智能节能的装置及运行方法与流程

本发明涉及智能插座、开关等智能装置技术领域，具体讲是一种智能节能的装置及运行方法。

背景技术：

智能插座、开关等智能节能的装置接入负载后，比如智能插座插接空调，空调就是负载，由于空调有待机和工作两种状态，当空调处于待机时，若将电源与空调断开，那就能够实现节能目的，所以提供一种智能节能的装置，当负载处于待机时，无需人工操作，就能够及时自动切断电源，不仅方便用户同时，而且将节省大量电能。

现有技术对智能插座、开关等智能节能的装置已经有多年研究，有的具有待机切断电源的功能，较为先进的比如基于功率检测的装置，即检测当前供电的功率，当功率小于一定值时，判断负载处于待机，然后延时一段时间后切断主电源，从而实现自动化，但是该类装置较为复杂、成本较高，本申请旨在于在该技术方向上做较为深入的研究，通过另辟蹊径，以期得到一种智能节能的装置，具有结构简单、待机判断合理、可用于实现智能化判断、成本低的优点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种智能节能的装置，该智能节能的装置具有结构简单、待机判断合理、可用于实现智能化判断、成本低的优点，本发明还提供一种用于运行该智能节能的装置的运行方法，能够在智能节能的装置的运行过程简单的同时，运行逻辑更加合理，性能更好。

为解决上述技术问题，本发明提出一种智能节能的装置，它包括电流取样单元、pwm信号生成单元、开关单元和控制单元；

电流取样单元用于对负载供电的供电线路进行电流采样，并将采样得到电流信号转换为电压信号；

pwm信号生成单元用于将电压信号生成pwm信号；

控制单元用于计算pwm信号中若干个周期的占空比，并将该占空比与作为待机参照的占空比参照值比较以判断负载是否为待机；

开关单元用于根据控制单元的指令来切断或连通供电线路。

采用上述方案后，与现有技术相比，本发明具有以下优点：具有结构简单、待机判断合理、可用于实现智能化判断、成本低的优点，具体来说，首先，电流取样单元仅将电流信号转换为电压信号，电路结构简单，再结合pwm信号生成单元将该电压信号转换为pwm信号，比如实现方式可采用围绕比较器设计的电路即可，较为简单，而控制单元根据根据pwm信号中每个周期的波形的情况计算占空比，并将占空比与作为待机参照的占空比参照值比较以判断负载是否为待机，一来待机判断合理，二来，计算过程和判断过程对控制单元的计算能力和数据存储能力要求低，控制单元运算量小，因此控制单元可以采用低成本的单片机，而电流取样单元、pwm信号生成单元的成本也较低，这样，整体成本较低，三来，占空比随着供电线路上的电流的实时变化而变化，将动态以及客观反映负载的用电情况，因此，随着用电情况的变化，判断也在变化，这样就实现了智能化判断；然后结合开关单元，负载在待机时，及时切断供电线路，从而实现节能目的，综合上述，本申请具有结构简单、待机判断合理、可用于实现智能化判断、成本低的优点。

作为改进，它还包括触发单元，该触发单元用于启动控制单元将接下来计算得到的占空比设定为占空比参照值，这样，通过设置触发单元，可以实现手动启动控制单元将接下来计算得到的占空比设定为占空比参照值，因此，根据不同负载的待机实际情况来调整占空比参照值，从而使本申请运行更为可靠、稳定，待机判断更为合理，同时也方便调试安装人员进行调试安装，给后期用户带来更好的使用体验；上述设置使得本申请具有学习的能力，结构较为简单。

作为改进，它还包括漏电检测单元，该漏电检测单元的检测端设于供电线路以检测漏电，该漏电检测单元的输出端与控制单元电连接，控制单元根据漏电检测单元发过来的漏电信号来控制开关单元切断供电线路，这样，使本申请具有漏电检测功能。

作为改进，它还包括漏电测试单元，漏电测试单元的一端与供电线路的l端电连接，漏电测试单元的另一端与供电线路的n端电连接；漏电测试单元所短接的供电线路的部分设置开关单元的开关部分以使当开关部分合闸时，漏电测试单元才能够起作用，这样，测试结构较为简单，通过测试，确认漏电检测单元工作正常后再投入正常使用，使用更加安全。

