CN203942106U

CN203942106U - 一种无线计量式插座

Info

Publication number: CN203942106U
Application number: CN201420223368.XU
Authority: CN
Inventors: 郭晓钢; 田东; 张嘉骐; 颜文俊
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2024-04-30

Abstract

本实用新型公开了一种无线计量式插座，包括中央控制模块、电源模块、无线模块、存储模块、电路保护模块、显示模块、按键模块和数据采集模块。本实用新型不仅能测量电压、电流、频率、有功功率，还能计量累计电量和功率因数，可以测量显示时间日期并定时，且带有过电压和过电流保护功能，同时可以无线遥控智能插座的开关，收发用电数据在终端显示，并在手机或者电脑等终端进行远程控制和监测用电参数，方便用户统一采集与集中监控用电参数。

Description

一种无线计量式插座

技术领域

本实用新型属于电器领域，涉及一种插座，尤其涉及一种无线计量式插座。

背景技术

近年来，电子行业迅速发展，方便快捷的用电受到越来越多家庭的欢迎，因此对电器设备的要求也越来越高；目前市场上的普通插座只能为用电器提供电能，作为用电器的电源插头，结构简单，只涉及简单的电连接，并不能实时显示用电器的各项参数，包括电流、功率、电量等参数。当插座上的负载短路或者功率过大时，普通插座并不能自动切断电源保护用电器。而且现有的插座并不具有定时接通或断开的功能，例如在早上的时候，人们都想自动接通电饭锅，豆浆机等电器，待其煮熟食物之后再自动切断电源，现有的插座并不具有这样的功能。另外普通的插座并不能实现无线控制和远程遥控接通，不方便用户的自动化管埋。

在现代高科技时代，查看和控制传统插座上的用电器的电能参数很不便利，也随着人们对生活品质要求的提高，传统插座根本无法满足人们的需求。

发明内容

本实用新型在于针对现有技术的不足，提供一种无线计量式插座。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种无线计量式插座，包括：中央控制模块、电源模块、无线模块、存储模块、电路保护模块、显示模块、按键模块和数据采集模块；

所述中央控制模块包括芯片U1，电阻R1、R2、R7、R8，贴片电容C2、C4、C5、C6、C12、C14、C16、C17、C21、C23，电解电容C1、C3、C22、C13、C7，晶振Y1，开关J1、J2，所述晶振Y1与电阻R8并联后两端分别接入芯片U1的起振输入管脚和起振输出管脚，晶振Y1的两端分别连接贴片电容C12、C14，贴片电容C12、C14的另一端均接地；贴片电容C16的一端和电阻R7的一端相连后接入芯片U1的第二电源管脚，贴片电容C16的另一端接地；贴片电容C6的一端和电解电容C7的一端相连后接入芯片U1的第一电源管脚, 贴片电容C6的另一端和电解电容C7的另一端均接地；电阻R1的一端与贴片电容C5的一端相连后接入芯片U1的复位管脚，电阻R1的另一端接芯片U1的第一电源管脚，贴片电容C5的另一端接地；电解电容C13的一端和贴片电容C14的一端相连后接芯片U1的第三电源管脚，电解电容C13的另一端和贴片电容C14的另一端均接地；电阻R2的一端接开关J1的一端，电阻R2的另一端接芯片U1的第四电源管脚,开关J1的另一端与J2的一端相连后接芯片U1的第一输入管脚，开关J2的另一端接地；电解电容C3的一端和贴片电容C4的一端相连后接芯片U1的第四电源管脚，电解电容C3的另一端和贴片电容C4的另一端均接地；电解电容C1的一端和贴片电容C2的一端相连后接芯片U1的第五电源管脚，电解电容C1的另一端和贴片电容C2的另一端均接地；电解电容C9的一端和贴片电容C10的一端相连后接芯片U1的第六电源管脚，电解电容C9的另一端和贴片电容C10的另一端均接地；电解电容C22的一端和贴片电容C23的一端相连后接芯片U1的第七电源管脚，电解电容C22的另一端和贴片电容C23的另一端均接地；贴片电容C21的一端接入芯片U1的第八电源管脚，贴片电容C21的另一端接地。

