基于功率计量芯片HLW8012的计量插座方案
基于STM32F103的智能插座系统设计
基于STM32F103的智能插座系统设计摘要本项目设计并实现了一种基于STM32F103的多功能智能插座，以智能插座为前端，再结合Zigbee技术进行无线收发，且具有定时开启和关闭以及过电流保护与断电保护的功能，可以有效降低现在家用电器的待机消耗。
而且用户还可以通过计算机或者手持设备远程登录智能家居管理系统对家庭用电设备进行信息查询和控制，为我们提供了很大的方便。
除此之外，该智能插座具有可靠性高、实用性强的特点，满足了智能家居的需要。
关键词STM32F103；智能插座；zigbee1 引言随着科学技术的迅猛发展，电子产品发展也越来越快。
但是与电子产品配套使用的插座的实用性还不是很强，比如说常用的电器插线板并不具备定时开启和关闭以及过电流保护与断电保护的功能，即非智能化。
这种现象给人们生活带来的影响是不容忽视的。
在平常生活中，因为电器插线板的非智能化往往给人们的生活或工作带来一些困扰。
比如：家中的水塔忘记抽水而造成生活的一时不便；临时离开家时电器设备处于待机状态；一些电器的定时时间过短，不便于定时使用等等。
这一类问题所造成的影响，往小方面考虑是给人们的生活带来不便，往大方面考虑是浪费了国家的电能。
因此，为解决这类问题，可以尝试研究出一种具有定时开启和关闭功能的智能插座，争取让以上类问题对人们和国家造成的影响降到最低[1]。
2 智能插座的功能设计智能插座为家庭智能用电的节点，用于实现对家用电器的电量测量、状态监控、过压过流保护以及定时开、关控制。
该节点通过Zigbee协议与家庭网关通信，实现家庭用电的智能化。
智能插座系统结构图如图1所示。
设计的智能插座的主要功能有：a.电能计量：可以对电能进行累计和复位。
b.保护功能：电压过高或过低以及电流过大时智能插座可以自动切断电源，保护家用电器的安全。
c.通信功能：采用Zigbee协议进行组网，实现各个节点与家庭网关通信。
d.遥控功能。
用户可以通过家庭网关对电器进行开关控制。
功率计量芯片HLW8012
SEL 是输入端口，CF、CF1 输出的脉冲占空比为 50%。
REV 1.1
5/9
HLW8012
2.6 极限额定值
数字电源 模拟电源 VDD to GND V1P, V1N, V2P 模拟输入电压 数字输入电压 数字输出电压 工作环境温度 存储温度
参数
符号 VDD VDD
引脚序号 1 2，3 4 5 6 7,
引脚名称 VDD V1P，V1N V2P GND CF CF1
8
SEL
表1 HLW8012 引脚说明 输入/输出 芯片电源 芯片电源
说明
输入 输入 芯片地
电流差分信号输入端，最大差分输入信号为±43.75mV 电压信号正输入端。最大输入信号±700mV 芯片地
输出 输出
数显表等。
1.2 芯片结构描述
HLW8012 的功能框图如图 1 所示
VDD
Internal Clock
Power On Reset
V1P V1N
PGA
V2P
PGA
1k
GND
ADC ADC
Sigma_I Sigma_V
Active Power I_rms V_rms
calculation
Reference Voltage
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
功率计量芯片HLW8032规格书
HLW8032 用户手册 REV 1.3
REV 1.3
HLW8032
应用领域
智能家电产品 计量插座 智能 WIFI 插座 电动车充电桩 PDU 设备 LED 照明 路灯控制
单相计量 IC
HLW8032
REV 1.3
HLW8032
特性
可以测量有功功率、视在功率、电流和电压有效值 有功电能脉冲 PF 管脚输出 在 1000：1 的动态范围内，有功功率的测量误差达到 0.2% 在 1000：1 的动态范围内，有效电流的测量误差达到 0.5% 在 1000：1 的动态范围内，有效电压的测量误差达到 0.5% 内置频率振荡器 内置电压参考源 内置电源监控电路 UART 通讯方式 SOP8 封装型式
HLW8032 具有精度高、功耗小、可靠性高、适用环境能力强等优点，适用于单相两线制电 力用户的电能计量。
功能框图
VDD
Internal Clock
Power On Reset
IP
PGA
IN
VP
PGA
1k
GND
ADC ADC
Sigma_I Sigma_V
Active Power I_rms V_rms
calculation
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Reference Voltage
