WiFi智控立式台面插座研发及产业化

诸葛继亮

(公牛集团股份有限公司)

1 智能电源插座领域国内外技术现状和发展趋势

1.1 国内外智能插座发展现状与趋势

随着无线通信技术，如WiFi、zigbee、蓝牙、RFID等的快速发展和成功应用，与物联网相关的家电产品已经逐步走入人们的日常生活中。现在人们可以不再踮起脚尖去拔掉墙上热水器的插头，而是通过手机直接断电；或者通过智能转换器间接地去控制与之相连接的各类电器；甚至还可以在回家途中，通过互联网，提前设置好房间的温度、亮度等。

智能家居诞生已久，但迟迟没有爆发，这是因为国内大部分消费者并不愿意花大价钱去重新购置家居产品。2013年，随着国内智能插座的首次推出，它让消费者无需重新布线也无需重新购置家电设备的情况下，就能以低成本体验远程控制的乐趣，广受消费者的亲睐，智能插座的市场突然爆发式增长。

电源插座是为家用电器提供电源接口的电气设备，也是住宅电气设计中使用较多的电气附件，它与人们生活有着十分密切的关系。随着科技的发展，特别是物联网技术的发展，用户如何远程控制插孔的通断电，以此控制相应电器的开启或关闭，成为目前亟待解决的问题。

狭义上的智能插座，则是指装备智能芯片的新型插座。当前智能家居行业仍处于发展期，装备智能芯片的新型插座产品功能还不完善，设备间的标准也不统一，虽然国内智能家居的起步相比国外较晚，但国外智能家居设备与国内使用的差别不大，功能上也相差无几，对智能插座的使用需求基本保持一致，因此国内外对智能插座基本都保持在对智能插座的用电保护、稳定性、更加系统化的研究。

1.2 用户使用插座的痛点分析

目前，市面上常见的电源插座有常规平放排插、立式插座、旋转插座等各种类型，各类插座用户使用存在的问题如下所示：

1）常规平放排插：①线路混乱；②插头的尺寸较大时会干涉甚至遮挡相邻插孔的孔位；③插座开关只能控制插座全部断电或者全部通电。个别插头通断电时需要频繁的插拔，不仅使用户操作不便而且减少了插座的使用寿命。④固定式插座限制了插头的插入方向。

2）立式插座：立式插座作为插座中的 一类，其插座上的插孔组件呈竖直方向排布。现有的立式插座仅仅是将常规的平放的排插进行立式改良，其不仅延续了常规排插存在问题，而且还存在以下问题：①插头的电源线受到外力拉动时容易带动插座倾倒；②插座上的开关容易被遮挡，给用户使用开关通断电操作带来不便。

3）旋转插座：插座可绕自身轴线旋转，插座另一面通过相互套设的环形的火线导电片、零线导电片和地线导电片与旋转插座模块内的火线插套、零线插套和地线插套连接，解决了插头插入方向被限制的问题，使用的电源线不需要弯折即可插入，提高了电源线的使用寿命和安全性。但这种结构仍存在缺陷，当在同一面板上依序布设多个旋转插座模块时，由于三个导电片相互嵌设，相同极性的导电片与相邻的不同极性的导电片存在干涉，无法直接连接，导致旋转插座内部接线混乱，装配不方便且影响插座的安全性。

根据市场调查，目前用户使用插座的主要痛点总结如下表所示。

1.3 产品定位与研发方向

针对以上用户使用存在的问题，结合公司目前产品线中，缺少零售价200元以上的产品，故需开发一款高端智能化产品，不仅满足高端人群需求，而且可以提升公司产品的整体形象。

表 用户使用插座的痛点分析

产品定位为摆放于台面的高端装饰性插座，使用场景以客厅电视柜为主（客厅电视柜是家庭中用电器最集中、电器种类多，移动式插座价格最高的区域）。

产品主概念为装饰性（外观与电视柜区域环境匹配、工艺品外观）。其他概念有：易拆包装、有效利用台面空间、电源线出线方向一致、电源线不干扰周边的设备、大插头不挡住旁边插孔、多两孔数量、分区控制等。

