BR112013027651B1

BR112013027651B1 - registrador associado com um medidor, e, método para gravar e reportar dados de fluxo para um serviço de consumo

Info

Publication number: BR112013027651B1
Application number: BR112013027651-7A
Authority: BR
Inventors: Michael Santos; James Duncan
Original assignee: Sensus Usa Inc
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2020-10-27
Also published as: EP2702367A1; MX2013012480A; CA2834346C; US9151654B2; US20120274478A1; CA2834346A1; CL2013003122A1; BR112013027651A2; ES2644532T3; WO2012148851A1; EP2702367B1

Abstract

REGISTRADOR ASSOCIADO COM UM MEDIDOR, E, MÉTODO PARA GRAVAR E REPORTAR DADOS DE FLUXO PARA UM SERVIÇO DE CONSUMO. São descritos circuitos eletrônicos em um registrador associado com um medidor de uso de serviço de consumo que captura energia de um dispositivo de leitura do medidor quando o dispositivo é acoplado no registrador (por exemplo, acoplado tanto elétrica quanto indutivamente) com o propósito de leitura de dados de quantidade medida pelo registrador. Carga elétrica obtida do dispositivo de leitura pode ser armazenada em um capacitor de armazenamento de alta capacidade. Quando o capacitor é suficientemente carregado, ele fornece energia para pelo menos parte dos circuito do registrador, tal como um controlador, para pelo menos a duração da sessão de comunicação com o dispositivo de leitura. Em algumas modalidades, o capacitor pode adicionalmente suprir energia suficiente para operar o registrador até que um dispositivo de leitura subsequente seja acoplado.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se no geral a medição de fluxo de serviços de consumo e, em particular, a um registrador para um medidor que é acionado por energia capturada de um dispositivo de leitura do medidor.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Medidores são amplamente usados para medir o fluxo volumétrico de serviços de consumo - particularmente aquelas providas por utilidades, tais como água, gás natural e eletricidade. Como um exemplo, utilidades tipicamente interpõem um medidor em um conduto (por exemplo, tubo ou fio) suprindo um serviço de consumo a um usuário final residencial ou comercial. O medidor inclui algum transdutor operativo para detectar o fluxo volumétrico do serviço de consumo, e um registrador operativo para manter os dados de quantidade medida, tal como uma contagem cumulativa de unidades de volume do serviço de consumo que passou pelo medidor. A contagem é periodicamente lida e, mantendo-se um registrador de pelo menos a leitura anterior mais imediata, o uso ou consumo ínterim do serviço de consumo pode ser certificado e usado com propósitos de cobrança, análise de uso e similares.

[003] A leitura manual de medidores de uso de serviço de consumo é trabalhosa, demorada e propensa a erro. Consequentemente, uma variedade de medidores de uso de serviço de consumo eletrônica é conhecida na tecnologia. Por exemplo, o registrador em muitos medidores de uso de serviço de consumo modernos aloja circuitos eletrônicos que mantêm os dados de quantidade medida. Os dados de quantidade medida podem ser lidos em um registrador por um dispositivo de leitura aplicado em cada medidor, tal como por meio de contatos elétricos ou acoplamento indutivo. Alternativamente, um registrador pode incluir uma interface elétrica, ótica ou RF, conectando-o em uma rede de comunicação (por exemplo, LAN, WAN, rede celular ou similares), por meio do que o registrador pode ser remotamente interrogado, ou pode transmitir periodicamente sua identificação e dados de quantidade medida.

[004] Os circuitos eletrônicos no registrador de um medidor de uso de serviço de consumo exigem uma fonte de alimentação. Em muitas aplicações, uma fonte de alimentação não está disponível, ou deve ser cara de instalar ou de ser levada até o medidor, particularmente dada à funcionalidade limitada do registrador e à quantidade relativamente pequena de energia exigida. A Patente US de N° 4.782.341 de Gray fornece um exemplo relevante. Gray descreve um “registrador” eletrônico para ler medidores do tipo mecânico de leitura tendo uma pluralidade de rodas, as posições das quais indicam magnitudes sucessivas de um serviço de consumo a ser medido.

