導(dǎo)讀：最近，五花八門的智能設(shè)備不斷映入我們眼簾。在物聯(lián)網(wǎng)電子市場(chǎng)發(fā)展的浪潮推動(dòng)下，許多家用電器逐漸從有線到無線、從端到云，我們的生活以虛擬連接的方式與物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系到了一起。例如智能節(jié)能插座，智能化的普及實(shí)實(shí)在在的為我們生活提供了很多方便。下面將介紹WIFI智能節(jié)能插座設(shè)計(jì)方案。
主芯片HLW8012
HLW8012 為插座廠家和智能家居廠家提供了一個(gè)高度精確且成本低廉的電能測(cè)量解決方案。該集成芯片專為住宅用單相電能表或智能插座設(shè)計(jì)，可精確測(cè)量電流有效值IRMS 和電壓有效值VRMS、有功功率和電量。
HLW8012 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示。它由2 個(gè)可編程增益放大器、2 個(gè)Δ-Σ調(diào)制器、配套的高速濾波器、功率計(jì)算、功率監(jiān)測(cè)、串行接口及相應(yīng)功能寄存器等組成。兩個(gè)可編程放大器采集電壓和電流數(shù)據(jù)，Δ-Σ調(diào)制器對(duì)模擬量采樣處理，濾取可用電壓、電流數(shù)字信號(hào)，并將計(jì)算的功率值、電壓有效值和電流有效值通過脈沖指示方式對(duì)外輸出。
HLW8012 工作原理
HLW8012 的V1P 和V1N 引腳輸入電流信號(hào)波，電流通道集成一個(gè)固定增益放大器，允許的最大差分輸入信號(hào)為±43.75mV;電壓通道允許的最大輸入信號(hào)是±700mV. HLW8012 可以使用低成本的錳銅采樣電阻或電流互感器來測(cè)量電流，并使用分壓電阻或電壓互感器來測(cè)量電壓，其芯片的脈沖輸出頻率與有功能量成正比。
HLW8012特性
· 高頻脈沖CF,指示有功功率，滿足50/60Hz IEC 687/1036 標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度要求，在1000:1范圍內(nèi)達(dá)到±0.2%的精度。
· 高頻脈沖CF1,可配置成為輸出電流有效值或者電壓有效值，在500:1 范圍內(nèi)達(dá)到±0.5%的精度。
· 內(nèi)置電源監(jiān)控電路，當(dāng)電源電壓低到4V 時(shí)，芯片進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。
· 內(nèi)置2.43V 的電壓參考源。
· 5V 單電源供電，工作電流小于3mA。
智能插座電源功能原理
電源電路有兩路，一路是將交流220V 經(jīng)AC-DC 轉(zhuǎn)換成12V 電源，采用SY50103 芯片，可以提供1A 的電流，紋波控制在100mV 以內(nèi)。開關(guān)電源的優(yōu)勢(shì)在于功率小、轉(zhuǎn)換效益高，同時(shí)體積也小，適合放入較小體積的插座內(nèi)。開關(guān)電源電路圖如下圖所示：繼電器選用12V 10A 繼電器，12V 繼電器相比5V 繼電器的成本要低一些。由于主控制器和電能計(jì)量IC 需提供5V 電源，而無線WIFI 模塊采用是3.3V 電源供電，所以12V 電源出來之后，又分為兩路，一路使用穩(wěn)壓芯片78L05,將電源降到5V,給MCU 和HLW8012 提供電源；另一路采用DC-DC 芯片，將12V 轉(zhuǎn)為3.3V 給無線模塊提供電源。
采樣電路包括電流信號(hào)采樣和電壓信號(hào)采樣兩部分。
電壓采樣采集的是零線信號(hào)上的電壓，由于電壓信號(hào)較大，有效值是220V,需通過電阻網(wǎng)絡(luò)降壓的方式實(shí)現(xiàn)采樣，通過串聯(lián)6 個(gè)470K 的電阻和1 個(gè)1K 的電阻進(jìn)行分壓，然后接入計(jì)量芯片HLW8012 的電壓輸入采樣端V2P 引腳。
HLW8012 的V1P 和V1N 引腳是電流采樣通道，采集錳銅電阻兩端的電壓降，電流流經(jīng)錳銅電阻后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓降，不同阻值的錳銅電阻電壓降不同，錳銅電阻的阻值一般選用2豪歐或5 豪歐，阻值不宜過大，當(dāng)有大電流通過的時(shí)候，采樣電阻的阻值過大容易造成發(fā)熱，就會(huì)影響到采樣電阻的阻值，使測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。
智能插座軟件設(shè)計(jì)流程
采用HLW8012芯片 的智能插座方案，不但能夠計(jì)算出所用電量而且還減少了外圍元器件數(shù)目。總體來說，實(shí)現(xiàn)了小體積化，提高了系統(tǒng)精度和可靠性，降低了成本