一种用于智能家居的空气断路器的制作方法

1.本发明属于技术领域，具体涉及一种用于智能家居的空气断路器。


背景技术：

2.随着物联网时代的到来，智能家居行业也迎来前所未有的发展机遇。众多互联网公司、电器厂商纷纷加入到智能家居行业，推出了品类丰富的智能家居产品，抢占更多的智能家居市场份额。
3.智能用电作为智能家居的重要组成部分，其产品的丰富与发展也将为人们的日常生活带来方便和舒适的体验。电力与每个人息息相关，智能插座作为用户电力接入终端产品，其必将成为智能家居和智能用电进入普通家庭的突破点，也将为普通用户的智能用电体验带来质的飞跃。
4.目前的空气断路器均只有简单的开关功能，不够智能，不能很好的满足用户的使用需要，用户体验差。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种用于智能家居的空气断路器，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种用于智能家居的空气断路器，包括市电、电源模块、用电信息采集单元、漏电保护模块，掉电监测单元、存储单元、wifi通信单元、mcu、漏电保护模块和设备，所述市电包括零线和火线，所述电源模块接于零线和火线上，所述电源模块分别与用电信息采集单元以及mcu电性连接，所述用电信息采集单元包括电压测量模块、电流测量模块和计量芯片，所述电压测量模块连接于市电上，所述设备电性连接于市电上，所述电流检测模块与设备电性连接，所述电流测量模块和电压测量模块均与计量芯片电性连接，所述掉电监测单元的供电端与市电电性连接，所述掉电监测单元的信号输出端与mcu电性连接，所述mcu通过存储单元存储掉电监测单元的用电信息。
8.优选的，所述电源电路模块包括220vac～5vdc电源电路和5vdc～3v3dc电源电路，所述220vac～5vdc电源电路采用ncp1015型号开关电源芯片，所述5vdc～3v3dc电源电路采用tps5401型号的dc/dc开关电源芯片。
9.优选的，所述计量芯片采用的型号为cs5463的计量芯片，所述电压测量模块包括分压电阻，所述电流测量芯片包括锰铜电阻，所述计量芯片的vin-和vin 与分压电阻电性连接，所述计量芯片的iin-和iin 与锰铜电阻电性连接。
10.优选的，所述电压测量模块和电流测量模块均内置有保护二极管，所述电流测量模块还包括有滤波电感和压敏电阻。
11.优选的，所述掉电监测单元包括掉电检测前端电路和定时器，所述定时器的型号为tlc555id，所述掉电检测前端电路与定时器电性连接，所述定时器与mcu电性连接。
12.优选的，所述漏电保护模块采用a型漏电保护器专用电路fm2147，所述a型漏电保护器专用电路fm2147与市电的火线和零线电性连接。
13.优选的，所述wifi通信单元与mcu的通讯端口电性连接，所述wifi通信单元采用的型号为cc3100。
14.优选的，所述mcu采用msp430g2x53系列中的msp430g2553单片机，所述mcu通过uart接口与rs485接口电性连接，所述rs485接口接有用于计时的时钟。
15.本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种用于智能家居的空气断路器，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.本发明提供一种用于智能家居的空气断路器，实现了可以统计设备的用电信息并存储起来，用户在需要时可以查看，从而方便用户根据用电信息更加合理地布置用电设备，提高了用户体验；rs485接口单元可以方便处理器与外界相互传输数据，并采用了msp430g2553单片机对用电信息进行存储，且采用了wifi通讯方式进行通讯，可以直接和家庭路由器通信，省去了额外的家庭网关，对于用户和厂商来说在一定程度上降低了费用。
附图说明
17.图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.本发明提供了如图1所示的一种用于智能家居的空气断路器，包括市电、电源模块、用电信息采集单元、漏电保护模块，掉电监测单元、存储单元、wifi通信单元、mcu、漏电保护模块和设备，市电包括零线和火线，电源模块接于零线和火线上，电源模块分别与用电信息采集单元以及mcu电性连接，电源电路模块包括220vac～5vdc电源电路和5vdc～3v3dc电源电路，220vac～5vdc电源电路采用ncp1015型号开关电源芯片，电路简单，采用十几个电子元件即可实现ac80～260v输入到dc5v的交直流变换，采用先进的动态自供电(dss)，ncp1015的工作电压可以直接从漏极吸取，因此省去了辅助线圈，实现简化电路，减少了变压器所占的体积，以及降低了成本，5vdc～3v3dc电源电路采用tps5401型号的dc/dc开关电源芯片，相对于常规的降压ldo，电源转换效率得到提高。
