專利名稱:一種智能插座的制作方法
技術領域:
本實用新型涉及電能計量以及電力載波通信技術領域,具體是一種利用低壓電力線通信、具有計量功能的智能插座。
背景技術:
傳統(tǒng)的插座功能單一,僅限于一個普通開關控制一個插座,當在插座上長時間使用超過額定功率的電器,會使插座的壽命減短,而且過高的功率,容易加速電線老化,電線發(fā)熱存在引起火災的隱患,并且用戶對在插座上使用的用電器的用電信息一無所知,比如用戶比較關心的用電器的電功率、耗電量、電壓、電流等。隨著居民生活的水平提高,各種家用電器進入了平常百姓家,而這些用電器的待機功耗是個不可忽視的耗電因數(shù)。人們使用完用電器后沒有拔插頭的習慣,使得這些用電器的待機功耗浪費了大量的能源和金錢。近些年,為了響應國家節(jié)能減排的號召,市面上出現(xiàn)了一些專用的智能插座,在用電器待機情況下,能自動切斷插座的供電。這些插座不適用于公司的路由器、交換機等這些長期待機且小功耗的設備。另外,市面上也出現(xiàn)了一些節(jié)能插座,具有計量與定時等功能,解決待機功耗的問題,但這些節(jié)能插座不具有通信的功能,插座內(nèi)的用電信息數(shù)據(jù)無法傳輸。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的為了克服上述現(xiàn)有技術的缺陷,提供了一種利用低壓電力線通信、具有計量功能的智能插座。該智能插座具有電能計量、顯示、設置、定時工作、自動控制與報警、時鐘、電力載波通信等功能,解決了插座用電的計量與數(shù)據(jù)傳輸?shù)葐栴}。為實現(xiàn)上述目的,本實用新型采用的技術方案如下本實用新型提供的一種智能插座包括插座插頭、插座插孔、計量模塊、電源模塊、 MCU、顯示電路、設置按鍵、載波收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)儲存模塊、磁保持繼電器、雙向繼電器驅(qū)動模塊、聲光報警模塊、串口模塊,插座插頭的兩根線與計量模塊、電源模塊、載波收發(fā)模塊、磁保持繼電器相連,MCU與數(shù)據(jù)儲存模塊、計量模塊、顯示電路、設置按鍵、載波收發(fā)模塊、雙向繼電器驅(qū)動模塊、聲光報警模塊、串口模塊分別相連接,MCU通過控制雙向繼電器驅(qū)動模塊可控制磁保持繼電器的接通與斷開,磁保持繼電器的常開開關接到插座插孔,從而使插座插孔通電和斷電,數(shù)據(jù)儲存模塊可用于儲存插座控制參數(shù)和用電信息。計量模塊可對插座輸出的電流和電壓進行采樣,生成包括電壓、電流、功率、用電量、功率因數(shù)等用電信息,并轉化為數(shù)字信號存儲在計量芯片的存儲器中,供MCU提取、儲存和分析。顯示電路可顯示插座上包括電流、電壓、功率、用電量等用電信息。智能插座的控制參數(shù)可通過設置按鍵進行設置,設置按鍵包括設置功能鍵、設置增加鍵、設置確認鍵、喚醒鍵,所述設置功能鍵用于選擇設置的控制參數(shù)類型,設置增加鍵用于設定要設置的控制參數(shù)的數(shù)值,設置確認鍵用于對設置的控制參數(shù)的確認輸入,喚醒鍵用于當插座斷開供電后的恢復供電。智能插座的控制參數(shù)也可通過電腦進行設置,同時也可通過電腦讀取智能插座中儲存的用電信息,方法是將電腦通過一根串口線與串口模塊相連。MCU通過對收集的用電信息進行分析,當插座上的電流超過設置的上限值或者下限值時,發(fā)出控制信號,通過雙向繼電器驅(qū)動模塊控制磁保持繼電器斷開,從而使插座插孔斷電,并由MCU控制聲光報警模塊發(fā)出聲光警報,引起用戶的注意。利用電力載波通信技術使智能插座具備雙向通信功能,使智能插座可組網(wǎng)工作。 智能插座中的MCU可通過載波收發(fā)模塊接收電力線上的載波信號,也可通過載波收發(fā)模塊將載波信號發(fā)送到電力線上,使得只要組網(wǎng)內(nèi)的其中的一個智能插座與電腦相連,就可通過電腦設置組網(wǎng)內(nèi)其他的智能插座的控制參數(shù)并讀取相應的用電信息,而不必要每個智能插座都與電腦相連。