CN204992153U - 一种基于Wi-Fi的多功能智能插座 - Google Patents

一种基于Wi-Fi的多功能智能插座 Download PDF

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黄亮
吉栋
高金鹏
唐玉建
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北京智芯微电子科技有限公司
国家电网公司
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Abstract

本实用新型公开了一种基于Wi-Fi的多功能智能插座,包括:电源模块、智能插座主电路,所述电源模块的输入端连接外部市电输入接口,输出端与所述智能插座主电路相连,所述电源模块为所述智能插座主电路的各模块提供直流工作电源;所述智能插座主电路包括:电量采集单元、Wi-Fi无线通信单元、电磁继电器,所述电量采集单元、所述电磁继电器分别与所述Wi-Fi无线通信单元相连;所述电量采集单元包括:电压互感器、电流互感器、信号调理电路、电能计量芯片,所述电压互感器、电流互感器分别通过所述信号调理电路与所述电能计量芯片相连;所述电能计量芯片还与所述Wi-Fi无线通信单元相连。

Description

一种基于W1-Fi的多功能智能插座
技术领域
[0001] 本实用新型涉及无线通信和电能计量技术领域,特别涉及一种基于W1-Fi的多功能智能插座。
背景技术
[0002] 随着世界经济的发展和城市化进度的加快,能源需求量持续增长,环境问题日益严峻。调整和优化能源结构,应对全球气候变化,实现可持续发展成为人类社会普遍关注的焦点,更成为电力行业实现转型发展的核心驱动力,智能电网的理念逐渐萌发形成,成为全球电力工业应对未来挑战的共同选择。
[0003] 电力用户希望能够实时了解自己的用电信息、电价信息等,并通过主动参与用电管理,降低本单位或家庭的用电费用,实现科学用电,提高能源利用效率,达到需求侧管理和节能减排的目的。电网企业通过引导用户用电负荷的转移,进行削峰填谷,降低对输配电设施容量的需求,从而减少对输配电设施的投入,提高企业的收益,达到节能减排的目的。
[0004] 要达到上述目的的一项重要基础首先需要对用电器进行电量监测并智能控制用电器的开关状态,实现用电器的精细化、智能化管理。现有电量计量设备都是用来计量用户总的用电量数据,无法对单个用电器的用电信息进行计量,此外不同用电器的工作模式和使用特性也是不同的,需要对不同的用电器采用不同的控制策略,同时还要实现对用电器的本地与远程控制。现有智能插座功能较为单一,仅限于用电器的开关控制功能,无法满足智慧家庭用户的新需求。
[0005] 其次,为了保证准确的定时控制与有效的分时电量数据,需要配备实时时钟电路,但现有智能插座实时时钟电路备用电源一般采用电池,成本较高,此外电池生产过程还会造成污染。现有“智能插座”中都配置有实时时钟电路,实时时钟电路是智能插座实现精确定时控制与实时电量采集的重要保障,具有重要作用。实时时钟电路需要在智能插座主供电电源断电的情况下继续保持工作,进行精确的时间记录。这就需要为实时时钟电路配备备用供电电源。现有方法多采用电池作为实时时钟的备用电源,但其存在很多缺点:电池生产过程严重污染环境;电池的回收还没有很好的解决方案;大量的电池需要进口,成本较尚ο
[0006] 再次,随着无线网络的大面积使用,通信的安全性也成为人们日益关注的焦点,现有智能插座在通信安全性方面主要是基于W1-Fi通信自身的安全防护措施与技术手段,通信安全性方面有待加强。
实用新型内容
[0007] 为了解决现有技术中存在的智能插座功能单一、通信安全性较低的技术问题,本实用新型提出了一种基于W1-Fi的多功能智能插座。
[0008] 本实用新型所述的基于W1-Fi的多功能智能插座,包括:
[0009] 电源模块、智能插座主电路,所述电源模块的输入端连接外部市电输入接口,输出端与所述智能插座主电路相连,所述电源模块为所述智能插座主电路的各模块提供直流工作电源;
