ESP8266 WiFi物联网智能插座—电能计量-优快云博客

目录

1、芯片功能

2、性能指标

3、寄存器说明

4、UART通信协议

4.1、写操作帧格式和时序

4.2、读操作帧格式和时序

4.3、读取全电参数数据包

4.4、配置波特率

4.5、UART保护机制

5、功能说明

5.1、电流电压瞬态波形计量

5.2、有功功率

5.3、有功功率防潜动

5.4、电能计量 

5.5、电流电压有效值

5.6、过流检测

5.7、过零检测

5.8、线电压频率检测

6、应用电路

7、驱动程序

8、替代方案

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WiFi物联网智能插座硬件设计的重点就是电能计量，为此单独写一篇博文讲解电量计量的设计方案和实现原理。

电量计量选用上海贝岭的BL0942芯片，最主要有原因是：硬件方案设计简单、计量精度不错且免校准、价格便宜以及软件驱动方法简单。

1、芯片功能

BL0942 能够测量电流、电压有效值、有功功率、有功电能量等参数，可输出快速电流有效值(用于过流保护)，以及波形输出等功能，外围元件满足一定条件下可以免校准，当然BL0942 也是支持校准的。

芯片特性如下：

• 两路独立的 Sigma-Delta ADC，一路电流和一路电压。 
• 电流有效值范围(10mA\~30A)@1mohm。
• 有功电能(1w\~6600w)@1mohm\@220V 。
• 可输出电流、电压有效值，快速电流有效值，有功功率。 
• 批次出厂增益误差小于 1%，外围元件满足一定条件下可以免校准。 
• 电流通道具备过流监控功能，监控阈值及响应时间可设置。 
• 电压/电流过零信号输出。 
• 内置波形寄存器，可输出波形数据用于负载类型分析。 
• SPI(最快速率支持 900KHz)/UART(4800-38400bps)通信方式(TSSOP14L 封装支持最多 4 片级联 UART通信)。 
• 电源掉电监测，低于 2.7V 时，芯片进入复位状态。 
• 内置 1.218V 参考电压源 。
• 内置振荡电路，时钟约 4MHz 。
• 芯片单工作电源 3.3V，低功耗 10mW(典型值) 。
• SSOP10L/TSSOP14L 封装。

本项目选用SSOP10L封装，UART驱动。

2、性能指标

3、寄存器说明

本项目通过UART总线读取或设置BL0942芯片寄存器，寄存器说明如下图所示：

4、UART通信协议

BL0942芯片UART通信特性如下：

• 通过管脚 SEL 选择，与SPI 复用，UART模式SEL=0。
• 芯片工作在从模式。
• 半双工通讯，波特率可软硬件配置为 4800bps，9600bps，19200bps，38400bps。
• 8-bit 数据传输，无校验位，停止位 1 。
• 支持数据包读取。

TSSOP14L 封装可支持器件片选功能，硬件片选地址管脚为[A2_NCS，A1]，可选器件 0\~3。可支持 4 片 BL0942 挂在 UART 总线上进行数据通信，只占用 MCU 的一个 UART 接口。

在UART通信模式下，先发送 8bit 识别字节(0x58) 或(0xA8)，(0x58)是读操作识别字节，(0xA8)是写操作识别字节，然后再发送寄存器地址字节，决定访问寄存器的地址(请参见 BL0942 寄存器列表)，一帧数据传送完成，BL0942 重新进入通信模式。

4.1、写操作帧格式和时序

帧结构有两种，写操作帧和读操作帧。

写操作帧格式如下所示：

主机UART 写数据时序如下图所示，主机先发送命令字节{1,0,1,0,1,0,A2,A1}，然后发送需要写入数据的寄存器字节(ADDR)，接下来依次发送数据字节(低字节在前，高字节在后，数据有效字节不足 3 字节的，无效位补 0)，最后校验和字节。

{1,0,1,0,1,0,A2,A1}为写操作的帧识别字节。假设{A2,A1}=10，器件地址 2，帧识别字节为0xAA。 

ADDR 为写操作对应的 BL0942 的内部寄存器地址。 

CHECKSUM 字节为({1,0,1,0,1,0,A2,A1}+ADDR+DATA[7:0]+DATA[15:8]+DATA[23:16])&0xFF 取反。

4.2、读操作帧格式和时序

读操作帧格式如下所示：

主机UART 读数据时序如下图所示，主机先发送命令字节{0,1,0,1,1,0,A2,A1}，然后发送需要读取的寄存器地址字节(ADDR)，接下来 BL0942 依次发送数据字节(低字节在前，高字节在后，数据有效字节不足 3 字节的，无效位补 0)，最后校验和字节。 

{0,1,0,1,1,0,A2,A1}为读操作的帧识别字节，假设{A2,A1}=10，器件地址 2，帧识别字节为0x5A。 

ADDR 为读操作对应的 BL0942 的内部寄存器地址。 

CHECKSUM 字节为({0,1,0,1,1,0,A2,A1}+ADDR+DATA[7:0]+DATA[15:8]+DATA[23:16])&0xFF 取反。 

注意：SSOP10L 封装的器件地址是 0，即{A2,A1}=00。

时序要求如下图所示：

4.3、读取全电参数数据包

本项目读取BL0942电能计量参数，就是读取全电参数数据包。

通过命令“{0,1,0,1,1,0,A2,A1}+