漏电保护插头、热水器系统及其方法与流程

本发明涉及热水器漏电保护技术领域。

背景技术：

现有带地线带电保护装置的插头，如全能漏电保护插头，一般是指既能在保护装置(插头)在相零线出现漏电时能断开，也包括在地线带电时能断开，其一般包括由动触弹性片和静触点连接的相、零、地三极、穿过相、零线之间的零序电流互感器、试验回路、放大电路、整流器、可控硅、脱扣器、穿过地线的零序电流互感器，其除了检测负载相、零线之间有无漏电电流外，还检测地线是否有漏电电流通过，当相线、零线或地线分别或同时出现漏电电流时，两个检测线圈都会使脱扣器立即将相、零、地线全部断开，即切断电源，从而有效地保障了人身安全，因此己在家用电器中得到了广泛应用。

现有集中通过脱扣结构能够在漏电的时候自动进行断电,但是对于智能插座的用电信息和安全信息不能直观的反馈给用户,造成用户体验不佳。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供信息反馈全面的漏电保护插头、热水器系统及其方法。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种漏电保护插头，包括漏电保护电路、电流检测电路、电压检测电路、电量检测电路、无线模块以及显示电路；所述漏电保护电路对输入电源进行漏电检测并对其进行切断保护，电流检测电路配置为实时检测输入电源的电流大小，电压检测电路配置为实时检测输入电源的电压大小，电量检测电路配置为实时计算出用电能耗，无线模块配置为将电流数据、电压数据、能耗数据以无线传输方式发送出去，显示电路配置为显示电流数据、电压数据、能耗数据。

通过上述设置，用户可以在插头上直接知晓热水器的用电情况，实时的电流和电压数据可以在显示电路上进行显示，通过P=UI可以知道实时的功率情况，W=Pt可以知道能耗情况，也就是在哪个时间段是在用电的，并且用电量如何，可能夏天的时候，热水器能耗会相对低一些，而冬天的时候，热水器的能耗会高一些，由于室温对热水器的影响，一般用户不能直观的知晓用电情况，并且对热水器运行情况也不是很了解，所以通过设置显示电路，以提高用户体验，另外并配备了无线模块，可以将数据发送出去，进行远程数据传输。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述漏电保护电路包括插针、第一指示灯、第一继电器、第一互感器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、单向可控硅、第一继电器、整流桥、控制芯片；插针的火线端连接第一继电器的第一常闭触点，插针的零线端连接第一继电器的第二常闭触点；第一继电器的第一常闭触点的另一端连接第六电阻一端、第一继电器的线圈一端、第一开关一端、第一指示灯一端、互感器的第一绕组一端；互感器的第一绕组另一端作为输出端，互感器的第二绕组的一端连接第三绕组的一端并作为另一输出端，互感器的第三绕组的另一端通过第二电阻连接第一开关另一端，互感器的第四绕组上并联第六电容、第五电阻、控制芯片的第一引脚和第二引脚；控制芯片的第一引脚通过第五电容接地，第二引脚通过第四电阻连接第四绕组，第三引脚接地，第四引脚通过第四电容接地，第五引脚连接四引脚，第六引脚通过第三电容连接第七引脚，第七引脚通过第二电容接地，第七引脚连接单向可控硅的控制端，第八引脚通过第一电容接地，第八引脚通过第三电阻连接整流桥；单向可控硅的阴极接地，阳极连接第三电阻和整流桥；整流桥连接第六电阻和第一继电器的另一端。

通过上述设置，当热水器正常工作的时候，指示灯点亮，第一继电器常闭联动开关触点：第一常闭触点和第二常闭触点闭合，电网220V市电通过互感器的第一绕组和第二绕组对加热器加热。这时流过第一绕组和第二绕组的电流是平衡的，那么第四绕组感应的电压信号通过控制芯片，在控制芯片的第七引脚上输出低电平，则单向可控硅无法触发而处于关断状态，这时整流桥的电流只能满足给控制芯片供电，第一继电器的线圈与整流桥串联，流过第一继电器的线圈的电流很小无法动作，热水器正常工作。一旦外部电源出现漏电情况，此时流过第一绕组和第二绕组的电流就不平衡，那第四绕组感应产生的电压变化加在控制芯片上，控制芯片的第七引脚输出高电平，触发可控硅导通，使得整流桥电流增大，第一继电器的线圈得电动作，其第一常闭触点和第二常闭触点断开，实现切断保护，达到保护沐浴者安全的目的。并且第一开关是用来试验电路是否正常，可以通过控制第一开关来产生模拟的漏电电流，由此来判断此电路工作是否正常。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述电量检测电路包括感应电路、CS5460A芯片、单片机，所述感应电路耦合于电源输入端连接至CS5460A芯片的输入引脚，单片机与CS5460A芯片通讯连接，单片机连接显示器进行数据显示。

