家用负荷供电控制装置以及家用智能插座
技术领域
本申请涉及负荷测控技术领域，特别是涉及一种家用负荷供电控制装置以及家用智能插座。
背景技术
随着科技的发展，家用电器的使用也愈加频繁，人们对家居智能化的需求逐渐增大。然而，传统的家居系统中，对于使用时间、时长和频率相对固定的家用电器，需人为对家用电器供电进行控制，自动化程度低。
即，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统技术存在自动化程度低的问题。
实用新型内容
基于此，有必要针对传统的家居系统中家用电器的供电控制自动化程度低的问题，提供一种家用负荷供电控制装置以及家用智能插座。
一种家用负荷供电控制装置，包括:
电信号采集器，用于连接电网；
存储器，存有家用负荷历史特征数据；
信号处理器，信号处理器的输入端连接电信号采集器，信号处理器的输出端连接存储器；
负荷检测器；
控制开关，控制开关用于连接在电网和家用负荷之间；
识别控制器，识别控制器的输入端分别连接存储器和负荷检测器，识别控制器的输出端连接控制开关的控制端。
在其中一个实施例中，信号处理器包括：
模数转换器，模数转换器的输入端连接电信号采集器，模数转换器的输出端连接存储器；
功率转换器，功率转换器的输入端连接模数转换器的输出端，功率转换器的输出端连接存储器。
在其中一个实施例中，负荷检测器包括摄像设备，摄像设备用于采集家用负荷的运行状态画面，摄像设备连接识别控制器的输入端。
在其中一个实施例中，负荷检测器包括声音检测传感器和/或光传感器；
声音检测传感器、光传感器连接识别控制器的输入端。
在其中一个实施例中，家用负荷供电控制装置还包括供电电路，供电电路包括直流电源模块，直流电源模块的输入端用于连接电网，直流电源模块的输出端分别连接信号处理器、存储器和识别控制器。
在其中一个实施例中，供电电路还包括备用电源，备用电源的输出端分别连接信号处理器、存储器和识别控制器。
在其中一个实施例中，控制开关为继电器，继电器的线圈连接识别控制器的输出端，继电器的切换开关用于连接在电网和家用负荷之间。
在其中一个实施例中，家用负荷供电控制装置还包括提示电路，提示电路连接识别控制器。
在其中一个实施例中，家用负荷供电控制装置还包括按键电路，按键电路连接识别控制器。
一种家用智能插座，包括插座本体和如上述的家用负荷供电控制装置，家用负荷供电控制装置设于插座本体内。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
上述家用负荷供电控制装置，包括电信号采集器、负荷检测器、信号处理器、存储器、识别控制器以及控制开关。电信号采集器用于连接电网，采集电网的电信号。信号处理器的输入端连接电信号采集器，信号处理器的输出端连接存储器。而识别控制器的输入端分别存储器和负荷检测器，识别控制器的输出端连接控制开关的控制端控制开关用于连接在电网和家用负荷之间。基于上述结构，识别控制器根据存储器中的家用负荷历史特征数据、信号处理器和负荷检测器实时传输的信号进行识别，与控制开关配合，自动控制家用负荷的供电，家用负荷供电管理自动化程度高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，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为一个实施例中家用负荷供电控制装置的第一结构示意图；
图2为一个实施例中家用负荷供电控制装置的第二结构示意图；
图3为一个实施例中家用负荷供电控制装置的第三结构示意图；
图4为一个实施例中家用负荷供电控制装置的第四结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种家用负荷供电控制装置，包括:
电信号采集器，用于连接电网；
存储器，存有家用负荷历史特征数据；
信号处理器，信号处理器的输入端连接电信号采集器，信号处理器的输出端连接存储器；
负荷检测器；
控制开关，控制开关用于连接在电网和家用负荷之间；
识别控制器，识别控制器的输入端分别连接存储器和负荷检测器，识别控制器的输出端连接控制开关的控制端。
具体而言，家用负荷为使用时间、时长和频率相对固定的各类电器。
电信号采集器，用于实时采集电网电信号。电网电信号可包括但不限于电网电流和电网电压。示例性地，电信号采集器可包括电压互感器和/或电流互感器，用于采集家用负荷在不同运行状态下的模拟电压信号、模拟电流信号。
