CN106099558A - 一种基于人体感应的多模式智能插座及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于人体感应的多模式智能插座及其使用方法，包括控制单元，所述控制单元分别与温度检测电路、电流检测电路、通断控制电路及人体检测电路相连；所述电流检测电路用于测量智能插座回路的电流，当出现过载、短路时，及时将电流信号传递给控制单元；所述温度检测电路用于测量插座面板的温度，并将温度信号传递给控制单元；所述人体检测电路用于探测房间内有人及无人信息，并将该信号发送给控制单元；所述控制单元根据设定的工作模式及接收的信号实现通过通断控制电路实现对智能插座回路的控制。本发明具有的短路、过载保护功能，可有效避免电气火灾事故发生，保护用电设备。

Description

一种基于人体感应的多模式智能插座及其使用方法

技术领域

本发明涉及电气设备技术领域，具体涉及一种基于人体感应的多模式智能插座及其使用方法。

背景技术

插座是人们日常生活中不可缺少的家居用品。在为人们带来舒适的同时，也隐藏着诸多隐患，主要体现在以下几个方面：

1、许多电气火灾是由于家用电器短路、过载引起的。而短路、过载事故发生初期很难被人察觉发现，特别是当家里没有人时，更难采取处置措施。

2、家人出远门后，有可能忘记关掉用电设备，例如电磁炉、电饭煲等发热设备，造成危险事故发生。

3、因家人疏忽、遗忘，忘记关掉家电，导致电器长时间工作，既浪费了电能，又缩短了家电使用寿命。例如电热水器、饮水机等。

现有的专利技术中也公开了一些智能插座。例如，对比文件一种无线智能插座控制器(申请号：201320415620.2)提出了一种支持无线智能插座。该插座有两种工作模式：有人模式、无人模式。在有人模式下，通过检测人体信号，判断有人无人，来通断插座火线。无人模式下，通过检测电流，判断是否超过功率阈值，来通断火线。插座通断火线是利用继电器实现的。

现有技术的不足是：

(1)工作模式除了有人、无人两种模式，还应增加普通插座模式。即作为普通插座去使用。有些家用电器正常使用时，不应该断电。比如正在工作的计算机等。

(2)仅仅通过检测电流，设定功率阈值，来通断火线，不够精确。有些设备，在启动瞬间，有一个较高的电流冲击，很容易造成误判断。利用温度检测来识别是否过载、发热，更为直接、合理。

(3)通断火线，仅仅利用继电器电路，很容易造成微控制器端口承受过电压，引入干扰，损坏控制器。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于人体感应的多模式智能插座及其使用方法，具有短路、过载、过温度保护功能，同时具备联动人体检测功能。该插座可根据实际需求，分别选择普通插座模式、离家模式、自动检测模式。当设备出现短路、过载、过温度时，该插座可自动断开电源，避免火灾事故发生。在自动检测模式下，如果检测到房间内无人员时，该插座可自动切断电源，节约不必要的电能消耗。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种基于人体感应的多模式智能插座，包括控制单元，所述控制单元分别与温度检测电路、电流检测电路、通断控制电路及人体检测电路相连；

所述电流检测电路用于测量智能插座回路的电流，当出现过载、短路时，及时将电流信号传递给控制单元；

所述温度检测电路用于测量插座面板的温度，并将温度信号传递给控制单元；

所述人体检测电路用于探测房间内有人及无人信息，并将该信号发送给控制单元；

所述控制单元根据设定的工作模式及接收的信号实现通过通断控制电路实现对智能插座回路的控制。

进一步的，所述控制单元能够设定的工作模式包括普通模式、离家模式、自动检测模式；

普通模式下，控制单元不进行智能控制，作为一种普通的插座使用；

离家模式下，控制单元进行短路、过载、过温度保护，该模式下的插座适用于不能停电的设备，该模式下将保证设备正常用电，同时确保设备安全；

自动检测模式下，控制单元每隔一定时间分析房间内人员活动情况，当检测到无人时，自动断电；家人出门，且用电设备允许断电时，选择该模式。

进一步的，所述控制单元、温度检测电路、电流检测电路及通断控制电路均安装在插座壳体内，所述插座壳体上安装有显示单元及拨码按钮，显示单元及拨码按钮均与控制单元相连，所述人体检测电路安装在插座壳体外，例如安装在室内墙壁上。

进一步的，工作模式的选择通过安装在插座壳体上拨码按钮进行设定。

进一步的，所述电流检测电路包括依次串联的电流检测部分、高阻抗跟随器及低通滤波器；

所述电流检测部分将被测交流电流等比例的转换为低幅值交流信号并传输至高阻抗跟随器，高阻抗跟随器对接收的信号进行处理实现提高检测电路的输入阻抗并降低输出阻抗并将处理后的信号传输至低通滤波电路，所述低通滤波电路消除被测交流信号的高频干扰并将处理后的信号传输至控制单元。

