智能表計是智慧城市的(de)典型應(ying)用。目前，水、氣(qi)、電、熱表廣泛應(ying)用于(yu)(yu)城市居民生活、工(gong)礦企(qi)業生產中。由于(yu)(yu)應(ying)用環境比較復雜，計(ji)量不(bu)(bu)準(zhun)確(que)，數(shu)據更新不(bu)(bu)及時，造成非常(chang)嚴重的(de)浪費，同(tong)時也非常(chang)不(bu)(bu)方(fang)便，傳(chuan)統表計(ji)已經不(bu)(bu)適應(ying)社會(hui)的(de)發展，因此(ci)逐步(bu)向智(zhi)能(neng)表計(ji)過渡。智(zhi)能(neng)表計(ji)除(chu)具備(bei)基(ji)本的(de)測量功能(neng)外(wai)，還可(ke)以對漏水，偷電，管道異常(chang)等進行監測上報(bao)。隨著技術的(de)進步(bu)和智(zhi)能(neng)化改造，智(zhi)能(neng)表計(ji)行業踏(ta)上了(le)數(shu)字(zi)化變革(ge)的(de)新賽(sai)道。
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(dai)信息產業(ye)發展(zhan)的(de)制高(gao)點和經(jing)(jing)濟增(zeng)長的(de)驅動力(li)。當前智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)表(biao)(biao)計市場(chang)發展(zhan)非常搶眼，在(zai)(zai)水(shui)、氣、電(dian)、熱(re)表(biao)(biao)計中，產品覆蓋(gai)率已(yi)(yi)經(jing)(jing)超越傳(chuan)統表(biao)(biao)計。其中，智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)電(dian)表(biao)(biao)的(de)覆蓋(gai)率達95%以上(shang)，智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)水(shui)表(biao)(biao)則在(zai)(zai)50%以上(shang)，智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)燃(ran)氣表(biao)(biao)也在(zai)(zai)60%以上(shang)。智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)表(biao)(biao)計在(zai)(zai)物(wu)聯網的(de)賦能(neng)下，由(you)傳(chuan)統機械表(biao)(biao)轉向智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)表(biao)(biao)，并且在(zai)(zai)住宅建筑、商(shang)業(ye)和工業(ye)等領域已(yi)(yi)經(jing)(jing)得到大力(li)推廣應用(yong)，呈現快(kuai)速(su)增(zeng)長趨勢。
國民技術(shu)方案開發部執行(xing)總監趙永剛表示(shi)，隨著表計(ji)(ji)產品使(shi)用年限(xian)到期，將持(chi)續進行(xing)更新換代，預計(ji)(ji)再經(jing)過一次的換代，智能表計(ji)(ji)的市場覆蓋率接近于(yu)全(quan)部。
目前城(cheng)市建設都在(zai)向(xiang)智慧城(cheng)市，AIoT的(de)(de)大方向(xiang)發展(zhan)，水(shui)、電、氣(qi)、熱作為不可(ke)或缺的(de)(de)基礎(chu)生活元素也(ye)在(zai)向(xiang)智能(neng)化方向(xiang)發展(zhan)。而用(yong)于計量的(de)(de)表計也(ye)由傳(chuan)統的(de)(de)機械表快速的(de)(de)向(xiang)具備(bei)通信能(neng)力的(de)(de)智能(neng)水(shui)熱氣(qi)表轉(zhuan)變。我國智能(neng)表計市場正步入高速發展(zhan)期。
