适用于电力指纹特征采集的智能插座的制作方法

1.本技术涉及插座领域，特别涉及适用于电力指纹特征采集的智能插座。


背景技术：

2.插座，又称电源插座、开关插座，用于提供插口连接用电设备，并为用电设备供电。传统的插座通常是其带有插口的插座面板通过火线接口l和零线接口n连通到市电，从而为接入插口的电器供电。
3.目前，为了分析用电端的用电情况，以便更加准确的控制用电过程以节约用电，市场上出现了能够采集用电数据的插座，此类插座中一般具有采样电路，但是此类采样电路通常只是简单地对电流或者电压进行监控，采集精度较低，并且通常采集的间隔周期较长，每几分钟才完成一次采集，采集的数据量有限，也难以精确分析用电情况。
4.另一方面，贵州电科院与华南理工大学共同合作开展的南方电网重点科技项目“面向能源互联网的配网侧需求侧综合能源管理技术研究与示范”中，提出了“电力指纹”这一概念。“电力指纹”在传统负荷识别的基础上，通过用电设备的暂态和稳态等特征，利用人工智能和大数据技术，除了对电器类型的识别以外，还包括对用户负荷特性、设备参数、能效和健康水平以及身份和用户行为习惯的识别，但是这些分析都基于能够准确、及时且持续地获取用户的负荷的暂态特征和稳态特征。目前具有采集功能的插座数据采集的频率、精度都较低，难以满足电力指纹特征采集的需求。


