嵌入式范畴的智能计量技能
发布时间:2022-11-30 02:23:32
  智能计量的首要驱动力在于人类对未来动力和环境状况的忧虑,对动力运用更智能的办理可削减糟蹋,缓解人类活动对环境的压力。智能计量的首要功用除了对动力消耗的、操控和对体系的毛病的确诊外,还强调了不同体系

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  智能计量的首要驱动力在于人类对未来动力和环境状况的忧虑,对动力运用更智能的办理可削减糟蹋,缓解人类活动对环境的压力。智能计量的首要功用除了对动力消耗的、操控和对体系的毛病的确诊外,还强调了不同体系间的互联互通,使嵌入式产品如

  飞思卡尔半导体(Freescale)是智能电表MCU产品的代表厂商之一,其于2010年头面向我国国家电网对智能电表的规范推出了MZ60系列MCU。随后为满意商场需求,飞思卡尔持续扩展其新一代智能MCU阵型,推出定位全球计量商场的高度集成的单芯片方案,包括适用于单相电表和流量表运用的低功耗、经济高效的8位MC9S08GW6微控器,和面向计量运用的超低功耗LCD MCU—MC9S08LH64/36,一起大举进步针对智能计量表商场的MCF51EM 32位ColdFire V1系列产值,为敏捷开宣布契合不同要求的智能电表产品供给强壮的专业技能支撑。

  智能计量持续表现出微弱的添加态势。智能电网的遍及为相关工业带来巨大的开展机会,智能电表遭到工业拉动;但伴跟着对电表功用和功用需求的进步,本钱压力也逐步增大。飞思卡尔以为,智能电表对MCU的技能应战首要有以下几点:体系本钱、体系功耗、掉电和电表失效时的数据保存、防盗电、日趋杂乱的电表规划对各种接口和通讯模块的需求、愈加严厉的EMC/EMI需求、与传感器的接口、安全的现场晋级才能等。别的从商场需求层面看,智能电表方案面对的最大应战是本钱,一起本钱也是整个智能电网概念的最中心驱动力,其牵动了从电厂、传输,到终究端家庭用户的一切环节,因而也牵动了为这些环节供给方案的半导体厂商。

  飞思卡尔工业和多元商场微操控器部亚太区商场司理曾劲涛表明,智能电网需求以下几个中心模块来完成智能化:计量网关(Metering Gateway)、AMI(自动计量根底设施)、AMM(自动计量办理模块)和AMR(自动读表)。其间计量网关为用户供给宽带网络支撑;AMI是智能电网的骨干,可完成双向电网和资源的优化;AMM首要担任数据办理和计费,确保功耗等信息的质量;AMR则为要害环节供给支撑,供给长途读表功用,可装备为内部或外部模块(图1)。

  图1,飞思卡尔的智能电网设想,其可为AMI、AMM、AMR供给产品和技能。

  德州仪器)近期也将目光瞄准生长中的MCU商场。收买Luminary后,TI构建起完好的MCU产品阵营。TI以为,跟着轿车与工业电子等主力商场的逐步回暖,消费电子、智能家居、移动核算、智能电表以及医疗电子等新式运用商场迅猛开展,其在MCU范畴根本形成了超低功耗MSP430(MCU)、依据Cortex-M3的Stellaris 系列处理器及高功用 C2000实时操控器等几大渠道,以低功耗、高通用性及高功用等不同特性,供给能满意各种运用范畴的MCU产品。

  TI的16位MP430系列是TI广泛用于智能电表的代表性MCU产品;其间MSP430FE42X系列将计量模块直接嵌入在MSP430内部,组成集成计量芯片的单向电表MCU方案,使电表的规划难度和本钱都得到下降。当然,MSP430FE42x并不是电能计量模块与MSP430的简略结合,它还供给了对内部模块的操控。假如用在单相电表的规划,规划者能够直接发动内部电能计量模块ESP430;而关于其它需求16位A/D的产品时,则能够制止ESP430模块,直接对前置可变增益放大器和A/D转换器操控,是其在产品规划中有很大的灵活性。

  除用于操控的MCU以外,具有强壮信号处理才能的DSP也是智能电网的抢手产品,其间较有代表性的产品为ADI公司的Blackfin产品线。低本钱Blackfin处理器具有处理外表级原始实时用电数据以及完成外表和电网之间通讯的才能,可供给一站式、低本钱、易于装备的解决方案。因为供电公司智能电表的布置规模不只仅掩盖本地电网,因而依据Blackfin的电表部件还能够经过软件轻松晋级,以契合本地或国家特有的不同通讯规范。

  ADI以为,智能外表技能的真实受惠者是环境。在完成实时智能抄表的技能以合理的价位呈现之前,现有的信息是不充足的,无法发现或许纠正能量糟蹋行为。凭借Blackfin的实时能量搜集和通讯才能,电力公司现在具有了节约运用能量所需的信息,直接削减了环境中的碳排放。在本地和全国规模的供电体系内添加运用智能电表是完成准确、牢靠的电能办理的要害。电费单假如不只包括每个月的电费信息,还能明晰列出按日期时刻以及按耗电的电器分类所发生的电费和电能运用状况,将让家庭更明晰地了解每月的耗电状况。更为理想的场景是,假定电力公司能够凭借搜集的这些实时信息的才能,为那些将用电时刻从用电顶峰时段转到非用电顶峰时段的用户供给大幅扣头,比方,在晚上九点而不是晚上六点半运用洗衣机的用户回馈电能信誉额度等。

