【導(dǎo)讀】智能家居、物聯(lián)網(wǎng)的概念逐漸深入人心，越來(lái)越多的用戶希望用電清楚安全。可測(cè)量電器能耗等參數(shù)的節(jié)能環(huán)保智能插座，逐漸步入家庭的眼線。本文介紹一種基于CSE7759電能計(jì)量芯片的計(jì)量插座設(shè)計(jì)方案，該方案能夠測(cè)量用電設(shè)備電壓、電流、功率、電量等用電參數(shù)，并配備LCD顯示，通過(guò)按鍵可切換LCD顯示的用電參數(shù)。該方案同時(shí)具備功率超額自動(dòng)切斷電源的功能。
一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
計(jì)量插座硬件電路主要包括：電能計(jì)量、MCU控制、液晶驅(qū)動(dòng)、繼電器控制、電源穩(wěn)壓電路，如下圖所示。
圖1：計(jì)量插座硬件電路圖
二、詳細(xì)設(shè)計(jì)
2.1、電能計(jì)量電路
電壓采樣采集的是零線上的信號(hào)，CSE7759電壓采樣輸入引腳最大輸入信號(hào)為±700mV，通過(guò)1M和1K電阻網(wǎng)絡(luò)分壓輸入信號(hào)約為220mV，符合輸入要求。電流采樣通過(guò)采集火線上的電流完成，電流通過(guò)錳銅電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，CSE7759電流輸入引腳最大輸入差分信號(hào)為±43.75mV，理論上采樣信號(hào)越大測(cè)量精度越高但錳銅采用電阻選取得太大又會(huì)造成功耗過(guò)大。
2.2、脈沖計(jì)數(shù)
電壓、電流信號(hào)進(jìn)過(guò)CSE7759轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)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(dāng)SEL引腳為高電平，指示電壓有效值，當(dāng)SEL引腳為低電平指示電流有效值。MCU通過(guò)定時(shí)一定時(shí)間，對(duì)CF、CF1輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，算出脈沖頻率，再通過(guò)公式（1）、（2）、（3）可以計(jì)算出對(duì)實(shí)際數(shù)值。以電壓計(jì)算為例，假設(shè)測(cè)量電壓值為U，測(cè)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(nèi)精度達(dá)到±0.5%，有功功率在1000：1范圍內(nèi)精度達(dá)到±0.2%，完全能滿足一般用電設(shè)備參數(shù)測(cè)量。
注：V1、V2分別為電壓、電流采樣信號(hào)，F(xiàn)soc為內(nèi)置晶振，3.579MHz，Vref為內(nèi)置基準(zhǔn)電壓，2.43V.
2.3、計(jì)量校正
由于器件之間的差異，每一款計(jì)量插座參數(shù)不可能完全一樣，所以就涉及到計(jì)量校正問(wèn)題。下面以電壓校正為例介紹校正方法。
①添加標(biāo)準(zhǔn)電壓U=220V，根據(jù)公式Fu=（V1×2）/Vref×Fosc/512，算得輸出脈沖理論值為Fu=1264.5Hz.
②測(cè)量計(jì)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(nèi)，在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，測(cè)得電壓脈沖頻率為F，那么經(jīng)過(guò)校正應(yīng)為F‘=F*L，再根據(jù)公式（1）可算出實(shí)際電壓值。
相關(guān)閱讀：
EM773：豐寶開(kāi)發(fā)精簡(jiǎn)的NXP電能計(jì)量芯片用于電能計(jì)量
多通道電能計(jì)量IC監(jiān)控應(yīng)用提供靈活性和可擴(kuò)展性
MCP3911：Microchip電能計(jì)量AFE實(shí)現(xiàn)更佳電能計(jì)量性能
