專利名稱：背插式的壁插型電力計(jì)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力計(jì)裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其是專供安裝在已知插座盒的剩余空間，使壁插具有電力量測、電能累計(jì)、繼電控制、過載保護(hù)保險(xiǎn)絲、Zigbee無線雙向通信和設(shè)定配對接口等功能的電路裝置，可通過無線控制器裝置(如集中器或閘道器或PC等)自動(dòng)形成網(wǎng)絡(luò)，且該控制裝置可針對兩個(gè)以上壁插， 進(jìn)行電力測量信息查詢或電源控制等監(jiān)控工作，以達(dá)到節(jié)能減碳、自動(dòng)化及安全化的目的。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的公知壁插裝置，通常包含一個(gè)或一個(gè)以上的插座，或還包含手動(dòng)開關(guān)功能的插座，但已知的壁插，并不具有可測量電力電能的功能，當(dāng)然更沒有遠(yuǎn)距電源控制及通信功能。因此，若欲增加上述的功能，即必須外掛插座，或必須加大插座的外型或容積才有可能達(dá)成，如此一來，其整體的使用，顯然并不安全和方便。因此，公知壁插裝置因受制于既有尺寸構(gòu)造的限制，故無法配置電力電能測量、電源繼電控制、無線雙向通信和電源過載保護(hù)保險(xiǎn)絲等可供同時(shí)并存的新增裝置，實(shí)有待改進(jìn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的，乃在于提供一種背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其是一種積很小且可插裝結(jié)合在現(xiàn)有壁插盒內(nèi)插座后方的裝置，該裝置內(nèi)至少包含電力電能測量電路、電源繼電控制、電源過載保護(hù)裝置及Zigbee無線雙向通信和配對設(shè)定的接口(介面， interface)，為利用無線通信和其他兩個(gè)以上同型式的壁插型電力計(jì)裝置，自動(dòng)形成網(wǎng)絡(luò)， 搜集各個(gè)本裝置的用電信息和控制電源繼電器，或經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)從遠(yuǎn)程監(jiān)控插在本裝置上的電器用品，同時(shí)達(dá)到節(jié)電和優(yōu)化生活的目的。本實(shí)用新型的次要目的，乃在于提供一種背插式的壁插型電力計(jì)裝置，該裝置并可配置結(jié)合一下蓋及一上蓋，進(jìn)而與一個(gè)以上的原有插座插裝結(jié)合，以供適配于插座盒、插座固定板及插座面板的整體組裝。本實(shí)用新型的另一目的，乃在于提供一種背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其將一具有Zigbee無線通信接口的電力計(jì)縮小放在壁盒內(nèi)，并通過具有Zigbee接口的無線集中控制裝置或個(gè)人電腦(PC)，以便集中管控或遠(yuǎn)距讀表監(jiān)控，讓整體操作隨時(shí)隨地都能自由掌握，也更容易達(dá)到節(jié)能效果。本實(shí)用新型的又一目的，乃在于提供一種背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其內(nèi)含電源繼電器和保險(xiǎn)絲，可程序(程式)設(shè)定該插座使用電流的上限值，當(dāng)過載時(shí)除了可以閃爍指示燈警示，亦能自動(dòng)切掉電源保護(hù)，甚至還設(shè)有一道保險(xiǎn)絲作為最后的安全保護(hù)，借此層層保護(hù)機(jī)制，以確保用電安全，讓用電安全的預(yù)防機(jī)制從最底層的每一個(gè)插座開始建立。