进一步的，所述温度检测电路包括依次串联的桥式电路、差分放大电路及高通滤波器，所述桥式电路两个桥臂上分贝设置有温度传感器，桥式电路用于提取被测量温度信号，并转化为差分信号并传输至差分放大电路，差分放大电路用于将放大差分信号并将放大后的信号传输至高通滤波器，高通滤波器用于消除被测信号的低频干扰并将处理后的信号传输控制单元。

进一步的，所述通断控制电路包括相串联的光电耦合器及继电器驱动电路，所述光电耦合器接收控制单元发出的开通/关断信号，并将该信号传递给继电器驱动电路，继电器驱动电路驱动继电器的闭合或断开，继而控制插座回路的通断。

进一步的，所述人体检测电路由人体检测传感器、信号处理芯片以及辅助电路构成，当房间内有人时，人体检测电路输出高电平给控制单元，当房间内无人时，人体检测电路输出低电平给控制单元。

一种基于人体感应的多模式智能插座的工作方法，包括：

步骤一：控制单元识别设定的工作模式，判断是否是普通模式，如果是，进入步骤二，否则，判断是否是离家模式，如果是离家模式，则执行步骤三：否则，执行自动检测模式，转入步骤四；

步骤二：执行普通模式，禁止电流检测、温度检测、人体检测及禁止通断控制；

步骤三：执行离家模式，允许电流检测、温度检测及通断控制，禁止人体检测，控制单元判断是否采样时间到，如果未到，则更新计数器，否则，进行检测插座的回路电流及插座的工作温度，判断电流是否超过设定值，如是，则发出断开指令，否则，继续判断温度是否超过设定值，，若是中，则发出断开指令，否则，继续检测；

步骤四：执行自动检测模式，允许电流检测、温度检测、通断控制及人体检测，控制单元判断是否采样时间到，如果未到，则更新计数器，否则，进行检测插座的回路电流及插座的工作温度及人体的监测，判断电流是否超过设定值，如是，则发出断开指令，否则，继续判断温度是否超过设定值，若是中，则发出断开指令，否则，判断房间是否无人，若是，则发出断开指令，否则，继续检测。

本发明的有益效果：

1、本发明设计了一种高精度的电流检测电路、温度检测电路。利用电流检测电路、温度检测电路实现过载、发热等火灾隐患检测。双重检测冗余，提高了对火灾隐患的精确诊断、识别。

2、本发明具有的人体感应功能，有效避免了出门忘记关电器引起的电能浪费、火灾等恶性事故，使家人出门更安心。

3、本发明的温度检测电路是由桥式电阻网络、差分放大器以及滤波器构成的。该电路简单容易实现。且具有测量精度高、抗干扰能力强的特点。

4、本发明的通断控制电路增加了光电耦合单元，有效的减少了市电交流电源对智能插座微控制器的干扰，提高了控制效果，延长了微控制器的使用寿命。

附图说明

图1智能插座总体结构图；

图2智能插座内部结构详图；

图3本发明总体工作流程图；

图4普通模式工作流程图；

图5离家模式工作流程图；

图6自动检测模式工作流程图；

图7电流检测电路；

图8温度检测电路；

图9通断控制电路；

图10人体检测电路。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种基于人体感应的多模式智能插座由微控制器DSP、人体检测电路、温度检测电路、电流检测电路、通断控制电路、显示、拨码按钮构成。

其中，微控制器、温度检测、电流检测是集成安装在插座内部，拨码按钮、显示单元安装在插座表面。人体检测电路安装在室内，通过无线信号与微控制器通讯。

智能插座总体结构框图如图1所示。

智能插座内部结构详图如图2所示。

微控制器DSP用于接收人体检测电路、温度检测电路、电流检测电路的信号，通过判断分析，发出通断控制信号。进而开通或关断插座回路。

智能插座同时设有拨码按钮、显示部分。家人通过按钮的选择，可使插座工作在不同模式，例如普通模式、离家模式、自动检测模式。

电流检测电路的作用是测量每一个智能插座回路的电流，当出现过载、短路时，及时将电

流信号传递给微控制器DSP。

温度检测电路的作用是测量插座面板的温度。并将温度信号传递给微控制器DSP

通断控制电路的作用是，当出现过载、短路、过温度情况时，DSP发出指令，断开插座回路，保护用电设备。当工作在自动人体检测模式时，如检测到室内无人时，DSP发出指令，断开插座回路，节约用电。

