本發(fā)明涉及一種智能插座，尤其涉及一種采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)控制的物聯(lián)網(wǎng)WIFI智能插座。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,人民生活的生活水平得以不斷提高，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求不斷提高，方便快捷是人們永恒追求的目標(biāo)。跟隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能家居也逐漸成為了現(xiàn)實(shí)，中國(guó)網(wǎng)民數(shù)量2014已達(dá)6.32億，國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心21日發(fā)布數(shù)據(jù)顯示。截至今年6月，我國(guó)網(wǎng)民手機(jī)上網(wǎng)使用率達(dá)83.4%，首次超越傳統(tǒng)PC使用率，手機(jī)作為第一大上網(wǎng)終端設(shè)備的地位更加穩(wěn)固，智能家居也就逐漸成為了現(xiàn)實(shí)，采用智能手機(jī)控制電視、冰箱、窗簾、燈光等功能在內(nèi)的系統(tǒng)，使人們的生活從各個(gè)方面變得更加安全、舒適、簡(jiǎn)單。

物聯(lián)網(wǎng)WIFI智能插座它利用了現(xiàn)有家庭中的WiFi網(wǎng)絡(luò)，讓您的智能手機(jī)或平板電腦等在聯(lián)網(wǎng)條件下，能通過(guò)App操作打開或者關(guān)閉指定的電器。而且由于智能插座能夠做到讓電器完全斷電，對(duì)于電視機(jī)、電熱水器等待機(jī)功率較大的電器，用智能插座控制后就能做到隨用隨開，每個(gè)月也能省下可觀的電費(fèi)。

目前現(xiàn)有的WiFi智能插座只是增加了WiFi控制功能，通過(guò)手機(jī)等控制WiFi智能插座開啟或關(guān)閉用電設(shè)備的電源，單純只是具備供電功能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足大眾需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種具有防雷、噪聲濾波、電能計(jì)量，過(guò)壓過(guò)流保護(hù)并且能節(jié)能減耗、可以實(shí)時(shí)控制通斷的采用WIFI技術(shù)控制的物聯(lián)網(wǎng)WIFI智能插座。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種采用WIFI技術(shù)控制的物聯(lián)網(wǎng)WIFI智能插座，包括防雷單元1、電源噪聲濾波器單元2、電流/電壓傳感器單元3、電能計(jì)量單元4、微處理器單元5、驅(qū)動(dòng)單元6、繼電器單元7、用電設(shè)備插座8、整流濾波單元9、USB充電口10、DC降壓?jiǎn)卧?/b>11、WiFi串口模塊12、LCD顯示單元13、鍵盤輸入單元14及聲音單元15組成。

進(jìn)一步，220V交流市電送入防雷單元1，其輸出送入電源噪聲濾波器單元2，電流/電壓傳感器單元3的輸入來(lái)自電源噪聲濾波器單元2的輸出，電流/電壓傳感器單元3將檢測(cè)到的電流/電壓信號(hào)輸出到電能計(jì)量單元4，微處理器單元5與電能計(jì)量單元4進(jìn)行通訊，將實(shí)時(shí)用電情況輸出到LCD顯示單元13予以顯示。

進(jìn)一步，電源噪聲濾波器單元2的輸出同時(shí)送入到整流濾波單元9，經(jīng)整流濾波后的電壓一路輸出到USB充電口10，對(duì)需要充電的數(shù)碼產(chǎn)品輸出5V直流電壓進(jìn)行充電；經(jīng)整流濾波后的電壓同時(shí)送往DC降壓?jiǎn)卧?/b>11，經(jīng)降壓處理后輸出到電能計(jì)量單元4、微處理器單元5和WiFi串口模塊12，為其提供3.3V穩(wěn)定可靠的直流電壓。

進(jìn)一步，微處理器單元5與WiFi串口模塊12進(jìn)行雙向通信，根據(jù)WiFi串口模塊12輸出信號(hào)的需求，控制繼電器單元7的動(dòng)作，對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行供電或斷電。

