CN112152028A - 一种带通讯接口的电源插座 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能源管理和物联网通讯领域，尤其为一种带通讯接口的电源插座，包括电源插座本体，所述电源插座本体正面上固定设有电源插孔，所述电源插座本体的正面上并且与电源插孔对应设有正面通讯接口,所述电源插孔的左上侧并且位于电源插座本体上固定设有指示灯，所述电源插座本体的背面固定设有处理器，所述处理器上固定设有通讯接口，所述处理器的上方并且位于电源插座本体的背面上固定设有插座供电接线端口，本发明提供了用电器互联接口，解决了用电安全和计量问题，通过设计在负载接入后，处理器可以通过插座的通讯网络和负载交互，获取负载信息，确认电压、电流、功率接入时间等信息都匹配之后，才开始供电，从而提高了实用的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及能源管理和物联网通讯领域，具体为一种带通讯接口的电源插座。
背景技术
绝大多数用电器通过电源插座获取电能，电源插座是市配电网络的出口，也将成为万物互联的通讯接口。用电器存在着节能环保要求和使用中的安全隐患。传统方式手段如定时插座，遥控插座，可以提高能效，但不了解用电器的需求，存在着硬关断损坏用电器的问题，电源插座的安全保护也是被动的，负载用电器拉出多大电流，插座只能被动接受，直到保险丝熔断或者空气开关跳闸，插座的插孔虽然有各种物理的安全门，也无法完全杜绝物理入侵，水浸等日常想不到的隐患，在物联网大规模应用的今天，这一切都将因为物联网技术的应用而发生改变。
综上所述，本发明通过设计一种带通讯接口的电源插座来解决此类存在的安全问题，也为用电器物联网互联提供一条可靠的通讯接口。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带通讯接口的电源插座，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种带通讯接口的电源插座，包括电源插座本体，所述电源插座本体正面上固定设有电源插孔，所述电源插座本体的正面上并且与电源插孔对应设有正面通讯接口，所述电源插孔的左上侧并且位于电源插座本体上固定设有指示灯，所述电源插座本体的背面固定设有处理器，所述处理器上固定设有通讯接口，所述处理器的上方并且位于电源插座本体的背面上固定设有插座供电接线端口，所述处理器的内部固定设有湿度检测模块、温度检测模块、插入检测模块、继电器控制模块、电能计量模块、供电模块、云端通讯模块以及处理器单元，所述电能计量模块包括功率检测控制单元、电压检测控制单元、电流检测控制单元以及时间记录收费单元，所述插座供电接线端口通过导线电性连接在边缘控制器上，所述通讯接口通过有线或者无线通讯网络连接有云端服务器，所述云端服务器输入端通过通讯线路连接有WEB控制终端。
优选的，所述电源插孔的内部固定设有侦测用电器插头插入的插入检测模块。
优选的，所述供电模块通过导线电性连接在插座供电接线端口，所述边缘控制器通过导线电性连接在输入电能的控制电路上。
优选的，所述继电器控制模块为继电器并且电性连接插入检测模块。
优选的，所述本体终端为云端或者移动APP,所述电源插孔内部连接有各类家用电器插头，所述云端服务器的输出端连接在云端通讯模块。
优选的，所述正面通讯接口设置为两个并且分别为设备和电源插座物联网的信息接口。
优选的，所述电源插座本体与各类家用电器插头连接的具体步骤如下：
S1:用电器与电源插座本体进行协议协商，在插座供电接线端口通过导线电性连接在边缘控制器上，所述通讯接口通过有线或者无线通讯网络连接连接在通讯模块，通讯模块根据用户许可，将各类电器的用电参数以及电源插座本体内部的温度和湿度值，传送到用户的云端服务器进行存储处理；
S2:使用时，控制继电器控制模块触点处于断开状态，将用电器插头插入电源插孔内部，侦测开关迅速地检测到用电器插头的插入，并且将检测的信号传送到云端服务器上，云端服务器会尝试和用电器通过PLC(电力线载波通讯)、NFC近场通讯，或者蓝牙和WIFI等手段和用户终端通讯，获取用户的用电器参数，并将检测的参数传送到处理器中。并依据这些参数，在使用过程中，依据电能计量模块中功率检测控制单元、电压检测控制单元、电流检测控制单元分别进行检测和监控。经过电能计量模块检测后的信息传送到云端服务器，与存储的用电器的用电参数进行匹配，如果获取负载信息，确认电压、电流、功率接等信息都匹配正确后，处理器单元发出命令控制回路继电器触点闭合开始供电，此时指示灯闪烁显示连接成功，若匹配错误，控制继电器控制模块触点依然处于断开状态，指示灯无反应表示连接失败；
