一种具有电路监控功能的插座的制作方法

本实用新型涉及智能家电的技术领域，特别涉及一种具有电路监控功能的插座。

背景技术：

随着生活水平的不断提高，居民家中家用电器的种类和数量也日益俱增，与此同时，有相当一部分居民仍居住在老旧的楼房中，这些楼房内部的电路都出现不同程度的老化现象，并且家用电器随着使用时间的增长，其电气安全性能也会逐渐下降，这导致由于线路老化和电器使用不当引起的火灾发生频率也不断上升。虽然借助于物联网技术，已经研发出能够对电路健康情况进行实时诊断的智能插座，这种智能插座当检测到电路中存在异常信号时会自动切断通路或者自动脱口，从而及时中断电器的工作以实现对电器的保护，同时该智能插座还能够及时通过无线通信技术进行提示报警操作。

但是，一方面上述这种智能插座在安装时都需要预埋进入墙体中，这使得该智能插座智能局限于新建楼房或者重新装修房屋的情况下才能使用，这导致该些老旧的楼房无法直接使用这种智能插座；另一方面，当智能插座预埋进入墙体后，由于墙体自身的结构和厚度，该智能插座发出的无线信号会受到感染，使得该无线信号的强度发生显著下降，从而无法正常地发射出去或者正常到达对应的监控中心；此外，这种智能插座由于其内部电路结构较传统插座复杂，这使得这种智能插座的电气可靠性相对于传统插座要低，若这种智能插座发生失效，智能插座的更换也相应存在不便之处。可见，现有的智能插座并不能广泛地应用于各种楼房中，并且这类智能插座需要预埋安装，这会给这类智能插座的工作和更换安装都存在不同程度的弊端，从而对这类智能插座的广泛应用产生极大的阻碍。

技术实现要素：

在物联网和智能家居技术中，不仅需要在电路发生异常状态的情况下能够自动排查处理该异常状态，还需要对建筑物内部的电路工作状态进行长期监测，以实现对电路老化情况进行记录和对电路工作状态进行趋势判断，从而在电路发生异常情况之前就能够准确检测到其潜在的问题，从而及时地消除安全隐患，但是现有的智能插座智能在电路发生异常情况之后才能进行提醒报警处理，其无法实现提前预防，其对电路状态的监控和处理都存在一定的时间滞后性。

针对现有智能插座存在的缺陷，本实用新型提供一种具有电路监控功能的插座，该插座在安装过程中不需要预埋进入墙体，而是采用可插拔的方式与墙体上的其他插座进行连接，这便于插座的维护更新，并且该插座还能够实现对电路和电器工作状态进行长时间的监控、以及对电路和电器可能发生的异常状态进行预先判断和及时报警的操作。

本实用新型提供一种具有电路监控功能的插座，所述插座包括插座外壳、电路通断控制模块、电气检测模块和微控制器，其特征在于：

所述插座外壳包括分别设于上底面和下底面的三头插孔和三头插销；

所述电路通断控制模块能够基于来自所述微控制器的信号，控制所述三头插孔与所述三头插销之间的电路连接通断状态，以对电路实施断电保护操作；

所述电气检测模块用于监测所述插座的工作状态，并生成关于电压的第一模拟信号、关于电流的第二模拟信号、关于漏电流的第三模拟信号、关于温度的PWM信号；

所述微控制器能够根据所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号、所述PWM信号分别确定出所述三头插销中对应交流电源线的电压值、所述三头插销中对应交流电源线的电流值、与所述插座连接的电器中的漏电流值、所述插座外壳的温度值；

进一步，所述插座还包括电气输入模块和电气输出模块，所述三头插销通过所述电气输入模块与所述电路通断控制模块连接，所述三头插孔通过所述电气输出模块与所述电路通断控制模块连接；

进一步，所述插座还包括无线通信电路，所述无线通信电路与所述微控制器连接，其用于接收和发送信号、以及传递所述微控制器发出的上行数据和上位机发出的下行指令；所述无线通信电路采用LoRa、Wi-Fi、ZigBee、蓝牙、LET中任意一种通信机制进行通信；