微處理器單元5接收來(lái)自WIFI串口模塊12輸出、鍵盤輸入單元14輸入、電能計(jì)量單元4的輸出信號(hào)，繼電器單元7的靜觸點(diǎn)與用電設(shè)備插座8相連，通過(guò)電源噪聲濾波器單元2的交流輸出送入到繼電器單元7的動(dòng)觸點(diǎn)；鍵盤輸入單元14送出手動(dòng)按鍵信號(hào)給微處理器單元5，經(jīng)驅(qū)動(dòng)單元6用于手動(dòng)控制繼電器單元7的動(dòng)作，接入或斷開交流電源通道；WIFI串口模塊12輸出給微處理器單元5，經(jīng)驅(qū)動(dòng)單元6用于控制繼電器單元7的動(dòng)作；電能計(jì)量單元4檢測(cè)到過(guò)壓、過(guò)流等非正常狀態(tài)信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)給微處理器單元5，經(jīng)驅(qū)動(dòng)單元6控制磁保持繼電器立即關(guān)斷電源，電能計(jì)量單元4在檢測(cè)到電壓、電流恢復(fù)正常時(shí)，輸出信號(hào)給微處理器，經(jīng)驅(qū)動(dòng)單元6控制磁保持繼電器開啟電源，在最大程度上保證用電設(shè)備的安全。

進(jìn)一步，微處理器單元5與鍵盤輸入單元14連接，進(jìn)行人機(jī)對(duì)話；微處理器單元5與聲音單元15連接，發(fā)出警示聲音。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.一種采用物聯(lián)網(wǎng)WIFI智能插座，其中的防雷電路和電源噪聲濾波器，可有效抑制雷電和電網(wǎng)中的瞬變、浪涌等，保護(hù)了用電設(shè)備不受其干擾、損壞，提高了用電質(zhì)量，保證了用電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)了用電設(shè)備的使用壽命，降低了用電設(shè)備的故障率及維修費(fèi)用，達(dá)到了對(duì)用電設(shè)備節(jié)電和保護(hù)的雙重功效；

2.一種采用物聯(lián)網(wǎng)WIFI智能插座，采用電能計(jì)量芯片和微處理器結(jié)合，通過(guò)顯示屏能夠直觀地觀察連接在插座上的用電設(shè)備正在運(yùn)行或待機(jī)時(shí)的電氣參數(shù)，使用戶對(duì)于用電設(shè)備節(jié)電情況一目了然，更具有實(shí)用性及方便性；

3.一種采用物聯(lián)網(wǎng)WIFI智能插座由于采用了磁保持繼電器及低功耗器件，可維持其工作做到節(jié)能；

4.一種采用物聯(lián)網(wǎng)WIFI智能插座，當(dāng)插座上用電設(shè)備負(fù)載超過(guò)設(shè)定值后可自動(dòng)斷電，以確保設(shè)備安全；

5.一種采用物聯(lián)網(wǎng)WIFI智能插座，通過(guò)手機(jī)端的配置程序，可遠(yuǎn)程控制其操作打開或者關(guān)閉指定的用電設(shè)備；

6.一種采用物聯(lián)網(wǎng)WIFI智能插座，設(shè)有通用的USB輸出插座，可方便為數(shù)碼產(chǎn)品提供充電。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明工作原理框圖;

圖2為本發(fā)明中防雷單元工作原理框圖；

圖3為本發(fā)明中電源噪聲濾波器單元工作原理框圖；

圖4為本發(fā)明中電能計(jì)量單元工作原理框圖；

圖5為本發(fā)明中磁保持繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖工作原理框圖；

圖6為本發(fā)明中USB口輸出工作原理框圖；

圖7為本發(fā)明中WiFi串口模塊工作原理框圖；

圖8為本發(fā)明中DC降壓?jiǎn)卧ぷ髟砜驁D；

圖9為本發(fā)明中計(jì)量軟件流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，一種采用物聯(lián)網(wǎng)WIFI智能插座，其特征在于: 包括防雷單元1、電源噪聲濾波器單元2、電流/電壓傳感器單元3、電能計(jì)量單元4、微處理器單元5、驅(qū)動(dòng)單元6、繼電器單元7、用電設(shè)備插座8、整流濾波單元9、USB充電口10、DC降壓?jiǎn)卧?/b>11、WiFi串口模塊12、LCD顯示單元13、鍵盤輸入單元14及聲音單元15組成。