进一步地，所述存储模块包括芯片U2、电阻R13-15、电容C20，所述芯片U2的第一地址输入管脚、第二地址输入管脚、第三地址输入管脚、接地管脚均接地，电阻R13的一端接芯片U2的使能管脚，电阻R14的一端接芯片U2的时钟总线管脚，电阻R15的一端接芯片U2的数据总线管脚，电容C20的一端接芯片U2的电源管脚，电容C20的另一端接地；芯片U2的使能管脚接芯片U1的第二输入管脚，芯片U2的时钟总线管脚接芯片U1的时钟管脚，芯片U2的数据总线管脚接芯片U1的数据管脚。

进一步地，所述电源模块、数据采集模块和保护模块包括继电器U4、三端稳压芯片U3、压敏电阻Rs、熔断电阻Fu、二极管D1、稳压管D2、三极管Q1、电阻R19、R21、R21、R23-R27、R29-R33、R41、R42、贴片电容C24、C27-C31、CBB电容C76、电解电容C25、C26；压敏电阻Rs一端接地，另一端接熔断电阻Fu，熔断电阻Fu另一端接端口J5，电阻R24的一端与贴片电容C30一端相连后接地GND，电阻R24的另一端与贴片电容C30的另一端相连后接入电阻R34一端，电阻R34另一端接电阻R33，电阻R33、R32、R31、R23串联后接入端口J5,CBB电容C76一端接入端口J5，另一端与稳压二极管D2的负极相连，端口J5接入市电L端，稳压二极管D2另一端接地，二极管D1正极与稳压二极管D2的负极连接，二极管D1负极与电阻R25相连后接入三端稳压芯片U3的输入端，电阻R25另一端与R26、R27串联后接地，电容C27一端与电解电容C25正极相连后接入三端稳压芯片U3的输入端，电容C27另一端与电解电容C25负极相连后接地，电容C28的一端与电解电容C26的正极相连后接入三端稳压芯片U3的输出端，电容C28的另一端与电解电容C26的负极均接地，继电器U4的一端接三端稳压芯片U3的输出端，另一端与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极接地，电阻R30的一端接三极管Q1的基极，另一端接入芯片U1的控制管脚相连，电阻R19的一端与电容C24的一端相连后接入芯片U1的第九电源管脚，电阻R19的另一端与电阻R42的一端相连后接入继电器U4的开关接口，继电器U4的第一触点接口接地，第二触电接口接接口J3，电容C24的另一端接地GND，电阻R42的另一端与电阻R41的一端相连后接地，电阻R41的另一端与电阻R21的一端相连，电阻R21的另一端与电容C29的一端相连后接入芯片U1的第十电源管脚，电容C29的另一端接地，电阻R29的一端与电容C31的一端相连后接入芯片U1的第十一电源管脚,电阻R29的另一端与电容C31的另一端均接地，三端稳压芯片U3的输出端接电阻R7的另一端。

进一步地，所述按键模块包括开关K1-K4,电容C8、C11、C18、C19，电阻R3-R6，电阻R9-R12，开关K1的1、4端与电容C8的一端连接后与电阻R4的一端相连，开关K1的2、3端和电容C8的另一端均接地，电阻R4的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端接入三端稳压芯片U3的输出端；开关K2的1、4端与电容C11的一端连接后与电阻R6的一端相连，开关K2的2、3端和电容C11的另一端均接地，电阻R6的另一端与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端接入三端稳压芯片U3的输出端；开关K3的1、4端与电容C18的一端连接后与电阻R10的一端相连，开关K3的2、3端和电容C18的另一端均接地，电阻R10的另一端与电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端接入三端稳压芯片U3的输出端；开关K4的1、4端与电容C19的一端连接后与电阻R12的一端相连，开关K4的2、3端和电容C19的另一端均接地，电阻R12的另一端与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端接入三端稳压芯片U3的输出端。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型不仅能测量电压、电流、频率、有功功率，还能计量累计电量和功率因数，可以测量显示时间日期并定时，且带有过电压和过电流保护功能，同时可以无线遥控智能插座的开关，收发用电数据在终端显示，并在手机或者电脑等终端进行远程控制和监测用电参数，方便用户统一采集与集中监控用电参数。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是中央控制模块原理图；

