CN209675631U - 一种带漏电保护功能的智能插座 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用电技术领域，具体涉及一种带漏电保护功能的智能插座，其中带漏电保护功能的智能插座包括用电器插入端、电源模块、MCU、继电器、自检模块以及漏电检测模块。本实用新型的带漏电保护功能的智能插座以及智能控制系统，解决了目前智能插座不单独具备漏电自检和漏电检测的问题，同时能对检测到漏电进行供电的切断，增加了插座的集成化和智能化，为用电设备的安全用电提供了保障。

Description

一种带漏电保护功能的智能插座

技术领域

本实用新型涉及用电技术领域，具体涉及一种带漏电保护功能的智能插座。

背景技术

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

但是目前大部分用电器不具备网络通信的技术，故要控制这些用电器的开关和检测这些用电器的用电情况，只能通过控制和检测这些用电器取电的插座，通过控制插座内部供电电路的通断，以达到控制这些用电器进行开关的目的。但目前市面上大多数插座只有一些简单的功能，比如联网、控制电路通断和检测用电器的用电量等，但是如果要实现插座漏电自检和设备漏电检测，则必须借助外部的机械结构装置进行检测，对插座的集成化和智能化造成很大的影响。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种带漏电保护功能的智能插座，解决了目前智能插座不单独具备漏电自检和漏电检测的问题，同时能对检测到漏电进行供电的切断，增加了插座的集成化和智能化，为用电设备的安全用电提供了保障。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种带漏电保护功能的智能插座，包括用电器插入端、电源模块、MCU、继电器、自检模块以及漏电检测模块；所述带漏电保护功能的智能插座电连接有火线接入端以及零线接入端，所述火线接入端电连接有火线，火线包括连通的LIN端以及L1端，所述零线接入端电连接有零线，零线包括连通的NIN端以及N1端；

其中，所述漏电检测模块感应电连接于LIN端与L1端之间，所述L1端分别与继电器的输入端以及电源模块电连接，所述用电器插入端的火线插孔与继电器的输出端电连接；

所述用电器插入端的零线插孔与N1端电连接，所述漏电检测模块还感应电连接于NIN端与N1端之间；

所述自检模块电连接于L1端和NIN端，所述自检模块还电连接于MCU和电源模块之间；

所述MCU用于控制自检模块接通火线和零线产生模拟漏电电流，以及通过自检模块检测漏电检测模块是否损坏；

所述MCU与继电器的控制端电连接，所述MCU还用于控制继电器的通断；

所述电源模块用于将交流电压转化成直流电压并输出直流电压；

所述漏电检测模块用于检测火线与零线的电流向量是否为零以及用于产生感应电流信号并发送至MCU。

其中，所述自检模块包括光电检测器以及限流电阻，所述光电检测器包括发光二极管以及光控双向可控硅；所述发光二极管电连接于电源模块与MCU之间，所述光控双向可控硅电连接于L1端与限流电阻的一端之间，所述NIN端电连接于限流电阻的另一端；所述光控双向可控硅用于接收发光二极管发出的光线并瞬间导通火线与零线。

其中，所述漏电检测模块包括零序互感器以及放大比较模块，所述LIN端和L1端之间以及NIN端和N1端之间均与零序互感器感应电连接，所述放大比较模块的输入端与零序互感器感应电连接，所述放大比较模块的输出端分别与电源模块和MCU电连接。

其中，所述电源模块包括型号为PN8016的交直流转换芯片以及型号为AMS1117-3.3的低压降稳压器，所述交直流转换芯片和低压降稳压器电连接于L1端与N1端之间；所述低压降稳压器的VOUT端输出3.3v直流电压。

其中，所述带漏电保护功能的智能插座还包括与MCU电连接的无线收发模块，所述无线收发模块的型号为SI4432。

其中，所述带漏电保护功能的智能插座还包括壳体，所述用电器插入端包括三插孔模块以及二插孔模块，所述火线经漏电检测模块和继电器后分别与三插孔模块的火线插孔和二插孔模块的火线插孔电连接，所述零线分别与三插孔模块的零线插孔和二插孔模块的零线插孔电连接；所述三插孔模块的地线接孔还与地线连接。

其中，所述带漏电保护功能的智能插座还包括按键开关，所述按键开关的一端接地，所述按键开关的另一端均与电源模块以及MCU电连接。

本实用新型的有益效果：

1、可进行漏电保护的自检：本实用新型的带漏电保护功能的智能插座，在一般情况下继电器处于常开状态，当需要检测漏电检测模块是否损坏时，可控制MCU发送信号至自检模块，由自检模块接通火线和零线，从而实施对火线和零线的漏电模拟动作；