其中，所述微處理器單元5中，采用的微處理器是型號(hào)為M5P430x15x的主控器芯片。

其中，所述電能計(jì)量單元4中采用的是型號(hào)為ATT7053AU的電能計(jì)量專用芯片。

其中，所述WiFi串口模塊12采用的是TLN13U06WIFI

圖2為本發(fā)明中防雷單元工作原理框圖,交流輸入電源火線（L）與自恢復(fù)保險(xiǎn)絲101的一端相連，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲101的另一端與帶溫度保護(hù)的第一氧化鋅壓敏電阻102與零線（N）相連接，組成第一級(jí)差模保護(hù)電路，102就是帶合金型溫度保險(xiǎn)絲的壓敏電阻，103是合金型溫度保險(xiǎn)絲，104是氧化鋅壓敏電阻，它們組合在一起能避免因氧化鋅壓敏電阻劣化、失效產(chǎn)生過(guò)熱而產(chǎn)生的火災(zāi)隱患。同時(shí)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲101的另一端與帶溫度保護(hù)的第二氧化鋅壓敏電阻105通過(guò)放電管111與地線（G）相連接，與零線（N）相連接，組成第二級(jí)共模保護(hù)電路。當(dāng)有雷擊發(fā)生時(shí)，交流輸入電源線在瞬間內(nèi)感應(yīng)到相當(dāng)強(qiáng)度的脈沖電壓和電流在經(jīng)過(guò)第一級(jí)差模保護(hù)電路后通過(guò)帶溫度保護(hù)的第二氧化鋅壓敏電阻105中的106溫度保險(xiǎn)絲、107氧化鋅壓敏電阻再經(jīng)過(guò)放電管111與地線（G）進(jìn)行泄放，進(jìn)一步緩解了脈沖電壓和電流的強(qiáng)度。

交流輸入電源零線（N）與帶溫度保護(hù)的第三氧化鋅壓敏電阻108相連，再通過(guò)放電管111與地線（G）相連接，它們組成了第三級(jí)共模保護(hù)電路，當(dāng)有雷擊發(fā)生時(shí)，交流輸入電源線在瞬間內(nèi)感應(yīng)到相當(dāng)強(qiáng)度的脈沖電壓和電流在經(jīng)過(guò)第一級(jí)差模保護(hù)電路后通過(guò)帶溫度保護(hù)的第三氧化鋅壓敏電阻108中的109溫度保險(xiǎn)絲、110氧化鋅壓敏電阻再經(jīng)過(guò)放電管111與地線（G）進(jìn)行泄放，再進(jìn)一步緩解了脈沖電壓和電流的強(qiáng)度。溫度保險(xiǎn)絲109的作用仍然是對(duì)氧化鋅壓敏電阻110進(jìn)行保護(hù)，放電管111兩端的電壓高過(guò)其保護(hù)規(guī)格值時(shí),其內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)短路現(xiàn)象,并吸收掉輸入的過(guò)高壓。

圖3為本發(fā)明中電源噪聲濾波器單元工作原理框圖, 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子、電力電子、電氣設(shè)備應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它們?cè)谶\(yùn)行中產(chǎn)生的高密度、寬頻譜的電磁信號(hào)充滿整個(gè)空間，形成復(fù)雜的電磁環(huán)境。會(huì)影響在此環(huán)境中運(yùn)行的各種電子設(shè)備的正常工作于是抑制電磁干擾的技術(shù)也越來(lái)越受到重視。

電源噪聲濾波器是一種新型器件，它能有效地抑制交流電網(wǎng)噪聲，提高電子設(shè)備的抗干擾能力和系統(tǒng)的可靠性。其作用是雙向的，一方而消除或削弱來(lái)自交流電網(wǎng)的噪聲干擾，保證電子設(shè)備的正常運(yùn)行;另一方而可以防止電子設(shè)備本身產(chǎn)生的噪聲竄入交流電網(wǎng)。圖2中C01的作用是濾除電源導(dǎo)線中的對(duì)稱干擾，；C03, C04與L組成對(duì)稱性型低通濾波器，濾出共模噪聲，工頻50/60Hz交流電可以直接通過(guò)；C02濾出串模噪聲。

圖4為本發(fā)明中電能計(jì)量單元工作原理框圖，計(jì)量芯片ATT7053AU 是一片帶 SPI 的單相多功能計(jì)量芯片（EMU）。

經(jīng)電壓傳感器VT1采樣后將電壓信號(hào)送入到運(yùn)算放大器IC300,經(jīng)放大整形后的電壓信號(hào)送入計(jì)量芯片IC301的V3P+和V3N-；交流電流采樣通過(guò)穿心電流傳感器IT1采集，采樣后的信號(hào)送入計(jì)量芯片IC301的I2P+和I2N-。

、C306、R305及晶振JZ1組成計(jì)量芯片IC301的外部振蕩電路，計(jì)量芯片IC301的22腳為晶振輸入，23腳為晶振輸出。

計(jì)量芯片IC301的18腳（SPICS）: 片選信號(hào)，CS 發(fā)生下降沿跳變時(shí)表示 SPI 操作開始，CS 發(fā)生上升沿跳變時(shí)表示 SPI 操作結(jié)束；

19腳(SPIDI)：串行數(shù)據(jù)輸入，用于把數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/b> ATT7053AU 中；

