CN113629458B - 一种带过零检测保护的智能插座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带过零检测保护的智能插座，包括控制电路板，所述控制电路板包括继电器、定时器、检测模块、供电模块和MCU，所述MCU与检测模块、供电模块、定时器、继电器均相互电连接，所述继电器内包括继电器和继电器开关，所述插座主体与继电器之间相互电连接，所述家用电器与插座主体之间相互电连接，所述定时器与继电器之间相互电连接。本发明设计合理，构思巧妙，可保证继电器触头在交流电过零点时闭合，触点间在闭合期间，电压大大降低，可以极大地减小打火现象；触点断开时刚好在负载电流过零点时，这样产生的反向电动势最小，便可以减小电弧放电，进而可实现智能插座的长寿命设计，提高智能插座的可靠性及使用寿命。

Description

一种带过零检测保护的智能插座

技术领域

本发明涉及智能插座技术领域，尤其涉及一种带过零检测保护的智能插座。

背景技术

智能插座是智能家居的重要组成部分，但是该关键部件缺存在寿命较短，易出现损坏失效的问题，其中继电器触点失效是重要原因；究其原因，是由于触点闭合或断开时，瞬间产生电弧放电打火，瞬间局部高温，温度可达上千度，造成触点黏连或氧化，触点电阻逐渐增大，继而失效；最终可能导致控制失效，乃至严重后果，而继电器触点电弧放电打火具体原因为触头在吸合时发生连续弹跳，触头间不停接触又断开，从而产生电弧放电火花，特别是在交流电波峰时闭合继电器，此时电弧放电最强烈。触头在断开时，若负载为非纯电阻型，便会产生反向电动势，触点之间空气被击穿，形成电弧放电，其产生的高温会烧毁触点，使继电器寿命大大衰减,使得智能插座工作次数远小于继电器标称的工作平均寿命。

发明内容

本发明提供了一种带过零检测保护的智能插座，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种带过零检测保护的智能插座，包括控制电路板，所述控制电路板包括继电器、定时器、检测模块、供电模块和MCU，所述MCU与检测模块、供电模块、定时器、继电器均相互电连接，所述继电器内包括继电器本体和继电器开关，所述插座主体与继电器之间相互电连接，所述家用电器与插座主体之间相互电连接，所述定时器与继电器之间相互电连接，所述检测模块与插座主体之间电连接，所述检测模块用于检测插座主体电压过零点的脉冲信号并发送给MCU；

所述供电模块的输入端与检测模块之间电连接，所述供电模块的输出端与MCU连接，所述供电模块用于从插座主体获取电能，为所述MCU提供工作电流。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述检测模块包括变压器、整流桥模块、RC滤膜保护模块和过零点检测模块，所述过零点检测模块包括发光二极管、受光器和限位电阻，所述发光二极管电连接在RC滤膜保护模块的线路上，所述受光器的发射集接地，所述受光器的集电集分别与限位电阻和MCU的I/O端口电连接。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述MCU的型号为STM8S103；所述继电器选择为短吸合与断开的NR4-63热过载继电器。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述控制电路板还包括与MCU电连接的通信模块，所述通信模块用于与云端服务器之间进行通信。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述通信模块采用WIFI或GPRS通信；所述定时器的定时时间为继电器动作时间的一半。

作为本技术方案的进一步改进方案：还包括固定板和保护壳，所述保护壳通过固定装置连接在固定板的侧壁上，所述固定板的下半部侧壁上开设有插座安装槽，所述插座安装槽上设有插座主体，所述插座主体上设有供电插孔，所述保护壳的下半部开设有呈贯穿设置的插座伸出口，所述固定板的上半部侧壁上开设有电路板安装槽，所述控制电路板位于电路板安装槽内。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述固定装置包括两个插杆和两个插槽，两个所述插杆均固定连接在保护壳的侧壁上，每个所述插杆的侧壁上开设有卡槽，两个所述插槽均开设在固定板的侧壁上，每个所述插槽的侧壁上均开设有呈贯穿设置的滑动槽，每个所述滑动槽的侧壁内开设有复位槽，每个所述复位槽内固定连接有限位杆，每个所述限位杆上滑动连接有滑动板，所述限位杆上套设有复位弹簧，每个所述滑动板上侧固定连接有滑动块，每个所述滑动块的一端固定连接有卡块，每个所述滑动块的另一端固定连接有拉环。

作为本技术方案的进一步改进方案：所述卡块的横截面呈直角三角形设置，所述卡槽与卡块的形状相匹配。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

