一种具有温度监控的智能插座 |
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| 申请号 | CN201710878501.3 | 申请日 | 2017-09-26 | 公开(公告)号 | CN107516799A | 公开(公告)日 | 2017-12-26 |
| 申请人 | 中国地质大学(武汉); | 发明人 | 周壮; 程卓; 袁泉; 陶梦瑶; 李林凡; 鲁卓炜; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种具有 温度 监控的智能插座，在电源转换方面，提供了用于多种大小的 电压 以及不同 接口 ，采取逐级分压的方式；在监控方面，得到每个电源输出接口的电压、 电流 数据的同时记录通电的时长，采用多个温度 传感器 ，得到稳压整流子模 块 和电源输出接口的温度；在系统方面，采用 微处理器 结合继电器进行通断，微处理器可以获取异常电压、电流和温度数据，智能的对电源输出接口进行通断，也可以通过触控屏与微处理器通信，对电源输出接口进行触控通断控制，或通过WiFi子模块由移动端进行对电源输出接口通断的控制；在备用电源方面，搭载了可充、放电的备用电源，可以在无外接电源的情况下继续使用，本发明可应用于电器领域中的电源供电。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有温度监控的智能插座，其特征在于，包括系统模块(3)、监控模块(2)以及用于提供系统模块(3)及系统模块(3)工作用电的电源转换模块(1)； |
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| 说明书全文 | 一种具有温度监控的智能插座技术领域[0001] 本发明涉及电器领域，尤其涉及电源方面，更具体地说，涉及一种具有温度监控的智能插座。 背景技术[0002] 随着单片机行业的发展和进步，越来越多的人开始涉及这一行业，但是并没有一种很好的专门为单片机工作而设计的智能插座。传统的单片机行业工作者，一般外接电源，就是插在电脑的USB端口或者用于电池组来实现供电这几种方法，毫无疑问，传统的为单片机供电的方式是很不方便的，有时会对工作造成很大的影响。 [0003] 现有的智能插座，一般都是通过稳压整流电路组成的直流电源，然后电源输出到不同接口构成插座。智能插座的控制系统大多是根据电源输出接口数据来进行对电源端口的控制，但并不具备完善的温度监控系统。如实用新型专利：智能电源插座及控制系统(申请号CN201310339965.9)中显示模块显示的仅仅电能，控制的方式也是只有手动控制和经过WiFi子模块控制，无法自动控制的同时，整个系统也没有任何安全保障。如实用新型专利：一种智能电源开关(申请号CN201410571125.X)的电压转换电路和控制系统是分离的，仅仅是靠一个继电器联系起来，用一个继电器控制所有的电源输出接口的通断，控制方式极不方便。一种安全智能插板(申请号201621236726.6)中的温度监控方式为工作温度由DS18B20测量，但仅仅监控单个元件位置的温度数据，是不够准确及时的，同时也不能对温度信息进行实时显示。 发明内容[0005] 根据本发明的其中一方面，本发明为解决其技术问题，技术方案如下： [0006] 一种具有温度监控的智能插座，其特征在于，包括系统模块、监控模块以及用于提供系统模块及系统模块工作用电的电源转换模块； [0007] 所述电源转换模块包含：用于将输入的交流电整流后进行逐步降压及稳压后变为具有多种电压值的直流电源的稳压整流子模块以及用于外接其他设备以输出所述多种电压值的电源输出接口电源输出接口，稳压整流子模块与电源输出接口连接； [0009] 所述系统模块包括用于处理从监控模块收集到的数据信息，并根据所述数据信息中的温度数据来控制电源输出接口的通断状态的微处理器。 [0010] 进一步的，所述的监控模块还包含用于监控经过稳压整流子模块处理后的直流电源的电压和电流的电路状态监控子模块以及用于将电路状态监控子模块监控得到的所述电压和电流转换为数字信号的A/D转换器，A/D转换器连接所述微处理器而传递所述数字信号至所述微处理器，以使得所述微处理器分别由每个电源输出接口开始通电时间和停止通电时间分别得到每个电源输出接口的通电时长数据。 [0011] 进一步的，所述电路状态监控子模块是由分别分布在每一个电源输出接口的用于监控经过稳压整流子模块处理后的直流电源的电压的直流电压转换电路以及用于监控经过稳压整流子模块处理后的直流电源的电流的直流电流转换电路组成，所述的每一个电源输出接口直流电压转换电路、直流电流转换电路都连接到A/D转换器。 [0012] 进一步的，所述系统模块还包括触控屏、用于存储监控模块上传至微处理器的数据信息的存储子模块以及用于处理从监控模块收集到的所述数据信息以控制触控屏显示来自监控模块的数据信息的微处理器、用于与移动设备的通信的WiFi子模块，触控屏、存储子模块、WiFi子模块分别微处理器连接，所述数据信息包含所述温度数据、所述时长数据及直流电源的电压和电流经A/D转换器转化出的数字信号。 [0013] 进一步的，所述系统模块的触控屏响应触控操作对电源输出接口的通断进行控制，对电源输出接口的通断进行控制是通过继电器控制电源输出接口的通断。 [0014] 进一步的，还包括用于在整个智能插座有外部供电时进入充电或关闭状态、且在外部断电后，对系统模块和监控模块进行供电的备用电源模块，所述备用电源模块与微处理器连接，由微处理器控制备用电源模块的工作。 [0015] 进一步的，所述电源输出接口具有220V的2孔及3孔接口，部分或者全部的直流电源的电源输出接口为插头或插座，且每一个电源输出接口为USB-Type-A型、USB-Type-B型、miniUSB型、microUSB型中任意一种。 [0016] 进一步的，所述微处理器采用的是32位微处理器。 [0017] 进一步的，所述的监控模块中包含的环境温度监控子模块采用温度传感器，以预设周期来进行采集电路所有预设模块的温度，采集到多点数据后存储到存储子模块，所述预设模块包括预设的电路以及所有的电源输出接口。 [0018] 进一步的，所述微处理器控制整个智能插座的通断状态的方式是： [0020] 本发明提供了一种具有温度监控的智能插座，能实现负载的实时输出，通过预设温度阈值及工作温度与历史温度进行波动差异对比两种方法，微处理器通过继电器可以分别控制每个电源输出接口的通断，实现了温度监控和安全通断的功能，一方面，降低了智能插座与用电设备的运行风险，提升了智能插座的安全性，另一方面，增加触控屏及WiFi子模块，能够显示电源和温度信息，还能对每个电源输出接口的通断进行触控控制或连接移动端进行远程控制，提升了用户的使用体验，本发明还搭载了备用电源，在紧急情况下也能正常工作，非常利于推广使用。附图说明 [0021] 图1为一种具有温度监控的智能插座各模块的电路原理图； [0022] 图2为一种具有温度监控的智能插座各模块分解电路原理图； [0023] 图3为一种具有温度监控的智能插座的稳压整流子模块220V转12V电路原理图； [0024] 图4位一种具有温度监控的智能插座的稳压整流子模块12V转5V、5V转3.3V的电路原理图； [0025] 图5为一种具有温度监控的智能插座的电路状态监控子模块直流电压转换电路电路原理图； [0026] 图6为一种具有温度监控的智能插座的电路状态监控子模块直流电流转换电路电路原理图。 具体实施方式[0027] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式，所举实例只用于解释本发明，以便正确理解本次发明各个模块之间的关系和其作用，并非用于限定本发明的范围。 [0028] 实施例：本发明的一种具有温度监控的智能插座的各模块的电路原理图如图1所示，智能插座由电源转换模块1、监控模块2、系统模块3、备用电源模块4构成。电源转换模块1为监控模块2、系统模块3、备用电源模块4供电。 [0029] 实施例中智能插座的各模块的具体电路原理框如图2所示，电源转换模块1包括稳压整流子模块11以及电源输出接口12。稳压整流子模块11将输入的220V交流电整流后，进行逐步降压稳压变为12V、5V、3.3V的直流电源，其中12V、5V电源可以接各种常用的电源输出接口，3.3V提供给系统模块3工作用电。具体的，电源接口可分为220V的2孔、3孔接口，12V的DC插头和插座、5V和USB-Type-A型、USB-Type-B型、miniUSB型、microUSB型多种类接口。外接的220V交流电压输入由220V转12V电路后变为12V的直流电压，再经过12V转5V电路，变为5V直流电压，再经过5V转3.3V电路变为3.3V的直流电压，其中12V电压可以通过电源接口外接其他设备，5V电压可以通过USB-Type-A型、USB-Type-B型、miniUSB型、microUSB型多种类型的电源输出接口外接其他设备，本实施例中接口1～接口N表示12V和5V的电源输出接口，每个电源输出接口都有对应的控制器1～N。 [0030] 监控模块2包括电路状态监控子模块22以及环境温度监控子模块21。电路状态监控子模块22由直流电压转换电路、直流电流转换电路以及继电器电路组成，分别分布在每一个电源输出接口，其中直流电压转换电路和直流电流转换电路分别经由A/D转换器后与微处理器31相连，通过A/D转换器得到精确的电压电流数据，并将这些数据传输到微处理器31，微处理器31得到这些数据后通过与历史值对比以及是否超过设定阈值来判断电源接口工作是否异常，从而通过继电器对电路进行通断状态控制。继电器经由三极管后与微处理器31相连。每个控制电路都接一个微处理器31独立I/O口。上述控制器1～N即为分布在各个电源输出接口的电路状态监控子模块22，由直流电压转换电路、直流电流转换电路以及继电器电路组成。