CN111384646A - 一种智能安全插座*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种智能安全插座***，涉及智能家居领域，所述***包括用于插座电流信号检测的电流检测电路，用于插座漏电检测的漏电检测电路，用于插座短路检测的短路检测电路，用于***供电的电源电路，用于远程信号传输的物联网模块，以及与电流检测电路、漏电检测电路、短路检测电路、电源电路、物联网模块连接用于信号检测与处理的主控电路，所述主控电路通过继电器输出控制电路与电源电路连接实现电源接通或者断开控制。本发明解决了现有技术中插座的漏电和短路问题，且能够实时获取用电设备和插座的状态，实现远程操作、订制任务等个性化需求。

Description

一种智能安全插座***
技术领域
本发明涉及智能家居领域，尤其涉及一种智能安全插座***。
背景技术
目前，市场上的插座大部分都是采用如图1所示的结构设计、制造的，其主要原理是通过弹簧对插座孔下面的挡板施加一定的力，只有当插头用力插下的时候才能通过挡板所受的下压力而横向滑动、对弹簧进行压缩，当插头拔出后弹簧的弹力会将挡板弹回去、挡住插孔，起到遮挡带电插片的作用。
采用此结构在实际使用中，存在以下缺陷：
1.无法解决由于湿气、进水等因素所造成的短路或漏电问题；
2.虽然有挡板的物理遮挡保护，但远远不能满足或解决漏电和防误触电的问题；
3.无法及时获取用电设备在使用过程中的状态，以及插座的工作状态、工作日志。
4.不能实现远程操作、订制任务等个性化的需求。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种智能安全插座***，用于解决现有技术中插座的漏电和短路问题，且能够实时获取用电设备和插座的状态，实现远程操作、订制任务等个性化需求。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种智能安全插座***，所述***包括用于插座电流信号检测的电流检测电路，用于插座漏电检测的漏电检测电路，用于插座短路检测的短路检测电路，用于***供电的电源电路，用于远程信号传输的物联网模块，以及与电流检测电路、漏电检测电路、短路检测电路、电源电路、物联网模块连接用于信号检测与处理的主控电路，所述主控电路通过继电器输出控制电路与电源电路连接实现电源接通或者断开控制。
进一步的，所述电流检测电路包括电流传感器芯片U1、U3，电容C1、C2、C3、C8，所述电流传感器芯片U1的引脚1和引脚2与电流线L+连接，U1的引脚3和引脚4与电流线L-连接，U1的引脚8经过电容C1接地，U1的引脚7引出模拟电压信号AD1+，U1的引脚6引脚经过电容C2接地，U1的引脚5引脚接地；所述电流传感器芯片U2的引脚1和引脚2与电流线N+连接，U1的引脚3和引脚4与电流线N-连接，U2的引脚8经过电容C3接地，U2的引脚7引出模拟电压信号AD1-，U2的引脚6引脚经过电容C8接地，U2的引脚5引脚接地。
进一步的，所述漏电检测电路包括过零检测线圈P1，漏电检测芯片U2，电阻R1、R3、R4、R5、R6，二极管D1、D2，电容C4、C5、C6、C7，所述过零检测线圈P1与电阻R1、二极管D1、二极管D2并联，所述二极管D2的正极与电阻R4一端连接，D2的负极与电阻R5一端连接，电阻R4另一端与电容C4一端、漏电检测芯片U2的引脚3连接，电阻R5另一端与电容C4另一端、漏电检测芯片U2的引脚2连接，漏电检测芯片U2的引脚8与电阻R3、电容C7一端连接，漏电检测芯片U2的引脚7经过电容C6接地，漏电检测芯片U2的引脚6经过电容C5接地，漏电检测芯片U2的引脚5经过电阻R6引出电平信号OUT1。