进一步，所述插座还包括电源模块，所述电源模块用于对所述微控制器、所述电气检测模块和所述无线通信电路进行供电；

进一步，所述电气检测模块包括电压测量功能模块、电流测量功能模块、漏电流测量功能模块和温度测量功能模块，其中，所述电压测量功能模块、所述电流测量功能模块、所述漏电流测量功能模块和所述温度测量功能模块用于分别生成所述第一模拟信号、所述第二模拟信号、所述第三模拟信号和所述PWM信号；

进一步，所述插座外壳上还设有第一、第二、第三和第四电气状态警告灯，当所述电压值、所述电流值、所述漏电流值、所述温度值分别大于对应预设阈值时，所述第一、第二、第三和第四电气状态警告灯会被分别点亮；

进一步，所述插座外壳上还设有微控制器工作状态指示灯和无线通信电路工作状态指示灯，当所述微控制器运行正常时，所述微控制器工作状态指示灯处于点亮状态，否则处于熄灭状态，当所述无线通信电路运行正常时，所述无线通信电路工作状态指示灯处于点亮状态，否则处于熄灭状态；

进一步，所述插座外壳上设有与所述微控制器电气连接的复位按键，所述复位按键能够实现对所述微控制器的重启操作；插座外壳具有圆柱体、正方体、长方体或者球体的中空壳体形状；所述三头插孔用于与所述电器进行插合，所述三头插销用于与另一插座进行可插拔的插合连接；

进一步，所述电路通断控制模块包括光耦和继电器，当所述电路通断控制模块接收到来自所述微控制器的信号后，所述光耦会被导通，所述继电器中的线圈通电，进而所述继电器吸合内部杠杆、断开常闭触点、并连接常开触点，从而实现对所述电路的断电保护操作；

进一步，所述电气输入模块包括市电连接端子和输入端交流电源线，所述输入端交流电源线能够将所述三头插销与所述电路通断控制模块的输入端进行电气连接，所述输入端交流电源线包括输入火线、输入零线和输入地线；所述电气输出模块包括连接插套和输出端交流电源线，所述输出端交流电源线能够将所述三头插孔和所述电路通断控制模块的输出端进行电气连接，所述输出端交流电源线包括输出火线、输出零线和输出地线。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为本实用新型提供的一种具有电路监控功能的插座的正面结构图；

图2为本实用新型提供的一种具有电路监控功能的插座的背面结构图；

图3为本实用新型提供的一种具有电路监控功能的插座中内部电路对应的结构框架图；

图4为本实用新型提供的一种具有电路监控功能的插座中电压测量功能模块对应的电路结构图；

图5为本实用新型提供的一种具有电路监控功能的插座中电流测量功能模块对应的电路结构图；

图6为本实用新型提供的一种具有电路监控功能的插座中漏电流测量功能模块对应的电路结构图；

图7为本实用新型提供的一种具有电路监控功能的插座中微控制器对应的电路结构图；

图8为本实用新型提供的一种具有电路监控功能的插座中电路通断控制模块对应的电路结构图；

图9为本实用新型提供的一种具有电路监控功能的插座中无线通信电路对应的电路结构图；

图10为本实用新型提供的一种具有电路监控功能的插座中电源模块对应的电路结构图。

其中，图1和2中的附图标记含义为：1、插座外壳 2、三孔插孔 3、三头插销 4、上底面 5、下底面。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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作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。

参阅图1和2，分别为本实用新型实施例提供的一种具有电路监控功能的插座的正面和背面结构图。该插座包括一中空壳体，该中空壳体具有一上底面和一下底面，该中空壳体可具有但不限于是圆柱体、正方体、长方体或者球体的形状。其中，该上底面设有用于与家用电器的三头插头进行插合连接的三头插孔，该下底面设有三头插销，该三头插销能够与另一插座进行可插拔的插合连接，该插座能够实现与埋墙安装或者其他形式固定安装的其他插座进行可拆卸连接，这样该插座能够根据实际需要应用到不同位置处，其并不需要在墙体中进行预埋设置就能够直接工作，从而极大地提高插座维修更换的便捷性。优选地，该插座的上底面还可替换设置有五孔插孔，这样能够便于该插座与自带两头插销或者三头插销的家用电器进行电连接；优选地，该插座还可具有插线板的形式，这样能够使插座同时与多种家用电器进行电连接。

