具有温湿度检测功能的智能接线板的制作方法

本发明涉及智能家居领域，具体而言，涉及一种具有温湿度检测功能的智能接线板。

背景技术：

随着物联网时代的到来，智能家居行业也迎来前所未有的发展机遇。众多互联网公司、电器厂商纷纷加入到智能家居行业，推出了品类丰富的智能家居产品，抢占更多的智能家居市场份额。

智能用电作为智能家居的重要组成部分，其产品的丰富与发展也将为人们的日常生活带来方便和舒适的体验。电力与每个人息息相关，智能插座作为用户电力接入终端产品，其必将成为智能家居和智能用电进入普通家庭的突破点，也将为普通用户的智能用电体验带来质的飞跃。

目前大部分智能插座只具Wi-Fi无线通信和继电器通断控制功能，功能较少，不够智能，而且作为智能插座所能够采集的环境信息有限，用户无法根据家庭的环境对插座接入设备以及其他智能家居产品的进行合理的调控，影响智能家居体验。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种使用户可以更好地对智能插座接入设备以及其他智能家居产品的进行合理的调控、提高智能家居体验的智能插座。

因此，本发明的技术方案如下：

一种具有温湿度检测功能的智能接线板，包括：

与每个设备电源接口均对应设置一个的用电信息采集单元，用于采集当前设备电源接口对应的用电设备的用电信息并发送至处理器，所述用电信息包括电压、电流、功率因数和在预设时间段内的用电量；

温度传感器，用于采集当前环境的温度信息并发送至所述处理器；

湿度传感器，用于采集当前环境的湿度信息并发送至所述处理器；

所述处理器，连接至所述用电信息采集单元、存储单元、所述温度传感器和所述湿度传感器，用于将从所述信息采集单元接收到的所述用电信息、从所述温度传感器接收到的温度信和从所述湿度传感器接收到的湿度信息发送至所述存储单元；

所述存储单元，用于存储从所述处理器接收到的用电信息、温度信息和湿度信息。

所述的具有温湿度检测功能的智能接线板还包括WI-FI通信单元，以及与每个设备电源接口均对应设置一个继电器和继电器控制单元，其中：

所述处理器还连接至所述继电器控制单元，用于在通过所述WI-FI通信单元接收到继电器控制信号时向所述继电器控制单元发送对应的控制命令；

所述继电器控制单元用于在从所述处理器接收到控制命令时向所述继电器发送相应的动作指令，控制所述继电器接通或断开对应的设备电源接口的电路。

所述处理器可以为MSP430G2553单片机。

该智能插座具有温湿度采集功能，进一步丰富了插座能采集到的环境信息。用户可根据家庭的温湿度对插座接入设备以及其他智能家居产品的进行合理的调控，能够得到更舒适的智能家居体验。

附图说明

图1是根据本发明实施例的具有温湿度检测功能的智能接线板的框图；

图2是根据本发明实施例的具有温湿度检测功能的智能接线板的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，根据本发明的实施例的具有温湿度检测功能的智能接线板，包括：

与每个设备电源接口均对应设置一个的用电信息采集单元，用于采集当前设备电源接口对应的用电设备的用电信息并发送至处理器， 所述用电信息包括电压、电流、功率因数和在预设时间段内的用电量；

温度传感器，用于采集当前环境的温度信息并发送至所述处理器；

湿度传感器，用于采集当前环境的湿度信息并发送至所述处理器；

所述处理器，连接至所述用电信息采集单元、存储单元、所述温度传感器和所述湿度传感器，用于将从所述信息采集单元接收到的所述用电信息、从所述温度传感器接收到的温度信和从所述湿度传感器接收到的湿度信息发送至所述存储单元；

所述存储单元，用于存储从所述处理器接收到的用电信息、温度信息和湿度信息。

所述的具有温湿度检测功能的智能接线板还包括WI-FI通信单元，以及与每个设备电源接口均对应设置一个继电器和继电器控制单元，其中：

所述处理器还连接至所述继电器控制单元，用于在通过所述WI-FI通信单元接收到继电器控制信号时向所述继电器控制单元发送对应的控制命令；

所述继电器控制单元用于在从所述处理器接收到控制命令时向所述继电器发送相应的动作指令，控制所述继电器接通或断开对应的设备电源接口的电路。

所述处理器可以为MSP430G2553单片机。

该智能插座具有温湿度采集功能，进一步丰富了插座能采集到的环境信息。用户可根据家庭的温湿度对插座接入设备以及其他智能家居产品的进行合理的调控，能够得到更舒适的智能家居体验。

该智能插座采用Wi-Fi无线通信方式，为家庭智能用电提供了完整的无线通信方案。基于Wi-Fi通信的智能插座最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，具有广阔市场前景。

在一种具体实施方式中，本发明中的智能插座电路原理可以如图2所示：

电源电路包括两部分：220VAC～5VDC电源电路和5VDC～3V3DC电源电路两部分。这两部分都采用开关电源方案，相对于工频变压器和传统的LDO方案，具有功耗小，效率高，体积小，重量轻的优点。

220VAC～5VDC电源电路采用NCP1015非隔离方案，电路简单，采用十几个电子元件即可实现AC80～260V输入到DC5V的交直流变换。由于采用先进的动态自供电(DSS),NCP1015的工作电压可以直接从漏极吸取，因此省去了辅助线圈，实现简化电路，减少了变压器所占的体积，以及降低了成本。5VDC～3V3DC电源的核心器件采用TI公司的DC/DC开关电源芯片TPS5401，相对于常规的降压LDO，电源转换效率得到提高。