作为改进，它还包括节电测试单元，该节电测试单元用于启动控制单元计算接下来较短时间内的一系列占空比来判断负载是否处于待机，从而缩短等待时间，这样，在安装调试时，能够尽快测试待机自动断电功能，极大提高工作人员的效率，且上述设置也可以用于用户对待机自动断电功能的体验，更好地服务于产品功能展示。

本发明还提供一种运行方法，对负载供电的供电线路进行电流取样，该电流取样转换为电压信号并处理后形成一pwm信号，控制单元接收该pwm信号，控制单元确定pwm信号的周期，对于pwm信号中每个周期的波形，高于设定值产生的波形部分所维持的时间占周期的比值记为第一检测值，或者低于设定值产生的波形部分所维持的时间占周期的比值记为第二检测值，当第一检测值小于或等于所设定的作为待机参照的第一参考值时，控制单元判断负载为待机，或者，当第二检测值大于或等于所设定的作为待机参照的第二参考值时，控制单元判断负载为待机；当判断负载为待机时，控制单元控制开关单元切断供电线路。

pwm信号的生成过程为，电流取样转换为电压信号，该电压信号与参考电压比较，参考电压即所述的设定值，若大于参考电压，则输出第一信号，若小于参考电压，则输出第二信号；

控制单元确定pwm信号的周期的过程为，对于每个周期t，控制单元以接收到的第一个第一信号或第二信号所处的时刻作为周期t的起点时刻t1，相应的，若以第一个第一信号所处的时刻作为周期t的起点时刻t1，则当第一信号中断后，第一信号再次出现时所处的时刻作为周期t的终点时刻t3，若以第一个第二信号所处的时刻作为周期t的起点时刻t1，则当第二信号中断后，第二信号再次出现时所处的时刻作为周期t的终点时刻t3；

第一检测值或第二检测值的计算过程为，若采用第一信号，则当控制单元接收到连续出现的第一信号时，那么该连续出现所维持的时间记为t2，并按公式a＝t2/t，t＝(t3-t1)，进行计算以得到第一检测值a；或者，若采用第二信号，则当控制单元接收到连续出现的第二信号时，那么该连续出现所维持的时间记为t4，并按公式b＝t4/t，t＝(t3-t1)，进行计算以得到第二检测值b；或者，按b＝1-a计算得到b；或者，按a＝1-b计算得到a；

待机判断过程为，负载待机情况下得到的a记为第一参考值a1，对于连续的若干个周期t，当每个周期t计算得到的a均小于或等于a1时，则判断负载处于待机，否则重新确定连续的若干个周期t的起始周期t，并进行重新判断是否处于待机；

或者，负载待机情况下得到的b记为第二参考值b1，对于连续的若干个周期t，当每个周期t计算得到的b均大于或等于b1时，则判断负载处于待机，否则重新确定连续的若干个周期t的起始周期t，并进行重新判断是否处于待机。

采用上述方案后，与现有技术相比，本发明具有以下优点：该方法对pwm信号的处理过程较为简单，使得没有复杂的运算，运算采用的数据少，因此运算量小，虽然该方法运行过程简单，但是该方法将pwm信号随着对负载供电的供电线路上的电流的实时变化而变化进行了考虑，该方法运行的思路是体现动态以及客观反映负载的用电情况，因此，随着用电情况的变化，判断也在变化，这样就实现了智能化判断，运行逻辑更加合理，性能更好；综合上述，本发明具有能够在智能节能的装置的运行过程简单的同时，运行逻辑更加合理，性能更好的优点。

作为改进，起始周期t的重新确定为，一旦出现a小于或等于a1的周期t，或者，一旦出现b大于或等于b1的周期t，则该周期t即作为起始周期t，这样，更利于及时判断是否处于待机，提高判断效率。

作为改进，负载工作情况下得到的a记为a2，a1+b得到c，c小于a2，该c作为第一参考值，或者，负载工作情况下得到的b记为b2，b1-d得到e，e小于b2，该e作为第二参考值，这样，a1+b即增大a1，b1-d即减小b1，该设置目的均在于增强本申请的适应能力，从而应对用电环境的波动的影响，具体采用多大的b或d，可根据实际用电环境的波动程度确定，当然也可以主观设定一个值，比如b或d均为0.02。

