BR102016005943A2 - dispositivo óptico para recepção e transmissão de dados e processo de calibração de um dispositivo óptico para recepção e transmissão de dados - Google Patents
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Abstract
dispositivo óptico para recepção e transmissão de dados e processo de calibração de um dispositivo óptico para recepção e transmissão de dados, este pedido de patente de invenção descreve um dispositivo óptico para recepção e transmissão de dados (1), o qual é destinado a ser utilizado como uma solução de comunicação óptica para medidores eletrônicos de energia elétrica com porta óptica padrão abnt, sendo capaz de realizar configuração automática das características técnicas especificas da interface óptica, fotoemissor/fotorreceptor, de forma a compensar as características técnicas distintas entre cada fabricante/modelo de medidores eletrônicos de energia elétrica com porta óptica padrão abnt disponíveis no mercado. o dispositivo (1) é composto por bloco de condicionamento de sinal (2), que é conectado a um bloco de fornecimento de energia (3); o bloco de condicionamento de sinal (2) sendo conectado e mantendo comunicação em via de mão dupla, por um lado, com o bloco de dados ópticos (4) e, por outro lado, com o bloco (5) que corresponde ao bloco de dados eia-232.
Description
"DISPOSITIVO ÓPTICO PARA RECEPÇÃO E TRANSMISSÃO DE DADOS E PROCESSO DE CALIBRAÇÃO DE UM DISPOSITIVO ÓPTICO PARA RECEPÇÃO E TRANSMISSÃO DE DADOS" CAMPO DE APLICAÇÃO
[01] Este pedido de patente de invenção propõe um dispositivo óptico (OTRD) para recepção e transmissão de dados, particularmente destinado a ser utilizado como meio de comunicação (recepção e transmissão de dados) com medidores eletrônicos de energia com vistas à parametrização e/ou coleta de dados pertinentes ao mesmo.
PREÂMBULO
[02] Este pedido de patente de invenção descreve um dispositivo óptico para recepção e transmissão de dados, o qual é destinado a ser utilizado como uma solução de comunicação óptica para medidores eletrônicos de energia elétrica com porta óptica padrão ABNT, sendo capaz de realizar configuração automática das características técnicas especificas da interface óptica, fotoemissor/fotorreceptor, de forma a compensar as características técnicas distintas entre cada fabricante/modelo de medidores eletrônicos de energia elétrica com porta óptica padrão ABNT disponíveis no mercado. Este pedido de patente aborda também um processo de calibração desenvolvido para ser utilizado no dispositivo óptico ora proposto.
ESTADO DA TÉCNICA
[03] Atualmente existem no mercado brasileiro diversos fabricantes de medidores eletrônicos de energia elétrica com porta óptica padrão ABNT.
[04] Cada fabricante possui um ou vários modelos diferentes de medidores de energia elétrica em seu portfólio, sendo que alguns modelos de medidores eletrônicos de energia elétrica com porta óptica padrão ABNT podem possuir interfaces de comunicação local distintas: display, porta serial padrão EIA—2 32, porta serial padrão EIA-485, interface óptica e/ou sardas de usuário em padrões distintos.
[05] No caso dos modelos de medidores eletrônicos de energia elétrica que possuem interface óptica padrão ABNT, descrita pela norma NBR 14.519/2011 (Medidores Eletrônicos de Energia Elétrica - especificação) , tal interface é composta por um fotoemissor e um fotorreceptor de luz infravermelha dispostos em mecânica padronizada, que é uma reprodução do texto da citada norma em seu tópico "7.4.2 Porta óptica".
[06] A citada norma NBR 14519/2011 padroniza a mecânica e comprimento de onda/potência do fotoemissor, porém não faz referência ao fotorreceptor.
[07] No processo de certificação de um medidor eletrônico junto ao INMETRO, o mesmo deve ser submetido a ensaios conforme a norma NBR 14.520/2011 (Medidores Eletrônicos de Energia Elétrica - Método de Ensaio) e resolução RTM 587/2012 (Portaria INMETRO N° 587).
[08] Nos ensaios realizados, em conformidade com as normas anteriormente descritas, não existe ensaio aplicado ao fotoemissor que valide sua potência e/ou ao fotorreceptor que valide sua sensibilidade.
