智能電表內部構造深度拆解：電表如何智能？

在電力及燃氣等能源領域，具備通信功能并能夠遠程讀取數(shù)據(jù)的“智能儀表”受到的關注越來越高。其原因是，這種儀表有望用于多種用途，如能源使用情況的“可視化”、使用抄表數(shù)據(jù)提供咨詢服務，將來還有望用于家用設備控制等。

那么，這種智能儀表由哪些部件構成，并由哪些廠商供應主要部件?與智能手機等便攜終端相比，人們幾乎沒有機會了解智能儀表的內部構造。因此，為了弄清楚這些內部情況，拆解組決定購買美國的“智能電表”產品，并進行內部分析。

此次是在從事過多款產品拆解調查的Fomalhaut Technology Solutions公司的協(xié)助下進行拆解分析的。下面首先以具備有線通信功能的智能儀表為主，分析一下使用部件的廠商名稱及部材成本等。

具備以太網通信功能

此次拆解的產品是美國儀表廠商Itron的“Sentinel SS5S2L”(以下稱Sentinel)與美國通用電氣的“KV2”，二者均為支持120V～480V電壓的電表，具備以太網或電話線通信功能(表 1)。此外，為了便于參考，同時還分析了瑞士蘭吉爾(Landis+Gyr)公司的不具備通信功能的“AXS4”的內部情況，并一起列在下表中。

表1 此次拆解分析的電表

這三款儀表的共同點是，均為電表，而且可使用液晶面板顯示數(shù)據(jù)。其不同點是，具備通信功能的兩款機型在內部安裝了三塊基板，而不具備通信功能的 AXS4則將主要部件集成在了一塊基板上。而且，AXS4的部材成本推測值最低。拆解時可以看出，其他兩款機型因嵌入了通信功能，部材成本有所增加。

使用三塊基板

下面我們看一下內部具體構造。首先分析一下安裝在Sentinel內部基板上的MCU等。

Sentinel與其他智能電表一樣采用圓筒形狀，乍看上去就像一個稍大的罐頭盒。取下外面的塑料殼，并拆除下部的加固部材后，可以看到兩塊安裝有各種部件的基板(圖1)。里面還有一塊基板，該電表共由三塊基板構成。其中一塊是進行以太網等通信處理的基板，另一塊是安裝主要MCU的主基板。每塊基板均由樹脂制成。

圖1 Itron公司的Sentinel

取下外殼并拆掉下部的加固部材后，可以看到兩塊基板。此外，里面還有一塊基板。

負責通信處理的基板上最引人注目的部件是，進行以太網信號與串行信號轉換的美國創(chuàng)力(Lantronix)公司的超小型設備服務器“XPort”(圖 2)。XPort的內部嵌入了可進行串行數(shù)據(jù)及以太網數(shù)據(jù)轉換處理及網絡控制處理的電路，可以利用以太網線傳輸信號。位于其周圍的瑞薩電子的MCU等估計是進行通信處理的。

圖2 以太網信號與串行信號的交換

主要安裝通信處理部分的基板。用來交換以太網信號與串行信號的創(chuàng)力“Xport”十分引人注目。

還有可能安裝了備用電路

主基板上安裝了多個MCU(圖3)。特點是采用了多款日本廠商生產的MCU，包括瑞薩電子的16bit產品與NEC電子的產品注1)。此外還有歐美廠商的產品，如美國愛特梅爾的8bit產品，荷蘭恩智浦半導體的液晶驅動器IC等。

注1)本文涉及到的廠商均為電表上市時的名稱，其中包括現(xiàn)已更名的企業(yè)。

圖3 使用瑞薩等公司的MCU

主基板上安裝了瑞薩電子及愛特梅爾等的MCU。

另一個特點是具備兩個相似的電路塊，分別以瑞薩與NEC的MCU為中心，安裝了美國PDI公司的晶體振蕩器以及各種防噪音部件等。對此，F(xiàn)omalhaut Technology Solutions的主管柏尾南壯指出，“因為是使用壽命長達10年的產品，所以使其具備了備用電路職能”。這樣就具備了冗余性，發(fā)生故障時，能夠利用另一個電路塊繼續(xù)進行處理。

日本產品較多的原因

除基板外，電表內部還嵌入了兩個圓筒形鋰離子充電電池。其形狀并非筆記本電腦等使用的直徑18mm高65mm的“18650”，而是接近5號干電池。使用這種電池之后，當因某種原因斷電時，電路能夠繼續(xù)工作。

此外，還使用了尼吉康的鋁電解電容器等，明顯日本廠商的部件較多。對此，F(xiàn)omalhaut的柏尾認為，“因為是長期使用的工業(yè)設備，所以選擇了長期可靠性較高的日本產部件”。據(jù)該公司推測，這些基板與構成部件合計后的部材成本為5551.32日元。

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