在電力及燃氣等能源領域，具備通信功能并能夠遠程讀取數據的“智能儀表”受到的關注越來越高。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”、使用抄表數據提供咨詢服務，將來還有望用于家用設備控制等。

　　那么，這種智能儀表由哪些部件構成，并由哪些廠商供應主要部件？與智能手機等便攜終端相比，人們幾乎沒有機會了解智能儀表的內部構造。因此，為了弄清楚這些內部情況，拆解組決定購買美國的“智能電表”產品，并進行內部分析。

　　此次是在從事過多款產品拆解調查的Fomalhaut Technology Solutions公司的協助下進行拆解分析的。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。

　　具備以太網通信功能

　　此次拆解的產品是美國儀表廠商Itron的“Sentinel SS5S2L”（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，具備以太網或電話線通信功能（表 1）。此外，為了便于參考，同時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是，均為電表，而且可使用液晶面板顯示數據。其不同點是，具備通信功能的兩款機型在內部安裝了三塊基板，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的部材成本推測值最低。拆解時可以看出，其他兩款機型因嵌入了通信功能，部材成本有所增加。

　　使用三塊基板

　　下面我們看一下內部具體構造。首先分析一下安裝在Sentinel內部基板上的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成。其中一塊是進行以太網等通信處理的基板，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 Itron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。

　　負責通信處理的基板上最引人注目的部件是，進行以太網信號與串行信號轉換的美國創力（Lantronix）公司的超小型設備服務器“XPort”（圖 2）。XPort的內部嵌入了可進行串行數據及以太網數據轉換處理及網絡控制處理的電路，可以利用以太網線傳輸信號。位于其周圍的瑞薩電子的MCU等估計是進行通信處理的。

圖2 以太網信號與串行信號的交換

　　主要安裝通信處理部分的基板。用來交換以太網信號與串行信號的創力“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MCU（圖3）。特點是采用了多款日本廠商生產的MCU，包括瑞薩電子的16bit產品與NEC電子的產品注1）。此外還有歐美廠商的產品，如美國愛特梅爾的8bit產品，荷蘭恩智浦半導體的液晶驅動器IC等。

　　注1）本文涉及到的廠商均為電表上市時的名稱，其中包括現已更名的企業。

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。

　　另一個特點是具備兩個相似的電路塊，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。對此，Fomalhaut Technology Solutions的主管柏尾南壯指出，“因為是使用壽命長達10年的產品，所以使其具備了備用電路職能”。這樣就具備了冗余性，發生故障時，能夠利用另一個電路塊繼續進行處理。

　　日本產品較多的原因

　　除基板外，電表內部還嵌入了兩個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號干電池。使用這種電池之后，當因某種原因斷電時，電路能夠繼續工作。

　　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。對此，Fomalhaut的柏尾認為，“因為是長期使用的工業設備，所以選擇了長期可靠性較高的日本產部件”。據該公司推測，這些基板與構成部件合計后的部材成本為5551.32日元。

　　電表如何智能：Elster REX2智能電表拆解實錄

　　電表是一個連接到電網的設備，任何公司或者家庭都要用到它，采用的技術可以追溯到19世紀后期。然而，工程師們最近開發出一種固態電子式電能表，能夠無線發送用電讀數。這種新的電表，消除了人為錯誤，也能更準確地監測其系統。

