智能表計是智慧城市的典型應(ying)用。目前，水、氣(qi)、電、熱表(biao)(biao)廣泛應(ying)用于(yu)城市居民生活、工礦企業生產(chan)中(zhong)。由于(yu)應(ying)用環境比(bi)較復雜(za)，計(ji)量不準確，數據更(geng)新不及時(shi)，造成非常(chang)嚴重(zhong)的浪(lang)費，同時(shi)也非常(chang)不方便，傳統(tong)表(biao)(biao)計(ji)已經不適應(ying)社(she)會(hui)的發展，因此逐步(bu)向智(zhi)能(neng)表(biao)(biao)計(ji)過渡。智(zhi)能(neng)表(biao)(biao)計(ji)除(chu)具(ju)備基本的測量功能(neng)外，還可(ke)以對漏水，偷電，管(guan)道(dao)異常(chang)等(deng)進行(xing)監測上報。隨著技術的進步(bu)和智(zhi)能(neng)化改造，智(zhi)能(neng)表(biao)(biao)計(ji)行(xing)業踏上了數字化變革的新賽道(dao)。
智能表計市場應用增長
當前5G、大數據、人工智能和工業互聯網等領域為主題的新型基礎設施加速實施，物聯網成為下一代信(xin)息(xi)產(chan)業(ye)發展的制(zhi)高(gao)點和經濟增(zeng)長(chang)的驅動力。當前(qian)智(zhi)能(neng)(neng)表(biao)(biao)計市場發展非常搶眼(yan)，在(zai)(zai)水、氣、電、熱表(biao)(biao)計中(zhong)，產(chan)品覆(fu)蓋率已經超越傳統表(biao)(biao)計。其(qi)中(zhong)，智(zhi)能(neng)(neng)電表(biao)(biao)的覆(fu)蓋率達(da)95%以(yi)上(shang)，智(zhi)能(neng)(neng)水表(biao)(biao)則在(zai)(zai)50%以(yi)上(shang)，智(zhi)能(neng)(neng)燃氣表(biao)(biao)也(ye)在(zai)(zai)60%以(yi)上(shang)。智(zhi)能(neng)(neng)表(biao)(biao)計在(zai)(zai)物聯網的賦能(neng)(neng)下，由(you)傳統機械表(biao)(biao)轉向(xiang)智(zhi)能(neng)(neng)表(biao)(biao)，并(bing)且在(zai)(zai)住宅建筑、商業(ye)和工業(ye)等領(ling)域已經得(de)到大力推廣應用，呈現(xian)快速增(zeng)長(chang)趨勢。
國民技術(shu)方案開(kai)發部執行總監趙永剛表示(shi)，隨著表計產品(pin)使(shi)用(yong)年限到(dao)期，將持續進行更新換代(dai)，預計再經(jing)過(guo)一次的(de)換代(dai)，智能表計的(de)市(shi)場覆蓋率接(jie)近于全部。
目(mu)前(qian)城市建設(she)都在(zai)向智(zhi)慧城市，AIoT的(de)大方(fang)向發(fa)展(zhan)，水(shui)、電、氣(qi)、熱作(zuo)為不可或缺的(de)基礎生活元素也在(zai)向智(zhi)能化方(fang)向發(fa)展(zhan)。而用(yong)于(yu)計(ji)量的(de)表計(ji)也由傳統的(de)機械表快(kuai)速的(de)向具備通信能力的(de)智(zhi)能水(shui)熱氣(qi)表轉變。我國智(zhi)能表計(ji)市場(chang)正步入(ru)高速發(fa)展(zhan)期。
智能電網時代，智能表計的創新應用
近幾(ji)年(nian)來，國家陸(lu)續出臺政策(ce)扶植(zhi)智能電網的(de)發展，加速了(le)智能表計市場的(de)快速增長。物聯網的(de)發展下，電網逐(zhu)漸智能化，對(dui)于表計的(de)數據收集、管理等有(you)了(le)很大(da)的(de)提升。
