CN109459943B - 一种智能插座及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及家用智能电器领域，具体涉及一种智能插座及其控制方法，包括插座、静触头、防火花动触头、驱动基座、MCU、通信模块和测量模块，所述静触头包括接线柱、弹性绝缘套和引入头，所述引入头呈圆柱形，引入头第一端与接线柱连接，接线柱与入户线火线连接，所述弹性绝缘套套接在引入头外并包覆引入头的圆柱面，所述测量模块测量引入头的电位和电流，测量模块与和通信模块均与MCU连接，所述防火花动触头安装在驱动基座上。本发明的有益效果是：通过测量模块能够测量接入电器的总工作电流及电压，通过通信模块将其上传到控制中心，接收控制中心的指令控制智能插座通断电，并消除插座接通和断开瞬间产生电火花带来的安全隐患。

Description

一种智能插座及其控制方法

技术领域

本发明涉及家用智能电器领域，具体涉及一种智能插座及其控制方法。

背景技术

现今，用电安全越来越受人们重视，在人员离开时，将不需要使用的电器所连接的插座断电，能够有效提高室内用电的安全性，也能够节省电器待机所消耗的电能。随着网络技术的发展，智能家用电器，包括智能插座也开始被家庭用电使用。智能插座可以远程监测和控制插座的通断以及插座所连接负载的功率和电流，功能多且使用方便。在用户离开时忘记关闭插座时，可以远程控制插座断电，避免安全隐患；当用户需要提前开启电器时，可以远程控制插座通电，从而实现智能插座所连接电器的工作状态。目前的智能插座通常是在原有普通插座的基础上，增加控制单元、通信单元、执行单元以及采集单元，执行单元多为继电器，继电器存在通断电瞬间会产生电火花，具有一定的安全隐患的问题。由于人员可能不在现场，无法及时处置可能出现的火情，因而对执行机构的安全性提出了更高的要求。

中国专利CN103208709B，公开日2016年2月17日，一种无线智能插座，包括微型处理器、继电器驱动电路、继电器、无线通信模块、天线、按钮开关和电源转换电路，可支持无线终端设备与无线网络接入，达到无线智能控制插座开关的效果。可通过遥控对智能插座进行管理，更加智能化，能够与各种家电组成无线传感网络，可实现对家电设备的集中控制，同时本发明相对传统插座还具有更加人性化、复杂度低、自组织性强、功耗低，成本低的特点。但其没有解决智能插座在通断电状态切换时，产生的电火花带来的安全隐患的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前的智能插座在远程控制通电或断电时产生的电火花有安全隐患的技术问题。提出了一种采用防火花触头的能够避免电火花带来安全问题的可远程控制以及采集电器工作电流及电压的智能插座。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种智能插座，包括插座、静触头、防火花动触头、驱动基座、MCU、通信模块和测量模块，所述静触头、防火花动触头、驱动基座、MCU、通信模块和测量模块均安装在插座内，所述静触头包括接线柱、弹性绝缘套和引入头，所述引入头呈圆柱形，引入头第一端与接线柱连接，接线柱与入户线火线连接，所述弹性绝缘套套接在引入头外并包覆引入头的圆柱面，所述测量模块测量引入头的电位和电流，测量模块与和通信模块均与MCU连接，所述防火花动触头安装在驱动基座上，所述防火花动触头与插座火线插孔触片连接，所述驱动基座受MCU控制。测量模块可以测量接入插座的电器工作功率和电流，通信模块可以接收控制中心的指令也可以将采集到的数据发送到控制中心。

作为优选，还包括存储器，存储器存储插座的通电状态及测量模块获得的测量结果。测量模块测量引入头的电位及电流，可以在插座处于断电的情况下实现对入户火线电压的监控，同时能够监测到引入头出现的异常导通或漏电，能够为安全监控和报警提供基础。

作为优选，所述防火花动触头包括动触头套和转子，所述动触头套呈中空圆柱体，动触头套内壁直径与引入头外圆直径相等，触头套外壁加工有导向槽，驱动基座上安装有与所述导向槽匹配的导向杆，动触头套第一端内壁加工有内螺纹，动触头套靠近第二端圆周加工有镂空，所述镂空内安装有引出头，所述引出头端面呈内凹弧形且与动触头套内壁平齐，引出头与负载连接，所述转子第一端加工有与所述内螺纹匹配的外螺纹，转子中部铰接安装在驱动基座上，转子在转子轴向与驱动基座相对位置固定，转子第二端固定安装有永磁铁。

