基于功率计量芯片HLW8012计量插座方案
【摘要】
计量插座是一种插座转换装置，可以显示电量、功率、电压、电流、时钟等参数，是针对于家庭电器节能要求而设计。
本文主要讲述计量插座的主要功能、硬件原理图等。该计量插座可以对单相交流用电的电器进行电量、功率、电压及电流等参数的测量。此方案采用HLW7031作为控制MCU，以专用功率计量芯片HLW8012为电量采集器件，HT1621为LCD驱动芯片，DS1302作为时钟记录芯片。【关键词】
计量插座，功率计量，功率计量，节能插座，智能插座，HLW8012，智能家电
【正文】
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。
●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
（4）5V单电源供电，工作电流小于3mA
●HLW8012输入输出
VIP
SEL
CF
CF1输出
电流/电压值
/电压值
图1 HLW8012芯片引脚图
（1）V1P，V1N输入电流采样信号：峰峰值V P-P：±43.75mV，最大有效值：±30.9mV。
（2）V2P输入电压采样信号：峰峰值V P-P：±700mV，最大有效值：±495mV。
（3）高频脉冲CF（PIN6）：指示功率，计算电能；输出占空比为1:1的方波。
（4）高频脉冲CF1（PIN7）：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。
图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，L与N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。
图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CF 、CF1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。
图4 功率计量电路
电流信号是通过锰铜电阻（R29，2m Ω）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HLW7031，CF 、CF1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CF 、CF1引脚的脉冲周期，计算功率、电压、电流、电量等参数。
图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。
图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，
DS1302
的VCC1端接3V 锂电池，在断电时也能正确记录时间。
图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。
图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。
图9 按键电路
7、PCB Layout 注意事项
（1）芯片电源引脚处的去耦电容尽量靠近芯片的引脚。
（2）电压通道电阻分压网络，应呈阶梯式分布，逐渐降压，从输入端高压直至计量芯片的取样电压，注意电阻之间的爬电距离。
（3）电流采样电阻的地线应和其它地线分开布线，以最短路径走线到主板参考地线输入端（如零线），减少对采样信号的干扰。
（
4）采样信号线走线要平行且靠近，尽量缩短布线，减小对采样信号的干扰。
（5）芯片的地线要能够快速回到电源输入端压敏电阻的地上，减小地线对计量芯片的干扰。
（6）电源走线不要走成环形，环形的电源走线容易受外界的电磁场干扰。
（7）电压取样布线要和锰铜取样布线隔一定距离，以免相互干扰。
（8）所有引线不宜太长，尤其是PCB装配固定后，所有引线不能直接接触计量芯片及其它外围电路。确实无法避免时，所有导线应分组加黄蜡套管，提高绝缘度。
三、计量插座软件设计
1、计量插座主流程图
图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。
图11 外部中断服务子程序
图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。
四、结束语
计量插座设计可以在提高电器使用方便性的同时，减少了电器的待机功率，实现节能目的。随后出现的WIFI智能插座、433无线插座、蓝牙智能插座、Zegbee智能插座等都是在此计量插座的基础上衍变而来，随着智能硬件的发展，计量插座衍变出来的产品将会更多。
1/9 September 2004 s INTEGRATED LINEAR VREGS TO SUPPLY THE DIGITAL AND ANALOG CORES s ADVANCED BICMOS TECHNOLOGY FOR HIGH PERFORMANCE s OTP FOR CALIBRATION AND CONFIGURATION s INTEGRATED OSCILLATOR WITH EXTERNAL RESISTOR OR CRYSTAL s MONITOR BOTH LIVE AND NEUTRAL FOR TAMPER DETECTION s SIGMA DELTA 1st ORDER CONVERTER s POWER SUPPLY CURRENT LESS THAN 6mA s SUPPORT 50 ÷ 60 Hz – IEC 62052-11, IEC 62053-2X SPECIFICATION FOR