针对市电是50Hz交流电，当检测模块检测到的电压过零点时，可将零点脉冲信号连接到的MCU的I/O端口，继电器触头在交流电过零点时闭合，在继电器的触点间在闭合期间，此时MCU控制供电模块，大大降低电压，可以极大地减小打火现象，同时启动定时器延时，定时时间为继电器动作时间的一半，一般为7-9ms，继电器需要选择短吸合、断开产品，定时器延时完成后，MCU输出控制继电器吸合或断开，这时继电器触点断开刚好在负载电流过零点时，这样产生的反向电动势最小，便可以减小电弧放电，本发明设计合理，构思巧妙，可保证继电器触头在交流电过零点时闭合，触点间在闭合期间，电压大大降低，可以极大地减小打火现象；触点断开时刚好在负载电流过零点时，这样产生的反向电动势最小，便可以减小电弧放电，进而可实现智能插座的长寿命设计，提高智能插座的可靠性及使用寿命。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提出的一种带过零检测保护的智能插座中检测模块的电路图；

图2为本发明提出的一种带过零检测保护的智能插座中控制流程框图；

图3为本发明提出的一种带过零检测保护的智能插座的爆炸结构示意图；

图4为本发明提出的一种带过零检测保护的智能插座的正面结构示意图；

图5为本发明提出的一种带过零检测保护的智能插座的侧面剖视结构示意图；

图6为图5中A的局部放大结构示意图；

图7为本发明提出的一种带过零检测保护的智能插座中卡块、滑动块、滑动板和拉环之间相互连接的立体结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1变压器、2整流桥模块、3 RC滤膜保护模块、4发光二极管、5受光器、6过零点检测模块、7限位电阻、8插座主体、9保护壳、10家用电器、11检测模块、12通信模块、13继电器、14定时器、15 MCU、16供电模块、17插座伸出口、18插座安装槽、19插槽、20控制电路板、21电路板安装槽、22固定板、23插杆、24供电插孔、25卡槽、26滑动槽、27滑动块、28复位槽、29拉环、30滑动板、31复位弹簧、32限位杆、33卡块。

实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1～7，本发明实施例中，一种带过零检测保护的智能插座，包括控制电路板20，控制电路板20包括继电器13、定时器14、检测模块11、供电模块16和MCU15，MCU15与检测模块11、供电模块16、定时器14、继电器13均相互电连接，继电器13内包括继电器本体和继电器开关，插座主体8与继电器13之间相互电连接，家用电器10与插座主体8之间相互电连接，定时器14与继电器13之间相互电连接，检测模块11与插座主体8之间电连接，检测模块11用于检测插座主体8电压过零点的脉冲信号并发送给MCU15；

供电模块16的输入端与检测模块11之间电连接，供电模块16的输出端与MCU15连接，供电模块16用于从插座主体8获取电能，为MCU15提供工作电流。

具体的，检测模块11包括变压器1、整流桥模块2、RC滤膜保护模块3和过零点检测模块6，过零点检测模块包括发光二极管4、受光器5和限位电阻7，发光二极管4电连接在RC滤膜保护模块3的线路上，受光器5的发射集接地，受光器5的集电集分别与限位电阻7和MCU15的I/O端口电连接，当检测模块11检测到的电压过零点时，可将零点脉冲信号连接到的MCU的I/O端口，继电器13触头在交流电过零点时闭合，在继电器13的触点间在闭合期间，此时MCU15控制供电模块，大大降低电压，可以极大地减小打火现象。

具体的，MCU15的型号为STM8S103；继电器13选择为短吸合与断开的NR4-63热过载继电器。

具体的，控制电路板20还包括与MCU15电连接的通信模块12，通信模块12用于与云端服务器之间进行通信，终端服务器可以面向供电企业与个人，满足各方需求，既保证了供电公司对末端精细信息的远程获取，又能够监测用电线路异常，保障用电安全。

具体的，通信模块12采用WIFI或GPRS通信；定时器14的定时时间为继电器13动作时间的一半，继电器13动作时间过半时，继电器触点上负载电流正好过零点，此时MCU15通过定时器14，可以吸合或断开继电器13，这样产生的反向电动势最小，便可以减小电弧放电。

具体的，还包括固定板22和保护壳9，保护壳9通过固定装置连接在固定板22的侧壁上，固定板22的下半部侧壁上开设有插座安装槽18，插座安装槽18上设有插座主体8，插座主体8上设有供电插孔24，保护壳9的下半部开设有呈贯穿设置的插座伸出口17，固定板22的上半部侧壁上开设有电路板安装槽21，控制电路板20位于电路板安装槽21内。

具体的，固定装置包括两个插杆23和两个插槽19，两个插杆23均固定连接在保护壳9的侧壁上，每个插杆23的侧壁上开设有卡槽25，两个插槽19均开设在固定板22的侧壁上，每个插槽19的侧壁上均开设有呈贯穿设置的滑动槽26，每个滑动槽26的侧壁内开设有复位槽28，每个复位槽28内固定连接有限位杆32，每个限位杆32上滑动连接有滑动板30，限位杆32上套设有复位弹簧31，每个滑动板30上侧固定连接有滑动块27，每个滑动块27的一端固定连接有卡块33，每个滑动块27的另一端固定连接有拉环29，当进行安装产品时，首先将控制电路板20放入电路板安装槽21中，插座主体8放入插座安装槽18中，然后将保护壳9侧壁上的两个插杆23对着固定板22侧壁上的两个插槽19插入，插入过程中，插杆23的侧壁将会首先挤压到卡块33的上方斜侧壁，使得卡块33被挤压进入到滑动槽26中，卡块33通过滑动块27和滑动板30进行压缩复位弹簧31，当插杆23到达插槽19的底侧壁时，插杆23侧壁上的卡槽25将正好位于卡块33的侧壁，卡块33在复位弹簧31的作用下将正好进入到卡槽25中，将插杆23固定在插槽19中，进而可将保护壳9安装在固定板22上，即可完成安装，当需要拆卸装置时，只需要通过拉环29拉动滑动块27，使得卡块33脱离卡槽25，即可取下保护壳9。

