功率计量芯片HLW8012介绍及应用
功率计量芯片HLW8012介绍及应用
功率计量芯⽚HLW8012介绍及应⽤功率计量芯⽚HLW8012介绍与应⽤⼀、引⾔HLW8012是深圳市合⼒为科技推出的单相电能计量芯⽚，可以测量有功功率、电量、电压有效值、电流有效值；SOP8封装，体积⼩，⼴泛应⽤于智能家电、节能插座，智能路灯、智能LED 灯等应⽤场合。
本⽂主要内容：1、HLW8012介绍；2、HLW8012应⽤硬件电路；3、HLW8012脉冲软件测量；4、HLW8012应⽤场合及展望。
⼆、、HLW8012介绍1、HLW8012主要特性（1）⾼频脉冲CF ，指⽰有功功率，在1000:1范围内达到±0.3%的精度（2）⾼频脉冲CF1，指⽰电流或电压有效值，使⽤SEL 选择，在500:1范围内达到±0.5%的精度（3）内置晶振、2.43V 电压参考源及电源监控电路（4）5V 单电源供电，⼯作电流⼩于3mA 2、HLW8012引脚图VDDVIPVINCF1SELV2PCF选择CF1输出电流/电压值/电压值图1芯⽚引脚图引脚序号引脚名称输⼊/输出说明1 VDD 芯⽚电源芯⽚电源2，3 V1P ，V1N 输⼊电流差分信号输⼊端，最⼤差分输⼊信号为±43.75mV 4 V2P 输⼊电压信号正输⼊端。
最⼤输⼊信号±700mV 5 GND 芯⽚地芯⽚地6 CF 输出输出有功⾼频脉冲，占空⽐50% 7, CF1 输出 SEL=0，输出电流有效值，占空⽐50%； SEL=1，输出电压有效值，占空⽐50%； 8 SEL输⼊配置有效值输出引脚，带下拉●模拟信号输⼊（1）V1P ，V1N 输⼊电流采样信号：峰峰值V P-P ：±43.75mV ，最⼤有效值：±30.9mV 。
（2）V2P 输⼊电压采样信号：峰峰值V P-P ：±700mV ，最⼤有效值：±495mV 。
●数字信号输出（1）⾼频脉冲CF （PIN6）：指⽰功率，计算电能；输出占空⽐为1:1的⽅波。
双通道、带漏电检测的高精度电能计量芯片HLW8112
双通道、带漏电检测的高精度电能计量芯片HLW8112物联网的英文名称为“Internet of things ”，顾名思义，就是“物物相连的网络”，它通过传感器、控制器等设备按照协议把任何物品相连接，从而实现信息交换和通讯。
据预测，未来5年，差不多所有人们能够看见的东西都将被纳入物联网，合力为科技一直专注于电“计量”领域的产品研发，此次继HLW8012和HLW8032产品之后，又推出一款新型计量芯片HLW8110/HLW8112，可以满足不同用户在细分场合的性能要求。
应用场景HLW8112适用于WIFI 插座、计量电表、LED 路灯、充电桩、智能家电和PDU 设备等领域。
Metering meter电表Charging pile充电桩PDU equipmentPDU 设备Wifi Plug智能插座LED LampLED 路灯Smart home equipment智能家电1 IAP IAN CFIBPHLW8112SSOP1623413141516IBN 5VP 6789101112HLW8112 --- 漏单检测功能、双路测量、中断输出HLW8112采用SSOP16封装，可以在3.3V 和5V 两种电源下工作，可选UART 或SPI 输出方式，最小测量电流4mA 。
HLW8112具有A 和B 两路通道，B 通道可以用作漏电检测通道，当漏电时，可以通过中断输出口进行快速响应。
HLW80122014.01HLW80322016.12HLW81102018.2•SOP8封装•工作电压：5V •单路测量通道•内置振荡器•通讯方式：高频脉冲•最小测量电流：30mA•SOP8封装•工作电压：5V •单路测量通道•内置振荡器•通讯方式：UART •最小测量电流：30mA•SOP8封装•工作电压：3.3V/5.V •单路测量通道•内置振荡器•通讯方式：UART,速率可调•过零检测•过载检测•最小测量电流：4mAHLW81122018.2•SOP8封装•工作电压：3.3V/5.V •双路测量通道•内置振荡器•通讯方式：UART/SPI •过零检测，中断输出•过载检测，中断输出•漏电检测，中断输出•最小测量电流：4mAHLW8112典型原理图上图是HLW8112的应用电路，A通道用于检测负载设备的功率、电压、电流和用电量，通过UART或SPI接口传输数据至MCU，通过INT1引脚对过载和过压等异常状态进行指示。
功率计量芯片HLW8012
SEL 是输入端口，CF、CF1 输出的脉冲占空比为 50%。
REV 1.1
5/9
HLW8012
2.6 极限额定值
数字电源 模拟电源 VDD to GND V1P, V1N, V2P 模拟输入电压 数字输入电压 数字输出电压 工作环境温度 存储温度
参数
符号 VDD VDD
引脚序号 1 2，3 4 5 6 7,
引脚名称 VDD V1P，V1N V2P GND CF CF1
8
SEL
表1 HLW8012 引脚说明 输入/输出 芯片电源 芯片电源
