专利名称：智能安全插座及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种插座安全装置，尤其涉及一种智能安全插座及其控制方法。
背景技术：
目前广泛应用与家庭和办公场所的用电设备一般都要经过插座装置连接到电源上，很多电器关机后并没有真正切断电源，只是处于待机状态，仍然会消耗不少电能。以一个家庭为例，在关闭开关却插着插头的待机状态下，常用家电的待机能耗功率分别为空调3. 47瓦，洗衣机2. 46瓦，电冰箱4. 09瓦，微波炉2. 78瓦，抽油烟机6. 06 瓦，电饭煲19. 82瓦，彩电8. 07瓦，录像机28瓦，DVD机13. 37瓦，V⑶机10. 97瓦，音响功放12. 35瓦，手机充电器I. 34瓦，显示器7. 69瓦，PC主机35. 07瓦，传真机5. 71瓦，打印机9. 08瓦。把这些功耗加起来，相当于在不工作的时候，这些家电一天就要耗电4度。由此可见，减少电器的待机功耗，已是一个不可忽略的节电因素。此外，用电设备的长时间待机还会产生如下安全问题I.遭受雷击一旦雷电侵入低压电网，待机电器就因雷击过电压而严重损坏；2.意外过电压击穿烧毁电器当电源电压因故障、因连接错误、因操作错误等原因突然升高(出现过电压)时，“待机”电器就会直接被击穿，甚至烧毁引发火灾；3.产生微弱电磁场而造成辐射伤害例如电视机处于“待机”状态，特别是只用遥控器关机时，还有一部分电路是仍在继续工作，可产生较微弱的电磁场，时间长了，也会产生辐射积累；4.电器电源不切断，则电器内部长期带电，使电子器具长期处于疲劳，缩短使用寿命，甚至降低绝缘等级。为解决上述耗电及安全问题，已有人设计出了一种智能插座，如201010583103. 7 号发明专利公布的一种智能插座，当主控插座所接电器当前电流低于存储在存储单元正常工作电流时，会自动切断接在受控插座的电源，但是这种插座的存在以下不足I.灵敏度不高，只检测主控插座用电器的电流值，当电网电压波动较大时，影响到功率值的计算，造成误判。2.检测功率时不区分有功功率和无功功率。3.主控插座用电器通用性差。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明提供了一种安全性好、灵敏度高的智能安全插座及其控制方法，用于同时检测主控插座用电器电流和电压，检测主控插座用电器有效功率，当主控插座上用电器当前功率低于其正常工作功率一定值时，自动切断受控插座电源， 达到节约电能和用电安全的效果。本发明实施例具体技术方案如下一种智能安全插座，包括主控插座、受控插座、控制电源、电流采样单元、电压采样单元、功率计量处理单元、中央控制单元以及继电器电源和开关控制单元；其特征在于 所述电流采样单元分别与零线及主控插座连接；所述电压采样单元与火线相连；电流采样单元和电压采样单元分别与功率计量处理单元相连接；所述中央控制单元与功率计量处理单元连接；所述开关控制单元与中央控制单元连接；所述受控插座与开关控制单元连接， 所述继电器电源与开关控制单元相连接。进一步的，所述电流采样单元由一个高精度，超低阻值，大功率合金电阻和一低通滤波器组成；所述合金电阻一端与零线连接，另一端与主控插座连接，用于实现对主控插座电流的高精度采样。进一步的，所述电压采样单元由一个取样电阻和一个低通滤波器组成，所述取样电阻一端与火线连接，另一端与主控插座连接，用于实现对主控插座电压的采样，所述低通滤波器与功率计量处理单元连接。进一步的，所述功率计量处理单元采用专业级的功率计量芯片，电流采样单元和电压采样单元所得的电压信号经功率计量处理单元得到一组频率与功率成正比的矩形脉冲信号，用于实现高精度的有功功率计量。进一步的，所述继电器电源独立设置在智能安全插座上，与开关控制单元相连接， 并用于降低智能安全插座的待机功耗。