CZ2002510A3 - Způsob vypínání dočasně nepouľívaných funkcí elektronického sběrače spotřebních dat - Google Patents

Description

Způsob vypínání dočasně nepoužívaných funkcí elektronického sběrače spotřebních dat

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu vypínání dočasně nepoužívaných funkci elektronického sběrače dat s bezdrátovým přenosem spotřebních dat a/nebo s displejem, u kterého je přenos dat časově řízené zapínán a vypínán, jakož i zařízení k záznamu spotřebních dat k provedení způsobu.

Dosavadní stav techniky

V současné době je na trhu velký počet elektronických sběračů spotřebních dat.. Mnohé tyto přístroje nemají vyměnitelnou dlouhoživotnostnl baterii (lithiový článek) k napájení přístroje. Tak se vyskytují přístroje, které se odečítají ručně pomocí displeje (LCD/LED) servisním přístrojem přes optické nebo elektrické rozhraní nebo bezdrátově radiově. Přístroje mají přitom trvale k dispozici funkce, které se používají jen při servisu nebo k odečítání. Přístrojové funkce jsou obvykle implementovány jako software a běží v elektronické řídicí jednotce (mikrořadič nebo mikroprocesor). Každá taková funkce má svůj podíl na spotřebě proudu přístroje a tím při dané kapacitě baterie vliv na její životnost.

Většinou zůstávají u těchto elektronických sběračů dat aktivní po celou dobu životnosti baterií i funkce, které se skutečně používají jen zřídka. Měřeno příkonem mají tak zbytečně vysoký podíl na spotřebě baterií. To má bud negativní vliv na životnost baterie, nebo ovlivňuje potřebnou kapacitu baterie. Jsou to takové funkce, jako např. servisní funkce, které se používají jen při uvedení zařízení do provozu, nebo displeje nebo funkce přenosu dat, které se používají jen v okamžiku odečítání.

Protože přesný okamžik odečtu není často přesně znám, vykazují zařízení s radiovým přenosem dat značně vysokou četnost vysílání. K omezení proudové spotřeby při četném vysílání jsou známa řešení, u kterých se vysílač za účelem přenosu dat po dosažení rozhodného dne připojuje jen na určitý časový úsek (například 1x ročně na jeden den). Nedostatkem takového řešení je; zmešká-li odečitatel, který by chtěl odečíst spotřební hodnotu, např. pomocí mobilního

-2» · • « ·* · · ·« • · · • « φ φ « * ·· · přijímače dat, tento časový úsek, ve kterém je vysílač zapnut, potom musí (za určitých okolností jeden rok) čekat na novou příležitost k radiovému odečtu sběrných zařízení. Další nedostatek takového řešení s krátkodobým zapínáním vysílače v dlouhých časových odstupech je, že se dají časově blízké odečty jen obtížně realizovat. Vždy je problém, že se odečítáte! musí nacházet v radiovém dosahu zařízení ke sběru dat přesně ve fázi zapnutí vysílače. Totéž platí pro zařízení ke sběru spotřebních dat s optickým rozhraním pro datový přenos.

Téměř všechna elektronická zařízení ke sběru a záznamu spotřebních dat mají k zobrazení spotřebních a přístrojových dat displej, například ve formě LCD. Tyto displeje slouží servisnímu personálu k vizuálnímu odečtu přístrojů a uživateli ke kontrole spotřeby. Proto se nemůže displej za účelem úspory proudu jednoduše časově řízené odpojit, protože by uživateli chyběla občasná možnost kontroly. Kromě toho by uživatele velmi dráždilo, kdyby displej na určitý čas vypadl. Dosud známé způsoby s automatickým odpojením displeje máji proto na přístroji ovládací prvek, kterým může uživatel displej aktivovat. Nedostatkem takového řešení je, že se dá u sběračů spotřebních dat těžko použít, protože přístroje se montují často v těžko dostupných místech. Kromě toho se zařízení ovládacím prvkem ve vývoji a ve výrobě nepotřebně prodražuje, slouží-li ovládací prvek pouze k aktivaci displeje. To by byl případ například elektronických rozdělovačů topných nákladů s drátovým nebo bezdrátovým přenosem dat. U jiných druhů zařízení (například procesorů pro jízdní kola) je zapínání a vypínání displeje závislé na postupu počítání. Jakmile dojde k inkrementaci, aktivuje se displej automaticky. Tento způsob se nedá u sběračů spotřebních dat popsaného druhu použít, protože i malý nebo žádný přírůstek spotřeby představuje informaci, která slouží kontrole uživatele. Kromě toho nelze od odečitatele očekávat, aby čekal na přírůstek spotřeby, aby mohl na přístroji provést odečet.