作为优选，所述动触头套内还安装有抽气板、弹簧、弹簧套和卡扣，抽气板呈圆柱形，抽气板外壁与动触头套内孔内壁抵接，弹簧套呈一端开口的中空圆柱体，弹簧套封闭端与转子第一端同心铰接且沿转子轴线方向与转子位置相对固定，弹簧套接在弹簧套内，弹簧第一端与弹簧套封闭端固定连接，弹簧第二端与抽气板靠近动触头套第一端的端面固定连接，动触头套位于抽气板靠近动触头套第一端侧加工有通气孔，所述卡扣镶嵌安装在动触头套靠近第二端的内壁，动触头套内壁加工有容纳所述卡扣的容腔，卡扣第一端弹性安装在动触头套内壁容腔内，卡扣第二端加工有与所述抽气板扣合的工作扣，卡扣中部设置有释放扣。转子转动时可以将动触头套向前推动，卡扣的工作扣将带动抽气板一起向前移动并拉伸弹簧，引入头逐渐伸入动触头套内，当引入头即将引出头接触时，引入头将挤压卡扣的释放扣，使卡扣的工作扣与抽气板脱离接触，抽气板在弹簧拉力作用下迅速移动，在抽气板引入头侧形成真空，进而在引入头与动触头套之间的缝隙中产生流向动触头套内部的气流，能够起到灭弧的作用，且将产生的火花向内吸入，能够避免产生外部出现电火花。

作为优选，所述驱动基座包括基体和若干个电磁极，所述基体呈一端封闭的圆环形，基体封闭端面开有铰接孔，基体中部内壁沿周向均匀安装有若干个电磁极，所述若干个电磁极均与MCU连接。

作为优选，所述引入头第二端端面覆盖有绝缘片，所述绝缘片覆盖引入头第二端端面。引入头第二端端面被绝缘片覆盖能够提高开关的安全性。

作为优选，所述卡扣包括陶瓷扣体和金属连接片，所述金属连接片第一端与动触头套固定连接，陶瓷扣体呈条状，陶瓷扣体第一端与金属连接片第二端固定连接，陶瓷扣体第一端与动触头绝缘套留有间隙，陶瓷扣体具有一个工作侧面，所述工作侧面靠近陶瓷扣体第二端设置有工作扣，所述工作侧面靠近陶瓷扣体第一端设置有释放扣，所述工作侧面伸入动触头套中空腔内。陶瓷具有良好的绝缘性和耐磨性，金属片具有良好的弹性，二者结合可以延长卡扣的使用寿命。

作为优选，还包括显示屏接口，所述显示屏接口安装在插座表面，所述显示屏接口与MCU连接，所述显示屏接口输出图形化的采集模块采集的电压电流信息并在接入显示屏后显示在显示屏上。通过设置显示屏接口而不是显示屏，是为了在需要时才显示插座引入头的电流和电压，在不需要显示时不耗能，能够节省电能。

一种智能插座的控制方法，适用于如前述的一种智能插座，包括以下步骤：A1）动触头套与引入头脱离接触时插座处于断电状态，MCU通过通信模块与控制中心通信，收到插座通电指令后，MCU控制电磁极轮流导通产生电磁场驱动转子转动，转子第一端通过螺纹与动触头套连接，动触头套与驱动基座之间设置有导向杆和导向槽，转子转动时将动触头套向前推动，卡扣的工作扣将带动抽气板一起向前移动并拉伸弹簧，引入头逐渐伸入动触头套内，动触头套端面挤压弹性绝缘套使引入头侧面导体部分露出，用于与引出头接触导通；A2）当引入头即将与引出头接触时，引入头挤压卡扣的释放扣，使卡扣的工作扣与抽气板脱离接触，抽气板在弹簧拉力作用下迅速移动，在抽气板引入头侧形成真空，进而在引入头与动触头套之间的缝隙中产生流向动触头套内部的气流，能够起到灭弧的作用，此时测量模块测量到引入头的电流，MCU记录电磁极循环导通的循环次数，根据循环次数计算出引入头伸入动触头套内的长度，当引入头与引出头充分接触时，电磁极停止循环导通，此时插座通电；A3）当MCU接收到插座断电指令时，控制电磁极轮流导通，轮流方向与开启时相反，驱动转子反向转动，将引出头与引入头逐渐脱离接触，脱离过程中引入头逐渐抽离动触头套，在动触头套中部内腔中产生真空，进而在引入头与动触头套之间的缝隙中产生流向动触头套内部的气流，起到灭弧的作用，转子反向转动直到引入头与动触头套脱离，即完成插座断电动作。根据循环次数计算出引入头伸入动触头套内的长度的方法为，根据设计资料获得或者通过测量获得转子第一端螺纹的螺距和断开时与动触头套第二端端面初始距离，循环次数指若干个电磁极均导通一次，引入头插入动触头套的长度=螺距*循环次数-初始距离。

