防觸電插座的設(shè)計(jì)*

宋丕偉，叢穎婕，王艷雪，孫 穎，鄭曉龍，劉 鵬，張孝臣

（大連科技學(xué)院，遼寧 大連 116052）

在日常生活中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生由于插頭插座不安全使用所造成的事故。尤其是自我保護(hù)能力差的少年兒童，大人看管不當(dāng)可能導(dǎo)致幼兒會(huì)用手指或其他細(xì)小導(dǎo)電體接觸插座造成觸電事故。針對(duì)國(guó)內(nèi)廣泛使用的插座存在的易觸電、使用不方便、易損壞、形狀單一等問(wèn)題，以創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論為指導(dǎo)，提出更為完善的解決方案。新的方案中，利用防觸電裝置使插座不用時(shí)斷電，避免了傳統(tǒng)插座時(shí)刻有電的現(xiàn)象。對(duì)比現(xiàn)有的插座，改變了內(nèi)部結(jié)構(gòu)和使用方式，使用過(guò)程中更安全，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體結(jié)構(gòu)

1 總體概述

隨著城鎮(zhèn)居民家用電器使用量的不斷增長(zhǎng)，作為配套用品的電源插座的銷(xiāo)售也日趨高漲，但是人們?cè)诓皇褂貌遄鶗r(shí)，往往不能及時(shí)或無(wú)法單獨(dú)控制某個(gè)插座斷電。在一些特殊情況下，這些插座就會(huì)產(chǎn)生觸電事故的安全隱患。防觸電插座致力于解決這類(lèi)問(wèn)題。防觸電智能插座以防觸電為基本框架，改變了傳統(tǒng)的插座結(jié)構(gòu)，將簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)與智能控制相結(jié)合，做到插座用時(shí)帶電，不用時(shí)自動(dòng)斷電，即使人的肢體觸及插座電路，在防觸電裝置的保護(hù)下也不會(huì)發(fā)生觸電的事故，極大地降低了插座觸電事故發(fā)生的概率。

2 防觸電插座組成

插座主要由三部分組成：防觸電模塊、手機(jī)遠(yuǎn)程控制模塊和功率測(cè)量模塊。為了方便制作與使用，提高產(chǎn)品的安全性能，防觸電模塊采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不含電子元件，制作方便，在最大程度上保證了插座的可靠性。手機(jī)遠(yuǎn)程控制模塊可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接，達(dá)到遠(yuǎn)程關(guān)閉電源的功能。功率測(cè)量模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用電情況，方便用戶對(duì)插座耗電情況的掌握。

防觸電模塊主要由滑塊和彈性金屬片組成，其中配套使用的插頭為帶凸起設(shè)計(jì)，裝置內(nèi)部設(shè)計(jì)了手動(dòng)旋鈕，增加了產(chǎn)品的應(yīng)用范圍與可實(shí)用性。手機(jī)遠(yuǎn)程控制模塊利用繼電器與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)手機(jī)終端控制，達(dá)到遠(yuǎn)程通電、斷電。功率測(cè)量模塊將單片機(jī)與芯片結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了插座的功率測(cè)量功能。

3 防觸電插座功能介紹

3.1 防觸電模塊

防觸電裝置為整個(gè)設(shè)計(jì)的核心組成部分，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。機(jī)械結(jié)構(gòu)及電路改進(jìn)使插座平時(shí)自動(dòng)處于不帶電狀態(tài)，只有配套的插頭插入時(shí)才會(huì)啟動(dòng)插座，進(jìn)入通電狀態(tài)。它將滑塊機(jī)構(gòu)和彈性金屬片結(jié)合，利用推動(dòng)滑塊帶動(dòng)兩金屬片接觸進(jìn)行防觸電裝置的通電，為了使插頭插入時(shí)推動(dòng)滑塊，在插頭上還設(shè)計(jì)了兩個(gè)凸起，插頭插入時(shí)，凸起推動(dòng)內(nèi)部的滑塊運(yùn)動(dòng)，促使兩金屬片接觸，插座通電進(jìn)入工作狀態(tài)，拔出插頭時(shí)，施加給滑塊的力消失，金屬片分開(kāi)，插座斷電。為了使普通插頭可以使用，在插座外部設(shè)計(jì)有手動(dòng)旋鈕，此旋鈕為絕緣材料，轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕可以施加給內(nèi)部金屬片一個(gè)外力，使其接觸通電，更增加了插座的通用性。

圖2 防觸電模塊

3.2 手機(jī)遠(yuǎn)程控制

該插座有遠(yuǎn)程控制功能。在聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，首先將插座通過(guò)Wi-Fi連接到家庭網(wǎng)絡(luò)中，然后可以在與插座配套的APP上查詢到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的智能插座，通過(guò)APP利用手機(jī)終端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)控制功能，例如：實(shí)現(xiàn)插座的遠(yuǎn)程通電、斷電。在插座和手機(jī)終端的共同作用下，手機(jī)終端還可以對(duì)插座進(jìn)行定時(shí)，當(dāng)把電器插到插座上后，在手機(jī)端輸入定時(shí)啟動(dòng)和關(guān)閉的指令，插座在互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境中就可以接收到手機(jī)終端發(fā)出的指令，通過(guò)單片機(jī)控制電器的啟動(dòng)和關(guān)閉，操作便利且更加安全。

3.3 功率測(cè)量模塊

功率測(cè)量模塊是利用特定型號(hào)的功率測(cè)量芯片和單片機(jī)對(duì)通過(guò)插座的電壓和電流進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。當(dāng)有用電器插入插座時(shí)，功率測(cè)量模塊開(kāi)始工作，當(dāng)有不同用電器插入時(shí)可以檢測(cè)到不同用電器的功率，并經(jīng)過(guò)一系列的處理器數(shù)據(jù)分析得到最終電器消耗的功率并顯示在插座外部的屏幕上，如圖3所示，方便用戶隨時(shí)監(jiān)控用電情況。

圖3 功率測(cè)量顯示

4 防觸電插座特點(diǎn)

防觸電插座主要包含防觸電功能、遠(yuǎn)程控制功能和功率測(cè)量功能。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便制作并且容易安裝，防觸電效果明顯，符合大眾消費(fèi)需求，防觸電核心部分采用機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效的改變電路，沒(méi)有電子元件，不易受到外部干擾，可靠性高。此外，該設(shè)計(jì)既可以使用配套插頭，又可以手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕使用普通插頭，應(yīng)用范圍廣，不插入插頭時(shí)處于斷電狀態(tài)，可以有效防止意外事故的發(fā)生，手機(jī)終端控制可以遠(yuǎn)程操作，功率測(cè)量則可以監(jiān)控實(shí)時(shí)用電量，防觸電與智能化讓插座更加實(shí)用便利。

5 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目研究的是一種將防觸電與智能化結(jié)合在一起的防觸電智能插座，在滿足基本安全需要的同時(shí)，還具有遠(yuǎn)程控制和功率測(cè)量功能，滿足用戶基本需求的同時(shí)，更為快節(jié)奏的生活提供了便利。

防觸電裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)制作簡(jiǎn)單，可靠性高，無(wú)論是工廠還是家庭都可以放心投入使用，最大程度滿足所有人的需要。此外，由于智能化發(fā)展迅速，防觸電插座在未來(lái)還有很大的發(fā)展空間，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，賦予其更多的功能，讓絕大多數(shù)人得到更安全的用電保障。