同时，产品具有防雷功能、过载保护功能、USB充电、粗电源线等高端产品的同质化概念。

本公司研发的这款产品不仅拥有以上高端产品的同质化概念，而且是一款智能化立式台面旋转插座。本项目的研究，不仅是解决用户使用插座时的普遍问题，而且智能插座采用无线网络远程控制还解决了家庭布线不美观不方便的问题。另外，添加智能插座对用电器用电情况实时监测的功能，保护用电器与用户安全，并利用物联网实现用户与智能插座之间的信息交互。随着电力系统的快速发展，电网容量不断增大，结构日趋复杂，利用智能插座上的能量监控功能实时监控用电设备的用电情况，提高人们的节电意识以及安全用电显得尤为重要。通过实时监控用电器的耗电量，适当的规划家庭的用电量，做到智能用电、安全用电，可以避免用户不良的用电习惯导致的大量的能源浪费，有效地节约能源，对国家智能电网的建设也具有现实意义。

2 项目预期目标及其技术路线

2.1 主要研究技术内容

本公司研发的这款产品不仅拥有以上高端产品的同质化概念，而且是一款智能型立式台面旋转插座。主要包括以下研究技术内容：

首先，研发一种智能插座系统及其控制方法，以实现对插座的智能远程控制。

其次，研发一种通过一个接线体（含导电体）同时对多个旋转插座的相同极性的插套导电以便于装配、安全性高的旋转插座。

第三，研发一种带有开关机构台面插座，使其无需插拔插头就可以实现单独的控制各插孔组通电或断电，而且还可以对插座上连接的插头电源线进行理线，且插座及插座上的插头电源线不会遮挡开关。因此用户使用方便，插座使用寿命长。

2.2 项目拟采用的工艺技术路线、关键技术

（1）WiFi智控立式台面插座研发技术路线

首先，本项目依据CDOC方法论，前期进行了大量的用户调研总结，归纳出客户的体验痛点，从而从各个方面发散思维记录每一个痛点背后的问题所在。然后，根据用户使用存在的痛点，决定开发一款高端智能化产品。

其次，进行产品定位。产品使用场景以客厅电视柜为主，产品主概念为装饰性（外观与电视柜区域环境匹配、工艺品外观）。其他概念有：易拆包装、有效利用台面空间、电源线出线方向一致、电源线不干扰周边的设备、大插头不挡住旁边插孔、多两孔数量、分区控制等。同时，产品具有防雷功能、过载保护功能、USB充电、粗电源线等高端产品的同质化概念。

最后，通过对现有概念进行梳理和对用户痛点的分析，以及对相应实施技术的探讨，最后再综合各个成员意见与建议，每个功能概念都找到了可实施的方案。具体实施研究的技术路线如图1所示。

图1 研究技术路线图

（2）关键技术

1）智能插座系统及其控制方法，以实现对插座的智能远程控制。如图2所示，智能插座系统包括：插座，开关总控模块，与插座电连接，用以控制所述插座的通断电；云平台，与开关总控模块连接，用以进行信息数据的中转；智能终端，与云平台连接，用以通过云平台控制开关总控模块。上述智能插座系统中，用户可以通过智能终端发送控制信息或绑定信息至云平台，云平台再将这些信息转发至开关总控模块，以此实现对插座中插孔的通/断电控制或绑定。此外，用户还可以根据自身需要进行开关和插孔的绑定，灵活性高，更贴合用户的日常使用。还有电量统计单元的使用，使得用户可以实时监控该插孔对应电器的用电量。最后，定时模块的使用，方便用户远程进行定时。智能插座系统的控制方法如图3所示。

图2 一种智能插座系统

图3 智能插座系统的控制方法

2） 一种全新设计安全性高的旋转插座。包括面板，面板上设有可绕自身轴线在面板上旋转的多个旋转插座模块，旋转插座模块内设有用于供插头插入的火线插套、零线插套和地线插套，旋转插座内固定设有火线接线体、零线接线体和地线接线体，旋转插座模块旋转时，火线接线体与多个火线插套、零线接线体与多个零线插套、地线接线体与多个地线插套相对运动且保持连接状态。本研究技术提供了一种通过一个接线体同时对多个旋转插座的相同极性的插套导电以便于装配、安全性高的旋转插座。

