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前言

智能表計是智慧城市的典型應用。目前，水、氣、電、熱表廣泛應用于城市居民生活、工礦企業(yè)生產中。由于應用環(huán)境比較復雜，計量不準確，數(shù)據(jù)更新不及時，造成非常嚴重的浪費，同時也非常不方便，傳統(tǒng)表計已經不適應社會的發(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，管道異常等進行監(jiān)測上報。隨著技術的進步和智能化改造，智能表計行業(yè)踏上了數(shù)字化變革的新賽道。

智能表計市場應用增長

當前5G、大數(shù)據(jù)、人工智能和工業(yè)互聯(lián)網等領域為主題的新型基礎設施加速實施，物聯(lián)網成為下一代信息產業(yè)發(fā)展的制高點和經濟增長的驅動力。當前智能表計市場發(fā)展非常搶眼，在水、氣、電、熱表計中，產品覆蓋率已經超越傳統(tǒng)表計。其中，智能電表的覆蓋率達95%以上，智能水表則在50%以上，智能燃氣表也在60%以上。智能表計在物聯(lián)網的賦能下，由傳統(tǒng)機械表轉向智能表，并且在住宅建筑、商業(yè)和工業(yè)等領域已經得到大力推廣應用，呈現(xiàn)快速增長趨勢。

國民技術方案開發(fā)部執(zhí)行總監(jiān)趙永剛表示，隨著表計產品使用年限到期，將持續(xù)進行更新?lián)Q代，預計再經過一次的換代，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)的機械表快速的向具備通信能力的智能水熱氣表轉變。我國智能表計市場正步入高速發(fā)展期。

智能電網時代，智能表計的創(chuàng)新應用

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

在智能電表應用領域，國民技術N32家族MCU助力客戶實現(xiàn)了許多應用創(chuàng)新，如電表協(xié)議轉換模塊。此應用方案使用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)和進行數(shù)據(jù)轉換，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，能保護用戶數(shù)據(jù)和算法安全，防抄襲，而且方案的擴展性強，數(shù)據(jù)業(yè)務廣、采集精準，可適用于各種智能電表管理。

上海復旦微電子集團股份有限公司（簡稱“復旦微電”）作為智能燃氣表MCU的主要供應商之一，和行業(yè)里主要客戶均有合作。目前FM33G0系列、FM33LG0系列已經在智能燃氣表產品上大規(guī)模應用。復旦微電技術市場經理王鵬表示，這幾年物聯(lián)網智能燃氣表發(fā)展迅速，其中遠傳方式以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）在表計中有許多應用場景，如傳統(tǒng)的預付費非接卡表用的就是NFC讀寫器和標簽。意法半導體作為RFID和NFC技術的先行者之一，提供了廣泛的HF RFID/NFC產品，覆蓋了所有NFC應用的需求，有豐富的生態(tài)系統(tǒng)支持。ST25DV作為一款ST NFC的明星產品，可以為智能表計提供更加豐富的功能。

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

其次，ST25DV有利于運營和維護，同時為終端客戶帶來便利。表計的運營和維護人員可通過智能NFC手機便捷的讀取表計運行數(shù)據(jù)、故障檢修的數(shù)據(jù)，通過手機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手機觸碰ST25DV，快速訪問網頁，登錄付費系統(tǒng)查詢付費或者注冊保修。除此之外，表計裝備ST25DV后無需額外的物理開窗和物理接口，可以提高表計產品的密封性和可靠性。

國產低功耗MCU的優(yōu)化與突破

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

2016年，復旦微電推出了第一款適用于智能水熱表的低功耗MCU產品FM3316，掀起了智能水表MCU的國產化熱潮。之后隨著NB-IoT和?LoRa水表的快速發(fā)展，復旦微電又推出了多款適合智能水表行業(yè)應用的FM33LC0系列，在容量、外設、性能方面做了大幅度提升，已經覆蓋了所有智能表型應用需求，尤其是在NB物聯(lián)網表型中廣泛應用。復旦微電技術市場經理宋吉鶴表示：“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可。復旦微電緊跟市場的需求，深入調研，將給客戶提供更多產品選擇。”

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)調外圍電路達到最佳整機功耗。據(jù)小華半導體市場部總監(jiān)梁少峰介紹，小華半導體的超低功耗MCU產品具有超低待機功耗、快速喚醒時間、高效動態(tài)能耗的功耗特性，目前出貨國內第一。正是因為技術領先行業(yè)以及可靠性品質優(yōu)異，其超低功耗MCU產品已得到智能表計市場的快速認可，目前在水表市場中占有主導地位，在氣表市場中也成為主流選擇。

另外，國民技術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位處理器內核，內置嵌入式高速閃存、低功耗電源管理，集成數(shù)?；旌想娐?，并內置密碼算法硬件加速引擎以及安全單元，產品兼具安全、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的技術發(fā)展將發(fā)揮著極大的推動作用。目前，隨著國產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)。

智能表計相關的技術難題與措施

基于智能表計的應用特點，整個行業(yè)對MCU的品質和性能要求很高。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。

針對以上技術難題，國民技術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；其超低功耗性能達到國際領先水平，進一步降低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，內置時鐘安全系統(tǒng)、獨立看門狗，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)定運行；在安全方面，國民技術提供完整的“芯-端-云”系統(tǒng)級安全物聯(lián)網表計解決方案，能保障無線遠傳表計本地、云端和通信數(shù)據(jù)的安全性。

此外，意法半導體在ST25的產品線上也提供全套的生態(tài)系統(tǒng)服務，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，還有天線的設計，原理圖，layout的源文件以及設計支持。另外PC端軟件和手持設備的app代碼都是源碼開放的。王鵬飛表示：“ST還提供線上培訓以及不定期的線下培訓，幫助工程師更快的上手，加快客戶項目的研發(fā)速度。”

智能表計的市場方向

智能表計是物聯(lián)網市場的先行者。在新基建、智慧城市的推動下，智能表計產品覆蓋率已經遠超傳統(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全部份額。梁少峰表示：“MCU是賦能智能表計的核心芯片。小華半導體將持續(xù)深耕超低功耗產品，緊跟技術發(fā)展，深挖行業(yè)需求，提供更多符合智能表計需求的MCU產品。”

趙永剛認為：“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。未來國民技術將在智能表計MCU上會進一步深耕，布局更低功耗和功能更加豐富的智能表計MCU產品，為行業(yè)帶來更加優(yōu)質、可靠的產品及方案。

ST的NFC技術在非接觸式、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功能手機的普及，NFC將會越來越受歡迎。ST擁有廣泛的產品組合并將繼續(xù)投入和開發(fā)NFC技術，推出更多高性能產品，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技術賦能下的表計行業(yè)，將在智能城市建設中，發(fā)揮舉足輕重的作用。城市基礎設施的智能化改造，是智能城市升級建設的根本。在此基礎上，由5G賦能下的移動終端，將在城市物聯(lián)網化的過程中，快速實現(xiàn)場景的升級。

結語

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、技術等利好因素，當前智能表計行業(yè)正迎來更新?lián)Q代的轉型升級期，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)新機會。智慧城市的建設和政策的引導，不僅為NB-IoT、NFC等技術的發(fā)展提供了商業(yè)應用環(huán)境，同時也為表計行業(yè)的轉型升級提供了視角背書和政策催化劑。未來，智能表計結合物聯(lián)網推進，智能便捷、精準可靠、安全節(jié)能的產品將會涌向市場，并且加速替代傳統(tǒng)表計。