[005] No contexto, Gray descreve uma série de membros de índice acoplados ao mecanismo medidor mecânico e um computador digital que varre membro de índice contacta para “ler” o mecanismo medidor mecânico. Esta leitura é realizada pela aplicação de um sinal de interrogação ao registrador, que inclui um circuito de capacitor e filtro de ruído que são acionados pelo sinal de interrogação. O circuito de capacitor fornece energia de operação ao computador digital enquanto o sinal de interrogação está presente, que adéqua o arranjo medidor mecânico de Gray. Isto é, os medidores do tipo mecânicos de Gray acumulam dados de medição mecanicamente, sem necessitar de energia de operação. Assim, o sinal de interrogação de Gray necessita somente energizar o computador digital para propósitos de varrer braços limpadores ou outros contatos de índice para ler as posições do medidor mecânico, e temporizar a informação da posição fora do dispositivo de interrogação.

[006] Entretanto, ele pode ser mais econômico e/ou confiável para configurar o medidor simplesmente para gerar pulsos ou outros sinais relacionados a fluxo e para usar um microprocessador ou outro circuito digital de baixa energia para acumular dados de medição para uma base contínua, com base na detecção e processamento tais pulsos. Registradores deste tipo tipicamente requerem uma fonte contínua de energia.

[007] Em tais aplicações, baterias podem ser suficientes para acionar o registrador de um medidor de uso de serviço de consumo. Entretanto, baterias têm vida útil limitada, seu desempenho pode variar com fatores ambientais tal como temperatura, e elas exigem recarga periódica e/ou troca. Consequentemente, uma fonte de alimentação alternativa e barata para o registrador de um medidor de uso de serviço de consumo, que não exige manutenção ou substituição, seria vantajosa.

[008] Um medidor de uso de serviço de consumo somente é ativo quando a serviço de consumo medida está passando - ou seja, quando a serviço de consumo (por exemplo, água) está sendo consumida pelo usuário final. Em muitos casos, o medidor gasta a grande maioria de seu tempo em um estado inativo. Durante tais momentos, circuitos eletrônicos no registrador podem ser colocados em um estado inativo de baixa potência, conhecida na tecnologia eletrônica como "modo adormecido" para economizar energia. Mesmo quando o medidor e, consequentemente, os circuitos eletrônicos no registrado estiverem ativos, a função fundamental do registrador de processar um sinal de um transdutor no medidor, para atualizar e manter os dados de quantidade medida, não exige consumo extensivo de energia. Por exemplo, ela pode compreender simplesmente detectar pulsos de um sensor e incrementar um contador. Nesses casos, a maior demanda de energia do registrador pode ser durante uma sessão de comunicação com um dispositivo de leitura - ou seja, a operação de transmitir os dados de quantidade medida acumulada do registro. Dessa maneira, a fonte de alimentação, que é necessariamente disponível durante uma sessão de comunicação de dados de quantidade medida, seria particularmente vantajosa.

SUMÁRIO

[009] De acordo com uma ou mais modalidades da presente invenção descrita e reivindicada aqui, circuitos eletrônicos em um registrador associado com um medidor de uso de serviço de consumo capturam energia de um dispositivo de leitura do medidor quando o dispositivo é acoplado no registrador (por exemplo, acoplado tanto elétrica quanto indutivamente) com o propósito de leitura de dados de quantidade medida pelo registro. Carga elétrica obtida do dispositivo de leitura pode ser armazenada em um capacitor de armazenamento de alta capacidade. Quando o capacitor é suficientemente carregado, ele fornece energia a pelo menos parte dos circuitos do registro, tal como um controlador, pelo menos enquanto durar a sessão de comunicação com o dispositivo de leitura. Em algumas modalidades, o capacitor pode adicionalmente suprir energia suficiente para operar o registrador até um acoplamento do dispositivo de leitura subsequente.

