技術(shù)進(jìn)步使得用具有先進(jìn)功能的數(shù)字儀表取代能源、水和天然氣的機(jī)械和機(jī)電儀表成為可能。有了這些新工具，用戶正在從純粹的被動(dòng)角色演變?yōu)楦鲃?dòng)的角色，每個(gè)人都可以控制自己的消費(fèi)習(xí)慣并定義自己的策略來(lái)節(jié)省資源。關(guān)鍵詞是“溝通”。借助新技術(shù)，公用事業(yè)和用戶可以進(jìn)行通信，為智能使用主要資源的新場(chǎng)景鋪平了道路。

智能電表

使用智能電表有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。公用事業(yè)公司可以從自動(dòng)數(shù)據(jù)收集中受益，避免由于手動(dòng)讀數(shù)而導(dǎo)致的人為錯(cuò)誤，并最終降低勞動(dòng)力成本。此外，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的收集變得更加容易，從而可以優(yōu)化分配網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和利用率。診斷和瞬時(shí)故障檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)，從而形成更高效、更可靠的配電網(wǎng)絡(luò)。此外，公用事業(yè)公司可以根據(jù)一天中的不同時(shí)間段提供額外的服務(wù)，例如實(shí)時(shí)定價(jià)。一些操作可以及時(shí)推遲，當(dāng)服務(wù)成本較低時(shí)，允許用戶節(jié)省資金和公用事業(yè)，以有效管理高峰需求。

一旦連接到家庭網(wǎng)絡(luò)，智能電表就可以提供有關(guān)消費(fèi)者習(xí)慣的有用信息。可以知道洗衣機(jī)循環(huán)的能耗、澆灌花園所需的水、供暖的每日燃?xì)庀牧?。一些研究表明，?jiǎn)單的意識(shí)可以節(jié)省20%或更多。如果有機(jī)會(huì)通過(guò)限制資源使用來(lái)節(jié)省資金，并考慮到采取行動(dòng)減少資源使用的技術(shù)，消費(fèi)者將采取行動(dòng)，節(jié)省高達(dá)50%。

智能電表將減少用戶側(cè)的主要資源，節(jié)省公用事業(yè)方面的損失，最終有助于實(shí)現(xiàn)減少碳排放的目標(biāo)，使地球成為一個(gè)更綠色的居住地。

智能電表結(jié)構(gòu)

智能電表的一般框圖如圖1所示。根據(jù)應(yīng)用、能源、燃?xì)饣蛩恚赡軐⒁粋€(gè)或多個(gè)傳感器連接到前端電子設(shè)備、具有相關(guān)電源管理電路的能源、通信節(jié)點(diǎn)和用于系統(tǒng)管理的微控制器。

圖1.智能電表框圖。

在實(shí)施聯(lián)網(wǎng)計(jì)量系統(tǒng)時(shí)，可以使用多種技術(shù)。然而，其中兩個(gè)正在成為主導(dǎo)：無(wú)線短距離（SRD）和電力線通信（PLC）。PLC特別適用于電能計(jì)量，是免費(fèi)提供的電力線載體;對(duì)于水表和燃?xì)獗恚捎谌狈线m的電力線載波，SRD正成為顯而易見(jiàn)的選擇。此外，燃?xì)獗砗退碛呻姵毓╇?，因此功耗是一個(gè)非常關(guān)鍵的方面。

為了實(shí)現(xiàn)功耗和通信范圍之間的最佳權(quán)衡，電表設(shè)計(jì)人員正在選擇sub-GHz頻段的無(wú)線電，例如北美的915 MHz，而在歐洲，感興趣的頻段是868 MHz和433 MHz，對(duì)169 MHz頻段的興趣日益濃厚。此外，大多數(shù)電表制造商正在考慮 2.4 GHz 全球免費(fèi)頻段;然而，對(duì)于給定的功耗，在這些頻率下通信的無(wú)線電比sub-GHz無(wú)線電具有更短的范圍。更寬的范圍對(duì)于燃?xì)獗砗退碇陵P(guān)重要，可以放置在惡劣的環(huán)境中進(jìn)行射頻傳播，如地下室和地下坑。

水計(jì)量—由智能計(jì)量開(kāi)發(fā)的多讀取器系統(tǒng)

無(wú)線短距離傳輸?shù)倪M(jìn)步使配水網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)成為可能。曾經(jīng)使用數(shù)學(xué)模型和在配水網(wǎng)絡(luò)和用戶連接的輸入處進(jìn)行零星測(cè)量來(lái)監(jiān)測(cè)用水量。如今，使用合適的硬件，可以執(zhí)行同步的多個(gè)測(cè)量，從而正確管理配電網(wǎng)絡(luò)。

