具有保护功能的智能插座的制作方法

本实用新型涉及智能家居领域，具体而言涉及一种具有保护功能的智能插座。

背景技术：

智能插座利用了现有家庭中的WiFi网络，使用户的智能手机或平板电脑等在联网条件下，能够通过App操作打开或者关闭指定的电器。而且由于智能插座能够做到让电器完全断电，对于电视机、电热水器等待机功率较大的电器，用智能插座控制后就能做到随用随开，每个月也能省下可观的电费。

但也正因为此，由于智能插座的目的是为了实现远程操控，当插座发生故障时，用户无法快速发现问题，并且切断电源，以防止造成更大范围的损失。

目前的智能插座受限于整体尺寸，已经内置了控制芯片和通讯模块等等，无法再容纳现有的电路保护模块。

技术实现要素：

本实用新型目的在于提供一种具有保护功能的智能插座，具有包括电压检测电路、过流检测电路、漏电检测电路、温度检测电路在内的检测电路模块，从多方面确保智能插座的安全使用，并且仅占用较少的体积资源。

为达成上述目的，本实用新型提及一种具有保护功能的智能插座，所述智能插座包括插座电路模块、继电器控制开关电路模块、MCU 控制电路模块、检测电路模块、通讯接口模块；

所述插座电路模块包括市电连接端、电源线、供电端，市电连接端用以连接市电，并且将市电通过电源线以传输至供电端，电源线包括火线和零线；

所述继电器控制开关电路模块串联在电源线上，其控制端与MCU 控制电路模块电连接，根据MCU控制电路模块的控制指令以切断/ 导通电源线；

所述通讯接口模块电连接至MCU控制电路模块，用以实现MCU 控制电路模块与用户端的数据交互；

所述检测电路模块包括电压检测电路、过流检测电路、漏电检测电路、温度检测电路；

所述电压检测电路包括依次电连接的第一桥式整流器、第一降压单元、第二降压单元、单电压转换单元和第一滤波单元；

所述第一降压单元、第二降压单元均具有两个输入端和两个输出端，单电压转换单元具有两个输入端和一个输出端；

所述第一桥式整流器的两个输入端与电源线电连接，第一桥式整流器的两个输出端与第一降压单元的两个输入端电连接；

所述第二降压单元的两个输入端与第一降压单元的两个输出端电连接，第二降压单元的两个输出端电连接至单电压转换单元的两个输入端；

所述第一桥式整流器用以将流经电源线的交流电转换成直流电，再将转换生成的直流电传输至第一降压单元，直流电经第一降压单元、第二降压单元依次降压后传输至单电压转换单元，单电压转换单元输出一第一电压检测信号；

所述第一滤波单元分别电连接单电压转换单元的输出端和MCU 控制电路模块，将单电压转换单元生成的第一电压检测信号滤波后传输至MCU控制电路模块；

所述过流检测电路包括依次电连接的第一电流采样单元、放大单元、第二滤波单元，第二滤波单元的输出端电连接至MCU控制电路模块；

所述第一电流采样单元电连接电源线的火线，感应流经火线的电流并将感应到的电流转换成第一感应电压；

所述第一感应电压再经放大单元放大、第二滤波单元滤波后转换成第二电压检测信号传输至MCU控制电路模块；

所述漏电检测电路包括相互电连接的第二电流采样单元和漏电保护芯片，第二电流采样单元电连接电源线的火线和零线，通过对比火线和零线上电流的差值获取流经地线的漏电流并将获取的漏电流转换成第二感应电压，第二感应电压被传输至漏电保护芯片，漏电保护芯片响应于第二感应电压超出设定阈值，发送一漏电信号至MCU 控制电路模块；

所述温度检测电路包括相互电连接的分压电阻和热敏电阻，分压电阻不与热敏电阻连接的一端与一稳压电源连接，热敏电阻不与分压电阻连接的一端接地，热敏电阻与分压电阻连接的一端电连接至MCU 控制电路模块，并且连接点的电压被定义成第三电压检测信号；

所述MCU控制电路模块具有一设定部，用以设定第一电压阈值、第二电压阈值、第三电压阈值。

由以上本实用新型的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于，具有包括电压检测电路、过流检测电路、漏电检测电路、温度检测电路在内的检测电路模块，从多方面确保智能插座的安全使用，并且仅占用较少的体积资源。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：

