節(jié)能的話題已經(jīng)從各種宣傳口號變成越來越多的實實在在的行動,。進(jìn)入2009年以來，除了新能源和可再生能源外,，一個并不為大眾所熟悉的概念——智能電網(wǎng)技術(shù)成為新的焦點,。而作為智能電網(wǎng)重要組成部分的智能電表即將成為智能電網(wǎng)全球建設(shè)熱潮中重點發(fā)展的產(chǎn)品。
　　現(xiàn)在,，人們已經(jīng)可以利用包括智能電表在內(nèi)的高科技感知,、計量、分析和通信能力對電力應(yīng)用實現(xiàn)更加智能的管理,，進(jìn)行電力使用的信息收集,、分析和交互管理。透過先進(jìn)的智能分析工具產(chǎn)生有用信息,，再以此實時地做出更好的用電決策和電力系統(tǒng)配置的優(yōu)化,。智能電表技術(shù)的進(jìn)步使個人和企業(yè)可以選擇使用電能的方式和時間，實現(xiàn)電能的優(yōu)化配置,，降低能量的浪費和實現(xiàn)電能合理利用,，電力企業(yè)可以對收集的用電信息進(jìn)行分析,，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題甚至電力故障，為用戶提供用電咨詢,，使其對電力使用的效果更加一目了然,。電表已經(jīng)從簡單的基本計量向自動抄表、信息采集,、自動控制等多功能的趨勢發(fā)展,。
MCU解決方案面臨瓶頸，匯聚式處理器優(yōu)勢明顯
　　近年來,，對智能自動抄表電表的需求日益顯現(xiàn),。特別是進(jìn)入2009年以來，隨著全球智能電網(wǎng)建設(shè)熱潮和節(jié)能降耗要求日盛,，具有更強節(jié)電效能的智能電表的需求將逐步成為新型電表的主流,。此類電表具有豐富的功能和更強的性能，例如分時計費,、自動雙向通信,、時鐘溫度自動補償功能、低功耗,、故障冗余,、高可靠性、在線升級,。此外,，電力部門對電表提出了更多有關(guān)電能質(zhì)量檢測的功能要求，如針對電壓質(zhì)量的過壓,、欠壓,、失壓、全失壓,、電壓不平衡,、電壓畸變率等。
　　電表功能的多樣性是未來電表企業(yè)必須長期面對的一個問題,。通常,，各個國家或同一個國家的不同地區(qū)之間在電表功能、抄表方法和其他特性上的要求千差萬別,，因此所用的技術(shù)和方法都不一樣,。此外，全球的電表通信規(guī)范并無統(tǒng)一的版本,，如何簡單快速地滿足各種通信標(biāo)準(zhǔn),，顯然采用傳統(tǒng)的硬件解決方案缺乏足夠的靈活性，而采用基于軟件的設(shè)計方案,，電表制造商只需針對特定的應(yīng)用要求修改軟件,，無需修改(或者很少修改)硬件,，從而大大降低開發(fā)成本并加速產(chǎn)品上市。
　　除了自動抄表等功能,，智能電表在解決以下問題上還將發(fā)揮重要的作用：通過電網(wǎng)迅速檢測到發(fā)電量的需求變化,，在用電需求較低時減少發(fā)電量，保證節(jié)約能源,，保護(hù)環(huán)境,；通過感應(yīng)可能發(fā)生的設(shè)備故障，防患于未然,，保證用電安全可靠；分析電力故障的確切位置,，并立即派遣維修人員去解決問題,，保證電力的持續(xù)供應(yīng)；通過感知并管理老化設(shè)備的使用負(fù)荷,，延長設(shè)備的使用壽命,；通過更好地了解電力需求，使可再生能源的供應(yīng)最大化,，實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展,。
　　顯然，傳統(tǒng)的電子電表設(shè)計方案不能滿足上述功能和性能要求,，傳統(tǒng)的8位或16位MCU的性能逐漸顯得捉襟見肘,，可靠性、效率,、靈活性,、集成度要求不斷提高，成本壓力不斷增大,，從傳統(tǒng)的8/16位MCU向滿足系統(tǒng)的軟件可編程靈活性,、網(wǎng)絡(luò)連接性、在線可升級,、靈活,、健壯的32位DSP解決方案平臺轉(zhuǎn)移已經(jīng)成為電表設(shè)計，特別是中高端智能電表設(shè)計的必然趨勢,。而Blackfin DSP處理器無疑是工程師值得信賴的平臺,。
