CN205070069U - 一种智能插座 - Google Patents

Abstract

一种智能插座，包括连接市电的插座插孔，还包括ZigBee模块，具有射频收发及MCU控制功能；以及与ZigBee模块连接的电量采集模块；以及电源模块，将交流市电转换为直流电，为ZigBee模块和电量采集模块供电。该智能插座能够实现多种电参数的实时监测，可智能控制或者手动控制插座开关，具备漏电保护功能，且设有USB接口，便于用户充电和信息交互。

Description

一种智能插座

技术领域

本实用新型涉及智能家居领域，具体涉及一种可实现远程控制和电量检测的智能插座。

背景技术

目前市面上出现了一些智能插座，如计量插座、定时插座、遥控插座等，虽然这些插座能够解决以上所述的部分实际问题，但都存在各种缺陷。如能反映出电器运行功率、电流、电压等信息的计量插座，仅仅能够让用户了解电器的部分电信息，如耗电情况，而无法综合提供各种电参数，让不具备专业知识的用户根据电器耗电结果来分析与判断电器耗电是否正常、电器是否故障等。

此外，目前市场上具备通信功能的智能插座多配有WIFI功能，可以利用专用的遥控器或手机APP来实现插座的远程通断控制及电器的工作状态检测，但其本身待机功耗就比较大，而且价格昂贵，使用麻烦。

发明内容

本实用新型针对上述现有技术存在的问题作出改进，即本实用新型要解决的技术问题是提供一种智能插座，该插座能够对多种电参数进行实时监测，以便于用户了解插座上供电运行信息。

为解决上述问题，本实用新型的实现方案如下：

一种智能插座，包括连接市电的插座插孔，还包括：

ZigBee模块，具有集射频收发及MCU控制功能；

以及与ZigBee模块连接的电量采集模块，包括电压采集子模块、电流采集子模块、CS5463电量测量芯片；电压采集子模块连接于市电的火线与零线之间，电流采集子模块连接市电的火线，所采集的电量信息经CS5463电量测量芯片传至ZigBee模块；

以及电源模块，将交流市电为直流电源，为ZigBee模块和电量采集模块供电。

本实用新型进一步要解决的问题是提供一种智能插座，该插座具有以下功能：可智能控制或者手动控制插座开关；具备漏电保护功能，能够实时进行漏电保护；提供USB接口，便于用户充电和信息交互。

作为本实用新型的进一步改进，智能插座还包括继电器，其输入回路受ZigBee模块控制，其输出回路控制市电与插座插孔之间电路的通断。

作为本实用新型的进一步改进，智能插座还包括与ZigBee模块连接的开关控制模块，ZigBee模块接收开关控制模块的状态信息产生控制继电器通断的电信号。

作为本实用新型的进一步改进，智能插座还包括漏电保护模块，其漏电流传感端环绕安装于市电周围，其信号输出端连接继电器的输入端；电源模块为漏电保护模块供电。

作为本实用新型的进一步改进，智能插座还包括与Zigbee模块连接的USB接口模块，其包括相互连接的USB接口插座和USB接口芯片；电源模块为漏电保护模块供电。

作为本实用新型的进一步改进，智能插座还包括与Zigbee模块连接的存储器模块；电源模块为存储器模块供电。

作为本实用新型的进一步改进，智能插座还包括连接Zigbee模块的时钟模块，其包括DS1302芯片、6pf的32.768晶振和3V纽扣电池，6pf的32.768晶振为DS1302芯片提供基准时钟信号，3V纽扣电池在无市电情况下为时钟模块供电；电源模块为时钟模块供电。

本智能插座具有以下技术效果：

1.采用低复杂度、低功耗、低成本的双向无线通讯的ZigBee技术，便于网络化管理，且无需改变房间布线结构，也不需另外布线，无线接入智能家居，使用方便。支持电脑、手机等多种远程控制设备通过家庭网关来实现远程无线控制智能插座的控制。

2.电压采集子模块、电流采集子模块、CS5463电量测量芯片的结合应用，计量结果准确度高，功耗低，不易受干扰。除常规插座的电量检测参数电压，电流，功率，还可以实现谐波分析，提供负荷变化、电器运行状态异常信息，实现了全面的电参数测量。

