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[原创]创新的智能能源管理:边缘节点+网关+云端的完整方案

关键词:智能能源管理 节能 网关 云端

时间:2014-09-28 16:00:53       作者:飞思卡尔公司       来源:世界电子元器件

随着中国经济的发展,办公楼、工厂以及大型公共建筑的高耗能问题日益突出。数据显示,如果不采取有力措施,到2020年中国建筑能耗将是现在的3倍以上,届时能源紧张问题将更加严峻。近几年来,安装能源管理系统实现节约能源的作法日益被人们所关注。利用先进的节能管理技术,有效监控耗能设备的运行状态,降低能源成本,实现能源管理的智能化。

飞思卡尔与上海联永信息科技有限公司联合开发的创新智能能源管理系统(Smart Energy Management System),由飞思卡尔提供关键器件和软件,以及计量的协议库,形成整个系统的各个节点,再利用联永公司的云端技术,该完整方案可有效控制和管理能源消耗,目前已开始在一些连锁酒店和商场部署和使用。

智能能源管理系统的目标应用场景

飞思卡尔市场经理孙东介绍说:“在这个智能能源管理系统中,主要利用飞思卡尔提供的智能计量模块以及一体化网关方案,将这些整合到操作系统中,使网关和各个计量模块与控制节点实现对接,利用可靠的互连互通技术,形成一个局域网络,再将用户的身份信息系统与之对接,这样就将智能能源系统和用户的身份系统、管理员、云端,以及智能家电感知、控制、计量节点都连接到一起,形成了一个完整的智能控制系统。”

在大型的建筑空间如厂房、酒店、商超等大型公共建筑中,该智能能源管理系统除了可以控制各种设备实现智能管理外,还可以发挥节能的作用。在谈到智能能源管理系统的应用时,孙东特别强调了其对大型室内空间的节能作用。

首先是能源控制,在一些大型企业中有很多厂房和很多机器,想要实现节能就要找出那些耗能较高的、不节省能源的设备来对症下药。智能能源管理系统可以将节点布置到各个不同的厂房区域,通过监测分析来“揪出”那些耗能大户。

另外,该智能能源管理系统可以布置在办公楼宇、家乐福、Shopping mall等大型公共区域中来解决能源管理的问题。因为像这样的公共环境普遍存在着电费难管理的情况,利用智能能源管理系统的节点分布,可以把每家商户分布式计量、分点结算,既解决了电费管理难的问题,又实现了能源节约,可谓一举两得。

智能能源管理系统的第三个典型应用就是酒店行业,以前酒店房客住进去随便用电用水,难免会出现能源浪费的情况。应用智能能源管理系统之后,每个房间都有独立ID,在入住之后,智能能源管理系统的计量系统就会自动启动,对房客的水电等使用情况进行记录分析。这个系统和房客的身份系统挂钩,便可将这些记录与房客信息联系起来,如果节省了能源就可以获得积分,到一定程度可以获得免费房间等奖励。“这样有三个好处,第一,对房客来说,他可以通过节省能源,最后得到免费的房间;第二,对于酒店来说,水电等能源消耗降低会大使得运营成本也随之降低;第三,不管对用户还是酒店,建立了绿色的概念、绿色的品牌,而这对于节约能源这项全民工程来说是利好的。”孙东解释道。

智能于“芯”:高精度计量MCU+灵活的处理器平台

在这套智能能源系统中,飞思卡尔向联永提供了各关键边缘感知、控制和计量节点的参考设计方案,包括关键的器件、软件、操作系统以及计量协议等。在整个系统中核心的关键器件包括Kinetis M系列MCU和i.MX 6Solo系列处理器等。MCU主要实现了高精度测量、控制与能源检测,i.MX 6Solo集成的显示、端口、接口等功能使整个系统拥有完整平台,而i.MX 6SoloLite应用处理器的评估套件则提供快速调试平台,加速整个系统的研发进程。下面我们分别来了解一下这几个组成部分的关键特性。

Kinetis M系列MCU(图2)基于低功耗ARM Cortex-M0+内核,特别适用于诸如单芯片1、2和3相电表和流量计以及其它高精度测量应用,像图1这套智能能源系统的各种前端测控系统如测控开关、计量插座、空调调温器、窗帘控制器等。