在智能電表應用領域，國民技術N32家族MCU助力客戶實現了許多應用創新，如電表協議轉換模塊。此應用方案使用N32G455芯片的(de)三路(lu)USART分別實現RS485、無線模塊數(shu)(shu)(shu)據(ju)、RS232數(shu)(shu)(shu)據(ju)交換(huan)；芯(xin)片(pian)高速(su)的(de)運算(suan)(suan)能(neng)力支持(chi)多種電(dian)表(biao)協議(yi)規(gui)約解析，還能(neng)實時傳輸不同電(dian)表(biao)參數(shu)(shu)(shu)和(he)進行數(shu)(shu)(shu)據(ju)轉換(huan)，并同時處理8塊電(dian)表(biao)數(shu)(shu)(shu)據(ju)上傳和(he)電(dian)表(biao)狀態控(kong)制。電(dian)表(biao)協議(yi)轉換(huan)模塊使用(yong)工業級MCU控(kong)制芯(xin)片(pian)，主頻(pin)高，集成度(du)高，安全性(xing)(xing)高，能(neng)保護用(yong)戶(hu)數(shu)(shu)(shu)據(ju)和(he)算(suan)(suan)法安全，防抄襲，而且(qie)方案(an)的(de)擴展性(xing)(xing)強，數(shu)(shu)(shu)據(ju)業務(wu)廣、采集精準(zhun)，可適用(yong)于各(ge)種智能(neng)電(dian)表(biao)管理。
上海復(fu)(fu)旦微(wei)電子集(ji)團股份有限(xian)公司（簡稱“復(fu)(fu)旦微(wei)電”）作(zuo)為智(zhi)能燃(ran)氣表MCU的(de)主要供應商之(zhi)一，和行業里主要客(ke)戶均有合(he)作(zuo)。目前(qian)FM33G0系列、FM33LG0系列已經(jing)在智(zhi)能燃(ran)氣表產(chan)品(pin)上大規模應用。復(fu)(fu)旦微(wei)電技術(shu)市場經(jing)理王鵬(peng)表示(shi)，這幾年(nian)物(wu)聯網智(zhi)能燃(ran)氣表發(fa)(fa)展迅速，其(qi)中遠傳(chuan)(chuan)方式以(yi)NB-IoT和LoRa為主。計(ji)量方面，除了傳(chuan)(chuan)統的(de)膜式計(ji)量，超聲波計(ji)量以(yi)其(qi)更高(gao)的(de)計(ji)量精度已經(jing)成為大口徑商業表的(de)發(fa)(fa)展趨勢。
值得注意(yi)的(de)是(shi)，近(jin)場通(tong)信（NFC）在(zai)表(biao)計(ji)中(zhong)有許(xu)多應用場景(jing)，如傳統(tong)的(de)預付費非接(jie)卡(ka)表(biao)用的(de)就(jiu)是(shi)NFC讀寫器和標簽。意(yi)法半導體作為(wei)RFID和NFC技(ji)術的(de)先行(xing)者之一，提(ti)(ti)供(gong)了(le)廣(guang)泛的(de)HF RFID/NFC產(chan)品，覆(fu)蓋了(le)所有NFC應用的(de)需(xu)求，有豐富的(de)生態系(xi)統(tong)支持。ST25DV作為(wei)一款(kuan)ST NFC的(de)明(ming)星產(chan)品，可以為(wei)智能表(biao)計(ji)提(ti)(ti)供(gong)更加豐富的(de)功能。
據意法半導體MMS市(shi)場及應用部產(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)市(shi)場經理王(wang)鵬飛介紹，ST25DV可以(yi)(yi)用于表計產(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)的(de)參(can)數(shu)配(pei)置和校準，替代傳統的(de)紅外功能，幫(bang)助表計生(sheng)產(chan)(chan)(chan)廠家在生(sheng)產(chan)(chan)(chan)流(liu)程中更加順利地進(jin)行校表和個性化設置，甚至在不開箱、不開機的(de)狀況下快速進(jin)行參(can)數(shu)設定(ding)和改寫；同時還可以(yi)(yi)通過NFC無(wu)線接口(kou)進(jin)行產(chan)(chan)(chan)品(pin)(pin)(pin)的(de)信息追蹤以(yi)(yi)及身份的(de)認證。
