防触电插座的设计*

2021-08-07宋丕伟丛颖婕王艳雪郑晓龙张孝臣

科技创新与应用 2021年21期

宋丕伟，丛颖婕，王艳雪，孙颖，郑晓龙，刘鹏，张孝臣

（大连科技学院，辽宁大连 116052）

在日常生活中，经常会发生由于插头插座不安全使用所造成的事故。尤其是自我保护能力差的少年儿童，大人看管不当可能导致幼儿会用手指或其他细小导电体接触插座造成触电事故。针对国内广泛使用的插座存在的易触电、使用不方便、易损坏、形状单一等问题，以创新设计理论为指导，提出更为完善的解决方案。新的方案中，利用防触电装置使插座不用时断电，避免了传统插座时刻有电的现象。对比现有的插座，改变了内部结构和使用方式，使用过程中更安全，其总体结构如图1所示。

图1 总体结构

1 总体概述

随着城镇居民家用电器使用量的不断增长，作为配套用品的电源插座的销售也日趋高涨，但是人们在不使用插座时，往往不能及时或无法单独控制某个插座断电。在一些特殊情况下，这些插座就会产生触电事故的安全隐患。防触电插座致力于解决这类问题。防触电智能插座以防触电为基本框架，改变了传统的插座结构，将简单的机械结构与智能控制相结合，做到插座用时带电，不用时自动断电，即使人的肢体触及插座电路，在防触电装置的保护下也不会发生触电的事故，极大地降低了插座触电事故发生的概率。

2 防触电插座组成

插座主要由三部分组成：防触电模块、手机远程控制模块和功率测量模块。为了方便制作与使用，提高产品的安全性能，防触电模块采用纯机械结构设计，不含电子元件，制作方便，在最大程度上保证了插座的可靠性。手机远程控制模块可以通过互联网连接，达到远程关闭电源的功能。功率测量模块可以实时监控用电情况，方便用户对插座耗电情况的掌握。

防触电模块主要由滑块和弹性金属片组成，其中配套使用的插头为带凸起设计，装置内部设计了手动旋钮，增加了产品的应用范围与可实用性。手机远程控制模块利用继电器与单片机实现手机终端控制，达到远程通电、断电。功率测量模块将单片机与芯片结合，实现了插座的功率测量功能。

3 防触电插座功能介绍

3.1 防触电模块

防触电装置为整个设计的核心组成部分，其结构如图2所示。机械结构及电路改进使插座平时自动处于不带电状态，只有配套的插头插入时才会启动插座，进入通电状态。它将滑块机构和弹性金属片结合，利用推动滑块带动两金属片接触进行防触电装置的通电，为了使插头插入时推动滑块，在插头上还设计了两个凸起，插头插入时，凸起推动内部的滑块运动，促使两金属片接触，插座通电进入工作状态，拔出插头时，施加给滑块的力消失，金属片分开，插座断电。为了使普通插头可以使用，在插座外部设计有手动旋钮，此旋钮为绝缘材料，转动旋钮可以施加给内部金属片一个外力，使其接触通电，更增加了插座的通用性。

图2 防触电模块

3.2 手机远程控制

该插座有远程控制功能。在联网环境下，首先将插座通过Wi-Fi连接到家庭网络中，然后可以在与插座配套的APP上查询到网络环境下的智能插座，通过APP利用手机终端实现远程联网控制功能，例如：实现插座的远程通电、断电。在插座和手机终端的共同作用下，手机终端还可以对插座进行定时，当把电器插到插座上后，在手机端输入定时启动和关闭的指令，插座在互联网的环境中就可以接收到手机终端发出的指令，通过单片机控制电器的启动和关闭，操作便利且更加安全。

3.3 功率测量模块

功率测量模块是利用特定型号的功率测量芯片和单片机对通过插座的电压和电流进行实时测量。当有用电器插入插座时，功率测量模块开始工作，当有不同用电器插入时可以检测到不同用电器的功率，并经过一系列的处理器数据分析得到最终电器消耗的功率并显示在插座外部的屏幕上，如图3所示，方便用户随时监控用电情况。

图3 功率测量显示

4 防触电插座特点

防触电插座主要包含防触电功能、远程控制功能和功率测量功能。其结构简单，方便制作并且容易安装，防触电效果明显，符合大众消费需求，防触电核心部分采用机械结构简单、高效的改变电路，没有电子元件，不易受到外部干扰，可靠性高。此外，该设计既可以使用配套插头，又可以手动调节旋钮使用普通插头，应用范围广，不插入插头时处于断电状态，可以有效防止意外事故的发生，手机终端控制可以远程操作，功率测量则可以监控实时用电量，防触电与智能化让插座更加实用便利。