智能三表為何得以迅速發(fā)展

早前，新一代智能表計市場的發(fā)展動力主要來自于政策的推動和技術的落地需求。僅僅是中國區(qū)域的三表（智能電表、燃氣表、水表）產(chǎn)品增長就足以令人側目，數(shù)據(jù)顯示，光智能燃氣表一項，產(chǎn)量就以大于25%的速度快速增長，每年約生產(chǎn)2000萬臺。也許有人會擔心這樣的增長速度在未來會增長疲乏，逐漸一片紅海。然而，隨意一看附近小區(qū)的燃氣表，就知道，市場增長空間仍然十分充足，中國有廣大的下沉市場，可以為智能表提供廣闊的發(fā)展空間。相似的狀況也出現(xiàn)在水表、電表等板塊，因此基于對智能表滲透率要求、新技術應用推廣、規(guī)?；涞匦问降目剂?，未來智能表依然具有可期的市場。

中國區(qū)域之外，據(jù)筆者所知，有不少智能表生產(chǎn)商將目光瞄準了海外市場，這些廠商的產(chǎn)品不但可以覆蓋中國標準，也可以輕易地通過軟件改換去滿足歐洲市場。不同于中國的密集式居住，歐洲的人居分布模式也許更需要智能表完成遠程抄表以節(jié)省人力。

三表市場也許算是智能家居的起點，各個制造廠商逐鹿三表市場總結得出的經(jīng)驗、標準將為智能家居的實際落地并為大眾所接受打下良好的基礎。

接下來，我們可以從智能燃氣表和智能電表兩方面著手分析，看一看三表（的基本原理和涉及系統(tǒng)的運行方式，來深入理解為什么智能三表會如此地發(fā)展迅速。

智能燃氣表

智能燃氣表種類包括IC卡燃氣表、無線遠傳燃氣表、CPU卡智能燃氣表、射頻卡智能燃氣表、直讀式遠傳燃氣。物聯(lián)網(wǎng)智能燃氣表是一款基于移動運營商物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳及控制的燃氣計量器具。

以無線傳輸燃氣表為例，如圖2為其系統(tǒng)框圖，具備余量/工作狀態(tài)顯示、泄露報警、充值、無線傳輸數(shù)據(jù)的簡易功能，其主控可選用SOC、Sub?RFIC 、MCU，視需要而定。直接使用Sub?RFIC時，一般使用sub?1G 或sub?2.4G，易于使用，對于工程師來說，減少了射頻設計的工作量。

智慧燃氣領域涉及的產(chǎn)品和服務包括智能燃氣表、手持數(shù)據(jù)終端、三表合一、生產(chǎn)運營解決方案、客服營收解決方案、智慧燃氣解決方案等。其中三表合一系統(tǒng)由主站系統(tǒng)、集中器、接口轉換器、手持設備、基本計量儀表單元（電能表、智能水表、智能氣表和智能暖表）等構成（如圖3），能夠實現(xiàn)對水電氣暖表的實時監(jiān)控，對表具的電池電壓、數(shù)據(jù)變化、閥門狀態(tài)、通訊信道等實時監(jiān)測、預警。

以IoT智慧CPU卡燃氣表為例，結合IoT通信技術，與抄表設備PDA、智慧網(wǎng)關和遠程計量系統(tǒng)管理軟件組成無線網(wǎng)格物聯(lián)網(wǎng)絡抄控系統(tǒng)，可實現(xiàn)戶外抄表、閥門控制、階梯氣價，支持預付費、實時調價、實時抄讀、遠程費控，及系統(tǒng)的集中管理。

而智慧燃氣信息安全整體解決方案可以提供涵蓋“云”管“端”的燃氣行業(yè)全面解決方案，感知層包括基于國密算法加密芯片的信息安全物聯(lián)網(wǎng)燃氣表，采集層支持遠程監(jiān)控終端安全防護系統(tǒng)，信息安全主站系統(tǒng)則是支持安全專業(yè)版燃氣生產(chǎn)運營管理平臺。

