專利名稱：一種基于無線的智慧家庭安全切斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及民用電安全切斷技術(shù)，尤其涉及一種基于無線的智慧家庭安全切斷裝置。
背景技術(shù)：
可靠性和安全性是智慧家庭電能管理的最基本同時(shí)也是最主要的要求，可靠性即系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期無故障可靠地運(yùn)行，而安全性則要求系統(tǒng)的任何部分在出現(xiàn)故障情況下導(dǎo)向安全側(cè)，不會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)控制對(duì)象產(chǎn)生危險(xiǎn)或重大損失。智慧家庭中包括智能斷路器、智能插座、智能開關(guān)等各類支撐部件，這些部件的核心功能是能夠切斷民用220V供電，達(dá)到智能控制的目的。目前業(yè)界普遍使用的切斷技術(shù)是通過處理器驅(qū)動(dòng)繼電器、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)或可控硅實(shí)現(xiàn)220V電源的打開和關(guān)閉。采用這類技術(shù)的缺陷是驅(qū)動(dòng)電路可能 發(fā)生故障，繼電器觸點(diǎn)容易粘牢，IGBT和可控硅容易擊穿，從而無法有效切斷電源。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種基于無線的智慧家庭安全切斷裝置。本實(shí)用新型為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一種基于無線的智慧家庭安全切斷裝置，該裝置的輸入端與外部控制系統(tǒng)相連，其輸出端與受控設(shè)備相連，所述裝置包括有處理器、檢波器、動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器和繼電器組，處理器通過檢波器連接至動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器與繼電器組相連，繼電器組與受控設(shè)備的電源輸入端連接，控制受控設(shè)備的電源通斷；所述動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器和繼電器組分別與處理器相連；所述處理器通過無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)與外部控制系統(tǒng)相連；所述繼電器組由兩個(gè)繼電器構(gòu)成，各繼電器均具有一個(gè)常開觸點(diǎn)和一個(gè)常閉觸點(diǎn)，兩個(gè)常開觸點(diǎn)串聯(lián)后與受控設(shè)備的電源連接，所述繼電器的線圈并聯(lián)后與動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器連接；所述檢波器包括有進(jìn)行脈沖檢波的諧振電路，該諧振電路由變壓器和電容構(gòu)成；動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器采用動(dòng)態(tài)脈沖進(jìn)行充放電，驅(qū)動(dòng)繼電器線圈；在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)為Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，該裝置采用處理器回檢、動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路、檢波電路、繼電電路實(shí)現(xiàn)安全切斷技術(shù)，并且采用Zigbee作為傳輸通道，實(shí)現(xiàn)與智慧家庭系統(tǒng)的對(duì)接，實(shí)現(xiàn)安全切斷，避免家庭用電發(fā)生危險(xiǎn)。

圖I是本實(shí)用新型提出的安全切斷裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是處理器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是檢波器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是繼電器組的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合圖示與具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。如圖I所示，安全切斷裝置由處理器、檢波器、動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器、繼電器組構(gòu)成。處理器通過Zigbee接收外部控制系統(tǒng)的控制命令，根據(jù)控制命令的不同選擇是否驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)脈沖輸出。該輸出脈沖經(jīng)由檢波器檢波，檢測(cè)脈沖頻率是否與預(yù)設(shè)的頻率一致，然后檢波器將檢波通過的動(dòng)態(tài)脈沖輸出到動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)動(dòng)態(tài)脈沖驅(qū)動(dòng)充放電電路，形成穩(wěn)定的輸出電平，驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的繼電器組線圈，從而使得繼電器組吸起。繼電器組采用多組觸點(diǎn)串聯(lián)的方式防止單觸點(diǎn)故障，從而安全可靠地控制受控設(shè)備的供電，繼電器觸點(diǎn)采用串聯(lián)方式，控制外部設(shè)備的供電，繼電器線圈采用并聯(lián)方式，由驅(qū)動(dòng)器同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)繼電器線圈。處理器負(fù)責(zé)通過Zigbee無線接收外部控制系統(tǒng)發(fā)送的開關(guān)狀態(tài)，并根據(jù)開關(guān)狀態(tài)輸出動(dòng)態(tài)脈沖。