2.43V
图 1 芯片功能框图
REV 1.3
REG UART
RX
PF
TX
HLW8032
目录
应用领域................................................................................................................................................. 2 特性 ........................................................................................................................................................ 3 概述 ........................................................................................................................................................ 3 功能框图................................................................................................................................................. 3 修订历史................................................................................................................................................. 5 引脚配置和功能描述............................................................................................................................. 6 技术规格................................................................................................................................................. 6
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VIPSELCFCF1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。
功率计量芯片应用方案
功率计量芯片应用方案首先，功率计量芯片在电力系统中的应用主要包括电力仪表、智能电网和电动车充电桩等领域。
电力仪表是功率计量芯片的主要应用领域之一、传统的电力仪表主要通过电磁式电能表来实现电量和功率的计量，但这种方式存在计量不准确以及不能实现远程监测和数据传输等问题。
而采用功率计量芯片来替代传统电能表可以有效地解决这些问题。
功率计量芯片可以精确测量电能、电流和电压等参数，并且可以通过通信接口将数据传输到远程监控系统，实现远程监测和数据采集等功能。
智能电网是另一个重要的应用领域。
随着电力系统的智能化发展，功率计量芯片在智能电网中的应用越来越广泛。
智能电网需要实时监测和控制电力系统的电能流动和分配情况，以实现更高的能源利用效率和优化的电力负载调度。
功率计量芯片可以实时测量电能、电流和电压等参数，并将数据传输给智能电网控制系统，实现对电力系统的实时监控和控制。
此外，功率计量芯片还可以与其他传感器组合，实现对智能电网中各种电力设备的监测和控制。
电动车充电桩是功率计量芯片的另一个应用领域。
随着电动车的普及，电动车充电桩的需求也呈现出快速增长的趋势。
功率计量芯片可以用于电动车充电桩中对电能、电流和电压等参数的测量和控制。
通过功率计量芯片，可以实现对电动车充电的计量和计费，确保充电过程的安全和准确。
此外，功率计量芯片还可以与通信模块相结合，实现对电动车充电状态的监控和远程控制。
除了以上几个主要应用领域，功率计量芯片还可以应用于电力监控系统、工业自动化和能源管理等领域。
在电力监控系统中，功率计量芯片可以实现电能、电流和电压等参数的实时监测和记录，为电力负载调度和电力系统的安全运行提供可靠的数据支持。
