智能三表為何得以迅速發展

早前，新一代智能表計市場的發展動力主要來自于政策的推動和技術的落地需求。僅僅是中國區域的三表（智能電表、燃氣表、水表）產品增長就足以令人側目，數據顯示，光智能燃氣表一項，產量就以大于25%的速度快速增長，每年約生產2000萬臺。也許有人會擔心這樣的增長速度在未來會增長疲乏，逐漸一片紅海。然而，隨意一看附近小區的燃氣表，就知道，市場增長空間仍然十分充足，中國有廣大的下沉市場，可以為智能表提供廣闊的發展空間。相似的狀況也出現在水表、電表等板塊，因此基于對智能表滲透率要求、新技術應用推廣、規模化落地形式的考量，未來智能表依然具有可期的市場。

中國區域之外，據筆者所知，有不少智能表生產商將目光瞄準了海外市場，這些廠商的產品不但可以覆蓋中國標準，也可以輕易地通過軟件改換去滿足歐洲市場。不同于中國的密集式居住，歐洲的人居分布模式也許更需要智能表完成遠程抄表以節省人力。

三表市場也許算是智能家居的起點，各個制造廠商逐鹿三表市場總結得出的經驗、標準將為智能家居的實際落地并為大眾所接受打下良好的基礎。

接下來，我們可以從智能燃氣表和智能電表兩方面著手分析，看一看三表（的基本原理和涉及系統的運行方式，來深入理解為什么智能三表會如此地發展迅速。

智能燃氣表

智能燃氣表種類包括IC卡燃氣表、無線遠傳燃氣表、CPU卡智能燃氣表、射頻卡智能燃氣表、直讀式遠傳燃氣。物聯網智能燃氣表是一款基于移動運營商物聯網專網，實現數據遠傳及控制的燃氣計量器具。

以無線傳輸燃氣表為例，如圖2為其系統框圖，具備余量/工作狀態顯示、泄露報警、充值、無線傳輸數據的簡易功能，其主控可選用SOC、Sub?RFIC 、MCU，視需要而定。直接使用Sub?RFIC時，一般使用sub?1G 或sub?2.4G，易于使用，對于工程師來說，減少了射頻設計的工作量。

智慧燃氣領域涉及的產品和服務包括智能燃氣表、手持數據終端、三表合一、生產運營解決方案、客服營收解決方案、智慧燃氣解決方案等。其中三表合一系統由主站系統、集中器、接口轉換器、手持設備、基本計量儀表單元（電能表、智能水表、智能氣表和智能暖表）等構成（如圖3），能夠實現對水電氣暖表的實時監控，對表具的電池電壓、數據變化、閥門狀態、通訊信道等實時監測、預警。

以IoT智慧CPU卡燃氣表為例，結合IoT通信技術，與抄表設備PDA、智慧網關和遠程計量系統管理軟件組成無線網格物聯網絡抄控系統，可實現戶外抄表、閥門控制、階梯氣價，支持預付費、實時調價、實時抄讀、遠程費控，及系統的集中管理。

而智慧燃氣信息安全整體解決方案可以提供涵蓋“云”管“端”的燃氣行業全面解決方案，感知層包括基于國密算法加密芯片的信息安全物聯網燃氣表，采集層支持遠程監控終端安全防護系統，信息安全主站系統則是支持安全專業版燃氣生產運營管理平臺。

綜上所述，涉及智慧燃氣表的核心是數據傳輸，然后是在此基礎上拓展的生態，未來隨著5G的發展，上云管理也是必然。

隨著網絡技術及電子信息技術的發展，燃氣表的智能化和遠程管理及服務成為燃氣表發展的主要方向，這離不開遠程通信技術的支撐，遠程通信技術的發展水平甚至直接決定燃氣表的智能化和遠程管理及服務的實現效果。5G時代的到來，隨著基站數量的增多，小區抄表管理完全可以實現接入網，抄表、充值等動作可以完全脫離接觸，充值、查詢、關閉等動作一機即可完成。

智能燃氣表的應用一般在人員聚集的場所，比如小區、商場、街區，這樣的場所用固定頻段的RFIC完全沒關系，人力可接觸。而天然氣跨國跨省運輸管道遠距離巡檢人力難以頻繁觸及，無線系統此時便會略顯乏力，便需要有線傳輸或者更為廣泛使用的遠距離標準傳輸規范。

看完了智能燃氣表，再來看看電力系統中的智能電表。

我國是電力大國，電網建設深入國土最邊遠或人力較難到達的地方的地方，而正因為地大物博，邊遠地區日常電網巡檢保證電網正常供電便成了較大的難題，尤其是遇上像2008年南方特大雪災時的情景，風雪路阻隔，查詢故障便成了老大難題。而如今，不但在電表電箱中使用了4G模塊以方便入網查詢、異常報警，更開發出了輸電線融冰系統保障冰雪天氣電網正常工作，此處暫且不贅述。

