负载检测电路、智能开关/插座及基于智能开关/插座的智能家居系统的制作方法

本实用新型涉及智能家居领域，特别涉及一种负载检测电路、智能开关/插座及基于智能开关/插座的智能家居系统。

背景技术：

在智能开关中(例如，墙壁开关或开关插座)通常通过MCU(控制模块) 驱动继电器控制负载电路的通断。

目前，在智能家居的智能开关领域，一般使用功率继电器作为220V交流电源的开关器件。由继电器控制LED、卤素灯，电机等非纯阻性负载的通断，但一旦出现故障，无法判定是继电器出现故障还是负载出现故障，缺乏对负载和继电器工作状态的有效监控。

技术实现要素：

为了解决相关技术中的智能开关缺乏对负载和继电器工作状态的有效监控问题，本实用新型提供了一种负载检测电路。

本实用新型另提供一种智能开关，该智能开关包括上述负载检测电路。

本实用新型另提供一种智能插座，该智能插座包括上述负载检测电路。

本实用新型又提供一种基于智能开关的智能家居系统，该智能家居系统包括上述的智能开关。

本实用新型又提供一种基于智能插座的智能家居系统，该智能家居系统包括上述的智能插座。

本实用新型提供一种负载检测电路，包括：

继电器，用于连接外部负载和火线；

控制模块，电连接所述继电器；

电压取样单元，对所述继电器两端的电压进行取样，所述控制模块与所述电压取样单元电连接，以获取所述继电器两端的电压信号，所述控制模块根据发出的继电器控制信号与获取的所述继电器两端电压信号的对应关系，判断出所述继电器的工作状态；

负载取样单元，连接在所述继电器和火线之间，所述负载取样单元的输入端和输出端均连接至所述控制模块，所述控制模块根据所述负载取样单元两端的电压，得到所述负载的工作状态。

可选的，所述电压取样单元包括第一电压取样单元和第二电压取样单元；

所述第一电压取样单元的输入端与所述继电器的其中一端电连接，以对所述继电器其中一端的电压进行取样，所述第一电压取样单元的输出端与所述控制模块电连接；

所述第二电压取样单元的输入端与所述继电器的另一端电连接，以对所述继电器另一端的电压进行取样，所述第二电压取样单元的输出端与所述控制模块电连接。

可选的，所述第一电压取样单元和第二电压取样单元均包括：第一电阻和与所述第一电阻串联连接的第二电阻，所述第一电阻的其中一端为输入端，所述第一电阻与所述第二电阻连接的另一端为输出端，第二电阻的其中一端与所述第一电阻连接，所述第二电阻的另一端接地。

可选的，所述控制模块包括模数采样单元和微处理器，所述模数采样单元电连接所述微处理器；

所述第一电压取样单元的输出端和所述第二电压取样单元的输出端均与所述模数采样单元电连接。

可选的，所述模数采样单元和所述微处理器是两个独立的芯片，或所述模数采样单元和所述微处理器集成在一个芯片中。

可选的，所述负载取样单元为取样电阻。

可选的，所述负载检测电路还包括滤波单元，所述电压取样单元和所述负载取样单元通过所述滤波单元与所述控制模块电连接。

可选的，所述负载检测电路还包括通信单元，所述通信单元与所述控制模块电连接，所述通信单元通过无线通信方式与外部网关进行通信。

本实用新型另提供一种智能开关，包括壳体以及位于所述壳体内的上述负载检测电路。

本实用新型另提供一种智能插座，其特征在于，包括壳体以及位于所述壳体内的上述负载检测电路。

本实用新型又提供一种基于智能开关的智能家居系统，包括上述智能开关、与所述智能开关进行通信的网关、与所述网关进行通信的云服务器以及终端；

所述智能开关的控制模块将继电器和/或外部负载的工作状态的信息通过通信单元发送至所述网关，所述网关通过所述云服务器将所述信息反馈至所述终端，所述终端对所述信息进行显示。

