基于LoRa技术的安全插座

基于lora技术的安全插座
技术领域
1.本实用新型涉及插座技术领域，尤其涉及一种基于lora技术的安全插座。


背景技术：

2.随着我国社会经济的持续发展，各种电器如电视、电脑、音响、电冰箱、洗衣机、电风扇、电饭锅、排油烟机、吸尘器等大量进入人们的日常生活。据调查：平均每6平方的住宅面积就需一个插座，每4平米的办公面积就需一个插座，全国每年共新建住宅面积10亿平方米，办公面积1亿平方米，仅此就需用插座2.4亿个，再加上各种营业、生产用面积和自然更换所需的插座每年市场上插座消耗量都在3.5亿个以上，而已领到或正在申请插头插座产品生产许可证的，有生产能力的企业有近2000家左右。但是，目前插头插座产品质量有优劣，不少产品使用安全性差，给用户带来了许多隐患。据消防部门统计：近年来电器火灾逐年上升，因此造成的损失已占全部火灾损失的40%。虽然市面上也有一些安全插座，但是大多数是针对防止儿童插入异物而设计的安全插座，有部分可以实现定时控制的插座，比如常用来给电动车充电的插座等，但其没有感知环境的能量，其安全性也有所欠缺。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本实用新型提供了一种基于lora技术的安全插座，采用包括插座本体，所述插座本体上设置有插孔座、插座开关以及连接电缆，所述插座本体上还设置有控制单元，所述控制单元包括电路板，所述电路板上设置有处理器，所述处理器分别与烟雾传感器、温度传感器、电量采集模块、通信模块以及插座输出控制模块电性连接；
4.所述烟雾传感器用于检测插座所在的环境里是否存在可燃气体；如果发现可燃气体并达到一定浓度，则发出警报或者控制插座不再输出电流，这样可以防止因火花造成火灾事故。
5.所述温度传感器用于检测插座所在环境以及插座自身的温度；当发现温度过高，达到一定值时，则发出警报或者控制插座不再输出电流，这样可以防止火灾事故。
6.所述电量采集模块用于采集插座的工作电流情况；
7.所述通信模块能够与管理中心进行通信；
8.所述插孔座内设置有卡锁束紧节结构的导电接触部；
9.所述连接电缆与所述插座开关串联后，再与所述控制单元电性连接，控制单元上的插座输出控制模块分别与所述导电接触部电性连接。通过插座输出控制模块能够控制导电接触部上是否与电网连通，实现电能的通、断控制。安全插座工作时，接通插座开关，这时候控制单元得电，其上的各个模块就可以根据处理器的指挥进行工作。处理器从烟雾传感器获得可燃气体的浓度情况，如果浓度太大，超过预设值，则发出警报或者控制插座不再输出电流，这样可以防止因火花造成火灾事故；处理器从温度传感器知道当前的工作温度情况，当发现温度过高达到一定值时，发出警报或者控制插座不再输出电流，这样可以防止火灾事故；电量采集模块用于采集插座的工作电流情况，比如用电量、漏电情况等，根据用电
的大小判断是否超载或者根据漏电情况控制插座输出的通断，进一步保证插座的安全性；处理器控制插座输出控制模块对整个插座对外输出进行控制，起到一个总开关的作用。这样的装置，从多个角度对插座进行检查、保护，能够很好地实现安全监控，提高插座的安全性。
10.优选地，所述导电接触部包括至少一个卡锁束紧节以及导电连接片，所述卡锁束紧节与所述导电连接片连接，所述导电连接片通过导线与所述插座输出控制模块连接；
11.所述卡锁束紧节采用导电材质制成，其包括两个端环，两个端环之间通过多块弹性弧片连接，所述弹性弧片的开口朝外。
12.优选地，所述导电材质为铜材料。
13.优选地，所述处理器采用stm32f103c8t6嵌入式微处理器。
14.优选地，所述烟雾传感器为mq2气体传感器。
15.优选地，所述温度传感器为ds18b20数字温度传感器。
16.优选地，所述电量采集模块包括单相多功能计量芯片att7059s。
17.优选地，所述通信模块采用 sx1278 收发器。
18.优选地，所述插座输出控制模块采用g5le
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14继电器。
19.本实用新型从硬件安全到控制安全两个方面对插座进行了多角度的监控，能够根据环境情况进行插座的控制，还可以通过集中或者远程控制进行监控，虽然功能强大，但是其结构巧妙，操作方便，稳定性好，便于组装和检修。
附图说明
20.图1是本实用新型提供的实施例拆除盖板后的结构示意图；
21.图2是本实用新型提供的实施例中导电接触部的结构示意图；
22.图3是本实用新型提供的实施例中处理器部分的电路图；
23.图4是本实用新型提供的实施例中通信模块部分的电路图；
24.图5是本实用新型提供的实施例中电量采集模块部分的电路图；
25.图6是本实用新型提供的实施例中插座输出控制模块部分的电路图。
具体实施方式
26.为使本技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的1~6，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施方式。
27.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
28.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.如图1~6所示，一种基于lora技术的安全插座，包括插座本体1，插座本体1上设置有插孔座10、插座开关11以及连接电缆12，插座本体1上还设置有控制单元13，控制单元13包括电路板，电路板上设置有处理器130，处理器130分别与烟雾传感器131、温度传感器132、电量采集模块133、通信模块134以及插座输出控制模块135电性连接。
