本實(shí)用新型涉及集成測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域，是一種集成測(cè)控智能插座。

背景技術(shù)：

近年來，隨著科學(xué)水平的進(jìn)步以及社會(huì)生活條件逐步改善，人們對(duì)家庭生活質(zhì)量的要求也越來越高，智能家居以及相應(yīng)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)已必不可免。作為智能家居系統(tǒng)中必不可少的部分，智能插座直接為家庭用電設(shè)備提供電力并可根據(jù)用戶需求進(jìn)行相應(yīng)管理。RS485通信技術(shù)是一種多點(diǎn)差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，現(xiàn)如今成為了業(yè)界應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)通信接口之一，這種通信接口允許在簡(jiǎn)單的一對(duì)雙絞線上進(jìn)行多點(diǎn)雙向通信，它所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸準(zhǔn)確率很高，適用于智能插座與本地IHD之間的信息傳輸。有些智能插座雖然能夠?qū)崿F(xiàn)用電設(shè)備的定時(shí)通斷以及與本地IHD雙向通信功能，但很少會(huì)對(duì)插座所連接用電設(shè)備的用電情況進(jìn)行測(cè)量、記錄存儲(chǔ)、顯示與上報(bào)。因此無法為用戶提供足夠的用電信息，無法對(duì)在設(shè)備出現(xiàn)用電隱患的情況下及時(shí)報(bào)警和保護(hù)電器設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種集成測(cè)控智能插座，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決現(xiàn)有的智能插座不能對(duì)用電設(shè)備的用電情況進(jìn)行測(cè)量、記錄存儲(chǔ)、顯示與上報(bào)的問題以及在用電設(shè)備出現(xiàn)用電隱患的情況下不能及時(shí)報(bào)警和保護(hù)用電設(shè)備的問題。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的：一種集成測(cè)控智能插座，包括插座本體，還包括設(shè)在插座本體上的信號(hào)采集模塊、集中處理模塊、電源模塊、通信模塊和外設(shè)功能擴(kuò)展模塊，所述的信號(hào)采集模塊包括電壓采集電路、電流采集電路、AD采樣單元和溫濕度檢測(cè)電路；外設(shè)功能擴(kuò)展模塊包括繼電器控制電路、PWM控制電路、按鍵單元、USB充電接口電路、LCD顯示單元和蜂鳴報(bào)警電路；電流采樣電路的輸入端與220V交流電的第一輸出端電連接，電壓采樣電路的輸入端與220V交流電的第二輸出端電連接，電源模塊的輸入端與220V交流電的第三輸出端電連接，電源模塊的輸出端分別與信號(hào)采樣模塊的輸入端、集中處理模塊的輸入端、外設(shè)功能擴(kuò)展模塊的輸入端和通信模塊的輸入端電連接，電流采樣電路的輸出端與AD采樣單元的第一輸入端電連接，電壓采樣電路的輸出端與AD采樣電路的第二輸入端電連接，AD采樣單元的輸出端與集中處理模塊的第一輸入端電連接，溫濕度檢測(cè)電路與集中處理模塊的第一I/O接口電連接，通信模塊與集中處理模塊的第二I/O接口電連接，按鍵單元與集中處理模塊的第三I/O接口電連接，USB充電單元與集中處理模塊的第四I/O接口電連接，集中處理模塊的第一輸出端與繼電器控制電路的輸入端電連接，集中處理模塊的第二輸出端與PWM控制電路的輸入端電連接，集中處理模塊的第三輸出端與LCD顯示單元的輸入端電連接，集中處理模塊的第四輸出端與蜂鳴報(bào)警電路的輸入端電連接。

下面是對(duì)上述實(shí)用新型技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)：

上述還可包括過零檢測(cè)電路，過零檢測(cè)電路的輸入端與220V交流電的第四輸出端電連接，過零檢測(cè)電路的輸出端與集中處理電路的第二輸入端電連接。

上述通信模塊可為RS485通信單元。

上述繼電器控制電路主要可包括繼電器驅(qū)動(dòng)電路、三極管、繼電器、二極管和相應(yīng)的電阻，繼電器驅(qū)動(dòng)電路的輸入端電連接有第一電阻，繼電器驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與第二電阻電連接，第二電阻的輸出端與三極管電連接，三極管的輸入端還并接有第三電阻，三極管的輸出端與二極管并聯(lián)后與繼電器的輸入端電連接，繼電器的輸出端電連接有負(fù)載。

