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

TI已經(jīng)提高了其現場(chǎng)測試計量評估套件的可用性，并擴大其計量IC的產(chǎn)品線(xiàn)，讓它們內存更大、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(kāi)發(fā)人員提供一流的精確度、更大的集成內存和更先進(jìn)的防篡改保護。這些SoC所實(shí)現的電表精確度達到甚至超過(guò)了世界許多智能多相電表的許多標準，包括IEC 62053-22和ANSI C12.20 Class 0.2標準。另外，高達512KB的集成閃存內存可實(shí)現更多復雜的電表功能，例如：動(dòng)態(tài)計價(jià)表、DLMS/COSEM或者網(wǎng)絡(luò )接入堆棧。

TI致力于滿(mǎn)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(zhuān)業(yè)知識和大量現場(chǎng)試驗，開(kāi)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PRIME、G3和試行版IEEE P1901.2窄帶OFDM PLC的支持。該器件讓開(kāi)發(fā)人員可以輕松地開(kāi)發(fā)出面向未來(lái)需求的智能電表，其可以通過(guò)全世界任何國家的現有輸電線(xiàn)高效地傳輸數據。如“智能電表板3.0”視頻中所展示的那樣，TI提供許多獨特的系統解決方案，它們把模擬和數字硬件組件與相關(guān)軟件堆棧組合，以支持世界各種智能電表架構。

下一步是智能電表的部署

盡管網(wǎng)絡(luò )型計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，在不遠的將來(lái)，有望會(huì )部署數百萬(wàn)臺這類(lèi)設備。派克研究公司2012年報告預測，全球智能水表保有量不斷增長(cháng)，到2017年，將從2011年的1030萬(wàn)臺增長(cháng)近2倍至2990萬(wàn)臺。對于氣表更是如此，其年出貨量將從2010年的190萬(wàn)臺，增加至2016年的780萬(wàn)臺(派克研究公司2011年報告)。歐洲《能效標準》(EED)推動(dòng)發(fā)展“20-20-20”計劃，其目的是解決這個(gè)行業(yè)長(cháng)期面臨的挑戰，維持低成本、安全和可持續的能源供應。作為該計劃的組成部分，20%的能效目標正推動(dòng)英國(部署數量最多，達2200萬(wàn)臺)等國家大規模使用智能氣表，而意大利(2100萬(wàn)臺)和法國(1100臺)則緊隨其后(數據來(lái)源于2011年范·戴克公司和2010年因創(chuàng )公司報告)。

另外，從簡(jiǎn)單計量表轉向智能流量表涉及通信和跨設備網(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)通用流量表拓撲的不同網(wǎng)絡(luò )接入方法。LPRF無(wú)線(xiàn)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 )內計量表或者傳統有線(xiàn)解決方案(例如：有線(xiàn)MBUS)頂部數據采集器之間通信。這種計量表還可以接收價(jià)目表信息、固件更新或者關(guān)閉閥門(mén)激活指令，其通常與預付功能(有時(shí)基于NFC系統)一起使用。電池預期壽命從10年到15年以上不等，這給流量表制造廠(chǎng)商帶來(lái)了一個(gè)挑戰。使用正確的電源設計來(lái)維持規定功率輸出和無(wú)線(xiàn)電性能，并且電池不出現漏電現象，這樣便可在系統層解決電源需求問(wèn)題。例如，把TPS62730降壓轉換器和MSP430™微控制器一起用于TI不斷增長(cháng)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。這種系統級解決方案還擁有最低的系統功耗，保證計量表在戶(hù)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點(diǎn)(例如：無(wú)線(xiàn)傳感器)的網(wǎng)絡(luò )接入功能，都要求把模擬及數字硬件與軟件相結合的系統級方法。例如，TI已經(jīng)演示過(guò)，使用結合了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 )應用的壽命、可靠性、覆蓋范圍和可擴展性(請參看視頻)。物聯(lián)網(wǎng)要求給未來(lái)網(wǎng)絡(luò )設備帶來(lái)了沖擊，但是設備和應用決定了物聯(lián)網(wǎng)的可行性。

除此以外，模塊化、更具風(fēng)險規避能力的方法往往帶來(lái)更高的材料費用(BOM)，而設計復用可為那些面向多個(gè)市場(chǎng)的復雜智能計量表設計帶來(lái)節省成本的可能性。例如，使用基于超低功耗MSP430F5435A MCU的相同MCU平臺，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，其擁有更大的內存及(或)更高的系統性能(Stefanov公司2012年報告)。這些靈活性可極大減少后續設計修改所需的資源。對于計量表制造廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，這就意味著(zhù)更低的制造成本以及更大的投資回報。對于智能電網(wǎng)而言，它還意味著(zhù)更快的網(wǎng)絡(luò )接入設備部署，符合相關(guān)規定，并且標準也已確定。

規定和標準是大規模部署網(wǎng)絡(luò )設備的關(guān)鍵所在

規定影響智能計量表使用率和確定計量表功能的規范。例如，美國國防部似乎正在尋求取得由總務(wù)管理局(GSA)負責管理的政府基礎設施，意在獲得聯(lián)邦預算費用。與美國一樣，中國大陸也正通過(guò)啟動(dòng)“智能城市”項目，以在節能方面發(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覆蓋。