智能儀表是智能電網(wǎng)構筑過程中不可或缺的一部分。原先的電能表一般采用機械式結構，而智能儀表采用的是電子式結構，因此對半導體的性能要求及對它作為一個新興市場的期待都頗高。此外，可延長電池驅(qū)動時間的低功耗工作、信息及付費等通信安全也將成為重要因素。因此下面我們就將以智能儀表的發(fā)展趨勢及存在的課題進行說明，并就此介紹瑞薩電子在智能儀表方面的解決方案。
根據(jù)地區(qū)與公共事業(yè)單位的不同而構建不同測量單元
全面普及對電、水、氣等使用情況進行記錄，并帶有通信功能的智能儀表，是構筑智能電網(wǎng)的首要前提。過去，電表的作用只是為了通過遠程抄表來提高用電量統(tǒng)計工作的效率，以及防止盜電行為。但是隨著用電量可視化帶來的省電節(jié)能備受關注外，為了通過智能電網(wǎng)構筑分散型電源而擔任基礎作用，及把握電力需求的詳細信息來防止停電等多種需求在全球不斷擴大。尤其由于過去各類電能表均采用機械式構造，而智能儀表則采用了電子式構造，因此人們對智能儀表中的半導體性能及智能儀表帶來的新市場越發(fā)期待。
智能儀表由測算單元、通信單元及開關單元3部分構成。（圖1）測算單元的主要是對用電量以及相關費用的統(tǒng)計。通信單元則用于與公共事業(yè)單位的通信。開關單元，顧名思義即為控制電或氣等的供給。以智能電表為例，它由測算電流/電壓的測量部分、及以它為基礎進行電力、費用計算的MCU部分、顯示部分、保存費用信息的EEPROM、使通信單元的連接處于絕緣狀態(tài)的光耦合器等構成。然而，由于地區(qū)及公共事業(yè)單位的不同，對智能儀表的開發(fā)思路也大不相同。這導致了智能儀表的內(nèi)部構成分為了3 種類型，而智能儀表的主要構成部分MCU也在操作和性能上有很大的區(qū)別。
圖1：面向智能電表的測量單元系統(tǒng)框圖和構成例
第一種是通過MCU的軟件只對費用進行計算處理。這種電表由于其只需基本的計算功能，因此一般只需采用8位MCU即可。同時，由于這種電表幾乎全部利用硬件進行處理，因此也可實現(xiàn)低功耗。此外，此類電表存儲器尺寸小、成本低、無需開發(fā)電力測量相關功能，因而可縮短開發(fā)周期。尤其對于偏向短開發(fā)周期的中國市場而言具有很大優(yōu)勢。
第二種是電力運算也要通過軟件來進行。這種電表需要高速的16位MCU。與第一種相比，靈活性更高。對于擁有豐富軟件開發(fā)人材的印度市場來說非常合適。
第三種則要用MCU的A/D板進行感應，通過軟件進行濾波處理、電力運算、費用處理等。為了實現(xiàn)更高的靈活性，通過更改軟件可支持普通家庭用單相電源和面向工業(yè)的三相電源。只是，由于被要求具備更高運算能力，所以需要32位且具備DSP功能的MCU。因此在重視開發(fā)效率與附加服務的美國與歐洲市場需求很高。
由于測量單元的多樣化構成，與之對應的MCU產(chǎn)品也大相徑庭。而瑞薩電子卻擁有可對應上述各種類型電表的MCU產(chǎn)品線。例如，針對第一類電表，瑞薩電子擁有 R8C及具備單相電力運算單元的78K0等產(chǎn)品。針對第二和第三類，擁有78K0R、V850、H8S以及即將推廣的RX200等產(chǎn)品。（圖2）瑞薩電子可提供以主要組成部分的MCU為中心，包括測算電流/電壓的測量部分、顯示部分、可保存費用信息的EEPROM、以及擁有許多其他功能的IC、功率器件等在內(nèi)的智能儀表解決方案。
圖2：面向儀表的MCU發(fā)展藍圖
以標準產(chǎn)品和ASIC來支持多種通信單元
根據(jù)通信地點，通信單元一般有2個系統(tǒng)。一個系統(tǒng)是用于將費用信息傳輸給公共事業(yè)單位的Neighborhood Area Network（NAN）；另一個則是智能儀表在用戶家中實現(xiàn)網(wǎng)關時所需的Home Aria Network（HAN）。
首先，根據(jù)使用地區(qū)的不同，NAN系統(tǒng)擁有電力線通信和無線通信2種方式。在美國主要以900MHz頻帶的網(wǎng)格通信為主，而在中國和歐洲則是以電力線通信為主。日本國內(nèi)目前主要以無線通信為主流，但也在考慮是否采用特定小功率、950MHz、PHS等。
另一方面，HAN系統(tǒng)則有可能采用WiFi、ZigBee、6LoWPAN、Z-Wave等無線方式或電力線通信、EtherNet等有線方式。
因此，上述通信單元所需要的半導體也因為公共事業(yè)單位及地區(qū)的差異有所不同。為了對應這種情況，瑞薩電子目前正在開發(fā)面向標準產(chǎn)品的輔助千兆赫茲頻帶無線 IP內(nèi)核和多調(diào)制IP內(nèi)核。更有ASIC可供選擇。瑞薩電子可在短時間內(nèi)根據(jù)客戶所需的通信方式定制完全符合需求的產(chǎn)品。而就ASIC而言，由于其所采用的先進工藝，也可完全實現(xiàn)低功耗需求。
硬件加密引擎與防篡改功能使安全性能得到提升實現(xiàn)安心、安全
然而，在儀表具備了通信功能后，也出現(xiàn)了弊端。其中最令人擔憂的問題就是遭受黑客攻擊。通信遭到攻擊后電網(wǎng)的命脈停止的話可能會導致嚴重災害。而解決這個問題的關鍵在于進行通信加密。這其中則涉及到2個要素，路由器等產(chǎn)品對“防通信攻擊的高度加密技術”，以及為了防止儀表內(nèi)部被攻擊而進行MCU內(nèi)部信息加密的“防篡改功能”。而瑞薩電子同時擁有實現(xiàn)安全傳輸所需的高度硬件加密引擎和高度防篡改功能2種技術。這對一個半導體廠商來說具有超強優(yōu)勢。正因為有了這些技術，瑞薩電子即將推出客戶所要求的搭載安全性能的NAN系統(tǒng)。[!--empirenews.page--]
此外，由于擁有EEPROM、光耦合器等外圍器件，瑞薩電子幾乎可以提供智能儀表所需的所有主要半導體產(chǎn)品。今后，瑞薩電子也將繼續(xù)為不斷為需求擴大的智能儀表提供更多解決方案。
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