CN107017530B - 一种智能插座及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能插座及其控制方法，涉及插座技术领域。该智能插座包括壳体、控制模块、开关、物联网无线通信模块、计量模块、温度传感器和供电模块；其中，壳体上设置有二维码；控制模块分别与开关的控制端、物联网无线通信模块、计量模块和温度传感器连接，控制模块用于控制物联网无线通信模块、开关、计量模块的用电信息采集和处理以及温度传感器的数据采集和处理；开关用于控制用电负载用电回路的导通和断开；物联网无线通信模块用于与基站之间进行通信；计量模块用于获取用电负载的用电信息；供电模块用于从火线获取电能，为控制模块和物联网无线通信模块提供工作电流。本发明用于在实现电量计量的同时，使得智能插座的通信距离长、功耗低、成本低。

Description

一种智能插座及其控制方法

技术领域

本发明涉及插座技术领域，尤其涉及一种智能插座及其控制方法。

背景技术

插座，又称电源插座，开关插座，是指有一个或一个以上电路接线可插入的座，通过它可以介入各种接线，便于与其他电路接通。随着各种电器的快速发展，用户的用电需求也越来越旺盛，普通插座无法计量用电多少，无法开展公共场所的用电运营来满足用户的用电需求，智能插座应运而生。

随着智能插座越来越普及，智能插座不仅使人们的生活变得越来越便利，同时智能插座可以实现节能环保的功能，实现能量的合理与规范使用，但本申请的发明人发现，目前的智能插座无法实现电量计量，且普遍存在通信距离短、功耗高、成本高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能插座及其控制方法，用于在实现电量计量的同时，使得该智能插座具备通信距离长、功耗低、成本低的特点。

为达到上述目的，本发明提供的智能插座采用如下技术方案：

智能插座包括壳体，所述智能插座还包括控制模块、开关、物联网无线通信模块、计量模块、温度传感器和供电模块，所述控制模块、所述开关、所述物联网无线通信模块、所述计量模块、所述温度传感器和所述供电模块均位于壳体内；其中，所述壳体上设置有供用户启动智能插座应用程序的二维码；所述控制模块的第一I/O端口与所述开关的控制端连接，所述控制模块的第二I/O端口与所述物联网无线通信模块连接，所述控制模块的第三I/O端口与所述计量模块连接，所述控制模块的第四I/O端口与所述温度传感器连接，所述控制模块用于控制物联网无线通信模块、开关、计量模块的用电信息采集和处理以及温度传感器的数据采集和处理；所述开关串接在火线上，用于控制用电负载用电回路的导通和断开；所述物联网无线通信模块用于与基站之间进行通信；所述计量模块与所述火线连接，用于获取所述用电负载的用电信息；所述供电模块的输入端与所述火线连接，所述供电模块的第一输出端与所述物联网无线通信模块连接，所述供电模块的第二输出端与所述控制模块连接，所述供电模块用于从火线获取电能，为所述控制模块和所述物联网无线通信模块提供工作电流。

可选地，所述计量模块包括电压传感器和电流传感器，所述电压传感器与用电负载并联，所述电流传感器与用电负载串联。

进一步地，所述电压传感器和所述电流传感器的采样率均为毫秒级。

可选地，所述控制模块为单片机系统，所述温度传感器集成于所述单片机系统上。

可选地，所述开关为继电器。

可选地，所述智能插座还包括至少一个按键，所述至少一个按键与所述控制模块的第四I/O端口连接，用于控制所述智能插座的工作状态。

进一步地，所述智能插座仅包括一个按键，所述按键的不同按键方式对应所述智能插座不同的工作状态。

可选地，所述智能插座还包括至少两个状态指示灯，所述至少两个状态指示灯均与所述控制模块的第五I/O端口连接，用于指示所述智能插座不同的工作状态。

可选地，所述控制模块还用于存储所述物联网无线通信模块的工作状态、所述开关的工作状态和所述计量模块获取的用电信息。

本发明提供的智能插座包括壳体、控制模块、开关、物联网无线通信模块、计量模块、温度传感器和供电模块，用户通过扫描壳体上的二维码即可使用智能插座，方便快捷，智能插座包括的计量模块可以获取所述用电负载的用电信息，且智能插座通过物联网无线通信模块与基站进行通信，使得智能插座与其他使用物联网通信方式的智能插座相比，还具有距离长、功耗低、成本低的优点。