  ADI最新推出的Blackfin ADSP-BF592产品(具体产品资讯,请见:超低本钱DSP产品兼具数据处理与MCU功用)十分适用于智能电表等智能计量体系中。ADI公司处理器及DSP部分商场总监Colin Duggan在采访中表明,智能计量是动力体系晋级的中心部分,其带来的收益首要有以下几个方面:对环境的维护和某些动力依赖性的下降,以及对动力运用更高的功率。现在美国等区域运用无线射频方法完成抄表是一个很好的方法,相关规范也在拟定傍边。各国智能电表方案不同很大,因而要考虑到区域性差异,除了支撑无线抄表方法,还支撑我国商场比较倾向的电力线PLC方法。其次,因为一块智能电表的规划寿数或许到达10年~15年,这就要求除了硬件自身的高质量、高牢靠性,软件晋级功用也是必不可少的。终究,安全性是各国政府和电力组织十分忧虑的问题,电表的规划要能与中心监控室(Central Office)完成实时监控,还要对电表的存储加以维护。

  Colin Duggan谈到,Blackfin ADSP-BF592的丰厚接口能够使规划者更方便地将其连接到各种设备及主处理器中。值得指出的是,因为Blackfin产品结合了DSP和MCU的功用,规划者能够按需求决议是否需求主操控芯片(Host Processor)。例如在某些简略运用中乃至能够省去这部分本钱而直接用一颗BF592一起完成信号处理和中心操控功用;而关于杂乱体系或许有较大存储空间的运用,则需求外接一颗主操控芯片。依据 Blackfin 的智能电表不只能够满意现在的规划要求,而且还为下一代能量办理技能、整合新式全异电网设备以及用户可选的用电信誉额度运用作好了预备。跟着未来规范的开展,这些运用只需经过电网即可下载到依据 Blackfin 的外表部件中,完成一种无缝传输。

  早在BF592之前,Blackfin就已被西门子选用用于智能电表的规划。Colin Duggan介绍说,西门子自动抄表信息体系(AMIS)在其智能电表技能的中心运用ADI公司的Blackfin处理器。在AMIS规划阶段初期,西门子公司就认识到要完成这个方针,智能电表就需求以较低的单价供给特别的表内处理才能、动态和电网一体化通讯以及真实的可扩展性。西门子公司挑选了Blackfin会聚式处理器,这是因为该处理器具有一起作为DSP和MCU进行无缝作业的才能,特别合适西门子AMIS的高处理和动态通讯运用要求,而且完成了极具本钱效益的核算功用,以及耗电信息核算的功用。这样就一起给电力公司和用户供给了办理电费的才能并可终究完成节约运用宝贵的电能资源。

  无线通讯使智能计量和智能电网的概念进一步延伸,并有望经过常用的技能扩展到智能家居。通讯技能厂商博通(BroADCom)便是这一概念的倡导者,其提出了打破传统嵌入式运用的“深化嵌入式技能”,建议将依据Wi-Fi技能广泛用于现有的嵌入式产品中,例如家庭无线网络与智能计量手法的结合。

  博通公司表明,因为Wi-Fi在家用无线网络中的高遍及率,运用Wi-Fi作为智能计量的一部分具有很大的优势。拿电表举例。现在智能电网后端(Backhaul)的抄表方案首要分为无线和有线两种,前者运用红外ZigBee技能;后者运用电力线载波(PLC)。在抄表环节的前一个环节,则可运用Wi-Fi技能来搜集家用电器的耗电数据(图2)。

  电力载波信号简单遭到搅扰,不行安稳。红外简单被妨碍物阻挠,功耗也较高,是单向传输的。而ZigBeeRF可在三五十米之内传输,可穿越妨碍物,其功耗低而且支撑双向传输(可调整电价)。

  博通公司资深副总裁兼无线局域网络事业部总司理Michael Hurlston以为,现在美国商场以ZigBee作为首要的信息搜集手法并不是因为ZigBee比Wi-Fi愈加先进或适用,而是在美国智能计量商场需求一种无线通讯规范作为支撑时,Wi-Fi没有及时供给相应的规范来完成这一功用。因而,美国商场对这一规范的挑选实践与技能无关,而是Wi-Fi没有对智能电网投入应有的注意力形成的,因而也导致Wi-Fi丧失了美国智能电网商场。所以,博通把目光转向我国商场。“现在我国正处于智能电网建造的前期阶段,各种技能规范的选取没有定型,前期的参与会使Wi-Fi占有更自动的位置。”

  Michael Hurlston还表明,除“先入为主”的商场挑选,即便不考虑其它要素,Wi-Fi在技能上也更优于ZigBee。他说,Wi-Fi广泛用于家用电器。电视、PC等耗电设备因为现已或行将具有Wi-Fi功用,功耗数据可无妨碍地完成同享,关于空调、冰箱、洗衣机等家电设备就需求一颗特别的芯片,即集成了Wi-Fi软件栈集的芯片。这种芯片的难度和本钱都很低,能够轻易地遍及到一般家电产品中。

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