本實用新型的有益效果是具有電量、電流、電壓、功率、功率因數(shù)等計量參數(shù)顯示功能,方便用戶了解用電器的用電信息。具有自動控制和報警功能。當插座上的用電器電流過大時可自動斷電和發(fā)出警報功能,保護用電設備以及安全有效延長插座的壽命。當插座上的用電器處于待機模式時候, 插座自動斷電,有效地減少待機耗能,節(jié)約電能和減少電費的支出。具有設置定時工作功能,方便用戶使用定時工作的用電器??膳c電腦相連,并可對插座進行組網(wǎng),通過電腦設置組網(wǎng)內(nèi)的插座相關的參數(shù)和讀取儲存的數(shù)據(jù)信息,使插座可工作在人不易接觸到的地方。利用電力載波通信技術,采用電力線為通信傳輸媒介,不需額外投資,維護方便。插座的控制參數(shù)即可通過按鍵設置,也可通過電腦設置,使用方便靈活。 通過喚醒鍵或者電腦,可安全又方便地可恢復插座的供電。可廣泛應用于家庭、機關單位、公司、學校等。
圖1是本實用新型的結構示意圖;圖2是本實用新型的一種組網(wǎng)示例圖;圖3是本實用新型的MCU主程序工作流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步的描述如圖1所示,本實用新型提供的一種智能插座,包括插座插頭、插座插孔、計量模塊、電源模塊、MCU、顯示電路、設置按鍵、載波收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)儲存模塊、磁保持繼電器、雙向繼電器驅(qū)動模塊、聲光報警模塊、串口模塊,插座插頭的兩根線與計量模塊、電源模塊、載波收發(fā)模塊、磁保持繼電器相連,MCU與數(shù)據(jù)儲存模塊、計量模塊、顯示電路、設置按鍵、載波收發(fā)模塊、雙向繼電器驅(qū)動模塊、聲光報警模塊、串口模塊分別相連接,MCU通過控制雙向繼電器驅(qū)動模塊可控制磁保持繼電器的接通與斷開,磁保持繼電器的常開開關接到插座插孔,從而使插座插孔通電和斷電,數(shù)據(jù)儲存模塊可用于儲存插座控制參數(shù)和用電信息。電源模塊為載波收發(fā)模塊提供12V的載波發(fā)射電源,為其它組成部分提供5V的工作電源。計量模塊包括電流采樣電路、電壓采樣電路、計量芯片,計量芯片與電流采樣電路、電壓采樣電路相連,電流采樣電路和電壓采樣電路采集插座上的電壓和電流采樣數(shù)據(jù), 并送入計量芯片,由計量芯片生成包括電壓、電流、功率、用電量、功率因數(shù)等數(shù)字化的用電信息,保存在計量芯片內(nèi)部的寄存器中;電流采樣電路采用錳銅分流器,電壓采樣電路采用電阻分壓。MCU通過SPI接口與計量模塊相連,通過SPI接口對計量芯片的寄存器進行讀或者寫操作,取得用電信息進行儲存和分析;MCU采用北京福星曉程電子科技股份有限公司生產(chǎn)的PL3201,它是一款內(nèi)嵌增強型8051兼容微處理、內(nèi)置擴頻通信調(diào)制/解調(diào)電路、內(nèi)置可數(shù)字頻率校正的實時鐘、內(nèi)置兩個可靈活配置的全雙工多功能UART、內(nèi)置16K bytes E2PR0M (電可擦除/可編程)程序存儲器、內(nèi)置60 bytes E2PR0M (電可擦除/可編程)數(shù)據(jù)存儲器的CMOS制造工藝的SOC。數(shù)據(jù)儲存模塊,可以儲存插座上按時間段用電量的數(shù)據(jù),插座過流時間等用電信肩、ο顯示電路為IXD顯示電路,采用的器件型號為IXD12864,通過2線串行、4位并行接口方式與MCU連接,IXD可顯示插座的電流、電壓、功率、用電量、時鐘等用電信息。設置按鍵有四個,一個設置功能鍵,一個設置增加值,一個設置確認鍵,一個喚醒鍵。