进一步的，所述开关控制单元包括一个双向可控硅，所述双向可控硅的G极与中央控制单元相连，Tl极直接接地，T2极与整流桥AC端连接，电容与电阻串联后与可控硅Tl 和T2端相并联，所述整流桥正极端与一电感相连，所述电感与一继电器线圈端相连，所述继电器线圈的另一端与整流桥的负极端相连，一电容并联于所述继电器线圈两端，与继电器线圈配合的常开辅助触点的一端与相线连接，另一端与受控插座连接。作为优选，所述中央控制单元还连接有设置按键、状态指示灯和功率校验电路。作为优选，所述设置按键用于切换智能安全插座的状态，分为设置模式和工作模式；所述设置模式下可设置受控插座启动和关闭的功率值。本发明实施例还公开了一种智能安全插座的控制方法，包括如下过程I、接入市电电源并在主控插座接入主机，在受控插座接入外围用电电器；2、主控插座上主机进入待机状态；3、长按设置按键，进入设置模式，状态指示灯闪烁，电流采样单元和电压采样单元把当前检测到的主机工作电流和工作电压信号传送到功率计量处理单元，经功率计量处理单元运算转换后得到一组代表功率值的矩形脉冲信号并传送到中央控制单元，中央控制单元读取该脉冲信号并按权利要求9所述的功率计算方式进行计算得到启动功率和关闭功率两个功率值，将其保存在存储单元后自动退出设置模式，转入工作模式；4、电流采样单元和电压采样单元实时检测主机工作电流和工作电压，经功率计量处理单元运算处理后得到一组代表功率值的矩形脉冲信号传送给中央控制单元，中央控制单元实时将该功率值与存储单元内的启动功率和关闭功率进行比较分析，若主机功率值> 存储单元内的启动功率值，则中央控制单元就发出导通指令，通过开关控制单元控制受控插座导通通电，状态指示灯点亮；若主机功率值<存储单元内的关闭功率值，则中央控制单元就发出关闭指，受控插座继续关闭断电，状态指示灯继续熄灭；若主机功率值小于存储单元内的启动功率值又大于存储单元内的关闭功率值，则中央控制单元发出保持当前状态
5不变的指令；5、受控插座通电导通后，电流采样单元和电压采样单元继续实时检测主机工作电流和工作电压，经功率计量处理单元运算处理后得到一组代表功率值的矩形脉冲信号传送给中央控制单兀，中央控制单兀继续实时将该功率值与存储单兀内的启动功率和关闭功率进行比较分析，若主机功率值<存储单元内的关闭功率值，则中央控制单元就发出关闭指令，通过开关控制单元控制受控插座关闭断电，状态指示灯关闭；若主机功率值>存储单元内的启动功率值，则中央控制单元就发出启动指令，受控插座继续导通通电，状态指示灯继续点亮；若主机功率值小于存储单元内的启动功率值又大于存储单元内的关闭功率值，则中央控制单元发出保持当前状态不变的指令；6、如果步骤4中受控插座与相线的连接被切断，则返回执行步骤4 ;7、如果更换连接在主控插座上的主机，则返回执行步骤2。从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点本发明的智能插座设置有主控插座和受控插座，当主控插座所接用电器正常工作或关机、待机时，可控制受控插座的接通与断电，节约电能，延长用电器的适用寿命，提高使用的安全性，本发明内置功率校验电路，确保了测量的精准度，而且还设置有存储单元、设置按键，通过该两模块与功率计量转换单元、中央控制单元及开关控制单元相配合，只要检测到主控插座即时功率低于等于存储在存储单元的主控插座关闭功率，中央控制单元就通过开关控制单元切断受控插座与相线的连接，灵敏度高；此外本发明还设置有防雷指示灯、 电源指示灯和状态指示灯以随时显示插座的工作状态；此外，还设置有防雷模块和不受主控开关控制的普通接口，以到达保护用电设备，增强插座本身的使用安全性、实用性及设计的完整度。
图I是本发明实施例电路连接框图；图2是本发明实施例电路原理图；其中1-主控插座、2-普通插座、3-受控插座、4-电流采样单元、5-电压采样单元、51-取样电阻、52-低通滤波器、6-功率计量处理单元、7-中央控制单元、71-设置按键、 72-状态指示灯、73-功率校验电路、8-开关控制单元、9-继电器电源、10-控制电源。