在工业自动化中，功率计量芯片可以用于测量和控制各种工业电力设备的电能消耗，实现能源的节约和优化。
在能源管理中，功率计量芯片可以用于能源消耗的监测和计量，以帮助用户进行能源使用的优化和管理。
综上所述，功率计量芯片在电力系统中具有广泛的应用前景。
智能节能插座的方案原理与实现
智能节能插座的方案原理与实现来源：IC猫[导读]随着物联网的快速发展，使节能插座产品延伸到智能家居领域，节能插座朝着智能化的方向发展，出现了智能节能插座，智能插座与普通节能插座相比，多出了一个 WIFI 模块，通过接入网络的手机能接收开启和关闭指令，通过切断电源来实现与之接驳电器的开关，不仅能帮助你远程关闭家中的电器，还能够提前开启。
关键词：HLW8012智能插座物联网随着物联网的快速发展，使节能插座产品延伸到智能家居领域，节能插座朝着智能化的方向发展，出现了智能节能插座，智能插座与普通节能插座相比，多出了一个 WIFI 模块，通过接入网络的手机能接收开启和关闭指令，通过切断电源来实现与之接驳电器的开关，不仅能帮助你远程关闭家中的电器，还能够提前开启。
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。
基于HLW8012的智能节能插座设计
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。
具有免校准和带漏电检测功能的计量芯片HLW8112
具有免校准和带漏电检测功能的计量芯片HLW8112未来几年，更多的家电产品将要步入智能化，而随着物联网的快速发展，基于数字化、物联网和大数据的智能家电将是未来的趋势。
智能家电发展主要有三个阶段，分别为联网控制阶段、局部智能阶段与生态智能阶段。
现在市面上的智能家电产品还处于联网控制阶段，比如WIFI电视、WIFI热水器等。
但部分大型品牌厂家已经开始尝试实现局部智能，比如具有PM2.5检测和用电计量功能的智能空调，具有水质检测、功率检测和滤芯寿命检测的智能净水器等。
智能家电产品升级除了满足基础功能和智能联网需求外，更重要的还有安全需求。
深圳市合力为科技推出的计量芯片HLW8112，是专为家电企业量身定做的一款产品，除了基础的用电量和功率检测外，还具有漏电检测功能,可以解决家用电器的用电安全问题，在家用电器使用过程中可以提前发现异常状态并报警，在漏电状态下可以快速切断电源，使得家电设备更加安全可靠。
下图是HLW8112的性能参数，HLW8112可以在3.3V电源下正常工作，目前市面上主流的计量芯片工作电压是5V。
它具有两路电流采样通道，当一路用于检测用电设备的漏电功能，另一路可以检测用电设备的功率大小、用电量和过载判断，并可以通过中断引脚对漏电和过载状态进行输出。
✧工作电压：3.3V/5.0V✧免校准✧漏电检测和保护功能✧过载、过压、过流指示✧两路功率测量✧交直流测量✧UART/SPI通讯方式✧内置温度传感器✧内置晶振✧内置PGA可选✧有功功率测量误差小于0.1%家电产品在长期使用后，随着器件老化，会出现耗电量增加，甚至漏电，会造成安全隐患。
HLW8112在单通道基础上增加一路电流检测通道用于检测设备漏电状况。
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。
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。
继电器控制可通过APP控制继电器，来控制插座电源的开关WIFI模块计量芯片与WIFI模块通讯电路HLW8012为5V供电，WIFI模块为3.3V供电，两者间通讯需要电平转换电路，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。
计量芯片HLW8032在充电桩设备中的典型应用
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。
关于使用HLW8112免校准计量芯片的一些总结
关于使用HLW8112免校准计量芯片的一些总结什么叫做校表校表的目的是要解决产品的精度问题，计量产品在生产完成后，如果不进行校正（电表产品俗称校表），精度一般在5%至10%以内，且一致性差，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。
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产品的系统误差，包含增益误差和offset。
电表校表需要一套校表设备，也就是校表台，设备如下图，体积庞大，价格也是几W 起步。
首先，我们简单了解一下电表厂的校表流程。
