CN205882314U - 集成测控智能插座 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及集成测控技术领域，是一种集成测控智能插座，其包括插座本体，设在插座本体上的信号采集模块、集中处理模块、电源模块、通信模块和外设功能扩展模块，信号采集模块包括电压采集电路、电流采集电路、AD采样单元和温湿度检测电路；外设功能扩展模块包括继电器控制电路、PWM控制电路、按键单元、USB充电接口电路、LCD显示单元和蜂鸣报警电路。通过对各路电压、电流信号进行实时采样、分析准确得出每路用电设备的电流、电压和用电量信息并根据用户需求记录存储、LCD显示；功能设置接口界面与本地IHD相结合可为用户服务，具有安全报警功能，对用电存在的安全隐患预警并可自动切断电源，有效保护用户的生命财产安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及集成测控技术领域，是一种集成测控智能插座。
背景技术
近年来，随着科学水平的进步以及社会生活条件逐步改善，人们对家庭生活质量的要求也越来越高，智能家居以及相应电力***设计已必不可免。作为智能家居***中必不可少的部分，智能插座直接为家庭用电设备提供电力并可根据用户需求进行相应管理。RS485通信技术是一种多点差分数据传输的技术，现如今成为了业界应用最为广泛的标准通信接口之一，这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点双向通信，它所具有的噪声抑制能力、数据传输速率和传输准确率很高，适用于智能插座与本地IHD之间的信息传输。有些智能插座虽然能够实现用电设备的定时通断以及与本地IHD双向通信功能，但很少会对插座所连接用电设备的用电情况进行测量、记录存储、显示与上报。因此无法为用户提供足够的用电信息，无法对在设备出现用电隐患的情况下及时报警和保护电器设备。
发明内容
本实用新型提供了一种集成测控智能插座，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的智能插座不能对用电设备的用电情况进行测量、记录存储、显示与上报的问题以及在用电设备出现用电隐患的情况下不能及时报警和保护用电设备的问题。
本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的：一种集成测控智能插座，包括插座本体，还包括设在插座本体上的信号采集模块、集中处理模块、电源模块、通信模块和外设功能扩展模块，所述的信号采集模块包括电压采集电路、电流采集电路、AD采样单元和温湿度检测电路；外设功能扩展模块包括继电器控制电路、PWM控制电路、按键单元、USB充电接口电路、LCD显示单元和蜂鸣报警电路；电流采样电路的输入端与220V交流电的第一输出端电连接，电压采样电路的输入端与220V交流电的第二输出端电连接，电源模块的输入端与220V交流电的第三输出端电连接，电源模块的输出端分别与信号采样模块的输入端、集中处理模块的输入端、外设功能扩展模块的输入端和通信模块的输入端电连接，电流采样电路的输出端与AD采样单元的第一输入端电连接，电压采样电路的输出端与AD采样电路的第二输入端电连接，AD采样单元的输出端与集中处理模块的第一输入端电连接，温湿度检测电路与集中处理模块的第一I/O接口电连接，通信模块与集中处理模块的第二I/O接口电连接，按键单元与集中处理模块的第三I/O接口电连接，USB充电单元与集中处理模块的第四I/O接口电连接，集中处理模块的第一输出端与继电器控制电路的输入端电连接，集中处理模块的第二输出端与PWM控制电路的输入端电连接，集中处理模块的第三输出端与LCD显示单元的输入端电连接，集中处理模块的第四输出端与蜂鸣报警电路的输入端电连接。
下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进：
上述还可包括过零检测电路，过零检测电路的输入端与220V交流电的第四输出端电连接，过零检测电路的输出端与集中处理电路的第二输入端电连接。
上述通信模块可为RS485通信单元。
