CN204679844U - 一种基于Zigbee的智能插座和智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于Zigbee的智能插座包括控制单元、继电器、Zigbee通信单元和计量单元，控制单元与Zigbee通信单元和计量单元连接，计量单元连接到火线上。还公开了基于Zigbee的智能控制系统，包括控制终端和多个上述的智能插座，控制终端包括控制模块，以及与控制模块连接的Zigbee通信模块、触摸屏。实施本实用新型的基于Zigbee的智能插座和智能控制系统，由Zigbee通信单元实现自动组网，无需依赖无线路由器，控制终端实现对智能插座的控制，网络更加稳定；通过计量单元获取实时用电数据或累计用电数据，数据发送到控制终端，用户可以清楚掌握用电设备耗电情况。

Description

一种基于Zigbee的智能插座和智能控制系统

技术领域

本实用新型涉及智能家居领域，更具体地说，涉及一种基于Zigbee的智能插座和智能控制系统。

背景技术

随随着科技进步，众多数码产品、电器已进入家庭，如电视机、空调、冰箱、热水器等高能耗电器，为人类的生活创造了非常多的便利，但同时也造成家庭能源消耗的急剧增长，尤其是隐形的待机功耗，累计数据更加惊人。通过智能插座的使用，无需手动拔出插头，只要智能控制开关就可以达到切断电源的作用，避免产生待机功耗，减少了资源的浪费。

智能插座通常由控制单元、通信单元和继电器组成，控制单元分别与通信单元、继电器连接，通信单元实现与手机、平板电脑等移动通信设备通信，将控制信号转发给控制单元，控制单元继而控制继电器的通或断，达到控制智能插座开关的效果。而与移动通信设备通信，需要依赖家庭的无线WIFI路由器，一旦路由器不工作或WIFI信号不好，移动通信设备就无法控制智能开关。并且除了控制开或关，现有的智能插座无法提供每个电器的用电数据给用户参考，用户只能通过月结的电费单得知总的用电量。

现有技术上缺少一种不受WIFI信号影响的、同时提供计量功能的智能插座和智能控制系统。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术缺少的上述缺陷，提供一种可以自动组网、并提供计量功能的基于Zigbee的智能插座和智能控制系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于Zigbee的智能插座，包括控制单元，以及与所述控制单元连接的继电器，所述继电器串接在火线上，所述智能插座还包括Zigbee通信单元和计量单元，所述控制单元分别与所述Zigbee通信单元和所述计量单元连接，所述计量单元连接到所述火线上。

根据本实用新型的基于Zigbee的智能插座，所述智能插座还包括与所述Zigbee通信单元连接的放大单元。

根据本实用新型的基于Zigbee的智能插座，所述智能插座还包括为所述各单元和所述继电器供电的供电单元。

根据本实用新型的基于Zigbee的智能插座，所述智能插座还包括连接到所述控制单元的复位键，所述复位键的控制端设置在所述智能插座的外壳上。

根据本实用新型的基于Zigbee的智能插座，所述控制单元和所述Zigbee通信单元集成在同一处理器上，所述处理器型号为CC2530。

根据本实用新型的基于Zigbee的智能插座，所述智能插座还包括连接到所述处理器的放大单元和复位键，以及为所述处理器、所述放大单元、所述计量单元和所述继电器供电的供电单元。

构造一种基于Zigbee的智能控制系统，包括控制终端和多个如上所述的智能插座，所述控制终端包括控制模块，以及与所述控制模块连接的Zigbee通信模块、触摸屏。

根据本实用新型的基于Zigbee的智能控制系统，控制模块还包含定时器。

根据本实用新型的基于Zigbee的智能控制系统，所述控制终端还包括与所述控制模块连接的WIFI通信模块。

本实用新型的基于Zigbee的智能插座包括控制单元、继电器、Zigbee通信单元和计量单元，控制单元与Zigbee通信单元和计量单元连接，计量单元连接到火线上；基于Zigbee的智能控制系统，包括控制终端和多个上述的智能插座，控制终端包括控制模块，以及与控制模块连接的Zigbee通信模块、触摸屏。通过实施本实用新型的基于Zigbee的智能插座和智能控制系统，达到以下有益效果：由Zigbee通信单元实现自动组网，无需依赖无线路由器，控制终端实现对智能插座的控制，网络更加稳定；通过计量单元获取实时用电数据或累计用电数据，数据发送到控制终端，用户可以清楚掌握用电设备耗电情况。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的基于Zigbee的智能插座的优选实施例的示意图；

图2是本实用新型的基于Zigbee的智能插座的优选实施例的计量单元的电路原理图；

图3是本实用新型的基于Zigbee的智能插座的优选实施例的处理器的外部电路原理图；

图4是本实用新型的基于Zigbee的智能插座的另一优选实施例的示意图；

图5是本实用新型的基于Zigbee的智能家居系统的优选实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参照图1所示，本实用新型的基于Zigbee的智能插座的优选实施例，包括控制单元，Zigbee通信单元、继电器和计量单元，控制单元分别与Zigbee通信单元、继电器和计量单元连接。