　　Blackfin DSP基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號架構(gòu)(MSA)，它將一個32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在一起,。這種獨特的匯聚式架構(gòu)很適合于全信號處理/分析能力要求,，同時還可在單內(nèi)核器件上提供高效控制任務(wù)執(zhí)行能力。這種匯聚架構(gòu)非常符合智能電表進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,、實現(xiàn)各種高性能算法（如諧波分析）,、通信功能的軟件實現(xiàn)以及對各種系統(tǒng)控制功能的支持,。
　　基于Blackfin處理器的方案可以方便地利用軟件來實現(xiàn)不同電力計量相關(guān)協(xié)議和各種通信協(xié)議算法，以及滿足各種功能組合要求,。Blackfin處理器的強大處理能力使電表制造商能輕松實現(xiàn)各種通用或定制化的功能,，能夠在不改變(或很少改變)硬件的情況下迅速適應(yīng)不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)和新型功能要求，并大大降低產(chǎn)品研發(fā)和制造成本,。
西門子AMIS系統(tǒng)核心引擎揭密
　　Blackfin處理器自推出以來就在電力系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用,。HVAC與HVDC電力系統(tǒng)的數(shù)字保護(hù)、自動化與控制系統(tǒng)的全球領(lǐng)先企業(yè)南京南瑞繼保電氣有限公司在其眾多的產(chǎn)品中就使用了Blackfin處理器,，而此前絕大多數(shù)嵌入式處理都基于通用微處理器架構(gòu),。南瑞繼保發(fā)現(xiàn)，在電網(wǎng)故障與短暫事件的檢測與響應(yīng)等關(guān)鍵應(yīng)用中,，Blackfin處理器解決方案的卓越性能可有效地保證國家電網(wǎng)的可靠性,。Blackfin數(shù)字信號處理器在這些工業(yè)應(yīng)用中取得的成功，高性能絕對是一個非常重要的因素,，連接轉(zhuǎn)換器與開關(guān)等輸入與輸出設(shè)備的能力也非常重要,，快速測量并分析系統(tǒng)條件的能力是另一個重要因素。此外,，低功耗,、低成本也是在如此多的應(yīng)用中選擇ADI DSP的一個顯著原因。
　　不久前,，電力計量技術(shù)全球領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)西門子宣布在其推出的最新自動抄表信息系統(tǒng)(AMIS)的智能電表的核心引擎利用了Blackfin處理器極具成本效益的計算性能,，實現(xiàn)了創(chuàng)新的智能電表功能和性能，樹立了下一代智能電能管理的新標(biāo)桿,。采用該款智能電表的AMIS系統(tǒng)不僅給電力公司和用戶提供了管理電費的能力,，還可最終實現(xiàn)節(jié)約珍貴電能資源的目的。
　　西門子AMIS系統(tǒng)覆蓋從電廠到用戶端的整個電力系統(tǒng),。作為用戶計量終端的智能電表計量用戶用電量,，并對電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測，將數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心,。該系統(tǒng)使用電力線進(jìn)行通信,，避免了其他方案所用的無線通信和互聯(lián)網(wǎng)通信所增加的成本。該系統(tǒng)具有極佳的擴展靈活性,，對未來的其他可能的標(biāo)準(zhǔn)保持開放(包括對其他通信媒介的支持),，通過簡單的在線軟件下載升級即可實現(xiàn)新的標(biāo)準(zhǔn)。采用AMIS多功能智能電表,，單一的電表平臺可以滿足所有的收費模式,，可以在控制中心自動完成電表的計費模式修改。因此,，不必為每次費率的修改而改變電表,，您可以根據(jù)用戶的要求在任意時間自動采集用戶用電數(shù)據(jù),，也不需要到現(xiàn)場即可遠(yuǎn)程控制用戶斷電操作，可以實現(xiàn)預(yù)付費功能或限制用電功能,，電力企業(yè)還可以記錄針對每個用戶的供電質(zhì)量(每個階段的電壓,、短期故障和長期故障等)。