该插座外壳的内部设有电气输入模块、电气输出模块、电路通断控制模块、电气检测模块、微控制器、无线通信电路和电源模块等不同功能模块。参见图3，分别为本实用新型实施例提供的一种具有电路监控功能的插座中内部电路对应的结构框架图，上述不同功能模块之间的连接关系如图2所示。其中，该三头插销通过该电气输出模块与该电路通断控制模块连接，该三头插孔通过该电气输出模块与该电路通断控制模块连接；具体来说，该电气输入模块包括金属市电连接端子和输入端交流电源线，该电气输入模块通过该输入端交流电源线将该三头插销与该电路通断控制模块的输入端进行电气连接，该输入端交流电源线包括输入火线、输入零线和输入地线；该电气输出模块包括金属连接插套和输出端交流电源线，该电气输出模块通过该输出端交流电源线将该三头插孔与该电路通断控制模块的输出端进行电气连接，该输出端交流电源线包括输出火线、输出零线和输出地线。

参阅图8，为本实用新型实施例提供的一种具有电路监控功能的插座中电路通断控制模块对应的电路结构图。具体来说，该电路通断控制模块包括光耦和继电器，该电路通断模块的控制端与该微控制器的通用输入输出管脚连接，当该电路通断控制模块接收到来自该微控制器的信号后，该光耦会被导通，该继电器中的线圈通电，进而该继电器吸合内部杠杆、断开常闭触点、并连接常开触点，从而使该输入火线与所述输出火线连接，以实现对电路的断电保护，并且该输入零线与该输出零线之间，该输入地线与该输出地线之间均在该电路通断控制模块内部直接连接。

该电气检测模块进一步包括电压测量功能模块、电流测量功能模块、漏电流测量功能模块和温度测量功能模块。参阅图4-6，为本实用新型实施例提供的一种具有电路监控功能的插座中电压测量功能模块、电流测量功能模块、漏电流测量功能模块对应的电路结构图。

相应地，该电压测量功能模块包括电压互感器、可编程差分放大器和RMS-TO-DC转换器，该电压互感器的初级线圈并联在该输入火线和该输入零线之间，该电压互感器的次级线圈并联一可变电阻，该可变电阻的滑动端位置是根据其量程确定的；该可编程差分放大器的输入端连接到该滑动端，并将其输入端的电压正弦信号按照一比例缩小，缩小后的正弦信号输出至该RMS-TO-DC转换器，该RMS-TO-DC转换器能够根据该缩小后的正弦信号的大小值生成第一模拟信号。

相应地，该电流功能测量模块包括电流互感器和线性电流传感器，该电流互感器的初级线圈串联在该输入火线上，该电流互感器能够将高电流按照一比例转换成低电流，该低电流从所述次级线圈输出，该低电流经过一并联电阻分流后，输入该线性电流传感器的输入端，该线性电流传感器能够根据其输入端中输入的电流大小值生成第二模拟信号。

相应地，该漏电流测量功能模块包括微型电流互感器和漏电检测芯片，该输出火线和该输出零线穿过该微型电流互感器的磁芯，该微型电流互感器的输出端与该漏电检测芯片的输入端连接，该漏电芯片内部的放大器能够根据该微型电流互感器的输出信号大小值生成第三模拟信号。

相应地，该温度测量功能模块包括温度传感器，该温度传感器将测量到的温度值转换为PWM信号，该温度传感器还能够将测量得到的温度值根据一协议传输至该微控制器。

参阅图7，为本实用新型实施例提供的一种具有电路监控功能的插座中微控制器对应的电路结构图。具体地，该微控制器包括第一ADC采样管脚、第二ADC采样管脚、第三ADC采样管脚、第一通用输入输出管脚、第二通用输入输出管脚。该第一ADC采样管脚用于接收该第一模拟信号，该第二ADC采样管脚用于接收该第二模拟信号，该第三ADC采样管脚用于接收该第三模拟信号，该第一通用输入输出管脚用于接收该PWM信号，该第二通用化输入输出管脚与该电路通断控制模块的控制端连接。该微控制器能够根据该第一模拟信号、该第二模拟信号、该第三模拟信号和该PWM信号分别确定出该输入端交流电源线的电压值、该输入端交流电源线的电流值、家用电器电路中的漏电流值和该插座外壳的温度值，并能够将该电压值、该电流值、该漏电流值和该温度值通过该无线通信电路实施传送至上位机中。