Zigbee通信单元与外部控制终端之间实现通信。Zigbee通信单元接收外部控制终端的控制信号，发送给控制单元；Zigbee通信单元接收到控制单元的用电信息和数据，再发送给外部控制终端。

继电器串接在火线上，继电器接收控制单元的控制信号，继电器根据控制信号控制电路的通或断，从而控制本实用新型的智能插座的开或关。

计量单元连接到火线，获取连接智能插座的用电设备的用电数据，包括功率、电压和电流等数据。计量单元将实时用电数据或累计用电数据发送给控制单元，通过控制单元发送给外部控制终端，供用户参考。

本实用新型的基于Zigbee的智能插座的工作原理如下：用电设备插接在智能插座上，连接到电源；智能插座中的Zigbee通信单元收到外部控制终端的开或关的控制信号，发送给控制单元；控制单元收到控制信号后，进行处理后再将控制信号转发给继电器，继电器控制电路的通或断，从而实现本实用新型的智能插座的开或关，用电设备继而实现工作或不工作。当用户需要读取用电数据时，控制单元向计量单元发送信号，计量单元获取智能插座的实时用电数据或累计用电数据发送给控制单元，控制单元将用电数据转发给外部控制终端，用户可以读取该用电设备的耗电相关数据。

通过实施本实用新型的基于Zigbee的智能插座，通过Zigbee通信单元实现自动组网，无需依赖无线路由器，网络更加稳定；通过计量单元获取实时用电数据或累计用电数据，用户可以清楚掌握用电设备耗电情况。

具体的，计量单元的电路原理图请参见图2。计量单元包括计量芯片，计量芯片的型号为PL7223。PL7223是高度集成的电源监控芯片，用于测量有功功率、电量、电压有效值、电流有效值，内置可编程DSP可以适应不同的应用计量，电源保护和主从模式，也内置有MTP存储芯片的配置，DSP代码和校准数据。PL7223还具有SPI从机接口，可用于校准和程序数据或DSP代码。计量芯片的V1P、V1M接口输入电压采样信号，I1P、I1M接口输入电流采样信号，。

如图2所示，计量单元还包括用于电压采样的由四个电阻（R222、R212、R223和R224）组成的电阻串，以及用于电流采样的锰铜电阻（R111）。锰铜电阻（R111）连接到I1P和I1M接口，通过锰铜电阻（R111）对用电设备的电流进行采样，获取电流信号，锰铜电阻（R111）一端与GND连接，另一端与用电设备连接；电阻串连接到V1P接口，对交流电压进行分压采样，获取电压信号。

计量芯片的SPI接口，实现控制单元对计量芯片的访问。控制单元通过测量SPI接口的脉冲周期，计算出功率、电压、电流和电量等参数。

具体的，控制单元和Zigbee通信单元集成在同一处理器上，该处理器具有Zigbee功能，处理器的外部电路原理图请参见图3。处理器型号为CC2530，是德州仪器生产的符合ZigBee技术的2.4GHz射频系统单芯片，适用于各种ZigBee或类似ZigBee的无线网络节点，包括调谐器、路由器和终端设备。处理器CC2530整合了ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器，使用8位MCU（8051）、128KB可编程闪存和8KB的RAM，还包含模拟数字转换器(ADC)、定时器（Timer）、AES128协同处理器、看门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路，以及21个可编程I/O引脚。

处理器CC2530的第23脚为SPI_DO，第22脚为SPI_CS，第17脚为SPI_DI，第3脚为SPI_CLK，分别与计量芯片的SPI接口连接，相互通信。通过SPI接口测量脉冲周期，计算功率、电压、电流、电流等参数。

具体的，继电器采用欧姆龙G5LA-1CF，触点形式为常开型。继电器一端通过三极管连接到CC2530的GPIO接口，另一端连接到L和Lout上。继电器需要5V供电，上电为常开状态，处理器CC2530通过控制三极管，达到控制继电器开关的目的。

进一步的，如图4所示的本实用新型的智能插座的另一优选实施例，还包括供电单元、复位键和放大单元。

复位键连接到控制单元，复位键的控制端设置在智能插座外壳上，可从智能插座的外部对控制单元进行控制。针对处理器CC2530，复位键连接到处理CC2530的GPIO接口。短按复位键，处理器CC2530则控制继电器的开关，实现智能插座的电路的通断；长按复位键，则重新启动处理器CC2530，达到智能插座复位的作用，通过对复位键的不同操作，达到对电路和CC2530的分别控制。

另外，通信单元的Zigbee通信距离有限，通信单元还连接有放大单元。针对处理器CC2530，采用的放大单元为FR6505DS芯片，连接到处理器CC2530的RF_P和RF_N接口，通过差分线的方式与处理器CC2530实现通信。通常Zigbee通信距离仅为100米左右，采用放大单元后，通信距离延长至1000米左右。

