一种智能插座驱动电路的制作方法

1.本发明属于智能插座技术领域，具体是涉及一种智能插座驱动电路。


背景技术：

2.传统的插座一般通过插拔方式或插座上的按键开关方式进行负载电器的电源控制。近年来随着无线智能技术的发展，智能插座产品也应用而生。这种智能插座是通过通断交流输出方式改变负载交流电源的有无进行负载的开关控制，既可以通过无线，如蓝牙、wifi方式进行远程控制，也可以按照传统插座的插拔或按键开关方式进行现场控制。这种智能插座内部增设无线控制模块，加在电源和负载之间。
3.目前市面上的智能插座种类较多，但普遍存在着以下问题：1.当智能插座内的线路出现故障，如继电器出现短路或断路时，无法感知开或关的动作物理是否真的做到位了；2.当智能插座本身的固件完成ota升级后，自动复位运行新固件(多为用户无感的后台自动静默和强制更新)或者因电网上暂时的强干扰产生mcu软件跑飞的看门狗复位等情况，mcu的继电器控制端口会变成芯片复位时的默认高阻状态(时间长达几到几十毫秒)，并被外部硬件电路拉到默认状态(一般为关闭状态)，如果此前负载正在通电使用，此时复位时间大于继电器的释放时间，必然会造成输出继电器的非正常关断动作，则会导致如台式电脑资料未保存，电动工具运转位置异常等风险。


技术实现要素：

4.本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种智能插座驱动电路。
5.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种智能插座驱动电路，连接在市电和负载之间，包括供电电路、蓝牙控制模块、继电器驱动电路和输出状态检测电路，所述供电电路与市电相连，为蓝牙控制模块和继电器驱动电路提供工作电压；所述蓝牙控制模块分别与继电器驱动电路和输出状态检测电路相连，用于控制继电器驱动电路和输出状态检测电路；所述继电器驱动电路连接在市电火线上，在电路出现复位时实现一定时间内端口的保存功能，同时将蓝牙控制模块产生的继电器控制信号转变成实际的继电器触点状态输出；所述输出状态检测电路与负载输入端的火线相连，根据实际检测到的输出火线信号有无反馈给蓝牙控制模块从而对实际输出状态是否正确进行综合判断。
6.作为优选，还包括按键，所述按键与蓝牙控制模块相连。
7.作为优选，还包括用于指示各种状态的双色指示灯，所述双色指示灯与蓝牙控制模块相连。
8.作为优选，还包括用于检测温度的ntc温度检测电路，所述ntc温度检测电路包括ntc电阻rt1和电阻r12，所述ntc电阻rt1的一端分别接供电电路的输出端和蓝牙控制模块，所述ntc电阻rt1的另一端分别接电阻r12的一端和蓝牙控制模块，所述电阻r12的另一端接蓝牙控制模块，且其公共端接地。
9.作为优选，所述蓝牙控制模块包括蓝牙芯片m1，所述蓝牙芯片m1设有8个脚，所述蓝牙芯片m1的第一脚接继电器驱动电路，所述蓝牙芯片m1的第二脚接输出状态检测电路，所述蓝牙芯片m1的第三脚和第四脚均接双色指示灯，所述蓝牙芯片m1的第五脚接按键，所述蓝牙芯片m1的第六脚接地，所述蓝牙芯片m1的第七脚接供电电路的输出端，所述蓝牙芯片m1的第八脚接ntc温度检测电路的输出端。
10.作为优选，所述继电器驱动电路包括继电器jk1、n型mos管q1、二极管d4、电容c2、电阻r8和电阻r9，所述继电器jk1的控制正极接二极管d4的负极，且其公共端接供电电路的输出端，所述继电器jk1的控制负极分别接二极管d4的正极和n型mos管q1的漏极，所述继电器jk1的一路输出端接市电火线的输出端，所述继电器jk1的另一路输出端接市电火线的输入端，所述n型mos管q1的门极分别接电阻r9的一端、电容c2的一端和电阻r8的一端，且其公共端接供电电路的输出端，所述n型mos管q1的源极分别接电阻r9的另一端和电容c2的另一端，且其公共端接地，所述电阻r8的另一端接蓝牙控制模块。