Podstata vynálezu

Úlohou vynálezu tedy je navrhnout u sběračů spotřebních dat možnosti efektivní úspory proudu, aniž by to znesnadňovalo odečet dat nebo omezovalo komfort uživatele.

9

-399 9 .J .

♦ ♦ • ·

9

9

Tato úloha je v zásadě podle vynálezu vyřešena způsobem bezdrátového přenosu dat uvedeným v úvodu tak, že zapínání a vypínání závisí na dni v týdnu a/nebo denní době. Podstata vynálezu spočívá v myšlence, že se bezdrátový přenos v určitých opakovaných časech nepoužívá. Vychází se například z toho, že vzhledem k stanoveným pracovním dobám se neprovádí odečet o svátcích a v noci. Pomocí řízení času je možné vysílací provoz v těchto časech odpojit. Vhodným řízením času je možné vysílání dat například ráno v 6,00 hodin zapnout a večer ve 20,00 hod. vypnout. O nedělích se vzhledem k regulaci svátků nemá vůbec vysílat. V tomto příkladu vzniká úspora 6x10+24 = 84 hodin týdně.To znamená omezení o asi 50% oproti 24-hodinovému trvalému provozu.

Aby se vyrovnaly nepřesnosti časovačů vzniklé stárnutím, vlivem teploty a výrobními tolerancemi, předpokládá vynález, že se časový okamžik zapnutí datového přenosu denně o zvolený časový úsek posune dopředu a časový okamžik vypnutí denně o zvolený časový úsek dozadu.

Za účelem jednoduchého parametrování se mohou časové okamžiky zapnutí a vypnutí datového přenosu a/nebo nastavitelné časové úseky v sběrači spotřebních dat s výhodou volně nastavit, zvláště pomocí programování přes servisní rozhraní a/nebo ve výrobě.

Podle jiné varianty navrženého způsobu se u elektronických sběračů spotřebních dat s displejem k řešení dané úlohy navrhuje, aby se displej zapínal nebo vypínal v závislosti na proměnných prostředí sběrače spotřebních dat, zvláště podle jasu a/nebo pohybu. Může-li sběrač spotřebních dat zjistit, že je v jeho okolí tma nebo nedochází k žádnému pohybu, je možné předpokládat, že se displej nepoužívá, protože se nikdo v jeho blízkosti nezdržuje. Úspora proudu je potom zvláště velká, nachází-li se displej v temných místech, případně ve sklepní kotelně, komoře nebo podobně, jak tomu často bývá. Aby se ušetřila příslušná část proudu z baterie, může se například po nedosažení mezní hodnoty jasu nebo po delší době po kterou nebyl zjištěn pohyb, displej deaktivovat. K tomuto zjištění se používá jen čidlo prostředí (optické čidlo nebo pohybové čidlo).

-4Aby nedocházelo k pravidelnému Často opakovanému měření, mohou se proměnné prostředí podle vynálezu měřit řízené podle výskytu událostí.

K dosažení zvláště velké úspory proudu je velmi výhodné oba způsoby podle vynálezu kombinovat.