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其包括一連接器、測量控制板、電源保護(hù)及電源繼電控制電路、一組以上的連結(jié)短銅線、電力測量電路、Zigbee無線通信模塊、通信配對接口、電源及過載警示燈，與公知壁插插座盒的剩余空間及一個(gè)以上的原有插座形成配置結(jié)合； 其中，該連接器是供市電的一條電線插接；連結(jié)短銅線是供對準(zhǔn)插入插座的背后插孔而形成電氣連接，并完成機(jī)構(gòu)定位及連結(jié)；而電源保護(hù)及電源繼電控制電路內(nèi)含電源保護(hù)保險(xiǎn)絲及電源繼電器，所述電源繼電器是置放在插座中間；Zigbee無線通信模塊則置于其上而靠近于外部；通信配對接口是以使用觸控方式而置于最上層；電源及過載警示燈亦置于最上層處，借此用于供一個(gè)以上的原有插座形成插裝結(jié)合。

[0009]圖1為本實(shí)用新型配置兩個(gè)插座的分解立體圖。[0010]圖2為本實(shí)用新型的組合立體圖。[0011]圖3為本實(shí)用新型配置插座盒、插座固定板及插座面板的組裝前分解立體圖。[0012]圖4為圖3的組合立體圖。[0013]圖5為本實(shí)用新型的功能方框圖。[0014]圖6為本實(shí)用新型的電路圖。[0015]圖7為本實(shí)用新型增加一增高環(huán)框元件的另一實(shí)施例于組裝前分解立體圖。[0016]圖8為圖7的組合立體圖。[0017]部件名稱[0018]11下蓋[0019]12連接器[0020]131測量控制板[0021]132保護(hù)保險(xiǎn)絲[0022]133連結(jié)短銅線[0023]134電源繼電器[0024]135 Zigbee無線通信模塊[0025]136通信配對接口[0026]137電源及過載警示燈[0027]14上蓋[0028]15插座[0029]2插座盒[0030]111,141 缺口[0031]3插座固定板[0032]4插座面板[0033]方框51電源供應(yīng)[0034]方框52電源保護(hù)及電源繼電控制[0035]方框53通信配對接口及指示[0036]方框M電力測量電路[0037]方框55微處理器[0038]方框56無線通信模塊[0039]6增高環(huán)框具體實(shí)施方式
如圖1至圖4所示，本實(shí)用新型所為“背插式的壁插型電力計(jì)裝置”，其整體外觀如圖2所示，圖1則顯示包括插座15的分解立體圖，本項(xiàng)裝置對外連接線共具有四支連結(jié)短銅線133(或稱接腳或PIN)及一個(gè)連接器12，其中連結(jié)短銅線133分別是四支長約2公分， 1.6Φ的裸銅電線，為直接插設(shè)在兩個(gè)一般插座15的背面插孔內(nèi)(圖示是以使用兩個(gè)插座 15為實(shí)施例)，而市電電源線，一條插在本裝置插裝在插座背后剩余的一個(gè)插孔，另一條則插在連接器12上的插孔內(nèi)，其組成示意可參閱如圖3中所顯示，而圖4則為本裝置蓋上插座盒2之后的完整組合示意圖。如圖1所示，本實(shí)用新型包括一下蓋11、連接器12、測量控制板131、保護(hù)保險(xiǎn)絲 132、一組以上的連結(jié)短銅線133(如圖顯示是采兩組共四支短銅線133)、電源繼電器134、 Zigbee無線通信模塊135、通信配對接口 136、電源及過載警示燈137、一上蓋14及一個(gè)以上的原有插座15 ；其中下蓋11，厚度約0. 5公分，其外形匹配原有插座15外型及插座盒2 的容積而設(shè)計(jì)，其中保留一個(gè)角落，可將市電其中的一條電線直接插在插座15的一個(gè)插孔上，并且還預(yù)留一個(gè)缺口 111，可讓外形和此缺口相吻合的連接器12置入其中，將市電的另一條電線可插在該連接器12上，而連接器12的另一條線則是接到測量控制板131上的保護(hù)保險(xiǎn)絲132上；所述測量控制板131其外形是按照下蓋11而形成匹配設(shè)計(jì)，以供置入下蓋11內(nèi)，又上述的四支連結(jié)短銅線133，其是線徑1. 