今天，智能手機(jī)正在進(jìn)入幾乎所有的市場，為消費(fèi)者帶來更高的智能和效率。消費(fèi)者的期望已提高幾倍，要求只按一下手機(jī)按鍵就能獲得全部信息，這種需求刺激設(shè)計(jì)人員將智能手機(jī)集成到今天設(shè)計(jì)的各種系統(tǒng)。

　　今天的消費(fèi)者特別關(guān)注能效，期望最大限度降低能量成本和相關(guān)的碳排放量。節(jié)能環(huán)保的高能效解決方案具有競爭優(yōu)勢，有助于維持生態(tài)系統(tǒng)模型可持續(xù)發(fā)展。

　　如何監(jiān)測能耗和成本？

　　電能表已經(jīng)從機(jī)械系統(tǒng)發(fā)展到電子式智能電表?，F(xiàn)在智能電表不只監(jiān)測家庭總用電情況，還監(jiān)測每臺(tái)家電的耗電情況。例如，目前市面上有些家電內(nèi)置電表功能，可以監(jiān)測家電的用電情況；智能插座可以監(jiān)測所連電器的用電情況。有些智能電表提供某種網(wǎng)絡(luò)通信接口，支持集中或遠(yuǎn)程抄表功能。

　　如何在智能手機(jī)上查看家庭用電信息？

　　在智能手機(jī)上顯示用電數(shù)據(jù)，文本信息是最容易的實(shí)現(xiàn)方法。但是，需要長期監(jiān)測用電情況時(shí)，文本信息不是很方便；如果用戶想要查看圖表數(shù)據(jù)，文本信息就有一定的局限性。

　　有什么解決方案？

　　近距離通信（NFC）是新興的智能手機(jī)連接技術(shù)，讓手機(jī)用戶能夠短距離（幾厘米）交換數(shù)據(jù)，NFC標(biāo)簽無需電源即可與NFC設(shè)備交換數(shù)據(jù)。

　　NFC設(shè)備與近距離（13.56MHz）射頻識(shí)別（RFID）標(biāo)簽和非接觸式智能卡共用基礎(chǔ)技術(shù)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國際電工委員（ISO/IEC）、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)［ETSI］和歐洲信息通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ECMA）已接受了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。NFC讀寫器與NFC標(biāo)簽之間通信距離小于4cm，NFC標(biāo)簽與NFC讀寫器之間或兩個(gè)NFC設(shè)備之間可交換數(shù)據(jù)的有效負(fù)荷。

　　這項(xiàng)技術(shù)可方便用戶取存智能電表的用電數(shù)據(jù)。NFC智能手機(jī)可讀取NFC標(biāo)簽（NFC被動(dòng)器件）內(nèi)的數(shù)據(jù)，然后消費(fèi)者可在手機(jī)上查看用電分析曲線和其它的電表信息。

　　如何才能讓智能電表有一個(gè)簡單的NFC接口？

　　今天市場有一種叫做雙接口電可擦除編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）［3］，這種創(chuàng)新的RFID產(chǎn)品能夠通過I2C總線連接任意微控制器，使智能電表解決方案內(nèi)具有NFC接口。主設(shè)備可通過I2C或RFID接口對雙接口EEPROM進(jìn)行讀寫操作。當(dāng)智能電表采用了這種雙接口EEPROM，智能手機(jī)可直接讀取固定時(shí)期內(nèi)的用電數(shù)據(jù)，然后以圖示方式解釋并顯示用電數(shù)據(jù)，以便用電戶了解用電情況。

　　如何設(shè)計(jì)智能電表？

　　當(dāng)我們在智能電表內(nèi)安裝一個(gè)雙接口EEPROM時(shí)，該EEPROM就像一個(gè)NFC-V 類的NFC標(biāo)簽，并支持ISO 15693標(biāo)準(zhǔn)。電能表在雙接口EEPROM上連續(xù)記錄每個(gè)月的用電信息和其它的重要的用電數(shù)據(jù)。安卓應(yīng)用程序可以讀取每月的用電數(shù)據(jù)，通過圖表方式比較用電情況。下面我們詳細(xì)介紹我們?yōu)樯鲜鲂枨笱邪l(fā)的應(yīng)用軟件。

