在智慧城市和物联网的推动下，智能电表的升级步伐一直就没有停歇过。

早在2017年，国网就提出过“双芯”智能电表的研发。从2019年开始，包括国家电网在内的多个行业相关方密集讨论了有关下一代智能电表的技术、功能、标准等细则。2020年8月份，国家电网出台了智能电表新标准IR46，有望推动现有电表的升级改造和存量大规模轮换。
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中国的电能表经历了机械式电表、普通电子式电表、预付费电表、智能电表四代的发展，下一代智能电表将在传统的计量业务之外，搭载更多的功能，可实现系统内业务(运维支撑、计量、有序用电管理)和泛在业务(全域电气消防、新能源接入、能效管理、水气数据采集、居室防盗、储能管理、其他应用等)。
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目前，我国2010-2017年投运的电表已开始进入密集更换时期。2021年，国网智能电表招标量达到6720多万台，较2020年增长29%。

泛在电力物联网驱动，新一代智能电表开启“双芯”模式

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IR46新标准取消了不带通信模块、电池不可换的表型，同时增加通信（无线、蓝牙）、遥控（部分将增加微型断路器）等功能与要求。新电表不仅有计量功能，还需要支持一些管理功能。基于IR46理念的“双芯”智能电表，要求新一代智能电表采用“计量芯”和“管理芯”的双芯模式。
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▲ 图1：IR46双芯智能电表设计结构

. i. `( M( R% M% _$ K; i4 ^1 t新一代智能电表为何要在新一代智能电表中，加入计量和管理功能？其背后的巨大驱动力量是势不可挡的泛在电力物联网。

▲ 图2：智能电表在泛在电力物联网建设中的应用场景

国家电网提出，2021年初步建成泛在电力物联网，第二阶段到2024年建成泛在电力物联网。感知层是泛在电力物联网的基础层和数据源，对发电、输电、变电、配电、用电等多个能源体系环节实现全面感知，进行精细化管理，便于定点监控，以提高新能源消纳、发电效率，工商业用户用能效率，加快实现电器和家电制造商节能降耗。电网智能化与信息化对电表等终端提出了新的要求和挑战。
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智能电表是典型的感知层终端，是故障抢修、电力交易、客户服务、配网运行、电能质量监测等各项业务的基础数据来源。双芯的设计实现了电能计量与电能管理在硬件上的分离，这为未来新需求下软件升级留足了操作空间。
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/ q6 j$ B9 M1 Q6 u( p+ u9 b) Q新一代智能电表在保证基本计量功能稳定、准确、可靠的前提下，从技术角度进行增强，增加了更多的灵活性、安全性以及可扩展性，以此来满足智能设备的接入，实现设备数据的感知、采集和控制功能，从而不断适应能源互联网的建设需求以及日益多样化的服务需求，从多个方面提供了强有力的大数据支撑。
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新一代智能电表对用电信息进行精细化分解，提升用户安全智慧用电水平，指导用户科学有序用电、节电，跟进国家在低碳环保、节能减排的整体方针，促进用户与电网的友好互动。
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电表行业巨变，新一代智能电表焕新颜

1 g9 U/ R% D, q: G* z未来的智能电表已远非现在的模样，它更像个小型电脑，更加智能，有更多的存储、通信和感知、监测和管理能力，可归纳为以下七大特点：

首先，对大容量存储的需求激增。每个独立的模组都需要分配相应的存储空间，保存关键计量数据，能够存储长达一年的分钟级计量数据。
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; C( @- t0 d4 p9 s- m0 M! C) N第二，实现低功耗与高性能的平衡。随着智能电表的功能增多，势必会需要更高性能的控制芯来处理这些功能，但是智能电表的基数如此之大，对于低功耗性能同样也需要严格要求，以期实现高性能与低功耗之间的平衡，实现节能减排的要求。

2021年新上市的超低功耗系列STM32U5拥有优异的低功耗性能，是STM32的低功耗旗舰产品，采用ARM-V8架构的Cortex-M33®内核，在安全性以及高性能上表现出色。
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▲ 图3：基于STM32U5的IR46智能电表控制芯框图示例

▲ 图4：STM32U5的低功耗及安全性能适合计量仪表场景

第三，支持更多样化的无线通信技术。除了以往常用的RS485, CAN等有线通信，还增加了更多的无线物联网通信技术，比如：
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4 R, w: H# z; l! w·BLE实现了数据的读取、无线配置等功能。
' G* M/ s2 i5 g. K, I8 |·NB-IOT，LoRa实现了远程的抄表，指令下达等功能。
- F, U3 \, o& e3 R0 }6 W; K: c·增强了智能电表的实时数据处理和传输能力，能够更好的实现能耗分配优化。


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STM32五大系列中的无线型微控制器包括STM32WB和STM32WL两个系列，可以无缝支持智能电表的 BLE和LoRa通信。
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' D! y6 _  N* d; h适用于无线短距离通信的STM32WB系列支持2.4GHz频段，包含BLE5.2®, ZIGBEE3.0® ,Openthread®等多种通信协议。该系列采用双核架构，Cortex-M4®控制核用来处理事件，特有射频协处理器Cortex-M0+®核则“专职”处理射频相关功能，双核架构除了可以带来更好的实时处理能力之外，还可以实现更好的安全性能（双核硬件隔离）以及更低的功耗性能。得益于BLE技术的导入，STM32WB系列产品可实现OTA升级、缴费、参数配置等多方面的扩展服务，被智能电表行业用户广泛认可。

