CN104269710B - 一种集成式智能插座及电力网络控制*** - Google Patents

一种集成式智能插座及电力网络控制*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种集成式智能插座及电力网络控制***。该集成式智能插座集成了电力控制、无线通信能力、电力载波能力和网关通信能力于一体，可以利用其通过简单的电力连接以构建电力网络控制***，为更加便利、低成本地构建电力网络控制***创造了设备条件；本发明基于前述集成式智能插座所构建的电力网络控制***，无需额外的局域网络和复杂的网关设备，简化了网络构架的复杂程度，降低了网络的硬件成本和技术要求，减少了因连线需求对环境的限制，更容易地在复杂环境下得以应用和实施，很好地解决现有技术中电力网络控制存在的网络结构复杂、硬件成本和技术要求较高、在较为复杂和特殊的环境下无法得以应用的问题，具有很好的技术推广应用价值。

Description

一种集成式智能插座及电力网络控制***
技术领域
本发明涉及通信技术以及物联网技术领域，具体涉及一种集成式智能插座及电力网络控制***。
背景技术
作为实现低碳环保电力的基础与前提，智能用电技术近年来在很多国家得到快速发展，并有力促进了电网的智能化。智能化的电力网络控制技术已成为未来电网的发展趋势。智能用电服务作为统一坚强智能电网的重要环节，是建设坚强智能用电网的着力点和落脚点。所谓智能用电服务，是指通过对电力的智能化掌控和支配，以及通信技术支持下的电力信息终端交互功能，从而实现电力的优化配置、节能环保，使人们的生活变得更加轻松、便捷。
在电力网络控制技术中，智能插座是重要的终端设备之一。传统的电源插座功能仅是分配多路电源，而智能插座除具备该功能外，还具有智能化的特点，用于对用电设备的进行管理控制。目前市场上已经出现了多种不同功能的智能插座，主要可以分为以下几类：漏电保护型智能插座、定时型智能插座、电力载波型智能插座等。但目前的智能插座设计以提供单一的保护、监测或控制为主，功能较为单一，如不依靠添加外设则很难实现网络化的信息管理和远程控制。
由于受到这些限制，在现有技术中，如果要针对多台用电设备构建智能化控制的电力网络***，除了智能插座之外，还需要针对每个智能插座单独配备控制终端，且通过局域网构架将各个控制终端互联在一起，利用中心计算机接入该局域网向控制终端发送电力控制信息，由局域网中的网关设备完成电力控制信息的路由转发处理，控制终端接收到电力控制信息后，在传送给其所在的智能插座进行电力控制操作。这样构建形成的电力网络***，网络结构复杂，硬件成本和技术要求较高，不仅如此，由于局域网中的网关设备都是基于固定的通信协议实现网络路由的功能，无法满足如今面临复杂的环境下电力网络控制需求。例如，一栋大厦楼层间不同环境的网络路由，使得有线通信需要长布线，无线通信需要考虑信号强弱的技术性问题，从而使得复杂环境中进行复合通信协议间网络路由的技术困难增加；又例如，施工工地、植被培育区等临时的工作区域，除了常规电源等供电设施之外，难以具备构架复杂的网关设备技术条件。这些因素，都使得电力网络***在较为复杂、特殊的环境下无法得以应用和实施，难以对环境中的用电设备进行智能化的电力网络控制。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种集成式智能插座，其集成电力控制、无线通信能力、电力载波能力和网关通信能力于一体，只需要通过简单的电力连接便能够用于构建电力网络控制***，用以解决现有技术中能够用于简便构建电力网络的中间件产品缺失的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术手段：
一种集成式智能插座，包括插座本体；所述插座本体的外侧面上设置有用于与用电设备的电源插头相连接的插座母头，插座本体的内侧面上设置有用于接入电力线的电力接线端子，电力接线端子与插座母头之间设有电连接回路；插座本体内还安装有转换控制电路；