本发明的实质性效果是：通过测量模块能够测量接入智能插座的电器的总工作电流及电压，通过通信模块将其上传到控制中心，接收控制中心的指令控制智能插座通断电，并消除插座接通和断开瞬间产生电火花带来的安全隐患。

附图说明

图1为智能插座结构图。

图2为防火花动触头结构图。

图3为防火花动触头剖面图。

图4为防火花动触头端面图。

图5为防火花动触头的不同工作状态示意图，其中，图5-a为断开状态示意图，图5-b为开关导通前一刻状态示意图，图5-c为开关导通状态示意图。

其中：1、动触头套，2、引出头，3、弹性绝缘套，4、接线柱，5、引入头，6、导向槽，7、驱动基座，8、转子，9、导向杆，10、弹簧套，11、弹簧，12、抽气板，13、电磁极，14、卡扣，15、释放扣，16、工作扣，100、显示屏接口，200、通信模块，300、测量模块，400、MCU，500、插座火线插孔触片。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

如图1所示，为智能插座结构图，静触头、防火花动触头、驱动基座7、MCU400、通信模块200和测量模块300均安装在插座内，静触头包括接线柱4、弹性绝缘套3和引入头5，引入头5呈圆柱形，引入头5第一端与接线柱4连接，接线柱4与入户线火线连接，弹性绝缘套3套接在引入头5外并包覆引入头5的圆柱面，测量模块300测量引入头5的电位和电流，测量模块300与和通信模块200均与MCU400连接，防火花动触头安装在驱动基座7上，防火花动触头与插座火线插孔触片500连接，驱动基座7受MCU400控制，显示屏接口100安装在插座表面，显示屏接口100与MCU400连接，显示屏接口100输出图形化的采集模块采集的电压电流信息并在接入显示屏后显示在显示屏上。

如图2所示，为防火花动触头结构图，如图3所示，为防火花动触头剖面图，如图4所示，为防火花动触头端面图，防火花动触头400包括动触头套1和转子8，动触头套1呈中空圆柱体，动触头套1内壁直径与引入头5外圆直径相等，触头套外壁加工有导向槽6，驱动基座7上安装有与导向槽6匹配的导向杆9，动触头套1第一端内壁加工有内螺纹，动触头套1靠近第二端圆周加工有镂空，镂空内安装有引出头2，引出头2端面呈内凹弧形且与动触头套1内壁平齐，引出头2与负载连接，转子8第一端加工有与内螺纹匹配的外螺纹，转子8中部铰接安装在驱动基座7上，转子8在转子8轴向与驱动基座7相对位置固定，转子8第二端固定安装有永磁铁。

