CN205122906U - 一种电能计量及状态反馈智能插座 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及导电连接装置技术领域，具体涉及一种电能计量及状态反馈智能插座。针对现有技术在插座的通断控制、电能计量和工作状态反馈等方面存在的不足，本实用新型提供了一种电能计量及状态反馈智能插座。本实用新型包括插座，以及设置在插座上的具有电能计量功能的主控制器、具有双向无线通信功能的通信模块、交流供电控制电路、电能计量采集电路、主控制器辅助电路和手动控制电路。实用新型设计简洁，易于实施，建设、维护和能耗成本较低，适用于家居、商业、企业等多种用电场合，具有广阔的应用和推广前景。

Description

一种电能计量及状态反馈智能插座

技术领域

本实用新型涉及导电连接装置技术领域，具体涉及一种电能计量及状态反馈智能插座。

背景技术

随着人民生活水平的提高，普通百姓家中的用电器越来越多，造成电能消耗越来越大。因用电器长时间待机而消耗的电能相当可观。据统计，一台1.5匹空调待机一年消耗电能约30多度，一台40寸液晶电视待机一年消耗电能约24度左右。此外，因未及时关闭用电器而造成的电能浪费也较大。基于此背景，智能家庭***应运而生。智能家庭***能够实现用户对家用电器的远程操作，及时打开或者关闭用电器的电源，在方便用户使用的同时节约了大量宝贵的电能。但是，当前的智能家庭***，尤其是基于无线技术研发的智能家庭***存在通信失败风险。当发生通信失败情况时，用户完成操作指令的发送后执行器不进行动作，而用户误以为操作指令已执行，但由于通信失败等原因指令并未操作成功。此外，现有的智能家庭***缺少具备电能计量功能的智能插座，难以对具体用电器的用电量和智能家庭***总用电量以直观显示，影响了智能家庭***的实际使用效果和用户的体验效果。

实用新型内容

针对现有技术在插座的通断控制、电能计量和工作状态反馈等方面存在的不足，本实用新型提供了一种电能计量及状态反馈智能插座。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种电能计量及状态反馈智能插座，包括插座，以及设置在插座上的具有电能计量功能的主控制器、具有双向无线通信功能的通信模块、交流供电控制电路、电能计量采集电路、主控制器辅助电路和手动控制电路。主控制器与通信模块通过模拟SPI接口相连；交流供电控制电路的输入端接主控制器的I/O端，交流供电控制电路的输出端接在交流220V火线与交流220V零线之间；所述电能计量采集电路的电压采集端分别接交流220V零线和地，所述电能计量采集电路的电流采集端接交流220V火线；主控制器辅助电路接在主控制器上，以保证主控制器工作；手动控制电路接主控制器的I/O端，用以控制主控制器工作。

具体的，智能插座还包括指示电路，指示电路接主控制器的I/O端，用以显示智能插座的通路或开路状态。

具体的，主控制器为G80F920型单相电能计量芯片，通信模块为CC1101型射频收发器。

具体的，交流供电控制电路包括电阻R9~R10、三极管Q1、续流二极管D2和继电器C。电阻R10接在主控制器脚23和地之间，电阻R9接在主控制器脚23和三极管Q1的基极之间，三极管Q1的发射极接地；三极管Q1的集电极接继电器C线圈的一端，继电器C线圈的另一端接+12V，续流二极管D2反向串联在+12V和三极管Q1的集电极之间，继电器C的常开触头K1串联在交流220V火线上。

具体的，电能计量采集电路包括电流采集电路和电压采集电路。电流采集电路包括电阻R6、电阻R8、电容C4~C5、锰铜分流器M1，所述电容C4、C5分别串联在主控制器脚2、脚3和地之间，电阻R6串联在主控制器脚2和交流220V火线之间，电阻R8串联在主控制器脚3和交流220V火线之间，锰铜分流器M1串联在交流220V火线上。电压采集电路包括电阻R1~R2、电阻R4~R5、电阻R7、电容C2~C3，电阻R1、R2和R4串联后接在主控制器脚44和交流220V零线之间，电阻R5和电容C2并联在主控制器脚44和地之间，电阻R7和电容C3并联在主控制器脚1和地之间。