Dále se předložený vynález týká sběrače spotřebních dat s řídicím blokem, zvláště pomocí mikrořadiče nebo mikroprocesoru, který obsahuje časové řízení a/nebo měřicí systém k měření proměnných prostředí, zvláště jasu a/nebo pohybu, přičemž řídicí blok je uzpůsoben technicky programově k provedení alespoň jednoho předepsaného způsobu.

U jednoho přednostního způsobu provedení předloženého vynálezu vykazuje měřicí systém sběrače spotřebních dat k měření jasu optický přijímač vhodný rovněž k optickému přijmu dat, zvláště infračervené čidlo a analogově-digitální konvertor. V tomto případě je možné stavební prvek použít jak jako čidlo jasu, tak také k přenosu dat, takže je možné ušetřit dodatečné náklady.

Přehled obrázků na výkresech

Dále budou způsoby podle vynálezu podrobně popsány na příkladech provedení a na obrázcích. Přitom z popisu a/nebo z vyobrazení vyplývají další přednosti a význaky vynálezu, nezávisle na jejich shrnutí v nárocích nebo jejich zpětných vztazích.

Zde značí:

obr. 1 zapínací a vypínací časy přenosu spotřebních dat v průběhu dne a týdne pro baterii s životností 10 let a obr. 2 typickou konstrukci odeslaných radiogramů.

Obecně vzniká i u sběračů spotřebních dat potíž vtom, že u určitých, zřídka používaných přístrojových funkcí není známo, kdy budou použity. Proto se takové funkce také nevypínají. Na této myšlence spočívají navržené způsoby.

Elektronické sběrače spotřebních dat s radiovým vysílačem se často používají k odečtu zvanému Walk-ln, Walk-By nebo Drive-By. Přitom data sběračů odečítá

I • ·

-5• · # · · • · · · • · « »·· *·· ···· servisní personál pomocí mobilního radiového přijímače z vozidla (Drive-By) při průjezdu okolo nebo pěšky (Walk-By) při pochůzce, aniž by bylo nutné vstupovat do odečítané budovy. U tohoto způsobu odečtu se často po celý rok vysílají radiogramy, které se kvůli spotřebě proudu zkracují natolik (několik milisekund), že je možné jejich vysílání v dlouhém časovém údobí. Pravidelné odečítání spotřebních dat se provádí v domech typicky jednou za rok. Výjimky z toho vznikají například změnou uživatele po přestěhování i v období kratším než jeden rok. Vzhledem ktéto skutečnosti se nejprve podle vynálezu navrhuje, rozdělit rok na úsek podle relevantního rozhodného dne a na zbývající časový úsek až k rozhodnému dni následujícího roku. V časovém úseku po rozhodném dni (například o délce 2 měsíce) se přepnou sběrače do tak zvaného módu rychlého vysíláni se silně zvýšenou četností vysílání. V této době může být bezdrátový odečet sběračů pomocí mobilního radiového přijímače velmi plynulý. Po skončení časového úseku rychlovysílání se přepnou sběrače dat řízené časovačem do tak zvaného normálního vysílacího módu se sníženou četností vysílání. Meziodečty jsou stále ještě možné. Protože náklady na meziodečty mají svoje časové a nákladové těžiště v příjezdu na pozemek, není poněkud delší čekací doba na příjem radiových dat tak důležitá. Kromě toho meziodečty netvoří běžný případ a opravňují tak proto delší odečítací časy vzhledem k běžnému ročnímu odečtu.

Mají-li terminály bezproblémově vysílat při odečtu Walk-ln například každých 30 sekund, vyplývá z toho v módu rychlého vysílání roční počet 1051200 radiogramů. Změní-li se četnost vysílání rozlišením zrychleného vysílání a normálního vysílání a zvolí-li se pro zrychlené vysíláni perioda 60 dní (2 měsíce) po rozhodném dni a pro normální vysílání perioda 305 dní (10 měsíců) a sníží-li se četnost vysílání přitom na desetinu (vysílání každých 5 minut), sníží se celkový počet ročních radiogramů na 172800 + 87840 = 260640 radiogramů, tedy na asi 25% oproti trvalému zrychlenému vysílání.