[0010] 所述智能插座主电路包括:电量采集单元、W1-Fi无线通信单元、电磁继电器,所述电量采集单元、所述电磁继电器分别与所述W1-Fi无线通信单元相连;
[0011] 所述电量采集单元、所述电磁继电器分别与外部市电输入接口相连,所述电磁继电器还与外部市电输出接口相连;
[0012] 所述电量采集单元包括:电压互感器、电流互感器、信号调理电路、电能计量芯片,所述电压互感器、电流互感器分别通过所述信号调理电路与所述电能计量芯片相连;
[0013] 所述电能计量芯片还与所述W1-Fi无线通信单元相连。
[0014] 优选的,所述信号调理电路包括以下任意一种或多种:滤波器、放大器、电平转换器、跟随器。
[0015] 优选的,所述智能插座主电路还包括:
[0016] 备用电源、实时时钟电路,所述实时时钟电路与所述W1-Fi无线通信单元相连,所述备用电源为所述实时时钟电路提供备用电。
[0017] 优选的,所述备用电源为超级电容。
[0018] 优选的,所述智能插座主电路还包括:安全加密芯片,所述安全加密芯片与所述W1-Fi无线通信单元相连。
[0019] 优选的,所述智能插座主电路还包括:温湿度采集模块,所述温湿度采集模块与所述W1-Fi无线通信单元相连。
[0020] 优选的,所述智能插座主电路还包括:红外通信模块,所述红外通信模块与所述W1-Fi无线通信单元相连。
[0021] 优选的,所述智能插座主电路还包括:控制按键,所述控制按键与所述W1-Fi无线通信单元相连。
[0022] 优选的,所述智能插座主电路还包括:状态指示灯,所述状态指示灯与所述W1-Fi无线通信单元相连。
[0023] 优选的,所述状态指示灯包括:P0WER指示灯和LINK指示灯。
[0024] 本实用新型提出的基于W1-Fi的多功能智能插座,采用W1-Fi技术并配置有电能计量芯片和电磁继电器,可通过W1-Fi网络实现用电器的远程用能信息采集、电源通断、数据管理和智能控制功能,与现有技术相比提高了用电器的精细化和智能化管理水平。采用超级电容作为智能插座中实时时钟电路的备用电源,在主电源正常供电时,对超级电容进行充电,完成电量存储;在主电源断电的情况下,超级电容释放其存储的电量充当实时时钟电路的备用电源,超级电容充放电寿命很长,相对以电池作为备用电源成本将大幅度降低。
[0025] 本实用新型的基于W1-Fi的多功能智能插座,采用RTL8195AM作为核心工作芯片,其内部集成ARM cortex M3处理器、MAC层处理器、基带电路、RF射频电路,是一种高集成度的单芯片解决方案,提高了设备工作的稳定性,有效降低了设备的成本。配置有安全加密芯片,采用硬件方式实现加密处理,在保障信息通信安全的同时又不会影响数据传输的实时性。该多功能智能插座还配置有红外通信模块,可使用移动终端(如手机、平板电脑等)通过智能插座间接遥控用电器,即实现用电器遥控器功能。还配置有温湿度采集模块,可实时监测室内环境状况,方便用户实时了解居住环境,提升生活品质。
附图说明
[0026] 图1是本实用新型的基于W1-Fi的多功能智能插座的结构示意图。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图,对本实用新型的几个具体实施方式进行详细描述,但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0028] 为了解决现有技术中存在的智能插座功能单一、通信安全性较低的技术问题,本实用新型提出了一种基于W1-Fi的多功能智能插座。本实用新型提供的基于W1-Fi的多功能智能插座,是连接在电源与用电器之间的设备,智能插座通过W1-Fi与无线路由器设备进行通信,从而与网络服务器建立连接,用户可通过具有无线上网功能的手持终端(如手机、平板电脑)与智能插座交互,可实现用电器无线自动抄表、监测用电器状态与电量信息,可定时开关用电器、本地和远程控制用电器的通断,以达到智能监测与控制家电的目的。
