一种防触电插座的制作方法

1.本实用新型涉及一种插座，具体而言，涉及一种防触电插座。


背景技术：

2.插座是人们日常生活和工业生产中最常用到的电气元件，它能够完成市电电压到用电设备的电能交接，插座的安全直接关系到用电安全。
3.人体电阻的大小是影响触电后人体受到伤害程度的重要物理因素。人体电阻由(体内电阻)和(皮肤)组成，体内电阻基本稳定，约为500ω。接触电压为220v时，人体电阻的平均值为1900ω；接触电压为380v时，人体电阻降为1200ω。经过对大量实验数据的分析研究确定，人体电阻的平均值一般为2000ω左右，而在计算和分析时，通常取下限值1700ω。
4.目前我国安全电压标准规定的交流电安全电压等级:
5.1、42伏(空载上限小于等于50伏)可供有触电危险的场所使用的手持式电动工具等场合下使用；
6.2、36伏(空载上限小于等于43伏)，可在矿井、多导电粉尘等场所使用的行灯等场合下使用；
7.3、24伏、12伏、6伏(空载上限分别小于或等于29伏、15伏、8伏) 三档可供某些人体可能偶然触及的带电体的设备选用。
8.现有的插座大多是将插座内的电极触片与电源线直接连接，在使用时通过电器的插头直接与电极触片接触达到连通电源的目的。这种插座由于电极触片始终带电，使得插头在拔出或插入的过程中，插头上的插脚也会带电，而插脚在插头未完全插入插座或未完全拔出插座时是暴露在外，容易被人手直接或间接碰到，造成触电事故。现有技术中为解决插座的防触电问题通常利用简单的机械原理在插孔处加入保护盖，使插孔在插脚拔出后自动闭合，但这种防触电方法存在不少弊端，如插脚插入插座时会极为不顺畅、多次插拔插脚极易损坏保护盖的机械寿命、保护盖掉落会堵塞插孔影响使用、在插头插入插孔的时候无法防触电保护，带来插座使用寿命缩减、用户体验差、用电不安全等问题。
9.因此，需要一种安全、智能的防触电插座，来解决插座带来的用电安全问题。


技术实现要素：

10.基于现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种防触电插座。具体技术方案如下所示：
11.一种防触电插座，包括壳体和设置在所述壳体中的电路单元，所述电路单元包括主电路、主电路隔离模块、为所述主电路隔离模块提供驱动的第一驱动模块、隔离电压检测模块、主控模块和为所述主控模块供电的供电模块；所述主电路包括输入端和输出端，所述主电路隔离模块设置在所述输入端和所述输出端之间；所述第一驱动模块分别连接所述主控模块和所述主电路隔离模块，所述隔离电压检测模块分别连接所述主电路和所述主控模块，所述隔离电压检测模块用于检测所述主电路的电压参数并将所述电压参数传递给所述
主控模块；所述主控模块用于根据所述电压参数控制所述第一驱动模块，进而控制所述主电路隔离模块。
12.进一步，还包括检测隔离模块和检测模块，所述检测模块分别连接所述主控模块和所述检测隔离模块，所述检测隔离模块连接所述输出端；所述检测隔离模块用于输出第一弱电检测所述输出端负载，所述检测模块用于输出第二弱电对所述输出端负载进行警告处理。
13.进一步，还包括隔离电流检测模块，所述隔离电流检测模块分别连接所述主电路和所述主控模块。
14.更进一步，所述主电路隔离模块上设置有继电器，所述第一驱动模块上设置有继电器驱动电路，所述继电器驱动电路分别连接所述继电器和所述主控模块。
15.更进一步，所述主电路隔离模块包括第一继电器和第二继电器；所述第一继电器的一个常开触点与所述输入端的火线连接，另一个常开触点与所述输出端的火线连接；所述第二继电器的一个常开触点与所述输入端的零线连接，另一个常开触点与所述输出端的零线连接。
16.更进一步，所述检测隔离模块上设置有中间继电器和中间继电器驱动电路，所述中间继电器驱动电路分别连接所述中间继电器和所述主控模块。