其次，ST25DV有利于運(yun)營和維(wei)(wei)護，同時為終端客戶帶(dai)來便利。表(biao)計的(de)運(yun)營和維(wei)(wei)護人員可通(tong)過(guo)智能NFC手機(ji)(ji)便捷的(de)讀取表(biao)計運(yun)行數(shu)據、故障檢修(xiu)的(de)數(shu)據，通(tong)過(guo)手機(ji)(ji)上報云端獲取故障原因，獲取處(chu)理(li)建議等信(xin)息(xi)。用(yong)戶可以使用(yong)智能NFC手機(ji)(ji)觸碰ST25DV，快速訪問(wen)網頁(ye)，登錄付費系統(tong)查詢(xun)付費或(huo)者(zhe)注冊保修(xiu)。除此之外，表(biao)計裝備ST25DV后無需額外的(de)物理(li)開窗和物理(li)接口，可以提高表(biao)計產品的(de)密封性(xing)和可靠性(xing)。
國產低功耗MCU的優化與突破
隨著國產(chan)MCU發展快(kuai)速，已經在(zai)(zai)多(duo)個(ge)領域得到(dao)市場認(ren)可，并開(kai)始(shi)迅(xun)速攀升。相對于國外品(pin)牌，國產(chan)MCU在(zai)(zai)整個(ge)MCU市場占(zhan)用(yong)率較低(di)，不到(dao)10%的份(fen)額。不過國產(chan)MCU在(zai)(zai)消費(fei)電子、智(zhi)能卡、智(zhi)能儀表(biao)、物聯(lian)網等(deng)領域，具有與國外品(pin)牌的競(jing)爭優勢，其中國產(chan)MCU在(zai)(zai)智(zhi)能表(biao)計已經成為市場主流。
2016年，復(fu)旦(dan)微(wei)(wei)電(dian)推(tui)出了(le)第一款適用于(yu)智(zhi)能(neng)水(shui)(shui)熱表的低功耗(hao)MCU產(chan)(chan)品(pin)FM3316，掀起了(le)智(zhi)能(neng)水(shui)(shui)表MCU的國(guo)產(chan)(chan)化熱潮(chao)。之后隨(sui)著(zhu)NB-IoT和LoRa水(shui)(shui)表的快速發(fa)展(zhan)，復(fu)旦(dan)微(wei)(wei)電(dian)又推(tui)出了(le)多款適合智(zhi)能(neng)水(shui)(shui)表行業(ye)應用的FM33LC0系列，在(zai)容量、外(wai)設、性(xing)能(neng)方(fang)面做了(le)大幅度(du)提(ti)(ti)升(sheng)，已經覆(fu)蓋了(le)所有智(zhi)能(neng)表型(xing)(xing)應用需求，尤(you)其是在(zai)NB物聯網表型(xing)(xing)中(zhong)廣泛應用。復(fu)旦(dan)微(wei)(wei)電(dian)技術市場(chang)(chang)經理(li)宋吉鶴表示：“隨(sui)著(zhu)對智(zhi)能(neng)水(shui)(shui)熱表計量精(jing)確度(du)要求的提(ti)(ti)高，超聲(sheng)波計量方(fang)式(shi)越來(lai)越得到市場(chang)(chang)的認可。復(fu)旦(dan)微(wei)(wei)電(dian)緊(jin)跟(gen)市場(chang)(chang)的需求，深入調研，將給(gei)客(ke)戶提(ti)(ti)供更多產(chan)(chan)品(pin)選擇。”