作为改进，初始的a1或b1通过预设方式设置，要重新确定a1或b1则由触发单元启动，这样，默认情况下，由预设的a1或b1作为参考值进行判断，而重新确定a1或b1，则可以在设定者确定负载处于待机情况下操作触发单元，通过触发单元启动来实现重新确定a1或b1，上述设置可以避免a1或b1的混乱，确保了本发明在各使用环境中的适应能力，给用户带来更好的使用体验。

附图说明

图1为本申请的方框原理图。

图2为电流取样单元的电路原理图。

图3为pwm信号生成单元的电路原理图。

图4为触发单元的电路原理图。

图5为包括漏电检测单元、漏电测试单元、开关单元的电路原理图。

图6为节电测试单元的电路原理图。

图7为红外遥控单元的电路原理图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细的说明：

一种智能节能的装置，以我国采用的220v、50hz的市电为例进行说明，

它包括电流取样单元、pwm信号生成单元和控制单元。

电流取样单元用于对负载供电的供电线路进行电流采样，并将采样得到电流信号转换为电压信号。

pwm信号生成单元用于将电压信号生成pwm信号。

控制单元用于计算pwm信号中若干个周期的占空比，并将该占空比与作为待机参照的占空比参照值比较以判断负载是否为待机。

开关单元用于根据控制单元的指令来切断或连通供电线路。

pwm信号中若干个周期可以是pwm信号中的每个周期，或者pwm信号中的等间隔或不等间隔出现的多个周期，或者选取pwm信号中的多个周期等，当然，采用每个周期，将对待机的判断更为准确。

计算pwm信号中若干个周期的占空比的具体过程为：对于pwm信号中每个周期的波形，高于设定值产生的波形部分所维持的时间占周期的比值记为第一检测值，第一检测值即占空比，低于设定值产生的波形部分所维持的时间占周期的比值记为第二检测值，该第二检测值也可以理解为占空比。

将该占空比与作为待机参照的占空比参照值比较以判断负载是否为待机的具体过程为：当第一检测值小于或等于所设定的作为占空比参照值的第一参考值时，控制单元判断负载为待机，或者，当第二检测值大于或等于所设定的作为占空比参照值的第二参考值时，控制单元判断负载为待机。

电流取样单元包括按照分流器法设计的电路，pwm信号生成单元包括比较器，电流取样单元向pwm信号生成单元输出电压信号，该电压信号用于与pwm信号生成单元的参考电压比较，pwm信号生成单元用于根据比较结果向控制单元输出第一信号或第二信号，即向控制单元输出pwm信号。

电流取样单元包括康铜rb1、第一电阻rb2、第一电容c1b，康铜rb1串接在供电线路中，康铜rb1将负载的电流变化转化为电压信号，第一电阻rb2、第一电容c1b形成rc滤波结构，该rc滤波结构将电压信号处理后向pwm信号生成单元输出。

pwm信号生成单元包括第二电阻r31、第四电阻r32、第五电阻r33和比较器u5a，第二电阻r31和第四电阻r32串联的公共端与比较器u5a的第一输入端电连接，第二电阻r31的另一端接地，第四电阻r32的另一端接3v直流电源，比较器u5a也由3v直流电源供电，通过第二电阻r31和第四电阻r32的设置获得了第一输入端的电压，该电压作为参考电压，即所述的设定值，电流取样单元的输出电压信号的输出端v1p与比较器u5a的第二输入端电连接，比较器u5a的输出端与第五电阻r33的一端电连接形成一公共端gl，该公共端gl与控制单元电连接，第五电阻r33的另一端接3v直流电源，所述的电压信号在变化，该电压信号与参考电压比较后即可向控制单元输出第一信号或第二信号，若电压信号大于参考电压，则输出第一信号，若电压信号小于参考电压，则输出第二信号，这样就形成pwm信号；本例中，若电压信号大于参考电压，则输出低电平，作为数字信号0，即第一信号，若电压信号小于参考电压，则输出高电平，作为数字信号1，即第二信号，那么连续的0所维持的时间即为t2，连续的1所维持的时间即为t4，当然，周期t通过第一信号或第二信号也能够确定。

