智能抄表系统作为全国电能表格局中一个重要环节，是影响着全局的重要因素，是利用当代微机技术、数字通讯技术与计量技术的完美结合，集能耗计量、数据采集、数据处理于一体。智能抄表系统主要由管理中心计算机(主站)、采集器和户机(直读远传表、燃气泄漏报警器、电动阀)终端三级网络组成，中间环节少，大大提高了系统的稳定性。在本次展会上也带来了最新最全的智能抄表优选器件方案。该方案具有高可靠性，节能环保，设计简单等特点，且支持微功率无线抄表、RS485总线抄表、PLC电力载波抄表、红外通信等，是凭借在半导体行业摸爬滚打的多年经验并结合国内外一众知名厂商的先进技术产品打造出来的。

　　低功耗能力

　　纵观整个智能抄表系统，又可分为运算处理单元、通信单元、电源管理单元、时钟单元、存储单元、端口保护单元以及人机界面HMI。如果说智能抄表是全国电能表的重要环节，那么运算处理单元则是智能抄表重要环节中的重要，素有智能抄表"心脏"之称，其性能的好坏将最直接影响整个智能抄表系统功能的实现。运算处理单元最重要的器件是作为主控单元的微控制器(MCU)。在推出的智能抄表优选器件方案中，推荐使用的是来自全球首屈一指的微控制器供应商Renesas推出的16位超低功耗MCU产品R7F0C901。

【R7F0C901/R7F0C902】

产品概要

R7F0C901/902系列微控制器采用了RL78内核，在该类产品上同时实现了高速处理性能与最低的功耗，并且拥有一系列低引脚数的广阔产品阵容，适用于消费产品应用。

高精度±1%片上振荡器(TA =-20～+ 85℃)使CPU运行可达到32 MHz，同时内置了可选上电复位和看门狗定时器等功能，有助于系统实现更紧凑的尺寸和低功耗，使整个系统搭建成本更低。

该系列产品具有32引脚的HWQFN封装(5x5mm)，以及48KB至64KB的闪存阵容，更适合于通信模块和工业应用。

引脚数目/存储器容量阵容

R7F0C901/902-引脚数目/存储器容量阵容

注: 当自编程功能和数据闪存功能使用时，RAM 容量大约是3000个字节。(有关详情，请参照 RL78/G13 用户手册 硬件篇“ 第3章 ”)。

模块框图

关键特性

超低功耗科技

VDD=1.6～5.5V的单电源运行

STOP模式 : (RAM保留): 0.23 μA, (LVD 运行): 0.31μA

SNOOZE模式: 0.70 mA (UART), 1.20 mA (ADC)

运行模式 : 66 μA/MHz

16位元RL78内核

在最高运行速度32MHz下达到41DMIPS

指令执行 : 86%指令在1~2时钟周期完成

3段流水线的CISC哈佛体系结构

1时钟周期完成16位 x 16位 = 32位(无符号数或有正負符号数)

乘法累加器 : 2时钟周期完成16位 x 16位 + 32位 = 32位

1时钟周期完成16位桶式移位器的移位和旋转

单线内置片上调试功能

代码闪存

闪存 : 48 KB ~ 64 KB

块大小：1KB

内置单电源闪存(有块擦除/编程禁止功能)

自编程：具有闪存屏蔽窗口功能

数据闪存

能执行后台操作(BGO)以及能在改写数据闪存期间执行程序存储器中的指令

数据闪存：4 KB

改写次数：1,000,000次(TYP.)

改写电压：VDD=1.8～5.5V

内部RAM

4 KB

支持操作数和指令

在模式下支持数据保持

高速内部振荡器

高精度32 MHz ±1.0% (VDD=1.8～5.5V、TA=-20～+85°C)

可从32MHz/24MHz/16MHz/12MHz/8MHz/6MHz/ 4MHz/3MHz/2MHz/1MHz中选择

电源管理和复位功能

内置上电复位(POR)电路

内置电压检测(LVD)电路(从14种中选择中断和复位)

多种串行通信接口

最多3个简易I2C

最多3个CSI/SPI (7-, 8-位元)

最多3个UART (7-, 8-位元)

扩展功能定时器

多功能16位定时器： 最多8通道

12位间隔定时器：1个通道

15 kHz看门狗定时器： 1个通道(窗口功能)

丰富的模拟模块

ADC : 最多8通道, 10位分辨率, 2.1 μs转换时间

支持1.6 V

内部基准电压(1.45V)

安全功能 (符合IEC 或 UL 60730)

