【应用】可降低成本及满足多种设计需求的小无线智能抄表方案

时间： 2017-07-13 来源：世强作者：紫云

小无线智能抄表系统是利用当代微机技术、数字通讯技术与计量技术的完美结合，集能耗计量、数据采集、数据处理于一体。世强的《小无线智能抄表优选器件方案》中推荐器件支持微功率无线抄表，RS485总线抄表，PLC电力载波抄表，红外通信等设计需求，可低成本打造高可靠性、节能环保的智能抄表。系统框图如下：

图1：小无线智能抄表系统框图

高性能低功耗微控制器

作为一款小无线智能的抄表系统，自动化程度高，需要将千家万户的电表与管理部门的抄表网络联成一体，因此表计的数据处理能力，低功耗特性和通信接口都是非常关键的。因此在主控器件方面特别推荐了R7F0C901瑞萨这款MCU。

R7F0C901具有丰富的通信接口资源，可以实现多达3个I2C，3个CSI，3个UART，简化系统设计，可同时满足PLC抄表，Sub-GHz微功率抄表，RS485总线抄表，红外通信设计需求。

此外，R7F0C901采用RL78内核，3级流水线哈佛结构，86%的指令可在1~2个时钟周期内完成。采用32引脚的QFN封装（5x5mm），具有48KB Flash，支持BGO操作。在进行数据改写过程中无需CPU等待，相比于传统EEPROM方式具有更高的执行效率。R7F0C901内部集成的高速振荡器精度高达±1%，最高频率32MHz，无需使用片外时钟晶振，更具成本和设计面积的优势。同时，其安全功能符合IEC或UL60730标准要求，支持RAM奇偶校验、A/D转换器自我诊断、时钟监控以及存储CRC计算，为抄表系统可靠性提供全面保证。

R7F0C901的低功耗性能也非常出众，运行功耗仅为66uA/MHz，最低功耗甚至低至0.23uA（STOP模式，RAM保留）。同时R7F0C901也是在电表市场应用非常广泛的一颗MCU，经过市场验证，稳定可靠！

高性能低功耗小无线收发器

作为一款支持小无线智能抄表的电表，小无线收发器的性能和功耗同样直接影响着抄表的成功率和使用寿命。本方案推荐了SILICON LABS的Sub-GHz无线收发器Si4438，这款无线收发器专门针对中国抄表市场打造，支持中国频段425MHZ - 525MHz，具有业界领先的+20 dBm的输出功率，高达-124dbm接收灵敏度，通信距离超过2公里。

Si4438也是超低功耗的无线收发器，发射电流75mA@20dbm，接收电流仅为3mA（PSM模式）。Si4438采用的是QFN20封装，大小仅有4*4mm，堪称同类最小，节省PCB面积。这款高性能低功耗的无线收发器保障小无线抄表的成功率！

精准的RTC时钟

电表作为百姓生活中的一种电力计量设备，加上现在的峰谷电计量系统，智能电表的计时系统直接关系着用电费用问题。要求精准可靠的计时，因为计时系统是不能中断或者暂停！一般设计方案会采用32.768KHz加上RTC芯片来实现，这样会有很多问题产生，如系统的一致性就难以控制，且32.768KHz的负载电容匹配难以每一个板子都在产线上精确匹配，每一个板子还需要做计时校准。

本方案推荐了著名晶振品牌商EPSON的RTC产品——RX-8025T。该RTC芯片是智能四表领域中最常用的，内部集成32.768KHz晶体，每一个芯片都有工厂级专业匹配和校准，保证了每一颗芯片的一致性，同时高集成度更保证了可靠性。RX-8025T带有高速I2C接口，1.7V-5.5V的宽电压范围，支持如振荡停止检测等多种检测功能。支持32.768KHz频率输出，并带时间，日历，中断等功能。有超低待机电流480nA，在系统掉电后可长期使用纽扣电池供电，保证表计的时钟正常计时。

高集成度的光耦反馈AC-DC芯片TinySwitch-4

本方案的电源管理单元中，推荐PI公司具备0-30W功率等级的AC-DC电源芯片TinySwitch-4。该芯片是一款内置725V MOSFET的高集成度的光耦反馈AC-DC芯片，设计和布线都非常简单。由于其带迟滞热关断保护，使得小无线智能抄表系统和表计更安全可靠。简单可靠的设计电路如下图2所示。

图2：基于TinySwitch-4的电源电路原理图

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宇宙星神 Lv6. 高级专家 2018-07-11

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duanmaxie Lv8. 研究员 2017-08-09

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