CN217823552U - 小型无线插座适配器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种小型无线插座适配器，包括方形外壳和电路功能板，电路功能板进一步包括自组网无线模块、LED指示单元、按键单元、继电器控制单元、计量单元、电源单元。自组网无线模块为处理和通信核心，按键单元、继电器控制单元、计量单元连接到自组网无线模块的GPIO端口上，电源单元将外部交流电源转化成直流电源给各个功能单元供电。小型无线插座适配器具有小体积、低成本、隐藏式等优点，并具有强大的无线多跳通信组网能力，可轻松完成室内大范围多点位的插座电器控制和能耗采集。

Description

小型无线插座适配器

技术领域

本发明涉及嵌入式领域，特别涉及无线物联网行业应用和智能建筑领域，具体给出一种小型无线插座适配器。

背景技术

基于物联网、云计算、人工智能为代表的新一代信息技术的创新，以智慧建筑为载体，为行业提供一个高效、舒适、便利的人性化建筑环境，是智慧城市持续发展的关键。智能化同时给建筑带来更加先进便利的检测和管理能力。

在智慧建筑的很多应用场合，如智能化的办公、医院、学校等应用领域，通常需要对连接在插座上的电器设备进行控制，并且进行耗电情况的统计，以便进一步实施节能策略。业界目前应用的智能插座设备，通常在是现有普通插座的外面再插上一个独立的WiFi智能插座，这种智能插座成本高，比较容易被拿走或者遗失，并且受到WiFi无线网络节点容量限制和通信距离限制，应用区域范围受限，无线稳定性欠佳并且单网可安装设备数量也受限。

本实用新型的目的是克服现有技术产品的不足，提供一种小体积、低成本、隐藏式的无线插座适配器。设备之间可通过无线自组网覆盖大范围应用且单网可容纳的设备更多，隐藏式的设计确保设备不易丢失，并且可适配市面上大部分插座产品，更好地满足建筑应用现场的智能化控制和能耗检测需求。

发明内容

小型无线插座适配器，包括插座适配器外壳和电路功能板。电路功能板进一步包括自组网无线模块、LED指示单元、按键单元、继电器控制单元、计量单元、电源单元。LED指示单元连接到自组网无线模块的一个独立GPIO端口上；按键单元连接到自组网无线模块的一个独立GPIO端口上；继电器控制单元连接到自组网无线模块的一个独立GPIO端口上；计量单元连接到自组网无线模块的一个独立GPIO端口上；电源单元输入端连接外部供电端子，输出端连接到各个模块的电源供电端。

进一步地，自组网无线模块包括三边半孔设计，通过贴片焊接的方式连接到电路功能板上，无线模块天线位置下方的电路功能板区域为空白矩形区域。

进一步地，LED指示单元的显示设备连接到自组网无线模块输出端口用于指示设备运行状态。按键单元连接到自组网无线模块输入端口，通过自组网无线模块的内部处理器处理后进一步控制继电器的通断。

进一步地，继电器控制单元，包含继电器驱动电路和过零检测电路，过零检测电路连接外部交流电并检测过零点，产生过零信号输入给自组网无线模块，自组网无线模块输出控制信号到继电器驱动电路，通过设置准确的继电器触点切换时间提高继电器的使用寿命。

进一步地，计量单元通过一个采样电阻产生的分压信号，输入到计量单元的输入端，计量单元输出端产生方波信号，连接到自组网无线模块的输入端口，通过自组网无线模块的微处理器计算外接设备的功率和能耗。

进一步地，电源单元包含一个非隔离AC-DC电路和LDO稳压芯片，220V输入电源经过非隔离AC-DC电路转化为5V输出电源，再输入到LDO稳压芯片后输出3.3V电源，为各个功能模块提供电源。

