CN217934453U - 插座 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种插座，包括：插座孔、位于插座孔内侧壁的电阻应变式传感器，用于检测用电设备插头是否插入插座孔，用电设备插头插入插座孔时，电阻应变式传感器输出端电压发生变化；控制电路，与电阻应变式传感器连接；微控制器，与控制电路以及用电设备连接；控制电路用于根据电阻应变式传感器的输出端的电压变化，控制是否向微控制器输出工作电压，当微控制器输入工作电压后，微控制器控制用电设备接入市电电压，当微控制器没有输入工作电压时，微控制器处于断电状态。

Description

插座

技术领域

本实用新型涉及电气设备技术领域，尤其涉及一种插座。

背景技术

插座是一种给用电设备提供电源接口的电气设备，广泛用于住宅、商场、楼宇等电气设计中。随着物联网技术的发展，出现了智能插座，采用无线传输模式实现外部用电设备的自动通断。然而，智能插座本身也是耗电设备，例如主控模块，需要实时供电，虽然可以通过技术让他们处于低功耗状态，但还是无法实现彻底断电。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种插座，在用电设备未插入时，直接切断主控模块的供电电源，实现自动节能。

本实用新型提供一种插座，包括：

插座孔；

电阻应变式传感器，位于插座孔内侧壁，用于检测用电设备插头是否插入插座孔，用电设备的插头插入插座孔时，电阻应变式传感器输出端电压发生变化；

控制电路，与电阻应变式传感器连接；

微控制器，与控制电路以及用电设备连接；

控制电路用于根据电阻应变式传感器的输出端的电压变化，控制是否向微控制器输出工作电压，微控制器用于当输入工作电压时，微控制器控制用电设备接入市电电压，微控制器当没有输入工作电压时，微控制器处于断电状态。

可选地，插座还包括：

与插座孔对应的电极片，电极片用于当用电设备插头插入插座孔与电极片产生接触时发生形变，挤压电阻应变式传感器，使得电阻应变式传感器的输出端电压变化。

可选地，电极片包括夹紧部和弹性伸缩部，夹紧部用于当用电设备的插头插入插座孔时，与用电设备插头的金属片保持接触；

弹性伸缩部用于当用电设备的插头插入所述插座孔时发生形变，挤压电阻应变式传感器。

可选地，电阻应变式传感器采用单臂电桥。

可选地，插座还包括：

交流-直流电压转换电路，用于将市电电压转换为第一直流电压，并将第一直流电压分别输入电阻应变式传感器和控制电路。

可选地，控制电路包括：

第一电阻；

NPN三极管，NPN三极管的基极连接至电阻应变式传感器的输出端，NPN三极管的发射极接地，NPN三极管的集电极通过第一电阻连接至交流-直流电压转换电路；

第二电阻；

第三电阻；

第四电阻；

PNP三极管，PNP三极管的基极通过第二电阻连接至NPN三极管的集电极，PNP三极管的发射极通过第三电阻连接至交流-直流电压转换电路，PNP三极管的集电极通过第四电阻接地；

第五电阻；

PMOS晶体管，PMOS晶体管的栅极通过第五电阻连接至PNP三极管的集电极，PMOS晶体管的源极连接至交流-直流电压转换电路，PMOS晶体管的漏极连接至电压转换单元；

第一直流电压通过PMOS晶体管输入电压转换单元，电压转换单元用于将输入的第一直流电压转换为第二直流电压，第二直流电压作为微控制器的工作电压。

可选地，电压转换单元采用低压差线性稳压器(LDO)。

可选地，还包括：

继电器，继电器包括线圈和触点，线圈输入第一直流电压，触点与用电设备的供电电路串接；

微控制器，用于通过控制线圈通断电以控制用电设备是否接入市电电压。

可选地，还包括：计量电路，计量电路包括电流采样电路、电压采样电路及电能计量芯片，电能计量芯片与微控制器共用相同的工作电压，并将电流采样电路采集到的用电设备的电流和电压采样电路采集到的用电设备的电压发送到微控制器。