CLASS 0.5 AC WATT METERS s PRECISION VOLTAGE REFERENCE ON CHIP: 1.25 V AND 30 ppm/°C MAX s TSSOP20 PACKAGE DESCRIPTION The STPM01 is designed for effective measurement of active energy in a power line system using the Rogowski and/or Shunt principle. This device can be implemented as a single chip 1-phase energy meter or as a peripheral measurement in a microprocessor based 1-phase or 3-phase energy meter. The STPM01 consists, essentially, of two parts:the analog part and the digital part. The former, is composed by preamplifier and 1st order ΣD AD converter blocks, Bandgap voltage reference,Lowdrop voltage regulator and a pair of DC buffer,the latter, is composed by system control, clock generator, hard wired DSP and SPI interface.There is also a OTP block, which is controlled through the SPI by means of a dedicated command set. The configured bits are used for testing, configuration and calibration purpose.From a pair of ΣD output signals coming from analog section, a DSP unit computes the amount of consummated active, reactive and apparent energy, RMS values of voltage and current value.The results of computation are available as pulse frequency and states on the digital outputs of the device or as data bits in a data stream, which can be read from the device by means of SPI interface. This system bus interface is used also during production testing of the device and/or for temporary or permanent programming of bits of internal OTP. In the STPM01 the calibration is very easy: an output signal with pulse frequency proportional to energy is generated, this signal is used to enable the calibration of the energy meter. When the device is fully configured and calibrated,a dedicated bit of OTP block, can be written permanently in order to prevent accidental entering into some test mode or changing any configuration. Table 1: Order Codes Type Temperature Range Package Comments STPM01 -40 to 85 °C TSSOP20 (Tape & Reel) 2500 parts per reel STPM01 PROGRAMMABLE SINGLE PHASE ENERGY METERING IC WITH TAMPER DETECTION This is preliminary information on a new product now in development or undergoing evaluation. Details are subject to change without notice. PRELIMINARY DATA Rev. 1
