具有無線數(shù)據(jù)通信功能的智能插座及其實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及了具有無線數(shù)據(jù)通信功能的智能插座及其實現(xiàn)方法，屬于智能家用電器領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]家用電器的廣泛使用，提高了人們的生活水平，也導(dǎo)致了因家用電器而引起的大量火災(zāi)。據(jù)公安和消防部門有關(guān)資料顯示，全國平均每天發(fā)生火災(zāi)不下300起，其中電器火災(zāi)占30%以上，其主要原因是超負荷、短路、電弧等。事故的發(fā)生與家用電器的插座密切相關(guān)。因此，研制出當家用電器在無人值守時能及時切斷電源的智能插座，至關(guān)重要。市場現(xiàn)有的絕大多數(shù)插座不具備任何智能功能，極少所謂的“智能插座”也只具備定時開、關(guān)功能，無法對非正常狀況進行監(jiān)測與斷電控制，不具備真正的智能功能。現(xiàn)有的插座已經(jīng)不能適應(yīng)各方面的需要，功能新穎的插座有著強大的市場需求。
[0003]此外，由于能源問題的越來越被大家關(guān)注，人們也開始重視家庭內(nèi)部的能源消耗情況。雖然市面上有許多計量插座產(chǎn)品，但是都只能查看一個設(shè)備，由于插座安裝位置等原因，使得查看起來十分不便。無線傳感網(wǎng)發(fā)展迅速，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域。隨著智能家居和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，可以聯(lián)網(wǎng)的家用電器產(chǎn)品必將會成為今后的主流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明設(shè)計一種具有無線數(shù)據(jù)通信功能的智能插座及其實現(xiàn)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)電量計量，節(jié)能控制，超壓、過流報警(斷電)，無線遙控開關(guān)，插頭松動檢測，夜光指示，USB充電等實用功能。
[0005]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:具有無線數(shù)據(jù)通信功能的智能插座，微處理器模塊與電源模塊、電能計量模塊、液晶顯示模塊、繼電器控制模塊、通信模塊、傳感器模塊連接；電能計量模塊與繼電器控制模塊連接；繼電器控制模塊輸入端連有輸入插口，輸出端連有輸出插口 ；
[0006]微處理器模塊:用于將來自電能計量模塊、傳感器模塊的數(shù)據(jù)進行處理并將所得數(shù)據(jù)發(fā)送至液晶顯示模塊和通信模塊，還發(fā)送控制命令至繼電器控制模塊；
[0007]電源模塊:用于將外部市電轉(zhuǎn)換為其他模塊所需電壓；
[0008]繼電器控制模塊:用于控制外部市電與負載電源的通斷；控制端接收微處理器模塊的控制命令，輸入端用于連接市電，輸出端用于連接負載；
[0009]電能計量模塊:用于將繼電器控制模塊輸出的電壓、電流和功率信息發(fā)送至微處理器模塊。
[0010]所述通信模塊包括無線通信模塊和紅外線通信模塊，均與微處理器模塊連接；所述無線通信模塊用于將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機；所述紅外線通信模塊用于接收紅外線遙控器的紅外線遙控信號。
[0011]所述傳感器模塊包括溫濕度傳感器和兩個光強傳感器；第一光強傳感器設(shè)置于輸出插口上3個插孔的幾何中心，第二光強傳感器設(shè)置于輸出插口外并與其同一平面。
[0012]所述微處理器模塊還連有3個LED燈，分別設(shè)置于輸出插口的3個插孔內(nèi)部。
[0013]具有無線數(shù)據(jù)通信功能的智能插座實現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0014]微處理器模塊根據(jù)所檢測的兩個光強傳感器的光強信息判斷繼電器控制模塊是否與負載連接；如果未連接，則繼電器控制模塊切斷輸出；如果連接，則通過電能計量模塊檢測負載的電壓、電流和功率，并將上述信息通過液晶顯示模塊進行顯示，同時通過無線通信模塊傳送至上位機；如果電流小于設(shè)定值時，則認為負載不工作，則繼電器控制模塊切斷輸出。
[0015]微處理器模塊檢測溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)，如果超出限值，則繼電器控制模塊切斷輸出。
[0016]所述微處理器模塊根據(jù)所檢測的兩個光強傳感器的光強信息判斷繼電器控制模塊是否與負載連接包括以下步驟:
[0017]微處理器模塊將檢測到的兩個光強傳感器的光強信息作差，如果差值大于閾值，則繼電器控制模塊與負載連接；否則，繼電器控制模塊與負載未連接。
[0018]當無線通信模塊收到紅外線遙控器的紅外線遙控信號時，微處理器模塊控制繼電器控制模塊導(dǎo)通并連接負載。
