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今天，智能手機正在進入幾乎所有的市場，為消費者帶來更高的智能和效率。消費者的期望已提高幾倍，要求只按一下手機按鍵就能獲得全部信息，這種需求刺激設計人員將智能手機集成到今天設計的各種系統。
今天的消費者特別關注能效，期望最大限度降低能量成本和相關的碳排放量。節能環保的高能效解決方案具有競爭優勢，有助于維持生態系統模型可持續發展。
如何監測能耗和成本？
電能表已經從機械系統發展到電子式智能電表。現在智能電表不只監測家庭總用電情況，還監測每臺家電的耗電情況。例如，目前市面上有些家電內置電表功能，可以監測家電的用電情況；智能插座可以監測所連電器的用電情況。有些智能電表提供某種網絡通信接口，支持集中或遠程抄表功能。
如何在智能手機上查看家庭用電信息？
在智能手機上顯示用電數據，文本信息是最容易的實現方法。但是，需要長期監測用電情況時，文本信息不是很方便；如果用戶想要查看圖表數據，文本信息就有一定的局限性。
有什么解決方案？
近距離通信（NFC）是新興的智能手機連接技術，讓手機用戶能夠短距離（幾厘米）交換數據，NFC標簽無需電源即可與NFC設備交換數據。
NFC設備與近距離（13.56MHz）射頻識別（RFID）標簽和非接觸式智能卡共用基礎技術。國際標準化組織/國際電工委員（ISO/IEC）、歐洲電信標準化協會［ETSI］和歐洲信息通信系統標準化協會（ECMA）已接受了這個標準。NFC讀寫器與NFC標簽之間通信距離小于4cm，NFC標簽與NFC讀寫器之間或兩個NFC設備之間可交換數據的有效負荷。
這項技術可方便用戶取存智能電表的用電數據。NFC智能手機可讀取NFC標簽（NFC被動器件）內的數據，然后消費者可在手機上查看用電分析曲線和其它的電表信息。
如何才能讓智能電表有一個簡單的NFC接口？
今天市場有一種叫做雙接口電可擦除編程只讀存儲器（EEPROM）［3］，這種創新的RFID產品能夠通過I2C總線連接任意微控制器，使智能電表解決方案內具有NFC接口。主設備可通過I2C或RFID接口對雙接口EEPROM進行讀寫操作。當智能電表采用了這種雙接口EEPROM，智能手機可直接讀取固定時期內的用電數據，然后以圖示方式解釋并顯示用電數據，以便用電戶了解用電情況。
如何設計智能電表？
當我們在智能電表內安裝一個雙接口EEPROM時，該EEPROM就像一個NFC-V 類的NFC標簽，并支持ISO 15693標準。電能表在雙接口EEPROM上連續記錄每個月的用電信息和其它的重要的用電數據。安卓應用程序可以讀取每月的用電數據，通過圖表方式比較用電情況。下面我們詳細介紹我們為上述需求研發的應用軟件。
意法半導體的電能表平臺
意法半導體有多個單相或多相電能表參考設計。電能表工業正在從基本設計轉向以寬范圍高精度電流測量、快速數字校表、防數據篡改、防電表篡改為特色的先進電能表。為滿足這些市場需求，意法半導體推出一個電子電能表參考設計平臺，下面的功能示意圖描述了這個智能電表平臺：
圖1：智能電表
STEVAL-IPE020V1：
STEVAL-IPE020V1是一個基于STPM10電表芯片和STM8L152C6微控制器的單相電能表，內置 M24LR64雙接口EEPROM存儲器。這是一個全功能的單相電表解決方案，配備參數顯示器、防電表篡改管理、最大需求（MD）計算、雙接口（射頻（RF）和集成電路互連（I2C） ［5］） EEPROM數據記錄和低功耗管理。這個電能表支持 IEC 61036:1996 + A1： 2000， static meter for active energy class 1 for Ib=10 A國際標準。此外，該電能表還有多個防電表篡改檢測功能：無地線和零線、極性反接、機箱篡改和磁性篡改。
圖2： STEVAL-IPE020V1內置雙接口 EEPROM的單相電表
系統功能示意圖：
圖 3： STEVAL-IPE020V1單相電能表功能框圖