上述USB充電接口電路可包括兩路充電接口。

本實(shí)用新型采樣電路對(duì)智能插座各路電壓、電流信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，再經(jīng)由集中處理模塊對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算分析，準(zhǔn)確得出每路用電設(shè)備的電流、電壓和用電量信息并對(duì)處理得到的數(shù)據(jù)根據(jù)用戶需求記錄存儲(chǔ)、LCD顯示或向本地IHD上報(bào)。本實(shí)用新型通過RS485的通信方式實(shí)現(xiàn)插座與本地IHD之間雙向通信，發(fā)送用電信息的同時(shí)可接受并執(zhí)行本地IHD發(fā)送的多種控制命令；良好的外設(shè)功能擴(kuò)展模塊設(shè)置接口界面與本地IHD相結(jié)合可為用戶提供更為方便和多樣的服務(wù)，具有安全報(bào)警功能，對(duì)用電存在的安全隱患預(yù)警并在出現(xiàn)問題時(shí)可自動(dòng)切斷電源，有效保護(hù)用戶的生命財(cái)產(chǎn)安全。通過對(duì)各路接口提供繼電器通斷控制電路，結(jié)合本地IHD與插座功能設(shè)置接口極大豐富了智能插座的功能。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的過零檢測(cè)電路和PWM輸出控制電路。

圖3為本實(shí)用新型電壓信號(hào)采樣電路。

圖4為本實(shí)用新型的電流信號(hào)采樣電路。

圖5為本實(shí)用新型的RS485通訊模塊。

圖6為本實(shí)用新型的繼電器控制電路。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型不受下述實(shí)施例的限制，可根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案與實(shí)際情況來確定具體的實(shí)施方式。

在本實(shí)用新型中，為了便于描述，各部件的相對(duì)位置關(guān)系的描述均是根據(jù)說明書附圖1的布圖方式來進(jìn)行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置關(guān)系是依據(jù)說明書附圖的布圖方向來確定的。

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：

如附圖1、2所示，一種集成測(cè)控智能插座，包括插座本體，還包括設(shè)在插座本體上的信號(hào)采集模塊、集中處理模塊、電源模塊、通信模塊和外設(shè)功能擴(kuò)展模塊，所述的信號(hào)采集模塊包括電壓采集電路、電流采集電路、AD采樣單元和溫濕度檢測(cè)電路；外設(shè)功能擴(kuò)展模塊包括繼電器控制電路、PWM控制電路、按鍵單元、USB充電接口電路、LCD顯示單元和蜂鳴報(bào)警電路；電流采樣電路的輸入端與220V交流電的第一輸出端電連接，電壓采樣電路的輸入端與220V交流電的第二輸出端電連接，電源模塊的輸入端與220V交流電的第三輸出端電連接，電源模塊的輸出端分別與信號(hào)采樣模塊的輸入端、集中處理模塊的輸入端、外設(shè)功能擴(kuò)展模塊的輸入端和通信模塊的輸入端電連接，電流采樣電路的輸出端與AD采樣單元的第一輸入端電連接，電壓采樣電路的輸出端與AD采樣電路的第二輸入端電連接，AD采樣單元的輸出端與集中處理模塊的第一輸入端電連接，溫濕度檢測(cè)電路與集中處理模塊的第一I/O接口電連接，通信模塊與集中處理模塊的第二I/O接口電連接，按鍵單元與集中處理模塊的第三I/O接口電連接，USB充電單元與集中處理模塊的第四I/O接口電連接，集中處理模塊的第一輸出端與繼電器控制電路的輸入端電連接，集中處理模塊的第二輸出端與PWM控制電路的輸入端電連接，集中處理模塊的第三輸出端與LCD顯示單元的輸入端電連接，集中處理模塊的第四輸出端與蜂鳴報(bào)警電路的輸入端電連接。這里，集中處理模塊為現(xiàn)有公知技術(shù)，采用型號(hào)為STM8S207CB的單片機(jī)芯片，該芯片具有128KB的Flash存儲(chǔ)空間、6KB內(nèi)部RAM以及2KB的EEPROM存儲(chǔ)空間，對(duì)于普通的用戶信息、參數(shù)設(shè)置及用電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)已經(jīng)足夠，無需外接存儲(chǔ)設(shè)備。LCD顯示單元通過I2C進(jìn)行通信控制。溫濕度檢測(cè)模塊用于周圍環(huán)境異常監(jiān)測(cè)；蜂鳴報(bào)警電路會(huì)在電氣設(shè)備過流、過載及周圍環(huán)境異常情況下發(fā)出警告，也可根據(jù)用戶的設(shè)置給出提示音；其中溫濕度傳感器采用低功耗溫濕度傳感器，數(shù)字輸出，具有I2C接口。典型濕度測(cè)量范圍達(dá)到0至80%，典型溫度測(cè)量范圍達(dá)到-40℃至80℃，典型狀態(tài)下，濕度測(cè)量精度誤差為±2%，溫度測(cè)量精度誤差為±0.3℃。該溫濕度傳感器的信號(hào)輸出直接到單片機(jī)內(nèi)部，單片機(jī)會(huì)針對(duì)溫濕度傳感器所傳輸?shù)臏貪穸葦?shù)據(jù)做出判斷，當(dāng)出現(xiàn)危險(xiǎn)情況是，將會(huì)通過蜂鳴報(bào)警電路進(jìn)行預(yù)警。同時(shí)蜂鳴報(bào)警電路還可以根據(jù)用戶需求設(shè)置定時(shí)提醒。按鍵單元的多個(gè)按鍵供用戶設(shè)置定時(shí)信息、工作模式和LCD顯示內(nèi)容。這里的電源模塊為現(xiàn)有公知技術(shù)，通過與220V交流電相連接，由電源模塊轉(zhuǎn)換成包括正負(fù)12V、正負(fù)9V、5V、3.3V電源信號(hào)以及2.5V基準(zhǔn)電源。