进一步的，所述短路检测电路包括电容C28、电阻R23、光耦隔离芯片U11，所述光耦隔离芯片U11的输入端与电流线L、N端连接，且与电容C28并联设置，光耦隔离芯片U11的输出端的引脚4与电阻R23连接，且引出短路检测信号short1，引脚3接地。
进一步的，所述主控电路包括主控芯片U12，发光二极管D14，电容C37，所述主控芯片U12选用8位1T单片机，主控芯片U12的引脚3、引脚4引入模拟电压信号AD1+和AD1-，引脚22引入电平信号OUT1，引脚19引入短路检测信号short1，引脚23引出电源控制信号RELAY1，进行信号的检测和处理。
进一步的，所述继电器输出控制电路包括三级管Q1，电阻R2，二极管D3，继电器K1，电阻R2的一端引入电源控制信号RELAY1，另一端与三级管Q1的基极连接，三级管Q1的集电极与继电器K1连接，且继电器K1与电流线L、N端连接。
如上所述，本发明的一种智能安全插座***，具有以下有益效果：
1.本发明中，通过设计研发的漏电检测电路解决了插座漏电的问题，且每组插座可单独进行防护控制。
2.本发明中，通过设计研发的短路检测电路解决了插座短路的问题，且每组插座可单独进行防护控制。
3.本发明中，通过设计研发的电流检测电路解决了用电功耗记录的问题。
4.本发明中，通过设计研发增加的物联网模块以及主控电路，解决了远程控制、本地数据统计、更新上传的问题。
附图说明
图1显示为本发明现有技术中公开的插座结构示意图；
图2显示为本发明实施例中公开的电流检测电路图；
图3显示为本发明实施例中公开的漏电检测电路；
图4显示为本发明实施例中公开的短路检测电路图；
图5显示为本发明实施例中公开的电源电路图；
图6显示为本发明实施例中公开的主控电路图；
图7显示为本发明实施例中公开的继电器输出控制电路图；
图8显示为本发明实施例中公开的物联网模块电路图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供一种智能安全插座***，所述***包括用于插座电流信号检测的电流检测电路，用于插座漏电检测的漏电检测电路，用于插座短路检测的短路检测电路，用于***供电的电源电路，用于远程信号传输的物联网模块，以及与电流检测电路、漏电检测电路、短路检测电路、电源电路、物联网模块连接用于信号检测与处理的主控电路，所述主控电路通过继电器输出控制电路与电源电路连接实现电源接通或者断开控制。
进一步的，如图2所示，所述电流检测电路包括电流传感器芯片U1、U3，电容C1、C2、C3、C8，所述电流传感器芯片U1的引脚1和引脚2与电流线L+连接，U1的引脚3和引脚4与电流线L-连接，U1的引脚8经过电容C1接地，U1的引脚7引出模拟电压信号AD1+，U1的引脚6引脚经过电容C2接地，U1的引脚5引脚接地；所述电流传感器芯片U2的引脚1和引脚2与电流线N+连接，U1的引脚3和引脚4与电流线N-连接，U2的引脚8经过电容C3接地，U2的引脚7引出模拟电压信号AD1-，U2的引脚6引脚经过电容C8接地，U2的引脚5引脚接地。
其中，电流传感器芯片U1、U3型号为ACS712，使用ACS712电流传感器芯片对通过每一个插座的电流进行实时监控，检测L线的电流从L+流入电流传感器芯片U1、从L-流出电流传感器芯片U1，检测N线的电流从N+流入电流传感器芯片U3、从N-流出电流传感器芯片U3，电流传感器芯片U1和U3内部通过霍尔现象将感应到的磁场强度转化为模拟电压信号从引脚7引出，然后通过主控芯片U12的ADC将模拟电压信号转换为相应的电流值，用于记录当前的耗电情况。
