CN220122269U - 一种公共宿舍用限电智能插座 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种公共宿舍用限电智能插座，其主要包括外部器件和内部模块，外部器件包括电源插口、LCD显示屏、开关按键、LED灯和蜂鸣器，智能插座内部模块包括电路保护模块、电量计量模块、交直流转换模块、网络收发模块、检测模块、LCD模块、声光报警模块、电池模块和单片机。宿舍管理方通过订阅智能插座上传到MQTT服务器的数据来获取公共宿舍智能插座的实时电源数据，进行危险判断；且宿舍管理方发布在MQTT服务器上对单片机的控制指令主题，随时可以远程断电，保证公共宿舍的用电安全。LCD显示屏显示当前用电功率和总用电量。本实用新型在满足基础插座的功能上，同时实现了插座的智能化,帮助宿舍管理方利用网络远程管理公共宿舍，解决了现有传统插座功能单一和插座内部空间利用不充分等问题。

Description

一种公共宿舍用限电智能插座

技术领域

本实用新型涉及电源插座领域，具体涉及一种公共宿舍用限电智能插座。

背景技术

众所周知，随着社会经济发展，越来越多的年轻人选择青年旅舍等公共宿舍作为旅游下榻的场所，亦或是人们来到都市工作生活选择长租房子，诸如此类的场所具有流动人流量大，人口密度大，人员复杂等弊端，这样将会导致许多的危险隐患，比如由于用电不规范导致的火灾等问题，故需要一款可以利用电量计量模块和温度检测模块实时监测住户们的用电功率和智能插座内部电线温度的智能插座。智能插座通过网络服务器将功率数据、温度数据、报警信号和房号床号等数据传输至云端服务器，便于宿舍管理方远程查看；宿舍管理方通过网络发布该编号单片机的控制指令，即远程控制电路保护模块向电量计量模块的供电。将可能会发生的危险隐患及时扼杀在摇篮内，采取远程切断电源、显示实时功率、声光报警等手段。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种放置于每个房间各个床位的一款智能插座，实时监测住户的用电功率和监测智能插座内部电线温度异常的数据，数据通过网络传输数据至云端服务器，宿舍管理处通过云端服务器获取数据，可以及时对将会产生的危险做出反馈，比如实时功率超过了所设置的功率阈值和电线温度超过所设置的温度阈值，宿舍管理处对智能插座采取远程断电的操作以及派工作人员查看，与此同时智能插座进行声光报警，提醒住户用电危险。

本实用新型的技术方案是：

所述一种公共宿舍用限电智能插座，由外部器件和内部模块组成，外部器件包括电源插口、开关按键、LCD显示屏、蜂鸣器和LED灯；内部模块包括电路保护模块、电量计量模块、交直流转换模块、网络收发模块、检测模块、LCD模块、声光报警模块、电池模块和单片机；市电依次经所述电路保护模块、电量计量模块后，分别连接至所述电源插口及交直流转换模块，所述交直流模块将市电转换为直流电后为其他内部模块供电；所述检测模块内设有一个温度检测探头固定放置于电源插口入端火线绝缘层外；所述电路保护模块、电量计量模块、交直流转换模块、网络收发模块、开关按键、检测模块、LCD模块和声光报警模块均与所述单片机的I/O口交互数据。

所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述电路保护模块与单片机通信，接受单片机发出的双向硅的通路断路指令；所述网络收发模块与单片机串口通信。

所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述电路保护模块由光耦隔离器和双向可控硅组成，其中所述双向可控硅与火线串联，所述电路保护模块根据所述单片机提供的高低电平指令控制向电量计量模块的供电。

所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述电量计量模块使用IM1281B，所述市电的火线穿过所述电量计量模块的互感器后，与零线共同连接至所述电源插口和交直流转换模块；由所述市电的火线和零线引出线路分别连接至所述电量计量模块的VL端和VN端。

所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述交直转换模块在桥式整流电路后的稳压模块前后均设置滤波电容，所述稳压模块使用LM7815型稳压芯片。

所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述网络收发模块使用ESP8266型WIFI模块，所述WIFI模块与单片机串口通信，传输数据时使用STA模式连接至智能插座当前环境内的WIFI热点，WIFI模块基于TCP/IP网络连接将所述单片机提供的数据发布主题至云端MQTT服务器。

所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述检测模块为温度检测模组，采用数字温度传感器DS18B20；所述温度检测模组的检测探头由绝缘管固定包裹于电源插口入端火线的绝缘层处。