所述转换控制电路包括主控制器、无线通信模块、电力载波电路、电控开关和独立电源；其中，无线通信模块用于进行主控制器与无线外设之间的无线信号传递；电力载波电路用于进行主控制器与电力接线端子之间的信号传递；主控制器上设定有插座ID，用于通过无线通信模块或电力载波电路进行信号接收，对携带有自身插座ID的信号执行处理，对未携带有自身插座ID的信号则通过电力载波电路进行信号转发处理；电控开关的开关触点端串联在电力接线端子与插座母头之间的电连接回路上，电控开关用于根据主控制器的控制指令执行对电力接线端子与插座母头之间电连接回路的通/断操作；独立电源用于为主控制器、无线通信模块、电力载波电路和电控开关供电。
上述的集成式智能插座中，作为具体的实施方案，所述无线通信模块为蓝牙通信模块、ZigBee通信模块或WiFi通信模块。
上述的集成式智能插座中，作为一种优选方案，所述电力载波电路包括电力线接口电路和载波芯片；所述电力线接口电路用于将载波芯片与电力接线端子相耦合；所述载波芯片用于将来自电力线接口电路的电力载波信号进行解调后发送至主控制器，或者将来自主控制器的信号进行调制后传送至电力线接口电路。
上述的集成式智能插座中，作为具体的实施方案，所述电控开关为继电器，继电器的控制端与主控制器的开关控制输出端进行电连接，继电器的触点端串联在电力接线端子与插座母头之间的电连接回路上。
相应地，本发明还提供了一种采用上述集成式智能插座的电力网络控制***，其构架简单，无需额外的局域网络和复杂的网关设备，简化了网络构架的复杂程度，大大降低了网络的硬件成本和技术要求，并且能够更容易地在复杂环境下得以应用和实施，用以解决现有技术中电力网络控制存在的网络结构复杂、硬件成本和技术要求较高、在较为复杂和特殊的环境下无法得以应用的问题。为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术手段：
一种电力网络控制***，包括若干个如上所述的集成式智能插座；还包括***电源、中心计算机和用电设备；所述若干个集成式智能插座的电力接线端子分别通过电力线并联在***电源的供电回路中；所述用电设备的电源插头与集成式智能插座的插座母头相连接；所述中心计算机与***中的一个集成式智能插座进行无线通信，且中心计算机中记录有集成式智能插座的插座ID与其连接的用电设备的对应关系。
上述的电力网络控制***中，作为进一步的改进方案，还包括无线传感器；所述无线传感器包括感应元件和无线发射模块；感应元件用于将感应到的模拟信号转换为感应电信号，无线发射模块用于将感应电信号进行无线发射输出；所述集成式智能插座还与其无线信号覆盖范围内的无线传感器进行无线通信，采集无线传感器的感应电信号；所述中心计算机中还记录有集成式智能插座的插座ID与进行无线通信的无线传感器的对应关系。
上述的电力网络控制***中，作为具体的实施方案，所述无线传感器的感应元件为温度感应元件、湿度感应元件、压强感应元件、压力感应元件或重力感应元件。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的集成式智能插座，集成了电力控制、无线通信能力、电力载波能力和网关通信能力于一体，采用该集成式智能插座构建电力网络控制***时，无需依赖于额外的局域网络和复杂的网关设备，而只需要通过简单的电力连接便能够用于构建电力网络控制***，为更加便利、低成本地构建电力网络控制***创造了设备条件。
2、本发明的电力网络控制***，其构架简单，无需额外的局域网络和复杂的网关设备，简化了网络构架的复杂程度，大大降低了网络的硬件成本和技术要求。
3、本发明的电力网络控制***，只需要通过电力线将所在环境中的***电源与多个集成式智能插座进行电力连接，就能够方便地构建电力网络控制***，并且***中的中心计算机也无需通过有线方式建立通信联机，减少了因连线需求对环境的限制，更容易地在复杂环境下得以应用和实施。
4、本发明的电力网络控制***中还能够扩展应用多种无线传感器，用以实现对多种感应信号的远程采集功能，使得本发明的电力网络控制***能够应用于更多的应用场合中，并且能够结合采集到的感应信息对用电设备进行综合控制。
附图说明