Kinetis M系列MCU包括一个由多个24位Σ-ΔADC组成的强大的模拟前端、多个可编程增益放大器,还包括低温度漂移的参考电压以及一个相移补偿器。具有丰富的安全特性,包括存储器保护单元、外部篡改检测引脚、带篡改检测的iRTC和随机数生成器,在MCU内部以及MCU与电网间提供供应商/用户数据保护功能。一个低功率段式LCD控制器,支持多达288段和8块背板。

Kinetis M系列MCU已广泛应用于燃气表和水表、相位测量单元、斜度测量、工业流量测量和控制、精密距离测量系统等工业领域以及网络测试测量领域。

Kinetis M系列MCU的特性:

• 高性能低功耗ARM Cortex-M0内核

• 24位Σ-ΔADC,具有94dB的SNR

• 高精度RTC,整个温度范围内达到+5ppm

• 带时间戳的篡改检测以及随机数发生器和存储器保护单元

作为智能能源服务入口和中心的网关(盒子)设备,联永选择了灵活的i.MX 6Solo系列处理器(图3)作为核心开发平台。具有一个运行频率高达1GHz的ARM Cortex-9内核,带有512KB L2缓存和32位DDR3/LPDDR2支持,i.MX 6Solo集成了LVDS、MIPI显示功能、MIPI摄像头端口、HDMI v1.4、FlexCAN和MLB总线,可为消费电子、汽车和工业应用提供灵活的平台。

i.MX 6Solo系列处理器可应用在汽车电子、消费电子、工业、医疗、航空航天与国防等各种领域,可灵活应用于车载信息服务、便携式导航设备、电子书阅读器、多媒体电话、打印机、智能监控器、多媒体互联网设备、人机接口(HMI)、网关(路由器)、非汽车运输费、医疗保健仪器与设备、手持式医疗/工业应用、医疗-CT扫描仪等等各种电子产品设备上。

据孙东介绍,该智能能源管理系统方案后续的延伸开发会将智能家居控制、智能能源控制、智能照明的控制乃至更多的功能集成起来,做成更强大的网关,成为一个完整的智能家居方案,目前这些开发已经在进行中,智能能源、智能控制、家庭的视频流等功能都将整合到一个网关中,而这些开发中对操作系统的成熟度,数据管理、流媒体的处理能力要求会更高,飞思卡尔i.MX6系列处理器能够完美应对这些需求,并且飞思卡尔在i.MX 6SoloLite应用处理器评估套件(图4)中提供一系列高度灵活、面向市场的开发工具,能够帮助这些开发顺利进行。

i.MX 6SoloLite评估板支持EPD和/或LCD或HDMI显示器、触摸控制、音频播放,并且能添加WLAN、3G调制解调器或Bluetooth技术。另外,设计此EVK的目的是通过支持Linux和Android操作系统,加快软件开发,从而实现缩短产品上市时间这一最终目标。

强大的中国本地技术支持

在整个智能能源管理系统方案的开发过程中,飞思卡尔向客户提供了模块方案、参考设计以及相应的协议软件,最大程度的保障了客户对整个系统的快速开发,而后续云端的管理平台交由客户自己自主设计,又保证了方案的独特性,这样的合作形式,既可以帮助客户在三、四个月内完成开发,又可以让客户根据自身的特点和需求来打造差异化的产品。

据孙东介绍,飞思卡尔中国团队将继续沿用这种solution方式来推广,降低客户开发门槛,减少开发投入,缩短产品进入市场的周期,同时飞思卡尔拥有强大的FAE和AE技术支持团队,为客户项目的开发保驾护航,加之我们的产品紧跟主流技术,每个季度都有两到三款相关新产品面市,这样可以帮助客户快速应对市场变化,抢占先机。

“飞思卡尔本地团队推出的参考设计方案广泛应用于智能电网、智能家居、白电等领域,从家电到工业控制都有渗透;不仅仅是这个智能能源管理系统,未来我们还将向客户陆续提供体现智能家庭、智能能源的概念的方案,关键模块、相关协议以及技术支持等均会继续向客户推广,我们将会与客户们共同挖掘智能家居、智能能源等新兴市场机会,共同推动这些领域的创新应用发展。”孙东最后表示。

图1 联永推出的智能能源管理系统的组成架构

图2 Kinetis M系列MCU系统框图

图3 i.MX 6Solo系统框图

图4 i.MX 6SoloLite的评估板

GEC

 

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