30.烟雾传感器131用于检测插座所在的环境里是否存在可燃气体。如果发现可燃气体并达到一定浓度，则发出警报或者控制插座不再输出电流，这样可以防止因火花造成火灾事故。
31.温度传感器132用于检测插座所在环境以及插座自身的温度。当发现温度过高，达到一定值时，则发出警报或者控制插座不再输出电流，这样可以防止火灾事故。
32.电量采集模块133用于采集插座的工作电流情况。
33.通信模块134能够与管理中心进行通信。
34.插孔座10内设置有卡锁束紧节结构的导电接触部100。
35.连接电缆12与插座开关11串联后，再与控制单元13电性连接，控制单元13上的插座输出控制模块135分别与导电接触部100电性连接。
36.如图2所示，导电接触部100包括至少一个卡锁束紧节1000以及导电连接片1001，卡锁束紧节1000与导电连接片1001连接，导电连接片1001通过导线与插座输出控制模块135连接。
37.卡锁束紧节1000采用铜等导电材质制成，其包括两个端环，两个端环之间通过多块弹性弧片连接，弹性弧片的开口朝外。
38.如图3所示，处理器采用stm32f103c8t6嵌入式微处理器，stm32f103c8t6使用的是 cortex
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m3内核，它的最大工作频率可以达到72mhz，主要适用于低功耗的应用场景。负责安全插座的数据采集、分析、控制、处理等，是安全插座的核心大脑，通过i/o口采集烟雾传感器、温度传感器的实时数据，通过串口采集电量采集模块的电量数据，进行分析处理，通过spi接口与lora通过模块实现数据交互，将采集数据上发指控制中心，并接收控制中心下发的控制指令，用于采集数据或通过i/o与控制输出模块连接，控制插座的通与断，实现插座的手动控制、远程控制、结合传感器相关数据实现插座的自动调节控制，提高插座的用电安全性及智能管理。
39.如图4所示，lora通信模块采用 sx1278 收发器，收发器主要采用 loratm 远程调制解调器，用于超长距离扩频通信，抗干扰性强，能够最大限度降低电流消耗。 借助升特的loratm专利调制技 术 ， sx1278采用低成本的晶体和物料即可获得超过
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148dbm 的高灵敏度。此外，lora通信模块还增加了功率放大器设计，高灵敏度与+20dbm 功率放大器的集成使这些器件的链路预算达到了行业领先水平， 成为远距离传输和对可靠性要求极高的应用的最佳选择。相较传统调制技术，loratm 调制技术在抗阻塞和选择性方面也具有明显
优势，解决了传统设计方案无法同时兼顾距离、抗干扰和功耗的问题。模块使用 spi 协议与mcu处理器进行通信，实现数据实时交互，并通过无线通信与管理中心进行通信。各个安全插座节点以不同的地址与管理中心进行通信，实现集中控制、管理，实现智能化控制、管理。节点之间可以通过 lora 模块实现相互通信，自组成网络，节点再与管理中心通信，如果出现某些节点与管理中心距离过远，互相间通信质量较差，可以自动选择附近通信质量良好的节点作为中继器，进行数据交换，再由该节点将数据转发至管理中心。这样就可以利用lora技术实现低功耗、远距离的安全插座智能节点与管理中心之间的自组网络，通过远程管理中心对安全插座节点进行监控，从而实现智能化管理。
40.lora 通信模块包括电源电路，复位时钟电路，射频电路和外部接口电路等部分组成。
41.sx1278的第3引脚vbat1(vbat_ana)为模拟电路电源电压,第14引脚vbat3(vbat_dig)为数字电路电源电压,24引脚vbat2(vbat_rf)为射频电路电源电压。模拟电路电源电压由低功耗电源模块提供3.3v电压为芯片供电，模拟电路电源电压经限流电阻r22限流后给数字电路电源电压、射频电路电源电压供电，减少了电源干扰，保证了模块供电的稳定性，供电范围为1.8v
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3.7v，设计采用3.3v供电 。并且在每个电源处加了至少一个0.1uf的滤波电容，减少电源的纹波以保证供电的稳定性。
42.复位时钟电路为了保证尺寸最小、性价比最高同时成本低，设计采用了无源晶振电路（x2和c40、c41组成），晶体x2采用贴片32mhz,频偏10ppm的晶体，c40和c41匹配电容采用15pf的贴片电容，保证了频率的稳定度和更高的接收灵敏度 。
43.射频电路设计做成收发分开的，需要加射频开关来进行收发选择控制，此电路采用射频开关 pe4259来控制收发，将收发支路分开。发射端，用电感电容（l7、c47、c48、l8）组成的匹配电路加一个椭圆滤波器（c49、l9、c44、c50组成），然后再进入射频开关，以免接收对发射造成影响；同时接收端也采用电感电容（c39、c43、l4、l5）组成的匹配电路，以免发射对接收造成影响。射频开关后端还加了一个3阶的t型滤波器（c45、l6、c46组成），有助于去除发射的2次谐波、3次谐波和杂散，并且同时滤除接收的干扰信号，保证了收发稳定性及灵敏度。