綜上所述，涉及智慧燃氣表的核心是數(shù)據(jù)傳輸，然后是在此基礎上拓展的生態(tài)，未來隨著5G的發(fā)展，上云管理也是必然。

隨著網(wǎng)絡技術及電子信息技術的發(fā)展，燃氣表的智能化和遠程管理及服務成為燃氣表發(fā)展的主要方向，這離不開遠程通信技術的支撐，遠程通信技術的發(fā)展水平甚至直接決定燃氣表的智能化和遠程管理及服務的實現(xiàn)效果。5G時代的到來，隨著基站數(shù)量的增多，小區(qū)抄表管理完全可以實現(xiàn)接入網(wǎng)，抄表、充值等動作可以完全脫離接觸，充值、查詢、關閉等動作一機即可完成。

智能燃氣表的應用一般在人員聚集的場所，比如小區(qū)、商場、街區(qū)，這樣的場所用固定頻段的RFIC完全沒關系，人力可接觸。而天然氣跨國跨省運輸管道遠距離巡檢人力難以頻繁觸及，無線系統(tǒng)此時便會略顯乏力，便需要有線傳輸或者更為廣泛使用的遠距離標準傳輸規(guī)范。

看完了智能燃氣表，再來看看電力系統(tǒng)中的智能電表。

我國是電力大國，電網(wǎng)建設深入國土最邊遠或人力較難到達的地方的地方，而正因為地大物博，邊遠地區(qū)日常電網(wǎng)巡檢保證電網(wǎng)正常供電便成了較大的難題，尤其是遇上像2008年南方特大雪災時的情景，風雪路阻隔，查詢故障便成了老大難題。而如今，不但在電表電箱中使用了4G模塊以方便入網(wǎng)查詢、異常報警，更開發(fā)出了輸電線融冰系統(tǒng)保障冰雪天氣電網(wǎng)正常工作，此處暫且不贅述。

使用智能電表（如圖4），電力用戶可根據(jù)用電信息改變用電習慣、選擇用電方式和時間，提高能源使用效率，減少能源的浪費，實現(xiàn)電能的合理利用。電網(wǎng)公司可利用智能電表對用電信息進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題甚至電力故障；每戶的電力需求可以詳細把握，并根據(jù)需求調節(jié)發(fā)電與配電設備，平衡高峰和低谷需求期的用電量，形成發(fā)電、配電與用電的及時互動，減少大面積停電、斷電等影響社會正常生產(chǎn)、生活的事件發(fā)生。

這便是智能電表及其采集系統(tǒng)發(fā)展迅速的原因。

智能電表產(chǎn)品廣泛應用于電力行業(yè)，成熟的智能電網(wǎng)建成后，智能電表具有自動查詢、遠程抄表功能，還可以實現(xiàn)自動拉閘斷電。如圖5，電網(wǎng)公司用電信息采集系統(tǒng)主要分為四層：數(shù)據(jù)處理中心、上行通信網(wǎng)絡、采集設備、用戶電表。

上行通信網(wǎng)絡層有230M?電臺模塊、GPRS?延長器；采集設備層產(chǎn)品包括：集中器、采集器、專變終端、負控終端、配變終端；用戶電表層產(chǎn)品包括：單相電表無線通信模塊、三相表無線通信模塊、集中器無線通信模塊、I采集器無線通信模塊等嵌入式無線自組織網(wǎng)本地模塊。不同的使用場景通信方式通常不同，智能電網(wǎng)常用的通信方式包括電力線載波、485、GPRS、小無線、光纖等，這些通信方式各有優(yōu)缺點，通信模式將根據(jù)最終應用進行選擇，如智能電表與采集器/集中器之間一般采用載波和485等方式，采集器/集中器與主站之間一般采用GPRS、光纖等方式。

