Основни принцип контроле кола уграђених зидних прекидача и утичница

Уграђени зидни прекидачи и утичнице су основне компоненте паметне куће и електричне контроле. Механичка структура, технологија електронске контроле и сигурносна заштита су интегрисани у дизајн кола. У овом раду се из три димензије анализирају основни принципи топологије кола, управљачке логике и сигурносних механизама.

 

 

Утичнице за уграђене зидне прекидаче су дизајниране око трослојне структуре улаза за напајање, контролног модула и излаза оптерећења, респективно:

 

Повер Инпут Модуле

Модул користи мрежни улаз од 220В АЦ и примарно заштитно коло које се састоји од осигурача (нпр.. 0.1А) и термистора позитивног температурног коефицијента (ПТЦ). ПТЦ може спречити прегревање и пожар када је струја ненормална. Улазно коло се обично састоји од нископропусног-филтера (који се састоји од кондензатора и индуктора) за сузбијање високо{6}}сметњи (као што су електромагнетни импулси) из електричне мреже и спречавање протока хармоника назад у мрежу од пребацивања кола.

Контролни модул

Управљачки модул је језгро кола, које је подељено на механичко управљање и електронско управљање.

• Механичка контрола: Традиционални преклопни прекидачи повезују и искључују кола директно преко механичких контаката. Када је контакт затворен, струја тече од жице под напоном (Л) до оптерећења; када је контакт отворен, коло је искључено. Ови прекидачи су јефтини, али њихов век трајања је ограничен хабањем контаката (обично 100.000 операција).
• Електронско управљање: употреба релеја или енергетских МОСФЕТ-а као прекидача. На пример, ВиФи паметне утичнице примају контролне команде преко серијских ВиФи модула који покрећу намотај релеја да се отвара и затвара. Када модул прими команду „затвори“, порт ПЦ8 даје висок ниво, проводљивост транзистора К1, релејни калем се активира, контакти су затворени и оптерећење се напаја; уместо тога, струја је искључена. Дизајн подржава даљинско управљање, али захтева екстерно напајање, као што је 12В ДЦ, за покретање релеја.

Учитајте излазни модул

излазни терминал директно повезан са електричном опремом и мора бити у складу са сигурносним прописима. На пример, утичнице морају бити пројектоване тако да испуњавају обавезне националне стандарде (нпр. ГБ 2099.1-2008), а мора се направити стриктна разлика између жице под напоном (Л), неутралне (Н) и жице за уземљење (ПЕ). Жица за уземљење је повезана са металним кућиштем преко жуто-зелених жица како би се спречило пуњење кућишта у случају цурења.

 

 

Реализација управљачке логике директно утиче на брзину одзива и поузданост прекидача. Уобичајена решења укључују:
Логика директне контроле
Механички прекидачи повезују и искључују кола директно преко физичког контакта, не захтевајући додатна кола. На пример, униполарни двоструки-преклопни прекидач може да мења напоне напајања (нпр.. 3.3В и 5В) да би изабрао напон померањем контактног прекидача између два фиксна контакта. Дизајн је једноставан, али не дозвољава даљинско управљање или повратну информацију о статусу.
Електронска управљачка логика
Електронско управљање постиже интелигентне функције кроз колаборативни рад сензора, микроконтролера (МЦУ) и актуатора:

• Провера статуса: МЦУ детектује статус пребацивања преко ГПИО портова. На пример, додирни-прекидач користи отпорник за подизање-(10 омега) да повуче ниво течности до 3,3В када се не притисне и до 0В када се притисне. МЦУ препознаје радњу дугмета скенирањем нивоа ГПИО или конфигурисањем екстерног прекида, као што је окидач опадајуће ивице.
• Даљинско управљање: ВиФи модули (као што је ЕСП8266) комуницирају са мобилним апликацијама преко ТЦП/ИП протокола, примају команде прекидача и управљају релејима. МЦУ паметне утичнице, на пример, контролише почетак К1, повезивање релеја и напајање оптерећења након што добије команду "старт".
• Повратна информација о статусу: Статус прекидача је приказан ЛЕД индикатором или зујалом. На пример, ЛЕД анода је повезана са излазним пином МЦУ помоћу отпорника за ограничавање струје-(220омега), а катода је уземљена. Када МЦУ емитује виши ниво, ЛЕД лампице се пале, показујући да је прекидач укључен.

Микед Цонтрол Логиц
Комбиновање предности механичке и електронске контроле, као што су механички прекидач за само{0}}закључавање и електронско коло за детекцију. Прекидач за самозакључавање -задржава своју позицију након притиска, без потребе за сталном спољном силом. МЦУ детектује промену нивоа ГПИО да би препознао акцију прекидача и снимио статус у ЕЕПРОМ да би вратио прекидач у првобитно стање након прекида рада.

