基于功率测量芯片HLW8012的功率显示表设计

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交直流两用计量芯片HLW8112

芯片介绍

HLW8112是一款高精度的电能计量IC,它采用CMOS 制造工艺，该器件内部

集成了三个I-A 型ADC 和一个高精度的电能计量内核。

HLW8112主要用于单相应用，也可以测量直流信号。

HLW8112可以通过多种通讯接口访问片内寄存器，包括SPI 和UART 。 HLW8112电能计量IC 采用3.3V 或5.0V 电源供电，内置振荡器，采用16脚 SSOP 封装。

芯片管脚

SDO/TX IAP VDD IAN CF

INT2 IBP INT1 IBN VP HLW8112 SSOP16

CLKI SPIEN GND SCSN VREF

SCLK

SDI/RX

交流测量

HLW8112进行直流测量时，需要使能高滤波器（HPF）,下图是HLW8112的应用电路，A通道用于检测负载设备的功率、电压、电流和用电量，通过UART或SPI 接口传输数据至MCU，通过INT1引脚对过载和过压等异常状态进行指示。B通道通过电流互感器对负载设备进行漏电检测，当负载设备发生漏电时，会及时判

断出危险状态，通过INT2快速切断设备电源。

CLKO/INT1

HLW8112

CLKI

SSOP16

下表是使用HLW8112经校准之后的实际测量数据（交流信号），采用1mR的采样电阻，最小测量电流在4-6mA左右，交流电压220V。

条件：YDD=3. 3¥, ImR采样电阻

标准负戟实际测量宣误差电压（V）电流⑴功率电压⑴电流（A）功率（W）电压电流功率2200. 0010. 22220. 100. 0040. 19-0. 05%-1. 364%13. 64%

基于单片机的功率计的研究与设计

一、引言

随着电力系统的发展和智能化需求的增加，功率计在电力领域中扮演着日益重要的角色。功率计是用来测量电功率和电能的仪器，广泛应用于各种电气设备的性能测试和电能计量。随着单片机技术的不断进步，基于单片机的功率计成为研究的热点之一。本文将围绕基于单片机的功率计的研究与设计展开探讨，主要内容包括功率计的原理、基于单片机的功率计的设计与实现等方面。

二、功率计原理

功率计是用来测量电功率和电能的仪器，主要用于测量交流电路中的有功功率、无功功率、视在功率以及功率因数等参数。功率计主要由电压(电流)传感器、采样电路、信号处理电路和显示器等部分组成。

1. 电压(电流)传感器

电压(电流)传感器是功率计中非常关键的元件，它用于将被测电路中的电压(电流)信号转换成对应的电压信号。常用的电压传感器有互感式和霍尔式两种，其工作原理分别是基于电感和霍尔效应。电流传感器同样有电阻式和互感式两种，其工作原理是通过感应电流产生对应的电压信号。

2. 采样电路

采样电路主要用于将被测电路中的电压(电流)信号进行采样处理，得到对应的数字信号。采样电路常采用模拟-数字转换芯片(ADC)进行采样和转换，将模拟信号转换成数字信号。

3. 信号处理电路

信号处理电路负责对采样得到的数字信号进行处理，包括计算有功功率、无功功率、视在功率以及功率因数等参数。通过运算放大器、滤波器和微处理器实现信号的处理和计算。

4. 显示器

显示器用来将计算得到的功率参数进行显示，包括LED数码管、液晶屏等。

基于单片机的功率计是近年来的研究热点之一，其主要优点是结构简单、体积小、成本低等。下面将介绍一种基于单片机的功率计的设计与实现方案。

功率计量芯片HLW8012

2.5 开关特性
符号最小值典型值最大值单位
MCLK
3.04
3.579 4.12 MHz
30
50
70
%
-
DCLK/4
-
Hz
DCLK/12
OWR
-
-
Hz
8
-
0.543
-
Hz
VIH
0.8VDD
-
-
V
VIL
-
-
0.8
V
VOH
VDD-0.5
-
-
V
VOL
-
-
0.5
V
Iin
-
±10
-
µA
COUT
-
5
-
pF
1.1 芯片主要特性功能
高频脉冲 CF，指示有功功率，满足 50/60Hz IEC 687/1036 标准的准确度要求，在 1000:1 范围内达到±0.2%的精度。
高频脉冲 CF1，可配置成为输出电流有效值或者电压有效值，在 500:1 范围内达到±0.5%的精度。
内置电源监控电路，当电源电压低到 4V 时，芯片进入复位状态。内置 2.43V 的电压参考源。 5V 单电源供电，工作电流小于 3mA。主要应用领域：需要测量电压、电流和功率的场合，例如单相多功能电能表、计量插座、