说明
输入 输入 芯片地
电流差分信号输入端，最大差分输入信号为±43.75mV 电压信号正输入端。最大输入信号±700mV 芯片地
输出 输出
数显表等。
1.2 芯片结构描述
HLW8012 的功能框图如图 1 所示
VDD
Internal Clock
Power On Reset
V1P V1N
PGA
V2P
PGA
1k
GND
ADC ADC
Sigma_I Sigma_V
Active Power I_rms V_rms
calculation
Reference Voltage
1.1 芯片主要特性功能............................................................................................................. 2 1.2 芯片结构描述..................................................................................................................... 2 1.3 芯片引脚说明..................................................................................................................... 3 2 芯片特性说明................................................................................................................................. 4 2.1 推荐工作条件..................................................................................................................... 4 2.2 模拟特性............................................................................................................................. 4 2.3 内置参考电压..................................................................................................................... 5 2.4 数字特性............................................................................................................................. 5 2.5 开关特性............................................................................................................................. 5 2.6 极限额定值......................................................................................................................... 6 3 芯片应用......................................................................................................................................... 7 3.1 HLW8012 典型应用 ............................................................................................................ 7 3.2 CF、CF1 的频率.................................................................................................................. 7 3.3 芯片的启动阈值与潜动预防............................................................................................. 