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          智能電表內(nèi)部構(gòu)造深度拆解:電表如何智能?

          作者: 時(shí)間:2014-02-28 來源: 收藏

          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)提供咨詢服務(wù),將來還有望用于家用設(shè)備控制等。

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/233992.htm

           

           

          那么,這種智能儀表由哪些部件構(gòu)成,并由哪些廠商供應(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,拆解組決定購買美國的“智能電表”產(chǎn)品,并進(jìn)行內(nèi)部分析。

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

          具備以太網(wǎng)通信功能

          此次拆解的產(chǎn)品是美國儀表廠商的“”(以下稱Sentinel)與美國通用電氣的“KV2”,二者均為支持120V~480V電壓的電表,具備以太網(wǎng)或電話線通信功能(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。

           

           

          表1 此次拆解分析的電表

          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。每塊基板均由樹脂制成。

           

           

          圖1 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)線傳輸信號(hào)。位于其周圍的瑞薩電子的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)。此外還有歐美廠商的產(chǎn)品,如美國愛特梅爾的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)本文涉及到的廠商均為電表上市時(shí)的名稱,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PDI公司的晶體振蕩器以及各種防噪音部件等。對(duì)此,F(xiàn)omalhaut Technology Solutions的主管柏尾南壯指出,“因?yàn)槭鞘褂脡勖L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。

          日本產(chǎn)品較多的原因

          除基板外,電表內(nèi)部還嵌入了兩個(gè)圓筒形鋰離子充電電池。其形狀并非筆記本電腦等使用的直徑18mm高65mm的“18650”,而是接近5號(hào)干電池。使用這種電池之后,當(dāng)因某種原因斷電時(shí),電路能夠繼續(xù)工作。

          此外,還使用了尼吉康的鋁電解電容器等,明顯日本廠商的部件較多。對(duì)此,F(xiàn)omalhaut的柏尾認(rèn)為,“因?yàn)槭情L期使用的工業(yè)設(shè)備,所以選擇了長期可靠性較高的日本產(chǎn)部件”。據(jù)該公司推測(cè),這些基板與構(gòu)成部件合計(jì)后的部材成本為5551.32日元。

          電表如何智能:Elster REX2智能電表拆解實(shí)錄

          電表是一個(gè)連接到電網(wǎng)的設(shè)備,任何公司或者家庭都要用到它,采用的技術(shù)可以追溯到19世紀(jì)后期。然而,工程師們最近開發(fā)出一種固態(tài)電子式電能表,能夠無線發(fā)送用電讀數(shù)。這種新的電表,消除了人為錯(cuò)誤,也能更準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)其系統(tǒng)。

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