具有无线数据通信功能的智能插座及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及了具有无线数据通信功能的智能插座及其实现方法，属于智能家用电器领域技术领域。
【背景技术】
[0002]家用电器的广泛使用，提高了人们的生活水平，也导致了因家用电器而引起的大量火灾。据公安和消防部门有关资料显示，全国平均每天发生火灾不下300起，其中电器火灾占30%以上，其主要原因是超负荷、短路、电弧等。事故的发生与家用电器的插座密切相关。因此，研制出当家用电器在无人值守时能及时切断电源的智能插座，至关重要。市场现有的绝大多数插座不具备任何智能功能，极少所谓的“智能插座”也只具备定时开、关功能，无法对非正常状况进行监测与断电控制，不具备真正的智能功能。现有的插座已经不能适应各方面的需要，功能新颖的插座有着强大的市场需求。
[0003]此外，由于能源问题的越来越被大家关注，人们也开始重视家庭内部的能源消耗情况。虽然市面上有许多计量插座产品，但是都只能查看一个设备，由于插座安装位置等原因，使得查看起来十分不便。无线传感网发展迅速，已经广泛应用于工业、农业、环境科学等领域。随着智能家居和物联网技术的兴起，可以联网的家用电器产品必将会成为今后的主流。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明设计一种具有无线数据通信功能的智能插座及其实现方法，能够实现电量计量，节能控制，超压、过流报警(断电)，无线遥控开关，插头松动检测，夜光指示，USB充电等实用功能。
[0005]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:具有无线数据通信功能的智能插座，微处理器模块与电源模块、电能计量模块、液晶显示模块、继电器控制模块、通信模块、传感器模块连接；电能计量模块与继电器控制模块连接；继电器控制模块输入端连有输入插口，输出端连有输出插口 ；
[0006]微处理器模块:用于将来自电能计量模块、传感器模块的数据进行处理并将所得数据发送至液晶显示模块和通信模块，还发送控制命令至继电器控制模块；
[0007]电源模块:用于将外部市电转换为其他模块所需电压；
[0008]继电器控制模块:用于控制外部市电与负载电源的通断；控制端接收微处理器模块的控制命令，输入端用于连接市电，输出端用于连接负载；
[0009]电能计量模块:用于将继电器控制模块输出的电压、电流和功率信息发送至微处理器模块。
[0010]所述通信模块包括无线通信模块和红外线通信模块，均与微处理器模块连接；所述无线通信模块用于将传感器数据发送至上位机；所述红外线通信模块用于接收红外线遥控器的红外线遥控信号。
[0011]所述传感器模块包括温湿度传感器和两个光强传感器；第一光强传感器设置于输出插口上3个插孔的几何中心，第二光强传感器设置于输出插口外并与其同一平面。
[0012]所述微处理器模块还连有3个LED灯，分别设置于输出插口的3个插孔内部。
[0013]具有无线数据通信功能的智能插座实现方法，包括以下步骤:
[0014]微处理器模块根据所检测的两个光强传感器的光强信息判断继电器控制模块是否与负载连接；如果未连接，则继电器控制模块切断输出；如果连接，则通过电能计量模块检测负载的电压、电流和功率，并将上述信息通过液晶显示模块进行显示，同时通过无线通信模块传送至上位机；如果电流小于设定值时，则认为负载不工作，则继电器控制模块切断输出。
[0015]微处理器模块检测温湿度传感器的数据，如果超出限值，则继电器控制模块切断输出。
[0016]所述微处理器模块根据所检测的两个光强传感器的光强信息判断继电器控制模块是否与负载连接包括以下步骤:
[0017]微处理器模块将检测到的两个光强传感器的光强信息作差，如果差值大于阈值，则继电器控制模块与负载连接；否则，继电器控制模块与负载未连接。
[0018]当无线通信模块收到红外线遥控器的红外线遥控信号时，微处理器模块控制继电器控制模块导通并连接负载。
[0019]本发明具有以下有益效果及优点:
[0020]1.本发明具有无线通信与多机联网功能。本设计搭载无线通信模块，插座可以通过无线模块与上位机通信，每个插座具有唯一的MAC地址，只需要一台计算机就可以实现对家中所有的智能插座电量信息统计与控制。
[0021]2.具有安全保护功能。本设计集成丰富的传感器与继电控制器，它们彼此配合可以实现超压、过流保护，高温、高湿保护，负载插头松脱保护，空载防触电保护。大大的提高了使用家用电器的安全性。
[0022]3.具有丰富的功能。本设计是集成计量，控制，传感与一体的智能型插座，可以实时采集当前负载上的各类电参数信息，更能通过无线模块与红外线遥控模块实现远程控制。当家中安置多个智能插座时通过上位机软件可以实现家庭能源统计与控制。
[0023]4.具有使用便捷性。本设计集成丰富的功能，但使用起来十分方便。例如，当控制电视机的智能插座处于关机状态，我们需要打开电视机，只需要按下电视机遥控器上的特定按键(通过学习设定)就可以轻松地打开智能插座。当负载设备关机时智能插座会自动判断其状态进行关闭操作。
【附图说明】
[0024]图1是本发明的具有无线数据收发的智能插座功能框图；
[0025]图2是本发明的内部原理结构框图；
[0026]图3是本发明的外观结构示意图；
[0027]图4是本发明联网使用示意图；
[0028]图5是本发明电计量模块电路原理图；
[0029]图6是电源模块电路原理图一；
[0030]图7是电源模块电路原理图二 ；
[0031]图8是本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0033]一种具有无线数据通信功能的智能插座，
[0034]I)包含电能计量模块，可以采集插座的电压，电流，实时功率，电能消耗量；
[0035]2)包含继电器控制模块，可以实现控制智能插座上负载电源的通断；
[0036]3)包含液晶显示器模块，负责Π界面显示，用户可以直观的获得智能插座的运行状态信息，其包括:当前电压、电流、功率、电量、温湿度等信息；
[0037]4)包含无线通信模块，用于智能插座与计算机通信，可以由一台计算机同步管理多个智能插座，可实现用电量统计、家庭能源控制、远程电器控制等功能；
[0038]5)包含红外线通信模块，为单向学习型接收器，可以用普通的电视机遥控器实现智能插座的简单的开关机控制；
[0039]6)包含温湿度传感器模块，可是实时采集插座周围环境的温湿度，可以用来显示，也可以与其他模块配合工作，实现超温报警(与蜂鸣器通信模块配合)，超温自断电(与继电器模块配合)。
[0040]7)包含光强传感器模块，采集周围环境光强参数，光强传感器分为(A、B)，传感器A用于采集自然光强，当光强较低时开启插孔内的LED实现弱光条件下的插孔指示。传感器B用于与传感器A比较判断是否有负载插头插入插座内，实现无负载自断电功能；
[0041]如图1所示，本设计从功能上分由电能计量模块、液晶显示模块、继电器控制模块、通信模块、传感器器模块、微处理器模块以及电源模块共七大部分组成。
[0042]图2给出了本发明实施例中各个模块的具体硬件组成:
[0043]本设计主控制器采用意法半导体公司的STM32F103C8嵌入式微控制器，需要一颗8MHz的晶体振荡器与RC复位电路就可以组成其最小系统，STM32系列微控制器具有丰富的片内资源与外围接口可以方便的和其他模块连接。
[0044]电能计量芯片采用ATT7059A计量芯片，单芯片可以实现电压，电流，功率，累计用电量的采集。如图5为ATT7059A电能计量部分的电路原理图，外围元器件包括一颗5.5296MHz的晶体振荡器，采样电阻与其他外围元件。采样电阻采用0.002Ω的锰铜丝。ATT7059A通过SPI总线接口与STM32F103C8微控制器通信，接收采集命令，发送电能信息。
[0045]所述无线射频模块为STM32W108CBU64及其外围电路组成。STM32W模块通过UART接口与STM32F103C8微控制器模块通信，当接收到无线电射频信号时，通过UART接口将数据(或控制命令)传递给微控制器相应的接口进行处理；