飞思卡尔： 打造更智能、更高效的电网

　　设想一下，自愈电网可以拥有同互联网一样的智能性和交互性？ 也许，在几年前，这还是遥不可及的梦想。

　　但是，现在政府、服务提供商以及系统和组件供应商正通力合作，通过为住宅建筑开发和实施智能仪表解决方案，实现强大的电网。“先进的智能技术，从高度集成的微控制器到无线器件和传感器，目前已做好上市准备。 政府正快速实施各项政策和计划，加快智能计量系统在全球范围内的家庭和办公室中的部署，” 飞思卡尔工业控制市场营销总监Bruno Baylac表示。

　　据Gartner研究预测，2007年至2012年，智能仪表行业将为半导体供应商带来高达20亿美元的销售收入。根据该分析公司的调查，未来5年，预计将安装大约1.5亿支仪表，其中的一半在北美。新一代的智能仪表能够经济地测量能耗、根据需求实时定价、最大限度地降低高峰负载时的能耗、降低建设额外发电容量的需求。

　　无线抄表将是有力竞争者

飞思卡尔微控制器部全球产品经理 谢晓东

　　“自动抄表(AMR)经过了从近距到远距的转变，”当谈及国内的电表市场，飞思卡尔微控制器部全球产品经理谢晓东告诉EEWORLD，最原始的自动抄表技术非红外莫属，电力公司需要派工作人员到现场将采集器对准电表读数。当然，相对于纸笔方式的抄表，红外技术无疑是一大跃进，因为它不仅便于数据的存储，还免除了录入的繁琐和错误。但是红外抄表有其自身的缺点，第一，工作人员必须对准电表才能够读到数据，如果电表无法被有效对准或者操作人员无法进入大楼进行抄表，将会影响抄表作业；第二，红外抄表需要将抄表器对准表头才可以抄到数据（中间不能有任何阻隔），这是由红外传输的特性决定的，增加了工作人员的工作量，必须逐个表、逐个楼层进行作业。尽管如此，谢晓东称，现在甚至可预见的将来，很多电表还会保留红外抄表接口。

　　然而，抄表要求的提升最终促成了485抄表、无线抄表和电力线载波抄表的诞生。低压电力载波抄表优势在于成本低、无需抄表人员现场操作等。国内电力载波多是用FSK调制方式进行调制传输，很多国内芯片供应商如鼎信，东软等都有相应方案。然而，由于国内低压电网信道复杂，所以容易产生噪声。目前，相应芯片供应商正试图通过加入通信冗余（如纠错码等等）来增强通讯的可靠性。

　　无线抄表自从诞生之日起，便以其得天独厚优势吸引了众人的眼光，其免除了红外抄表的缺陷，具有穿越障碍传输的能力，理想状态下抄表工作人员只需带着抄表器从小区经过，就可以轻松读取小区电表读数（或者电力公司需要在某个小区装上集抄器，定期读出并将小区内电表的读数集中传输到局端）。对于无线抄表，飞思卡尔有系列无线通讯器件可供选择，众所周知，飞思卡尔是Zigbee联盟主要成员之一，是Zigbee产品全球主要供应商，产品如无线收发器件MC13202，MC13201等，都广受欢迎。对于SubGHz无线抄表，飞思卡尔提供无线收发器件MC33696，MC33596等等。同样，无线抄表也并非尽善尽美，仍然存在需要提高的地方，比如空间环境会影响其传输距离及抄表成功率，其成本相对于电力线载波还是相对较高等。但是随着应用的成熟化和批量增加，相信无线抄表将是自动抄表领域有力竞争者。而且，国内无线抄表各个厂商都各自提供独立的系统，国内缺乏统一的协议和标准。而无线抄表大规模应用的瓶颈也在标准是否统一和抄收成功率上，相信随着随着自动抄表发展，大型网络的组建会逐渐向统一、互通的组网技术和标准发展。

　　然而，随着国际智能电网对电表要求的提高，现有无线抄表以及低压电力抄表由于传输速率太低，无法满足未来需求。未来智能电网需要电表能够实现代码更新，这对于表端的通讯速率要求相对较高。因而，国外也正在考虑Homeplug，OFDM等方案。对此，飞思卡尔也正积极参与，全力开发基于OFDM的电力线载波方案。

