基于功率計量芯片HLW8012智能路燈設計
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發(fā)布時間：2015-03-24 00:00
智能路燈是通過物聯(lián)網(wǎng)與云計算等技術實現(xiàn)對路燈的智能光控。智能路燈可以對任意一盞燈進行開關、調(diào)光、定時等控制。此外智能路燈還能實現(xiàn)對路燈的一個電壓、電流、功率等的檢測，通過上述數(shù)據(jù)的檢測可檢測出當前路燈是否處在一個正常的工作狀態(tài)?！ ∫?、什么是智能路燈 智能路燈是通過物聯(lián)網(wǎng)與云計算等技術實現(xiàn)對路燈的智能光控。智能路燈可以對任意一盞燈進行開關、調(diào)光、定時等控制。此外智能路燈還能實現(xiàn)對路燈的一個電壓、
智能路燈是通過物聯(lián)網(wǎng)與云計算等技術實現(xiàn)對路燈的智能光控。智能路燈可以對任意一盞燈進行開關、調(diào)光、定時等控制。此外智能路燈還能實現(xiàn)對路燈的一個電壓、電流、功率等的檢測，通過上述數(shù)據(jù)的檢測可檢測出當前路燈是否處在一個正常的工作狀態(tài)。
一、什么是智能路燈
智能路燈是通過物聯(lián)網(wǎng)與云計算等技術實現(xiàn)對路燈的智能光控。智能路燈可以對任意一盞燈進行開關、調(diào)光、定時等控制。此外智能路燈還能實現(xiàn)對路燈的一個電壓、電流、功率等的檢測，通過上述數(shù)據(jù)的檢測可檢測出當前路燈是否處在一個正常的工作狀態(tài)。
二、智能路燈中功率芯片的設計
1：功率芯片的介紹
本文采用的計量芯片為深圳市合力為科技有限公司設計的HLW8012，該芯片采用SOP8的封裝，振蕩器內(nèi)置方便設計者的pcb布板，此外該芯片提供電壓、電流有效值的輸出同時還提供一個高頻輸出的有功功率信號，方便對有功功率的計算機對電量的統(tǒng)計。
2：智能路燈功率采集端硬件設計
圖1：原理框圖
(1)電源
本文電源部分采用的是PI公司的AC-DC芯片設計的一個電源電路，該電路簡單、可靠性高如圖2所示
圖2：電源電路圖
(2)計量
電流采樣設計
電流采樣有兩種實現(xiàn)方式，一種是使用互感器，另一種是使用分流器的方式，本文采用的是分流器的方式，采用分流器的方式主要是基于兩點考慮，一是錳銅分流器的成本要比互感器的低，二是分流器的線性度要比互感器的好。如圖3所示電流經(jīng)過分流器后會在計量芯片采樣端形成一個電壓差，計量芯片通過采集電壓差信號的大小實現(xiàn)對電流信號的采樣。
分流器的選型，對于錳銅分流器阻值的選擇要符合以下幾個原則：
A、分流器的功率要足夠大，發(fā)熱情況要符合技術要求，當負載功率較大時，流經(jīng)分流器的電流較大，此時要保證分流器不會被燒壞，分流器的阻值不應發(fā)生較大的偏差。
B、分流器在最大負載時所產(chǎn)生的采樣信號不應超過計量芯片允許輸入的最大值
例如：分流器的阻值為1mΩ，理論允許通過的最大電流為30.9mV/1mΩ=30.9A，在實際的應用過程中一般要留有20%~30%的余量，因此允許最大的輸入電流為20.6A
圖3：計量部分電路
電壓采樣設計
電壓采樣則相對簡單的許多，電壓采樣通常是采集的是零線上的信號，由于電壓信號較大，直接通過電阻網(wǎng)絡降壓的方式實現(xiàn)對電壓信號的采樣，原則上電壓采樣的信號不應超過通道最大允許輸入值的二分之一，HLW8012電壓通道的最大允許輸入信號為470mv，則在設計的時候電壓通道的最大采樣信號應設為230mv左右。
3：智能路燈采集端軟件設計
圖4：軟件框圖
上圖為HLW8012電參數(shù)測量的一個軟件框圖，要得到一個較準確的數(shù)值通常需要經(jīng)過一個校準的過程，該過程為上圖中的標定過程，具體的標定流程圖如下：
圖5：功率標定圖
上圖為HLW8012功率標定的過程，在完成標定后可獲得功率的標定系數(shù)Kp，由于P0*T0=P1*T1(P1為加載的負載功率，T1為通過MCU獲取到的脈沖周期)有：P1=KP/T1,KP為校準得到的數(shù)據(jù)，T1為MCU測到的數(shù)據(jù)即可算出P1的功率值。
利用同樣的方法我們可以計算出電壓與電流的數(shù)值。
三、總結
在互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的今天，智能路燈的出現(xiàn)為路燈管理員提供了更高效的管理和維護手段，同時也大大的降低了能源的損耗，在提倡節(jié)能減排的當下，智能路燈給我們起到了一個很好的示范作用。
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