想象一下，您必須根據單個數據點預測資源的所有未來需求;一天，一周，甚至一個月。這會給你足夠的空間來預測一年，兩年，甚至十年內你需要多少資源？可能不是，但這實際上是當今公用事業供應商面臨的兩難困境。

在西班牙的某些地區，有可能將您的峰值用電量瞬間修正為10 A.這意味著您支付的費用要低得多，但不允許同時使用多個耗電設備。現在將其與大多數家庭常用的60 A供應進行比較;今天它可能提供充足的電力，但是在我們所有人都希望在我們的家中擁有更多“連接”設備的情況下，五年，十年甚至20年的情況怎么樣？

管理這個場景已經可以互換地稱為Smart電網，智能計量和智能能源，建立了一個基礎設施，使公用事業提供商能夠更好地預測和管理資源的生成和交付，包括但不限于電力。

AMR＆amp; AMI

簡單地產生更多能量并不是滿足未來電力需求的答案;如今的電網不能分配更高水平的電力，房屋也無法接受它。答案是變得更加智能地了解能源的生成，分配和消耗。通過智能電網更好地分配能源的可行性的關鍵在于基礎設施和儀表的智能。分別稱為高級計量基礎設施（AMI）和自動計量讀數（AMR），增加所需智能水平的一個重要方面將是這些智能電表如何與其他智能設備和整體基礎設施進行通信。

今天存在很多可供選擇的選擇，當然，互聯網很可能發揮關鍵作用。但是，由于智能電表的數量可能遠遠超過已經部署的“常規”電表的數量，因此管理這種新的基礎設施將不僅僅需要添加調制解調器。通常，這將產生對擅長管理多種通信形式的微控制器和微處理器的需求，同時還提供執行復雜計量任務所需的性能，所有這些都具有收集和傳輸敏感（計費）數據所需的安全級別另一個考慮因素是高級計量基礎設施中連接和隱含的設備的互操作性;世界各地的標準機構正在與行業協會合作，以便在整個行業達到可接受的標準化水平，即使AMR/AMI解決方案的部署有所增加。一旦采用行業標準，為了避免大規模和昂貴的設備重新部署，再次需要以當今微處理器的形式提供可編程解決方案。

微處理器和微控制器提供的靈活性，再加上能夠使用基礎設施的連接（如有必要）在現場對它們進行重新編程，使原始設備制造商能夠在下一代智能電表的設計和部署方面取得進步。

安全

任何網絡的最大挑戰之一是提供適合感知風險的安全級別。對于AMI，風險很高;連接不僅會跨越大面積區域和安裝，而且在很大程度上也是不受管理的。一旦基礎設施到位，消費者和服務提供商就會“訪問”。因此，在基礎設施中建立高水平的安全性是至關重要的，而在智能電表級別，這將包括識別和認證。在硅級支持這些需要一個支持密碼學，安全密鑰存儲，隨機數生成和篡改檢測的設備。此外，可提供可信執行和安全調試的平臺增加了額外的安全性。

飛思卡爾半導體將可信架構定義為依賴可信硬件和軟件組合的架構，以支持廣泛的OEM定義安全政策。飛思卡爾已在QorIQ P1010上實施了信任架構。圖1顯示了設備的信任功能，它實現了NIST 7268系統信任模型，并提供了諸如盜竊功能，盜竊第三方數據和竊取唯一性等威脅的緩解措施.QorIQ數據路徑加速架構可防止功能性盜竊攻擊由拒絕服務和分布式拒絕服務引起的，它可以通過支持快速流分類和監管來使系統崩潰并使用連接建立請求。通過強大的訪問控制和加密來支持第三方數據的防御，同時通過包含飛思卡爾唯一ID來防止唯一性的盜竊（通常通過逆向工程實現以創建偽造品和/或克隆），這意味著甚至其他QorIQs將無法啟動OEM的代碼。

圖1：飛思卡爾半導體的QorIQ P1010提供了一系列適用于智能電表的安全功能。

集中器

先進的計量基礎設施（近）實時報告能耗，提供前所未有的能源使用可見度。然而，匯總這些大量數據將是一項具有挑戰性的任務，即使技術上可能每個智能電表都可以單獨與能源供應商進行通信，但如果不是不可能的話，所有電表同時執行此操作也是不切實際的。 br》解決方案是使用集中器聚合數據;目前在能源網絡中沒有對應的元素。這個新的層次結構層將能夠從本地部署的儀表中收集數據，在幾百個區域內，可能有幾千個智能儀表可以由單個集中器提供服務，而這些集中器可以將數據解釋并轉發回供應商。