[0010] Uma modalidade refere-se a um registrador associado com um medidor e operativo para registrar e reportar dados de fluxo para um serviço de consumo. O registrador inclui um ou mais sensores, cada qual operativo para gerar intermitentemente um sinal relacionado com a vazão do serviço de consumo. O registrador também inclui um controlador operativo para receber e processar os sinais do sensor para gerar dados indicativos de uma quantidade medida do consumo. O controlador é adicionalmente operativo para armazenar os dados de quantidade medida, e enviar os dados de quantidade medida para um dispositivo de leitura durante uma sessão de comunicação de acordo com um protocolo predeterminado. Um registrador inclui adicionalmente uma interface do dispositivo de leitura conectada em relacionamento de fluxo de dados com o controlador, e um detector conectado na interface e no controlador. O detector é operativo para detectar a presença de um dispositivo de leitura. O registrador inclui adicionalmente um capacitor conectado na interface em relacionamento de fluxo de energia. O capacitor é operativo para armazenar carga provida pelo dispositivo de leitura durante pelo menos parte da sessão de comunicação. Quando o capacitor é suficientemente carregado, ele é adicionalmente operativo para acionar pelo menos o controlador pelo menos enquanto durar a sessão de comunicação.

[0011] Uma outra modalidade refere-se a um método para gravar e reportar dados de fluxo de consumo, por meio de um registrador consistindo em circuitos elétricos, o registrador sendo associado com um medidor. Um sinal relacionado com a vazão do serviço de consumo é intermitentemente recebido de um sensor próximo ao medidor. O sinal do sensor é processado para gerar dados indicativos de uma quantidade medida do consumo. Os dados de quantidade medida são armazenados. A presença de um dispositivo de leitura, operativo para extrair pelo menos os dados de quantidade medida durante uma sessão de comunicação de acordo com um protocolo predeterminado, é detectada. Energia é capturada do dispositivo de leitura durante a sessão de comunicação e armazenada. A energia capturada é usada para acionar pelo menos alguns circuitos no registrador pelo menos durante a sessão de comunicação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] A figura 1 é um diagrama de blocos funcional de um ambiente de medição.

[0013] A figura 2 é um fluxograma de um método para gravar e reportar uma leitura do medidor.

[0014] A figura 2 é um gráfico de tensão representando o carregamento e descarregamento de um capacitor pela energia capturada de um dispositivo de leitura.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0015] Um ambiente de medição de consumo representativo 10 está representado na figura 1. Neste exemplo particular, a serviço de consumo que está sendo medida é água. Entretanto, isto não é limitante, e, em geral, a presente invenção é aplicável para registrar a medição de qualquer número de serviços de consumo. O ambiente de medição 10 compreende um medidor 12, um registrador 14, um dispositivo de leitura 16, que é intermitente ou periodicamente acoplado no registrador 14 com o propósito de extrair dados de quantidade medida.

[0016] O medidor 12 mede a fluxo de consumo através dele, como indicado pelas setas de fluxo 18. No exemplo de um medidor de água 12, um desenho conhecido usa a energia cinética do fluxo de água para girar um eixo 22, que, por sua vez, gira um disco 20 no qual múltiplos ímãs são localizados, ou que é magnetizado para ter múltiplos polos, como indicado. A velocidade rotacional do disco 20 é diretamente relacionada com a vazão de água através do medidor 12.

[0017] O registrador 14 é associado com o medidor 12, e é configurado e arranjado de maneira tal que sensores 24a e 24b fiquem próximos do disco 20. Esses sensores 24a e 24b são operativos para detectar e quantificar rotação do disco 20, detectando mudanças na polaridade do fluxo magnético dos polos do disco 20. As saídas desses sensores 24a e 24b são detectadas, amplificadas e de outra forma processadas por um circuito do sensor 25, que, por sua vez, transmite um ou mais sinais do sensor para um controlador 26.

