一种智能移动插座的制作方法

本发明涉及一种插座，尤其是涉及一种智能移动插座。

背景技术：

插座(又称电源插座，开关插座)是指有一个或一个以上电路接线可插入的座，通过它可插入各种接线，便于与其他电路接通。电源插座是用来接上用来将市电提供的交流电，使家用电器与可携式小型设备通电可使用的装置，有插槽或凹洞的母接头，用来让有棒状或铜板状突出的电源插头插入，以将电力经插头传导到电器。一般插座都设计成非同一规格的插头就无法插入，部分插座上会有棒状突出，搭配插头上的凹洞。但是，传统的插座常处于带电状态，插座插头插拔过程中会产生电弧，可能会导致短路、触电、火灾等危险现象，大大的增加了插座的不安全因素；另一方面，对于电脑、电视机、电热水器等用电设备，由于人们的用电习惯往往在关闭用电设备后插座仍然插在插座上，而插座并未完全断电，设备处于待机状态消耗电能，为家庭和企业增加了开支，同时也增加了碳的排放量，没有实现绿色环保；最后，传统的插座不能实现远程控制，使用时必须亲自打开和关断，不能体现人性化和便捷性。传统的插座经历了几十年的发展，除了优化插座内部的空间结构，缩小插座体积以符合人体工程学外形方面的改进，技术上已没有多大的突破。

专利cn205178182u公开一种wifi智能移动插座，通过在插座中设置wifi模块实现控制端对插座的智能控制，但随着人们需求的增加，该插座已不能满足现在的需求。所以有必要对现有智能移动插座进行改进。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智能移动插座。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种智能移动插座，包括电源输入端和用电输出端，所述电源输入端为插入电力轨道取电的插片，所述用电输出端为与电器插头相匹配的插孔，还包括嵌设于电源输入端与用电输出端间的智能控制装置，所述智能控制装置包括电源转换模块、wifi模块、电能计量模块和继电器模块，所述电源转换模块分别连接电源输入端、wifi模块和电能计量模块，所述继电器模块分别连接wifi模块、电源转换模块和用电输出端，所述电能计量模块分别连接电源输入端和wifi模块，所述wifi模块通过mqtt协议与外部控制端双向通信连接。

所述电源转换模块包括依次连接的整流电路、开关变换电路、第一稳压电路和第二稳压电路，所述第一稳压电路与继电器模块连接，所述第二稳压电路分别wifi模块和电能计量模块。

所述第一稳压电路包括三端稳压芯片tl431。

所述第二稳压电路包括lm1117-3.3转换芯片。

所述wifi模块包括tywe1s芯片。

所述电能计量模块包括电流采样电路、电压采样电路、计量芯片和mcu，所述计量芯片分别连接电流采样电路、电压采样电路和mcu，所述电流采样电路和电压采样电路均与电源输入端连接，所述mcu与wifi模块连接，mcu向wifi模块传输的数据包括单相有功能量、有功功率和电流电压有效值。

还包括与wifi模块连接的wifi天线。

还包括插座壳体，所述插座壳体上设有与所述mcu连接的显示屏。

所述插座壳体上还设有与继电器模块连接的状态指示灯。

所述计量芯片为bl0937芯片。

与现有技术相比，本发明的插座中嵌入智能控制装置来实现对用电器用电状态的控制、电量统计以及节电的操作，功能多样，具有以下优点：

(1)本发明wifi模块通过mqtt协议与外部控制端双向通信，支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部连接起来，实时性好，信息交互与命令下发及时，适用范围广；mqtt协议是为大量计算能力有限，且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，具有小型传输，开销很小，协议交换最小化，网络流量占用少等优点。

(2)本发明设置有电能计量模块，对插座的用电量、电流、电压可以进行检测，且检测结果可通过wifi模块传输至控制端，也可通过插座壳体上的显示屏进行显示，提醒用户要节能环保，通过检测电压参数，判断用电器是否过压，电路状态是否稳定，不稳定怎么关闭插座；通过检测电流参数，判断用电器是否过流，短路，损坏。

(3)针对现有智能插座采用ac-dc电路，存在能耗大、可靠性低的问题，本发明在开关变换电路中采用thx208控制芯片，大大的降低了电路的能耗，提高了供电电路的可靠性，从而保证插座的安全性。

