自2009年中国电科院起草宣贯智能电能表技术规范--实现统一规范、统一检测、统一招标--开始，全国的电能表格局发生了巨大改变。为了紧跟时代的步伐，连贯南北之仪器仪表技术，4月11日-13日"2017第三十四届中国电工仪器仪表产业发展技术研讨会"在杭州太虚湖假日酒店隆重举办。大会汇聚了当今我国电工仪器仪表行业先进的技术与研发成果。

　　智能抄表系统作为全国电能表格局中一个重要环节，是影响着全局的重要因素，是利用当代微机技术、数字通讯技术与计量技术的完美结合，集能耗计量、数据采集、数据处理于一体。智能抄表系统主要由管理中心计算机(主站)、采集器和户机(直读远传表、燃气泄漏报警器、电动阀)终端三级网络组成，中间环节少，大大提高了系统的稳定性。在本次展会上也带来了最新最全的智能抄表优选器件方案。该方案具有高可靠性，节能环保，设计简单等特点，且支持微功率无线抄表、RS485总线抄表、PLC电力载波抄表、红外通信等，凭借在半导体行业摸爬滚打的多年经验并结合国内外一众知名厂商的先进技术产品打造出来的。

　　低功耗与丰富通信接口

　　纵观整个智能抄表系统，又可分为运算处理单元、通信单元、电源管理单元、时钟单元、存储单元、端口保护单元以及人机界面HMI。如果说智能抄表是全国电能表的重要环节，那么运算处理单元则是智能抄表重要环节中的重要，素有智能抄表"心脏"之称，其性能的好坏将最直接影响整个智能抄表系统功能的实现。运算处理单元最重要的器件是作为主控单元的微控制器(MCU)。在推出的智能抄表优选器件方案中，推荐使用的是来自全球首屈一指的微控制器供应商Renesas推出的16位超低功耗MCU产品R7F0C901。

【R7F0C901/R7F0C902】

产品概要

R7F0C901/902系列微控制器采用了RL78内核，在该类产品上同时实现了高速处理性能与最低的功耗，并且拥有一系列低引脚数的广阔产品阵容，适用于消费产品应用。

高精度±1%片上振荡器(TA =-20～+ 85℃)使CPU运行可达到32 MHz，同时内置了可选上电复位和看门狗定时器等功能，有助于系统实现更紧凑的尺寸和低功耗，使整个系统搭建成本更低。

该系列产品具有32引脚的HWQFN封装(5x5mm)，以及48KB至64KB的闪存阵容，更适合于通信模块和工业应用。

引脚数目/存储器容量阵容

R7F0C901/902-引脚数目/存储器容量阵容

注: 当自编程功能和数据闪存功能使用时，RAM 容量大约是3000个字节。(有关详情，请参照 RL78/G13 用户手册 硬件篇“ 第3章 ”)。

模块框图

关键特性

超低功耗科技

VDD=1.6～5.5V的单电源运行

STOP模式 : (RAM保留): 0.23 μA, (LVD 运行): 0.31μA

SNOOZE模式: 0.70 mA (UART), 1.20 mA (ADC)

运行模式 : 66 μA/MHz

16位元RL78内核

在最高运行速度32MHz下达到41DMIPS

指令执行 : 86%指令在1~2时钟周期完成

3段流水线的CISC哈佛体系结构

1时钟周期完成16位 x 16位 = 32位(无符号数或有正負符号数)

乘法累加器 : 2时钟周期完成16位 x 16位 + 32位 = 32位

1时钟周期完成16位桶式移位器的移位和旋转

单线内置片上调试功能

代码闪存

闪存 : 48 KB ~ 64 KB

块大小：1KB

内置单电源闪存(有块擦除/编程禁止功能)

自编程：具有闪存屏蔽窗口功能

数据闪存

能执行后台操作(BGO)以及能在改写数据闪存期间执行程序存储器中的指令

数据闪存：4 KB

改写次数：1,000,000次(TYP.)