若漏电检测模块正常，则漏电检测模块检测到火线和零线漏电，则MCU会接收到漏电检测模块发送的感应电流信号；若漏电检测模块已损坏，则漏电检测模块无法检测到火线和零线漏电，则MCU不会接收到漏电检测模块发送的感应电流信号。在本实用新型的带漏电保护功能的智能插座每次为插入用电器供电的开始时，本实用新型通过自检模块对漏电检测模块进行检测，可自行检测插座本身的漏电检测模块是否正常运行，无需借助外部的机械结构装置进行。

2、解决了目前智能插座不单独具备漏电切断功能的问题：本实用新型通过设置漏电检测模块，在插座通过自检未发现插座自身漏电保护功能失效后，导通继电器，漏电检测模块可在用电器插入用电器插入端后对火线和零线之间的电流向量进行检测，以检测用电器是否发生漏电；若用电器未发生漏电，则漏电检测模块检测到火线和零线之间的电流向量为零；若用电器发生漏电，则火线和零线的电流向量不等于零，漏电检测模块则产生感应电流发送至MCU，再由MCU发送控制信号给继电器，进行切断继电器释放触点，从而起到切断火线的作用。

本实用新型通过电路控制对用电器进行漏电保护功能自检和漏电切断电路供电，无需借助外部的机械结构装置进行，增加了插座的集成化和智能化，为用电设备的安全用电提供了保障。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本实用新型的带漏电保护功能的智能插座的内部电路图。

图2为本实用新型的自检模块的电路图。

图3为本实用新型的漏电检测模块的电路图。

图4为本实用新型的MCU及其外围电路的电路图。

图5为本实用新型的无线收发模块的电路图。

图6为本实用新型的按键开关的电路图。

图7为本实用新型的校准模块的电路图。

图8为本实用新型的带漏电保护功能的智能插座的立体结构示意图。

图9为实施例2中智能控制系统的模块框图。

附图标记

MCU--U1，继电器--K1，

自检模块--2，光电检测器--U2，发光二极管--21，光控双向可控硅--22，限流电阻--R1，

漏电检测模块--3，零序互感器--U3，放大比较模块--31，

用电器插入端--4，火线L接入端--41，零线N接入端--42，地线--43，火线--L1，零线--N1，

电源模块--5，交直流转换芯片--U4，低压降稳压器--U5，

无线收发模块--6，

壳体--71，三插孔模块--72，二插孔模块--73，按键开关--S1。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本说明书附图所绘示的结构，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰或调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容涵盖的范围内。

实施例1

如图1、图2、图3、图4、图5以及图8所示，一种带漏电保护功能的智能插座以下简称插座，包括用电器插入端4、电源模块5、MCUU1、继电器K1、自检模块2以及漏电检测模块3；所述带漏电保护功能的智能插座电连接有火线接入端41以及零线接入端42，所述火线接入端41电连接有火线L，火线L包括连通的LIN端以及L1端，所述零线接入端42电连接有零线N，零线N包括连通的NIN端以及N端；

其中，所述漏电检测模块3感应电连接于LIN端与L1端之间，所述L1端分别与继电器K1的输入端以及电源模块5电连接，所述用电器插入端4的火线插孔与继电器K1的输出端电连接；

所述用电器插入端4的零线插孔与N1端电连接，所述漏电检测模块3还感应电连接于NIN端与N1端之间；

所述自检模块2电连接于L1端和NIN端，所述自检模块2还电连接于MCUU1和电源模块5之间；

所述MCU用于控制自检模块2接通火线L和零线N产生模拟漏电电流，以及通过自检模块2检测漏电检测模块3是否损坏；

所述MCUU1与继电器K1的控制端电连接，所述MCUU1还用于控制继电器K1的通断；

所述电源模块5用于将交流电压转化成直流电压并输出直流电压；

所述漏电检测模块3用于检测火线L与零线N的电流向量是否为零以及用于产生感应电流信号并发送至MCUU1。

具体的，所述带漏电保护功能的智能插座还包括壳体71，所述用电器插入端4包括三插孔模块72以及二插孔模块73，所述火线L经漏电检测模块3和继电器K1后分别与三插孔模块72的火线插孔和二插孔模块73的火线插孔电连接，所述零线N分别与三插孔模块72的零线插孔和二插孔模块73的零线插孔电连接；所述三插孔模块72的地线接孔还与地线43连接。