闪存CRC 运算

RAM 奇偶校验错误检测

RAM 写入保护功能

SFR 写入保护功能

非法存储器存取检测

频率检测功能

A/D 测试功能

输入/ 输出端口

5V耐压, 大电流 (最大单端口20mA)

能进行N沟道漏极开路、内部上拉的切换。

能连接不同电位(1.8、2.5、3V)的器件。

工作环境温度

标准 : –40～+85°C

封装与引脚

32引脚 HWQFN (5 x 5 mm, 0.5 mm 间距)

ROM、RAM容量

注: 当自编程功能和数据闪存功能使用时，RAM容量大约是3000个字节。（有关详情，请参照RL78/G13用户手册 硬件篇“ 第3章 ”）

功能概述

注意: 这是将外围I/O 重定向寄存器（PIOR）置“00H”时的功能概述。

注1: 当自编程功能和数据闪存功能使用时，RAM容量大约是3000个字节。（有关详情，请参照RL78/G13用户手册 硬件篇“ 第3章 ”）。

注2: PWM输出个数因所用通道的设定（主控和从属的个数）而变。（请参照RL78/G13用户手册 硬件篇 “6.9.3 作为多重PWM 输出功能的运行”）。

注3: 当设置为PIOR0=1。

注4: 当执行指令码FFH 时，发生非法指令错误。
在通过在线仿真器或者片上调试仿真器进行仿真时，不会因执行非法指令而产生的复位。

 关键应用

该产品适合于通信模块和工业应用。

产品线

　　作为一款超低功耗MCU，R7F0C901的运行功耗仅为66uA/MHz，最低功耗甚至低至0.23uA(STOP模式，RAM保留)。我们知道，智能抄表作为一款功能型的，尤其是与人们生活密切相关的产品，使用寿命的长短是影响人们消费的最直接因素。在该方案采用超低功耗的R7F0C901，一方面是出于环保节能的考虑;另一方面则是藉由其低功耗来达到延长智能抄表使用寿命。

　　作为一款智能的抄表系统，自动化程度高，需要将千家万户的用量与管理部门的电脑网络中心联成一体，因此通信也是非常重要的环节。R7F0C901具有丰富的通信接口资源，可以实现多达3个简易I2C，3个CSI，3个UART，简化系统设计，可同时满足PLC抄表，sub-Ghz微功率抄表，RS485总线抄表，红外通信设计需求。这是推荐采用该MCU的另一个理由。

　　此外，R7F0C901采用RL78内核，整体成3段流水线的CISC哈佛体系结构，86%的指令可在1~2个时钟周期内完成。该MCU采用32引脚的HWQFN封装(5x5mm)，具有48KB片上可编程闪存，支持BGO操作，在进行数据改写过程中无需CPU等待，相比于传统EEPROM方式具有更高的执行效率。R7F0C901内部集成的高速振荡器精度高达±1%，最高频率32MHz，让设计中无需使用片外时钟晶振，更具成本和设计面积的优势。同时，其安全功能符合IEC或UL60730标准要求，支持RAM奇偶校验、A/D转换器自我诊断、时钟监控以及存储CRC计算，为抄表系统可靠性提供全面保证。

　  无线通信趋势

　　随着技术的飞速发展，"一人、一笔、一本"的传统抄表收费模式已过时，中国目前最为领先的无线通信式智能抄表才是大势所趋。无线智能抄表通过组网的方式从根本上解决目前用水、用电、用气管理的自动化程度低，中间环节多，缴费不及时等问题。目前主流的无线抄表通信技术主要有ZigBee、GPRS、低频无线自组网，其中低频无线自组网技术极具性价比优势，被纳入了国家电网标准型自组网无线抄表系统。

　　上文也提到通信功能是智能抄表自动化实现的重要关键，因此一款高性能的无线芯片是必不可少的。抄表系统的功耗主要是来自主控单元和无线通信单元，故通信接收芯片的功耗也是影响设计工程师选择的主要因素。目前市场上的低频无线接收芯片枚不胜举，性能功耗各异，很多产品一旦保证了性能功耗则直线上升，保证了功耗其性能又得不到保障，所以能够兼具高性能和低功耗于一身的Sub-GHz无线收发器往往出类拔萃，深受工程师们的喜爱。在推出的智能抄表方案中，推荐采用的是Silicon Labs的Sub-GHz无线收发器Si4438。该款无线芯片性价比高，具有高达-124dbm接收灵敏度，和+20dbm发射功率。而其更是一款具有超低功耗的无线收发器，其发射电流75mA@20dbm，接收电流仅为3mA。Si4438采用的是QFN20封装，大小仅有4*4mm，堪称同类最小，在空间极为有限的抄表系统中，除了性能和功耗优势外，这也不失为其又一大优势。