11.作为优选，所述电阻r9的阻值为电阻r8阻值的100倍及以上。
12.作为优选，还包括二极管d7，所述二极管d7的正极接电容c2的一端，所述二极管d7的负极接供电电路的输出端。
13.作为优选，所述输出状态检测电路包括电阻r10、电阻r11、电容c6、二极管d5和二极管d6，所述电阻r11的一端接市电火线的输出端，所述电阻r11的另一端分别接电容c6的一端、二极管d5的正极、二极管d6的负极、电阻r10的一端和蓝牙控制模块，所述电容c6的另一端、二极管d6的正极和电阻r10的另一端接地，所述二极管d5的负极接供电电路的输出端。
14.作为优选，所述供电电路包括压敏电阻rv1、温度保险丝tf1、保险丝电阻rf1、以及半波整流非隔离ac-dc电路，所述保险丝电阻rf1的一端接市电火线，所述保险丝电阻rf1的另一端接温度保险丝tf1的一端，所述温度保险丝tf1的另一端接半波整流非隔离ac-dc电路，所述半波整流非隔离ac-dc电路为零线共信号地结构，所述压敏电阻rv1的一端接市电零线，所述压敏电阻rv1的另一端接温度保险丝tf1的另一端。
15.本发明具有的有益效果：本发明在市电和负载之间设置蓝牙控制模块、继电器驱动电路和输出状态检测电路，通过蓝牙控制模块使插座实现智能调节，通过继电器驱动电路实现一定时间内端口的保持功能，避免电路在短时复位时造成负载的非正常关断，使负载出现异常风险，同时通过输出状态检测电路检测真实的输出状态，并在故障时第一时间通知用户，防止输出负载长期非正常通电造成火灾等事故的发生。本发明通过设置按键，使得插座具有手动调节的功能，拓展了插座的通断方式。本发明智能插座不仅安装方便，而且降低了负载电器的替换成本，避免造成资源浪费。
附图说明
16.图1是本发明的一种电路框图；
17.图2是本发明ntc温度检测电路和蓝牙控制模块的一种连接电路图；
18.图3是本发明继电器驱动电路的一种电路图；
19.图4是本发明输出状态检测电路的一种电路图；
20.图5是本发明供电电路的一种电路图；
21.图6是本发明双色指示灯和按键的一种连接电路图。
22.图中：1、供电电路；2、蓝牙控制模块；3、继电器驱动电路；4、输出状态检测电路；5、按键；6、双色指示灯；7、ntc温度检测电路。
具体实施方式
23.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
24.实施例：一种智能插座驱动电路，如图1-图6所示，连接在市电和负载之间，包括供电电路1、蓝牙控制模块2、继电器驱动电路3和输出状态检测电路4，所述供电电路1的输入端与市电相连，所述供电电路1的输出端分别与蓝牙控制模块2和继电器驱动电路3相连，为蓝牙控制模块2和继电器驱动电路3提供工作电压；所述蓝牙控制模块2分别与继电器驱动电路3和输出状态检测电路4相连，用于控制继电器驱动电路3和输出状态检测电路4；所述继电器驱动电路3连接在市电火线上，在电路出现复位时实现一定时间内端口的保存功能，同时将蓝牙控制模块2产生的继电器控制信号转变成实际的继电器触点状态输出；所述输出状态检测电路4与负载输入端的火线相连，根据实际检测到的输出火线信号有无反馈给蓝牙控制模块2从而对实际输出状态是否正确进行综合判断。
25.上述智能插座驱动电路还包括按键5，所述按键5与蓝牙控制模块2相连，用于配网、蓝牙平台切换、以及控制负载的通断。
26.上述智能插座驱动电路还包括用于指示各种状态的双色指示灯6，所述双色指示灯6与蓝牙控制模块2相连。双色指示灯6可以用于以一种颜色来对应指示连接到一种云平台，如红色指示灯对应亚马逊平台，绿色指示灯对应谷歌平台；可以用于以亮和灭来分别对应通和断两种状态；可以用不同频率的快、慢闪来指示配网过程中的各个状态；可以用两种颜色交替快闪来表示实际输出状态错误等信息。
