水电气热的智能能源管理系统已经是多年实践并持续发展的受行业瞩目的一个开发热点。智能仪表不仅能够提供更加准确的电量、水量和天然气计量，还能实时监测能源用量，及时反映群众的使用情况，使群众在能源管控和缴费更加方便、清晰。目前中国各级省县市政府皆开始积极推进换装智能化水、电、气、热仪表，并同步安装集中抄表系统，带动了巨大的智慧能源软硬件需求商机。

　　芯科科技(Silicon Labs)针对智能仪表设计与应用推出了一系列的无线连接和计算解决方案，包括可实现效率最大化和成本最小化所需的低功耗设备、设计资源和开发工具，进一步帮助行业彻底改变能源管理和电网可靠性。

　　智能仪表的无线Sub-GHz设计

　　设计智能仪表的sub-GHz 无线解决方案有几个关键设计考虑因素，包括传输距离、超低功耗、全球标准和使用波段的符合性等等。针对上述开发需求，Silicon Labs提供了先进且设计完善的Sub-GHz设备，可提供高性能无线连接和超低功耗的8位和32位MCU、射频发射器、接收器和收发器选项。有了对142至1,050MHz范围等主要频带以及无线M-Bus标准技术的支持，这些设备可以用来开发多种级别的IoT系统，特别是追求超低功耗、长距离传输的智能仪表产品。

　　举例来说，Silicon Labs的32位无线MCU系列产品──EZR32具有最佳的能效和sub-GHzRF性能，可满足所有应用对于更长电池使用寿命、增加无线传输距离、小外形尺寸和灵活性的需求，并且在单芯片中支持专有协议，也支持工业标准的无线协议。

EZR32WG 32 位收音机 MCU

EZR32WG 32 位收音机 MCU 高度集成，这类低功率收音机 MCU 传递高性能无线解决方案，集成到一个小封装包。该 EZR32WG 系列提供引脚兼容组件系列的最终灵活性，这些组件包括从 64 到 256 kB 的闪存，带有或没有 USB 接口，以及各种收发器选项和 RF 输出功率级。Silicon Labs 的节能型 32 位 ARM® Cortex®-M4 MCU 拥有超低功耗运行模式和快速的唤醒时间，这些特性连同 sub-GHz 收音机的低待机、发送和接收功耗，共同构成了针对电池驱动应用优化的无线解决方案。

特点

32 位 ARM Cortex-M3 MCU

211 µA/MHz @ 48 MHz

256 kB 闪存和 32 kB RAM

一流 RF 性能，外带 IEEE 802.15.4g 收发器

142 MHz – 1050 MHz 频率范围

10 mA Rx / 18 mA Tx @ +10 dBm

高达 +20 dBm 的输出功率

高达 -133 dBm 的灵敏度

低功率模拟外围设备

12 位的 1 个 Msample ADC

12 位的 500 个 ksample DAC

2 × 模拟比较器

3x 运算放大器

低能耗传感器接口

EZR32WG 产品矩阵

通用规格

MHz：48

RAM (kB)：32

计时器(16 位)：4

内部振荡器：±2 %

ADC 1：12 位、8 英寸、1 Msps

比较器：2

温度传感器：是

VREF：是

OOK：120

封装类型：QFN64

封装尺寸 (mm)：9 × 9

系列：

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　　通过整合EFM32 MCU内核和EZRadio/EZRadioPRO sub-GHz收发器，EZR32无线MCU为开发人员提供了比一般传统基于分立MCU和RF芯片的系统设计更显著的优势。无缝“MCU+RF”集成使得开发人员摆脱了在MCU和无线电之间互连而带来的设计挑战，从而使设计过程更容易，电路板设计更简化，信号干扰更小。开发人员能够更有把握的启动他们的无线设计，因为他们得到的是经过现场验证的单芯片无线MCU解决方案，还有助于减少器件数量和板面积，在空间受限型应用中尤为有利。

　　近期，Silicon Labs更进一步推出新型的多波段2.4G和Sub-GHz无线SoC──Flex Gecko，可以帮助工程师用于开发性能优化的无线连接的理想解决方案，并打造出符合市场需求或满足兼容原有产品的设计要求的全新专有无线解决方案，为您的智能仪表无线应用提供安全、低功耗的远程无线连接。

　　EFR32FG无线SoC入门套件可与Connect SDK和无线电抽象接口层(RAIL)SDK一同使用，以简化专有无线协议的开发。SDK中含有包括常用范围测试在内的应用示例。实验室评估功能、无线电唤醒、双向数据表传输和接收也作为源代码在应用示例中提供。凭借Simplicity Studio的一系列支持工具，开发人员可充分利用图形无线应用开发以及虚拟能源分析和优化等功能。Connect堆栈是基于IEEE 802.15.4并面向众多专有应用的无线网络堆栈，可轻松自定义，并支持sub-GHz和2.4 GHz频段。

