CN105322659A - 智慧家庭终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了智慧家庭终端，包括电源、数据采集模块、无线通信模块、继电器、触摸控制模块、远程终端、主控模块；由数据采集模块采集到数据经主控模块分析处理，主控模块分析处理后的数据由无线通信模块远程传输给远程终端；远程终端输入控制信号，并通过无线通信模块远程传输给主控模块进行分析和识别，主控模块根据分析和识别得到的控制信号控制继电器的通断；电源、数据采集模块、继电器、触摸控制模块和无线通信模块均连接于主控模块上，形成纯电子式的结构，主控模块通过无线通信模块与远程终端通信连接。本发明采用纯电子式的结构，简化了现有配电箱的结构，接线方便，且能够远程控制，大大提高了安全性。

Description

智慧家庭终端

技术领域

本发明属于配电技术领域，尤其涉及智慧家庭终端。

背景技术

随着生活水平的提高，家用电器或办公设备也越来越多，配电箱也就变成必配设备了，传统的配电箱多采用空气开关控制各个用电电路的通断，同时起到过流保护作用。然而传统的配电箱采用的是机械式，智能化程度低，无法随时随地查看家居中各用电器的用电情况，也无法远程控制家居中用电器电源的通断，无法直观的观察到家居中各用电器的实时用电情况，同时空气开关一旦断开只能手动复位，如遇空气开关毁坏，手动进行复位势必十分危险，已经不能满足现代生活对智能化的需求。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷，提供智慧家庭终端，采用纯电子式的结构，简化了现有配电箱的结构，接线方便，且能够远程控制，大大提高了安全性。

本发明采用的技术方案如下：

智慧家庭终端，包括主板，主板上集成有电源、数据采集模块、无线通信模块、继电器模块、触摸控制模块、人机交互模块、主控模块、防浪涌电路模块和漏电保护模块；

电源，用于供电；

数据采集模块，用于采集室内的时钟、电流、电压、温湿度数据以及用电设备的开关状态、运行状态；

无线通信模块，用于远程传输由数据采集模块采集的数据和由远程终端发送的控制信号；

继电器模块，至少有一个，用于控制室内用电设备电源的通断；

触摸控制模块，用于本地触摸控制继电器的通断；

人机交互模块，集成有基于Linux系统的APP，并设有显示器，用于显示时钟、电流、电压、温湿度数据，控制继电器模块的通断以及远程通信；

远程终端，用于远程显示由数据采集模块采集的数据以及发出控制信号；

主控模块，用于分析、识别和处理由数据采集模块采集的数据以及由远程终端发送的控制信号；

具体的，电源、数据采集模块、触摸控制模块、人机交互模块和无线通信模块均连接于主控模块上，主控模块通过无线通信模块与远程终端通信连接；主控模块连接于由电源供电的继电器模块，继电器模块包括至少一个连接于主控模块的光电耦合器，每个光电耦合器均连接有对应的磁保持继电器；每个磁保持继电器均设有漏电保护模块，每个磁保持继电器分别通过各自的漏电保护模块分别连接有用电设备，磁保持继电器还连接有室外进线，防浪涌电路模块连接于室外进线；

由数据采集模块采集到数据经主控模块分析处理，主控模块分析处理后的数据发送到人机交互模块和/或无线通信模块，由无线通信模块远程传输给远程终端；

人机交互模块直接向主控模块输入控制信号；远程终端通过无线通信模块向主控模块输入控制信号，主控模块对接收到的控制信号进行分析和识别，主控模块根据分析和识别得到的控制信号控制磁保持继电器的通断。

进一步的，主控模块通过无线通信模块还连接有智能家居相关设备以及政府部门、街道办、社区和/或小区物业的终端。人机交互模块通过其上预置的APP向主控模块发送数据采集模块采集到的信息，并通过无线通信模块向政府部门、街道办、社区或者小区物业的终端发送信息，为政府部门、街道办、社区或者小区物业提供播报通知、提醒及公益广告，起到一个网络信息传送终端的作用，实现远程通信；甚至，当主控模块通过无线通信模块连接有智能家居相关设备，如智能照明开关，智能插座等等，人机交互模块通过无线通信模块传输的控制信号就可以控制智能照明开关，智能插座等其他智能家居相关设备。