通过上述设置，对输入电源部分的电量进行检测计算，将数据直接反馈到单片机中，能够有效检测热水器的用电情况，某一时间段的功率如何。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述无线模块为RF射频模块或Modbus通信模块或ZigBee通信模块或蓝牙通信模块或WiFi通信模块。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述WiFi通信模块包括MAX706芯片、BCM8000芯片，所述MAX706芯片与BCM8000芯片连接，BCM8000芯片与单片机通讯。

通过上述设置，采用无线模块进行数据传输，电缆导线连接的繁琐，数据传输更加高效。

一种热水器系统，包括漏电保护插头，还包括服务器、客户端，无线模块还将数据发送给服务器以及客户端，客户端还可以直接从无线模块上获取数据或从服务器上获取数据。

通过上述设置，通过无线模块的数据通信，可以将数据传输到更为广泛的地域上，当数据传输到服务器上的时候，服务器可以借用互联网技术直接传输到各个地域，只需要在对应的地域上设置相应的服务器，即可进行对接。并且，客户端也可以进行下载数据，了解热水器的运行情况。

作为本发明的具体方案可以优选为：所述漏电保护电路的输出端连接热水器的加热器，所述热水器上还配置有湿度检测电路、水温检测电路，湿度数据和温度数据通过无线方式传输给客户端。

通过上述设置，对热水器的数据采集更加全面，用户可以知晓热水器的工作湿度和水温。

一种热水器控制方法，其特征在于通过如下步骤：

采集一天内的电流数据、电压数据、能耗数据，根据能耗数据计算出能耗保持在一定高度的时间段，将此时间段记录为常用时段，并按照使用频率来记录为一般时段和空闲时段；在常用时段时，提前5-10分钟进行预热；

在一般时段和空闲时段时，不进行预热。

通过上述设置，此预热方式，可以提高用户体验，用户可以在平常的时候及时使用热水，不用等待一段时间，较为智能。

作为本发明的具体方案可以优选为：对应热水器的使用情况，对电流数据、电压数据、能耗数据每10分钟采样一次，只有连续6次的采样数据都是未工作时的数据时将其定义为一般时段或空闲时段，其他情况下都作为常用时段。

通过上述设置，此方式可以有效判断出常用时段和一般时段，将此进行区分，以便于更好的控制预热的时间段。

作为本发明的具体方案可以优选为：第一天采集的数据分析出常用时段和一般时段后，将其作为第二天控制热水器预热工作的判断标准，第二天采集的数据分析出的常用时段和一般时段作为第三天控制热水器预热工作的判断标准，以此类推。

通过上述设置，由此进行自我学习和调节，根据上一天的使用情况进行更为合理的判断常用时段，在需要使用热水器的时候可以事先预热，在不使用的时间段不进行预热，从而节约能源，又能提高用户体验。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、通过对电路的信息采集，并直观的反馈给用户，提高信息获取的便捷性；

2、通过无线方式进行数据通信，采用联网技术，将数据更加直观的反馈给用户；

3、控制方式简单，节能的同时又十分符合用户的使用习惯，适应不用用户时间段的使用，满足广大消费者需求。

附图说明

图1为本实施例1的漏电保护插头的电路框图；

图2为本实施例1的漏电保护电路的电路图；

图3为本实施例2的电路框图；

图4为本实施例2的电量检测电路的电路图；

图5为本实施例2的无线模块的电路图；

图6为第二开关的控制电路图。

图中1、漏电保护电路；2、电流检测电路；3、电压检测电路；4、电量检测电路；41、感应电路；U2、CS5460A芯片；U3、单片机；5、无线模块；6、显示电路；7、插针；8、湿度检测电路；9、水温检测电路；LD1、第一指示灯；K1、第一继电器；T1、第一互感器；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；C4、第四电容；C5、第五电容；VT1、单向可控硅；K1、第一继电器；DB、整流桥；U1、控制芯片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：一种漏电保护插头，包括漏电保护电路1、电流检测电路2、电压检测电路3、电量检测电路4、无线模块5以及显示电路6。电流检测电路2可以采用电流互感器，电压检测电路3可以采用电压互感器，将其检测到的数据通过无线模块5进行传输即可。而现实电路可以采用LCD液晶屏。对于电量的检测可以直接通过电压和电流来计算得出。可以不采用电量检测电路4。如图1所示，漏电保护电路1对输入电源进行漏电检测并对其进行切断保护，电流检测电路2配置为实时检测输入电源的电流大小，电压检测电路3配置为实时检测输入电源的电压大小，电量检测电路4配置为实时计算出用电能耗，无线模块5配置为将电流数据、电压数据、能耗数据以无线传输方式发送出去，显示电路6配置为显示电流数据、电压数据、能耗数据。对于

