智能表計是智慧城市的典型應(yīng)用。目前，水、氣、電、熱表廣泛應(yīng)用于城市居民生活、工礦企業(yè)生產(chǎn)中。由于應(yīng)用環(huán)境比較復(fù)雜，計量不準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)更新不及時，造成非常嚴(yán)重的浪費(fèi)，同時也非常不方便，傳統(tǒng)表計已經(jīng)不適應(yīng)社會的發(fā)展，因此逐步向智能表計過渡。智能表計除具備基本的測量功能外，還可以對漏水，偷電，管道異常等進(jìn)行監(jiān)測上報。隨著技術(shù)的進(jìn)步和智能化改造，智能表計行業(yè)踏上了數(shù)字化變革的新賽道。

一、智能表計市場應(yīng)用增長

當(dāng)前5G、大數(shù)據(jù)、人工智能和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域為主題的新型基礎(chǔ)設(shè)施加速實施，物聯(lián)網(wǎng)成為下一代信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制高點和經(jīng)濟(jì)增長的驅(qū)動力。當(dāng)前智能表計市場發(fā)展非常搶眼，在水、氣、電、熱表計中，產(chǎn)品覆蓋率已經(jīng)超越傳統(tǒng)表計。其中，智能電表的覆蓋率達(dá)95%以上，智能水表則在50%以上，智能燃?xì)獗硪苍?0%以上。智能表計在物聯(lián)網(wǎng)的賦能下，由傳統(tǒng)機(jī)械表轉(zhuǎn)向智能表，并且在住宅建筑、商業(yè)和工業(yè)等領(lǐng)域已經(jīng)得到大力推廣應(yīng)用，呈現(xiàn)快速增長趨勢。

國民技術(shù)方案開發(fā)部執(zhí)行總監(jiān)趙永剛表示，隨著表計產(chǎn)品使用年限到期，將持續(xù)進(jìn)行更新?lián)Q代，預(yù)計再經(jīng)過一次的換代，智能表計的市場覆蓋率接近于全部。

目前城市建設(shè)都在向智慧城市，AIoT的大方向發(fā)展，水、電、氣、熱作為不可或缺的基礎(chǔ)生活元素也在向智能化方向發(fā)展。而用于計量的表計也由傳統(tǒng)的機(jī)械表快速地向具備通信能力的智能水熱氣表轉(zhuǎn)變。我國智能表計市場正步入高速發(fā)展期。

二、智能電網(wǎng)時代，智能表計的創(chuàng)新應(yīng)用

近幾年來，國家陸續(xù)出臺政策扶植智能電網(wǎng)的發(fā)展，加速了智能表計市場的快速增長。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展下，電網(wǎng)逐漸智能化，對于表計的數(shù)據(jù)收集、管理等有了很大的提升。

在智能電表應(yīng)用領(lǐng)域，國民技術(shù)N32家族MCU助力客戶實現(xiàn)了許多應(yīng)用創(chuàng)新，如電表協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊。此應(yīng)用方案使用N32G455芯片的三路USART分別實現(xiàn)RS485、無線模塊數(shù)據(jù)、RS232數(shù)據(jù)交換；芯片高速的運(yùn)算能力支持多種電表協(xié)議規(guī)約解析，還能實時傳輸不同電表參數(shù)和進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并同時處理8塊電表數(shù)據(jù)上傳和電表狀態(tài)控制。電表協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊使用工業(yè)級MCU控制芯片，主頻高，集成度高，安全性高，能保護(hù)用戶數(shù)據(jù)和算法安全，防抄襲，而且方案的擴(kuò)展性強(qiáng)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)廣、采集精準(zhǔn)，可適用于各種智能電表管理。

上海復(fù)旦微電子集團(tuán)股份有限公司（簡稱“復(fù)旦微電”）作為智能燃?xì)獗鞰CU的主要供應(yīng)商之一，和行業(yè)里主要客戶均有合作。目前FM33G0系列、FM33LG0系列已經(jīng)在智能燃?xì)獗懋a(chǎn)品上大規(guī)模應(yīng)用。復(fù)旦微電技術(shù)市場經(jīng)理王鵬表示，這幾年物聯(lián)網(wǎng)智能燃?xì)獗戆l(fā)展迅速，其中遠(yuǎn)傳方式以NB-IoT和LoRa為主。計量方面，除了傳統(tǒng)的膜式計量，超聲波計量以其更高的計量精度已經(jīng)成為大口徑商業(yè)表的發(fā)展趨勢。

值得注意的是，近場通信（NFC）在表計中有許多應(yīng)用場景，如傳統(tǒng)的預(yù)付費(fèi)非接卡表用的就是NFC讀寫器和標(biāo)簽。意法半導(dǎo)體作為RFID和NFC技術(shù)的先行者之一，提供了廣泛的HF RFID/NFC產(chǎn)品，覆蓋了所有NFC應(yīng)用的需求，有豐富的生態(tài)系統(tǒng)支持。ST25DV作為一款ST NFC的明星產(chǎn)品，可以為智能表計提供更加豐富的功能。