[0018] Em uma modalidade, os sensores 24a e 24b compreendem cada qual um "Wiegand Wire". O Wiegand Wire, denominado por seu inventor e descrito na patente U.S. no. 3.820.090, é um dispositivo que gera sinais elétricos quando ele é exposto a um campo magnético com polaridade de fluxo variável. O Wiegand Wire é também conhecido na tecnologia como sensor de Efeito Barkenhausen. Um sensor adequado 24a, 24b em uma modalidade é o sensor Wiegand Wire Série 2001, fabricado pela HD Corporation of North Haven, Conn. Este sensor 24a, 24b é capaz de detectar rotações de 0 Hz a 50 Hz de um disco magnético bipolar 20.

[0019] Um sensor Wiegand Wire 24a, 24b em si não exige uma fonte de alimentação. À medida que o disco 20 gira, o movimento dos ímãs induz campos alternados de fluxo magnético nos sensores Wiegand Wire 24a, 24b, que são localizados em proximidade imediata como o disco 20. A taxa e direção de fluxo de fluido através do medidor 12 podem ser determinadas analisando-se o número, taxa e sincronismo relativos dos pulsos gerados pelos sensores 24a, 24b. Isto pode ser realizado diretamente pelo controlador 26, ou, alternativamente, pode ser processado pelo circuito do sensor 25. De qualquer maneira, em uma modalidade, as entradas do sensor geram interrupções para o controlador 26. Isto permite que o controlador 26 continue processando entradas dos sensores 24a, 24b (ou seja, continue acumular quantidades medidas pelo medidor 20) quando o controlador 26 estiver realizando outras tarefas, tal como um cabeçalho do sistema, ou transmitindo dados de quantidade medida para um dispositivo de leitura 16, como descrito com detalhes aqui. Em uma modalidade, o volume unitário de fluxo de fluido por pulso do sensor depende do tamanho do corpo do medidor 12, e assim os pulsos do sensor são facilmente calibrados nas quantidades volumétricas. Certamente, em outras modalidades, tal como onde o medidor 12 mede outros serviços de consumo, tal como gás ou eletricidade, a operação dos sensores 24a, 24b serão diferentes. Versados na técnica poderão aplicar as vantagens de captura de energia e economia de energia da presente invenção a um arranjo amplo de aplicações de medição, de posse dos preceitos aqui.

[0020] Sinais dos sensores 24a, 24b, processados pelo circuito do sensor 25, são recebidos por um controlador 26. O controlador 26 é preferivelmente um microprocessador de baixa potência, mas, em geral, pode compreender uma máquina de estado customizado implementada em hardware discreto, lógica programável ou um ASIC; lógica programável junto com firmware apropriado; um microprocessador com programa armazenado junto com software apropriado; ou qualquer combinação destes. Em uma modalidade, um processador adequado é o MSP430F413Microcontroller fabricado pela Texas Instruments of Dallas, TX, ou o PIC16F1937 Microcontroller fabricado pela MicroChip Technology, Inc. of Chandler, AZ.

[0021] O controlador recebe sinais dos sensores 24a, 24b e adicionalmente processa os sinais para gerar dados representativos da quantidade medida de um serviço de consumo. O controlador inclui memória 28 operativa para armazenar pelo menos os dados de quantidade medida. A memória pode compreender, por exemplo, um ou mais registros de hardware, tal como um contador, e/ou memória de acesso aleatório, tais como SRAM, DRAM, Relâmpago ou similares. Embora representada como interna ao controlador 26, a memória 28 pode ficar localizada externamente, e operativamente conectada no controlador 28 por meio de interfaces apropriadas. Em uma modalidade, o controlador 26 inclui adicionalmente um conversor analógico-digital (ACD) 30 para monitorar os níveis de tensão do capacitor de armazenamento 40, como descrito adicionalmente aqui.

