一种用电安全监测排插的制作方法

本实用新型涉及家电技术领域，尤其涉及一种用电安全监测排插。

背景技术：

目前，电气设备接地是保证用电安全的重要条件，一般电气设备在供电的时候将地线接在外壳上，最终通过外壳或者外壳引线接到大地，由此确保用电安全。但是在用电设备取电时，用户很难知道供电源头的地线是否正常，也不清楚用电设备的地线是否真的接入大地，甚至不知道在使用过程中是否存在地线接触不良、地线断开等现象，对用户的用电行为埋下安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种用电安全监测排插，具备供电和接地检测一体化的性能，通过设计声光警示模块使得用电者可以实时地了解输入地线、输出地线和零火线错位是否正常，及时警示用电者的安全用电。

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种用电安全监测排插，所述排插包括三线输入模块、输入检测模块、地线耦合模块、输出检测模块、主控制芯片、声光警示模块、插座开关模块和若干插座；

所述三线输入模块中的地线连接所述地线耦合模块，并通过所述地线耦合模块与所述若干插座连接；所述三线输入模块中的火线连接所述插座开关模块，并通过所述插座开关模块连接所述若干插座；所述三线输入模块中的零线连接所述若干插座；

所述输入检测模块的地线输入端连接所述地线耦合模块的输入端，所述输入检测模块的火线输入端和零线输入端分别与所述三线输入模块连接，所述输入检测模块的输出端连接所述主控制芯片；所述输出检测模块的地线输入端连接所述地线耦合模块的输出端，所述输出检测模块的火线输入端连接所述插座开关模块的输出端，所述输出检测模块的零线输入端与所述三线输入模块中的零线连接，所述输出检测模块的输出端连接所述主控制芯片；所述主控制芯片连接所述声光警示模块。

可选的实施方式，所述排插还包括逻辑电源模块，所述逻辑电源模块的输入端连接所述三线输入模块，所述逻辑电源模块的输出端分别与所述输入检测模块、所述输出检测模块、所述主控制芯片和所述声光警示模块连接。

可选的实施方式，所述输入检测模块包括零火线错位检测单元和输入地线检测单元；

所述三线输入模块中的火线和零线分别连接所述零火线错位检测单元的输入端，所述零火线错位检测单元的输出端连接所述输入地线检测单元的输入端；所述地线耦合模块的输入端连接所述输入地线检测单元的输入端，所述输入地线检测单元的输出端连接所述主控制芯片。

可选的实施方式，所述零火线错位检测单元包括光耦继电器、第一限流电阻、第二限流电阻和第一保护电阻；

所述三线输入模块中的火线连接所述第一限流电阻的一端，所述第一限流电阻的另一端连接所述光耦继电器的开关输入端；所述三线输入模块中的零线连接所述第二限流电阻的一端，所述第二限流电阻的另一端连接所述光耦继电器的开关输入端；所述光耦继电器的开关输出端连接所述输入地线检测单元的输入端；

所述第一保护电阻的一端连接直流电源vcc，所述第一保护电阻的另一端连接所述光耦继电器的发射输入端，所述光耦继电器的发射输出端连接所述主控制芯片。

可选的实施方式，所述输入地线检测单元包括采样电阻和第一放大电路；

所述采样电阻的一端连接所述光耦继电器的开关输出端，所述采样电阻的另一端连接所述第一放大电路的输入端，所述第一放大电路的输出端连接所述主控制芯片。

可选的实施方式，所述输出检测模块包括输出地线检测单元、插座开关检测单元和插座插入检测单元；

所述输出地线检测单元为第二放大电路，所述第二放大电路的输入端连接所述地线耦合模块的输出端，所述第二放大电路的输出端连接所述主控制芯片；所述插座开关检测单元的输入端连接所述插座开关模块的输出端，所述插座开关检测单元的输出端连接所述主控制芯片；所述插座插入检测单元连接所述主控制芯片。