Jinak se bezdrátový přenos dat v určitých opakujících se časech nepoužívá. Je možné např. vyjit z toho, že na základě určených pracovních dob se neprovádí žádný odečet ve dnech pracovního klidu a v noci. Je tedy účelné počítat pro zapínání a vypínání provozu vysílače s časovým řízením, které zapne vysílání dat ráno v 06:00 hodin a vypne večer ve 20:00 hodin. O nedělích a svátcích se nevysílá

-6vůbec. To se děje nezávisle na tom, jestli jsou zařízení v normálním nebo rychlovysílacím režimu. V tomto příkladu z toho vyplývá úspora 6 x 10 + 24 = 84 hodin za týden. To je omezení o dalších 50% oproti 24-hodinovému trvalému vysílacímu provozu. Počet ročních radiogramů se tak dá teoreticky snížit na 130320.

Praktická potíž, která vyplývá z časové řízeného vypínání je nepřesnost vzniklá vlivem stárnutí, teploty a výrobních tolerancí časovačích prvků. U typických kmitajících krystalů pro hodinky (se jmenovitou frekvencí 32 kHz) je možné počítat s tolerancemi od +50 ppm do -100 ppm. Aby se tyto časové odchylky vymezily, provede se u denního zapínacího času předstih odpovídající záporné toleranci a u vypínacího času zpoždění odpovídající kladné odchylce. U uvedených tolerancí -100 ppm / +50 ppm vzniká denní předstih okamžiku zapínání o -8,64 sekundy a pozdějšího vypínání o +4,32 sekundy. Celkově tak vzniká denní prodloužení vysílacího okna o asi 13 sekund. Tolerance se akumulují po dobu životnosti tak dlouho, až je dosaženo trvání zapnutí 24 hodiny denně. Vypínání se omezuje od tohoto okamžiku na dny pracovního klidu. S navrženými časy (denní vysílání od 06:00 do 20:00 hodin, potom vypnutí 10 hodin) a s přijatými tolerancemi časovačů (-100 ppm / +50 ppm) se dosáhne tohoto stavu po 2778 dnech, tedy za 7,6 let. Nachází se tedy za dobou platnosti cejchování měřičů vody. Akumulovaná úspora činí po 5 letech stále ještě 36% (průměrně 166800 radiogramů za rok), po 7,6 letech ještě 29% (průměrně 185050 vysílání za rok) a po 10 letech ještě 24% (což odpovídá 198080 vysílání za rok).

Obr. 1 znázorňuje denní zapínací časy (světle) a vypínací časy (tmavě) radiového vysílače v denním a týdenním průběhu (číslice 0 až 7 znamenají dny v týdnu, přičemž úsek mezi číslicemi představuje průběh během dne) po dobu životnosti zařízení 10 let. Je zřetelné, jak se každým rokem zkracuje denní doba vypínání (tmavě) vlivem akumulovaných tolerancí časovačů.

Denní zapínací a vypínací okamžiky, vypínací fáze v dnech pracovního klidu během týdne a kladné i záporné tolerance časovačů, jakož i vypínatelné funkce (například každé bitové masky) je možné ve sběračích spotřebních dat nastavit. Nastavení těchto parametrů je možné vždy provést programováním sběračů dat pomocí servisního rozhraní a/nebo ve výrobě.