改写电压：VDD=1.8～5.5V

内部RAM

4 KB

支持操作数和指令

在模式下支持数据保持

高速内部振荡器

高精度32 MHz ±1.0% (VDD=1.8～5.5V、TA=-20～+85°C)

可从32MHz/24MHz/16MHz/12MHz/8MHz/6MHz/ 4MHz/3MHz/2MHz/1MHz中选择

电源管理和复位功能

内置上电复位(POR)电路

内置电压检测(LVD)电路(从14种中选择中断和复位)

多种串行通信接口

最多3个简易I2C

最多3个CSI/SPI (7-, 8-位元)

最多3个UART (7-, 8-位元)

扩展功能定时器

多功能16位定时器： 最多8通道

12位间隔定时器：1个通道

15 kHz看门狗定时器： 1个通道(窗口功能)

丰富的模拟模块

ADC : 最多8通道, 10位分辨率, 2.1 μs转换时间

支持1.6 V

内部基准电压(1.45V)

安全功能 (符合IEC 或 UL 60730)

闪存CRC 运算

RAM 奇偶校验错误检测

RAM 写入保护功能

SFR 写入保护功能

非法存储器存取检测

频率检测功能

A/D 测试功能

输入/ 输出端口

5V耐压, 大电流 (最大单端口20mA)

能进行N沟道漏极开路、内部上拉的切换。

能连接不同电位(1.8、2.5、3V)的器件。

工作环境温度

标准 : –40～+85°C

封装与引脚

32引脚 HWQFN (5 x 5 mm, 0.5 mm 间距)

ROM、RAM容量

注: 当自编程功能和数据闪存功能使用时，RAM容量大约是3000个字节。（有关详情，请参照RL78/G13用户手册 硬件篇“ 第3章 ”）

功能概述

注意: 这是将外围I/O 重定向寄存器（PIOR）置“00H”时的功能概述。

注1: 当自编程功能和数据闪存功能使用时，RAM容量大约是3000个字节。（有关详情，请参照RL78/G13用户手册 硬件篇“ 第3章 ”）。

注2: PWM输出个数因所用通道的设定（主控和从属的个数）而变。（请参照RL78/G13用户手册 硬件篇 “6.9.3 作为多重PWM 输出功能的运行”）。

注3: 当设置为PIOR0=1。

注4: 当执行指令码FFH 时，发生非法指令错误。
在通过在线仿真器或者片上调试仿真器进行仿真时，不会因执行非法指令而产生的复位。

 关键应用

该产品适合于通信模块和工业应用。

产品线

　　作为一款超低功耗MCU，R7F0C901的运行功耗仅为66uA/MHz，最低功耗甚至低至0.23uA(STOP模式，RAM保留)。我们知道，智能抄表作为一款功能型的，尤其是与人们生活密切相关的产品，使用寿命的长短是影响人们消费的最直接因素。该方案采用超低功耗的R7F0C901，一方面是出于环保节能的考虑;另一方面则是藉由其低功耗来达到延长智能抄表使用寿命。

　　作为一款智能的抄表系统，自动化程度高，需要将千家万户的用量与管理部门的电脑网络中心联成一体，因此通信也是非常重要的环节。R7F0C901具有丰富的通信接口资源，可以实现多达3个简易I2C，3个CSI，3个UART，简化系统设计，可同时满足PLC抄表，sub-Ghz微功率抄表，RS485总线抄表，红外通信设计需求。这是推荐采用该MCU的另一个理由。

　　此外，R7F0C901采用RL78内核，整体成3段流水线的CISC哈佛体系结构，86%的指令可在1~2个时钟周期内完成。该MCU采用32引脚的HWQFN封装(5x5mm)，具有48KB片上可编程闪存，支持BGO操作，在进行数据改写过程中无需CPU等待，相比于传统EEPROM方式具有更高的执行效率。R7F0C901内部集成的高速振荡器精度高达±1%，最高频率32MHz，让设计中无需使用片外时钟晶振，更具成本和设计面积的优势。同时，其安全功能符合IEC或UL60730标准要求，支持RAM奇偶校验、A/D转换器自我诊断、时钟监控以及存储CRC计算，为抄表系统可靠性提供全面保证。

　　无线通信趋势

　　随着技术的飞速发展，"一人、一笔、一本"的传统抄表收费模式已过时，中国目前最为领先的无线通信式智能抄表才是大势所趋。无线智能抄表通过组网的方式从根本上解决目前用水、用电、用气管理的自动化程度低，中间环节多，缴费不及时等问题。目前主流的无线抄表通信技术主要有ZigBee、GPRS、低频无线自组网，其中低频无线自组网技术极具性价比优势，被纳入了国家电网标准型自组网无线抄表系统。