S3:开设供电后，电能计量模块中时间记录收费单元开始进行计时和按照时间的多少进行价格收费，并且在移动终端进行显示时间和总计费用，此过程中湿度检测模块和温度检测模块对电源插座本体内部进行时刻监控，当电源插座本体内部的湿度和温度超过预定值时，湿度检测模块和温度检测模块将检测的信号传送到处理器单元，处理器单元发出命令控制继电器控制模块触点断开停止供电，指示灯显示供电停止，并且用电量经过导线传送到处理器单元记录；
S4:使用结束后，拔出用电器插头，侦测开关迅速的检测到用电器插头要拔出的动作，并且将检测的信号传送到处理器单元上，处理器单元会通过通讯回路，提前数十毫秒向用电器发出软关断指令，然后处理器单元发出命令控制继电器控制模块触点断开停止供电。这样对支持软关断的用电器，可以提前降低回路电流，避免切断大电流产生的拉弧现象；
S5:对于不支持通讯的“哑”用电器，可以提前在插头上贴上NFC标签，通过移动终端设定其用电特性。从而实现对传统用电器的联网支持。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明把电源接口视为信息接口，通过电源插座后面的物联网网关，和设备通讯，提高了用电设备的安全等级，也为设备物联提供通讯通道。
2、本发明中，通过设计基于物联网络进行设计，电源插座本体平时不提供功率输出，在负载接入后，插座通过通讯网络和负载交互，获取负载信息，确认电压、电流、功率接入时间等信息都匹配之后，才开始供电，实现安全监控，并且设置时间记录收费单元能够进行计时收费等功能，实现了在无人值守或者少人值守的公共场所使用，从而监控用电全过程，完成计量统计过程，同时电源插座本体可以在没有接入用电器时，降低或者关闭功率电源回路，从而减少危险电压暴露于环境的可能性，减少对人体的伤害。
3、本发明中，通过电源插座本体可以通过通讯接口和建筑物的能源网关通讯，接受整个建筑物的能源网关的同一管理调度，以求提高能效，IOT网关的统一管理调度，在某些插座不用电时，可以由网关统一管理，关闭电源，减小安全风险，同时在电源插座本体上设置有温度湿度感应器数字温度感应器能够对电源插座本体内部进行时刻监控，确保安全。
4、本发明中，通过设计解决了电压、功率不匹配问题，插座和用电器可以在协议中比对需求，保证安全；支付、盗电问题。插座的通电是要授权的。从而可以解决支付问题，也可以通过授权解决盗电问题。从而这种插座可以在公共场合存在；水浸、过热等问题。插座上有传感器，可以检测水浸、温度变化，从而在水浸时或过热时及时切断电源，防止事故发生。还可以通过和用电器协商降额来减少损耗功率。
5、本发明中，通过设计插座可以通过插头和用电器通讯，获取和控制用电器的一些内部参数状态，如启停洗衣机，启停烤箱，控制空调，控制储能装置等以及可以统计使用时间段的功率和电能，并联网计算线路总负荷，在负荷超额时对一些可以允许断续的负荷主动断电，在合适的时间段重新接上，如储能、充电、或者洗衣机等。
附图说明
图1为本发明电源插座本体结构示意图；
图2为本发明电源插座本体结构示意图；
图3为本发明整体硬件结构示意图；
图4为本发明整体系统框架结构示意图。
图中：1-电源插座本体、2-电源插孔、3-指示灯、5-通讯接口、6-插座供电接线端口、7-湿度检测模块、8-温度检测模块、9-插入检测模块、10-继电器控制模块、11-电能计量模块、12-供电模块、13-云端通讯模块、14-处理器单元、15-功率检测控制单元、16-电压检测控制单元、17-电流检测控制单元、18-时间记录收费单元、19-边缘控制器、20-云端服务器、21-WEB控制终端、101-正面通讯接口。
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，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：