智能電網時代，智能表計的創新應用
近幾年(nian)來，國家陸(lu)續出臺政(zheng)策扶植智(zhi)能電(dian)網(wang)的(de)(de)發(fa)(fa)展，加速了智(zhi)能表計市場(chang)的(de)(de)快速增長。物聯網(wang)的(de)(de)發(fa)(fa)展下，電(dian)網(wang)逐漸智(zhi)能化(hua)，對于表計的(de)(de)數據(ju)收集、管(guan)理(li)等有了很大的(de)(de)提(ti)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USART分別實現RS485、無線模塊數(shu)據(ju)(ju)、RS232數(shu)據(ju)(ju)交換(huan)；芯(xin)片高(gao)(gao)速的(de)運算能(neng)(neng)力支持多種電(dian)表協(xie)議規約解析(xi)，還能(neng)(neng)實時傳輸不同(tong)電(dian)表參數(shu)和進(jin)行數(shu)據(ju)(ju)轉(zhuan)換(huan)，并同(tong)時處理8塊電(dian)表數(shu)據(ju)(ju)上傳和電(dian)表狀態控制。電(dian)表協(xie)議轉(zhuan)換(huan)模塊使用(yong)工業級MCU控制芯(xin)片，主頻高(gao)(gao)，集(ji)成度高(gao)(gao)，安全性高(gao)(gao)，能(neng)(neng)保(bao)護用(yong)戶數(shu)據(ju)(ju)和算法安全，防抄襲，而且方案的(de)擴展(zhan)性強，數(shu)據(ju)(ju)業務(wu)廣、采集(ji)精準，可適用(yong)于各(ge)種智能(neng)(neng)電(dian)表管(guan)理。
上(shang)海復(fu)(fu)旦微電(dian)子集(ji)團股(gu)份有限公(gong)司（簡稱“復(fu)(fu)旦微電(dian)”）作(zuo)為智(zhi)(zhi)能燃氣(qi)(qi)表MCU的(de)(de)主要供應商之一，和行業里(li)主要客戶(hu)均(jun)有合作(zuo)。目前FM33G0系(xi)列、FM33LG0系(xi)列已(yi)經(jing)在(zai)智(zhi)(zhi)能燃氣(qi)(qi)表產品上(shang)大規模應用(yong)。復(fu)(fu)旦微電(dian)技術(shu)市場(chang)經(jing)理王鵬表示(shi)，這幾年物聯網智(zhi)(zhi)能燃氣(qi)(qi)表發展(zhan)迅速，其中遠傳(chuan)方(fang)式以(yi)NB-IoT和LoRa為主。計量(liang)方(fang)面，除了(le)傳(chuan)統的(de)(de)膜式計量(liang)，超聲(sheng)波計量(liang)以(yi)其更高的(de)(de)計量(liang)精度(du)已(yi)經(jing)成(cheng)為大口(kou)徑(jing)商業表的(de)(de)發展(zhan)趨勢。
值(zhi)得注意(yi)的(de)(de)(de)是(shi)(shi)，近場通信（NFC）在(zai)表(biao)計中有(you)許(xu)多應(ying)用場景，如傳統的(de)(de)(de)預付費非接(jie)卡(ka)表(biao)用的(de)(de)(de)就(jiu)是(shi)(shi)NFC讀寫(xie)器和標簽(qian)。意(yi)法半導體作(zuo)為RFID和NFC技術的(de)(de)(de)先行者(zhe)之一(yi)，提供(gong)了(le)廣泛的(de)(de)(de)HF RFID/NFC產(chan)(chan)品，覆蓋了(le)所有(you)NFC應(ying)用的(de)(de)(de)需求(qiu)，有(you)豐(feng)富的(de)(de)(de)生(sheng)態系(xi)統支(zhi)持。ST25DV作(zuo)為一(yi)款(kuan)ST NFC的(de)(de)(de)明星產(chan)(chan)品，可以為智(zhi)能表(biao)計提供(gong)更(geng)加豐(feng)富的(de)(de)(de)功能。