PROBLEMAS DO ESTADO DA TÉCNICA
[09] Frente ao acima exposto, ocorre a existência no mercado de diferentes fabricantes/modelos de medidores eletrônicos de energia elétrica com porta óptica padrão ABNT que apresentam características técnicas distintas na porta óptica.
[010] Desta forma não existe atualmente a possibilidade de um dispositivo óptico padrão comunicar-se com os vários fabricantes/modelos de medidores de energia elétrica com porta óptica comercializados.
[011] Para atender a diferentes características técnicas na porta óptica dos medidores eletrônicos de energia elétrica, ocorre frequentemente a necessidade de alteração do dispositivo de comunicação óptico, através da repolarização de seus circuitos eletrônicos de emissão/recepção.
[012] Tais alterações geram versões diferentes de dispositivos de comunicação óptica, adequados para cada fabricante/modelo de medidor eletrônico de energia elétrica com porta óptica padrão ABNT.
[013] Assim sendo, diferentes fabricantes/modelos de medidores de energia elétrica requerem diferentes versões de dispositivos ópticos de comunicação, gerando dificuldades de instalação/manutenção e logística das concessionárias de energia elétrica que precisam realizar leituras de dados dos medidores energia elétrica com porta óptica em campo.
[014] Utilizando como referência as normas RTM 587/2012, NBR 14519/2011 e a NBR 14520/2011, é possível concluir que as normas brasileiras não estão devidamente preparadas para uma padronização da comunicação óptica nos equipamentos de medição, em análise a essas normas pode-se concluir: - RTM 587/2012: em análise a Portaria Inmetro n° 587, de 05 de novembro de 2012, a portaria trata dos aspectos construtivos e segurança de acesso conforme os itens abaixo transcritos: "2.6.6 Porta óptica: interface de comunicação óptica, dotado de um elemento foto-receptor e de um elemento foto-emissor, que tem a função de trocar informações entre o medidor e outro equipamento, mantendo-os desacoplados eletricamente. 5.13.4 Segurança: A proteção de acesso via senha, com código de segurança, deve ser disponibilizada para prevenir o acesso não autorizado aos medidores programáveis, evitando mudanças não autorizadas nos parâmetros metrológicos e no arquivo de informações registradas, quando não houver dispositivo de selagem da porta óptica". - NBR 14519/2011: de acordo com a norma ABNT NBR 14519/2011 existe a padronização para a porta óptica. Essa padronização pode ser encontrada no item "7.4.2 Porta óptica", neste trecho ficam claras as características ópticas e elétricas como: acoplamento óptico, características luminosas, desvio máximo permitido entre eixos ópticos, e tipo de transmissão. As grandezas ópticas são especificadas com valores e unidades de medidas bem definidas, porém em nenhum trecho desta norma ficam especificados métodos ou ensaios para a validação destes parâmetros, dessa forma qualquer falha de aspecto construtivo da porta óptica passará despercebida por órgãos regulamentadores. — A NBR 14520/2011: em acordo com o item "5.14 Ensaio de interferência da luminosidade da porta óptica", da norma ABNT NBR 14519/2011, são definidos todos os testes a serem realizados na porta óptica, sendo eles o item "5.14.1 Com o medidor não estando em comunicação", que verifica apenas se o medidor não apresenta nenhuma anomalia quando submetido a uma iluminação intensa, já no item "5.14.2 Com medidor em comunicação com a leitora programadora", este é único ensaio ao qual é submetida a comunicação óptica com o medidor realmente, porém a leitora utilizada não é especificada e pode ser par com o medidor, o que valida o funcionamento durante os testes, mais não certifica que a porta óptica está dentro das características especificadas pela norma.
[015] Após a análise das normas vigente é possível concluir sobre a existência de medidores eletrônicos de energia com valores divergentes em sua interface óptica.