存储器，预先存有各类家用负荷历史特征数据。该家用负荷历史特征数据可包括家用负荷电量特征数据以及家用负荷使用特征数据。其中，家用负荷电量特征数据包括各类家用负荷对应的电流、电压、功率等；家用负荷使用特征数据包括过去一段时间内家用负荷每天使用时间点、每次使用时长等数据。存储器可为具有数据存储和数据管理功能的器件或设备。
信号处理器，用于处理电信号采集器传输的电网电信号，将处理后的电网电信号传输给存储器。信号处理器，可对采集到的电网电信号进行滤波去噪、模数变换、功率转换等数据处理，以便处理后的电网点信号满足识别控制器的数据需求。
负荷检测器，可用于检测家用负荷的音量、所发出的光照强度、热量、信号灯状态等状态数据，并将检测到的状态数据传输给识别控制器。负荷检测器可为传感器电路、摄像机等。
控制开关，连接在电网和家用负荷之间。控制开关可为继电器电路、二极管电路、三极管电路和/或晶闸管电路等具有开关属性的电路，此处不做具体限定。
识别控制器为具有数据处理和控制功能的设备或器件。识别控制器，用于比较存储器中各类家用负荷历史特征数据、经信号处理器处理后的电网数据以及负荷检测器实时传输的负荷状态数据，识别当前接入电网的家用负荷的类别；并根据识别出的家用负荷类别以及各类家用负荷历史特征数据，确定当前家用负荷的运行时间和运行时长，根据确定的结果管理控制开关的通断，以便自动控制家用负荷的供电状态。例如，当识别控制器识别出当前接入电网的前家用负荷为空调后，进而根据存储器中预先存储的空调每天的使用时间点和每次使用时长等数据，通过控制开关控制该空调是否接得电，无需人为干预，从而实现对空调的智能化启停，避免忘记关闭家用负荷，造成电器浪费。需要说明的是，识别控制器中所使用的负荷识别算法可通过现有的负荷识别方法实现，识别控制器中所使用的控制方法可基于现有方法实现，本申请中不涉及对现有方法的改进。示例性地，识别控制器可包括单片机、树莓派等控制器。
本申请实施例，基于电信号采集器、存储器、信号处理器、负荷检测器、控制开关和识别控制器的配合，能够智能地启停家用负荷，给用户带来极大的便利，适用于家电负荷使用较为有规律的场所，例如学校、办公楼、餐馆等。
在一个实施例中，如图2所示，信号处理器包括：
模数转换器，模数转换器的输入端连接电信号采集器，模数转换器的输出端连接存储器；
功率转换器，功率转换器的输入端连接模数转换器的输出端，功率转换器的输出端连接存储器。
具体而言，模数转换器，用于将采集到的电网信号转换为数字信号并传输给存储器进行存储；
功率转换器，用于根据数字化后的电网的信号，计算得到对应的功率参数，并将功率参数存储于存储器。具体的，功率参数包括但不限于总有功功率、基波功率、谐波功率和/或功率因数等。
识别控制器根据存储器中数据(数字化后的电网信号以及功率参数)和负荷检测器传输的状态数据与预先存储的各类家用负荷历史特征数据进行匹配识别，识别得到家用负荷的类别以及当前运行状态。进一步的，识别控制器根据该类别家用负荷对应的历史特征数据控制控制开关的通断，实现对家用负荷的智能控制，自动化程度高。例如，识别控制器中将数字化的电网电压信号、电网电流信号以及功率参数与存储器中各类家用负荷对应的历史特征数据进行比对，识别当前接入电网的家用负荷类型以及当前运行状态，进而根据负荷检测器传输的状态数据确认该家用负荷的运行状态。然后，识别控制器根据该类别家用负荷的历史使用特征数据，通过管理控制开关的通断，实现对家用负荷供电的智能调控。
优选地，模数转换器为AD7888芯片，能够满足高速、低功耗的条件。AD7888芯片是12位AD转换器，单电源工作，电压范围为2.7V～5.25V，转换速率高达125ksps，输入跟踪-保持信号宽度最小为500ns。AD7888包含有8个单端模拟输入通道，每一通道的模拟输入范围均为0～Vref。该器件转换满功率信号可至3MHz。
在一个实施例中，如图3所示，负荷检测器包括摄像设备，摄像设备用于采集家用负荷的运行状态画面，摄像设备连接识别控制器的输入端。
具体而言，负荷检测器包括摄像设备，用于采集家用负荷的运行状态画面并传输给识别控制器。识别控制器根据存储器中存有的家用负荷历史特征数据、信号处理器处理后的电网信号和或当前家用负荷的运行状态画面进行匹配识别，确定得到该家用负荷的类别以及运行状态。进而，识别控制器根据该类家用负荷的历史特征数据，控制控制开关的通断，即可控制家用负荷的开启或关闭。应当理解，识别控制器基于现有的图像识别算法，识别当前家用负荷的运行状态，以便验证家用负荷当前运行状态，准确地控制家用负荷供电。示例性地，识别控制器根据摄像设备传输的家用负荷运行状态控制面板的画面识别家用负荷当前状态。