6 Φ的銅線，為可供對準(zhǔn)插入插座15的背后插孔，換言之，本裝置是利用此四支連結(jié)短銅線133和插座15以形成電氣連接，并且連同完成機(jī)構(gòu)定位及連結(jié)；另外，電源繼電器134因體積較大，故置放在兩個(gè)插座15的中間， 而Zigbee無線通信模塊135則置于其上，使能更靠近于外部，讓其通信效果更好，另通信配對接口 136是以使用觸控方式而置于最上層，電源及過載警示燈137則使用具有導(dǎo)光的 LED,亦置于最上層處，以便容易由外部觀看，而下蓋11的外形亦匹配原有插座15外型及插座盒2的容積，最后再結(jié)合上蓋14和下蓋11 (上蓋14亦具有一匹配的缺口 141)，即形成本裝置完整組成(如圖1)，進(jìn)而與兩個(gè)原有插座15插裝結(jié)合，并借此再配合一插座盒2、插座固定板3及插座面板4(如圖3)，即能構(gòu)成一完整使用的實(shí)施例(如圖4)。利用上述的下蓋11與上蓋14可將連接器12、測量控制板131、保護(hù)保險(xiǎn)絲132、一組以上的連結(jié)短銅線133、電源繼電器134、Zigbee無線通信模塊135、通信配對接口 136、 電源及過載警示燈137等構(gòu)件予以包覆結(jié)合。圖5為本實(shí)用新型的功能方框圖，包括方框51是電源供應(yīng)、方框52是電源保護(hù)及電源繼電控制、方框53是通信配對接口及指示、方框M是電力測量電路、方框55是微處理器、方框56是無線通信模塊；圖中方框51其電源來自市電L及N的交流電源，經(jīng)由內(nèi)部整流及轉(zhuǎn)換提供本實(shí)用新型所需的直流5V工作電源。方框52是內(nèi)含電源保護(hù)保險(xiǎn)絲Fl 及電源繼電器RYl，其中Fl可限制插座PSl及PS2兩個(gè)合成的所用電流，而RYl只能控制 PS2的電源；于方框53是內(nèi)含Zigbee無線通信定址的配對觸控按鍵，在特定的機(jī)制下觸控該接口外殼，即能設(shè)定通信位址碼，其通信強(qiáng)度亦能使用LED閃爍表示，同時(shí)尚有RYlON的指示以及過載時(shí)的閃爍警示等；于方框M是內(nèi)含電力電能測量芯片和周邊電路，能檢測經(jīng)由PSl及PS2合成的用電量及當(dāng)下的使用電力信息測量值等；于方框55是為微處理器及周邊，可借由方框討的電力測量電路以讀取電力信息，并可通過方框52以控制電源繼電器ON或OFF，插座PS2的電源，亦能經(jīng)由方框56的Zigbee無線通信模塊和外部控制中心雙向通信，該方框56是內(nèi)含Zigbee無線通信模塊，能和外部控制中心自動(dòng)形成網(wǎng)絡(luò)，可遠(yuǎn)程讀取本裝置的電力資料，亦能遠(yuǎn)程控制電源。以下說明本實(shí)用新型的各方框動(dòng)作原理及其作用，如圖6為本實(shí)用新型的電路圖，即如圖示，該方框51電源供應(yīng)電路，圖中Pl及P2為市電的交流電壓輸入，經(jīng)R7限流及 D2整流及C7的濾波，可得到大約130 300VDC電壓，此電壓經(jīng)由Ul開關(guān)式穩(wěn)壓IC及周邊零件Rl、R2、Cl、C2、C6及Dl、D3和Ll的作用，可得到穩(wěn)定的5V直流工作電源，該電源提供本裝置所有電路來使用。