8 3.4 内置振荡器......................................................................................................................... 8 3.5 内置基准源......................................................................................................................... 8 4 HLW8012 封装 ................................................................................................................................ 9
HLW8032计量芯片的双路电能测量与控制
H L W 8032计量芯片的双路电能测量与控制*王大珅1,贾敏瑞2(1.天津医科大学生物医学工程与技术学院,天津300070;2.天津工业大学信息化中心)*基金项目:天津市教委社会科学重大项目(2017J W Z D 28)㊂摘要:针对现今高校集体宿舍的用电特点,研究了基于H L W 8032计量芯片的双路电能测量与控制系统,对集体宿舍中空调和其他负载分别进行电能监测和管理㊂本系统具有测量精度高㊁通信电路简单㊁稳定性强等优点,可以实现现代化用电管理,保障集体宿舍用电安全㊂关键词:H L W 8032;电能采集;双路测量中图分类号:T P 31 文献标识码:AR e s e a r c h o n D o u b l e -c h a n n e l E l e c t r i c E n e r g y Me a s u r e m e n t a n d C o n t r o l B a s e d o n H L W 8032W a n g Da s h e n 1,J i a M i n r u i 2(1.B i o m e d i c a l E n g i n e e r i n g a n d T e c h n o l o g y ,T i a n j i n M e d i c a l U n i v e r s i t y C o l l e g e ,T i a n ji n 300070,C h i n a ;2.I n f o r m a t i o n C e n t e r ,T i a n j i n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y)A b s t r a c t :A c c o r d i n g t o t h e c u r r e n t e l e c t r i c i t y c h a r a c t e r i s t i c s o f c o l l e g e d o r m i t o r i e s ,a d o u b l e c h a n n e l e l e c t r i c e n e r g y me a s u r e m e n t a n d c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n t h e H L W 8032i s d e s i g n e d .T h e s y s t e m c a n m o n i t o r a n d m a n a g e t h e e l e c t r i c e n e r g y of t h e a i r c o n d i t i o n e r a n d o t h -e r l o a d s i n t h e d o r m i t o r y .T h e s y s t e m h a s t h e a d v a n t ag e s o fhi g h m e a s u r e m e n t a c c u r a c y ,s i m p l e c o mm u n i c a t i o n c i r c u i t ,a n d s t r o n g s t a b i l -i t y .I t c a n r e a l i z e m o d e r n p o w e r m a n a g e m e n t a n d e n s u r e t h e s a f e t y of p o w e r u s e i n d o r m i t o r i e s .K e yw o r d s :H L W 8032;e l e c t r i c e n e r g y a c q u i s i t i o n ;d o u b l e -c h a n n e l m e a s u r e m e n t 0 引 