如图2所示，漏电保护电路1包括插针7、第一指示灯LD1、第一继电器K1K1、第一互感器T1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、单向可控硅VT1、第一继电器K1K1、整流桥DB、控制芯片U1。第一互感器T1包括第一绕组N1、第二绕组N2、第三绕组N3、第四绕组N4。控制芯片U1型号为M54123L。插针7的火线端连接第一继电器K1K1的第一常闭触点K1-1，插针7的零线端连接第一继电器K1K1的第二常闭触点K1-2；第一继电器K1K1的第一常闭触点K1-1的另一端连接第六电阻一端、第一继电器K1K1的线圈一端、第一开关一端、第一指示灯LD1一端、互感器的第一绕组N1一端；互感器的第一绕组N1另一端作为输出端，互感器的第二绕组N2的一端连接第三绕组N3的一端并作为另一输出端，互感器的第三绕组N3的另一端通过第二电阻R2连接第一开关另一端，互感器的第四绕组N4上并联第六电容、第五电阻R5、控制芯片U1的第一引脚和第二引脚；控制芯片U1的第一引脚通过第五电容C5接地，第二引脚通过第四电阻R4连接第四绕组，第三引脚接地，第四引脚通过第四电容C4接地，第五引脚连接四引脚，第六引脚通过第三电容C3连接第七引脚，第七引脚通过第二电容C2接地，第七引脚连接单向可控硅VT1的控制端，第八引脚通过第一电容C1接地，第八引脚通过第三电阻R3连接整流桥DB；单向可控硅VT1的阴极接地，阳极连接第三电阻R3和整流桥DB；整流桥DB连接第六电阻和第一继电器K1K1的另一端。

对其使用过程：第一开关可以为按钮时，当热水器正常工作的时候，指示灯点亮，第一继电器K1K1常闭联动开关触点：第一常闭触点和第二常闭触点闭合，电网220V市电通过互感器的第一绕组和第二绕组对加热器加热。这时流过第一绕组和第二绕组的电流是平衡的，那么第四绕组感应的电压信号通过控制芯片U1，在控制芯片U1的第七引脚上输出低电平，则单向可控硅VT1无法触发而处于关断状态，这时整流桥DB的电流只能满足给控制芯片U1供电，第一继电器K1K1的线圈与整流桥DB串联，流过第一继电器K1K1的线圈的电流很小无法动作，热水器正常工作。一旦外部电源出现漏电情况，此时流过第一绕组和第二绕组的电流就不平衡，那第四绕组感应产生的电压变化加在控制芯片U1上，控制芯片U1的第七引脚输出高电平，触发可控硅导通，使得整流桥DB电流增大，第一继电器K1K1的线圈得电动作，其第一常闭触点和第二常闭触点断开，实现切断保护，达到保护沐浴者安全的目的。并且第一开关是用来试验电路是否正常，可以通过控制第一开关来产生模拟的漏电电流，由此来判断此电路工作是否正常。

用户可以在插头上直接知晓热水器的用电情况，实时的电流和电压数据可以在显示电路6上进行显示，通过P=UI可以知道实时的功率情况，W=Pt可以知道能耗情况，也就是在哪个时间段是在用电的，并且用电量如何，可能夏天的时候，热水器能耗会相对低一些，而冬天的时候，热水器的能耗会高一些，由于室温对热水器的影响，一般用户不能直观的知晓用电情况，并且对热水器运行情况也不是很了解，所以通过设置显示电路6，以提高用户体验，另外并配备了无线模块5，可以将数据发送出去，进行远程数据传输。

实施例2：当设置电量检测电路4的时候，本实施例可以采用的电路如图3所示，单片机U3可以采用8051型号。通过电压互感器和电流互感器传输到电能计量芯片上，电压互感器和电流互感器形成感应电路41。单片机U3还连接存储模块，可以进行数据的存储。三态门以及晶闸管保护电路可以用以控制第一开关。可以采用独立电源作为电源模块进行供电，也可以在电网上取电。

