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智能家电的功率检测模块

智能家电的功率检测模块

智能家电的功率检测模块

[引言]

随着信息技术的发展,日常生活使用的家电产品也朝着网络化、信息化、智能化方向发展,网络家电是将普通家用电器利用数字技术、网络技术设计改进的家电产品。网络家电可以实现互联组成一个家庭内部网络,同时又可以与Internet相连接。目前认为比较可行的网络家电包括网络冰箱、网络空调、网络洗衣、网络微波炉等。目前家用电器能够采集到的数据比较有限,尤其是对用户产生价值的数据。电能监测模块很好的解决了关于用电数据这块的问题,使用户可以随时的了解家用电器的用电量、功率,以及通过这些数据了解家用电器的健康状况。


[摘要]

基于HLW8012设计的电能计量模块,可以有效的检测家用电器的负载功率、用电量、当前电压、电流及功率因素。基于功率测量芯片HLW8012的电能信息采集模块,采集的电能数据通过脉冲的方式传输给单片机。单片机采用STC15F102作为主控制器,对采集到的数据进行分析和处理后,将用电数据进行保存,并通过UARTSPI通讯方式,传送给信息处理终端,信息处理终端通过采集得到的数据,可以清楚的了解到家用电器的用电状况及使用状态是否良好,同时也可以将这些数据实时的反馈给用户,让用户也可以实时了解家用电器的使用情况。


[关键词]

功率计量,功率检测,功率计量模块,功率计量芯片,功率计量方案,HLW8012,智能家电,功率监测模块


[正文]
一、功率检测模块原理
功率检测模块是对负载设备的用电情况进行实时的检测,将负载设备的用电数据进行收集,提供给控制终端。使用HLW8012设计的功率检测模块的测量精度<0.3%,可以准确的测量功率、用电量等信息,具有性能稳定、设计简单等特点。
功率检测模块的原理框图如下:

功率检测模块原理框图.png
2017-1-6 10:12





图1
功率检测模块原理框图
功率检测模块主要包含以下几个系统模块:电源模块,功率采集模块,主控制器模块和系统隔离模块。
二、功率检测模块硬件设计
电能检测有两种方法,一是隔离采样,二是非隔离采用。隔离采用是指采用互感器的方法进行采用,前端的电量信号使用电压互感器和电流互感器进行隔离并采样,此方法的缺点是造成模块的体积大且成本高。我们使用第二种方法进行采样。
1电源模块
由于HLW8012的供电电压是5V,所以需要使用单独的电源供电,可以采用非隔离的AC-DC电源芯片输出5V

AC-DC原理图.png
2017-1-6 10:12




图2
AC-DC电路原理图
此电路可以提供50mA以内的电流,具有较宽的电源输入范围,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。
2功率检测模块

HLW8012内置了晶振及参考电源,所以外围采样电路非常精简,外围只需要12个电阻电容器件,即组成了对电量信息的采集电路。电压采样通过电阻分压的方法进行测量,将市电上的电压经5个电阻进行分压,降至100mV左右进行采样。电流采样部分由0.002欧姆的鏮铜电阻,及R28,C11等滤滤阻容件组成。负载电流从鏮铜电阻流过,使得电流信号转换成电压信号,再通过HLW8012进行采集。图3是功率检测模块的原理图。

功率检测原理图.png
2017-1-6 10:12


图3
功率检测原理图
HLW8012将功率、电压、电流等数据通过CFCF1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上,当SEL为低电平时,CF1输出的是电流有效值。
HLW8012CF脚输出的脉冲频率的周期表示功率值P,功率越大,CF脚输出的脉冲频率越大,且成比例变化。所以,己知PreffrefF,就可以计算出当前负载的功率值。同理,电压及电流也适用于此公式。
3主控制器模块
由于受到体积及成本控制因系的影响,我们选用STC15F102单片机作为主控MCUSTC15F102具有体积小,SOP8封装,可靠性高等优点。MCUHLW8012的输出信号进行采集,将HLW8012的脉冲信号转化为数据信号以及统计负载电器的用电量,通过模拟串口的方式将数据发送出去。

MCU外围电路.png
2017-1-6 10:12




图4
MCU外围电路
4隔离模块

因为是采用的非隔离方法进行采样,所以模块需要对强电进行隔离,这里采用光藕的方法对采样部分进行隔离,并通过光藕将数据传送给控制模块。

光藕电路.png
2017-1-6 10:12



图5
光藕电路








四、
还有其他方案吗
您们的模块可以定制吗
还有详细资料吗
非常不错的资料,帮助很大,点赞
很不错的分享,了解芯片知识,很棒,需要会联系
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