《电子技术应用》

Atmel智能电表解决方案

2017/5/18 12:48:00

  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。

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  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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