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　　像互联网一样智能

　　不管是红外抄表、无线抄表还是电力载波抄表，一个共同的趋势是不变的——对微控制器要求越来越高。因为随着电表功能的增强、通讯协议的增加，微控制器也需要提供更多的代码容量。目前，“绝大部分的水表/气表/热表（统称流量表）都还是机械式的，” 谢晓东告诉EEWORLD，部分实现预付费功能的流量表开始使用微控制器。流量表电子化必将为业界带来巨大的机会。国际上已经开始有国家推行流量表电子化，意大利政府就开始计划向电子式流量表过渡。流量表电子化将使自动抄表、预付费、供电局对终端表的控制成为可能。流量表对于系统的要求将是低功耗（通常的流量表由电池供电，并且要求电池能够持续工作数年），这对系统功耗，特别是微控制器提出严格的要求。

　　具备真1.8V模拟外设、Stop Mode电流以及可选择性打开/关闭的外设，飞思卡尔的LL系列LCD微控制器，QE系列通用微控制器都是流量表设计的好选择。上述系列超低功耗微控制器已为国内外知名流量表厂商所认可。针对流量表特殊的要求，飞思卡尔还将继续研发下一代微控制器，提供更低功耗，更简便的流量计量外设，提供更强大的自动抄表外设模块。

　　不仅如此，飞思卡尔微控制器还提供从高端到低端（包括专门为中国电表市场定制的MZ系列）产品可供客户选择。一般而言，电表厂商会按照各个终端客户的要求定制电表规格，确定通讯方式，因而为了满足终端客户日益缩短的上市时间要求（Time to Market），会有许多电表生产厂商在设计的初期就选择功能相对齐全的芯片，设计功能齐全的电表。这种原型表会包括所有常用功能比如红外、485以及不同地区的自动抄表协议等等。投标时根据客户要求打开/关闭相应功能。对此，飞思卡尔 Flexis (TM)系列微控制器首先在业界引入8位、32位微控制器无缝兼容的概念和做法。这些系列的微控制器具有管脚，程序，工具无缝兼容的特点。Flexis 微控制器包括QE系列，AC系列等等。客户可以选择相对高端的芯片，最后根据中标情况选择对应的芯片进行供货。达到性价比的最佳配置。针对电表市场，飞思卡尔 还将专门开发系列专用芯片。这些系列微控制器针对电表市场的特点，将加入专门为自动抄表设计的通讯外设，硬件纠错模块，增强型RTC，LCD模块等等。这些专用芯片将在2009年年底到2010年年中陆续推出。

　　本身电表行业就与客户需求关联很紧密，抄表企业需要根据具体客户的要求定出具体的设计需求、软/硬件架构以及通讯协议。为此，系统厂商应与芯片厂商在设计初期进行合作，同时使用功能相对齐全的微控制器进行原型机开发，随着开发的具体化，代码量的精简，最终选择出性价比最合适的微控制器进行量产。

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　　附：飞思卡尔在5月26至28日举办的MeteringChina大会暨展览会上的演示亮点：

　　使用S08LG MCU的单相电表，带有外部模拟前端（AFE）
　　基于飞思卡尔9S08LG32 8位微控制器（MCU）的经济高效的单相复费率电能表，内置片上 LCD 驱动
　　• 单相有功功率测量，具有前向、反向和汇总能量累积
　　• 独立实时时钟的复费率控制
　　• 灵活的 MCU 时钟配置
　　• 通过RS485 和红外（仅适用中国市场），用DL/T-645 2007 AMR规范进行实施
 
　　使用RS08LA MCU的单相电表，带有外部AFE
　　• 基于飞思卡尔9RS08LA8 8位MCU的低成本单相电表解决方案，内置片上 LCD 驱动
　　• 单相有功功率测量，具有前向、反向和汇总能量累积
　　• 通过RS485 和红外（仅适用中国市场），用DL/T-645 2007 AMR规范进行实施
 
　　使用电力线调制解调器（PLM）的自动抄表（AMR）系统
　　• 通过正交频分复用（OFDM）电力线通信调制解调器的高可靠性智能计量
　　• 用于楼宇控制的先进能量管理系统
　　• 基于飞思卡尔下一代32位 ColdFire® V1 内核 MCU的先进智能计量系统
 
　　基于ZigBee技术的Smart Energy演示，使用飞思卡尔MC13224V PiP™
　　• 兼容ZigBee 技术的解决方案，拥有基于飞思卡尔 MC13224V 的Smart Energy 模型
　　• 支持标准的 ZigBee Pro器件/网络
　　• 支持点到多点和网状拓扑及几千个器件
　　• 能够监控单个电源插座/开关的电能使用

　　基于ZigBee技术的AMR，用于使用 飞思卡尔MC13213 SiP的电表演示
　　• 兼容ZigBee 技术的解决方案
　　• 支持点到多点和网状拓扑
　　• 支持用手持式器件或其他无线连接（如GPRS/CDMA或ADSL）进行无线自动抄表
　　• 电表通过标准RS485 接口进行连接
　　• 用AES128 加密实现高度安全