27.上述智能插座驱动电路还包括用于检测温度的ntc温度检测电路7，所述ntc温度检测电路7包括ntc电阻rt1和电阻r12，所述ntc电阻rt1的一端分别接供电电路1的输出端(3.3v)和蓝牙控制模块2中蓝牙芯片m1的第七脚，所述ntc电阻rt1的另一端分别接电阻r12的一端和蓝牙控制模块2中蓝牙芯片m1的第八脚，所述电阻r12的另一端接蓝牙控制模块2中蓝牙芯片m1的第六脚，且其公共端接地。
28.ntc电阻rt1的阻值随着温度的升高而降低，ntc电阻rt1和电阻r12分压后得到的电压随ntc电阻rt1上的温度升高而提高，蓝牙控制模块2可以通过不停采样蓝牙芯片m1第八脚(adc)上的电压来得到相对应的温度值。当温度达到某个设定值时，如连续3次超过70℃，蓝牙控制模块2就会主动切断继电器输出以达到过温保护，属于温度异常上升较慢情况下的初级可恢复过温保护。为了防止负载不正常的长时间大电流过温，人员不在的情况下时，切断的负载温度恢复后自动打开输出，使得开关反复通断造成负载损坏甚至产生火灾等危险，可将上述情况下的过温保护设定为不可自动恢复，必须拔下智能插座使输入断电后再插上，或通过按键5、语音、app等控制后才能恢复打开输出。
29.所述蓝牙控制模块2包括蓝牙芯片m1，所述蓝牙芯片m1设有8个脚，所述蓝牙芯片m1的第一脚接继电器驱动电路3中电阻r8的另一端，所述蓝牙芯片m1的第二脚接输出状态检测电路4中电阻r11的另一端，所述蓝牙芯片m1的第三脚和第四脚均接双色指示灯6，即分别接图6中电阻r5的一端和电阻r6的一端，所述蓝牙芯片m1的第五脚接按键5，即接图6中电
阻r4和开关k1的连接公共端，所述蓝牙芯片m1的第六脚接地，所述蓝牙芯片m1的第七脚接供电电路1的输出端(3.3v)，所述蓝牙芯片m1的第八脚接ntc温度检测电路7的输出端(ntc电阻rt1的另一端)。
30.所述继电器驱动电路3包括继电器jk1、n型mos管q1、二极管d4、电容c2、电阻r8和电阻r9，所述继电器jk1的控制正极(线圈的一端)接二极管d4的负极，且其公共端接供电电路1的输出端(5v)，所述继电器jk1的控制负极(线圈的另一端)接二极管d4的正极和n型mos管q1的漏极，所述继电器jk1的一路输出端(一个触点)接市电火线的输出端，所述继电器jk1的另一路输出端(另一个触点)接市电火线的输入端，所述n型mos管q1的门极分别接电阻r9的一端、电容c2的一端和电阻r8的一端，且其公共端接供电电路1的输出端(3.3v)，所述n型mos管q1的源极分别接电阻r9的另一端和电容c2的另一端，且其公共端接地，所述电阻r8的另一端接蓝牙控制模块2中蓝牙芯片m1的第一脚。
31.继电器jk1可以选择电磁继电器、磁保持继电器(当使用上述电路时继电器的连接作相应更改)、固态继电器中的一种，作为优选，选择价格便宜的触点类型为常开型的电磁继电器，如选择10a的宏发型号为hf32fv-g/5-htf(590)的电磁继电器。
32.电阻r9的阻值远大于电阻r8的阻值，一般可取电阻r9的阻值为电阻r8阻值的100倍及以上，以减小它们之间的相互影响，如电阻r9的阻值可以取1m，电阻r8的阻值可以取1k。
33.n型mos管q1可选低导通电压(v
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)的型号，如nce3400、nce2302等，其导通电压均在0.9v左右。
34.二极管d4可选用开关二极管或肖特基二极管，用于继电器jk1线圈反向电压释放，如选用开关二极管1n4148w。
35.作为优选，继电器驱动电路3还包括二极管d7，所述二极管d7的正极接电容c2的一端，所述二极管d7的负极接供电电路1的输出端(3.3v)。二极管d7为肖特基二极管，用于输出接通状态下电容c2两端有电，输入插头被拔除断电时，通过3.3v供电电路1上的内阻快速释放电容c2两端的电压，以保证输入插头在电容c2和电阻r9放电时间常数内快速插上时的输出状态为默认定义的关断状态。二极管d7为可选件，也可以直接利用蓝牙控制模块2中蓝牙芯片m1内部对供电电路1一侧的端口保护电路来达到同样的功能。
