概念簡述
技術的進步正使得用於能源、水與瓦斯的機械式與機電式電表，逐漸地被能夠展現先進功能性的數位式電表所取代。藉由掌握這些新型的工具，使用者開始從純粹的被動角色發展成更為主動的角色，進而能夠控制其消費習慣與定義其自身的節約能源策略。其中的關鍵字就是”通訊”。透過新的技術，公用事業公司與使用者將能夠進行溝通，為主要資源的智慧運用新境界打造發展之路。
智慧型電表
使用智慧型電表有多項優點。公用事業公司能夠因為自動化的資料蒐集而獲得益處，避免因為人工抄表而導致的人為失誤，最重要的是可以降低人力成本。此外，統計資料的蒐集會變得較為容易，使配電網的大小以及利用能夠獲得最佳化。診斷與即時的故障偵測功能使預期性的維護工作得以實施，進而實現更具效能與更為可靠的配電網。再加上，公用事業公司也可以提供額外的服務，例如依據當天之內不同時段為基礎的即時計價。當服務的成本較低時，部份的作業可以將時間順延，如此將能夠讓使用者節省費用，公用事業公司則能夠有效的管理尖峰需求。
一旦連結至家用網路時，智慧型電表可以提供關於消費習慣的有用資訊。想要瞭解一趟洗衣機週期的能源消耗狀況，或是在花園澆水所需要的水量，以及暖氣的每日瓦斯消耗量都將可以實現。多項研究都指出，透過簡單的瞭解將可以達成20％或是更多的節省。只要有機會能夠透過資源使用上的約束而省錢，以及可供採取行動以降低費用的技術，消費者就會加以利用，並實現高達50％的節省。
圖1．智慧型電表方塊圖
智慧型電表將能夠讓使用者端主要資源的使用降低，節省公用事業公司端的損失，最終則達成協助降低碳排放量，使地球成為一個更加環保的居住地方為目標。
智慧型電表的結構
智慧型電表的一般方塊圖如圖1中所示。依據應用：電力、瓦斯或是水的計量表需要而定，你可能會有一或更多組的感測器連結至前端電子裝置，一個與電源管理電路相關連的電源、一個通訊節點、以及一個做為系統管理用的微控制器。
在執行連網電表系統時，有多項技術是可利用的。然而，其中有兩種具有主導性的新興技術：無線短距離（SRD）以及電力線通訊（PLC）。PLC特別適合使用在電表方面，因為可供使用的電力線載體是免費的；而對於水表與瓦斯表則因為欠缺適合的電力線載體，SRD成為了顯著的選擇。此外，瓦斯與水的電表是以電池供電，因此功率消耗是一項極具關鍵性的因素。
為了要在功率消耗與通訊範圍之間達成最佳的權衡，電表設計廠商正選擇採用GHz以下波段的無線電(像是在北美的915 MHz)，而在歐洲所採用的波段則為868 MHz與433 MHz，另外也開始採用169 MHz的波段。此外，大部分的電表生產廠商正在考慮採用2.4 GHz的全球自由頻率波段，然而對於特定的功率消耗來說，在這些頻率中無線電通訊的距離都比GHz以下無線電要短。對於可能會被設置於嚴苛環境中做為RF傳播之用─像是地下室與地下坑洞的瓦斯與水量的電表而言，更長的距離是極為重要的。
水表-由Smart Metering所開發的MultiReader系統
無線短距離傳輸方面的進步使得配水管網的監測能夠實現。以往水的使用狀況是利用數學模型以及在配水管網和使用者連結的輸入端進行零星的測量來監測。而現在透過適合的硬體，就能夠使配水管網獲得適當管理的同步多重量測獲得實現。
電表可以執行AMR（自動讀表）功能，這樣不僅能夠用來計算費用，也可以偵測網路中的損失。在輸入與輸出上進行同步而且經常性的量測，公用事業公司能夠以每月、每週、甚至每日為基礎進行水量的預算。使用這種方法可以更容易的偵測出網路中因為故障或是非法用水所造成的損失。公用事業公司也能夠為他們的客戶提供額外的服務，像是透過晚間或是離峰時段的耗損監測以提供使用者網路中的損失偵測功能。