HLW8032计量芯片的双路电能测量与控制

H L W 8032

计量芯片的双路电能测量与控制*

王大珅1,贾敏瑞2

(1.天津医科大学生物医学工程与技术学院,天津300070;2.

天津工业大学信息化中心)*基金项目:天津市教委社会科学重大项目(2017J W Z D 28

)㊂摘要:针对现今高校集体宿舍的用电特点,研究了基于H L W 8032计量芯片的双路电能测量与控制系统,

对集体宿舍中空调和其他负载分别进行电能监测和管理㊂本系统具有测量精度高㊁通信电路简单㊁稳定性强等优点,可以实现现代化

用电管理,保障集体宿舍用电安全㊂关键词:H L W 8032;

电能采集;双路测量中图分类号:T P 31 文献标识码:A

R e s e a r c h o n D o u b l e -c h a n n e l E l e c t r i c E n e r g y M

e a s u r e m e n t a n d C o n t r o l B a s e d o n H L W 8032W a n g D

a s h e n 1

,J i a M i n r u i 2

(1.B i o m e d i c a l E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y ,T i a n j i n M e d i c a l U n i v e r s i t y C o l l e g e ,T i a n j

i n 300070,C h i n a ;2.I n f o r m a t i o n C e n t e r ,T i a n j i n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y

简易功率测量装置

1 系统方案论证

1.1 直流供电负载功率测量方案的选择

方案一：采用差分放大测量负载电流，外接ADC 获取负载电压。

利用双运放构成的差分放大器获取采样电阻上的电压，从而计算出负载上面的电流，利用ADC0809采集负载两端电压，通过计算得出负载功率。

方案二：使用仪表运放INA128测量采样电压，MSP430采集负载电压。

INA128是高精度运算放大器，共模抑制比高，测量采样电阻上电压信号准确，通过二级放大，利用MSP430内部12位ADC 模块采集电压，通过计算得到负载上的电流，通过信号调理电路，利用MSP430内部ADC 采集负载电压，通过计算得到负载上面的电压，最终计算出负载上的功率[1]。

上述两种方案比较，由于设计要求误差不高于1%，应采用低噪声的仪表运放精密型运放，由于设计要求采集电压、电流参数，如果单独外接ADC 模块完成信号的采集，不仅增加了设计成本和难度。基于此，采用方案二作为直流供电负载功率测量方案。

1.2 交流供电负载功率测量方案的选择

方案一：采用单相供电功率HLW8012测量芯片，实现功率测量。

HLW8012是市面上比较常见的交流功率测量芯片，内部集成了信号处理模块，DSP 运算模块等。能够测量单相电上负载的功率。

方案二：采用真有效值转换芯片AD637测量交流信号参数，实现设计。

采用高精度、高带宽的真有效值检测器件AD637，实现对交流信号的有效值测量，输出为直流电平，该电平为交流信号的有效值。通过对直流信号的采集，实现对负载电参数的测量[2]。

比较这两种方案，由于HLW8012模块，在测量交流电功率时候，必须搞直流对其供电才能正常工作，需要非隔离AD-DC 电路进行交流转直流，增加了设计难度与成本，而采用AD637芯片完成对交流信号转换，只需处理直流信号即可对负载上电压与电流的测量，因此采用方案二完成对交流负载功率的测量。

HLW8112（HLW8110）芯片简介

电能计量芯片HLW8110/HLW8112

芯片特性

VDD IAP IAN SPIEN CLKO/INT1INT2IBP

CLKI IBN VP GND VREF

SDO/TX

SCLK SCSN SDI/RX VDD IAP IAN GND

TX RX VP

VREF

功能框图

GND

VDD SPIEN SCSN SCLK SDI/RX SDO/TX

典型应用

UART/SPI

基于电能计量芯片HLW8012的计量插座方案

基于电能计量芯片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，以专用电能计量芯片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，电能计量，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，本次设计使用电能计量芯片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

