低功耗RS485在水氣熱表之應用優勢
- 尤嘉禾
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智慧型計量表皆有內建數據傳輸功能，可將計量表採集資料利用數位編碼即時傳送到集中器，再回傳給監控單位。一般傳輸概分有線與無線2種，無線傳輸具有免佈線成本的優點，然而無線傳輸易受電磁波與地形地物干擾，而影響傳輸穩定性，因此有線傳輸是必要選項。
有線傳輸顧及佈線方便性多採用串列傳輸，而集中器到各計量表屬於點對多點(Point to Multi-Point)傳輸網路，目前以RS485與M-Bus這2種通信方式為主。
RS485通信接口
RS485標準採用兩線平衡式發送、差分式接收的接線方式，具有抑制共模干擾的能力，加上匯流排收發器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故可以長距離傳輸信號，依照標準在同一匯流排上可以掛載32個結點，最大傳輸距離約為1200米，最大傳輸速率為10Mbps。
由於RS485通信接口具有低成本、可靠度高及抗干擾能力強等諸多優點，廣泛地應用於工業控制之數據傳輸系統，亦成為目前智能電網中智慧型電表的基本通信接口。
M-Bus通信接口
M-Bus採用主從式(Master-Slave)通信方式，主機(通常是集中器)可對從機(通常是計量表)的數據進行採集，然後再傳遞至監控單位。M-Bus通信接口亦是2線接線方式，依照標準若採用0.8mm2雙絞線在同一匯流排上可以掛載250個結點，最大傳輸距離約為350米。與RS485通信接口最大差異是計量表可透過兩條傳輸線進行遠程供電。
傳統RS485芯片與M-Bus芯片比較
由於M-Bus是針對水、氣、熱計量所推出的標準，將RS485應用於水、氣、熱計量可能造成的缺失做了改善。但也因此付出了一些代價。條列如下：
1. 由於M-Bus下行與上行採用不同傳輸方式，因此主、從機芯片架構亦不相同，故芯片無法共用，而RS485芯片則無此問題。
2. M-Bus從機芯片之電源來自匯流排的信號線，故需要電路將信號線做整流濾波，與電壓調整電路(Voltage Regulator)，將電源電壓轉換成內部電路需要之電壓，這些額外電路都造成芯片的成本增加許多。
3. M-Bus主機芯片須提供電源給各從機計量表，當匯流排上的從機掛載多個時，主機芯片傳送端電路須有很強的電流驅動能力，才能維持各從機電源的穩定。而計量表的電流消耗主要包含有感應器、微處理器與通信接口等，因此水、氣、熱計量表設計思維皆要以低功耗為優先。
4. 不論工業或馬達控制、數位或大樓監控都以RS485做數據傳輸，廣泛應用於各領域，尤其智能電網中智慧型電表更以RS485作為基本通信接口，對於各種情況下之佈線技術成熟，而M-Bus是針對水、氣、熱計量推出的標準，網路佈建僅限於初步階段。
5. 政府對於能量的維護、管理與營運，除了水、氣、熱計量外還有電的計量，目前智能電網採用RS485當作基本通信接口，若水、氣、熱計量之智能網路也採用RS485當做通信接口，有助於各網路資訊集中採集與監控，實現未來4網合一。
傳統RS485芯片與M-Bus芯片之規格比較，歸納如表一所示。對於傳統RS485芯片以現有規格應用於水、氣、熱計量之智能網路，不論在匯流排之從機結點數量、RS485芯片靜態電流消耗量、或因信號線之極性影響佈線施工方便性考量方面，都有極大的改善空間。
新一代與低功耗RS485芯片
晶焱科技有鑑於水、氣、熱計量之計量表要以低功耗為優先考量，加上通信接口芯片佔了計量表1/3的功率消耗，於是推出低功耗RS485芯片：將靜態電流大幅降低至0.06mA。並將無極性功能內建於芯片中，只要芯片一上電就即時完成極性的偵測、判斷，然後進行極性的校正，施工上不需注意匯流排上信號線之極性，大大提升佈線的方便性。因此新的低功耗RS485芯片，更適合智慧型計量表的應用。
目前各國積極佈建智能電網，而電網中智慧型電表已採用RS485作為基本通信接口；故可藉由新一代與低功耗RS485芯片產生，將水、氣、熱計量的採集、監控與智能電網完全整合在一起，共享網路硬體設備，以實現4網合一的未來趨勢，如圖一所示。(本文由晶焱科技吳思賢資深經理提供，尤嘉禾整理)