-Ί • · · « • · · • · · · » · ·

I ···* « ····

Radiogramy schematicky znázorněné na obr. 2 jsou vhodné k přenosu spotřebních dat a opírají se o mezinárodní normu IEC 870-5-1 formátové třídy FT 3 a o návrh evropské normy CEN TC 294. Jsou tam popsány vhodné telegramové formáty a provozní módy pro účelový datový nebo radiový přenos. Obecný stav techniky dává přednost při bezdrátovém přenosu informací kódování linky bez stejnosměrného napětí. Je to možné překrýváním užitkového datového toku definovaným pseudonáhodným bitovým tokem. Nepřítomnost stejnosměrného napětí datového toku není možné přitom zaručit; tomuto stavu je možné se jen přiblížit statistickým průměrem. Předností tak zvaného datového scramblingu je, že nevytváří žádný overhead. Způsob, který zaručuje nepřítomnost stejnosměrného napětí, je kódování 3 ze 6, tak jak to navrhuje CEN TC 294. Při stejném přenosovém výkonu se přitom vytváří 50% overhead. Pro radiový přenos je v CEN TC 294 rovněž navrhován ke kódování linky kód Manchester. Kód Manchester vytváří z každého bitu NRZ nejméně jednu změnu čela. Overhead je přitom okolo 100% a je nejméně příznivý. Předností kódu Machester je jednoduchá realizace s malým počtem logických hradel. Z obr. 2 je vidět, že radiogram při datovém toku 100 kcps potřebuje podle linkového kódu od 4,34 ms do 8,18 ms. V radiogramů jsou obsažena všechna relevantní data potřebná pro odečet, rovněž pro měsíční meziodečet. Trvání vysílání za rok tedy je (kódování NRZ s datovým scramblingem, zrychlené vysílání: 60 dnů 2x za min., normální vysílání: 305 dnů 12 x za hod. a 50% vypnutí týdně) na začátku 566 sekund (= 09:26 min.) a v nejnepříznivějším případě (bez týdenní úspory tolerancemi časovačů) 1131 sekund ( = 18:51 min.). Roční akumulovaná vysílací doba se dá při typické životnosti zařízeni odhadnout na asi 14,5 min. To je při vysílacím výkonu několik miliwattů (typicky 0 až 10 dbm při 50 mA vysílacího proudu) s dlouhoživotnostní baterií dosažitelné (10 let x 14,5 min. x 50 mA = asi 120 mAh).

Sběrač spotřebních dat s optickým přenosem dat má (infračervené) optické rozhraní, přes které je možné pomocí servisního přístroje načíst nashromážděná spotřební data. Takové přístroje používají způsob k optickému spojení s komunikačním partnerem (servisní přístroje: např. Notebook nebo PDA s infračerveným rozhraním podle Infrared Data Assocíation Standard). Kontaktní snímání může být přitom aktivní vysláním optických kontaktních snímacích zpráv nebo pasivní sledováním optických aktivit sběračem dat. V obou případech se k tomu používá proud pro provoz řídicí

-8.: *3 ·**··”· · ·· · • ·.·· · ·» · · • · ·«· · · · • «to *·« «« «·«» to··· jednotky (zpravidla mikrořadiče) a optického vysílače nebo přijímače. Protože se rozhraní používá jen k uvedení do provozu a k odečtu servisním personálem, je možné popsaný způsob použít rovněž jako radiové rozhraní. Také zde je možné vyjít z toho, že v určitých denních dobách a ve dnech pracovního klidu žádný zákaznický servis nepracuje. Proto je možné použít způsobu zapínání a vypínání k omezení spotřeby proudu beze změny k časovému ovládání optického rozhraní.

K další úspoře proudu se občas vypíná i displej. Kriterium, kdy se displej nepoužívá a proto může být odpojen, je ale jiné. Displej se zpravidla neodečítá, je-li v jeho okolí tma, nebo nedochází k pohybu. Protože sběrače dat s optickým rozhraním už používají ke kódování (k zápisu dat do zařízení) optický přijímač, spojuje se u těchto přístrojů optický přijímač s měřicím zařízením. Jinak je nutné dodatečné čidlo. Měřicí zařízení tvoří analogově-digitální konvertor spojený s řídicí jednotkou. A/D konvertory jsou skoro u všech sběračů dat k připojení čidel stejně nutné, nebo jsou už v řídicí jednotce (mikroprocesoru) integrované. Při nedosažení prahové hodnoty odpovídající meznímu osvětlení se displej deaktivuje, aby se ušetřil příslušný proud z baterie. Zjištění, jestli je jas nad nebo pod určitým prahem, je možné řešit případ od případu. Ušetří to pravidelné opakované měření jasu prostředí. Podobně to platí pro dodatečně do zařízení namontované pohybové čidlo.

