想象一下，您必須根據(jù)單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)預(yù)測(cè)資源的所有未來(lái)需求;一天，一周，甚至一個(gè)月。這會(huì)給你足夠的空間來(lái)預(yù)測(cè)一年，兩年，甚至十年內(nèi)你需要多少資源？可能不是，但這實(shí)際上是當(dāng)今公用事業(yè)供應(yīng)商面臨的兩難困境。

在西班牙的某些地區(qū)，有可能將您的峰值用電量瞬間修正為10 A.這意味著您支付的費(fèi)用要低得多，但不允許同時(shí)使用多個(gè)耗電設(shè)備。現(xiàn)在將其與大多數(shù)家庭常用的60 A供應(yīng)進(jìn)行比較;今天它可能提供充足的電力，但是在我們所有人都希望在我們的家中擁有更多“連接”設(shè)備的情況下，五年，十年甚至20年的情況怎么樣？

管理這個(gè)場(chǎng)景已經(jīng)可以互換地稱為Smart電網(wǎng)，智能計(jì)量和智能能源，建立了一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施，使公用事業(yè)提供商能夠更好地預(yù)測(cè)和管理資源的生成和交付，包括但不限于電力。

AMR＆amp; AMI

簡(jiǎn)單地產(chǎn)生更多能量并不是滿足未來(lái)電力需求的答案;如今的電網(wǎng)不能分配更高水平的電力，房屋也無(wú)法接受它。答案是變得更加智能地了解能源的生成，分配和消耗。通過(guò)智能電網(wǎng)更好地分配能源的可行性的關(guān)鍵在于基礎(chǔ)設(shè)施和儀表的智能。分別稱為高級(jí)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施（AMI）和自動(dòng)計(jì)量讀數(shù)（AMR），增加所需智能水平的一個(gè)重要方面將是這些智能電表如何與其他智能設(shè)備和整體基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通信。

今天存在很多可供選擇的選擇，當(dāng)然，互聯(lián)網(wǎng)很可能發(fā)揮關(guān)鍵作用。但是，由于智能電表的數(shù)量可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)已經(jīng)部署的“常規(guī)”電表的數(shù)量，因此管理這種新的基礎(chǔ)設(shè)施將不僅僅需要添加調(diào)制解調(diào)器。通常，這將產(chǎn)生對(duì)擅長(zhǎng)管理多種通信形式的微控制器和微處理器的需求，同時(shí)還提供執(zhí)行復(fù)雜計(jì)量任務(wù)所需的性能，所有這些都具有收集和傳輸敏感（計(jì)費(fèi)）數(shù)據(jù)所需的安全級(jí)別另一個(gè)考慮因素是高級(jí)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施中連接和隱含的設(shè)備的互操作性;世界各地的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)正在與行業(yè)協(xié)會(huì)合作，以便在整個(gè)行業(yè)達(dá)到可接受的標(biāo)準(zhǔn)化水平，即使AMR/AMI解決方案的部署有所增加。一旦采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為了避免大規(guī)模和昂貴的設(shè)備重新部署，再次需要以當(dāng)今微處理器的形式提供可編程解決方案。

微處理器和微控制器提供的靈活性，再加上能夠使用基礎(chǔ)設(shè)施的連接（如有必要）在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)它們進(jìn)行重新編程，使原始設(shè)備制造商能夠在下一代智能電表的設(shè)計(jì)和部署方面取得進(jìn)步。

安全

任何網(wǎng)絡(luò)的最大挑戰(zhàn)之一是提供適合感知風(fēng)險(xiǎn)的安全級(jí)別。對(duì)于AMI，風(fēng)險(xiǎn)很高;連接不僅會(huì)跨越大面積區(qū)域和安裝，而且在很大程度上也是不受管理的。一旦基礎(chǔ)設(shè)施到位，消費(fèi)者和服務(wù)提供商就會(huì)“訪問(wèn)”。因此，在基礎(chǔ)設(shè)施中建立高水平的安全性是至關(guān)重要的，而在智能電表級(jí)別，這將包括識(shí)別和認(rèn)證。在硅級(jí)支持這些需要一個(gè)支持密碼學(xué)，安全密鑰存儲(chǔ)，隨機(jī)數(shù)生成和篡改檢測(cè)的設(shè)備。此外，可提供可信執(zhí)行和安全調(diào)試的平臺(tái)增加了額外的安全性。