本实用新型又提供一种基于智能插座的智能家居系统，包括上述智能插座、与所述智能插座进行通信的网关、与所述网关进行通信的云服务器以及终端；

所述智能插座的控制模块将继电器和/或外部负载的工作状态的信息通过通信单元发送至所述网关，所述网关通过所述云服务器将所述信息反馈至所述终端，所述终端对所述信息进行显示。

本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本实用新型负载检测电路包括继电器、控制模块、电压取样单元和负载取样单元。电压取样单元对所述继电器两端的电压进行取样，控制模块与电压取样单元电连接，以获取继电器两端的电压信号，控制模块根据发出的继电器控制信号与获取的所述继电器两端电压信号，判断出继电器的工作状态。即当控制模块发出控制信号是控制继电器闭合的信号时，若检测到继电器两端的电压值相同，则判断出继电器非正常工作，相反，若检测到继电器两端的电压值不同，则判断出继电器正常工作，由此，通过控制模块发出的控制信号与继电器两端的电压信号是否相对应，获得继电器的是否正常的工作状态。负载取样单元连接在继电器和火线之间，负载取样单元的输入端和输出端均连接至控制模块，控制模块根据负载取样单元两端的电压，得到负载的工作状态。即在继电器闭合的状态下，若检测到负载取样单元两端的电压值不同，则判断出负载正常工作，若检测到负载取样单元两端的电压值相同，则判断出负载非正常工作。如此，通过比较负载取样单元两端的电压值实现对负载工作状态的检测。因此，负载检测电路通过对继电器两端电压进行取样的电压取样单元实现对继电器工作状态的有效监测，同时通过比较负载取样单元两端的电压信号实现对负载工作状态的有效监测，进而便于对继电器和负载故障的排查。

本实用新型的智能开关包括壳体和上述负载检测电路，通过该负载检测电路可实现对继电器工作状态和负载工作状态的有效监控，进而便于对继电器和负载故障的排查。

本实用新型的智能插座包括壳体和上述负载检测电路，通过该负载检测电路可实现对继电器工作状态和负载工作状态的有效监控，进而便于对继电器和负载故障的排查。

本实用新型提供一种基于智能开关的智能家居系统，包括至少一上述的智能开关、与智能开关进行通信的网关、与网关进行通信的云服务器以及终端；智能开关的控制模块将继电器和/或外部负载的工作状态的信息通过通信单元发送至网关，网关通过云服务器将所述信息反馈至终端，终端对信息进行显示，以便将继电器和/或负载的工作状态及时反馈至终端，进而便于管理者监管，使管理者能够根据终端显示的信息及时排除故障。

本实用新型提供一种基于智能插座的智能家居系统，包括至少一上述的智能插座、与智能插座进行通信的网关、与网关进行通信的云服务器以及终端；智能插座的控制模块将继电器和/或外部负载的工作状态的信息通过通信单元发送至网关，网关通过云服务器将所述信息反馈至终端，终端对信息进行显示，以便将继电器和/或负载的工作状态及时反馈至终端，进而便于管理者监管，使管理者能够根据终端显示的信息及时排除故障。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并于说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是本实用新型在一实施例中负载检测电路连接至火线、零线的结构示意图。

图2是在另一实施例中负载检测电路连接至火线、零线的结构示意图。

图3是第一电压取样单元的内部电路与负载、数模采样电路连接的示意图。

图4是第二电压取样单元的内部电路与火线、数模采样电路连接的示意图。

图5是本实用新型的负载检测电路还包括滤波单元的结构框图。

图6是本实用新型的负载检测电路还包括通信单元的结构框图。

图7是本实用新型基于智能开关的智能家居系统的结构框图。

图8是本实用新型基于智能插座的智能家居系统的结构框图。

具体实施方式

为了进一步说明本实用新型的原理和结构，现结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种负载检测电路，该负载检测电路10包括继电器11、电压取样单元12、控制模块13和负载取样单元14。该负载检测电路10 可以用于智能开关中，也可以用于智能插座中。当智能开关或智能插座接入市电时，继电器11连接在外部负载21和火线之间。电压取样单元12用于对继电器两端的电压进行取样，以拉低继电器两端的电压值，使得其输出电压能够与控制模块13逻辑兼容。控制模块13电连接电压取样单元12和继电器11，以获取继电器两端的电压信号，控制模块13根据发出的继电器控制信号与获取的继电器两端电压信号的对应关系，判断出继电器的工作状态。即当控制模块13发出控制信号是控制继电器闭合的信号时，若检测到继电器两端的电压值相同，则判断出继电器非正常工作，相反，若检测到继电器两端的电压值不同，则判断出继电器正常工作，由此，通过控制模块发出的控制信号与继电器两端的电压信号是否相对应，获得继电器的是否正常的工作状态。所述控制模块可以是单片机或DSP。

