【方案】整合型方案提升单相智能电表利用价值
在信息化、网络化、阶梯电费实现的背景之下，传统的依靠人工抄表的电表（机械感应式电表和普通电子式电表）存在诸如效率低、错/漏抄等问题，已不能满足市场和消费者的需求。而随着集信息化、数字化、自动化、互动化、经济高效、清洁环保为一体的智能电网的提出和大力发展，作为智能电网终端的智能电表，由于具有改善电网效率的特点，其需求量十分巨大。据Reprot Linker的预测，在2016~2020年间中国智能电表安装量将以平均速率为5.75%的速度增长，这意味着将带动相关半导体市场销售额的增长。
自2009年起，我国电表格局发生巨大变化，由中电科院起草智能电表技术规范，实行统一规范、统一检测、统一招标。目前，我国电网整体分国家电网和南方电网，已实现集中招标6年有余，其中国网每年招标3～5次，每次单相表大约1500万只，三相表约300万只，而南网每年招标两次，每次单相表约300万只，三相表约50万只。2015年，我国智能电表开始进入到库存替换阶段。
在消费者眼里，安全、省钱、高效才是硬道理
智能电表，是指运用计算机、通讯等技术，以智能芯片为核心，实现电功率计量计时、记费、用电管理、远程抄表、远程断送电、防窃电、预付费等功能的电度表，其特点是体积小、功能丰富、可靠性更强、测量更精确、耗电更少等等。其中，单相智能电表是2级单相费控智能表（远程费控带模块/不带模块，本地费控带模块/不带模块），主要由计量、主控、显示、存储、RS-485接口通讯、电源、保护器件等单元组成。元件分销商世强为该方案的各单元提供各种优秀的设计零部件，且拥有完善的参考设计。
图1：以瑞萨R7F0C004为主控芯片的单相智能电表解决方案
据世强市场经理吕骏奇介绍，该方案符合符合国家电网认证标准，计量精度，时钟精度，均可满足国标要求，内置的两个智能卡端口可支持连接两个通道ISO7816设备，同时世强提供样表给客户以供测试和评估。世强单相智能电表解决方案基于超低功耗MCU，满足各种通信方式，大容量存储器支持智能电表实现高功能化。他表示：“世强推出的以瑞萨RL8/R7F0C004 MCU为核心的单相智能电表方案，不但使外置元件减少，成本降低，而且能实现电压、电流检测以及远程抄读数据等功能，扩展性良好、稳定、可靠，是高性能和低功耗的理想选择。”
其中，为保护智能电表免受雷击和其他瞬态电压的侵害，在该方案中采用力特LITTELFUSE瞬态电压抑制管TVS SMBJ系列，其特点是响应速度快、瞬态功率大、漏电流低、箝位电压易控、小体积等特点。吕骏奇对此表示，保护RS-485接口不被静电或浪涌损坏，可通过SMBJ5.0CA做接口保护，“当静电或者浪涌电压高于5V时，SMBJ5.0CA会降低电压箝位的位置，当电流超过峰值电流IPP时，最终电压将被箝位至9V左右，从而保护了后一级器件免受破坏的可能。”
目前实行电价不等是由电网负荷不同所决定的，这就需要时钟芯片在智能电表中计时。因此，在单相智能电表方案中吕骏奇推荐使用EPSON时钟芯片RX-8025T以使其分时分段进行计时。RX-8025T内置的实时时钟模块（32.768KHz晶体RTC）凭借精确的时间和特有的温度补偿功能，满足国家电网对时钟精度的要求。值得一提的是，RX-8025T已经写入国家电表标准，成为行业标杆。
高集成MCU就像巧克力，小身躯，大能量！
“由于具有资源丰富、性能优越、价格优势等原因，目前瑞萨智能电表主控芯片在全球占有30%左右的市场份额。”吕骏奇表示，根据国家相关标准，世强推出的单相智能电表集成化解决方案的技术指标完全符合国网发布的《单相智能电表技术规范》和南网发布的《南方电网公司单相电子式电能技术标准》。R7F0C004芯片是瑞萨响应市场对智能化的需求而研发生产的，其集成度更高、容量更大、功耗更低。
MCU领域从来都不乏竞争，但最近表现出来的竞争格局似乎与此前不同，不再单纯拼工艺，而是更倾向于从单纯芯片供应商向系统级解决方案供应商转变。对于R7F0C004在单相智能电表主控芯片市场的使用情况，吕骏奇归纳道：“其一是省器件，R7F0C004集成LCD液晶驱动电路，省去了外部LCD驱动电路，同时LCD内置电荷泵可将液晶屏的工作电压升到5V，解决8COM 3.3V效果差问题。”他表示R7F0C004集成硬件RTC时钟，可进行温度补偿，省去了外部时钟电路，内置高精度时钟，实现串口通信而无需外接晶体。目前，这一功能虽还未得到业内的广泛使用，但他相信随着R7F0C004在电表中的应用不断深化，这个功能将会得到业内的普遍认同。另外，R7F0C004集成上下电检测电路，省去外部电源管理电路；内置高速震荡电路，全温时可达1.5%的精度，省去了一个外部晶振；集成大电流驱动端口，省掉外置三极管。
“另一个要素是省成本，首先，R7F0C004由于集成多个外围功能模块，节省了单相智能电表整体材料成本；其次，配有硬件IS07816接口、多串口通信等接口，省去了研发成本，外围电路的减少，又降低了生产加工及维修成本；最后该方案可应用于多种电流规格，简化了生产的复杂度和物料管理，从而降低了管理成本。”吕骏奇表示。
当然低功耗也是智能电表必不可少的一个要素。R7F0C004的低功耗在于可延长工作时间，减少电池容量，并且整机功耗可达到10uA左右，其静态功耗仅为1uA，待机模式则包括HALT、STOP、SNOOZE。基于R7F0C004单相智能电表方案在不同模式下功耗数据参考如下图2所示。
图2：R7F0C004在不同模式下的功耗参考数据
具体来说，R7F0C004是瑞萨推出的新一代低功耗、高性能、集成RTC和LCD的16位单片机，具有丰富的资源，主要表现在几个方面：一是采用RL78内核，24MHz/1.25DMIPS，ROM(128KB)和RAM(8KB)空间大从而使程序扩展方便；二是支持LIN-bus的4通道UART，4通道8/10位分辨率A/D转换器，4通道DMA控制器，2通道I²C接口，8通道16位定时器；三是集成高精度、可补偿的硬件RTC，符合国网要求，其最小误差仅为±0.48ppm(±0.041s/d)，最小单位补偿为0.96ppm，日历、闰年自动切换；四是集成LCD驱动器和控制器，可进行内部升压和外部电阻分割切换，同时LCD中内置电荷泵，可增强低功耗模式下的显示效果；五是配有on-chip调试接口，VCC电压范围为1.6~5.5V适用于各种电池，支持实现串口通信而无需软件的4路硬件UART，以及CPU卡/ESAM通信无需软件模拟的硬件7816接口。
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