电量检测电路4包括感应电路41、CS5460A芯片U2、单片机U3，感应电路41耦合于电源输入端连接至CS5460A芯片U2的输入引脚，单片机U3与CS5460A芯片U2通讯连接，单片机U3连接显示器进行数据显示。对输入电源部分的电量进行检测计算，将数据直接反馈到单片机U3中，能够有效检测热水器的用电情况，某一时间段的功率如何。CS5460内部集成了两个△-∑A/D转换器、高、低通数字滤波器、能量计算单元、串行接口、数字-频率转换器、寄存器阵列和看门狗定时器等模拟、数字信号处理单元,各引脚的功能如下：1脚XOUT：晶体振荡器输出；2脚CPUCLK：CPU时钟输出；3脚VD+：数字电路电源正极；4脚DGND：数字地；5脚SCLK：串行时钟输入；6脚SDO：串行数据输出；7脚CS：片选；8脚NC：空脚；9脚VIN+：差分电压正输入端；10脚VIN-：差分电压负输入端；11脚VREFOUT：参考电压输出；12脚VREFIN：参考电压输入；13脚VA-：模拟地；14脚VA+：模拟电源正极；15脚IIN-：差分电流负输入端；16脚IIN+：差分电流正输入端；17脚PFMON：电源掉电监视输出；18脚NC：空脚；19脚RESET：复位输入；20脚INT：中断输出；21脚EOUT：电能脉冲输出；22脚EDIR：功率方向指示输出；23脚SDI：串行数据输入；24脚XIN：晶体振荡器输入。

如图5所示，无线模块5的其他实施例可以为RF射频模块或Modbus通信模块或ZigBee通信模块或蓝牙通信模块。WiFi通信模块包括MAX706芯片、BCM8000芯片，MAX706芯片与BCM8000芯片连接，BCM8000芯片与单片机U3通讯。

实施例3：基于上述实施例，结合热水器设备，设计了一种热水器系统。包括漏电保护插头，还包括服务器、客户端。服务器可以是电脑主机、远程终端。客户端为PC或是手机。无线模块5还将数据发送给服务器以及客户端，客户端还可以直接从无线模块5上获取数据或从服务器上获取数据。漏电保护电路1的输出端连接热水器的加热器，热水器上还配置有湿度检测电路8、水温检测电路9，湿度数据和温度数据通过无线方式传输给客户端。

通过无线模块5的数据通信，可以将数据传输到更为广泛的地域上，当数据传输到服务器上的时候，服务器可以借用互联网技术直接传输到各个地域，只需要在对应的地域上设置相应的服务器，即可进行对接。并且，客户端也可以进行下载数据，了解热水器的运行情况。对热水器的数据采集更加全面，用户可以知晓热水器的工作湿度和水温。

结合图2、6所示，第二继电器K2的线圈一端连接24V电源，另一端连接三极管Q1，三极管Q1的基极通过电阻R67连接单片机U3的P00脚。第一开关设置为一受单片机U3控制的第二继电器K2，第二继电器的第一常开触点K2-1的启闭受单片机U3控制，单片机U3的一个引脚P00输出高电平的时候第二继电器K2闭合，低电平的时候断开。单片机U3是可以进行通信的，可以通过WiFi的方式进行远程接收命令，从而实现远程控制。

实施例4：一种热水器控制方法，采用如下步骤：

采集一天内的电流数据、电压数据、能耗数据，根据能耗数据计算出能耗保持在一定高度的时间段，将此时间段记录为常用时段，并按照使用频率来记录为一般时段和空闲时段；在常用时段时，提前5-10分钟进行预热；在一般时段和空闲时段时，不进行预热。

对应热水器的使用情况，对电流数据、电压数据、能耗数据每10分钟采样一次，只有连续6次的采样数据都是未工作时的数据时将其定义为一般时段或空闲时段，其他情况下都作为常用时段。

第一天采集的数据分析出常用时段和一般时段后，将其作为第二天控制热水器预热工作的判断标准，第二天采集的数据分析出的常用时段和一般时段作为第三天控制热水器预热工作的判断标准，以此类推。

热水器在使用下：具有3个档次：快速加热模式、普通加热模式、待机模式。快速加热模式是在使用热水，能耗较大。普通加热模式相对能耗较低，类似于保温或预热提温的模式，能耗较低。待机模式则基本不耗能。根据个人对热水器的使用情况，一般是在早上6-8点，晚上17-18点，20-22点处于快速加热模式，此时根据对这一天的使用情况进行记录，则生成常用时段和一般时段，可以将早上6-8点、20-22点定位常用时段，晚上17-18点为一般时段（能耗在设定的常用时段能耗之下），其他时段为空闲时段。

而在第二天进行使用的时候，在此时间段之前，热水器就自行进行预热，预热时间为10分钟。

由此进行自我学习和调节，根据上一天的使用情况进行更为合理的判断常用时段，在需要使用热水器的时候可以事先预热，在不使用的时间段不进行预热，从而节约能源，又能提高用户体验。本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。