飛思卡爾半導(dǎo)體將可信架構(gòu)定義為依賴可信硬件和軟件組合的架構(gòu)，以支持廣泛的OEM定義安全政策。飛思卡爾已在QorIQ P1010上實(shí)施了信任架構(gòu)。圖1顯示了設(shè)備的信任功能，它實(shí)現(xiàn)了NIST 7268系統(tǒng)信任模型，并提供了諸如盜竊功能，盜竊第三方數(shù)據(jù)和竊取唯一性等威脅的緩解措施.QorIQ數(shù)據(jù)路徑加速架構(gòu)可防止功能性盜竊攻擊由拒絕服務(wù)和分布式拒絕服務(wù)引起的，它可以通過(guò)支持快速流分類和監(jiān)管來(lái)使系統(tǒng)崩潰并使用連接建立請(qǐng)求。通過(guò)強(qiáng)大的訪問(wèn)控制和加密來(lái)支持第三方數(shù)據(jù)的防御，同時(shí)通過(guò)包含飛思卡爾唯一ID來(lái)防止唯一性的盜竊（通常通過(guò)逆向工程實(shí)現(xiàn)以創(chuàng)建偽造品和/或克隆），這意味著甚至其他QorIQs將無(wú)法啟動(dòng)OEM的代碼。

圖1：飛思卡爾半導(dǎo)體的QorIQ P1010提供了一系列適用于智能電表的安全功能。

集中器

先進(jìn)的計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施（近）實(shí)時(shí)報(bào)告能耗，提供前所未有的能源使用可見(jiàn)度。然而，匯總這些大量數(shù)據(jù)將是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，即使技術(shù)上可能每個(gè)智能電表都可以單獨(dú)與能源供應(yīng)商進(jìn)行通信，但如果不是不可能的話，所有電表同時(shí)執(zhí)行此操作也是不切實(shí)際的。 br》解決方案是使用集中器聚合數(shù)據(jù);目前在能源網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的元素。這個(gè)新的層次結(jié)構(gòu)層將能夠從本地部署的儀表中收集數(shù)據(jù)，在幾百個(gè)區(qū)域內(nèi)，可能有幾千個(gè)智能儀表可以由單個(gè)集中器提供服務(wù)，而這些集中器可以將數(shù)據(jù)解釋并轉(zhuǎn)發(fā)回供應(yīng)商。

集中商還將能夠提供分布式控制，以提供本地能源管理。器具通常對(duì)主電源提供可變負(fù)載;通過(guò)分析使用在強(qiáng)大的ARM?核心上運(yùn)行的合適算法收集的數(shù)據(jù)的變化模式，意味著集中器可以構(gòu)建能源在其自己的子網(wǎng)中的使用位置和方式的圖片。這些數(shù)據(jù)可用于影響供應(yīng)商在多個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生的總體功率。

這是德州儀器（TI）針對(duì)其基于Sitara AM335x ARM Cortex?-A8處理器的應(yīng)用程序，如圖2所示。基于該部分開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)集中器評(píng)估模塊，為設(shè)備制造商提供了一個(gè)可擴(kuò)展的平臺(tái)，用于開(kāi)發(fā)解決方案，以及通過(guò)各種子卡添加有線/無(wú)線連接。

《 BR》圖2：德州儀器的Sitara AMS335x系列基于ARM Cortex-A8的微處理器提供了開(kāi)發(fā)智能能源集中器所需的所有集成。

分計(jì)量

雖然智能基礎(chǔ)設(shè)施的重點(diǎn)主要是電力，其他公用設(shè)施（尤其是天然氣和水）的分配和消耗也將受益于使用智能儀表的更嚴(yán)格控制。此外，在消費(fèi)點(diǎn)使用能量計(jì)量將使“智能電器”時(shí)代成為可能，而無(wú)需更換它們。這種多樣化的智能可能會(huì)提供給本地聚合器或“網(wǎng)關(guān)”，這將提供另一層次的分析和控制。