可选的实施方式，所述插座开关检测单元包括光电耦合器、指示电路和第二保护电阻；

所述指示电路包括依次连接的第三限流电阻和发光二极管，所述第三限流电阻的一端连接所述插座开关模块的输出端，所述发光二极管的反相端连接所述光电耦合器的发射输入端，所述光电耦合器的发射输出端连接所述三线输入模块中的零线；

所述第二保护电阻的一端连接所述直流电源vcc，所述第二保护电阻的另一端分别连接所述主控制芯片和所述光电耦合器的接收输入端，所述光电耦合器的接收输出端直接接地。

可选的实施方式，所述声光警示模块包括蜂鸣器和led显示单元，所述蜂鸣器和所述led显示单元分别与所述主控制芯片连接。

可选的实施方式，所述三线输入模块为带有三芯线缆的三插头。

可选的实施方式，所述排插还包括地线外接接口，所述地线外接接口连接所述三线输入模块中的地线。

在本实用新型实施例中，通过所述主控制芯片对整个排插的接地系统进行控制检测，且通过所述声光警示模块提供检测结果的显示，可便于使用者直观地看出供电状态以及接地情况，且操作简单，将最大程度地保障使用者的设备用电安全。所述排插的可塑性强，支持多路插孔同时使用与同时检测，更加符合家庭用电需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型实施例提供的用电安全监测排插的内部组成示意图；

图2是本实用新型实施例提供的零火线错位检测单元的具体示意图；

图3是本实用新型实施例提供的输入地线检测单元的具体示意图；

图4是本实用新型实施例提供的输出地线检测单元的具体示意图；

图5是本实用新型实施例提供的插座开关检测单元的具体示意图；

图6是本实用新型实施例提供的插座插入检测单元的具体示意图；

图7是本实用新型实施例提供的声光警示模块的具体示意图；

图8是本实用新型实施例提供的用电安全监测排插的程序逻辑示意图；

图9是本实用新型实施例提供的用电安全监测排插的外部示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，图1是本实用新型实施例提供的用电安全监测排插的内部组成示意图。

如图1所示，一种用电安全监测排插，所述排插包括三线输入模块、输入检测模块、地线耦合模块、输出检测模块、主控制芯片、声光警示模块、插座开关模块和若干插座。

其中，所述三线输入模块中的地线连接所述地线耦合模块，并通过所述地线耦合模块与所述若干插座连接；所述三线输入模块中的火线连接所述插座开关模块，并通过所述插座开关模块连接所述若干插座；所述三线输入模块中的零线连接所述若干插座。在本实用新型实施例中，所述三线输入模块为带有三芯线缆的三插头，通过所述三插头与外设电源的连接将220v交流市电引入所述排插，用电设备通过接入所述若干插座进行取电。所述地线耦合模块和所述插座开关模块的设计将适应所述排插提供的实时监测功能。

所述排插还包括地线外接接口，所述地线外接接口连接所述三线输入模块中的地线。在本实用新型实施例中，所述地线外接接口为带防水、防裸露易触电盖帽的香蕉头，在保证所述三线输入模块地线正常的情况下，可实时用于外部设备接地，该设计将为输出地线的检测结果提供相应的解决方案，提高所述排插的实用性。

具体的，所述输入检测模块的地线输入端连接所述地线耦合模块的输入端，所述输入检测模块的火线输入端和零线输入端分别与所述三线输入模块连接，所述输入检测模块的输出端连接所述主控制芯片；所述输出检测模块的地线输入端连接所述地线耦合模块的输出端，所述输出检测模块的火线输入端连接所述插座开关模块的输出端，所述输出检测模块的零线输入端与所述三线输入模块中的零线连接，所述输出检测模块的输出端连接所述主控制芯片；所述主控制芯片连接所述声光警示模块。

