智能電表內(nèi)部構(gòu)造深度拆解：電表如何智能？

在電力及燃?xì)獾饶茉搭I(lǐng)域，具備通信功能并能夠遠(yuǎn)程讀取數(shù)據(jù)的“智能儀表”受到的關(guān)注越來(lái)越高。其原因是，這種儀表有望用于多種用途，如能源使用情況的“可視化”、使用抄表數(shù)據(jù)提供咨詢(xún)服務(wù)，將來(lái)還有望用于家用設(shè)備控制等。

那么，這種智能儀表由哪些部件構(gòu)成，并由哪些廠(chǎng)商供應(yīng)主要部件?與智能手機(jī)等便攜終端相比，人們幾乎沒(méi)有機(jī)會(huì)了解智能儀表的內(nèi)部構(gòu)造。因此，為了弄清楚這些內(nèi)部情況，拆解組決定購(gòu)買(mǎi)美國(guó)的“智能電表”產(chǎn)品，并進(jìn)行內(nèi)部分析。

此次是在從事過(guò)多款產(chǎn)品拆解調(diào)查的FomalhautTechnologySolutions公司的協(xié)助下進(jìn)行拆解分析的。下面首先以具備有線(xiàn)通信功能的智能儀表為主，分析一下使用部件的廠(chǎng)商名稱(chēng)及部材成本等。

具備以太網(wǎng)通信功能

此次拆解的產(chǎn)品是美國(guó)儀表廠(chǎng)商Itron的“SentinelSS5S2L”(以下稱(chēng)Sentinel)與美國(guó)通用電氣的“KV2”，二者均為支持120V～480V電壓的電表，具備以太網(wǎng)或電話(huà)線(xiàn)通信功能(表1)。此外，為了便于參考，同時(shí)還分析了瑞士蘭吉爾(Landis+Gyr)公司的不具備通信功能的“AXS4”的內(nèi)部情況，并一起列在下表中。

這三款儀表的共同點(diǎn)是，均為電表，而且可使用液晶面板顯示數(shù)據(jù)。其不同點(diǎn)是，具備通信功能的兩款機(jī)型在內(nèi)部安裝了三塊基板，而不具備通信功能的 AXS4則將主要部件集成在了一塊基板上。而且，AXS4的部材成本推測(cè)值最低。拆解時(shí)可以看出，其他兩款機(jī)型因嵌入了通信功能，部材成本有所增加。

使用三塊基板

下面我們看一下內(nèi)部具體構(gòu)造。首先分析一下安裝在Sentinel內(nèi)部基板上的MCU等。

Sentinel與其他智能電表一樣采用圓筒形狀，乍看上去就像一個(gè)稍大的罐頭盒。取下外面的塑料殼，并拆除下部的加固部材后，可以看到兩塊安裝有各種部件的基板(圖1)。里面還有一塊基板，該電表共由三塊基板構(gòu)成。其中一塊是進(jìn)行以太網(wǎng)等通信處理的基板，另一塊是安裝主要MCU的主基板。每塊基板均由樹(shù)脂制成。

圖1Itron公司的Sentinel

取下外殼并拆掉下部的加固部材后，可以看到兩塊基板。此外，里面還有一塊基板。

負(fù)責(zé)通信處理的基板上最引人注目的部件是，進(jìn)行以太網(wǎng)信號(hào)與串行信號(hào)轉(zhuǎn)換的美國(guó)創(chuàng)力(Lantronix)公司的超小型設(shè)備服務(wù)器“XPort”(圖 2)。XPort的內(nèi)部嵌入了可進(jìn)行串行數(shù)據(jù)及以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理及網(wǎng)絡(luò)控制處理的電路，可以利用以太網(wǎng)線(xiàn)傳輸信號(hào)。位于其周?chē)�的瑞薩電子的MCU等估計(jì)是進(jìn)行通信處理的。

圖2以太網(wǎng)信號(hào)與串行信號(hào)的交換

主要安裝通信處理部分的基板。用來(lái)交換以太網(wǎng)信號(hào)與串行信號(hào)的創(chuàng)力“Xport”十分引人注目。

還有可能安裝了備用電路

主基板上安裝了多個(gè)MCU(圖3)。特點(diǎn)是采用了多款日本廠(chǎng)商生產(chǎn)的MCU，包括瑞薩電子的16bit產(chǎn)品與NEC電子的產(chǎn)品注1)。此外還有歐美廠(chǎng)商的產(chǎn)品，如美國(guó)愛(ài)特梅爾的8bit產(chǎn)品，荷蘭恩智浦半導(dǎo)體的液晶驅(qū)動(dòng)器IC等。

注1)本文涉及到的廠(chǎng)商均為電表上市時(shí)的名稱(chēng)，其中包括現(xiàn)已更名的企業(yè)。

圖3使用瑞薩等公司的MCU

主基板上安裝了瑞薩電子及愛(ài)特梅爾等的MCU。

另一個(gè)特點(diǎn)是具備兩個(gè)相似的電路塊，分別以瑞薩與NEC的MCU為中心，安裝了美國(guó)PDI公司的晶體振蕩器以及各種防噪音部件等。對(duì)此，F(xiàn)omalhautTechnologySolutions的主管柏尾南壯指出，“因?yàn)槭鞘褂脡勖�長(zhǎng)達(dá)10年的產(chǎn)品，所以使其具備了備用電路職能”。這樣就具備了冗余性，發(fā)生故障時(shí)，能夠利用另一個(gè)電路塊繼續(xù)進(jìn)行處理。

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