　　上文也提到通信功能是智能抄表自动化实现的重要关键，因此一款高性能的无线芯片是必不可少的。抄表系统的功耗主要是来自主控单元和无线通信单元，故通信接收芯片的功耗也是影响设计工程师选择的主要因素。目前市场上的低频无线接收芯片枚不胜举，性能功耗各异，很多产品一旦保证了性能功耗则直线上升，保证了功耗其性能又得不到保障，所以能够兼具高性能和低功耗于一身的Sub-GHz无线收发器往往出类拔萃，深受工程师们的喜爱。推出的智能抄表方案中，推荐采用的是Silicon Labs的Sub-GHz无线收发器Si4438。该款无线芯片性价比高，具有高达-124dbm接收灵敏度，和+20dbm发射功率。而其更是一款具有超低功耗的无线收发器，其发射电流75mA@20dbm，接收电流仅为3mA。Si4438采用的是QFN20封装，大小仅有4*4mm，堪称同类最小，在空间极为有限的抄表系统中，除了性能和功耗优势外，这也不失为其又一大优势。

　　技术人员表示，Silicon Labs的另一款兼具高性能和低功耗的Sub-GHz无线收发SOC产品EFR32FG，也是目前工程师们热衷选择的产品之一。与同类产品LoRA在传输速率1.5kbps时-128dBm的TCXO灵敏度相比，EFR32FG在1kbps时灵敏度已高达-130dBm。同时，EFR32FG可以快速实现物联网设备上节能的专有协议连网设计，而且同步支持Sub-GHz和2.4GHz双波段，可实现更远距离的传输，并通过相关预认证，为工程师带来许多设计灵活性。

【EFR32FG】

Silicon Labs EFR32FG Flex Gecko SoC整合一个节能ARM Cortex M4 MCU和具有高集成度的无线收发器，可支持专有无线协议。EFR32FG单芯片解决方案具有行业领先的能源效率、超快的系统恢复时间、一个可升级功放、一个内置2.4GHz平衡转换器以及强大的MCU。

EFR32FG Flex Gecko SoC非常适用于物联网设备的节能专有协议网络。Flex Gecko应用包括商业和零售、家庭和楼宇自动化及安全、测量、电子货架标签以及工业自动化。

特性

32位ARM® Cortex®-M4内核，工作频率高达40MHz

不同尺寸QFN封装支持可扩展内存和无线配置选项

12通道外设反射系统，可实现MCU外设自主交互

自主硬件加密加速器和随机数发生器

内置2.4GHz平衡转换器和功放支持输出功率高达19.5dBm

集成DC-DC具有射频噪音消减功能

应用

商业和零售

家庭和楼宇自动化及安全

测量

电子货架标签

工业自动化

EFR32FG1系列框图

EFR32FG系列

EFR32FG1V131F32GM32-C0

EFR32FG1V132F256GM32-C0

EFR32FG1V131F256GM48-C0

EFR32FG1P131F256GM48-C0

EFR32FG1P131F256GM32-C0

EFR32FG1P133F256GM48-C0

EFR32FG1V131F256GM32-C0

EFR32FG1P132F256GM48-C0

EFR32FG1P132F64GM32-C0

EFR32FG1V132F64GM48-C0

　　应用ZigBee无线通信技术与GPRS网络技术，也是实现远程无线抄表的另一选择。Silicon Labs无线SoC EFR32MG Mighty Gecko，整合了节能型MCU与高集成度无线电收发器，支持Thread、ZigBee、Bluetooth Smart及专用短程无线通信协议;拥有行业领先的能源效率和性能无损的MCU特性。同系列的EFR32BG Blue Gecko，则整合了节能型MCU和支持智能蓝牙的高集成度射频收发器，内置平衡转换器和功能强大的MCU，具备超快唤醒时间和可升级功放，以及行业领先的能源效率。

　　把关抄表的安全重要性

　　时钟单元作为抄表的脉搏，多数处理器的内核往往需要在其驱动下完成指令执行。其常用的信号源有晶体振荡器和RC振荡器。技术人员表示，在抄表方案建议采用著名晶振品牌商Epson的RTC产品--RX-8025T。该RTC芯片是智能四表领域中最常用的模块之一，带有高速I2C接口，1.7V-5.5V的宽电压范围，支持如振荡停止检测等多种检测功能。其具备32.768KHZ频率输出，并带时刻，日历，中断等功能。RX-8025T具有超低待机电流480nA，在系统掉电后可长期使用纽扣电池供电，保证抄表系统的时钟日历正常计时，从而使系统在抄表时能自动校准系统时间。分时计费是缓解用电高峰电力供应的经济手段，所以能够保证抄表系统的准确无误计时是非常重要的。

【RX-8025T】

RX8025-T是一款拥有I2C接口和温度补偿功能的新型实时时钟芯片，内部集成32.768KHz温度补偿晶体振荡器，可用于各种需要高精度时钟的场合。通过设置相应补偿的控制位，可以实现不同间隔的温度补偿功能，从而大大提高了时钟的精度。芯片可设置四种不同的时段进行温度补偿，默认设置是2S补偿。该芯片采用C-MOS工艺生产，具有极低的功能消耗，可长期使用电池供电。