不得(de)不說的(de)(de)(de)(de)是(shi)，智(zhi)能(neng)表(biao)(biao)(biao)計行(xing)業(ye)對低功(gong)(gong)(gong)耗(hao)的(de)(de)(de)(de)要求極(ji)其(qi)苛刻，尤其(qi)是(shi)在智(zhi)能(neng)水(shui)氣(qi)(qi)表(biao)(biao)(biao)產品。MCU是(shi)系統(tong)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)主控單元(yuan)，不但(dan)需要有(you)超低功(gong)(gong)(gong)耗(hao)能(neng)力(li)，還要有(you)靈活的(de)(de)(de)(de)功(gong)(gong)(gong)耗(hao)管(guan)理方式，協調外圍電(dian)路(lu)達到最佳(jia)整機功(gong)(gong)(gong)耗(hao)。據小華(hua)半導體市(shi)(shi)場(chang)部總(zong)監(jian)梁(liang)少峰介紹，小華(hua)半導體的(de)(de)(de)(de)超低功(gong)(gong)(gong)耗(hao)MCU產品具(ju)有(you)超低待機功(gong)(gong)(gong)耗(hao)、快(kuai)速喚醒時間、高效動(dong)態(tai)能(neng)耗(hao)的(de)(de)(de)(de)功(gong)(gong)(gong)耗(hao)特(te)性，目前(qian)出貨國內第一。正是(shi)因(yin)為技術領先(xian)行(xing)業(ye)以及(ji)可靠性品質(zhi)優異，其(qi)超低功(gong)(gong)(gong)耗(hao)MCU產品已得(de)到智(zhi)能(neng)表(biao)(biao)(biao)計市(shi)(shi)場(chang)的(de)(de)(de)(de)快(kuai)速認可，目前(qian)在水(shui)表(biao)(biao)(biao)市(shi)(shi)場(chang)中(zhong)占有(you)主導地位，在氣(qi)(qi)表(biao)(biao)(biao)市(shi)(shi)場(chang)中(zhong)也成(cheng)為主流選擇。
另外，國民(min)技(ji)術面向(xiang)智(zhi)能(neng)表計推出(chu)了N32L4系(xi)(xi)列低(di)(di)功耗(hao)MCU，這款芯片基于ARM Cortex-M4F系(xi)(xi)列32位(wei)處理(li)器(qi)內核，內置(zhi)嵌入(ru)式高速閃存、低(di)(di)功耗(hao)電(dian)源管理(li)，集成數(shu)模混(hun)合電(dian)路，并(bing)內置(zhi)密碼(ma)算法硬件加速引擎以及安全單元，產品(pin)兼具安全、高集成度、低(di)(di)功耗(hao)等特點(dian)。
在智能(neng)表(biao)(biao)計(ji)的(de)(de)(de)發(fa)展過程中(zhong)，無線、傳感器和MCU的(de)(de)(de)技術發(fa)展將發(fa)揮著(zhu)極大的(de)(de)(de)推動(dong)作(zuo)用(yong)。目前(qian)，隨著(zhu)國產MCU的(de)(de)(de)優化和突破，其低功耗(hao)MCU在智能(neng)表(biao)(biao)計(ji)市(shi)場中(zhong)成(cheng)為重(zhong)要的(de)(de)(de)選擇。其中(zhong)超低功耗(hao)、更(geng)高性能(neng)、更(geng)高集成(cheng)、符合市(shi)場需(xu)求等特性將盤(pan)踞整個智能(neng)表(biao)(biao)計(ji)MCU業態。
智能表計相關的技術難題與措施
基于(yu)智(zhi)能表計的應用特(te)點，整個行業(ye)對MCU的品質和性(xing)能要求很高。MCU是系統中的主控單元(yuan)，不但需要有超低功(gong)耗特(te)性(xing)，還要有靈活的功(gong)耗管理(li)方式，在高集(ji)成度的前(qian)提下(xia)要降低成本，同時要兼(jian)顧高穩定(ding)、高可靠、高安全(quan)等特(te)性(xing)。