設置功能鍵用于選擇包括定時工作時間、電流上限值、電流下限值、時間校準等控制參數(shù)的設置類型,按動設置功能鍵在LCD上輪流顯示相應的設置類型,設置增加鍵用于設定要設置的控制參數(shù)的數(shù)值,每按設置增加建一次對應的設置數(shù)值增加一個單位,設置確認鍵用于對設置的控制參數(shù)的確認輸入,設置完畢后按設置確認鍵控制參數(shù)輸入到MCU。喚醒鍵用于當插座斷開供電后的恢復供電,插座斷開供電后,用戶需要啟動插座工作時,按喚醒鍵,插座恢復正常供電。通過串口模塊可與電腦相連,通過電腦可進行包括定時工作時間、供電、斷電、電流的上限值、電流下限值、時間的校準等控制參數(shù)的設置,也可通過電腦讀取智能插座中儲存的用電信息。MCU通過對收集的用電信息進行分析,MCU根據(jù)計量模塊測得的電流值與設定的電流閾值比較,當智能插座的工作電流超過設定的上限值時,發(fā)出控制信號,通過雙向繼電器驅(qū)動模塊控制磁保持繼電器斷開,從而使插座插孔斷電,并由MCU發(fā)出報警信號,控制聲光報警模塊發(fā)出急速的警報聲、其上的LED快速閃爍;當插座的定時工作時間到或者識別到用電器是待機模式時,MCU通過雙向繼電器驅(qū)動模塊控制磁保持繼電器斷開插座的供電, 同時控制聲光報警模塊發(fā)出三聲警報聲和三次LED閃爍。如圖1和圖2所示,通過電力載波雙向通信,智能插座可組網(wǎng)工作,只要組網(wǎng)內(nèi)的其中的一個智能插座與電腦相連,就可通過電腦設置組網(wǎng)內(nèi)的智能插座的控制參數(shù)并讀取相應的用電信息,而不必要每個智能插座都與電腦相連。MCU可通過載波收發(fā)模塊接收電力線上的載波信號,也可通過載波收發(fā)模塊將載波信號發(fā)送到電力線上,載波信號的收發(fā)以數(shù)據(jù)幀的格式進行;MCU配置擴頻調(diào)制/解調(diào)工作方式為中斷方式,收發(fā)載波信號以中斷方式處理。如圖2所示,組網(wǎng)內(nèi)的所有的智能插座都與低壓電力線AC220V相連,再在智能插座上使用用電器,根據(jù)用電器的功率設置插座的工作參數(shù)。按插座上的喚醒鍵使插座供電, 接上用電器,在IXD上即可看到該用電器的功率。比如插座2上的電視機的功率為100W, 電流為455mA,則可設置插座2的控制參數(shù)為最大允許電流700mA,最小電流10mA,當插座 2上使用的電視機超過允許的最大電流時插座2即可自動斷電,表明該電視機存在故障,當插座2上的使用的電視機低于最小電流IOmA時,表明該電視機處于待機模式,插座也自動斷電,減少不必要的耗電。插座3給電飯煲供電,可設置為插座3的控制參數(shù)為定時工作時間和允許的最大電流。插座4給冰箱供電,可設置插座4的控制參數(shù)為常通模式與允許的最大電流,使電冰箱一直供電工作。通過插座1上的電腦,可設置插座1、插座2、插座3、插座4、插座5的控制參數(shù),也可讀取插座1、插座2、插座3、插座4、插座5儲存的用電信息數(shù)據(jù)。如圖3所示,本實用新型的智能插座MCU主程序工作流程圖,上電首先初始化MCU 及相關的外設,接著讀取MCU內(nèi)部的時間參數(shù)和計量模塊的計量數(shù)據(jù),然后在LCD上顯示讀出的時間數(shù)據(jù)和計量數(shù)據(jù),最后執(zhí)行按鍵處理、數(shù)據(jù)儲存、串口處理、載波處理、控制處理、
報警處理。