图1是本实用新型的具有保护功能的智能插座的结构示意图。

图2是本实用新型的电压检测电路的结构示意图

图3是本实用新型的过流检测电路的结构示意图。

图4是本实用新型的漏电检测电路的结构示意图。

图5是本实用新型的温度检测电路的结构示意图。

图6是本实用新型的AC-DC隔离电源模块的结构示意图。

图7是本实用新型的电压转换电路的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1，本实用新型提及一种具有保护功能的智能插座，所述智能插座包括插座电路模块、继电器控制开关电路模块、MCU控制电路模块、检测电路模块、通讯接口模块。

所述插座电路模块包括市电连接端、电源线、供电端，市电连接端用以连接市电，并且将市电通过电源线以传输至供电端，电源线包括火线和零线。

所述继电器控制开关电路模块串联在电源线上，其控制端与MCU 控制电路模块电连接，根据MCU控制电路模块的控制指令以切断/ 导通电源线。

MCU控制电路模块包括一ESP32芯片。

所述通讯接口模块电连接至MCU控制电路模块，用以实现MCU 控制电路模块与用户端的数据交互。

例如，MCU控制电路模块通过通讯接口模块连接至网络，再通过网络与用户的手机、PC机实现数据交互，用户通过手机、PC机给 MCU控制电路模块远程发送控制指令，切断或者导通智能插座，间接实现对连接在智能插座上的电器的开关控制。

在一些例子中，所述智能插座还具有一wifi指示灯，wifi指示灯电连接至MCU控制电路模块，用以反应MCU控制电路模块的通讯状态。

所述智能插座还具有一触摸开关模块。

所述触摸开关模块包括两个触摸键和一单键触摸芯片，所述两个触摸键电连接至单键触摸芯片的输入端，单键触摸芯片的输出端电连接至MCU控制电路模块。

所述单键触摸芯片采用UTouth01B。

所述智能插座具有一触摸指示灯，触摸指示灯电连接至MCU控制电路模块，用以直观反应智能插座的工作状态。

在智能插座的使用过程中，通常会出现的故障一般有过压、过流、过载、漏电、松脱、短路等等，针对这几种故障，本实用新型设计检测电路模块如下：

所述检测电路模块包括电压检测电路、过流检测电路、漏电检测电路、温度检测电路。

下面对检测电路模块的各个检测电路分别进行阐述。应当理解，下述几个检测电路需要采用最精简的结构来实现尽可能全面的故障检测，以防止智能插座的体积过大，造成成本增加，这是下述几个用于该智能插座的检测电路的结构设计共性。

一、电压检测电路

电源线上的电压值是非常高的，例如220V交流市电，直接判定如此高幅值的电压是非常危险并且不切实际的一个动作，本实用新型通过电压检测电路将流经电源线的高电压市电转换成较低幅值的第一电压检测信号，供MCU控制电路模块判定使用。

结合图2，所述电压检测电路包括依次电连接的第一桥式整流器 11、第一降压单元12、第一降压单元13、单电压转换单元14和第一滤波单元15。

所述第一降压单元12、第一降压单元13均具有两个输入端和两个输出端，单电压转换单元14具有两个输入端和一个输出端。

所述第一桥式整流器11的两个输入端与电源线电连接，第一桥式整流器11的两个输出端与第一降压单元12的两个输入端电连接。

所述第一降压单元13的两个输入端与第一降压单元12的两个输出端电连接，第一降压单元13的两个输出端电连接至单电压转换单元14的两个输入端。

所述第一桥式整流器11用以将流经电源线的交流电转换成直流电，再将转换生成的直流电传输至第一降压单元12，直流电经第一降压单元12、第一降压单元13依次降压后传输至单电压转换单元14，单电压转换单元14输出一第一电压检测信号。

所述第一滤波单元15分别电连接单电压转换单元14的输出端和 MCU控制电路模块，将单电压转换单元14生成的第一电压检测信号滤波后传输至MCU控制电路模块。

例如，流经电源线的市电为220V的交流电，经第一桥式整流器 11整流后转换成308V的直流电，结合图2，第一桥式整流器11的2 号脚、3号脚电连接电源线，1号脚输出直流高压308V，4号脚输出直流高压0V，该第一桥式整流器11将电源线上的交流电转换成直流电并且传输至第一降压单元12。