20.用电信息采集单元包括电压测量模块、电流测量模块和计量芯片，电压测量模块连接于市电上，设备电性连接于市电上，电流检测模块与设备电性连接，电流测量模块和电压测量模块均与计量芯片电性连接，计量芯片采用的型号为cs5463的计量芯片，cs5463可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压，电压测量模块包括分压电阻，电流测量芯片包括锰铜电阻，计量芯片的vin-和vin 与分压电阻电性连接，220v高压经过分压电阻，在分压电阻得到的是毫伏级的低压交流小信号，送入cs5463的前端电电流采集通道iin-和iin ，计量芯片的iin-和iin 与锰铜电阻电性连接，
大电流经过锰铜电阻，在锰铜电阻两侧得到的mv级的低压小信号，然后送入到cs5463的的iin-和iin 。
21.电压测量模块和电流测量模块均内置有保护二极管，电流测量模块还包括有滤波电感和压敏电阻，计量芯片cs5463的电压通道和电流通道及外围电路，将交流小信号送入计量芯片内部，该空气断路器计量单元的两个采集通道，都加入了保护二极管，使两个通道有干扰信号输入的情况下也可保持在一定的电压范围之内；电流采集通道还加入了滤波电感和压敏电阻，来增强两个通道的抗干扰能力和保证数据采集的精确性。
22.掉电监测单元的供电端与市电电性连接，掉电监测单元的信号输出端与mcu电性连接，作用是在220v交流电突然断掉的情况下，给mcu提供一个中断信号，mcu根据这个中断信号进行掉电监测处理，掉电监测的作用是将接入线路的当前的用电信息及时存储，防止掉电造成的用电信息丢失，掉电监测单元包括掉电检测前端电路和定时器，定时器的型号为tlc555id，掉电检测前端电路与定时器电性连接，定时器与mcu电性连接，掉电检测前端电路是将220v交流电转换为低压方波信号，低压方波信号送入tlc555id定时器，使用该定时器的强大功能可以进一步将方波信号转换为高电平信号，在有220v交流电的情况下，pd_int是高电平，在没有220v交流电即掉电的情况下，pd_int变为低电平，由此，在掉电时，pd_int引脚将产生一个下降沿中断信号给mcu，mcu利用此中断信号即可进行掉电监测处理。
23.mcu通过存储单元存储掉电监测单元的用电信息，存储单元是用的是at24c64,at24c64是存储容量达64kbit(8k*8bit)的eeprom，存储器器里面自动存储的数据存储时可选择加密存储，大大增加了数据存储的安全性，可根据存储数据的多少，选择不同容量的存储芯片；数据存储和对外通信时的加密算法也可根据单片机资源和对加密性能的要求，采用不同的加密算法，即使意外被他人读取到存储芯片的数据，没有密钥的情况下，也很难破解到里面的真实数据。
24.漏电保护模块采用a型漏电保护器专用电路fm2147，a型漏电保护器专用电路fm2147与市电的火线和零线电性连接，a型漏电保护器专用电路fm2147除了对交流漏电起保护外还对直流脉动漏电起保护作用，更具有全面性和安全性。
25.mcu采用msp430g2x53系列中的msp430g2553单片机，mcu通过uart接口与rs485接口电性连接，rs485接口接有用于计时的时钟，在空气断路器上电时，时钟可通过rs485接口从外部设备获得。为了避免长时间运行后，空气断路器系统时钟和真实时间偏移过大，每隔一定的周期，空气断路器通过rs485接口要外部设备进行一次校时。
26.wifi通信单元与mcu的通讯端口电性连接，wifi通信单元采用的型号为cc3100，cc3100具有业界最低的功耗(适用于电池供电式设备)，以及低功耗射频和高级低功耗模式；以及高度的灵活性，可将任何微控制器(mcu)与cc3100解决方案配合使用。可利用快速连接、云支持和片上wi-fi、互联网和稳健的安全协议实现针对iot的简易型开发，无需具备开发连接型产品的先前经验，wifi通信单元配合mcu实现和家庭无线路由器的信息交互，mcu通过wifi通信单元实现wi-fi通信方式，可以直接和家庭路由器通信，省去了额外的家庭网关，对于用户和厂商来说在一定程度上降低了费用。另外，wi-fi最大优点就是传输速度较高，可以达到54mbps，另外它的有效距离也很长，其主要特性为：速度快、可靠性高，且mcu通过wifi通信单元对外通讯采用了加密算法进行加密处理，保证了数据通信的安全性，对于对安全性要求较高的智能所接入线路且需要电能计量的智能所接入线路是较好的选
择。
27.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。