可选地，微控制器包括WIFI单元，用于与局域网通讯，实现远程控制。

本实用新型提供的插座，电阻应变式传感器和控制电路共同构成一个调节电路，控制电路根据电阻应变式传感器的输出端电压的变化控制向微控制器的供电，当用电设备插头未插入时，控制电路切断对微控制器的电压输入，可以降低微控制器的芯片功耗，减少插座内耗能。当有用电设备插头插入后，控制电路正常对微控制器输出工作电压。

附图说明

图1为本实用新型一实施例插座的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例插座的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例电阻应变式传感器与电极片的连接示意图；

图4为本实用新型一实施例电阻应变式传感器与电压转换单元的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型一实施例提供一种插座，图1示出了该插座的结构框图，如图1所示，该插座包括：

插座孔101；

位于插座孔101内侧壁的电阻应变式传感器103，用于检测用电设备插头是否插入插座孔101，用电设备插头插入插座孔101时，电阻应变式传感器103输出端电压发生变化；

控制电路106，与电阻应变式传感器103连接；

微控制器108，与控制电路106以及用电设备连接；

其中控制电路106用于根据电阻应变式传感器103的输出端电压的变化，控制是否向微控制器108输出工作电压，当微控制器108输入工作电压后，微控制器108控制用电设备接入市电电压，当微控制器108没有输入工作电压时，微控制器108处于断电状态。

进一步地，参考图1，本实施例的插座设置有与插座孔101对应的电极片102，当用电设备插头插入插座孔101与电极片102产生接触时，电极片102发生形变挤压电阻应变式传感器103，使得电阻应变式传感器103的输出端电压变化。

作为一种实施方式，本实施例的插座还包括：交流-直流电压转换电路104，用于将市电电压转换为第一直流电压(例如+12V)，第一直流电压输入电阻应变式传感器103和控制电路106。

进一步地，还包括：继电器105，继电器105包括线圈和触点，线圈输入第一直流电压，触点与用电设备的供电电路串接；对应地，微控制器108用于通过控制继电器105的线圈通断电以控制用电设备是否接入市电电压。

图2示出了该插座的另一种结构框图，参考图2，该插座还可以包括：计量电路109，接入220V的火线L和零线N，计量电路109一般包括电流采样电路、电压采样电路及电能计量芯片，电能计量芯片与微控制器108共用相同的工作电压，将电流采样电路和电压采样电路采集到的用电设备的电压和电流发送到微控制器108。

上面介绍了插座的整体结构，下面对插座的各部分进行详细介绍。

根据不同的插座类型，插座孔101有不同的模式，常见的有两孔或者三孔，例如本实施例是以两孔插座为例进行说明。插座孔101连接外部用电设备，插座孔101的两侧为L#和N#。在图1中，L#通过继电器105连接至火线L，N#直接与零线N连接。在图2中，L#通过继电器105连接至火线L，N#通过计量电路109与零线N连接。

当用电设备插头插入插座孔101与电极片102产生接触时，电极片102会发生形变。图3示出了电极片102和电阻应变式传感器103的一种安装示意图。如图3所示，其中301为外部用电设备插头，300为插头的金属片。电极片102包括夹紧部1021和弹性伸缩部1022，当用电设备插头301插入插座孔101时，夹紧部1021与用电设备插头的金属片300保持接触，弹性伸缩部1022发生形变挤压电阻应变式传感器103，完成数据的采集。

电阻应变式传感器103也称为压力传感器，用于检测力，如重力，压力等。电阻应变式传感器103借助于弹性元件，将力的变化转化为变形，然后利用导体的应变效应，将力转化变成电阻的变化，最终利用测量电路得到被测量(力)的电信号。本实施例中，电阻应变式传感器103用来检测用电设备插头是否插入插座孔内，只需检测其中一个插座孔101是否有用电设备插入即可。

典型的，电阻应变式传感器103可以构成直流电桥。如图4所示，电阻应变式传感器103采用单臂电桥，即电阻应变片仅安装在R1上，通过对R1的形变完成数据采集。电阻应变式传感器103输入端输入第一直流电压+12V，通过普通引线连接到控制电路106上，将电阻应变式传感器103输出端电压VT传递至控制电路106。