　　意法半導(dǎo)體的電能表平臺(tái)

　　意法半導(dǎo)體有多個(gè)單相或多相電能表參考設(shè)計(jì)。電能表工業(yè)正在從基本設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向以寬范圍高精度電流測量、快速數(shù)字校表、防數(shù)據(jù)篡改、防電表篡改為特色的先進(jìn)電能表。為滿足這些市場需求，意法半導(dǎo)體推出一個(gè)電子電能表參考設(shè)計(jì)平臺(tái)，下面的功能示意圖描述了這個(gè)智能電表平臺(tái)：

　　圖1：智能電表

　　STEVAL-IPE020V1：

　　STEVAL-IPE020V1是一個(gè)基于STPM10電表芯片和STM8L152C6微控制器的單相電能表，內(nèi)置 M24LR64雙接口EEPROM存儲(chǔ)器。這是一個(gè)全功能的單相電表解決方案，配備參數(shù)顯示器、防電表篡改管理、最大需求（MD）計(jì)算、雙接口（射頻（RF）和集成電路互連（I2C） ［5］） EEPROM數(shù)據(jù)記錄和低功耗管理。這個(gè)電能表支持 IEC 61036:1996 + A1： 2000， static meter for active energy class 1 for Ib=10 A國際標(biāo)準(zhǔn)。此外，該電能表還有多個(gè)防電表篡改檢測功能：無地線和零線、極性反接、機(jī)箱篡改和磁性篡改。

　　圖2： STEVAL-IPE020V1內(nèi)置雙接口 EEPROM的單相電表

　　系統(tǒng)功能示意圖：

　　圖 3： STEVAL-IPE020V1單相電能表功能框圖

　　框圖描述了系統(tǒng)架構(gòu)：

　　STM8L152C6T6：意法半導(dǎo)體的超低功耗微控制器［MCU］，負(fù)責(zé)所有的數(shù)據(jù)管理和電源管理任務(wù)，功耗比同類產(chǎn)品低很多，內(nèi)置用于數(shù)據(jù)和時(shí)間管理的實(shí)時(shí)時(shí)鐘 ［RTC］。

　　STPM10BTR：可編程單相電能表芯片［IC］通過一條三線串行外設(shè)接口［SPI］與微控制器相連。STPM10電表IC提供有功電能、視在電能、瞬間電壓電流和自動(dòng)校表功能。

　　雙接口EEPROM M24LR64-RMN6T/2：通過I2C總線與微控制器相連。這是一個(gè)雙接口的EEPROM， 既可以通過I2C總線（有線）與I2C設(shè)備通信，又可以通過RF射頻接口（無線）與RF讀寫器（NFC智能手機(jī)）通信。該存儲(chǔ)器可記錄連續(xù)7個(gè)月的累計(jì)用電量、最大需求、平均功率因數(shù)和防電表篡改信息等各種重要參數(shù)。

　　電表應(yīng)用軟件

　　電表應(yīng)用軟件基于安卓平臺(tái)，提供用戶友好界面，能夠通過NFC技術(shù)與內(nèi)置雙接口EEPROM的電表主板通信。

　　電能表內(nèi)置的雙接口EEPROM起到RFID （射頻識(shí)別）標(biāo)簽的作用。雙接口EEPROM從電表采集累計(jì)用電量、最大需求、平均功率因數(shù)和防電表篡改信息等各種重要參數(shù)，并將其存儲(chǔ)在指定存儲(chǔ)位置。

　　圖4： NFC手機(jī)正在與電表內(nèi)的雙接口EEPROM通信

　　應(yīng)用軟件安裝與啟動(dòng)

　　電表應(yīng)用軟件是.apk文件，可從Google Play下載。下載完成后，安裝到安卓手機(jī)上。注意，安裝該軟件的安卓手機(jī)須支持NFC通信功能。

