基于Zigbee/Sub-GHz技术的智能电表设计

智能电表大大提高了公用事业公司和消费者用电效率的能力，使得其备受市场关注，目前也是全球主要增长的应用市场之一。智能电表市场价值估计为127.9亿美元（2017年），预计2017-2022年增长率将达到9.34％。

有趣的是，第一台智能电表是20世纪70年代在互联网时代之前开发的，直到20世纪90年代中后期美国国家能源政策法案和全球范围内类似的公用事业放松管制措施，智能电表才真正起飞。广泛的放松管制为公用事业公司建立了市场驱动的定价环境，迫切需要公用事业公司了解客户的能源消耗率，以降低成本，因此对智能电表的关键需求诞生了。

现代智能电表通过通信网络记录和报告电力，燃气，水或加热/制冷的消耗。通过实时获得此级别的消耗细节，公用事业公司可以降低成本，同时提高客户满意度，从而使部署智能电表成为任何类型公用事业公司的宝贵投资。智能电表也在帮助达到许多国家设立的气候目标方面发挥关键作用。

好处是显而易见的，但从设计师的角度来看，计量技术的类型是巨大的，需要详细了解市场。以下将详细介绍智能电表的类型以及其技术需求，为开发人员勾勒更完整的智能电表市场及技术发展境况。请点击“阅读原文”至Silicon Labs中文社区观看全文。

电表类型

最常见的智能电表类型使用单向传输通信，称为自动抄表（AMC）。这些仪表已经通过广域网（WAN）运行，实现了无线功能的全自动化。

先进计量基础设施（AMI）计量器：通过双向通信网络，不仅能够产生读数，还能控制计量器和设备，并允许公用事业公司连接或断开客户的连接; 监测和预测使用情况，实现智能电网运行; 并启用软件和安全更新。

传统的计量设备曾用于最早的智能电表中，但今天几乎所有新型智能电表设计都使用电子设备，在行业中被称为静态电表。电表可能是大多数人在听到智能电表这一术语时所想到的，并且有两种主要的电表。

电流互感器（CT）：其为最初的电表，尽管现在存在多种基于MCU的电表，这些电表不存在与基于变压器的电表有关的问题，例如易受大电流饱和的倾向以及易受篡改。

热成本分配器（HCA）：其为欧洲和城市地区广泛部署的一种更受欢迎的智能电表类型。这些仪表通常用于多租户住宅和商业建筑，并且可以实现共享供热系统的公平成本分配，为租户提供与供热系统使用量成比例的加热费用。这种仪表受到了节能主义者的欢迎，因为它鼓励用户降低能耗。

家庭显示器（IHD）：此为另一种理想的计量方式，而IHD在北美GB智能能源计划的家庭中也很常见。这些设备与家中的智能电表有无线连接，通常使用Zigbee网状网络来显示不同的累计和实时使用率。

通信技术

嵌入式设计人员并不感到意外，在设计智能电表时有许多通信技术可供选择。

典型的安装使用具有星形或网状拓扑结构的Sub-GHz网络（FAN），但另一种流行的选择是使用具有直接内置于仪表的M2M，3G或4G的M2M连接的设备。新的窄带物联网标准已经提高了该方法的功率和性价比，创造了许多未经许可的低功耗广域网（LPWAN）技术提供商。

另一个主要的通信网络是基于Zigbee的家庭区域网络（HAN），该网络已经在英国超过2300万个家庭中部署. HAN仪表有一个内置的Zigbee，并带有一个IHD。

尽管主要受功率限制，Wi-Fi，蓝牙和Z-Wave无法在智能电表部署中找到。但使用多协议SoC的2.4 GHz无线电，例如Silicon Labs Mighty Gecko，Bluetooth Low Energy是一个可行的选择。

电源

电源不是电表的问题，因为它们有自己的电源，但电力成为供热，燃气和水表的关键问题。近年来专为智能电表开发了专用锂电池 - 长达近20年 - 但并非所有市场都接受这些电池。中国就是一个很好的例子，因为它需要公用事业客户每隔12-18个月更换双AA电池。

最大限度地延长电池使用时间是智能电表设计的重要组成部分，使底层技术组件成为创建高性能智能电表的关键，这些电表不受电源限制。

无论智能电表采用何种电子设计，智能电表都将继续证明其价值，作为公用事业高效运行，消费者节省资金以及全社会减少环境足迹的高效方式。