当用电设备插头未插入插座孔101时，电阻应变式传感器103没有外力作用，取R1＝R2＝R3＝R4，电阻应变式传感器1脚输出端电压VT＝6V，即为高电平。

当用电设备插头插入插座孔101后，电阻应变式传感器103感应到外部压力，电阻R1发生形变，通过合理选型，可控制形变量，从而控制可变电阻R1的阻值。典型的，当发生形变后，R1阻值变得非常大，根据分压原理VT＝12*(R2/(R1+R2))，电阻应变式传感器1脚输出端电压VT约为0V，即为低电平。

控制电路106相当于一个开关，用于控制是否向微控制器108输出工作电压，由此达到真正的节能目的。

控制电路106有很多方案可以实现，图4示出了一种可行的电路结构，本实施例中，控制电路106包括：

第一电阻R13；

NPN三极管Q1，Q1的基极连接至电阻应变式传感器103的输出端，发射极接地，集电极通过第一电阻R13连接至第一直流电压；

第二电阻R12；

第三电阻R15；

第四电阻R14；

PNP三极管Q2，Q2的基极通过第二电阻R12连接至Q1的集电极，发射极通过第三电阻R15连接至第一直流电压，集电极通过第四电阻R14接地；

第五电阻R16；

PMOS晶体管Q3，Q3的栅极通过第五电阻R16连接至Q2的集电极，源极连接至第一直流电压，漏极输出电压记为VCC，VCC连接至电压转换单元输入端；

电压转换单元，用于将输入的第一直流电压转换为第二直流电压，第二直流电压作为微控制器108的工作电压。

微控制器的工作电压通常为3.3V，电压转换单元可以采用低压差线性稳压器(LDO)，将12V直流电压转换为3.3V直流电压。

电阻应变式传感器103与控制电路106构成一个调节电路，可以实现插座的节能控制，工作原理分析如下：

如前述，当用电设备插头未插入插座孔101时，电阻应变式传感器103的1脚输出端电压VT＝6V，三极管Q1导通，Q1的c极电压被拉低，为0V，则三极管Q2的b极电压为0V。而Q2的e极通过电阻R15上拉为12V，此时Vbe＝-12V，三极管Q2导通，三极管Q2的c极电压为12V，则MOS管Q3的栅极G电压为12V，此时Vgs＝0V，MOS管Q3不导通，VCC无输出，为0V；电压转换单元无输出，微控制器(主控模块)处于完全断电节能状态。

当用电设备插头插入插座孔101后，电阻应变式传感器103的1脚输出端电压VT约为0V，三极管Q1截止不导通，三极管Q1的c极被上拉电阻R13置高，为12V。则Q2的b极也为12V，此时Vbe＝0V，三极管Q2截止不导通，Q2的c极电压为0V，MOS管Q3的栅极G电压为0V，Vgs＝-12V，mos管Q3导通，VCC＝+12V，电压转换单元正常输出，主控模块(微控制器)处于正常供电状态，微控制器108的GPIO单元控制继电器105接通。

通过以上的分析后可知，电阻应变式传感器103和控制电路106共同构成自动节能装置。

交流-直流电压转换电路104输入220V市电电压，L为火线，N为零线。对外输出第一直流电压，例如+12V直流电压。12V直流电压给继电器105和控制电路106供电，同时12V直流电压还输出至电阻应变式传感器103。

继电器105接入220V的火线L，微控制器108的GPIO单元控制继电器105线圈通断电从而控制触点的打开或者关闭，进而控制用电设备是否接入市电电压。典型的，继电器105触点使用常开模式，一方面在不使用时保证用电设备的安全，另一方面节能，无需任何供电即可保持断开状态。当GPIO单元输出低电平0时，继电器105通电吸合，此时L#接通火线L。

微控制器(MCU，Microcontroller Unit)108为主控模块，内部包含GPIO(General-purpose input/output，通用输入输出接口)单元，UART(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，通用异步收发传输器)单元，WIFI单元。其中GPIO单元用于控制继电器105关闭和打开；UART单元用于与计量电路109通讯，采样数据通过电能计量芯片UART接口发送到微控制器108，在智能终端上可以看到采样数据。WIFI单元用于与局域网(典型的如家用路由器)通讯，可通过手机APP完成远程控制。