负载取样单元14连接在继电器11和火线之间，负载取样单元14的输入端和输出端均连接至控制模块13，控制模块根据负载取样单元14两端的电压，得到负载的工作状态。即在继电器闭合的状态下，若检测到负载取样单元14两端的电压值不同，则判断出负载正常工作，若检测到负载取样单元两端的电压值相同，则判断出负载非正常工作。

结合图2所示，电压取样单元12包括第一电压取样单元121和第二电压取样单元122。控制模块13包括模数采样单元131和微处理器132，模数采样单元131电连接微处理器132。模数采样单元131和微处理器132可以是两个独立的芯片，也可以集成在一个芯片中，例如，集成在一个单片机芯片或DSP芯片中。

第一电压取样单元121的输入端与继电器11的其中一端电连接，以对继电器11其中一端的电压进行取样，第一电压取样单元121的输出端与模数采样单元131电连接；

第二电压取样单元122的输入端与继电器11的另一端电连接，以对继电器 11另一端的电压进行取样，第二电压取样单元122的输出端与模数采样单元131 电连接。

模数采样单元131对第一电压取样单元121和第二电压取样单元122输出的电压模拟信号转换为数字信号，并将转换后的数字信号输入至微处理器132 中，由微处理器132对接收的数字信号进行处理、计算和比较。

进一步，如图3所示，第一电压取样单元121包括与负载21(或继电器11 的其中一端)连接的第一电阻R1和与第一电阻R1串联连接的第二电阻R2。第一电阻R1与负载21连接的其中一端为输入端，第一电阻R1与第二电阻R2连接的另一端为输出端。第二电阻R2的其中一端与第一电阻R1连接，第二电阻 R2的另一端接地。第一电阻R1为输出端的另一端与模数采样单元131电连接。

类似地，如图4所示，第二电压取样单元122包括与负载取样单元14连接的第一电阻R1和与第一电阻R1串联连接的第二电阻R2。第一电阻R1与负载取样单元14连接的其中一端为输入端，第一电阻R1与第二电阻R2连接的另一端为输出端。第二电阻R2的其中一端与第一电阻R1连接，第二电阻R2的另一端接地。第一电阻R1为输出端的另一端与模数采样单元131电连接。

当继电器11断开时，第一电压取样单元121和第二电压取样单元122输出的电压值不相同；当继电器11断开时，第一电压取样单元121和第二电压取样单元122输出的电压值相同。因此，通过检测第一电压取样单元121和第二电压取样单元122输出的电压值，可检测出继电器11的通、断状态。

第一电压取样单元121和第二电压取样单元122获取继电器11两端的电压信号，经模数采样单元131转换为数字信号后，输入至微处理器132。微处理器 132根据发出的继电器控制信号与获取的继电器11两端电压信号的对应关系，判断出继电器的工作状态。

负载取样单元14的一端连接火线，另一端连接第二电压取样单元122(或继电器11的一端)。负载取样单元14的两端还分别连接至数模采样电路131的两输入端，数模采样电路131采集负载取样单元14两端的电压，并将负载取样单元14两端的模拟电压信号转变为数字电压信号后发送至微处理器132。微处理器132根据负载取样单元14两端的电压，得到负载的工作状态。该负载取样单元14可为高精度的取样电阻。

