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新一代智能计量仪表详解
[发布时间]:2012年10月24日 [来源]:21ic [点击率]:6529
【导读】: 自德州仪器 (TI) 首次推出 16 位 MSP430 微控制器以来,超低功耗 (ULP) 微控制器 (MCU) 已风靡了至少 20 年。从那时起,超低功耗解决方案即在传感器、计量和种类繁多的电池...

还规定了二次通信链接,采用 4 GFSK 调制方式,速率能达到 19.2kbps,目的是在可选的多跳链接(图 2)中优化数据吞吐量。

 

图 2:wM-Bus 的 N 模式(根据 EN13757-4:2011 年草案文件)

在法国对 169MHz 系统的现场测试已经证明,可达覆盖范围的拓宽能显著简化网络架构。随着 169MHz 数据收集器的合理部署,在欧洲实现无中继器的智能电网已不再是天方夜谭。

 

图 3:wM-Bus 的 N 模式与 ETSI 300220v2.3.1 的关系(来源:EN13757-4:2011 年草案)

图 3 展示了新型 wM-Bus 的 N 模式,这个 169MHz 的窄带解决方案将是未来几个欧洲国家燃气表和水表安装的理想选择。

2. 采用 wM-Bus 的智能燃气表架构

在完全基于电子组件的智能仪表内,主要构建模块包括:

? 计量部件的传感器

? 可处理传感器数据并计算出消耗的超低功耗 MCU

? 通信系统

? 电源系统

在现今的燃气表中,传感部分(图 4)可报告流量吞吐量(常通过一个舌簧开关)以及确切的燃气压力和温度测量值。MCU 主模块则处理传感器数据,并将燃气流量调节成标准化的数量以供客户计费之需。

通常情况下,还有一个可远程(如通过 wM-Bus 链接)控制的电动阀。此外,在一些国家也要求有预付费选项。

 

图 4:智能燃气表(频段为 169MHz 或 868MHz,wM-Bus 作为一个低于 1GHz 的 RF 链接)

对于水表和热表而言,目前最常用的传感器均通过测定旋转速度和方向来检测流量。

热表是一种有附加精确温度测量值的水表,用于捕获前向和后向流量的温度。添加 RF 子系统(如低于 1GHz 或 2.4GHz 的通信模块)的方式可使热表和水表“智能化”。

重要的是谨记水表、热表和燃气表均是通过电池供电的,这就意味着超低功耗是一个重要的考虑因素。由于这三种类型的仪表用来安放电池的空间极为有限,所以用于优化电池寿命的专用电源解决方案必不可少。

3. wM-Bus RF 子系统的硬件 (HW) 架构

根据所使用的频带或发射功率,wM-Bus 子系统可用于家域网 (HAN) 或邻域网 (NAN) 通信。HAN 实现的一个例子是带 868MHz RF 链接的智能仪表,采用了 wM-Bus 协议的 S、T、或新型 C 模式。在实际应用中,发射输出功率为 +10 至 +12dBm(在天线端口的测量值)且天线增益高达 +2dBi 的 RF 芯片(用于双向通信的收发器或用于单向通信的发射机专用器件)本身即可在+14 dBm EIRP 的 ETSI300220 限制范围内提供最佳的解决方案。

面向智能仪表的 NAN 解决方案通常工作在 169MHz 频段,该情况下 +27dBm EIRP 限制可实现卓越的覆盖范围。此外,频段为 869.525 MHz 的 C2 模式( 仅用于从数据收集器至仪表方向)可采用 +27dBm 限制子带,适合 NAN 应用。对 NAN 系统解决方案而言,由于目前尚没有可提供 +27dBm 发射输出功率的集成式 RF 收发器芯片,所以需要添加外部功率放大器。

wM-Bus 子系统硬件的两个变体型(基于 EIRP 功率限制):

1. 没有外部功率放大器(图 5 中的蓝色模块被去除)

2. 有外部功率放大器和可选的 LNA(如 TI 的 CC1190 @ 868MHz 或专用 RF 前端 @169MHz)

      

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