本发明还提供一种智能插座的控制方法，适用于以上所述的智能插座，该智能插座的控制方法采用如下技术方案：

智能插座的控制方法包括：

物联网无线通信模块向控制模块传送控制指令；

控制模块根据控制指令控制开关，使开关合闸；

计量模块对用电负载使用电量进行计量；

控制模块从计量模块获取用电信息，并在用电负载使用电量达到所购电量或者时间到达限定时间时，控制开关跳闸。

由于该智能插座的控制方法用于控制如上所述的智能插座，因此，该智能插座的控制方法具有和上述智能插座相同的有益效果，此处不再进行赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的智能插座的壳体示意图；

图2为本发明实施例中的智能插座的内部结构示意图；

图3为本发明实施例中的智能插座的控制方法的流程图；

图4为本发明实施例中智能插座使用过程中的通信方式示意图。

附图标记说明：

1—壳体；2—控制模块；3—开关；

4—物联网无线通信模块；5—计量模块；51—电压传感器；

52—电流传感器；6—供电模块；7—按键；

8—状态指示灯。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种智能插座，如图1和图2所示，该智能插座包括壳体1、控制模块2、开关3、物联网无线通信模块4、计量模块5、温度传感器(图中未示出)和供电模块6，控制模块2、开关3、物联网无线通信模块4、计量模块5、温度传感器和供电模块6均位于壳体1内。

其中，壳体1上设置有供用户启动智能插座应用程序的二维码，例如，二维码印刷在壳体1上。

控制模块2的第一I/O端口与开关3的控制端连接，控制模块2的第二I/O端口与物联网无线通信模块4连接，控制模块2的第三I/O端口与计量模块5连接，控制模块2的第四I/O端口与所述温度传感器连接，控制模块2用于控制开关3、物联网无线通信模块4、计量模块5的用电信息采集和处理以及温度传感器的数据采集和处理。例如，控制模块2为单片机系统，此时，温度传感器可集成于单片机系统上，以提高整个智能插座的集成度。当然，温度传感器也可以为一个独立的器件，与控制模块2对接。

需要说明的是，上述第一I/O端口、第二I/O端口或者第三I/O端口指的是控制模块2的端口之一，并未限定具体是哪个端口，本领域技术人员可以根据具体需求选择开关3的控制端、物联网无线通信模块4、计量模块5以及温度传感器与控制模块2的各端口的具体连接方式。后续提及的其他I/O端口的含义也类似。并且，还需要补充的是，各端口的物理接线也不局限于一根。

开关3串接在火线上，用于控制用电负载用电回路的导通和断开；上述开关3的可选器件可以有多种，例如继电器、晶闸管等。示例性地，本发明实施例中的开关3为继电器。继电器是一个功率型执行器件，能够在控制模块2的控制下开合400V交流电压，其开断电流不低于设计值(如10安至30安工频交流范围)。

物联网无线通信模块4用于与基站之间进行通信。物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。该物联网无线通信模块4与基站之间通过LPWAN(低功耗广域物联网)技术进行通信。上述LPWAN技术可以为LoRa、sigfox或者NB-IOT等。本发明实施例中选择基站为LoRa基站，物联网无线通信模块4通过LoRa技术与LoRa基站保持物联网数据通讯，通过LoRa基站的TCP/IP协议实现互联网数据交互。

计量模块5与火线连接，用于获取用电负载的用电信息；示例性地，本发明实施例中的计量模块5包括电压传感器51和电流传感器52。电压传感器51与用电负载并联，电流传感器52与用电负载串联，通过实时采集电压电流温度三个基本参数，经过控制模块2处理，即可获得电压、电流、有功、无功、相位角、电功率、电量值等。为解决共地问题，通常将电流传感器52串接在用电负载之前的零线上。可选地，电压传感器51和电流传感器52的采样率均为毫秒级，此时，整个计量模块5相当于二级电度表的功能。当然为了提高计量模块5的精度，还可以使电压传感器51和电流传感器52的采样更密集，并配合温度传感器值进行修正，但这也会导致电压传感器51和电流传感器52的成本的增加，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

供电模块6的输入端与火线连接，供电模块6的第一输出端与物联网无线通信模块4连接，供电模块6的第二输出端与控制模块2连接，供电模块6用于从火线获取电能，为控制模块2和物联网无线通信模块4提供工作电流，示例性地，供电模块6输出与火线隔离的5至12伏直流电流。

由以上所述可知，控制模块2是智能插座的控制核心，控制所有与实现智能插座各项具体操作功能的动作，包括通过控制物联网无线通信模块4进而控制与LoRa基站通信的操作、控制计量模块的数据的采集处理、控制开关的合闸跳闸。另外，控制模块2还可用于存储(例如暂存)物联网无线通信模块4的工作状态、开关3的工作状态和计量模块5获取的用电信息，以方便后续进行相应的查询、管理等工作。