通过表台对电表进行校表，校表有三个环节比较重要，offset校正，增益校表，电量脉冲校正。
Offset校正，也就是零点校准，需要给被校设备输入0mV信号，校正电流、电压和功率的offset 寄存器。
增益校正，是对芯片部的增益（PGA）进行校正，需要给被校设备输入一个信号，信号大小一般取最大量程的1/3左右，这样能保证校正完成后，被校设备的线性度比较好。
电量脉冲校正，这个对于校表是非常重要的，电表涉及到收费，电量计量的准确度要求是比较高的，所以这个电量脉冲校正也是耗时比较长的。
校表台会有一个同步的电量脉冲和被校设备的电量脉冲同步输出，通过调整脉冲常数，使被校设备的电量脉冲和校表台的同步电量脉冲达到一致。
这个步骤的校正耗时一般比较长，需要几分钟时间。
为什么需要校表电表是用于千家万户的计费产品，一切涉及到计费的产品需要通过质量监督局的检测标准。
常用电表分为0.5级，1级和2级，对应的精度允许误差分别是0.5%，1%和2%。
一般产品使用的计量芯片、分流电阻或CT等组成的测量电路，这几个参数是误差的主要来源，如果不经过校准，是达不到精度要求的，所以在出厂前就需要通过校表台对整个系统的误差做一次校准。
什么情况下需要校表产品在涉及到计量收费，是一定要校准的。
功率测量芯片HLW8012
最小值 典型值 最大值 单位
-
±0.2
-
%
-
±0.5
-
%
-
±0.5
-
%
-1
-
1
V
-
-100
-
dB
-
6.4
-
pF
500
kΩ
-
6
MΩ
-
-
2
µVrms
-
-
20 µVrms
3
-
mA
-
15
mW
-
4
-
V
-
4.3
-
V
REV 1.2
4/9
HLW8012
2.3 内置参考电压
基准电压 温漂
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、智能插座、
VINA VIND VOUTD TA Tstg
最小值 -0.3 -0.3 -0.3 -2 -0.3 -0.3 -0.3 -40 -65
典型值 -
-
最大值 +6.0 +6.0 +6.0 +2
VDD+0.3 VDD+0.3 VDD+0.3
85 150
单位 V V V V V V V °C °C
REV 1.2
REV 1.2
HLW8012
历史修改记录
带漏电检测功能的计量插座方案应用
带漏电检测功能的计量插座方案应用芯片介绍HLW8112是一款高精度的电能计量IC,主要用于单相应用。
它能够测量线电压和电流，并能计算有功功率，视在功率和功率因素。
HLW8112可以同时测量两路电流信号，其中B 通道配有比较器,可以用于漏电检测，各输入通道都支持灵活的PGA 设置，因此HLW8112适合与不同类型的传感器使用，如电流互感器（CT）和低阻值分流器。
HLW8112具有宽电压工作范围，VDD 可以使用5V 或 3.3V 供电，采用SPI/UART 通讯，内置振荡器，并包含两个可配置的脉冲输出引脚，可以用于过压、过流、过载或漏电检测。
VDD IAP IAN SPIEN INT2IBP CLKI IBN VP GND VREF SDO/TXSCLK SCSN SDI/RXINT1应用设计下图是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。
漏电检测电路说明当B通道用作漏电检测通道使用时，需关闭B通道的电流检测开关，使能比较器功能。
在设计漏电检测电路时，需要考虑到一旦发生漏电，经由互感器变比之后的电流信号流经RL(互感器后端的跨接电阻)之后，为了不损坏芯片，需要在输入信号端使用TVS管，这样在漏电电流比较大的情况下，就会使得RL两端的电压超出HLW8112 信号输入管脚的可承受电平，这时TVS管就会发挥作用，将电压钳位。
如上图所示，为防止漏电电流过大，引导起R5端电压过大，烧坏芯片管脚，要在B通道的入口处增加TVS 管，一般TVS管可以选用3.3V或5V。
HLW8112电流通道B还可以作为比较器的信号输入，当输入信号的峰峰值超过内部比较器设定的阈值125mV，比较器就会输出高电平，比较器输出的信号可通过INT1/INT2 以中断方式输出，反应速度约在30ms左右。
基于电能计量芯片HLW8012的应用研究
基于电能计量芯片HLW8012的应用研究一、引言HLW8012是一款单相交流电电能计量芯片，可以测量有功功率、电量、电压有效值、电流有效值，广泛应用于智能家电、智能电能采集终端，如WIFI智能插座、普通计量插座、电视智能节能插座、电脑智能节能插座，智能路灯、智能LED灯等应用场合。
本文主要介绍HLW8012软硬件设计，应用场合。