产品特点

1.内置高稳定度的32.768KHz 的DTCXO (数字温度补偿晶体振荡器)

2. 支持I2C 总线的高速模式(400K)。

3. 定时报警功能(可设定：天，日期，小时，分钟)

4. 固定周期定时中断功能。

5. 时间更新中断功能。

6. 32.768KHz频率输出(具有使能OE功能)

7. 闰年自动调整功能。(2000 到2099)

8. 宽范围接口电压：2.2V 到 5.5V

9. 宽范围的时间保持电压：1.8V 到 5.5V

10. 低电流功耗：0.8uA/3V (Typ.)

11. 工作温度：-45℃～85℃

操作模式

1)实时时钟模式

该功能被用来设定和读取年，月，日，星期，时，分，秒 时间信息。年份为后两位数字表示， 任何可以被4 整除的年份被当成闰年处理。(2000 年到2099 年)

2)固定周期的中断发生功能：

固定周期定时中断发生功能可以产生一个固定周期的中断事件，固定周期可在244.14uS 到 4095 分钟之间的 任意时间设定。

3)定时更新中断功能：

该功能可以根据内部时钟的定时设定，每秒或每分钟产生一个中断事件。 当中断事件产生，UF 标志位的值变成 1 同时/INT 引脚变成低电平表示一个中断事件的产生。

4)闹钟中断功能：

该功能可以根据报警设定来产生一个中断。

5)32.768K Hz 时钟输出：

可以通过FOUT 引脚来输出一个32.768kHz 频率的时钟信号，该功能可以通过FOE 引脚控制。

6)和CPU 的接口功能：

数据的读写都是通过I2C 总线接口的方式来完成。

应用范围编辑

● 电表、水表、燃气表

● 电平转换

● 对EMI灵敏的收发器应用

● 工业控制

● 门禁、安防系统

　　在抄表方案的电源管理模块中，推荐采用PI公司具备0-30W功率等级的AC-DC电源芯片TinySwitch-4。该芯片是一款内置725V MOSFET的高集成度的光耦反馈AC-DC芯片，设计和布线都非常简单。由于其带迟滞热关断保护，使得抄表在工作过程中更安全可靠。

【TinySwitch-4】

带线电压补偿过载功率的高效离线式开关IC

典型待机应用

产品详情

说明

TinySwitch-4器件具备线电压补偿过载保护功能，可大幅降低在通用输入电压范围内的最大过载变化。它特别适用于PC待机和恒压适配器等应用，能够限定过载故障条件下的最大输出功率。TinySwitch-4还集成了一个725 V MOSFET，可轻易让高反射电压及高总线电压设计进行80%的降额。BP/M引脚允许向上或向下调整MOSFET电流限流点，以便设计师在不同的物理实现中优化功率输出能力及效率。导通时间延长功能可以在更低输入电压下维持输出的稳定，从而能够以更低容量的输入电容来满足维持时间。

产品特色

最低的系统成本及更出色的灵活性

采用额定值725 V的功率MOSFET

增大了BV降额裕量

线电压补偿过载功率 – 无需额外元件

大幅降低通用输入电压范围内的最大过载变化

±5%导通欠压(UV)阈值：使用一个外部电阻进行线电压检测

简单的ON/OFF控制，无需环路补偿

通过BP/M引脚电容值可选择不同的电流限流点

可允许TinySwitch-4系列相邻产品之间相互替换，而无需重新设计电路

严格的I2f参数公差范围降低系统成本

高效利用MOSFET及磁芯材料

导通时间延长 - 更低输入电压下维持输出的稳定/维持时间，可以使用更低容量的输入电解电容

自偏置：无需偏置绕组或偏置元件

频率调制降低EMI滤波成本

增强的安全及可靠性能

精确的迟滞热关断保护并具备自动恢复功能，无需人工重新复位

自动重启动功能在短路及开环故障状况下实现<3%的最大输出功率

可选择使用齐纳二极管实现输出过压关断

可选择使用一个外部电阻进行快速AC复位

元件数目很少，增强可靠性及实现单面印刷电路板的布局

高带宽提供快速的无过冲启动及出色的瞬态负载响应

EcoSmart? – 高效节能

轻松满足全球所有能效标准

在265 VAC输入时，有偏置绕组下的空载能耗<30 mW;无偏置绕组下的空载能耗<150 mW

ON/OFF控制可在极轻负载时具备恒定的效率 - 是满足强制性CEC标准及EuP待机要求的理想选择

应用

PC待机及其它辅助电源

DVD/PVR及其它低功率机顶盒

电器、工业系统、电表等使用的电源

手机/无绳电话、PDA、数码相机、MP3或便携式音频设备、剃须刀等使用的充电器/适配器

应用概述

输出功率

封装选项

注释:

1. 最小连续输出功率是在典型的无风冷密闭适配器中、环境温度为+50 °C的条 件下测量得到的。使用一个外部散热片将提高输出功率的能力。

2. 在任何设计中的最小峰值功率或在敞开式设计中的最小持续功率（参考主要 应用指南）。

3. 封装：D:SO-8C，P: DIP-8C，K: eSOP-12B。参考元件订购信息。

设计范例

RDR-399 - <30 mW No Load, 12 W Power SupplyRDK Available

RDR-295 - 20 W Standby Power SupplyRDK Available

DER-423 - 12 W Power Factor Corrected (Valley Fill) Non-Dimmable Isolated LED Driver

产品图片

　　此外，由于智能抄表系统存在雷击、EMI等安全隐患，在系统中增加各种防护措施也是非常必要的。在强磁干扰方面，抄表方案推荐采用Littelfuse功率可达400-3000W的TVS阵列SMAJ/SMBJ/SMCJ/TPSMA/TPSMB/P6SMB进行保护。在过载保护方面，则推荐同品牌的具有各种规格可供选择的PTC产品1812L/2920L/30R/60R。

　　综上可见，设计出一款完美的智能抄表，器件选型是非常重要的。如果您正在整考虑设计或优化升级智能抄表系统，不妨可以咨询下优选器件方案，说不定还真能找到一些设计或者优化的灵感。还提供技术支持，可以缩短您的产品研发时间，争取早日上市抢占先机才能获得商机。

　　型号：SI4438-C2A-GMR                           品牌：SILICON LABS

　　型号：SI4438-B1C-FMR                            品牌：SILICON LABS

　　型号：X1B000281000500                          品牌：EPSON

　　型号：SI4438-B1C-FM                              品牌：SILICON LABS

　　型号：SI4438-C2A-GM                              品牌：SILICON LABS

　　型号：R7F0C901B2DNP-C#AA0                品牌：RENESAS

　　Si4438

　　 频率范围：425-525

　　 灵敏度高达 -124dBm

　　 最大输出功率：20dBm

　　85mA@+20dBm(发射)

　　 数据传输率：0.1-500kbps

        FSK，GFSK和OOK调制模式

　　 1.8-3.6 V供电

　　 超低耗关机模式

　　 数字接收信号强度指示(RSSI)

　　 定时唤醒功能

　　 天线自动匹配及双向开关控制

　　可配置数据包结构

　　 前同步信号检测

　　 64字节收发数据寄存器(FIFO)

　　 低电能检测

　　 温度感应和8位模数转换器

　　 工作温度范围：-20 ~ +60°C

　　 集成稳压器

　　 跳频功能

　　 上电复位功能

　    内置晶体调整功能

      【智能抄表系统】

　　智能抄表系统为《DC2000A“水电气”计量计费、报警、截断系统》的子系统。适用于对高层和小区住宅居民用表进行联网,由计算机集中管理。

　　该系统将千家万户的用量与管理部门的电脑网络中心联成一体，从根本上解决了目前用水、用电、用气管理的自动化程度低,中间环节多,缴费不及时等问题。该系统具有多种通讯方式,组网方式灵活,扩充方便,从不同角度满足用户的多种需求,真正地实现了居民小区的科学化管理。

　　系统采用集散性结构设计,大大提高系统的可靠性和可扩容性。数据采集器与管理中心计算机的通讯采用标准RS485实现远距离的数据传输，独特灵活的组网方式,适合于各种安装使用环境。《智能抄表总线制抄表系统》软件,与本系统硬件无缝集成,共同构成一个功能强大、稳定可靠、容易管理、数据精确、可伸缩(扩展)性极强的

　　多功能智能三表网络管理系统。

　　软件部分作为系统的最终实现,为用户提供了一个使用、管理本系统的重要工具,它具有以下特点: 系统以数据库为核心,提供方便的数据处理、查询、统计、报表、备份等功能。采用面向对象和模块化相结合的设计方法,支持不同客户的独特要求(如报表打印格式,操作员权限控制等)。支持客户原有综合管理系统,可以和客户原有管理系统(如物业管理系统等)集成(可提供数据库接口或者通讯接口)。