CN202134747U - 一种智能插座 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能插座，包括插座插头、插座插孔、计量模块、电源模块、MCU、显示电路、设置按键、载波收发模块、数据储存模块、磁保持继电器、双向继电器驱动模块、声光报警、串口模块，插座插头的两根线与计量模块、电源模块、载波收发模块、磁保持继电器直接相连，磁保持继电器的常开开关接到插座插孔，MCU通过控制双向继电器驱动模块控制磁保持继电器的接通与断开，显示电路显示插座电流、电压、功率、用电量等用电信息，具有自动控制和报警功能，可通过按键设置插座的控制参数，也可通过电力载波通信组网,由一个插座所连的电脑集中设置控制参数，读取用电信息，维护方便，使用灵活。

Description

一种智能插座

技术领域

 本实用新型涉及电能计量以及电力载波通信技术领域，具体是一种利用低压电力线通信、具有计量功能的智能插座。

背景技术

传统的插座功能单一，仅限于一个普通开关控制一个插座，当在插座上长时间使用超过额定功率的电器，会使插座的寿命减短，而且过高的功率，容易加速电线老化，电线发热存在引起火灾的隐患，并且用户对在插座上使用的用电器的用电信息一无所知，比如用户比较关心的用电器的电功率、耗电量、电压、电流等。

随着居民生活的水平提高，各种家用电器进入了平常百姓家，而这些用电器的待机功耗是个不可忽视的耗电因数。人们使用完用电器后没有拔插头的习惯，使得这些用电器的待机功耗浪费了大量的能源和金钱。

近些年，为了响应国家节能减排的号召，市面上出现了一些专用的智能插座，在用电器待机情况下，能自动切断插座的供电。这些插座不适用于公司的路由器、交换机等这些长期待机且小功耗的设备。

另外，市面上也出现了一些节能插座，具有计量与定时等功能，解决待机功耗的问题，但这些节能插座不具有通信的功能，插座内的用电信息数据无法传输。

发明内容

本实用新型的目的为了克服上述现有技术的缺陷，提供了一种利用低压电力线通信、具有计量功能的智能插座。该智能插座具有电能计量、显示、设置、定时工作、自动控制与报警、时钟、电力载波通信等功能，解决了插座用电的计量与数据传输等问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供的一种智能插座包括：插座插头、插座插孔、计量模块、电源模块、MCU、显示电路、设置按键、载波收发模块、数据储存模块、磁保持继电器、双向继电器驱动模块、声光报警模块、串口模块，插座插头的两根线与计量模块、电源模块、载波收发模块、磁保持继电器相连，MCU与数据储存模块、计量模块、显示电路、设置按键、载波收发模块、双向继电器驱动模块、声光报警模块、串口模块分别相连接，MCU通过控制双向继电器驱动模块可控制磁保持继电器的接通与断开，磁保持继电器的常开开关接到插座插孔，从而使插座插孔通电和断电，数据储存模块可用于储存插座控制参数和用电信息。

计量模块可对插座输出的电流和电压进行采样，生成包括电压、电流、功率、用电量、功率因数等用电信息，并转化为数字信号存储在计量芯片的存储器中，供MCU提取、储存和分析。

显示电路可显示插座上包括电流、电压、功率、用电量等用电信息。

智能插座的控制参数可通过设置按键进行设置，设置按键包括设置功能键、设置增加键、设置确认键、唤醒键，所述设置功能键用于选择设置的控制参数类型，设置增加键用于设定要设置的控制参数的数值，设置确认键用于对设置的控制参数的确认输入，唤醒键用于当插座断开供电后的恢复供电。

智能插座的控制参数也可通过电脑进行设置，同时也可通过电脑读取智能插座中储存的用电信息，方法是将电脑通过一根串口线与串口模块相连。

MCU通过对收集的用电信息进行分析，当插座上的电流超过设置的上限值或者下限值时，发出控制信号，通过双向继电器驱动模块控制磁保持继电器断开，从而使插座插孔断电，并由MCU控制声光报警模块发出声光警报，引起用户的注意。

利用电力载波通信技术使智能插座具备双向通信功能，使智能插座可组网工作。智能插座中的MCU可通过载波收发模块接收电力线上的载波信号，也可通过载波收发模块将载波信号发送到电力线上，使得只要组网内的其中的一个智能插座与电脑相连，就可通过电脑设置组网内其他的智能插座的控制参数并读取相应的用电信息，而不必要每个智能插座都与电脑相连。