二、HLW8012介绍1、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3mA2、HLW8012输入输出VIPSELCF选择CF1输出电流/电压值/电压值图1芯片引脚图●模拟信号输入（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。
●数字信号输出（1）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。
（2）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。
注：MCU与HLW8012的接口不是使用协议进行读取，而是通过测量CF、CF1引脚输出高频脉冲的周期来计算功率、电流、电压值。
三、HLW8012硬件设计所有电能计量测量，电压、电流通道的采样方式有2种：互感器采样方式、电阻采样方式。
互感器采样方式成本高，本文只介绍电阻采样方式。
1、电源电路为了配合电阻采样方式（即从电网直接采样信号，非隔离），电源电路必须为非隔离电源，非隔离电源有2种方式：AC-DC 非隔离电源、阻容降压电源。
两者的比较如下： 序项目 AC-DC 非隔离电源 阻容降压电源1驱动电流（5V 时） 最大可达到150mA 约35mA （电容为0.68uF 时） 2体积 小 大 3成本 高 低 4可靠性 高 低 5输入电压影响驱动能力 基本不影响 电压下降，驱动能力下降 6 零负载功耗 基本为零 与驱动电流一致 用户可根据产品的不同要求，选用不同的电源电路。
基于LoRa的智能插座设计与实现
电能计量模块
电 能 计 量 模 块 由 合 力 为 公 司 HLW8032 芯 片 及
图 [4,10,16]如图 3 所示。
相 比 HLW8012 芯 片 需 要 三 路 光 耦 隔 离 电 路 输
出 数 据 脉 冲 ，HLW8032 作 为 改 进 版 ，只 需 一 根 引 脚
《电子设计工程》2021 年第 5 期
模块将数据上传到 LoRa 网关。网关收集各插座数
据后有序发送到云服务器，并将用户指令下发给对
应插座。插座响应来自网关端的指令，通过继电器
与驱动模块对用电负载进行通断控制。插座系统总
到 5 V 输出，再经过 AMS1117-3.3 芯片稳压滤波后输
供电电压。
相 比 常 规 非 隔 离 阻 容 交 流 降 压 方 式 [2]，HLK-
系列 AC-DC 电源模块，将 220 V 交流输入电压稳压
插 座 总 体 工 作 流 程 为 单 片 机 通 过 DMA 传 输 从
出获得 3.3 V 电压，为单片机各模块提供 5 V 或 3.3 V
用 Onenet 云平台，
用户 APP 端采用 Android 语言编写。
电能计量模块获取信息，计算处理数据后通过 LoRa
matched with smart socket. Data interaction between smart sockets and LoRa gateway is accomplished
through LoRa communication. LoRa gateway interacts with cloud servers. Gateway uploads collected data
基于功率测量芯片HLW8012的功率显示表设计
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VIPVINSELCF 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。
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:图1 功能显示表原理框图二、功率显示表硬件设计电能检测有两种方法，一是隔离采样，二是非隔离采用。
HLW8112在充电桩方案中的应用
HLW8112在充电桩方案中的应用电动自行充电桩市场现状我国电动自行车行业经过二十年的高速发展，使我国成为了世界上大的电动自行车生产、消费和出口国。
大量电动自行车和原有社区规划不匹配导致乱停乱放、私拉电线等安全隐患丛生。
近年来，我国电动自行车火灾事故频发，并呈逐年增长趋势，起火原因主要为充电不规范等。
超84%老旧小区没有规范电动自行车停放点和安全充电行为;据了解，全国仅8%的小区配备了电动自行车充电桩。
全国尚有92%约200万个小区存在电动车管理安全隐患。
2019年4月15日电动车的新国标即将实施，该规范的实施将进一步加速市场分化，随着一部分不合规的企业淘汰出局和新技术的采用，产业集中度将进一步提升，产品价值也会随之提高，同时会与其配套的充电桩也会进行一次产品的换代升级。