进一步的，所述人机交互模块的系统还包括安卓系统或Windows系统，用于替换Linux系统。

进一步的，人机交互模块采用LED显示器或LCD显示器。

进一步的，主控模块接有存储器。

进一步的，主控模块包括CPU。

进一步的，无线通信模块采用基于蓝牙、WIFI、3G、4G、5G、GPS的至少一种无线通信方式。

进一步的，继电器模块优选设置两个，一个用于常用的控制用，另一个用作备用。

进一步的，触摸控制模块采用触摸屏或触摸芯片。

综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

首先，本发明将数据采集模块、触摸控制模块和主控模块等集成在主板上，组成了纯电子式的结构，这样一来，不但简化了现有配电箱的结构，而且方便了工作人员接线，便于安装；其次，本发明采用了触摸控制模块，解决了现有技术中需要用手用力扳的缺陷，更加省时省力；然后，本发明增加了人机交互模块，人机交互模块可以直接向主控模块输入控制信号，控制继电器模块的通断，它也可以通过无线通信模块向政府部门、街道办、社区或者小区物业的终端发送信息，为政府部门、街道办、社区或者小区物业提供播报通知、提醒及公益广告，起到一个网络信息传送终端的作用，实现远程通信；当主控模块通过无线通信模块连接有智能家居相关设备，如智能照明开关，智能插座等等，人机交互模块通过无线通信模块传输的控制信号就可以控制智能照明开关，智能插座等其他智能家居相关设备；加之，本发明还采用了无线通信的方式，通过无线通信模块与远程终端（如手机等）进行远程通信，手机等远程终端就可以根据数据采集模块采集到的数据或者根据实际情况输入控制信号，并通过无线通信模块远程传输给主控模块进行分析和识别，主控模块根据分析和识别得到的控制信号控制继电器的通断，不但实现了远程控制室内用电设备电源的通断，有效避免了手动进行复位带来的危险，而且这样也实现了远程控制与本地控制的结合，工作人员或用户可根据实际情况选择合适的方式来控制用电设备电源的通断,更具人性化；当工作人员或用户不方便用手机时，可通过本地控制触摸控制模块来控制用电设备电源的通断；当方便用手机时，可通过远程控制来控制用电设备电源的通断；而且采用本发明，还可以根据实际情况分别控制用电设备电源的通断，或者通过控制所有用电设备电源的通断；本发明中又采用了磁保持继电器，且与用电设备相连的磁保持继电器均设有漏电保护模块，这样就能实现每一个用电设备的漏电检测和保护，较之以往的漏电保护只能检测回路中有漏电而不能清楚地确定具体是哪一路漏电的缺陷有了很大的提升；由于磁保持继电器的特性，对电路也能起着自动接通和切断作用，磁保持继电器的常闭或常开状态完全是依赖永久磁钢的作用，其开关状态的转换是靠一定宽度的脉冲电信号触发而完成的，只需要用正（反）直流脉冲电压激励线圈，继电器在瞬间就完成了开与合的状态转换，因此，动作速度快，明显优于传统的开关。通常触点处于保持状态时，线圈不需要继续通电，仅靠永久磁铁的磁力就能维持继电器的状态不变。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明实施例1中投射式电容多点触摸屏的主视图；

图3是本发明实施例1中投射式电容多点触摸屏的右视图；

图4是本发明实施例2中触摸控制模块安装在主板上的结构示意图；

图5是本发明实施例3中5G无线路由器的结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例1

如图1所示：本实施例的智慧家庭终端，包括主板，主板上集成有电源、数据采集模块、无线通信模块、继电器模块、触摸控制模块、人机交互模块、主控模块、防浪涌电路模块和漏电保护模块，组成了纯电子式的结构，这样一来，不但简化了现有配电箱的结构，而且外观上精美、大方，也方便了工作人员接线，便于安装；