[0022] O registrador 14 inclui uma interface do dispositivo de leitura 32. Um dispositivo de leitura 16, quando presente, acopla no registrador 14 através da interface 32. Em uma modalidade, o dispositivo de leitura 16 é eletricamente acoplado no registrador 14, por meio de contatos elétricos na interface 32. Em uma outra modalidade, o dispositivo de leitura 16 acopla indutivamente em uma bobina 34 no registrador 14. De qualquer maneira, o dispositivo de leitura 16 acopla no registrador 14 tanto em um relacionamento de compartilhamento de energia quanto de transferência de dados. Ou seja, o registrador 14 é operativo para extrair energia do dispositivo de leitura 32, e o dispositivo de leitura 32 é operativo para receber dados de quantidade medida do controlador 26, quando o dispositivo de leitura 32 é operativamente acoplado no registrador 14. Em algumas modalidades, um acoplamento como este (isto é, uma operação de leitura do medidor) ocorre da ordem de uma vez por mês.

[0023] Um circuito de detecção 36, disposto entre o controlador 26 e a interface do dispositivo de leitura 32 é operativo para detectar o acoplamento de um dispositivo de leitura 16 na interface 32 (quer um acoplamento direto quer indutivo) e gerar um sinal apropriado para o controlador 26, tal como uma interrupção. Desta maneira, o controlador 26 pode seguramente entrar em um "modo adormecido" quando nenhum fluido estiver escoando através do medidor 12 e, consequentemente, nenhum sinal de medição estiver sendo gerado pelos sensores 24a, 24b, sem "perder" uma sessão de comunicação de leitura do medidor por um dispositivo de leitura 16. Além de detectar a presença de um dispositivo de leitura 16 e alertar o controlador 26 de tal dispositivo, o circuito de detecção 36 pode, em algumas modalidades, também formatar dados de quantidade medida que estão sendo lidos, para ficar de conformidade com um protocolo predeterminado.

[0024] Quando um dispositivo de leitura 16 é acoplado no registrador 14 por meio da interface 32 (quer acoplado eletricamente quer indutivamente), uma tensão está presente (isto é, em um contato da interface 32 ou induzida através da bobina 34) no registrador 14. Esta tensão é regulada por um regulador de tensão 38 de maneira a não exceder uma tensão de pico tolerável por um capacitor de armazenamento 40. Em uma modalidade, um regulador de tensão adequado 38 é o regulador MIC5205 LoadDropOut (LDO) fabricado pela Micrel Inc. of San Jose, CA.

[0025] O capacitor de armazenamento 40 é preferivelmente um capacitor de armazenamento de alta capacidade, tal como um capacitor de dupla camada elétrico (ou eletroquímico) (EDLC), também conhecido na tecnologia como um Capacitor em Camadas Híbrido (HLC), supercapacitor, ultracapacitor, supercondensador ou similares, Capacitores de armazenamento de alta capacidade 40 são caracterizados por uma densidade de armazenamento de energia uma ordem de grandeza (ou mais) maior que um capacitor eletrolítico convencional de tamanho equiparável. Embora capacitores de armazenamento de alta capacidade 40 armazenem menos energia por peso unitário do que muitas baterias, sua capacidade de armazenar carga por longas durações (por exemplo, diversos meses) é similar a muitas baterias. Além disso, capacitores de armazenamento de alta capacidade 40 são superiores às baterias como fontes de energia recarregáveis em diversos aspectos, tais como: longa vida com pouca degradação em muitos ciclos de carga; altas taxas de carga; baixa resistência interna e, consequentemente, alta eficiência; alta potência de saída; e baixa toxicidade de materiais. Em uma modalidade, um capacitor de armazenamento de alta capacidade adequado 40 é o HLC-1520A HLC fabricado pela Tadiran Batteries, Ltd. of Lake Success, NY.

