智能化电能计量技术提升能效，让世界变得更环保

作者：时间：2010-06-01 来源：网络收藏

设计AMR/AMI电表中的RF电路

电表通常位于拥有越来越多无线设备的房屋内部或周边，确保可靠的无线电通信是一大挑战，这就要求RF电路必须具备高性能，以抑制无线LAN等设备发出的较强信号的干扰，RF输入端可能接收低至1微伏以下的信号，并进行解码。

RF模块也要求具有良好的无线电灵敏度，因为更高的灵敏度意味着更长的信号传输距离。记住，电表可能位于地下室甚至地底下，它需要和几条街之外某根电线杆上的无线电设备或与街上电力公司的抄表车进行通信。灵敏度越低，接收无线电就必须靠得越近才能正确地解码信息。对于一个移动的车载抄表系统来说，这意味着抄表车必须与您的房屋靠得更近，但固定网络基础设施必须使用更小的单元和相应更多的数据收集器。因此，高灵敏度可以使网络基础设施的成本最小。

低功耗是电池供电的气表和水表的关键性能要求。电表供应商常常努力尝试降低电表的功耗，因为这样一来他们就可以将相同的设计移植到水表或气表上。此外，为了在开放的频段内工作，计量表和抄表器使用的通信协议必须符合所在国家的无线电发射规定。目前全世界有多个开放频段，其中最常用的是900MHz、2.4GHz和5.8GHz。

大部分电表制造商都选择了900MHz频段作为电表之间和电表与数据收集器之间的通信频段。在某一给定的功率预算下，900MHz频段的无线传输距离比2.4GHz频段更长，基站或数据收集器就可以覆盖更大的范围。不过，从电力公司的角度来说，使用这个频段的一个缺点在于缺乏可用的标准。1GHz以下频段显然是电池供电型气表和水表的最佳技术选择，这推动了业界对标准化的要求，以便不同制造商的系统之间实现互操作性。已经从有线M-Bus用户群体成长起来的无线M-Bus，就是一个计量表之间以及计量表和数据收集器之间通信标准的例子。M-Bus11目前是欧洲规范标准的一部分，详情可见EN 13757标准。无线M-Bus协议的详细内容在衍生标准EN 13757-4中。900MHz频段的其它标准化工作也在进行之中。

ADF702012和即将推出的ADF7023就是900MHz的无线电器件，这两款器件在设计过程中就考虑了计量应用的需求，这两款器件也都适用于必须符合无线M-Bus标准的系统。图4显示了ADF7020的功能框图。

图4：ADF7020的功能框图。

ADF7020全集成的低功耗无线电收发器可工作在以下开放ISM频段上：中国是433MHz，欧洲是868MHz，北美则是915MHz。它集成了完整的RF发射和接收电路以及模拟和数字基带。如图5所示，实现一个用于AMR电表13的射频卡，通常只需要ADF7020、一根天线、几个外部无源器件和一个运行通信协议的简单微控制器。ADF7020通过集成一个超低功耗的8位RISC内核来执行一些低级的通信功能，大幅减轻了外部微控制器的负担。在很多情况下，这样可以避免采用通信专用微控制器。电表制造商选择ADF702x系列收发器而不是其竞争器件的另一个原因是，ADF702x系列收发器能提供业内最好的灵敏度和阻塞性能，它允许电表和数据收集器之间有更长的通信距离。ADF7020提供超过70dB的阻塞性能，这意味着，即便在一个带外信号比所需信号高出70dB的情况下，ADF7020也可以正确地检测出所需的信号并进行正确的解码。ADF7020的相邻信道抑制指标大约为40dB，灵敏度可以达到–120dBm，具体需取决于数据率。这比表现最好的ZigBee解决方案®14的灵敏度还低出20dB。

图5：具有AMR功能的公用仪表。

图5：具有AMR功能的公用仪表。

HAN网络

随着很多家庭将很快配备一个具有通信能力的电表，电力公司和能源管理机构开始思考未来如何利用该技术来提高能效和节能意识。利用这个有时被称为“智能电网”的概念，电力公司可以利用这一扩展到千家万户的网络，来积极地管理电能输送负荷。例如可以提供实时价格信息，从而让用户可以调整用电习惯。在用电高峰期，比如炎热天气时，电力公司可以给用户发送一个信息，提醒用户下一个小时的费率会提高，鼓励其关掉电器，这就需要在室内安装一个可以显示该信息的显示器。电力公司还可以更进一步地通过电表来控制用户家中的电器，比如调低空调或关闭游泳池的水泵，这个系统需要电表和家用电器之间进行通信，有时这被称为家庭区域网(HAN)。900-MHz射频解决方案(如ADF702x和ZigBee射频解决方案)都在这一领域找到了用武之地。

大多数业内人士都认识到，一个与先进的计量基础设施相连的能够完全运行的家庭区域网还需要若干年才能实现。然而，这样的系统的好处让今天很多公司都积极为家庭区域网开发解决方案。图6显示了家庭区域网的示意图。

图6：家庭区域网。