【方案】全面解析世强698协议三相表专用方案

时间： 2017-04-12 来源：世强

2016年开始在运行的智能电表逐渐步入更换周期，市场上出现了新的电表需求，比如四表集抄。而多表集抄的关键实现因素在于通信协议。针对这种情况，同时也为了兼容其他设备，国家电科院起草拟定了新的电表标准协议，即面向对象的互操作新数据交换协议DL/T698.45。

国网新协议的特点集中体现在以下三个方面：
1）面向对象设计，数据扩展性良好；
2）上下行通信协议一致，可以数据溯源；
3）支持读取多个ID、多种查询方式，通信效率高。

那么，通过智能电表产品层面，如何突破多表集抄的技术壁垒，发现并解决其中的核心问题？

面对国网新标准，度过转型期的技术在这里！

新修订的国网新协议，对智能电表提出了更高的要求，存储容量增大、兼容多种设备的数据采集等；此外，在原有的已成型的设计不变的情况下，能否完成新标准协议下的产品升级换代？答案是肯定的，即只需将世强现有的基于瑞萨RL78/R5F100PJ MCU的三相智能电表方案，替换成瑞萨同系列产品RL78/R5F100PL，存储容量翻倍，可直接更换硬件电路，而无需更改软件底层配置。另外，R5F100PL可极大减少CRC校验时间，这就进一步减少了485通讯过程中的数据准备时间，从而减少CPU的负担，对于调度任务、降低运行功耗等起了极大的作用。

基于RL78/R5F100PL的三相智能电表方案适用于设计国网、南网三相电子式（高精度）电能表。该方案支持最新698规约PLC、低功率无线、RS485及红外通讯，可测量频率为45Hz~65Hz的三相有无、功分时电能量及电压电流等参数，执行各种计量、控制和通信功能，使智能电表的研发变得更快、更方便，如下图1所示。

图1：世强基于R5F100PL三相智能电表原理框图及拓扑结构

瑞萨G13系列RL78/R5F100PL与R5F100PJ采用同样的内核和同样的内部外设，但存储容量翻倍。R5F100PL总线时钟为32MHz，其内部ROM达到512k，RAM达到32k，8k DataFlash，100pin，100w次擦写，完全满足国网新协议的设计资源需求。此外，R5F100PL 8通道的SPI总线和IIC总线支持实现与其他模块协同通讯，其4通道的UART可实现RS485通讯、GPRS模块等等其他通讯。

RL78/R5F100PL资源丰富，性能更高，基于16位CISC架构，产品线完备，模拟外设功能齐全，是兼具低功耗和高性能的小型、高能效系统。该款产品电压范围为1.6V~5.5V，采用LQFP-100封装。内置32M晶振、看门狗和12bit定时器专用，配有内部硬件乘除法器和高速片上振荡器，支持片上调试功能和ECC；具有超低功耗，STOP模式下电流小于1uA，同时该模式下可进行ADC及串行接口操作。而0.57uA@STOP模式下实现RTC、WDT、LCD工作，0.92uA@32.768KHz HALT模式下，RTC、WDT、LCD工作。

谁让无线自组网走得更远更稳？
目前国网无线抄表系统均采用性价比更具优势的低频无线自组网技术。SILICON LABS推出的无线收发芯片 Si4438与MCU、晶体及少量被动组件可搭建出具有高性价比的Sub-GHz无线收发方案，满足我国无线抄表应用。世强Si4438无线抄表方案符合国网自组网标准，已在多家智能电表厂商的产品中大量采用。Si4438空旷直线穿墙距离超过2km@20dBm，接收灵敏度为-124dBm，工作频率范围为425~525MHz，是基于470~510MHz频段设计的。该频段是国家划分的无线抄表专用频段，信道相对干净，干扰小，确保数据采集与管理精确可靠。

在无线抄表系统中，由电源直接供电，因此对无线芯片的功耗要求较高。Si4438电压供给为1.8V到3.6V，具有超低功耗，可使无线抄表电池使用寿命最大化，续航时间达到了20年以上。其休眠/待机电流（寄存器内容保留）仅为50nA，比目前市场上同类产品低40倍；当其处于工作模式时，TX电流消耗为75mA，RX电流消耗为14mA；可快速唤醒。

Si4438采用4mm X 4mm封装，是同类产品中最小的封装。此外，相比于同类产品，Si4438收发器具有高集成度和高性能，在无线应用中无需添加片外功率放大器PA、低噪声放大器LNA及表面声波滤波器SAW，最大程度降低了电路板面积和BOM成本。Si4438的优势还体现在：最大输出功率为20dBm，0.25dB步进；调制方式有FSK和OOK；数据速率范围为0.1~500Kbps；邻道抑制达到58dB，具有优异的隔离性能；集成天线极化和开关控制。

定制无线私有协议，无线SoC这样做
Silicon Labs推出的多协议片上系统（SoC）EFR32 Flex Gecko系列产品可为设备提供灵活的连通性，优化专用无线协议，客户按实际需求即可在低频段内方便、快速开发出满足自身产品所需的私有协议。除了提供无线连接、简化连接设备的设计任务之外，无线SoC还可帮助开发人员设计高度差异化产品，提升用户使用体验，在更小的外形尺寸和更低的功耗范围内集成多种功能，缩短产品上市时间等。

EFR32FG采用Silicon Labs无线电抽象和接口层软件，简化无线电配置且降低专用无线开发的复杂性，方便开发人员迁移在Silicon Labs Wireless Gecko产品和无线IC之间的应用代码。同时EFR32FG采用ARM Cortex-M4内核、节能的Gecko技术、先进的硬件加密技术，配有灵活的SoC架构以及支持多种差异化物理层。

Silicon Labs Gecko技术的优点在于架构完善的能源模式、唤醒/休眠转换快速以及外设反射系统PRS，在MCU内核处于休眠时即可实现外设的自动化操作，降低系统的功耗。此外，由于ARM Cortex-M4处理器带有强大浮点和DSP能力，Gecko MCU工作模式功耗仅为63µA/MHz。

EFR32FG提供灵活的SoC架构，同时为了提高能效和应用代码密度，内置硬件加密加速器，其片上加速器支持先进算法，如AES、ECC、SHA-1、SHA-224/256，实现快速、高效节能的自主加密和解密，且使CPU最小化介入，满足设备安全性要求。

EFR32FG具有丰富的GPIO口及UART口，同时内置电源管理模块，将可编程的功率放大器PA和平衡-不平衡转换器集成在一起，进一步降低物料清单成本和设计复杂度，为远距离连接应用需要提供可扩展的输出功率范围：-30dBm到+19.5dBm。

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全部评论（7）

世小强 Lv5 2018-07-13

《【方案】全面解析世强698协议三相表专用方案》整体方案比原来只是更换mcu吗？
- JW_世强回复：你好，是的新的规约主要是需要占用更大容量的RAM和ROM。
  查看全部1条回复
用户81204343 Lv3. 高级工程师 2018-07-13

整体方案比原来只是更换mcu吗？
- 世小强回复：您好，请查阅：https://www.sekorm.com/faq/48689.html 谢谢！
AmosYang Lv7. 资深专家 2018-06-29

学习了
翠媚 Lv3. 高级工程师 2018-06-27

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YoungKing Lv7. 资深专家 2018-06-26

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