考虑到第一桥式整流器11具有两个输出端，第一降压单元12和到第一降压单元13均为一对称结构。

第一降压单元12对称结构的其中一边，包括至少两个分压电阻 R1和R2，这两个分压电阻之间的阻值比例数值较大，目的有二：

第一个目的，分压，以输出直流308V为例，假设R1和R2的阻值比例为20：1，图2中A点的电压约为14-15V。

第二个目的，隔离高压，应当理解，第一桥式整流器11各连接脚上的均为高压，对用户的人身安全造成威胁，设置较大阻值比例的两个分压电阻可以实现有效的隔离高压的作用，保护智能插座使用安全。

A点的电压被传输至第一降压单元13进行进一步的降压，第一降压单元13由两个对称的电阻构成，经第一降压单元13降压后的B 点的电压信号约为2V左右，确保电器和用户的安全。

与之对应的，B’的电压信号和B点相同，约为2V左右。

由前可知，经第一降压单元13做进一步降压后，目前该电压检测电路中具有两个相同的输出电压端，设置单电压转换单元14的目的正是为了将这两个输出电压端合并成为一个输出电压端。本实用新型中，我们通过一差分放大器来实现，该差分放大器的两个输入端分别电连接一相同阻值的电阻，以实现原倍数单电压的输出，该输出电压被定义成第一电压检测信号。

第一电压检测信号再经第一滤波单元15滤波后发送至MCU控制电路模块，第一滤波单元15为一RC回路，一旦第一电压检测信号超出设定的第一电压阈值，MCU控制电路模块即判定流经该智能插座电源线的电压已经过压。例如，第一电压检测信号的常规输出值为 2V，第一电压阈值为2.5V，当某一时刻，第一电压检测信号的输出值达到了2.5V以上，MCU控制电路模块即判定此时该智能插座使用异常，需要尽快切断电源线。

二、过流检测电路

过流检测电路检测的是流经电源线的电流是否超出设定阈值，例如插座过载时，但是由于MCU控制电路模块优选处理的是电压信号，因此过流检测电路的作用是将流经电源线的电流转换成较小幅值的第二电压检测信号，并将转换生成的第二电压检测信号发送至MCU 控制电路模块做进一步的判定使用。

结合图3，所述过流检测电路包括依次电连接的第一电流采样单元21、放大单元22、第二滤波单元23，第二滤波单元23的输出端电连接至MCU控制电路模块。

所述第一电流采样单元21电连接电源线的火线，感应流经火线的电流并将感应到的电流转换成第一感应电压。

所述第一感应电压再经放大单元22放大、第二滤波单元23滤波后转换成第二电压检测信号传输至MCU控制电路模块。

优选的，第二滤波单元23同样为一RC回路，放大单元22可以采用一运算放大器。

在一些例子中，所述第一电流采样单元21包括第一电流互感器、第二桥式整流器、第一采样电阻、极性电容。

所述第一电流互感器的输入端与电源线的火线电连接，输出端与第二桥式整流器的输入端电连接，将火线一侧的大电流转换成较小数值的第一感应电流，第一感应电流为一交流电，需要经第二桥式整流器整流成直流电。

所述第一采样电阻的两端分别电连接第二桥式整流器的两个输出端，将经第二桥式整流器整流后的第一感应电流转换成第一感应电压。

所述极性电容并联在第一采样电阻两端，用以对第一感应电压进行滤波处理。

为了防止极性电容极性接反，本实用新型还可以在极性电容两端再并联一非极性电容，进一步确保过流检测电路的安全。

MCU控制电路模块中预先设定有一第二电压阈值，当第二电压检测信号超出第二电压阈值，MCU控制电路模块即判定此时流经智能插座的电流异常，可能出现过载、短路等危险用电行为，需要尽快切断电源线。