執行用於水量監測、以電池供電的無線網路是一項困難的任務。電表必須在嚴苛的環境中以有限的電源連續運作數年、10年、或甚至15年。肇因於波段外干擾像是無線電與TV的廣播、GSM基地台，或是波段內干擾像是遠端遙控的電磁干擾會降低接收器的敏感度，而且在某些情況下可能會造成接收器自身的阻斷。此外，天氣狀況以及金屬物體(像是排水管或停放的汽車)也會使天線性能與無線電波的傳播受到影響。高濕度位準以及熱循環可能會誘發應力或是影響電池性能。
所有的這些因素都會對系統總體可靠度產生影響，並且對必須要維持在很低的維護成本造成衝擊。依據這些作業條件可以清楚的看出，裝置應該要具有很高的敏感度、對抗干擾的耐用度、以及很低的功率耗損。Smart Metering公司在現有的短距離裝置中建立了一項基準，並決定採用目前市場中在能夠符合這些高度嚴苛需求上具有最佳成績的Analog Devices ADF 702x無線收發器家族。
MultiReader系統
Smart Metering開發出以ADF 702x為基礎的MultiReader系統（圖2），藉以因應需要進行水量監測的公用事業公司之需求。該系統由MultiReader - C水表、MultiReader – R轉發器、以及MultiReader – G集中器所組成。
MultiReader – C是一組以電池供電的計數器，能夠連結至高達3組的脈衝發射器裝置。電表能夠提供即時的水量消耗狀態、依據固定日程儲存的資料、以及套用特定演算法則的量測程序。這些功能可以實現多種的服務，像是在不同點的同步量測、在特定時間間隔內的水量消耗、以及其它有用資訊例如逆流、計數器關閉、與終端使用者的損失等的回報等等。
圖2．MultiReader系統
MultiReader – R是一組以電池供電的轉發器，通常會安裝在桿子上，用以延伸單只電表的距離。此裝置能夠與電表、其它轉發器、以及集中器進行通訊。
MultiReader – G蒐集來自於電表的資料，並且能夠透過GSM網路與局端進行通訊。
用於水表，可靠無線網路的安裝與維護需要硬體、軟體以及系統管理能力，而Smart Metering也隨著時間的推進不斷的對其進行開發。
圖3所示為MultiReader – C單元的設置，其中每一組單元都連結至3組脈衝發射器裝置。圖4中所示則為安裝在桿子上的轉發器。
圖3．3組輸入的MultiReader – C單元
圖4．MultiReader – R轉發器
ADI的ISM波段收發器技術
ADI的 SRD收發器能夠涵蓋從75 MHz一直到1 GHz的頻率波段。最廣獲採用的元件是ADF 7020中等波段（100 kHz 至200 kHz，高達200 kbps）、ADF 7021窄波段（9 kHz 至25 kHz，高達32 kbps）、以及它們的衍生性元件。彈性化是這些元件的主要特色之一。有許多項參數都能夠加以編程，藉以在性能與功率消耗之間達成最佳的權衡。這些發射接收器容許ASK、FSK、OOK、GFSK、MSK調變架構，輸出功率可以在- 16 dBm 至+ 13 dBm之間加以編程，還具有許多適用於LNA的編程選項，以便對敏感度、線性度、以及電流耗損加以權衡。差動LNA輸入級、PA斜坡控制、以及高斯與上升餘弦資料的過濾，都能夠協助元件在複雜的電磁環境中適當的運作。。
相同家族中的ADF 7023內嵌有一組做為封包處理、無線電控制、以及智慧型喚醒模式功能的8位元通訊處理器。該通訊處理器整合了較低層級的典型通訊協定堆疊，因而能夠紓解伴隨處理器的處理重擔。
相關資源
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本文中所提到的產品
產品 說明
ADF 7020 ISM 波段收發器IC
ADF 7021 高性能窄波段ISM 收發器IC
ADF 7023 高性能低功率ISM波段 FSK /GFSK /OOK /MSK /GMSK收發器IC