據(jù)意法半導(dǎo)體MMS市場及應(yīng)用部產(chǎn)品市場經(jīng)理王鵬飛介紹，ST25DV可以用于表計產(chǎn)品的參數(shù)配置和校準(zhǔn)，替代傳統(tǒng)的紅外功能，幫助表計生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)流程中更加順利地進(jìn)行校表和個性化設(shè)置，甚至在不開箱、不開機(jī)的狀況下快速進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和改寫；同時還可以通過NFC無線接口進(jìn)行產(chǎn)品的信息追蹤以及身份的認(rèn)證。

其次，ST25DV有利于運(yùn)營和維護(hù)，同時為終端客戶帶來便利。表計的運(yùn)營和維護(hù)人員可通過智能NFC手機(jī)便捷地讀取表計運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障檢修的數(shù)據(jù)，通過手機(jī)上報云端獲取故障原因，獲取處理建議等信息。用戶可以使用智能NFC手機(jī)觸碰ST25DV，快速訪問網(wǎng)頁，登錄付費(fèi)系統(tǒng)查詢付費(fèi)或者注冊保修。除此之外，表計裝備ST25DV后無需額外的物理開窗和物理接口，可以提高表計產(chǎn)品的密封性和可靠性。

三、國產(chǎn)低功耗MCU的優(yōu)化與突破

隨著國產(chǎn)MCU發(fā)展快速，已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到市場認(rèn)可，并開始迅速攀升。相對于國外品牌，國產(chǎn)MCU在整個MCU市場占用率較低，不到10%的份額。不過國產(chǎn)MCU在消費(fèi)電子、智能卡、智能儀表、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，具有與國外品牌的競爭優(yōu)勢，其中國產(chǎn)MCU在智能表計已經(jīng)成為市場主流。

2016年，復(fù)旦微電推出了第一款適用于智能水熱表的低功耗MCU產(chǎn)品FM3316，掀起了智能水表MCU的國產(chǎn)化熱潮。之后隨著NB-IoT和LoRa水表的快速發(fā)展，復(fù)旦微電又推出了多款適合智能水表行業(yè)應(yīng)用的FM33LC0系列，在容量、外設(shè)、性能方面做了大幅度提升，已經(jīng)覆蓋了所有智能表型應(yīng)用需求，尤其是在NB物聯(lián)網(wǎng)表型中廣泛應(yīng)用。復(fù)旦微電技術(shù)市場經(jīng)理宋吉鶴表示：“隨著對智能水熱表計量精確度要求的提高，超聲波計量方式越來越得到市場的認(rèn)可。復(fù)旦微電緊跟市場的需求，深入調(diào)研，將給客戶提供更多產(chǎn)品選擇。”

不得不說的是，智能表計行業(yè)對低功耗的要求極其苛刻，尤其是在智能水氣表產(chǎn)品。MCU是系統(tǒng)中的主控單元，不但需要有超低功耗能力，還要有靈活的功耗管理方式，協(xié)調(diào)外圍電路達(dá)到最佳整機(jī)功耗。據(jù)小華半導(dǎo)體市場部總監(jiān)梁少峰介紹，小華半導(dǎo)體的超低功耗MCU產(chǎn)品具有超低待機(jī)功耗、快速喚醒時間、高效動態(tài)能耗的功耗特性，目前出貨國內(nèi)第一。正是因為技術(shù)領(lǐng)先行業(yè)以及可靠性品質(zhì)優(yōu)異，其超低功耗MCU產(chǎn)品已得到智能表計市場的快速認(rèn)可，目前在水表市場中占有主導(dǎo)地位，在氣表市場中也成為主流選擇。

?另外，國民技術(shù)面向智能表計推出了N32L4系列低功耗MCU，這款芯片基于ARM Cortex-M4F系列32位處理器內(nèi)核，內(nèi)置嵌入式高速閃存、低功耗電源管理，集成數(shù)模混合電路，并內(nèi)置密碼算法硬件加速引擎以及安全單元，產(chǎn)品兼具安全、高集成度、低功耗等特點。

在智能表計的發(fā)展過程中，無線、傳感器和MCU的技術(shù)發(fā)展將發(fā)揮著極大的推動作用。目前，隨著國產(chǎn)MCU的優(yōu)化和突破，其低功耗MCU在智能表計市場中成為重要的選擇。其中超低功耗、更高性能、更高集成、符合市場需求等特性將盤踞整個智能表計MCU業(yè)態(tài)。