據(ju)意(yi)法半導體MMS市(shi)場及(ji)應(ying)用(yong)部產(chan)(chan)品市(shi)場經理王鵬飛介紹，ST25DV可(ke)以用(yong)于(yu)表(biao)計(ji)產(chan)(chan)品的(de)參數(shu)配置和(he)校(xiao)準，替代傳統的(de)紅(hong)外功能，幫助表(biao)計(ji)生產(chan)(chan)廠家在(zai)生產(chan)(chan)流程中更加順利地(di)進(jin)行(xing)(xing)校(xiao)表(biao)和(he)個性化設(she)置，甚至(zhi)在(zai)不開(kai)箱、不開(kai)機的(de)狀況下快速(su)進(jin)行(xing)(xing)參數(shu)設(she)定和(he)改寫；同時還可(ke)以通(tong)過NFC無線(xian)接口進(jin)行(xing)(xing)產(chan)(chan)品的(de)信息追蹤以及(ji)身份(fen)的(de)認證。
其(qi)次，ST25DV有利(li)于運(yun)(yun)營和(he)維護(hu)(hu)，同時為終端客(ke)戶(hu)帶來便利(li)。表(biao)(biao)(biao)(biao)計的(de)(de)運(yun)(yun)營和(he)維護(hu)(hu)人員可(ke)通過智(zhi)能NFC手(shou)機(ji)便捷的(de)(de)讀(du)取(qu)表(biao)(biao)(biao)(biao)計運(yun)(yun)行(xing)數據、故(gu)障(zhang)檢修的(de)(de)數據，通過手(shou)機(ji)上報云端獲取(qu)故(gu)障(zhang)原(yuan)因，獲取(qu)處理建議等(deng)信息。用(yong)戶(hu)可(ke)以(yi)使用(yong)智(zhi)能NFC手(shou)機(ji)觸碰ST25DV，快速(su)訪問網(wang)頁，登錄(lu)付費系統查詢付費或者(zhe)注冊保修。除此之外，表(biao)(biao)(biao)(biao)計裝備ST25DV后無(wu)需(xu)額外的(de)(de)物(wu)理開(kai)窗和(he)物(wu)理接(jie)口，可(ke)以(yi)提高表(biao)(biao)(biao)(biao)計產品的(de)(de)密封(feng)性和(he)可(ke)靠(kao)性。
國產低功耗MCU的優化與突破
隨著國(guo)(guo)產MCU發展快速(su)，已(yi)經(jing)在(zai)多(duo)個領(ling)(ling)域得(de)到(dao)市場認可，并開始迅速(su)攀升。相(xiang)對于國(guo)(guo)外品(pin)牌(pai)，國(guo)(guo)產MCU在(zai)整(zheng)個MCU市場占用(yong)率(lv)較(jiao)低，不到(dao)10%的份額。不過國(guo)(guo)產MCU在(zai)消費電子(zi)、智能卡、智能儀表(biao)、物(wu)聯網等(deng)領(ling)(ling)域，具有與國(guo)(guo)外品(pin)牌(pai)的競爭優勢，其中國(guo)(guo)產MCU在(zai)智能表(biao)計已(yi)經(jing)成為市場主(zhu)流(liu)。
2016年，復旦微電(dian)推(tui)出(chu)了(le)第一款(kuan)(kuan)適(shi)用于智(zhi)能(neng)(neng)水(shui)熱(re)表(biao)(biao)的(de)(de)低功耗(hao)MCU產品(pin)FM3316，掀起了(le)智(zhi)能(neng)(neng)水(shui)表(biao)(biao)MCU的(de)(de)國(guo)產化熱(re)潮。之后隨(sui)(sui)著NB-IoT和LoRa水(shui)表(biao)(biao)的(de)(de)快(kuai)速發展，復旦微電(dian)又推(tui)出(chu)了(le)多款(kuan)(kuan)適(shi)合智(zhi)能(neng)(neng)水(shui)表(biao)(biao)行業(ye)應(ying)用的(de)(de)FM33LC0系列(lie)，在(zai)容量、外設、性能(neng)(neng)方面做了(le)大幅度提升，已經(jing)覆(fu)蓋了(le)所(suo)有智(zhi)能(neng)(neng)表(biao)(biao)型應(ying)用需求，尤其是在(zai)NB物聯網表(biao)(biao)型中(zhong)廣泛應(ying)用。