(4)本发明wifi模块采用超低功耗的tywe1s芯片，其内部集成有控制器，大大的降低了插座的体积，从芯片的选择以及外围电路的配置方面入手减少插座的功耗，以达到节能减排的目的，且不需要外置mcu以及相应的配置电路从而降低了产品的价格，提高了可靠性。

(5)本发明可设置与wifi模块连接的wifi天线，进一步提高信号传输性能，增加了信号的稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为整流电路示意图；

图3为开关变换电路示意图；

图4为第一稳压电路示意图；

图5为wifi模块电路示意图；

图6为第二稳压电路示意图；

图7为继电器模块电路示意图；

图8为bl0937芯片电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供一种智能移动插座，包括电源输入端1和用电输出端2，电源输入端1为插入电力轨道取电的插片，用电输出端2为与电器插头相匹配的插孔，该插座还包括嵌设于电源输入端1与用电输出端2间的智能控制装置3，智能控制装置3包括电源转换模块31、wifi模块32、电能计量模块33和继电器模块34，电源转换模块31分别连接电源输入端1、wifi模块32和电能计量模块33，继电器模块34分别连接wifi模块32、电源转换模块31和用电输出端2，电能计量模块33分别连接电源输入端1和wifi模块32，wifi模块32通过mqtt协议与外部控制端双向通信连接。

电源转换模块31包括依次连接的整流电路、开关变换电路、第一稳压电路和第二稳压电路，第一稳压电路与继电器模块34连接，第二稳压电路分别wifi模块32和电能计量模块33。

本实施例中，整流电路的示意图如图2所示，包括整流桥电路(mb6s)，整流电路的输入端接入220v交流，经过整流桥电路，输出脉动比较大的直流电压，经稳压电容稳压后作为开关变换电路的输入端。

本实施例中，开关变换电路的示意图如图3所示，此电路主要以thx208控制芯片为主。启动阶段：上电时vr关闭；fb上拉电流源关闭；oe由功率管输入启动电流到vcc；ob控制功率管的基极电流，限制功率管集电极电流(即thx208启动接受电流)，从而保证功率管的安全；在vcc电压上升到8.8v，启动阶段结束，进入正常阶段。正常阶段：vcc电压应保持在4.8～9.0v，vr输出2.5v基准；fb上拉电流源开启；振荡器输出osc1决定最大占空比，输出osc2试图触发电源进入开周期、及屏蔽功率管开启电流峰；若fb小于1.8v(约在1.2-1.8v之间)振荡器周期将随之增加，fb越小振荡器周期越宽、直至振荡器停振(此特性降低了开关电源的待机功耗)；若外围反馈试图使vcc大于10v，则内电路反馈到fb使vcc稳压在10v(利用此特性可以不采用外围反馈电路，由内电路稳定输出电压，但稳压精度较低)；开周期，ob为功率管提供基极电流，oe下拉功率管的发射极到is，而且ob采用斜坡电流驱动(指ob开电流是is的函数，is＝0v时ob开电流约24ma，然后ob开电流随is线性增加，但is增加到0.6v时ob开电流约40ma，此特性有效地利用了ob的输出电流，降低了thx208的功耗)，若is检测到fb指定电流则进入关周期；关周期，ob下拉，功率管不会立即关断，但oe箝位1.5v(功率管关断后基极反向偏置，提高了耐压)；在开或关周期，如检测到功率管超上限电流，则上限电流触发器优先置位，强制fb下降，占空比变小，从而保护功率管和变压器；在下一个关周期开始沿或fb小于1.8v，上限电流触发器复位。另外，thx208内置热保护，在内温度高于125℃后调宽振荡器的周期，使thx208温度不超过135℃；内置斜坡补偿，在thx208大占空比或连续电流模式时能稳定开/关周期。若vcc降到4.2v左右，振荡器关闭，osc1、osc2低电平，电源保持关周期；vcc继续下降到3.6v左右，thx208重新进入启动阶段。

本实施例中，第一稳压电路包括三端稳压芯片tl431及电阻r2、电阻r6、电容c4等，如图4所示，通过设置r2和r6的阻值比可以得到恒定的输出电压，此输出电压一方面作为继电器的输入电压，同时也作为第二稳压电路的输入电压。