17.更进一步，所述检测隔离模块包括第一中间继电器和第二中间继电器，以及为所述第一中间继电器提供驱动的第一中间继电器驱动电路和为所述第二中间继电器提供驱动的第二中间继电器驱动电路；所述第一中间继电器的一个常开触点依次连接第一电阻和所述检测模块，在所述第一电阻与常开触点之间并联接入第二电阻，所述第二电阻串联电容并接地，另一个常开触点与所述主电路连接，线圈的一端与所述第一中间继电器驱动电路连接，线圈的另一端连接第一保护电阻并接入所述第一弱电；所述第二中间继电器的一个常开触点连接第三电阻并接地，在所述第三电阻和常开触点之间并联接入第四电阻，所述第四电阻连接电容并接地，另一个常开触点与所述主电路连接，线圈的一端与所述第二中间继电器驱动电路连接，线圈的另一端连接第二保护电阻并接入所述第一弱电。
18.更进一步，所述检测模块包括第一晶体管和第二晶体管；所述第一晶体管的集电极依次连接所述第一电阻和所述第一中间继电器的一个常开触点，发射极依次连接第五电阻和基极，并接入所述第二弱电；所述第二晶体管的基极依次连接第六电阻和所述主控模块，发射极接地，集电极依次连接第七电阻和所述第一晶体管的基极。
19.特别地，所述隔离电压检测模块上设置有光耦隔离电路，和/或所述隔离电流检测模块上设置有霍尔传感器。
20.特别地，所述第一弱电的电压范围包括不超过5v，所述第二弱电的电压包括6v、12v、24v、36v或42v。
21.本实用新型具有如下有益效果：
22.本实用新型根据现有技术的不足，提出一种防触电插座。通过继电器作为强电开关，能有效断开和导通插座的主电路；通过设置隔离电流检测模块和隔离电压检测模块，实时监测插座电路的电流参数和电压参数；通过设置检测模块和检测隔离模块，对输出端负载的情况进行检测，当有人体接触插座时，断开主电路，避免触电事故的发生；通过弱电对输出端负载进行检测和识别，既能保证对接触插座的人体起驱逐警示作用，又保护插座和
负载的安全。
23.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1是本实用新型实施例提出的防触电插座的模块图；
26.图2是本实用新型实施例提出的主电路隔离模块电路图；
27.图3是本实用新型实施例提出的第一驱动模块电路图；
28.图4是本实用新型实施例提出的主控模块电路图；
29.图5是本实用新型实施例提出的供电模块电路图；
30.图6是本实用新型实施例提出的隔离电流检测模块电路图；
31.图7是本实用新型实施例提出的检测隔离模块电路图；
32.图8是本实用新型实施例提出的检测模块电路图；
33.图9是本实用新型实施例提出的隔离电压检测模块电路图；
34.图10是本实用新型实施例提出的防触电插座的检测流程图。
35.附图标记：1
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主电路；2
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主电路隔离模块；3
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第一驱动模块； 4
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隔离电压检测模块；5
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主控模块；6
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供电模块；7
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检测隔离模块； 8
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检测模块；9
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隔离电流检测模块；11
