嵌入式領(lǐng)域的智能計(jì)量技術(shù)

　　DSP方案強(qiáng)調(diào)信號(hào)處理能力

　　除用于控制的MCU以外，具有強(qiáng)大信號(hào)處理能力的DSP也是智能電網(wǎng)的熱門(mén)產(chǎn)品，其中較有代表性的產(chǎn)品為ADI公司的Blackfin產(chǎn)品線。低成本Blackfin處理器具備處理儀表級(jí)原始實(shí)時(shí)用電數(shù)據(jù)以及實(shí)現(xiàn)儀表和電網(wǎng)之間通信的能力，可提供一站式、低成本、易于配置的解決方案。由于供電公司智能電表的部署范圍不僅僅覆蓋本地電網(wǎng)，因此基于Blackfin的電表部件還能夠通過(guò)軟件輕松升級(jí)，以符合本地或國(guó)家特有的不同通信標(biāo)準(zhǔn)。

　　ADI認(rèn)為，智能儀表技術(shù)的真正受惠者是環(huán)境。在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)智能抄表的技術(shù)以合理的價(jià)位出現(xiàn)之前，現(xiàn)有的信息是不充足的，無(wú)法發(fā)現(xiàn)或者糾正能量浪費(fèi)行為。借助Blackfin的實(shí)時(shí)能量采集和通信能力，電力公司現(xiàn)在擁有了節(jié)約使用能量所需的信息，直接減少了環(huán)境中的碳排放。在本地和全國(guó)范圍的供電系統(tǒng)內(nèi)增加使用智能電表是實(shí)現(xiàn)精確、可靠的電能管理的關(guān)鍵。電費(fèi)單如果不僅包含每個(gè)月的電費(fèi)信息，還能明確列出按日期時(shí)間以及按耗電的電器分類(lèi)所產(chǎn)生的電費(fèi)和電能使用情況，將讓家庭更清晰地了解每月的耗電情況。更為理想的場(chǎng)景是，假定電力公司能夠借助采集的這些實(shí)時(shí)信息的能力，為那些將用電時(shí)間從用電高峰時(shí)段轉(zhuǎn)到非用電高峰時(shí)段的用戶提供大幅折扣，比如，在晚上九點(diǎn)而不是晚上六點(diǎn)半使用洗衣機(jī)的用戶回饋電能信用額度等。

　　ADI最新推出的Blackfin ADSP-BF592產(chǎn)品(詳細(xì)產(chǎn)品資訊，請(qǐng)見(jiàn)：超低成本DSP產(chǎn)品兼具數(shù)據(jù)處理與MCU功能)十分適用于智能電表等智能計(jì)量系統(tǒng)中。ADI公司處理器及DSP部門(mén)市場(chǎng)總監(jiān)Colin Duggan在采訪中表示，智能計(jì)量是能源系統(tǒng)升級(jí)的核心部分，其帶來(lái)的收益主要有以下幾個(gè)方面：對(duì)環(huán)境的保護(hù)和某些能源依賴性的降低，以及對(duì)能源利用更高的效率。目前美國(guó)等地區(qū)利用無(wú)線射頻方式實(shí)現(xiàn)抄表是一個(gè)很好的方式，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也在制定當(dāng)中。各國(guó)智能電表方案差別很大，因此要考慮到區(qū)域性差異，除了支持無(wú)線抄表方式，還支持中國(guó)市場(chǎng)比較傾向的電力線PLC方式。其次，由于一塊智能電表的設(shè)計(jì)壽命可能達(dá)到10年~15年，這就要求除了硬件本身的高質(zhì)量、高可靠性，軟件升級(jí)功能也是必不可少的。最后，安全性是各國(guó)政府和電力機(jī)構(gòu)十分擔(dān)心的問(wèn)題，電表的設(shè)計(jì)要能與中央監(jiān)控室(Central Office)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，還要對(duì)電表的存儲(chǔ)加以保護(hù)。

　　Colin Duggan談到，Blackfin ADSP-BF592的豐富接口可以使設(shè)計(jì)者更方便地將其連接到各種設(shè)備及主處理器中。值得指出的是，由于Blackfin產(chǎn)品結(jié)合了DSP和MCU的功能，設(shè)計(jì)者可以按需求決定是否需要主控制芯片(Host Processor)。例如在某些簡(jiǎn)單應(yīng)用中甚至可以省去這部分成本而直接用一顆BF592同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理和中央控制功能;而對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)或者有較大存儲(chǔ)空間的應(yīng)用，則需要外接一顆主控制芯片?；?Blackfin 的智能電表不僅能夠滿足目前的設(shè)計(jì)要求，而且還為下一代能量管理技術(shù)、整合新型全異電網(wǎng)設(shè)備以及用戶可選的用電信用額度應(yīng)用作好了準(zhǔn)備。隨著未來(lái)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，這些應(yīng)用只需通過(guò)電網(wǎng)即可下載到基于 Blackfin 的儀表部件中，實(shí)現(xiàn)一種無(wú)縫傳輸。