具体实施例方式本发明实施例提供了一种智能安全插座，以下将结合具体实施例详细描述本发明实现过程。参照图I、图2本发明实施例的一种智能安全插座，包括主控插座I、受控插座3、 控制电源10、电压采样单元5、电流采样单元4、功率计量处理单元6、中央控制单元7,以及继电器电源9和开关控制单元8。所述中央控制单元7还连接有设置按键71、状态指示灯 72和功率校验电路73。所述电压采样单元5分别与AC-L-IN和AC-N-IN连接，以检测主控插座I的电压。所述电流采样单元4分别与AC-N-IN和AC-N-OUT连接，以检测主控插座I 的电流。电压采样单元5输出端(和电流采样单元4输出端分别与功率计量处理单元6连接，功率计量处理单元6与中央控制单元7连接，中央控制单元7与开关控制单元8连接，开关控制单元8与受控插座3连接。本实施例中，所述电压采样单元5由取样电阻51和低通滤波器52组成，所述取样电阻51—端与AC-L-IN连接，一端与AC-N-IN连接，中间信号输出线与低通滤波器52连接， 所述低通滤波器52与功率计量处理单元6连接。所述电流采样单元4由一高精度、超低阻值、大功率合金电阻R14和一低通滤波器41组成，合金电阻R14 —端与AC-N-IN连接，一端与AC-N-OUT和低通滤波器41连接，所述低通滤波器41与功率计量处理单元6连接。所述功率计量处理单元6与中央处理单元7连接,所述中央处理单元7与开关控制单元8连接。进一步，所述开关控制单元8包括一个双向可控硅TR，所述双向可控硅TR的G极与中央控制单元7相连，Tl极直接接地，T2极与整流桥BGl的AC端连接，电容C15与电阻 R13串联后与可控硅TR的Tl和T2端相并联，所述整流桥BGl的正极端与电感LI相连，所诉电感LI与继电器REG的线圈端相连，所述继电器REG的线圈的另一端与所述整流桥BGl 的负极端相连；电容C14并联于所述继电器REG的线圈两端，与继电器线REG的线圈配合的常开辅助触点的一端与AC-L-IN连接，另一端与AC-L-OUT连接；AC-L_0UT与受控插座3 连接。为降低本插座自身的待机功耗，本发明创新设计了双电源供电模式，功率计量处理单元6和中央控制单元7使用常规的RC阻容降压控制电源10供电，开关控制单元使用独创的继电器电源9，该继电器电源9实现了 “零瓦待机功耗”。此外，为了更好的指示本插座的工作状态并提高插座的使用安全性，本实施例中还设置了防雷指示灯、电源指示灯和状态指示灯三个指示单元。为进一步增强插座的安全性和实用性，本实施例还设置有防雷模块和不受主控插座I控制的普通插座2，所述防雷模块分别与AC-L-IN、AC-N-IN和地线E连接，所述普通插座2分别直接与AC-L-IN和AC-N-IN连接。另外，本实施例采用了全新的功率计算方式，具体计算方式如下I)最小设置功率主控插座I所能检测主机待机功率的最小值,当主机待机功率小于最小设置功率值时，一律按最小设置功率来处理，在本实施例中最小设置功率为5W。2)最大设置功率主控插座I所能检测主机待机功率的最大值,当主机待机功率大于最大设置功率值时,一律按最大设置功率来处理,在本实施例中最大检测功率为50W。3)设置功率主控插座I检测主机待机时的实际功率值。4)设置波动功率为防止在检测主机待机功率时，因市电的波动而造成该功率测量值偏小的情况，特别放置了一个功率波动余量，该功率波动余量为low。5)录入功率存入存储单元的功率值。6)待机功率< 5W的电器设备录入功率=最小设置功率+设置波动功率，即 5ff+10ffo7)待机功率> 5W(含5W)的电器设备录入功率=设置功率+设置波动功率。8)待机功率> 50W (含50W)的电器设备录入功率=最大设置功率+设置波动功率即 50W+10W。9)工作波动功率为防止在检测负载工作功率时，因市电的波动造成该功率出现波动而造成误判，特别放置了一个功率波动余量，该功率波动余量为5W。10)启动功率受控插座3接通的功率，录入功率+工作波动功率。11)关闭功率受控插座3断开的功率，录入功率-工作波动功率。
12)在工作模式下，若主控插座I检测到的功率值>启动功率，受控插座3接通导
