具有火灾监测及预警功能的安全智能插座的制作方法

1.本实用新型涉及智能家居控制开关产品领域，特别涉及一种具有火灾监测及预警功能的安全智能插座。


背景技术：

2.随着我国经济社会的快速发展，生活工作中的各种用电器越来越多，这些用电器使用过程中通常与插座连接，当前市面上主要有普通插座和智能插座，而智能插座因其可自动化控制电源通断，应用越来越广泛。插座本身作为电源提供装置，其安全性一直深受市场的关注，由于使用不当造成的漏电触电事故和由于安装不当造成的火灾时有发生。如何提高插座，尤其是智能插座的安全性，是当前业内继续解决的问题。而作为智能产品，如果在安全性上体现智能插座智能的价值，也是广大设计者一直在思考的方向。


技术实现要素：

3.为此，本实用新型提供一种具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，结构简单，设计科学、合理，通过在电路板上增加电量计量、继电器控制和过热火焰检测进行电量及火灾预警检测，可以大大提高插座的安全保护作用，避免因接触不良或过热充电等造成的不必要损失。
4.按照本实用新型所提供的设计方案，一种具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，包含壳体及设于壳体内的电路板，所述电路板上设置有单片机及分别与单片机电路连接用于电量计量的电量计量模块、用于电源和负载设备间连接通断的继电器控制模块、用于对接入的负载设备进行过热和火焰检测的火灾检测预警模块、用于与云端服务器通讯的通信模块和外围辅助电路模块。
5.作为本实用新型具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述电量计量模块包含电量计量芯片、及分别与电量计量芯片连接的电流采样电阻、滤波电路和分压电路；采样电阻串联在待检测电源线上，经采样电阻形成的电压信号经滤波电路滤波并送入电量计量芯片电流差分信号输入端，零线和火线之间的电压经分压电路得到的电压信号送入电量计量芯片电压信号输入端，电量计量芯片依据电流差分信号输入和电压信号输入得到待检测电源线功率值，通过功率值进行电量计量。
6.作为本实用新型具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述滤波电路为由滤波电容及电阻组成的抗混叠滤波电路；所述分压电路采用多个电阻串联组成。
7.作为本实用新型具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述电路板上还设置有与单片机连接用于检测接入负载设备漏电状态的漏电检测模块；所述漏电检测模块包含串联在接入负载设备零线上的电量计量模块和串联在负载设备火线上的电量计量模块，利用接入设备零线和火线上的两个电量计量模块流出和流入电流差值判定插座是否存在漏电情形。
8.作为本实用新型具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述继电
器控制模块包含继电器及与继电器电路连接的三极管和电阻，电源经继电器驱动线圈后由三极管控制，继电器控制信号经电阻接入三极管基极，由三极管通断来控制继电器通断。
9.作为本实用新型具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，火灾检测预警模块包含用于人体检测的人体热释电传感器电路、用于负载设备过热检测的热敏电阻电路、用于检测负载设备环境火焰情形的红外二极管电路。
10.作为本实用新型具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述电路板上还设置有与单片机连接的无线充电模块；该无线充电模块包含用于将插座内低压直流电源转化为高频交流信号的电源转换电路，用于将高频交流信号转化为高频电磁波的环形天线，及用于将接收电磁波并转化为待充电设备所需直流低压信号的充电转换器；在插座上设置有用于吸附充电转换器的磁铁。
11.作为本实用新型具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述电路板上还是设置有与单片机连接用于历史数据存储的存储器电路、用于人机交互的rgb三基色led指示灯电路及机械按键开关电路。
12.作为本实用新型具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述通信模块为zigbee无线通信单元模块，该zigbee无线通信单元模块通过网关与云端服务器连接，对插座进行远程控制。
13.作为本实用新型具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述电路板上还设置有与单片机连接的语音识别模块和语音播报模块，其中，语音识别模块用于通过人机交互的麦克风采集用户联控语音并根据用户联控语音进行语音识别，将语音识别信息发送至单片机；单片机对语音识别信息进行分析反馈并利用语音播报模块进行语音播报。
14.本实用新型的有益效果：