20腳（SPIDO）: 串行數(shù)據(jù)輸出, 用于從 ATT7053AU 寄存器中讀出數(shù)據(jù)；

21腳（SPICLK）：SPI 時(shí)鐘信號(hào)輸入，控制數(shù)據(jù)移出或移入串行口的傳輸率；

1腳（DVDD）:數(shù)字電源3V～3.6V；

12腳（VREF）:ADC 參考電壓輸出，典型值 1.225V，需要外接電容C303 和電容C304。

電能計(jì)量單元中的計(jì)量芯片ATT7053AU根據(jù)采樣電路輸人的電壓電流算出電能，然后把電壓、電流及功率由串行接口傳送給微處理器，微處理器根據(jù)送入的指令在液晶顯示屏顯示測(cè)量結(jié)果，同時(shí)具有測(cè)量累計(jì)用電電量、插座負(fù)載的瞬時(shí)功率、累計(jì)用電時(shí)間的功能，停電時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)保存。

圖5是主磁保持繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖，磁保持繼電器作為繼電器的一種，也是一種自動(dòng)開關(guān)，對(duì)電路起自動(dòng)接通和切斷作用，所不同的是，磁保持繼電器的常閉常開作用完全是依賴永久磁鋼的作用，其開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是靠一定量的脈沖電信號(hào)的觸發(fā)而完成的，因此，具有省電節(jié)能、性能穩(wěn)定、體積小、承載能力大的特點(diǎn)，比一般電磁繼電器性能優(yōu)越。

本發(fā)明采用BL8023雙向繼電器驅(qū)動(dòng)集成電路，用于控制磁保持繼電器的工作，它具有輸出電流大，靜態(tài)功耗小的特點(diǎn)。工作電壓在5-16V靜態(tài)功耗電流<1OnA，輸入高低轉(zhuǎn)換電平在2V左右，與各種微處理器兼容，工作溫度適用范圍:-40℃一80℃。

輸入A.B用電平觸發(fā)應(yīng)在輸入加入電阻6R1、6R2到地，保持低電平。這樣需要繼電器工作就可以在A端加高電平，反之在B端加高電平，按功能表狀態(tài)工作。BL8023雙向繼電器驅(qū)動(dòng)集成電路管腳功能如下：

（1）輸入A.接觸發(fā)脈沖，也可接電平觸發(fā)。（2）輸入B.接觸發(fā)脈沖，也可接電平觸發(fā)。（3） 2腳、6腳是空腳。（4）輸出QA接繼電器的線包一端。（5）輸入QB接繼電器的線包另一端。（6） Vdd加繼電器工作電壓正端。（7） V ss加繼電器工作電壓負(fù)端。在圖中可以看到微處理器接收來(lái)自WIFI串口模塊輸出、鍵盤輸入單元輸入、電量計(jì)量單元輸出信號(hào)，微處理器輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路和二極管5D1、5D2送入雙向繼電器驅(qū)動(dòng)集成電路BL8023（IC5）的3腳輸入A和7腳輸入B,控制磁保持繼電器5J的動(dòng)作開啟或關(guān)閉，鍵盤輸入單元送出手動(dòng)按鍵信號(hào)給微處理器，用于手動(dòng)控制磁保持繼電器的動(dòng)作，接入或斷開交流電源通道；電量計(jì)量單元在檢測(cè)到過(guò)壓、過(guò)流等非正常狀態(tài)信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)給微處理器，控制磁保持繼電器立即關(guān)斷電源，電量計(jì)量單元在檢測(cè)到電壓、電流恢復(fù)正常時(shí)，輸出信號(hào)給微處理器，控制磁保持繼電器開啟電源，在最大程度上保證用電設(shè)備的安全。

