具有無線數(shù)據(jù)通信功能的智能插座及其實(shí)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(shí)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(fù)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(dāng)家用電器在無人值守時(shí)能及時(shí)切斷電源的智能插座，至關(guān)重要。市場(chǎng)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(shí)開、關(guān)功能，無法對(duì)非正常狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與斷電控制，不具備真正的智能功能?，F(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(qiáng)大的市場(chǎng)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(jì)量插座產(chǎn)品，但是都只能查看一個(gè)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(huì)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(jì)一種具有無線數(shù)據(jù)通信功能的智能插座及其實(shí)現(xiàn)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)電量計(jì)量，節(jié)能控制，超壓、過流報(bào)警(斷電)，無線遙控開關(guān)，插頭松動(dòng)檢測(cè)，夜光指示，USB充電等實(shí)用功能。
[0005]本發(fā)明為實(shí)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(jì)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(jì)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(jì)量模塊、傳感器模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)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(fù)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(fù)載；
[0009]電能計(jì)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(jī)；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(hào)。
[0011]所述傳感器模塊包括溫濕度傳感器和兩個(gè)光強(qiáng)傳感器；第一光強(qiáng)傳感器設(shè)置于輸出插口上3個(gè)插孔的幾何中心，第二光強(qiáng)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(gè)LED燈，分別設(shè)置于輸出插口的3個(gè)插孔內(nèi)部。
[0013]具有無線數(shù)據(jù)通信功能的智能插座實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0014]微處理器模塊根據(jù)所檢測(cè)的兩個(gè)光強(qiáng)傳感器的光強(qiáng)信息判斷繼電器控制模塊是否與負(fù)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(jì)量模塊檢測(cè)負(fù)載的電壓、電流和功率，并將上述信息通過液晶顯示模塊進(jìn)行顯示，同時(shí)通過無線通信模塊傳送至上位機(jī)；如果電流小于設(shè)定值時(shí)，則認(rèn)為負(fù)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(cè)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(cè)的兩個(gè)光強(qiáng)傳感器的光強(qiáng)信息判斷繼電器控制模塊是否與負(fù)載連接包括以下步驟:
[0017]微處理器模塊將檢測(cè)到的兩個(gè)光強(qiáng)傳感器的光強(qiáng)信息作差，如果差值大于閾值，則繼電器控制模塊與負(fù)載連接；否則，繼電器控制模塊與負(fù)載未連接。
[0018]當(dāng)無線通信模塊收到紅外線遙控器的紅外線遙控信號(hào)時(shí)，微處理器模塊控制繼電器控制模塊導(dǎo)通并連接負(fù)載。
[0019]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0020]1.本發(fā)明具有無線通信與多機(jī)聯(lián)網(wǎng)功能。本設(shè)計(jì)搭載無線通信模塊，插座可以通過無線模塊與上位機(jī)通信，每個(gè)插座具有唯一的MAC地址，只需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)家中所有的智能插座電量信息統(tǒng)計(jì)與控制。
[0021]2.具有安全保護(hù)功能。本設(shè)計(jì)集成豐富的傳感器與繼電控制器，它們彼此配合可以實(shí)現(xiàn)超壓、過流保護(hù)，高溫、高濕保護(hù)，負(fù)載插頭松脫保護(hù)，空載防觸電保護(hù)。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(jì)是集成計(jì)量，控制，傳感與一體的智能型插座，可以實(shí)時(shí)采集當(dāng)前負(fù)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。當(dāng)家中安置多個(gè)智能插座時(shí)通過上位機(jī)軟件可以實(shí)現(xiàn)家庭能源統(tǒng)計(jì)與控制。
[0023]4.具有使用便捷性。本設(shè)計(jì)集成豐富的功能，但使用起來十分方便。例如，當(dāng)控制電視機(jī)的智能插座處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，我們需要打開電視機(jī)，只需要按下電視機(jī)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(dāng)負(fù)載設(shè)備關(guān)機(jī)時(shí)智能插座會(huì)自動(dòng)判斷其狀態(tài)進(jìn)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(jì)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(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)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(jì)量模塊，可以采集插座的電壓，電流，實(shí)時(shí)功率，電能消耗量；
[0035]2)包含繼電器控制模塊，可以實(shí)現(xiàn)控制智能插座上負(fù)載電源的通斷；
[0036]3)包含液晶顯示器模塊，負(fù)責(zé)Π界面顯示，用戶可以直觀的獲得智能插座的運(yùn)行狀態(tài)信息，其包括:當(dāng)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(jì)算機(jī)通信，可以由一臺(tái)計(jì)算機(jī)同步管理多個(gè)智能插座，可實(shí)現(xiàn)用電量統(tǒng)計(jì)、家庭能源控制、遠(yuǎn)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(jī)遙控器實(shí)現(xiàn)智能插座的簡單的開關(guān)機(jī)控制；
[0039]6)包含溫濕度傳感器模塊，可是實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)超溫報(bào)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(qiáng)傳感器模塊，采集周圍環(huán)境光強(qiáng)參數(shù)，光強(qiáng)傳感器分為(A、B)，傳感器A用于采集自然光強(qiáng)，當(dāng)光強(qiáng)較低時(shí)開啟插孔內(nèi)的LED實(shí)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(fù)載插頭插入插座內(nèi)，實(shí)現(xiàn)無負(fù)載自斷電功能；
[0041]如圖1所示，本設(shè)計(jì)從功能上分由電能計(jì)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(shí)施例中各個(gè)模塊的具體硬件組成:
[0043]本設(shè)計(jì)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(jì)量芯片采用ATT7059A計(jì)量芯片，單芯片可以實(shí)現(xiàn)電壓，電流，功率，累計(jì)用電量的采集。如圖5為ATT7059A電能計(jì)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(dāng)接收到無線電射頻信號(hào)時(shí)，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(jìn)行處理；