節(jié)能就是盡可能地減少能源消耗量，生產(chǎn)出與原來(lái)同樣數(shù)量、同樣質(zhì)量的產(chǎn)品；或者是以原來(lái)同樣數(shù)量的能源消耗量，生產(chǎn)出比原來(lái)數(shù)量更多或數(shù)量相等質(zhì)量更好的產(chǎn)品。進(jìn)入2009年以來(lái)，除了新能源和可再生能源外，一個(gè)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(diǎn)。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)建設(shè)熱潮中重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)品。

　　智能電網(wǎng)（smart power grids），就是電網(wǎng)的智能化，也被稱為"電網(wǎng)2.0",它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，其主要特征包括自愈、激勵(lì)和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動(dòng)電力市場(chǎng)以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行。

　　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(jì)量、分析和通信能力對(duì)電力應(yīng)用實(shí)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(guò)先進(jìn)的智能分析工具產(chǎn)生有用信息，再以此實(shí)時(shí)地做出更好的用電決策和電力系統(tǒng)配置的優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)電能的優(yōu)化配置，降低能量的浪費(fèi)和實(shí)現(xiàn)電能合理利用，電力企業(yè)可以對(duì)收集的用電信息進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題甚至電力故障，為用戶提供用電咨詢，使其對(duì)電力使用的效果更加一目了然。電表已經(jīng)從簡(jiǎn)單的基本計(jì)量向自動(dòng)抄表、信息采集、自動(dòng)控制等多功能的趨勢(shì)發(fā)展。  用戶的購(gòu)電信息實(shí)行微機(jī)管理，方便進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、收費(fèi)及打印票據(jù)等。工作原理 用戶持IC卡到供電部門(mén)交款購(gòu)電，供電部門(mén)用售電管理機(jī)將購(gòu)電量寫(xiě)入IC卡中，用戶持IC卡在感應(yīng)區(qū)刷非接觸式IC卡（簡(jiǎn)稱刷卡，下同），即可合閘供電，供電后將卡拿走。當(dāng)表內(nèi)剩余電量等于報(bào)警電量時(shí)，拉閘斷電報(bào)警（或蜂鳴器報(bào)警），此時(shí)用戶在感應(yīng)區(qū)刷卡即可恢復(fù)供電；當(dāng)剩余電量為零時(shí)，自動(dòng)拉閘斷電，用戶必須再次持卡交費(fèi)購(gòu)電，才可以恢復(fù)用電。

　　MCU解決方案面臨瓶頸，匯聚式處理器優(yōu)勢(shì)明顯

　　近年來(lái)，對(duì)智能自動(dòng)抄表電表的需求日益顯現(xiàn)。特別是進(jìn)入2009年以來(lái)，隨著智能電網(wǎng)建設(shè)熱潮和節(jié)能降耗要求日盛，具有更強(qiáng)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。此外，電力部門(mén)對(duì)電表提出了更多有關(guān)電能質(zhì)量檢測(cè)的功能要求，如針對(duì)電壓質(zhì)量的過(guò)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(lái)電表企業(yè)必須長(zhǎng)期面對(duì)的一個(gè)問(wèn)題。的電表通信規(guī)范并無(wú)統(tǒng)一的版本，如何簡(jiǎn)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(jì)方案，電表制造商只需針對(duì)特定的應(yīng)用要求修改軟件，無(wú)需修改硬件，從而大大降低開(kāi)發(fā)成本并加速產(chǎn)品上市。

　　除了自動(dòng)抄表等功能，智能電表在解決以下問(wèn)題上還將發(fā)揮重要的作用：通過(guò)電網(wǎng)迅速檢測(cè)到發(fā)電量的需求變化，在用電需求較低時(shí)減少發(fā)電量，保證節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境；通過(guò)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(wèn)題，保證電力的持續(xù)供應(yīng)；通過(guò)感知并管理老化設(shè)備的使用負(fù)荷，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命；通過(guò)更好地了解電力需求，使可再生能源的供應(yīng)化，實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

　　顯然，傳統(tǒng)的電子電表設(shè)計(jì)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(jiàn)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(jí)、靈活、健壯的32位DSP解決方案平臺(tái)轉(zhuǎn)移已經(jīng)成為電表設(shè)計(jì)，特別是中高端智能電表設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)。而B(niǎo)lackfin DSP處理器無(wú)疑是工程師值得信賴的平臺(tái)。

　　Blackfin DSP基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的微信號(hào)架構(gòu)（MSA），它將一個(gè)32位RISC型指令集和雙16位乘法累加（MAC）信號(hào)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(dú)特的匯聚式架構(gòu)很適合于全信號(hào)處理/分析能力要求，同時(shí)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(shí)現(xiàn)各種高性能算法（如諧波分析）、通信功能的軟件實(shí)現(xiàn)以及對(duì)各種系統(tǒng)控制功能的支持。