15.本实用新型结构简单，设计新颖、合理，通过控制插座的输出通断和对插座所输出的电能进行计量，完成了节能效果；并通过在电路板上增加对应功能模块电路，实现对插座内部温度、外部火焰的监测和对用电设备漏电状态的监测，完成插座设备本身安全性能的提升的同时，也对插座周围环境的安全作出贡献，能够避免漏电触电或接线安装不当等造成的损失，具有较强的推广应用价值。
16.附图说明：
17.图1为实施例中安全智能插座电路原理图示意；
18.图2为实施例中继电器控制模块电路图示意
19.图3为实施例中传感器模块电路图示意
20.图4为实施例中的电量计量模块电路图示意
21.图5为实施例中的语音模块电路图示意；
22.图6为实施例中无线充电模块电路图示意；
23.图7为实施例中与单片机连接的存储交互按键功能模块电路示意。
24.具体实施方式：
25.下面结合附图和技术方案对本实用新型作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本实用新型的实施方式，但本实用新型的实施方式并不限于此。
26.本实用新型实施例，参见图1~7所示，提供一种具有火灾监测及预警功能的安全智
能插座，包含壳体及设于壳体内的电路板，所述电路板上设置有单片机及分别与单片机电路连接用于电量计量的电量计量模块、用于电源和负载设备间连接通断的继电器控制模块、用于对接入的负载设备进行过热和火焰检测的火灾检测预警模块、用于与云端服务器通讯的通信模块和外围辅助电路模块。通过在电路板上增加电量计量、继电器控制和过热火焰检测进行电量及火灾预警检测，可以大大提高插座的安全保护作用，能够避免因接触不良或过热充电等造成的不必要损失。
27.参见图1所示，j2j3j5为插座的电源输入端子，j1j4j6为插座的负载端端子。u_relay_alrm为报警信号输出模块，p1为模块的信号输出端子。u_relay为插座的输出控制继电器模块，该模块串联在火线电源输入端子j2和火线输出端子j1之间，控制火线的输出。u_meter_l和u_meter_n为火线电量计量模块和零线电量计量模块，u_meter_l串联在火线电源输入端子和继电器控制之间，负责测量火线上的电流。u_meter_n串联在零线电源输入端子j3和零线输出端子j4之间，负责测量零线上的电流。
28.作为本实用新型实施例中具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述电量计量模块包含电量计量芯片、及分别与电量计量芯片连接的电流采样电阻、滤波电路和分压电路；采样电阻串联在待检测电源线上，经采样电阻形成的电压信号经滤波电路滤波并送入电量计量芯片电流差分信号输入端，零线和火线之间的电压经分压电路得到的电压信号送入电量计量芯片电压信号输入端，电量计量芯片依据电流差分信号输入和电压信号输入得到待检测电源线功率值，通过功率值进行电量计量。进一步地，所述滤波电路为由滤波电容及电阻组成的抗混叠滤波电路；所述分压电路采用多个电阻串联组成。
29.电流采样电阻串联在待检测的电源线上，其两端由电源线上的电流形成的电压信号经过由电阻和电容组成抗混叠滤波电路滤波，送入计量芯片的电流差分信号输入引脚，进行信号处理得到具体电流值，由多个电阻串联组成的分压电路将零线和火线之间的电压分压得到电压较低的电压信号，该信号送入计量芯片的电压信号输入引脚，进行信号处理得到具体的电压值。上述电流值和电压值进行计算可得到该电源线上的具体功率值。参见图4所示，r19为串联在pwic_ac_in和pwic_ac_out之间的电源线上的采样电阻，电阻r15 r16与电容c13 c14组成抗混叠滤波电路。电阻r11 r12 r13 r14串联形成分压电阻网络。
30.作为本实用新型实施例中具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述电路板上还设置有与单片机连接用于检测接入负载设备漏电状态的漏电检测模块；所述漏电检测模块包含串联在接入负载设备零线上的电量计量模块和串联在负载设备火线上的电量计量模块，利用接入设备零线和火线上的两个电量计量模块流出和流入电流差值判定插座是否存在漏电情形。可将2个电量计量模块一个串联在设备内的零线上，另外一个串联在设备内的火线上，对流入设备的火线电流和留出设备的零线电流进行对比，依靠两者的差值来判断插座输出的火线是否存在漏电，来达到漏电检测的功能。
31.作为本实用新型实施例中具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述继电器控制模块包含继电器及与继电器电路连接的三极管和电阻，电源经继电器驱动线圈后由三极管控制，继电器控制信号经电阻接入三极管基极，由三极管通断来控制继电器通断。、
32.继电器控制模块由三极管、二极管、电阻、继电器组成。继电器电源经过继电器的驱动线圈后，由npn三极管进行控制。继电器控制信号经三极管基极电阻后，接入三极管基
