智能电表的无线技术

技术进步使得用具有先进功能的数字仪表取代能源、水和天然气的机械和机电仪表成为可能。有了这些新工具，用户正在从纯粹的被动角色演变为更主动的角色，每个人都可以控制自己的消费习惯并定义自己的策略来节省资源。关键词是“沟通”。借助新技术，公用事业和用户可以进行通信，为智能使用主要资源的新场景铺平了道路。

智能电表

使用智能电表有几个优点。公用事业公司可以从自动数据收集中受益，避免由于手动读数而导致的人为错误，并最终降低劳动力成本。此外，统计数据的收集变得更加容易，从而可以优化分配网络的规模和利用率。诊断和瞬时故障检测可实现预测性维护，从而形成更高效、更可靠的配电网络。此外，公用事业公司可以根据一天中的不同时间段提供额外的服务，例如实时定价。一些操作可以及时推迟，当服务成本较低时，允许用户节省资金和公用事业，以有效管理高峰需求。

一旦连接到家庭网络，智能电表就可以提供有关消费者习惯的有用信息。可以知道洗衣机循环的能耗、浇灌花园所需的水、供暖的每日燃气消耗量。一些研究表明，简单的意识可以节省20%或更多。如果有机会通过限制资源使用来节省资金，并考虑到采取行动减少资源使用的技术，消费者将采取行动，节省高达50%。

智能电表将减少用户侧的主要资源，节省公用事业方面的损失，最终有助于实现减少碳排放的目标，使地球成为一个更绿色的居住地。

智能电表结构

智能电表的一般框图如图1所示。根据应用、能源、燃气或水表，您可能将一个或多个传感器连接到前端电子设备、具有相关电源管理电路的能源、通信节点和用于系统管理的微控制器。

图1.智能电表框图。

在实施联网计量系统时，可以使用多种技术。然而，其中两个正在成为主导：无线短距离（SRD）和电力线通信（PLC）。PLC特别适用于电能计量，是免费提供的电力线载体;对于水表和燃气表，由于缺乏合适的电力线载波，SRD正成为显而易见的选择。此外，燃气表和水表由电池供电，因此功耗是一个非常关键的方面。

为了实现功耗和通信范围之间的最佳权衡，电表设计人员正在选择sub-GHz频段的无线电，例如北美的915 MHz，而在欧洲，感兴趣的频段是868 MHz和433 MHz，对169 MHz频段的兴趣日益浓厚。此外，大多数电表制造商正在考虑 2.4 GHz 全球免费频段;然而，对于给定的功耗，在这些频率下通信的无线电比sub-GHz无线电具有更短的范围。更宽的范围对于燃气表和水表至关重要，可以放置在恶劣的环境中进行射频传播，如地下室和地下坑。

水计量—由智能计量开发的多读取器系统

无线短距离传输的进步使配水网络的监测成为可能。曾经使用数学模型和在配水网络和用户连接的输入处进行零星测量来监测用水量。如今，使用合适的硬件，可以执行同步的多个测量，从而正确管理配电网络。

该仪表允许AMR（自动抄表），可用于计费，但也可用于检测网络中的损失。通过对投入和输出进行同步和频繁的测量，公用事业公司可以每月、每周甚至每天执行水预算。这样，将更容易检测由于故障或非法用水而导致的网络损失。公用事业公司还可以为其客户提供其他服务，例如通过在夜间或非高峰时段监控消耗量来检测用户网络中的损失。

用于水监测的电池供电无线网络是一项艰巨的任务。要求电表在恶劣的环境中以有限的能源工作数年、10 年甚至 15 年。由于无线电和电视广播、GSM 基站等带内干扰源或遥控器等带内干扰源引起的电磁干扰会降低接收器灵敏度，在某些情况下会导致接收器本身受到阻塞。此外，天气条件和排水管或停放的汽车等金属物体会影响天线性能和无线电波传播。高湿度水平和热循环会感应机械应力或影响电池性能。

所有这些因素都会影响系统的整体可靠性，并影响必须保持非常低的维护成本。

鉴于这些工作条件，很明显，该器件应具有非常高的灵敏度、抗干扰能力和低功耗。智能计量部门对可用的短程器件进行了基准测试，并决定采用ADI公司的ADF702x系列无线收发器，该系列被证明是市场上最好的无线收发器，可满足这些高要求。

多阅读器系统

智能计量开发了基于ADF702x系列的多读卡器系统，以满足公用事业公司对水监测的需求。它由水表MultiReader-C，中继器MultiReader-R和集中器MultiReader-G组成。

MultiReader-C 是一款电池供电的计数器，最多可连接三个脉冲发射器设备。该仪表可以提供实时用水量、基于固定日历的存储数据以及应用特定算法处理的测量值。所有这些功能都允许多种服务，例如不同点的同步测量、指定时间间隔内的用水量以及报告其他有用信息，如回流、计数器关闭和最终用户损失。

MultiReader-R是一种电池供电的中继器，通常安装在杆子上，用于扩展单米的范围。它能够与仪表、其他中继器和集中器通信。

MultiReader-G从仪表收集数据，并能够通过GSM网络与中心局进行通信。

安装和维护用于水计量的可靠无线网络需要硬件、软件和系统管理功能，这些功能是智能计量随着时间的推移而开发的。

ADI公司的ISM频段收发器技术

ADI公司的SRD收发器可以覆盖75 MHz至1 GHz的频段。最受欢迎的器件是ADF7020中频段（100 kHz至200 kHz，最高200 kbps）、ADF7021窄带（9 kHz至25 kHz，最高32 kbps）及其衍生产品。灵活性是这些设备的主要特征之一。可以对多个参数进行编程，以实现性能和功耗之间的最佳权衡。收发器支持ASK、FSK、OOK、GFSK、MSK调制方案、-16 dBm至+13 dBm范围内的可编程输出功率，以及LNA的许多编程选项，以权衡灵敏度、线性度和电流消耗。差分LNA输入级、PA斜坡控制以及高斯和升余弦数据滤波都有助于器件在复杂的电磁环境中正常工作。

在同一系列中，ADF7023嵌入了一个8位通信处理器，用于数据包处理、无线电控制和智能唤醒模式功能。通信处理器通过集成典型通信协议栈的较低层来减轻配套处理器的处理负担。

审核编辑：郭婷