进一步的，所述排插还包括逻辑电源模块，所述逻辑电源模块的输入端连接所述三线输入模块，所述逻辑电源模块的输出端分别与所述输入检测模块、所述输出检测模块、所述主控制芯片和所述声光警示模块连接。所述逻辑电源模块为ac-dc逻辑电源模块，当所述三线输入模块与外设电源相连接时，通过所述ac-dc逻辑电源模块将所述外设电源所提供的220v交流电转换为3.3v直流电，即直流电源vcc，以供给所述主控制芯片及上述各模块电路的正常工作。

进一步的，所述输入检测模块包括零火线错位检测单元和输入地线检测单元。所述三线输入模块中的火线和零线分别连接所述零火线错位检测单元的输入端，所述零火线错位检测单元的输出端连接所述输入地线检测单元的输入端；所述地线耦合模块的输入端连接所述输入地线检测单元的输入端，所述输入地线检测单元的输出端连接所述主控制芯片。所述零火线错位检测单元和所述输入地线检测单元相配合，对所述三线输入模块中的火线、零线和地线进行检测，判断零火线相位是否正常以及地线是否接入。

具体的，图2是本实用新型实施例中的零火线错位检测单元的具体示意图，所述零火线错位检测单元包括光耦继电器u1、第一限流电阻r2、第二限流电阻r3和第一保护电阻r1。其中，所述三线输入模块中的火线连接所述第一限流电阻r1的一端，所述第一限流电阻r1的另一端连接所述光耦继电器u1的开关输入端；所述三线输入模块中的零线连接所述第二限流电阻r2的一端，所述第二限流电阻r2的另一端连接所述光耦继电器u1的开关输入端；所述光耦继电器u1的开关输出端连接所述输入地线检测单元的输入端。所述光耦继电器u1的开关端将直接控制所述三线输入模块中的零线信号/火线信号的正常接入检测。

其中，所述第一保护电阻r1的一端连接所述直流电源vcc，所述第一保护电阻r1的另一端连接所述光耦继电器u1的发射输入端，所述光耦继电器u1的发射输出端连接所述主控制芯片。所述光耦继电器u1的发射端将根据所述主控制芯片的i/o口信号对所述三线输入模块中的零线信号/火线信号的接入进行选择，以保证零火线相位检测的有序性。

优选的，本实用新型中的所述光耦继电器u1采用双通道光耦继电器，根据零火线相位检测可直接利用零线信号与输入地线信号的当前关系以及火线信号与输入地线信号的当前关系进行判断，因此上通道可单独作为所述三线输入模块中的火线信号的控制接入，下通道单独可作为所述三线输入模块中的零线信号的控制接入，提高零火线相位检测的准确度。

具体的，图3是本实用新型实施例中的输入地线检测单元的具体示意图，所述输入地线检测单元包括采样电阻r6和第一放大电路。其中，所述采样电阻r6的一端连接所述光耦继电器u1的开关输出端，所述采样电阻r6的另一端连接所述第一放大电路的输入端，所述第一放大电路的输出端连接所述主控制芯片。在本实用新型实施例中，所述采样电阻r6的一端实际上连接所述地线耦合模块的输入端，主要对所述三线输入模块中的输入地线信号进行采样，再利用所述第一放大电路中的运算放大器u2输出检测结果，所述主控制芯片通过检测电阻r8对该检测结果进行读取识别，以判断所述三线输入模块中的零火线是否反接与输入地线是否接入。

进一步的，所述输出检测模块包括输出地线检测单元、插座开关检测单元和插座插入检测单元。所述输出地线检测单元为第二放大电路，所述第二放大电路的输入端连接所述地线耦合模块的输出端，所述第二放大电路的输出端连接所述主控制芯片；所述插座开关检测单元的输入端连接所述插座开关模块的输出端，所述插座开关检测单元的输出端连接所述主控制芯片；所述插座插入检测单元连接所述主控制芯片。

