专利名称：背插式的壁插型电力计装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力计装置技术领域，尤其涉及一种背插式的壁插型电力计装置，其是专供安装在已知插座盒的剩余空间，使壁插具有电力量测、电能累计、继电控制、过载保护保险丝、Zigbee无线双向通信和设定配对接口等功能的电路装置，可通过无线控制器装置(如集中器或闸道器或PC等)自动形成网络，且该控制装置可针对两个以上壁插， 进行电力测量信息查询或电源控制等监控工作，以达到节能减碳、自动化及安全化的目的。
背景技术：
现有的公知壁插装置，通常包含一个或一个以上的插座，或还包含手动开关功能的插座，但已知的壁插，并不具有可测量电力电能的功能，当然更没有远距电源控制及通信功能。因此，若欲增加上述的功能，即必须外挂插座，或必须加大插座的外型或容积才有可能达成，如此一来，其整体的使用，显然并不安全和方便。因此，公知壁插装置因受制于既有尺寸构造的限制，故无法配置电力电能测量、电源继电控制、无线双向通信和电源过载保护保险丝等可供同时并存的新增装置，实有待改进。
实用新型内容本实用新型的主要目的，乃在于提供一种背插式的壁插型电力计装置，其是一种积很小且可插装结合在现有壁插盒内插座后方的装置，该装置内至少包含电力电能测量电路、电源继电控制、电源过载保护装置及Zigbee无线双向通信和配对设定的接口(介面， interface)，为利用无线通信和其他两个以上同型式的壁插型电力计装置，自动形成网络， 搜集各个本装置的用电信息和控制电源继电器，或经由网络从远程监控插在本装置上的电器用品，同时达到节电和优化生活的目的。本实用新型的次要目的，乃在于提供一种背插式的壁插型电力计装置，该装置并可配置结合一下盖及一上盖，进而与一个以上的原有插座插装结合，以供适配于插座盒、插座固定板及插座面板的整体组装。本实用新型的另一目的，乃在于提供一种背插式的壁插型电力计装置，其将一具有Zigbee无线通信接口的电力计缩小放在壁盒内，并通过具有Zigbee接口的无线集中控制装置或个人电脑(PC)，以便集中管控或远距读表监控，让整体操作随时随地都能自由掌握，也更容易达到节能效果。本实用新型的又一目的，乃在于提供一种背插式的壁插型电力计装置，其内含电源继电器和保险丝，可程序(程式)设定该插座使用电流的上限值，当过载时除了可以闪烁指示灯警示，亦能自动切掉电源保护，甚至还设有一道保险丝作为最后的安全保护，借此层层保护机制，以确保用电安全，让用电安全的预防机制从最底层的每一个插座开始建立。为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是一种背插式的壁插型电力计装置，其包括一连接器、测量控制板、电源保护及电源继电控制电路、一组以上的连结短铜线、电力测量电路、Zigbee无线通信模块、通信配对接口、电源及过载警示灯，与公知壁插插座盒的剩余空间及一个以上的原有插座形成配置结合； 其中，该连接器是供市电的一条电线插接；连结短铜线是供对准插入插座的背后插孔而形成电气连接，并完成机构定位及连结；而电源保护及电源继电控制电路内含电源保护保险丝及电源继电器，所述电源继电器是置放在插座中间；Zigbee无线通信模块则置于其上而靠近于外部；通信配对接口是以使用触控方式而置于最上层；电源及过载警示灯亦置于最上层处，借此用于供一个以上的原有插座形成插装结合。
[0009]图1为本实用新型配置两个插座的分解立体图。[0010]图2为本实用新型的组合立体图。[0011]图3为本实用新型配置插座盒、插座固定板及插座面板的组装前分解立体图。[0012]图4为图3的组合立体图。[0013]图5为本实用新型的功能方框图。[0014]图6为本实用新型的电路图。[0015]图7为本实用新型增加一增高环框元件的另一实施例于组装前分解立体图。[0016]图8为图7的组合立体图。[0017]部件名称[0018]11下盖[0019]12连接器[0020]131测量控制板[0021]132保护保险丝[0022]133连结短铜线[0023]134电源继电器[0024]135 Zigbee无线通信模块[0025]136通信配对接口[0026]137电源及过载警示灯[0027]14上盖[0028]15插座[0029]2插座盒[0030]111,141 缺口[0031]3插座固定板[0032]4插座面板[0033]方框51电源供应[0034]方框52电源保护及电源继电控制[0035]方框53通信配对接口及指示[0036]方框M电力测量电路[0037]方框55微处理器[0038]方框56无线通信模块[0039]6增高环框具体实施方式