技術的進步正使得用於能源、水與瓦斯的機械式與機電式電表，逐漸地被能夠展現先進功能性的數位式電表所取代。藉由掌握這些新型的工具，使用者開始從純粹的被動角色發展成更為主動的角色，進而能夠控制其消費習慣與定義其自身的節約能源策略。其中的關鍵字就是”通訊”。透過新的技術，公用事業公司與使用者將能夠進行溝通，為主要資源的智慧運用新境界打造發展之路。
智慧型電表
使用智慧型電表有多項優點。公用事業公司能夠因為自動化的資料蒐集而獲得益處，避免因為人工抄表而導致的人為失誤，最重要的是可以降低人力成本。此外，統計資料的蒐集會變得較為容易，使配電網的大小以及利用能夠獲得最佳化。診斷與即時的故障偵測功能使預期性的維護工作得以實施，進而實現更具效能與更為可靠的配電網。再加上，公用事業公司也可以提供額外的服務，例如依據當天之內不同時段為基礎的即時計價。當服務的成本較低時，部份的作業可以將時間順延，如此將能夠讓使用者節省費用，公用事業公司則能夠有效的管理尖峰需求。
一旦連結至家用網路時，智慧型電表可以提供關於消費習慣的有用資訊。想要瞭解一趟洗衣機週期的能源消耗狀況，或是在花園澆水所需要的水量，以及暖氣的每日瓦斯消耗量都將可以實現。多項研究都指出，透過簡單的瞭解將可以達成20％或是更多的節省。只要有機會能夠透過資源使用上的約束而省錢，以及可供採取行動以降低費用的技術，消費者就會加以利用，並實現高達50％的節省。
圖1．智慧型電表方塊圖
智慧型電表將能夠讓使用者端主要資源的使用降低，節省公用事業公司端的損失，最終則達成協助降低碳排放量，使地球成為一個更加環保的居住地方為目標。
智慧型電表的結構
智慧型電表的一般方塊圖如圖1中所示。依據應用：電力、瓦斯或是水的計量表需要而定，你可能會有一或更多組的感測器連結至前端電子裝置，一個與電源管理電路相關連的電源、一個通訊節點、以及一個做為系統管理用的微控制器。
在執行連網電表系統時，有多項技術是可利用的。然而，其中有兩種具有主導性的新興技術：無線短距離（SRD）以及電力線通訊（PLC）。PLC特別適合使用在電表方面，因為可供使用的電力線載體是免費的；而對於水表與瓦斯表則因為欠缺適合的電力線載體，SRD成為了顯著的選擇。此外，瓦斯與水的電表是以電池供電，因此功率消耗是一項極具關鍵性的因素。
為了要在功率消耗與通訊範圍之間達成最佳的權衡，電表設計廠商正選擇採用GHz以下波段的無線電(像是在北美的915 MHz)，而在歐洲所採用的波段則為868 MHz與433 MHz，另外也開始採用169 MHz的波段。此外，大部分的電表生產廠商正在考慮採用2.4 GHz的全球自由頻率波段，然而對於特定的功率消耗來說，在這些頻率中無線電通訊的距離都比GHz以下無線電要短。對於可能會被設置於嚴苛環境中做為RF傳播之用─像是地下室與地下坑洞的瓦斯與水量的電表而言，更長的距離是極為重要的。
水表-由Smart Metering所開發的MultiReader系統
無線短距離傳輸方面的進步使得配水管網的監測能夠實現。以往水的使用狀況是利用數學模型以及在配水管網和使用者連結的輸入端進行零星的測量來監測。而現在透過適合的硬體，就能夠使配水管網獲得適當管理的同步多重量測獲得實現。
電表可以執行AMR（自動讀表）功能，這樣不僅能夠用來計算費用，也可以偵測網路中的損失。在輸入與輸出上進行同步而且經常性的量測，公用事業公司能夠以每月、每週、甚至每日為基礎進行水量的預算。使用這種方法可以更容易的偵測出網路中因為故障或是非法用水所造成的損失。公用事業公司也能夠為他們的客戶提供額外的服務，像是透過晚間或是離峰時段的耗損監測以提供使用者網路中的損失偵測功能。
