電子儀表中的關(guān)鍵部件及無線技術(shù)
加入技術(shù)交流群
可靠性和耐用性：不需要多動(dòng)部件是電子儀表解決方案的顯著優(yōu)點(diǎn)，電子儀表能夠承受更高強(qiáng)度的機(jī)械應(yīng)力，它可以被置于戶外，處于氣候條件和溫度隨季節(jié)變化的露天自然環(huán)境中。雖然電子元件對(duì)溫度變化很敏感，但是這些變化量可以很容易地估算并予以補(bǔ)償。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201701/337411.htm高精度：一般的電子儀表精確度到達(dá)0.8%，而有些電子儀表提供的精度規(guī)格到達(dá)0.5%，甚至0.2%，符合更嚴(yán)格的美國國家標(biāo)準(zhǔn)（AmericanNationStandard,ANSI）C12.20-2002規(guī)范?；贛CU或DSC的電表的精確度可以由單軟體參數(shù)指定，安裝時(shí)可以根據(jù)應(yīng)用的需求方便地修改這些參數(shù)，同時(shí)保持硬體平臺(tái)不變，由于同一種產(chǎn)品可以部署在不同的區(qū)域并且可以方便地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)更新，所以公用事業(yè)公司和儀表制造商可以進(jìn)行流水生產(chǎn)，并通過擴(kuò)大規(guī)模而提高收益。
非線性負(fù)載和低功率（電表）：無功率負(fù)載（電機(jī)消耗的電可達(dá)電能使用總量的40%）和非線性負(fù)載比例的不斷增加給供電方帶來了負(fù)擔(dān)，傳統(tǒng)儀表已不能充分地測(cè)量低功率因數(shù)系統(tǒng)的能耗，而電子儀表可以方便地指示有功/無功功率和功率因數(shù)的瞬時(shí)值，該資料可以用于提醒用戶并未考慮功率因數(shù)的收費(fèi)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)資料。
易于校準(zhǔn)：電子解決方案可以方便地補(bǔ)償溫度變化，當(dāng)然同時(shí)還需要考慮機(jī)械/物理變化。電子儀表可以使用幾種技術(shù)來提供非易失憶記憶體（EPROM、EEPROM和快閃記憶體等）以存儲(chǔ)修正/校準(zhǔn)參數(shù)?？梢远ㄆ趶?fù)查和更新（現(xiàn)場(chǎng)）這些參數(shù)，以確保儀表精度始終符合要求。
防篡改保護(hù)：電子儀表可以使用多種簡便方法來檢測(cè)篡改和偷襲事件。尤其對(duì)于電表，可以檢測(cè)到很多“典型”狀況。例如：不對(duì)稱負(fù)載（通過接地復(fù)合回路來逃避計(jì)量）、臨時(shí)斷開（或繞過）儀表使用永磁體使電流互感器飽和或計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)、蓄意破壞行為。當(dāng)檢測(cè)到這些行為時(shí)，在有些情況下電子儀表會(huì)采取特定的“措施”或簡單地給出一個(gè)警告標(biāo)志，若儀表與讀表網(wǎng)絡(luò)相連，會(huì)立即向公用事業(yè)公司發(fā)送警報(bào)。
自動(dòng)讀表：由于不需要在每次付費(fèi)時(shí)進(jìn)行人工抄表，自動(dòng)讀表可以為公用事業(yè)公司節(jié)省大量成本。人工抄表是勞動(dòng)密集型的工作，容易發(fā)生（人為）錯(cuò)誤并且由于儀表位于用戶的住所內(nèi)會(huì)給用戶帶來不便。當(dāng)前使用幾種技術(shù)來對(duì)電子儀表進(jìn)行自動(dòng)讀表或者對(duì)現(xiàn)有機(jī)械/機(jī)電式進(jìn)行翻新改造。
通過下列機(jī)制可以自動(dòng)讀取電子儀表并與其進(jìn)行通信：
●紅外線—通過位于儀表表盤上的短距離紅外線LED；
●射頻（RadioFrequency,RF）--短距離和長距離；
●資料數(shù)據(jù)機(jī)—通過電話線；
●傳輸線載波（PowerLineCarrier,PLC）--短距離到中距離；
●序列埠（RS-485）;
●寬帶。
自動(dòng)讀表的優(yōu)勢(shì)通過與掌上型設(shè)備（通過紅外線或RF，可以相隔數(shù)百英尺）通信就可體現(xiàn)出來。雖然這樣做并不能免除操作人員訪問每個(gè)地點(diǎn)，但是能保證讀數(shù)正確并大大加快了讀取速度。再例如，在一個(gè)多住戶的大樓內(nèi)，多個(gè)儀表可以被連接到一個(gè)RS-485網(wǎng)路，通過一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行讀取，同樣可以提高速度和精度。