[0019]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點:
[0020]1.本發(fā)明具有無線通信與多機聯(lián)網(wǎng)功能。本設(shè)計搭載無線通信模塊，插座可以通過無線模塊與上位機通信，每個插座具有唯一的MAC地址，只需要一臺計算機就可以實現(xiàn)對家中所有的智能插座電量信息統(tǒng)計與控制。
[0021]2.具有安全保護功能。本設(shè)計集成豐富的傳感器與繼電控制器，它們彼此配合可以實現(xiàn)超壓、過流保護，高溫、高濕保護，負載插頭松脫保護，空載防觸電保護。大大的提高了使用家用電器的安全性。
[0022]3.具有豐富的功能。本設(shè)計是集成計量，控制，傳感與一體的智能型插座，可以實時采集當前負載上的各類電參數(shù)信息，更能通過無線模塊與紅外線遙控模塊實現(xiàn)遠程控制。當家中安置多個智能插座時通過上位機軟件可以實現(xiàn)家庭能源統(tǒng)計與控制。
[0023]4.具有使用便捷性。本設(shè)計集成豐富的功能，但使用起來十分方便。例如，當控制電視機的智能插座處于關(guān)機狀態(tài)，我們需要打開電視機，只需要按下電視機遙控器上的特定按鍵(通過學(xué)習(xí)設(shè)定)就可以輕松地打開智能插座。當負載設(shè)備關(guān)機時智能插座會自動判斷其狀態(tài)進行關(guān)閉操作。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的具有無線數(shù)據(jù)收發(fā)的智能插座功能框圖；
[0025]圖2是本發(fā)明的內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)框圖；
[0026]圖3是本發(fā)明的外觀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4是本發(fā)明聯(lián)網(wǎng)使用示意圖；
[0028]圖5是本發(fā)明電計量模塊電路原理圖；
[0029]圖6是電源模塊電路原理圖一；
[0030]圖7是電源模塊電路原理圖二 ；
[0031]圖8是本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0033]一種具有無線數(shù)據(jù)通信功能的智能插座，
[0034]I)包含電能計量模塊，可以采集插座的電壓，電流，實時功率，電能消耗量；
[0035]2)包含繼電器控制模塊，可以實現(xiàn)控制智能插座上負載電源的通斷；
[0036]3)包含液晶顯示器模塊，負責(zé)Π界面顯示，用戶可以直觀的獲得智能插座的運行狀態(tài)信息，其包括:當前電壓、電流、功率、電量、溫濕度等信息；
[0037]4)包含無線通信模塊，用于智能插座與計算機通信，可以由一臺計算機同步管理多個智能插座，可實現(xiàn)用電量統(tǒng)計、家庭能源控制、遠程電器控制等功能；
[0038]5)包含紅外線通信模塊，為單向?qū)W習(xí)型接收器，可以用普通的電視機遙控器實現(xiàn)智能插座的簡單的開關(guān)機控制；
[0039]6)包含溫濕度傳感器模塊，可是實時采集插座周圍環(huán)境的溫濕度，可以用來顯示，也可以與其他模塊配合工作，實現(xiàn)超溫報警(與蜂鳴器通信模塊配合)，超溫自斷電(與繼電器模塊配合)。
[0040]7)包含光強傳感器模塊，采集周圍環(huán)境光強參數(shù)，光強傳感器分為(A、B)，傳感器A用于采集自然光強，當光強較低時開啟插孔內(nèi)的LED實現(xiàn)弱光條件下的插孔指示。傳感器B用于與傳感器A比較判斷是否有負載插頭插入插座內(nèi)，實現(xiàn)無負載自斷電功能；
[0041]如圖1所示，本設(shè)計從功能上分由電能計量模塊、液晶顯示模塊、繼電器控制模塊、通信模塊、傳感器器模塊、微處理器模塊以及電源模塊共七大部分組成。
[0042]圖2給出了本發(fā)明實施例中各個模塊的具體硬件組成:
[0043]本設(shè)計主控制器采用意法半導(dǎo)體公司的STM32F103C8嵌入式微控制器，需要一顆8MHz的晶體振蕩器與RC復(fù)位電路就可以組成其最小系統(tǒng)，STM32系列微控制器具有豐富的片內(nèi)資源與外圍接口可以方便的和其他模塊連接。
[0044]電能計量芯片采用ATT7059A計量芯片，單芯片可以實現(xiàn)電壓，電流，功率，累計用電量的采集。如圖5為ATT7059A電能計量部分的電路原理圖，外圍元器件包括一顆5.5296MHz的晶體振蕩器，采樣電阻與其他外圍元件。采樣電阻采用0.002Ω的錳銅絲。ATT7059A通過SPI總線接口與STM32F103C8微控制器通信，接收采集命令，發(fā)送電能信息。
[0045]所述無線射頻模塊為STM32W108CBU64及其外圍電路組成。STM32W模塊通過UART接口與STM32F103C8微控制器模塊通信，當接收到無線電射頻信號時，通過UART接口將數(shù)據(jù)(或控制命令)傳遞給微控制器相應(yīng)的接口進行處理；