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基于功率计量芯片HLW8012计量插座方案

基于功率计量芯片HLW8012计量插座方案

一、计量插座原理
计量插座需要测量功率、电量、电流和电压等参数,同时计量插座产品内部空间小,本次设计使用功率计量芯片HLW8012作为各个电参数的测量器件。因为HLW8012可以测量功率、电量、电流和电压值,内置晶振、参考源,SOP8封装,外围电路简单,在满足性能要求的同时,可以做到体积更小。
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HLW8012主要特性
1)高频脉冲CF,指示有功功率,在1000:1范围内达到±0.3%的精度
2)高频脉冲CF1,指示电流或电压有效值,使用SEL选择,在500:1范围内达到±0.5%的精度
3)内置晶振、2.43V电压参考源及电源监控电路
45V单电源供电,工作电流小于3mA
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HLW8012输入输出
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1  HLW8012芯片引脚图

1V1PV1N输入电流采样信号:峰峰值VP-P±43.75mV,最大有效值:±30.9mV
2V2P输入电压采样信号:峰峰值VP-P±700mV,最大有效值:±495mV
3)高频脉冲CFPIN6):指示功率,计算电能;输出占空比为1:1的方波。
4)高频脉冲CF1PIN7):指示电流或电压有效值,SEL选择;输出占空比为1:1的方波。
计量插座实际上是一个插座转接设置,电器通过计量插座之后再连接到电网。MCU从功率计量模块获取用电器的电量、功率、电压、电流等参数,从时钟模块获取当前时钟,MCU将这些数据通过LCD驱动芯片显示在LCD屏上。MCU可以打开或关闭插座孔的电源,通过按键直接操作或设置定时自动操作,电源的打开与关闭是通过MCU控制继电器的闭合与切断实现。
时钟设置是通过按键进行设置,可以设置日期、小时、分、秒,自动设置星期。可以设置一星期内哪几天定时打开或关闭插座孔的电源,实现无人自动控制插座孔的电源。一般在出厂前会设置好时间。计量插座结构框图如图2所示。

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2  计量插座方案结构框图

二、计量插座硬件设计

计量插座硬件设计相对应于结构框图,有6部分模块电路:电源管理电路、功率计量电路、显示模块电路、继电器控制电路、时钟电路及按键。
所有功率计量测量,电压、电流通道的采样方式有2种:互感器采样方式(隔离采样)、电阻采样方式(非隔离采样)。互感器采样方式成本高,本设计使用电阻采样方式。
1电源管理电路
使用LNK304设计的AC-DC非隔离电源,LN分别是交流火线与零线,以零线作为地线。此电路无需变压器,稳压5V,可以提供150mA左右的电流,能够保证在AC85V~265V的交流范围内,实现稳定的电压输出,纹波也很小,在50mV左右。此电源为所有模块提供工作电压。
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3  AC-DC非隔离电源

2、功率计量电路
功率计量电路使用HLW8012实现,功率、电压、电流等数据通过CFCF1引脚以脉冲的方式输出。CF脚输出的脉冲频率大小即表示有功功率值,CF输出的脉冲个数表示的是用电量的信息。当SEL为高电平时,CF1输出的脉冲频率表示电压有效值,当SEL为低电平时,CF1输出的是电流有效值。HLW8012集成内置振荡器、参考电源,外围简单,包括电流、电压的采样。
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4  功率计量电路

电流信号是通过锰铜电阻(R292mΩ)对负载的电流进行采样,信号量小于30.9mV;电压信号是通过电阻网络(R21, R22, R23,R24, R26)对交流电压进行分压采样,信号量小于495mV。锰铜电阻的接法:一端与GND连接,另一端与负载连接。
MCU使用HLW7031CFCF1引脚连接HLW7031外部中断引脚,SEL引脚连接普通IO口。CF引脚用于测量功率,电量值,CF1引脚配合SEL引脚用于测量电压、电流有效值。MCU通过测量CFCF1引脚的脉冲周期,计算功率、电压、电流、电量等参数。

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5  MCU与功率计量芯片连接

3、显示模块电路

显示模块使用HT1621作为显示驱动,HT1621可以驱动4*32段,工作电压为5V,可以满足不同屏的要求,同时HT1621可以驱动无源蜂鸣器,用于提示按键或者警告。MCU将需要显示的数据发送到HT1621完成显示。

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6  显示驱动电路

4、时钟模块电路

时钟模块选用实时时钟芯片DS1302,一种高性能、低功耗、带RAM的电路,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能。采用三线接口与CPU进行同步通信。使用5V供电,DS1302VCC1端接3V锂电池,在断电时也能正确记录时间。
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7  实时时钟电路

5、继电器控制电路

为了方便电源电路的设计,选用5V的继电器,控制负载的火线闭合与关断。继电器的闭合与关断通过MCU控制三极管来实现。二极管D4防止继电器反向电动势对三极管Q1的损坏。

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8  继电器控制电路

6、按键电路

按键电路部分一共有3个按键:开/关键,向上,向下键。开/关键可以控制继电器的闭合与关断;向上,向下键主要用于设置日期、小时、分、秒,设置定时时间。

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9  按键电路


三、计量插座软件设计
1、计量插座主流程图
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10  基于HLW8012的计量插座主流程图

上电初始化之后,开始功率、电流、电压脉冲的周期测量,如果测量完成之后,进行功率、电流、电压计算;如果是正在校准,需要将校准数据保存到EEPROM;按键处理主要包括开或关电源,设置定时自动操作时间;定时处理在定时到设置时间时自动操作;显示处理在LCD屏上显示功率、电量、电流、电压、时钟等数据。
2中断服务子程序流程图:测量脉冲周期的程序。
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11  外部中断服务子程序

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12  定时中断服务子程序

以上是中断服务子程序中运行的内容,多脉冲测量的周期计算、功率值、电压值、电流值等都在大循环程序中运行。
还有详细的资料吗?
学习了,谢谢
Q:2880328239,代理上海贝岭芯片,KDS晶振 ,NDK晶振,陆海保险丝,加高晶振等品牌
谢谢你的分享
先下载了解一下
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