所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述LCD显示模块采用LM016型LCD显示屏。

所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述电池模块包括18650锂电池、充电IC电路和自动切换电路，所述交直流转换模块为电池模块供电，所述充电IC电路使用TP4056型充电管理芯片。本实用新型的主要工作原理：

一种公共宿舍用限电智能插座，智能插座壳体表面分布有电源插口，开关按键，LCD显示屏、蜂鸣器和LED灯，所述电源插口分为一个两插插口、一个三插插口等。

智能插座内部模块包含电量计量模块、电路保护模块、交直流转换模块、网络收发模块、检测模块、声光报警模块、LCD显示模块和电池模块。

所述电量计量模块采用IM1281B型电量计量模块，所述电量计量模块为单向交流电量计量，将所得到的交流电压、电流、功率、功率因数、频率、电量等数据串口通讯至单片机内处理。

所述电路保护模块主要由电容、电阻、光耦隔离器和双向可控硅组成，所述光耦隔离器包含驱动发光二极管和光控晶闸管。正常情况下，所述单片机持续输出高电平，驱动发光二极管发光，光信号被光控晶闸管接受并产生光电流，输出至所述双向可控硅控制端，则与火线串联的双向可控硅导通。通过双向可控硅的通断切换，实现了市电至电源插口供电的自动控制。

所述交直流转换模块采用降压、整流、滤波、稳压四个步骤将市电整流为直流电后为其他内部模块供电，输出的直流电流至电路保护模块、电量计量模块、交直流转换模块、网络收发模块、检测模块、LCD模块、声光报警模块、电池模块和单片机。

所述电池模块为后备电源，电池模块包括18650锂电池、充电IC电路和自动切换电路；所述交直流转换模块为电池模块供电；智能插座正常工作情况下，智能插座其他内部模块由所述交直流转换模块供电，电池模块始终保持充电状态；当智能插座断电时，所述智能插座其他内部模块的供电通过所述自动切换电路切换至电池模块的18650锂电池。自动切换电路可以采用阳极连接锂电池正极、阴极连接交直流转换模块输出端的二极管，使得交流掉电时，电池代替交直流转换模块提供直流电源。从而，在单片机发生掉电时，仍可通过控制双向可控硅来接通市电。

所述网络收发模块使用WIFI模块，优选使用ESP8266型WIFI模块，所述WIFI模块与单片机串口通信，传输数据时使用STA模式连接至智能插座当前环境内的WIFI热点，WIFI模块基于TCP/IP网络连接将所述单片机提供的数据发布主题至云端MQTT服务器。

所述开关按键，通过对单片机发出信号，由所述单片机对所述电路保护模块进行控制，控制向电量计量模块的供电。

所述检测模块即温度检测模组，使用DS18B20型数字温度传感器，所述温度检测模组的检测探头由绝缘管固定包裹于电源插口入端火线的绝缘层处。

所述声光报警模块包括外部器件的LED灯和蜂鸣器和智能插座内部的三极管及电阻，所述LED灯、蜂鸣器固定放置于智能插座的外表面，所述三极管放大单片机发出的报警信号，当单片机所得到的数据，比如功率数据，温度数据超过预先设置的阈值时，单片机会发出报警信号至声光报警模块，提醒住户注意危险。

所述LCD显示模块包括外部器件LCD显示屏和智能插座内部的上拉电阻，在LCD显示屏上通过内部储存单元固定显示“当前用电功率”和“累计用电量”，实时接受单片机传输的实时功率和累计电量数据，显示在LCD显示屏上。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型利用电量计量模块，在满足基本的供电需求之后，将当前用电功率和用户用电总量透明化，通过LCD显示模块、及报警模块显示，帮助用户了解当前用电器功率、及是否超过宿舍警报功率。

2、本实用新型利用检测模块，对工作状态下的智能插座内部电线的温度监控，对于智能插座发生超过阈值温度的情况发出警报。

3、本实用新型利用网络收发模块内的WIFI模块将智能插座的数据，包括且不限于：温度数据，实时功率，累计电量，报警信号，房间号和床号等指令等发布主题至云端MQTT服务器，宿舍管理处可以通过订阅MQTT服务器的主题远程查看信息

4、本实用新型利用网络收发模块内的WIFI模块，订阅宿舍管理方在MQTT服务器发布的对该编号单片机的控制指令信息。所述控制指令信息包括控制电路保护模块向电量计量模块的供电，实现远程断电以及远程恢复供电的操作。