技术实现要素：

5.本技术为了克服现有技术的不足，提供了一种能够高频率、高精度采集用电数据，从而能满足电力指纹识别需求的插座。
6.本技术采用如下技术方案实现：
7.提供适用于电力指纹特征采集的智能插座，包括插座面板、零线接口n、火线接口l和采样单元，所述零线接口n和火线接口l分别与插座面板连接，所述采样单元分别与零线接口n、火线接口l连接以采集插座面板的用电信息，所述采样单元包括单相电能计量电路、电流采集支路和电压采集支路，所述电压采集支路包括感应插座面板电压的电压互感器，所述电压互感器的信号端经第一差分调理电路、第一低通滤波电路连接至单相电能计量电路，所示电流采集支路包括感应插座面板电流的电流互感器，所述电流互感器的信号端经第二差分调理电路、第二低通滤波电路连接至单相电能计量电路。
8.具体的，该插座还包括最小系统单元、通讯单元和供电单元，所述采样单元与最小系统单元连接以将采集到的用电信息传送给最小系统单元，所述通讯单元与最小系统单元连接，所述供电单元从火线接口l、零线接口n取电并将电压转变后分别给最小系统单元和通讯单元供电。
9.具体的，该插座还包括存储单元，所述存储单元由供电单元供电，与最小系统单元连接。
10.具体的，该插座还包括开关单元，所述开关单元串联于火线接口l与插座面板之间，所述开关单元的控制端与最小系统单元连接。
11.其中，所述开关单元包括继电器、功率驱动单元和功率泄放电路，所述继电器串联于火线接口l与插座面板之间，所述继电器的驱动端经功率驱动单元连接至供电单元，所述功率泄放电路与继电器并联。
12.具体的，该插座还包括人机交互单元，所述人机交互单元的交互端位于插座面板，所述人机交互单元的信息输出端连接最小系统单元。
13.其中，所述电压互感器为zmpt107-1型电压互感器，所述电压互感器与wr25x1103ftl型精密电阻串联后与插座面板并联。
14.其中，所述电流互感器为zmct103c型电流互感器。
15.其中，所述单相电能计量电路包括att7053c芯片。
16.有益效果：本实用新型提供的智能插座包括采样单元，其采样单元包括单相电能计量电路、与插座面板并联的电压互感器和与插座面板串联的电流互感器，所述电压互感器的信号端经第一差分调理电路、第一低通滤波电路连接至单相电能计量电路，所述电流互感器的信号端经第二差分调理电路、第二低通滤波电路连接至单相电能计量电路，单相电能计量电路通过电压互感器和电流互感器精确获取实时电流情况和电压情况，由于采用差分调理电路、低通滤波电路和单相电能计量电路，因此本插座的采样单元能够更加精确、高频的进行数据采样因此本插座的数据特征采集更加适用于“电力指纹”分析。
附图说明
17.图1是本实用新型适用于电力指纹特征采集的智能采样插座的电路结构框图；
18.图2是本实用新型适用于电力指纹特征采集的智能采样插座的电压采集支路的电路图；
19.图3是本实用新型适用于电力指纹特征采集的智能采样插座的电流采集支路的电路图；
20.图4是本实用新型适用于电力指纹特征采集的智能采样插座的单相电能计量电路的电路图。
具体实施方式
21.以下结合具体实施方式对本发明创造作进一步详细说明。
22.如图1所示，适用于电力指纹特征采集的智能插座，包括插座面板1、零线接口n、火线接口l、采样单元2、最小系统单元3、开关单元7、存储单元5、通讯单元4和供电单元6，零线接口n和火线接口l分别与面板单元连接，采样单元2分别与零线接口n、火线接口l连接以采集插座面板1的用电信息，采样单元2与最小系统单元3连接以将采集到的用电信息传送给最小系统单元3，存储单元5、通讯单元4分别与最小系统单元3连接，所述供电单元6从火线接口l、零线接口n取电并将电压转变后分别给开关单元7、存储单元5、最小系统单元3和通讯单元4供电。
23.具体的，采样单元2包括单相电能计量电路、电流采集支路和电压采集支路，电压采集支路如图2所示，包括电压互感器，电压互感器为zmpt107-1型电压互感器t1，电压互感
器与wr25x1103ftl型精密电阻r6串联后与插座面板1并联以感应插座面板的电压，所述电压互感器的信号端经第一差分调理电路211、第一低通滤波电路212连接至单相电能计量电路。wr25x1103ftl型精密电阻r6具有温漂小、高精度、大功率的特点，mpt107-1型电压互感器t1体积小、精度高，可将电网的大电压转换成小电流与小电压信号，经差分调理电路和低通滤波电路实现单端模拟信号到差分模拟信号的转换，并将这些信号传送给单相电能计量电路
24.如图3所示，电流采集支路包括与插座面板1串联以感应插座面板电流的电流互感器t2，所述电流互感器的信号端经第二差分调理电路221、第二低通滤波电路222连接至单相电能计量电路。电流互感器采用zmct103c型电流互感器t2，这款互感器体积小、精度高，可将电网的大电流转换成小电流信号；差分调理电路和低通滤波电路使用中间共地、对称的rc无源滤波电路组成，可以实现单端模拟信号到差分模拟信号的转换。
25.如图4所示，单相电能计量电路包括att7053c芯片u2，该att7053c芯片u2具有波形采样功能和电量特征数据采集功能，对于波形采集功能最多支持15.62khz的高频波形数据采样，对于电量特征数据可以实现三路有功功率、无功功率、视在功率、电量频率、电量有效值的最高12.5hz的高频采集，其采样结果通过高速spi接口传递给最小系统单元3。
26.本实施例中，开关单元7包括继电器、功率驱动电路和功率泄放电路。继电器采用hf32fa-g/005-hsl1大概率单相继电器，该继电器额定工作电压220vac，最大切换电流10a，由最小系统单元3发出的指令切换通断状态；功率驱动电路采用s8050晶体管，供电单元6提供继电器动作所需的5v线圈电压，晶体管作为线圈供电回路的开关；功率泄放电路由反向并联在继电器两端的1n4007二极管组成，该二极管可以在继电器开合瞬间提供能量泄放回路，抑制继电器的开合电压。
27.本实施例中，通讯单元4采用esp-07s wifi模块。该模块集成wi-fi mac/bb/rf/pa/lna，板载天线。支持标准的ieee802.11 b/g/n协议，完整的tcp/ip协议栈，使用该模块为现有的设备添加联网功能。存储单元5由at24c256芯片组成。该芯片具有256kbit断电不丢失的存储容量，并使用简单易用的iic，并支持按照字节存取的工作方式，可为产品提供重要计算数据和用户信息的长期存储空间。最小系统单元3由arm cortex-m4内核单片机组成。单片机采用stm32f407vet6芯片。该单元负责接收采样单元2的原始测量数据，并对原始数据进行计算分析，并将分析结果通过通讯单元4上传上级服务。
28.本实施例中，插座还包括人机交互单元，所述人机交互单元的交互端位于插座面板1，所述人机交互单元的信息输出端连接最小系统单元3。人机交互单元由面板按键和面板彩灯组成。面板按键安装在插座面板1单元通过长按、短按、及其组合操作可以控制设备进入不同的工作模式；面板彩灯安装在面板按键下方，由红、绿、蓝三色灯组成，通过快闪、慢闪、及其组合操作指示产品当前处于的工作模式。最小系统单元3负责接收人机交互单元返回的按键信息，并通过分析按键信息切换工作模式。需要指出的是，人机交互单元也可以是采用触控面板等其他交互模式。
29.本实施例基于通用性的考虑，其面板匹配标准的86型插座外壳，从而便于常规用户的安装和直接使用，不需要特殊安装工具和特殊安装技巧，为电力指纹的普及提供了标准化的设备基础。
30.如上所述仅为本发明创造的实施方式，不以此限定专利保护范围。本领域技术人
员在本发明创造的基础上作出非实质性的变化或替换，仍落入专利保护范围。