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▲ 图5：STM32WB系列架构图解

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▲ 图6：STM32WB系列可支持多种短距离通信协议

面向无线远程通信的STM32WL系列支持Sub-GHz频段，包含LoRa®，Sigfox®，M-bus®等多种通信协议。作为全球首款支持LoRa®的SoC解决方案，得益于STM32WL系列在集成度，频段覆盖，内部资源等方面的优异特性，不仅可大大降低了PCB的占用面积，因其支持全球全频段的覆盖、内置的双路PA等优势，也可大幅降低BOM成本。
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▲ 图7：STM32WL系列架构图解

▲ 图8：STM32WL系列支持多种长距离通信协议，其中LoRa应用

第四，对宽范围负载电流进行精准计量，以满足新能源电动汽车等大功率、宽范围负载的计量需求。

第五，拥有对用电异常感知的监测功能，增加了更多的传感器来实现对电网、电表以及用电的异常事件的故障定位、主动上报功能。

这一功能与嵌入式AI应用场景高度耦合。STM32Cube.AI是广泛使用的STM32CubeMX配置与代码生成工具，可在STM32微控制器及微处理器上使用，可以自动转换和优化预先训练的神经网络模型并将生成的优化库集成到用户项目中。NanoEdge AI Studio是一款面向嵌入式开发人员的实用程序，可以在同一设备上进行学习和推理。这两款AI工具，为STM32在无线抄表和设备异常检测等应用场景中赋能。

▲ 图9：STM32Cube.AI 可支持边缘AI应用场景

第六，功能可扩展性以及操作系统的应用，满足了对终端处理能力、性能以及冗余设计的要求。
4 l& p0 U& }+ b# g" s# ]6 ]第七，系统安全性、可靠性的需求提高。

一方面，智能电表需要对敏感信息、敏感数据的传输进行防护，STM32提供了大量的功能安全和信息安全方面的功能特性，可以为设备性能和数据安全保驾护航；

▲ 图10：STM32Trust为信息安全赋能

5 u3 O) H" [7 u- x9 o另一方面，智能电表7*24小时的长时间运行需要更高可靠性，STM32工业级MCU的品质保证得到了完美诠释。
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▲ 图11：STM32功能安全检测为产品可靠性保驾护航

保电护航，STM32深入电表延伸场景

& {3 l( U; Y; A& g# K) L4 e/ ]+ j新一代智能电表应用中，除了电表本身，还有大量的采集器，集中器，DTU，微型断路器等产品，都属于新一代智能电表的范围之内。STM32通过其广泛的产品线、强大的生态系统以及为电表度身定制的解决方案和服务，在推动新型智能电表应用方面扮演了重要角色。
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5 f/ }: o; ?% ^( B: w依据国网电科院13规约中的集中器型式规范，低压集中器按功能分为集中器I型和集中器II型。两种型号在尺寸、显示、通信接口等性能要求不同。
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STM32在集中器I型和集中器II型均有适用解决方案：


STM32MP1系列是“可以跑Linux的STM32”，在集中器和DTU/FTU市场上应用广泛。该系列具备双核/三核异构架构，主频高达800MHz，Cortex-A7核运行Linux，主频为209MHz的Cortex-M4内核进行实时应用处理，高度契合 I型集中器的应用需求。

▲ 图12：基于STM32MP1的I型集中器框图

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▲ 图13：STM32MP1产品系列选型

6 a9 e2 p- F( P1 U针对II型集中器的规范需求，STM32可提供基于STM32F4的成熟解决方案。
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▲ 图14：基于STM32F4的II型集中器框图

微型断路器可为电气设备提供可靠的过载和短路保护，确保设备安全可靠运行。

超高性价比的STM32G0系列采用了全新的设计平台，减少电源对的使用，在相同封装下可以提供更高的GPIO使用率（高达93%）；其SON-8, TSSOP-20的小型封装，非常适合小型化产品的使用需求；支持最高环境温度125°，完全可以满足断路器的使用要求。
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▲ 图15：基于STM32G0的微型断路器框图

▲ 图16：STM32G0选型指南

STM32生态助力电表开发设计快速迭代

产品全、生态好、本地资源丰富，一直以来是STM32拓展市场的三大法宝。
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; a7 {" i7 p# B, p/ S& s- TSTM32历经15年的不断探索和发展，坚持多平台迭代更新，各平台之间即互相补充又具备可移植性的产品策略，拥有5大产品系列、18个子系列、近2000个产品，涵盖微处理器、高性能MCU、主流MCU，超低功耗MCU以及无线MCU，可满足电表行业多种应用场景。
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▲ 图17：STM32产品全景图

电表新标准IR46提升了行业门槛，新一代智能电表的功能模块更多、技术难度更高，STM32通过丰富、可延续的生态系统帮助表计客户快速实现技术迭代。

从软件生态来说，STM32的多平台演进始终基于STM32生态系统，代码的复用性、延续性及易用性很高，减少客户开发周期和难度，降低重复工作量。

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从硬件生态来说，STM32提供了大量硬件开发板资源。从简单灵活的Nucleo板，到关键功能验证的DK板，再到全功能评估的Evaluation板，应有尽有。

▲ 图18：STM32生态概览

STM32中国团队非常重视本地化资源建设，为用户提供了大量技术资料，通过年度STM32峰会和全国研讨会、线下面对面的培训和动手实验、线上培训视频课程、社区/技术论坛等多种方式，最大程度地贴近用户。
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▲ 图19：STM32本地化资源

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