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。

交直流两用计量芯片HLW8112

2、SCSN = 1，SPI 通讯口复位；
12
SPIEN
数字输入 SPIEN = 0，选择 UART 通讯方式；
SPIEN = 1，选择 SPI 通讯方式；
13
CLKI
模拟输入外部晶体输入口，推荐 3.579M 晶体
14
CLKO/INT1 模拟输出 1、外部晶体输出口
/ 数字输 2、中断输出口
+3.3V
DC-DC
+3.3V
DC
1 IAP
VDD 16
2 IAN
INT2 15
3 IBP
CLKO/INT1 14
4 IBN HLW8112 CLKI 13
SSOP16 5 VP
SPIEN 12
6 GND 7 VREF 8 SDO/TX
SCSN 11 SCLK 10 SDI/RX 9
下表是 HLW8112 电路模块经直流校准后的测量数据，PGA = 16,输入 DC 电压 12V，最大测量电流 6A，采样电阻 1mR 的测试数据:
出
15
INT2
数字输出中断输出口
16
VDD
芯片电源芯片电源，该引脚应通过一个 0.1uF 电容并
联去藕
wk.baidu.com
交流测量
HLW8112 进行直流测量时，需要使能高滤波器（HPF），下图是 HLW8112 的应用电路，A 通道用于检测负载设备的功率、电压、电流和用电量，通过 UART 或 SPI 接口传输数据至 MCU，通过 INT1 引脚对过载和过压等异常状态进行指示。B 通道通过电流互感器对负载设备进行漏电检测，当负载设备发生漏电时，会及时判断出危险状态，通过 INT2 快速切断设备电源。

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、硬件原理图和软件设计等。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

VIP

VIN

SEL

CF 选择CF1输出电流/电压值

/电压值

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。

HLW8110 HLW8112智能计量IC用户手册说明书

REV 1.19

1 / 68

HLW8110/HLW8112

用户手册

REV 1.19

2 / 68

智能计量IC

应用领域 ⏹ 智能家电设备 ⏹ 漏电检测设备 ⏹ 计量电表

⏹ 计量插座 ⏹ WIFI 插座 ⏹ 充电桩 ⏹ PDU 设备 ⏹ LED 照明 ⏹ 交通路灯

REV 1.19

3 / 68

修订历史

时间修改记录

版本 2018-03-16 初始版本 REV 1.00 2018-04-10 增加图表附录 REV 1.01 2018-05-25 增加协议资料 REV 1.02 2018-09-26 修改PIN 脚说明 REV 1.05 2018-09-28 重新排版 REV 1.06 2018-12-25 增加相角计算公式 REV 1.07 2019-02-13 修改字体

REV 1.08 2019-02-18 更正输入通道信号输入范围值 REV 1.09 2019-02-20 增加B 通道比较器描述 REV 1.10 2019-05-21 电气特性参数修改

REV 1.12 2019-10-03 增加UART 复位条件，删除uart 4800bps 设置选项 REV 1.16 2020-03-02 修改漏电检测电路 REV 1.17 2020-08-28 修订版本

REV 1.18 2020-11-20 修改原理图，1K 和33NF 变更为100R 和330NF REV 1.19

REV 1.19

4 / 68

1 应用领域 .........................................................................................................................................

HLW8012用户手册

1.1 芯片主要特性功能............................................................................................................. 2 1.2 芯片结构描述..................................................................................................................... 2 1.3 芯片引脚说明..................................................................................................................... 3 2 芯片特性说明................................................................................................................................. 4 2.1 推荐工作条件..................................................................................................................... 4 2.2 模拟特性............................................................................................................................. 4 2.3 内置参考电压..................................................................................................................... 5 2.4 数字特性............................................................................................................................. 5 2.5 开关特性............................................................................................................................. 5 2.6 极限额定值......................................................................................................................... 6 3 芯片应用......................................................................................................................................... 7 3.1 HLW8012 典型应用 ............................................................................................................ 7 3.2 CF、CF1 的频率.................................................................................................................. 7 3.3 芯片的启动阈值与潜动预防............................................................................................. 8 3.4 内置振荡器......................................................................................................................... 8 3.5 内置基准源......................................................................................................................... 8 4 HLW8012 封装 ................................................................................................................................ 9

