導讀：最近，五花八門的智能設備不斷映入我們眼簾。在物聯(lián)網電子市場發(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)網聯(lián)系到了一起。例如智能節(jié)能插座，智能化的普及實實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)能插座設計方案。

　　主芯片HLW8012

　　HLW8012 為插座廠家和智能家居廠家提供了一個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計，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 的內部結構如圖1 所示。它由2 個可編程增益放大器、2 個Δ-Σ調制器、配套的高速濾波器、功率計算、功率監(jiān)測、串行接口及相應功能寄存器等組成。兩個可編程放大器采集電壓和電流數(shù)據(jù)，Δ-Σ調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 標準的準確度要求，在1000:1范圍內達到±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 范圍內達到±0.5%的精度。

　　· 內置電源監(jiān)控電路，當電源電壓低到4V 時，芯片進入復位狀態(tài)。

　　· 內置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AC-DC 轉換成12V 電源，采用SY50103 芯片，可以提供1A 的電流，紋波控制在100mV 以內。開關電源的優(yōu)勢在于功率小、轉換效益高，同時體積也小，適合放入較小體積的插座內。開關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,需通過電阻網絡降壓的方式實現(xiàn)采樣，通過串聯(lián)6 個470K 的電阻和1 個1K 的電阻進行分壓，然后接入計量芯片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，電流流經錳銅電阻后，會產生一個壓降，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，當有大電流通過的時候，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，使測量結果不準確。

　　智能插座軟件設計流程

采用HLW8012芯片 的智能插座方案，不但能夠計算出所用電量而且還減少了外圍元器件數(shù)目?？傮w來說，實現(xiàn)了小體積化，提高了系統(tǒng)精度和可靠性，降低了成本