言随着社会发展和生活水平的提高,高校住宿条件不断改善,许多高校为学生在宿舍内安装了空调,高校集体宿舍的用电需求大幅增加㊂在集体宿舍用电管理中,保障用电安全是重中之重,现代化的管理方式可以有效提高用电管理的工作效率㊂学生在宿舍中使用电热壶㊁电吹风㊁电磁炉等宿舍违禁电器容易引发火灾,危害学生的人身安全,所以在高校统一配备的大功率电器(如空调等)正常运转的情况下保障用电的安全成为用电管理的重点和难点㊂基于H L W 8032功率计量芯片的双路电能测量系统针对现代高校宿舍的用电特点,实现了集体宿舍智能化用电管理,保障了学生的用电安全㊂1 总体设计结合现在高校集体宿舍的用电特点,本系统以实现双路信号独立采集和控制为目的,将每间宿舍内的空调和其他负载设计为独立线路分别进行电能管理和监测㊂总体图1 总体框架设计图设计框架如图1所示㊂电能测量和控制系统由主控制模块㊁电能计量模块㊁智能断电模块㊁屏幕显示模块等组成,并可根据实际需要扩展其他功能模块,以实现整个公寓中各宿舍的电量信息采集㊁自动识别违禁电器并断电保护以及特定时间段功率控制等用电安全管理功能㊂系统显示屏幕显示各路负载的功率㊁电压㊁电流㊁使用电能总量,方便查看宿舍内各路负载电能使用情况,有助于用电管理和用户查询㊂2 硬件设计系统使用电能计量芯片H L W 8032进行电能采集,H L W 8032芯片通过内部集成的模/数转换器将电流值和电压值模拟量转换为数字量输出,通过光电耦合电路隔离后与M C U 进行通信㊂M C U 通过公式计算出电压有效值㊁电流有效值和有功功率值的大小㊂主控制模块选用宏晶科技有限公司生产的T C 8A 8K 64S 4A 12,该单片机无需外部晶振和外部复位,拥有12位15通道高速A D C ,内部有22个中断源,4级中断优先级,具有存储单元㊁时钟电路㊁硬件复位电路㊁数/模转换电路等硬件资源,其电路结构简单㊁易开发㊁生产成本低㊂该芯片提供4路U A R T 串行接口,可获得串行通信接口,与显示屏进行通信㊂T C 8A 8K 64S 4A 12对采集的电能数据进行处理,G P I O 口输出不同的电平控制继电器的吸合来控制电路切与闭合,判断控制各路负载的电路通断㊂显示屏幕通过R S 232串口与主控制模块T C 8A 8K 64S 4A 12通信,读取电能表数据并显示㊂基于H L W 8032的双路电能测量与控制系统连接图如图2所示㊂图2 系统连接图2.1 电能计量模块系统电能计量模块使用高精度的电能计量芯片H L W 8032,该芯片精度可达2%,具有免校准功能,能够测量线电压和电流,采集负载电路参数,并计算有功功率㊂该芯片内部集成了两个模/数转换器和一个高精度的电能计量内核,提供一个U A R T 接口,采用异步串行通信方式,用两个单向引脚进行数据通信㊂电流信号通过锰铜电阻采样后接入到H L W 8032,电压信号通过电阻网络后输入到H L W 8032㊂H L W 8032芯片I P 和I N 引脚与采样电阻相连,将获取的电流信号通过芯片内部的A D C 转换为M C U 可读取的电流值㊂P F ㊁T X引脚直接与M C U 相连,M C U 读取采集到的设备信息,通过公式计算出电压有效值㊁电流有效值和有功功率值的大小㊂电能计量模块原理图如图3所示㊂图3 电能计量模块原理图2.2 智能断电模块为了保障用电安全,学校往往规定电热壶㊁电吹风㊁电饭锅等电器为宿舍禁用电器㊂对于使用空调的宿舍,需要将空调电路负载和其他电器负载进行区分识别恶性负载㊂这些电器类似于纯抗阻负载,可用功率因数法进行识别㊂当纯抗阻负载工作时,功率因数约等于1[2]㊂对于类似纯抗阻负载,根据功率因数可对危险电器进行判别㊂空调等大功率电器电路可以通过设置电路的最大功率㊁最大电流来进行恶性负载检测㊂当功率㊁电流超过设置值时,对电路进行断电处理㊂当发现违规用电现象后,应立即进行断电处理进行保护㊂继电器是具有隔离功能的自动开关元件,依据M C U 的G P I O 口输出电平控制继电器的吸合来图4 继电器控制电路图控制电路㊂继电器控制电路如图4所示,M C U 输出低电平时,三极管Q 1导通,继电器R L 1触点吸合;M C U 输出为高电平时,三极管Q 1断开,继电器R L 1断电断开,实现对电路的控制和保护㊂2.3 隔离通信模块H L W 8032提供U A R T 接口,实现与M C U 的数据通信㊂T X 引脚从H L W 8032发送数据,R X 引脚从M C U 接收数据㊂由于电能计量芯片外接220V 电源,系统使用光图5 光电耦合隔离电路图电耦合电路将HW L 8032输出进行强弱电隔离,实现隔离通信,电路原理图如图5所示㊂光耦隔离器实现信号单向传输,将M C U 与外界信号进行数字化电气隔离,可以提高系统的可靠性㊁稳定性,加强抗干扰能力[3]㊂3 软件设计3.1 系统软件设计系统开启后,各端口初始化,采集宿舍空调线路和其他负载线路的电量数据,电能采集模块将采集到的电流和电压数据传送到主控制模块,进行数据分析处理,并通过公式计算出电压㊁电流和功率值㊂根据功率因数判断是否存在安全隐患或使用违规电器㊂若功率值接近于1,继电器断开,电路断开;否则,将电量数据信息进行传送,在屏幕显示㊂系统程序设计流程图如图6所示㊂3.2 