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)電子市場發(fā)展的浪潮推動下，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,、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)制器對模擬量采樣處理,，濾取可用電壓,、電流數(shù)字信號,，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外輸出,。

　　HLW8012 工作原理

　　HLW8012 的V1P 和V1N 引腳輸入電流信號波,，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為±43.75mV;電壓通道允許的最大輸入信號是±700mV. HLW8012 可以使用低成本的錳銅采樣電阻或電流互感器來測量電流,，并使用分壓電阻或電壓互感器來測量電壓,，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采樣和電壓信號采樣兩部分。

　　電壓采樣采集的是零線信號上的電壓,，由于電壓信號較大,，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,，就會影響到采樣電阻的阻值,，使測量結(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