導讀:資源計量生態系統所監測和控制相當廣泛,包括氣、水、電和熱能源。對于來自住宅、商業及產業設備的計量信息,共享的計量收集裝置會以固定的時間間隔進行取樣并計算,之后再提供給服務提供商。自動讀表功能帶來了極大便利,同時現在的設備正在發展雙向網絡,如此可進一步讓個人和公司更有效地利用他們所消耗的能源。家用的能源顯示器、恒溫器及負載控制器在市場上漸漸普及,這些工具能進一步提高控制水平。運營商也能享有雙向網絡系統的好處,因為這能改善可靠性并提供互動收費機制。
供應用儀表
最常見的是計算電力消耗的電表。其次是測量液體消耗的儀表,比如水、天然氣或燃油等。第三類則是計量熱能消耗的儀表,通常指熱量表或是熱成本分配器。
關于電表,隨著國家電網智能化發展很快,現在國網和南網全國統一集中招標采購,基本上已全部為智能表和相關管理系統產品。今后技術上將進一步發展提高。
煤氣和水表一般是以電池供電并含有嵌入式控制器,可接到計量傳感器、顯示器以及通信部件,主要是無線發射器或收發器。它們通常使用容積式流量計測量單位流量流過此儀表的次數。針對較黏稠的液體,其流量是以磁鐵或軸桿的旋轉來計算,每一次的旋轉會被轉換為一個電氣信號,并由嵌入式控制器累計。不太黏稠的液體如天然氣,則可能是以超聲波傳感器測量龐大的流量。無論待測物的性質為何,低功耗都是這些系統中極為關鍵的設計參數,因為電力線通常不會拉至這些儀表所在之處。
熱量計和熱成本分配器一般安裝在有多個住家并使用中央暖氣系統的建筑物中。這些儀表會計量在特定的一段時間內傳送至某位置的熱量。同樣,這些儀表采用電池供電的解決方案,并針對最低的整體系統功耗進行優化。
與煤氣和水表的拓撲結構相似,熱能計一般會具備嵌入式控制器,并結合顯示器和通信部件以測量熱流的流動和溫度。暖氣的收費是按照被傳輸至某位置的熱量(每單位時間的熱能)來計算,其根據在特定期間內測量熱流的流動,以及輸入和輸出液體的溫度而來。客戶可以通過儀表中集成的顯示器或遠程顯示器看到這些信息。各個地方收集到的信息通常會通過無線連接傳送至收集器,并在此整合傳輸給服務提供商。
測量功能
幾乎每種儀表都必須提供以下一種或多種功能:
定量測量:因儀表種類有所不同,但是任何儀表的基本功能都是精準測量某物的數量。這些測量系統涵括極為廣泛的拓撲,僅僅舉出其中某些例子:溫度傳感器、水流傳感器、分流電阻器,隔離變壓器、電流互感器,以及計時系統等。
控制和校準:這也會因儀表的種類而有不同,一般都需要補償量測系統中的小變化。它們也能執行諸如防破壞和服務中斷的功能。
通信:可用來配置儀表中的參數,并通過有線或無線連接,將儲存的數據傳送至主機。它也能被用來更新儀表的固件或其它操作特性。
電源管理:當電力下降時,低功耗和系統穩定度便格外重要。在非電力線供電的測量應用中,要將功耗降至最低,并將電池服務周期延至最長,電源管理扮演相當關鍵的角色。
顯示:連接到低成本和低功率LCD及LED顯示器,用戶界面通常以七段式、字母數字或是矩陣顯示。多數情況下,用戶需要能直接從儀表看到使用量及費用。
同步:要可靠地將數據傳送至控制中心或其它收集系統,時鐘同步是相當重要的,如此才能支持諸如數據分析和精確計費等功能。這對于不穩定的或是使用異步通信協議的無線網絡尤其重要。
超低功耗技術
在一些應用和市場中,儀表要受到低功耗要求的嚴格限制。比如:地下水表的服務周期為二十年甚至更久。對于這些應用,具有極低自放電率的特殊化學鋰電池,例如:亞硫酸二氯化鋰(Li-SOCl2),必須滿足長壽命的要求。
儀表的智能化
對任何嵌入式智能系統來說,微控制器是關鍵。在這些應用中,微控制器必須具備極低的功率,并集成實時時鐘、模數轉換器以及通信接口等功能。像集成的LCD控制器、循環冗余檢驗部件,或是加密引擎這樣更先進的特性可以進一步減少MCU的負荷,并使其能長時間處于低功率模式,如此便能降低整體系統功耗。
無線發射器、接收器和收發器在這些系統中越來越常見,其中重要特性包括高集成度、極低功率的操作、自低功率狀態中快速啟動、高接收敏感度(高于-118dBm),以及無需外部功率放大器的高發射功率(高至20dBm)。更先進的特性包括自動封包處理、集成型FIFO以及變頻和調變結構。
集成了MCU功能和無線收發器的無線MCU也能應用在智能儀表中。這些高集成度的單片設備能幫助減少BOM和系統成本,提供具有高性能無線連接的低功耗嵌入式控制方案。
實現下一代計量系統的其它技術包括有線接入產品,例如可線性數據通信的調制解調器,提供網絡同步的時序解決方案,以及提供安全和數據保護的隔離產品。