安全性
隨著測(cè)量自動(dòng)化程度的提高，對(duì)通信技術(shù)的安全需求也相應(yīng)增加了，因此公用事業(yè)公司采集資料的隱私性和完整性就顯得非常重要。例如，Microchip的解決方案包括高級(jí)的加密的三重DES和AES(最高可達(dá)到256位密碼)，以及用于進(jìn)行用戶身份驗(yàn)證和訪問控制的低成本專有解決方案（KEELOQ安全）
先進(jìn)的付費(fèi)方式
通過使用電子儀表可以實(shí)現(xiàn)兩種全新的付費(fèi)技術(shù)：分時(shí)付費(fèi)和預(yù)付費(fèi)。其中，分時(shí)付費(fèi)是指在每天的不同時(shí)段或每周的某些天對(duì)同一種公用資源（例如，電能）收取不同的費(fèi)用。此技術(shù)使用公用事業(yè)公司可以調(diào)節(jié)需求從而優(yōu)化全天對(duì)能源的使用，通過在高峰時(shí)段（或每周的某些天）收取更高地使用費(fèi)，鼓勵(lì)用戶合理高效地使用資源。電子儀表可以集成廉價(jià)的及時(shí)時(shí)鐘。（Real-Clock,RTC）和日歷（RTCC）電路來及時(shí)跟公用資源的使用情況。
其中分時(shí)付費(fèi)是指在每天的不同時(shí)斷或每周的這些天對(duì)同一種公用資源（例如，電能）收取公司可以調(diào)節(jié)需求從而優(yōu)化全天對(duì)能源的使用。通過在高峰時(shí)段（或每周的這些天）收取更高的使用費(fèi)，鼓勵(lì)用戶合理高效地使用資源。電子儀表可以集成廉價(jià)的及時(shí)時(shí)鐘（Real-TimeClock,RTC）和日歷（RTCC）電路來及時(shí)跟從公用使用情況。
預(yù)付費(fèi)技術(shù)意在使公共事業(yè)公司降低收費(fèi)的財(cái)務(wù)成本。該技術(shù)允許用戶提前買賣有限數(shù)量的服務(wù)并接受賒購，通常通過智慧卡或者磁卡付費(fèi)。在這種情況下，是否提供服務(wù)（燃?xì)?、水、熱能或電能）的關(guān)卡。
無論測(cè)量的是燃?xì)?、水、熱能還是電能，都將用到上述部分或全部的特性，這些特性使得電子儀表成為新興（迅速擴(kuò)展的）市場(chǎng)和現(xiàn)有（已存在的）市場(chǎng)的首選方案。
儀表組成
電子儀表最關(guān)鍵的部件是感測(cè)器、顯示器、電源系統(tǒng)，MCU則成為新型儀表的控制中心。例如，只需選用一塊專用的電能計(jì)量IC(MCP3905)和一個(gè)顯示/計(jì)數(shù)器即可方便廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)電表。當(dāng)采用8或16元MCU甚至16位元數(shù)信號(hào)控制器（DigitalSignalController,DOS）時(shí)，還可以獲得更高級(jí)的解決方案。
對(duì)于氣表和水表，它們使用的是正向位移式流量計(jì)，它們需要測(cè)量有多少單位體積的流體流過儀表。每流過一個(gè)單位體積的流體，轉(zhuǎn)軸或磁體旋轉(zhuǎn)一周。旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)可被轉(zhuǎn)換為電派動(dòng)序列，并由MCU進(jìn)行計(jì)數(shù)。MCU的任何一個(gè)數(shù)位輸入引腳都可以實(shí)現(xiàn)派動(dòng)計(jì)數(shù)，但是最好將派動(dòng)輸入信號(hào)連接到中斷引腳或計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器引腳，這樣可以盡可能多地使用休眠式來把功耗降至最低。
熱表采用的是水流量測(cè)量方法，檢測(cè)器件是溫度傳感。最常用于熱量計(jì)量的感測(cè)器是電阻溫度檢測(cè)器（ResistanceTemperatureDet
電表是采用電流感測(cè)器和電壓感測(cè)器測(cè)量電能的。確定功率因數(shù)則需要更復(fù)雜的測(cè)量手段，但基本上也使用這兩種感測(cè)器。感測(cè)器的數(shù)量必須與系統(tǒng)中電相位的數(shù)量一致。這些感測(cè)器和支援電路已被集成到專用IC中，使用這些IC可以輕松實(shí)現(xiàn)電表設(shè)計(jì)并能精確測(cè)量非線性參數(shù)。