一种简单实用的WIFI计量插座的校表方法 随着物联网产品品类的丰富，早期的WI-FI插座逐步升级成带计量功能的WI-FI计量插座，因为元器件误差和生产工艺的影响，带计量功能的插座需要进行校正，才能提高测量精度，涉及到强电的测量，在生产上面会带来了一些新的麻烦，所以就在应用上的经验，给大家分享下我们的校正（校表）方法，希望给大家带来启发。 校表的目的 WIFI计量插座的校表目的是要解决产品的精度问题，WIFI计量插座在生产完成后，如果不进行校正（校表），精度一般在5%至10%以内，所以厂家在生产完成成品后，会进行最后一个环节的工序，对产品进行校正，校正完成后，可以将产品的精度提高至1%以内（视校正使用设备的精度决定）。 计量芯片为什么需要校正 目前市面上所有的计量芯片在用于电表产品时，都需要通过专用的校表台对成品进行校准，目的通过校正方式消除系统误差，如下图,计量电路中的采样电阻、电压分压电阻和芯片内部参考电压等都会引起系统误差。 图 1 引起系统误差的几个参数 通过更具体的案例，可以进一步了解校正的真实原因，下图是一款常于用于WI-FI计量插座的计量芯片HLW8012。
VDD VIP VIN CF1 V2P CF 选择CF1输出电流/电压值 /电压值 图 2 电能计量芯片 HLW8012是一款带脉冲输出的计量芯片，从上图可以看出，输入负载的信号通过V1P 、 V1N 和V2P 给到芯片进行测量，然后通过CF 和CF １输出，且是以脉冲的方式输出。 下图是根据HLW8012手册内的理论计算公式进行的推导过程。从理论公式可以看出，输入功率P （电压或电流）和输出频率Fcf 是成线性关系的，P = K1*Fcf 。 图 3 HLW8012理论计算公式 所以，我们知道HLW8012的输入信号的大小(功率、电压和电流)和输出频率是成线性关系的，它们的关系如下图所示，同理，电压和电流也有下图的斜率比例关系。 输入负载 图 4 输入负载大小和输出频率的关系曲线
单相电能计量芯片MCP3906及其应用 引言电能表作为电能计量的专用仪表，在电能管理仪器仪表中占有很大比例，其性能直接影响着电能管理的效率和科技水平。从产品的功能、性能及经济效益等多方面来看，全电子电能表与传统的感应式电能表相比，存在着明显的优势。而且电能表作为计量管理和用电管理的终端，它所提供的各种功能是实现电力系统自动化管理必不可少的。传统的测量都是采用A／D转换电路，但这种方法使部分电参量测量精度欠佳，性价比不理想，且软件编程相对复杂，微控制器必须对采样电路进行数据处理(如电压、电流的平均值、有效值，有功、无功计算等)。而随着现代电子产业的高速发展，测量电路的集成化、模块化成为未来发展的趋势，各大器件公司也纷纷推出自己的电能计量芯片。这种集成芯片不仅精确度高，而且硬件、软件设计简单，价格便宜，性价比高，极具市场潜力。本文给出了基于Microchip公司的MCP3906单相电能计量芯片，并以AVR公司的ATMega16为MCU设计开发的一款新型单相电能表实现方案。与以往电能表相比，该方案具有设计接口简单、结构紧凑、可靠性高等特点。 1 MCP3906单相电能计量芯片 MCP3906是Microch ip公司推出的单相电能计量芯片，它支持国际电能计量标准技术规范IEC62053，可提供与平均有功功率成比例的频率输出，以及与瞬时功率成比例的高频输出用于电表校准。MCP3906内部包含两个16位△-∑ADC，可用于各种IB和IMAX电流和小分流器(<200μΩ )的电表设计。该芯片还包含一个超低温漂(<15ppm／℃)参考电压，通过特殊设计的带隙温度曲线，可在整个工业级温度范围内使温度梯度达到最小。固定功能的片上DSP模块可用于计算有功功率，此外，片上还有驱动机械计数器的高输出驱动器，可以减少现场故障和机械计数器咬合。芯片的空载门限模块可防止任何电流潜变(Creep)测量，而上电复位(Power on Reset，POR)模块则可在低电压时限制电表测量。因此，MCP3906是具备高现场可靠性的精密电能计量IC，并采用业界标准的引脚配置。 1.1 MCP3906的内部结构及工作原理 MCP3906是混合模拟／数字信号的CMOS集成电路，其内部结构框图。 MCP3906可提供与有功功率成比例的频率输出和与瞬时功率成比例的高频输出来用于校准。它的两个通道均使用16位二阶△-∑ADC，能以MCLK／4的频率对输入进行采样，同时允许对动态范围很宽的输入信号进行采样。可编程增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)扩大了电流输入通道(通道0)的可用范围。其有功功率的计算以及与计算有关的滤波均可在数字域中完成，从而提高了其稳定性和温漂性能。 MCP3906的两个数字高通滤波器(HPF1和HPF2)可以滤除两个通道的系统偏移量，因此，有功功率的计算不含任何电路或系统偏移量。经过高通滤波后，电压和电流信号相乘，即可得出瞬时功率信号。此信号不含直流偏移分量，因此可有效利用求平均法(Averaging Technique)计算出所需的有功功率输出。 瞬时功率信号包含的有功功率信息就是瞬时功率的直流分量。求平均法可用于计算正弦和非正弦波形，以及所有功率因数。瞬时功率经过低通滤波器(LPF)就可以产生瞬时有功功率信号。 通过MCP3906的DTF转换器可对瞬时有功功率信息进行累加，以产生输出脉冲，此脉冲的频率与平均有功功率成比例。FOUT0和FOUT1输出的低频脉冲可用于设计驱动机电式计数器和双相步进电机，以便显示实际消耗的有功功率。每个脉冲对应于一个固定的有功电量值，其功能可由F2、F1和F0的逻辑进行选择。HFOUT输出具有较高的频率设定和较低的积分周