人体检测电路用于探测房间内有人、无人，并将该信号发送给微控制器DSP。

该插座具有以下功能：

1)带短路、过载保护功能

当用电设备过载、短路时，该插座自动断电，保护用电设备，避免火灾事故发生。

2)过温度保护功能

在插座内部安装了温度检测电路，当检测到插座面板出现过温度现象，智能插座将切断电源，避免火灾事故发生。

3)人体感应

智能插座内置微控制器DSP，可以联动人体检测电路传来的信号。分析房间内是否有人停留。当检测到房间内无人时，如果工作在允许断电模式，智能插座将切断电源。设置该模式，将减少人员出行，忘记关电器带来的电能浪费问题。家人出远门时，不用再担心是否关掉电源。

该插座有以下三种工作模式：

(1)普通模式：

该模式下，不进行智能控制，作为一种普通的插座使用。

(2)离家模式：

该模式下，插座进行短路、过载、过温度保护。适用于电冰箱等不能停电的设备。该模式下将保证设备正常用电，同时确保设备安全。

(3)自动检测模式

该模式下，微控制器DSP每隔一定时间分析房间内人员活动情况。当检测到无人时，自动断电。

家人出门，且用电设备允许断电时，选择该模式。例如饮水机、电磁炉等。

智能插座总体工作方法为：

该插座总共有三种工作模式：普通模式、离家模式、自动检测模式。插座工作后，首先通过检测拨码按钮的设定，选择不同的工作模式，总体工作流程如图3所示。

(1)普通模式：如图4所示：

该模式下，不进行智能控制，作为一种普通的插座使用。

(2)离家模式：如图5所示：

该模式下，插座进行短路、过载、过温度保护。如发现插座回路出现短路、过负荷、过温度情况，智能插座将自动切断回路电源。

该模式适用于电冰箱等不能停电的家用设备。该模式下将保证设备正常用电，同时确保设备安全。

(3)自动检测模式，如图6所示：

该模式下，智能插座每隔一段时间，检测回路电流、温度、房间内人员活动情况。当出现过温度、过负荷、短路时，插座自动切断电源。同时，当检测到房间内无人员活动时，插座将自动断电。

家人出门，且用电设备允许断电时可选择该模式。例如饮水机、洗衣机、电磁炉等用电设备。

智能插座硬件电路部分详细介绍如下：

本申请还具体公开了电流检测电路的具体电路图，如图7所示：电流检测电路的作用是测量每一个智能插座回路的电流，当出现过载、短路时，及时将电流信号传递给微控制器DSP。

电流检测电路由电流检测、高阻抗跟随器、低通滤波器构成。电流检测部分将被测交流电流等比例的转换为低幅值交流信号。高阻抗跟随器用于提高检测电路的输入阻抗、降低输出阻抗，使得被测量信号更容易被DSP识别。低通滤波电路用于消除被测交流信号的高频干扰，提高检测精度。

本申请还具体公开了温度检测电路的具体电路图，如图8所示：温度检测电路的作用是测量插座面板的温度。并将温度信号传递给微控制器DSP。

温度检测电路由桥式电路、差分放大电路、高通滤波器构成。

利用电阻分压网络组建了桥式电路。如图所示温度传感器PT1、PT2分别位于两个桥臂上。桥式电路的作用是提取被测量温度信号，并转化为差分信号。

差分放大电路用于将放大差分信号。高通滤波器用于消除被测信号的低频干扰，提高测量精度。

本申请还具体公开了通断控制电路的具体电路图，如图9所示：通断控制电路的作用是，当出现过载、短路、过温度情况时，DSP发出指令，断开插座回路，保护用电设备。当工作在自动人体检测模式时，如检测到室内无人时，DSP发出指令，断开插座回路，节约用电。

通断控制电路由光电耦合器、继电器驱动电路构成的。

光电耦合器接收DSP发出的开通/关断信号，并将该信号传递给继电器驱动电路。采用光电耦合设计，减少了插座对DSP控制器的电气干扰，提高了控制精度，延长了端口使用寿命。

当DSP发出开通信号时，继电器驱动电路MOSFET Q3导通，继电器得电闭合。交流接触器K1闭合。插座回路带电。

当DSP发出关断信号时，继电器驱动电路MOSFET Q3关断，继电器失电断开。交流接触器K1断开。插座回路断电。

本申请还具体公开了人体检测电路的具体电路图，如图10所示：人体检测电路用于探测房间内有人、无人，并将该信号发送给微控制器DSP。

人体检测电路由人体检测传感器IC5、信号处理芯片CS9803GP、以及辅助电路构成。

当房间内有人时，电路输出高电平给DSP。

当房间内无人时，电路输出低电平给DSP。

与现有技术相比，本发明改进之处在于：

工作模式划分为：普通插座模式、离家模式、自动检测模式。日常使用时，可根据实际需要，合理选择不同模式。既能满足日常生活使用，同时起到保护作用。

利用电流检测电路、温度检测电路实现过载、发热等火灾隐患检测。双重检测冗余，提高了对隐患的精确诊断、识别。

改进了继电器驱动电路。通过光电耦合隔离，将切断电路的过电压隔离在控制器端口之外，提高了抗干扰效果。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种基于人体感应的多模式智能插座，其特征是，包括控制单元，所述控制单元分别与温度检测电路、电流检测电路、通断控制电路及人体检测电路相连；