进一步的，如图3所示，所述漏电检测电路包括过零检测线圈P1，漏电检测芯片U2，电阻R1、R3、R4、R5、R6，二极管D1、D2，电容C4、C5、C6、C7，所述过零检测线圈P1与电阻R1、二极管D1、二极管D2并联，所述二极管D2的正极与电阻R4一端连接，D2的负极与电阻R5一端连接，电阻R4另一端与电容C4一端、漏电检测芯片U2的引脚3连接，电阻R5另一端与电容C4另一端、漏电检测芯片U2的引脚2连接，漏电检测芯片U2的引脚8与电阻R3、电容C7一端连接，漏电检测芯片U2的引脚7经过电容C6接地，漏电检测芯片U2的引脚6经过电容C5接地，漏电检测芯片U2的引脚5经过电阻R6引出电平信号OUT1。
其中，漏电检测芯片U2型号为FM2147，过零检测线圈P1的绕线匝数为500匝，使用零检测线圈P1对通过每一个插座的电流进行磁场强度差值的测量，当有漏电情况发生时电流线L、N端的磁场强度差值会发生变化，检测到的磁场强度差值转换为微弱的电流信号输入到FM2147芯片的2、3输入脚后进行分析、判定，引脚5的电平信号变为高电平，且可以输出约为10mA的驱动电；当没有漏电情况发生时，引脚5的电平信号变为低电平。
进一步的，如图4所示，所述短路检测电路包括电容C28、电阻R23、光耦隔离芯片U11，所述光耦隔离芯片U11的输入端与电流线L、N端连接，且与电容C28并联设置，光耦隔离芯片U11的输出端的引脚4与电阻R23连接，且引出短路检测信号short1，引脚3接地。
其中，光耦隔离芯片U11的型号选用EL817，使用EL817光耦隔离芯片对通过每一个插座的电压进行检测，当正常使用或者没有使用时，电流线L、N间的电位应该为220V左右，当电流线L、N被短路时，电压会短时间内急剧下降、甚至为零，光耦隔离芯片U11的输出端由于输入端被短路而没有输出，被电阻R23上拉到VCC，主控芯片U12会在第一时间获取到短路检测信号short1，并在不到1ms的时间内判定短路事件的可靠性，做出相应的保护动作。
进一步的，如图5所示，所述电源电路包括电压转换芯片U10，电容C25、C26、C27，所述电压转换芯片U10的输入端与电流线L、N端连接，输出端与电容C25、C26、C27并联设置，将220V的交流电转化为5V的直流电，给***供电。
进一步的，如图6所示，所述主控电路包括主控芯片U12，发光二极管D14，电容C37，所述主控芯片U12选用8位1T单片机，主控芯片U12的引脚3、引脚4引入模拟电压信号AD1+和AD1-，引脚22引入电平信号OUT1，引脚19引入短路检测信号short1，引脚23引出电源控制信号RELAY1，进行信号的检测和处理。
进一步的，如图7所示，所述继电器输出控制电路包括三级管Q1，电阻R2，二极管D3，继电器K1，电阻R2的一端引入电源控制信号RELAY1，另一端与三级管Q1的基极连接，三级管Q1的集电极与继电器K1连接，且继电器K1与电流线L、N端连接。
其中，有主控芯片U12根据每一个插座当前状态来判定是否接通或断开相应插座的电源。
进一步的，如图8所示，所述物联网模块U4型号选用ESP-12F，所述物联网模块U4通过串口RXD和TXD(也可以通过SPI接口)与主控芯片U12通讯。
以上都是以一个插座为例进行的描述，当有多个插座并联设置时，其原理相同，即对应增加电流检测电路、漏电检测电路、短路检测电路、继电器输出控制电路的数量，通过同一个主控电路进行信号的检测和处理，同一个物联网模块进行远程信号传输。
本发明工作原理如下：
本发明中，通过电流检测电路对每一个插座的电流进行实时监控，输出模拟电压信号AD1+和AD1-到主控芯片U12，通过漏电检测电路和短路检测电路对每一个插座的漏电和短路情况进行监控，并输出电平信号OUT1和短路检测信号short1到主控芯片U12，且通过物联网模块U4与主控芯片U12通讯，通过主控芯片U12对输入的信号进行处理，输出电源控制信号RELAY1继电器输出控制电路控制电源的接通的断开。