在上述方案中，变压器上的外线火线引出至火线接入端41以及变压器上的外线零线引出至零线接入端42，从而接入家用，火线L的LIN端首先穿过在零序互感器U3上再从L1端引出，L1端分别与自检模块2、电源模块5以及继电器K1的输出端连接；电流再经继电器K1的输出端到达用电器插入端4的火线插孔，用电器插入端4的火线插孔流经用电器后从用电器插入端4的零线插孔流出，从用电器插入端4的零线插孔流出的电流从N1端回到零序互感器U3穿过后经NIN端流出零线N，完成整个回路。

另外，电源模块5可对电路中各个芯片进行稳定的直流电进行供电，该电源模块5包括型号为PN8016的交直流转换芯片U4以及型号为AMS1117-3.3的低压降稳压器U5，所述交直流转换芯片U4和低压降稳压器U5电连接于L1端与N1端之间；所述低压降稳压器U5的VOUT端输出3.3v直流电压。L1端上的220v交流电压经过一系列的电子部件后，经过交直流转换芯片U4后输出稳定的直流5v电压，再通过电连接接到各个芯片进行供电；直流5v电压输入低压降稳压器U5，再由低压降稳压器U5的VOUT端输出直流3.3v电压后，再通过电连接接到各个芯片进行供电，具体的电路连接关系请参考图1。

具体的，所述自检模块2包括光电检测器U2以及限流电阻R1，所述光电检测器U2包括发光二极管21以及光控双向可控硅22；所述发光二极管21电连接于电源模块5与MCUU1之间，所述光控双向可控硅22电连接于L1端与限流电阻R1的一端之间，所述NIN端电连接于限流电阻R1的另一端；所述光控双向可控硅22用于接收发光二极管21发出的光线并瞬间导通火线L与零线N。所述发光二极管21电连接于电源模块5的3.3v输出电压与MCUU1的D-CTRL1端之间，在MCUU1接收到指令后，D-CTRL1端输出低电平，此处与发光二极管21的另一端产生电势差从而导通发光二极管21；若插座未接收到指令，则MCUU1的D-CTRL1端维持高电平，D-CTRL1端与发光二极管21的正极无法产生电势差，发光二极管21不能导通故不会发光。

具体的，所述漏电检测模块3包括零序互感器U3以及放大比较模块31，所述LIN端和L1端之间以及NIN端和N1端之间均与零序互感器U3感应电连接，所述放大比较模块31的输入端与零序互感器U3感应电连接，所述放大比较模块31的输出端分别与电源模块5和MCUU1电连接。在本实施例中，MCUU1的D-SIG端一般为高电平；当火线L和零线N发生漏电时，零序互感器U3会产生感应电流输入放大比较模块31的输入端，放大比较模块31后在放大比较模块31的输出端产生脉冲信号，由于电源模块5的3.3v输出电压与放大比较模块31的输出端发生了电势差，故MCUU1的D-SIG端产生脉冲信号输入至MCUU1中，从而得知插座发生漏电，从而由MCUU1切断继电器K1。

在上述方案中，自检模块2可对插座模拟漏电自检，检测插座的漏电保护功能是否失效；需要进行自检时，可控制MCUU1的D-CTRL1端为低电平，发光二极管21导通并发光，发光二极管21照射光控双向可控硅22后，光控双向可控硅22导通并使得火线L的L1端和零线N的NIN端接通，并在限流电阻R1的限流下形成火线L和零线N的模拟漏电，限流电阻R1的阻值为7.5KΩ，让火线L和零线N的短路产生约30mA的电流，从而起到模拟漏电人体安全阀值电流的作用；若插座的漏电保护功能没有失效，则零序互感器U3产生感应电流，MCUU1正常工作不会切断继电器K1；若插座的本身漏电保护功能已失效，漏电检测模块3无法检测到火线L和零线N漏电，漏电检测模块3无法产生感应电流信号，则放大比较模块31的输出端无法产生脉冲信号，电源模块5的3.3v输出电压和MCUU1的D-SIG端未能形成电势差，MCUU1则自动判断漏电自检模块3已损坏，并同时切断继电器K1。