13)在工作模式下，若主控插座I检测到的功率值<关闭功率，受控插座3关闭断电。电。14)在工作模式下，若主控插座I检测到的功率值彡启动功率又彡关闭功率，则保持当前状态不变。本发明智能插座的控制方法为I)接入市电电源并在主控插座I接入主机，在受控插座3接入外围用电电器。2)主控插座I上主机进入待机状态。3)长按设置按键SI，进入设置模式，状态指示灯72闪烁，电流采样单元4和电压采样单元4把当前检测到的主机工作电流和工作电压信号传送到功率计量处理单元6，经功率计量处理单元6运算处理后得到一组矩形脉冲信号并传送到中央控制单元7，中央控制单元7读取该脉冲信号并按功率计算方式进行计算得到启动功率和关闭功率两个功率值，将其保存在存储单元后自动退出设置模式，转入工作模式。4)电流采样单元4和电压采样单元5实时检测主机工作电流和工作电压，经功率计量处理单元6运算处理后得到一组代表功率值的矩形脉冲信号传送给中央控制单元7， 中央控制单元7实时将该功率值与存储单元内的启动功率和关闭功率进行比较分析，若主机功率值>存储单元内的启动功率值，则中央控制单元7就发出导通指令，通过开关控制单元8控制受控插座3导通通电，状态指示灯72点亮；若主机功率值<存储单元内的关闭功率值，则中央控制单元7就发出关闭指令，受控插座3关闭断电，状态指示灯72熄灭；若主机功率值小于存储单元内的启动功率值又大于存储单元内的关闭功率值，则中央控制单元7发出保持当前状态不变的指令,受控插座3关闭断电,状态指示灯72熄灭。5)受控插座3导通通电后，电流采样单元4和电压采样单元5继续实时检测主机工作电流和工作电压，经功率计量处理单元6运算处理后得到一组代表功率值的矩形脉冲信号传送给中央控制单元7，中央控制单元7实时将该功率值与存储单元内的启动功率和关闭功率进行比较分析，若主机功率值<存储单元内的关闭功率值，则中央控制单元7就发出关闭指令，通过开关控制单元7控制受控插座3关闭断电，状态指示灯72关闭；若主机功率值>存储单兀内的启动功率值，则中央控制单兀7就发出启动指令，受控插座3导通通电，状态指示灯72点亮；若主机功率值小于存储单元内的启动功率值又大于存储单元内的关闭功率值，则中央控制单元7发出保持当前状态不变的指令，受控插座3继续导通通电， 状态指示灯72继续点亮。6)如果步骤4中受控插座3与AC-L-OUT的连接被切断，则返回执行步骤4。7)如果更换连接在主控插座I上的主机，则返回执行步骤2。以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变换或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请专利要求所限定的范围内。
权利要求
1.一种智能安全插座，包括主控插座、受控插座、控制电源、电流采样单元、电压采样单元、功率计量处理单元、中央控制单元以及继电器电源和开关控制单元；其特征在于所述电流采样单元分别与零线及主控插座连接；所述电压采样单元与火线相连；电流采样单元和电压采样单元分别与功率计量处理单元相连接；所述中央控制单元与功率计量处理单元连接；所述开关控制单元与中央控制单元连接；所述受控插座与开关控制单元连接。
2.根据权利要求I所述的智能安全插座，其特征在于所述电流采样单元由一个高精度，超低阻值，大功率合金电阻和一低通滤波器组成；所述合金电阻一端与零线连接，另一端与主控插座连接，用于实现对主控插座电流的采样。
3.根据权利要求I所述的智能安全插座，其特征在于所述电压采样单元由一个取样电阻和一个低通滤波器组成，所述取样电阻一端与火线连接，另一端与主控插座连接，用于实现对主控插座电压的采样，所述低通滤波器与功率计量处理单元连接。
4.根据权利要求I所述的智能安全插座，其特征在于所述功率计量处理单元采用专业级的功率计量芯片，电流采样单元和电压采样单元所得的电压信号经功率计量处理单元得到一组频率与功率成正比的矩形脉冲信号，用于实现高精度的有功功率计量。
