智能插座系統(tǒng)原理框圖

硬件設(shè)計(jì)

智能插座主要由五部分組成,分別為電源管理、計(jì)量模塊、MCU控制、無(wú)線模塊、繼電器控制模塊,各模塊功能如下：

1、電源管理：釆用AC/DC開(kāi)關(guān)電源,將交流220轉(zhuǎn)化成5V,為主板提供電源；

2、計(jì)量模塊：檢測(cè)負(fù)載電器的電壓、電流、功率,采用單顆電能計(jì)量芯片檢測(cè),計(jì)量芯片對(duì)負(fù)載交流電壓信號(hào)和負(fù)載電流信號(hào)進(jìn)行采樣,經(jīng)內(nèi)部DSP算法處理后,以脈沖方式輸出功率值、電壓有效值、和電流有效值；

a)電流采樣：負(fù)載電流流經(jīng)錳銅電阻,因?yàn)殄i銅電阻的電阻值是固定不變的,所
不同的負(fù)載電流,錳銅電阻兩端產(chǎn)生的壓降不一樣,計(jì)量芯片通過(guò)采集錳銅
電阻兩端的壓降值,實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)的采樣，買(mǎi)元器件現(xiàn)貨上唯樣商城！

b)電壓采樣：交流電零線信號(hào)經(jīng)電阻分壓后,輸入到計(jì)量芯片的電壓檢測(cè)通道
過(guò)芯片內(nèi)部集成的DsP算法實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的采樣

3.MCU控制：智能插座的智能控制部分,釆集到電能數(shù)據(jù),進(jìn)行分析處理,通過(guò)無(wú)線模塊和服務(wù)器聯(lián)網(wǎng),發(fā)送和接收服務(wù)器的數(shù)據(jù)和指令,一般采用低功耗的MCU,如TI的MSP430；

4、無(wú)線模塊：有WIFI、Zigbee、ZWave幾種主流通訊協(xié)議,由1顆無(wú)線通訊芯片和1顆ARM芯片構(gòu)成,連接服務(wù)器,進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;

5、繼電器控制模塊：控制負(fù)載電器電源的接入和斷開(kāi)

WIFI 模塊應(yīng)用實(shí)物圖解：

智能插座電源功能原理

電源電路有兩路，一路是將交流220V 經(jīng)AC-DC 轉(zhuǎn)換成12V 電源，采用SY50103 芯片，可以提供1A 的電流，紋波控制在100mV 以?xún)?nèi)。開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)勢(shì)在于功率小、轉(zhuǎn)換效益高，同時(shí)體積也小，適合放入較小體積的插座內(nèi)。開(kāi)關(guān)電源電路圖如下圖所示：繼電器選用12V 10A 繼電器，12V 繼電器相比5V 繼電器的成本要低一些。由于主控制器和電能計(jì)量IC 需提供5V 電源，而無(wú)線WIFI 模塊采用是3.3V 電源供電，所以12V 電源出來(lái)之后，又分為兩路，一路使用穩(wěn)壓芯片78L05,將電源降到5V,給MCU 和HLW8012 提供電源；另一路采用DC-DC 芯片，將12V 轉(zhuǎn)為3.3V 給無(wú)線模塊提供電源。

采樣電路包括電流信號(hào)采樣和電壓信號(hào)采樣兩部分：

電壓采樣采集的是零線信號(hào)上的電壓，由于電壓信號(hào)較大，有效值是220V,需通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)降壓的方式實(shí)現(xiàn)采樣，通過(guò)串聯(lián)6 個(gè)470K 的電阻和1 個(gè)1K 的電阻進(jìn)行分壓，然后接入計(jì)量芯片。

審核編輯 黃宇