图3是存储模块原理图；

图4是电源模块、数据采集模块和保护模块原理图；

图5是按键模块原理图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型专利，下面结合相关附图对本实用新型专利进行更全面的描述，附图给出了本实用新型经过优化后的较好的实施方案。

如图1所示，本实用新型一种无线计量式插座，包括：中央控制模块、电源模块、无线模块、存储模块、电路保护模块、显示模块、按键模块和数据采集模块。

如图2所示，所述中央控制模块包括芯片U1，电阻R1、R2、R7、R8，贴片电容C2、C4、C5、C6、C12、C14、C16、C17、C21、C23，电解电容C1、C3、C22、C13、C7，晶振Y1，开关J1、J2，所述晶振Y1与电阻R8并联后两端分别接入芯片U1的起振输入管脚（管脚OSCI）和起振输出管脚（管脚OSCO），晶振Y1的两端分别连接贴片电容C12、C14，贴片电容C12、C14的另一端均接地；贴片电容C16的一端和R7的一端相连后接入芯片U1的第二电源管脚（管脚VSYS），贴片电容C16的另一端接地；贴片电容C6的一端和电解电容C7的一端相连后接入芯片U1的第一电源管脚（管脚VDD3P3）, 贴片电容C6的另一端和电解电容C7的另一端均接地；电阻R1的一端与贴片电容C5的一端相连后接入芯片U1的复位管脚（管脚/RST），电阻R1的另一端接芯片U1的第一电源管脚（管脚VDD3P3），贴片电容C5的另一端接地；电解电容C13的一端和贴片电容C14的一端相连后接芯片U1的第三电源管脚（管脚VDD1P8），电解电容C13的另一端和贴片电容C14的另一端均接地；电阻R2的一端接开关J1的一端，电阻R2的另一端接芯片U1的第四电源管脚（管脚VDD3P3_3）,开关J1的另一端与J2的一端相连后接芯片U1的第一输入管脚（管脚SEG25/PC0），开关J2的另一端接地；电解电容C3的一端和贴片电容C4的一端相连后接芯片U1的第四电源管脚（管脚VDD3P3_3），电解电容C3的另一端和贴片电容C4的另一端均接地；电解电容C1的一端和贴片电容C2的一端相连后接芯片U1的第五电源管脚（管脚VDD3P3_1），电解电容C1的另一端和贴片电容C2的另一端均接地；电解电容C9的一端和贴片电容C10的一端相连后接芯片U1的第六电源管脚（管脚VDD1p8_2），电解电容C9的另一端和贴片电容C10的另一端均接地；电解电容C22的一端和贴片电容C23的一端相连后接芯片U1的第七电源管脚（管脚VREF），电解电容C22的另一端和贴片电容C23的另一端均接地；贴片电容C21的一端接入芯片U1的第八电源管脚（管脚VREFO），贴片电容C21的另一端接地。

如图3所示，所述存储模块包括芯片U2、电阻R13-15、电容C20，芯片U2的第一地址输入管脚（管脚A0）、第二地址输入管脚（管脚A1）、第三地址输入管脚（管脚A3）、接地管脚（管脚GND）均接地，电阻R13的一端接芯片U2的使能管脚（管脚TEST），电阻R14的一端接芯片U2的时钟总线管脚（管脚SCL），电阻R15的一端接芯片U2的数据总线管脚（管脚SDA），电容C20的一端接芯片U2的电源管脚（管脚VCC），电容C20的另一端接地；芯片U2的使能管脚（管脚TEST）接芯片U1的第二输入管脚（管脚INT0/P3.2），芯片U2的时钟总线管脚（管脚SCL）接芯片U1的时钟管脚（管脚SCL/P3.0），芯片U2的数据总线管脚（管脚SDA）接芯片U1的数据管脚（管脚SDA/P3.1）。