[0026] De acordo com modalidades da presente invenção, o capacitor de armazenamento 40 é carregado por uma tensão regulada do regulador de tensão 38 quando um dispositivo de leitura 16 é inicialmente acoplado no registrador 14 por meio da interface 32 (quer acoplado eletricamente quer indutivamente). O capacitor de armazenamento 40 carrega rapidamente, e é capaz de fornecer energia suficiente para acionar o controlador 26 para pelo menos uma sessão de comunicação com o dispositivo de leitura 16. Ou seja, uma vez que o capacitor de armazenamento 40 esteja completamente carregado, o controlador 26 engaja em uma transferência dos dados de quantidade medida na memória 28 para o dispositivo de leitura 16 de acordo com um protocolo predeterminado (e, em algumas modalidades, com a assistência do circuito de detecção 36), enquanto acionado pelo capacitor de armazenamento 40.

[0027] Em algumas modalidades, o capacitor de armazenamento 40 mantém carga suficiente, por uma duração suficiente, para acionar o controlador 26 o bastante depois que a sessão de comunicação com o dispositivo de leitura 16 termina. Ou seja, à medida que os sensores 24a, 24b continuam detectar a ação de medição de fluxo do medidor 12, e o controlador 26 gera e armazena dados de quantidade medida, o controlador 26 continua operar pela energia suprida pelo capacitor de armazenamento 40. Para isto, o controlador 26 é preferivelmente um microprocessador de baixa potência que opera a um baixo nível de tensão em relação ao do capacitor de armazenamento 41. Neste caso, um regulador de tensão 42 "diminui" a tensão do capacitor de armazenamento 40 para a tensão adequada exigida para operação do controlador de baixa potência 26.

[0028] Consequentemente, em algumas modalidades, o capacitor de armazenamento 40 é a única fonte de energia armazenada no registrador 14 (fora os sensores 24a, 24b, que geram energia em resposta a mudança no fluxo magnético do disco rotativo 20, e que, de forma nenhuma, armazenam energia). Entretanto, em algumas modalidades, uma bateria 50 fornece armazenamento de energia para operar o controlador 26 se o capacitor de armazenamento 40 descarregar muito. Em uma modalidade, uma bateria adequada é a bateria de lítio-cloreto de tionila TL-4902 fabricada pela Trairan Batteries, Ltd. of Lake Success, NY. Uma vez que baterias de lítio não são recarregáveis, a bateria 40 é protegida do ciclo de carregamento do capacitor de armazenamento 40 por um isolante tal como um diodo 52. Em uma modalidade, um diodo adequado 52 é o FDLL300 fabricado pela Fairchild Semiconductor of San Jose, CA. Em modalidades incluindo uma bateria 50, o capacitor de armazenamento 40 ainda carrega um dispositivo de leitura 16 acoplado no registrador 14, e supre energia ao controlador 26 enquanto durar uma sessão de comunicação (que é no geral a função de maior demanda de energia do controlador 26).

[0029] Em uma modalidade, onde o capacitor de armazenamento 40 é parcialmente esgotado e, consequentemente, pode manter carga insuficiente para acionar o controlador 26 através de uma sessão de comunicação, quando um dispositivo de leitura 16 é inicialmente acoplado no registrador 14, um circuito de limiar 44, junto com um op amp 46, mantém o controlador 26 no "modo adormecido" até que o capacitor de armazenamento 40 tenha carregado suficientemente para acionar o controlador 26 para a sessão de comunicação. Neste caso, um circuito ADC 30 no controlador 26, ou associado com ele, permite que o software rode no controlador 26 para monitorar o nível de tensão do capacitor de armazenamento 40. Em outras modalidades, embora seja de se esperar que o capacitor de armazenamento 40 mantenha carga suficiente para acionar o controlador 26 continuamente de uma seção de comunicação de leitura do medidor para a seguinte, o circuito de limiar 44 e o op amp 46 podem ser omitidos.

