基于功率计量芯片HLW8012的计量插座方案

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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、

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

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

应用于物联网领域的高精度、免校准“电”计量芯片-合力为科技

在物联网行业的整体发展和市场驱动下，智能家居厂商迎来了发展的历史机遇。然而，物联网市场需求的多样性，对智能家居厂商提出了更高的要求，深圳市合力为科技有限公司专注于解决物联网”电”测量领域的技术研发，致力于为广大智能家居厂商提供优质的计量芯片和解决方案。

2013年是中国智能家居元年，这一年随着Broadlink的SP1插座和小K智能插座的推出，智能家居行业以前所未有的速度在爆发，随着这几年的发展，智能家居产品逐步增多,围绕以“电”测量为中心的产品也越来越多样化，如智能空调、智能路灯等产品。

HLW8012介绍

深圳市合力为科技最早推出的适合于智能家居产品应用的功率计量芯片HLW8012，广泛用于各类智能家电产品。HLW8012具有封装小，功耗低，精度高，外围应用电路简单等优点，下图是HLW8012的典型电路。

功率计量芯片Roadmap图

同时为了配合智能家居厂商的需求，深圳市合力为科技的计量产品线有一系列的升级，推

出了适合不同应用场景的”智慧型”功率计量芯片，以下是计量芯片的Roadmap图;

HLW8032介绍

HLW8032是在HLW8012的基础上做的升级版本，串口通讯方式输出，波特率为4800bps，每50ms发出一组电能数据（电压、电流、功率值等）。

HLW8032 是针对于某些应用场景在MCU的资源不够的情况下推出的一款计量芯片。通过UART口，可以非常方便的读取用电数据;

下表是HLW8012和HLW8032的功能对比表:

从上表可以看出, HLW8032是在HLW8012的基础上提供了数据串口，将频率脉冲输出转为

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。

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

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HLW8110/HLW8112

用户手册

REV 1.19

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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

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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

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

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。

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。

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

计量插座拆解优秀doc资料

垂准仪
校准装置
2m～∞
一测回垂准测量标准偏差U=1/200000
JJF 1081-2002垂准仪校准规范
BQDD09-10-2020一测回垂准测量标准偏差测量结果不确定度评定
以下空白
计量校准计划
编号：CX/QR-44-
序号
设备名称
设备编号
型号规格
精度等级
计划校准日期
校准机构
备注
批准:
计量器具编号方法
量筒2
量筒1
001～999
升3
升1
001～999
斗4
斗1
001～999
压力仪器P
压力表1
压力表1
001～999
油压力表2
001～999
氧气压力表3
001～999
乙炔压力表4
001～999
空气压力表5
001～999
精密压力表2
精密压力表1
001～999
转速仪器N
转速仪1
转速仪1
001～999
速度仪器S
计量插座拆解---悟空i8
随着物联网技术的迅猛发展,各种冠以“智能化”头衔的家电、配件更是让消费者眼花缭乱。在如此众多的智能化家居产品中,消费者应该如何擦亮眼睛“去伪存真”?如何根据自己的实际需求进行选择呢?
今天就带大家一起来拆解悟空i8空调伴侣,并通过试用,来一起感受智能硬件能给我们的生活带来哪些的便利。

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。

优秀论文答辩PPT

1、定时关断型插座。 2、主路控制型插座。 3、漏电保护性插座。 4、遥控型插座。
研究的目标及内容
研究目标
研究内容
Research Status at Home and Abroad
研究的目标
研究的目标
本课题研究目标是设计一个基于STM8S103F3P6单片机的节能插座系统。它可以实现红外学习、USB智能充电、功率检测三大功能。整体软件设计采用中断思想，红外学习、功率检测、按键检测拥有各自独立的中断处理程
在按键长按后，进入学习功能，红外遥控器发送红外信号给红外接收头。插座在完成红外学习后，上面的灯会持续的闪烁。
Research Status at Home and Abroad
负载功率检测调试
校准功率调试
采取的校验办法是在插座零火线之间接上12W的电灯，通过示波器观察功率计量芯片HLW8012的CF 引脚的输出的矩形脉冲的个数。如图所示，通过示波器观察到CF脚输出7个占空比为1:1的脉冲。
Research Status at Home and Abroad
国内外研究现状
国内外研究现状
尽管国内在该节能插座的研究起步相比国外较晚，但国内在节能插座方面与国外的研发和使用差距不是很大，功能上也几乎差不多。国内外对节能插座的研究基本都是对插座的定时通断、远程控制和用电保护的研究。
目前国内外市场上的节能插座种类有很多，总结一下，主要有以下几种类型：

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/TX

SCLK SCSN SDI/RX

INT1

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。

基于单片机的智能插座设计

图4 电量信息

继电器通断用电设备功能

继电器的输入控制端与单片机的一个GPIO

序中加入判断当前时间与设置的通电时间是否相等

，GPIO输出低电平，触发继电器常开触点接通

也要判断当前时间与设置的断电时间是否相等

图5 服务器显示信息图5 松香飞溅位置在7环左右图6 松香飞溅位置在9环左右

3 结论

经过以上的对比以及可靠性分析，可以得知：天线产品要达到最好的焊接效果，从而保证产品的高质量指标。无铅焊料的选择上基本上可以确定：选用B、E、G三种SnAgCu系列焊料，可以满足天线产品高质量、高指标的需求。

参考文献：

[1] 史建卫，温粤晖.现代电子装联软钎焊接技术 [M].北京：电子工业出版社，2015.

[2] Soldertec. European Lead-Free Technology Roadmap（Version 1） [EB/OL].https:///HTML/FILES/forums/leadfree/eu_ roadmap_v13.pdf，2003-10-24.

作者简介：王大明（1987.12-），男，汉族，广东广州人，工艺工程师，研究方向：基站天线工艺研究。

毕业论文-基于单片机的智能插座的设计-含电路图

毕业论文（设计）

题目基于单片机的智能插座的设计

姓名学号

所在院(系)

专业班级

指导教师

完成地点

2013年 5 月20日

基于单片机的智能插座的设计

作者:

）

指导教师：

[摘要]：本文主要描述了一个定时插座的设计与制作。定时插座可以弥补现实生活中普通插座功能的不足，能够通过外设按键设置两组开关定时时段和6组倒计时定时，同时也能够通过红外遥控进行无线控制，使外接电器可以按照一定规律工作，既可以达到智能控制的目的，又在很大程度上起到节能的作用。

[关键词]：STC89C52;定时;插座;红外;继电器

The design of timing socket based on microcontroller

Author:

()

Tutor:

Abstract: This paper mainly describes the design and production of a timing socket. The timing socket could compensate for the shortage of the common socket .It also could set any timing in a day and six groups of fast timing by the key. At the same time, it could also be remotely controlled by infrared controller, so that home appliances could work on rules. In this way, it can achieve the purpose of being intelligently controlled and will largely save the electric energy.