图1为本发明集成式智能插座的剖视结构示意图。
图2为本发明集成式智能插座中转换控制电路的构架结构图。
图3为本发明电力网络控制***的一种网络构架示意图。
图4为本发明电力网络控制***的另一种网络构架示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种集成式智能插座。如图1所示，该集成式智能插座包括插座本体1；插座本体1的外侧面上设置有用于与用电设备的电源插头相连接的插座母头2，插座本体1的内侧面上设置有用于接入电力线的电力接线端子3，电力接线端子3与插座母头2之间设有电连接回路。这里所述的插座本体的外侧面、内侧面，是基于该集成式智能插座在使用状态下与使用者向相对位置而言的；该集成式智能插座在使用状态下，其插座本体朝向使用者的一面为外侧面，插座本体背向使用者的一面为内侧面。插座本体1内还安装有转换控制电路4；在转换控制电路4中包括有主控制器41、无线通信模块42、电力载波电路43、电控开关44和独立电源45，转换控制电路的构架结构如图2所示。其中，无线通信模块42用于进行主控制器41与无线外设之间的无线信号传递；电力载波电路43用于进行主控制器41与电力接线端子3之间的信号传递；主控制器41上设定有插座ID，用于通过无线通信模块42或电力载波电路43进行信号接收，对携带有自身插座ID的信号执行处理，对未携带有自身插座ID的信号则通过电力载波电路43进行信号转发处理；电控开关44的开关触点端串联在电力接线端子3与插座母头2之间的电连接回路上，电控开关44用于根据主控制器41的控制指令执行对电力接线端子3与插座母头2之间电连接回路的通/断操作；独立电源45则用于为主控制器、无线通信模块、电力载波电路和电控开关供电。
可以看到，该集成式智能插座便能够通过无线通信模块进行电力控制信息的发送与接收，同时，该集成式智能插座还能够根据信息所携带的插座ID加以判断，对于携带有自身插座ID的信号执行处理，指示电控开关完成电力控制操作，而对未携带有自身插座ID的信号则通过电力载波电路进行信号转发处理，来实现不同集成式智能插座之间的信息传递，即相当于实现了网关识别和路由转发的功能；此外，由于电力载波电路用于进行主控制器与电力接线端子之间的信号传递，当集成式智能插座的电力接线端子接入电力线之后，该集成式智能插座的主控制器便能够通过电力载波电路和电力线，对外进行电力载波信息传递。
由此以来，本发明的集成式智能插座便集成了电力控制、无线通信能力、电力载波能力和网关通信能力于一体，因此采用该集成式智能插座构建电力网络控制***时，无需依赖于额外的局域网络和复杂的网关设备，而只需要通过简单的电力连接便能够用于构建电力网络控制***，为更加便利、低成本地构建电力网络控制***创造了设备条件。
从具体的技术实现而言，该集成式智能插座中：插座母头直接采用市购的插座母头产品即可；用于接入电力线的电力接线端子，可以采用市购的插座公头产品，用于直接插接在市电电源插座上，也可以采用市电接线端子用以直接连接市电的电力线，使得集成式智能插座直接作为插座使用；主控制器则可以采用单片机或微型处理芯片通过编程控制得以实现；无线通信模块可以采用蓝牙通信模块、ZigBee通信模块或者WiFi通信模块，根据具体的应用环境而确定；电力载波电路包括电力线接口电路和载波芯片，其中电力线接口电路用于将载波芯片与电力接线端子相耦合，载波芯片则用于将来自电力线接口电路的电力载波信号进行解调后发送至主控制器，或者将来自主控制器的信号进行调制后传送至电力线接口电路，载波芯片是能够在市场上购买到的成熟产品；电控开关则可以采用继电器，继电器的控制端与主控制器的开关控制输出端进行电连接，继电器的触点端串联在电力接线端子与插座母头之间的电连接回路上，实现对电力接线端子与插座母头之间电连接回路的通/断操作。