3）研发一种台面插座的整体开关机构及罩盖扣合结构。它包括立式的插座本体，插座本体上设有多个用于供插头插入的插孔组件，其特征在于：插座本体上设有一罩盖，罩盖与插座本体的外表面之间合围形成一理线空间，插孔组件位于理线空间内，且罩盖上或插座本体上设有供理线空间内的插头连接线穿出至理线空间外的过线槽，插座本体露置于罩盖外的部分上设有用于控制插孔组件通电或断电的开关组件。本研究提供一种台面插座，使其无需插拔插头就可以实现单独地控制各插孔组通电或断电，而且还可以对插座上连接的插头电源线进行理线，且插座及插座上的插头电源线不会遮挡开关。因此用户使用方便，插座使用寿命长。台面插座的整体开关机构如图4所示。

图4 台面插座的整体开关机构

4 项目的主要技术特点和创新点

（1）提供了一种智能插座系统及其控制方法，实现了对插座的智能远程控制

随着科技的发展，特别是物联网技术的发展，用户如何远程控制插孔的通断电，以此控制相应电器的开启或关闭，成为目前亟待解决的问题。本项目研究提供了一种智能插座系统及其控制方法，实现了对插座的智能远程控制。方便用户实时控制用电器件的通/断电状态。其次，用户还可以根据自身需要进行开关和插孔的绑定，灵活性高，更贴合用户的日常使用。第三，电量统计单元使得用户可以实时监控该插孔对应电器的用电量。最后，定时模块可方便用户远程进行定时。

（2） 提供一种全新的便于装配、安全性高的旋转插座

固定式插座由于限制了插头的插入方向，因而使得连接插头的电源线必须产生弯折才能使用，长久以来，电源线就容易发生脱落甚至断裂的情况。目前市面上也出现了很多旋转插座，插座可绕自身轴线旋转，插座另一面通过相互套设的环形的火线导电片、零线导电片和地线导电片与旋转插座模块内的火线插套、零线插套和地线插套连接，解决了上述固定式插座的缺点，但这种结构仍存在缺陷，当在同一面板上依序布设多个旋转插座模块时，由于三个导电片相互嵌设，相同极性的导电片与相邻的不同极性的导电片存在干涉，无法直接连接，导致旋转插座内部接线混乱，装配不方便且影响插座的安全性。

本研究技术提供了一种通过一个接线体同时对多个旋转插座的相同极性的插套导电以便于装配、安全性高的旋转插座。与现有技术相比，本技术的优点在于：多个旋转插座模块之间相同极性的导电片集成为火线接线体、零线接线体与地线接线体，通过单个火线接线体与多个火线插套连接，单个零线接线体与多个零线插套连接，单个地线接线体与多个地线插套连接，三种极性的接线体的数量均只为一个，以便于装配，且在增加旋转插座模块数量时，仅需增加接线体的长度即可，后续设计方便，旋转插座内零件排布有序，安全性高。

（3）台面插座的整体开关机构设计及罩盖扣合结构设计

常规的立式插座存在以下问题：插头的电源线受到外力拉动时容易带动插座倾倒；插座上的开关容易被遮挡，给用户使用开关通断电操作带来不便。本项目开发设计一种台面插座，其可以对插座上连接的插头电源线进行理线，且插座及插座上的插头电源线不会遮挡开关，并将整个插座外面设置有罩盖扣合结构。

采用以上结构后，与现有技术相比具有以下优点：通过罩盖及罩盖上的过线槽不仅可以将插头电源线收纳于理线空间内且插头电源线集成于一体，达到理线效果，而且通过罩盖可以将插头和插孔遮挡，避免用户尤其是幼童碰触插头，达到防护的效果。

5 结束语

本项目延长线插座采用WiFi控制设计方案，并且在插座插孔模块实现了旋转的方式更好满足用户对于大插头取电的需要。研发团队分析比较了国内外现有发明和相关实用新型专利并避开了现有专利保护，开发出的智能插座系统及其控制方法，在国际上处于领先科技水平。本项目开发的旋转插座，在整个行业都属于突破性的创新，已经申请多项发明专利和实用新型专利保护。从长远看，推动插座向智能化、高端化方向前进，进一步巩固公牛插座在行业领导者地位。