上述继电器控制电路主要可包括继电器驱动电路、三极管、继电器、二极管和相应的电阻，继电器驱动电路的输入端电连接有第一电阻，继电器驱动电路的输出端与第二电阻电连接，第二电阻的输出端与三极管电连接，三极管的输入端还并接有第三电阻，三极管的输出端与二极管并联后与继电器的输入端电连接，继电器的输出端电连接有负载。
上述USB充电接口电路可包括两路充电接口。
本实用新型采样电路对智能插座各路电压、电流信号进行实时采样，再经由集中处理模块对采样数据进行运算分析，准确得出每路用电设备的电流、电压和用电量信息并对处理得到的数据根据用户需求记录存储、LCD显示或向本地IHD上报。本实用新型通过RS485的通信方式实现插座与本地IHD之间双向通信，发送用电信息的同时可接受并执行本地IHD发送的多种控制命令；良好的外设功能扩展模块设置接口界面与本地IHD相结合可为用户提供更为方便和多样的服务，具有安全报警功能，对用电存在的安全隐患预警并在出现问题时可自动切断电源，有效保护用户的生命财产安全。通过对各路接口提供继电器通断控制电路，结合本地IHD与插座功能设置接口极大丰富了智能插座的功能。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的过零检测电路和PWM输出控制电路。
图3为本实用新型电压信号采样电路。
图4为本实用新型的电流信号采样电路。
图5为本实用新型的RS485通讯模块。
图6为本实用新型的继电器控制电路。
具体实施方式
本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述：
如附图1、2所示，一种集成测控智能插座，包括插座本体，还包括设在插座本体上的信号采集模块、集中处理模块、电源模块、通信模块和外设功能扩展模块，所述的信号采集模块包括电压采集电路、电流采集电路、AD采样单元和温湿度检测电路；外设功能扩展模块包括继电器控制电路、PWM控制电路、按键单元、USB充电接口电路、LCD显示单元和蜂鸣报警电路；电流采样电路的输入端与220V交流电的第一输出端电连接，电压采样电路的输入端与220V交流电的第二输出端电连接，电源模块的输入端与220V交流电的第三输出端电连接，电源模块的输出端分别与信号采样模块的输入端、集中处理模块的输入端、外设功能扩展模块的输入端和通信模块的输入端电连接，电流采样电路的输出端与AD采样单元的第一输入端电连接，电压采样电路的输出端与AD采样电路的第二输入端电连接，AD采样单元的输出端与集中处理模块的第一输入端电连接，温湿度检测电路与集中处理模块的第一I/O接口电连接，通信模块与集中处理模块的第二I/O接口电连接，按键单元与集中处理模块的第三I/O接口电连接，USB充电单元与集中处理模块的第四I/O接口电连接，集中处理模块的第一输出端与继电器控制电路的输入端电连接，集中处理模块的第二输出端与PWM控制电路的输入端电连接，集中处理模块的第三输出端与LCD显示单元的输入端电连接，集中处理模块的第四输出端与蜂鸣报警电路的输入端电连接。这里，集中处理模块为现有公知技术，采用型号为STM8S207CB的单片机芯片，该芯片具有128KB的Flash存储空间、6KB内部RAM以及2KB的EEPROM存储空间，对于普通的用户信息、参数设置及用电数据存储已经足够，无需外接存储设备。LCD显示单元通过I2C进行通信控制。温湿度检测模块用于周围环境异常监测；蜂鸣报警电路会在电气设备过流、过载及周围环境异常情况下发出警告，也可根据用户的设置给出提示音；其中温湿度传感器采用低功耗温湿度传感器，数字输出，具有I2C接口。典型湿度测量范围达到0至80%，典型温度测量范围达到-40℃至80℃，典型状态下，湿度测量精度误差为±2%，温度测量精度误差为±0.3℃。该温湿度传感器的信号输出直接到单片机内部，单片机会针对温湿度传感器所传输的温湿度数据做出判断，当出现危险情况是，将会通过蜂鸣报警电路进行预警。同时蜂鸣报警电路还可以根据用户需求设置定时提醒。按键单元的多个按键供用户设置定时信息、工作模式和LCD显示内容。这里的电源模块为现有公知技术，通过与220V交流电相连接，由电源模块转换成包括正负12V、正负9V、5V、3.3V电源信号以及2.5V基准电源。