5.根据权利要求I所述的智能安全插座，其特征在于所述继电器电源独立设置在智能安全插座上，与开关控制单元相连接，并用于降低智能安全插座的待机功耗。
6.根据权利要求I所述的智能安全插座，其特征在于所述开关控制单元包括一个双向可控硅，所述双向可控硅的G极与中央控制单元相连，Tl极直接接地，T2极与整流桥AC 端连接，电容与电阻串联后与可控硅Tl和T2端相并联，所述整流桥正极端与一电感相连， 所述电感与一继电器线圈端相连，所述继电器线圈的另一端与整流桥的负极端相连，一电容并联于所述继电器线圈两端，与继电器线圈配合的常开辅助触点的一端与相线连接，另一端与受控插座连接。
7.根据权利要求I所述的智能安全插座，其特征在于所述中央控制单元还连接有设置按键、状态指示灯和功率校验电路。
8.根据权利要求6所述的智能安全插座，其特征在于所述设置按键用于切换智能安全插座的状态，分为设置模式和工作模式；所述设置模式下可设置受控插座启动和关闭的功率值。
9.一种权利要求I所述的智能安全插座的控制方法，其特征在于包括如下步骤1)接入市电电源并在主控插座接入主机，在受控插座接入外围用电电器；2)王控插座上王机进入待机状态；3)长按设置按键，进入设置模式，状态指示灯闪烁，电流采样单元和电压采样单元把当前检测到的主机工作电流和工作电压信号传送到功率计量处理单元，经功率计量处理单元运算转换后得到一组代表功率值的矩形脉冲信号并传送到中央控制单元，中央控制单元读取该脉冲信号并按权利要求9所述的功率计算方式进行计算得到启动功率和关闭功率两个功率值，将其保存在存储单元后自动退出设置模式，转入工作模式；4)电流采样单元和电压采样单元实时检测主机工作电流和工作电压，经功率计量处理单元运算处理后得到一组代表功率值的矩形脉冲信号传送给中央控制单元，中央控制单元实时将该功率值与存储单元内的启动功率和关闭功率进行比较分析，若主机功率值 > 存储单元内的启动功率值，则中央控制单元就发出导通指令，通过开关控制单元控制受控插座导通通电，状态指示灯点亮；若主机功率值 < 存储单元内的关闭功率值，则中央控制单元就发出关闭指，受控插座继续关闭断电，状态指示灯继续熄灭；若主机功率值小于存储单元内的启动功率值又大于存储单元内的关闭功率值，则中央控制单元发出保持当前状态不变的指令；5)受控插座通电导通后，电流采样单元和电压采样单元继续实时检测主机工作电流和工作电压，经功率计量处理单元运算处理后得到一组代表功率值的矩形脉冲信号传送给中央控制单元，中央控制单元继续实时将该功率值与存储单元内的启动功率和关闭功率进行比较分析，若主机功率值< 存储单元内的关闭功率值，则中央控制单元就发出关闭指令，通过开关控制单元控制受控插座关闭断电，状态指示灯关闭；若主机功率值>存储单元内的启动功率值，则中央控制单元就发出启动指令，受控插座继续导通通电，状态指示灯继续点亮；若主机功率值小于存储单元内的启动功率值又大于存储单元内的关闭功率值，则中央控制单元发出保持当前状态不变的指令；6)如果步骤4中受控插座与相线的连接被切断，则返回执行步骤4;7)如果更换连接在主控插座上的主机，则返回执行步骤2。
全文摘要
本发明实施例公开了一种智能安全插座，包括主控插座、受控插座、控制电源、电流采样单元、电压采样单元、功率计量处理单元、中央控制单元以及继电器电源和开关控制单元；所述电流采样单元分别与零线及主控插座连接；所述电压采样单元与火线相连；电流采样单元和电压采样单元分别与功率计量处理单元相连接；所述中央控制单元与功率计量处理单元连接；所述开关控制单元与中央控制单元连接；所述受控插座与开关控制单元连接。本发明能够有效节约电能，延长用电器的适用寿命，提高电器使用的安全性。
文档编号H01R13/717GK102610970SQ20121010884
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者吴新科, 姜九龙, 朱杰 申请人:耐思电气(嘉兴)有限公司