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智能家居、物聯網的概念逐漸深入人心，越來越多的用戶希望自己能用電用得清楚、用得安全。可測量電器能耗等參數的節能環保智能插座，正成為家庭的新寵。本文介紹一種基于芯海科技有限公司CSE7759電能計量芯片的計量插座設計方案，該方案能夠測量用電設備電壓、電流、功率、電量等用電參數，并配備LCD顯示，通過按鍵可切換LCD顯示的用電參數。該方案同時具備功率超額自動切斷電源的功能。 一、系統設計 計量插座硬件電路主要包括：電能計量、MCU控制、液晶驅動、繼電器控制、電源穩壓電路，如下圖所示。  二、詳細設計 2.1、電能計量電路 電壓采樣采集的是零線上的信號，CSE7759電壓采樣輸入引腳最大輸入信號為±700mV，通過1M和1K電阻網絡分壓輸入信號約為220mV，符合輸入要求。電流采樣通過采集火線上的電流完成，電流通過錳銅電阻轉換為電壓信號，CSE7759電流輸入引腳最大輸入差分信號為±43.75mV，理論上采樣信號越大測量精度越高但錳銅采用電阻選取得太大又會造成功耗過大，具體選值可參考下表。  2.2、脈沖計數 電壓、電流信號進過CSE7759轉換為脈沖信號輸出，CF引腳輸出脈沖頻率指示有功功率值，CF引腳輸出脈沖頻率當SEL引腳為高電平，指示電壓有效值，當SEL引腳為低電平指示電流有效值。MCU通過定時一定時間，對CF、CF1輸出脈沖進行計數，算出脈沖頻率，再通過公式(1)、(2)、(3)可以計算出對實際數值。以電壓計算為例，假設測量電壓值為U，測得脈沖頻率FU=1260Hz，則有：1260Hz=(U/1001×2)/2.43V×3579000Hz/512，算得U=219.2V.另外CSE7759電壓、電流有效值在500：1范圍內精度達到±0.5%，有功功率在1000：1范圍內精度達到±0.2%，完全能滿足一般用電設備參數測量。 注：V1、V2分別為電壓、電流采樣信號，Fsoc為內置晶振，3.579MHz，Vref為內置基準電壓，2.43V. 2.3、計量校正 由于器件之間的差異，每一款計量插座參數不可能完全一樣，所以就涉及到計量校正問題。下面以電壓校正為例介紹校正方法。 ①添加標準電壓U=220V，根據公式Fu=(V1×2)/Vref×Fosc/512，算得輸出脈沖理論值為Fu=1264.5Hz. ②測量計量電路CF1輸出脈沖頻率，假如Fu‘=1000Hz，與理論值比值L≡1264.5/1000=1.2645. ③將L存入EEPROM內，在實際測試過程中，測得電壓脈沖頻率為F，那么經過校正應為F‘=F*L，再根據公式(1)可算出實際電壓值。 三、總結 基于CSE7759的計量插座能滿足測量日常家電用電參數的需求。另外，CSE7759具有小體積(SOP8封裝)、內置振蕩器、外圍電路簡單、精度高、低功耗(工作電流<3mA)等優點，是智能插座及家電計量模塊中電能計量芯片的不錯選擇。 |