權利要求1.一種智能插座,包括插座插頭、插座插孔,其特征是還包括計量模塊、電源模塊、 MCU、顯示電路、設置按鍵、數(shù)據(jù)儲存模塊、磁保持繼電器、雙向繼電器驅(qū)動模塊,插座插頭的兩根線與計量模塊、電源模塊、磁保持繼電器相連,MCU與數(shù)據(jù)儲存模塊、計量模塊、顯示電路、設置按鍵、雙向繼電器驅(qū)動模塊分別相連接,磁保持繼電器的常開開關接到插座插孔, 電源模塊給各部分提供工作電源,雙向繼電器驅(qū)動模塊與磁保持繼電器連接,MCU可通過雙向繼電器驅(qū)動模塊控制磁保持繼電器的接通與斷開,從而使插座插孔通電和斷電,設置按鍵用于設置控制參數(shù),計量模塊用于采樣用電信息,數(shù)據(jù)儲存模塊用于儲存插座控制參數(shù)和用電信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種智能插座,其特征是還包括串口模塊,所述串口模塊與 MCU相連,用于與連接電腦,通過電腦可設置智能插座的控制參數(shù),也可通過電腦讀取智能插座中儲存的用電信息。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種智能插座,其特征是還包括載波收發(fā)模塊,所述載波收發(fā)模塊與MCU、插座插頭分別相連,MCU可通過載波收發(fā)模塊接收電力線上的載波信號,也可通過載波收發(fā)模塊將載波信號發(fā)送到電力線上。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種智能插座,其特征是所述的計量模塊包括電流采樣電路、電壓采樣電路、計量芯片,所述計量芯片與電流采樣電路、電壓采樣電路相連,電流采樣電路和電壓采樣電路采集插座上的電壓和電流采樣數(shù)據(jù),并送入計量芯片,由計量芯片生成包括電壓、電流、功率、用電量、功率因數(shù)用電信息,供MCU提取。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種智能插座,其特征是所述的電流采樣電路采用錳銅分流器,電壓采樣電路采用電阻分壓。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種智能插座,其特征是所述的顯示電路為LCD顯示電路, 采用的器件型號為LCD12864,可顯示包括電流、電壓、功率、用電量等用電信息。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種智能插座,其特征是所述的設置按鍵包括設置功能鍵、 設置增加鍵、設置確認鍵、喚醒鍵,所述設置功能鍵用于選擇設置的控制參數(shù)類型,設置增加鍵用于設定要設置的控制參數(shù)的數(shù)值,設置確認鍵用于對設置的控制參數(shù)的確認輸入, 喚醒鍵用于當插座斷開供電后的恢復供電。
8.根據(jù)權利要求1、2或3所述的一種智能插座,其特征是還包括有聲光報警模塊,所述的聲光報警模塊與MCU相連,由MCU控制其發(fā)出報警聲和LED報警燈光。
9.根據(jù)權利要求1、2或3所述的一種智能插座,其特征是所述的MCU的型號為 PL3201。
專利摘要本實用新型公開了一種智能插座,包括插座插頭、插座插孔、計量模塊、電源模塊、MCU、顯示電路、設置按鍵、載波收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)儲存模塊、磁保持繼電器、雙向繼電器驅(qū)動模塊、聲光報警、串口模塊,插座插頭的兩根線與計量模塊、電源模塊、載波收發(fā)模塊、磁保持繼電器直接相連,磁保持繼電器的常開開關接到插座插孔,MCU通過控制雙向繼電器驅(qū)動模塊控制磁保持繼電器的接通與斷開,顯示電路顯示插座電流、電壓、功率、用電量等用電信息,具有自動控制和報警功能,可通過按鍵設置插座的控制參數(shù),也可通過電力載波通信組網(wǎng),由一個插座所連的電腦集中設置控制參數(shù),讀取用電信息,維護方便,使用靈活。
文檔編號G05B19/04GK202134747SQ201120194289
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權日2011年6月10日
發(fā)明者宋樹祥, 梁承福, 羅曉曙, 韋正叢, 黃守麟 申請人:廣西師范大學