具体的，主控制器辅助电路包括电阻R11~R12、电容C1、电容C6~C7、电容C9~C11、极性电容C8和晶振Y1。电阻R1、R2和R4串联后接在主控制器脚44和交流220V零线之间，电阻R5和电容C2并联在主控制器脚44和地之间，电阻R7和电容C3并联在主控制器脚1和地之间，电容C1、C6、C7、C9、C10和C11分别接在主控制器脚43、脚6、脚8、脚11、脚13和脚12与地之间，极性电容C8的正极和负极分别接主控制器脚10和地，晶振Y1接在主控制器脚11和脚12之间，电阻R11接在主控制器脚16和+12V之间，电阻R12接在主控制器脚16和地之间。

具体的，手动控制电路包括按键开关S1，按键开关S1接在主控制器脚38和地之间。

具体的，指示电路包括发光二极管D1和电阻R3，发光二极管D1和电阻R3串联后正向连接在主控制器脚37和地之间。

具体的，主控制器脚4和脚5接地，主控制器脚8接+3.3V。

具体的，通信模块脚1和脚8分别接+3.3V和地，通信模块脚2、脚3、脚4、脚5和脚6分别接主控制器脚32、脚29、脚31、脚28和脚30。

本实用新型的有益效果：1、主控制器与通信模块配合，可根据接收到的指令操控交流供电控制电路工作，实现智能插座的通断控制；2、主控制器与电能计量采集电路配合，能够实时监控智能插座的电流、电压、功率和用电量等用电信息，并将用电信息寄存于主控制器以便用户查询；3、主控制器与通信模块配合，接受到查询指令后，能够将寄存于主控制器中的智能插座的通断状态信息和智能插座的耗电量信息反馈给智能家庭***的服务器，用户可通过查阅服务器或利用智能手机、平板电脑和PC机等远程终端访问服务器，以随时获得智能插座的工作状态信息；4、主控制器与手动控制电路配合，能够手动控制智能插座的通断，增强了智能插座工作的灵活性，方便用户使用；5、主控制器与指示电路配合，直观显示智能插座的通断状态，方便用户使用；6、G80F920型单相电能计量芯片具有普通单片机的存储和控制功能，并具备电能计量功能，使用其作为主控制器能够解决本实用新型的技术问题，即现有技术在插座的通断控制、电能计量和工作状态反馈等方面存在的不足；7、CC1101型射频收发器具有接受和发送射频信号的功能，其最大传输速度为500Kb/s，有效传输距离为30m，使用其作为通信模块能够满足本实用新型中双向无线通信的需要。

本实用新型设计简洁，易于实施，建设、维护和能耗成本较低，适用于家居、商业、企业等多种用电场合，具有广阔的应用和推广前景。

附图说明

图1为本实用新型的组成逻辑框图。

图2为本实用新型的电路原理图。

图3为本实用新型的无线通信逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

参照图1，实施例的包括具有电能计量功能的主控制器、具有双向无线通信功能的通信模块、交流供电控制电路、电能计量采集电路、主控制器辅助电路、手动控制电路和指示电路。主控制器与通信模块通过模拟SPI接口相连；交流供电控制电路的输入端接主控制器的I/O端，交流供电控制电路的输出端接在交流220V火线与交流220V零线之间；电能计量采集电路的电压采集端分别接交流220V零线和地，电能计量采集电路的电流采集端接交流220V火线；控制器辅助电路接在主控制器上，以保证主控制器工作；手动控制电路接主控制器的I/O端，用以控制主控制器工作；指示电路接主控制器的I/O端，用以显示智能插座的通路或开路状态。