 

 

Сигурност је примарни принцип уграђеног зидног дизајна прекидача и утичнице. Уобичајене заштите укључују:
Оверцуррент Протецтион
Осигурачи су нанизани заједно на улазу напајања. Када струја пређе номиналну вредност (нпр. 10А), она експлодира, прекидајући струјно коло. Паметне утичнице такође могу пратити струју у реалном времену користећи чип за детекцију струје као што је ХЛВ8012. Када струја пређе праг, МЦУ контролише да се релеј прекине, спречавајући прегревање кола.
Заштита од пренапона/поднапона
Чип регулатора напона, као што је 78Л05, се користи за стабилизацију улазног напона на 5В за покретање МЦУ-а и сензора. Када улазни напон премаши толеранцију чипа (нпр. . 7-12В), чип регулатора напона аутоматски ограничава напон како би спречио оштећење уређаја. Поред тога, компаратор напона (нпр. ЛМ393, може детектовати улазни напон; када напон падне испод прага, он покреће заштитно коло.
Заштита струје цурења
Струјни трансформатор{0}}нулте секвенце може да открије струјну разлику између жице под напоном и неутралне жице. Када струја цурења пређе 30мА, излазни сигнал трансформатора покреће СЦР да настави, покрећући јединицу за окидање да прекине струјно коло. Овај дизајн је у складу са националним стандардима заштите од струје цурења (нпр. ГБ16917.1-2014).
Неочекивани дизајн на додир
Механички прекидачи имају структуру{0}}отпорну на додир; на пример, дугмад се морају притиснути до одређене дубине (нпр. 2 мм) да би се активирала како би се спречило случајно руковање. Електронски прекидачи користе софтвер{5}}отпорне алгоритме (као што је кашњење од 10 милисекунди за откривање промена нивоа) да би се елиминисале механичке сметње треперења и обезбедило тачно препознавање статуса.

 

 

Сценарији паметне куће

ВиФи паметне утичнице омогућавају даљинско управљање кућним апаратима преко мобилне апликације, подржавајући функције као што су временско пребацивање и статистика потрошње енергије. Њихов дизајн кола треба да интегрише ВиФи модул, релеје, чипове за детекцију струје и кола регулатора напона, док истовремено испуњава захтеве за минијатуризацију (нпр. димензије мање или једнаке 50 мм × 50 мм).

Сценарији индустријске контроле

Зидни прекидачи индустријског{0}}класе морају да издрже тешка окружења (нпр. висока температура, висока влажност, вибрације), користећи метална кућишта и заптивене конструкције. Управљачко коло користи редундантне дизајне, као што су двоструки паралелни релеји, обезбеђујући нормално пребацивање чак и ако један релеј поквари.

Сценарији јавних објеката

Зидни прекидачи на јавним местима морају да испуне захтеве високе{0}}захтеве за коришћење фреквенције (нпр. преко 1000 операција дневно), користећи механичке контакте са{4}}вековним веком (нпр. контакте од легуре сребра са животним веком од 1 милион циклуса) или бесконтактне електронске прекидаче (нпр. оптоспојлер{10}}неизоловани МОСФЕТ-ови са неизолованим веком трајања).

 

 

Са развојем технологије Интернета ствари (ИоТ), уграђени зидни прекидачи и утичнице се развијају у правцу интелигенције и интеграције:

• Бежична комуникациона технологија: Проширите са ВиФи на Блуетоотх, Зигбее, ЛоРа и још много тога да бисте подржали више{0}}међусобну везу уређаја.
• Едге Цомпутинг Цапацити: Интегрише лагане АИ алгоритме за обављање функција као што су анализа понашања потрошње електричне енергије и предвиђање кварова.
• Функције управљања енергијом:-надгледање електричне енергије и коришћења у реалном времену преко чипова за мерење снаге да би се подржала оптимизација цена у вршној и нижој вредности.
• Безбедносне надоградње: Коришћење националних криптографских алгоритама за шифровање комуникација и спречавање цурења података; интеграција биометрије (нпр. препознавање отиска прста) ради побољшања контроле приступа.
•  

Уграђени зидни склоп склопке и утичнице је свеобухватно оличење механичке, електронске и сигурносне технологије. Од основне контроле ван мреже до интелигентног управљања, његова технолошка еволуција не само да побољшава корисничко искуство, већ такође пружа основну подршку за нова поља као што су енергетски интернет и паметни градови. У будућности, са открићима у науци о материјалима (као што су полупроводници са широким-појасним размаком) и комуникационим технологијама (као што је 6ГХз ВиФи), уграђени прекидачи и утичнице ће бити додатно минијатуризовани, смањујући потрошњу енергије и постајући кључни чворови интелигентног екосистема.