电源，用于供电；

数据采集模块，用于采集时钟、电流、电压、温湿度等数据；

无线通信模块，采用无线WIFI通信模块，用于远程传输由数据采集模块采集的数据和由远程终端发送的控制信号；

继电器模块，设有两个，用于控制室内用电设备电源的通断；

触摸控制模块，用于本地触摸控制继电器的通断；

远程终端，如手机、电脑、平板电脑等，用于远程显示由数据采集模块采集的数据以及发出控制信号；

主控模块，包括CPU，用于分析、识别和处理由数据采集模块采集的数据以及由远程终端发送的控制信号；

人机交互模块，集成有基于Linux系统的APP，采用LED显示器或LCD显示器，用于实时显示经数据采集模块采集到的时钟、电流、电压、温湿度、电度等数据，控制继电器模块的通断，远程通信以及家庭内出现故障报警的故障代码，故障包括（过流、过压、欠压、短路和漏电等）；

存储器，用于存储经数据采集模块采集到的时钟、电流、电压、温湿度等数据；

由数据采集模块采集到数据经主控模块分析处理，主控模块分析处理后的数据发送到人机交互模块和/或无线通信模块，由无线通信模块远程传输给远程终端；

人机交互模块直接向主控模块输入控制信号；远程终端通过无线通信模块向主控模块输入控制信号，主控模块对接收到的控制信号进行分析和识别，主控模块根据分析和识别得到的控制信号控制磁保持继电器的通断；

如图1所示，具体的，电源、数据采集模块、继电器、显示器、存储器、触摸控制模块、人机交互模块和无线通信模块均连接于主控模块上，主控模块通过无线通信模块与远程终端通信连接；电源和主控模块之间设有防浪涌电路模块；主控模块连接于由电源供电的继电器模块，继电器模块包括至少一个连接于主控模块的光电耦合器，每个光电耦合器均连接有对应的磁保持继电器；每个磁保持继电器均设有漏电保护模块，每个磁保持继电器分别通过各自的漏电保护模块分别连接有用电设备，这样就可以检测和保护每一个回路中的漏电，本实施例中，在室外进线的一端也设有相同的漏电保护模块；磁保持继电器还连接有室外进线，防浪涌电路模块连接于室外进线；高低压隔离的设计使人在任何条件下操作都避免与高压市电接触，安全放心，也可防止过电压、漏电等对系统造成损坏。漏电保护模块，代替传统的漏电保护器，使得每个回路都可以增加漏电保护功能，用户可根据需求选配。

主控模块通过无线通信模块还连接有智能家居相关设备以及政府部门、街道办、社区和/或小区物业的终端，使人机交互模块与智能家居相关设备形成蛛网式连接。人机交互模块通过其上预置的APP向主控模块发送数据采集模块采集到的信息，并通过无线通信模块向政府部门、街道办、社区或者小区物业的终端发送信息，为政府部门、街道办、社区或者小区物业提供播报通知、提醒及公益广告，起到一个网络信息传送终端的作用，实现远程通信；甚至，当主控模块通过无线通信模块连接有智能家居相关设备，如智能照明开关，智能插座等等，人机交互模块通过无线通信模块传输的控制信号就可以控制智能照明开关，智能插座等其他智能家居相关设备。

当人机交互模块采用LED显示器时，除了可以显示室内内的电流、电压、温湿度等参数，也显示了各回路的开关状态，设备运行状态，以及家庭内出现故障报警的故障代码，故障包括（过流、过压、欠压、短路、漏电），并且主控模块可以记录所有发生过的故障信息，供用户或维修人员查询；当人机交互模块采用LCD显示器时，LCD显示器功能上大大扩展，除了可以实现LED显示模块的全部功能，还具有音视频播放等功能。

