智能插座及交互终端装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及电力通信控制技术领域，是一种智能插座及交互终端装置，包括插座本体，还包括设置于插座本体上的负载单元、信号测量单元、信息处理单元和通信单元，负载单元包括可控硅触发电路、与插座本体电连接的火线插头和零线插头，信号测量单元包括电阻分压检测电路、电流取样电路、温湿度测量电路、第一信号调理电路和第二信号调理电路，通信单元包括ZigBee通信模块、RS485通信模块和BPLC通信模块。该智能插座不仅可实现对插座电源通断和定时控制，还可通过手持移动设备查看插座所接用电器的电流，电压等用电信息，可以实时测量家用电器待机功耗，并准确计量家电设备消耗的电量，而且在用电设备出现安全隐患时也能及时切断电源，保护用户的生命财产安全。
【专利说明】
智能插座及交互终端装置
技术领域
[0001]本发明涉及电力通信及控制技术领域，是一种智能插座及交互终端装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着人们生活水平的提高，人们对居家生活质量的要求越来越高。智能家居，即建立一个由家庭自动化系统、家庭安全防护系统和网络服务系统组成的家庭服务与管理系统，是人们对新的居住环境要求的必然结果。作为智能家居的重要组成部分，智能插座自然也成为了人们研究的热点。现有技术中绝大多数所谓的智能插座仅仅具备简单的通断和定时开关电源的功能。有些智能插座虽内置了 Wifi模块，可通过手持或移动终端安装的客户端来进行功能操作的插座，并且针对无线通信来说，Wifi的功耗也要高于基于ZigBee的功耗。
[0003]现有的ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。
[0004]现有的RS485通信技术是一种多点差分数据传输的技术，现如今成为了业界应用最为广泛的标准通信接口之一，这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点双向通信，它所具有的噪声抑制能力、数据传输速率、电缆长度及可靠性是其他标准无法比拟的。
[0005]现有的BPLC技术即宽带电力线通信技术是以太网技术发展的分支。它采用先进的OFDM通信编码技术，利用覆盖范围最广的电力线作为高速数据通信的载体，将互联网上的数字信号转换成高频无线电波，这些电波在特定端口被送回到效用栅格中，并经过效用变压器进入用户家庭和公司。现有用户已经铺设好的电力线路均未得到充分利用，仅仅用来作为电力传输;现在用于宽带电力线通信可以免布线、低成本地实现用户数据终端接入宽带通信网路，符合节约型社会要求。
[0006]现有的很多智能插座应用空间小，往往只能近距离控制，实现简单的数据传输，无法对所接用电设备的用电情况进行监测与显示，在用电设备出现安全隐患时也无法及时切断电源。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种智能插座及交互终端装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有智能插座存在的只能近距离，不能对所连接的用电设备的用电情况进行监测和显示的问题以及用电设备存在安全隐患时不能及时切断电源的问题。
[0008]本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的:一种智能插座包括插座本体，还包括设置于插座本体上的负载单元、信号测量单元、信息处理单元和通信单元，负载单元包括可控硅触发电路、与插座本体电连接的火线插头和零线插头，信号测量单元包括电阻分压检测电路、电流取样电路、温湿度测量电路、第一信号调理电路和第二信号调理电路，电阻分压检测电路的信号采样端分别与火线插头、零线插头电连接，电流取样电路的信号采集一端与火线插头电连接，电流采样电路的信号采集另一端与可控硅触发电路电连接，电阻分压检测电路的输出端与第一信号调理电路的输入端电连接，电流取样电路的输出端与第二信号调理电路的输入端电连接，第一信号调理电路的输出端与信息处理单元的第一输入端电连接，第二信号调理电路的输出端与信息处理单元的第二输入端电连接，温湿度测量电路的输出端与信息处理单元的第三输入端电连接;通信单元包括ZigBee通信模块、RS485通信模块和BPLC通信模块，ZigBee通信模块与信息处理单元的串口端双向通信连接，RS485通信模块与信息处理单元的一个I/O接口双向通信连接，BPLC通信模块的信号采集端口分别与火线插头、零线插头电连接，BPLC通信模块的另一端口与信息处理单元的另一个I/O接口双向通信连接。