【Si4438】

HIGH-PERFORMANCE, LOW-CURRENT TRANSCEIVER

Features

> Frequency range = 425–525 MHz

> Receive sensitivity = –124 dBm

> Modulation

》(G)FSK

》OOK

> Max output power

》+20 dBm

> Low active power consumption

》14 mA RX

> Ultra low current powerdown modes

》30 nA shutdown, 50 nA standby

> Data rate = 100 bps to 500 kbps

> Fast wake and hop times

> Power supply = 1.8 to 3.6 V

> Excellent selectivity performance

》58 dB adjacent channel

》75 dB blocking at 1 MHz

> Antenna diversity and T/R switch control

> Highly configurable packet handler

> TX and RX 64 byte FIFOs

> Auto frequency control (AFC)

> Automatic gain control (AGC)

> Low BOM

> Low battery detector

> Temperature sensor

> 20-Pin QFN package

> IEEE 802.15.4g ready

> China regulatory

Applications

> China smart meters

Description

Silicon Laboratories' Si4438 is a high-performance, low-currenttransceivers covering the sub-GHz frequency bands from 425 to525 MHz. The Si4438 is targeted at the Chinese smart meter market andis especially suited for electric meters. This device is footprint- andpin-compatible with the Si446x radios, which provide industry-leadingperformance for worldwide sub-GHz applications. The radios are part ofthe EZRadioPRO® family, which includes a complete line of transmitters,receivers, and transceivers covering a wide range of applications. Allparts offer outstanding sensitivity of –124 dBm while achieving extremelylow active and standby current consumption. The 58 dB adjacent channelselectivity with 12.5 kHz channel spacing ensures robust receiveoperation in harsh RF conditions. The Si4438 offers exceptional outputpower of up to +20 dBm with outstanding TX efficiency. The high outputpower and sensitivity results in an industry-leading link budget of 144 dBallowing extended ranges and highly robust communication links.

Functional Block Diagram

　　Silicon Labs的另一款兼具高性能和低功耗的Sub-GHz无线收发SOC产品EFR32FG，也是目前工程师们热衷选择的产品之一。与同类产品LoRA在传输速率1.5kbps时-128dBm的TCXO灵敏度相比，EFR32FG在1kbps时灵敏度已高达-130dBm。同时，EFR32FG可以快速实现物联网设备上节能的专有协议连网设计，而且同步支持Sub-GHz和2.4GHz双波段，可实现更远距离的传输，并通过相关预认证，为工程师带来许多设计灵活性。

　　应用ZigBee无线通信技术与GPRS网络技术，也是实现远程无线抄表的另一选择。Silicon Labs无线SoC EFR32MG Mighty Gecko，整合了节能型MCU与高集成度无线电收发器，支持Thread、ZigBee、Bluetooth Smart及专用短程无线通信协议;拥有行业领先的能源效率和性能无损的MCU特性。同系列的EFR32BG Blue Gecko，则整合了节能型MCU和支持智能蓝牙的高集成度射频收发器，内置平衡转换器和功能强大的MCU，具备超快唤醒时间和可升级功放，以及行业领先的能源效率。

      抄表的效率

　　时钟单元作为抄表的脉搏，多数处理器的内核往往需要在其驱动下完成指令执行。其常用的信号源有晶体振荡器和RC振荡器。的技术人员表示，在抄表方案建议采用著名晶振品牌商Epson的RTC产品--RX-8025T。该RTC芯片是智能四表领域中最常用的模块之一，带有高速I2C接口，1.7V-5.5V的宽电压范围，支持如振荡停止检测等多种检测功能。其具备32.768KHZ频率输出，并带时刻，日历，中断等功能。RX-8025T具有超低待机电流480nA，在系统掉电后可长期使用纽扣电池供电，保证抄表系统的时钟日历正常计时，从而使系统在抄表时能自动校准系统时间。分时计费是缓解用电高峰电力供应的经济手段，所以能够保证抄表系统的准确无误计时是非常重要的。

　　在抄表方案的电源管理模块中，推荐采用PI公司具备0-30W功率等级的AC-DC电源芯片TinySwitch-4。该芯片是一款内置725V MOSFET的高集成度的光耦反馈AC-DC芯片，设计和布线都非常简单。由于其带迟滞热关断保护，使得抄表在工作过程中更安全可靠。