當(dāng)開關(guān)狀態(tài)為開時(shí)，持續(xù)輸出特定頻率的動(dòng)態(tài)脈沖；當(dāng)開關(guān)狀態(tài)為關(guān)時(shí)，停止輸出動(dòng)態(tài)脈沖。檢波器對(duì)動(dòng)態(tài)脈沖進(jìn)行頻率檢測(cè)，當(dāng)動(dòng)態(tài)脈沖頻率等于設(shè)定的檢波頻率時(shí)，檢波器輸出動(dòng)態(tài)脈沖；否則，檢波器不輸出動(dòng)態(tài)脈沖。動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)輸入的動(dòng)態(tài)脈沖實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)充放電，形成穩(wěn)定的電壓驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的繼電器組。繼電器組有兩個(gè)獨(dú)立的繼電器構(gòu)成，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電壓大于繼電器的吸起電壓時(shí)，兩個(gè)繼電器同時(shí)吸起，否則，繼電器落下。當(dāng)兩個(gè)繼電器同時(shí)吸起時(shí)，220V電源給受控設(shè)備供電，當(dāng)有任意一個(gè)繼電器落下時(shí)，夕卜部設(shè)備供電被切斷。本實(shí)用新型的關(guān)鍵技術(shù)方案在于，安全切斷裝置的任意部件故障時(shí)，都將導(dǎo)致繼電器安全落下，受控設(shè)備的供電被切斷，從而保證家庭用電的安全性。具體體現(xiàn)為當(dāng)Zigbee無線斷開時(shí)，在超時(shí)時(shí)間達(dá)到后沒有接收到外部開關(guān)狀態(tài)命令，處理器停止驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)脈沖，從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器輸出低電平停止驅(qū)動(dòng)繼電器，安全切斷設(shè)備供電；當(dāng)處理器故障時(shí)，動(dòng)態(tài)脈沖消失，從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器輸出低電平停止驅(qū)動(dòng)繼電器，安全切斷設(shè)備供電；當(dāng)輸出的動(dòng)態(tài)脈沖頻率高于或低于檢波器設(shè)定的頻率時(shí)，檢波器過濾動(dòng)態(tài)脈沖，從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器輸出低電平停止驅(qū)動(dòng)繼電器，安全切斷設(shè)備供電；當(dāng)檢波器故障時(shí)，任何動(dòng)態(tài)脈沖都無法通過檢波器，從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器輸出低電平停止驅(qū)動(dòng)繼電器，安全切斷設(shè)備供電；當(dāng)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器故障時(shí)，無法進(jìn)行動(dòng)態(tài)沖放電，從而無法產(chǎn)生高電平驅(qū)動(dòng)繼電器，安全切斷設(shè)備供電；處理器實(shí)時(shí)檢測(cè)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器輸出結(jié)果，一旦檢測(cè)到非預(yù)期的高電平，可主動(dòng)停止驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)安全切斷設(shè)備供電。如圖2，處理器由無線數(shù)據(jù)傳輸模塊CC2591、CC2530和三組隔離部件構(gòu)成。CC2530是實(shí)現(xiàn)Zigbee通信的核心處理器，運(yùn)行TI公司的符合IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的Z-Stack協(xié)議棧，能夠與廣泛應(yīng)用于智慧家庭內(nèi)部的Zigbee設(shè)備互通互聯(lián)。CC2591是Zigbee信號(hào)前端，用于提高Zigbee發(fā)射功率和接收靈敏度。三個(gè)隔離部件實(shí)現(xiàn)了安全切斷裝置的前端和后端隔離，具備更好的抗干擾能力。處理器通過隔離部件I輸出動(dòng)態(tài)脈沖，通過隔離部件2回檢動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的輸出結(jié)果，通過隔離部件3回檢末端繼電器的觸點(diǎn)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)安全切斷裝置各部件的健康狀況，并根據(jù)健康狀況控制動(dòng)態(tài)脈沖輸出，實(shí)現(xiàn)第一級(jí)的安全防護(hù)功能。如圖3，檢波器由變壓器Tl、電容Cl、電阻Rl和R2、三極管Ql和Q2構(gòu)成。從處理器部件輸出的動(dòng)態(tài)脈沖經(jīng)過該檢波器時(shí)，Tl和Cl產(chǎn)生特定頻率的諧振，如果諧振頻率與輸入的頻率一致，則檢波器輸出經(jīng)過檢波后的動(dòng)態(tài)脈沖；如果輸入的脈沖頻率與諧振頻率不一致，則不輸出動(dòng)態(tài)脈沖。該檢波器具備故障-導(dǎo)向安全特征，任意電子元器件故障時(shí)，都將導(dǎo)致無法輸出動(dòng)態(tài)脈沖，實(shí)現(xiàn)第二級(jí)的安全防護(hù)。如圖4，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器由兩個(gè)電阻、兩個(gè)三極管、兩個(gè)電容和三個(gè)二極管組成。檢波器輸出的經(jīng)過檢波的動(dòng)態(tài)脈沖輸入動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)脈沖為高電平時(shí)，脈沖信號(hào)經(jīng)過R3和Q3，Q3導(dǎo)通，PWR電源通過Q3和Dl對(duì)C2進(jìn)行充電；當(dāng)脈沖為低電平時(shí)，脈沖信號(hào)經(jīng)過R4和Q4，Q4導(dǎo)通，已經(jīng)充電的C2通過Q4和D2放電，并對(duì)C3進(jìn)行充電。