动触头套1内还安装有抽气板12、弹簧11、弹簧套10和卡扣14，动触头套1和卡扣14均由陶瓷材料制成，抽气板12呈圆柱形，抽气板12外壁与动触头套1内孔内壁抵接，弹簧套10呈一端开口的中空圆柱体，弹簧套10封闭端与转子8第一端同心铰接且沿转子8轴线方向与转子8位置相对固定，弹簧套10接在弹簧套10内，弹簧11第一端与弹簧套10封闭端固定连接，弹簧11第二端与抽气板12靠近动触头套1第一端的端面固定连接，动触头套1位于抽气板12靠近动触头套1第一端侧加工有通气孔，卡扣14镶嵌安装在动触头套1靠近第二端的内壁，动触头套1内壁加工有容纳卡扣14的容腔，卡扣14第一端弹性安装在动触头套1内壁容腔内，卡扣14第二端加工有与抽气板12扣合的工作扣16，卡扣14中部设置有释放扣15。转子8转动时可以将动触头套1向前推动，卡扣14的工作扣16将带动抽气板12一起向前移动并拉伸弹簧11，引入头5逐渐伸入动触头套1内，当引入头5即将引出头2接触时，引入头5将挤压卡扣14的释放扣15，使卡扣14的工作扣16与抽气板12脱离接触，抽气板12在弹簧11拉力作用下迅速移动，在抽气板12引入头5侧形成真空度，进而在引入头5与动触头套1之间的缝隙中产生流向动触头套1内部的气流，能够起到吸弧灭弧的作用，且能够避将产生的火花向内吸入，动触头套1和卡扣14均由陶瓷材料制成，能够避免产生外部可见的电火花。

驱动基座7包括基体和若干个电磁极13，基体呈一端封闭的圆环形，基体封闭端面开有铰接孔，基体中部内壁沿周向均匀安装有若干个电磁极13，若干个电磁极13均与MCU300连接。现有智能开关采用电磁铁和衔铁控制触点的接触和脱开，具有维持状态耗能和容易出现卡顿的缺点，本发明中采用圆周布置的电磁极13，吸引转子8上的永磁铁，控制电磁极13轮流导通既可以使转子8持续转动，结合螺纹传动结构即可实现触点的接触和脱离，螺纹螺旋升角小于自锁角，因而保持状态中不需要耗能。

如图5为防火花动触头的不同工作状态示意图，其中，图5-a为断开状态示意图，图5-b为开关导通前一刻状态示意图，图5-c为开关导通状态示意图，如图5-a所示，智能开关导通前的状态，卡扣14的工作扣16位于抽气板靠近动触头套1第二端侧，动触头套1在转子8推动作用下伸出，同时带动抽气板12向前移动并拉伸弹簧11，如图5-b所示，当动触头套1伸出足够距离时，引入头5与引出头2接触前一刻，引入头5挤压卡扣14释放扣15，使卡扣14工作扣16脱扣，抽气板12在弹簧11作用下向动触头套1第二端移动，从而在抽气板12与引入头5之间形成真空度的，进而能够在引入头5与动触头套1之间的间隙形成通向动触头套1内部的气流，起到吸弧灭弧的作用，且即使产生电火花也是在动触头套1内部产生火花，提高了安全性能，如图5-c所示，当引入头5与引出头2存在接触后即可继续通过转子8推动动触头套1，使引入头5和引出头2接合，开关即闭合。

一种智能插座的控制方法，适用于如前述的一种智能插座，包括以下步骤：A1）动触头套1与引入头5脱离接触时插座处于断电状态，MCU400通过通信模块200与控制中心通信，收到插座通电指令后，MCU400控制电磁极13轮流导通产生电磁场驱动转子8转动，转子8第一端通过螺纹与动触头套1连接，动触头套1与驱动基座7之间设置有导向杆9和导向槽6，转子8转动时将动触头套1向前推动，卡扣14的工作扣16将带动抽气板12一起向前移动并拉伸弹簧11，引入头5逐渐伸入动触头套1内，动触头套1端面挤压弹性绝缘套3使引入头5侧面导体部分露出，用于与引出头2接触导通；A2）当引入头5即将与引出头2接触时，引入头5挤压卡扣14的释放扣15，使卡扣14的工作扣16与抽气板12脱离接触，抽气板12在弹簧11拉力作用下迅速移动，在抽气板12引入头5侧形成真空，进而在引入头5与动触头套1之间的缝隙中产生流向动触头套1内部的气流，能够起到灭弧的作用，此时测量模块300测量到引入头5的电流，MCU400记录电磁极13循环导通的循环次数，根据循环次数计算出引入头5伸入动触头套1内的长度，当引入头5与引出头2充分接触时，电磁极13停止循环导通，此时插座通电；A3）当MCU400接收到插座断电指令时，控制电磁极13轮流导通，轮流方向与开启时相反，驱动转子8反向转动，将引出头2与引入头5逐渐脱离接触，脱离过程中引入头5逐渐抽离动触头套1，在动触头套1中部内腔中产生真空，进而在引入头5与动触头套1之间的缝隙中产生流向动触头套1内部的气流，起到灭弧的作用，转子8反向转动直到引入头5与动触头套1脱离，即完成插座断电动作。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种智能插座，其特征在于，