基于功率计量芯片HLW8012计量插座方案 【摘要】 计量插座是一种插座转换装置，可以显示电量、功率、电压、电流、时钟等参数，是针对于家庭电器节能要求而设计。 本文主要讲述计量插座的主要功能、硬件原理图等。该计量插座可以对单相交流用电的电器进行电量、功率、电压及电流等参数的测量。此方案采用HLW7031作为控制MCU，以专用功率计量芯片HLW8012为电量采集器件，HT1621为LCD驱动芯片，DS1302作为时钟记录芯片。【关键词】 计量插座，功率计量，功率计量，节能插座，智能插座，HLW8012，智能家电 【正文】 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。 ●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 （4）5V单电源供电，工作电流小于3mA ●HLW8012输入输出 VIP SEL CF CF1输出 电流/电压值 /电压值 图1 HLW8012芯片引脚图 （1）V1P，V1N输入电流采样信号：峰峰值V P-P：±43.75mV，最大有效值：±30.9mV。
（2）V2P输入电压采样信号：峰峰值V P-P：±700mV，最大有效值：±495mV。 （3）高频脉冲CF（PIN6）：指示功率，计算电能；输出占空比为1:1的方波。 （4）高频脉冲CF1（PIN7）：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。 图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，L与N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。
基于功率测量芯片HLW8012的功率显示表设计 [摘要] 功率显示表是一种用于显示电量数据的仪表，是针对电力系统、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的。 本文主要讲述功率显示表的主要功能、硬件原理图等。该功率显示表可以对单相交流电路中的用电设备进行功率、电压和电流等参数的检测。仪表采用HLW7021作为控制MCU,以专用电能计量集成电路芯片HLW8012为电量采集的核心器件，显示电路由芯片SM1642驱动4位数码管显示。 [关键词] 功率显示模块，功率计量，功率检测，功率计量模块，，功率计量方案，HLW8012，智能家电，功率监测模块 [正文] 一、功率显示表原理 为了能够测量单相电路中的电流、电压、功率、电量和功率因系素等有效值，本次设计的采样电路以电能计量芯片HLW8012为主，不需使用复杂的设计电路和编写复杂的软件。因为HLW8012内置了晶振和参考电源，所以外围电路非常简单。 HLW8012主要特性 ●高频脉冲CF，指示有功功率，在1000:1范围内达到±0.3%的精度 ●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 ●内置晶振、2.43V 电压参考源及电源监控电路 ●5V单电源供电，工作电流小于3mA HLW8012输入输出 图1 芯片引脚图 功率显示表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，并通过4位数码管进行显示。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，主控制器模块和显示模块。 功率显示表的原理框图如下:
智能计量插座 主要功能： 1.计量有功电量； 2.监测当前有功功率值； 3.记录用电的总时间； 4.计算和用电相关的二氧化碳排放量；(注：1度电产生0.555kg的CO2) 5.宽尺寸LCD显示. 6.设置负荷报警门限 规格特性： 1. 执行标准：BC17215-2003 标准 2. 规格：220V 50Hz Max 10A（2.2KW以内） 3. 精度：1.0级 4. 常数：6400imp/kWh 5. 功耗：<1W 6. 重量：约130克 7. 尺寸：121×63×20MM 8. 工作温度：-25～45℃ 操作使用： 1. 将电力监测仪插入到电源插座上，再将用电电器的插头插入电力监测仪的插座上。 2. 插座表上的LCD显示当前的用电量、功率、累计时间、CO2排放量。 3. 上电显示描述：上电后常显项为有功功率值，同时背光亮并持续5S后自动熄灭。 4. 按键显示描述：按“▼”键，会依次显示功率、累计时间、累计电量、CO2排放量；按“▲”键，则逆序显示； 5. 过载报警及过载门限设置功能描述： 5.1过载报警功能：当被测电器功率值超过设定的过载功率门限值时,背光闪烁；当被测电器功率值低于过载功率门限值时，背光停止闪烁。 5.2过载门限设置功能：按键切换LCD屏显示项至“功率”显示项，再按住“设置”键2秒，进入过载设置界面，此时LCD屏显示“ XXXX W”其中左边第一个“X”闪烁，可通过“▲”或者“▼”键改变此数字（“▲”键为数据递增键、“▼”键为数据递减键），通过“确认”键确认完成后，进入下一个数字的设置；依次从左到右确认完成四个数字后，过载门限设置完成。LCD屏返回“功率”显示项。本品过载门限值最高为2200W，如果设置的过载门限值超出此极限值，LCD 屏会显示“Err1”，持续3s后返回过载设置界面，重新开始设置。如果测试超过2200W的，也可以测，像测3000W这样的电器不宜长时间测量。 6. 时间清零操作：按键切换LCD屏显示项至“累计时间”显示项, 再按住“设置”键2秒，进入时间清零界面，此时LCD屏上数字闪烁，按下“确认”键时间数据被清零。LCD屏返回“累计时间”显示项。 7. 电量清零操作：按键切换LCD屏显示项至“累计电量”显示项, 再按住“设置”键2秒，进入电量清零界面，此时LCD屏上数字闪烁，按下“确认”键累计电量数据清零同时CO2排放量数据也被清零。LCD屏返回“累计电量”显示项。