36.具体的，蓝牙控制模块2中的蓝牙芯片m1的第一脚用于控制继电器jk1线圈的通断，且配置成不带内部上下拉的推挽输出，也就是输出低电平和高电平都是强力的。当插座刚上电时，n型mos管q1因门极无电压来源而关断，继电器jk1线圈断电，输出触点默认为断开状态；当蓝牙芯片m1的第一脚输出高电平时，电容c2通过电阻r8和蓝牙芯片m1的第一脚进行充电，直到n型mos管q1上的电压高于导通电压(v
gsth
)而导通，继电器jk1线圈通电，输出触点导通；当蓝牙芯片m1的第一脚输出低电平时，电容c2上的电压通过电阻r8和蓝牙芯片m1的第一脚迅速放掉，直到n型mos管q1上的电压低于导通电压(v
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)而关断，继电器jk1线圈断电，输出触点断开。当蓝牙芯片m1的第一脚因ota升级后自动复位或硬件看门狗复位等原因暂时变成高阻时，如果此前蓝牙芯片m1的第一脚输出低电平，则n型mos管q1因门极无电压来源而保持关断状态，等同于此前蓝牙芯片m1的第一脚输出低电平时的状态；如果此前蓝牙芯片m1的第一脚输出高电平，则现在电阻r8不导通，电容c2两端的电压只能通过电阻r9缓慢地释放，直至低于n型mos管q1的v
gsth
电压之前，n型mos管q1均能持续导通，等同
于此前蓝牙芯片m1的第一脚输出高电平时的状态；因此，该电路完全能实现在一定时间内等效于端口状态保持的功能，实现继电器输出状态不受这类复位事件的影响。
37.如当n型mos管q1选用nce3400、电阻r9选用1m、电容c2选用0.1uf时，n型mos管q1的导通状态可以保持0.1秒左右，可以满足一般mcu从复位到用户程序接管此端口的时间(几毫秒到三十几毫秒)。理论上，通过改变电容c2的容值使n型mos管q1的导通时间大于mcu从复位到用户程序接管此端口的时间就可以了。此电路除了可以用常规的电平驱动外，还可以在吸合稳定后改用pwm波驱动继电器jk1来达到部分省电的目的。为防止当输出导通状态时复位正好落于pwm的低电平处而无法保持住输出导通状态，需设计成在主动复位前此端口先输出持续的高电平。设计时，电阻r9的阻值先选取在1m左右，然后按照需要端口状态保持的时间求得电容c2的值，再根据电容c2的大小，选择电阻r8的合理阻值，电阻r8的最大值由电路的最大pwm频率决定(不被电阻r8和电容c2组成的rc积分电路滤除)，最小值由电容c2充放电时mcu端口内部电路的限流值决定(要求拉电流和灌电流均不得超过芯片最大值并留有一定余量)，电阻r8的最大值和最小值有冲突时，返回修改电容c2的值，并相应修改电阻r9的值，直至在合理范围内。
38.所述输出状态检测电路4包括电阻r10、电阻r11、电容c6、二极管d5和二极管d6，所述电阻r11的一端接市电火线的输出端，所述电阻r11的另一端分别接电容c6的一端、二极管d5的正极、二极管d6的负极、电阻r10的一端、以及蓝牙控制模块2中蓝牙芯片m1的第二脚，所述电容c6的另一端、二极管d6的正极、电阻r10的另一端接地，所述二极管d5的负极接供电电路1的输出端(3.3v)。其中，电阻r11和电容c6组成rc积分滤波电路，对交流信号进行适当地延时、平滑和抗干扰等，并限制后续电路的电流。当需要安规要求时，电阻r11也可以由两个或两个以上相同或相近阻值的电阻串联组成，如串联两个阻值为1m的电阻。电阻r10和电阻r11串联，用于减小jkdt网络上的分压，提高对应火线输出l-out网络上检测到的高电平电压，即减小干扰。二极管d5和二极管d6为肖特基二极管，两者组成限幅电路，如当交流电为负半周时，二极管d6导通，将jkdt网络上的信号幅度限制在最低(为-0.2v)，等于低电平；当交流电为正半周时，二极管d5导通，将jkdt网络上的信号幅度限制在最高(为3.5v)，等于高电平；肖特基二极管d5和肖特基二极管d6配合使用，保证jkdt网络上的信号幅度不超过蓝牙芯片m1第二脚的输入电压范围。