电量采集模块软件设计H L W 8032提供一个U A R T 接口,T X 引脚用于从H L W 8032发送数据,数据以低位(L S B )优先发送,R X引图6 系统程序设计流程图脚用于接收来自微控制器的数据,可与外部M C U 进行数据通信[4]㊂主控制M C U 串口R X 引脚与H L W 8032的T X 引脚相连读取采集到的信息,通过计算得到电路的电流值㊂电能计量模块连接示意图如图7所示㊂电量数据采集测量中断服务程序流程图如图8所示㊂图7电能采集模块连接示意图图8 电量数据采集测量中断服务程序流程图H L W 8032每发送一次完整数据为24字节,从寄存器1(S t a t e R E G )开始发送,到寄存器11(C h e c k S u m R E G )结束,一组数据共11个寄存器,24字节数据㊂H L W 8032的U A R T 接口以4800b ps 的固定频率工作,发送数据的间隔时间为50m s [4]㊂M C U 通过串口读取到H L W 8032的寄存器数据后,根据式(1)~式(3)可得出电压㊁电流和功率值㊂有效电压=电压参数寄存器电压寄存器ˑ电压系数ˑ1000(1)有效电流=电压参数寄存器电压寄存器ˑ电流系数ˑ0.001(2)有功功率=电压参数寄存器电压寄存器ˑ电流系数ˑ电压系数(3)地址,只有在需要时才会将函数拷贝到内存㊂因此,使用期间发现问题和不足时,只需要用新的动态库覆盖旧的动态库即可,不需要复杂的操作,方便后期的移植㊁更新和维护㊂4 测试结果使用上文提出的方法在系统内进程数量正常时进行测试,根据后台打印信息来查看应用程序所得到的温度值,结果如图4所示㊂图4 测试结果此次测试在C P U 负载50%左右的情况下,每3秒采集一次温度㊂由结果可以看出,在读数发生错误时,会将上一次读到的温度打印出来,交给应用程序,解决温度的跳变问题,使得用户的使用体验更佳㊂5 结 语此方法可以有效解决偶尔出现的温度跳变问题,在C P U 负载不超过70%的情况下可以保证98%的正确率,并且采用动态库的方式便于发现B U G 之后的修改维护问题,减少应用程序的代码冗余㊂但是仍然存在一些问题,在C P U 繁忙时,很难保证读到的基准值是正确的,有可能会导致读到的两个基准值都是错误的,从而使得后面所上报温度全部为错㊂对于此问题,打算在程序中加入自动纠错处理,在错误数超过一定情况下重新进行初始化来调整基准值,保证基准值是正确的,并且可以对程序进行部分优化,使得在读温度时减少C P U 的占用率以提高整体工作效率[3]㊂参考文献[1]王腾飞.对计算机嵌入式实时操作系统的研究及分析[J ].科技创新与应用,2020(36):6667.[2]李欣,白兴武.基于L i n u x 的嵌入式实时操作系统任务调度算法优化[J ].自动化与仪器仪表,2020(9):4851.[3]王博文.单总线通信技术在手持报警仪调校中的应用[J ].计算机与现代化,2019(8):5762.张旭伟(工程师),主要从事系统测试方面的研究㊂通信作者:张旭伟,w h y w h yk i s s s @s i n a .c o m ㊂(责任编辑:薛士然 收稿日期:2021-01-25)4 系统连接实物图基于H L W 8032的双路电能测量与控制系统连接实物图如图9所示㊂图9 系统连接实物图5 结 语本设计针对安装空调的高校集体宿舍进行独立双路电能采集和控制,可对宿舍中的空调专线控制,或对特定时段进行功率控制,可灵活管理用电㊂选用S T C 8A 8K 64S 4A 12芯片和H L W 8032电能计量芯片,具有测量精度高㊁稳定性强和M C U 通信电路简单等特点,可以保障用电安全,智能节能用电,提高管理效率㊂参考文献[1]江苏国芯科技有限公司.S T C 8系列单片机技术参考手册[E B /O L ].[202102].h t t p ://w w w.s t c m c u .c o m.[2]赵晓阳.学生公寓防限电装置及违规负载的识别[J ].科技创新与应用,2015(8):3940.[3]陆泉森,李军,鲍鸿.光耦隔离技术在智能测控系统中的应用[J ].机械与电子,2008(2):5356.[4]合力为科技.H L W 8032用户手册,2019.王大珅(硕士研究生),主要研究方向为通信工程等㊂通信作者:王大珅,w d s @t m u .e d u .c n㊂(责任编辑:薛士然 收修改稿日期:2021-02-03)。
计量芯片HLW8112典型应用设计
计量芯片HLW8112典型应用设计1芯片介绍1.1芯片描述HLW8112是一款高精度的电能计量IC,它采用CMOS制造工艺，主要用于单相应用。
它能够测量线电压和电流，并能计算有功功率，视在功率和功率因素。
该器件内部集成了三个∑-Δ型ADC和一个高精度的电能计量内核。