可根据实际需要，对上述集成测控智能插座作进一步优化或/和改进：
如附图1、2所示，还包括过零检测电路，过零检测电路的输入端与220V交流电的第四输出端电连接，过零检测电路的输出端与集中处理电路的第二输入端电连接。过零检测电路工作时，电网的220V交流电信号经过变压器在二次侧产生幅值稍小的交流信号，幅值稍小的交流信号输入到两个光耦器件中，电路CHECK端与单片机相连，该点电位会在信号过零时段，产生一个脉冲信号，通过设置单片机的外部中断触发方式，实现交流信号过零检测。
如附图2所示，PWM输出控制电路包括MOC3021、双向可控硅BTA08-800B和相应电容电阻器件，其中BTA08-800B的耐压值可达到800V，双向可控硅的打开条件包含门极电压以及可控硅两端压差达到要求，关闭条件包括门极电压小于开关电压，并且可控硅两端压差小于导通需求，因此PWM输出控制电路通常要结合过零检测电路使用。通过单片机在交流信号过零时改变PWM输出的状态，实现可控硅的通断控制，进而实现对用电设备的功率调节。
如附图1、3、4所示，所述的电压采样电路采用高精度电压互感器方式实现，所述的电流采样电路采用高精度电流互感器方式实现，AD采样单元采用6路同步采集的方式实现。
如附图3所示，220V交流电压信号经过两个110K高精度金属膜电阻后转化为小电流信号，小电流信号经过型号为YE-PT03-2mA/2mA高精度电流型电压互感器，二极管D18、D19起限幅作用，起到后端电路进行保护的作用，小电流信号经过高共模抑制比运算放大器组成的IV转换电路后，转化为采样芯片可采样范围内的电压信号，其中R82和C114构成了本设计的相位补偿电路，最终信号经C118、C121和R90组成的滤波电路滤除信号中高频干扰后，输入到AD采样单元的端口，通过AD采样芯片对信号进行采样。
如附图4所示，电流采样电路工作原理与电压采样电路基本相同。电流信号经型号为CT07-5/2.5W的高精度电流互感器后，互感器二次侧会产生小电流信号，小电流信号经IV转换电路和滤波电路后输入到AD采样单元接口，通过型号为AD7656的AD采样芯片对信号进行采样。这里的AD采样单元的6路同步采集信号的其中1路用于电压信号采样，另外5路用于电流信号采样，以此实现多路用电设备的电气参数的准确测量。AD采样电源电路，由于集成测控智能插座所采用AD芯片为高精度ADC采样转化芯片，对电源要求较高，需要使用超低纹波电路为芯片提供电压，因此电路采用TPS7A4901、TPS7A3001产生正负9V超低纹波电压供电。为产生相应电压信号，设计中使用了TPS65131产生正负12V电压的电源，该电源芯片产生2A左右的电流。这里AD芯片还需要使用外部基准源信号作为参考电压，大小为2.5V，选定REF3225基准源芯片提供。
如附图1、5所示，所述的通信模块为RS485通信单元。该RS485通信单元采用SPRS485EN芯片，PS2501L芯片用于电源隔离，用于保护前段电路；RT1与RT2为热敏电阻器，与TVS管仪器对后端起到保护作用。其中SPRS485EN芯片的电源由专门的RS485电源提供，该RS485电源通过DCH010505S隔离产生，同时RS485接地也要单独分开，防止外部信号对主控部分造成损害。RS485_RXD、RS485_TXD分别与主控芯片的UART部分相连。该RS485通信单元主要用于与本地的IHD通信，以建立起更良好的双向信息传输方式。
如附图1、6所示继电器控制电路包括继电器驱动电路、三极管、继电器、二极管和相应的电阻，继电器驱动电路的输入端与第一电阻电连接，继电器驱动电路的输出端与第二电阻电连接，第二电阻的输出端与三极管电连接，三极管的输入端还并接有第三电阻，三极管的输出端与二极管并联后与继电器的输入端电连接，继电器的输出端电连接有负载。这里，继电器驱动电路包括光耦器件和三极管，采用PS2501L芯片，光耦器件用于隔离保护前端电路。这里的第一电阻为R32，第二电阻为R34，第三电阻为R37。继电器工作时，二极管D5在反向电动势过大时形成同路，起到保护继电器的作用；OUT1端与单片机相连，通过设置OUT1输出高电平或低电平，从而控制三极管Q2的导通与关断，进而实现继电器的通断，实现用电设备的通断控制功能。