復旦微電(dian)技術市場經(jing)理宋吉鶴(he)表(biao)(biao)示：“隨(sui)(sui)著對智(zhi)能(neng)(neng)水(shui)熱(re)表(biao)(biao)計(ji)(ji)量精確度要求的(de)(de)提高，超聲波計(ji)(ji)量方式越(yue)來越(yue)得到市場的(de)(de)認可。復旦微電(dian)緊跟(gen)市場的(de)(de)需求，深入調(diao)研，將(jiang)給(gei)客戶提供更(geng)多產品(pin)選擇。”
不得不說的是(shi)(shi)，智(zhi)能(neng)表計(ji)行業(ye)對(dui)低(di)(di)功(gong)耗(hao)(hao)的要(yao)求極其苛刻，尤其是(shi)(shi)在智(zhi)能(neng)水(shui)氣(qi)表產品。MCU是(shi)(shi)系統中的主控(kong)單元，不但(dan)需要(yao)有超(chao)低(di)(di)功(gong)耗(hao)(hao)能(neng)力，還要(yao)有靈活的功(gong)耗(hao)(hao)管理方(fang)式，協調外圍(wei)電路達到(dao)最佳整機功(gong)耗(hao)(hao)。據小華半導(dao)體市場(chang)(chang)(chang)部總監梁(liang)少峰介紹，小華半導(dao)體的超(chao)低(di)(di)功(gong)耗(hao)(hao)MCU產品具有超(chao)低(di)(di)待機功(gong)耗(hao)(hao)、快速喚醒時間(jian)、高效動(dong)態(tai)能(neng)耗(hao)(hao)的功(gong)耗(hao)(hao)特性，目前出貨國內(nei)第(di)一。正是(shi)(shi)因為(wei)技(ji)術(shu)領先(xian)行業(ye)以及(ji)可靠(kao)性品質優異，其超(chao)低(di)(di)功(gong)耗(hao)(hao)MCU產品已得到(dao)智(zhi)能(neng)表計(ji)市場(chang)(chang)(chang)的快速認(ren)可，目前在水(shui)表市場(chang)(chang)(chang)中占有主導(dao)地位，在氣(qi)表市場(chang)(chang)(chang)中也成(cheng)為(wei)主流(liu)選擇。
另外，國(guo)民技術面(mian)向智(zhi)能表計推出了(le)N32L4系(xi)列(lie)低功耗(hao)(hao)MCU，這款(kuan)芯片基(ji)于ARM Cortex-M4F系(xi)列(lie)32位處理(li)器內(nei)核，內(nei)置嵌(qian)入式高速(su)(su)閃存、低功耗(hao)(hao)電源(yuan)管理(li)，集成(cheng)數(shu)模混合電路，并內(nei)置密碼算法硬件加速(su)(su)引擎(qing)以及安全單元，產(chan)品兼具安全、高集成(cheng)度、低功耗(hao)(hao)等特點。
在智能(neng)(neng)表計的(de)(de)(de)發展過程中，無線(xian)、傳感器和MCU的(de)(de)(de)技術發展將發揮著極大(da)的(de)(de)(de)推動作用。目前，隨著國產(chan)MCU的(de)(de)(de)優化和突破(po)，其低功(gong)耗MCU在智能(neng)(neng)表計市場中成(cheng)為重要的(de)(de)(de)選擇。其中超低功(gong)耗、更高性(xing)能(neng)(neng)、更高集成(cheng)、符合市場需求等(deng)特性(xing)將盤踞整(zheng)個智能(neng)(neng)表計MCU業態。
智能表計相關的技術難題與措施
基于智能表計的(de)(de)應(ying)用(yong)特點，整個行業(ye)對(dui)MCU的(de)(de)品質和性能要(yao)求很高。MCU是系統(tong)中的(de)(de)主控單元，不(bu)但需(xu)要(yao)有超低(di)(di)功耗(hao)特性，還要(yao)有靈活的(de)(de)功耗(hao)管理(li)方式，在(zai)高集成度的(de)(de)前(qian)提(ti)下要(yao)降(jiang)低(di)(di)成本，同(tong)時要(yao)兼顧高穩(wen)定、高可靠(kao)、高安全等(deng)特性。