第二路通道可同时测量零线电流，支持窃电检测和漏电检测。
各输入通道都支持灵活的PGA 设置，因此HLW8112适合与不同类型的传感器使用，如电流互感器（CT）和低阻值分流器。
HLW8112可以通过多种通讯接口访问片内寄存器，包括SPI和UART。
HLW8112包含两个可配置的脉冲输出引脚，可以通过INT1和INT2引脚获取过流、过压、过零和漏电检测等功能。
HLW8112电能计量IC采用3.3V或5.0V电源供电，内置振荡器，采用16脚SSOP 封装。
1.2特性描述✓免校准功能✓宽工作电压，支持3.3V和5.0V电源供电✓测量有功功率、视在功率、电压和电流有效值✓在5000：1的动态范围内，有功电能的测量误差<0.1%✓在3000：1的动态范围内，有功功率的测量误差<0.1%✓在1000：1的动态范围内，有效电压的测量误差<0.1%✓在1000：1的动态范围内，有效电流的测量误差<0.1%✓提供有功功率过载信号指示✓提供电压信号的过零检测、过压指示和欠压指示✓提供电流信号的过零检测，过流指示✓UART/SPI通讯方式✓SSOP16封装1.3应用领域✓智能家电设备✓漏电检测设备✓计量电表✓计量插座✓ WIFI 插座 ✓ 充电桩 ✓ PDU 设备✓ LED 照明 ✓ 交通路灯1.4 芯片管脚VDD IAP IAN SPIEN INT2IBP CLKI IBN VP GND VREF SDO/TXSCLK SCSN SDI/RXINT12 硬件设计2.1 原理图设计HLW8112在HLW8110单通道基础上增加一路电流检测通道用于检测设备漏电状况。
2-可预警的智慧安全计量芯片HLW8112
可预警的智慧安全计量芯片HLW8112安全知识行业规定:安全电压为不高于36V，持续接触安全电压为24V，安全电流为10mA。
电击对人体的危害程度，主要取决于通过人体电流的大小和通电时间长短。
电流强度越大，致命危险越大；持续时间越长，死亡的可能性越大。
能引起人感觉到的最小电流值称为感知电流，交流为1mA，直流为5mA；人触电后能自己摆脱的最大电流称为摆脱电流，交流为10mA，直流为50mA；在较短的时间内危及生命的电流称为致命电流，致命电流为50mA。
在有防止触电保护装置的情况下，人体允许通过的电流一般为30mA。
人体对电流的反映:8~10mA 手摆脱电极已感到困难,有剧痛感(手指关节)20~25mA 手迅速麻痹,不能自动摆脱电极,呼吸困难50~80mA 呼吸困难,心房开始震颤90~100mA 呼吸麻痹,三秒钟后心脏开始麻痹,停止跳动现有产品现有漏电保护器漏电动作电流为30ma，漏电动作时间小于等于0.1S，所以漏电器是完全可以起到保护作用的。
这个参数是确保人发生触电事故后，身体不会产生病理和生理反应。
漏电保护器按不同方式分类来满足使用的选型。
如按动作方式可分为电压动作型和电流动作型；按动作机构分，有开关式和继电器式；按极数和线数分，有单极二线、二极、二极三线等等。
下面按动作灵敏度和按动作时间分类：按动作灵敏度可分为：1、高灵敏度：漏电动作电流在30mA以下；2、中灵敏度：30~1000mA；3、低灵敏度：1000mA以上。
按动作时间可分为：1、快速型：漏电动作时间小于0.1s；2、延时型：动作时间大于0.1s，在0.1-2s之间；3、反时限型：随漏电电流的增加，漏电动作时间减小。
当额定漏电动作电流时，动作时间为0.2s~1s；1.4倍动作电流时为0.1s-0.5s；4.4倍动作电流时为小于0.05s。
所以为了达到安全用电的标准，实际产品应该优于上述条件，漏电电流的检测反应时间应小于50mS ，甚至可以达到30mS 以内， 从以上的条件可以看出，漏电保护器至少需要能够分辨出30mA 的电流，反应时间需要达到50mS ，在设计时，一般需要留有溢值，则产品的内部分辨率至少可以分辨出10-15mA 电流，反应时间需要提高到10-30mS 。
自带串口,免校准的小封装功率计量芯片HLW8032（修订版）
自带串口,免校准的小封装功率计量芯片HLW8032关键词功率计量、电能计量芯片、物联网、HLW8032、HLW8012摘要随着物联网的高速发展，物联网产品由相对单一的智能插座产品过渡到智能家电产品上，使得智能化的小家电产品开始丰富起来，于是智能家居厂商和小家电厂家将传统家电产品升级成智能家电，而传统家电产品又绕不同开对“电”的应用，从而对电能计量的应用有了新的要求，深圳市合力为科技有限公司正是由于认识到家电行业的转变，在产品上做了新革新，推出的一款适用于物联网智能家居领域的电能计量IC - HLW8032，HLW8032是在HLW8012的基础上进行迭代的新版本，在硬件上可以实现PIN TO PIN的兼容。
HLW8032不止适用于小家电产品，还适用于智能插座、智能LED照明和充电桩等领域。
HLW8032简介HLW8032是一款高精度的单相电能计量IC，它能够测量线电压和电流，并能计算有功电能、有功功率，视在功率和功率因素。