如附图1所示，所述的USB充电接口电路包括两路充电接口。两路充电接口基于双通道精度可调节限流电源开关TPS2561A和双通道USB专用充电端口控制器TPS2513芯片组成，TPS2561A控制与信息反馈引脚与主控单片机芯片相连，在USB充电过程中起到限流保护的作用。TPS2513具有自动监测USB数据线路电压特性，可在数据线自动提供正确特性电压。USB专用充电端口控制器具有两路输出，正常输入电压为4.5V-5.5V，可为USB数据线路提供正确的电气特性。
以上技术特征构成了本实用新型的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (9)
1.一种集成测控智能插座，包括插座本体，其特征在于还包括设在插座本体上的信号采集模块、集中处理模块、电源模块、通信模块和外设功能扩展模块，所述的信号采集模块包括电压采集电路、电流采集电路、AD采样单元和温湿度检测电路；外设功能扩展模块包括继电器控制电路、PWM控制电路、按键单元、USB充电接口电路、LCD显示单元和蜂鸣报警电路；电流采样电路的输入端与220V交流电的第一输出端电连接，电压采样电路的输入端与220V交流电的第二输出端电连接，电源模块的输入端与220V交流电的第三输出端电连接，电源模块的输出端分别与信号采样模块的输入端、集中处理模块的输入端、外设功能扩展模块的输入端和通信模块的输入端电连接，电流采样电路的输出端与AD采样单元的第一输入端电连接，电压采样电路的输出端与AD采样电路的第二输入端电连接，AD采样单元的输出端与集中处理模块的第一输入端电连接，温湿度检测电路与集中处理模块的第一I/O接口电连接，通信模块与集中处理模块的第二I/O接口电连接，按键单元与集中处理模块的第三I/O接口电连接，USB充电单元与集中处理模块的第四I/O接口电连接，集中处理模块的第一输出端与继电器控制电路的输入端电连接，集中处理模块的第二输出端与PWM控制电路的输入端电连接，集中处理模块的第三输出端与LCD显示单元的输入端电连接，集中处理模块的第四输出端与蜂鸣报警电路的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的集成测控智能插座，其特征在于还包括过零检测电路，过零检测电路的输入端与220V交流电的第四输出端电连接，过零检测电路的输出端与集中处理电路的第二输入端电连接。
3.根据权利要求1或2所述的集成测控智能插座，其特征在于通信模块为RS485通信单元。
4.根据权利要求1或2所述的集成测控智能插座，其特征在于继电器控制电路包括继电器驱动电路、三极管、继电器、二极管和相应的电阻，继电器驱动电路的输入端电连接有第一电阻，继电器驱动电路的输出端与第二电阻电连接，第二电阻的输出端与三极管电连接，三极管的输入端还并接有第三电阻，三极管的输出端与二极管并联后与继电器的输入端电连接，继电器的输出端电连接有负载。
5.根据权利要求3所述的集成测控智能插座，其特征继电器控制电路包括继电器驱动电路、三极管、继电器、二极管和相应的电阻，继电器驱动电路的输入端电连接有第一电阻，继电器驱动电路的输出端与第二电阻电连接，第二电阻的输出端与三极管电连接，三极管的输入端还并接有第三电阻，三极管的输出端与二极管并联后与继电器的输入端电连接，继电器的输出端电连接有负载。
6.根据权利要求1或2所述的集成测控智能插座，其特征在于USB充电接口电路包括两路充电接口。
7.根据权利要求3所述的集成测控智能插座，其特征在于USB充电接口电路包括两路充电接口。
8.根据权利要求4所述的集成测控智能插座，其特征在于USB充电接口电路包括两路充电接口。
9.根据权利要求5所述的集成测控智能插座，其特征在于USB充电接口电路包括两路充电接口。
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| GR01 | Patent grant | ||
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