[0029] 此外,本实用新型提出的智能插座还采用超级电容作为实时时钟电路的备用电源,采用专用安全加密芯片进行信息加密,同时具备家电红外遥控、室内温湿度采集等功能。本实用新型提出的多功能智能插座还配置有电量采集单元、红外通信单元、温湿度采集模块。通过电量采集单元可实现用电器的用能信息采集;通过红外通信模块,可实现替代用电器遥控器功能,通过手持终端(如手机、平板电脑)遥控用电器工作;通过温湿度采集模块可实现室内环境的实时检测(如温度、湿度等),方便用户实时了解室内环境状况。
[0030] 如图1所示,本实用新型的基于W1-Fi的多功能智能插座,包括:电源模块10和智能插座主电路,电源模块10的输入端连接外部市电输入接口,输出端与智能插座主电路相连,为智能插座主电路的各模块提供直流工作电源。其中,智能插座主电路包括:电量采集单元20、W1-Fi无线通信单元30、电磁继电器40、安全加密芯片50、状态指示灯60、控制按键70、红外通信模块80、备用电源90、实时时钟电路100、温湿度采集模块110。
[0031] 电量采集单元20、电磁继电器40分别与W1-Fi无线通信单元30相连;电量采集单兀20、电磁继电器40分别与外部插座市电输入接口相连,电磁继电器40还与外部插座市电输出接口相连。
[0032] 电源模块10包括保护电路和电压转换电路,为智能插座中其他单元和电路提供直流工作电源。
[0033] 电量采集单元20包括电压互感器201、电流互感器202、信号调理电路203、电能计量芯片204。电压互感器201、电流互感器202分别通过信号调理电路203与电能计量芯片204相连;电能计量芯片204还与W1-Fi无线通信单元30相连。
[0034] 电压互感器201将被测交流电压隔离转换为同频同相的小交流电压信号,电流互感器202将被测交流电流隔离转换为同频同相的小交流电流信号。信号调理电路203将电压互感器201、电流互感器202所测得的电流、电压信号转换为符合电能计量芯片204模拟输入端输入范围的小电流、电压信号,信号调理电路203可以为滤波器、放大器、电平转换器、跟随器中的一种或多种。电能计量芯片204为一种可以测量有功功率、无功功率、有功能量、无功能量,并能提供电流有效值、电压有效值、线频率、过零中断等的专用芯片。电能计量芯片204与W1-Fi无线通信单元30之间通过串行通信接口连接。
[0035] W1-Fi无线通信单元30是低功耗的W1-Fi模块,由RTL8195AM芯片、滤波电路、射频匹配电路、天线等组成。RTL8195AM芯片内部集成ARM cortex M3处理器、MAC层处理器、基带电路、RF射频电路,RTL8195AM芯片不仅可以实现Wi_Fi通信功能还是智能插座的控制核心,完成指令控制与信息分发。滤波电路、射频匹配电路完成传输阻抗匹配,减少驻波,使信号传输能量衰减最小;天线采用PCB印制板天线或IPEX座连接外置天线。
[0036] W1-Fi无线通信单元30实现多功能智能插座与家用无线网关的数据通信,进而实现用电器本地与远程开关控制,将用电器通断状态、电流、电压、功率等电量信息上报用户监控端(如手机、平板电脑或服务器)。本实用新型的多功能智能插座通过W1-Fi网络实现用电器的电量参数自动采集与供电回路通断控制,实现用电器的无线远程监控。
[0037] 电磁继电器40为多功能智能插座连接的用电器供电通断的执行部件,采用低功耗的磁保持继电器实现。
[0038] 安全加密芯片50,是一个可独立进行密钥生成、加解密的装置,内部拥有独立的处理器和存储单元,可存储密钥和特征数据,提供加密和安全认证服务。用安全芯片进行加密,密钥被存储在硬件中,被窃的数据无法解密,从而保护商业隐私和数据安全。