HLW8032采用UART口通讯方式，波特率为4800bps，工作电压为5V且内置了3.579M晶振，工作电流只有4mA，采用SOP8封装。
HLW8032的芯片管脚图如下:IP IN PF TX图 1 HLW8032芯片管脚图下表为HLW8032的引脚描述:表 1 引脚功能描述HLW8032的PIN6为TX输出引脚，接入MCU的RX引脚，TX脚每50ms发送一组24byte的数据。
HLW8032的PF管脚是功率脉冲管脚，输出有功功率脉冲。
下表是HLW8032和上一代产品HLW8012的功能对比表,从表中可以看出两者的主要功能别在于通讯方式的不同。
表 2 性能对比表HLW8032应用下图是HLW8012的典型应用电路,从图中可以看出，外围电路只有简单的几个元器件，实现了电压通道和电流通道的采样。
HLW8032除了在与MCU的接口与HLW8012有不同之处，其余外围应用电路和HLW8012完全一致，所以外围应用电路上也与HLW8012完全兼容。
交直流两用计量芯片HLW8112
下表是 HLW8112 电路模块经直流校准后的测量数据，PGA = 1,输入 DC 电压 12V，最 大测量电流 3A，采样电阻 25mR 的测试数据:
从两个表可以看出，PGA = 1 的线性比较好，建议在使用直流测量时，优先使用 PGA = 1 倍。
交直流两用计量芯片 HLW8112
芯片介绍
HLW8112 是一款高精度的电能计量 IC,它采用 CMOS 制造工艺，该器件内部 集成了三个∑-Δ型 ADC 和一个高精度的电能计量内核。
HLW8112 主要用于单相应用，也可以测量直流信号。 HLW8112 可以通过多种通讯接口访问片内寄存器，包括 SPI 和 UART。 HLW8112 电能计量 IC 采用 3.3V 或 5.0V 电源供电，内置振荡器，采用 16 脚 SSOP 封装。
入范围是
±800mV/PGA
5
VP
模拟输入 电压信号正输入端，电压的最大输入范围是
±800mV/PGA
6
GND
芯片地 芯片地
7
REF
数字输入 基准电压的输入/输出引脚，需要外接 0.1uFf
去藕电容
8
SDO/TX 数字输出 SPI 数据输出口
UART 数据输出口
9
SDI/RX 数字输入 SPI 数据输入口
+3.3V
DC-DC
+3.3V
DC
1 IAP
VDD 16
2 IAN
INT2 15
3 IBP
CLKO/INT1 14
4 IBN HLW8112 CLKI 13
SSOP16 5 VP
SPIEN 12
6 GND 7 VREF 8 SDO/TX
SCSN 11 SCLK 10 SDI/RX 9
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功率计量芯片HLW8012介绍与应用
一、引言
HLW8012是深圳市合力为科技推出的单相电能计量芯片，可以测量有功功率、电量、电压有效值、电流有效值；SOP8封装，体积小，广泛应用于智能家电、节能插座，智能路灯、智能LED 灯等应用场合。
本文主要内容：1、HLW8012介绍；2、HLW8012应用硬件电路；3、HLW8012脉冲软件测量；4、HLW8012应用场合及展望。
二、、HLW8012介绍
1、HLW8012主要特性
（1）高频脉冲CF ，指示有功功率，在1000:1范围内达到±0.3%的精度
（2）高频脉冲CF1，指示电流或电压有效值，使用SEL 选择，在500:1范围内达到±0.5%的精度 （3）内置晶振、2.43V 电压参考源及电源监控电路 （4）5V 单电源供电，工作电流小于3mA 2、HLW8012引脚图
VDD
VIP
VIN
CF1
SEL
V2P
CF
选择CF1输出
电流/电压值
/电压值
图1芯片引脚图
引脚序号
引脚名称 输入/输出 说明
1 VDD 芯片电源 芯片电源
2，3 V1P ，V1N 输入 电流差分信号输入端，最大差分输入信号为±43.75mV 4 V2P 输入 电压信号正输入端。
最大输入信号±700mV 5 GND 芯片地 芯片地
6 CF 输出 输出有功高频脉冲，占空比50% 7, CF1 输出 SEL=0，输出电流有效值，占空比50%； SEL=1，输出电压有效值，占空比50%； 8 SEL
输入
配置有效值输出引脚，带下拉
● 模拟信号输入
（1）V1P ，V1N 输入电流采样信号：峰峰值V P-P ：±43.75mV ，最大有效值：±30.9mV 。
（2）V2P 输入电压采样信号：峰峰值V P-P ：±700mV ，最大有效值：±495mV 。
● 数字信号输出
（1）高频脉冲CF （PIN6）：指示功率，计算电能；输出占空比为1:1的方波。
（2）高频脉冲CF1（PIN7）：指示电流或电压有效值，SEL 选择；输出占空比为1:1的方波。
注：MCU 与HLW8012的接口不是使用协议进行读取，而是通过测量CF 、CF1引脚输出高频脉冲的周期来计算功率、电流、电压值。
3、芯片内部框图
SEL
CF1CF
图2 芯片内部框图