电能计量芯片 ADE7755是ADI公司生产的一款用于电能计量的芯片，其技术指标超过了IEC1036规定的准确度要求[7]。它将有功功率的信息以频率的形式输出。在50 / 60Hz 输入信号时都能满足IEC687 / 1036标准规定的测试精度要求，在1000：1的输入动态范围内，测试误差小于0.1%。其功能框图如图3.1所示，实物图如图3.2所示。 图3.1 ADE7755功能框图 图3.2 ADE7755芯片实物图 3.1 ADE7755的特点 ADE7755 应用了过采样ADC和DSP相结合的技术，对温度的敏感度很低，即使在很高的环境温度下也能维持较高的测试精度。ADE7755只在ADC和基准源中使用模拟电路，所有其他信号处理（如相乘和滤波）都使用数字电路，这使其在恶劣的环境条件下仍能保持极高的准确度和长期稳定性。
其主要特点如下： （1）工作温度范围－40～85℃。 （2）低阈值启动，启动电流小于 0.2%Ib。 （3）低成本 CMOS 工艺。 （4）片内设有电源监控电路。 （5）片内带有防潜动功能（空载阈值）。 （6）片内带有抗混叠滤波器。 （7）+5V 单电源、低功耗（典型值 15mW）。 （8）具有负功率或错线指示功能。 （9）5V 单电源工作，正常工作时芯片功耗 30Mw。 （10）1Vpeak-peak 的最大模拟信号输入范围。 （11）电流通道具有 1/2/8/16 四种增益选择，以便灵活选用不同大小的锰铜采样电阻。 （12）2.5V 片内高精度参考电压源，绝对偏差小于!4%，温漂小于!20ppm/℃。 （13）片内基准电压 2.5V±8%（温度系数典型值 30ppm/℃）,能为外部电路提供基准。 （14）带有电源电压检测功能，当电源电压降低到 80％VDD 时芯片自动复位。 （15）灵活的模拟信号输入电路，既可单端输入也可全差分输入并且输入共模电压可在 0V 和2V 之间选择，由管脚 SCOM 控制。 （16）有功功率平均值从 ADE7755 引脚 F1 和 F2 以频率方式输出，且F1、F2能直接驱动步进电机。 （17）有功功率瞬时值从引脚 CF 以较高频率方式输出,能用于仪表校验;逻辑输出引脚 REVP 能指示负功率或错线;FI 和 F2 能直接驱动机电式计度 器和两相步进电机;电流通道中的可编程增益放大器（PGA）使仪表能使 用小阻值的分流电阻。 3.2 ADE7755工作原理 ADE7755内部拥有两个16位的二阶∑-△模数转换器，这两个ADC对来自电流 和电压传感器的电压信号进行数字化，过采样速率达900KHz。AD7755的模拟 输入结构具有宽动态范围，大大简化了传感器接口(可以与传感器直接连接)，也
电器图中各术语英文解释 第一部分 GCK、GCS、MNS是低压抽出式开关柜； GGD、GDH、PGL是低压固定式开关柜； XZW综合配电箱； ZBW箱式变电站； XL、GXL低压配电柜、建筑工地箱； JXF电器控制箱； PZ20、PZ30系列终端照明配电箱； PZ40、XDD（R）电表计量箱 PXT（R）K－□/□－□/□－□/□－□/IP□系列规格型号解释： (1)PXT明装配电箱，暗装加（R） (2)K有如表1的系列配线方式 (3)□/□额定电流/额定短时耐受电流能力：用数字表示，250/10表示：额定电流250A/额定短时耐受电流能力10kA，根据顾客要求可以降低。 (4)□/□进线型式：□/1单相输入；□/3三相输入；1/3表示混合输入 (5)□×□出线回路：单相回路×三相回路，6×3单相6回路，三相3回路
(6)□/ □主开关型式/防护等级；1/IP30单相主开关/IP30；3/IP30三相主开关/IP30 表1： 序号汉语拼音字头中文解释装配图号电气原理图号 1 JL 计量箱PXT01 PXT01 dq系列 2 CZ 插座箱PXT02 PXT02 dq系列 3 ZM 照明箱PXT03 PXT03 dq系列 4 DL 动力箱PXT04 PXT04 dq系列 5 JC 计量插座箱PXT05 PXT05 dq系列 6 JZ 计量照明箱PXT06 PXT06 dq系列 7 JD 计量动力箱PXT07 PXT07 dq系列 8 ZC 照明插座箱PXT08 PXT08 dq系列 9 DC 动力插座箱PXT09 PXT09 dq系列 10 DZ 动力照明箱PXT10 PXT10 dq系列 11 HH 混合功能箱PXT11 PXT11 dq系列 12 ZN 智能箱PXT12 PXT12 dq系列 表二： 电气箱柜名称编号规格型号 高压开关柜AH 高压计量柜AM 高压配电柜AA 高压电容柜AJ
开题报告电子信息工程电能计量插座设计
设计框图： 设计思路：电流信号经放大MD转换后，经数字高通滤波器处理(可选功能)，如电流信号采集用的是d／／dt传感器，还需经积分器对其进行积分。才得到可用于电流有效值和电能计算的电流数据；电压信号经放大A／D转换后，经相位校正(根据电流、电压之间相位的实际失调情况进行校正设置)处理。才得到可用于电压有效值和电能计算的电压数据。电流数据与电压数据相乘并进行低通滤波．再累计。并用APOS寄存器中的设定值进行有功失调校正．再用WGAIN寄存器中的设定值进行有功误差校正，即得到满足精度要求的有功电能值。该值经CFNUM寄存器和CFDEN寄存器的值进行乘除处理后，送出与表计电脉冲常数相对应、与实际电功率成比例的电脉冲信号。电流数据经移相90。后与电压数据相乘得到无功电能数据。ADE7753芯片本身对该数据既不进行失调校正，也不进行误差校正。CPU读出该值后。需进行校正计算，才可得到与实际相符的无功电能值。电流有效值和电压有效值是通过对各自信号数据进行均方根计算，并通过失调校正后得到的。电流与电压的有效值相乘，再累计。并用VA．GAIN寄存器中的设定值进行视在电能的误差校正。即得到满足精度要求的视在电能值。由于用于视在电能计算的电流有效值、电压有效值其失调均可独立进行，因此无需单独对视在电能进行失调校正。 预期目标：通过电能计量插座的设计，能够有效的监控电能的消耗，及测量电压和电流的大小，并计算出所需电费。 通过电能计量插座的设计，能够有效的监控电能的消耗，及测量电压和电流的大小，并计算出所需电费。 三、课题研究的方法及措施 （一）研究步骤： 首先分析了研究的背景意义；其次对现在比较常用的电能计量插座方案进行对 比选择；接着用图表描述硬件模型；最后设计软件系统并做出实物。
