CN206712153U - 自供电智能安全监测插座 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自供电智能安全监测插座，包括电磁换能器、自供电电源管理模块、WIFI通信模块、电流电压检测模块、控制执行电路模块和低功耗微控制模块；电磁换能器采用非接触式采集电能，供电路工作；自供电电源管理模块用于电量储放；WIFI通信模块用于与远端控制器进行通信，低功耗微控制模块响应外部控制端的命令对控制执行电路模块进行控制；控制执行电路模块用于控制电源通断，电流电压检测模块用于对用电设备的电流电压进行采集，微控制模块根据采集到的电流电压计算得到实时功率数据。本实用新型对用电器的实时用电情况进行监测，为设备的工作时间计时提供了依据，能检测出用电器漏电故障，在实现低功耗的同时也保证了该实用新型的安全性和稳定性。

Description

自供电智能安全监测插座

技术领域

本实用新型涉及一种插座，具体涉及一种自供电智能安全监测插座。

背景技术

近年来，随着校园实验室和各大研究所电子仪器等贵重实验设备数量的增多，实验室用电设备耗电量较大，由于忘记关闭用电器的所造成的安全事故以及浪费现象严重，当前实验室的用电设备除了基本的用电保护，基本没有一个集中的管理系统，特别是对于可移动的插座型设备，如电脑、示波器、打印机等大型贵重实验设备，很难进行集中管理，尤其是学校的学生开放实验室，其学生流动性大，同时缺乏管理，由于忘关电器所造成的电能浪费和安全隐患屡见不鲜。如果人工去检查，耗时耗力，效率低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种自供电智能安全监测插座。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的，自供电智能安全监测插座，包括电磁换能器、自供电电源管理模块、WIFI通信模块、电流电压检测模块、控制执行电路模块和低功耗微控制模块；电磁换能器与自供电电源管理模块连接，自供电电源管理模块分别为电流电压检测模块、WIFI通信模块、低功耗微控制模块供电，WIFI通信模块、电流电压检测模块分别与低功耗微控制模块连接，控制执行电路模块与低功耗微控制模块连接；所述电磁换能器采用非接触式采集电能，供电路工作；所述自供电电源管理模块用于电量储放；所述WIFI通信模块用于与远端控制器进行通信，低功耗微控制模块响应外部控制端的命令对控制执行电路模块进行控制；控制执行电路模块用于控制电源通断；所述电流电压检测模块用于对用电设备的电流电压进行采集，微控制模块根据采集到的电流电压计算得到实时功率数据。

进一步，所述低功耗微控制模块包括微控制器及其外围电路。

进一步，所述WIFI模块包括芯片U3，所述芯片U3的21脚、20脚分别与微控制器连接。

进一步，所述控制执行电路模块包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R4、电阻R6、电阻R7、二极管D1的继电器U4，所述电阻R4并联于三极管Q1的发射极与基极之间，三极管 Q1的发射极接3.3V电源，三极管Q1的基极通过电阻R6与三极管Q2的集电极连接，三极管 Q2的基极通过电阻R7与微控制器连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q1的集电极与二极管D1的负极连接，二极管D1的正极接地，二极管并联于继电器U4的线圈两端。

进一步，所述电流电压检测模块包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R16、放大器U6、二极管D2～D5和电容C13，所述电阻R10用于并联于电压传感器或电流传感器输出侧两端，电阻R10的一端通过电阻R9与放大器U6的反向输入端连接，电阻R10 的另一端通过电阻R11与放大器U6的正向输入端连接，放大器U6的正向输入端经电阻R12 接地，放大器U6的反向输入端经电阻R8与放大器U6的输出端连接，放大器U6的输出端分别与二极管D2的正极、二极管D3的负极、二极管D4的正极、二极管D5的负极连接，二极管D3的正极、二极管D5的正极接地，二极管D2的负极、二极管D4的负极分别与微控制器连接，二极管D2的负极经电容C13接地，电阻R16并联于电容C13的两端。

进一步，该插座还包括温度检测模块，所述温度检测模块与低功耗微控制模块连接。

进一步，所述电磁换能器包括依次连接的磁能转化线圈、阻抗匹配电路、转换电路、整流滤波电路、能量存储电路和LDO电路，该插座还包括过压保护电路，过压保护电路并联于LDO 电路的两端。

进一步，所述磁能转化线圈包括环形磁芯和环绕于磁芯上的线圈绕阻。

进一步，所述转换电路为一并联于线圈绕阻两端的电容，所述阻抗匹配电路为一并联于转换电路两端的电容，所述能量存储电路为一并联于阻抗匹配电路两端的电容。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点：