如图4所示，所述电源模块、数据采集模块和保护模块包括继电器U4、三端稳压芯片U3、压敏电阻Rs、熔断电阻Fu、二极管D1、稳压管D2、三极管Q1、电阻R19、R21、R21、R23-R27、R29-R33、R41、R42、贴片电容C24、C27-C31、CBB电容C76、电解电容C25、C26；压敏电阻Rs一端接地，另一端接熔断电阻Fu，熔断电阻Fu另一端接端口J5，电阻R24的一端与贴片电容C30一端相连后接地GND，电阻R24的另一端与贴片电容C30的另一端相连后接入电阻R34一端，电阻R34另一端接电阻R33，电阻R33、R32、R31、R23串联后接入端口J5,CBB电容C76一端接入端口J5，另一端与稳压二极管D2的负极相连，端口J5接入市电L端，稳压二极管D2另一端接地，二极管D1正极与稳压二极管D2的负极连接，二极管D1负极与电阻R25相连后接入三端稳压芯片U3的输入端（端口VIN），电阻R25另一端与R26、R27串联后接地，电容C27一端与电解电容C25正极相连后接入三端稳压芯片U3的输入端（端口VIN），电容C27另一端与电解电容C25负极相连后接地，电容C28的一端与电解电容C26的正极相连后接入三端稳压芯片U3的输出端（端口VOUT），电容C28的另一端与电解电容C26的负极均接地，继电器U4的一端接三端稳压芯片U3的输出端（端口VOUT），另一端与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极接地，电阻R30的一端接三极管Q1的基极，另一端接入芯片U1的控制管脚（管脚KEY2/P1.2）相连，电阻R19的一端与电容C24的一端相连后接入芯片U1的第九电源管脚（管脚V1N），电阻R19的另一端与电阻R42的一端相连后接入继电器U4的开关接口，继电器U4的第一触点接口接地，第二触电接口接接口J3，电容C24的另一端接地GND，电阻R42的另一端与电阻R41的一端相连后接地，电阻R41的另一端与电阻R21的一端相连，电阻R21的另一端与电容C29的一端相连后接入芯片U1的第十电源管脚（管脚V1P），电容C29的另一端接地，电阻R29的一端与电容C31的一端相连后接入芯片U1的第十一电源管脚（管脚V3N）,电阻R29的另一端与电容C31的另一端均接地；三端稳压芯片U3的输出端（端口VOUT）接电阻R7的另一端。

如图5所示，所述按键模块包括开关K1-K4,电容C8、C11、C18、C19，电阻R3-R6，电阻R9-R12，开关K1的1、4端与电容C8的一端连接后与电阻R4的一端相连，开关K1的2、3端和电容C8的另一端均接地，电阻R4的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端接入三端稳压芯片U3的输出端（端口VOUT）；开关K2的1、4端与电容C11的一端连接后与电阻R6的一端相连，开关K2的2、3端和电容C11的另一端均接地，电阻R6的另一端与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端接入三端稳压芯片U3的输出端（端口VOUT）；开关K3的1、4端与电容C18的一端连接后与电阻R10的一端相连，开关K3的2、3端和电容C18的另一端均接地，电阻R10的另一端与电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端接入三端稳压芯片U3的输出端（端口VOUT）；开关K4的1、4端与电容C19的一端连接后与电阻R12的一端相连，开关K4的2、3端和电容C19的另一端均接地，电阻R12的另一端与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端接入三端稳压芯片U3的输出端（端口VOUT）。