　　早在BF592之前，Blackfin就已被西門(mén)子采用用于智能電表的設(shè)計(jì)。Colin Duggan介紹說(shuō)，西門(mén)子自動(dòng)抄表信息系統(tǒng)(AMIS)在其智能電表技術(shù)的核心利用ADI公司的Blackfin處理器。在AMIS設(shè)計(jì)階段初期，西門(mén)子公司就認(rèn)識(shí)到要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，智能電表就需要以較低的單價(jià)提供非凡的表內(nèi)處理能力、動(dòng)態(tài)和電網(wǎng)一體化通信以及真正的可擴(kuò)展性。西門(mén)子公司選擇了Blackfin匯聚式處理器，這是因?yàn)樵撎幚砥骶邆渫瑫r(shí)作為DSP和MCU進(jìn)行無(wú)縫工作的能力，特別適合西門(mén)子AMIS的高處理和動(dòng)態(tài)通信應(yīng)用要求，并且實(shí)現(xiàn)了極具成本效益的計(jì)算性能，以及耗電信息統(tǒng)計(jì)的功能。這樣就同時(shí)給電力公司和用戶提供了管理電費(fèi)的能力并可最終實(shí)現(xiàn)節(jié)約使用珍貴的電能資源。

　　Wi-Fi：早期參與 占據(jù)中國(guó)市場(chǎng)主動(dòng)

　　無(wú)線通信使智能計(jì)量和智能電網(wǎng)的概念進(jìn)一步延伸，并有望通過(guò)常用的技術(shù)擴(kuò)展到智能家居。通信技術(shù)廠商博通(BroADCom)就是這一概念的倡導(dǎo)者，其提出了突破傳統(tǒng)嵌入式應(yīng)用的“深入嵌入式技術(shù)”，主張將基于Wi-Fi技術(shù)廣泛用于現(xiàn)有的嵌入式產(chǎn)品中，例如家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與智能計(jì)量手段的結(jié)合。

　　博通公司表示，由于Wi-Fi在家用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的高普及率，利用Wi-Fi作為智能計(jì)量的一部分具有很大的優(yōu)勢(shì)。拿電表舉例。目前智能電網(wǎng)后端(Backhaul)的抄表方案主要分為無(wú)線和有線兩種，前者利用紅外和ZigBee技術(shù);后者利用電力線載波(PLC)。在抄表環(huán)節(jié)的前一個(gè)環(huán)節(jié)，則可利用Wi-Fi技術(shù)來(lái)收集家用電器的耗電數(shù)據(jù)(圖2)。

　　圖2，基于博通Wi-Fi“深入嵌入式應(yīng)用”的智能計(jì)量方案。

　　電力載波信號(hào)容易受到干擾，不夠穩(wěn)定。紅外容易被障礙物阻擋，功耗也較高，是單向傳輸?shù)?。而ZigBee RF可在三五十米之內(nèi)傳輸，可穿越障礙物，其功耗低并且支持雙向傳輸(可調(diào)整電價(jià))。

　　博通公司資深副總裁兼無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)事業(yè)部總經(jīng)理Michael Hurlston認(rèn)為，目前美國(guó)市場(chǎng)以ZigBee作為主要的信息收集手段并不是因?yàn)閆igBee比Wi-Fi更加先進(jìn)或適用，而是在美國(guó)智能計(jì)量市場(chǎng)需要一種無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)作為支撐時(shí)，Wi-Fi沒(méi)有及時(shí)提供相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。因此，美國(guó)市場(chǎng)對(duì)這一標(biāo)準(zhǔn)的選擇實(shí)際與技術(shù)無(wú)關(guān)，而是Wi-Fi沒(méi)有對(duì)智能電網(wǎng)投入應(yīng)有的注意力造成的，因此也導(dǎo)致Wi-Fi喪失了美國(guó)智能電網(wǎng)市場(chǎng)。所以，博通把目光轉(zhuǎn)向中國(guó)市場(chǎng)。“目前中國(guó)正處于智能電網(wǎng)建設(shè)的早期階段，各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選取尚未定型，早期的參與會(huì)使Wi-Fi占據(jù)更主動(dòng)的地位。”

　　Michael Hurlston還表示，除“先入為主”的市場(chǎng)選擇，即使不考慮其它因素，Wi-Fi在技術(shù)上也更優(yōu)于ZigBee。他說(shuō)，Wi-Fi廣泛用于家用電器。電視、PC等耗電設(shè)備由于已經(jīng)或即將具備Wi-Fi功能，功耗數(shù)據(jù)可無(wú)障礙地實(shí)現(xiàn)共享，對(duì)于空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)等家電設(shè)備就需要一顆特殊的芯片，即集成了Wi-Fi軟件棧集的芯片。這種芯片的難度和成本都很低，可以輕易地普及到普通家電產(chǎn)品中。