一种带通讯接口的电源插座，包括电源插座本体1，所述电源插座本体1 正面上固定设有电源插孔2，所述电源插座本体1的正面上并且与电源插孔2 对应设有正面通讯接口101，所述电源插孔2的左上侧并且位于电源插座本体 1上固定设有指示灯3，所述电源插座本体1的背面固定设有处理器4，所述处理器4上固定设有通讯接口5，所述处理器4的上方并且位于电源插座本体 1的背面上固定设有插座供电接线端口6，所述处理器4的内部固定设有湿度检测模块7、温度检测模块8、插入检测模块9、继电器控制模块10、电能计量模块11、供电模块12、云端通讯模块13以及处理器单元14，所述电能计量模块11包括功率检测控制单元15、电压检测控制单元16、电流检测控制单元17以及时间记录收费单元18，所述插座供电接线端口6通过导线电性连接在边缘控制器19上，所述通讯接口5通过有线或者无线通讯网络连接有云端服务器20，所述云端服务器20输入端通过通讯线路连接有WEB控制终端21。
本发明工作流程：
步骤一:用电器与电源插座本体1进行协议协商，在插座供电接线端口6 通过导线电性连接在边缘控制器19上，所述通讯接口5通过有线或者无线通讯网络连接连接在通讯模块13，通讯模块13根据用户许可，将各类电器的用电参数包括；电流、电压、功率等以及电源插座本体1内部的温度和湿度值，传送到用户的云端服务器进行存储处理；
步骤二:使用时，控制继电器控制模块10触点处于断开状态，将用电器插头插入电源插孔2内部，侦测开关迅速地检测到用电器插头的插入，并且将检测的信号传送到云端服务器20上，云端服务器20会尝试和用电器通过 PLC(电力线载波通讯)、NFC近场通讯，或者蓝牙和WIFI等手段和用户终端通讯，获取用户的用电器参数，并将检测的参数传送到处理器中。并依据这些参数，在使用过程中，依据电能计量模块11中功率检测控制单元15、电压检测控制单元16、电流检测控制单元17分别进行检测和监控，经过电能计量模块11检测后的信息传送到云端服务器20，与存储的用电器的用电参数进行匹配，如果获取负载信息，确认电压、电流、功率接等信息都匹配正确后，处理器单元14发出命令控制回路继电器10触点闭合开始供电，此时指示灯3 闪烁显示连接成功，若匹配错误，控制继电器控制模块10触点依然处于断开状态，指示灯3无反应表示连接失败；
步骤三:开设供电后，电能计量模块11中时间记录收费单元18开始进行计时和按照时间的多少进行价格收费，并且在移动终端21进行显示时间和总计费用，此过程中湿度检测模块7和温度检测模块8对电源插座本体1内部进行时刻监控，当电源插座本体1内部的湿度和温度超过预定值时，湿度检测模块7和温度检测模块8将检测的信号传送到处理器单元14，处理器单元 14发出命令控制继电器控制模块10触点断开停止供电，指示灯3显示供电停止，并且用电量经过导线传送到处理器单元记录；
步骤四:使用结束后，拔出用电器插头，侦测开关迅速的检测到用电器插头要拔出的动作，并且将检测的信号传送到处理器单元14上，处理器单元14 会通过通讯回路，提前数十毫秒向用电器发出软关断指令，然后处理器单元 14发出命令控制继电器控制模块10触点断开停止供电。这样对支持软关断的用电器，可以提前降低回路电流，避免切断大电流产生的拉弧现象；
步骤五:对于不支持通讯的“哑”用电器，可以提前在插头上贴上NFC近场通讯标签，通过WEB控制终端21设定其用电特性，从而实现对传统用电器的联网支持，因此此过程通过设计解决了电压、功率不匹配问题，插座和用电器可以在协议中比对需求，保证安全；支付、盗电问题。插座的通电是要授权的。从而可以解决支付问题，也可以通过授权解决盗电问题。从而这种插座可以在公共场合存在；水浸、过热等问题。插座上有传感器，可以检测水浸、温度变化，从而在水浸时或过热时及时切断电源，防止事故发生。还可以通过和用电器协商降额来减少损耗功率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种带通讯接口的电源插座，包括电源插座本体(1)，其特征在于：所述电源插座本体(1)正面上固定设有电源插孔(2)，所述电源插座本体(1)的正面上并且与电源插孔(2)对应设有正面通讯接口(101)，所述电源插孔(2)的左上侧并且位于电源插座本体(1)上固定设有指示灯(3)，所述电源插座本体(1)的背面固定设有处理器(4)，所述处理器(4)上固定设有通讯接口(5)，所述处理器(4)的上方并且位于电源插座本体(1)的背面上固定设有插座供电接线端口(6)，所述处理器(4)的内部固定设有湿度检测模块(7)、温度检测模块(8)、插入检测模块(9)、继电器控制模块(10)、电能计量模块(11)、供电模块(12)、云端通讯模块(13)以及处理器单元(14)，所述电能计量模块(11)包括功率检测控制单元(15)、电压检测控制单元(16)、电流检测控制单元(17)以及时间记录收费单元(18)，所述插座供电接线端口(6)通过导线电性连接在边缘控制器(19)上，所述通讯接口(5)通过有线或者无线通讯网络连接有云端服务器(20)，所述云端服务器(20)输入端通过通讯线路连接有WEB控制终端(21)。