方框52為本裝置之電源保護(hù)及電源繼電器控制電路，市電P2經(jīng)由Fl保護(hù)保險(xiǎn)絲，才接到插座PSl及PS2，換言之，本裝置及插座上的電氣所流經(jīng)的電流全部會(huì)經(jīng)由Fl保險(xiǎn)絲，故本保險(xiǎn)絲可同時(shí)保護(hù)到，另外PS2的電源是經(jīng)由Kl電源繼電器所控制，方框55的微處理器可經(jīng)由RYl-ON的信號腳經(jīng)R17來控制Q20N或OFF，進(jìn)而使Kl繼電器ON或OFF， 圖中R27及C30為一節(jié)省繼電器推動(dòng)電力的裝置，當(dāng)繼電器開始ON時(shí)，需要大的電流，之后維持ON的狀態(tài)只須一半的電流就夠，故由C30提供瞬間大電流，R27則限制繼電器長時(shí)間動(dòng)作維持的電流，另外在圖中流經(jīng)過兩個(gè)插座的電流，一起流經(jīng)R12檢測電阻，量測此一電阻兩端的壓降，即正例于經(jīng)過的電流，此電壓經(jīng)由信號VlN-I及VlP-I接到方框M電力測量電路。方框53為通信配對接口及指示電路，本電路使用的電源為3. 3V，故需先將5V的工作電源，經(jīng)TO穩(wěn)壓IC降壓為3. 3V，U7為電容式觸控IC，在圖中KEYl為一觸控片，在本裝置是用一只陶瓷電容的電極面來代替，置于上蓋的下方，當(dāng)手指接近KEY-I時(shí)，會(huì)使U7 的BUTTON腳產(chǎn)生HI電位，這時(shí)TOZigbee模塊會(huì)送出一組密碼和位址資訊，告知外部的 Zigbee控制裝置，自動(dòng)建立起連線機(jī)制，但為了更嚴(yán)謹(jǐn)進(jìn)行上述的通信配對，也必須在同一時(shí)間操作外部的Zigbee控制裝置，使連線配對的動(dòng)作只有在同時(shí)觸控兩個(gè)收發(fā)器之后一段時(shí)間(如30秒)內(nèi)進(jìn)行，超過時(shí)間后即關(guān)閉配對機(jī)制。若配對成功，D5指示LED會(huì)閃爍表示，另外D6指示LED則來自方框55微處理器的控制，當(dāng)繼電器ON時(shí)，D6燈亮代表PS2插座有電，當(dāng)超載時(shí)，即流經(jīng)R12檢測電阻的電流，超過設(shè)定的電流值時(shí)，會(huì)使D6閃爍警示。方框M電力測量電路，圖中U2為電力電能測量IC，其測量信號來源為電流信號及電壓信號兩種，其中電流信號來自R12上的電壓降，即VlP-I及V1N-1，該電流量測信號經(jīng) R6、R9及C5、C8濾波加到U2的VlP和V1N，而電壓信號來自Pl經(jīng)R14、R13和Rll分壓，加到U2的V2P和V2N，U2內(nèi)含DSP (數(shù)位處理器)和高解析度的ADC (線性轉(zhuǎn)數(shù)位)電路，能快速將VlP-VlN的電壓(正比例于經(jīng)過R12的電流)，和V2P-V2N的電壓測量轉(zhuǎn)換或數(shù)位信號并相乘，故可得到電壓(V)、電流(A)、視在功率(VA)、實(shí)功率(W)、功率因數(shù)(PF)和頻率等，另外電力測量IC U2周邊尚有Q1，系可經(jīng)由微處理器U3來控制U2的電源，提升信賴性，Xl為準(zhǔn)確的石英振蕩，提供給U2準(zhǔn)確穩(wěn)定的時(shí)基信號，使電能累積(KWH)，可直接由功率(W)轉(zhuǎn)換成實(shí)在功率(KWH)。方框55微處理器U3及周邊電路，其中U3的時(shí)基是由內(nèi)部自動(dòng)產(chǎn)生，電源投入后即自動(dòng)進(jìn)行程序運(yùn)作，首先經(jīng)過RST-CON控制腳，控制Ql的電源，可重起動(dòng)電能測量芯片 U2的電源，U3可通過圖中的信號腳如ADE-CS、Si、SO、SCK等控制線和U2雙向通信，可讀取當(dāng)下的U2的電力測量值，若有異常還可通過RST-CON信號線，重起動(dòng)U2測量芯片，另外U3可通過圖中信號腳如CS1、Si、SO、SCK等控制線雙向讀寫U4記憶IC內(nèi)部資料，U4為非揮發(fā)性記憶IC，停電時(shí)仍能保持資料，內(nèi)存有校調(diào)參數(shù)，該參數(shù)能補(bǔ)償量測元件的誤差提升測量準(zhǔn)確度，亦能儲存歷史量測資料提供外部系統(tǒng)使用，提升本實(shí)用新型的加值作用，U4還能儲存經(jīng)由外部系統(tǒng)所設(shè)定過載電流值及動(dòng)作反應(yīng)時(shí)間等，U3亦能通過RYl-ON信號，可隨時(shí)接受外部信號指令控制繼電器RYl的動(dòng)作時(shí)機(jī)以及隨時(shí)自動(dòng)檢測電流，若超過所設(shè)定的上限值，便按所設(shè)定的動(dòng)作時(shí)間參數(shù)快速或延遲的關(guān)掉電源。