具体的，图4是本实用新型实施例中的输出地线检测单元的具体示意图，所述输出地线检测单元为第二放大电路。在本实用新型实施例中，所述第二放大电路的输入端连接所述地线耦合模块的输出端，将所述若干插座上所连接用电设备的地线信号接入检测，再利用所述第二放大电路中的运算放大器u3输出检测结果，所述主控制芯片通过检测电阻r14对该检测结果进行读取识别，以判断所述若干插座上所连接的该用电设备的地线是否接入。

需要说明的是，所述地线耦合模块的输入端连接所述三线输入模块中的输入地采样端，输出端连接所述若干插座的输出地采样端，通过隔离输入地线与输出地线的方式将保证供电线路上的地线完整性，同时又能保证提供足够的电压差值供给所述主控制芯片进行输出地线检测工作。

具体的，图5是本实用新型实施例中的插座开关检测单元的具体示意图，所述插座开关检测单元包括光电耦合器u4、指示电路和第二保护电阻r16。其中，所述指示电路包括依次连接的第三限流电阻r17和发光二极管led，所述第三限流电阻r17的一端连接所述插座开关模块的输出端，所述发光二极管led的反相端连接所述光电耦合器u4的发射输入端，所述光电耦合器u4的发射输出端连接所述三线输入模块中的零线；所述第二保护电阻r16的一端连接所述直流电源vcc，所述第二保护电阻r16的另一端分别连接所述主控制芯片和所述光电耦合器u4的接收输入端，所述光电耦合器u4的接收输出端直接接地。具体实施过程中，当所述若干插座中的一个插座上连接用电设备时，触发该插座所对应的所述插座开关模块处于闭合状态，此时所述主控制芯片可通过i/o口检测到该插座的使用情况，且将通过所述发光二极管led的发光状态告诉使用者该插座可通电。

具体的，图6是本实用新型实施例中的插座插入检测单元的具体示意图，所述插座插入检测单元包括可移动安全门1、铜片2和金属触点组3，其中所述铜片2固定设置在所述可移动安全门1的一侧，与所述金属触点组3正对应。利用所述金属触点组3中的一个金属触点连接所述主控制芯片、另一个金属触点直接接地的设计，当插座外部有三插头插入时，所述可移动安全门1将在垂直外力的作用下朝着弹簧方向移动，使得所述铜片2与所述金属触点3由导通状态变为断开状态，此时所述主控制芯片检测到的信号由低电平变为高电平，由此判断出该插座所连接的用电设备的插入状态。

需要说明的是，所述插座开关模块、所述输出地线检测单元、所述插座开关检测单元和所述插座插入检测单元的数量是根据所述若干插座所包含的插座数量所设定的，在本实用新型实施例中不作数量限定，且一个插座对应一个插座开关模块、一个输出地线检测单元、一个插座开关检测单元和一个插座插入检测单元。在本实用新型实施例中，所述排插包含有五个插座，其对应的五个插座开关模块采用并联的方式，它们的输入端均连接所述三线输入模块中的火线上，它们的输出端对应连接在所述若干插座中的每一个插座的火线上，可以保证互不干扰地实现所述若干插座中的任意一个插座或同时多个插座的输出地线检测以及插座插入检测，此功能同时依赖于所述主控制芯片拥有强大的处理能力与多个互不干扰的i/o口。

进一步的，图7是本实用新型实施例中的声光警示模块的具体示意图，所述声光警示模块包括蜂鸣器和led显示单元，所述蜂鸣器和所述led显示单元分别与所述主控制芯片连接。具体的，所述蜂鸣器的正极端连接所述直流电源vcc，所述蜂鸣器的负极端连接所述主控制芯片，当所述主控制芯片输出高电平时可达到异常状态报警的目的，包括在零火线反接的情况下所述蜂鸣器常响、按下所述若干插座中的任意一个插座所对应的插座开关模块时所述蜂鸣器短响。