(1)实时监控，远程控制，节能减排，完善规范管理制度，降低安全事故的发生概率，实现可行高效的规范化管理，信息化管理。

(2)自供能，无须担心续航，体积小巧，即插即用。

(3)一方面非接触式电流采集技术，另一方面对用电器的实时功率大小进行检测，为设备的工作时间计时提供了依据，同时也可以有效的检测出用电器漏电故障，在实现低功耗的同时也保证了该实用新型的安全性和稳定性。

(4)温度、电流、功耗等多参数传感，确保电路控制的准确性。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为WIFI通信模块电路图；

图2为控制执行模块电路图；

图3为电流电压检测模块电路图；

图4为电源模块电路图；

图5为电磁换能器框图；

图6为线圈示意图；

图7为电磁换能器的等效电路示意图；

图8为本实用新型的原理框图；

其中，1、导线，2、磁芯，3、线圈绕阻。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

本实用新型通过使用非接触式电流采集技术，存储能量给低功耗微控制模块供电，同时实时监测实验室用电设备的用电状态、电流情况，工作温度等信息，通过物联网云平台将数据传送至客户端,实验室管理者可通过手机APP、电脑、监控大屏等远程查看设备的运行和使用情况，并可根据实际情况远程关闭违规使用的仪器等，从而实现科学、高效、安全的管理，达到节能减排以及规范学生行为的效果。

具体地，如图8所示，自供电智能安全监测插座，包括电磁换能器、自供电电源管理模块、 WIFI通信模块、电流电压检测模块、控制执行电路模块和低功耗微控制模块；电磁换能器与自供电电源管理模块连接，自供电电源管理模块分别为电流电压检测模块、WIFI通信模块、低功耗微控制模块供电，WIFI通信模块、电流电压检测模块分别与低功耗微控制模块连接，控制执行电路模块与低功耗微控制模块连接；所述电磁换能器采用非接触式采集电能，供电路工作；所述自供电电源管理模块用于电量储放；所述WIFI通信模块用于与远端控制器进行通信，低功耗微控制模块响应外部控制端的命令对控制执行电路模块进行控制；控制执行电路模块用于控制电源通断；所述电流电压检测模块用于对用电设备的电流电压进行采集，微控制模块根据采集到的电流电压计算得到实时功率数据。

所述微控制模块包括微控制器及其外围电路，微控制器选型：msp430f5529。

WIFI通信模块：ESP8266芯片，是一个完整且自成体系的WiFi网络解决方案，能够独立运行，也可以作为slave搭载于其他Host运行。ESP8266尺寸为5x5mm，ESP8266模组需要的外围器件有：10个电阻电容电感、1个无源晶振、1个flash。工作温度范围：-40～125℃。可以连入WIFI无线网络，接收网络命令并发给微控制模块，实现智能插座的控制与监测。

如图2所示，所述控制执行电路模块包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R4、电阻R6、电阻R7、二极管D1的继电器U4，所述电阻R4并联于三极管Q1的发射极与基极之间，三极管 Q1的发射极接3.3V电源，三极管Q1的基极通过电阻R6与三极管Q2的集电极连接，三极管 Q2的基极通过电阻R7与微控制器连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q1的集电极与二极管D1的负极连接，二极管D1的正极接地，二极管并联于继电器U4的线圈两端。主电路控制模块使用SRD-05VDC-SL-C继电器控制高压电源的通断。管理者可从手机端控制插座，继电器会及时断路，管理插座使用情况。

如图3所示，所述电流电压检测模块包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R16、放大器U6、二极管D2～D5和电容C13，所述电阻R10用于并联于电压传感器或电流传感器输出侧两端，电阻R10的一端通过电阻R9与放大器U6的反向输入端连接，电阻R10的另一端通过电阻R11与放大器U6的正向输入端连接，放大器U6的正向输入端经电阻R12接地，放大器U6的反向输入端经电阻R8与放大器U6的输出端连接，放大器U6 的输出端分别与二极管D2的正极、二极管D3的负极、二极管D4的正极、二极管D5的负极连接，二极管D3的正极、二极管D5的正极接地，二极管D2的负极、二极管D4的负极分别与微控制器连接，二极管D2的负极经电容C13接地，电阻R16并联于电容C13的两端。

如图5所示，电磁换能器将载流导线周围的磁场能转换成电能，输出稳定电压给负载电路供电。电磁换能器包括阻抗匹配电路，转化电路，整流滤波电路，能量存储电路，过压保护电路以及LDO电路。通过对磁场特性的研究发现，气隙的存在导致磁通量泄漏，从而使输出的磁场能能量减弱，因此本实用新型通过使用特制线圈采集载流导线周围的磁场能，通过阻抗匹配电路提高转化效率，通过转化电路将磁场能转化为电能，当线圈输出电压足够大的时候，通过整流、滤波稳压电路，给电源管理模块以及负载电路提供稳定电压输出，当线圈输出电压较小的时候，在过压保护电路的作用下，引入储能电路充电至超过其最大工作电压从而给电源管理模块以及负载电路提供稳定电压输出。如图6所示，为本实用新型的特制线圈示意图。