环境温度监控子模块21采用多个温度传感器，分别分布在电源转换模块1各个易发热电路及接口附近，以1S为周期采集所有易发热模块以及每个电源输出接口的温度，对于每个温度传感器，分别取其最大值来当做系统温度预警的值，并存储在系统模块3的存储子模块33中，这些存储的温度数据可以作为历史温度数据，每个温度传感器的数据通过设定温度阈值以及与历史温度对比的两种方式更加准确的判断电路温度是否异常，从而对电路进行控制，保障系统安全。若当前的所述温度数据对应的温度高于设定温度阈值，或者当前的所述温度数据对应的温度变化相比存储在存储子模块33中的历史数据波动差值高于预设差值时，由微处理器31通过继电器控制电路断开，反之则正常通电。 [0031] 系统模块3包括微处理器31，触控屏32，存储子模块33，以及WiFi子模块34。微处理器31模块采用的是32位微处理器31，具有强大的处理功能以及大量丰富的外设接口。微处理器31分别由每个电源输出接口12开始通电时间和停止通电时间分别得到每个电源输出接口12的通电时长数据。微处理器31收集到来自监控模块2的数据后，将其显示在触控屏32上形成人机交互界面。该界面显示每个电源输出接口的电压、电流信息和通电时间以及整个智能插座的温度，同时可以响应人为触控操作，控制每个电源输出接口的通断，还可以通过WiFi子模块34形成与移动端的通信，用户可以在移动端上进行发送控制指令控制每个电源输出接口的通断，并优选的可以显示数据信息，显示的数据信息可以与触控屏的上述显示的数据相同，也可以不同。触控屏32与微处理器31是通过并行的模式进行通信的，触控屏32可以分为多个小块，例如，第N小块会显示接口N的实时工作电压电流以及通电的时长，特殊的，触控屏32会留一块区域显示系统工作环境实时温度，并会有不同的颜色进行预警。 WiFi子模块34的功能主要是实现与外部移动设备的连接，其通信方式为串行通信。 [0032] 备用电源模快由充电电路、放电电路、锂电池构成，在整个智能插座处于供电状态时，进入充电状态直到判断充满；外部断电后，该模块可以对系统进行供电，保持系统继续工作，移动电源模块的工作是由微处理器31控制的。备用电源也是由微处理器31控制的，在智能插座外接220V电压作为输入时，微处理器31会检测备用电源的电压，通过检测出的电压判断备用电源是否充满电，若充满，则系统模块3控制备用电源停止充电，若电压未达到预设值，会进行启动充电电路，对锂电池进行充电，当未外接220电压时，微处理器31会控制备用电源模块4的放电电路，对监控模块2和系统模块3进行供电。 [0033] 实施例中的稳压整流子模块11中220V转12V电路如图3所示，采用的是隔离式的稳压电源，220V的交流电经过全桥整流电路5(N4007*4)变为直流，在通过变压器6，变为15～20V的电压，在经过稳压集成电路(7812)变为12V的直流电。 [0034] 实施例中的稳压整流子模块11中12V转5V、5V转3.3V电路如图4所示，12V转5V电路，采用的是三端稳压集成电路(7805)实现的；5V转3.3V电路，采用的是低压降三端线性稳压电路(X1117-3.3)实现的。 [0035] 实施例中监控模块2中的直流电压转换电路7如图5所示，直流电压转换电路7工作原理为：输入的12V/5V经过直流电压转换电路7分压，使目标电阻R19和R20的分压在0-5V左右，然后将电阻R19和R20上电压传输到A/D转换器8(ADC0809芯片)，经过微处理器31计算从而得到该电源输出接口的电压数据。 [0036] 实施例中监控模块2中的直流电流转换电路如图6所示，直流电流转换电路工作原理为：分压电阻9极小，可设置为0.01Ω，然后经过电路隔离放大后传输到ADC0809芯片，经过微处理器31计算从而采集到电流数据。 [0037] 本发明的一种具有温度监控的智能插座具体工作方式如下：外接的220V高压交流电，经过220V转12V电路转化为12V的直流电。然后依次得到大小为5V，3.3V的直流电压输出。12V，5V分别外接各种类型的电源端口。3.3V提供电路工作电压。智能插座正常工作后，若某一电源输出接口外接了负载，系统模块3会收集到来自电源监控子模块得到的电压，电流数据以及工作时长，同时还有环境温度监控子模块21得到的温度数据，然后，微处理器31会将这些信息传递到触控屏32上，若电源数据异常或温度数据异常，微处理器31可控制在每个电源端口的继电器来使端口失去供电能力，通过这个机制有效地保护系统。触控屏32不仅能够显示每个电源输出接口的电压、电流、温度和通电时间，还能对每个电源输出接口的通断进行触控控制。系统模块3搭载的WiFi子模块34，也可以与外界的移动设备相互通信，从而使移动设备控制本系统。本智能插座还搭载了备用电源模块4，当系统电路正常工作时，微处理器31会判断是否需要充电，若备用电源电压不足，则启动备用电源模块4充电电路，否则不进行充电，当失去外接电源时，微处理器31会启动备用电源模块4放电电路，备用电源对整个系统供电，使之正常工作。 [0038] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。 |
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