圖6為本發(fā)明中USB口輸出工作原理框圖，電路采用了一款單芯片的同步降壓穩(wěn)壓器CX8505，在輸入電壓范圍內(nèi)可提供持續(xù)的3A負(fù)載電流，采用的電流控制模式有快的瞬態(tài)響應(yīng)和不間斷的過(guò)流檢測(cè)，具有軟啟動(dòng)、低壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等功能，在待機(jī)模式下電流僅為0.3 u A 。經(jīng)整流濾波后輸出的直流電壓經(jīng)電容6C1、6C2濾波加到IC6芯片的2腳，2腳電源輸入端，輸入電壓范圍在4. 75V-30V之間，在輸入和地之間接上合適大小的旁路電容，可減少輸入到芯片的噪聲；1腳為芯片內(nèi)部驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O輸入端，在1和3之間連接一個(gè)0.01 u F或更大的升壓電容6C4，充電升壓后為芯片內(nèi)部N溝道MOSFET提供驅(qū)動(dòng)；3 腳為功率開關(guān)管輸出端，為輸出提供能量， LC濾波器6L1連接在3和輸出端；7腳為使能輸入端，6R1為上拉電阻用于自動(dòng)啟動(dòng)；8腳軟啟動(dòng)控制輸入端，8腳到地之間的電容6C3大小決定了軟啟動(dòng)的時(shí)間，5腳反饋輸入端，輸出電壓經(jīng)過(guò)電阻6R4、6R3分壓后提供給5腳的輸入，通過(guò)這個(gè)采樣反饋來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；6腳補(bǔ)償端，在6腳和地之間的由6C5、6R2組成串聯(lián)的RC網(wǎng)絡(luò)用來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)的閉環(huán)控制，4腳為地；3腳輸出電壓經(jīng)6L1和6C7濾波后輸出5V電壓給USB輸出插座，為數(shù)碼產(chǎn)品提供充電。

圖7為本發(fā)明WIFI串口模塊工作原理框圖，WiFi串口模塊，又稱為嵌入式WiFi模塊，是內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的WiFi模塊。其硬件構(gòu)成主要是由內(nèi)嵌的一個(gè)單片機(jī)和WiFi模塊構(gòu)成，單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)裸機(jī)驅(qū)動(dòng)程序和TCP/IP協(xié)議，WiFi模塊則必須完成數(shù)據(jù)的無(wú)線收發(fā)。嵌入式WiFi模塊對(duì)外提供UART串口或者SPI接口，因而可以通過(guò)串口或者SPI接口和外接微處理器連接，讓設(shè)備輕松接入Internet網(wǎng)絡(luò)。

串口模塊IC7選用TLN13U06WIFI，休積小，功耗低。本產(chǎn)品采用異步收發(fā)傳輸器（UART）接口,內(nèi)置lEEE802. 11協(xié)議棧以及'I'CP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。

串口模塊IC7 TLN13U06WIFI與微處理器IC100在硬件上連接十分簡(jiǎn)單，TLN13U06WIFI的1腳與微處理器IC100的CTS腳連接，CTS（Clear To Send）允許發(fā)送：為輸入信號(hào)，由TLN13U06WIFI芯片產(chǎn)生，通知微處理器可以傳送數(shù)據(jù)。

的2腳與微處理器IC100的RTS腳連接，RTS（Request To Send）請(qǐng)求發(fā)送：為輸出信號(hào)，由微處理器IC100產(chǎn)生，通知模塊可以發(fā)送數(shù)據(jù)。

的6腳與微處理器的TX端連接，用于串口數(shù)據(jù)傳送。

的7腳與微處理器的RX端連接，用于串口數(shù)據(jù)接收。

實(shí)際實(shí)用中首先通過(guò)手機(jī)端的配置程序，配置模塊要連接的路由器的名稱(SSID)和密鑰;

通過(guò)手機(jī)端的配置程序，配置模塊要連接遠(yuǎn)程服務(wù)器的IP地址;

配置模塊上電連接遠(yuǎn)程服務(wù)器;

手機(jī)等控制終端連接遠(yuǎn)程服務(wù)器，下達(dá)命令;

遠(yuǎn)程服務(wù)器將用戶指令下發(fā)給住宅中的WiFi串口模塊;

WiFi串口模塊通過(guò)微處理器及其它相關(guān)電路完成對(duì)用電設(shè)備相應(yīng)的通、斷動(dòng)作。

圖8為本發(fā)明中DC降壓?jiǎn)卧ぷ髟砜驁D，整流濾波單元輸出的直流電壓送入由AMS1117（IC800）的輸入端3腳，AMS1117是一個(gè)正向低壓降穩(wěn)壓器，AMS1117內(nèi)部集成過(guò)熱保護(hù)和限流電路。2腳輸出穩(wěn)定的3.3V直流電壓，為電能計(jì)量單元4、微處理器單元5和WIFI串口模塊提供所需工作電壓，C800、C801、C802是濾波電容器。

本發(fā)明物聯(lián)網(wǎng)WIFI智能插座軟件采用C語(yǔ)言編寫，軟件功能模塊較多，程序較大在此就不予以詳細(xì)闡述，圖9只是其中功能模塊的一個(gè)。

本說(shuō)明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)，雖然本發(fā)明己通過(guò)有關(guān)的實(shí)施案例進(jìn)行了圖示和描述，但是，本專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可作形式和細(xì)節(jié)上的各種各樣變化，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。