　　供電部門(mén)和用戶來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的手工抄表收費(fèi)方式越來(lái)越難以適應(yīng)時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，抄表收費(fèi)也成了供電部門(mén)經(jīng)營(yíng)上的的一大難題。而現(xiàn)代化的自動(dòng)抄表系統(tǒng)可以較好地解決這一問(wèn)題，自動(dòng)抄表技術(shù)的應(yīng)用也經(jīng)歷了一個(gè)從無(wú)到有，從原始到現(xiàn)代化的一個(gè)循序漸進(jìn)的發(fā)展過(guò)程。進(jìn)入新的世紀(jì)，展望未來(lái)，一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)有望解決這些難題。

　　西門(mén)子AMIS系統(tǒng)引擎揭密

　　Blackfin處理器自推出以來(lái)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(dòng)化與控制系統(tǒng)的企業(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(cè)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(guó)家電網(wǎng)的可靠性。Blackfin數(shù)字信號(hào)處理器在這些工業(yè)應(yīng)用中取得的成功，高性能是一個(gè)非常重要的因素，連接轉(zhuǎn)換器與開(kāi)關(guān)等輸入與輸出設(shè)備的能力也非常重要，快速測(cè)量并分析系統(tǒng)條件的能力是另一個(gè)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(gè)顯著原因。

　　不久前，電力計(jì)量技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)西門(mén)子宣布在其推出的自動(dòng)抄表信息系統(tǒng)（AMIS）的智能電表的引擎利用了Blackfin處理器極具成本效益的計(jì)算性能，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新的智能電表功能和性能，樹(shù)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(fèi)的能力，還可終實(shí)現(xiàn)節(jié)約珍貴電能資源的目的。

　　西門(mén)子AMIS系統(tǒng)覆蓋從電廠到用戶端的整個(gè)電力系統(tǒng)。作為用戶計(jì)量終端的智能電表計(jì)量用戶用電量，并對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(wú)線通信和互聯(lián)網(wǎng)通信所增加的成本。該系統(tǒng)具有的擴(kuò)展靈活性，對(duì)未來(lái)的其他可能的標(biāo)準(zhǔn)保持開(kāi)放，通過(guò)簡(jiǎn)單的在線軟件升級(jí)即可實(shí)現(xiàn)新的標(biāo)準(zhǔn)。因此，不必為每次費(fèi)率的修改而改變電表，您可以根據(jù)用戶的要求在任意時(shí)間自動(dòng)采集用戶用電數(shù)據(jù)，也不需要到現(xiàn)場(chǎng)即可遠(yuǎn)程控制用戶斷電操作，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)功能或限制用電功能，電力企業(yè)還可以記錄針對(duì)每個(gè)用戶的供電質(zhì)量。

　　在AMIS設(shè)計(jì)初期，西門(mén)子公司就認(rèn)識(shí)到要實(shí)現(xiàn)上述功能特性目標(biāo)，智能電表就需要以較低的單價(jià)提供非凡的表內(nèi)處理能力、動(dòng)態(tài)與電網(wǎng)一體化通信能力以及真正的可擴(kuò)展性。西門(mén)子公司選擇了Blackfin匯聚處理器，就是因?yàn)樵撎幚砥骶哂型瑫r(shí)作為DSP和MCU進(jìn)行無(wú)縫工作的能力，Blackfin處理器負(fù)責(zé)計(jì)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(guò)電力線集中器進(jìn)行高效雙向通信，特別適合西門(mén)子AMIS的高密度處理和動(dòng)態(tài)通信應(yīng)用要求。低成本的Blackfin處理器具有處理儀表級(jí)原始實(shí)時(shí)用電數(shù)據(jù)以及實(shí)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(mén)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(mén)級(jí)ADSP BF531,該款器件具有成本低、易于使用、性能強(qiáng)大的特點(diǎn)。在價(jià)格上，該匯聚處理器強(qiáng)大的處理能力和豐富的外設(shè)可以實(shí)現(xiàn)甚至比通用MCU+PLC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(shí)現(xiàn)小尺寸、低成本的同時(shí)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(gè)雙通道全雙工同步串行端口、SPI端口和UART等，并具有極強(qiáng)的擴(kuò)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(shí)現(xiàn)方案相比，該方案具有在線升級(jí)功能，對(duì)于不斷發(fā)展的電力應(yīng)用市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)非常重要。針對(duì)客戶對(duì)于Blackfin處理器的需求，ADI近期又推出了BF51x處理器。

　　通過(guò)基于Blackfin處理器設(shè)計(jì)智能電表器件，AMIS掀起了一場(chǎng)電網(wǎng)改革，該系統(tǒng)不僅可以測(cè)量各個(gè)家庭的用電情況，還可以擴(kuò)展到從發(fā)電廠到用戶的整個(gè)能源鏈生態(tài)系統(tǒng)。實(shí)際上，本地變電站基于Blackfin的數(shù)據(jù)集中器是以逐秒測(cè)量的方式采集用電數(shù)據(jù)，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控并將數(shù)據(jù)傳送給控制站?；贐lackfin的智能電表不僅能夠滿足目前的設(shè)計(jì)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(dòng)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(lái)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，這些應(yīng)用只需通過(guò)電網(wǎng)即可到基于Blackfin的儀表部件中，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫傳輸。