最后U3亦能通過T)(D-0UT和 RXD-IN信號和方框56的Zigbee通信模塊通信，并借由Zigbee無線通信模塊和外部同樣是 Zigbee的控制中心或裝置通信并形成網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到遠(yuǎn)程無線監(jiān)控本裝置的目的。方框56為Zigbee通信模塊，主要是由TOZigbee芯片所組成，其電源為3. 3V，由 U5穩(wěn)壓IC所提供，借由RXD-IN及T)(D-0UT和微處理器U3通信，D5為通信指示燈，在平常時(shí)(非配對機(jī)制下)若手碰觸KEY-I時(shí)，D5會(huì)快速閃爍，每次閃爍次數(shù)由1到5下不等，閃爍愈多下代表信號強(qiáng)度愈強(qiáng)，如同手機(jī)的信號強(qiáng)度的格數(shù)。TOZigbee無線通信模塊，使用 PCB的F型天線，可直接設(shè)計(jì)在PCB板上置于盒內(nèi)，另外JPl為U16Zigbee模塊的程序燒錄接口，用來燒錄通信程序。如圖7、圖8所示，其是本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例，主要是在插座盒2與插座固定板3 (含插座面板4)之間再增加設(shè)置一增高環(huán)框6元件，用以墊高插座15的高度，為將所述增高環(huán)框6套置設(shè)于插座15與墻壁之間，使整個(gè)插座15比原來裝設(shè)在墻上的高度更加提高數(shù)公分，亦即利用增高環(huán)框6的框壁厚度達(dá)到墊高效果，此項(xiàng)輔助設(shè)計(jì)，其目的在于使插座盒2的內(nèi)部空間也隨之增高數(shù)公分的空間，因此令插座盒2內(nèi)部空間可相對放大，以便提供如電線或其他東西均可同時(shí)塞入，以避免因空間不足而造成本裝置的安裝困擾。以上實(shí)施例所揭示，均僅是本實(shí)用新型主要技術(shù)的例舉說明，其并非用以限定本案技術(shù)范圍，凡涉及等效應(yīng)用或基于前項(xiàng)技術(shù)手段所為簡易變更或置換，均仍應(yīng)視為本案技術(shù)范圍，始謂合理。
權(quán)利要求1.一種背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其特征在于，包括一連接器、測量控制板、電源保護(hù)及電源繼電控制電路、一組以上的連結(jié)短銅線、電力測量電路、Zibgee無線通信模塊、通信配對接口、電源及過載警示燈，與公知壁插插座盒的剩余空間及一個(gè)以上的原有插座形成配置結(jié)合；其中，該連接器是供市電的一條電線插接；連結(jié)短銅線是供對準(zhǔn)插入插座的背后插孔而形成電氣連接，并完成機(jī)構(gòu)定位及連結(jié)；而電源保護(hù)及電源繼電控制電路內(nèi)含電源保護(hù)保險(xiǎn)絲及電源繼電器，所述電源繼電器是置放在插座中間；Zigbee無線通信模塊則置于其上而靠近于外部；通信配對接口是以使用觸控方式而置于最上層；電源及過載警示燈亦置于最上層處，借此用于供一個(gè)以上的原有插座形成插裝結(jié)合。
2.如權(quán)利要求1所述背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其特征在于，該連接器是以另一條線接到測量控制板上的保護(hù)保險(xiǎn)絲上。