　　應(yīng)用軟件

　　從主菜單內(nèi)選中應(yīng)用軟件按鈕，即可啟動(dòng)該應(yīng)用軟件。該軟件還提供一個(gè)幫助的幻燈片放映。軟件啟動(dòng)后，立即開始搜索NFC標(biāo)簽。如果沒有標(biāo)簽，則信號(hào)圖標(biāo)為紅色；如果發(fā)現(xiàn)標(biāo)簽，則信號(hào)圖標(biāo)變成綠色。

　　圖5： 未發(fā)現(xiàn)NFC標(biāo)簽

圖6： 發(fā)現(xiàn)NFC標(biāo)簽

　　配置電表

　　這個(gè)菜單讓供電公司輸入電表廠商、電表型號(hào)、序列號(hào)、硬件版本、固件版本、產(chǎn)地，并通過NFC保存到雙接口EEPROM內(nèi)。當(dāng)NFC手機(jī)接近NFC標(biāo)簽且信號(hào)圖標(biāo)變綠色時(shí)，這些配置數(shù)據(jù)將保存到雙接口EEPROM的指定單元內(nèi)。

　　讀電表數(shù)據(jù)

　　將數(shù)據(jù)從電表下載到智能手機(jī)是這個(gè)電表應(yīng)用程序的一大亮點(diǎn)，用戶可使用這個(gè)應(yīng)用軟件下載每個(gè)月的用電數(shù)量、電表篡改次數(shù)、最大用電需求。

　　為從電表成功地下載數(shù)據(jù)，用戶需要把手機(jī)靠近雙接口電表的EEPROM，然后通過該應(yīng)用軟件下載電表數(shù)據(jù)。在開始下載前，確保手機(jī)信號(hào)圖標(biāo)變?yōu)榻^色。當(dāng)數(shù)據(jù)下載完成后，該應(yīng)用程序提供不同的選項(xiàng)，讓用戶了解電表記錄的用電量，比較6個(gè)月的用電數(shù)據(jù)和其它信息。

　　關(guān)于電表

　　用戶可用這個(gè)選項(xiàng)隨時(shí)讀取電表基本信息，從手機(jī)上查看電表廠商、產(chǎn)地、型號(hào)、序列號(hào)和固件版本、制造日期。

　　比較月度用電數(shù)據(jù)

　　比較月度用電數(shù)據(jù)是該應(yīng)用軟件的一大特色，通過圖形幫助用戶輕松比較六個(gè)月的用電數(shù)據(jù)，繪制6個(gè)月的累計(jì)用電量、最大需求記錄、累計(jì)用電月、平均功率因數(shù)記錄、斷地線篡改電表次數(shù)、反接篡改電表次數(shù)、 斷零線篡改電表次數(shù)、表箱篡改電表次數(shù)的圖表。

　　不同用電數(shù)據(jù)的圖表可以縮放或水平移動(dòng)，讓每個(gè)人都能得到最好的查看體驗(yàn)。下圖是一個(gè)用電數(shù)據(jù)圖形。

　　圖 7： 安卓應(yīng)用顯示的最大用電需求柱形圖

　　其它信息

　　應(yīng)用軟件還提供其它信息功能，例如，裝表日期、上一次維護(hù)日期、校表日期、過流日期、斷電日期和累計(jì)用電總數(shù)的文字信息。

　　安卓智能手機(jī)電表軟件是一個(gè)很有用的方便的電表解決方案，讓用戶在幾秒內(nèi)在手機(jī)上查看電表數(shù)據(jù)，隨著越來越多的安卓智能手機(jī)上市，更多的消費(fèi)者將通過這樣的應(yīng)用軟件在手機(jī)上查看電表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將其保存到手機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)。

??????? 作者：意法半導(dǎo)體公司Neha?Kochhar,?Raunaque?Mujeeb,?Alok?Kumar?Mittal,?Vikas?Kumar?Sinha
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本文轉(zhuǎn)摘自電子發(fā)燒友網(wǎng)《智能系統(tǒng)特刊》6月刊
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