智能插座系统原理框图

硬件设计

智能插座主要由五部分组成,分别为电源管理、计量模块、MCU控制、无线模块、继电器控制模块,各模块功能如下：

1、电源管理：釆用AC/DC开关电源,将交流220转化成5V,为主板提供电源；

2、计量模块：检测负载电器的电压、电流、功率,采用单颗电能计量芯片检测,计量芯片对负载交流电压信号和负载电流信号进行采样,经内部DSP算法处理后,以脉冲方式输出功率值、电压有效值、和电流有效值；

a)电流采样：负載电流流经锰铜电阻,因为锰铜电阻的电阻值是固定不变的,所
不同的负载电流,锰铜电阻两端产生的压降不一样,计量芯片通过采集锰铜
电阻两端的压降值,实现电流信号的采样

b)电压采样：交流电零线信号经电阻分压后,输入到计量芯片的电压检测通道
过芯片内部集成的DsP算法实现电压信号的采样

3.MCU控制：智能插座的智能控制部分,釆集到电能数据,进行分析处理,通过无线模块和服务器联网,发送和接收服务器的数据和指令,一般采用低功耗的MCU,如TI的MSP430；

4、无线模块：有WIFI、Zigbee、ZWave几种主流通讯协议,由1颗无线通讯芯片和1颗ARM芯片构成,连接服务器,进行数据传输;

5、继电器控制模块：控制负载电器电源的接入和断开

WIFI 模块应用实物图解：

智能插座电源功能原理

电源电路有两路，一路是将交流220V 经AC-DC 转换成12V 电源，采用SY50103 芯片，可以提供1A 的电流，纹波控制在100mV 以内。开关电源的优势在于功率小、转换效益高，同时体积也小，适合放入较小体积的插座内。开关电源电路图如下图所示：继电器选用12V 10A 继电器，12V 继电器相比5V 继电器的成本要低一些。由于主控制器和电能计量IC 需提供5V 电源，而无线WIFI 模块采用是3.3V 电源供电，所以12V 电源出来之后，又分为两路，一路使用稳压芯片78L05,将电源降到5V,给MCU 和HLW8012 提供电源；另一路采用DC-DC 芯片，将12V 转为3.3V 给无线模块提供电源。

采样电路包括电流信号采样和电压信号采样两部分：

电压采样采集的是零线信号上的电压，由于电压信号较大，有效值是220V,需通过电阻网络降压的方式实现采样，通过串联6 个470K 的电阻和1 个1K 的电阻进行分压，然后接入计量芯片。