嵌入式領域的智能計量技術

智能計量的主要驅動力在于人類對未來能源和環境狀況的擔憂，對能源使用更智能的管理可減少浪費，緩解人類活動對環境的壓力。智能計量的主要功能除了對能源消耗的測量、控制和對系統的故障的診斷外，還強調了不同系統間的互聯互通，使嵌入式產品如MCU等，與無線技術緊密結合，是突破嵌入式技術的新興快速增長領域。

　　MCU如何實現智能電網的智能性

　　飛思卡爾半導體(Freescale)是智能電表MCU產品的代表廠商之一，其于2010年初面向中國國家電網對智能電表的標準推出了MZ60系列MCU。隨后為滿足市場需求，飛思卡爾繼續擴大其新一代智能MCU陣容，推出定位全球計量市場的高度集成的單芯片方案，包括適用于單相電表和流量表應用的低功耗、經濟高效的8位MC9S08GW6微控器，和面向計量應用的超低功耗LCD MCU—MC9S08LH64/36，同時大舉提高針對智能計量表市場的MCF51EM 32位ColdFire V1系列產量，為迅速開發出符合不同要求的智能電表產品提供強大的專業技術支持。

　　智能計量繼續表現出強勁的增長態勢。智能電網的普及為相關產業帶來巨大的發展機遇，智能電表受到產業拉動;但伴隨著對電表功能和性能需求的提高，成本壓力也逐漸增大。飛思卡爾認為，智能電表對MCU的技術挑戰主要有以下幾點：系統成本、系統功耗、掉電和電表失效時的數據保存、防盜電、日趨復雜的電表設計對各種接口和通信模塊的需求、更加嚴格的EMC/EMI需求、與傳感器的接口、安全的現場升級能力等。另外從市場需求層面看，智能電表方案面臨的最大挑戰是成本，同時成本也是整個智能電網概念的最核心驅動力，其牽動了從電廠、傳輸，到最終端家庭用戶的所有環節，因此也牽動了為這些環節提供方案的半導體廠商。

　　飛思卡爾工業和多元市場微控制器部亞太區市場經理曾勁濤表示，智能電網需要以下幾個核心模塊來實現智能化：計量網關(Metering Gateway)、AMI(自動計量基礎設施)、AMM(自動計量管理模塊)和AMR(自動讀表)。其中計量網關為用戶提供寬帶網絡支持;AMI是智能電網的主干，可實現雙向電網和資源的優化;AMM主要負責數據管理和計費，保證功耗等信息的質量;AMR則為關鍵環節提供支持，提供遠程讀表功能，可配置為內部或外部模塊(圖1)。

　　圖1，飛思卡爾的智能電網構想，其可為AMI、AMM、AMR提供產品和技術。

　　德州儀器(TI)近期也將目光瞄準成長中的MCU市場。收購Luminary后，TI構建起完整的MCU產品陣營。TI認為，隨著汽車與工業電子等主力市場的逐漸回暖，消費電子、智能家居、移動計算、智能電表以及醫療電子等新興應用市場迅猛發展，其在MCU領域基本形成了超低功耗MSP430(MCU)、基于Cortex-M3的Stellaris 系列處理器及高性能 C2000實時控制器等幾大平臺，以低功耗、高通用性及高性能等不同特性，提供能滿足各種應用領域的MCU產品。

　　TI的16位MP430系列是TI廣泛用于智能電表的代表性MCU產品;其中MSP430FE42X系列將計量模塊直接嵌入在MSP430內部，組成集成計量芯片的單向電表MCU方案，使電表的設計難度和成本都得到降低。當然，MSP430FE42x并不是電能計量模塊與MSP430的簡單結合，它還提供了對內部模塊的控制。如果用在單相電表的設計，設計者可以直接啟動內部電能計量模塊ESP430;而對于其它需要16位A/D的產品時，則可以禁止ESP430模塊，直接對前置可變增益放大器和A/D轉換器控制，是其在產品設計中有很大的靈活性。

　　MSP430FE42x具有三個通道獨立的16位Sigma-Delta架構ADC，并非如通常單片機那樣采用模擬開關切換分別進行轉換的方法。此外，MSP430FE42x還內置16位計時器，LCD驅動、14個I/O接腳、放盜電功能等。