本发明实施例还提供一种智能插座的控制方法，适用于以上所述的智能插座，如图3所示，该智能插座的控制方法包括：

步骤S1、物联网无线通信模块向控制模块传送控制指令；该控制指令为物联网通信模块从后台系统等接收的控制指令。

步骤S2、控制模块根据控制指令控制开关，使开关合闸；

步骤S3、计量模块对用电负载使用电量进行计量；

步骤S4、控制模块从计量模块获取用电信息，并在用电负载使用电量达到所购电量或者时间到达限定时间时，控制开关跳闸。

由于该智能插座的控制方法用于控制如上所述的智能插座，因此，该智能插座的控制方法具有和上述智能插座相同的有益效果，此处不再进行赘述。

需要补充的是，上述控制方法仅是针对智能插座处于正常工作状态，用户使用智能插座时对应的控制方法，其他情况对应的控制方法本领域技术人员可以根据上述控制方法相应得出，此处不再进行详细说明。

下面本发明实施例对上述智能插座的使用过程进行举例描述。需要说明的是，以下举例都是基于智能插座无线通信正常，而且智能插座与后台指挥平台数据交互正常的状态，在此状态下，没有用户使用之前，智能插座保持开关跳闸状态。本领域技术人员基于以下例子可以轻松获得智能插座其他状态下的使用过程，此处不再进行赘述。

对于智能插座用户，用户使用标准用电设备(例如手机，平板，电动车等)，接入智能插座提供的标准插口，通过移动设备扫描智能插座上的二维码，例如可使用微信，启动相应的应用程序，经过付费确认用户选择的用电量或者获得后台系统许可后，后台系统记录用户操作信息，并控制发出控制指令，控制指令经由物联网无线通信模块4到达控制模块2，促使智能插座的控制模块2控制开关3合闸，进而接通220V交流电源，并启动计时，当用电量满或者时间到达限定范围后，控制模块2根据从计量模块5采集到的数据，控制智能插座的开关3断开，停止供电服务。

在上述对于智能插座用户的使用过程中，需要涉及智能插座、基站(例如LoRa基站)、二维码扫描应用(例如微信)和相应的应用程序(例如微信小程序)之间的通信。示例性地，如图4所示，智能插座与LoRa基站之间的通信方式为LoRa无线通信，符合LPWAN协议；LoRa基站与微信应用之间为互联网通信；微信应用与微信小程序之间为互联网通信，上述两处互联网通信均符合TCP/IP协议。示例性地，LoRa基站通过TCP/UDP端口与微信应用之间进行数据交互。其中，微信应用在上述过程中还可以在一定程度上起到设备管理、数据存储、查询和控制智能插座的作用。需要说明的是，基站为适用于物联网通信的其他基站，二维码扫描应用为微信外的其他应用，或者相应的应用程序不为微信小程序时，智能插座、基站、二维码扫描应用和相应的应用程序之间的具体通信方式，本领域技术人员基于现有技术和图4所示的例子可以获得，此处不再进行赘述。

对于智能插座安装维护人员，智能插座安装维护人员利用手机扫描智能插座面板的二维码，启动应用程序，获得后台系统许可后，后台系统记录操作员操作信息，发出控制指令，控制指令经由物联网无线通信模块4到达控制模块2，促使智能插座的控制模块2控制开关3合闸，完成智能插座供电功能；此外，智能插座安装维护人员还可以通过手机页面软件操作，通知后台发出控制指令，该控制指令经由物联网无线通信模块4到达控制模块2，促使智能插座的控制模块2控制开关3跳闸，完成智能插座断电功能。

对于智能插座管理人员，微信APP系统服务层把采集数据通过互联网传输到微信平台，进行存储、查询、分类和存放，记录每个操作用户的微信号码、用户位置、用电时长、用电电量、智能插座位置、智能插座二维码、支付费用等信息。此外，还可以预留微信平台之外的数据备份接口，在微信应用之外的独立服务器中保存运营数据备份。基于智能插座的分组信息，组管理员能够对组内单个智能插座进行用电量、总费用、用电时间分布曲线进行查询统计，给出用电能耗数据的基于日、月、周、年、时间段的对比。组管理员也能够对组内选定多个智能插座用电能耗之和进行以上统计查询。