本实用新型的有益效果是：

具有电量、电流、电压、功率、功率因数等计量参数显示功能，方便用户了解用电器的用电信息。

具有自动控制和报警功能。当插座上的用电器电流过大时可自动断电和发出警报功能，保护用电设备以及安全有效延长插座的寿命。当插座上的用电器处于待机模式时候，插座自动断电，有效地减少待机耗能，节约电能和减少电费的支出。

具有设置定时工作功能，方便用户使用定时工作的用电器。

可与电脑相连，并可对插座进行组网，通过电脑设置组网内的插座相关的参数和读取储存的数据信息，使插座可工作在人不易接触到的地方。利用电力载波通信技术，采用电力线为通信传输媒介，不需额外投资，维护方便。

插座的控制参数即可通过按键设置，也可通过电脑设置，使用方便灵活。

通过唤醒键或者电脑，可安全又方便地可恢复插座的供电。

可广泛应用于家庭、机关单位、公司、学校等。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的一种组网示例图；

图3是本实用新型的MCU主程序工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述：

如图1所示，本实用新型提供的一种智能插座，包括：插座插头、插座插孔、计量模块、电源模块、MCU、显示电路、设置按键、载波收发模块、数据储存模块、磁保持继电器、双向继电器驱动模块、声光报警模块、串口模块，插座插头的两根线与计量模块、电源模块、载波收发模块、磁保持继电器相连，MCU与数据储存模块、计量模块、显示电路、设置按键、载波收发模块、双向继电器驱动模块、声光报警模块、串口模块分别相连接，MCU通过控制双向继电器驱动模块可控制磁保持继电器的接通与断开，磁保持继电器的常开开关接到插座插孔，从而使插座插孔通电和断电，数据储存模块可用于储存插座控制参数和用电信息。

电源模块为载波收发模块提供12V的载波发射电源，为其它组成部分提供5V的工作电源。

计量模块包括电流采样电路、电压采样电路、计量芯片，计量芯片与电流采样电路、电压采样电路相连，电流采样电路和电压采样电路采集插座上的电压和电流采样数据，并送入计量芯片，由计量芯片生成包括电压、电流、功率、用电量、功率因数等数字化的用电信息，保存在计量芯片内部的寄存器中；电流采样电路采用锰铜分流器，电压采样电路采用电阻分压。

MCU通过SPI接口与计量模块相连，通过SPI接口对计量芯片的寄存器进行读或者写操作，取得用电信息进行储存和分析；MCU采用北京福星晓程电子科技股份有限公司生产的PL3201，它是一款内嵌增强型8051兼容微处理、内置扩频通信调制/解调电路、内置可数字频率校正的实时钟、内置两个可灵活配置的全双工多功能UART 、内置16K bytes E2PROM（电可擦除/可编程）程序存储器、内置60 bytes E2PROM（电可擦除/可编程）数据存储器的CMOS制造工艺的SOC。

数据储存模块，可以储存插座上按时间段用电量的数据，插座过流时间等用电信息。

显示电路为LCD显示电路，采用的器件型号为LCD12864，通过2线串行、4位并行接口方式与MCU连接，LCD可显示插座的电流、电压、功率、用电量、时钟等用电信息。

设置按键有四个，一个设置功能键，一个设置增加值，一个设置确认键，一个唤醒键。设置功能键用于选择包括定时工作时间、电流上限值、电流下限值、时间校准等控制参数的设置类型，按动设置功能键在LCD上轮流显示相应的设置类型，设置增加键用于设定要设置的控制参数的数值，每按设置增加建一次对应的设置数值增加一个单位，设置确认键用于对设置的控制参数的确认输入，设置完毕后按设置确认键控制参数输入到MCU。唤醒键用于当插座断开供电后的恢复供电，插座断开供电后，用户需要启动插座工作时，按唤醒键，插座恢复正常供电。

通过串口模块可与电脑相连，通过电脑可进行包括定时工作时间、供电、断电、电流的上限值、电流下限值、时间的校准等控制参数的设置，也可通过电脑读取智能插座中储存的用电信息。

MCU通过对收集的用电信息进行分析，MCU根据计量模块测得的电流值与设定的电流阈值比较，当智能插座的工作电流超过设定的上限值时，发出控制信号，通过双向继电器驱动模块控制磁保持继电器断开，从而使插座插孔断电，并由MCU发出报警信号，控制声光报警模块发出急速的警报声、其上的LED快速闪烁；当插座的定时工作时间到或者识别到用电器是待机模式时，MCU通过双向继电器驱动模块控制磁保持继电器断开插座的供电，同时控制声光报警模块发出三声警报声和三次LED闪烁。

