智能電表內部構造深度拆解：電表如何智能？

在電力及燃氣等能源領域，具備通信功能并能夠遠程讀取數據的“智能儀表”受到的關注越來越高。其原因是，這種儀表有望用于多種用途，如能源使用情況的“可視化”、使用抄表數據提供咨詢服務，將來還有望用于家用設備控制等。

那么，這種智能儀表由哪些部件構成，并由哪些廠商供應主要部件?與智能手機等便攜終端相比，人們幾乎沒有機會了解智能儀表的內部構造。因此，為了弄清楚這些內部情況，拆解組決定購買美國的“智能電表”產品，并進行內部分析。

此次是在從事過多款產品拆解調查的Fomalhaut Technology Solutions公司的協助下進行拆解分析的。下面首先以具備有線通信功能的智能儀表為主，分析一下使用部件的廠商名稱及部材成本等。

具備以太網通信功能

此次拆解的產品是美國儀表廠商Itron的“Sentinel SS5S2L”(以下稱Sentinel)與美國通用電氣的“KV2”，二者均為支持120V～480V電壓的電表，具備以太網或電話線通信功能(表 1)。此外，為了便于參考，同時還分析了瑞士蘭吉爾(Landis+Gyr)公司的不具備通信功能的“AXS4”的內部情況，并一起列在下表中。

表1 此次拆解分析的電表

這三款儀表的共同點是，均為電表，而且可使用液晶面板顯示數據。其不同點是，具備通信功能的兩款機型在內部安裝了三塊基板，而不具備通信功能的 AXS4則將主要部件集成在了一塊基板上。而且，AXS4的部材成本推測值最低。拆解時可以看出，其他兩款機型因嵌入了通信功能，部材成本有所增加。

使用三塊基板

下面我們看一下內部具體構造。首先分析一下安裝在Sentinel內部基板上的MCU等。

Sentinel與其他智能電表一樣采用圓筒形狀，乍看上去就像一個稍大的罐頭盒。取下外面的塑料殼，并拆除下部的加固部材后，可以看到兩塊安裝有各種部件的基板(圖1)。里面還有一塊基板，該電表共由三塊基板構成。其中一塊是進行以太網等通信處理的基板，另一塊是安裝主要MCU的主基板。每塊基板均由樹脂制成。

圖1 Itron公司的Sentinel

取下外殼并拆掉下部的加固部材后，可以看到兩塊基板。此外，里面還有一塊基板。

負責通信處理的基板上最引人注目的部件是，進行以太網信號與串行信號轉換的美國創力(Lantronix)公司的超小型設備服務器“XPort”(圖 2)。XPort的內部嵌入了可進行串行數據及以太網數據轉換處理及網絡控制處理的電路，可以利用以太網線傳輸信號。位于其周圍的瑞薩電子的MCU等估計是進行通信處理的。

圖2 以太網信號與串行信號的交換

主要安裝通信處理部分的基板。用來交換以太網信號與串行信號的創力“Xport”十分引人注目。

還有可能安裝了備用電路

主基板上安裝了多個MCU(圖3)。特點是采用了多款日本廠商生產的MCU，包括瑞薩電子的16bit產品與NEC電子的產品注1)。此外還有歐美廠商的產品，如美國愛特梅爾的8bit產品，荷蘭恩智浦半導體的液晶驅動器IC等。

注1)本文涉及到的廠商均為電表上市時的名稱，其中包括現已更名的企業。

圖3 使用瑞薩等公司的MCU

主基板上安裝了瑞薩電子及愛特梅爾等的MCU。

另一個特點是具備兩個相似的電路塊，分別以瑞薩與NEC的MCU為中心，安裝了美國PDI公司的晶體振蕩器以及各種防噪音部件等。對此，Fomalhaut Technology Solutions的主管柏尾南壯指出，“因為是使用壽命長達10年的產品，所以使其具備了備用電路職能”。這樣就具備了冗余性，發生故障時，能夠利用另一個電路塊繼續進行處理。

日本產品較多的原因

除基板外，電表內部還嵌入了兩個圓筒形鋰離子充電電池。其形狀并非筆記本電腦等使用的直徑18mm高65mm的“18650”，而是接近5號干電池。使用這種電池之后，當因某種原因斷電時，電路能夠繼續工作。

此外，還使用了尼吉康的鋁電解電容器等，明顯日本廠商的部件較多。對此，Fomalhaut的柏尾認為，“因為是長期使用的工業設備，所以選擇了長期可靠性較高的日本產部件”。據該公司推測，這些基板與構成部件合計后的部材成本為5551.32日元。

電表如何智能：Elster REX2智能電表拆解實錄

電表是一個連接到電網的設備，任何公司或者家庭都要用到它，采用的技術可以追溯到19世紀后期。然而，工程師們最近開發出一種固態電子式電能表，能夠無線發送用電讀數。這種新的電表，消除了人為錯誤，也能更準確地監測其系統。