5、本实用新型在智能插座未断电时利用交直流转换模块为智能插座各模块供电，当智能插座关闭之后，电池模块继续接替交直流转换模块为智能插座内部模块供电，便于宿舍管理方在断电时远程控制智能插座的开启。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型的表面结构示意图；

图2为本实用新型内部模块的示意图；

图3为本实用新型电路保护模块的结构示意图；

图4为本实用新型检测模块的结构示意图；

图5为本实用新型交流转直流模块及电量计量芯片的线路示意图；

图6为本实用新型数据传输的结构示意图；

图7为本实用新型限电切换程序工作流程图；

图8为本实用新型电池模块的结构示意图；

图9为本实用新型另一优选的插座连接方案的结构示意图。

图中标号：1、电源插口；2、LED灯；3、蜂鸣器；4、LCD显示屏；5、开关按键；6、市电；7、电路保护模块；8、电池模块；9、单片机；10、声光报警模块；11、LCD显示模块；12、检测模块；13、网络收发模块；14、交直流转换模块；15、电量计量模块16、MQTT服务器；17、管理端路由器；18、宿舍管理平台(管理端)701、电容；702、光耦隔离器；703、电阻；704、双向可控硅；801、TP4056；802、18650锂电池正极；803、MOS管；804、肖特基二极管；1201、温度检测探头；1202、火线；1203、绝缘层；1204、绝缘管；1401、变压器；1402、全桥整流电路；1403、LM7815；1404、互感器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本实用新型的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的，基于本实用新型中的具体实施方式，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具体实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

一种公共宿舍用限电智能插座，如图1、图2所示，智能插座壳体表面分布有电源插口1，开关按键5，LCD显示屏4、LED灯2和蜂鸣器3发挥警示作用，所述电源插口1分为一个两插插口、一个三插插口等。

如图3所示，所述电路保护模块7由电容701，光耦隔离器702，电阻703和双向可控硅704组成，所述的电容701使用法拉电容，在单片机断电时可以继续为双向可控硅提供高电平保持火线导通。所述光耦隔离器702由驱动发光二极管和光控晶闸管组成，驱动发光二极管正极一端与所述单片机9的I/O口连接，负极与地线连接。所述光控晶闸管只有在电压为零时才会断开，故正常供电时单片机9持续输出高电平。当所述单片机9输出高电平时，驱动发光二极管发光，光信号被光控晶闸管接受并产生光电流，则所述双向可控硅704导通，所述双向可控硅704与火线串联，即火线通路；当所述单片机9输出低电平时，驱动发光二极管熄灭，光控晶闸管接收不到光电流，则所述双向可控硅截止，所述双向可控硅704与火线串联，从而使得向电源插口及交直流转换模块供电的火线断路。

如图4，所述检测模块12为温度检测模块，使用DS18B20型数字温度传感器，包括温度检测探头1201，火线1202，绝缘层1203和绝缘管1204。所述温度检测探头1201放置于电源插口1的绝缘层1203表面，通过绝缘管1204包裹，实时对所述电源插口1入端处的火线1202温度进行监控，所述检测模块12与单片机9采用单总线通信方式，传送数字信号至单片机。当所述单片机9所得到的温度数据超过单片机9设置的温度阈值，则会采取保护性断电，即通过向连接至图3中的光耦隔离器702的输出端输出低电平，驱动发光二极管熄灭，光控晶闸管接收不到光电流，则所述双向可控硅截止，所述双向可控硅704与火线串联，从而火线断路。

所述单片机9处理的温度数据和超出温度阈值的报警信号通过所述网络收发模块13发布包含功率数据的主题至MQTT服务器。

如图5所示，所述电量计量模块15使用IM1281B，所述电量计量模块15是对交流电能计量，所述市电6的火线穿过所述电量计量模块15的互感器后，与零线共同连接至所述电源插口1和交直流转换模块14；由所述市电6的火线和零线引出线路分别连接至所述电量计量模块15的VL端和VN端；IM1218B的工作电源由所述交直流转换模块15进行提供纯净直流电，且通过RX、TX接口实现与单片机9串口通信连接，将得到的功率数据传输至所述单片机9内处理。当所述单片机9所得到的功率数据超过单片机9设置的功率阈值，则会采取保护性断电，即通过向连接至图3中的光耦隔离器702的输出端输出低电平，驱动发光二极管熄灭，光控晶闸管接收不到光电流，则所述双向可控硅截止，所述双向可控硅704与火线串联，即火线断路。