极，对三极管的通断进行控制，进而控制继电器的通断。通过继电器的通断，进而控制插座是否将电源线上的电源输出到插座正面的负载端。同时，当连接在单片机控制模块上的传感器监测到设备周围有火灾发生，或者设备本身温度过高，亦或者监测到插座上连接的用电器有漏电现象，单片机控制模块也会驱动继电器控制模块断开插座输出，同时通过无线通信模块和报警信号输出模块来输出报警数据和报警信号。参见图2所示，可增加报警信号输出模块电路，采用继电器控制模块有相似的电路结构；报警信号输出模块内部继电器连接报警信号电源和报警信号控制设备；当单片机控制模块输出报警信号输出信号有效时，报警信号输出模块内部继电器接通，将报警信号输入电源与报警信号控制设备接通，使得报警信号控制设备得到电源开始运行，完成报警信号输出。
33.作为本实用新型实施例中具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，火灾检测预警模块包含用于人体检测的人体热释电传感器电路、用于负载设备过热检测的热敏电阻电路、用于检测负载设备环境火焰情形的红外二极管电路。
34.人体热释电传感器位于设备正面，其信号输入引脚上输出的高低电平信号直接与单片机控制模块中的单片机相连，单片机通过检测信号是否有效完成人体检测功能。热敏电阻位于设备的电源接线端子附近，其与分压电阻串联组成的分压网络输出的电压信号接入单片机的一个adc引脚，单片机通过测量输入信号的大小可计算得到接线端子附近的温度，实现设备过热检测的功能。红外二极管位于设备正面，其与分压电阻串联组成的分压网络输出的电压信号接入单片机的一个adc引脚，单片机通过测量信号的大小可计算得到设备正面检测范围内是否有火焰出现，实现设备的火焰检测功能。
35.参见图3所示，u3为pir人体热释电传感器，当传感器前方有人走过时u3的4号引脚输出se_pir_out信号，该信号与单片机控制模块中的单片机相连，告知单片机设备前方有人经过。rt1为热敏电阻，其与r8组成的分压网络将电源电压vcc进行分压，分压后输出的电压se_temp与热敏电阻rt1的阻值有关，se_temp与单片机控制模块中的单片机的一个adc引脚相连，单片机经过adc采集到se_temp电压后计算可得到rt1所测量的温度。d2为红外二极管，其与r9组成的分压网络将电源电压vcc进行分压，分压后输出的电压se_fire与红外二极管的压降有关，se_fire与单片机控制模块中的单片机的一个adc引脚相连，单片机经过adc采集到se_fire电压后计算可得到d2所采集到的红外信号的强度，当强度大于某一阈值时，便可判断设备正面有火焰存在。
36.作为本实用新型实施例中具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述电路板上还设置有与单片机连接的无线充电模块；该无线充电模块包含用于将插座内低压直流电源转化为高频交流信号的电源转换电路，用于将高频交流信号转化为高频电磁波的环形天线，及用于将接收电磁波并转化为待充电设备所需直流低压信号的充电转换器；在插座上设置有用于吸附充电转换器的磁铁。
37.参见图6所示，u8为无线充电电源模块，ant1为无线充电发射天线。无线充电模块将插座设备内部提供的低压直流电源转化为高频交流信号，设备内部的环形天线转化为高频电磁波发射出去。插座外部的接受设备可通过磁铁吸附在插座正面表面，将无线充电模块天下发送的高频交流信号转化为直流低压信号，送给待充电的设备使用。
38.作为本实用新型实施例中具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述电路板上还是设置有与单片机连接用于历史数据存储的存储器电路、用于人机交互的
rgb三基色led指示灯电路及机械按键开关电路。参见图7所示，u2为外部存储器，d1位rgb三基色指示灯，s1为机械按键，u1为单片机。
39.作为本实用新型实施例中具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述通信模块为zigbee无线通信单元模块，该zigbee无线通信单元模块通过网关与云端服务器连接，对插座进行远程控制。
40.作为本实用新型实施例中具有火灾监测及预警功能的安全智能插座，进一步地，所述电路板上还设置有与单片机连接的语音识别模块和语音播报模块，其中，语音识别模块用于通过人机交互的麦克风采集用户联控语音并根据用户联控语音进行语音识别，将语音识别信息发送至单片机；单片机对语音识别信息进行分析反馈并利用语音播报模块进行语音播报。参见图5所示，u10为语音处理模块，ls1为扬声器，mk1为麦克风，经过麦克风拾取用于语音并进行识别，将处理后的结果通过uart接口发送给单片机进行处理，同时通过扬声器对用户的语音控制进行反馈。
41.本文中术语“和/或”表示可以存在三种关系。例如，a和/或b可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
42.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
43.上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。