节能插座的工作原理，智能节能插座的方案原理与实现

很多朋友对节能插座的工作原理，智能节能插座的方案原理与实现不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

随着物联网的快速发展，节能插座产品已经延伸到智能家居领域，节能插座向智能化方向发展。与普通节能插座相比，智能插头多了一个WIFI模块，可以通过连接网络的手机接收开关指令，通过切断电源来切换连接的电器，不仅可以帮你远程关闭家里的电器，还可以提前开启。一、智能插头方案主芯片HLW8012介绍。

HLW8012为插座制造商和智能家居制造商提供高精度、低成本的功率测量解决方案。该集成芯片专为住宅单相电能表或智能插头设计，可精确测量有效电流有效值、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。它由两个可编程增益放大器、两个-调制器、一个高速滤波器、功率计算、功率监控、串行接口和相应的功能寄存器组成。两个可编程放大器采集电压和电流数据，-调制器对模拟信号进行采样和处理，过滤出可用的电压和电流数字信号，通过脉冲指示输出计算出的功率值、电压有效值和电流有效值。二、芯片HLW8012的工作原理

HLW8012的V1P和V1N引脚输入电流信号波，电流通道集成固定增益放大器，最大允许差分输入信号为43.75mV；电压通道的最大允许输入信号为700mV。HLW8012可以使用低成本的锰铜采样电阻或电流互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。其芯片的脉冲输出频率与有功能量成正比。三、 HLW 8012的主要特性

高频脉冲CF，表示有功功率，满足IEC 687/1036标准50/60 Hz的精度要求，在1000:1范围内精度为0.2%。高频脉冲CF1可配置为输出电流或电压的有效值，在500:1范围内精度为0.5%。内置电源监控电路，当电源电压低至4V时，芯片会进入复位状态。内置2.43V基准电压源。5 V单电源，工作电流小于3mA。Sop8封装

图2是智能节能插座的功能框图，由电源模块、主控制器模块、电能信号采集电路和无线通信模块组成。图为智能节能插座的功能框图，由电源模块、主控制器模块、电源信号采集电路和无线通信模块组成。主控制器为NEC的9234，晶振设置为11.0592M，消除串行通信的波特率误差。

电源部分采用交流DC电路，由220V转换为12V，再通过稳压芯片转换为5V，为主控MCU NEC9234、电能计量IC HLW8012、继电器提供电源。由于现在大部分无线模块使用的是3.3V电源，所以5V电源需要通过DC-DC降低到3.3V，然后提供给WIFI无线模块，比如定时开关、过载报警等。

智能节能插座1供电电路功能框图智能插头供电电路

有两个电源电路。一种是通过交流DC将交流220V转换成12V电源。采用SY50103芯片，可以提供1A电流，纹波控制在100mV以内。开关电源的优点是功率低、转换效率高、体积小，适合放入体积小的插座中。开关电源的电路图如下图所示：继电器为12V 10A继电器，12V继电器的成本低于5V继电器。

因为主控制器和电能计量IC需要提供5V电源，而无线WIFI模块使用的是3.3V电源，12V电源出来后，分为两路。一路使用稳压芯片78L05将电源降至5V，为MCU和HLW8012提供电源。另一路采用DC-DC芯片将12V电压转换为3.3V电压，为无线模块供电。

计量功能电路的采样电路包括电流信号采样和电压信号采样两部分。电压采样收集零线信号上的电压。因为电压信号大，有效值为220V，所以需要用电阻网络采样。6个470K的电阻和1个1K的电阻串联分压，然后连接到计量芯片HLW8012的电压输入采样端的V2P管脚。

HLW8012的V1P和V1N引脚是电流采样通道，用于收集锰铜电阻上的压降。电流流过锰铜电阻后，会有电压降。不同电阻值的锰铜电阻器的电压降是不同的。锰铜电阻的阻值一般为2欧姆或5欧姆，不宜过大。大电流通过时，采样电阻阻值过大容易导致发热，影响采样电阻阻值，使测量结果不准确。

HLW8012的内部DSP有一定的增益。经过变频模块后，有功功率、电流有效值、电压有效值的输出频率可通过以下公式计算：(1)有功功率计算公式：(2)电流有效值计算公式：(3)电压有效值计算公式：V1:电流通道引脚上的电压信号V2:电压通道引脚上的电压信号Fosc:内置晶振，典型频率约为3.579。

主控制器是单片机NEC 9234，它是整个电路的核心控制器，读取负载电流有效值、电压有效值和负载功率。负载的电源可以通过继电器接通或断开。控制器可以通过无线WIFI模块将继电器的开关状态、工作时间、功耗、电压有效值、电流有效值等数据传输到服务器，服务器对数据进行存储和分析，实现更加智能的控制。四智能插头软件设计主程序流程图：

第五，HLW8012的智能插头方案，可以精确测量电器的用电量；该方案减少了外围器件的数量，提高了系统的测量精度，具有高可靠性、高精度和低成本的优点。

以上知识分享希望能够帮助到大家！