如上所述，本发明实施例提供的智能插座包括壳体1、控制模块2、开关3、物联网无线通信模块4、计量模块5和供电模块6，用户通过扫描壳体1上的二维码即可使用智能插座，方便快捷，智能插座包括的计量模块5可以获取所述用电负载的用电信息，且智能插座通过物联网无线通信模块与基站进行通信，使得智能插座与其他使用物联网通信方式的智能插座相比，还具有距离长、功耗低、成本低的优点。

另外，目前，市面上流行的新型智能电源插座，有wifi、ZigBee、蓝牙等通信模块组网的产品与发明，主要应用场合是家庭的智能家居领域，且采用wifi、ZigBee、蓝牙等通信模块组网的智能插座有一个共同点，无线通信距离短，安装过程相对复杂，用于商业运营的维护成本高，不适合大规模运营的领域。

而本发明实施例中的物联网无线通信模块4通过LPWAN技术与基站保持物联网数据通讯，通过基站的TCP/IP协议实现互联网数据交互时，智能插座与使用上述通信方式的智能插座相比，还具有距离长(优于蜂窝室内覆盖星形网络)、功耗低(电池寿命为10-20年，约为蜂窝网络M2M的10倍)、成本低(基础设置低成本、终端节点低成本，且具有完善的云管端软件)的优点。且相对于wifi、ZigBee、蓝牙等通信模块组网，还可以降低组网操作复杂性，降低运维操作难度和运维人工成本，能够提升许多倍的通信覆盖范围，适用于开展大规模商业运营。

例如，在车站机场候车厅座椅边、小区电线杆和灯杆下面、公园休息区等位置，均可安装本发明实施例中的智能插座，使得用户可以借助手机微信，对准智能插座的壳体1上的二维码，用微信扫一扫，进入微信小程序，选择好使用多少电量后，进行微信支付，即可开启插座内部的开关3，达到付费使用电力资源的目的，为小区物业以及候车室业主提供一种新的用电服务管理模式。

为了使上述智能插座的使用更为方便，本发明实施例中的智能插座还可以包括其他功能部件，本发明实施例中列举以下几种：

可选地，智能插座还包括至少一个按键7，至少一个按键7与控制模块2的第四I/O端口连接，用于控制智能插座的工作状态。进一步地，智能插座仅包括一个按键7，按键7的不同按键方式对应智能插座不同的工作状态，以提高智能插座的集成度，缩小智能插座的体积。

示例性地，按键的不同按键方式与智能插座不同的工作状态的对应方式如表一所示：

表一

工作方式	按键方式	工作状态
			工作方式1	一次按键	开关状态由合闸变为跳闸
工作方式1	按住按键10秒不松手	控制模块恢复出厂设置并重新复位
			工作方式1	按住按键5秒后放开	控制模块重新复位
工作方式2	按住按键10秒不松手	控制模块恢复出厂设置并重新复位
			工作方式2	按住按键5秒后放开	控制模块重新复位

需要说明的是，上述工作方式1指的是，智能插座LoRa无线通信异常或者无法与后台指挥平台获得联系时的状态。在工作方式1这个状态下，智能插座保持开关3状态不变。原来状态是合闸，继续合闸；原来状态是跳闸，继续跳闸状态。工作方式2指的是，智能插座LoRa无线通信正常，而且智能插座与后台指挥平台数据交互正常的状态。在工作方式2这个状态下，没有用户使用之前，智能插座保持开关跳闸状态。工作方式3指的是，智能插座处于出厂值状态。智能插座LoRa无线网络参数投入运营前的出厂值，不能确保与后台系统取得正常通信的状态。工作方式3情况下智能插座处于断电状态，不能提供任何供电功能，需要智能插座安装维护人员进行检修。

基于表一可知，在工作方式1的情况下，按一次按键，原来开关状态是合闸，则执行跳闸操作，原来开关状态是跳闸，继续保持跳闸状态。工作方式1的情况下，按住按键10秒不松手，智能插座的控制模块2恢复出厂值设置并重新复位，复位后智能插座处于断电状态，此时，用户无法使用智能插座，智能插座需要维修人员进行检修。工作方式1的情况下，按住按键5秒后放开按键，智能插座的控制模块2重新复位，复位后智能插座处于断电状态，此时用户可以重新通过扫描二维码，进行智能插座的使用，若仍然无法正常使用，则可以考虑采取按住按键10秒不松手，智能插座的控制模块2恢复出厂值设置并重新复位的方式，等待维修人员进行检修。