本实用新型所述无线模块，可以采用nRF905无线射频模块，及时的将电能数据发送到智能终端，nRF905芯片工作电压为DC1.9～3.6V，功耗很低，32引脚QFN封装，内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制，该芯片工作在433/868/915MHz三个ISM频段，频段之间收发模式切换时间<650us。nRF905无线射频模块外置单鞭天线，直线可视通信距离可达200-300米，通信距离远、信号稳定是采用其较大的优势。此外，我们可以通过无线模块对插座单元进行定义地址，当有多台无线插座工作时，方便我们进行远程实时监控和管理用电设备的用电信息。

本实用新型所述中央控制模块的芯片U1可以采用专用单相电能计量芯片ATT7035，单相电能专用SOC计量芯片ATT7035是一款具有国际领先水平的专用单相电能计量的SOC，片内集成处理器单元、单相电能计量单元、电源管理、时钟管理单元以及PLL倍频和JTAG调试等功能。

本实用新型所述芯片U2可以采用芯片FT24C02，在断电后也能够及时的存储数据，用于存储无线计量式插座的历史用电数据。

本实用新型所述三端稳压芯片U3可以采用H7533-1芯片。所述显示模块可以采用通用的LCD显示屏。

本实用新型所述电路保护模块可以用于防雷保护，由压敏电阻和熔断器串联起到防雷的作用，当产生雷击的时候，压敏电阻RS两端电压会稳定470V，防止电路元器件被高电压击穿损坏，一旦压敏电阻被击穿，会产生较大的电流，熔断器会被熔断，启动保护电路的作用。

本实用新型的描述和应用只是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims

1.一种无线计量式插座，其特征在于，包括：中央控制模块、电源模块、无线模块、存储模块、电路保护模块、显示模块、按键模块和数据采集模块；其中，所述中央控制模块包括芯片U1，电阻R1、R2、R7、R8，贴片电容C2、C4、C5、C6、C12、C14、C16、C17、C21、C23，电解电容C1、C3、C22、C13、C7，晶振Y1，开关J1、J2；所述晶振Y1与电阻R8并联后两端分别接入芯片U1的起振输入管脚和起振输出管脚，晶振Y1的两端分别连接贴片电容C12和C14，贴片电容C12和C14的另一端均接地；贴片电容C16的一端和电阻R7的一端相连后接入芯片U1的第二电源管脚，贴片电容C16的另一端接地；贴片电容C6的一端和电解电容C7的一端相连后接入芯片U1的第一电源管脚, 贴片电容C6的另一端和电解电容C7的另一端均接地；电阻R1的一端与贴片电容C5的一端相连后接入芯片U1的复位管脚，电阻R1的另一端接芯片U1的第一电源管脚，贴片电容C5的另一端接地；电解电容C13的一端和贴片电容C14的一端相连后接芯片U1的第三电源管脚，电解电容C13的另一端和贴片电容C14的另一端均接地；电阻R2的一端接开关J1的一端，电阻R2的另一端接芯片U1的第四电源管脚,开关J1的另一端与J2的一端相连后接芯片U1的第一输入管脚，开关J2的另一端接地；电解电容C3的一端和贴片电容C4的一端相连后接芯片U1的第四电源管脚，电解电容C3的另一端和贴片电容C4的另一端均接地；电解电容C1的一端和贴片电容C2的一端相连后接芯片U1的第五电源管脚，电解电容C1的另一端和贴片电容C2的另一端均接地；电解电容C9的一端和贴片电容C10的一端相连后接芯片U1的第六电源管脚，电解电容C9的另一端和贴片电容C10的另一端均接地；电解电容C22的一端和贴片电容C23的一端相连后接芯片U1的第七电源管脚，电解电容C22的另一端和贴片电容C23的另一端均接地；贴片电容C21的一端接入芯片U1的第八电源管脚，贴片电容C21的另一端接地。