3.具有电路保护功能，对于电量采集模块采集的电量数据如有异常或长时间待机，ZigBee模块可实时控制继电器对插座进行关闭，防过流、过压情况的出现，节省电能；此外插座还带漏电检测功能，进一步保障了人身与设备安全。

4.具备手动开关功能，可本地对智能插座实施操作，使用更为方便。

5、增加的USB接口功能，可以直接对手机、平板电脑等USB供电接口电器供电，还可将USB接口和PC连接，进行更为直接的通信。

附图说明

图1为本智能插座实施例的结构框图。

具体实施方式

现参考附图描述本实用新型的实施例。应当说明，本实用新型的实施例用于解释本实用新型的权利要求,并不构成对本实用新型权利要求的进一步限制。

智能插座包括三相插座插孔、ZigBee模块、电量计量模块、时钟模块、继电器、漏电保护模块、存储器模块、USB接口模块、电源模块。

三相插座插孔连接市电，并为插座上的用电设备供电。

ZigBee模块是整个智能插座的核心，集射频收发及MCU控制功能于一体，处理用户电网参数数据，进行结果分析。其包括CC2530芯片、外围电路和天线。外围电路包含一个32MHz晶振和一个32.768KHz晶振及阻容器件。天线采用巴伦匹配电路板载倒F天线设计，接收灵敏度可达-97dB。

电源模块从智能插座上市电接口取电，将家用220V交流电转为5V和3.3V和12V直流电，为智能插座ZigBee模块、继电器、时钟模块、漏电保护模块、存储器模块、USB接口模块提供电源。其中，为继电器、时钟模块、存储器模块、USB接口模块提供5V直流电源，为ZigBee模块提供3.3V直流电源，为漏电保护模块提供12V直流电源。电源接通后，各个模块开始正常工作。

电量计量模块对插座上的用电设备的耗电量进行计量。电量计量模块包括电压采集子模块、电流采集子模块、电量测量芯片CS5463。电压采集子模块与电量测量芯片CS5463是电气连接，电压采集子模块采用热稳定性高的电阻分压网络来取得电压信号，所用电阻为精度为0.1％的高精度电阻，连接在市电的火线与零线之间，将市电220V经电阻分压降到电量测量芯片CS5463的小电压信号的输入范围内。经电阻和电容构成的低通滤波器，把得到的小电压信号中的高频干扰滤去,最后进入电量测量芯片CS5463中进行运算。电流采集子模块与电量测量芯片CS5463是电气连接。电流采集子模块采用电阻温度系数非常小的锰铜分流器进行电流采样。锰铜分流器接在市电的火线上，将锰铜分流器上产生的差分电压通过电路中的阻容低通滤波器,以去除其中的高频干扰,最后再进入电量测量芯片CS5463中进行运算。电量测量芯片CS5463将电压采集子模块测量的电压值和电流采集子模块测量的电流值及计算的谐波分析等电参数传至ZigBee模块。

继电器具有输入回路和输出回路。输入回路受ZigBee模块控制，输出回路控制市电与三相插座插孔之间电路的通断。智能插座不使用时，继电器处于常开状态，用电设备插在智能插座上也不能工作。继电器的输入回路控制功能由ZigBee模块下达命令，继电器执行命令来完成。硬件上用ZigBee微控模块的CC2530芯片的引脚控制继电器的断开与闭合。为保证用电安全，继电器和CC2530芯片引脚之间采用光耦隔离。因继电器线圈需要流过较大的电流才能使继电器吸合，一般的集成电路不能提供这样大的电流，因此必须进行扩流，即驱动。其实现是在光耦输出与继电器之间加三极管。复位时，CC2530的I/O口为高电平，三极管截止，继电器线圈内无电流，继电器处于常开状态，插座未接通。当需要接通插座时，I/O口置低电平，三极管导通，继电器线圈内有电流流过，继电器处于常闭状态，智能插座为用电设备供电。

手动开关模块的作用是使用按键控制继电器，为用户提供更多、更简单的操作方式。按键按下后，经按键扫描判断按键状态，设置按键标志以及统计按键次数，由此判断对智能插座的打开或关闭的操作，保证与远程控制操作无冲突的共同作用于继电器。

