智能插座系統(tǒng)原理框圖

硬件設計

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

1、電源管理：釆用AC/DC開關電源,將交流220轉化成5V,為主板提供電源；

2、計量模塊：檢測負載電器的電壓、電流、功率,采用單顆電能計量芯片檢測,計量芯片對負載交流電壓信號和負載電流信號進行采樣,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：負載電流流經(jīng)錳銅電阻,因為錳銅電阻的電阻值是固定不變的,所
不同的負載電流,錳銅電阻兩端產(chǎn)生的壓降不一樣,計量芯片通過采集錳銅
電阻兩端的壓降值,實現(xiàn)電流信號的采樣，買元器件現(xiàn)貨上唯樣商城！

b)電壓采樣：交流電零線信號經(jīng)電阻分壓后,輸入到計量芯片的電壓檢測通道
過芯片內(nèi)部集成的DsP算法實現(xiàn)電壓信號的采樣

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

4、無線模塊：有WIFI、Zigbee、ZWave幾種主流通訊協(xié)議,由1顆無線通訊芯片和1顆ARM芯片構成,連接服務器,進行數(shù)據(jù)傳輸;

5、繼電器控制模塊：控制負載電器電源的接入和斷開

WIFI 模塊應用實物圖解：

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 以內(nèi)。開關電源的優(yōu)勢在于功率小、轉換效益高，同時體積也小，適合放入較小體積的插座內(nèi)。開關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量IC 需提供5V 電源，而無線WIFI 模塊采用是3.3V 電源供電，所以12V 電源出來之后，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 轉為3.3V 給無線模塊提供電源。

采樣電路包括電流信號采樣和電壓信號采樣兩部分：

電壓采樣采集的是零線信號上的電壓，由于電壓信號較大，有效值是220V,需通過電阻網(wǎng)絡降壓的方式實現(xiàn)采樣，通過串聯(lián)6 個470K 的電阻和1 個1K 的電阻進行分壓，然后接入計量芯片。

審核編輯 黃宇