可根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)上述集成測(cè)控智能插座作進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)：

如附圖1、2所示，還包括過零檢測(cè)電路，過零檢測(cè)電路的輸入端與220V交流電的第四輸出端電連接，過零檢測(cè)電路的輸出端與集中處理電路的第二輸入端電連接。過零檢測(cè)電路工作時(shí)，電網(wǎng)的220V交流電信號(hào)經(jīng)過變壓器在二次側(cè)產(chǎn)生幅值稍小的交流信號(hào)，幅值稍小的交流信號(hào)輸入到兩個(gè)光耦器件中，電路CHECK端與單片機(jī)相連，該點(diǎn)電位會(huì)在信號(hào)過零時(shí)段，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，通過設(shè)置單片機(jī)的外部中斷觸發(fā)方式，實(shí)現(xiàn)交流信號(hào)過零檢測(cè)。

如附圖2所示，PWM輸出控制電路包括MOC3021、雙向可控硅BTA08-800B和相應(yīng)電容電阻器件，其中BTA08-800B的耐壓值可達(dá)到800V，雙向可控硅的打開條件包含門極電壓以及可控硅兩端壓差達(dá)到要求，關(guān)閉條件包括門極電壓小于開關(guān)電壓，并且可控硅兩端壓差小于導(dǎo)通需求，因此PWM輸出控制電路通常要結(jié)合過零檢測(cè)電路使用。通過單片機(jī)在交流信號(hào)過零時(shí)改變PWM輸出的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)可控硅的通斷控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)用電設(shè)備的功率調(diào)節(jié)。

如附圖1、3、4所示，所述的電壓采樣電路采用高精度電壓互感器方式實(shí)現(xiàn)，所述的電流采樣電路采用高精度電流互感器方式實(shí)現(xiàn)，AD采樣單元采用6路同步采集的方式實(shí)現(xiàn)。

如附圖3所示，220V交流電壓信號(hào)經(jīng)過兩個(gè)110K高精度金屬膜電阻后轉(zhuǎn)化為小電流信號(hào)，小電流信號(hào)經(jīng)過型號(hào)為YE-PT03-2mA/2mA高精度電流型電壓互感器，二極管D18、D19起限幅作用，起到后端電路進(jìn)行保護(hù)的作用，小電流信號(hào)經(jīng)過高共模抑制比運(yùn)算放大器組成的IV轉(zhuǎn)換電路后，轉(zhuǎn)化為采樣芯片可采樣范圍內(nèi)的電壓信號(hào)，其中R82和C114構(gòu)成了本設(shè)計(jì)的相位補(bǔ)償電路，最終信號(hào)經(jīng)C118、C121和R90組成的濾波電路濾除信號(hào)中高頻干擾后，輸入到AD采樣單元的端口，通過AD采樣芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣。