在工作方式2的情况下，按住按键10秒不松手，智能插座的控制模块2恢复出厂值设置并重新复位，复位后智能插座处于断电状态。工作方式2的情况下，按住按键5秒后放开按键，智能插座的控制模块2重新复位，复位后智能插座处于断电状态。

可选地，智能插座还包括至少两个状态指示灯8，至少两个状态指示灯8的均与控制模块2的第五I/O端口连接，用于指示智能插座不同的工作状态。其中，状态指示灯8的工作电流由控制模块2提供。示例性地，智能插座包括两个状态指示灯8，对应地，其中一个状态指示灯的亮灭对应开关3的状态，该状态指示灯亮，开关处于合闸状态，该状态指示灯灭，开关跳闸状态；另一个状态指示灯对应智能插座与后台之间的通信状态，该状态指示灯灭，智能插座与后台通信正常，该状态指示灯闪(例如亮灭每秒交替一次)，智能插座与后台通信异常。为了便于区分两个状态指示灯可以为不同颜色的状态指示灯，例如一个为绿色，一个为红色。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种智能插座，包括壳体，其特征在于，所述智能插座还包括控制模块、开关、物联网无线通信模块、计量模块、温度传感器和供电模块，所述控制模块、所述开关、所述物联网无线通信模块、所述计量模块、所述温度传感器和所述供电模块均位于壳体内；其中，所述壳体上设置有供用户启动智能插座应用程序的二维码；所述控制模块的第一I/O端口与所述开关的控制端连接，所述控制模块的第二I/O端口与所述物联网无线通信模块连接，所述控制模块的第三I/O端口与所述计量模块连接，所述控制模块还与所述温度传感器连接，所述控制模块用于控制物联网无线通信模块、开关、计量模块的用电信息采集和处理以及温度传感器的数据采集和处理；所述开关串接在火线上，用于控制用电负载用电回路的导通和断开；所述物联网无线通信模块用于与基站之间进行通信；所述计量模块与所述火线连接，用于获取所述用电负载的用电信息；所述供电模块的输入端与所述火线连接，所述供电模块的第一输出端与所述物联网无线通信模块连接，所述供电模块的第二输出端与所述控制模块连接，所述供电模块用于从火线获取电能，为所述控制模块和所述物联网无线通信模块提供工作电流；

标准用电设备接入智能插座提供的标准插口，通过移动设备扫描智能插座上的二维码，启动相应的应用程序，经过付费确认用户选择的用电量或者获得后台系统许可后，后台系统记录用户操作信息，并控制发出控制指令，控制指令经由物联网无线通信模块到达控制模块，促使智能插座的控制模块控制开关合闸，进而接通220V交流电源，并启动计时，当用电量满或者时间到达限定范围后，控制模块根据从计量模块采集到的数据，控制智能插座的开关断开，停止供电服务。

2.根据权利要求1所述的智能插座，其特征在于，所述计量模块包括电压传感器和电流传感器，所述电压传感器与用电负载并联，所述电流传感器与用电负载串联。

3.根据权利要求2所述的智能插座，其特征在于，所述电压传感器和所述电流传感器的采样率均为毫秒级。

4.根据权利要求2或3所述的智能插座，其特征在于，所述控制模块为单片机系统，所述温度传感器集成于所述单片机系统上。

5.根据权利要求1～3任一项所述的智能插座，其特征在于，所述开关为继电器。

6.根据权利要求1～3任一项所述的智能插座，其特征在于，还包括至少一个按键，所述至少一个按键与所述控制模块的第四I/O端口连接，用于控制所述智能插座的工作状态。

7.根据权利要求6所述的智能插座，其特征在于，所述智能插座仅包括一个按键，所述按键的不同按键方式对应所述智能插座不同的工作状态。

8.根据权利要求1～3任一项所述的智能插座，其特征在于，还包括至少两个状态指示灯，所述至少两个状态指示灯均与所述控制模块的第五I/O端口连接，用于指示所述智能插座不同的工作状态。

9.根据权利要求1～3任一项所述的智能插座，其特征在于，所述控制模块还用于存储所述物联网无线通信模块的工作状态、所述开关的工作状态和所述计量模块获取的用电信息。

10.一种智能插座的控制方法，适用于如权利要求1～9任一项所述的智能插座，其特征在于，包括：

物联网无线通信模块向控制模块发送控制指令；

控制模块根据控制指令控制开关，使开关合闸；

计量模块对用电负载使用电量进行计量；

控制模块从计量模块获取用电信息，并在用电负载使用电量达到所购电量或者时间到达限定时间时，控制开关跳闸。