針對以上技(ji)術難(nan)題，國(guo)民(min)技(ji)術推(tui)出(chu)面向智能(neng)表計(ji)的(de)(de)(de)MCU集成(cheng)了豐(feng)富的(de)(de)(de)功(gong)能(neng)組件(jian)和(he)(he)接口資(zi)源，只需少量外圍器件(jian)即可工(gong)作(zuo)(zuo)，大大提(ti)升集成(cheng)度的(de)(de)(de)同時(shi)兼顧性價比；其超低功(gong)耗性能(neng)達到國(guo)際(ji)領先水平，進一步降(jiang)低MCU動態和(he)(he)靜態能(neng)耗，并且在(zai)低功(gong)耗模式下快(kuai)速且智能(neng)喚(huan)醒MCU，兼備高性能(neng)特性；工(gong)作(zuo)(zuo)溫度可在(zai)-40-105℃范圍內(nei)，內(nei)置(zhi)時(shi)鐘安全系統(tong)、獨立看門(men)狗，具有高抗(kang)ESD、高抗(kang)射頻干(gan)擾等(deng)優勢，實現表計(ji)在(zai)長期惡劣工(gong)作(zuo)(zuo)環境下的(de)(de)(de)持續穩定運行；在(zai)安全方面，國(guo)民(min)技(ji)術提(ti)供完整的(de)(de)(de)“芯-端-云(yun)”系統(tong)級安全物聯網表計(ji)解決方案，能(neng)保障無(wu)線遠(yuan)傳(chuan)表計(ji)本地、云(yun)端和(he)(he)通信數(shu)據的(de)(de)(de)安全性。
此外，意(yi)法半導(dao)體(ti)在ST25的(de)(de)(de)產品線(xian)上(shang)(shang)也提(ti)供全套的(de)(de)(de)生態系統服務，包括基于(yu)STM32的(de)(de)(de)開(kai)發套件，DISCOVERY以(yi)及(ji)NUCLEO的(de)(de)(de)開(kai)發板，以(yi)及(ji)FW和SW的(de)(de)(de)源代碼(ma)支(zhi)持(chi)(chi)，還有天線(xian)的(de)(de)(de)設計(ji)，原理圖，layout的(de)(de)(de)源文件以(yi)及(ji)設計(ji)支(zhi)持(chi)(chi)。另(ling)外PC端軟(ruan)件和手持(chi)(chi)設備的(de)(de)(de)app代碼(ma)都是源碼(ma)開(kai)放的(de)(de)(de)。王鵬飛表示：“ST還提(ti)供線(xian)上(shang)(shang)培訓(xun)以(yi)及(ji)不定(ding)期的(de)(de)(de)線(xian)下培訓(xun)，幫助(zhu)工程師更(geng)快(kuai)的(de)(de)(de)上(shang)(shang)手，加快(kuai)客戶項目的(de)(de)(de)研發速度。”
智能表計的市場方向
智能(neng)(neng)表(biao)計是物聯網市場(chang)的(de)先行者。在新基(ji)建、智慧(hui)城(cheng)市的(de)推(tui)動(dong)下，智能(neng)(neng)表(biao)計產品覆(fu)蓋(gai)率(lv)已經(jing)遠超(chao)傳統表(biao)計。隨著持(chi)續的(de)更(geng)新換代，智能(neng)(neng)表(biao)計的(de)市場(chang)覆(fu)蓋(gai)率(lv)很快接近于全部份(fen)額。梁少(shao)峰表(biao)示(shi)：“MCU是賦能(neng)(neng)智能(neng)(neng)表(biao)計的(de)核心芯片。小華半導體(ti)將持(chi)續深(shen)耕(geng)超(chao)低功耗產品，緊跟技術發(fa)展(zhan)，深(shen)挖行業需(xu)求，提供更(geng)多符(fu)合智能(neng)(neng)表(biao)計需(xu)求的(de)MCU產品。”
趙永(yong)剛認(ren)為：“未來(lai)智能(neng)(neng)(neng)表(biao)(biao)(biao)計(ji)(ji)將越來(lai)越趨向(xiang)(xiang)于實時性(xing)，高(gao)精(jing)度，低(di)(di)功耗(hao)的(de)(de)方(fang)向(xiang)(xiang)發展，這也是國民技術在(zai)智能(neng)(neng)(neng)表(biao)(biao)(biao)計(ji)(ji)行(xing)業(ye)的(de)(de)布局方(fang)向(xiang)(xiang)。”