其中，物联网模块U4可以通过APP或者小程序辅助与家中WIFI连接，当物联网模块U4与家中的WIFI连接一次后会记忆，以后则会自动连接，解决了远程控制、本地数据统计、更新上传的问题。
综上所述，本发明解决现有技术中插座的漏电和短路问题，且能够实时获取用电设备和插座的状态，实现远程操作、订制任务等个性化需求。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种智能安全插座***，其特征在于：所述***包括用于插座电流信号检测的电流检测电路，用于插座漏电检测的漏电检测电路，用于插座短路检测的短路检测电路，用于***供电的电源电路，用于远程信号传输的物联网模块，以及与电流检测电路、漏电检测电路、短路检测电路、电源电路、物联网模块连接用于信号检测与处理的主控电路，所述主控电路通过继电器输出控制电路与电源电路连接实现电源接通或者断开控制。
2.根据权利要求1所述的智能安全插座***，其特征在于：所述电流检测电路包括电流传感器芯片U1、U3，电容C1、C2、C3、C8，所述电流传感器芯片U1的引脚1和引脚2与电流线L+连接，U1的引脚3和引脚4与电流线L-连接，U1的引脚8经过电容C1接地，U1的引脚7引出模拟电压信号AD1+，U1的引脚6引脚经过电容C2接地，U1的引脚5引脚接地；所述电流传感器芯片U2的引脚1和引脚2与电流线N+连接，U1的引脚3和引脚4与电流线N-连接，U2的引脚8经过电容C3接地，U2的引脚7引出模拟电压信号AD1-，U2的引脚6引脚经过电容C8接地，U2的引脚5引脚接地。
3.根据权利要求1所述的智能安全插座***，其特征在于：所述漏电检测电路包括过零检测线圈P1，漏电检测芯片U2，电阻R1、R3、R4、R5、R6，二极管D1、D2，电容C4、C5、C6、C7，所述过零检测线圈P1与电阻R1、二极管D1、二极管D2并联，所述二极管D2的正极与电阻R4一端连接，D2的负极与电阻R5一端连接，电阻R4另一端与电容C4一端、漏电检测芯片U2的引脚3连接，电阻R5另一端与电容C4另一端、漏电检测芯片U2的引脚2连接，漏电检测芯片U2的引脚8与电阻R3、电容C7一端连接，漏电检测芯片U2的引脚7经过电容C6接地，漏电检测芯片U2的引脚6经过电容C5接地，漏电检测芯片U2的引脚5经过电阻R6引出电平信号OUT1。
4.根据权利要求1所述的智能安全插座***，其特征在于：所述短路检测电路包括电容C28、电阻R23、光耦隔离芯片U11，所述光耦隔离芯片U11的输入端与电流线L、N端连接，且与电容C28并联设置，光耦隔离芯片U11的输出端的引脚4与电阻R23连接，且引出短路检测信号short1，引脚3接地。
5.根据权利要求1所述的智能安全插座***，其特征在于：所述主控电路包括主控芯片U12，发光二极管D14，电容C37，所述主控芯片U12选用8位1T单片机，主控芯片U12的引脚3、引脚4引入模拟电压信号AD1+和AD1-，引脚22引入电平信号OUT1，引脚19引入短路检测信号short1，引脚23引出电源控制信号RELAY1，进行信号的检测和处理。
6.根据权利要求1所述的智能安全插座***，其特征在于：所述继电器输出控制电路包括三级管Q1，电阻R2，二极管D3，继电器K1，电阻R2的一端引入电源控制信号RELAY1，另一端与三级管Q1的基极连接，三级管Q1的集电极与继电器K1连接，且继电器K1与电流线L、N端连接。
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