該儀表允許AMR（自動(dòng)抄表），可用于計(jì)費(fèi)，但也可用于檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的損失。通過(guò)對(duì)投入和輸出進(jìn)行同步和頻繁的測(cè)量，公用事業(yè)公司可以每月、每周甚至每天執(zhí)行水預(yù)算。這樣，將更容易檢測(cè)由于故障或非法用水而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)損失。公用事業(yè)公司還可以為其客戶提供其他服務(wù)，例如通過(guò)在夜間或非高峰時(shí)段監(jiān)控消耗量來(lái)檢測(cè)用戶網(wǎng)絡(luò)中的損失。

用于水監(jiān)測(cè)的電池供電無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。要求電表在惡劣的環(huán)境中以有限的能源工作數(shù)年、10 年甚至 15 年。由于無(wú)線電和電視廣播、GSM 基站等帶內(nèi)干擾源或遙控器等帶內(nèi)干擾源引起的電磁干擾會(huì)降低接收器靈敏度，在某些情況下會(huì)導(dǎo)致接收器本身受到阻塞。此外，天氣條件和排水管或停放的汽車等金屬物體會(huì)影響天線性能和無(wú)線電波傳播。高濕度水平和熱循環(huán)會(huì)感應(yīng)機(jī)械應(yīng)力或影響電池性能。

所有這些因素都會(huì)影響系統(tǒng)的整體可靠性，并影響必須保持非常低的維護(hù)成本。

鑒于這些工作條件，很明顯，該器件應(yīng)具有非常高的靈敏度、抗干擾能力和低功耗。智能計(jì)量部門對(duì)可用的短程器件進(jìn)行了基準(zhǔn)測(cè)試，并決定采用ADI公司的ADF702x系列無(wú)線收發(fā)器，該系列被證明是市場(chǎng)上最好的無(wú)線收發(fā)器，可滿足這些高要求。

多閱讀器系統(tǒng)

智能計(jì)量開(kāi)發(fā)了基于ADF702x系列的多讀卡器系統(tǒng)，以滿足公用事業(yè)公司對(duì)水監(jiān)測(cè)的需求。它由水表MultiReader-C，中繼器MultiReader-R和集中器MultiReader-G組成。

MultiReader-C 是一款電池供電的計(jì)數(shù)器，最多可連接三個(gè)脈沖發(fā)射器設(shè)備。該儀表可以提供實(shí)時(shí)用水量、基于固定日歷的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及應(yīng)用特定算法處理的測(cè)量值。所有這些功能都允許多種服務(wù)，例如不同點(diǎn)的同步測(cè)量、指定時(shí)間間隔內(nèi)的用水量以及報(bào)告其他有用信息，如回流、計(jì)數(shù)器關(guān)閉和最終用戶損失。

MultiReader-R是一種電池供電的中繼器，通常安裝在桿子上，用于擴(kuò)展單米的范圍。它能夠與儀表、其他中繼器和集中器通信。

MultiReader-G從儀表收集數(shù)據(jù)，并能夠通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與中心局進(jìn)行通信。

安裝和維護(hù)用于水計(jì)量的可靠無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要硬件、軟件和系統(tǒng)管理功能，這些功能是智能計(jì)量隨著時(shí)間的推移而開(kāi)發(fā)的。

ADI公司的ISM頻段收發(fā)器技術(shù)

ADI公司的SRD收發(fā)器可以覆蓋75 MHz至1 GHz的頻段。最受歡迎的器件是ADF7020中頻段（100 kHz至200 kHz，最高200 kbps）、ADF7021窄帶（9 kHz至25 kHz，最高32 kbps）及其衍生產(chǎn)品。靈活性是這些設(shè)備的主要特征之一?？梢詫?duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行編程，以實(shí)現(xiàn)性能和功耗之間的最佳權(quán)衡。收發(fā)器支持ASK、FSK、OOK、GFSK、MSK調(diào)制方案、-16 dBm至+13 dBm范圍內(nèi)的可編程輸出功率，以及LNA的許多編程選項(xiàng)，以權(quán)衡靈敏度、線性度和電流消耗。差分LNA輸入級(jí)、PA斜坡控制以及高斯和升余弦數(shù)據(jù)濾波都有助于器件在復(fù)雜的電磁環(huán)境中正常工作。

在同一系列中，ADF7023嵌入了一個(gè)8位通信處理器，用于數(shù)據(jù)包處理、無(wú)線電控制和智能喚醒模式功能。通信處理器通過(guò)集成典型通信協(xié)議棧的較低層來(lái)減輕配套處理器的處理負(fù)擔(dān)。

審核編輯：郭婷