包括插座、静触头、防火花动触头、驱动基座、MCU、通信模块和测量模块，所述静触头、防火花动触头、驱动基座、MCU、通信模块和测量模块均安装在插座内，所述静触头包括接线柱、弹性绝缘套和引入头，所述引入头呈圆柱形，引入头第一端与接线柱连接，接线柱与入户线火线连接，所述弹性绝缘套套接在引入头外并包覆引入头的圆柱面，所述测量模块测量引入头的电位和电流，测量模块与和通信模块均与MCU连接，所述防火花动触头安装在驱动基座上，所述防火花动触头与插座火线插孔触片连接，所述驱动基座受MCU控制；

所述防火花动触头包括动触头套和转子，所述动触头套呈中空圆柱体，动触头套内壁直径与引入头外圆直径相等，动触头套外壁加工有导向槽，驱动基座上安装有与所述导向槽匹配的导向杆，动触头套第一端内壁加工有内螺纹，动触头套靠近第二端圆周加工有镂空，所述镂空内安装有引出头，所述引出头端面呈内凹弧形且与动触头套内壁平齐，引出头与插座火线插孔触片连接，所述转子第一端加工有与所述内螺纹匹配的外螺纹，转子中部铰接安装在驱动基座上，转子在转子轴向与驱动基座相对位置固定，转子第二端固定安装有永磁铁。

2.根据权利要求1所述的一种智能插座，其特征在于，

所述动触头套内还安装有抽气板、弹簧、弹簧套和卡扣，抽气板呈圆柱形，抽气板外壁与动触头套内孔内壁抵接，弹簧套呈一端开口的中空圆柱体，弹簧套封闭端与转子第一端同心铰接且沿转子轴线方向与转子位置相对固定，弹簧套接在弹簧套内，弹簧第一端与弹簧套封闭端固定连接，弹簧第二端与抽气板靠近动触头套第一端的端面固定连接，动触头套位于抽气板靠近动触头套第一端侧加工有通气孔，所述卡扣镶嵌安装在动触头套靠近动触头套的第二端的内壁，动触头套内壁加工有容纳所述卡扣的容腔，卡扣第一端弹性安装在动触头套内壁容腔内，卡扣第二端加工有与所述抽气板扣合的工作扣，卡扣中部设置有释放扣。

3.根据权利要求1或2所述的一种智能插座，其特征在于，

所述驱动基座包括基体和若干个电磁极，所述基体呈一端封闭的圆环形，基体封闭端面开有铰接孔，基体中部内壁沿周向均匀安装有若干个电磁极，所述若干个电磁极均与MCU连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种智能插座，其特征在于，

所述引入头第二端端面覆盖有绝缘片。

5.根据权利要求3所述的一种智能插座，其特征在于，

所述引入头第二端端面覆盖有绝缘片。

6.根据权利要求2所述的一种智能插座，其特征在于，

所述卡扣包括陶瓷扣体和金属连接片，所述金属连接片第一端与动触头套固定连接，陶瓷扣体呈条状，陶瓷扣体第一端与金属连接片第二端固定连接，陶瓷扣体第一端与动触头套留有间隙，陶瓷扣体具有一个工作侧面，所述工作侧面靠近陶瓷扣体第二端设置有工作扣，所述工作侧面靠近陶瓷扣体第一端设置有释放扣，所述工作侧面伸入动触头套中空腔内。

7.根据权利要求1或2所述的一种智能插座，其特征在于，

还包括显示屏接口，所述显示屏接口安装在插座表面，所述显示屏接口与MCU连接，所述显示屏接口输出图形化的采集模块采集的电压电流信息并在接入显示屏后显示在显示屏上。

8.根据权利要求3所述的一种智能插座，其特征在于，

还包括显示屏接口，所述显示屏接口安装在插座表面，所述显示屏接口与MCU连接，所述显示屏接口输出图形化的采集模块采集的电压电流信息并在接入显示屏后显示在显示屏上。

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