集中商還將能夠提供分布式控制，以提供本地能源管理。器具通常對主電源提供可變負載;通過分析使用在強大的ARM?核心上運行的合適算法收集的數據的變化模式，意味著集中器可以構建能源在其自己的子網中的使用位置和方式的圖片。這些數據可用于影響供應商在多個領域產生的總體功率。

這是德州儀器（TI）針對其基于Sitara AM335x ARM Cortex?-A8處理器的應用程序，如圖2所示。基于該部分開發了數據集中器評估模塊，為設備制造商提供了一個可擴展的平臺，用于開發解決方案，以及通過各種子卡添加有線/無線連接。

《 BR》圖2：德州儀器的Sitara AMS335x系列基于ARM Cortex-A8的微處理器提供了開發智能能源集中器所需的所有集成。

分計量

雖然智能基礎設施的重點主要是電力，其他公用設施（尤其是天然氣和水）的分配和消耗也將受益于使用智能儀表的更嚴格控制。此外，在消費點使用能量計量將使“智能電器”時代成為可能，而無需更換它們。這種多樣化的智能可能會提供給本地聚合器或“網關”，這將提供另一層次的分析和控制。

如果希望消費者投資或貢獻他們自己的內部基礎設施的成本因此，“亞米”的形式必須是低成本的解決方案。幸運的是，目前低成本微控制器的性能已經達到了能夠輕松應對這一新興應用領域處理要求的水平。

STMicroelectronics對智能電能計量有一個明確的策略，其中包括水/煤氣表，如如圖3所示。在此示例中，傳感器輸出通過信號調理饋送到由32位（如STM32L1）或8位微控制器（包括其STM8L Energy Lite系列）供電的控制單元。 》

圖3：Smart Meters將擴展到包括燃氣表和水表，必須使用STMicroelectronics的STM8L Energy Lite系列等低功耗技術開發。

STM8L系列是這是一款采用專有130納米超低泄漏工藝技術制造的超低功耗平臺，其系列產品經過優化，可滿足計量的低功耗要求，包括氣體，水，電和熱量表。 STM8L05系列經過進一步優化，可提供針對低端計量解決方案的最佳性價比，在16 MHz時提供195μA/MHz和16 MIPS。

如圖4所示，TI也專注于此領域并且已經制作了一個專門針對計量的集成解決方案（具有模擬前端或AFE的微控制器） - MSP430AFE。

圖4：TI只是識別半導體供應商之一需要集成的計量解決方案。

測量智能或亞表中的電功率，例如“智能插頭”，需要精確測量電流和電壓。通常，本申請中使用的“傳感器”只是電阻器;高歐姆電阻器布置在簡單的梯形網絡中以分壓電壓，而低得多的歐姆電阻器與帶電導體串聯，允許AFE測量在其上產生的電壓降以計算所汲取的電流。 MSP430AFE在單個器件中集成了多達三個24位Sigma-Delta模數轉換器，其中包含可編程增益放大器和16位微控制器（圖5）。 ADC輸入支持±500 mV的差分電壓，負電壓高達-1 V，無需電平轉換。在寬負載電流范圍內，實用級精度《0.1％，ADC還支持同步采樣，消除了電流和電壓檢測之間的延遲，并且隨后需要補償軟件中的任何延遲，如同提供順序采樣的解決方案。

圖5：高度集成的MSP430AFE提供16位微控制器和多個Sigma-Delta ADC，以創建單芯片計量平臺。 TI還為MSP430系列創建了一個能量庫，該庫提供了能量測量計算算法。此外，作為可編程平臺，它還能夠容納標準或定制的通信協議，而LCD接口和GPIO提供了廣泛的用戶界面可能性。

結論

構建更智能的計量基礎設施是否定的更長時間被視為一種選擇;為了滿足高峰需求而停電停電的威脅只是當今能源管理的一個重要方面。產生更多電力并不一定是長期解決方案，因為現有基礎設施最終將達到無法承受更多電力的程度。

可持續解決方案是管理電力使用方式，以便做到最好使用可用的容量。移動領域中超低功耗解決方案的推動現在正在逐漸滲透到消費者和工業領域，因為只有通過更加了解功耗才能保證供電的連續性。

電子產品通過提供監控和控制電力分配和消耗所需的解決方案，行業將在智慧能源中發揮重要作用，具有更細的粒度。