参照图2，实施例的电路组成包括G80F920型单相电能计量芯片U1、CC1101型射频收发器U2、电阻R1~R12、电容C1~C7、极性电容C8、电容C9~C11、晶振Y1、锰铜分流器M1、按键开关S1、发光二极管D1、续流二极管D2、三极管Q1和继电器C。

CC1101型射频收发器U2的脚1和脚8分别接+3.3V和地，CC1101型射频收发器U2的脚2、脚3、脚4、脚5和脚6分别接G80F920型单相电能计量芯片U1脚32、脚29、脚31、脚28和脚30。

电阻R10接在G80F920型单相电能计量芯片U1脚23和地之间，电阻R9接在G80F920型单相电能计量芯片U1脚23和三极管Q1的基极之间，三极管Q1的发射极接地；三极管Q1的集电极接继电器C线圈的一端，继电器C线圈的另一端接+12V，续流二极管D2反向串联在+12V和三极管Q1的集电极之间，继电器C的常开触头K1串联在交流220V火线上。

电阻R1、R2和R4串联后接在G80F920型单相电能计量芯片U1脚44和交流220V零线之间，电阻R5和电容C2并联在G80F920型单相电能计量芯片U1脚44和地之间，电阻R7和电容C3并联在G80F920型单相电能计量芯片U1脚1和地之间。电容C4、C5分别接在G80F920型单相电能计量芯片U1的脚2、脚3和地之间，电阻R6串联在G80F920型单相电能计量芯片U1脚2和交流220V火线之间，电阻R8串联在G80F920型单相电能计量芯片U1脚3和交流220V火线之间，锰铜分流器M1连接串联在交流220V火线上。其中，G80F920型单相电能计量芯片U1的脚44经电阻R1、R2和R4与交流220V零线相连的端口为电能计量采集电路的一个电压采集端，G80F920型单相电能计量芯片U1的脚44经电阻R5和电容C2与地相连的端口为电能计量采集电路的一个电压采集端，G80F920型单相电能计量芯片U1的脚1经电阻R7和电容C3与地相连的端口为电能计量采集电路的一个电压采集端。锰铜分流器M1与交流220V火线相连的两端为电能计量采集电路的电流采集端。智能插座接通后，锰铜分流器M1与智能插座上的负载串联，G80F920型单相电能计量芯片U1的脚2、脚3采集锰铜分流器M1上的电势差，通过该电势差计算得到锰铜分流器M1上的电流，即流经智能插座的电流，电压采集端采集智能插座的电压信息，G80F920型单相电能计量芯片U1通过计算得到功率和用电量等智能插座的用电信息。

电容C1、C6、C7、C9、C10和C11分别接在G80F920型单相电能计量芯片U1脚43、脚6、脚8、脚11、脚13和脚12与地之间，极性电容C8的正极和负极分别接G80F920型单相电能计量芯片U1脚10和地，晶振Y1接在G80F920型单相电能计量芯片U1脚11和脚12之间，电阻R11接在G80F920型单相电能计量芯片U1脚16和+12V之间，电阻R12接在G80F920型单相电能计量芯片U1脚16和地之间。

发光二极管D1和电阻R3串联后正向连接在G80F920型单相电能计量芯片U1脚37和地之间，按键开关S1接在G80F920型单相电能计量芯片U1脚38和地之间，G80F920型单相电能计量芯片U1脚4和脚5接地，G80F920型单相电能计量芯片U1脚8接+3.3V。