此外，该微控制器内部存储由经校准的电压阈值、电流阈值、漏电流阈值和温度阈值，当该输入端交流电源线的电压值大于该电压阈值、或者该输入端交流电源线的电流值大于该电流阈值、或者该家用电器电路中的漏电流值大于该漏电流阈值、或者该插座外壳的温度值大于该温度阈值的情况发生时，该微控制器通过该第二通用输入输出管脚控制该电路通断控制模块，使该继电器断开，并将该情况通过该无线通信电路上报至该上位机，该上位机只在该情况对应的故障消除后才向该微控制器发送指令，以指示该电路通断控制模块重新接通该继电器。

参阅图9，为本实用新型实施例提供的一种具有电路监控功能的插座中无线通信电路对应的电路结构图。该无线通信电路通过通信线路与该微控制器连接，其用于接收和发送信号，以及传递该微控制器发出的上行数据和上位机发出的下行指令。优选地，该无线通信电路可采用LoRa、Wi-Fi、ZigBee、蓝牙、LET中任意一种通信机制进行通信。

参阅图10，为本实用新型实施例提供的一种具有电路监控功能的插座中电源模块对应的电路结构图。具体来说，该电源模块包括第一和第二交流转直流隔离电源电路，以及第一、第二、第三和第四DC-DC电路，该第一交流转直流隔离电源电路能够将市电转换3.3V低压直流电以用于对漏电动作保护模块的光耦输出侧供电，该第二交流转直流隔离电源电路能够将市电转换为12V低压直流电，该第一DC-DC电路能够将该12V低压直流电转换为3.3V低压直流电以用于对微控制器供电，该第二DC-DC电路能够将该12V低压直流电转换为±15V直流电以用于对电压测量功能模块供电，该第三DC-DC电路能够将该12V低压直流电转换为±5V直流电以用于对电流测量功能模块供电，该第四DC-DC电路能够将该3.3V低压直流电转换为1.8V直流电以用于对该无线通信电路供电。

另外参阅图3和7，该插座外壳上还可设有第一、第二、第三和第四电气状态警告灯，当该输入端交流电源线的电压值大于该电压阈值时，该第一电气状态警告灯被点亮，当该输入端交流电源线的电流值大于该电流阈值时，该第二电气状态警告灯被点亮，当该家用电器电路中的漏电流值大于该漏电流阈值时，该第三电气状态警告灯被点亮，当该插座外壳的温度值大于所述温度阈值时，该第四电气状态警告灯被点亮。

继续参阅图3和7，该插座外壳上还可设有微控制器工作状态指示灯和无线通信电路工作状态指示灯，当该微控制器运行正常时，该微控制器工作状态指示灯处于点亮状态，否则处于熄灭状态，当该无线通信电路运行正常时，该无线通信电路工作状态指示灯处于点亮状态，否则处于熄灭状态。

继续参阅图3，该插座外壳上还可设有由该微控制器电气连接的复位按键，该复位按键能够实现用户对该微控制器的人为重启操作。

从上述实施例可以看出，该具有电路监控功能的插座具有如下的优点：

第一，该具有电路监控功能的插座能够与其他形式的插座进行可插拔连接，其主要充当其他固定插座与家用电器之间的转接插座，该插座随插随用，在不用的情况下可拔下，其使用方便以及便于后续进行维修或者更换，此外，该插座是安装在墙体之外、其并不需要预埋设置在墙体内部，故该插座中的无线信号的传输并不会受到干扰；

第二，该具有电路监控功能的插座能够实时检测对应的电压值、电流值、漏电流值和温度值这四个参数，并且在该四个参数没有超出其对应阈值的情况下，该插座的微控制器依然能够持续地将该四个参数上传至上位机中，这能够便于上位机对建筑物内部的电路工作状态进行长时间的监测、记录电路的老化情况以及以此对该电路的工作状态趋势进行预先判断，从而在电路发生异常情况之前就能够发现其潜在的问题，以及时和迅速地排查处理相应的安全隐患。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。