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输入端；12
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输出端。
具体实施方式
36.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
37.实施例1
38.针对现有技术的不足，本实施例提供了一种防触电插座，具体方案如下：
39.一种防触电插座，包括壳体和设置在壳体中的电路单元，电路单元包括主电路1、主电路隔离模块2和为主电路隔离模块2提供驱动的第一驱动模块3。其中，主电路1包括输入端11和输出端12，输入端11包括常见的交流电输入电源，输出端12包括插座上的各插孔，主电路隔离模块2设置在输入端11和输出端12之间。第一驱动模块3与主电路隔离模块2连接，为主电路隔离模块2提供驱动。还包括隔离电压检测模块4、主控模块 5和为主控模块5供电的供电模块6。隔离电压检测模块4用于检测主电路 1的电压参数，并将电压参数传递给主控模块5。主控模块5是核心的控制模块，根据隔离电压检测模块4采集的电压参数，判断插座是否有负载工作，通过控制第一驱动模块3，进而控制主电路隔离模块2的运行，实现主电路1的导通和断开。供电模块6为整个检测电路，包括主控模块5、隔离电压检测模块4提
供电能。模块示意图如说明书附图1所示。
40.具体地，主电路隔离模块2设置在主电路1的输入端11和输出端12 之间，是本实施例的核心设计，用来控制主电路1的导通和断开。优选地，主电路隔离模块2上设置有继电器，第一驱动模块3上设置有继电器驱动电路。主电路隔离模块2主要是利用继电器强隔离作用，切断和接通主电路1的输出供电，实现插座输出的安全管控。特别地，主电路隔离模块2 包括第一继电器k2和第二继电器k4。第一继电器k2和第二继电器k4都设置有两个常开触点，第一继电器k2的一个常开触点与主电路1输入端 11的火线连接，另一个常开触点与主电路1输出端12的火线连接，第二继电器k4的一个常开触点与主电路1输入端11的零线连接，另一个常开触点与主电路1输出端12的零线连接。第一继电器k2的线圈一端与第一驱动模块3连接，另一端与5v的电压源连接，并在线圈与电压源之间串联有一个1k的保护电阻r2。第二继电器k2的线圈两端的连接方式与第一继电器k2的两端的连接方式相同。第二继电器k4的线圈一端与第一驱动模块 3连接，另一端与5v的电压源连接，并在线圈与电压源之间串联有一个1k 的保护电阻r6。主电路隔离模块2的电路如说明书附图2所示。此外，在输出端12火线的位置设置有两个检测点，用于检测电路的电流参数。第一继电器k2和第二继电器k4受第一驱动模块3的控制，若第一驱动模块3 停止提供驱动电流，则第一继电器k2和第二继电器k4停止工作，触点保持常开状态，主电路1的火线和零线断开，插座处于安全无电的状态。
41.具体地，第一驱动模块3与主电路隔离模块2连接，为主电路隔离模块2提供驱动。第一驱动模块3包括第一继电器驱动单元和第二继电器驱动单元，两个驱动单元分别为主电路隔离模块2的两个继电器提供驱动。第一继电器驱动单元上设置有场效应管q1，场效应管q1的漏极与第一继电器k2的线圈的一端连接，源极和栅极之间串有一个100k的保护电阻 r12，源极接地，栅极连接主控模块5。第二继电器驱动单元上设置有场效应管q2，场效应管q2的漏极与第二继电器k4的线圈的一端连接，源极和栅极之间串有一个100k的保护电阻r9，源极接地，栅极连接主控模块5。第一驱动模块3电路图如说明书附图3所示。主控模块5通过控制场效应管的通断实现驱动电流的通断，进而实现通过驱动电流控制主电路隔离模块2。
42.具体地，主控模块5是核心的控制模块，根据各模块采集的信息，对电路单元进行综合的判断和处理。主控模块5上设置有单片机，可根据各模块采集到的信息对电路单元的状态进行判断，下达最终指令。在本实施例中，选用jxy
