基於ST 意法半導體BLUENRG-M2SP的智能插頭解決方案

STDES-BLUEPLUG2 是用於家庭自動化和物聯網 (IoT) 應用的智能插頭解決方案。

BLUENRG-M2SP 超低功耗藍牙應用處理器模組符合藍牙低功耗 (BLE) 規範 5.2，可以將計量數據從特定電氣負載安全地傳輸到支持 BLE 的智能手機。同時支持多種角色，可同時作為藍牙智能主或從設備。

交流電源上的設備電流消耗為 3 至 7 mA。該設備充當 BLE 周邊設備，可以使用 Android ST BLE PLUG 應用程序（可在智慧手機APP免費下載）連接到任何智能設備，以控制和監控負載及其能量參數。該應用程序具有負載開/關、調度(scheduling) 、調光和計量參數。

STDES-BLUEPLUG2 嵌入了一個 STPM32 計量芯片，用於使用分流電流傳感器、一個三端 TRIAC（用於控制通過各種電氣系統應用的交流開關的電流）對電力線系統中的功率和能量進行高精度測量及基於VIPER06XS的一個非隔離式降壓轉換器電源。這種類型的電源非常適合不需要大量電流且需要小尺寸的應用。

主電源和負載由 STPM32TR 標準計量 IC 監控，而 BLUENRG-M2SP低功耗藍牙模塊處理 ST BLE PLUG Android 應用程序的數據和命令接口開發板，可通過 EEPROM 連接器存儲數據。12 A 的TRIAC 用作負載開關和調光相位控制器。IC 的電源由 VIPER06XS 降壓轉換器輸出調節。過零電路是一種在交流循環中以接近 0 V 的交流負載電壓開始工作的電路。過零檢測用於調光參考點以相應地觸發 TRIAC。該電路有三個電阻連接到交流線路的相位以降低合成電壓，以及一個 PNP 晶體管基極上的電阻，用作上拉電阻：當基極的電壓低於基極工作電壓時，晶體管切換到低輸出。電路設計的目的是在負載電壓過零伏的瞬間啟動 TRIAC（在每個交流週期的開始或中間，由正弦波表示），因此，可以通過改變 TRIAC 的觸發角來修改輸出電壓，從而改變所需的輸出波形。


手機APP控制畫面如下：

   

運行狀態流程圖如下：

在上圖中的狀態中會進行以下動作：

1、外設初始化，包括：
– STPM 的 USART

– 觸發 TRIAC 的定時器

– 用於 NFC/RFID EEPROM 的 I2C

 – GPIO 和系統時鐘。

2、在 RUN 狀態下，API 不斷檢查來自 BLE 設備的數據包。

3、計量中斷以1Hz執行，數據發送到BLE設備，根據用戶設置。

4、中斷更新數據包。

5、TRIAC 根據數據包觸發。

ST 意法半導體VIPER06系列 是一款用於直接反饋的節能高壓離線轉換器，具有 800 V突崩堅固型(avalanche rugged)功率部分、PWM 控制器、用戶可設定的過流限制、開環故障保護、遲滯(hysteretic)熱保護、軟啟動和任何故障後的安全自動重啟。 該器件能夠直接從整流電源自行供電，無需輔助偏置繞組(auxiliary bias winding)。 先進的頻率抖動(jittering)降低了 EMI 濾波器成本。 突發(burst)模式操作和設備的極低功耗都有助於滿足節能法規設定的標準。

 STPM3x 是一個特定應用標準產品IC(ASSP)，設計用於對使用 Rogowski 線圈、電流互感器或分流電流傳感器的電力線系統中的功率和能量進行高精度測量。 STPM3x 提供瞬時電壓和電流波形，併計算電壓和電流、有功(active)、無功(reactive)和視在(apparent)功率和能量的均方根( RMS)值。 STPM3x 是一個混合信號 IC 系列，由類比和數位部分組成。類比部分由最多兩個可編程增益低雜訊低失調(offset)放大器和最多四個二階 24 位 Σ-Δ類比數位轉換器( ADC)、兩個帶獨立溫度補償的帶隙(bandgap)參考電壓、一個低壓降穩壓器和直流緩衝器組成。 數位部分由數字濾波級、硬接線 DSP、輸入的 DFE 和串行通信接口（UART 或 SPI）組成。 STPM3x 是完全可配置的，並允許在整個電流動態範圍內的單點進行快速數位系統校準。

原廠相關網頁連結:

STDES-BLUEPLUG2 - Smart plug reference design based on BLUENRG-M2SP - STMicroelectronics

 BlueNRG-M2 - Very low power application processor module for Bluetooth® low energy v5.2 - STMicroelectronics

 STPM32 - ASSP for metering applications with up to four independent 24-bit 2nd order sigma-delta ADCs, 4 MHz OSF and 2 embedded PGLNA - STMicroelectronics

 VIPER06 - VIPerPlus family: Energy saving high voltage converter for direct feedback - STMicroelectronics