，工作电流：19mA-25mA，采用韦根26协议，读卡距离可达7cm。并且还有超小体积、性能好、稳定性高等特点。

Claims (5)

1.一种基于物联网的智能电源插座，其特征在于，包括若干插座本体（2）和智能管理系统（1），智能管理系统（1）直接和若干插座本体（2）相连，所述若干插座本体（2）上设置有嵌入式高性能微处理器（3）以及分别与嵌入式高性能微处理器（3）相连的电能参数实时自动检测模块（7）、断电保护模块（8）、WIFI无线模块（5）、实时时钟模块（12）、LCD显示模块（6）、USB接口模块（9）和RFID射频识别模块（4）；所述断电保护模块（8）为继电器；
在电器设备的电源插头上嵌入携带电器设备工作时所需额定电能参数的RFID电子标签，RFID射频识别模块（4）实时感知当前电源插座上是否接有电器设备；当感知到电器设备未接入时，微处理器（3）控制继电器，使得电源线的火线断开，不再给插座上的插孔供电；当感知电器设备接入时，微处理器（3）通过RFID技术，读取电子标签内的电器设备的电能参数，与电源插座所能提供的电能参数进行对比、分析、判定智能电源插座所提供的电能参数是否满足电器设备所提供的电能参数；若当前电器设备所需的电能参数超过智能电源插座所能提供的电能参数，则智能电源插座不会给插孔供电并告知电器设备；若当前电器设备所需的电能参数未超出智能电源插座所能提供的电能参数，智能电源插座给电器设备供电并告知电器设备。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能电源插座，其特征在于，所述嵌入式高性能微处理器（3）通过断电保护模块（8）直接和电源输入端相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能电源插座，其特征在于，所述WIFI无线模块（5）通过所有移动通讯设备对若干插座本体（2）进行管理和控制。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能电源插座，其特征在于，所述电能参数实时自动检测模块（7）与电源输入端之间设有电压互感器（11）和电流互感器（10）。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能电源插座，其特征在于，所述LCD显示模块（6）包含日期信息（13）、时间信息（14）、电压参数（15）、电流参数（16）、功率参数（17）和电能参数（18）的显示。
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