　　在AMIS設(shè)計初期,，西門子公司就認(rèn)識到要實現(xiàn)上述功能特性目標(biāo),，智能電表就需要以較低的單價提供非凡的表內(nèi)處理能力、動態(tài)與電網(wǎng)一體化通信能力以及真正的可擴展性,。西門子公司選擇了Blackfin匯聚處理器,，就是因為該處理器具有同時作為DSP和MCU進(jìn)行無縫工作的能力，Blackfin處理器負(fù)責(zé)計算用戶用電情況,，并執(zhí)行電力線調(diào)制解調(diào)器功能,，通過電力線集中器進(jìn)行高效雙向通信，特別適合西門子AMIS的高密度處理和動態(tài)通信應(yīng)用要求,。低成本的Blackfin處理器具有處理儀表級原始實時用電數(shù)據(jù)以及實現(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。采用Blackfin處理器的西門子智能電表功能框圖如圖1所示,。

　　AMIS系統(tǒng)的智能電表采用了ADI公司的Blackfin入門級ADSP BF531,，該款器件具有成本低、易于使用,、性能強大的特點,。在價格上，該匯聚處理器強大的處理能力和豐富的外設(shè)可以實現(xiàn)甚至比通用MCU+PLC(電力線載波)通信專用芯片方案更低的BOM成本,，并且集成化的解決方案在實現(xiàn)小尺寸,、低成本的同時還可保證更高的可靠性；BF531具有豐富的外設(shè)接口,，包括并行外設(shè)接口,、兩個雙通道全雙工同步串行端口、SPI端口和UART等,，保證系統(tǒng)各種外設(shè)功能的無限擴展,；400 MHz/800 MMAC的強大性能保證單芯片即可高性能實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、通信協(xié)議,、各種專用算法,，并具有極強的擴展性，單套方案即可輕松滿足各種不同應(yīng)用條件要求,，大大降低企業(yè)的平均生產(chǎn)成本,，加快產(chǎn)品面市,；與一般的硬件實現(xiàn)方案相比，該方案具有在線升級功能,，對于不斷發(fā)展的全球電力應(yīng)用市場來說,，這一點非常重要。低成本,、高性能和可擴展的Blackfin技術(shù)使AMIS智能電表適合跨地區(qū)和針對多個標(biāo)準(zhǔn)的快速部署,。西門子公司對智能抄表解決方案AMIS進(jìn)行了多年的研究，Blackfin技術(shù)使西門子能夠在儀表級提供復(fù)雜的測量和通信能力,，從而實現(xiàn)了真正的全系統(tǒng)電能管理工具,。針對客戶對于Blackfin處理器的需求，ADI近期又推出了BF51x處理器,。
　　通過基于Blackfin處理器設(shè)計智能電表器件,，AMIS掀起了一場電網(wǎng)改革，該系統(tǒng)不僅可以測量各個家庭的用電情況,，還可以擴展到從發(fā)電廠到用戶的整個能源鏈生態(tài)系統(tǒng),。實際上，本地變電站基于Blackfin的數(shù)據(jù)集中器是以逐秒測量的方式采集用電數(shù)據(jù),，對電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控并將數(shù)據(jù)傳送給控制站,。基于Blackfin的智能電表不僅能夠滿足目前的設(shè)計要求,，而且還為下一代能量管理技術(shù),、整合新型智能電網(wǎng)設(shè)備以及推動為用戶提供可選的用電信用額度等應(yīng)用作好了準(zhǔn)備。隨著未來標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展,，這些應(yīng)用只需通過電網(wǎng)即可下載到基于Blackfin的儀表部件中,，實現(xiàn)無縫傳輸。
　　目前,，西門子智能電表已經(jīng)在澳大利亞及意大利等國家獲得規(guī)模應(yīng)用,。到2014年，僅澳大利亞Energie AG公司將部署40萬西門子智能電表,；在意大利,，西門子正在以每個月近60 000用戶的部署速度幫助消費者使用到智能電表，目標(biāo)將實現(xiàn)百萬用戶轉(zhuǎn)向AMIS系統(tǒng),。圖2所示為Energie AG公司員工在實驗室內(nèi)進(jìn)行智能電表通信測試,。