图1所示的上述电源还连接于磁保持继电器，分两路对磁保持继电器和CPU进行供电。

远程终端包括手机、电脑、平板电脑等，CPU通过无线WIFI通信模块连接于无线路由器，通过无线路由器与连接于互联网的手机、电脑、平板电脑等进行信息交互。

其中，数据采集模块包括时钟模块，用于时间同步，计算当地的时间和日期；

电流互感器，由铁芯和绕组组成，包括一次侧绕组和二次侧绕组，能够把一次侧大电流转换成二次侧小电流并检测电流，同时还具有电气隔离作用；

电压互感器，包括两个绕组，一个叫一次绕组，一个叫二次绕组，两个绕组都装在或绕在铁心上，两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有绝缘，使两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有电气隔离，用于检测电压；

温湿度传感器，用于采集室内的温度和湿度；

上述时钟模块和温湿度传感器均连接于CPU上；电流互感器连接有滤波放大电路，再由滤波放大电路接于CPU上，CPU中集成有A/D转换等电路，电流互感器检测所需要检测电路的电流，检测到的电流信号经滤波放大电路后进入CPU中，进行智能分析处理，从而实现电流的检测，最后CPU将得出的电流信息输送到LED显示器或LCD显示器进行显示；同理，电压互感器连接有滤波放大电路，再由滤波放大电路接于CPU上，电压互感器检测所需要检测电路的电压，检测到的电压信号经滤波放大电路后进入CPU中，进行智能分析处理，从而实现电压的检测，最后CPU将得出的电压信息输送到LED显示器或LCD显示器进行显示；通过上述时钟模块、电流互感器、电压互感器、温湿度传感器与CPU的连接关系实现数据采集模块与CPU的连接，时钟模块的时间计算、同步等功能以及温湿度传感器的温度、湿度的采集等功能采用现有技术即可实现，为本领域技术人员公知的技术，因此此处不再做具体赘述。

如图2~图3所示，触摸控制模块，本实施例中采用的是投射式电容多点触摸屏，所述电容多点触摸屏由顶部ITOGLASS1、光学胶2、底部SENSOR3构成，所述顶部ITOGLASS1为触摸屏的面盖，使用者点触的接触面，同时也是触摸屏的上部电路部分，由银浆印刷和ITO蚀刻结合布线，所述光学胶2用于粘结顶部ITOGLASS1和底部SENSOR3，所述底部SENSOR3为导电线路板，用于布线路，为触摸屏的下部电路部分。所述底部SENSOR3的材质为ITOFILM或者ITOGLASS。

本实施例中的投射式电容多点触摸屏，整体成本相比其他结构很大程度的下降了，而使用效果上却获得大幅提升，这使得一些中高端品质产品也能进入大众消费的行列。

下面再结合附图1~3，对本发明的基本原理作简要说明。

首先，本发明采用了纯电子式的数据采集模块、触摸控制模块和主控模块等，并通过将数据采集模块、触摸控制模块等连接于主控模块上，组成了纯电子式的结构，这样一来，就方便了工作人员接线，便于安装；然后，本发明同时采用了触摸控制模块，解决了现有技术中需要用手用力扳的缺陷，更加省时省力；加之；本发明还采用了无线通信的方式，通过无线通信模块与远程终端（如手机等）进行远程通信，手机等远程终端就可以根据数据采集模块采集到的数据或者根据实际情况输入控制信号，并通过无线通信模块远程传输给主控模块进行分析和识别，主控模块根据分析和识别得到的控制信号控制继电器的通断，这样不但实现了远程控制室内用电设备电源的通断，而且这样也实现了远程控制与本地控制的结合，工作人员或用户可根据实际情况选择合适的方式来控制用电设备电源的通断,更具人性化；当不方便用手机时，可通过本地控制投射式电容多点触摸屏来控制用电设备电源的通断，而且工作人员或用户既可通过触摸控制模块分别控制单一的用电设备电源的通断，也可通过触摸控制模块控制所有用电设备电源的通断；当方便用手机时，可通过远程控制来控制用电设备电源的通断；而且采用本发明，还可以根据实际情况分别控制用电设备电源的通断，或者控制所有用电设备电源的通断。