进一步地，插座适配器外壳包括顶盖和底盖，顶盖包含一组散热细孔和一个按键结构，底盖包含接线端子的开口区域，用于连接外部供电线和控制线。

附图说明

图1是小型无线插座适配器的总体结构图。

图2是小型无线插座适配器的外壳示意图。

图3是自组网无线模块的设计原理图。

图4是小型无线插座适配器的PCB底板布局结构图。

具体实施方式

一种小型无线插座适配器，包括1个方形外壳和1块电路功能板，电路功能板进一步包括1个自组网无线模块、1个LED指示单元、1个按键单元、1个继电器控制单元、1个计量单元、1个电源单元，如图1所示。

方形外壳包括顶盖和底盖。顶盖包含一组散热细孔和一个按键结构，电路功能板放置于顶盖中，和底盖扣合后组成一个完整功能的设备，如图2所示。

自组网无线模块，是 2.4Ghz 频段符合 IEEE 802.15.4 标准的无线通信模块，采用TI公司的CC2530 SoC处理器芯片为核心进行设计。模块采用尺寸为21.5mm*16mm的三边半孔PCB板作为底板，PCB板上贴片焊接CC2530芯片和3225封装的32Mhz晶振，晶振连接到CC2530芯片2个高频晶振引脚。PCB板上边包括7个半孔、左边包含8个半孔、下边包含7个半孔，半孔之间的间距为1.27mm。上边半孔连接CC2530芯片的VCC、GND、DC DD、RES引脚，其余半孔各自连接CC2530芯片的余下GPIO口(芯片的GPIO口具有软件复用功能能力)，GPIO口的名称和CC2530芯片数据手册保持一致。CC2530芯片的每个端口都连接到模块半孔上的方法，和TI公司CC2530无线模块官方参考设计保持一致。此外模块上包含一个PCB板印制天线以及一个LC巴伦电路单元，印制天线馈电端通过连接LC巴伦电路单元后连接到CC2530芯片的射频输出引脚，其原理图设计如图3所示。

自组网无线模块可以直接通过半孔焊接到PCB板上，在VCC引脚处需要0603封装的100nf电容滤波。将VCC、GND、DC、DD和RESET共5跟信号线引出，连接到1.5mm*1.5mm，过孔大小为0.8mm的圆形焊盘，间距2mm排列烧写接口，方便软件更新迭代。

LED指示单元，内部包含的发光二极管正极连接到VCC；负极串联一个0603封装的560R限流电阻到自组网无线模块的P0_7端口上。按键单元，内部包含的按键的一端接GND，另一端连接到自组网无线模块的P1_0端口上，并上拉一个0603封装的10K电阻和下拉一个0603封装的100nF/10V电容消抖。

继电器控制单元，选用一个SOT-23封装的8050三极管来驱动1组继电器。三极管的基极串联一个0603封装的5.1K电阻连接到自组网无线模块的P0_1端口上，同时基极下拉一个0603封装的10K电阻；三极管的发射极接GND；三极管的集电极接继电器低压控制端的一端，继电器低压控制端的另一端接5V，两端并联一个SOD-123F封装的续流二极管。

过零检测电路，在交流电过零点的时候驱动继电器会大大减少拉弧的出现，从而保护继电器。本设计选用SOP-4_1.27封装的光耦LTV-217来设计过零检测电路。强电输入经过一个SOD-123F封装的二极管，再经过两个0805封装阻值分别为100K和120K的电阻串联后，接到PC817的输入端，PC817的发射极接GND，集电极连接到自组网无线模块的P0_6端口上，同时接0603封装的10K上拉电阻。当交流电每次交变时（零点），光耦都可以输出一个高电平，自组网无线模块接收到后，延迟一段时间后（根据过零信号周期和继电器相应时间决定，确保继电器在下一个零点出现的时候动作）输出信号控制继电器通断，来控制灯光开关。

计量单元，本设计选用SOP-8封装的CSE7759来实现计量功能。CSE7759的VDD脚接5V，同时接一个0603封装的10uF/10V电容和一个0603封装的100nF/10V电容滤波；VIP引脚串联一个0603封装的1K电阻后连接到采样电阻的一端；VIN引脚串联一个0603封装的1K电阻后连接到采样电阻的另一端；V2P引脚经过0805封装的200K、400K、400K电阻后连接到零线输入端，同时V2P引脚下拉一个0603封装的1K电阻和一个0603封装的33nF/50V电容；SEL和CF1引脚悬空；CF引脚连接一个0603封装的5.1K电阻后连接到自组网无线模块的P0_0端口上，同时在P0_0端口上下拉一个0603封装的10K电阻；GND引脚连接到GND；将GND连接到零线上。