ADI對智能電表技術(shù)投入長期承諾
　　全球?qū)?jié)能的關(guān)注正在吸引半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)加大對能源相關(guān)電子行業(yè)的投入，包括智能電表在內(nèi)的智能電網(wǎng)技術(shù)將是其中的重點之一,。ADI一直關(guān)注并大力支持該行業(yè)的發(fā)展,。據(jù)統(tǒng)計，全世界已有超過2.25億塊電表采用了ADI公司的電能計量技術(shù)，ADI電力計量芯片以高品質(zhì),、高可靠性及高性能而享譽全球?，F(xiàn)在，ADI業(yè)界領(lǐng)先的匯聚式DSP技術(shù)將繼續(xù)為全球智能電力計量應(yīng)用發(fā)揮越來越重要的作用,。
　　ADI公司長期致力于通過防止污染和保護(hù)資源來保護(hù)環(huán)境,，智能電表的應(yīng)用無疑將有效地大大降低電能的消耗，有效地促進(jìn)全球環(huán)境保護(hù),。ADI將繼續(xù)不斷地致力于提供低能耗,、高性能和低成本的應(yīng)用方案，通過高性能技術(shù)應(yīng)用促進(jìn)新能源策略的全球?qū)嵤?。ADI對電力計量技術(shù)的長期持續(xù)投入將幫助中國企業(yè)開發(fā)適合市場需求的各種先進(jìn)電表產(chǎn)品,，幫助中國企業(yè)從持續(xù)增長的電力基礎(chǔ)設(shè)施市場中贏得先機。
　　為加快用戶利用Blackfin處理器實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)并降低技術(shù)門檻,，ADI提供各種支持,，可以針對用戶需求提供各種必要的軟件庫以及參考設(shè)計。此外,，Blackfin成熟的開發(fā)工具套件將加速產(chǎn)品開發(fā)過程,。ADI提供業(yè)界一流的工具、初學(xué)套件與支持,，包括熟知的,、能夠支持其他Blackfin處理器的ADI CROSSCORE?誖軟件與硬件工具，獲獎的VisualDSP++集成開發(fā)與調(diào)試環(huán)境(IDDE),、仿真器以及EZ-KIT Lite評估板硬件。
      全球智能電表市場即將井噴,，眾多中國電表制造企業(yè)都將面臨巨大的市場機會,，但同時也有極大的挑戰(zhàn)。目前全球高端產(chǎn)品如高精度智能電表市場份額仍然由西門子,、ABB公司等國際大企業(yè)所主導(dǎo),。中國絕大部分電表設(shè)計制造企業(yè)仍主要在生產(chǎn)機械電表和低成本的低精度電子式電表，隨著智能電網(wǎng)不斷發(fā)展,，這類產(chǎn)品將會面臨被淘汰的尷尬命運,，全球主要的國家改善能源利用效率和保護(hù)環(huán)境的決心，以及在智能電網(wǎng)上的巨額資金投入,，必將加速智能電表的全面應(yīng)用,。
　　只有那些能掌握成熟的領(lǐng)先智能電表技術(shù)，并保證產(chǎn)品批量穩(wěn)定性的企業(yè)才能贏得先機,。這必然需要一個引進(jìn)并吸收消化先進(jìn)技術(shù)的過程,，ADI將助力中國企業(yè)加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代，盡快掌握領(lǐng)先的智能電表完整方案設(shè)計技術(shù),。ADI除了向客戶提供DSP芯片和方案這樣的價值創(chuàng)造平臺,，也一直致力于營造良好的DSP生態(tài)系統(tǒng),，以幫助廣大的創(chuàng)新者能夠利用先進(jìn)的DSP技術(shù)實現(xiàn)其創(chuàng)新設(shè)計。目前,，ADI正在努力加強智能電表應(yīng)用的生態(tài)系統(tǒng)建設(shè),，在為客戶提供一貫的優(yōu)秀開發(fā)工具、評估套件,、軟件庫和參考設(shè)計的同時,，還將提供更多第三方設(shè)計方案、軟件等,，加快客戶產(chǎn)品面市速度,，降低開發(fā)難度和成本。