框圖描述了系統架構：
STM8L152C6T6：意法半導體的超低功耗微控制器［MCU］，負責所有的數據管理和電源管理任務，功耗比同類產品低很多，內置用于數據和時間管理的實時時鐘 ［RTC］。
STPM10BTR：可編程單相電能表芯片［IC］通過一條三線串行外設接口［SPI］與微控制器相連。STPM10電表IC提供有功電能、視在電能、瞬間電壓電流和自動校表功能。
雙接口EEPROM M24LR64-RMN6T/2：通過I2C總線與微控制器相連。這是一個雙接口的EEPROM， 既可以通過I2C總線（有線）與I2C設備通信，又可以通過RF射頻接口（無線）與RF讀寫器（NFC智能手機）通信。該存儲器可記錄連續7個月的累計用電量、最大需求、平均功率因數和防電表篡改信息等各種重要參數。
電表應用軟件
電表應用軟件基于安卓平臺，提供用戶友好界面，能夠通過NFC技術與內置雙接口EEPROM的電表主板通信。
電能表內置的雙接口EEPROM起到RFID （射頻識別）標簽的作用。雙接口EEPROM從電表采集累計用電量、最大需求、平均功率因數和防電表篡改信息等各種重要參數，并將其存儲在指定存儲位置。
圖4： NFC手機正在與電表內的雙接口EEPROM通信
應用軟件安裝與啟動
電表應用軟件是.apk文件，可從Google Play下載。下載完成后，安裝到安卓手機上。注意，安裝該軟件的安卓手機須支持NFC通信功能。
應用軟件
從主菜單內選中應用軟件按鈕，即可啟動該應用軟件。該軟件還提供一個幫助的幻燈片放映。軟件啟動后，立即開始搜索NFC標簽。如果沒有標簽，則信號圖標為紅色；如果發現標簽，則信號圖標變成綠色。
圖5： 未發現NFC標簽
圖6： 發現NFC標簽
配置電表
這個菜單讓供電公司輸入電表廠商、電表型號、序列號、硬件版本、固件版本、產地，并通過NFC保存到雙接口EEPROM內。當NFC手機接近NFC標簽且信號圖標變綠色時，這些配置數據將保存到雙接口EEPROM的指定單元內。
讀電表數據
將數據從電表下載到智能手機是這個電表應用程序的一大亮點，用戶可使用這個應用軟件下載每個月的用電數量、電表篡改次數、最大用電需求。
為從電表成功地下載數據，用戶需要把手機靠近雙接口電表的EEPROM，然后通過該應用軟件下載電表數據。在開始下載前，確保手機信號圖標變為絕色。當數據下載完成后，該應用程序提供不同的選項，讓用戶了解電表記錄的用電量，比較6個月的用電數據和其它信息。
關于電表
用戶可用這個選項隨時讀取電表基本信息，從手機上查看電表廠商、產地、型號、序列號和固件版本、制造日期。
比較月度用電數據
比較月度用電數據是該應用軟件的一大特色，通過圖形幫助用戶輕松比較六個月的用電數據，繪制6個月的累計用電量、最大需求記錄、累計用電月、平均功率因數記錄、斷地線篡改電表次數、反接篡改電表次數、 斷零線篡改電表次數、表箱篡改電表次數的圖表。
不同用電數據的圖表可以縮放或水平移動，讓每個人都能得到最好的查看體驗。下圖是一個用電數據圖形。
圖 7： 安卓應用顯示的最大用電需求柱形圖
其它信息
應用軟件還提供其它信息功能，例如，裝表日期、上一次維護日期、校表日期、過流日期、斷電日期和累計用電總數的文字信息。
安卓智能手機電表軟件是一個很有用的方便的電表解決方案，讓用戶在幾秒內在手機上查看電表數據，隨著越來越多的安卓智能手機上市，更多的消費者將通過這樣的應用軟件在手機上查看電表的實時數據，并將其保存到手機存儲器內。
??????? 作者：意法半導體公司Neha?Kochhar,?Raunaque?Mujeeb,?Alok?Kumar?Mittal,?Vikas?Kumar?Sinha
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本文轉摘自電子發燒友網《智能系統特刊》6月刊
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