控制单元可以采用围绕单片机构建的电路，具有计算、存储、判断等功能，实现占空比的计算，以及将占空比与设定的占空比参照值比较以判断负载是否为待机。

开关单元包括可控硅t2、t3、继电器l1、l2以及受继电器l1、l2控制的双掷开关s3，可控硅t2、t3的控制端relayon和relayoff分别与控制单元的单片机电连接，负载待机时，单片机通过控制端relayoff向可控硅t2输出高电平，可控硅t2控制相关继电器l1吸合，继电器l1吸合带动双掷开关s3切断供电线路，作为指示灯的发光二极管v1熄灭，反之，单片机通过控制端relayon向可控硅t3输出高电平，可控硅t3控制相关继电器l2吸合，继电器l2吸合带动双掷开关s3接通供电线路，作为指示灯的发光二极管v1点亮，此即为开关单元根据控制单元的指令来切断或连通供电线路。

触发单元为开关电路，该开关电路包括开关s4、第六电阻r28，开关s4一端接3v直流电源，开关s4另一端与第六电阻r28串联形成一个公共端test，该公共端test与控制单元电连接以向控制单元输出触发信号，第六电阻r28另一端接地，该开关电路较为简单、动作可靠、成本低；按下开关s4，公共端test为高电平，该高电平即为触发信号。

漏电检测单元主要围绕芯片u2设计，检测端为电流互感器ct1，利用的原理为通过电流互感器ct1检测供电线路l、n电流的不平衡来判断是否漏电，并设定一个门限值进行比较判断是否漏电，从而达到保护效果，控制单元接收到芯片u2的输出端ldjc发过来的漏电触发信号，然后通过控制单元的io口控制可控硅t2、t3的导通，从而来控制继电器l1、l2的吸合，继电器l1、l2的吸合控制双掷开关s3切断供电线路或者连通供电线路。

漏电测试单元包括开关s1、限流电阻r14，开关s1一端与限流电阻r14的一端电连接，开关s1另一端与供电线路的n电连接，限流电阻r14的另一端与供电线路的l电连接，通过按下开关s1来短接供电线路，从而达到对漏电检测单元的漏电测试目的。

节电测试单元为开关电路，该开关电路包括开关s5、第七电阻r29，开关s5一端接3v直流电源，开关s5另一端与第七电阻r29串联形成一个公共端test2，该公共端test2与控制单元电连接以向控制单元输出触发信号，第七电阻r29另一端接地，按下开关s5，公共端test2为高电平，该高电平即为触发信号。

本例还包括红外遥控单元，该红外遥控单元接收遥控信号后向控制单元输出控制信号，控制单元根据该控制信号来控制开关单元切断或连通供电线路，这样，通过遥控来远程控制开关单元切断或连通供电线路，即远程控制通断，也可以在待机自动断电后，需要重新使用时，进行遥控连通供电线路。

红外遥控单元包括红外接收端b1、电阻r30、电容c69、电阻r47、电阻r21和电阻r22，红外接收端b1的第一引脚与电阻r47的一端电连接形成公共端hwin，电阻r47的另一端接3v直流电源，红外接收端b1的第二引脚与电容c69的一端电连接后接地，红外接收端b1的第三引脚与电阻r30的一端电连接，电阻r30的另一端与电容c69的另一端电连接后接3v直流电源，公共端hwin分别与电阻r21的一端和电阻r22的一端电连接，电阻r21的另一端作为信号输出端pwmip1向单片机输出接收到的控制信号，电阻r22的另一端作为信号输出端pwmip2向单片机输出接收到的控制信号，从而实现红外接收方案，遥控器可采用电视机、空调等自带的遥控器，只需要本申请采用的单片机具有红外遥控学习功能的单片机即可。