如果希望消費(fèi)者投資或貢獻(xiàn)他們自己的內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施的成本因此，“亞米”的形式必須是低成本的解決方案。幸運(yùn)的是，目前低成本微控制器的性能已經(jīng)達(dá)到了能夠輕松應(yīng)對(duì)這一新興應(yīng)用領(lǐng)域處理要求的水平。

STMicroelectronics對(duì)智能電能計(jì)量有一個(gè)明確的策略，其中包括水/煤氣表，如如圖3所示。在此示例中，傳感器輸出通過(guò)信號(hào)調(diào)理饋送到由32位（如STM32L1）或8位微控制器（包括其STM8L Energy Lite系列）供電的控制單元。 》

圖3：Smart Meters將擴(kuò)展到包括燃?xì)獗砗退恚仨毷褂肧TMicroelectronics的STM8L Energy Lite系列等低功耗技術(shù)開(kāi)發(fā)。

STM8L系列是這是一款采用專有130納米超低泄漏工藝技術(shù)制造的超低功耗平臺(tái)，其系列產(chǎn)品經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可滿足計(jì)量的低功耗要求，包括氣體，水，電和熱量表。 STM8L05系列經(jīng)過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化，可提供針對(duì)低端計(jì)量解決方案的最佳性價(jià)比，在16 MHz時(shí)提供195μA/MHz和16 MIPS。

如圖4所示，TI也專注于此領(lǐng)域并且已經(jīng)制作了一個(gè)專門針對(duì)計(jì)量的集成解決方案（具有模擬前端或AFE的微控制器） - MSP430AFE。

圖4：TI只是識(shí)別半導(dǎo)體供應(yīng)商之一需要集成的計(jì)量解決方案。

測(cè)量智能或亞表中的電功率，例如“智能插頭”，需要精確測(cè)量電流和電壓。通常，本申請(qǐng)中使用的“傳感器”只是電阻器;高歐姆電阻器布置在簡(jiǎn)單的梯形網(wǎng)絡(luò)中以分壓電壓，而低得多的歐姆電阻器與帶電導(dǎo)體串聯(lián)，允許AFE測(cè)量在其上產(chǎn)生的電壓降以計(jì)算所汲取的電流。 MSP430AFE在單個(gè)器件中集成了多達(dá)三個(gè)24位Sigma-Delta模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中包含可編程增益放大器和16位微控制器（圖5）。 ADC輸入支持±500 mV的差分電壓，負(fù)電壓高達(dá)-1 V，無(wú)需電平轉(zhuǎn)換。在寬負(fù)載電流范圍內(nèi)，實(shí)用級(jí)精度《0.1％，ADC還支持同步采樣，消除了電流和電壓檢測(cè)之間的延遲，并且隨后需要補(bǔ)償軟件中的任何延遲，如同提供順序采樣的解決方案。

圖5：高度集成的MSP430AFE提供16位微控制器和多個(gè)Sigma-Delta ADC，以創(chuàng)建單芯片計(jì)量平臺(tái)。 TI還為MSP430系列創(chuàng)建了一個(gè)能量庫(kù)，該庫(kù)提供了能量測(cè)量計(jì)算算法。此外，作為可編程平臺(tái)，它還能夠容納標(biāo)準(zhǔn)或定制的通信協(xié)議，而LCD接口和GPIO提供了廣泛的用戶界面可能性。

結(jié)論

構(gòu)建更智能的計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施是否定的更長(zhǎng)時(shí)間被視為一種選擇;為了滿足高峰需求而停電停電的威脅只是當(dāng)今能源管理的一個(gè)重要方面。產(chǎn)生更多電力并不一定是長(zhǎng)期解決方案，因?yàn)楝F(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施最終將達(dá)到無(wú)法承受更多電力的程度。

可持續(xù)解決方案是管理電力使用方式，以便做到最好使用可用的容量。移動(dòng)領(lǐng)域中超低功耗解決方案的推動(dòng)現(xiàn)在正在逐漸滲透到消費(fèi)者和工業(yè)領(lǐng)域，因?yàn)橹挥型ㄟ^(guò)更加了解功耗才能保證供電的連續(xù)性。

電子產(chǎn)品通過(guò)提供監(jiān)控和控制電力分配和消耗所需的解決方案，行業(yè)將在智慧能源中發(fā)揮重要作用，具有更細(xì)的粒度。