如图1至图4所示，本实用新型所为“背插式的壁插型电力计装置”，其整体外观如图2所示，图1则显示包括插座15的分解立体图，本项装置对外连接线共具有四支连结短铜线133(或称接脚或PIN)及一个连接器12，其中连结短铜线133分别是四支长约2公分， 1.6Φ的裸铜电线，为直接插设在两个一般插座15的背面插孔内(图示是以使用两个插座 15为实施例)，而市电电源线，一条插在本装置插装在插座背后剩余的一个插孔，另一条则插在连接器12上的插孔内，其组成示意可参阅如图3中所显示，而图4则为本装置盖上插座盒2之后的完整组合示意图。如图1所示，本实用新型包括一下盖11、连接器12、测量控制板131、保护保险丝 132、一组以上的连结短铜线133(如图显示是采两组共四支短铜线133)、电源继电器134、 Zigbee无线通信模块135、通信配对接口 136、电源及过载警示灯137、一上盖14及一个以上的原有插座15 ；其中下盖11，厚度约0. 5公分，其外形匹配原有插座15外型及插座盒2 的容积而设计，其中保留一个角落，可将市电其中的一条电线直接插在插座15的一个插孔上，并且还预留一个缺口 111，可让外形和此缺口相吻合的连接器12置入其中，将市电的另一条电线可插在该连接器12上，而连接器12的另一条线则是接到测量控制板131上的保护保险丝132上；所述测量控制板131其外形是按照下盖11而形成匹配设计，以供置入下盖11内，又上述的四支连结短铜线133，其是线径1. 6 Φ的铜线，为可供对准插入插座15的背后插孔，换言之，本装置是利用此四支连结短铜线133和插座15以形成电气连接，并且连同完成机构定位及连结；另外，电源继电器134因体积较大，故置放在两个插座15的中间， 而Zigbee无线通信模块135则置于其上，使能更靠近于外部，让其通信效果更好，另通信配对接口 136是以使用触控方式而置于最上层，电源及过载警示灯137则使用具有导光的 LED,亦置于最上层处，以便容易由外部观看，而下盖11的外形亦匹配原有插座15外型及插座盒2的容积，最后再结合上盖14和下盖11 (上盖14亦具有一匹配的缺口 141)，即形成本装置完整组成(如图1)，进而与两个原有插座15插装结合，并借此再配合一插座盒2、插座固定板3及插座面板4(如图3)，即能构成一完整使用的实施例(如图4)。利用上述的下盖11与上盖14可将连接器12、测量控制板131、保护保险丝132、一组以上的连结短铜线133、电源继电器134、Zigbee无线通信模块135、通信配对接口 136、 电源及过载警示灯137等构件予以包覆结合。图5为本实用新型的功能方框图，包括方框51是电源供应、方框52是电源保护及电源继电控制、方框53是通信配对接口及指示、方框M是电力测量电路、方框55是微处理器、方框56是无线通信模块；图中方框51其电源来自市电L及N的交流电源，经由内部整流及转换提供本实用新型所需的直流5V工作电源。方框52是内含电源保护保险丝Fl 及电源继电器RYl，其中Fl可限制插座PSl及PS2两个合成的所用电流，而RYl只能控制 PS2的电源；于方框53是内含Zigbee无线通信定址的配对触控按键，在特定的机制下触控该接口外壳，即能设定通信位址码，其通信强度亦能使用LED闪烁表示，同时尚有RYlON的指示以及过载时的闪烁警示等；于方框M是内含电力电能测量芯片和周边电路，能检测经由PSl及PS2合成的用电量及当下的使用电力信息测量值等；于方框55是为微处理器及周边，可借由方框讨的电力测量电路以读取电力信息，并可通过方框52以控制电源继电器ON或OFF，插座PS2的电源，亦能经由方框56的Zigbee无线通信模块和外部控制中心双向通信，该方框56是内含Zigbee无线通信模块，能和外部控制中心自动形成网络，可远程读取本装置的电力资料，亦能远程控制电源。以下说明本实用新型的各方框动作原理及其作用，如图6为本实用新型的电路图，即如图示，该方框51电源供应电路，图中Pl及P2为市电的交流电压输入，经R7限流及 D2整流及C7的滤波，可得到大约130 300VDC电压，此电压经由Ul开关式稳压IC及周边零件Rl、R2、Cl、C2、C6及Dl、D3和Ll的作用，可得到稳定的5V直流工作电源，该电源提供本装置所有电路来使用。