[0009]下面是对上述发明技术方案一的进一步优化或/和改进:
上述还可包括外设功能扩展单元，外设功能扩展单元包括IXD显示模块、EEPROM模块、按键模块、蜂鸣器，IXD模块的输入端口与信息处理单元3的第一输出端电连接，EEPROM模块的输入端口与信息处理单元3的第二输出端电连接，按键模块的输出端与信息处理单元3的第四输入端电连接，蜂鸣器的输入端口与信息处理单元3的第三输出电连接。
[0010]上述信号测量单元还可包括电源管理模块，电源管理模块的两个输入端分别与火线插头、零线插头电连接。
[0011 ] 上述可控硅触发电路包括可控硅和电抗器，电抗器的一端与可控硅电连接，电抗器的另一端与零线插头电连接。
[0012]上述温湿度测量单元可为温湿度传感器。
[0013]本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的:一种智能插座的交互终端装置，包括主控单元、电源管理单元、通信单元、存储单元和显示单元，电源管理单元的输出端与主控单元的第一输入端电连接，通信单元包括ZigBee通信模块、RS485通信模块、BPLC通信模块和WiFi/以太网通信模块，主控单元的串口分别与ZigBee通信模块、RS485通信模块、BPLC通信模块和WiFi/以太网通信模块均双向通信连接，存储单元包括DDR随机存储器和Flash存储器，DDR随机存储器的I/O接口与主控单元的第二输入端电连接，Flash存储器的I/o接口与主控单元的第三输入端电连接，显示单元的I/O接口与主控单元的第四输入端电连接。
[0014]下面是对上述发明技术方案二的进一步优化或/和改进:
上述还可包括时钟电路，时钟电路的输入端与电源管理模块的输出端电连接，时钟电路的输出端与主控单元的第五输入端电连接。
上述电源管理单元可包括电源管理模块和降压转换模块，电源管理模块的一个输出端与主控单元的第一输入端电连接，电源管理模块的另一个输出端与时钟电路的输入端电连接，降压转换电路的第一输出端与电源管理模块的输入端电连接，降压转换电路的第二输出端与主控单元的第六输入端电连接，降压转换电路的第三输出端与通信单元的输入端电连接。
[0015]本发明基于ZigBee通信模块、RS485通信模块和BPLC通信模块的新型智能插座不仅可实现对插座电源通断和定时控制，还可通过手持移动设备查看插座所接用电器的电流、电压等用电信息，可以实时测量家用电器待机功耗，并准确计量家电设备消耗的电量，而且在用电设备出现安全隐患时也能及时切断电源，保护用户的生命财产安全。智能插座通过ZigBee模块或RS485模块或BPLC模块连接智能插座的交互终端装置的通信单元，智能插座的交互终端装置通过通信单元可连接到互联网；用户可在远程运用手机移动设备或电脑通过互联网连接智能插座的交互终端装置，实时掌握家电的用电情况，电费消耗情况，还能实现远程实时控制电器的通断，使家电设备完全断电，待机能耗归零，解除用户出门忘记关电器等烦恼，从而达到节能和环保的目的，真正实现家居智能化。
【附图说明】
[0016]附图1为本发明实施例1的整体结构框图。
[0017]附图2为本发明实施例1的电阻分压检测电路图。
[0018]附图3为本发明实施例1的电流取样电路图。
[0019]附图4为本发明实施例1的温湿度测量单元电路图。
[0020]附图5为本发明实施例2的整体结构框图。
[0021]附图中的编码分别为:1为负载单元，2为信号测量单元，3为信息处理单元。
【具体实施方式】
[0022]本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