據悉，為了在(zai)低(di)(di)功耗(hao)、實時性(xing)和(he)高(gao)精(jing)度之間取得更好的(de)(de)平衡，公(gong)司推出了超(chao)低(di)(di)功耗(hao)的(de)(de)N32L4系列MCU。未來(lai)國民技術將在(zai)智能(neng)(neng)(neng)表(biao)(biao)(biao)計(ji)(ji)MCU上(shang)會進一步深耕，布局更低(di)(di)功耗(hao)和(he)功能(neng)(neng)(neng)更加豐富的(de)(de)智能(neng)(neng)(neng)表(biao)(biao)(biao)計(ji)(ji)MCU產品(pin)，為行(xing)業(ye)帶來(lai)更加優質、可(ke)靠的(de)(de)產品(pin)及(ji)方(fang)案。
ST的NFC技術在非接觸式、無源(yuan)接入、便捷配對、本地接入等一系列功能(neng)上都有增(zeng)值作用。借(jie)助于這些特(te)性(xing)(xing)，可(ke)以(yi)使表計(ji)更可(ke)靠、更智能(neng)。“我們(men)相信(xin)隨著帶NFC功能(neng)手機(ji)的普及，NFC將(jiang)會越來越受(shou)歡迎(ying)。ST擁有廣泛的產(chan)品(pin)組合并將(jiang)繼續投(tou)入和開發NFC技術，推出更多高性(xing)(xing)能(neng)產(chan)品(pin)，以(yi)滿(man)足表計(ji)市場日益增(zeng)長的需(xu)求。”王鵬(peng)飛表示。
作為(wei)MCU、NB-IoT與NFC技術賦(fu)能下(xia)(xia)的(de)(de)(de)表計行業，將在(zai)智能城市建設中，發揮舉(ju)足輕重的(de)(de)(de)作用(yong)。城市基(ji)礎設施的(de)(de)(de)智能化改造，是智能城市升級建設的(de)(de)(de)根(gen)本。在(zai)此基(ji)礎上，由(you)5G賦(fu)能下(xia)(xia)的(de)(de)(de)移動終(zhong)端，將在(zai)城市物(wu)聯(lian)網化的(de)(de)(de)過(guo)程中，快速實現場(chang)景的(de)(de)(de)升級。
結語
總(zong)之，雖(sui)然智能(neng)(neng)(neng)表(biao)(biao)計(ji)行業滲透率(lv)還比較低，但(dan)是受(shou)益(yi)于政(zheng)策(ce)、市(shi)場(chang)、技(ji)(ji)術等利好因(yin)素，當(dang)前(qian)智能(neng)(neng)(neng)表(biao)(biao)計(ji)行業正(zheng)迎來更(geng)新換代的(de)(de)轉型(xing)升級期，且這(zhe)一速(su)度正(zheng)在(zai)(zai)加速(su)。目前(qian)智能(neng)(neng)(neng)表(biao)(biao)計(ji)的(de)(de)前(qian)沿(yan)研究仍在(zai)(zai)市(shi)場(chang)需求(qiu)之前(qian)，未來發展(zhan)存(cun)在(zai)(zai)更(geng)多創新機會。智慧城市(shi)的(de)(de)建設和(he)政(zheng)策(ce)的(de)(de)引導，不僅為NB-IoT、NFC等技(ji)(ji)術的(de)(de)發展(zhan)提供(gong)了商業應(ying)用環境，同時(shi)也(ye)為表(biao)(biao)計(ji)行業的(de)(de)轉型(xing)升級提供(gong)了視角背書和(he)政(zheng)策(ce)催化劑。未來，智能(neng)(neng)(neng)表(biao)(biao)計(ji)結合物(wu)聯(lian)網推進，智能(neng)(neng)(neng)便捷、精準可靠、安全節能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)產(chan)品(pin)將會涌向市(shi)場(chang)，并且加速(su)替(ti)代傳統表(biao)(biao)計(ji)。