方框52为本装置之电源保护及电源继电器控制电路，市电P2经由Fl保护保险丝，才接到插座PSl及PS2，换言之，本装置及插座上的电气所流经的电流全部会经由Fl保险丝，故本保险丝可同时保护到，另外PS2的电源是经由Kl电源继电器所控制，方框55的微处理器可经由RYl-ON的信号脚经R17来控制Q20N或OFF，进而使Kl继电器ON或OFF， 图中R27及C30为一节省继电器推动电力的装置，当继电器开始ON时，需要大的电流，之后维持ON的状态只须一半的电流就够，故由C30提供瞬间大电流，R27则限制继电器长时间动作维持的电流，另外在图中流经过两个插座的电流，一起流经R12检测电阻，量测此一电阻两端的压降，即正例于经过的电流，此电压经由信号VlN-I及VlP-I接到方框M电力测量电路。方框53为通信配对接口及指示电路，本电路使用的电源为3. 3V，故需先将5V的工作电源，经TO稳压IC降压为3. 3V，U7为电容式触控IC，在图中KEYl为一触控片，在本装置是用一只陶瓷电容的电极面来代替，置于上盖的下方，当手指接近KEY-I时，会使U7 的BUTTON脚产生HI电位，这时TOZigbee模块会送出一组密码和位址资讯，告知外部的 Zigbee控制装置，自动建立起连线机制，但为了更严谨进行上述的通信配对，也必须在同一时间操作外部的Zigbee控制装置，使连线配对的动作只有在同时触控两个收发器之后一段时间(如30秒)内进行，超过时间后即关闭配对机制。若配对成功，D5指示LED会闪烁表示，另外D6指示LED则来自方框55微处理器的控制，当继电器ON时，D6灯亮代表PS2插座有电，当超载时，即流经R12检测电阻的电流，超过设定的电流值时，会使D6闪烁警示。方框M电力测量电路，图中U2为电力电能测量IC，其测量信号来源为电流信号及电压信号两种，其中电流信号来自R12上的电压降，即VlP-I及V1N-1，该电流量测信号经 R6、R9及C5、C8滤波加到U2的VlP和V1N，而电压信号来自Pl经R14、R13和Rll分压，加到U2的V2P和V2N，U2内含DSP (数位处理器)和高解析度的ADC (线性转数位)电路，能快速将VlP-VlN的电压(正比例于经过R12的电流)，和V2P-V2N的电压测量转换或数位信号并相乘，故可得到电压(V)、电流(A)、视在功率(VA)、实功率(W)、功率因数(PF)和频率等，另外电力测量IC U2周边尚有Q1，系可经由微处理器U3来控制U2的电源，提升信赖性，Xl为准确的石英振荡，提供给U2准确稳定的时基信号，使电能累积(KWH)，可直接由功率(W)转换成实在功率(KWH)。方框55微处理器U3及周边电路，其中U3的时基是由内部自动产生，电源投入后即自动进行程序运作，首先经过RST-CON控制脚，控制Ql的电源，可重起动电能测量芯片 U2的电源，U3可通过图中的信号脚如ADE-CS、Si、SO、SCK等控制线和U2双向通信，可读取当下的U2的电力测量值，若有异常还可通过RST-CON信号线，重起动U2测量芯片，另外U3可通过图中信号脚如CS1、Si、SO、SCK等控制线双向读写U4记忆IC内部资料，U4为非挥发性记忆IC，停电时仍能保持资料，内存有校调参数，该参数能补偿量测元件的误差提升测量准确度，亦能储存历史量测资料提供外部系统使用，提升本实用新型的加值作用，U4还能储存经由外部系统所设定过载电流值及动作反应时间等，U3亦能通过RYl-ON信号，可随时接受外部信号指令控制继电器RYl的动作时机以及随时自动检测电流，若超过所设定的上限值，便按所设定的动作时间参数快速或延迟的关掉电源。最后U3亦能通过T)(D-0UT和 RXD-IN信号和方框56的Zigbee通信模块通信，并借由Zigbee无线通信模块和外部同样是 Zigbee的控制中心或装置通信并形成网络，达到远程无线监控本装置的目的。方框56为Zigbee通信模块，主要是由TOZigbee芯片所组成，其电源为3. 3V，由 U5稳压IC所提供，借由RXD-IN及T)(D-0UT和微处理器U3通信，D5为通信指示灯，在平常时(非配对机制下)若手碰触KEY-I时，D5会快速闪烁，每次闪烁次数由1到5下不等，闪烁愈多下代表信号强度愈强，如同手机的信号强度的格数。