　　這里展示了iFixit網站上對Elster REX2智能儀表的拆解，我們來看看它是由哪些設備構成，揭秘他們的硬件結構。

　　第一步

　　這里介紹先進的電能表：Elster REX2電度表。

　　REX22智能儀表在非編程電表的基礎上做得的幾項改進：

　　-- 1，000，000次寫周期的非易失性內存

　　-- 完整的128位AES加密造就了先進的安全性

　　-- 遠程升級

　　-- 支持900兆赫和2.4 GHz ZigBee通信

　　-- 可選：附加通量電容

　　第二步

　　下面的拆解功能由專業人員或認為自己是專業人士的來執行。

　　-- 進入電表內部之前，必須首先拆除安全封條。如圖。

　　-- 取出安全密封條后，扭動手腕揭開透明塑料蓋。

　　第三步

　　-- 標記類型為R2S 是Elster REX2智能電表。 2S模式經營的額定電壓240V，192V到288V，標稱頻率為60赫茲。

　　-- 智能電表將有一個LAN ID ，基于IP的智能電網的EnergyAxis網絡都必須連接到一個LANID。

　　-- Elster 的電表都是用控制路徑網運作在902-928 MHz ISM頻段的25個渠道。

　　-- 當“控制網絡”建立時，Elster REX2能夠發現自己和其他電網之間的最佳路徑，使重復信號的噪聲和重復最少。

　　-- 如果客戶對電表作為中繼器有所擔憂，可以聯系Elster公司，要求他們的Elster電表傳送功率讀數。

　　第四步

　　-- 一個組件的兩部分是由四個塑料夾子卡住的。

　　-- 夾子被壓緊時，上下兩部分“彈開”就可以看到內部結構了。

　　-- 第一眼看到分開的兩部分你會為內部組件的簡單感到驚訝。

　　第五步

　　-- 當把唯一的一根導線斷開后，我們就可以很清楚地看到了智能電表的電源連接。

　　-- 用尖嘴鉗夾住用來連接電源和后蓋的固定夾，就可以很容易的拆開這部分。

　　-- 輕搖之后就可以將電源連接部分拿出來。

　　第六步

　　-- 極厚的銅導線允許電表串聯到主電源上。它們可以承受200安培的電流。

　　-- 有趣的是，電表是靠一個連接導線的黑色環形電流變壓器向主板發送功耗信號的。

　　-- 電流互感器就是通過銅導線來測量電流，同時為主板提供電表輸出。

　　-- 長的金屬壓片可以承受電源240V的交流電。

　　第七步

　　-- 令人驚訝的是在整個設備只有一個螺絲，而且很難找到Philips 1。

　　-- 當移除前面幾個部分后，主板就可以很容易的拆下來了。

　　第八步

　　位于主板前端的IC包括：

　　-- Teridian公司的71M6531 SoC與微處理器核心，RTC，FLASH和LCD驅動器

　　-- 德州儀器LM2904低功耗雙運算放大器

　　-- RMFD RF2172中等功率高效率放大器IC

　　-- 低于1GHz系統單晶片的德州儀器CC1110F32MCU和32kB閃存

　　-- 附近的兩個板通道是用來傳輸從頂部到電路板銅導線的240V交流電，并將藍色變壓器部分降到10v，這里完成了交流電壓整流和為主板提供合適直流分量的工作。

　　第九步

　　-- 智能電表的真正創新在于它的繼電器電源消費統計與電表讀數器是無接觸的，這項創新Elster電表是通過向900 MHz ISM頻段發送加密信號實現的。

　　-- Elster設計的天線模式能使信號遠離辦公樓。

　　-- Elster電表在與網絡中的其他電表通信時只傳遞信息。他們產生的輻射量僅為1/4w，遠遠低于手機輻射。

　　-- Elster設計的電表可以每六個小時傳遞一次數據，傳遞時間僅為40毫秒。

　　第十步

　　-- 對智能電表的爭議在于額外的無線電頻率（RF）信號是否會對人體健康產生影響。

　　-- 一方面，請愿者指出智能電表比起由當今眾多設備產生的“電子煙霧”，所產生的射頻信號已經是微乎其微。

　　-- 另一方面，反對者似乎不考慮智能電表的運作特點，就指出在長時間內智能電表會產生大量無線電波輻射。

　　-- 因此，如果該設備始終存在，就有可能會引起人們的關注。

　　第十一步

　　-- 最后，我們可以拆除液晶顯示屏。

　　-- 正如所見，單色LCD沒有任何帶狀電纜連接到主板。

　　-- 它似乎是通過底部的黑條與主板上的焊盤接觸，從而產生圖像來運作的。

　　-- 這種液晶連接的方法是很常見的，黑色和粉紅色地帶被稱為“斑馬接頭”。

　　第十二步

　　-- 通常我們在最后一步會給出一個可修復分數，但我們又會覺得不合適，畢竟，電表表面有一個防篡改安全封條。

　　-- 即便如此，我們還是很高興地了解到，智能電表不容易易碎的內部組件，這樣也可以幫助授權的維修技師解除困惑。
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