[0023]在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如:前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
[0024]下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述:
实施例1:如附图1所示，一种智能插座，包括插座本体，还包括设置于插座本体上的负载单元1、信号测量单元2、信息处理单元3和通信单元，负载单元I包括可控硅触发电路、与插座本体电连接的火线插头和零线插头，信号测量单元2包括电阻分压检测电路、电流取样电路、温湿度测量电路、第一信号调理电路和第二信号调理电路，电阻分压检测电路的信号采样端分别与火线插头、零线插头电连接，电流取样电路的信号采集一端与火线插头电连接，电流采样电路的信号采集另一端与可控硅触发电路电连接，电阻分压检测电路的输出端与第一信号调理电路的输入端电连接，电流取样电路的输出端与第二信号调理电路的输入端电连接，第一信号调理电路的输出端与信息处理单元3的第一输入端电连接，第二信号调理电路的输出端与信息处理单元3的第二输入端电连接，温湿度测量电路的输出端与信息处理单元3的第三输入端电连接;通信单元包括ZigBee通信模块、RS485通信模块和BPLC通信模块，ZigBee通信模块与信息处理单元3的串口端双向通信连接，RS485通信模块与信息处理单元3的一个I /0接口双向通信连接，BPLC通信模块的信号采集端口分别与火线插头、零线插头电连接，BPLC通信模块的另一端口与信息处理单元3的另一个I/O接口双向通信连接。实际工作中，这里的信息处理单元3为单片机。单片机作为信息处理的核心，处理第一信号调理电路和第二信号调理电路送来的电压检测信号和电流采样信号、ZigBee通信模块、RS485通信模块和BPLC通信模块送来的信息以及按键的输入信息，并在LCD上显示用电信息，通过控制可控硅触发电路实现智能插座的开启和关断，还可通过ZigBee模块、RS485模块或者BPLC模块将用电信息传输至智能插座交互终端，也可再由智能插座交互终端通过WiFi/以太网通信模块将用电信息发送给用户手持移动终端。在实际对用电设备采样的工作中，电阻分压检测电路、电流取样电路和温湿度测量电路均为现有公知技术，可根据实际需要对上述电路做一定的更改。
[0025]如附图2、3所示，该智能插座工作时，对智能插座的电压信号和电流信号的采样采用直接采样法，即采用热稳定性高的电阻分压网络取样电压信号、用电阻温度系数非常小的锰铜片进行电流直接采样。输入的电压、电流强电信号首先通过分压电阻、锰铜片等转化为弱电信号，再输入到单片机之中。具体电压采样工作方式为:电压采样信号经电阻网络RA13、RA8至RA12的串联电阻和RA14分压后得到等比例缩小的电压取样模拟信号，经第一信号调理电路调理后送入信息处理单元3的差分电压输入通道。这里的电阻网络分压检测电路占用空间小，电路简单，成本低。具体电流采样工作方式为:电流信号采样电路中采样电流流经锰铜电阻得到取样电压，锰铜电阻后端的双向二极管T3起限压作用，防止脉冲干扰电压过大损坏器件或引起放大电路失真，经第二信号调理电路调理后送入信息处理单元3的差分电流输入通道;磁珠L3、L4与电容C26、C27组成低通滤波网络，；检测电路后端的中的IkQ电阻R38和33nF电容C13组成抗混叠滤波器，能有效滤除采样信号中的高频干扰，减少频谱混叠。这里采用锰铜分流方式简单可靠，价格低，抗直流。
[0026]可根据实际需要，对上述智能插座作进一步优化或/和改进:
如附图1所示，该智能插座还包括外设功能扩展单元，外设功能扩展单元包括LCD显示模块、EEPROM模块、按键模块、蜂鸣器，IXD模块的输入端与信息处理单元3的第一输出端电连接，EEPROM模块的输入端与信息处理单元3的第二输出端电连接，按键模块的输出端与信息处理单元3的第四输入端电连接，蜂鸣器的输入端与信息处理单元3的第三输出端电连接。实际应用时，LCD显示模块可根据用户的选择来显示当前智能插座的用电信息以及时钟信息等，通过MSP430FE427A型号的单片机可以直接计量耗电量，用户LCD显示屏可以直接查询显示;EEPROM模块可以存储用户设置的参数信息，以便该智能插座掉电后参数信息的保存，每次智能插座重启后将首先读取和加载EEPROM中存取的参数信息，便于信息的查询;按键模块接入到单片机的通用I/O接口，通过将所接I/O接口设置为中断模式，可通过编写中断服务程序，实时响应用户的按键操作;蜂鸣器在用电设备出现过流或过载时给出警告提示音，提醒用户注意断电，也可在用户设置的定时时间到时给出相应的提醒。