[016] A falta de uma especificação técnica adequada nas normas colabora para a inexistência de ensaios que garantam a existência de portas ópticas compatíveis. OBJETIVOS DA INVENÇÃO
[017] Em face dos inconvenientes verificados no estado da técnica foi desenvolvida a matéria tratada neste pedido de patente de invenção, a qual propõe uma solução para calibração automática da interface óptica do Dispositivo OTRD, que tem como finalidade interfacear um equipamento com comunicação padrão EIA-232 com um equipamento de comunicação de dados óptico do tipo infravermelho, como exemplo os medidores eletrônicos de energia. Assim sendo, este pedido de patente trata tanto do dispositivo OTRD, como também do processo de sua calibração.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO
[018] O presente pedido de patente objetiva atender a todos os fabricantes/modelos de medidores eletrônicos de energia existentes no mercado. A solução prove métodos automáticos para adaptar o Dispositivo OTRD às características dos medidores eletrônicos de energias que serão utilizados.
[019] A solução dispõe de um algoritmo capaz de ajustar a intensidade de luz infravermelha irradiada pelo fotoemissor do Dispositivo OTRD proposto, adaptando-se automaticamente aos mais variados tipos de medidores eletrônicos de energia, compensando suas variações de sensibilidade de recepção. Desta forma é possível evitar que o medidor eletrônico de energia sofra saturação em sua recepção ou que o mesmo não seja sensibilizado pela luz infravermelha irradiada.
[020] O mesmo algoritmo utilizado, conforme acima descrito, possibilita o ajuste da sensibilidade de recepção do Dispositivo OTRD. Desta forma, o dispositivo é capaz de compensar diferenças de potência de transmissão dos medidores eletrônicos de energia, provendo a capacidade de interpretação de dados transmitidos por qualquer medidor eletrônico de energia.
[021] Para que a solução opere adequadamente, é necessário a utilização da ferramenta "Calibrador OTRD", que deve ser utilizada para efetuar leituras e rotinas de ajustes automáticos dos parâmetros de potência e sensibilidade do Dispositivo OTRD. O Calibrador OTRD efetua a calibração e grava os parâmetros no Dispositivo OTRD para que o mesmo mantenha os parâmetros da última calibração válida efetuada automaticamente.
[022] A solução também contempla aplicativo desenvolvido para tablets e smartphones que gerenciam a calibração automática do Dispositivo OTRD em uso conjunto com o Calibrador OTRD, sendo capaz de validar a calibração efetuada, e armazenar os dados de calibração em banco de dados apropriado. As informações armazenadas serão utilizadas com a finalidade de criar histórico e modelo real dos dados de calibração entre fabricantes/modelos de medidores eletrônicos de energia existentes e o comportamento desses dados/variações ao longo do tempo.
DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[023] O objeto deste pedido de patente de invenção será pormenorizadamente descrito com referência aos desenhos abaixo relacionados, nos quais: [024] A figura 1 ilustra um diagrama de blocos básico de um dispositivo OTRD.
[025] A figura 2 ilustra um um fluxograma do processo de calibração.
[026] A figura 3 ilustra a reprodução de uma tela do equipamento utilizado na calibração do Dispositivo OTRD.
[027] A figura 4 ilustra a reprodução de uma outra tela do equipamento utilizado na calibração do Dispositivo OTRD .
[028] As figuras 5 "A" e 5 "B" ilustram duas telas do equipamento utilizado na calibração do Dispositivo OTRD, onde é demonstrado o comportamento de medidores eletrônicos de energia de fabricantes distintos.
[029] As figuras 6 "A", 6 "B", 6 "C" e 6 "D" ilustram quatro telas do equipamento utilizado na calibração do Dispositivo OTRD, onde é demonstrada a segunda etapa do processo de calibração.
DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO
[030] O Dispositivo OTRD 1 ora proposto é composto, tal como está retratado na figura 1, por bloco de condicionamento de sinal 2 conectado um bloco que corresponde ao fornecimento de energia 3. O bloco de condicionamento de sinal 2 mantém comunicação em via de mão dupla, por um lado, com o bloco de dados ópticos 4 e, por outro lado, com o bloco 5 que corresponde ao bloco de Dados EIA-232.