LCDG-MB系列86型面板式计量插座 产品使用说明书 一、产品功能 1.安全电气转接功能：可替换86型面板插座,实现电气连接和计量功能。 2.电能计量功能：检测用电器（负载）的电量、电流、电压、有功功率等电参数信息，液晶显示屏数字化显示，停电后保留电能累计值。 3.通讯功能：无线通讯方式，支持MODBUS-RTU通讯规约。 4.可显示用电器使用产生的CO2排放量。 5.可检测产品内部温度。 10A 二三级双插孔 16A空调专用 二、性能参数 ■额定电压：市电 250VAC/50Hz ■额定电流：10A、16A可选 ■计量精度：1级 ■尺寸：86mm × 86mm × 33.5mm ■执行标准：GB2099 GB1002 ■铜件材料：磷铜 ■外壳材料：前面板，PC合金工程塑料；后盖，PA66 ■工作温度：-10～60℃；储存湿度：≤85% RH 三、显示说明 插座安装通电后按“电量”、“CO2排放显示”、“温度”、“电流”、“电压”、“功率”顺序循环显示，3秒钟切换一次。 液晶显示：
数据显示范围 四、产品安装与拆卸 1、接线原理图 2、产品的安装 ①参考接线原理图，按产品后面所带指示接好线； ②取下小包装袋内的两个安装螺丝将产品拧紧在墙盒上； ③盖上装饰边框。 3、产品的拆卸 ①用螺丝刀插进装饰边框右侧缝隙并旋转90度，取下外框； ②拧出两个固定螺丝取出产品； ③用螺丝刀松开接线端子，取下产品。 本产品需由专业电工安装！ 五、注意事项 ※为确保正确、安全使用本产品，请专业电工安装或拆卸； ※安装或拆卸操作时，必须断开主电源； ※请按电器安装规程，正确选择产品量程规格，使产品能在额定的工作条件下正常使用； ※无法清除电能累计值，电能超过最大值电量自动从零开始累计； ※本产品出厂全部检验，可能会有初始电能累计值； ※不能短路或过载使用，超过2000W时不要长时间运行，否则会损坏本产品； ※避免放置在潮湿或有水的地方。 ※请勿擅自拆开产品，更不可带电拆机。 ※本产品属于带电产品，请远离儿童。 ※为能正确使用本产品及确保你的健康和安全，使用前请详阅本说明书。 六、部分名词解释 解释: 碳排放是关于温室气体排放的一个总称或简称。温室气体中最主要的气体是二氧化碳，因此用碳（Carbon）一词作为代表。虽然并不准确，
电能计量芯片CS5460及其应用 1. 概述 CS5460是CRYSTAL公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片。与目前在电子式电度表应用中广泛使用的 AD7750和AD7755（见《国外电子元器件》1999年第3期文章）相比较，CS5460增加了以下功能： ●具有片内看门狗定时器（Watch Dog Timer）与内部电源监视器； ●具有瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电流有效值、电压有效值、功率有效值测量及电能计量功能； ●提供了外部复位引脚； ●双向串行接口与内部寄存器阵列可以方便地与微处理器相连接； ●外部时钟最高频率可达20MHz； ●具有功率方向输出指示。 这些增加的功能更加便于与微处理器（MPU）接口，并能方便地实现电压、电流、功率的测量和用电量累积等功能。
2. 基本结构与技术指标 2.1 内部结构 CS5460内部集成了两个△-∑A/D转换器、高、低通数字滤波器、能量计算单元、串行接口、数字-频率转换器、寄存器阵列和看门狗定时器等模拟、数字信号处理单元,其内部结构框图如图1所示。 2.2 引脚排列及功能 CS5460的引脚排列如图2所示。各引脚的功能如下： 1脚XOUT：晶体振荡器输出； 2脚CPUCLK：CPU时钟输出； 3脚VD+：数字电路电源正极； 4脚DGND：数字地； 5脚SCLK：串行时钟输入； 6脚SDO：串行数据输出； 7脚CS：片选； 8脚NC：空脚； 9脚VIN+：差分电压正输入端； 10脚VIN-：差分电压负输入端；
11脚VREFOUT：参考电压输出；12脚VREFIN：参考电压输入； 13脚VA-：模拟地； 14脚VA+：模拟电源正极； 15脚IIN-：差分电流负输入端；16脚IIN+：差分电流正输入端；17脚PFMON：电源掉电监视输出；18脚NC：空脚； 19脚RESET：复位输入； 20脚INT：中断输出； 21脚EOUT：电能脉冲输出； 22脚EDIR：功率方向指示输出；23脚SDI：串行数据输入； 24脚XIN：晶体振荡器输入。 2.3 主要技术指标 ●差分电压输入范围：150mV； ●温度系数：＜60ppm/℃