充电桩产品的发展趋势充电桩根据收费方式分为两种不同类型的产品：1、根据充电时间，计时收费；2、根据充电电量，计量收费；计时收费的充电桩因为计费方式不合理，计价不透明，慢慢会被市场淘汰，现在小区新增的充电桩方案基本不使用以计时收费方式的充电桩，主要是以无线扫描的智能充电桩为主，且用户通过手机查看剩余充电时间、充电电量和消费金额。
以计量收费的充电桩，又可以分为粗略计量的充电桩和精准计量的充电桩，粗略计量充电桩一般使用电流互感器进行电流测量，然后通过对时间积分得到充电电量，再乘以当前电价得到用户的消费金额，而精准计量的充电桩是采用专用的电能计量芯片来采集电量，在精度方面远远优于以互感器方式的方案。
计量芯片HLW8112特点HLW8112典型应用HLW8112可以测量有功功率、有效电压和电流等基础电能参数，同时也可以测量PF，相角、线性频率等电能参数。
HLW8112有两路测量通道，可同时测量两路输入通道的电参数或把一路做为漏电检测通道使用，下图是HLW8112的典型应用原理图。
多路充电桩方案中HLW8112的应用原理一般的充电桩方案有8路、12路或16路，每一路采用一颗计量芯片，成本比较高，同时线路板的体积也非常大，并且每一路计量需要配合一个专门的MCU 进行通讯，然后通过总线的方式将各个模块MCU的数据发送到主控制器，由于每一路需要增加一个MCU，设计成本相对较高。
基于STM32与HLW8012的单相智能电表的设计
基于STM32与HLW8012的单相智能电表的设计张庭亮;甄倩倩;杨满意【摘要】单相智能电表是一种电能计量工具,随着物联网的快速发展,智能单相计量电表逐渐走进人们的生活.针对电力系统使用机械式单相计量电表出现的功耗大、精度低与抄表人工成本问题,系统以STM32为主控,HLW8012为单相计量芯片,实现电压、电流、功率实时显示及电量计量,无线抄表等功能.系统电量计量精度为0.3％,功耗低,易于观察,可实现无线抄表功能.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2017(000)020【总页数】2页(P107-108)【关键词】单相计量;无线抄表;电量显示【作者】张庭亮;甄倩倩;杨满意【作者单位】安阳工学院电子信息与电气工程学院;安阳师范学院软件学院;安阳工学院电子信息与电气工程学院【正文语种】中文智能电网是以特高压电网为骨干网，以各级电网协调发展为基础，以信息平台为支撑，具有信息化、自动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”一体化融合的现代电网[1]。
在智能电网的发展趋势中，电表的智能化是重要的一个环节。
国内电表处于新旧更替阶段，家庭对智能电表的需求量逐渐增加。
我国很多地方使用的机械式计量电表，功耗大，计量精度低，抄表困难，误差较大。
国内能够实现无线远程控制抄表要求的AMI系统[2-3]，价格及性能属于中高端，成本高。
随着NB-loT技术的飞速发展，智能家电及设备逐渐走进千家万户，远程无线控制给人们带来便捷的同时，安全监控成了重中之重[4-6]，多功能智能电表可以实时监测家庭用电情况，能起到节能减排的作用。
合力为公司HLW8012单相多功能计量芯片提供高频脉冲CF用于电能计量和高频CF1用于指示电流有效值或者电压有效值[7]，内置了晶振和参考电源，不需设计复杂的电路和软件，具有外围电路简单、价格便宜的优点[8]。
HLW8012计量芯片内部的资源有两个PGA模块和两路ADC转换模块，锰铜采样电阻采集电压、电流后通过ADC模块转换得到数字信号，计算参数以占空比为1:1的方式输出[7]。
基于ZigBee通信技术的电能计量插座设计
基于ZigBee通信技术的电能计量插座设计
侯金华
【期刊名称】《现代建筑电气》
【年(卷),期】2017(8)7
【摘要】基于ZigBee通信技术,介绍了一种具有电能计量和智能控制功能的电能计量插座设计,并从硬件电路和嵌入式软件方面进行分析.测试结果表明,基于ZigBee通信技术的电能计量插座接入ZigBee网络后,可对区域内的用电设备进行远程监控,且各项指标符合设计要求,证实了设计方案的正确性.
【总页数】4页(P15-18)
【作者】侯金华
【作者单位】上海镐喆电子科技有限公司,上海201802
【正文语种】中文
【中图分类】TU855
【相关文献】
1.基于ZigBee的智能插座系统设计 [J], 张赛;郭家虎;刘为国;王芳芳
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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。