相应地，本发明还提供了一种采用上述集成式智能插座的电力网络控制***。该***的网络构架如图3所示，包括若干个集成式智能插座，还包括***电源、中心计算机和用电设备。其中，各干个集成式智能插座的电力接线端子分别通过电力线并联在***电源的供电回路中，而用电设备的电源插头则与集成式智能插座的插座母头相连接；中心计算机与***中的一个集成式智能插座进行无线通信，且中心计算机中记录有集成式智能插座的插座ID与其连接的用电设备的对应关系。***中的用电设备也可以是多个。由此，如果要针对***中的任意一个用电设备进行开关控制时，则可以根据中心计算机中记录的集成式智能插座的插座ID与其连接的用电设备的对应关系，查找到对象用电设备对应的插座ID，从而操作中心计算机通过向其无线通信连接的集成式智能插座发送携带有该插座ID的控制信号；集成式智能插座接收到控制信号后，由主控制器判断该控制信号中携带的插座ID是否为其自身的插座ID，若不是则控制集成式智能插座的电力载波电路转发到***电源的供电回路中，通过电力线传送给其它的集成式智能插座处理；直至传送至控制信号中携带的插座ID对应的集成式智能插座时，该集成式智能插座的主控制器则对该控制信号执行处理，相应地控制其电控开关执行对电力接线端子与插座母头之间电连接回路的通/断操作，从而达到远程控制用电设备电源开/关的目的。
由此可以看到，采用本发明的电力网络控制***，其构架简单，无需额外的局域网络和复杂的网关设备，简化了网络构架的复杂程度，大大降低了网络的硬件成本和技术要求。同时，如果以环境中的电源设置作为***电源，该电力网络控制***只需要通过电力线将所在环境中的***电源与多个集成式智能插座进行电力连接，就能够方便地构建电力网络控制***，并且***中的中心计算机也无需通过有线方式建立通信联机，减少了因连线需求对环境的限制。因此，本发明的电力网络控制***能够更容易地在复杂环境下得以应用和实施。可见，本发明的电力网络控制***能够很好地解决现有技术中电力网络控制存在的网络结构复杂、硬件成本和技术要求较高、在较为复杂和特殊的环境下无法得以应用的问题。
此外，在本发明的电力网络控制***中，还可以增设一个或者多个无线传感器，由此形成的电力网络控制***的网络构架如图4所示。无线传感器主要由感应元件和无线发射模块构成；其中，感应元件用于将感应到的模拟信号转换为感应电信号，无线发射模块用于将感应电信号进行无线发射输出。无线传感器的感应元件可以是温度感应元件、湿度感应元件、压强感应元件、压力感应元件、重力感应元件等，根据具体的应用需要进行选择，用于相应地进行温度感应、湿度感应、压强感应、压力感应、重力感应等。这些无线传感器用于布设在需要进行信息感应的位置。而***中的集成式智能插座还与其无线信号覆盖范围内的无线传感器进行无线通信，采集无线传感器的感应电信号；同时，中心计算机中还记录有集成式智能插座的插座ID与进行无线通信的无线传感器的对应关系。这样以来，与上述对用电设备进行开关控制的信号传递流程一样，中心计算机便能够利用***中各个集成式智能插座的网关路由传输能力，向需要采集感应信息的无线传感器所连接的集成式智能插座发送感应信息采集指令，相应的集成式智能插座便执行该指令，同样利用***中各个集成式智能插座的网关路由传输能力，将从无线传感器采集到的感应电信号回传给中心计算机，由此便实现了感应信号的远程采集功能。借助该功能，本发明的电力网络控制***能够应用于更多的应用场合中，能够结合采集到的感应信息对用电设备进行综合控制等。例如，在大厦中，可以根据借助无线温度传感器感应到的室内温度信息，对空调设备的开关加以控制；又例如，在植被培育区根据无线湿度传感器感应到的环境湿度信息，对加湿、灌溉机的开关加以控制；等等。
综上所述，本发明的集成式智能插座，集成了电力控制、无线通信能力、电力载波能力和网关通信能力于一体，因此可以利用其通过简单的电力连接以构建电力网络控制***，而无需依赖于额外的局域网络和复杂的网关设备，为更加便利、低成本地构建电力网络控制***创造了设备条件；而本发明基于前述集成式智能插座所构建的电力网络控制***，无需额外的局域网络和复杂的网关设备，简化了网络构架的复杂程度，大大降低了网络的硬件成本和技术要求，同时还减少了因连线需求对环境的限制，更容易地在复杂环境下得以应用和实施，很好地解决现有技术中电力网络控制存在的网络结构复杂、硬件成本和技术要求较高、在较为复杂和特殊的环境下无法得以应用的问题；此外，本发明的电力网络控制***还能够扩展应用多种无线传感器，用以实现对多种感应信号的远程采集功能，使得本发明的电力网络控制***能够应用于更多的应用场合中实现综合控制，具有很好的技术推广应用价值。