插座的介绍 插座，chāzuò，又称电源插座，开关插座，英文翻译：Power socket 是指有一个或一个以上电路接线可插入的座，通过它可插入各种接线，便于与其他电路接通。电源插座是为家用电器提供电源接口的电气设备，也是住宅电气设计中使用较多的电气附件，它与人们生活有着十密切的关系。居民搬进新居后，普遍反映电源插座数量太少，使用极不方便，造成住户私拉乱接电源线和加装插座接线板，常常引起人身电击和电气火灾事故，给人身财产安全带来重大隐患。所以，电源插座的设计也是评价住宅电气设计的重要依据。 插座种类 电源插座，电脑插座各种插座 电话插座视频、音频插座，移动插座；usb插座{GB2099.1-2008/IEC60884-1：2006，E3.1,MOD《家用和类似用途插头插座第1部分：通用要求》定义} （Socket-outlet）电源插座：具有设计用于与插头的插销插合的插套，并且装有用于连接软缆的端子的电器附件。 （Fixed socket-outlet）固定式插座：用于与固定布线连接的插座。（Portable socket-outlet）移动式插座：打算连接到软缆上或与软缆构成整体的、而且在与电源连接时易于从一地移到另一地的插座。（Multiple socket-outlet）多位插座：两个或多个插座的组合体。（Socket-outlet for appliances）器具插座：打算装在电器中的或固定到电器上的插座。
(Rewirable plug or Rewirable protable socket-outlet)可拆线插头或可拆线移动式插座：结构上能更换软缆的电器附件。 (Non-rewirable plug or Non-rewirable protable socket-outlet)不可拆线插头或不可拆线移动式插座：由电器附件制造厂进行连接和组装后，在结构上与软缆形成一个整体的电器附件。注：家庭墙面插座属于固定式插座；排插（上图）不带电源线和插头叫移动式插座，带插头形成整体就叫转换器 （Adaptor）了平时使用的国标组合孔的产品应属于转换器，符合的标准是GB2099.3-2008《家用和类似用途插头插座第2部分：转换器的特殊要求》 （IEC60884-2-5:1995,MOD）转换器的定义为由一个插头部分和一个或多个插座部分两者作为一个整体单元所构成的移动式电器附件。具体见照片1 图片1：转换器 大多数人提及的插座实际应是插孔要满足GB1002-2008孔型，即纯国标孔产品。 插座选购七看 1.看外观开关的款式、颜色应该与室内的整体风格相吻合。例如居室内装修的整体色调是浅色，则不应该选用黑色插座、棕色等深色的开关。 2.看手感品质好的开关大多使用防弹胶等高级材料制成，防火性能、防潮性能、防撞击性能等都较高，表面光滑，选购时应该考虑
配电箱规格及参数 GCK、GCS、MNS是低压抽出式开关柜； GGD、GDH、PGL是低压固定式开关柜；XZW综合配电箱； ZBW箱式变电站； XL、GXL低压配电柜、建筑工地箱； JXF电器控制箱； PZ20、PZ30系列终端照明配电箱； PZ40、XDD（R）电表计量箱 PXT（R）K－□/□－□/□－□/□－□/IP□系列规格型号解释： (1)PXT明装配电箱，暗装 加（R） (2)K有如表1的系列配线方式 (3)□/□额定电流/额定短时耐受电流能力：用数字表示，250/10表示：额定电流250A/额定短时耐受电流能力10kA，根据顾客要求可以降低。 (4)□/□进线型式：□/1单相输入；□/3三相输入；1/3表示混合输入(5)□×□出线回路：单相回路×三相回路，6×3单相6回路，三相3回路 (6)□/ □主开关型式/防护等级；1/IP30单相主开关/IP30； 3/IP30三相主开关/IP30 表1： 序号汉语拼音字头中文解释装配图号电气原理图号 1 JL 计量箱 PXT01 PXT01 dq系列 2 CZ 插座箱 PXT02 PXT02 dq系列 3 ZM 照明箱 PXT03 PXT03 dq系列 4 DL 动 力箱 PXT04 PXT04 dq系列 5 JC 计量插座箱 PXT05 PXT05 dq系列 6 JZ 计量照明箱PXT06 PXT06 dq系列 7 JD 计量动力箱 PXT07 PXT07 dq系列 8 ZC 照明插座箱 PXT08 PXT08 dq系列 9 DC 动力插座箱 PXT09 PXT09 dq系列 10 DZ 动力照明箱 PXT10 PXT10 dq系列 11 HH 混合功能箱 PXT11 PXT11 dq系列 12 ZN 智能箱 PXT12 PXT12 dq系列 电气箱柜名称编号规格型号高压开关柜 AH 高压计量柜 AM 高压配电柜 AA 高压电容柜 AJ 低压电力配电箱柜 AP
电能计量SA9904B, 1引言新型集成芯片不仅精确度高，而且硬件软件设计简单性价比高 1引言 新型集成芯片不仅精确度高，而且硬件软件设计简单、性价比高。着重介绍SA9904B，ATT7026A及CS54633种三相电能计量芯片的工作原理，比较其性能指标，为合理选择电能芯片提供了有力的帮助。 2电能计量芯片 SA9904B是南非微电子系统有限公司设计开发的一种电能计量芯片， ATY7026A是珠海炬力集成电路设计有限公司开发的电能计量芯片，CS5463是美国CRYSTAL公司推出的带有串行接口的单相双向功率／电能计量集成电路芯片。这三者都用于三相多功能电能计量，均适用于三相三线制的具有50Hz 或60Hz标准频率的电网，支持电阻网络校表和软件校表两种方式。由于电能计量、参数测量和数据读取是电能芯片的核心部分。下面主要从有功计量、无功计量、视在功率／电能计量、有效值测量、中断和SPI接口6个方面介绍芯片原理。 2．1SA9904B简介 SA9904B有20个引脚，PDIP封装，12个元暂存器。SA9904B包含9个代表各相的有功电能、无功电能与电源电压的24位元暂存器。第10个24位元暂存器代表任何有效相位的市频，包含3个位址以保存与SA9604A的兼容性。3个位址的任何其一可用于存取频率暂存器。每相位的有功与无功功率被积存于24位元暂存器。被测电路的电能或功率不直接提供给用户，但是可以通过公式计算。计算每相的有功或无功电能：电能每计数=(VRATED×IRATED)／320 000；计算每相的有功或无功功率：功率=VRATED×IRATED×N／INTTIME／320 000。