作为一种优选实施例，在插座通过自检未发现插座自身的漏电保护功能失效后，导通继电器为插入插座的用电器正常供电，此时漏电检测模块3对火线L和零线N之间的电流向量进行检测；若用电器未发生漏电，则漏电检测模块3检测到火线L和零线N之间的电流向量为零；若用电器发生漏电，其中一部分电流发生漏电回到三插孔模块72的地线接孔端后直接回到地线43形成回路，或者通过其它路径流入大地，这样导致零线N的一部分电流就没有经过U3零序互感器，同时穿过U3零序互感器的火线L和零线N的电流向量不等于零，漏电检测模块3产生感应电流发送至MCUU1，再由MCUU1发送控制信号给继电器K1，进行切断继电器K1释放触点，从而起到切断火线L的作用。另外，零序互感器U3产生感应电流的时间非常短，本实施例的漏电保护功能可在0.2秒内切断继电器，可最大程度地减少漏电电流流过人体的时间。

在上述方案中，所述带漏电保护功能的智能插座还包括按键开关S1，按键开关S1的一端接地，另一端均与电源模块5以及MCUU1电连接，通过按键开关S1可实现人工对插座漏电保护的自检，按键开关S1与按键开关S1的电路连接关系，具体请参考图6。

在本实施例中，该插座还包括有用电量检测模块、校准模块、指示灯模块等一系列与智能家居控制有关的智能模块，这些模块在插座里的电路连接关系可参考图1和图7，漏电自检出现损坏或漏电发生时，指示灯通过闪烁可直观报警提示用户；另外，本方案中的用电器插入端4、电源模块5、MCUU1、继电器K1、自检模块2以及漏电检测模块3的电连接关系，以及其他没有在本方案中提及的其他用途的模块或电子部件，也均可参考图1、图2、图3、图4以及图5，在此不在赘述。

实施例2

如图1至图9所示，一种智能控制系统，包括带漏电保护功能的智能插座、云服务器平台以及移动设备终端，其中，所述带漏电保护功能的智能插座包括用电器插入端4、电源模块5、MCUU1、继电器K1、自检模块2以及漏电检测模块3；所述带漏电保护功能的智能插座电连接有火线接入端41以及零线接入端42，所述火线接入端41电连接有火线L，火线L包括连通的LIN端以及L1端，所述零线接入端42电连接有零线N，零线N包括连通的NIN端以及N1端；

其中，所述漏电检测模块3感应电连接于LIN端与L1端之间，所述L1端分别与继电器K1的输入端以及电源模块5电连接，所述用电器插入端4的火线插孔与继电器K1的输出端电连接；

所述用电器插入端4的零线插孔与N1端电连接，所述漏电检测模块3还感应电连接于NIN端与N端之间；

所述自检模块2电连接于L1端和NIN端，所述自检模块2还电连接于MCUU1和电源模块5之间；

所述MCU用于控制自检模块2接通火线L和零线N产生模拟漏电电流，以及通过自检模块2检测漏电检测模块3是否损坏；

所述MCUU1与继电器K1的控制端电连接，所述MCUU1还用于控制继电器K1的通断；

所述电源模块5用于将交流电压转化成直流电压并输出直流电压；

所述漏电检测模块3用于检测火线L与零线N的电流向量是否为零以及用于产生感应电流信号并发送至MCUU1；

所述移动设备终端通过移动网络与云服务器平台进行信息通讯，所述带漏电保护功能的智能插座通过无线收发模块6与云服务器平台进行信息通讯。

在上述方案中，所述无线收发模块6的型号SI4432的射频模块，除了射频模块，MCUU1还能通过其他的无线收发技术诸如zigbee、蓝牙和wifi等无线技术与云服务器平台进行无线通讯，关于这些无线技术如何进行无线通讯的原理，均属于现有技术，在此不再赘述。若自检模块2检测到插座的漏电保护功能已失效，可由MCUU1通过无线收发模块6发送信号至云服务器平台，由云服务器平台发送相关的信息至移动设备终端，通过移动设备终端通知用户插座的漏电保护功能已失效，需及时进行维修或更换。

在本实施例中，若用电器发生漏电，MCUU1在控制继电器K1切断的同时还通过无线收发模块6发送信号至云服务器平台，由云服务器平台发送相关的信息至移动设备终端，通过移动设备终端通知用户用电器发生漏电。

