提供能源和电力测量以及数据显示的固态电表正在不断地发展,目前全球市场上存在多种不同的解决方案/架构。未连接输电干线时,一些电表可能需要电池以确保实时时钟(rtc)处于运行状态,以支持诸如“无电读取”等功能。
基本的电子仪表直接替代了传统的机械仪表。该产品仍然需要手动读取,而且通常基于8位微控制器,如atmel®avr®微控制器
“自动读表(amr)”仪表提供单向通信,使供电商可以通过不同的通信解决方案(如射频无线、电力线载波和gprs)自动和远程抄表
智能仪表采用“高级计量基础结构(ami)”架构,使公用事业公司可以实现双向通信以及差价税、故障监测、预付款和远程断开连接。智能仪表也可以直接与其他仪表和家庭显示装置进行通信。
最先进的计量系统是智能电网,要求以ami架构全面部署智能仪表,对从公用事业到家庭的统一系统提供改进的监视、通信和控制,其中包括建筑节能系统、家庭自动化和智能电器。智能电网是一种可预测的、自愈性电网,能够实现需求管理并允许管理局部生成、更新和存储。
随着实现方式和架构变得越来越复杂,电表需要额外的处理能力以及更大的闪存以用于软件堆栈。它们还需要支持通信协议和远程固件更新。此外,智能仪表还需要大量串行通信端口以连接不同的通信模块,如rs-485、rs-232、irda、plc、gprs和rf。
电表虽然是由输电干线供电,但是在断电和初始校准时它们必须能从电池获得电能。这种情况下,rtc必须处于运行状态。如果计划全局安装上百万个智能仪表,功耗的优先级将越来越高。
特性和优势
出色的adc性能,包括:
高性能嵌入式12位adc,使用过抽样时具备16位能力
2.0m个样品/秒,分辨率为12位
差动输入通道,消除共模噪音以改进准确性
双adc(或双采样保持)允许同时测量电压和电流
集成式可编程增益(1x到64x)不再需要外部增益级,并且不再影响外部增益设置
通过在微控制器上增加adc通道的数量支持单相和多相仪表。
可扩展的微控制器系列支持从入门级到ami的任意仪表。
采用全数字实现高度集成的电力线通信(plc)片上系统(soc)解决方案,提供最佳灵敏度、高温稳定性以及高性能。
大闪存支持各种通信协议,包括rf、plc和gsm。
高效能解决方案可以降低功耗,特别是使用电池时效果更明显。
嵌入式rtc替代了昂贵的外部rtc。
多种通信外设(uart、spi)连接各种通信模块,如plc、rf、irda、rs-485和智能卡。
射频解决方案符合行业标准。
atmelcryptoauthentication产品提供了符合aes、des、rsa、ecc、sha-256和rng等标准的高安全性解决方案。
安全性解决方案包括aes、des、rsa、ecc、sha-256、rng
高emc性能降低了对外部保护的需要。
超一流、简便易用的开发模式加快了产品面世时间。
电能测量由测量模块执行。取决于所要求的准确性,可以由嵌入在微控制器中的内部adc进行测量(通过各种电流和电压传感器)。另外,也可以由外部组件(asic或adc)进行测量。
可以采用相同技术实现单相和多相解决方案,所需的电流传感器和adc通道数量将会相应增加。
显示要求千变万化,既可以使用嵌入在微控制器中的段式lcd控制器,也可以为了提高灵活性使用嵌入了“玻载芯片(cog)”的lcd显示。
框图中显示的外部非易失性存储器(nvm)用于数据缓存以及远程固件更新。nvm也可以存储测量用的校准数据。请注意,大多数atmelavr微控制器嵌入了eeprom,所以可能不需要外部部件。
通信模块依赖于计量基础结构,可用于atmelamr和ami架构。安全性模块将对通信信息进行验证和加密。
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