具体地，在设计插座结构时，可以将交流-直流电压转换电路104、继电器105、控制电路106、微控制器108、计量电路109集成到一块控制主板上。

本实用新型提供的插座，电阻应变式传感器103和控制电路106共同构成一个调节电路，控制电路106根据电阻应变式传感器103的输出端电压变化控制向微控制器108的供电，当用电设备插头未插入时，控制电路106切断对微控制器108的电压输入，减少插座内耗能。当有用电设备插头插入后，控制电路106正常对微控制器108输出工作电压。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种插座，其特征在于，包括：

插座孔；

电阻应变式传感器，位于所述插座孔内侧壁，用于检测用电设备插头是否插入所述插座孔，所述用电设备的插头插入所述插座孔时，所述电阻应变式传感器的输出端电压发生变化；

控制电路，与所述电阻应变式传感器连接；

微控制器，与所述控制电路以及所述用电设备连接；

所述控制电路用于根据所述电阻应变式传感器的输出端的电压变化，控制是否向所述微控制器输出工作电压；所述微控制器用于当输入所述工作电压时，控制所述用电设备接入市电电压，所述微控制器当没有输入所述工作电压时，处于断电状态。

2.根据权利要求1所述的插座，其特征在于，所述插座还包括：

与所述插座孔对应的电极片；所述电极片用于当所述用电设备的插头插入所述插座孔与所述电极片产生接触时发生形变，挤压所述电阻应变式传感器，使得所述电阻应变式传感器的输出端电压变化。

3.根据权利要求2所述的插座，其特征在于，所述电极片包括夹紧部和弹性伸缩部；

所述夹紧部用于当所述用电设备的插头插入所述插座孔时，与用电设备插头的金属片保持接触；

所述弹性伸缩部用于当所述用电设备的插头插入所述插座孔时发生形变，挤压所述电阻应变式传感器。

4.根据权利要求1所述的插座，其特征在于，所述电阻应变式传感器采用单臂电桥。

5.根据权利要求1所述的插座，其特征在于，所述插座还包括：

交流-直流电压转换电路，用于将所述市电电压转换为第一直流电压，并将所述第一直流电压分别输入所述电阻应变式传感器和所述控制电路。

6.根据权利要求5所述的插座，其特征在于，所述控制电路包括：

第一电阻；

NPN三极管，所述NPN三极管的基极连接至所述电阻应变式传感器的输出端；所述NPN三极管的发射极接地；所述NPN三极管的集电极通过所述第一电阻连接至所述交流-直流电压转换电路；

第二电阻；

第三电阻；

第四电阻；

PNP三极管，所述PNP三极管的基极通过所述第二电阻连接至所述NPN三极管的集电极；所述PNP三极管的发射极通过所述第三电阻连接至所述交流-直流电压转换电路；所述PNP三极管的集电极通过所述第四电阻接地；

第五电阻；

PMOS晶体管，所述PMOS晶体管的栅极通过所述第五电阻连接至所述PNP三极管的集电极；所述PMOS晶体管的源极连接至所述交流-直流电压转换电路，所述第一直流电压输入所述PMOS晶体管的源极；所述PMOS晶体管的漏极连接至电压转换单元；

第一直流电压通过所述PMOS晶体管输入所述电压转换单元，所述电压转换单元用于将输入的所述第一直流电压转换为第二直流电压，所述第二直流电压作为所述微控制器的工作电压。

7.根据权利要求6所述的插座，其特征在于，所述电压转换单元采用低压差线性稳压器(LDO)。

8.根据权利要求5所述的插座，其特征在于，还包括：

继电器，所述继电器包括线圈和触点；所述线圈输入所述第一直流电压；所述触点与所述用电设备的供电电路串接；

所述微控制器用于通过控制所述线圈通断电以控制所述用电设备是否接入所述市电电压。

9.根据权利要求1所述的插座，其特征在于，还包括：计量电路，所述计量电路包括电流采样电路、电压采样电路及电能计量芯片；所述电能计量芯片与所述微控制器共用相同的工作电压，并将所述电流采样电路采集到的所述用电设备的电流和所述电压采样电路采集到的所述用电设备的电压发送到所述微控制器。

10.根据权利要求1所述的插座，其特征在于，所述微控制器包括WIFI单元，用于与局域网通讯，实现远程控制。

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