HLW8012内部带有2路PGA 及ADC ，对电流、电压采样信号进行模数转换，得到数字信号，芯片内部计算有功功率值、电流有效值、电压有效值，经过频率转换模块，HLW8012将有功功率值、电流有效值、电压有效值转换为方波脉冲输出（占空比1:1），各数值的大小与频率的大小成正比，与周期的大小成反比。
三、HLW8012应用硬件设计
所有电能计量测量，电压、电流通道的采样方式有2种：互感器采样方式、电阻采样方式。
互感器采样方式成本高，本文只介绍电阻采样方式。
外围硬件主要包含几部分：电源电源、功率计量电路、MCU 接口。
1、电源电路
为了配合电阻采样方式（即从电网直接采样，非隔离），电源电路必须为非隔离电源，非隔离电源有2种方式：AC-DC 非隔离电源、阻容降压电源。
两者的比较如下：
序 项目
AC-DC 非隔离电源 阻容降压电源
1 驱动电流（5V 时） 最大可达到150mA 约35mA （电容为0.68uF 时） 2
体积 小 大 3 成本 高 低 4 可靠性
高 低
5 输入电压影响驱动能力 基本不影响 电压下降，驱动能力下降 6
零负载功耗
基本为零
与驱动电流一致
用户可根据产品的不同要求，选用不同的电源电路。
（1）AC-DC 非隔离电源
下图是其中一种AC-DC 非隔离电源，L 与N 分别是交流电压的火线与零线，以零线作为地线。
此设计得到电压为5V ，驱动电流大约在50mA ，可以根据产品需求增加一些元器以提高驱动能力。
图3 AC-DC 非隔离电源
（2）阻容降压电源
下图是低成本的阻容降压电源，以零线作为地线：
图4 阻容降压电路
经安规电容C1降压，二极管整流后，采用1N4738将电源降压至8.2V ，再经过稳压芯片78L05将输出电源稳定在5V ，给HLW8012提供电源。
选用0.68uF 的安规电容，电源电路大约可以提供20mA-30mA 的驱动电流；如果需要设计更小体积的系统，可以选用0.47uF 的小体积的安规
电容，驱动电流约在15mA 。
如果需要驱动继电器，建议使用更大的电容，比如1uF 。
2、功率计量电路
HLW8012集成内置振荡器、参考电源，外围电路非常简单，主要包括电流、电压的采样。
电流信号是通过康铜电阻对负载的工作电流进行采样，电压信号是通过电阻网络分压采样。
须注意康铜电阻的接法：一端与GND 连接，另一端再与负载连接。
图5 电能计量电路
3、MCU 与HLW8012的接口
MCU 与HLW8012的接口有2种情况：MCU 与HLW8012直连、MCU 通过光耦与HLW8012连接 （1）MCU 与HLW8012直连
图6 MCU 与HLW8012直连
若MCU 与HLW8012的工作电源为同一个，且
MCU 其它控制不需要隔离措施，那么
MCU 可以与HLW8012的接口直连。
HLW8012高频脉冲引脚连接MCU 的外部中断，SEL 连接普通IO
口。
接口资源如下表：
序 测量参数 MCU 与HLW8012连接 1 功率，电量
1个IO 口（1个外部中断） 2 功率，电量 + 电流/电压 2个IO 口（2个外部中断）
3
功率，电量 + 电流 + 电压
3个
IO 口（2个外部中断,1个GPIO ）
（2）MCU 通过光耦与HLW8012连接
图7 MCU 通过光耦与HLW8012连接
若MCU 工作电源为隔离电源，则与
HLW8012的连接必须通过光耦隔离，MCU 的接口资源需要如上表。
四、HLW8012脉冲软件测量
HLW8012的脉冲输出图如下：
图8 HLW8012脉冲
1、脉冲测量原理
测量1个脉冲周期的长短，就是测量相邻2个下降沿(或上升沿)的时间间隔T 。
测量到周期之后就可以根据比例关系计算功率值、电压值、电流值。
2、脉冲测量方法
为了提高测量精度，CF 、CF1与MCU 外部中断IO 相连，外部中断模式设置为下降沿触发中断，使用MCU 外部中断来确定2次中断间隔，使用MCU 定时器来测量相邻2次外部中断的时间间隔。
3、软件流程图
脉冲测量的程序主要是在中断服务子程序中运行，相关流程图如下：
图9 外部中断服务子程序
图10 定时中断服务子程序
图11 周期测量结束的操作
按照以上流程图，得到功率、电压、电流的脉冲周期之后，功率值、电压值、电流值计算都在大循环程序中运行。
五、HLW8012应用展望
HLW8012可以测量有功功率、电量、电压有效值、电流有效值，外围元器件少，SOP8封装，适合于许多电能测量场合，尤其是体积要求小的产品。
插座类如：计量插座、WIFI智能插座、电视脑智能节能插座、电脑智能节能插座等；智能采集器如：智能路灯采集终端。
随着智能家电的发展，内部集成的传感器越来越多，电能计量模块将会是最基本的“传感器”之一，它可以“感知”家电的真实状态：若没有功率，表示家电确认关闭，若有功率，表示家电仍在工作。
电能计量模块可以统计耗电量，检测当前电压、电流是否正常，若出现异常状态，执行相应的处理措施。
所以随着智能家电的发展，家电越来越智慧，电能计量的应用将会更加广泛。