基于HLW8012的智能节能插座设计

一、智能插座方案主芯片HLW8012 介绍

HLW8012 为插座厂家和智能家居厂家提供了一个高度精确且成本低廉的电能测量解决方案。该集成芯片专为住宅用单相电能表或智能插座设计，可精确

测量电流有效值IRMS 和电压有效值VRMS、有功功率和电量。

HLW8012 的内部结构

HLW8012 的内部结构如图1 所示。它由2 个可编程增益放大器、2 个Δ-Σ调制器、配套的高速滤波器、功率计算、功率监测、串行接口及相应功能寄存

器等组成。两个可编程放大器采集电压和电流数据，Δ-Σ调制器对模拟量采样

处理，滤取可用电压、电流数字信号，并将计算的功率值、电压有效值和电流

有效值通过脉冲指示方式对外输出。

二、芯片HLW8012 工作原理

HLW8012 的V1P 和V1N 引脚输入电流信号波，电流通道集成一个固定增益放大器，允许的最大差分输入信号为±43.75mV;电压通道允许的最大输入信

号是±700mV.HLW8012可以使用低成本的锰铜采样电阻或电流互感器来测量电流，并使用分压电阻或电压互感器来测量电压，其芯片的脉冲输出频率与有

功能量成正比。

三、HLW8012 的主要特性

·高频脉冲CF,指示有功功率，满足50/60Hz IEC 687/1036 标准的准确度要求，在1000:1 范围内达到±0.2%的精度。

·高频脉冲CF1,可配置成为输出电流有效值或者电压有效值，在500:1 范围

WIFI插座电路原理图讲解 WIFI插座电路设计与原理解析

WIFI插座电路原理图讲解WIFI插座电路设

计与原理解析

WIFI插座使用户可以远程控制电气设备开启和关断，APP操作，使用方便。下面具体讲一下（电路设计）：

首先挑选一款WiFi模块，使用市面上集成的WIFI模块能大大简化我们的设计，缩短我们的开发周期。

先上原理图

（电源）部分采用SY50282FAC BUCK转换（芯片），将市电电压转换为5V直流电压，再通过（LDO）（AMS）1117将5V转换为3.3V供WIFI模块（供电）。这里加入1级LDO AMS1117的目的是滤除前级BUCK（转换器）的纹波噪声，因BUCK转换器的纹波噪声一般比较大，WIFI模块正常工作对电源要求比较高，加入一级LDO会使WIFI模块工作更稳定。LAYOUT布板时C9和C10应使用陶瓷（电

容），且尽量靠近模块的VCC引脚，这样能有效滤除电源的噪声，效果明显。

电量计量电路

电量计量采用HLW8012专用计量芯片，参考（推荐）电路设计即可，同样需要注意的是C13和C14也要尽量靠近芯片的VCC引脚。

（电流）（信号）通过锰铜（电阻）R14采样后接入HLW8012，电压信号则通过电阻R17、R18、R19后输入到HLW8012,通过芯片内部的可（编程）增益（放大器）处理，CF、CF1 引脚直接接入到（CPU）的输入端，（单片机）通过计算CF、CF1 的脉冲周期来计算功率值、电流有效值和电压有效值的大小。SEL是输入引脚，SEL引脚为高时，

CF1引脚输出的是电压有效值，当CF1引脚为低时，CF1引脚输出的是电流有效值。CF引脚输出有功高频脉冲。

基于单片机的功率计的设计

摘要

随着时代的快速发展和技术的不断革新，特别进入21世纪以来，互联网技术和电子信息技术在我国有质的飞越。人类的生产和生活也已经跨入崭新的数字化时代。在众多的工业仪器仪表中，功率表始终在其中占据着举足轻重的地位,它被广泛的应用于电工以及电子技术等诸多领域。本文主要应用51系列单片机作为核心，首先进行电压和电流信号的采样，其次经过A/D 转换电路得到对应的数字信号，将该数字信号送至已经编写好程序的单片机进行计算和处理，将输入的电压、电流和处理后的功率值显示在LCD液晶屏上。其中单片机部分的设计是整个系统中最重要的部分，其工作流程是完成整体电路的测量、信号转换、计算、输出显示，同时还可单独显示被测量的电压和电流值，以及本次设计中需要测量电子元器件的功率值。