而本发明中，又采用了磁保持继电器，由于磁保持继电器的特性，对电路也能起着自动接通和切断作用，但是，磁保持继电器的常闭或常开状态完全是依赖永久磁钢的作用，其开关状态的转换是靠一定宽度的脉冲电信号触发而完成的（本发明中依靠的是CPU给予磁保持继电器脉冲电信号），只需要用正（反）直流脉冲电压激励线圈，继电器在瞬间就完成了开与合的状态转换，因此，动作速度快，明显优于传统的开关。通常触点处于保持状态时，线圈不需要继续通电，仅靠永久磁铁的磁力就能维持继电器的状态不变。

实施例2

与实施例1的主要区别在于，本实施例采用4G（或蓝牙、3G、GPS）通信模块，通过4G通信模块与手机终端进行无线通信；由于上述技术已经成熟，本领域技术人员均能知晓其实现方式，因此，不再做过多赘述。而且本实施例还在主板上集成有报警器，报警器连接于主控模块上，作为报警和提示功能用。

另外，参考图4，本实施例中触摸控制模块即节能触摸开关，采用的是触摸芯片，触摸在此特指单点或多点触控技术，触摸芯片解决了传统的按键凹槽部位容易积压灰尘问题，同时增加了控制按键的使用寿命，是按键控制的一大突破；节能触摸开关的数量根据实际情况中用电设备的数目而定，每个节能触摸开关分别控制对应的一个用电设备，即其中对应每个用电设备的节能触摸开关为室内分继电器，控制所有节能触摸开关呈“一”字型设置于主板上，且每个节能触摸开关的上方或下方均设有开关指示灯，以指示触摸开关的通电状态（开或关）。

实施例3

与实施例1和2的主要区别在于，本实施例采用5G通信模块来代替WIFI和4G的通信方式；由于5G技术还没有被广泛应用，现对5G通信技术做一说明。

5G通信技术，即第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，也是4G之后的延伸。众所周知，4G网速大概比3G高出十倍左右，而5G网速更是远远高出4G，数据传输速度可提高百倍，下载高清电影仅以秒计，将之用之于本发明中将大大提高数据传输效率，提高继电器的响应速度，在室内有危险事故发生时，可以及早切断电源，杜绝隐患。

采用5G通信技术的系统结构图与实施例1类似，附图可以借鉴图1来理解，即本实施例的无线通信模块需要采用5G无线通信模块，5G无线通信模块无线连接有5G无线路由器，5G无线路由器再与终端的5G手机等终端通信连接。

下面再对5G无线路由器的具体结构做进一步介绍，包括：5G模块、WIFI模块、电源管理模块(PMU)、射频模块(RFIC)、天线接口(ANT)；所述WIFI模块通过USB口与5G模块相连；所述电源管理模块(PMU)与5G模块相连，用以为5G模块供电；所述电源管理模块(PMU)与射频模块(RFIC)相连，用以为射频模块(RFIC)供电；所述射频模块(RFIC)与天线接口(ANT)相连，用以通过天线接口(ANT)发送射频信号；所述WIFI模块具有2个电源接口，一个为1.5V电源接口，另一个为3.3V电源接口；所述WIFI模块通过1.5V电源接口与第一DC-DC模块11的输出端相连，所述第一DC-DC模块11的输入端与+5V电源相连。所述WIFI模块通过3.3V电源接口与第二DC-DC模块12的输出端相连，所述第二DC-DC模块12的输入端与+5V电源相连；所述WIFI模块与一个外接转板(RJ45×1)相连，用以接入RJ45有线网络；所述WIFI模块具有存储器接口，WIFI模块通过存储器接口与SDRAM(SynchronousDynamicRandomAccessMemory，同步动态随机存储器)相连。同步是指Memory工作需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机是指数据不是线性依次存储，而是自由指定地址进行数据读写；所述WIFI模块还具有串行外围设备接口，WIFI模块通过串行外围设备接口(SerialPeripheralInterface，SPI)与FLASH相连；所述WIFI模块还具有USB接口，WIFI模块通过USB接口与5G模块相连；所述5G模块具有SD卡接口和手机卡接口，5G模块通过SD卡接口与SD卡相连，通过手机卡接口与手机卡（如SIM卡等）相连；5G模块与电源管理模块相连，5G模块发出控制信号给电源管理模块，用以控制电源管理模块供电；所述电源管理模块与5G模块相连，用以将调整后的电压信号(VRGE)输入给5G模块；所述电源管理模块通过振荡器模块(TemperatureCompensateX′tal(crystal)Oscillator，TCXO)与5G模块相连，用以控制5G模块的时钟；所述电源管理模块(PMU)与射频模块(RFIC)相连，用以为射频模块(RFIC)供电；所述5G路由器采用普通3.7V锂电池供电，充电采用外接MINIUSB口，便于连接PC及通用充电头，是一种方便携带、接口通用的路由设备。