[031] A presente patente de invenção prevê que o Dispositivo OTRD 1 seja submetido a um processo de calibragem, cujo fluxograma pode ser apreciado na figura 2, onde estão presentes os seguintes blocos: "inicio de programa" - bloco 6; "zerar o valor potência de transmissão e aumentar a sensibilidade no valor máximo" - bloco 7; "aumentar potência de transmissão gradativamente até receber "ENQ" - bloco 8; "efetuou leitura" - bloco 9 ( se não, retorna ao bloco 8 e se sim, passa-se ao bloco 10); "continua aumentando a potência de transmissão" - bloco 10; "leu e não chegou ao máximo" -bloco 11 (se sim, retorna ao bloco 10 e se não, passa-se ao bloco 12); "salvar os valores máximos e mínimos de potência" — bloco 12; "ajustar a sensibilidade para o valor mínimo e incrementar a cada ciclo" - bloco 13; "verificar o recebimento do "ENQ" - bloco 14 ( se não, retorna ao bloco 13 e se sim, passa ao bloco 15); "executar comando de leitura" - bloco 15; "executou leitura?" - bloco 16 (se não, retorna ao bloco 13 e se sim, passa ao bloco 17); "calibração concluída" - bloco 17 .
[032] A presente patente de invenção prevê submeter um Dispositivo OTRD 1 a um processo de calibração, que ocorre mediante emprego de um equipamento calibrador, onde os seus parâmetros de funcionamento podem ser acompanhados.
[033] A figura 3 ilustra a reprodução de uma tela do equipamento utilizado na calibração do Dispositivo OTRD 1, na etapa inicial do processo de calibração, onde ocorre a identificação da amplitude do sinal elétrico medido na saída do fotorreceptor, sinal proporcional à luminosidade emitida através do fotoemissor do medidor eletrônico de energia, onde a linha verde corresponde ao dado medido na saida do fotorreceptor em modo analógico; a linha amarela corresponde ao nivel de sensibilidade para comparação com o dado analógico recebido (linha verde).
[034] Já a figura 4 ilustra a reprodução de uma tela do equipamento utilizado na calibração do Dispositivo OTRD, em que a linha de sensibilidade (linha amarela) atinge o nivel de sensibilidade mínimo para permitir a correta comunicação do circuito de recepção do Dispositivo OTRD.
[035] As figuras 5 "A" e 5 "B" ilustram duas telas do equipamento utilizado na calibração do Dispositivo OTRD, onde é demonstrado o comportamento de medidores eletrônicos de energia de fabricantes distintos, sendo que a figura 5 "A" demonstra um medidor de energia com potência de transmissão elevada em seu fotoemissor, enquanto que na figura 5 "B" é demonstrado um medidor de energia com baixa potência de transmissão em seu fotoemissor.
[036] As figuras 6"A", 6"B", 6"C" e 6"D" ilustram quatro telas do equipamento utilizado na calibração do Dispositivo OTRD, onde é demonstrada a segunda etapa do processo de calibração que corresponde à identificação da potência necessária a ser transmitida pelo fotoemissor do Dispositivo OTRD, para que se obtenha a comunicação com o medidor de energia - linha azul: dado digital resultante do comparativo entre as linhas verde e amarela; - linha rosa: nível de potência transmitida pelo fotoemissor do Dispositivo OTRD (quanto maior a potência de transmissão, maior será a intensidade luminosa infravermelha emitida).
[037] O Dispositivo OTRD é composto por um LED Infravermelho (fotoemissor) : Diodo emissor de luz infravermelha com comprimento de onda de 860~1020nm, não visível ao olho humano, porém detectada por dispositivos receptores infravermelhos ou aparelhos eletrônicos diversos. Este LED objetiva converter em luz infravermelha os dados recebidos por níveis elétricos de tensão provenientes do padrão EIA-232; um foto transistor Infravermelho {fotorreceptor) : dispositivo sensivel a luz infravermelha em comprimento de onda de 860~1020nm. Ao detectar a luz infravermelha o foto transistor permite a circulação de corrente elétrica em seus terminais que será convertida em níveis de tensões apropriados atendendo aos requisitos técnicos do padrão EIA-232; Conector DB9 Fêmea: utilizado para comunicação serial no padrão EIA-232. Conector óptico magnético: invólucro mecânico com a função de acomodar o LED infravermelho (fotoemissor) e o foto transistor infravermelho {fotorreceptor) em conformidade com a norma NBR 14.519/2011; cabo de conexão: prover a conexão elétrica entre o conector óptico magnético e o conector DB9 fêmea utilizados na solução; circuito eletrônico: através de componentes apropriados, realiza a conversão de sinais analógicos em sinais digitais.