儀表最常用地顯示部件是LCD和LED，因?yàn)樗鼈儍r(jià)格便宜且功耗很低。其中，LED是一種相對(duì)高效的光源，當(dāng)直接極化時(shí)（用較低的電壓：1.2-1.6V），只需幾毫安培電流就可以產(chǎn)生強(qiáng)光。跟LED相似，每個(gè)LCD段能代表數(shù)碼管中的一段、矩陣中的一個(gè)圖元或自定意的一個(gè)完整圖示。
儀表通信技術(shù)
通常在電子儀表中使用通信技術(shù)，來配置儀表內(nèi)德參數(shù)和傳送存儲(chǔ)的資料到主機(jī)。通信方式可以是有線（電話線和傳輸線等）或無線（IrDA和蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)等）。
一旦采用無線通信埠，設(shè)計(jì)者就需要采取措施保護(hù)儀表的內(nèi)容。通信軟體應(yīng)具有幾個(gè)安全級(jí)別。例如，首先，軟體應(yīng)采用合理的方式只允許授權(quán)人員讀取儀表內(nèi)容；第二，儀表應(yīng)具有幾個(gè)訪問級(jí)別。比如，允許第一個(gè)級(jí)別的用戶讀儀表，允許第二個(gè)級(jí)別的用戶讀取和清除儀表資料，允許第三個(gè)級(jí)別的用戶配置儀表內(nèi)的參數(shù)等等。
有線通信
電話線
電話線可能是地球上應(yīng)用最廣的“網(wǎng)路”。電話線最常用于電信通信，因?yàn)殡娫捑€的入室點(diǎn)通常跟電表很近。水表很可能位于街邊，而氣表一般在房子的其他地方，需要額外的設(shè)施才能使用電話線。
電話線需要一個(gè)固定數(shù)據(jù)機(jī)才能進(jìn)行通信。嵌入式數(shù)據(jù)機(jī)串列傳輸速率在1200到56K之間。MCU和嵌入式數(shù)據(jù)機(jī)間的界面是一個(gè)簡單的序列埠和一些狀態(tài)和控制線。嵌入式數(shù)據(jù)機(jī)通常使用標(biāo)準(zhǔn)AT命令集通信，該命令集可以很方便地安裝在MUC上。諸如TDKSemiconductor、Secom、Zoom和Wintec公司都提供數(shù)據(jù)機(jī)模組和分立的數(shù)據(jù)機(jī)IC，可用于嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。
乍一看會(huì)覺得使用電話線通信是個(gè)好方法。但儀表中廣泛采用的數(shù)據(jù)機(jī)需要使用本地號(hào)碼撥號(hào)上網(wǎng)。但業(yè)主通常不喜歡儀表撥打長途電話。該方法還要求基礎(chǔ)設(shè)施能處理這些撥入電話并與儀表通信，所以數(shù)據(jù)機(jī)必須能檢測(cè)是否有其他通話撥入并中止當(dāng)前通信（這對(duì)緊急撥叫非常重要）。
DsPIC30F系列器件實(shí)現(xiàn)的軟數(shù)據(jù)機(jī)方案，其DsPICDEM.net開發(fā)板提供了一個(gè)基本平臺(tái)，用于開發(fā)和評(píng)估軟數(shù)據(jù)機(jī)的Iinternet連接方案，該數(shù)據(jù)機(jī)采用的是DsPIC30F601416位元數(shù)位信號(hào)控制器。
?。?）傳輸線
本技術(shù)采用交流傳輸線作為通信介質(zhì)。傳輸線通信模組通常位于電表內(nèi)，便于與高壓交流傳輸線連接。本技術(shù)不能同用于室內(nèi)而非室外通信的X-10混淆，它所面臨的主要挑戰(zhàn)是資料傳說要通過交流變壓器，該變壓器用于將傳輸線上極高電壓降到240V入室電壓。這些變壓器如同濾波器一樣，所以在變壓器間傳送資料的技術(shù)非常重要，需要使用擴(kuò)頻或類似的通信技術(shù)?？照{(diào)和冰箱會(huì)在傳輸線上產(chǎn)生大量的雜訊，數(shù)據(jù)機(jī)必須能在這種環(huán)境中可靠地傳輸資料。
傳輸線通信要求基礎(chǔ)實(shí)設(shè)施能收集從室內(nèi)傳送過來的資料，通常是流經(jīng)變壓器的資料流程。
這些收集“站”一般通過電話線將數(shù)據(jù)傳回到資料存儲(chǔ)設(shè)備。受將受限制，傳輸線數(shù)據(jù)機(jī)尚未成為主流技術(shù)，但AMTeach、HuntTechnologies和DCSI/TWACS公司都提供了基于該技術(shù)的解決方案。
Wi-Fi技術(shù)也屬于有線技術(shù)，因?yàn)樗枰粋€(gè)類似于有線以太網(wǎng)的網(wǎng)路來連接和傳輸資料。不過這些有線技術(shù)（如電線數(shù)據(jù)機(jī)和以太網(wǎng)等）都沒有用于儀表，主要是因?yàn)樗麄冃枰獦I(yè)主訂購服務(wù)并需要安裝額外的配線。
評(píng)論