如图1和图2所示，通过电力载波双向通信，智能插座可组网工作，只要组网内的其中的一个智能插座与电脑相连，就可通过电脑设置组网内的智能插座的控制参数并读取相应的用电信息，而不必要每个智能插座都与电脑相连。MCU可通过载波收发模块接收电力线上的载波信号，也可通过载波收发模块将载波信号发送到电力线上，载波信号的收发以数据帧的格式进行；MCU配置扩频调制/解调工作方式为中断方式，收发载波信号以中断方式处理。

如图2所示，组网内的所有的智能插座都与低压电力线AC220V相连，再在智能插座上使用用电器，根据用电器的功率设置插座的工作参数。按插座上的唤醒键使插座供电，接上用电器，在LCD上即可看到该用电器的功率。比如插座2上的电视机的功率为100W，电流为455mA，则可设置插座2的控制参数为最大允许电流700mA，最小电流10mA，当插座2上使用的电视机超过允许的最大电流时插座2即可自动断电，表明该电视机存在故障，当插座2上的使用的电视机低于最小电流10mA时，表明该电视机处于待机模式，插座也自动断电，减少不必要的耗电。插座3给电饭煲供电，可设置为插座3的控制参数为定时工作时间和允许的最大电流。插座4给冰箱供电，可设置插座4的控制参数为常通模式与允许的最大电流，使电冰箱一直供电工作。通过插座1上的电脑，可设置插座1、插座2、插座3、插座4、插座5的控制参数，也可读取插座1、插座2、插座3、插座4、插座5储存的用电信息数据。

如图3所示，本实用新型的智能插座MCU主程序工作流程图，上电首先初始化MCU及相关的外设，接着读取MCU内部的时间参数和计量模块的计量数据，然后在LCD上显示读出的时间数据和计量数据，最后执行按键处理、数据储存、串口处理、载波处理、控制处理、报警处理。

Claims (9)

1.一种智能插座，包括插座插头、插座插孔，其特征是：还包括计量模块、电源模块、MCU、显示电路、设置按键、数据储存模块、磁保持继电器、双向继电器驱动模块，插座插头的两根线与计量模块、电源模块、磁保持继电器相连，MCU与数据储存模块、计量模块、显示电路、设置按键、双向继电器驱动模块分别相连接，磁保持继电器的常开开关接到插座插孔，电源模块给各部分提供工作电源，双向继电器驱动模块与磁保持继电器连接，MCU可通过双向继电器驱动模块控制磁保持继电器的接通与断开，从而使插座插孔通电和断电，设置按键用于设置控制参数，计量模块用于采样用电信息，数据储存模块用于储存插座控制参数和用电信息。

2.根据权利要求1所述的一种智能插座，其特征是：还包括串口模块，所述串口模块与MCU相连，用于与连接电脑，通过电脑可设置智能插座的控制参数，也可通过电脑读取智能插座中储存的用电信息。

3.根据权利要求1所述的一种智能插座，其特征是：还包括载波收发模块，所述载波收发模块与MCU、插座插头分别相连，MCU可通过载波收发模块接收电力线上的载波信号，也可通过载波收发模块将载波信号发送到电力线上。

4.根据权利要求1所述的一种智能插座，其特征是：所述的计量模块包括电流采样电路、电压采样电路、计量芯片，所述计量芯片与电流采样电路、电压采样电路相连，电流采样电路和电压采样电路采集插座上的电压和电流采样数据，并送入计量芯片，由计量芯片生成包括电压、电流、功率、用电量、功率因数用电信息，供MCU提取。

5.根据权利要求4所述的一种智能插座，其特征是：所述的电流采样电路采用锰铜分流器，电压采样电路采用电阻分压。

6.根据权利要求1所述的一种智能插座，其特征是：所述的显示电路为LCD显示电路，采用的器件型号为LCD12864，可显示包括电流、电压、功率、用电量等用电信息。

7.根据权利要求1所述的一种智能插座，其特征是：所述的设置按键包括设置功能键、设置增加键、设置确认键、唤醒键，所述设置功能键用于选择设置的控制参数类型，设置增加键用于设定要设置的控制参数的数值，设置确认键用于对设置的控制参数的确认输入，唤醒键用于当插座断开供电后的恢复供电。

8.根据权利要求1、2或3所述的一种智能插座，其特征是：还包括有声光报警模块，所述的声光报警模块与MCU相连，由MCU控制其发出报警声和LED报警灯光。

9.根据权利要求1、2或3所述的一种智能插座，其特征是：所述的MCU的型号为PL3201。

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