其中：VRATED为电表的额定电源电压，IRATED为电表的额定电源电流，N=相继读数间的暂存器数值差数(△值)，INTTIME为相继读数间的时间差值(单位为秒)。若要求合相有功电能，只能通过程序对三相有功电能求和，或通过有功功率脉冲输出F50计数。芯片内的3个电压暂存器包含各相位测得的RMS电压值．用户可以直接从暂存器中读取。SA9904B不具有中断功能。串行周边的接口汇流排(SPI)为一同步汇流排，使用于微控器与SA9904B之间的数据传输。引脚D0(串行数据出端)，DI(串行数据入端)，CS(芯片选项)与SCK(串行时脉)用于此汇流排的应用。SA9904B为从器件，。而微控器为汇流排主器件。CS 输入启始与终止数据传输。SCK信号(微控器发送的)选通微控器与SA9904B的SCK引脚间的数据。DI与DO引脚为SA9904B的串行数据输入与输出引脚。2．2ATT7026A简介 ATT7026A44个引脚，QFP44封装，102个寄存器翻。有功功率通过求瞬时功率代数均值获得。分相、合相有功功率分别存入指定寄存器，供用户读取。。无功功率是通过将电压采样信号作一90°相移，再求瞬时功率的代数均值获得。分相、合相无功功率同样提供给用户。芯片中有电能累加寄存器，能够提供分相、合相有功、无功电能，但不提供电网周期累加模式。芯片通过能量脉冲生成器，提供校表脉冲CFl和驱动步进电机的低频脉冲F1／F2。由于芯片提供电流和电压有效值，用户也可用公式S=VRMS×IRMS，通过MCU计量分相、合相视在功率。有效值测量通过对电压、电流的采样数据求均方值实现。能够同时计算6通道的有效值，结果存在指定的寄存器中供用户读取。此外，芯片不仅提供分相电流、电压有效值．还提供三相电流、电压矢量和的有效值，用户可在指定寄存
1.调研目的与背景 了解红外自学习型智能插座市场情况，指导后续分体节能方案方向。 2.智能插座简介 无线智能空调控制器可用于分体式空调的远程管理、电量监测、工作状态管理与检测等领域。本智能控制器和智能主机配合，可对空调进行远程管理与能耗统计。智能空调控制器自身具备抑制瞬流、过压、高次谐波等功能，通过自带的红外遥控功能控制空调的工作状态，可远程直接切断空调电源；无线智能空调控制器具有抗干扰能力强、耐高压冲击、防雷、性能稳定、寿命长等优点。当检测到电流过载时自动切断负载，预防空调设备火灾事故的发生。 图1.常见红外自学习型插座接线原理图
3.智能插座市场分析 3.1主流的厂家及其方案 3.1.1上海微悦科技有限公司 上海微悦科技有限公司作为上海微系统所在物联网领域的产业化载体，加快推进上海微系统所物联网技术成果的产业化，致力于将已有的技术和标准优势转化为大规模应用和产业化优势。公司依托上海微系统研究所物联网技术，专注于建筑楼宇节能、智慧园区、智能照明三大领域，为用户提供舒适、低碳、绿色的智能生活，并以传感技术为基础，为智能安防、智能交通、智能水务和智能消防行业应用提供互联网技术解决方案、平台建设和系统集成服务。 产品型号 MS-SA101-AC 产品功能 MS-SA101-AC插座式空调控制器，集成 了智能插座、用电计量、红外遥控功能， 实现对空调的本地控制和在线控制，及空 调的全自主运行。 远程控制，在线管理； 用电计量，能耗监测； 定时开关，策略管理； 温度监测，自动调节； 人体感应，人走关机。 1)自动探测环境温度并实施空调控制：采集环境温度, 根据设置的温度条件, 自动启动空调制冷或制热。 2)可外接多个人体感应探头：自动判断人体进入, 为空调控制提供更加严格的依据, 除了温度条件外, 当现场有人时开启空调. 3)多种控制方式：控制器可以通过内置参数对被控设备进行控制, 也可以通过网络与管理电脑连接, 实现对外围设备的控制。 4)多时段设置：控制器具有多时段控制功能, 可以在不同时段对不同目标实施不同的控制方式, 例如下班后强制关闭空调和局部照明等。 5)急速温变报警：为防止人为非正常方式干预, 系统自动判断温度的急剧变化, 一旦发现强制切断电源, 如果与上位机连接时实时通过网络报警。
电能计量芯片应用心得之选型篇 什么是计量芯片 计量芯片是测量交流电信号的一类芯片，因最早是使用于电表产品，所以在行业内也俗称电表芯片，它可以统计用电负载的用电量、测量用电负载的功率大小和电流大小，以及市电的电压。市电一般分为单相电和三相电，所以电表芯片有两大类，一类是单相计量芯片，一类是三相计量芯片。 随着近几年物联网行业的发展，许多智能产品除了增加无线通讯的功能外，在和市电使用相关的产品中，比如WIFI PLUG、充电桩、智能交通灯和火灾检设备等产品上面都增加了计量芯片，用于测量电能参数，因此电表芯片慢慢从工业应用产品走向了消费类应用产品。 计量芯片有哪些功能 计量芯片最基础的功能是测量用电量、功率大小、有效电流和有效电压，这是计量芯片最基础的测量功能。还有一些计量芯片除了基础的测量功能外，还可以测量功率因素、市电的线性频率、相角、过零点、视在功率等参数，这类计量芯片的功能比较多。下表是列举了几类计量芯片功能分类 下表是不同型号的计量芯片的性能和功能差异表
以上我们基本对于计量芯片有一个初步的了解，也了解到计量芯片可以测量哪些电参数。 现在要回到我们的产品本身，根据产品的定义，要选择合适的计量芯片。 要做一个什么样的产品 选定一款合适的计量芯片之前，我们要先知道我们需要设计一个什么样的产品，这个产品有哪些功能，需要用到计量芯片的哪些功能参数，才能实现这些功能。目前市面上的计量芯片一般都能满足产品的大部分功能，只需要我们关注几个细微的指标,就能够做出判断。 下面给出一个简单的方法，将产品的功能进行分解，然后根据这些功能进行 反向寻找，找出合适的计量芯片。