四、智能表計相關(guān)的技術(shù)難題與措施

基于智能表計的應(yīng)用特點，整個行業(yè)對MCU的品質(zhì)和性能要求很高。MCU是系統(tǒng)中的主控單元，不但需要有超低功耗特性，還要有靈活的功耗管理方式，在高集成度的前提下要降低成本，同時要兼顧高穩(wěn)定、高可靠、高安全等特性。

?針對以上技術(shù)難題，國民技術(shù)推出面向智能表計的MCU集成了豐富的功能組件和接口資源，只需少量外圍器件即可工作，大大提升集成度的同時兼顧性價比；其超低功耗性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平，進(jìn)一步降低MCU動態(tài)和靜態(tài)能耗，并且在低功耗模式下快速且智能喚醒MCU，兼?zhèn)涓咝阅芴匦裕还ぷ鳒囟瓤稍?40-105℃范圍內(nèi)，內(nèi)置時鐘安全系統(tǒng)、獨(dú)立看門狗，具有高抗ESD、高抗射頻干擾等優(yōu)勢，實現(xiàn)表計在長期惡劣工作環(huán)境下的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；在安全方面，國民技術(shù)提供完整的“芯-端-云”系統(tǒng)級安全物聯(lián)網(wǎng)表計解決方案，能保障無線遠(yuǎn)傳表計本地、云端和通信數(shù)據(jù)的安全性。

此外，意法半導(dǎo)體在ST25的產(chǎn)品線上也提供全套的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，包括基于STM32的開發(fā)套件，DISCOVERY以及NUCLEO的開發(fā)板，以及FW和SW的源代碼支持，還有天線的設(shè)計，原理圖，layout的源文件以及設(shè)計支持。另外PC端軟件和手持設(shè)備的app代碼都是源碼開放的。王鵬飛表示：“ST還提供線上培訓(xùn)以及不定期的線下培訓(xùn)，幫助工程師更快地上手，加快客戶項目的研發(fā)速度。”

?五、智能表計的市場方向

智能表計是物聯(lián)網(wǎng)市場的先行者。在新基建、智慧城市的推動下，智能表計產(chǎn)品覆蓋率已經(jīng)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)表計。隨著持續(xù)的更新?lián)Q代，智能表計的市場覆蓋率很快接近于100%份額。梁少峰表示：“MCU是賦能智能表計的核心芯片。小華半導(dǎo)體將持續(xù)深耕超低功耗產(chǎn)品，緊跟技術(shù)發(fā)展，深挖行業(yè)需求，提供更多符合智能表計需求的MCU產(chǎn)品。”

趙永剛認(rèn)為：“未來智能表計將越來越趨向于實時性，高精度，低功耗的方向發(fā)展，這也是國民技術(shù)在智能表計行業(yè)的布局方向。”據(jù)悉，為了在低功耗、實時性和高精度之間取得更好的平衡，公司推出了超低功耗的N32L4系列MCU。未來國民技術(shù)將在智能表計MCU上會進(jìn)一步深耕，布局更低功耗和功能更加豐富的智能表計MCU產(chǎn)品，為行業(yè)帶來更加優(yōu)質(zhì)、可靠的產(chǎn)品及方案。

ST的NFC技術(shù)在非接觸式、無源接入、便捷配對、本地接入等一系列功能上都有增值作用。借助于這些特性，可以使表計更可靠、更智能。“我們相信隨著帶NFC功能手機(jī)的普及，NFC將會越來越受歡迎。ST擁有廣泛的產(chǎn)品組合并將繼續(xù)投入和開發(fā)NFC技術(shù)，推出更多高性能產(chǎn)品，以滿足表計市場日益增長的需求。”王鵬飛表示。

作為MCU、NB-IoT與NFC技術(shù)賦能下的表計行業(yè)，將在智能城市建設(shè)中，發(fā)揮舉足輕重的作用。城市基礎(chǔ)設(shè)施的智能化改造，是智能城市升級建設(shè)的根本。在此基礎(chǔ)上，由5G賦能下的移動終端，將在城市物聯(lián)網(wǎng)化的過程中，快速實現(xiàn)場景的升級。

六、結(jié)語

總之，雖然智能表計行業(yè)滲透率還比較低，但是受益于政策、市場、技術(shù)等利好因素，當(dāng)前智能表計行業(yè)正迎來更新?lián)Q代的轉(zhuǎn)型升級期，且這一速度正在加速。目前智能表計的前沿研究仍在市場需求之前，未來發(fā)展存在更多創(chuàng)新機(jī)會。智慧城市的建設(shè)和政策的引導(dǎo)，不僅為NB-IoT、NFC等技術(shù)的發(fā)展提供了商業(yè)應(yīng)用環(huán)境，同時也為表計行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供了視角背書和政策催化劑。未來，智能表計結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)，智能便捷、精準(zhǔn)可靠、安全節(jié)能的產(chǎn)品將會涌向市場，并且加速替代傳統(tǒng)表計。

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審核編輯：湯梓紅