所述单片机9处理的功率数据、累计电量和超出功率阈值的报警信号通过所述网络收发模块13发布包含功率数据的主题至MQTT服务器。

LCD显示模块11通过I/O口与单片机9通信，所述单片机9将电量计量模块15得到的交流电压、电流、功率、功率因数、频率、电量等参数进行处理，累积后将当前用电功率、累计用电量，显示在所述LCD显示模块11中的LCD显示屏4内。

网络收发模块13由WIFI模块组成，所述WIFI模块使用ESP8266型，与所述单片机9串口通信，使用STA模式连接至智能插座当前环境下的WIFI热点。

公共宿舍人口流动大，需要对每个床位的用户用电情况单独管理，故每个公共宿舍的各个床位处放置一个智能插座，整体镶嵌于墙体内，所述智能插座壳体外表面露在墙面；如图6，所述智能插座通过网络收发模块14中的WIFI模块与MQTT服务器16进行基于TCP/IP网络连接,提供有序、无损、双向连接,发布以所述单片机9处理的数据为内容的主题。

所述主题包括且不限于：当前智能插座的温度数据、实时功率，累计电量，报警信号以及房间号和床号等信息，此时宿舍管理平台(管理端)18同样通过管理端路由器17基于TCP/IP网络连接,在MQTT服务器16上订阅所述智能插座发布的主题，可获取每个宿舍各个床位处智能插座的实时数据；

且宿舍管理平台(管理端)19通过管理端路由器17发布关于此房间床位智能插座内单片机9的控制指令的主题，即控制电路保护模块7向电量计量模块的供电；所述单片机9通过网络收发模块13订阅宿舍管理平台(管理端)19发布的主题，接收宿舍管理平台(管理端)19发布的通路或断路指令，单片机9收到后执行该指令实现远程断电或远程恢复断电。

其中所述温度数据，实时功率，累计电量和房间号和床号采用QoS＝0的服务质量级别，所述报警信号和控制所述单片机9的指令采取QoS＝2的最高级别。

在检测模块12和电量计量模块15中检测至异常信号，比如徒增的温度信号或持续的高功率运作，所述单片机9将会与宿舍管理处预先设置的阈值进行比较，如设置阈值功率为1200W或者阈值电流为1200W/220V＝5.5A，阈值温度根据电线国标规定，插座内温度不可超过设定温度如60℃。

当超过设置的阈值，则所述单片机9将会发送报警信号一方面传递至声光报警模块10提醒用户发生危险，一方面也会将报警信号通过网络收发模块13中的WIFI模块发布报警信号主题至MQTT服务器16，宿舍管理平台(管理端)18通过在MQTT服务器16订阅的主题，获取到报警的房间号以及床号，一边派出公寓负责人查看，另一边通过MQTT服务器16发布对该插座的断电指令信息，远程对智能插座采取断电处理。

所述单片机9通过网络收发模块13订阅宿舍管理平台(管理端)19发布的主题，接收宿舍管理平台(管理端)19发布的断路指令，单片机9收到后执行该指令，通过电路保护模块7停止向电量计量模块15的供电；所述单片机向连接至图3中的光耦隔离器702的输出端输出低电平，驱动发光二极管熄灭，光控晶闸管接收不到光电流，则所述双向可控硅截止，所述双向可控硅704与火线串联，即火线断路。

通过程序设计，如图7的程序流程：电路保护模块可以由所述开关按键5或所述单片机9订阅的断电指令切断向电量计量模块15的供电。需要恢复供电时，单片机9判断是否出现报警信号。倘若出现报警信号，则由单片机9订阅的恢复供电指令恢复向电量计量模块15的供电；倘若未出现报警信号，则可由开关按键5恢复向电量计量模块15的供电。

正常使用情况下，智能插座可利用开关按键5控制电路保护模块7向电量计量模块15的供电，当用户需要离开宿舍时，点击所述开关按键5，所述开关按键5利用所述单片机9对智能插座内的电路保护模块7进行控制，当所述单片机9输出高电平时，驱动发光二极管发光，光信号被光控晶闸管接受并产生光电流，则所述双向可控硅704导通，所述双向可控硅704与火线串联，即火线通路；当所述单片机9输出低电平时，驱动发光二极管熄灭，光控晶闸管接收不到光电流，则所述双向可控硅截止，所述双向可控硅704与火线串联，即火线断路。