　　图1：Flex Gecko无线SoC 入门套件

　　无线M-Bus软件

　　无线M-Bus是无线抄表与燃气表、电表、水表以及热量表的(EN 13757)通信的欧洲标准，大幅推进了智能型仪表的市场发展。因应智能能源发展趋势，半导体从业者已积极投入M-Bus相关芯片、软件协议栈及模组布局，如推出整合超低功耗MCU与高效能sub-GHz无线IC的单芯片方案，可望加速智能型仪表应用普及。

　　针对无线M-Bus的设计应用，Silicon Labs提供无线M-Bus软件和堆栈，为设计人员提供以下助益：

　　• 完全兼容的无线M-Bus协议栈

　　• 利用模式和配置对全世界无线 M-Bus 的支持

　　• 868MHz模式S1、S1-m、S2、T1、T2、C1、C2

　　• 169MHz模式N1、N2 (a-g)

　　• 为使用IAR编译器的EFM32 MCU提供二进制/目标代码形式的核心堆栈功能

　　• 应用层或数据链路层的API访问

　　• 轻松在MCU配置之间移植的开放HAL

　　• 针对优化内存需求的高度模块化架构

　　• 针对外部主机处理器控制的可选串行命令接口

　　• 优化的系统性能功能，例如MCU AES硬件和超快速报头检测

　　图2：Silicon Labs提供完整的无线M-Bus软件，支持标准设计

     【智能仪表】

　　智能仪表，智能型电磁流量计采用世界最新技术。利用恒流低频三值矩形波或双频矩形波励磁，既有矩形波磁场的优点，又克服了正弦波磁场的缺点;还可以消除电源电压波动、电源频率变化及励磁线圈阻抗变化所造成的误差;并有极好的零点稳定性和不受流体噪声干扰影响。从而具有高稳定性、高可靠性的特点。

　　智能型电磁流量计采用世界最新技术。利用恒流低频三值矩形波或双频矩形波励磁，既有矩形波磁场的优点，又克服了正弦波磁场的缺点;还可以消除电源电压波动、电源频率变化及励磁线圈阻抗变化所造成的误差;并有极好的零点稳定性和不受流体噪声干扰影响。从而具有高稳定性、高可靠性的特点。智能型电磁流量计测量原理是基于法拉第电磁感应定律，智能型电磁流量计由传感器和转换器组成，传感器安装在测量管道上，转换器可以与传感器组合连接在一起称为一体型电磁流量计，转换器被安装在离传感器30米内或100米内的场合，两者间由屏蔽电缆连接称为分离型电磁流量计。智能型电磁流量计传感器主要组成部分是：测量管、电极、励磁线圈、铁芯与磁轭壳体。智能型电磁流量计主要用于测量封闭管道中的导电液体和浆液中的体积流量。如水、污水、泥浆、纸浆、各种酸、碱、盐溶液、食品浆液等，智能型电磁流量计广泛应用于石油、化工、冶金、纺织、食品、制药、造纸等行业以及环保、市政管理，水利建设等领域。

　　最初的智能仪表被称为自动抄表系统(AMR)，远程自动抄表也成为了智能仪表最基本的功能。利用智能仪表的红外线等通信功能，就能够实现自动抄表。这样就不需要工作人员前往现场进行人工抄表，提升了效率，也削减抄表业务的成本。此外，还能够减少人为因素造成的失误，抄表精度得到提升，也使得收益得到提升。之后双向通信的远程操作功能也增加进来，防止非法使用电力/燃气等，因此智能仪表最初被能源行业应用和看好。

　　(1)精度高智能变送器具有较高的精度。利用内装的微处理器，能够实时测量出静压、温度变化对检测元件的影响，通过数据处理，对非线性进行校正，对滞后及复现性进行补偿，使得输出信号更精确。一般情况，精度为最大量程的±0.1%，数字信号可达±0.075%

　　(2)功能强

　　智能变送器具有多种复杂的运算功能，依赖内部微处理器和存储器，可以执行开方、温度压力补偿及各种复杂的运算。

　　(3)测量范围宽

　　普通变送器的量程比最大为10:1，而智能变送器可达40:1或100:1，迁移量可达1900%和-200%，减少变送器的规格，增强通用性和互换性，给用户带来诸多方便。

　　(4)通信功能强

　　智能变送器均可实现手操器进行操作，既可在现场将手操器插到变送器的相应插孔，也可以在控制室将手操器连接到变送器的信号线上，进行零点及量程的调校及变更。有的变送器具有模拟量和数字量两种输出方式(如HART协议)，为实现现场总线通讯奠定了基础。

　　(5)完善的自诊断功能

　　通过通信器可以查出变送器自诊断的故障结果信息。