针对智能电表推出的一款平台解决方案 (三)

在国内城市输配电力网中的智能电表需要额外的通用I/O(GPIO)以满足各种通讯需求。对于不带PLC的城市输配电力网T型电表，设计人员可以使用整合LCD、硬件RTCC和带复用功能的GPIO接脚的PIC18F87K90 MCU系列。这些MCU的内部振荡器精度在+/-3%之内，无需使用外部高频晶振。K90系列可适应1.8V-5.5V范围的电源电压，整合EEPROM并提供高达16 MIPS的性能。这些MCU还采用超低功耗技术，在深度休眠模式下的电流消耗仅60nA。对于带预付费和PLC通信功能的城市输配电力网K型电表，设计人员可以使用具有外接LCD和RTC的PIC18F67J11 MCU。

土耳其的智能电表设计人员使用MCU解决方案的意愿高，能使电路板空间更小并且简化设计。PIC18F87J72系列带有16位元ADC，弥补了PIC18F87J90系列的不足，同时保持相同的储存空间和周边。而南美、南非、东欧和中东的智能电表市场中，设计人员希望使用带12位元ADC的外接运放来降低成本。PIC18F87J93系列为设计人员提供了整合的12位元SAR ADC，同时保持与PIC18F87J90 MCU相同的周边和功能。

设计人员能轻松地将设计从智能电表扩展到基本电表，以获得额外的市场占有率。这些基本电表需要较小的存储器、较少的通讯界面和精度较低的RTCC，因而价格较低。对于巴西和阿根廷的基本LCD电表市场，设计人员可以使用PIC18F85J90系列，该系列的快闪存储器/RAM较小且具有基于Timer 1的RTC。国内农村电表市场中设计人员可选择价格更低的带LCD驱动器和14 KB快闪存储器的PIC16F1937 MCU。

为了防止被篡改，南非和巴西的预付费电表放置在电线杆顶部，LCD显示功能则从电表移至室内显示单元。为避免不必要的LCD驱动器成本，设计人员应选择与PIC18F LCD系列具有同等功能但无LCD的元件型号，这些系列提供28到80接脚封装以及16到128 KB快闪存储器，可满足各种需求。

设计人员可选择从单相智能电表移植到网络(2相)和3相商用电表，这三种电表都使用相同的PIC18F87J90、K90或J72系列计算有功能量。以单相智能电表设计为起点，设计人员可添加一个单相AFE实现网络电表，添加两个单相AFE实现3相电表。Microchip的MCP3901 AFE内建延迟模块，可轻松实现相移补偿。

高性能智能电表

高性能智能电表需要更强大的CPU处理能力、更多通讯界面和更大的存储器，但大规模电表部署应有合理价位。作为Microchip 16位元架构的入门级系列，PIC24F MCU非常适合移植自8位元的设计，且提高了性能和存储器的成本敏感型应用。

与单相智能电表相比，3相商用和工业电表必须支持以下附加功能：测量全部三个相上的电流和电压；计算用于监视设备效率的功率因数；GSM/GPRS和额外的RS-485通信；精度更高，例如IEC 0.2类电表。

入门级16位元架构PIC24F256GA110系列可带来经济高效的性能提升，并提供以下增强功能：采用16位元架构，数据处理更高效；CPU更快，速度达32 MHz/16 MIPS，且大多数指令均为单周期指令；四个硬件UART埠，更便于通讯；16 KB RAM的额外数据存储器和通讯缓冲区；从128 KB移植到256 KB快闪存储器时，接脚间互相兼容；通过硬件I2C界面可轻松连接外接EEPROM和LCD；通过额外的SPI界面可轻松连接无线收发器；最佳化的电路板布局，具有周边接脚选择(Peripheral Pin Select，PPS)功能，允许在运行时对多个周边分别进行I/O映射；可灵活选择64、80或100接脚封装；休眠模式下的基本断电电流典型值为4 µA。

在西欧支持设备语言报文规范(Device Language Message Specification，DLMS)的高端量测体系电表需要256 KB以上的快闪存储器和16 KB以上的RAM。PIC32系列可解决此问题，其快闪存储器最大为512 KB，RAM最大为128 KB。PIC32MX6系列还整合了USB、以太网、用于外接存储器的并行主埠以及用于附加通信的额外串行埠，可实现数据集中器设计。此外，PIC32 MCU还非常适合于电动车充电站应用的开发。

对基于网络的家庭能源监视，智能电表必须将功耗数据安全发送到服务器。PIC MCU平台可通过其16位元和32位元架构以及免费的TCP/IP协定堆叠来支持此功能。16位元PIC24F/PIC24H/dsPIC和32位元PIC32 MCU之间可共享周边，设计人员可以轻松地从一种微控制器方案移植到另一种，并在统一的MPLAB IDE下重用C语言程序码，确保各种高性能电表快速上市。

未来需求和可能的解决方案

智能计量方案持续发展，未来的需求和解决方案将根据各个市场领域的需求而变化。低端智能电表将需要透过提高整合度来降低系统成本。可采用整合了LCD、额外串行埠(如4个以上的硬件UART以及带有时脉晶振硬件RTCC的100接脚MCU。而更高性能的智能电表将需要更高级别的安全性和更大的存储器。可能的解决方案包括带有LCD、AES-128周边和DMA周边并支持1 MB以上快闪存储器程序存储器移植的16位元/32位元MCU。

更高的全球化程度允许设计人员参与世界各地的投标，这需要更为灵活的全球电表设计。一个可能的解决方案是便于修改且可在不同地区重用的平台，需要将多个架构混合，以适应不同的成本/性能结构。不同地理区域的智能计量解决方案不尽相同，并且随时间推移而不断变化。设计人员需要以尽可能最低的成本提供最佳且上市最快的解决方案。Microchip平台提供了跨8位元/16位元/32位元架构的完整解决方案，并且所有解决方案均在统一的IDE下开发，从而使该设想成为可能。设计人员只需维护最少量的软件程序即可保证程序能在不同的专案中重用。随着智能计量解决方案市场的持续发展，平台解决方案将提供成熟有效的方案以跟上变化的步伐。

（本文由Microchip Technology Inc.高端微控制器架构部产品行销经理崔勇提供，周维棻整理。）