以高性能SOC為核心的智能電表，再配上預付費卡、加密芯片、LCD顯示屏、通信模塊等為主的智能電表，智能電表的MCU系統(tǒng)擔負用電信息的存儲、用電信息的顯示和用電信息的傳遞等管理功能。通過對存儲模塊、時鐘模塊、加密模塊、計量模塊、通信模塊、預付費卡等的有效管理，智能電表可以實現(xiàn)預付費、復費率、階梯電價等用電方式的管理，實現(xiàn)自動拉合閘、自動報警等安全措施的管理，實現(xiàn)自動控制、自動抄表等信息傳遞的管理。

前面說到，不同的使用場景的電表通信方式通常不同，因此，有使用GPRS的電表，也有使用其他集成RFIC的電表。笙科的sub?RFIC是常見的被選物料。

笙科電子(AMICCOM)應用于Sub1GHz以下的收發(fā)頻段，支持中國智能電網(wǎng)所選用的470MHz ~ 510MHz，以及歐洲無線自動讀表所使用的868.3MHz?與868.95MHz頻段，除此之外，A7108當然也支持1GHz?以下免執(zhí)照的ISM Band應用?(300MHz ~ 950MHz)，比如日本的310MHz，歐美及亞洲常見的433.92MHz，美國與臺灣的允許的915MHz等頻段。

以A7108為例，屬于笙科電子第四代高效能芯片，?data rate支持2Kbps ~ 250Kbps，調變方式可選擇FSK或GFSK，MCU透過SPI接口即可操作A7108的RF模式以及存取內建的64 Bytes TXFIFO?與RXFIFO。

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A7108最大的優(yōu)勢在于超優(yōu)質的RF性能，以470MHz ~ 510MHz的頻段來說，內建的PA可輸出高達20dBm的發(fā)射功率，接收器擁有超高靈敏度?(-114dBm @ 10Kbps)。在10Kbps的條件下，笙科的參考設計(MD7108-A50)搭配直立的單心線天線?(裁剪四分之一波長長度之1.6mm單心線)，在海邊空曠區(qū)域實測可得1300米，街道實測之距離可達1000米。若將data rate?從10Kbps降為2Kbps，則空曠區(qū)域實測距離增加至1600米。

除了遠距離傳輸能力外，A7108內建的RSSI?可協(xié)助軟件工程師偵測干凈的傳輸信道，芯片內部的Auto Calibration機制，用來克服半導體制程的變異，可穩(wěn)定地在各種環(huán)境下工作，自動頻率補償(AFC)的功能可解決RF頻偏造成的靈敏度衰退。在數(shù)據(jù)的處理上，A7108提供直接模式(Direct mode)與FIFO模式。直接模式適合MCU選用自行定義之封包格式，而FIFO模式則使用芯片內建之TXFIFO封包格式(含F(xiàn)EC，CRC與Manchester?編碼等功能)。

適合A7108的應用非常多，比如AMR無線自動讀表?(如無線智能電表，或無線熱表，燃氣表等等)，遠距離雙向汽車防盜器，工業(yè)控制器?，智能建筑之能源管理，家庭自動化??等等。笙科提供的參考設計，含外圍低(高)通濾波器，搭配合適的天線與PA設定，當量測值EIRP = 14dBm?時?(14dBm有效等向輻射功率)，可通過美國FCC part 15. 247?以及歐洲ETSI EN300-220?的EMC規(guī)范。

A7108的電源管理部分支持Deep sleep mode，Sleep，Idle mode?與WOR?模式?(Wake On RX)，?WOR功能提供A7108自動喚醒，接收不定時的RF網(wǎng)絡封包，以延長電池的使用壽命。Deep Sleep mode相當于完全關掉A7108，其電流消耗僅需200 nA。整體上，A7108是一顆高效能的射頻芯片，內建的功能可以有效地降低開發(fā)復雜度與開發(fā)成本。

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