執行用於水量監測、以電池供電的無線網路是一項困難的任務。電表必須在嚴苛的環境中以有限的電源連續運作數年、10年、或甚至15年。肇因於波段外干擾像是無線電與TV的廣播、GSM基地台，或是波段內干擾像是遠端遙控的電磁干擾會降低接收器的敏感度，而且在某些情況下可能會造成接收器自身的阻斷。此外，天氣狀況以及金屬物體(像是排水管或停放的汽車)也會使天線性能與無線電波的傳播受到影響。高濕度位準以及熱循環可能會誘發應力或是影響電池性能。
所有的這些因素都會對系統總體可靠度產生影響，並且對必須要維持在很低的維護成本造成衝擊。依據這些作業條件可以清楚的看出，裝置應該要具有很高的敏感度、對抗干擾的耐用度、以及很低的功率耗損。Smart Metering公司在現有的短距離裝置中建立了一項基準，並決定採用目前市場中在能夠符合這些高度嚴苛需求上具有最佳成績的Analog Devices ADF 702x無線收發器家族。
MultiReader系統
Smart Metering開發出以ADF 702x為基礎的MultiReader系統（圖2），藉以因應需要進行水量監測的公用事業公司之需求。該系統由MultiReader - C水表、MultiReader – R轉發器、以及MultiReader – G集中器所組成。
MultiReader – C是一組以電池供電的計數器，能夠連結至高達3組的脈衝發射器裝置。電表能夠提供即時的水量消耗狀態、依據固定日程儲存的資料、以及套用特定演算法則的量測程序。這些功能可以實現多種的服務，像是在不同點的同步量測、在特定時間間隔內的水量消耗、以及其它有用資訊例如逆流、計數器關閉、與終端使用者的損失等的回報等等。
圖2．MultiReader系統
MultiReader – R是一組以電池供電的轉發器，通常會安裝在桿子上，用以延伸單只電表的距離。此裝置能夠與電表、其它轉發器、以及集中器進行通訊。
MultiReader – G蒐集來自於電表的資料，並且能夠透過GSM網路與局端進行通訊。
用於水表，可靠無線網路的安裝與維護需要硬體、軟體以及系統管理能力，而Smart Metering也隨著時間的推進不斷的對其進行開發。
圖3所示為MultiReader – C單元的設置，其中每一組單元都連結至3組脈衝發射器裝置。圖4中所示則為安裝在桿子上的轉發器。
圖3．3組輸入的MultiReader – C單元
圖4．MultiReader – R轉發器
ADI的ISM波段收發器技術
ADI的 SRD收發器能夠涵蓋從75 MHz一直到1 GHz的頻率波段。最廣獲採用的元件是ADF 7020中等波段（100 kHz 至200 kHz，高達200 kbps）、ADF 7021窄波段（9 kHz 至25 kHz，高達32 kbps）、以及它們的衍生性元件。彈性化是這些元件的主要特色之一。有許多項參數都能夠加以編程，藉以在性能與功率消耗之間達成最佳的權衡。這些發射接收器容許ASK、FSK、OOK、GFSK、MSK調變架構，輸出功率可以在- 16 dBm 至+ 13 dBm之間加以編程，還具有許多適用於LNA的編程選項，以便對敏感度、線性度、以及電流耗損加以權衡。差動LNA輸入級、PA斜坡控制、以及高斯與上升餘弦資料的過濾，都能夠協助元件在複雜的電磁環境中適當的運作。。
相同家族中的ADF 7023內嵌有一組做為封包處理、無線電控制、以及智慧型喚醒模式功能的8位元通訊處理器。該通訊處理器整合了較低層級的典型通訊協定堆疊，因而能夠紓解伴隨處理器的處理重擔。
相關資源
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本文中所提到的產品
產品 說明
ADF 7020 ISM 波段收發器IC
ADF 7021 高性能窄波段ISM 收發器IC
ADF 7023 高性能低功率ISM波段 FSK /GFSK /OOK /MSK /GMSK收發器IC
