智能家電的功率檢測模塊

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1、智能家電的功率檢測模塊[引言]隨著信息技術(shù)的發(fā)展，日常生活使用的家電產(chǎn)品也朝著網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)家電是將普通家用電器利用數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計改進的家電產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)家電可以實現(xiàn)互聯(lián)組成一個家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，同時又可以與Internet相連接。目前認為比較可行的網(wǎng)絡(luò)家電包括網(wǎng)絡(luò)冰箱、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)、網(wǎng)絡(luò)洗衣、網(wǎng)絡(luò)微波爐等。目前家用電器能夠采集到的數(shù)據(jù)比較有限，尤其是對用戶產(chǎn)生價值的數(shù)據(jù)。電能監(jiān)測模塊很好的解決了關(guān)于用電數(shù)據(jù)這塊的問題，使用戶可以隨時的了解家用電器的用電量、功率，以及通過這些數(shù)據(jù)了解家用電器的健康狀況。[摘要]基于HLW8012設(shè)計的電能計量模塊，可以有效的檢

2、測家用電器的負載功率、用電量、當前電壓、電流及功率因素?；诠β蕼y量芯片HLW8012的電能信息采集模塊，采集的電能數(shù)據(jù)通過脈沖的方式傳輸給單片機。單片機采用STC15F102作為主控制器，對采集到的數(shù)據(jù)進行分析和處理后，將用電數(shù)據(jù)進行保存，并通過UART或SPI通訊方式，傳送給信息處理終端，信息處理終端通過采集得到的數(shù)據(jù)，可以清楚的了解到家用電器的用電狀況及使用狀態(tài)是否良好，同時也可以將這些數(shù)據(jù)實時的反饋給用戶，讓用戶也可以實時了解家用電器的使用情況。[關(guān)鍵詞]功率計量，功率檢測，功率計量模塊，功率計量芯片，功率計量方案，HLW8012，智能家電，功率監(jiān)測模塊[正文]一、功率

3、檢測模塊原理功率檢測模塊是對負載設(shè)備的用電情況進行實時的檢測，將負載設(shè)備的用電數(shù)據(jù)進行收集，提供給控制終端。使用HLW8012設(shè)計的功率檢測模塊的測量精度<0.3%,可以準確的測量功率、用電量等信息，具有性能穩(wěn)定、設(shè)計簡單等特點。功率檢測模塊的原理框圖如下:圖1功率檢測模塊原理框圖功率檢測模塊主要包含以下幾個系統(tǒng)模塊:電源模塊，功率采集模塊，主控制器模塊和系統(tǒng)隔離模塊。二、功率檢測模塊硬件設(shè)計電能檢測有兩種方法，一是隔離采樣，二是非隔離采用。隔離采用是指采用互感器的方法進行采用，前端的電量信號使用電壓互感器和電流互感器進行隔離并采樣，此方法的缺點是造成模塊的體積大且成本高。我們

4、使用第二種方法進行采樣。1、電源模塊由于HLW8012的供電電壓是5V，所以需要使用單獨的電源供電，可以采用非隔離的AC-DC電源芯片輸出5V。圖1AC-DC電路原理圖此電路可以提供50mA以內(nèi)的電流，具有較寬的電源輸入范圍，能夠保證在AC85V~265V的交流范圍內(nèi)，實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出，紋波也很小，在50mV左右。2、功率檢測模塊HLW8012內(nèi)置了晶振及參考電源，所以外圍采樣電路非常精簡，外圍只需要12個電阻電容器件，即組成了對電量信息的采集電路。電壓采樣通過電阻分壓的方法進行測量，將市電上的電壓經(jīng)5個電阻進行分壓，降至100mV左右進行采樣。電流采樣部分由0.002歐姆的

5、鏮銅電阻，及R28,C11等濾濾阻容件組成。負載電流從鏮銅電阻流過，使得電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，再通過HLW8012進行采集。圖3是功率檢測模塊的原理圖。圖2功率檢測原理圖HLW8012將功率、電壓、電流等數(shù)據(jù)通過CF、CF1腳以脈沖的方式輸出。CF腳輸出的脈沖頻率大小即表示有功功率值，CF輸出的脈沖個數(shù)表示的是用電量的信息。當SEL為高電平時，CF1輸出的脈沖頻率表示電壓有效值上，當SEL為低電平時，CF1輸出的是電流有效值。HLW8012的CF腳輸出的脈沖頻率的周期表示功率值P，功率越大，CF腳輸出的脈沖頻率越大，且成比例變化。即:Preffref=PF;所以，己知Pref

6、、fref和F，就可以計算出當前負載的功率值。同理，電壓及電流也適用于此公式。3、主控制器模塊由于受到體積及成本控制因系的影響，我們選用STC的15F102單片機作為主控MCU。STC15F102具有體積小，SOP8封裝，可靠性高等優(yōu)點。MCU對HLW8012的輸出信號進行采集，將HLW8012的脈沖信號轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信號以及統(tǒng)計負載電器的用電量，通過模擬串口的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。圖1MCU外圍電路4、隔離模塊因為是采用的非隔離方法進行采樣，所以模塊需要對強電進行隔離，這里采用光藕的方法對采樣部分進行隔離，并通過光藕將數(shù)據(jù)傳送給控制模塊。圖2光藕電路四、PCBlayout注意事項1

7、、芯片電源引腳處的去耦電容盡量靠近芯片的引腳，這樣才能起到比較好的濾波效果。2、電壓通道電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)呈階梯式分布，逐漸降壓（從輸入端強壓直至計量芯片的取樣電壓），應(yīng)注意電阻與電阻之間的爬電距離。3、電流采樣電阻的地線應(yīng)和其它地線分開走線，減少其它信號對采樣信號的干擾。如下圖所示，采樣電阻信號線I-和N從輸入端分兩條線布線。4、采樣信號線走線要平行且靠近，盡量縮短他們的走線，這樣可以減小外界對計量芯片的干擾。5、芯片的地線要讓它能夠快速的回到電源輸入端壓敏電阻的地上，這樣可以減小地線上對計