通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)更智能的電網(wǎng)

TI已經(jīng)提高了其現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試計(jì)量評(píng)估套件的可用性，并擴(kuò)大其計(jì)量IC的產(chǎn)品線，讓它們內(nèi)存更大、安全性和精確度更高。例如，作為其MCU產(chǎn)品組合的一部分，TI新的多相電表工具包基于MSP430F6679 SoC，為廣大開發(fā)人員提供一流的精確度、更大的集成內(nèi)存和更先進(jìn)的防篡改保護(hù)。這些SoC所實(shí)現(xiàn)的電表精確度達(dá)到甚至超過(guò)了世界許多智能多相電表的許多標(biāo)準(zhǔn)，包括IEC 62053-22和ANSI C12.20 Class 0.2標(biāo)準(zhǔn)。另外，高達(dá)512KB的集成閃存內(nèi)存可實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜的電表功能，例如：動(dòng)態(tài)計(jì)價(jià)表、DLMS/COSEM或者網(wǎng)絡(luò)接入堆棧。

TI致力于滿足不同網(wǎng)絡(luò)接入解決方案的需求，為智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接入提供業(yè)界最為豐富的產(chǎn)品組合，包括Sub-1 GHz、2.4 GHz、Wi-Fi®、ZigBee、NFC和PLC等。除為各主要PLC聯(lián)盟的積極創(chuàng)立成員以外，TI還利用其豐富的專業(yè)知識(shí)和大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，開發(fā)出業(yè)界第一個(gè)PLC器件，在同一塊芯片上同時(shí)集成了對(duì)PRIME、G3和試行版IEEE P1901.2窄帶OFDM PLC的支持。該器件讓開發(fā)人員可以輕松地開發(fā)出面向未來(lái)需求的智能電表，其可以通過(guò)全世界任何國(guó)家的現(xiàn)有輸電線高效地傳輸數(shù)據(jù)。如“智能電表板3.0”視頻中所展示的那樣，TI提供許多獨(dú)特的系統(tǒng)解決方案，它們把模擬和數(shù)字硬件組件與相關(guān)軟件堆棧組合，以支持世界各種智能電表架構(gòu)。

下一步是智能電表的部署

盡管網(wǎng)絡(luò)型計(jì)量表的部署最初始于電力行業(yè)，但流量表市場(chǎng)(氣、水、熱和曖氣使用分配器)也正獲得發(fā)展的動(dòng)力，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，有望會(huì)部署數(shù)百萬(wàn)臺(tái)這類設(shè)備。派克研究公司2012年報(bào)告預(yù)測(cè)，全球智能水表保有量不斷增長(zhǎng)，到2017年，將從2011年的1030萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)近2倍至2990萬(wàn)臺(tái)。對(duì)于氣表更是如此，其年出貨量將從2010年的190萬(wàn)臺(tái)，增加至2016年的780萬(wàn)臺(tái)(派克研究公司2011年報(bào)告)。歐洲《能效標(biāo)準(zhǔn)》(EED)推動(dòng)發(fā)展“20-20-20”計(jì)劃，其目的是解決這個(gè)行業(yè)長(zhǎng)期面臨的挑戰(zhàn)，維持低成本、安全和可持續(xù)的能源供應(yīng)。作為該計(jì)劃的組成部分，20%的能效目標(biāo)正推動(dòng)英國(guó)(部署數(shù)量最多，達(dá)2200萬(wàn)臺(tái))等國(guó)家大規(guī)模使用智能氣表，而意大利(2100萬(wàn)臺(tái))和法國(guó)(1100臺(tái))則緊隨其后(數(shù)據(jù)來(lái)源于2011年范·戴克公司和2010年因創(chuàng)公司報(bào)告)。

另外，從簡(jiǎn)單計(jì)量表轉(zhuǎn)向智能流量表涉及通信和跨設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接。