在一个实施例中，如图4所示，负荷检测器包括声音检测传感器和/或光传感器；
声音检测传感器、光传感器连接识别控制器的输入端。
具体而言，声音检测传感器可用于检测家用负荷的声音参数。光传感器用于检测家用负荷的亮度参数。识别控制器可根据针对音响电器周围的声音参数来识别该电器类别与运行状态，识别控制器还可根据可照明电器周围的光照参数来校验识别该电器的类别以及运行状态，以针对不同家用负荷的电气特性，采集相应的参数以便校验该家用负荷的类型以及通断状态。示例性地，负荷监测器包括光传感器，识别控制器根据光传感器采集到的家用负荷的亮度参数、各类家用负荷历史特征数据和/或经信号处理器处理后的电网数据，识别当前家用负荷为台灯并识别该台灯的运行状态。
在一个实施例中，家用负荷供电控制装置还包括供电电路，供电电路包括直流电源模块，直流电源模块的输入端用于连接电网，直流电源模块的输出端分别连接信号处理器、存储器和识别控制器。
具体而言，供电电路包括直流电源模块，用于将电网输出的交流电转换为直流电，分别为信号处理器、存储器和识别控制器等提供稳定的直流电源，以保证家用负荷供电控制装置正常工作。
在一个实施例中，直流电源模块包括AC/DC转换单元和DC/DC转换单元，AC/DC转换单元的输入端用于连接电网，AC/DC转换单元的输出端连接DC/DC转换单元，DC/DC转换单元的输出端分别连接信号处理器、存储器和识别控制器。DC-DC转换单元可以输出多种不同的电压幅值，给家用负荷供电控制装置内其他模块供电。示例性地，AC-DC转换单元为220V交流转5V直流芯片，将电力供给的220V交流电转换为5V直流电。DC-DC转换单元为5V直流转12V直流芯片，将5V直流电转换为12V直流电。
在一个实施例中，供电电路还包括备用电源，备用电源的输出端分别连接信号处理器、存储器和识别控制器。
具体而言，供电电路中，在直流电源模块出现故障时，由备用电源为家用负荷供电控制装置中其他模块进行供电，保障供电稳定性，实现多电源供电。供电电路还可包括用于检测直流电源模块工作状态、进行电源切换的电源切换装置，该电源切换装置可为切换开关、电源控制器等，此处不做具体限定。示例性地，备用电源为锂电池和/或蓄电池。
在一个实施例中，家用负荷供电控制装置还包括用于连接终端设备的通信器。通信器，与识别控制器电连接和通信连接，可将当前采集到的电网信号、家用负荷的识别结果和运行状态等信息传输给终端设备进行存储或显示，以便用户及时了解当前家用负荷运行状态。通信器可为有线通信器和/或无线通信器。
示例性地，通信器包括但不限于2G(2-Generation wireless telephonetechnology，第二代移动通信技术)通信单元、3G(3-Generation wireless telephonetechnology，第三代移动通信技术)通信单元、4G(4-Generation wireless telephonetechnology，第四代移动通信技术)通信单元、5G(5-Generation wireless telephonetechnology，第五代移动通信技术)通信单元、WIFI(Wireless-Fidelity，无线网)通信单元等。优选地，通信器为用于连接显示终端的WIFI模块，能为家用负荷供电控制装置提供良好的通信条件。显示终端可以直观地为展示数据，以便用于了解家用负荷的使用情况，也可以了解用户自身使用习惯的改变。显示终端可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、电视等。
在一个实施例中，家用负荷供电控制装置还包括连接识别控制器的散热器，用于为识别控制器降温，避免识别控制器温度过高。散热器可以是散热风扇等散热期间。
在一个实施例中，控制开关为继电器，继电器的线圈连接识别控制器的输出端，继电器的切换开关用于连接在电网和家用负荷之间。
具体而言，控制开关为继电器，继电器的线圈连接识别控制器的输出端，继电器的切换开关连接在电网和家用负荷之间，用于控制家用负荷供电的通断控制。当继电器的切换开关闭合时，电网与家用负荷连通，为家用负荷正常供电。当继电器的切换开关断开时，家用负荷不得电。
识别控制器可根据家用负荷的识别结果(家用负荷类型和运行状态)及其对应的历史使用特征数据，与继电器配合，控制家用负荷是否得电，避免造成用电浪费。可以理解，在其他实施例中，控制开关可为其他具有开关控制功能的开关器件。