44.外部接口电路包括射频输出接口和与mcu处理器连接的io接口，用于外部控制等。
45.如图5所示，电量采集模块采用高精度单相多功能计量芯片att7059s，芯片内置三路 22 bit sigma
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delta adc转换，adc波形采样数据刷新速度默认为0.976khz，最快可通过寄存器配置达到14.4khz,同时支持三路 adc 通道有效值计量，支持两个电流通道有效值小信号偏置校正，用于校正当电流通道输入信号为 0 时，有效值存在的零漂。通过高精度电量采集，提高了插座的用电检测及漏电检测精度，当存在漏电电量时，便于及时处理，提高了插座的安全性。交流电压采样采用电压互感器变换后经电阻网络差分输入至计量芯片，进行量化计算，交流电流采样采用电流互感器变换后经电阻网络差分输入至计量芯片，进行量化计算，最终得出插座用电的功率、电流、电压等参数，通过芯片串口传输至mcu处理器，进行相关分析、处理，得出插座消耗的电能及漏电情况。
46.烟雾传感器采集使用mq2气体传感器，mq
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2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(sno2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为
与该气体浓度相对应的输出信号。 mq
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2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器，烟雾传感器通过i/o口与mcu处理器实现烟雾数据采集。
47.温度传感器采用ds18b20数字温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点，独特的单总线接口方式，温度传感器与mcu处理器仅需要一条口线即可实现mcu处理器与ds18b20的双向通讯。测温范围可达 －55℃～+125℃，满足设计的需要。
48.如图6所示，插座输出控制模块135选用g5le
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14继电器，承受电流10a，采用塑封式封装，通过施加于底座与外壳交界面的某种密封填料，完全阻断污染通道，保证继电器免受环境的影响，使继电器在寿命期间接触电阻更加稳定。控制输出模块采用mbt3904晶体管控制继电器的导通，mcu处理器输出控制信号到经电阻送到晶体管基极，当mcu处理器输出控制信号为高电平时，晶体管导通，继电器线圈有电流流过，继电器吸合，继电器常闭端断开，常开端导通，插座没有电；当mcu处理器输出控制信号为低电平时，晶体管截止，继电器线圈没有电流流过，继电器不吸合，继电器常闭端连接，常开端断开，交流输入信号通过常闭端给插座供电。mcu处理器通过控制晶体管的导通或截止，从而实现插座交流ac信号的输出控制，从而实现插座的开关控制。
49.通过插座输出控制模块135能够控制导电接触部100上是否与电网连通，实现电能的通、断控制。安全插座工作时，接通插座开关11，这时候控制单元13得电，其上的各个模块就可以根据处理器130的指挥进行工作。处理器130从烟雾传感器131获得可燃气体的浓度情况，如果浓度太大，超过预设值，则发出警报或者控制插座不再输出电流，这样可以防止因火花造成火灾事故。处理器130从温度传感器132知道当前的工作温度情况，当发现温度过高达到一定值时，发出警报或者控制插座不再输出电流，这样可以防止火灾事故。电量采集模块133用于采集插座的工作电流情况，比如用电量、漏电情况等，根据用电的大小判断是否超载或者根据漏电情况控制插座输出的通断，进一步保证插座的安全性。处理器130控制插座输出控制模块135对整个插座对外输出进行控制，起到一个总开关的作用。这样的装置，从多个角度对插座进行检查、保护，能够很好地实现安全监控，提高插座的安全性。
50.为了更好地实现安全监控，上述的基于lora技术的安全插座采用如下控制步骤：
51.s1、按下插座开关11控制单元13得电，处理器130进行上电自检。上电自检包括是否是故障后恢复通电、各个模块是否正常。
52.s2、处理器130控制插座输出控制模块135失电，切断插座上电源的输出。
53.s3、处理器130从温度传感器132读取环境及插座内部的温度值，如果温度值超过预设值，则进行报警并维持插座输出控制模块135的状态，如果没有达到预设值，则进入步骤s4。
54.s4、处理器130从烟雾传感器131读取数据，判断当前烟雾中是否存在可燃气体，如果存在可燃气体并达到预设浓度值，则进行报警并维持插座输出控制模块135的状态，如果没有检测到异常，则进入步骤s5。
55.s5、处理器130控制插座输出控制模块135得电，将导电接触部100与电网连接。
56.s6、处理器130根据预设周期对电量采集模块133进行数据读取，并进行保存，然后进入到步骤s3循环运行直到插座开关11断电或者管理中心发来指令要求停止工作。
57.本实用新型从硬件安全到控制安全两个方面对插座进行了多角度的监控，能够根
据环境情况进行插座的控制，还可以通过集中或者远程控制进行监控，虽然功能强大，但是其结构巧妙，操作方便，稳定性好，便于组装和检修。