3.如權(quán)利要求1所述背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其特征在于，還包括一下蓋及一上蓋，該下蓋與上蓋的外形是匹配原有插座外型及插座盒的容積，其中保留一個(gè)角落，將市電其中的一條電線直接插在插座的一個(gè)插孔上，并將市電的另一條電線插在連接器上，而下蓋是與測量控制板的外形形成匹配，利用下蓋及上蓋將連接器、測量控制板、保護(hù)保險(xiǎn)絲、 一組以上的連結(jié)短銅線、電源繼電器、Zigbee無線通信模塊、通信配對接口、電源及過載警示燈予以包覆結(jié)合。
4.如權(quán)利要求3所述背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其特征在于，該上蓋和下蓋均具有一可匹配置入連接器的缺口。
5.如權(quán)利要求3所述背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其特征在于，該上蓋和下蓋于包覆結(jié)合后，并配合置入一插座盒而與插座固定板及插座面板形成匹配組裝。
6.如權(quán)利要求5所述背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其特征在于，在插座盒與插座面板之間增設(shè)一可供墊高高度的增高環(huán)框。
7.如權(quán)利要求1所述背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其特征在于，還包括電源供應(yīng)，所述的電源供應(yīng)是來自市電的交流電源，經(jīng)由內(nèi)部整流及轉(zhuǎn)換以提供直流工作電源。
8.如權(quán)利要求1所述背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其特征在于，所述通信配對接口內(nèi)含Zigbee無線通信定址的配對觸控按鍵。
9.如權(quán)利要求1所述背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其特征在于，還包含微處理器及周邊，用于由電力測量電路讀取電力信息，并通過電源保護(hù)及電源繼電控制電路控制電源繼電器的開/關(guān)。
10.如權(quán)利要求1所述背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其特征在于，所述Zigbee無線通信模塊與外部控制中心呈雙向通信，并和外部控制中心自動(dòng)形成網(wǎng)絡(luò)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及電力計(jì)裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種背插式的壁插型電力計(jì)裝置，其是利用公知壁插插座盒的剩余空間安裝結(jié)合本項(xiàng)電力計(jì)裝置，使其成為一具有電力測量、無線傳信、繼電控制和過載保護(hù)等功能的壁插，本項(xiàng)電力計(jì)裝置內(nèi)含電力測量和電能累計(jì)電路、繼電器斷電電路、電源過載保護(hù)保險(xiǎn)絲以及內(nèi)建Zigbee無線通信接口，該接口能與外部無線控制裝置自動(dòng)形成網(wǎng)絡(luò)，可供讀取多項(xiàng)測量數(shù)據(jù)，同時(shí)能控制繼電器可開/關(guān)該插座電源，于過載時(shí)能提供警示信息，并以繼電器自動(dòng)斷電保護(hù)或由內(nèi)建保險(xiǎn)絲保護(hù)，故以公知插座盒配置本項(xiàng)裝置，即能提升原有插座的安全性、使用方便性和節(jié)能效果。
文檔編號G01R11/02GK202013369SQ20102066600
公開日2011年10月19日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者莊倫, 曾仁譽(yù), 李政良 申請人:齊碩科技股份有限公司