嵌入式領(lǐng)域的智能計量技術(shù)

智能計量的主要驅(qū)動力在于人類對未來能源和環(huán)境狀況的擔(dān)憂，對能源使用更智能的管理可減少浪費(fèi)，緩解人類活動對環(huán)境的壓力。智能計量的主要功能除了對能源消耗的測量、控制和對系統(tǒng)的故障的診斷外，還強(qiáng)調(diào)了不同系統(tǒng)間的互聯(lián)互通，使嵌入式產(chǎn)品如MCU等，與無線技術(shù)緊密結(jié)合，是突破嵌入式技術(shù)的新興快速增長領(lǐng)域。

　　MCU如何實現(xiàn)智能電網(wǎng)的智能性

　　飛思卡爾半導(dǎo)體(Freescale)是智能電表MCU產(chǎn)品的代表廠商之一，其于2010年初面向中國國家電網(wǎng)對智能電表的標(biāo)準(zhǔn)推出了MZ60系列MCU。隨后為滿足市場需求，飛思卡爾繼續(xù)擴(kuò)大其新一代智能MCU陣容，推出定位全球計量市場的高度集成的單芯片方案，包括適用于單相電表和流量表應(yīng)用的低功耗、經(jīng)濟(jì)高效的8位MC9S08GW6微控器，和面向計量應(yīng)用的超低功耗LCD MCU—MC9S08LH64/36，同時大舉提高針對智能計量表市場的MCF51EM 32位ColdFire V1系列產(chǎn)量，為迅速開發(fā)出符合不同要求的智能電表產(chǎn)品提供強(qiáng)大的專業(yè)技術(shù)支持。

　　智能計量繼續(xù)表現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長態(tài)勢。智能電網(wǎng)的普及為相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來巨大的發(fā)展機(jī)遇，智能電表受到產(chǎn)業(yè)拉動;但伴隨著對電表功能和性能需求的提高，成本壓力也逐漸增大。飛思卡爾認(rèn)為，智能電表對MCU的技術(shù)挑戰(zhàn)主要有以下幾點(diǎn)：系統(tǒng)成本、系統(tǒng)功耗、掉電和電表失效時的數(shù)據(jù)保存、防盜電、日趨復(fù)雜的電表設(shè)計對各種接口和通信模塊的需求、更加嚴(yán)格的EMC/EMI需求、與傳感器的接口、安全的現(xiàn)場升級能力等。另外從市場需求層面看，智能電表方案面臨的最大挑戰(zhàn)是成本，同時成本也是整個智能電網(wǎng)概念的最核心驅(qū)動力，其牽動了從電廠、傳輸，到最終端家庭用戶的所有環(huán)節(jié)，因此也牽動了為這些環(huán)節(jié)提供方案的半導(dǎo)體廠商。

　　飛思卡爾工業(yè)和多元市場微控制器部亞太區(qū)市場經(jīng)理曾勁濤表示，智能電網(wǎng)需要以下幾個核心模塊來實現(xiàn)智能化：計量網(wǎng)關(guān)(Metering Gateway)、AMI(自動計量基礎(chǔ)設(shè)施)、AMM(自動計量管理模塊)和AMR(自動讀表)。其中計量網(wǎng)關(guān)為用戶提供寬帶網(wǎng)絡(luò)支持;AMI是智能電網(wǎng)的主干，可實現(xiàn)雙向電網(wǎng)和資源的優(yōu)化;AMM主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)管理和計費(fèi)，保證功耗等信息的質(zhì)量;AMR則為關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供支持，提供遠(yuǎn)程讀表功能，可配置為內(nèi)部或外部模塊(圖1)。

　　圖1，飛思卡爾的智能電網(wǎng)構(gòu)想，其可為AMI、AMM、AMR提供產(chǎn)品和技術(shù)。

　　德州儀器(TI)近期也將目光瞄準(zhǔn)成長中的MCU市場。收購Luminary后，TI構(gòu)建起完整的MCU產(chǎn)品陣營。TI認(rèn)為，隨著汽車與工業(yè)電子等主力市場的逐漸回暖，消費(fèi)電子、智能家居、移動計算、智能電表以及醫(yī)療電子等新興應(yīng)用市場迅猛發(fā)展，其在MCU領(lǐng)域基本形成了超低功耗MSP430(MCU)、基于Cortex-M3的Stellaris 系列處理器及高性能 C2000實時控制器等幾大平臺，以低功耗、高通用性及高性能等不同特性，提供能滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域的MCU產(chǎn)品。

　　TI的16位MP430系列是TI廣泛用于智能電表的代表性MCU產(chǎn)品;其中MSP430FE42X系列將計量模塊直接嵌入在MSP430內(nèi)部，組成集成計量芯片的單向電表MCU方案，使電表的設(shè)計難度和成本都得到降低。當(dāng)然，MSP430FE42x并不是電能計量模塊與MSP430的簡單結(jié)合，它還提供了對內(nèi)部模塊的控制。如果用在單相電表的設(shè)計，設(shè)計者可以直接啟動內(nèi)部電能計量模塊ESP430;而對于其它需要16位A/D的產(chǎn)品時，則可以禁止ESP430模塊，直接對前置可變增益放大器和A/D轉(zhuǎn)換器控制，是其在產(chǎn)品設(shè)計中有很大的靈活性。

　　MSP430FE42x具有三個通道獨(dú)立的16位Sigma-Delta架構(gòu)ADC，并非如通常單片機(jī)那樣采用模擬開關(guān)切換分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換的方法。此外，MSP430FE42x還內(nèi)置16位計時器，LCD驅(qū)動、14個I/O接腳、放盜電功能等。