TOZigbee无线通信模块，使用 PCB的F型天线，可直接设计在PCB板上置于盒内，另外JPl为U16Zigbee模块的程序烧录接口，用来烧录通信程序。如图7、图8所示，其是本实用新型的另一种实施例，主要是在插座盒2与插座固定板3 (含插座面板4)之间再增加设置一增高环框6元件，用以垫高插座15的高度，为将所述增高环框6套置设于插座15与墙壁之间，使整个插座15比原来装设在墙上的高度更加提高数公分，亦即利用增高环框6的框壁厚度达到垫高效果，此项辅助设计，其目的在于使插座盒2的内部空间也随之增高数公分的空间，因此令插座盒2内部空间可相对放大，以便提供如电线或其他东西均可同时塞入，以避免因空间不足而造成本装置的安装困扰。以上实施例所揭示，均仅是本实用新型主要技术的例举说明，其并非用以限定本案技术范围，凡涉及等效应用或基于前项技术手段所为简易变更或置换，均仍应视为本案技术范围，始谓合理。
权利要求1.一种背插式的壁插型电力计装置，其特征在于，包括一连接器、测量控制板、电源保护及电源继电控制电路、一组以上的连结短铜线、电力测量电路、Zibgee无线通信模块、通信配对接口、电源及过载警示灯，与公知壁插插座盒的剩余空间及一个以上的原有插座形成配置结合；其中，该连接器是供市电的一条电线插接；连结短铜线是供对准插入插座的背后插孔而形成电气连接，并完成机构定位及连结；而电源保护及电源继电控制电路内含电源保护保险丝及电源继电器，所述电源继电器是置放在插座中间；Zigbee无线通信模块则置于其上而靠近于外部；通信配对接口是以使用触控方式而置于最上层；电源及过载警示灯亦置于最上层处，借此用于供一个以上的原有插座形成插装结合。
2.如权利要求1所述背插式的壁插型电力计装置，其特征在于，该连接器是以另一条线接到测量控制板上的保护保险丝上。
3.如权利要求1所述背插式的壁插型电力计装置，其特征在于，还包括一下盖及一上盖，该下盖与上盖的外形是匹配原有插座外型及插座盒的容积，其中保留一个角落，将市电其中的一条电线直接插在插座的一个插孔上，并将市电的另一条电线插在连接器上，而下盖是与测量控制板的外形形成匹配，利用下盖及上盖将连接器、测量控制板、保护保险丝、 一组以上的连结短铜线、电源继电器、Zigbee无线通信模块、通信配对接口、电源及过载警示灯予以包覆结合。
4.如权利要求3所述背插式的壁插型电力计装置，其特征在于，该上盖和下盖均具有一可匹配置入连接器的缺口。
5.如权利要求3所述背插式的壁插型电力计装置，其特征在于，该上盖和下盖于包覆结合后，并配合置入一插座盒而与插座固定板及插座面板形成匹配组装。
6.如权利要求5所述背插式的壁插型电力计装置，其特征在于，在插座盒与插座面板之间增设一可供垫高高度的增高环框。
7.如权利要求1所述背插式的壁插型电力计装置，其特征在于，还包括电源供应，所述的电源供应是来自市电的交流电源，经由内部整流及转换以提供直流工作电源。
8.如权利要求1所述背插式的壁插型电力计装置，其特征在于，所述通信配对接口内含Zigbee无线通信定址的配对触控按键。
9.如权利要求1所述背插式的壁插型电力计装置，其特征在于，还包含微处理器及周边，用于由电力测量电路读取电力信息，并通过电源保护及电源继电控制电路控制电源继电器的开/关。
10.如权利要求1所述背插式的壁插型电力计装置，其特征在于，所述Zigbee无线通信模块与外部控制中心呈双向通信，并和外部控制中心自动形成网络。
专利摘要本实用新型涉及电力计装置技术领域，具体公开了一种背插式的壁插型电力计装置，其是利用公知壁插插座盒的剩余空间安装结合本项电力计装置，使其成为一具有电力测量、无线传信、继电控制和过载保护等功能的壁插，本项电力计装置内含电力测量和电能累计电路、继电器断电电路、电源过载保护保险丝以及内建Zigbee无线通信接口，该接口能与外部无线控制装置自动形成网络，可供读取多项测量数据，同时能控制继电器可开/关该插座电源，于过载时能提供警示信息，并以继电器自动断电保护或由内建保险丝保护，故以公知插座盒配置本项装置，即能提升原有插座的安全性、使用方便性和节能效果。
文档编号G01R11/02GK202013369SQ20102066600
公开日2011年10月19日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者庄伦, 曾仁誉, 李政良 申请人:齐硕科技股份有限公司