如附圖4所示，電流采樣電路工作原理與電壓采樣電路基本相同。電流信號(hào)經(jīng)型號(hào)為CT07-5/2.5W的高精度電流互感器后，互感器二次側(cè)會(huì)產(chǎn)生小電流信號(hào)，小電流信號(hào)經(jīng)IV轉(zhuǎn)換電路和濾波電路后輸入到AD采樣單元接口，通過型號(hào)為AD7656的AD采樣芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣。這里的AD采樣單元的6路同步采集信號(hào)的其中1路用于電壓信號(hào)采樣，另外5路用于電流信號(hào)采樣，以此實(shí)現(xiàn)多路用電設(shè)備的電氣參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量。AD采樣電源電路，由于集成測(cè)控智能插座所采用AD芯片為高精度ADC采樣轉(zhuǎn)化芯片，對(duì)電源要求較高，需要使用超低紋波電路為芯片提供電壓，因此電路采用TPS7A4901、TPS7A3001產(chǎn)生正負(fù)9V超低紋波電壓供電。為產(chǎn)生相應(yīng)電壓信號(hào)，設(shè)計(jì)中使用了TPS65131產(chǎn)生正負(fù)12V電壓的電源，該電源芯片產(chǎn)生2A左右的電流。這里AD芯片還需要使用外部基準(zhǔn)源信號(hào)作為參考電壓，大小為2.5V，選定REF3225基準(zhǔn)源芯片提供。

如附圖1、5所示，所述的通信模塊為RS485通信單元。該RS485通信單元采用SPRS485EN芯片，PS2501L芯片用于電源隔離，用于保護(hù)前段電路；RT1與RT2為熱敏電阻器，與TVS管儀器對(duì)后端起到保護(hù)作用。其中SPRS485EN芯片的電源由專門的RS485電源提供，該RS485電源通過DCH010505S隔離產(chǎn)生，同時(shí)RS485接地也要單獨(dú)分開，防止外部信號(hào)對(duì)主控部分造成損害。RS485_RXD、RS485_TXD分別與主控芯片的UART部分相連。該RS485通信單元主要用于與本地的IHD通信，以建立起更良好的雙向信息傳輸方式。

如附圖1、6所示繼電器控制電路包括繼電器驅(qū)動(dòng)電路、三極管、繼電器、二極管和相應(yīng)的電阻，繼電器驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與第一電阻電連接，繼電器驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與第二電阻電連接，第二電阻的輸出端與三極管電連接，三極管的輸入端還并接有第三電阻，三極管的輸出端與二極管并聯(lián)后與繼電器的輸入端電連接，繼電器的輸出端電連接有負(fù)載。這里，繼電器驅(qū)動(dòng)電路包括光耦器件和三極管，采用PS2501L芯片，光耦器件用于隔離保護(hù)前端電路。這里的第一電阻為R32，第二電阻為R34，第三電阻為R37。繼電器工作時(shí)，二極管D5在反向電動(dòng)勢(shì)過大時(shí)形成同路，起到保護(hù)繼電器的作用；OUT1端與單片機(jī)相連，通過設(shè)置OUT1輸出高電平或低電平，從而控制三極管Q2的導(dǎo)通與關(guān)斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)繼電器的通斷，實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備的通斷控制功能。

如附圖1所示，所述的USB充電接口電路包括兩路充電接口。兩路充電接口基于雙通道精度可調(diào)節(jié)限流電源開關(guān)TPS2561A和雙通道USB專用充電端口控制器TPS2513芯片組成，TPS2561A控制與信息反饋引腳與主控單片機(jī)芯片相連，在USB充電過程中起到限流保護(hù)的作用。TPS2513具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)USB數(shù)據(jù)線路電壓特性，可在數(shù)據(jù)線自動(dòng)提供正確特性電壓。USB專用充電端口控制器具有兩路輸出，正常輸入電壓為4.5V-5.5V，可為USB數(shù)據(jù)線路提供正確的電氣特性。

以上技術(shù)特征構(gòu)成了本實(shí)用新型的實(shí)施例，其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和實(shí)施效果，可根據(jù)實(shí)際需要增減非必要的技術(shù)特征，來滿足不同情況的需求。