[0039] 本实用新型的安全加密芯片50采用内置了 SM2、SM3、SM4国密算法的ESAM芯片,可以实现数据的加密、解密、签名、验证、身份认证、访问权限控制、通信线路保护等功能,保证设备数据存储、传输、交互的安全性。本领域技术人员应当了解,凡是能够实现硬件加密的其他安全加密芯片,也应当包含在本实用新型要求保护的范围内。安全加密芯片50通过串行数据接口与W1-Fi无线通信单元30相连,控制指令与各种传感器采集信息(如电压互感器201、电流互感器202采集的信息)经过安全加密芯片50加密处理后通过W1-Fi无线网络进行双向传输。
[0040] 由于采用硬件方式实现加密处理,在保障信息安全的同时又不会影响数据传输的实时性。采用专用安全加密芯片50在应用层对数据进行加密,安全加密芯片支持SM2、SM3、SM4国密算法,大大提高了通信的安全性,此外相比软件加密方式,采用专用安全加密芯片50进行加密有效保障了通信的实时性。
[0041 ] 状态指示灯60包括POWER指示灯和LINK指示灯,POWER指示灯为蓝色、常亮状态表示智能插座继电器闭合,智能插座输出接口通电;熄灭状态表示智能插座继电器断开,智能插座输出接口断电。LINK指示灯为红绿两色,绿色闪烁状态表示智能插座正在等待网络设置,绿色常亮状态表示智能插座已成功连接W1-Fi无线网络,红色闪烁状态表示智能插座正在通过W1-Fi收发数据。
[0042] 控制按键70可控制智能插座继电器的通断,实现智能插座的手动开关电功能。
[0043] 红外通信模块80,具有红外发送功能,可实现家用电器的远程遥控,替代现有家电遥控器功能。在移动终端(如手机、平板电脑等)上装载用电器的控制指令代码,通过W1-Fi移动终端向多功能智能插座发送用电器(电视、空调等)控制指令,移动终端通过W1-Fi网络向智能插座发送用电器控制指令,多功能智能插座接收控制指令后将其转换为用电器标准指令格式,然后通过红外通信模块80向用电器发送遥控信息,即实现替代用电器遥控器功能。
[0044] 实时时钟电路100为W1-Fi无线通信单元30提供精确的实时时间信息,相对于W1-Fi无线通信单元30内部定时器具有更高的精度,同时可提供年、月、日、星期等实用信息,是智能插座实现精确定时控制与实时电量采集的重要保障。实时时钟的缩写是RTC(Real Time Clock),是指可以像时钟一样输出实际时间的电子设备,一般会是集成电路,因此也称为时钟芯片。常用来表示在个人电脑、服务器或嵌入式系统中有此机能的设备,不过许多需要精确定时的系统都会有此功能。
[0045] 实时时钟一项基本需求为配置备用电源90,在智能插座主电源供电掉电时,备用电源90要保障实时时钟在一定时间内供电要求,保障实时时钟电路100的正常工作,从而在智能插座重新上电后为系统提供准确的实时时钟信息。传统实时时钟备用电源多采用纽扣电池,但其存在成本高、制造过程污染严重、回收困难等缺点。
[0046] 在本实用新型的技术方案中,多功能智能插座采用超级电容作为实时时钟的备用电源90,在智能插座主电源正常供电时,对超级电容进行充电,完成电量存储;当智能插座主电源断电的情况下,超级电容释放其存储的电量充当实时时钟电路100的备用电源,超级电容充放电寿命很长,可达500000次或90000小时,相对电池成本将大幅度降低。采用超级电容作为实时时钟电路100的备用电源,与采用电池作为备用电源相比有效降低了设备成本,有效确保了智能插座的精确定时控制与实时监控。
[0047] 超级电容,又名电化学电容器,双电层电容器、黄金电容、法拉电容,是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。突出优点是功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽,是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种。
[0048] 温湿度采集模块110,可采集环境温度、湿度信息并通过W1-Fi无线通信单元30发送至外部移动终端与服务器,方便用户实时了解室内环境状况,用户能够通过移动终端实时监测室内环境。