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fc10lv16nsop型号的单片机，单片机各引脚如说明书附图4所示。在本实施例中，主控模块5分别连接隔离电压检测模块4和第一驱动模块3，根据隔离电压检测模块4传递的电压参数，对主电路1的运行情况进行判断，再通过控制第一驱动模块3进而控制主电路隔离模块2，实现完整的闭环控制。
43.具体地，供电模块6连接主控模块5，为检测电路提供电能。供电模块 6主要是利用变压器隔离降压，来实现后级电路的供电，供电模块6的电路图如说明书附图5所示。供电模块6上设置有整流滤波电路，通过整流电路把交流电能转换为直流电能，滤波电路设置在整流电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。供电模块6 为主控模块5提供电能，选择不同的隔离电流检测模块9，供电模块6也适应性地选择是否为隔离电压检测模块4供电。此外，供电模块6上还设置有配电保护电路，为电路提供全方位的保护。
44.具体地，隔离电压检测模块4连接主电路1和主控模块5，用于检测主电路1电压参数，并传递给主控模块5，主控模块5判断电压参数是否在正常范围。隔离电压检测模块4设置有光耦隔离电路，如说明书附图6所示。隔离电压检测模块4主要是利用光耦隔离电路检测主电路1的电压参数是否符合输出条件，一般来讲，电压参数范围包括100
‑
240v。
45.本实施例提供了一种防触电插座，通过主控模块5控制继电器，实现插座主电路1的导通和断开。通过隔离电压检测模块4检测主电路1的电压参数，若电压参数异常，则主控模块5控制主电路隔离模块2断开主电路1，关闭零线和火线的输出，确保插座安全。本实施例利用继电器作为隔离切换强电的开关，在检测插座电压异常的时候，关闭零线和火线的输出，确保插座用电安全。
46.实施例2
47.本实施例在实施例1的基础上，加入检测模块8和检测隔离模块7，检测插座是否有人接触，有效保护用电设备和人体安全。具体方案如下：
48.本实施例在实施例1的基础上，加入检测模块8和检测隔离模块7。检测隔离模块7分别连接主控模块5、检测模块8和主电路1，检测模块8连接主控模块5。
49.具体地，检测隔离模块7主要用于在主电路1断开时输出第一弱电检测输出端12的负载，以及在主电路1导通时断开检测输出端12负载的电路。第一弱电的电压不超过5v，优选地，本实用新型选用5v的第一弱电检测输出端12负载。检测隔离模块7上设置有继电器，包括第一中间继电器k1和第二中间继电器k3，因此本实施例还包括设置在检测隔离模块7 上的第二驱动模块，第二驱动模块与第一驱动模块3结构相同，采用两个场效应管分别对两个中间继电器进行驱动。第一中间继电器k1和第二中间继电器k3都设置有两个常开触点。第一中间继电器k1的一个常开触点依次连接第一电阻r1和检测模块8，在第一电阻r1与常开触点之间并联接入第二电阻r3，第二电阻r3串联电容并接地，另一个常开触点与主电路1 连接，具体为与输出端12的火线连接；线圈的一端与第二驱动模块连接，另一端与5v的电压源连接，并串有一个1k的第一保护电阻r2。第二中间继电器k3的一个常开触点连接第三电阻r5并接地，在第三电阻r5和常开触点之间并联接入第四电阻r7，第四电阻r7连接电容并接地，另一个常开触点与主电路1连接，具体为与主电路1输出端12的零线连接；第二中间继电器k3的线圈的一端与第二驱动模块连接，另一端与5v的电压源连接，并串有一个1k的第二保护电阻r6。检测隔离模块7的电路图如说明书附图7所示。检测隔离模块7主要利用继电器的隔离作用，在主电路1 断开的时候，对主电路1的负载状况进行检测；在主电路1导通的时候，断开检测电路，保证检测电路不会影响插座的正常运行。