用电信息采集单元采用Cirrus Logic公司的CS5463计量方案。该芯片具有具有性价比高，抗干扰能力强，测量精度高等优点。CS5463可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。

用电信息采集单元的电压测量采用分压电阻来实现，220V高压经过电阻分压，R9两侧得到的是毫伏级的低压交流小信号，送入CS5463的前端电电压采集通道VIN-和VIN+。

用电信息采集单元的电流测量采用锰铜电阻来实现，大电流经过锰铜电阻R10，在R10电阻两侧得到的mV级的低压小信号，送入CS5463的前端电电流采集通道IIN-和IIN+。

计量芯片CS5463的电压通道和电流通道及外围电路，将交流小信号送入计量芯片内部。该空气断路器计量单元的两个采集通道，都加入了保护二极管，使两个通道有干扰信号输入的情况下也可保持在一定的电压范围之内；电流采集通道还加入了滤波电感和压敏电阻，来增强两个通道的抗干扰能力和保证数据采集的精确性。

掉电监测电路的作用是在220V交流电突然断掉的情况下，给智能插座MCU提供一个中断信号，智能插座MCU根据这个中断信号进行掉电保护处理。掉电保护的作用是将接入设备的当前的用电信息及时存储，防止掉电造成的用电信息丢失。

掉电监测前端电路是将220V交流电转换为低压方波信号。该低压方波信号送入TLC555ID定时器，使用该定时器的强大功能可以进一步将方波信号转换为高电平信号。在有220V交流电的情况下，PD_INT1是高电平，在没有220V交流电即掉电的情况下，PD_INT变为低电平；由此，在掉电时，PD_INT1引脚将产生一个下降沿中断信号给智能插座MCU，智能插座MCU利用此中断信号即可进行掉电保护处理。

数据存储单元是用的是AT24C64,AT24C64是存储容量达64Kbit(8K*8bit)的EEPROM。存储器器里面自动存储的数据存储时可选择加密存储，大大增加了数据存储的安全性。

处理器的MCU选择的是MSP430G2x53系列中的MSP430G2553。具有超低功耗特性的MSP430单片机特别适合低成本传感器系统，此类系统负责捕获模拟信号、将之转换为数字值、随后对数据进行处理以进行显示或传送至主机系统。

WI-FI通信单元使用的射频芯片是TI公司的CC3100，CC3100具有业界最低的功耗(适用于电池供电式设备)，以及低功耗射频和高级低功耗模式；以及高度的灵活性，可将任何微控制器(MCU)与CC3100解决方案配合使用。可利用快速连接、云支持和片上Wi-Fi、互联网和稳健的安全协议实现针对IoT的简易型开发，无需具备开发连接型产品的先前经验。

掉电监测电路的作用是在220V交流电突然断掉的情况下，给智能插座MCU提供一个中断信号，智能插座MCU根据这个中断信号进行掉电保护处理。掉电保护的作用是将接入设备的当前的用电信息及时存储，防止掉电造成的用电信息丢失。

继电器状态检测电路实现原理和掉电监测电路相同，主要用来确定当前继电器的状态是闭合还是断开，配合后台服务器和用户客户端，用户可查询继电器的实时状态。

温湿度采集选用的是DHT11，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校 准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为该类应用中，在苛刻应用场合的最佳选择。

该电能智能插座要自动存储接入设备一月的用电数据，必须要有时钟。在智能插座上电时，时钟可通过WI-FI通信单元与家庭路由器通信获得。为了避免长时间运行后，智能插座系统时钟和真实时间偏移过大，每隔一定的周期，智能插座要和接入设备主控板板时钟校一次时。

智能插座的存储单元，可根据存储数据的多少，选择不同存储容量的存储芯片；数据存储和对外通信时的加密算法也可根据单片机资源和对加密性能的要求，采用不同的加密算法。计量芯片的选择也有很大的灵活性，生产电能计量芯片的厂家很多，计量芯片种类和型号也非常丰富，可以根据不同的需要，选择性价比较高的单相电能计量芯片来替换本发明中使用的计量芯片。智能插座的Wi-Fi无线通信单元的射频可根据性能、成本需求选择不同厂商的芯片，比如美国TI、高通、美信，中国台湾MTK等。

智能插座，首先能够高精度的计量接入设备的用电信息，包括电压、电流、功率、功率因数、电量等；利用时钟信号还能自动存储接入设备最近一月的用电信息，以1分钟为一个刻度，精确计量并记录这1分钟内的平均功率和平均用电量，根据这些信息，用户可以更精确的了解自己的用电情况。同时根据时钟信号，还可以自动存储所接 入设备最近一个月内的运行状态信息，即记录所接入设备每次状态变化的时间点和变化前后的状态，这些记录可以作为分析接入设备是否状态良好的依据。

该计量芯片的采集通道使用了丰富滤波和抗干扰元件，大大增强了计量电路抗干扰性和保证了计量数据的精度。

智能插座的MCU在对用电数据存储前先进行加密，所以存储单元里面的数据都是经过加密的，即使意外被他人读取到存储芯片的数据，没有密钥的情况下，也难以得到到存储的真实数据。智能插座对外通信都采用了加密算法，保证了数据通信的安全性。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。