2.根据权利要求1所述的一种带通讯接口的电源插座，其特征在于：所述电源插孔(2)的内部固定设有侦测用电器插头插入的插入检测模块(9)。
3.根据权利要求1所述的一种带通讯接口的电源插座，其特征在于：所述供电模块(12)通过导线电性连接在插座供电接线端口(6)，所述边缘控制器(19)通过导线电性连接在输入电能的控制电路上。
4.根据权利要求1所述的一种带通讯接口的电源插座，其特征在于：所述继电器控制模块(10)为继电器并且电性连接插入检测模块(9)。
5.根据权利要求1所述的一种带通讯接口的电源插座，其特征在于：所述本体终端(21)为云端或者移动APP,所述电源插孔(2)内部连接有各类家用电器插头，所述云端服务器(20)的输出端连接在云端通讯模块(13)。
6.根据权利要求1所述的一种带通讯接口的电源插座，其特征在于：所述正面通讯接口(101)设置为两个并且分别为设备和电源插座物联网的信息接口。
7.根据权利要求1所述的一种带通讯接口的电源插座，其特征在于：所述电源插座本体(1)与各类家用电器插头连接的具体步骤如下：
S1:用电器与电源插座本体(1)进行协议协商，在插座供电接线端口(6)通过导线电性连接在边缘控制器(19)上，所述通讯接口(5)通过有线或者无线通讯网络连接在通讯模块(13)，通讯模块(13)根据用户许可，将各类电器的用电参数(包括；电流、电压、功率等)以及电源插座本体(1)内部的温度和湿度值，传送到用户的云端服务器进行存储处理；
S2:使用时，控制继电器控制模块(10)触点处于断开状态，将用电器插头插入电源插孔(2)内部，侦测开关迅速地检测到用电器插头的插入，并且将检测的信号传送到物联网网关上，物联网网关会尝试和用电器通过PLC(电力线载波通讯)、NFC近场通讯，或者蓝牙和WIFI等手段和用户终端通讯，获取用户的用电器参数，并将检测的参数传送到处理器中。并依据这些参数，在使用过程中，依据电能计量模块(11)中功率检测控制单元(15)、电压检测控制单元(16)、电流检测控制单元(17)分别进行检测和监控。经过电能计量模块(11)检测后的信息传送到云端服务器，与存储的用电器的用电参数进行匹配，如果获取负载信息，确认电压、电流、功率接等信息都匹配正确后，处理器单元(14)发出命令控制回路继电器(10)触点闭合开始供电，此时指示灯(3)闪烁显示连接成功，若匹配错误，控制继电器控制模块(10)触点依然处于断开状态，指示灯(3)无反应表示连接失败；
S3:开设供电后，电能计量模块(11)中时间记录收费单元(18)开始进行计时和按照时间的多少进行价格收费，并且在移动终端(21)进行显示时间和总计费用，此过程中湿度检测模块(7)和温度检测模块(8)对电源插座本体(1)内部进行时刻监控，当电源插座本体(1)内部的湿度和温度超过预定值时，湿度检测模块(7)和温度检测模块(8)将检测的信号传送到处理器单元(14)，处理器单元(14)发出命令控制继电器控制模块(10)触点断开停止供电，指示灯(3)显示供电停止，并且用电量经过导线传送到处理器单元记录；
S4:使用结束后，拔出用电器插头，侦测开关迅速的检测到用电器插头要拔出的动作，并且将检测的信号传送到处理器单元(14)上，处理器单元(14)会通过通讯回路，提前数十毫秒向用电器发出软关断指令，然后处理器单元(14)发出命令控制继电器控制模块(10)触点断开停止供电。这样对支持软关断的用电器，可以提前降低回路电流，避免切断大电流产生的拉弧现象；
S5:对于不支持通讯的“哑”用电器，可以提前在插头上贴上NFC(近场通讯)标签，通过本体终端(21)设定其用电特性，从而实现对传统用电器的联网支持。
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