关键词：51单片机A/D转换电路电压/流采样LCD1602 功率计

ABSTRACT

With the rapid development of the times and innovation of the technology,especially since entering the 21st century,Internet technology and electronic information technology in our country has to fly over.Human’s production and life has entered the new digital era.In the numerous industrial instrumentation,power meter always occupies a pivotal position in it.It is widely used in electrical and electronic technology,and many other fields.This paper is mainly based on the single chip microcomputer as the core, with the appropriate external circuitry, by sampling the voltage and current, through the digital analog conversion, the analog signal into digital signal into the microcontroller, through the program, and then through the 1602 LCD display current, voltage to be measured and the power of the original. SCM is the core part of the whole design is the design of the whole circuit, measurement, conversion, display and output can be realized only on current and voltage measurements show, has been measured on electronic devices power.And measure the power value of the electronic components in the design.

功率测量芯片HLW8012

1.1 芯片主要特性功能 ................................................................................................2 1.2 芯片结构描述 .......................................................................................................2 1.3 芯片引脚说明 .......................................................................................................3 2 芯片特性说明..................................................................................................................4 2.1 推荐工作条件 .......................................................................................................4 2.2 模拟特性 ..............................................................................................................4 2.3 内置参考电压 .......................................................................................................5 2.4 数字特性 ..............................................................................................................5 2.5 开关特性 ..............................................................................................................5 2.6 极限额定值...........................................................................................................6 3 芯片应用.........................................................................................................................7 3.1 HLW8012 典型应用................................................................................................7 3.2 CF、CF1 的频率.....................................................................................................7 3.3 芯片的启动阈值与潜动预防 ..................................................................................8 3.4 内置振荡器...........................................................................................................8 3.5 内置基准源...........................................................................................................8 4 HLW8012 封装 .................................................................................................................9

计量芯片HLW8032在充电桩设备中的典型应用

行业介绍

随着全球气候的进一步变暖，欧洲各国近两年来相继发布了禁售燃油车的时间表，挪威:2025年禁售燃油车…

荷兰:2025年禁售燃油车…

德国:2025年禁售燃油车…

法国:2040年禁售燃油车…

英国:2040年禁售燃油车…

到2020年,我国的纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力将达到200万辆、累计产销量将会超过500万辆。我国已经将应对气候变化全面融入国家经济社会发展的总战略，争取2020年实现碳强度降低40%至45%。随着时间的临近以及电池技术瓶颈的突破，电动汽车的销量会逐渐超过传统燃油汽车的销量，同时与之配套的充电桩装备行业必将也会迎来一次大的产业爆发机会。

充电桩方案介绍

现在市面上的充电桩设备质量良莠不齐，下图是市面上两款充电桩产品图，图1是电动自行车的充电桩产品，具有10路同时充电功能；图2是国家电网推出的电动汽车的充电方案，一台充电桩设备可以对两辆电动汽车同时充电。

图1 电动自行车充电桩

图2 电动汽车充电桩

充电桩设备根据充电路数的不同分为单路充电桩和多路充电桩，目前单路充电桩方案比较少，一般以2-10路为主。

低成本的充电桩方案以ADC 测量电流为主，采用互感器测量充电电流，经MCU 采样后得到充电电流的大小，然后通过充电电流乘以充电时间得到消耗的用电量，如图3。因为只用到互感器测电流，在遇到的相位差或干扰时，电流测量会存在误差，影响计费电量的精度。

图 3 低成本多路充电桩方案

高成本的充电桩方案一般会采用专业计量芯片方案，每一路会使用单独一颗计量芯片，然后通过互感采样或采样电阻的采样方式进行电能参数的测量。采用计量芯片方案，除了可以测量用电量以外，还可以测量电流、电压、功率等参数。下图是采用计量芯片方案的方案框图，需要单独为每一路计量模块配置一路单独的MCU ，通过继电器控制每一路通道的开关，耗费硬件资源，但是在精度和稳定性上会高于图3的方案。