交直流转换模块14为智能插座其他内部模块电路供电，其内部电路为图5所示，所述交直流转换模块14首先需要将220V市电6降压处理，通过变压器1401将220V市电6电压降低至16V，220V市电6在经过整流管1402全波整流，将交流变为直流，首先经过一组滤波电容滤除杂波影响，降压后的电压值在逆变电路所使用的LM7815(1403)稳压芯片的有效工作范围内，保证通过交直流转换模块的直流电压稳定，再并联一组滤波电容，改善单片机12的供电稳定性。

所述电池模块为储备电源，如图8，电池模块8包括18650锂电池、充电IC电路和自动切换电路。自动切换电路可以采用阳极连接锂电池正极、阴极连接交直流转换模块输出端的二极管，使得交流掉电时，电池代替交直流转换模块提供直流电源。当智能插座正常工作情况下，所述交直流转换模块14提供的直流电直接通过肖特基二极管805，输出电流，且所述交直流转换模块14提供的直流电拉高MOS管P型804的栅极电压，则栅极电压与源极电压相差很小，MOS管P型804截止，所述18650锂电池不输出电流，且利用充电IC电路对所述18650锂电池充电；当智能插座断电的情况下，MOS管P型804的栅极电压被拉至地，则此时18650锂电池正极803可提供MOS管P型804的源极和栅极之间有3V以上电压，实现了18650锂电池输出电流。

作为优选，如图9所示，优选方案可采取在住户的宿舍入门的公共用电处，比如空调、饮水机等位置处安装核心智能插座，住户的床位处单独设置次核心智能插座，所述次核心智能插座通过墙内走线与核心插座通信连接；所述核心智能插座即包含上述智能插座的全部外部器件和内部模块，所述次核心智能插座仅仅包括电量计量模块和检测模块；所述次核心智能插座所得到的本插座温度、功率和累计电量等数据通信至核心智能插座内处理；可根据居住人数分为双人间，四人间等不同人数，设置次核心智能插座的数量，实时的收集整个宿舍内的实时功率，累计电量数据，便于计算此房间的总用电数据及电费并保证用电安全。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于，其由外部器件和内部模块组成，外部器件包括电源插口、开关按键、LCD显示屏、蜂鸣器和LED灯；内部模块包括电路保护模块、电量计量模块、交直流转换模块、网络收发模块、检测模块、LCD模块、声光报警模块、电池模块和单片机；市电依次经所述电路保护模块、电量计量模块后，分别连接至所述电源插口及交直流转换模块，所述交直流转换模块将市电转换为直流电后为其他内部模块供电；所述检测模块内设有一个温度检测探头固定放置于电源插口入端火线绝缘层外；所述电路保护模块、电量计量模块、交直流转换模块、网络收发模块、开关按键、检测模块、LCD模块和声光报警模块均与所述单片机的I/O口交互数据。

2.根据权利要求1所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述电路保护模块与单片机通信，接受单片机发出的双向硅的通路断路指令；所述网络收发模块与单片机串口通信。

3.根据权利要求2所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述电路保护模块由光耦隔离器和双向可控硅组成，其中所述双向可控硅与火线串联，所述电路保护模块根据所述单片机提供的高低电平指令控制向电量计量模块的供电。

4.根据权利要求1所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述电量计量模块使用IM1281B，所述市电的火线穿过所述电量计量模块的互感器后，与零线共同连接至所述电源插口和交直流转换模块；由所述市电的火线和零线引出线路分别连接至所述电量计量模块的VL端和VN端。

5.根据权利要求1所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述交直流转换模块在桥式整流电路后的稳压模块前后均设置滤波电容，所述稳压模块使用LM7815型稳压芯片。

6.根据权利要求1所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述网络收发模块使用ESP8266型WIFI模块，所述WIFI模块与单片机串口通信，传输数据时使用STA模式连接至智能插座当前环境内的WIFI热点，WIFI模块基于TCP/IP网络连接将所述单片机提供的数据发布主题至云端MQTT服务器。

7.根据权利要求1所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述检测模块为温度检测模组，采用数字温度传感器DS18B20；所述温度检测模组的检测探头由绝缘管固定包裹于电源插口入端火线的绝缘层处。

8.根据权利要求1所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述LCD显示屏采用LM016型LCD显示屏。

9.根据权利要求1所述的一种公共宿舍用限电智能插座，其特征在于所述电池模块包括18650锂电池、充电IC电路和自动切换电路，所述交直流转换模块为电池模块供电，所述充电IC电路使用TP4056型充电管理芯片。