在本实施例中，用户还可通过移动设备终端上与插座建立通讯，在相关的app发送指令至插座，即可远程对插座的漏电保护功能进行自检。

最后需要说明的，本实施例的插座与实施例1的插座的结构、功能完全一致，在此不在赘述。

综上，本实施例的一种带漏电保护功能的智能插座以及智能控制系统，通过电路控制对用电器进行漏电保护功能自检和漏电切断电路供电，无需借助外部的机械结构装置进行，增加了插座的集成化和智能化，为用电设备的安全用电提供了保障，解决了目前智能插座不单独具漏电保护功能自检和不单独具备漏电切断功能的问题。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种带漏电保护功能的智能插座，其特征在于：包括用电器插入端(4)、电源模块(5)、MCU(U1)、继电器(K1)、自检模块(2)以及漏电检测模块(3)；所述带漏电保护功能的智能插座电连接有火线接入端(41)以及零线接入端(42)，所述火线接入端(41)电连接有火线(L)，火线(L)包括连通的LIN端以及L1端，所述零线接入端(42)电连接有零线(N)，零线(N)包括连通的N1端以及NIN端；

其中，所述漏电检测模块(3)感应电连接于LIN端与L1端之间，所述L1端分别与继电器(K1)的输入端以及电源模块(5)电连接，所述用电器插入端(4)的火线插孔与继电器(K1)的输出端电连接；

所述用电器插入端(4)的零线插孔与N1端电连接，所述漏电检测模块(3)还感应电连接于NIN端与N1端之间；

所述自检模块(2)电连接于L1端和NIN端，所述自检模块(2)还电连接于MCU(U1)和电源模块(5)之间；

所述MCU用于控制自检模块(2)接通火线(L)和零线(N)产生模拟漏电电流，以及通过自检模块(2)检测漏电检测模块(3)是否损坏；

所述MCU(U1)与继电器(K1)的控制端电连接，所述MCU(U1)还用于控制继电器(K1)的通断；

所述电源模块(5)用于将交流电压转化成直流电压并输出直流电压；

所述漏电检测模块(3)用于检测火线(L)与零线(N)的电流向量是否为零以及用于产生感应电流信号并发送至MCU(U1)。

2.根据权利要求1所述的一种带漏电保护功能的智能插座，其特征在于：所述自检模块(2)包括光电检测器(U2)以及限流电阻(R1)，所述光电检测器(U2)包括发光二极管(21)以及光控双向可控硅(22)；所述发光二极管(21)电连接于电源模块(5)与MCU(U1)之间，所述光控双向可控硅(22)电连接于火线(L)的L1端与限流电阻(R1)的一端之间，所述NIN端电连接于限流电阻(R1)的另一端；所述光控双向可控硅(22)用于接收发光二极管(21)发出的光线并瞬间导通火线(L)与零线(N)。

3.根据权利要求1所述的一种带漏电保护功能的智能插座，其特征在于：所述漏电检测模块(3)包括零序互感器(U3)以及放大比较模块(31)，所述LIN端和L1端之间以及NIN端和N1端之间均与零序互感器(U3)感应电连接，所述放大比较模块(31)的输入端与零序互感器(U3)感应电连接，所述放大比较模块(31)的输出端分别与电源模块(5)和MCU(U1)电连接。

4.根据权利要求1所述的一种带漏电保护功能的智能插座，其特征在于：所述电源模块(5)包括型号为PN8016的交直流转换芯片(U4)以及型号为AMS1117-3.3的低压降稳压器(U5)，所述交直流转换芯片(U4)和低压降稳压器(U5)电连接于L1端与N1端之间；所述低压降稳压器(U5)的VOUT端输出3.3v直流电压。

5.根据权利要求1所述的一种带漏电保护功能的智能插座，其特征在于：所述带漏电保护功能的智能插座还包括与MCU(U1)电连接的无线收发模块(6)，所述无线收发模块(6)的型号为SI4432。

6.根据权利要求1所述的一种带漏电保护功能的智能插座，其特征在于：所述带漏电保护功能的智能插座还包括壳体(71)，所述用电器插入端(4)包括三插孔模块(72)以及二插孔模块(73)，所述火线(L)经漏电检测模块(3)和继电器(K1)后分别与三插孔模块(72)的火线插孔和二插孔模块(73)的火线插孔电连接，所述零线(N)分别与三插孔模块(72)的零线插孔和二插孔模块(73)的零线插孔电连接；所述三插孔模块(72)的地线接孔还与地线(43)连接。

7.根据权利要求1所述的一种带漏电保护功能的智能插座，其特征在于：所述带漏电保护功能的智能插座还包括按键开关(S1)，所述按键开关(S1)的一端接地，所述按键开关(S1)的另一端均与电源模块(5)以及MCU(U1)电连接。