[0049] 本实用新型提出的基于W1-Fi的多功能智能插座,采用W1-Fi技术并配置有电能计量芯片和电磁继电器,可通过W1-Fi网络实现用电器的远程用能信息采集、电源通断、数据管理和智能控制功能,与现有技术相比提高了用电器的精细化和智能化管理水平。采用超级电容作为智能插座中实时时钟电路的备用电源,在主电源正常供电时,对超级电容进行充电,完成电量存储;在主电源断电的情况下,超级电容释放其存储的电量充当实时时钟电路的备用电源,超级电容充放电寿命很长,相对以电池作为备用电源成本将大幅度降低。
[0050] 本实用新型的基于W1-Fi的多功能智能插座,采用RTL8195AM作为核心工作芯片,其内部集成ARM cortex M3处理器、MAC层处理器、基带电路、RF射频电路,是一种高集成度的单芯片解决方案,提高了设备工作的稳定性,有效降低了设备的成本。配置有安全加密芯片,采用硬件方式实现加密处理,在保障信息通信安全的同时又不会影响数据传输的实时性。该多功能智能插座还配置有红外通信模块,可使用移动终端(如手机、平板电脑等)通过智能插座间接遥控用电器,即实现用电器遥控器功能。还配置有温湿度采集模块,可实时监测室内环境状况,方便用户实时了解居住环境,提升生活品质。
[0051] 以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例,但是,本实用新型并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于W1-Fi的多功能智能插座,其特征在于,包括: 电源模块、智能插座主电路,所述电源模块的输入端连接外部市电输入接口,输出端与所述智能插座主电路相连,所述电源模块为所述智能插座主电路的各模块提供直流工作电源; 所述智能插座主电路包括:电量采集单元、W1-Fi无线通信单元、电磁继电器,所述电量采集单元、所述电磁继电器分别与所述W1-Fi无线通信单元相连; 所述电量采集单元、所述电磁继电器分别与外部市电输入接口相连,所述电磁继电器还与外部市电输出接口相连; 所述电量采集单元包括:电压互感器、电流互感器、信号调理电路、电能计量芯片,所述电压互感器、电流互感器分别通过所述信号调理电路与所述电能计量芯片相连; 所述电能计量芯片还与所述W1-Fi无线通信单元相连。
2.根据权利要求1所述的基于W1-Fi的多功能智能插座,其特征在于,所述包括以下任意一种或多种:滤波器、放大器、电平转换器、跟随器。
3.根据权利要求1或2所述的基于W1-Fi的多功能智能插座,其特征在于,所信号调理电路述智能插座主电路还包括: 备用电源、实时时钟电路,所述实时时钟电路与所述W1-Fi无线通信单元相连,所述备用电源为所述实时时钟电路提供备用电。
4.根据权利要求3所述的基于W1-Fi的多功能智能插座,其特征在于,所述备用电源为超级电容。
5.根据权利要求1或2所述的基于W1-Fi的多功能智能插座,其特征在于,所述智能插座主电路还包括:安全加密芯片,所述安全加密芯片与所述W1-Fi无线通信单元相连。
6.根据权利要求1或2所述的基于W1-Fi的多功能智能插座,其特征在于,所述智能插座主电路还包括:温湿度采集模块,所述温湿度采集模块与所述W1-Fi无线通信单元相连。
7.根据权利要求1或2所述的基于W1-Fi的多功能智能插座,其特征在于,所述智能插座主电路还包括:红外通信模块,所述红外通信模块与所述W1-Fi无线通信单元相连。
8.根据权利要求1或2所述的基于W1-Fi的多功能智能插座,其特征在于,所述智能插座主电路还包括:控制按键,所述控制按键与所述W1-Fi无线通信单元相连。
9.根据权利要求1或2所述的基于W1-Fi的多功能智能插座,其特征在于,所述智能插座主电路还包括:状态指示灯,所述状态指示灯与所述W1-Fi无线通信单元相连。
10.根据权利要求9所述的基于W1-Fi的多功能智能插座,其特征在于,所述状态指示灯包括:POWER指示灯和LINK指示灯。
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