動(dòng)態(tài)脈沖持續(xù)不斷地產(chǎn)生時(shí)，上述充放電過程周而復(fù)始，最終C3上充滿電荷，從而可以驅(qū)動(dòng)后端的繼電器吸起。當(dāng)繼電器落下時(shí)，通過D3進(jìn)行放電，防止繼電器線圈在斷電瞬間產(chǎn)生高壓損壞器件。該動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器具備故障-導(dǎo)向安全特征，任何電子元器件故障，都將導(dǎo)致充放電過程被破壞，從而無 法輸出恒定的電壓驅(qū)動(dòng)后端繼電器，實(shí)現(xiàn)了第三級(jí)安全防護(hù)。如圖5，繼電器組部分由兩個(gè)繼電器構(gòu)成，該繼電器至少包含一個(gè)常開觸點(diǎn)和一個(gè)常閉觸點(diǎn)。兩個(gè)繼電器的常開觸點(diǎn)串聯(lián)連接用于控制220V電源的開和關(guān)，硬件上構(gòu)成二取二工作模式(任意一個(gè)觸點(diǎn)故障都將切斷輸出，從而導(dǎo)向安全)，以此安全地切斷外部設(shè)備的供電；兩個(gè)繼電器的常閉節(jié)點(diǎn)分別由處理器模塊采集，用于檢測(cè)繼電器的健康狀態(tài)；兩個(gè)繼電器的線圈并聯(lián)后由前端的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。該繼電器組具備故障-導(dǎo)向安全特征，當(dāng)一個(gè)繼電器觸點(diǎn)出現(xiàn)粘牢故障，另外一個(gè)繼電器觸點(diǎn)正常時(shí)，220V電源能夠被安全切斷，從而具備故障導(dǎo)向特征。并且，每個(gè)繼電器故障都能被處理器檢測(cè)，從而既實(shí)現(xiàn)了安全切斷，又實(shí)現(xiàn)了故障報(bào)警，實(shí)現(xiàn)第四級(jí)安全防護(hù)。
權(quán)利要求1.一種基于無線的智慧家庭安全切斷裝置，該裝置的輸入端與外部控制系統(tǒng)相連，其輸出端與受控設(shè)備相連，其特征在于， 所述裝置包括有處理器、檢波器、動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器和繼電器組，處理器通過檢波器連接至動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器與繼電器組相連，繼電器組與受控設(shè)備的電源輸入端連接，控制受控設(shè)備的電源通斷；所述動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器和繼電器組分別與處理器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于無線的智慧家庭安全切斷裝置，其特征在于，所述處理器通過無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)與外部控制系統(tǒng)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于無線的智慧家庭安全切斷裝置，其特征在于，所述繼電器組由兩個(gè)繼電器構(gòu)成，各繼電器均具有一個(gè)常開觸點(diǎn)和一個(gè)常閉觸點(diǎn)，兩個(gè)常開觸點(diǎn)串聯(lián)后與受控設(shè)備的電源連接，所述繼電器的線圈并聯(lián)后與動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于無線的智慧家庭安全切斷裝置，其特征在于，所述檢波器包括有進(jìn)行脈沖檢波的諧振電路，該諧振電路由變壓器和電容構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無線的智慧家庭安全切斷裝置，其特征在于，所述無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)為Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種基于無線的智慧家庭安全切斷裝置，該裝置的輸入端與外部控制系統(tǒng)相連，其輸出端與受控設(shè)備相連，所述裝置包括有處理器、檢波器、動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器和繼電器組，處理器通過檢波器連接至動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器與繼電器組相連，繼電器組與受控設(shè)備的電源輸入端連接，控制受控設(shè)備的電源通斷；所述動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器和繼電器組分別與處理器相連；處理器通過無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)與外部控制系統(tǒng)相連；繼電器組由兩個(gè)繼電器構(gòu)成，各繼電器均具有一個(gè)常開觸點(diǎn)和一個(gè)常閉觸點(diǎn)；繼電器的線圈并聯(lián)后與動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)器連接。該裝置采用處理器回檢電路、動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)電路、檢波電路、繼電電路實(shí)現(xiàn)安全切斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與智慧家庭系統(tǒng)的對(duì)接，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家庭用電情況實(shí)現(xiàn)安全切斷，避免家庭用電發(fā)生危險(xiǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/04GK202631997SQ201220160948
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者周公爽 申請(qǐng)人:杭州華夢(mèng)智能科技有限公司