供电单元为所有处理器、芯片和继电器供电，采用AC-DC非隔离电源，无需变压器，保证在AC85V～265V的交流范围内，实现稳定的电压输出，为所有单元提供工作电压。实现稳定5V电压输出，最大支持1A的电流，5V电压经过LDO转换为3.3V电压。处理器CC2560、计量芯片、放大单元均为3.3V供电，继电器为5V供电。

上述实施例的基于Zigbee的智能插座，Zigbee通信单元与过外部控制终端中的Zigbee通信模块之间进行通信，由控制终端实现对智能插座的控制；控制终端可以同时与多个智能插座实现通信，对多个智能插座实现控制，控制终端和多个智能插座组成基于Zigbee的智能控制系统，参见图5。如图5所示的，控制终端包括控制模块，以及与控制模块连接的Zigbee通信模块、触摸屏。

Zigbee通信模块与智能插座中的Zigbee通信单元实现通信。ZigBee采用IEEE802.15.4标准，利用全球共用的公共频率2.4 GHz，应用于监视、控制网络，具有非常显著的低成本、低耗电、自组织、网络节点多、传输距离远等优势，是在网络模块的通信范围内，通过自动寻找，ZigBee模块很快就可以形成一个互联互通的ZigBee网络，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以无限扩展。目前被视为替代有线监视和控制网络领域最有前景的技术之一。通过Zigbee通信模块的组网，形成智能控制系统。

触摸屏用于显示与控制终端连接的所有智能插座的开关状态，还可以显示智能插座的当前用电数据和累计用电数据；触摸屏同时还具有交互控制功能，通过对触摸屏的触摸操作，实现对智能插座的开或关的操作。

本实用新型的基于Zigbee的智能控制系统的工作原理如下：用电设备插接在智能插座上，连接到电源；控制终端的触摸屏中显示所有智能插座的状态，对相应的智能插座进行开或关的触摸操作，触摸屏接收到控制信号后，转发给控制模块，控制模块通过Zigbee通信模块与智能插座的Zigbee通信单元通信，将控制信号发送给智能插座的控制单元，控制单元收到控制信号后，进行处理后再将控制信号转发给继电器，继电器控制电路的通或断，从而实现智能插座的开或关。用户操作控制终端的触摸屏，需要读取用电数据时，通过Zigbee模块与智能插座的Zigbee通信单元通信，智能插座的计量单元获取智能插座的实时用电数据或累计用电数据发送给控制单元，控制单元通过Zigbee通信单元与控制终端的Zigbee模块通信，将用电数据转发给控制终端，用户通过触摸屏读取该用电设备的耗电相关数据。

进一步的，控制模块还包含具有时钟功能的定时器，通过触摸屏输入开关时间，实现对智能插座的定时开关控制。

控制终端还包括WIFI通信模块，通过WIFI信号与手机、平板电脑等移动设备通信，在手机或平板电脑上安装APP软件，通过APP软件实现对控制终端的控制。移动设备可以实现对所有智能插座的开或关控制、定时开关的控制，并可以查看智能插座的用电设备的当前用电数据或累计用电数据。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (9)

1.一种基于Zigbee的智能插座，包括控制单元，以及与所述控制单元连接的继电器，所述继电器串接在火线上，其特征在于，所述智能插座还包括Zigbee通信单元和计量单元，所述控制单元分别与所述Zigbee通信单元和所述计量单元连接，所述计量单元连接到所述火线上。

2.根据权利要求1所述的基于Zigbee的智能插座，其特征在于，所述智能插座还包括与所述Zigbee通信单元连接的放大单元。

3.根据权利要求2所述的基于Zigbee的智能插座，其特征在于，所述智能插座还包括为所述各单元和所述继电器供电的供电单元。

4.根据权利要求1所述的基于Zigbee的智能插座，其特征在于，所述智能插座还包括连接到所述控制单元的复位键，所述复位键的控制端设置在所述智能插座的外壳上。

5.根据权利要求1所述的基于Zigbee的智能插座，其特征在于，所述控制单元和所述Zigbee通信单元集成在同一处理器上，所述处理器型号为CC2530。

6.根据权利要求5所述的基于Zigbee的智能插座，其特征在于，所述智能插座还包括连接到所述处理器的放大单元和复位键，以及为所述处理器、所述放大单元、所述计量单元和所述继电器供电的供电单元。

7.一种基于Zigbee的智能控制系统，其特征在于，包括控制终端和多个如权利要求1至6任一项所述的智能插座，所述控制终端包括控制模块，以及与所述控制模块连接的Zigbee通信模块、触摸屏。

8.根据权利要求7所述的基于Zigbee的智能控制系统，其特征在于，控制模块还包含定时器。

9.根据权利要求7所述的基于Zigbee的智能控制系统，其特征在于，所述控制终端还包括与所述控制模块连接的WIFI通信模块。