針對以上技(ji)術難題，國(guo)民(min)技(ji)術推出面向智能(neng)表計(ji)的(de)MCU集(ji)成了豐富的(de)功(gong)(gong)能(neng)組件(jian)和接口資源，只(zhi)需少量(liang)外圍器件(jian)即可工作，大(da)大(da)提(ti)升集(ji)成度的(de)同時(shi)兼(jian)顧性價(jia)比；其(qi)超低功(gong)(gong)耗性能(neng)達到國(guo)際(ji)領先水平，進一(yi)步降低MCU動態和靜態能(neng)耗，并且(qie)在低功(gong)(gong)耗模式下(xia)快速且(qie)智能(neng)喚醒(xing)MCU，兼(jian)備高(gao)性能(neng)特(te)性；工作溫度可在-40-105℃范圍內(nei)，內(nei)置時(shi)鐘安全系統、獨立(li)看(kan)門(men)狗(gou)，具有高(gao)抗(kang)ESD、高(gao)抗(kang)射頻(pin)干擾等優(you)勢，實現表計(ji)在長期(qi)惡劣工作環境下(xia)的(de)持續穩定(ding)運行；在安全方面，國(guo)民(min)技(ji)術提(ti)供完整的(de)“芯(xin)-端-云”系統級安全物聯(lian)網(wang)表計(ji)解(jie)決方案，能(neng)保障無(wu)線遠傳表計(ji)本地、云端和通信數據的(de)安全性。
此外，意法半導體在(zai)ST25的(de)(de)產品線(xian)(xian)上也提(ti)供全套(tao)的(de)(de)生態系統服(fu)務，包(bao)括基于(yu)STM32的(de)(de)開(kai)發(fa)套(tao)件(jian)(jian)，DISCOVERY以及NUCLEO的(de)(de)開(kai)發(fa)板，以及FW和SW的(de)(de)源代(dai)碼支持(chi)(chi)，還(huan)有(you)天線(xian)(xian)的(de)(de)設計(ji)，原理圖，layout的(de)(de)源文件(jian)(jian)以及設計(ji)支持(chi)(chi)。另外PC端(duan)軟件(jian)(jian)和手持(chi)(chi)設備(bei)的(de)(de)app代(dai)碼都(dou)是源碼開(kai)放的(de)(de)。王(wang)鵬飛表示：“ST還(huan)提(ti)供線(xian)(xian)上培訓(xun)以及不定期的(de)(de)線(xian)(xian)下培訓(xun)，幫助工程師更快的(de)(de)上手，加快客戶項目(mu)的(de)(de)研(yan)發(fa)速(su)度。”
智能表計的市場方向
智能(neng)(neng)表(biao)(biao)計(ji)是物聯網(wang)市場(chang)的(de)(de)(de)先行者。在新(xin)基建、智慧城市的(de)(de)(de)推動下，智能(neng)(neng)表(biao)(biao)計(ji)產(chan)品(pin)(pin)覆(fu)蓋率(lv)已經(jing)遠超傳(chuan)統表(biao)(biao)計(ji)。隨著持(chi)續(xu)的(de)(de)(de)更新(xin)換(huan)代，智能(neng)(neng)表(biao)(biao)計(ji)的(de)(de)(de)市場(chang)覆(fu)蓋率(lv)很快接近于全(quan)部份額。梁少峰表(biao)(biao)示：“MCU是賦能(neng)(neng)智能(neng)(neng)表(biao)(biao)計(ji)的(de)(de)(de)核心芯片。小華半導(dao)體將持(chi)續(xu)深(shen)耕超低功(gong)耗產(chan)品(pin)(pin)，緊跟技(ji)術(shu)發展，深(shen)挖行業需求，提供更多符合(he)智能(neng)(neng)表(biao)(biao)計(ji)需求的(de)(de)(de)MCU產(chan)品(pin)(pin)。”