所述led显示单元根据所述若干插座所包含的插座个数以及检测需要设置有六组黄绿双色led，其中一组对应所述排插的输入地线检测(发光二极管d6)，其它五组分别对应所述若干插座中的一个插座的输出地线检测(发光二极管d7-发光二极管d11)；所述led显示单元还包括六个独立的红色led，其中一个对应所述排插的零火线相位检测(发光二极管d12)，其它五个分别对应所述若干插座中的一个插座内部的插座开关模块的电源指示(发光二极管d13-发光二极管d17)；当所述主控制芯片输出低电平时可达到对应状态显示的目的。在所述排插与外设的电源设备连接且有用电设备接入所述排插时，可能出现的全部状态显示情况如表1所示。

表1led显示单元的状态显示

所述声光警示模块的设计仅采用简单易得的黄绿双色led、红色led和蜂鸣器，通过所述主控制芯片的不同i/o口的输出电平控制，可快速实现用电安全的及时警示功能，具备直观可视化。

在本实用新型实施例中，根据图8所示出的用电安全监测排插的程序逻辑示意图，当所述排插与外设电源连接后，所述主控制芯片根据设定的检测顺序，依次执行对零火线相位检测、输入地线检测以及所述若干插座中的五个插座输出的循环检测，其中的接地检测通道选择对应所述若干插座中的五个插座内部的插座开关模块，配合手动操作独立的插座开关，保证所述排插在使用过程中可能出现的全部状态均可以进行实时检测与显示。

基于以上对所述排插中的各个模块的阐述，图9将对所述用电安全监测排插进行更直观的描述。

请参阅图9，图9是本实用新型中的用电安全监测排插的外部示意图，所述排插的面板上设置有地线外接接口1、输入地指示灯2、零火线指示灯3和五组插座检测模组4，其中任一组插座检测模组均包含一个插座独立开关41、一个五孔插座42、一个独立插座指示灯43和一个输出地指示灯44。

本实用新型实施过程中，假设有一带三孔接头的用电设备接入所述五孔插座中42，所述排插接入外设的电源设备后，当零火线的相位检测正常时，所述零火线指示灯3亮起红光，此时按下所述插座独立开关41则对应的所述独立插座指示灯43亮起红光，所述蜂鸣器响一秒；当零火线的相位检测异常时，所述零火线指示灯3保持灭灯状态，此时按下所述插座独立开关41则对应的所述独立插座指示灯43会亮起红光，但所述蜂鸣器常响。当输入地线检测正常时，所述输入地指示灯2亮起绿光；当输入地线由所述用电设备的接地系统提供时，所述输入地指示灯2亮起黄光；当输入地线检测异常时，所述输入地指示灯2保持灭灯状态。当输出地线检测正常，即所述用电设备本身已接地时，所述输出地指示灯44亮起绿光；当输出地线检测异常，但输入地线提供接地信号时，所述输出地指示灯44亮起黄光；当输出地线检测异常时，所述输出地指示灯44保持灭灯状态。

需要说明的是，所述五孔插座42支持两孔插头和三孔插头的用电设备使用，但是只有三孔插头的用电设备符合接地检测条件。另外，对于普通的三插头家电而言，只需要满足输入地线正常即可，输出地线是否接入都不影响其正常工作；但对于工业特种设备而言，需要同时满足输入地线与输出地线的正常接入，才能保证其安全地工作。

在本实用新型实施例中，通过所述主控制芯片对整个排插的接地系统进行控制检测，且通过所述声光警示模块提供检测结果的显示，可便于使用者直观地看出供电状态以及接地情况，且操作简单，将最大程度地保障使用者的设备用电安全。所述排插的可塑性强，支持多路插孔同时使用与同时检测，更加符合家庭用电需求。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(rom，readonlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁盘或光盘等。

以上对本实用新型实施例所提供的一种用电安全监测排插进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。