电源模块：本实用新型利用市电工作电流的电能-磁能-电能转换储能。

下面对本实用新型的应用场合进行举例说明：

实验室学生在晚上人走忘记关闭示波器，热转印机、电脑等设备,实验室管理员可以通过手机APP，电脑、监控大屏等远程查看到这些设备在实验室无人期间还在运行，通过远程控制，即可关闭用电设备，达到节能省电、消除安全隐患的目的。

实验室某台用电设备出现故障或学生制作的电子产品绝缘性不佳，一直静默漏电，没有人注意到，但本产品可以测出这种状态并判定为设备一直运行。当实验室老师查看到这台设备的运行时间异常高，也可以通过远程关闭，并找出异常的设备，进行报修。方便管理、消除安全隐患、节能省电，同时可及时查出故障设备。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.自供电智能安全监测插座，其特征在于：包括电磁换能器、自供电电源管理模块、WIFI通信模块、电流电压检测模块、控制执行电路模块和低功耗微控制模块；电磁换能器与自供电电源管理模块连接，自供电电源管理模块分别为电流电压检测模块、WIFI通信模块、低功耗微控制模块供电，WIFI通信模块、电流电压检测模块分别与低功耗微控制模块连接，控制执行电路模块与低功耗微控制模块连接；

所述电磁换能器采用非接触式采集电能，供电路工作；

所述自供电电源管理模块用于电量储放；

所述WIFI通信模块用于与远端控制器进行通信，低功耗微控制模块响应外部控制端的命令对控制执行电路模块进行控制；控制执行电路模块用于控制电源通断；

所述电流电压检测模块用于对用电设备的电流电压进行采集，微控制模块根据采集到的电流电压计算得到实时功率数据。

2.根据权利要求1所述的自供电智能安全监测插座，其特征在于：所述低功耗微控制模块包括微控制器及其外围电路。

3.根据权利要求2所述的自供电智能安全监测插座，其特征在于：所述WIFI模块包括芯片U3，所述芯片U3的21脚、20脚分别与微控制器连接。

4.根据权利要求2所述的自供电智能安全监测插座，其特征在于：所述控制执行电路模块包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R4、电阻R6、电阻R7、二极管D1的继电器U4，所述电阻R4并联于三极管Q1的发射极与基极之间，三极管Q1的发射极接3.3V电源，三极管Q1的基极通过电阻R6与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的基极通过电阻R7与微控制器连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q1的集电极与二极管D1的负极连接，二极管D1的正极接地，二极管并联于继电器U4的线圈两端。

5.根据权利要求2所述的自供电智能安全监测插座，其特征在于：所述电流电压检测模块包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R16、放大器U6、二极管D2～D5和电容C13，所述电阻R10用于并联于电压传感器或电流传感器输出侧两端，电阻R10的一端通过电阻R9与放大器U6的反向输入端连接，电阻R10的另一端通过电阻R11与放大器U6的正向输入端连接，放大器U6的正向输入端经电阻R12接地，放大器U6的反向输入端经电阻R8与放大器U6的输出端连接，放大器U6的输出端分别与二极管D2的正极、二极管D3的负极、二极管D4的正极、二极管D5的负极连接，二极管D3的正极、二极管D5的正极接地，二极管D2的负极、二极管D4的负极分别与微控制器连接，二极管D2的负极经电容C13接地，电阻R16并联于电容C13的两端。

6.根据权利要求2所述的自供电智能安全监测插座，其特征在于：该插座还包括温度检测模块，所述温度检测模块与低功耗微控制模块连接。

7.根据权利要求2所述的自供电智能安全监测插座，其特征在于：所述电磁换能器包括依次连接的磁能转化线圈、阻抗匹配电路、转换电路、整流滤波电路、能量存储电路和LDO电路，该插座还包括过压保护电路，过压保护电路并联于LDO电路的两端。

8.根据权利要求7所述的自供电智能安全监测插座，其特征在于：所述磁能转化线圈包括环形磁芯和环绕于磁芯上的线圈绕阻。

9.根据权利要求8所述的自供电智能安全监测插座，其特征在于：所述转换电路为一并联于线圈绕阻两端的电容，所述阻抗匹配电路为一并联于转换电路两端的电容，所述能量存储电路为一并联于阻抗匹配电路两端的电容。