本实施例中，继电器为HF7520型超小型大功率继电器，其最高负载电流为16A。

参照图2，本实施例的工作过程为：

1、无线遥控操作

CC1101型射频收发器U2将接收到的上电指令信号传输给G80F920型单相电能计量芯片U1，G80F920型单相电能计量芯片U1的脚23和脚37输出高电平，三极管Q1和发光二极管D1导通，串联在+12V和三极管Q1之间的继电器C的线圈吸合其常开触头K1，交流220V火线导通，用电器获得电能，发光二极管D1点亮以显示智能插座当前的上电状态，G80F920型单相电能计量芯片U1存储智能插座当前的上电状态信息；智能插座接通后，G80F920型单相电能计量芯片U1的脚1和脚44采集智能插座的实时电压信号，脚2和脚3采集智能插座的实时电流信号，G80F920型单相电能计量芯片U1计算并存储智能插座的电流、电压、功率和用电量等用电信息。CC1101型射频收发器U2将接收到的断电指令信号传输给G80F920型单相电能计量芯片U1，G80F920型单相电能计量芯片U1的脚23和脚37输出低电平，三极管Q1和发光二极管D1断路，继电器C的常开触头K1弹开，交流220V火线断路，用电器不再获得电能，发光二极管D1熄灭以显示智能插座当前的断电状态，G80F920型单相电能计量芯片U1存储智能插座当前的断电状态信息。

CC1101型射频收发器U2将接收到的查询指令信号传输给G80F920型单相电能计量芯片U1，G80F920型单相电能计量芯片U1将其存储的智能插座当前的上电/断电状态信息以及用电信息，通过CC1101型射频收发器U2发送至服务器。

2、手动操作

按动按键开关S1，G80F920型单相电能计量芯片U1的脚23和脚37输出高电平，三极管Q1和发光二极管D1导通，串联在+12V和三极管Q1之间的继电器C的线圈吸合其常开触头K1，交流220V火线导通，用电器获得电能，发光二极管D1点亮以显示智能插座当前的上电状态，G80F920型单相电能计量芯片U1存储智能插座当前的上电状态信息；G80F920型单相电能计量芯片U1的脚1和脚44采集智能插座的实时电压信号，脚2和脚3采集智能插座的实时电流信号，G80F920型单相电能计量芯片U1计算并存储智能插座的电流、电压、功率和用电量等用电信息。再次按动按键开关S1，G80F920型单相电能计量芯片U1的脚23和脚37输出低电平，三极管Q1和发光二极管D1断路，继电器C的常开触头K1弹开，交流220V火线断路，用电器不再获得电能，发光二极管D1熄灭以显示智能插座当前的断电状态，G80F920型单相电能计量芯片U1存储智能插座当前的断电状态信息。

参照图3，本实用新型的无线通信过程为：

用户利用智能手机、平板电脑和PC机等远程终端访问服务器或者直接操作服务器以发出上电/断电指令信号或查询指令信号，通信模块接受指令信号并发送至主控制器，主控制器执行指令信号并存储智能插座当前的上电/断电状态信息和用电信息，通过通信模块将上电/断电状态信息和用电信息传输至服务器，最后由服务器将上电/断电状态信息和用电信息发送至智能手机、平板电脑和PC机等远程终端。用户可在发出上电/断电指令信号后，再发出查询指令信号以检查智能插座是否执行到位，避免因通信失败造成损失。

以上所述实施方式仅为本实用新型的优选实施例，而并非本实用新型可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电能计量及状态反馈智能插座，包括插座，其特征在于其还包括设置在插座上的具有电能计量功能的主控制器、具有双向无线通信功能的通信模块、交流供电控制电路、电能计量采集电路、主控制器辅助电路和手动控制电路；所述主控制器与通信模块通过模拟SPI接口相连；所述交流供电控制电路的输入端接主控制器的I/O端，交流供电控制电路的输出端接在交流220V火线与交流220V零线之间；所述电能计量采集电路的电压采集端分别接交流220V零线和地，所述电能计量采集电路的电流采集端接交流220V火线；所述主控制器辅助电路接在主控制器上，以保证主控制器工作；所述手动控制电路接主控制器的I/O端，用以控制主控制器工作。

2.根据权利要求1所述的一种电能计量及状态反馈智能插座，其特征在于其还包括指示电路，所述指示电路接主控制器的I/O端，用以显示智能插座的通路或开路状态。

3.根据权利要求2所述的一种电能计量及状态反馈智能插座，其特征在于所述主控制器为G80F920型单相电能计量芯片，所述通信模块为CC1101型射频收发器。