[0027]如附图1所示，信号测量单元2还包括电源管理模块，电源管理模块的两个输入端分别与火线插头、零线插头电连接。电源管理模块主要实现对各个需要供电的单元，包括单片机、LCD显示模块和各通信模块等外围模块提供电源的作用，同时还提供一个可满足移动设备充电需求的USB接口。
[0028]如附图1所示，可控硅触发电路包括可控硅和电抗器，电抗器的一端与可控硅电连接，电抗器的另一端与零线插头电连接。在工作时，触发可控硅电路通过M0C3083过零发光电耦合器实现。为了防止电流过度超前于电压，因此在可控硅之后安装一个电抗器，用于适当抵消一定的电容影响。
[0029]如附图4所示，温湿度测量单元为温湿度传感器。本发明中采用数字温湿度传感器来监测线路的温度和湿度，采用DHT22型号的数字温度传感器或者其他型号的数字温湿度传感器。智能插座对用电设备可能出现的过流、过载后可能引起线路燃烧等安全隐患进行实时监测，如果温度超过安全上限后，立即通过单片机控制可控硅触发电路来及时切断电源。DHT22可以测量环境中的湿度，为营造舒适的生活环境提供参考。
[0030]实施例2:如图5所示，一种智能插座的交互终端装置，包括主控单元、电源管理单元、通信单元、存储单元和显示单元，电源管理单元的输出端与主控单元的第一输入端电连接，通信单元包括ZigBee通信模块、RS485通信模块、BPLC通信模块和WiFi/以太网通信模块，主控单元的串口分别与ZigBee通信模块、RS485通信模块、BPLC通信模块和WiFi/以太网通信模块均双向通信连接，存储单元包括DDR随机存储器和Flash存储器，DDR随机存储器的I/O接口与主控单元的第二输入端电连接，Flash存储器的I/O接口与主控单元的第三输入端电连接，显示单元的I/O接口与主控单元的第四输入端电连接。在使用过程中，智能插座经过ZigBee通信模块、RS485通信模块或BPLC通信模块连接该智能交互终端装置，通过本装置的ZigBee通信模块、RS485通信模块、BPLC通信模块和WiFi/以太网通信模块连接到互联网，用户远程使用手机等移动设备或电脑通过互联网连接智能交互终端装置，实时掌握家电的用电情况，电费消耗情况，还可以远程实时控制家用电器的通断，使家电设备完全断电，待机能耗归零，解除用户出门忘记关电器等烦恼，从而达到节能和环保的目的，真正实现家居智能化。
[0031 ]如图5所示，还包括时钟电路，时钟电路的输入端与电源管理模块的输出端电连接，时钟电路的输出端与主控单元的第五输入端电连接。通过RTC时钟电路可以对家用电器的使用时间实现定时的功能。
[0032]如图5所示，电源管理单元包括电源管理模块和降压转换模块，电源管理模块的一个输出端与主控单元的第一输入端电连接，电源管理模块的另一个输出端与时钟电路的输入端电连接，降压转换电路的第一输出端与电源管理模块的输入端电连接，降压转换电路的第二输出端与主控单元的第六输入端电连接，降压转换电路的第三输出端与通信单元的输入端电连接。该智能插座的交互终端装置工作时，整体供电电路包含基于BQ24032A的电源管理模块以及TPS62160型号的降压转换芯片。电源管理模块在实际使用中，BQ24032A具体工作在两种工作状态:一种是AC引脚有电源输入，且高于电池电压、CE为有效状态，则通过AC输入对锂电池充电，同时在OUT口产生输出电压为系统供电，LDO引脚产生3.3V电压;另一种是，AC引脚无电源输入，此时无论CE等引脚为何，OUT 口输出电压均通过锂电池提供。另外，ISETl、ISET2引脚在此情况下，ISET2引脚给高电平，确保锂电池在满电流情况下充电。而采用基于TPS62160的降压转换芯片主要是为了产生5V供电电压，用于对智能交互终端的多个通信模块进行供电。