50.具体地，检测模块8用于通过弱电对输出端12的负载进行测试和识别。检测模块8包括第一晶体管q5和第二晶体管q6。第一晶体管q5的集电极依次连接第一电阻r1和第一中间继电器k1的一个常开触点，发射极依次连接第五电阻r17和基极，并接入第二弱电，第二弱电电压包括6v、12v、 24v、36v或42v，优选地，本实施例选用36v弱电；第二晶体管q6的基极依次连接第六电阻r19和主控模块5，发射极接地，集电极依次连接第七电阻r18和第一晶体管q5的基极。检测模块8的电路图如说明书附图8 所示。检测模块8利用弱电对输出端12的负载进行电器与人体识别，通过将负载电阻与人体电阻对比，判断输出端12是否有人体接触，进而识别是否有人手接触插座；特别地，在识别到负载不是人体后，检测模块8先进行第二弱电输出，既能驱逐接触的人体，避免主控模块5未能正确识别人体，又能确认外部负
载接入的时候是否存在短路或过载。采用36v的安全电压进行弱电输出，不会对人体造成损伤，却能起到警示人体的作用。在未通强电前，即可通过弱电检测插座是否短路或者过载，防止电器短路或者过载导致损坏。
51.此外，本实施例的防触电插座还包括隔离电流检测模块9。隔离电流检测模块9连接主电路1和主控模块5，用于检测主电路1的电流参数，并将电流参数传递给主控模块5。在本实施例中，隔离电流检测模块9包括霍尔传感器，霍尔传感器具有精度高、线性度好的特点，且具有较强的抗磁场干扰能力。隔离电流检测模块9主要利用霍尔传感器来隔离并检测主电路1 中流过的电流，判断插座是否有输出；当检测到主电路1没有电流或者电流接近零的时候，主控模块5控制主电路隔离模块2隔离主电路1，关闭零线和火线的输出，全方位确保插座安全，解决了插座在无负载工作时候也带电的弊端，在无负载情况下完全切断主电路1输出。本实施例优选的霍尔传感器为mt9221，隔离电流检测模块9的电路图如说明书附图9所示。完整的模块示意图如说明书附图1所示。
52.本实施例在实施例1的基础上加入检测模块8和检测隔离模块7，利用弱电对输出端12负载进行检测和识别。通过检测隔离模块7检测输出端12 的负载，主控模块5将负载信息与人体电阻对比，判断输出端12是否有人体接触，若有人体接触，则主控模块5断开主电路1，若无人体接触，则主控模块5控制检测模块8输出第二弱电对负载进行警示，防止主控模块5 对人体识别判断失败而产生触电意外。此外还加入了隔离电流检测模块9，用于检测主电路1的电流参数，若电流参数异常，则主控模块5断开主电路1。
53.在主电路1的输入端11和输出端12之间设置有主电路隔离模块2，控制主电路1的导通和断开。第一驱动模块3为主电路隔离模块2提供驱动，主控模块5通过控制第一驱动模块3的运行，进而控制主电路隔离模块2，实现主控模块5控制主电路1的导通和断开。在输入端11和主电路隔离模块2之间设置有隔离电流检测模块9和隔离电压检测模块4，隔离电流检测模通过霍尔传感器检测主电路1的电流参数，并将电流参数传递给主控模块5；隔离电压检测模块4通过光耦隔离电路检测主电路1的电压参数，并将电压参数传递给主控模块5；主控模块5根据电流参数和电压参数判断主电路1的运行状态，下达指令控制主电路1的断开和闭合。在输出端12和主电路隔离模块2之间设置有检测隔离模块7，检测隔离模块7在主电路1 断开时检测输出端12的负载情况，在主电路1导通时断开检测电路。主控模块5根据检测隔离模块7对负载的检测情况，识别输出端12的负载是否是人体，在识别到有负载后，先进行弱电输出，驱逐接触的人体。
54.隔离电压检测模块4检测主电路1的电压参数，若电压参数在正常范围内，则主控模块5判断插座运行正常，若电压参数不在正常范围内，则主控模块5判断插座运行不正常，此时主控模块5控制第一驱动模块3停止为主电路隔离模块2提供驱动电流，主电路隔离模块2的继电器没有驱动电流无法工作，触点保持常开状态，主电路1的零线和火线都处于断开状态，插座停止工作。