使用智能電表（如圖4），電力用戶可根據用電信息改變用電習慣、選擇用電方式和時間，提高能源使用效率，減少能源的浪費，實現電能的合理利用。電網公司可利用智能電表對用電信息進行監測，及時發現存在的問題甚至電力故障；每戶的電力需求可以詳細把握，并根據需求調節發電與配電設備，平衡高峰和低谷需求期的用電量，形成發電、配電與用電的及時互動，減少大面積停電、斷電等影響社會正常生產、生活的事件發生。

這便是智能電表及其采集系統發展迅速的原因。

智能電表產品廣泛應用于電力行業，成熟的智能電網建成后，智能電表具有自動查詢、遠程抄表功能，還可以實現自動拉閘斷電。如圖5，電網公司用電信息采集系統主要分為四層：數據處理中心、上行通信網絡、采集設備、用戶電表。

上行通信網絡層有230M?電臺模塊、GPRS?延長器；采集設備層產品包括：集中器、采集器、專變終端、負控終端、配變終端；用戶電表層產品包括：單相電表無線通信模塊、三相表無線通信模塊、集中器無線通信模塊、I采集器無線通信模塊等嵌入式無線自組織網本地模塊。不同的使用場景通信方式通常不同，智能電網常用的通信方式包括電力線載波、485、GPRS、小無線、光纖等，這些通信方式各有優缺點，通信模式將根據最終應用進行選擇，如智能電表與采集器/集中器之間一般采用載波和485等方式，采集器/集中器與主站之間一般采用GPRS、光纖等方式。

以高性能SOC為核心的智能電表，再配上預付費卡、加密芯片、LCD顯示屏、通信模塊等為主的智能電表，智能電表的MCU系統擔負用電信息的存儲、用電信息的顯示和用電信息的傳遞等管理功能。通過對存儲模塊、時鐘模塊、加密模塊、計量模塊、通信模塊、預付費卡等的有效管理，智能電表可以實現預付費、復費率、階梯電價等用電方式的管理，實現自動拉合閘、自動報警等安全措施的管理，實現自動控制、自動抄表等信息傳遞的管理。

前面說到，不同的使用場景的電表通信方式通常不同，因此，有使用GPRS的電表，也有使用其他集成RFIC的電表。笙科的sub?RFIC是常見的被選物料。

笙科電子(AMICCOM)應用于Sub1GHz以下的收發頻段，支持中國智能電網所選用的470MHz ~ 510MHz，以及歐洲無線自動讀表所使用的868.3MHz?與868.95MHz頻段，除此之外，A7108當然也支持1GHz?以下免執照的ISM Band應用?(300MHz ~ 950MHz)，比如日本的310MHz，歐美及亞洲常見的433.92MHz，美國與臺灣的允許的915MHz等頻段。

以A7108為例，屬于笙科電子第四代高效能芯片，?data rate支持2Kbps ~ 250Kbps，調變方式可選擇FSK或GFSK，MCU透過SPI接口即可操作A7108的RF模式以及存取內建的64 Bytes TXFIFO?與RXFIFO。

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A7108最大的優勢在于超優質的RF性能，以470MHz ~ 510MHz的頻段來說，內建的PA可輸出高達20dBm的發射功率，接收器擁有超高靈敏度?(-114dBm @ 10Kbps)。在10Kbps的條件下，笙科的參考設計(MD7108-A50)搭配直立的單心線天線?(裁剪四分之一波長長度之1.6mm單心線)，在海邊空曠區域實測可得1300米，街道實測之距離可達1000米。若將data rate?從10Kbps降為2Kbps，則空曠區域實測距離增加至1600米。

除了遠距離傳輸能力外，A7108內建的RSSI?可協助軟件工程師偵測干凈的傳輸信道，芯片內部的Auto Calibration機制，用來克服半導體制程的變異，可穩定地在各種環境下工作，自動頻率補償(AFC)的功能可解決RF頻偏造成的靈敏度衰退。在數據的處理上，A7108提供直接模式(Direct mode)與FIFO模式。直接模式適合MCU選用自行定義之封包格式，而FIFO模式則使用芯片內建之TXFIFO封包格式(含FEC，CRC與Manchester?編碼等功能)。

適合A7108的應用非常多，比如AMR無線自動讀表?(如無線智能電表，或無線熱表，燃氣表等等)，遠距離雙向汽車防盜器，工業控制器?，智能建筑之能源管理，家庭自動化??等等。笙科提供的參考設計，含外圍低(高)通濾波器，搭配合適的天線與PA設定，當量測值EIRP = 14dBm?時?(14dBm有效等向輻射功率)，可通過美國FCC part 15. 247?以及歐洲ETSI EN300-220?的EMC規范。

A7108的電源管理部分支持Deep sleep mode，Sleep，Idle mode?與WOR?模式?(Wake On RX)，?WOR功能提供A7108自動喚醒，接收不定時的RF網絡封包，以延長電池的使用壽命。Deep Sleep mode相當于完全關掉A7108，其電流消耗僅需200 nA。整體上，A7108是一顆高效能的射頻芯片，內建的功能可以有效地降低開發復雜度與開發成本。

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