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1. 一种集成式智能插座，其特征在于，包括插座本体；所述插座本体的外侧面上设置有用于与用电设备的电源插头相连接的插座母头，插座本体的内侧面上设置有用于接入电力线的电力接线端子，电力接线端子与插座母头之间设有电连接回路；插座本体内还安装有转换控制电路；
所述转换控制电路包括主控制器、无线通信模块、电力载波电路、电控开关和独立电源；其中，
无线通信模块用于进行主控制器与无线外设之间的无线信号传递；
电力载波电路用于进行主控制器与电力接线端子之间的信号传递；所述电力载波电路包括电力线接口电路和载波芯片；所述电力线接口电路用于将载波芯片与电力接线端子相耦合；所述载波芯片用于将来自电力线接口电路的电力载波信号进行解调后发送至主控制器，或者将来自主控制器的信号进行调制后传送至电力线接口电路；
主控制器上设定有插座ID，用于通过无线通信模块或电力载波电路进行信号接收，对携带有自身插座ID的信号执行处理，对未携带有自身插座ID的信号则通过电力载波电路进行信号转发处理；
电控开关的开关触点端串联在电力接线端子与插座母头之间的电连接回路上，电控开关用于根据主控制器的控制指令执行对电力接线端子与插座母头之间电连接回路的通/断操作；
独立电源用于为主控制器、无线通信模块、电力载波电路和电控开关供电。
2. 根据权利要求1所述的集成式智能插座，其特征在于，所述无线通信模块为蓝牙通信模块、ZigBee通信模块或WiFi通信模块。
3. 根据权利要求1所述的集成式智能插座，其特征在于，所述电控开关为继电器，继电器的控制端与主控制器的开关控制输出端进行电连接，继电器的触点端串联在电力接线端子与插座母头之间的电连接回路上。
4. 一种电力网络控制***，其特征在于，包括若干个如权利要求1~3中任一项所述的集成式智能插座；还包括***电源、中心计算机和用电设备；
所述若干个集成式智能插座的电力接线端子分别通过电力线并联在***电源的供电回路中；
所述用电设备的电源插头与集成式智能插座的插座母头相连接；
所述中心计算机与***中的一个集成式智能插座进行无线通信，且中心计算机中记录有集成式智能插座的插座ID与其连接的用电设备的对应关系；
针对***中的任意一个用电设备进行开关控制时，则根据中心计算机中记录的集成式智能插座的插座ID与其连接的用电设备的对应关系，查找到对象用电设备对应的插座ID，从而操作中心计算机通过向其无线通信连接的集成式智能插座发送携带有该插座ID的控制信号；集成式智能插座接收到控制信号后，由主控制器判断该控制信号中携带的插座ID是否为其自身的插座ID，若不是则控制集成式智能插座的电力载波电路转发到***电源的供电回路中，通过电力线传送给其它的集成式智能插座处理；直至传送至控制信号中携带的插座ID对应的集成式智能插座时，该集成式智能插座的主控制器则对该控制信号执行处理，相应地控制其电控开关执行对电力接线端子与插座母头之间电连接回路的通/断操作，从而达到远程控制用电设备电源开/关的目的。
5. 根据权利要求4所述的电力网络控制***，其特征在于，还包括无线传感器；
所述无线传感器包括感应元件和无线发射模块；感应元件用于将感应到的模拟信号转换为感应电信号，无线发射模块用于将感应电信号进行无线发射输出；
所述集成式智能插座还与其无线信号覆盖范围内的无线传感器进行无线通信，采集无线传感器的感应电信号；
所述中心计算机中还记录有集成式智能插座的插座ID与进行无线通信的无线传感器的对应关系。
6. 根据权利要求5所述的电力网络控制***，其特征在于，所述无线传感器的感应元件为温度感应元件、湿度感应元件、压强感应元件、压力感应元件或重力感应元件。
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