本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。

Claims (10)

1.智慧家庭终端，其特征在于，包括主板，主板上集成有电源、数据采集模块、无线通信模块、继电器模块、触摸控制模块、人机交互模块、主控模块和防浪涌电路模块；

电源，用于供电；

数据采集模块，用于采集室内的时钟、电流、电压、温湿度数据以及用电设备的开关状态、运行状态；

无线通信模块，用于远程传输由数据采集模块采集的数据和由远程终端发送的控制信号；

继电器模块，至少有一个，用于控制室内用电设备电源的通断；

触摸控制模块，用于本地触摸控制继电器的通断；

人机交互模块，集成有基于Linux系统的APP，并设有显示器，用于显示时钟、电流、电压、温湿度数据，控制继电器模块的通断以及远程通信；

远程终端，用于远程显示由数据采集模块采集的数据以及发出控制信号；

主控模块，用于分析、识别和处理由数据采集模块采集的数据以及由远程终端发送的控制信号；

具体的，电源、数据采集模块、触摸控制模块、人机交互模块和无线通信模块均连接于主控模块上，主控模块通过无线通信模块与远程终端通信连接；主控模块连接于由电源供电的继电器模块，继电器模块包括至少一个连接于主控模块的光电耦合器，每个光电耦合器均连接有对应的磁保持继电器；每个磁保持继电器均设有漏电保护模块，每个磁保持继电器分别通过各自的漏电保护模块分别连接有用电设备，磁保持继电器还连接有室外进线，防浪涌电路模块连接于室外进线；

由数据采集模块采集到数据经主控模块分析处理，主控模块分析处理后的数据发送到人机交互模块和/或无线通信模块，由无线通信模块远程传输给远程终端；

人机交互模块直接向主控模块输入控制信号；远程终端通过无线通信模块向主控模块输入控制信号，主控模块对接收到的控制信号进行分析和识别，主控模块根据分析和识别得到的控制信号控制磁保持继电器的通断。

2.根据权利要求1所述的智慧家庭终端，其特征在于，所述主控模块通过无线通信模块还连接有智能家居相关设备以及政府部门、街道办、社区和/或小区物业的终端。

3.根据权利要求1所述的智慧家庭终端，其特征在于，所述人机交互模块的系统还包括安卓系统或Windows系统，用于替换Linux系统。

4.根据权利要求3所述的智慧家庭终端，其特征在于，人机交互模块采用LED显示器或LCD显示器。

5.根据权利要求1所述的智慧家庭终端，其特征在于，主控模块接有存储器。

6.根据权利要求1所述的智慧家庭终端，其特征在于，主控模块包括CPU。

7.根据权利要求1所述的智慧家庭终端，其特征在于，无线通信模块采用基于蓝牙、WIFI、3G、4G、5G、GPS的至少一种无线通信方式。

8.根据权利要求1所述的智慧家庭终端，其特征在于，继电器模块设置两个。

9.根据权利要求1所述的智慧家庭终端，其特征在于，触摸控制模块采用触摸屏或触摸芯片。

10.根据权利要求9所述的智慧家庭终端，其特征在于，所述触摸屏为电容多点触摸屏。