55.检测隔离模块7在主电路1导通时，断开检测电路；在主电路1断开时，对主电路1的负载情况进行检测，并将负载信息传递给主控模块5，主控模块5将负载信息和人体电阻范围进行对比。若负载信息在人体阻值范围内，则主控模块5判断输出端12有人体接触，此时主控模块5控制第一驱动模块3停止为主电路隔离模块2提供驱动电流，主电路隔离模块2的继电器没有驱动电流无法工作，触点保持常开状态，主电路1的零线和火线都处于断开状
态，插座停止工作。利用常规的人体电阻识别，可有效判断是否有人体接触插座。反之，则主控模块5先控制检测模块8输出第二弱电，对输出端12的负载进行警告处理。输出弱电既能起到驱逐警示的作用，又确认外部负载接入的时候电路单元是处在正常情况还是异常情况，异常情况包括短路、过载等。在识别到有负载后，利用36v弱电进行警告驱逐，驱逐接触的人体，防止主控模块5未识别出人体而造成的触电意外。
56.在具体应用中，方法的具体流程包括：隔离电压检测模块4检测主电路1的电压参数，将电压参数传递给主控模块5，主控模块5判断电压参数是否异常。若电压参数异常，则主控模块5控制断开主电路1。若电压参数正常，则检测隔离模块7输出第一弱电检测输出端12是否存在负载。若输出端12不存在负载，则主控模块5断开主电路1。若输出端12存在负载，则检测隔离模块7通过第一弱电检测输出端12的负载信息，并将输出信息传递给主控模块5。主控模块5将负载信息与人体阻值范围进行比对，若负载信息在人体阻值范围内，则主控模块5判断输出端12存在人体接触，断开主电路1。若负载信息不在人体阻值范围内，则主控模块5控制检测模块 8输出第二弱电对输出端12的负载进行警告处理。警告处理后，间隔3秒，检测隔离模块7识别输出端12是否还存在负载，若输出端12不存在负载，则主控模块5判断输出端12之前存在人体接触，主控模块5断开主电路1。若输出端12存在负载，则主控模块5判断输出端12无人体接触，此时检测模块8断开检测输出端12负载的电路，主电路1导通。隔离电流检测模块9检测主电路1的电流参数，并将电流参数传递给主控模块5，主控模块 5判断电流参数是否正常。若电流参数异常，则主控模块5断开主电路1，若电流参数正常，则主电路1保持导通状态。完整的控制流程图如说明书附图10所示，第一弱电优选5v，第二弱电优选36v。
57.本实施例在实施例1的基础上加入检测模块和检测隔离模块，利用弱电对输出端负载进行检测和识别。通过检测隔离模块检测输出端的负载，主控模块将负载信息与人体电阻对比，判断输出端是否有人体接触，若有人体接触，则主控模块断开主电路，若无人体接触，则主控模块控制检测模块输出第二弱电对负载进行警示，防止主控模块对人体识别判断失败而产生触电意外。此外还加入了隔离电流检测模块，用于检测主电路的电流参数，若电流参数异常，则主控模块断开主电路。
58.本实用新型提供了一种防触电插座。通过继电器控制插座主电路的断开和导通，主控模块根据各模块汇集的信息，判断插座存在的问题做出相应的处理，能够有效减少触电事故的发生，使插座的控制方法更加智能化；通过隔离电流检测模块和隔离电压检测模块，能有效获取插座的电流信息和电压信息，检测到主电路没有电流或者电流接近零的时候，关闭零线和火线的输出，实现插座无工作状态下不带电，确保插座用电安全；通过弱电进行驱逐警告，既不会对人体造成损伤，又能避免用户触电；通过检测模块和检测隔离模块，有效提高了主控模块对人体电阻的识别和判断，减少触电事故的发生。
59.本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
60.本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
61.上述本实用新型序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。
62.以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施场景，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。