正常情况下，当l-out网络上无市电输出时，jkdt网络上一直是低电平；当l-out网络上有市电输出时，jkdt网络在市电的负半周为低电平，在正半周电压较高区间内为高电平，其他区间内为低电平，即在市电的每个周期内，jkdt网络上会相应产生一次高电平脉冲。在实际使用中，在每次继电器的主动通断操作后，先延时等待200ms，使通或断的状态可靠后(如驱动电路的延时、电磁继电器的吸合或释放时间、大电容或电感负载给供电带来的相移和拖累等)，再进行状态判断。蓝牙芯片m1根据自己主动输出的relay网络上的状态和在一定时间窗口期内jkdt网络上有无检测到市电脉冲闭环来判断整个控制回路有无问题存在，具体判断逻辑如下表：
39.序号relay输出jkdt输入控制回路火线输出1低电平无脉冲正常2低电平有脉冲线路短路3高电平无脉冲线路断路4高电平有脉冲正常
40.当relay网络上输出低电平时，此时如果jkdt网络上无脉冲输入，则控制回路上火线正常输出；如果jkdt网络上有脉冲输入，则控制回路上的火线出现短路。当relay网络上输出高电平时，此时如果jkdt网络上无脉冲输入，则控制回路上火线出现断路；如果jkdt网络上有脉冲输入，则控制回路上的火线正常输出。火线短路的原因是继电器触点间因长期大电流打火而烧熔在一起，或者mos管ds极之间被击穿。火线断路的原因是继电器触点间因长期打火后表面氧化发黑或坑洼严重而无法接触，或者mos管被烧断。当检测到回路不正常时，就可以通过本地状态指示灯(通过两种指示灯之间交替快闪)或通过网络远程进行故障报警。
41.所述供电电路1包括压敏电阻rv1、温度保险丝tf1、保险丝电阻rf1、以及半波整流非隔离ac-dc电路，所述保险丝电阻rf1的一端接市电火线，所述保险丝电阻rf1的另一端接温度保险丝tf1的一端，所述温度保险丝tf1的另一端接半波整流非隔离ac-dc电路，所述半波整流非隔离ac-dc电路为零线共信号地结构，可采用现有的常规电路，所述压敏电阻rv1的一端接市电零线，所述压敏电阻rv1的另一端接温度保险丝tf1的另一端。供电电路1输出3.3v和5v两个电压，3.3v电压给蓝牙控制模块2供电，5v电压给继电器驱动电路3供电。当线路输入持续过压时，压敏电阻rv1导通，使保险丝电阻rf1熔断，此时继电器jk1自动复位，输出火线被切断，使后面的负载断开，保护负载的安全。当温度异常上升较快时，温度保险丝tf1熔断使继电器jk1自动复位，保护后面的负载，是ntc温度检测电路7来不及保护或失效等情况下的终极保护。
42.上述智能插座驱动电路的具体工作过程为：
43.若使用智能插座实体进行通断，则可以通过设置在插座上的按键5进行通断控制；若使用智能通断，先通过蓝牙方式将智能音箱、手机等智能设备与智能插座连接，连接时可选择不同的平台进行连接，如选择谷歌平台或亚马逊平台，具体可通过智能插座上的按键5进行选择(如通过长按按键5的方式)，连接成功后就可以直接通过语音或手机等智能设备进行智能控制。
44.综上所述，本发明在市电和负载之间设置蓝牙控制模块、继电器驱动电路和输出状态检测电路，通过蓝牙控制模块使插座实现智能调节，通过继电器驱动电路实现一定时间内端口的保持功能，避免电路在短时复位时造成负载的非正常关断，使负载出现异常风险，同时通过输出状态检测电路检测真实的输出状态，并在故障时第一时间通知用户，防止输出负载长期非正常通电造成火灾等事故的发生。本发明通过设置按键，使得插座具有手动调节的功能，拓展了插座的通断方式。本发明智能插座不仅安装方便，而且降低了负载电器的替换成本，避免造成资源浪费。
45.最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。