本例中，采用本发明提出的一种运行方法运行，即：

所述的第一检测值或第二检测值的具体计算过程为：若采用第一信号，则当控制单元接收到连续出现的第一信号时，那么该连续出现所维持的时间记为t2，并按公式a＝t2/t，t＝(t3-t1)，进行计算以得到第一检测值a；或者，若采用第二信号，则当控制单元接收到连续出现的第二信号时，那么该连续出现所维持的时间记为t4，并按公式b＝t4/t，t＝(t3-t1)，进行计算以得到第二检测值b；或者，按b＝1-a计算得到b；或者，按a＝1-b计算得到a；其中，t表示所述的周期，对于每个周期t，控制单元以接收到的第一个第一信号或第二信号所处的时刻作为周期t的起点时刻t1，相应的，若以第一个第一信号所处的时刻作为周期t的起点时刻t1，则当第一信号中断后，第一信号再次出现时所处的时刻作为周期t的终点时刻t3，若以第一个第二信号所处的时刻作为周期t的起点时刻t1，则当第二信号中断后，第二信号再次出现时所处的时刻作为周期t的终点时刻t3；

当第一检测值小于或等于所设定的作为占空比参照值的第一参考值时，控制单元判断负载为待机，或者，当第二检测值大于或等于所设定的作为占空比参照值的第二参考值时，控制单元判断负载为待机，是指：对于连续的若干个周期t，当每个周期t计算得到的a均小于或等于a1时，则判断负载处于待机，否则重新确定连续的若干个周期t的起始周期t，并进行重新判断是否处于待机；或者，对于连续的若干个周期t，当每个周期t计算得到的b均大于或等于b1时，则判断负载处于待机，否则重新确定连续的若干个周期t的起始周期t，并进行重新判断是否处于待机。

我们可以定义若干个周期t的累加时间为15分钟，那么15分钟期间，当每个周期t计算得到的a均小于或等于a1时，则控制单元判断负载处于待机状态，同时控制开关单元切断供电线路，因此，正常状态下，待机自动断电功能至少需要15分钟才会体现，当使用节电测试单元后，实质是缩短累加时间，比如30秒，那么30秒内的各个周期t计算得到的a均小于或等于a1时，则控制单元判断负载处于待机状态，同时控制开关单元切断供电线路，即启动控制单元计算接下来较短时间内的一系列占空比来判断负载是否处于待机，从而缩短等待时间，这样，显著减小了等待时间，这一设置非常人性化，便于安装调试人员，也便于展示产品功能，提高效率。

起始周期t的重新确定为，一旦出现a小于或等于a1的周期t，或者，一旦出现b大于或等于b1的周期t，则该周期t即作为起始周期t，这样，更利于及时判断是否处于待机，提高判断效率。

负载工作情况下得到的a记为a2，a1+b得到c，c小于a2，该c作为第一参考值，或者，负载工作情况下得到的b记为b2，b1-d得到e，e小于b2，该e作为第二参考值，这样，a1+b即增大a1，b1-d即减小b1，该设置目的均在于增强本申请的适应能力，从而应对用电环境的波动的影响，具体采用多大的b或d，可根据实际用电环境的波动程度确定，当然也可以主观设定一个值，比如b或d均为0.02。

初始的a1或b1通过预设方式设置，要重新确定a1或b1则由触发单元启动，这样，默认情况下，由预设的a1或b1作为参考值进行判断，而重新确定a1或b1，则可以在设定者确定负载处于待机情况下操作开关电路的开关s4，通过开关s4启动来实现重新确定a1或b1，上述设置可以避免a1或b1的混乱，确保了本发明在各使用环境中的适应能力，给用户带来更好的使用体验。

通过开关s4启动来实现重新确定a1或b1是指，例如a1，当操作开关s4后，控制单元以接下来一段时间内计算得到的a作为相应的a1，比如接下来一段时间可以包括二十个周期t，将二十个周期t计算得到的二十个a平均一下确定的值作为a1；例如b1，当操作开关s4后，控制单元以接下来一段时间内计算得到的b作为相应的b1，比如接下来一段时间可以包括十个周期t，将十个周期t计算得到的十个b平均一下确定的值作为b1。

a和b可以说是供电的两面，即在一个周期t内，除了a就是b，那么在供电质量较好的环境下，即波动小，若a已知，则b＝1-a，同理，若b已知，则a＝1-b；供电线路为泛指，而非局限于接入负载的电线，凡位于供电路线上适合电流取样的部位均可。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。