在进行故障排除时，先对继电器11的工作状态进行检测，判断继电器11 是否正常工作。具体而言，微处理器132通过拉高或拉低IO口的电平控制继电器11的通断。例如，微处理器132输出高电平，继电器11闭合，微处理器132 输出低电平，继电器11断开。微处理器132通过比较第一电压取样单元121与第二电压取样单元122输出的电压值(即检测继电器11两端的电压值)，获取继电器11的通、断状态的信息。并判断获取的继电器11的通、断状态的信息与微处理器132输出的继电器控制信号是否相对应，若相对应，则继电器处于正常工作状态，若不相对应，则继电器处于非正常工作状态，如此，获取继电器11的工作状态。具体的，当微处理器132输出的继电器控制信号是控制继电器闭合高电平时，若检测到继电器两端的电压值均为高电平，则继电器处于闭合状态，继电器11正常工作；若检测到继电器两端的电压值一高一低，则继电器处于断开状态，继电器11工作不正常。反之亦然。

在继电器正常的情况下，对负载的是否正常的工作状态进行检测。具体的，在继电器11处于闭合的状态下，通过模数采样单元131采集负载取样单元14 两端的电压值，若检测到负载取样单元14两端的电压差值为0，则负载未正常工作；若检测到负载取样单元14两端的电压差值不为0，则负载正常工作。

因此，通过对继电器11和负载21工作状态的检测，能够及时得到继电器或负载是否正常的信息。

进一步，如图5所示，负载检测电路10还包括滤波单元17，第一电压信样单元121、第二电压取样单元122和负载取样单元14通过滤波单元17与模数采样单元131电连接。第一电压取样单元121、第二电压取样单元122输出的电压信号和负载取样单元14两端的电压信号经滤波单元17滤波后，再通过模数采样单元131转换为数字信号后，发送至微处理器132进行处理。其中，该滤波单元17可以是由电容和电阻并联构成的滤波电路，也可以是滤波芯片。模数采样单元17可以是ADC芯片。

进一步，如图6所示，负载检测电路10还包括通信单元18，通信单元18 与微处理器132电连接，通信单元18通过无线通信方式与外部网关进行通信。该通信单元18包括ZIGBEE通信单元、蓝牙通信单元、NFC通信单元、红外通信单元和WIFI通信单元中至少一种。

本实用新型另提供一种智能开关，该智能开关包括壳体以及位于该壳体内上述负载检测电路。

本实用新型又提供一种智能插座，该智能插座包括壳体以及位于该壳体内上述负载检测电路。

结合图7所示，本实用新型提供一种基于智能开关的智能家居系统100，该智能家居系统100包括至少一上述智能开关1、与智能开关1进行通信的网关 20、与网关20进行通信的云服务器30以及终端40。

智能开关1的控制模块13将检测到的各继电器和/或外部负载的工作状态的信息通过通信单元18发送至网关20，网关20通过云服务器30将该信息反馈至终端40，以便管理者对智能开关1和负载21的工作状态进行监控。

在一具体实施例中，负载21可以是分布在楼宇各层中的照明灯，智能开关分布在楼宇各个楼层的楼道或房间中，用于控制各照明灯的通、断。各智能开关能够自动检测继电器和继电器所控制的照明灯的工作状态，并将检测到的工作状态通过ZIGBEE、蓝牙或WIFI的通信网络发送网关20，网关20通过WIFI 通信网络发送至云服务器30(或云)，云服务器30再通过移动通信网络或WIFI 发送至终端40，终端40将智能开关检测到的继电器和照明灯的工作状态信息进行显示，方便相关的管理者对整栋楼宇的所有照明灯和智能开关进行监管，并且方便管理者及时获知智能开关或负载是否出现故障，以及时进行故障排除。

结合图8所示，本实用新型提供一种基于智能插座的智能家居系统200，该智能家居系统200包括至少一上述智能插座2、与智能开关2进行通信的网关 20、与网关20进行通信的云服务器30以及终端40。

智能插座2的控制模块13将检测到的各继电器和/或外部负载的工作状态的信息通过通信单元18发送至网关20，网关20通过云服务器30将该信息反馈至终端40，以便管理者对智能插座2和负载21的工作状态进行监控。

以上仅为本实用新型的较佳可行实施例，并非限制本实用新型的保护范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本实用新型的保护范围内。