漏电保护模块中交流漏电流传感器环绕安装在市电，当插座接通，电路无触电、漏电故障时，漏电流传感器的一次侧电流的向量和等于零，漏电流传感器的二次侧线圈没有感应电动势产生，漏电保护电路无信号输出，插座正常供电。出现漏电情况时，漏电流传感器的一次侧线圈产生磁通量，使得二次侧线圈产生感应信号，此信号经漏电保护电路的滤波、运算放大器放大等处理为单极性电压信号传送给继电器输入回路，使继电器断开。

USB接口模块可以直接对手机、平板电脑等USB供电接口的用电设备供电，还可将USB接口和PC连接，进行更为直接的通信。USB接口模块包括USB接口插座、电感、滤波电容、电阻排、保险电阻、USB桥接芯片。USB接口芯片与ZigBee模块连接。USB接口插座使用四针标准插头，与USB接口芯片相连接。

存储器模块与ZigBee模块连接，用来存储经ZigBee模块处理后的电量采集数据和一些重要的其他数据如过流时间等，为用户分析提供详实的用电数据，为用户方便查询用电情况提供平台。

时钟模块与ZigBee模块连接，采用DS1302芯片实现对智能插座的定时功能，是为了确保系统时间基准的可靠性，以及实现对智能插座的定时功能。时钟模块含有一颗电容6pf的32.768MHZ的晶振，为DS1302芯片提供基准时钟信号。时钟模块还包含3v纽扣电池作为备用电源，当插座断电时能为时钟模块提供电源，确保在插座断电的情况下继续精准走时。

整个智能插座工作模式和原理如下：

智能插座接入家庭电网上的市电，智能插座上连入家用电器且继电器闭合使插座导通。家用电器开始工作后，电量计量模块开始工作，由电量计量模块采集并计量插座上电运行状况，并将数据传送给智能插座的ZigBee模块。ZigBee模块对插座上供电情况进行实时分析，相关供电状态信息信息存储于存储器模块。当分析测得的电流或电压值大于预设的插座所能承受电压电流值时，则ZigBee模块判断插座处于过流或过压的不安全状态，发送断开命令给继电器，使插座自动断电。同时，当分析插座长时间待机，ZigBee模块也可通过继电器控制插座的开关。

此外，智能插座同时支持对插座的远程和手动控制，如用手机、电脑等远程控制设备发送命令给带有协调器节点的智能插座，此智能插座的ZigBee模块接收命令后进行分析，并输出控制信号控制其继电器的断开与闭合，从而控制插座输出电流的通断，实现用电设备的开启与关闭。如通过手动开关，也可直接控制继电器的断开与闭合。

Claims (7)

1.一种智能插座，包括连接市电的插座插孔，其特征在于，还包括：

ZigBee模块，具有射频收发及MCU控制功能；

以及与ZigBee模块连接的电量采集模块，所述电量采集模块包括电压采集子模块、电流采集子模块、CS5463电量测量芯片；电压采集子模块连接于市电的火线与零线之间，电流采集子模块连接市电的火线，所采集的电量信息经CS5463电量测量芯片传至ZigBee模块；

以及电源模块，所述电源模块将交流市电转换为直流电，为ZigBee模块和电量采集模块供电。

2.如权利要求1所述的智能插座，其特征在于，还包括继电器，其输入回路受ZigBee模块控制，其输出回路控制市电与插座插孔之间电路的通断，电源模块为继电器供电。

3.如权利要求2所述的智能插座，其特征在于，还包括与ZigBee模块连接的开关控制模块，ZigBee模块接收开关控制模块的状态信息产生控制继电器通断的电信号。

4.如权利要求2所述的智能插座，其特征在于，还包括漏电保护模块，其漏电流传感端环绕安装于市电周围，其输出端控制继电器输入回路；电源模块为漏电保护模块供电。

5.如权利要求1至4任一项所述的智能插座，其特征在于，还包括与Zigbee模块连接的USB接口模块，其包括相互连接的USB接口插座和USB接口芯片；电源模块为USB接口模块供电。

6.如权利要求1至4任一项所述的智能插座，其特征在于，还包括与Zigbee模块连接的存储器模块；电源模块为存储器模块供电。

7.如权利要求1至4任一项所述的智能插座，其特征在于，还包括连接Zigbee模块的时钟模块，其包括DS1302芯片、6pf的32.768晶振和3V纽扣电池，6pf的32.768晶振为DS1302芯片提供基准时钟信号，3V纽扣电池在无市电情况下为时钟模块供电；在有市电情况下，电源模块为时钟模块供电。