STM32F103读取HLW8112程序与电路图

一、HLW8112芯片简介

HLW8112是一款高精度电能计量芯片，可测量交流电压、电流、有功功率、电能等参数，广泛应用于智能电表、电力监测、节能设备等领域。其核心特点：

支持UART/SPI通信（常用UART接口，波特率4800/9600）；
测量范围：电压0-300V，电流0-30A，功率0-4.5kW；
精度：电压±0.5%，电流±0.5%，功率±1%；
内置24位ADC，支持过压/过流保护。

二、系统架构与电路图

1. 完整电路图（简化版）

+3.3V ──┬───────────────────────┬───────────────────────┬── VCC(HLW8112)
       │                       │                       │
      ┌┴┐                     ┌┴┐                     ┌┴┐
      │ │ 10kΩ(上拉)           │ │ 10kΩ(上拉)           │ │ 0.1μF(去耦)
      └┬┘                     └┬┘                     └┬┘
       │                       │                       │
STM32F103:                          HLW8112:
PA9(TX) ────┬─────────────────────┤ RX
PA10(RX) ───┬─────────────────────┤ TX
GND ────────┴─────────────────────┴ GND

互感器连接：
AC 220V ── PT(100:1) ── VIN(HLW8112)  // 电压采样
AC 220V ── CT(1000:1) ── IIN(HLW8112)  // 电流采样

三、STM32F103读取程序（HAL库实现）

1. 开发环境

IDE：STM32CubeIDE 1.13.0
库：STM32CubeF1 HAL库
通信协议：UART，波特率4800，8N1（8位数据位，1位停止位，无校验）

2. 核心代码实现

（1）UART初始化（usart.c）

#include "usart.h"

UART_HandleTypeDef huart1;

void MX_USART1_UART_Init(void) {
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 4800;  // HLW8112默认波特率
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}

// UART发送函数
void UART_SendByte(uint8_t data) {
  HAL_UART_Transmit(&huart1, &data, 1, 100);
}

// UART接收函数（阻塞式）
uint8_t UART_ReceiveByte(uint32_t timeout) {
  uint8_t data;
  HAL_UART_Receive(&huart1, &data, 1, timeout);
  return data;
}

（2）HLW8112通信协议与命令

HLW8112通过寄存器地址读取数据，常用命令如下：

功能	命令码（十六进制）	数据长度（字节）	说明
读取电压	0x01	3（含校验和）	返回电压原始值（24位）
读取电流	0x02	3	返回电流原始值（24位）
读取功率	0x03	3	返回功率原始值（24位）
读取电能	0x04	3	返回电能累计值（24位）
软复位	0x55	1	芯片复位

数据格式：命令码（1字节）+ 数据（2字节，高位在前）+ 校验和（1字节，前3字节异或）。

（3）HLW8112驱动（hlw8112.c）

#include "hlw8112.h"
#include "usart.h"
#include "string.h"

// 读取HLW8112寄存器数据
uint32_t HLW8112_ReadReg(uint8_t cmd) {
  uint8_t tx_buf[1] = {cmd};
  uint8_t rx_buf[3] = {0};  // 数据+校验和（共3字节：2字节数据+1字节校验和）
  
  // 发送命令
  HAL_UART_Transmit(&huart1, tx_buf, 1, 100);
  
  // 接收数据（3字节：数据高8位+低8位+校验和）
  HAL_UART_Receive(&huart1, rx_buf, 3, 100);
  
  // 校验和验证（前2字节异或）
  uint8_t checksum = rx_buf[0] ^ rx_buf[1];
  if (checksum != rx_buf[2]) {
    return 0;  // 校验失败
  }
  
  // 组合24位数据（实际为16位有效数据，高8位为符号位）
  return (rx_buf[0] << 8) | rx_buf[1];
}

// 原始值转电压（V）
float HLW8112_RawToVoltage(uint32_t raw) {
  // 比例系数：HLW8112电压系数 = 0.0003125V/LSB（根据datasheet）
  return raw * 0.0003125f;
}

// 原始值转电流（A）
float HLW8112_RawToCurrent(uint32_t raw) {
  // 比例系数：HLW8112电流系数 = 0.000015625A/LSB（根据CT变比调整）
  return raw * 0.000015625f;
}

// 原始值转功率（W）
float HLW8112_RawToPower(uint32_t raw) {
  // 比例系数：HLW8112功率系数 = 0.0003125W/LSB
  return raw * 0.0003125f;
}

（4）主程序（main.c）

#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "hlw8112.h"
#include "stdio.h"

int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_USART1_UART_Init();
  
  while (1) {
    // 读取电压、电流、功率
    uint32_t raw_voltage = HLW8112_ReadReg(0x01);  // 电压命令0x01
    uint32_t raw_current = HLW8112_ReadReg(0x02);  // 电流命令0x02
    uint32_t raw_power = HLW8112_ReadReg(0x03);    // 功率命令0x03
    
    // 转换为实际值
    float voltage = HLW8112_RawToVoltage(raw_voltage);
    float current = HLW8112_RawToCurrent(raw_current);
    float power = HLW8112_RawToPower(raw_power);
    
    // 串口打印（通过USART1输出）
    char msg[100];
    sprintf(msg, "V: %.2fV, I: %.3fA, P: %.2fW\r\n", voltage, current, power);
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)msg, strlen(msg), 100);
    
    HAL_Delay(1000);  // 1秒更新一次
  }
}

参考代码 STM32F103读取HLW8112程序 www.youwenfan.com/contentcss/182460.html

四、关键参数与校准

1. 比例系数计算

HLW8112的原始值需通过比例系数转换为实际物理量，系数由硬件设计决定：

电压系数：Kv=223Vref×Rdiv1（Rdiv为电压采样电阻分压比）
电流系数：Ki=223Iref×NCT1（NCT为CT变比，如1000:1）
功率系数：Kp=Kv×Ki

示例：若CT变比为1000:1，电流系数Ki=0.000015625A/LSB（即1/64000）。

2. 校准步骤

零点校准：断开负载，读取电流原始值，作为零点偏移量。
满量程校准：接入标准负载（如220V/10A），调整比例系数使测量值与标准值一致。
温度补偿：HLW8112内置温度传感器，需根据温度修正系数（参考datasheet）。

五、调试与故障排除

1. 常见问题

问题现象	可能原因	解决方案
无数据返回	UART波特率错误	确认HLW8112波特率（默认4800）
数据乱码	校验和错误	检查接线是否松动，增加延时
测量值偏差大	比例系数未校准	按标准负载重新校准系数
通信偶尔中断	电源纹波大	增加100nF去耦电容

2. 调试工具

串口助手：通过USB-TTL模块连接HLW8112的UART，直接发送命令（如0x01）查看返回数据。
示波器：测量UART_TX/RX信号，确认波形正常（无畸变、无干扰）。

六、总结

本方案通过STM32F103的UART接口读取HLW8112的电能参数，核心步骤为UART通信配置、命令发送与数据解析、原始值转实际物理量。系统可扩展为电力监测系统，通过LCD显示或上传至云平台，适用于智能电表、能耗分析等场景。