圖2 TI擁有多種網(wǎng)絡(luò)接入方案的智能流量表解決方案

圖2顯示了一個(gè)通用流量表拓?fù)涞牟煌W(wǎng)絡(luò)接入方法。LPRF無(wú)線電通常用于電池供電型氣表或者水表，與另一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)內(nèi)計(jì)量表或者傳統(tǒng)有線解決方案(例如：有線MBUS)頂部數(shù)據(jù)采集器之間通信。這種計(jì)量表還可以接收價(jià)目表信息、固件更新或者關(guān)閉閥門激活指令，其通常與預(yù)付功能(有時(shí)基于NFC系統(tǒng))一起使用。電池預(yù)期壽命從10年到15年以上不等，這給流量表制造廠商帶來(lái)了一個(gè)挑戰(zhàn)。使用正確的電源設(shè)計(jì)來(lái)維持規(guī)定功率輸出和無(wú)線電性能，并且電池不出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，這樣便可在系統(tǒng)層解決電源需求問(wèn)題。例如，把TPS62730降壓轉(zhuǎn)換器和MSP430™微控制器一起用于TI不斷增長(zhǎng)的Sub-1 GHz wM-Bus解決方案系列產(chǎn)品，例如：SimpleLink™ CC1120 RF收發(fā)器，便可完美提供業(yè)界最佳的選擇性和阻隔性能。這種系統(tǒng)級(jí)解決方案還擁有最低的系統(tǒng)功耗，保證計(jì)量表在戶外工作許多年，無(wú)需更換電池。

流量表或是任何電池供電型終端節(jié)點(diǎn)(例如：無(wú)線傳感器)的網(wǎng)絡(luò)接入功能，都要求把模擬及數(shù)字硬件與軟件相結(jié)合的系統(tǒng)級(jí)方法。例如，TI已經(jīng)演示過(guò)，使用結(jié)合了RPL路由協(xié)議的TSCH和IPv6的802.15.4e MAC層，可極大提高傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的壽命、可靠性、覆蓋范圍和可擴(kuò)展性(請(qǐng)參看視頻)。物聯(lián)網(wǎng)要求給未來(lái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備帶來(lái)了沖擊，但是設(shè)備和應(yīng)用決定了物聯(lián)網(wǎng)的可行性。

除此以外，模塊化、更具風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避能力的方法往往帶來(lái)更高的材料費(fèi)用(BOM)，而設(shè)計(jì)復(fù)用可為那些面向多個(gè)市場(chǎng)的復(fù)雜智能計(jì)量表設(shè)計(jì)帶來(lái)節(jié)省成本的可能性。例如，使用基于超低功耗MSP430F5435A MCU的相同MCU平臺(tái)，面向Sub-1 GHz和2.4GHz市場(chǎng)，或者使用基于TI的SimpleLink CC1200 Sub-1 GHz收發(fā)器的相同RF模塊，同時(shí)用于氣表和水表解決方案。IC供應(yīng)商通常還會(huì)提供引腳兼容型MCU或者RF系列產(chǎn)品，其擁有更大的內(nèi)存及(或)更高的系統(tǒng)性能(Stefanov公司2012年報(bào)告)。這些靈活性可極大減少后續(xù)設(shè)計(jì)修改所需的資源。對(duì)于計(jì)量表制造廠商來(lái)說(shuō)，這就意味著更低的制造成本以及更大的投資回報(bào)。對(duì)于智能電網(wǎng)而言，它還意味著更快的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備部署，符合相關(guān)規(guī)定，并且標(biāo)準(zhǔn)也已確定。

規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)是大規(guī)模部署網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的關(guān)鍵所在

規(guī)定影響智能計(jì)量表使用率和確定計(jì)量表功能的規(guī)范。例如，美國(guó)國(guó)防部似乎正在尋求取得由總務(wù)管理局(GSA)負(fù)責(zé)管理的政府基礎(chǔ)設(shè)施，意在獲得聯(lián)邦預(yù)算費(fèi)用。與美國(guó)一樣，中國(guó)大陸也正通過(guò)啟動(dòng)“智能城市”項(xiàng)目，以在節(jié)能方面發(fā)揮核心作用。特別值得注意的是，Sub-1 GHz頻帶更適合于大型公寓樓的信號(hào)覆蓋。