Ormai è chiaro, i tradizionali contatori per utenze acqua e gas hanno le ore contate. La trasformazione della contabilizzazione sta per iniziare e tutti i produttori di silicio e sistemi integrati sono al lavoro per analizzare le reali necessità di questo mercato, uno dei più promettenti del momento.
L'Italia ha avuto un ruolo decisivo nella transizione verso la contabilizzazione smart: siamo stati i primi a implementare su larga scala - più di 30 milioni di installazioni - un contatore intelligente per l'energia elettrica gestito da remoto. Conseguentemente, il fermento intorno ai contabilizzatori per gas e acqua promette nuove sfide sia per il mercato italiano sia per quello europeo.
Realizzare oggi uno smart meter in Italia significa progettare un contabilizzatore di gas naturale o acqua: il primo forse più regolamentato, il secondo ancora un po' “libero”, in quanto ogni ente locale può ancora decidere autonomamente e implementare la propria scelta senza che sia necessariamente compatibile o allineata con il mercato. Le due applicazioni, gas e acqua, analizzate ad alto livello, sono molto simili e, volendo, anche molto portabili tra loro: una proprietà che sicuramente incuriosisce chi da anni lavora in uno dei due settori e vuole espandere i propri orizzonti. Vediamo più in dettaglio a cosa ci riferiamo.
Gas meter e l'unità di elaborazione
I gas meter sono ad oggi composti principalmente da un'unità di elaborazione, un sistema di comunicazione (tipicamente a radio frequenza), un sensore, un'antenna, un display per mostrare localmente le informazioni principali e una batteria. A questo punto diventa importante l'aspetto normativo che, definito dal Cig (Comitato Italiano Gas), determinerà gli standard, le frequenze di comunicazione e la tempistica. Una delle scelte più probabili sembra essere la comunicazione a 169MHz con protocollo W-MBus (Wireless M-Bus). L'unità di elaborazione serve, appunto, a elaborare le informazioni fornite dal sensore (per acqua o gas che sia), a gestire il display e a comunicare le informazioni al concentratore, nella forma più appropriata, tramite la porta RF. Per fare tutte queste operazioni al meglio, alcuni fornitori di microcontrollori hanno sviluppato nuovi concetti, atti a ridurre i consumi e mantenere attive delle funzionalità. In particolare ci riferiamo a periferiche autonome e a bus di concatenazione. Quelle autonome, sono periferiche opportunamente riviste per ridurre i consumi in modo attivo e sono in grado di operare senza l'intervento della Cpu, dotate quindi di un'intelligenza locale per eseguire operazioni preconfigurate. I bus di concatenazione invece, sono interni ai microcontrollori e permettono alle singole periferiche, siano esse analogiche o digitali, di comunicare tra loro e di attivare altre periferiche che beneficiano del lavoro fatto dalla precedente. Si consentono così operazioni complesse, senza l'intervento della Cpu. Un risultato che qualche anno fa era solo un sogno per i nostri progettisti. È il caso di Energy Micro, l'azienda norvegese che con una line-card di ben 240 Mcu ultra low power con tagli di memoria flash da 4KByte a 1MByte e package da 24-pin a 120-pin, fornisce ai progettisti gli strumenti per realizzare contatori potenti (basati su core Arm Cortex M0+, M3 e a breve M4F), parsimoniosi e soprattutto efficienti. Altro fornitore di tecnologia è sicuramente Silicon Labs, che ormai da anni realizza Mcu low power con core Risc 8051 compatibile. Recentemente ha rilasciato una nuova famiglia di Mcu basata su Arm Cortex-M3 dedicata al mercato del metering, chiamata Metron32.
Frequenze e nuovi progetti
169 Mhz è una frequenza Ism, recentemente liberalizzata, che promette ottime prestazioni nei tipici ambienti di installazione di un contatore gas (all'interno di box metallici o di cemento armato) o acqua (tipicamente in un pozzetto sotto il piano stradale). W-Mbus è un protocollo standard, con vari modi di funzionamento, già ampiamente utilizzato nel settore, nella sua variante filare (MBus appunto). Una volta liberalizzata questa frequenza Ism, i più importanti player del settore hanno sviluppato soluzioni proprietarie. Degna di nota è sicuramente la proposta di Silicon Labs che, sulla scia dei prodotti presenti già da anni nel mercato, ha lanciato una nuova versione ad alte prestazioni, come evoluzione della famiglia EZRadioPRO. Oltre al supporto per i 169 MHz offre prestazioni di punta: elevata sensitività in ricezione (-126db) e alta potenza di trasmissione (+20 dbm), migliorata selettività e blocking (rispettivamente 58dB con canale di 12.5 KHz e 84 db con 8 MHz di offset), reference design per potenze maggiori - in questo caso il limite dello standard per questa frequenza, +27dbm, è raggiungibile con un semplice transistore esterno - e bassi consumi in ricezione (10/13 mA) e in trasmissione (18 mA a +10 dBm e 70 mA a +20 dBm). Analizzando il bilancio energetico dell'applicazione, anche se i vantaggi portati dalla tecnologia Silabs sono evidenti, la parte di comunicazione gioca sempre un ruolo influente nella scelta della batteria e quindi nella sua durata. In queste applicazioni, infatti, la vita media attesa della batteria, senza interruzioni, dovrebbe garantire 15 anni di funzionamento tipico (almeno 1 trasmissione ogni 24 ore): un risultato possibile esclusivamente scegliendo opportunamente tutti i componenti del sistema. Un accenno merita anche l'analisi dell'antenna, che per queste frequenze non può avere dimensioni troppo ridotte e deve garantire prestazioni elevate e un facile e veloce montaggio meccanico. Una pessima antenna spesso annulla tutti gli sforzi precedenti, rischiando di dover ritrasmettere o incrementare le potenze di trasmissione e influenzando così la vita del prodotto. Smarteq Wireless, azienda svedese specializzata in antenne di alta qualità, sta affrontando questo mercato con svariate soluzioni in grado di rispondere a tutte le esigenze tipiche dell'applicazione. Infine, per completezza di informazione, dietro al Meter è previsto un concentratore in grado di connettere il singolo contatore con il sistema centrale e completare così un ramo della catena Ami (Advanced metering infrastructure).
La comunicazione a lungo raggio prevede sistemi Plc (Power line communication) o in tecnologia cellulare (2G, 3G e oltre). I primi, già ampiamente utilizzati nel mercato Italiano, sono basati su tecnologia Echelon. Altri, di nuova concezione, sono sviluppati da Maxim su tecnologia G3-Plc. I secondi invece, sempre più piccoli, integrati ed economici, permettono di trasferire dati senza limiti. L'azienda canadese Sierra Wireless fornisce un supporto completo, dal semplice e miniaturizzato modulo WS6318 (Gsm/Gprs) alla famiglia SL, che vanta una grande ricchezza funzionale, fino alla soluzione Lte per il nuovo standard a banda larghissima. Nell'intento di supportare le aziende che vogliono cimentarsi in questi sviluppi, Avnet Memec offre un'esperienza consolidata nello sviluppo di soluzioni verticali per il mercato globale, con una linea completa di dispositivi e con un team di esperti dedicati ai prodotti e in particolar modo al mercato del Metering. Come già sottolineato, l'Italia gioca un ruolo importante in questo mercato: la prossima scadenza si avvicina. Entro il 2016 l'80% dei contatori gas dovranno essere sostituiti con moderni ed efficienti smart meter. In un mercato così promettente Avnet Memec intende proporsi come il partner di riferimento.