　　目前，西門(mén)子智能電表已經(jīng)在澳大利亞及意大利等國(guó)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(wàn)西門(mén)子智能電表；在意大利，西門(mén)子正在以每個(gè)月近60 000用戶的部署速度幫助消費(fèi)者使用到智能電表，目標(biāo)將實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)用戶轉(zhuǎn)向AMIS系統(tǒng)。圖2所示為Energie AG公司員工在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行智能電表通信測(cè)試。

　　ADI對(duì)智能電表技術(shù)投入長(zhǎng)期承諾

　　亞德諾半導(dǎo)體技術(shù)公司（Analog Devices, Inc. 紐約證券交易所代碼：ADI）自從1965年創(chuàng)建以來(lái)到2005年經(jīng)歷了悠久歷史變遷，取得了輝煌業(yè)績(jī)，樹(shù)立起成立40周年的里程碑?；仡橝DI公司的成功歷程--從位于美國(guó)馬薩諸塞州劍橋市一座公寓大樓地下室的簡(jiǎn)陋實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始起步--經(jīng)過(guò)40多年的努力，發(fā)展成全世界特許半導(dǎo)體行業(yè)中卓越的供應(yīng)商之一。

　　ADI將創(chuàng)新、業(yè)績(jī)和卓越作為企業(yè)的文化支柱，并基此成長(zhǎng)為該技術(shù)領(lǐng)域持久高速增長(zhǎng)的企業(yè)之一。ADI公司是業(yè)界廣泛認(rèn)可的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理技術(shù)的供應(yīng)商，擁有遍布世界各地的60,000客戶，涵蓋了全部類型的電子設(shè)備制造商。作為業(yè)界40多年的高性能模擬集成電路（IC）制造商，ADI的產(chǎn)品廣泛用于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域。公司總部設(shè)在美國(guó)馬薩諸塞州諾伍德市，設(shè)計(jì)和制造基地遍布。ADI公司的股票在紐約證券交易所上市，并被納入標(biāo)準(zhǔn)普爾500指數(shù)（S&P 500 Index ）。

　　ADI公司長(zhǎng)期致力于通過(guò)防止污染和保護(hù)資源來(lái)保護(hù)環(huán)境，智能電表的應(yīng)用無(wú)疑將有效地大大降低電能的消耗，有效地促進(jìn)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(guò)高性能技術(shù)應(yīng)用促進(jìn)新能源策略的實(shí)施。ADI對(duì)電力計(jì)量技術(shù)的長(zhǎng)期持續(xù)投入將幫助中國(guó)企業(yè)開(kāi)發(fā)適合市場(chǎng)需求的各種先進(jìn)電表產(chǎn)品，幫助中國(guó)企業(yè)從持續(xù)增長(zhǎng)的電力基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)中贏得先機(jī)。

　　為加快用戶利用Blackfin處理器實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)并降低技術(shù)門(mén)檻，ADI提供各種支持，可以針對(duì)用戶需求提供各種必要的軟件庫(kù)以及參考設(shè)計(jì)。此外，Blackfin成熟的開(kāi)發(fā)工具套件將加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)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(jiǎng)的VisualDSP++集成開(kāi)發(fā)與調(diào)試環(huán)境（IDDE）、仿真器以及EZ-KIT Lite評(píng)估板硬件。

　　ADSP與另外一個(gè)著名的德州儀器（TI: Texas Instrument）生產(chǎn)的芯片特點(diǎn)相比較，具有浮點(diǎn)運(yùn)算強(qiáng)，SIMD（單指令多數(shù)據(jù)）編程的優(yōu)勢(shì)， 比較新的Blackfin系列比同別TI產(chǎn)品功耗低。缺點(diǎn)是ADSP不如TI的C語(yǔ)言編譯優(yōu)化好。TI已經(jīng)普及了C語(yǔ)言的編程，而AD芯片的性能發(fā)揮比較依賴程序員的編程水平。ADSP的Linkport數(shù)據(jù)傳輸能力強(qiáng)是一大特色，但是使用起來(lái)不夠穩(wěn)定，調(diào)試難度大。

　　智能電表市場(chǎng)即將井噴，眾多中國(guó)電表制造企業(yè)都將面臨巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，但同時(shí)也有極大的挑戰(zhàn)。目前高端產(chǎn)品如高智能電表市場(chǎng)份額仍然由西門(mén)子、ABB公司等國(guó)際大企業(yè)所主導(dǎo)。這類產(chǎn)品將會(huì)面臨被淘汰的尷尬命運(yùn)，主要的國(guó)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(jī)。這必然需要一個(gè)引進(jìn)并吸收消化先進(jìn)技術(shù)的過(guò)程，ADI正在努力加強(qiáng)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開(kāi)發(fā)工具、評(píng)估套件、軟件庫(kù)和參考設(shè)計(jì)的同時(shí)，還將提供更多第三方設(shè)計(jì)方案、軟件等，加快客戶產(chǎn)品面市速度，降低開(kāi)發(fā)難度和成本。