Způsobem podle vynálezu se podíl spotřeby energie z přístrojové baterie pro určité vypínatelné přístrojové funkce podstatně sníží. To vede při stejné kapacitě baterie k prodloužení životnosti zařízení a tím k omezení ročních provozních nákladů. Alternativně to umožňuje ve výrobě použití dlouhoživotnostní baterie menší kapacity a snižuje při stejné životnosti zařízení výrobní náklady. Přitom jsou respektovány fyzikální rušivé efekty, jako třeba nepřesnost časovačích pivků.

Občasným vypínáním vysílaných relací, zvláště v rychlovysílacím režimu, se v pravidelných intervalech uvolni použité frekvenční pásmo. To má příznivý vliv na bezporuchovou radiovou komunikaci konkurenčních radiových systémů ve stejném frekvenčním pásmu. Rovněž vypínáním v dobách, kdy se neprovádí servis, se snižuje zatížení způsobené elektrosmogem. Týká se to zvláště přítomnosti uživatele v noci a během dnů pracovního klidu.

-9·· ·· »··· t *· · • « ·· · · ! » • * . · » ··« · • · · · · · · ··· · ·· ···· ·· ····

U sběračů dat s optickým rozhraním a displejem slouží popsaný způsob bez zvýšení nákladů optickému přijímači servisního rozhraní ke zjištění jasu prostředí a k získání kriterií pro zapínání a vypínání displeje. Způsob upouští od nepotřebných stavebních prvků a není vázán na inkrementaci, protože ta je pro tento typ sběračů spotřebních dat nevhodná.

Claims (7)

1. Patentové nároky

   1. Způsob vypínání dočasně nepoužívaných funkcí elektronického sběrače spotřebních dat s bezdrátovým přenosem spotřebních dat, u kterého je přenos dat časově řízené zapínán a vypínán, vyznačený tím, že časově řízené zapínání a vypínání závisí na dnu v týdnu a/nebo denní době.
2. 2. Způsob podle nároku 1,vyznačený t í m, že časový okamžik zapnutí přenosu dat se nastaví denně o nastavitelný časový úsek s předstihem a časový okamžik vypnutí se posune denně o nastavitelný časový úsek zpět.
3. 3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačený tím, že časové okamžiky zapnutí a vypnutí k datovému přenosu a/nebo nastavitelný časový úsek jsou nastavitelné ve sběrači spotřebních dat, zvláště programováním pomocí servisního rozhraní a/nebo ve výrobě.
4. 4. Způsob vypínání dočasně nepoužívaných funkcí elektronického sběrače spotřebních dat s displejem, zvláště podle některého z nároků 1 až 3, v y z n a č e n ý tím, že se displej zapíná a vypíná podle proměnných prostředí sběrače spotřebních dat, zvláště v závislosti na jasu a/nebo pohybu.
5. 5. Způsob podle nároku 4, vyznaíený tím, že se měření proměnných prostředí provádí řízené podle události.
6. 6. Sběrač spotřebních dat s řídicím blokem, zvláště s mikrořadičem nebo mikroprocesorem, který obsahuje časové řízení a/nebo měřicí systém k měření proměnných prostředí, zvláště jasu a/nebo pohybu, vyznačený tím, že řídicí blok je zřízen programově-technicky k provádění způsobu podle některého z nároků 1 až 5.
7. 7. Sběrač spotřebních dat podle nároku 6, vyznačený tím, že měřící systém k měření jasu obsahuje optický přijímač vhodný i k optickému příjmu dat, zvláště infračervené čidlo a analogově-digitální konvertor.