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1. 科技帶來光明
1879 年 10 月，清光緒 5 年，愛迪生發(fā)明電燈。也是在這一年，愛因斯坦出生了，這個科學(xué)巨人于 26 年后發(fā)表了相對論。時間真是漫長，100 多年后，文明的燈光終于照進我們的小村落。中國像蘇醒的巨人，進入飛速發(fā)展的時代，過去很多人們不敢想的情景，現(xiàn)在已進入我們?nèi)粘５纳睢；椟S搖曳的煤油燈，已經(jīng)成了遙遠的回憶。科技，悄然滲透進我們生活的角角落落。
就拿家庭用電來說，我們應(yīng)該記得最早的機械式轉(zhuǎn)盤電表，抄表員用手電筒挨家挨戶地抄表然后回去算好電費，再把單子貼到各家門上。之后進步了一些，我們可以用一個 IC 卡到銀行買電，然后回家往電表里一插就行了。而現(xiàn)在呢，不管我們在什么地方，在手機上動動手指頭就一切都搞定了。
那這是怎么實現(xiàn)的，今天我們來看一下電表內(nèi)部的秘密吧。
2. 配電箱和電表
在單元門里，我們都能找到下面這種配電箱，它把電分到各戶的電表，然后拉入自家的房間。我們國家標準規(guī)定紅色為火線 L(Live wire)，藍色為零線 N(Neutral wire)，黃綠條紋的是地線(Earth)，又叫 PE(Protective Earth)。我們可以看到左下角的地線端子排，配電箱的金屬外殼是和它連在一起的，PE 最終是就近連到建筑物外面的接地樁的。如果用試電筆去測，只有在紅色的火線上試電筆會亮，在零線和地線上是不亮的。
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右下角是斷路器，當負載電流過大，或火線零線電流不平衡時，它會認為可能發(fā)生了漏電，斷路器會馬上斷開以切斷電源。再有一種情況是欠費了，電表的斷電控制引線會觸發(fā)斷路器斷開。
下面我們就要看一看核心部分電表了。電表的首要功能就是計費，同時具有其它一些輔助功能。我們的看看都有哪些能力：
計量功能，正向有功，反向有功，分時計量，錯峰
測量，電壓，電流，功率
費控，本地費控，遠程費控，斷電
監(jiān)測及事件記錄，開蓋，斷電，購電
計時功能
還有一個特別重要的功能，就是現(xiàn)在普遍采用的遠程費控智能電表，可以和遠程的控制中心進行通訊。秘密就藏在電表下部的這個位置，圖中紅框中是一個可以打開的蓋子，里面安裝通訊模塊。通訊方式可以選載波、無線、微功率無線、光纖等。其中 PLC(Power Line Carrier)載波通訊是使用最廣的一種方式，它通過把信號調(diào)制到 220V 交流信號線上進行通信，因而不像 RS485，光纖等需要額外布線，也不像無線通信在建筑物中穿透力不強。但它也有一個限制，就是通信速率不高，而且不能跨變壓器。一般在一個小區(qū)會安裝一個集中器收集負責本地通訊，集中器和遠程通過 GPRS 或有線方式通信。
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3. 主要芯片和模塊
這是一個電表內(nèi)部的主要模塊，現(xiàn)在逐漸出現(xiàn)外圍模塊集成到 MCU 的傾向：
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Metering
計量模塊，負責電壓，電流，功率等的測量，這部分因為是連接到強電的，所以它和 MCU 之間的通信用光耦隔離以增加安全性。廠家有銳能微，鉅泉光電，上海貝嶺，CirrusLogic 等。
MCU
電表廠家的主要工作集中在 MCU 軟件的設(shè)計。早期以 8 位機為主，現(xiàn)在采用 CortexM0 是一個趨勢，而且一般會集成 SPI，UART(7816)，LCD Driver, RTC 等外圍模塊。主要廠家有瑞薩，復(fù)旦微電子，炬全光電等。
LCD
主要為 FSTN(Formulated Super Twisted Nematic)型，工作溫度范圍為 -25℃～+80℃，或 HTN(High Twist nematic)型，工作溫度范圍為 -40℃～+70℃，白底黑字帶夜光。廠家有青島萊科達，深圳秋田等。
PLC
青島鼎信占據(jù)了大部分市場份額。
RTC
國家標準要求 RTC 具有溫度補償功能，在 -25～ +60℃的溫度范圍內(nèi)精度一天不超過 1 秒，在室溫（23℃）時鐘精度±0.5s/d。同時時鐘需具備日歷功能，斷電后在備用電池供電情況下還要能工作 5 年。最早采用比較多的有精工的 8025T 等。現(xiàn)在有集成在 MCU 中的高精度帶溫補的 RTC。
ESAM
ESAM（Embedded Secure Access Module）在設(shè)備中主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全存儲，雙向加密，身份認證，存取權(quán)限控制等功能。電表廠是沒有設(shè)置 ESAM 模塊的權(quán)限的，它的設(shè)置由運行管理部門進行。這個芯片由南瑞智芯微提供。
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4. 產(chǎn)品標準和市場
國家智能電表產(chǎn)品的標準主要由國家電網(wǎng)下屬的中國電力科學(xué)研究院、各省電力公司、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)信息通信有限公司等起草。最近幾年，國網(wǎng)提出了基于 IR46 標準的雙芯電能表方案，一個芯片主要負責計量，完成的功能包括計量，電量數(shù)據(jù)存儲，RTC 計時等，計量芯獨立運行，法制認證，不允許軟件升級。另一個芯片負責管理，包括智能電卡接口，ESAM，顯示，存儲器，負控管理和對外通信等功能。
智能電表的使用量非常大，一年采購量有幾千萬只，廠家之間的競爭激烈程度可想而知。2015 年招標有 120 余家企業(yè)參與投標，到現(xiàn)在剩下 80 多家了。大部分市場被國網(wǎng)下屬的許繼，魯能，南瑞等巨頭瓜分，威勝，炬華，三星，東方電子等也占據(jù)了比較穩(wěn)定的市場份額。
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