所述电流检测电路用于测量智能插座回路的电流，当出现过载、短路时，及时将电流信号传递给控制单元；

所述温度检测电路用于测量插座面板的温度，并将温度信号传递给控制单元；

所述人体检测电路用于探测房间内有人及无人信息，并将该信号发送给控制单元；

所述控制单元根据设定的工作模式及接收的信号实现通过通断控制电路实现对智能插座回路的控制。

2.如权利要求1所述的一种基于人体感应的多模式智能插座，其特征是，所述控制单元能够设定的工作模式包括普通模式、离家模式、自动检测模式；

普通模式下，控制单元不进行智能控制，作为一种普通的插座使用；

离家模式下，控制单元进行短路、过载、过温度保护，该模式下的插座适用于不能停电的设备，该模式下将保证设备正常用电，同时确保设备安全；

自动检测模式下，控制单元每隔一定时间分析房间内人员活动情况，当检测到无人时，自动断电；家人出门，且用电设备允许断电时，选择该模式。

3.如权利要求1所述的一种基于人体感应的多模式智能插座，其特征是，所述控制单元、温度检测电路、电流检测电路及通断控制电路均安装在插座壳体内，所述插座壳体上安装有显示单元及拨码按钮，显示单元及拨码按钮均与控制单元相连，所述人体检测电路安装在插座壳体外，例如安装在室内墙壁上。

4.如权利要求1或2所述的一种基于人体感应的多模式智能插座，其特征是，工作模式的选择通过安装在插座壳体上拨码按钮进行设定。

5.如权利要求1所述的一种基于人体感应的多模式智能插座，其特征是，所述电流检测电路包括依次串联的电流检测部分、高阻抗跟随器及低通滤波器；

所述电流检测部分将被测交流电流等比例的转换为低幅值交流信号并传输至高阻抗跟随器，高阻抗跟随器对接收的信号进行处理实现提高检测电路的输入阻抗并降低输出阻抗并将处理后的信号传输至低通滤波电路，所述低通滤波电路消除被测交流信号的高频干扰并将处理后的信号传输至控制单元。

6.如权利要求1所述的一种基于人体感应的多模式智能插座，其特征是，所述温度检测电路包括依次串联的桥式电路、差分放大电路及高通滤波器，所述桥式电路两个桥臂上分贝设置有温度传感器，桥式电路用于提取被测量温度信号，并转化为差分信号并传输至差分放大电路，差分放大电路用于将放大差分信号并将放大后的信号传输至高通滤波器，高通滤波器用于消除被测信号的低频干扰并将处理后的信号传输控制单元。

7.如权利要求1所述的一种基于人体感应的多模式智能插座，其特征是，所述通断控制电路包括相串联的光电耦合器及继电器驱动电路，所述光电耦合器接收控制单元发出的开通/关断信号，并将该信号传递给继电器驱动电路，继电器驱动电路驱动继电器的闭合或断开，继而控制插座回路的通断。

8.如权利要求1所述的一种基于人体感应的多模式智能插座，其特征是，所述人体检测电路由人体检测传感器、信号处理芯片以及辅助电路构成，当房间内有人时，人体检测电路输出高电平给控制单元，当房间内无人时，人体检测电路输出低电平给控制单元。

9.一种基于人体感应的多模式智能插座的工作方法，其特征是，包括：

步骤一：控制单元识别设定的工作模式，判断是否是普通模式，如果是，进入步骤二，否则，判断是否是离家模式，如果是离家模式，则执行步骤三：否则，执行自动检测模式，转入步骤四；

步骤二：执行普通模式，禁止电流检测、温度检测、人体检测及禁止通断控制；

步骤三：执行离家模式，允许电流检测、温度检测及通断控制，禁止人体检测，控制单元判断是否采样时间到，如果未到，则更新计数器，否则，进行检测插座的回路电流及插座的工作温度，判断电流是否超过设定值，如是，则发出断开指令，否则，继续判断温度是否超过设定值，，若是中，则发出断开指令，否则，继续检测；

步骤四：执行自动检测模式，允许电流检测、温度检测、通断控制及人体检测，控制单元判断是否采样时间到，如果未到，则更新计数器，否则，进行检测插座的回路电流及插座的工作温度及人体的监测，判断电流是否超过设定值，如是，则发出断开指令，否则，继续判断温度是否超过设定值，若是中，则发出断开指令，否则，判断房间是否无人，若是，则发出断开指令，否则，继续检测。