具体的，卡块33的横截面呈直角三角形设置，卡槽25与卡块33的形状相匹配，因为卡块33的上侧面呈倾斜设置，使得卡块33更容易被挤压位移。

本发明的工作原理是：

针对市电是50Hz交流电，当检测模块11检测到的电压过零点时，可将零点脉冲信号连接到的MCU的I/O端口，继电器13触头在交流电过零点时闭合，在继电器13的触点间在闭合期间，此时MCU15控制供电模块，大大降低电压，可以极大地减小打火现象，同时启动定时器14延时，定时时间为继电器动作时间的一半，一般为7-9ms，继电器13需要选择短吸合、断开产品，定时器14延时完成后，MCU15输出控制继电器13吸合或断开，这时继电器13触点断开刚好在负载电流过零点时，这样产生的反向电动势最小，便可以减小电弧放电。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带过零检测保护的智能插座，包括控制电路板（20），其特征在于，所述控制电路板（20）包括继电器（13）、定时器（14）、检测模块（11）、供电模块（16）和MCU（15），所述MCU（15）与检测模块（11）、供电模块（16）、定时器（14）、继电器（13）均相互电连接，所述继电器（13）内包括继电器本体和继电器开关，所述插座主体（8）与继电器（13）之间相互电连接，家用电器（10）与插座主体（8）之间相互电连接，所述定时器（14）与继电器（13）之间相互电连接，所述检测模块（11）与插座主体（8）之间电连接，所述检测模块（11）用于检测插座主体（8）电压过零点的脉冲信号并发送给MCU（15）；

所述供电模块（16）的输入端与检测模块（11）之间电连接，所述供电模块（16）的输出端与MCU（15）连接，所述供电模块（16）用于从插座主体（8）获取电能，为所述MCU（15）提供工作电流；

所述检测模块（11）包括变压器（1）、整流桥模块（2）、RC滤膜保护模块（3）和过零点检测模块（6），所述过零点检测模块包括发光二极管（4）、受光器（5）和限位电阻（7），所述发光二极管（4）电连接在RC滤膜保护模块（3）的线路上，所述受光器（5）的发射集接地，所述受光器（5）的集电集分别与限位电阻（7）和MCU（15）的I/O端口电连接；

所述控制电路板（20）还包括与MCU（15）电连接的通信模块（12），所述通信模块（12）用于与云端服务器之间进行通信；还包括固定板（22）和保护壳（9），所述保护壳（9）通过固定装置连接在固定板（22）的侧壁上，所述固定板（22）的下半部侧壁上开设有插座安装槽（18），所述插座安装槽（18）上设有插座主体（8），所述插座主体（8）上设有供电插孔（24），所述保护壳（9）的下半部开设有呈贯穿设置的插座伸出口（17），所述固定板（22）的上半部侧壁上开设有电路板安装槽（21），所述控制电路板（20）位于电路板安装槽（21）内；

所述固定装置包括两个插杆（23）和两个插槽（19），两个所述插杆（23）均固定连接在保护壳（9）的侧壁上，每个所述插杆（23）的侧壁上开设有卡槽（25），两个所述插槽（19）均开设在固定板（22）的侧壁上，每个所述插槽（19）的侧壁上均开设有呈贯穿设置的滑动槽（26），每个所述滑动槽（26）的侧壁内开设有复位槽（28），每个所述复位槽（28）内固定连接有限位杆（32），每个所述限位杆（32）上滑动连接有滑动板（30），所述限位杆（32）上套设有复位弹簧（31），每个所述滑动板（30）上侧固定连接有滑动块（27），每个所述滑动块（27）的一端固定连接有卡块（33），每个所述滑动块（27）的另一端固定连接有拉环（29）。

2.根据权利要求1所述的一种带过零检测保护的智能插座，其特征在于，所述MCU（15）的型号为STM8S103；所述继电器（13）选择为NR4-63热过载继电器。

3.根据权利要求1所述的一种带过零检测保护的智能插座，其特征在于，所述通信模块（12）采用WIFI或GPRS通信；所述定时器（14）的定时时间为继电器（13）动作时间的一半。

4.根据权利要求1所述的一种带过零检测保护的智能插座，其特征在于，所述卡块（33）的横截面呈直角三角形设置，所述卡槽（25）与卡块（33）的形状相匹配。

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