[038] Com relação ao processo de calibração este requer a utilização do Calibrador OTRD conectado ao Dispositivo OTRD. O Dispositivo OTRD deverá obrigatoriamente estar conectado a um medidor eletrônico de energia. A partir da conexão do Dispositivo OTRD ao Calibrador OTRD o processo automático de calibração pode ocorrer das seguintes formas: [039] Calibração por aplicativo: por meio do aplicativo especifico instalado em um smartphone e/ou tablet conectado ao Calibrador OTRD, via tecnologia BLUETOOTH, o processo de calibração é iniciado e concluído automaticamente.
[040] Calibração por equipamentos da ora requerente: o Calibrador OTRD é conectado fisicamente a produtos capazes de realizar tais rotinas automáticas de calibração e ao Dispositivo OTRD. A função de calibração é ativada e o processo de calibração é iniciado e concluído automaticamente.
[041] Calibração da Sensibilidade do Fotorreceptor do Dispositivo OTRD: a primeira etapa do processo é a identificação da amplitude do sinal elétrico medido na sarda do fotorreceptor, sinal proporcional à luminosidade emitida através do fotoemissor do medidor eletrônico de energia: Linha Verde: dado medido na sarda do fotorreceptor em modo analógico;
Linha Amarela: define o nivel de sensibilidade para comparação com o dado analógico recebido (linha verde);
Linha Azul: dado digital resultante do comparativo entres as linhas verde e amarela.
[042] As etapas do processo de calibração estão retratadas nas figuras 3, 4, 5"A" e 5"B", 6"A", 6"B", 6"C" e 6"D" .
Claims (2)
1. "DISPOSITIVO ÓPTICO PARA RECEPÇÃO E TRANSMISSÃO DE DADOS", sendo o dispositivo (1) caracterizado por ser composto por bloco de condicionamento de sinal (2) conectado a um bloco de fornecimento de energia (3); o bloco de condicionamento de sinal (2) sendo conectado e mantendo comunicação em via de mão dupla, por um lado, com o bloco de dados ópticos (4) e, por outro lado, com o bloco (5) que corresponde ao bloco de Dados EIA-232.
2. "PROCESSO DE CALIBRAÇÃO DE UM DISPOSITIVO ÓPTICO PARA RECEPÇÃO E TRANSMISSÃO DE DADOS", sendo o presente processo empregado para produzir a calibração do dispositivo óptico (1) tratado na reivindicação 1, sendo caracterizado por prever submeter o dispositivo óptico (1) a um processo de calibragem em um equipamento de calibração, onde: a) ocorre o "inicio de programa" - bloco (6) ; b) é "zerardo o valor potência de transmissão e aumentada a sensibilidade no valor máximo"- bloco (7); c) é "aumentada a potência de transmissão gradativamente até que seja recebido o "ENQ" - bloco (8); d) é verificado se "efetuou leitura" - bloco (9), sendo que se não, retorna ao bloco (8) e se sim, passa-se ao bloco (10) ; e) "continua aumentando a potência de transmissão" - bloco (10); f) "leu e não chegou ao máximo" - bloco (11), sendo que se sim, retorna ao bloco (10) e se não, passa-se ao bloco (12); g)"salvar os valores máximos e mínimos de potência" -bloco (12); h)"ajustar a sensibilidade para o valor mínimo e incrementar a cada ciclo" - bloco (13); i) "verificar o recebimento do "ENQ" - bloco (14), sendo que se não, retorna ao bloco (13) e se sim, passa ao bloco (15); j) "executar comando de leitura" - (15); k) "executou leitura?" - bloco (16), sendo que se nao, retorna ao bloco (13) e se sim, passa ao bloco (17); 1) "calibração concluída" - bloco (17).
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