在一个实施例中，家用负荷供电控制装置还包括提示电路，提示电路连接识别控制器。
具体而言，提示电路可通过文字、语音和/或图像等形式进行实时提示。识别控制器，基于识别出的家用负荷的类型以及该家用负荷的运行状态，驱动提示电路进行提示，以展示该家用负荷的运行状态、提示该家用负荷是否异常以及该家用负荷类型等。
提示电路包括提示灯、显示电路和声响设备中的至少一种；识别控制器可分别与提示灯、显示电路和声响设备连接。应该理解的是，可根据家用负荷供电控制装置的实际运用环境，选择相应的提示电路，此处不做具体限定。
示例性地，提示电路包括提示灯和蜂鸣器。提示灯可用于指示家用负荷供电控制装置状态，例如控制开关状态、网络连接状态等。蜂鸣器用于在当前家用负荷供电控制装置出现异常时进行报警提示。例如，当接入家用负荷后，在总电网电流接近设定或超出电流阈值时，识别控制器驱动蜂鸣器发出警报提醒。
在一个实施例中，家用负荷供电控制装置还包括按键电路，按键电路连接识别控制器。
具体而言，按键电路包括开关按钮、复位归零按钮、可旋转按钮等。进一步地，可旋转按钮可用于进行选择与确认。
一种家用智能插座，包括插座本体和如上述的家用负荷供电控制装置，家用负荷供电控制装置设于插座本体内。
具体而言，家用智能插座包括插座本体以及设于插座本体内的家用负荷供电控制装置，插座本体上开设有用于接入家用负荷的插孔，家用负荷穿过该插孔可与电网连接。
而家用负荷供电控制装置，包括电信号采集器、存储器、信号处理器、负荷监测器、控制开关和识别控制器。其中，电信号采集器，用于连接电网。存储器，存有家用负荷历史特征数据。信号处理器，信号处理器的输入端连接电信号采集器，信号处理器的输出端连接存储器。控制开关，控制开关用于连接在电网和家用负荷之间。识别控制器，识别控制器的输入端分别连接存储器和负荷检测器，识别控制器的输出端连接控制开关的控制端。
具体的，电信号采集器，用于实时采集电网电信号。电网电信号可包括但不限于电网电流和电网电压。示例性地，电信号采集器可包括电压互感器和/或电流互感器，用于采集家用负荷在不同运行状态下的模拟电压信号、模拟电流信号。
存储器，预先存有各类家用负荷历史特征数据。该家用负荷历史特征数据可包括家用负荷电量特征数据以及家用负荷使用特征数据。其中，家用负荷电量特征数据包括各类家用负荷对应的电流、电压、功率等；家用负荷使用特征数据包括过去一段时间内家用负荷每天使用时间点、每次使用时长等数据。存储器可为具有数据存储和数据管理功能的器件或设备。
信号处理器，用于处理电信号采集器传输的电网电信号，将处理后的电网电信号传输给存储器。信号处理器，可对采集到的电网电信号进行滤波去噪、模数变换、功率转换等数据处理，以便处理后的电网点信号满足识别控制器的数据需求。
负荷检测器，可用于检测家用负荷的音量、所发出的光照强度、热量、信号灯状态等状态数据，并将检测到的状态数据传输给识别控制器。负荷检测器可为传感器电路、摄像机等。
控制开关，连接在电网和家用负荷之间。控制开关可为继电器电路、二极管电路、三极管电路和/或晶闸管电路等具有开关属性的电路，此处不做具体限定。
识别控制器为具有数据处理和控制功能的设备或器件。识别控制器，用于比较存储器中各类家用负荷历史特征数据、经信号处理器处理后的电网数据以及负荷检测器实时传输的负荷状态数据，识别当前接入电网的家用负荷的类别；并根据识别出的家用负荷类别以及各类家用负荷历史特征数据，确定当前家用负荷的运行时间和运行时长，根据确定的结果管理控制开关的通断，以便自动控制家用负荷的供电状态。例如，当识别控制器识别出当前接入电网的家用负荷为空调后，进而根据存储器中预先存储的空调每天的使用时间点和每次使用时长等数据，通过控制开关控制该空调是否接得电，无需人为干预，从而实现对空调的智能化启停，避免忘记关闭家用负荷，造成电器浪费。需要说明的是，识别控制器中所使用的负荷识别算法可通过现有的负荷识别方法实现，识别控制器中所使用的控制方法可基于现有方法实现，本申请中不涉及对现有方法的改进。示例性地，识别控制器可包括单片机、树莓派等控制器。
在本申请实施例中，提供了一种家用智能插座，无需人为观测用电设备运行状态进行供电控制，能够对用电设备进行自动识别，进而实现家用负荷的智能化启停，工作稳定性高，结构简单，给用户带来极大的方便。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