2.根据权利要求1所述无线计量式插座，其特征在于，所述存储模块包括芯片U2、电阻R13-15、电容C20，所述芯片U2的第一地址输入管脚、第二地址输入管脚、第三地址输入管脚、接地管脚均接地，电阻R13的一端接芯片U2的使能管脚，电阻R14的一端接芯片U2的时钟总线管脚，电阻R15的一端接芯片U2的数据总线管脚，电容C20的一端接芯片U2的电源管脚，电容C20的另一端接地；芯片U2的使能管脚接芯片U1的第二输入管脚，芯片U2的时钟总线管脚接芯片U1的时钟管脚，芯片U2的数据总线管脚接芯片U1的数据管脚。

3.根据权利要求1所述无线计量式插座，其特征在于，所述电源模块、数据采集模块和保护模块包括继电器U4、三端稳压芯片U3、压敏电阻Rs、熔断电阻Fu、二极管D1、稳压管D2、三极管Q1、电阻R19、R21、R21、R23-R27、R29-R33、R41、R42、贴片电容C24、C27-C31、CBB电容C76、电解电容C25、C26；压敏电阻Rs一端接地，另一端接熔断电阻Fu，熔断电阻Fu另一端接端口J5，电阻R24的一端与贴片电容C30一端相连后接地GND，电阻R24的另一端与贴片电容C30的另一端相连后接入电阻R34一端，电阻R34另一端接电阻R33，电阻R33、R32、R31、R23串联后接入端口J5,CBB电容C76一端接入端口J5，另一端与稳压二极管D2的负极相连，端口J5接入市电L端，稳压二极管D2另一端接地，二极管D1正极与稳压二极管D2的负极连接，二极管D1负极与电阻R25相连后接入三端稳压芯片U3的输入端，电阻R25另一端与R26、R27串联后接地，电容C27一端与电解电容C25正极相连后接入三端稳压芯片U3的输入端，电容C27另一端与电解电容C25负极相连后接地，电容C28的一端与电解电容C26的正极相连后接入三端稳压芯片U3的输出端，电容C28的另一端与电解电容C26的负极均接地，继电器U4的一端接三端稳压芯片U3的输出端，另一端与三极管Q1的集电极相连，三极管Q1的发射极接地，电阻R30的一端接三极管Q1的基极，另一端接入芯片U1的控制管脚相连，电阻R19的一端与电容C24的一端相连后接入芯片U1的第九电源管脚，电阻R19的另一端与电阻R42的一端相连后接入继电器U4的开关接口，继电器U4的第一触点接口接地，第二触电接口接接口J3，电容C24的另一端接地GND，电阻R42的另一端与电阻R41的一端相连后接地，电阻R41的另一端与电阻R21的一端相连，电阻R21的另一端与电容C29的一端相连后接入芯片U1的第十电源管脚，电容C29的另一端接地，电阻R29的一端与电容C31的一端相连后接入芯片U1的第十一电源管脚,电阻R29的另一端与电容C31的另一端均接地，三端稳压芯片U3的输出端接电阻R7的另一端。

4.根据权利要求1所述无线计量式插座，其特征在于，所述按键模块包括开关K1-K4,电容C8、C11、C18、C19，电阻R3-R6，电阻R9-R12，开关K1的1、4端与电容C8的一端连接后与电阻R4的一端相连，开关K1的2、3端和电容C8的另一端均接地，电阻R4的另一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端接入三端稳压芯片U3的输出端；开关K2的1、4端与电容C11的一端连接后与电阻R6的一端相连，开关K2的2、3端和电容C11的另一端均接地，电阻R6的另一端与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端接入三端稳压芯片U3的输出端；开关K3的1、4端与电容C18的一端连接后与电阻R10的一端相连，开关K3的2、3端和电容C18的另一端均接地，电阻R10的另一端与电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端接入三端稳压芯片U3的输出端；开关K4的1、4端与电容C19的一端连接后与电阻R12的一端相连，开关K4的2、3端和电容C19的另一端均接地，电阻R12的另一端与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端接入三端稳压芯片U3的输出端。