深圳市合力為科技有限公司
基于功率計(jì)量芯片HLW8012的功率顯示表設(shè)計(jì)
作者：
來源：
發(fā)布時間：2015-01-05 00:00
功率顯示表是一種用于顯示電量數(shù)據(jù)的儀表，是針對電力系統(tǒng)、公共設(shè)施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計(jì)的。本文主要講述功率顯示表的主要功能、硬件原理圖等。該功率顯示表可以對單相交流電路中的用電設(shè)備進(jìn)行功率、電壓和電流等參數(shù)的檢測。儀表采用HLW7021作為控制MCU,以專用電能計(jì)量集成電路芯片HLW8012為電量采集的核心器件，顯示電路由芯片SM1642驅(qū)動4位數(shù)碼管顯示。 一、功率顯示表原理 為了能
功率顯示表是一種用于顯示電量數(shù)據(jù)的儀表，是針對電力系統(tǒng)、公共設(shè)施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計(jì)的。本文主要講述功率顯示表的主要功能、硬件原理圖等。該功率顯示表可以對單相交流電路中的用電設(shè)備進(jìn)行功率、電壓和電流等參數(shù)的檢測。儀表采用HLW7021作為控制MCU,以專用電能計(jì)量集成電路芯片HLW8012為電量采集的核心器件，顯示電路由芯片SM1642驅(qū)動4位數(shù)碼管顯示。
一、功率顯示表原理
為了能夠測量單相電路中的電流、電壓、功率、電量和功率因系素等有效值，本次設(shè)計(jì)的采樣電路以電能計(jì)量芯片HLW8012為主，不需使用復(fù)雜的設(shè)計(jì)電路和編寫復(fù)雜的軟件。因?yàn)镠LW8012內(nèi)置了晶振和參考電源，所以外圍電路非常簡單。
HLW8012主要特性
(1)高頻脈沖CF，指示有功功率，在1000:1范圍內(nèi)達(dá)到±0.3%的精度
(2)高頻脈沖CF1，指示電流或電壓有效值，使用SEL選擇，在500:1范圍內(nèi)達(dá)到±0.5%的精度
(3)內(nèi)置晶振、2.43V電壓參考源及電源監(jiān)控電路
(4)5V單電源供電，工作電流小于3mA
HLW8012輸入輸出
圖1 芯片引腳圖
功率顯示表是對負(fù)載設(shè)備的用電情況進(jìn)行實(shí)時的檢測，將負(fù)載設(shè)備的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，提供給控制終端，并通過4位數(shù)碼管進(jìn)行顯示。使用HLW8012設(shè)計(jì)的功率檢測模塊的測量精度<0.3%,可以準(zhǔn)確的測量功率、用電量等信息，具有性能穩(wěn)定、設(shè)計(jì)簡單等特點(diǎn)。
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，主控制器模塊和顯示模塊。
功率顯示表的原理框圖如下:
圖2 功能顯示表原理框圖
二、功率顯示表硬件設(shè)計(jì)
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(jìn)行采用，前端的電量信號使用電壓互感器和電流互感器進(jìn)行隔離并采樣，此方法的缺點(diǎn)是造成模塊的體積大且成本高。我們使用第二種方法進(jìn)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(dú)的電源供電，可以采用非隔離的AC-DC電源芯片，此電路設(shè)計(jì)簡單，無需變壓器器件，就可以輸出穩(wěn)定的5V電源。
圖3 AC-DC電路原理圖
此電路可以提供150mA左右的電流，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(shí)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(jìn)行測量，將市電上的電壓經(jīng)5個電阻進(jìn)行分壓，降至100mV左右進(jìn)行采樣。電流采樣部分由0.002歐姆的鏮銅電阻，及R11,C9等濾濾阻容件組成。負(fù)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(jìn)行采集。圖3是功率檢測模塊的原理圖。
圖4 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(dāng)SEL為高電平時，CF1輸出的脈沖頻率表示電壓有效值上，當(dāng)SEL為低電平時，CF1輸出的是電流有效值。
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(jī)作為主控MCU。STC15F102具有體積小，SOP8封裝，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。MCU對HLW8012的輸出信號進(jìn)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(jì)負(fù)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5 MCU外圍電路
4、顯示模塊
顯示模塊采用具有串行接口的數(shù)碼管驅(qū)動芯片SM1642,SM1642是一款基于LED數(shù)碼驅(qū)動控制的集成電路，內(nèi)部集成了18位的移位寄存器、上電復(fù)位等電路模塊。SM1642具有超強(qiáng)的輸入端口抗干擾能力，且在輸入端口內(nèi)置上拉電阻，顯示模式為4位8段。
圖6 顯示驅(qū)動電路
鏈接：www.ekxox.cn
關(guān)鍵詞：
2020-08-06
服務(wù)熱線：