无线M-Bus为何能使智慧仪表应用普及

智慧型仪表的市场正随着社会的发展不断的演进，而M-Bus能加快智慧型仪表的应用普及，推进智慧型仪表的发展，所以随着物联网的不断发展，无线M-Bus将是大势所趋。

　　无线M-Bus将推进智慧型仪表市场发展。因应智慧能源发展趋势，半导体业者已积极投入M-Bus相关晶片、软体堆叠及模组布局，如推出整合超低功耗MCU与能sub-GHz无线IC的单晶片方案，可望加速智慧型仪表应用普及。

　　随着无线感测器网路、智慧型仪表、居家自动化装置和穿戴式电子产品暴增，物联网(IoT)这个名词也备受瞩目。物联网横跨了智慧电表和市区照明等长程户外网路，以及可联网住家、住宅保全系统和能源管理的短程室内网路。

　　物联网的连结
　　
　　无线连结和标准型软体协定为物联网提供了至关重要的使能技术(Enabling Technology)，有个不错的例子是智慧型仪表系统的无线连结。近年来所出现对智慧型仪表zui有用的无线协定之一就是无线M-Bus(Meter-Bus)，它被广泛运用在欧洲各地的仪表应用中。

　　无线M-Bus探析
　　
　　M-Bus是以欧洲智慧型仪表通讯的标准为基础。这种连结可以是有线或无线，该标准则是在规范智慧型仪表和资料搜集器之间的通讯链结(图1)。该标准也应用在暖气费用分配器和临时或静态的远端抄表装置上。

　　无线M-Bus是M-Bus标准的无线版，存在了超过10年，并持续在欧洲各地的多项布建中成长。以sub-GHz频段(169MHz、434MHz和868MHz)为基础，无线M-Bus采用的是简单的星形网路组态，协定则是针对智慧型仪表装置的需求来优化；相较于高频率(如2.4GHz)，sub-GHz频率能发挥较好的传送特性。长程传送可以使无线电波送达难以触及的无线地点，像是安装在地下的设备，或是在多道墙面和障碍物背后的仪表。

　　IP定址和网状网路并未被规范在该标准中，虽然仪表可个别定址，并且/或许能支援中继或路由某些模式的讯息。较低的资料速率和小封包尺寸可支援以小型软体堆叠来施作的低功耗、长程解决方案；低功耗对水表和瓦斯表至关重要，因为它们是靠电池来带动，并须要稳定运转10年以上。

　　该标准所要求的频率、调变(以FSK为基础)和频宽，使它在谱频上比通行的谱频型协定要来得有效率。底层技术可向多家供应商取得，而且*是标准型，所以它在市场上是非常具竞争力的解决方案，并有利于消费者。这些因素加起来，无线M-Bus在欧洲便成了具成本效益的智慧型仪表连结解决方案。

　　无线M-Bus仪表解决方案实作
　　
　　从半导体元件、软体堆叠到模组，无线M-Bus仪表解决方案有多个现成的选项。能无线M-Bus解决方案*的核心元件包括低耗能微控制器(MCU)、可以卸载主处理器的能sub-GHz收发器，以及提供弹性来支援各种无线连结要求的模组堆叠架构。在设计和组构仪表系统时，还必须要有全套的开发工具。

　　关于无线M-Bus堆叠和OSI模式的高阶比较，并突显出堆叠所要求的层次较少；依照模式和装置类型，堆叠大小可实作在小于32KB的Flash中。在Flash和RAM的要求降低下，这等于减少了微控制器解决方案的成本。应用层是由使用者来界定，或许也会采用OMS、DSMR、DLMS/COSEM或其他任何自订的应用层。开放的硬体抽象层(HAL)能为周边装置从事低阶的硬体组构，像是GPIO或UART的鲍率。这种模组架构能以zui大的弹性来支援各式各样有共同堆叠版本的装置。例如芯科就为无线M-Bus应用提供了全套的平台解决方案，其中包含由Stackforce公司所开发的优化软体堆叠，以运用在芯科基于ARMCortex-M0 、M3和M4核心为基础的EFM32微控制器上，以及EZRadioPRO的sub-GHz无线收发器上。高度整合、体积小巧的EZR32无线微控制器平台把无线堆叠、微控制器和收发器结合为单一晶片解决方案，很适合空间有限的无线型设计。

　　微控制器和无线电很重要的是，要能支援各种低功耗模式，像是休眠和待机，并能快速苏醒来处理送抵的封包，这对使用电池供电的仪表尤其重要。另一个硬体考量则是对周边装置的支援，以及能自主运作而延长电池寿命的感测器介面。

　　无线M-Bus关于智能电网的应用

　　智能电网方案的关键组成部分是智能仪表——具有自动抄表(AMR)功能的电表、煤气表和水表。它引入了本地仪表与公用事业公司之间的双向通信概念。使用这项技术，能源供应商一方面能够向能源消费者发送消费者账单，另一方面能够实现远程维护。

　　具有通信功能的智能计量系统的优点之一是能够使用实时计量数据来分析每一个消费者的能源消耗模型和峰值能源需求。公用事业公司和消费者都能利用这些信息。公用事业公司可提供动态变化的高峰时段和非高峰时段费率。消费者可安排在非高峰时段运行较重的负载，从而受益于较低的费率。公用事业公司受益于没必要运行仅在高峰时段产生电能的发电厂，因而提高了系统效率。此外，自动数据收集减少了公用事业运营商的本地抄表工作，以及人为错误。

　　智能仪表和能源供应商之间存在各种不同的网络拓扑和连接方式。智能仪表能通过射频(RF)或电力线通信(PLC)，与本地数据集中器交换数据，而本地数据集中器通过GPRS与公用事业公司实时通信。对于AMR的实施，有各种标准可供选择。

　　无线M-Bus将为大势所趋

　　随着高度整合、超低功耗的平台以及具成本效益的价位变得越发广泛，智慧型仪表的市场正迅速演进，世界各国都订立了时程，数以百万计的智慧型仪表在不久后的将来就会上路。欧洲可望大量布建无线M-Bus，有很多区域也已在实地试行。

　　超低功耗的微控制器和能的sub-GHz无线IC，加上支援多种协定的弹性架构，将发挥带头作用，使智慧、连结与节能的仪表应用能为消费者和公用事业单位节省宝贵的天然资源。北京富瑞恒创科技有限公司。