电源单元，本设计选用PN8016来实现AC-DC转换。强电输入经过一个SMD封装的保险丝，然后经过一个1mH的插件电感后连接到PN8016的SW引脚，在电感两端各接一个2.2uF/400V的插件电解电容到零线端；VDD引脚串联一个0805封装的4.7uF/50V的电容到芯片的5、6、7、8引脚；输出端5V和GND之间并联一个0805封装的1.5K电阻和一个470uF/16V的电解电容，然后5V端连接一个560uH的工字插件电感到快恢复二极管ES1J的负极，ES1J的负极再接到PN8016的5、6、7、8引脚，ES1J的正极接GND；5V输出端连接一个SOD-123F封装的二极管A7的正极，A7的负极串联一个0603封装的2.2uF/50V的电容到PN8016的5、6、7、8引脚；同时A7的负极再串联一个0805封装的2.7K电阻和一个2.4K电阻到PN8016的5、6、7、8引脚；FB引脚连接到2.4K和2.7K的中间，并连接一个0603封装的1nF/50V电容到PN8016的5、6、7、8引脚。AC-DC的5V输出接到LDO XC6206的输入端，其输出端输出3.3V连接到各个模块的供电端。电路功能板上各单元布局，如图4所示。

Claims (7)

1.小型无线插座适配器，其特征在于包括插座适配器外壳和电路功能板；电路功能板进一步包括自组网无线模块、LED指示单元、按键单元、继电器控制单元、计量单元、电源单元；LED指示单元连接到自组网无线模块的一个独立GPIO端口上；按键单元连接到自组网无线模块的一个独立GPIO端口上；继电器控制单元连接到自组网无线模块的一个独立GPIO端口上；计量单元连接到自组网无线模块的一个独立GPIO端口上；电源单元输入端连接外部供电端子，输出端连接到各个模块的电源供电端。

2.根据权利要求1所述的小型无线插座适配器，其特征在于所述自组网无线模块包括三边半孔设计，通过贴片焊接的方式连接到电路功能板上，无线模块天线位置下方的电路功能板区域为空白矩形区域。

3.根据权利要求1所述的小型无线插座适配器，其特征在于所述LED指示单元的显示设备连接到自组网无线模块输出端口用于指示设备运行状态；按键单元连接到自组网无线模块输入端口，通过自组网无线模块的内部处理器处理后进一步控制继电器的通断。

4.根据权利要求1所述的小型无线插座适配器，其特征在于所述继电器控制单元，包含继电器驱动电路和过零检测电路，过零检测电路连接外部交流电并检测过零点，产生过零信号输入给自组网无线模块，自组网无线模块输出控制信号到继电器驱动电路，通过设置准确的继电器触点切换时间提高继电器的使用寿命。

5.根据权利要求1所述的小型无线插座适配器，其特征在于所述计量单元通过一个采样电阻产生的分压信号，输入到计量单元的输入端，计量单元输出端产生方波信号，连接到自组网无线模块的输入端口，通过自组网无线模块的微处理器计算外接设备的功率和能耗。

6.根据权利要求1所述的小型无线插座适配器，其特征在于所述电源单元包含一个非隔离AC-DC电路和LDO稳压芯片，220V输入电源经过非隔离AC-DC电路转化为5V输出电源，再输入到LDO稳压芯片后输出3.3V电源，为各个功能模块提供电源。

7.根据权利要求1所述的小型无线插座适配器，其特征在于所述插座适配器外壳包括顶盖和底盖，顶盖包含一组散热细孔和一个按键结构，底盖包含接线端子的开口区域，用于连接外部供电线和控制线。

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