三、漏电检测电路

漏电通常发生在插座故障、插座松脱等情形下，需要检测流经地线的漏电流大小，同过流检测电路，为了便于MCU控制电路模块处理，需要将检测到的漏电流转换成电压信号。

结合图4，所述漏电检测电路包括相互电连接的第二电流采样单元31和漏电保护芯片，第二电流采样单元31电连接电源线的火线和零线，通过对比火线和零线上电流的差值获取流经地线的漏电流并将获取的漏电流转换成第二感应电压，第二感应电压被传输至漏电保护芯片，漏电保护芯片响应于第二感应电压超出设定阈值，发送一漏电信号至MCU控制电路模块。

所述漏电保护芯片可以采用VG54123A芯片。

在另一些例子中，所述第二电流采样单元31包括第二电流互感器、第二采样电阻、整流单元。

所述第二电流互感器的输入端分别与电源线的火线和零线电连接，输出端连接在第二采样电阻两端，第二电流互感器通过对比零线和火线上电流差值以获取流经地线的漏电流，第二采样电阻用以将第二电流互感器感应的漏电流转换成电压信号，该电压信号经整流单元整流后生成第二感应电压。

优选的，所述整流单元包括并联在第二采样电阻两端、极性相反的两个二极管，以尽可能精简电路结构。

为了确保漏电保护芯片的安全使用，所述整流单元和漏电保护芯片串联有缓冲电阻。

四、温度检测电路

当插座出现过流过压或者松脱等异常时，有可能出现电火花，导致插座的温度升高，因此本实用新型设计一温度检测电路，通过检测插座的温度，来判定插座是否出现过载、过流、电火花等异常。

结合图5，所述温度检测电路包括相互电连接的分压电阻和热敏电阻，分压电阻不与热敏电阻连接的一端与一稳压电源连接，热敏电阻不与分压电阻连接的一端接地，热敏电阻与分压电阻连接的一端电连接至MCU控制电路模块，并且连接点的电压被定义成第三电压检测信号。

例如，假设分压电阻和热敏电阻的初始阻值相同，稳压电源的电压为5V，C点(热敏电阻与分压电阻连接的一端)的电压值应当是 2.5V，当智能插座的温度升高时，热敏电阻的阻值随温度的升高而降低，C点的电压值也随之降低，将降低至第三电压阈值以下时，MCU 控制电路模块即判定此时插座温度异常，可能出现了危险用电行为，切断电源线。

综上所述，所述MCU控制电路模块响应于以下条件中的任意一个，1)第一电压测信号大于第一电压阈值，2)第二电压检测信号大于第二电压阈值，3)漏电检测电路发送的漏电信号，4)第三电压检测信号小于第三电压阈值，生成一切断信号。

所述继电器控制开关电路模块分别与插座电路模块、MCU控制电路模块电连接，根据MCU控制电路模块的切断指令以切断插座电路模块切断。

所述MCU控制电路模块具有一设定部，用以设定第一电压阈值、第二电压阈值、第三电压阈值，以适应智能插座在不同情形下的应用。

在另一些例子中，所述智能插座还具有AC-DC隔离电源模块， AC-DC隔离电源模块电连接在电源线和MCU控制电路模块之间。

AC-DC隔离电源模块有两个作用：

第一个作用，将流经电源线的交流电市电转换成供MCU控制电路模块、检测电路模块工作使用的直流低压。

第二个作用，在电源线和MCU控制电路模块之间起隔离作用。

AC-DC隔离电源模块可以参照现有技术中的例子自行设计电路，例如图6所示，也可以采用现有的AC-DC隔离电源芯片，例如SM7205 等等。

图6中的AC-DC隔离电源模块转换生成的电压为5V，MCU控制电路模块的工作电压为3.3V。因此优选的，本实用新型还包括一供电模块，所述供电模块包括相互电连接的第一稳压电源和电压转换电路，第一稳压电源的输出电压经电压转换电路转换后构成一第二稳压电源。例如，第一稳压电源为AC-DC隔离电源模块的输出端，假设为 5V，该5V电压经电压转换电路转换后生成3.3V的输出电压，该3.3V 的输出电压即作为第二稳压电源使用。

图7为其中一种电压转换电路的结构图。

从而，本实用新型提及一种具有保护功能的智能插座，具有包括电压检测电路、过流检测电路、漏电检测电路、温度检测电路在内的检测电路模块，从多方面确保智能插座的安全使用，并且仅占用较少的体积资源。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。