趙永(yong)剛認為：“未(wei)(wei)來智能(neng)(neng)表計(ji)將越來越趨向于實(shi)時性(xing)，高精(jing)度(du)，低(di)功(gong)(gong)耗的(de)方向發展，這(zhe)也是國民技術在智能(neng)(neng)表計(ji)行業的(de)布(bu)局(ju)方向。”據(ju)悉，為了在低(di)功(gong)(gong)耗、實(shi)時性(xing)和高精(jing)度(du)之間取得更(geng)好的(de)平衡，公司推出了超低(di)功(gong)(gong)耗的(de)N32L4系列MCU。未(wei)(wei)來國民技術將在智能(neng)(neng)表計(ji)MCU上(shang)會(hui)進一步深耕，布(bu)局(ju)更(geng)低(di)功(gong)(gong)耗和功(gong)(gong)能(neng)(neng)更(geng)加(jia)豐富的(de)智能(neng)(neng)表計(ji)MCU產(chan)品，為行業帶來更(geng)加(jia)優質、可(ke)靠的(de)產(chan)品及方案。
ST的NFC技術(shu)在非接(jie)觸(chu)式、無源接(jie)入(ru)、便捷配(pei)對、本地接(jie)入(ru)等一系(xi)列功能(neng)(neng)上(shang)都有(you)增(zeng)值作用。借(jie)助于這些(xie)特性，可(ke)以使表(biao)計更(geng)(geng)可(ke)靠(kao)、更(geng)(geng)智(zhi)能(neng)(neng)。“我們相信隨著帶NFC功能(neng)(neng)手機(ji)的普(pu)及，NFC將會越(yue)(yue)來越(yue)(yue)受歡(huan)迎。ST擁有(you)廣泛的產品(pin)組(zu)合(he)并將繼(ji)續(xu)投入(ru)和開發NFC技術(shu)，推出更(geng)(geng)多高性能(neng)(neng)產品(pin)，以滿足表(biao)計市場(chang)日益增(zeng)長的需(xu)求。”王鵬飛表(biao)示。
作為MCU、NB-IoT與NFC技術賦能下的(de)(de)表計行業，將(jiang)(jiang)在(zai)智(zhi)能城市建設(she)中(zhong)，發揮舉足輕重的(de)(de)作用。城市基礎設(she)施(shi)的(de)(de)智(zhi)能化(hua)改造，是(shi)智(zhi)能城市升級建設(she)的(de)(de)根(gen)本(ben)。在(zai)此基礎上，由5G賦能下的(de)(de)移(yi)動終端，將(jiang)(jiang)在(zai)城市物(wu)聯(lian)網化(hua)的(de)(de)過程中(zhong)，快速實現場景(jing)的(de)(de)升級。
結語
總(zong)之(zhi)，雖(sui)然智(zhi)能表計(ji)行(xing)業(ye)滲(shen)透率(lv)還(huan)比(bi)較(jiao)低，但是受(shou)益于政(zheng)策(ce)(ce)、市(shi)場、技術等利好因素，當前(qian)(qian)智(zhi)能表計(ji)行(xing)業(ye)正(zheng)迎來更新換(huan)代(dai)的(de)轉型升級期(qi)，且這(zhe)一(yi)速(su)度(du)正(zheng)在(zai)加速(su)。目前(qian)(qian)智(zhi)能表計(ji)的(de)前(qian)(qian)沿研究仍(reng)在(zai)市(shi)場需求之(zhi)前(qian)(qian)，未來發展(zhan)存在(zai)更多創(chuang)新機會(hui)(hui)。智(zhi)慧城市(shi)的(de)建設(she)和政(zheng)策(ce)(ce)的(de)引導(dao)，不僅(jin)為(wei)NB-IoT、NFC等技術的(de)發展(zhan)提供了商業(ye)應(ying)用環境，同時也為(wei)表計(ji)行(xing)業(ye)的(de)轉型升級提供了視角背書(shu)和政(zheng)策(ce)(ce)催化劑。未來，智(zhi)能表計(ji)結合物聯網推(tui)進，智(zhi)能便(bian)捷、精準可靠、安全節能的(de)產品(pin)將會(hui)(hui)涌向市(shi)場，并且加速(su)替(ti)代(dai)傳(chuan)統表計(ji)。