[0033]以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
【主权项】
1.一种智能插座，包括插座本体，其特征在于包括设置于插座本体上的负载单元、信号测量单元、信息处理单元和通信单元，负载单元包括可控硅触发电路、与插座本体电连接的火线插头和零线插头，信号测量单元包括电阻分压检测电路、电流取样电路、温湿度测量电路、第一信号调理电路和第二信号调理电路，电阻分压检测电路的信号采样端分别与火线插头、零线插头电连接，电流取样电路的信号采集一端与火线插头电连接，电流采样电路的信号采集另一端与可控硅触发电路电连接，电阻分压检测电路的输出端与第一信号调理电路的输入端电连接，电流取样电路的输出端与第二信号调理电路的输入端电连接，第一信号调理电路的输出端与信息处理单元的第一输入端电连接，第二信号调理电路的输出端与信息处理单元的第二输入端电连接，温湿度测量电路的输出端与信息处理单元的第三输入端电连接;通信单元包括ZigBee通信模块、RS485通信模块和BPLC通信模块，ZigBee通信模块与信息处理单元的串口端双向通信连接，RS485通信模块与信息处理单元的一个I/O接口双向通信连接，BPLC通信模块的信号采集端口分别与火线插头、零线插头电连接，BPLC通信模块的另一端口与信息处理单元的另一个I/O接口双向通信连接。2.根据权利要求1所述的智能插座，其特征在于还包括外设功能扩展单元，外设功能扩展单元包括LCD显示模块、EEPROM模块、按键模块、蜂鸣器，IXD模块的输入端与信息处理单元的第一输出端电连接，EEPROM模块的输入端与信息处理单元的第二输出端电连接，按键模块的输出端与信息处理单元的第四输入端电连接，蜂鸣器的输入端口与信息处理单元的第三输出端电连接。3.根据权利要求1或2所述的智能插座，其特征在于信号测量单元还包括电源管理模块，电源管理模块的两个输入端分别与火线插头、零线插头电连接。4.根据权利要求1或2所述的智能插座，其特征在于可控硅触发电路包括可控硅和电抗器，电抗器的一端与可控硅电连接，电抗器的另一端与零线插头电连接。5.根据权利要求3所述的智能插座，其特征在于可控硅触发电路包括可控硅和电抗器，电抗器的一端与可控硅电连接，电抗器的另一端与零线插头电连接。6.根据权利要求1或2所述的智能插座，其特征在于温湿度测量单元为温湿度传感器。7.根据权利要求5所述的智能插座，其特征在于温湿度测量单元为温湿度传感器。8.—种智能插座的交互终端装置，包括主控单元、电源管理单元、通信单元、存储单元和显示单元，电源管理单元的输出端与主控单元的第一输入端电连接，通信单元包括ZigBee通信模块、RS485通信模块、BPLC通信模块和WiFi/以太网通信模块，主控单元的串口分别与ZigBee通信模块、RS485通信模块、BPLC通信模块和WiFi/以太网通信模块均双向通信连接，存储单元包括DDR随机存储器和Flash存储器，DDR随机存储器的I/O接口与主控单元的第二输入端电连接，Flash存储器的I/O接口与主控单元的第三输入端电连接，显示单元的I / O接口与主控单元的第四输入端电连接。9.根据权利要求8所述的智能插座的交互终端装置，其特征在于还包括时钟电路，时钟电路的输入端与电源管理模块的输出端电连接，时钟电路的输出端与主控单元的第五输入端电连接。10.根据权利要求8或9所述的智能插座的交互终端装置，其特征在于电源管理单元包括电源管理模块和降压转换模块，电源管理模块的一个输出端与主控单元的第一输入端电连接，电源管理模块的另一个输出端与时钟电路的输入端电连接，降压转换电路的第一输出端与电源管理模块的输入端电连接，降压转换电路的第二输出端与主控单元的第六输入端电连接，降压转换电路的第三输出端与通信单元的输入端电连接。
【文档编号】H01R13/70GK105914535SQ201610358483
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】王璐, 滕召胜, 唐求, 张建文, 何宝, 于静, 罗成, 杨金成, 杨胜东
【申请人】国网新疆电力公司电力科学研究院, 国家电网公司