本实施例中，第二稳压电路包括lm1117-3.3转换芯片、输入滤波电容c11和输出滤波电容c10，如图6所示，此电路的输人端接输入滤波电容c11和稳压电路的输出端，输入滤波电容可以保证5v输入电压的稳定，输出滤波电容保证得到稳定可靠的3.3v电压。

wifi模块32负责和控制端的通信功能以及输出高低电平控制继电器的导通和关断。本实施例中，wifi模块32包括涂鸦智能的超低功耗芯片uart-wifi透传tywe1s芯片，如图5所示，内置32位mcu，可兼作应用处理器，超低能耗。其有板载pcb天线和ipex接口，外置晶振电路和spi-flash；wifi模块由内置flash启动，启动后按照之前烧写的程序进行运行。通过控制协议进行控制，当收到控制继电器导通的指令时，wifi模块通过控制相应的gpio口为高电平；当收到控制继电器关断的指令时便会使为使相应的gpio口为低电平。

本实施例中，wifi模块32通过mqtt协议与外部控制端双向通信。mqtt协议又称消息队列遥测传输，是ibm开发的一个即时通讯协议，有可能成为物联网的重要组成部分。该协议支持所有平台，几乎可以把所有联网物品和外部连接起来，被用来当作传感器和致动器(比如通过twitter让房屋联网)的通信协议。mqtt协议是为大量计算能力有限，且工作在低带宽、不可靠的网络的远程传感器和控制设备通讯而设计的协议，它具有以下主要的几项特性：

1、使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合；

2、对负载内容屏蔽的消息传输；

3、使用tcp/ip提供网络连接；

4、有三种消息发布服务质量：

o“至多一次”，消息发布完全依赖底层tcp/ip网络。会发生消息丢失或重复。这一级别可用于如下情况，环境传感器数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。

o“至少一次”，确保消息到达，但消息重复可能会发生。

o“只有一次”，确保消息到达一次。这一级别可用于如下情况，在计费系统中，消息重复或丢失会导致不正确的结果。

5、小型传输，开销很小(固定长度的头部是2字节)，协议交换最小化，以降低网络流量；

6、使用lastwill和testament特性通知有关各方客户端异常中断的机制。

继电器模块34包括相连接的驱动子电路和继电器子电路，驱动子电路与wifi模块电路连接，继电器子电路分别连接第一稳压电路和插片。驱动子电路为三极管2n3904电路，继电器子电路包括通电指示灯、稳压管和继电器。三极管2n3904的基极与wifi芯片的gpio口连接，当gpio口输出为高电平时三极管导通从而继电器线圈导通继电器触点闭合，进一步的插座导通；反之，当gpio口输出为低电平时插座关断。继电器模块34电路图如图7所示。

电能计量模块33包括电流采样电路、电压采样电路、计量芯片和mcu，计量芯片分别连接电流采样电路、电压采样电路和mcu，电流采样电路和电压采样电路均与电源输入端连接，mcu与wifi模块连接，mcu向wifi模块传输的数据包括单相有功能量、有功功率和电流电压有效值。本实施例中，计量芯片为bl0937芯片，计量芯片为bl0937芯片的具体连接如图8所示。

bl0937芯片采用3.3v供电。电流信号通过合金电阻采样后接入bl0937的ip和in管脚，电压信号则通过电阻分压网络后输入到bl0937的vp管脚。cf、cf1、sel直接接入到mcu的管脚，通过计算cf、cf1的脉冲周期来计算功率值、电流有效值和电压有效值的大小。bl0937对输入的电压和电流两个通道的输入电压求乘积，并通过信号处理，把获取的有功功率信息转换成频率；在这个过程中，同时通过运算计算出电压有效值和电流有效值并转换成频率。有功功率、电压和电流有效值分别以高电平有效的方式从cf、cf1输出相关的频率信号。bl0937的电流/电压有效值通过sel选择从cf1管脚输出，sel＝0时cf1管脚输出电流有效值对应的高频脉冲，sel＝1时cf1管脚输出电压有效值对应的高频脉冲。内部电流、电压有效值计算模块独立，sel切换等待时间<10us。

本发明的另一实施例中，插座还包括与wifi模块32连接的wifi天线。

本发明的另一实施例中，插座还包括插座壳体，插座壳体上设有与电能计量模块33的mcu连接的显示屏。

本发明的另一实施例中，插座壳体上还设有与继电器模块34连接的状态指示灯。

本发明的另一实施例中，智能控制装置还包括定时模块，分别连接wifi模块32和继电器模块34，根据wifi模块接收到的定时指令控制继电器模块通断，达到节能效果。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。