　　此外，由于智能抄表系统存在雷击、EMI等安全隐患，在系统中增加各种防护措施也是非常必要的。在强磁干扰方面，的抄表方案推荐采用Littelfuse功率可达400-3000W的TVS阵列SMAJ/SMBJ/SMCJ/TPSMA/TPSMB/P6SMB进行保护。在过载保护方面，则推荐同品牌的具有各种规格可供选择的PTC产品1812L/2920L/30R/60R。

　　综上可见，设计出一款完美的智能抄表，器件选型是非常重要的。如果您正在整考虑设计或优化升级智能抄表系统，不妨可以咨询下的优选器件方案，说不定还真能找到一些设计或者优化的灵感。还提供技术支持，可以缩短您的产品研发时间，争取早日上市抢占先机才能获得商机。

　　相关元件供应

　　型号：SI4438-C2A-GMR                  品牌：SILICON LABS

　　型号：SI4438-B1C-FMR                   品牌：SILICON LABS

　　型号：X1B000281000500                品牌：EPSON

　　型号：SI4438-B1C-FM                     品牌：SILICON LABS

　　型号：SI4438-C2A-GM                    品牌：SILICON LABS

　　型号：R7F0C901B2DNP-C#AA0      品牌：RENESAS

     【智能抄表系统】

　　该系统将千家万户的用量与管理部门的电脑网络中心联成一体，从根本上解决了目前用水、用电、用气管理的自动化程度低,中间环节多,缴费不及时等问题。该系统具有多种通讯方式,组网方式灵活,扩充方便,从不同角度满足用户的多种需求,真正地实现了居民小区的科学化管理。

　　系统采用集散性结构设计,大大提高系统的可靠性和可扩容性。数据采集器与管理中心计算机的通讯采用标准RS485实现远距离的数据传输，独特灵活的组网方式,适合于各种安装使用环境。《智能抄表总线制抄表系统》软件,与本系统硬件无缝集成,共同构成一个功能强大、稳定可靠、容易管理、数据精确、可伸缩(扩展)性极强的多功能智能三表网络管理系统。

　　软件部分作为系统的最终实现,为用户提供了一个使用、管理本系统的重要工具,它具有以下特点: 系统以数据库为核心,提供方便的数据处理、查询、统计、报表、备份等功能。采用面向对象和模块化相结合的设计方法,支持不同客户的独特要求(如报表打印格式,操作员权限控制等)。支持客户原有综合管理系统,可以和客户原有管理系统(如物业管理系统等)集成(可提供数据库接口或者通讯接口)。

　　1. 系统组成

　　系统由管理中心计算机(主站)、采集器和户机(直读远传表、燃气泄漏报警器、电动阀)终端三级网络组成，中间环节少，大大提高了系统的稳定性。

　　2.数据采集器

　　用于实时数据采集、故障判断、数据传输等。

　　数据采集器与直读远传表之间采用RS485进行信号传输;数据采集器与燃气泄漏报警器、电动阀之间采用多芯电缆进行点到点的方式传输。数据采集器与主站之间采用RS485进行信号传输。

　　数据采集器可以就地取220V市电，也可使用不间断电源UPS外加蓄电池供电。

　　3.户机

　　直读远传户表：采用本公司研制的具有“直读”数据输出的直读表。

　　燃气泄漏报警器：采用具有声光报警+切断燃气阀门+联网信号功能的报警器。

　　4.

　　实时抄表功能：实时抄取任一户表或全部户表当前数据和工作状态。

　　自动校时功能:系统在抄表时能自动校准系统时间.

　　断线检测功能：当信号线或通讯线断线时，系统反映该状态。

　　燃气报警功能：采集燃气报警信号，在总控中心电脑上显示报警房号。

　　报警截断功能：燃气报警时自动关闭阀门，有异常情况时也可有电脑远程打开或关闭阀门。

　　断电数据保护功能：系统或设备掉电时，数据将长期保存。

　　费用计算功能：根据管理员设定的费率自动计算用户费用。

　　数据管理功能：用户用量等数据的初始化、统计、查询、报表等。

　　系统管理功能：管理系统参数(如费率、缴费方式等)，管理员操作权限。

　　费用收取功能：若人工缴纳，则由操作员根据收费凭证，将用户缴纳费用数目输入计算机并存档，若转帐收费，则由计算机自动结算费用。若结算后仍有欠余，自动累计入下次费用中。

　　报表打印功能：根据需要打印各种报表，如月报表、催缴单等