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智能计量插座参考设计,满足家庭能耗管理需求

时间:2016-12-06 作者:芯海科技 阅读:
用电费是住房的一大开销。总有居民哀嚎,“这个月电费又涨了!”,却不知从何下手、如何改善。事实上,随着物联网的普及,每台电器的实际耗电量是多少?哪些电器耗电更多?哪些电器已经老化?都可以凭借带有计量功能的智能插座来一一量化,进而实现能耗管理、节能用电。本文就将介绍一款基于芯海科技CSE7766电能计量芯片打造的高性能智能计量插座的参考设计方案。

一、 系统设计

智能计量插座由电源模块、继电器控制与指示模块、CSE7766计量模块和wifi模块构成,系统结构如下图1。
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图1Ry4EETC-电子工程专辑

其中,CSE7766是芯海科技自主研发的单相多功能计量芯片,满足50/60Hz IEC 687/1036标准的精度要求,在1000:1范围内达到±0.2%的精度。由于出厂时CSE7766芯片已经完成了自身的校准,因此用户不需要搭建复杂的校准环境,无需任何设置就可以通过UART直接读取电压、电流、功率和电能等相关参数。Ry4EETC-电子工程专辑

二、 详细设计

2.1 电源模块

220V市电经过电源模块后输出直流12V、直流5V和直流3.3V,直流12V为大功率继电器的控制供电,例如控制空调和电磁炉的插座,该电压可以根据继电器的控制电压进行调整;直流5V为计量芯片CSE7766供电,CSE7766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;直流3.3V为WiFi模块供电。Ry4EETC-电子工程专辑

2.2 计量模块

计量模块是CSE7766的典型应用,仅需要几个电容电阻就可以正常工作,如下图2所示。值得注意的是:在CSE7766的电源端,需要并联两个小电容,以滤除来自电网的高频、低频噪声。电流信号通过锰铜电阻采样后接入CSE7766,电压信号则通过电阻网络分压后输入到CSE7766。
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图2Ry4EETC-电子工程专辑

2.3 Wifi模块

Wifi模块作为主控MCU,连接路由器,实现与服务器的通信,接收服务器下发的设置和控制指令,完成插座的远程控制和定时设置;Wifi模块通过串口读取计量模块采集到的电能信息,并上传电能信息到服务器。Ry4EETC-电子工程专辑

值得注意的是,Wifi模块的工作电压是3.3V,CSE7766的工作电压是5V,由于CSE7766只使用TI发送数据,串口通信需要做一个5V到3.3V的转化,简单的可以通过电阻分压实现,如下图3。
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图3Ry4EETC-电子工程专辑

2.4 服务器与APP

服务器充当了插座与APP通信的桥梁。服务器接收插座上传的电能信息并保存,APP通过服务器查询插座的运行状态和历史用电信息,并通过服务器发送控制和设置指令到插座,实现定时和远程控制。Ry4EETC-电子工程专辑

总结

随着物联网的普及与智慧能源的兴起,智能计量插座和带有智能计量功能的家电将会越来越多。这款智能计量插座采用CSE7766芯片,能够精确的统计并记录电器的用电情况,同时该芯片带有的出厂校准功能,可以大大减化厂家的生产流程、缩短生产周期、节省生产成本。Ry4EETC-电子工程专辑

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