[0030] Em uma modalidade, o controlador 26 é operativo para enviar os dados de quantidade medida por meio de um visor 48, tal como um visor LCD. Em uma modalidade, o visor 48 é acionado sempre que o controlador 26 for despertado do modo adormecido, tal como sempre que o medidor 12 indicar fluxo de fluido, ou quando um dispositivo de leitura 12 for acoplado no registrador 14. Em uma outra modalidade, o visor 48 é acionado somente quando um dispositivo de leitura 12 é acoplado no registrador 14, e fornece uma indicação de reserva dos dados de quantidade medida contra a possibilidade de um mau funcionamento do dispositivo de leitura 16. Em outras modalidades, o visor pode ser acionado sob demanda, tal como quando uma tampa do conjunto medidor 12 e registrador 14 é aberta, ou em outros momentos, como ficará facilmente entendido pelos versados na técnica.

[0031] A figura 2 representa um método 100 para gravar e reportar dados de fluxo para um serviço de consumo, por um registrador 14 associado com um medidor 12. Versados na técnica reconhecem que o controlador 26, mediante acionamento, terá rotinas de inicialização para executar, e muitos testes de funcionamento, diagnóstico, procedimentos de calibração e similares, no registrador 14, como conhecido na tecnologia. O método 100 da figura 2 então "começa" quando o controlador 26, tendo completado todas tais tarefas "domésticas", entra no "modo adormecido" de baixa potência (bloco 110).

[0032] A medida que o consumo a ser medido escoa através do medidor 12, os sensores 24a, 24b geram e transmitem sinais para o controlador 26 (bloco 112), que desperta o controlador 26 do modo adormecido. O controlador 26 então processa os sinais do sensor para gerar dados indicativos de uma quantidade medida do consumo (bloco 114). Os dados de quantidade medida podem, em uma modalidade, compreender simplesmente um contador que é incrementado mediante recebimento de cada pulso "direto" dos sensores 24a, 24b. O controlador 26 armazena os dados de quantidade medida (bloco 116), que pode compreender gravar um valor calculado na memória 28. Alternativamente, o armazenamento de dados (bloco 116) pode fundir com a geração de dados de quantidade medida (bloco 114) simplesmente incrementando um contador usado como a memória de armazenamento 28. Se mais nenhum sinal do sensor estiver pendente (bloco 112), ou seja, se nenhum consumo medido estiver escoando, o controlador retorna para o modo adormecido (bloco 110).

[0033] Quando um dispositivo de leitura 16 é acoplado no registrador 14 por meio da interface 32, o circuito de detecção 32 gerará uma indicação disto ao controlador 26 (tal como uma interrupção); despertando-o do modo adormecido (bloco 118). Em uma modalidade, na qual um protocolo de comunicação predeterminado especifica a duração na qual a transferência de dados tem que ser completada, o controlador 26 inicia o cronômetro de comunicação (bloco 120) (que pode, por exemplo, ser interno ao controlador 26). O cronômetro de comunicação preferivelmente dispara uma saída, ou interrupção, em um momento antes da expiração da duração do acoplamento máxima do protocolo que é suficiente para completar uma sessão de comunicação. Também, mediante acoplamento do dispositivo de leitura 16 no registrador 14, o capacitor de armazenamento 40 começa carregar por meio do regulador de tensão 38, assim capturando e armazenando energia do dispositivo de leitura 16 (bloco 122). A tensão do dispositivo de leitura 16 está presente tanto em um contato na interface 32 quanto por meio de acoplamento indutivo em uma bobina 34.

[0034] Quando o capacitor de armazenamento 40 está suficientemente carregado, ou, em uma modalidade, se o tempo do cronômetro de comunicação expirar (bloco 124), o controlador 26, acionado descarregando parcialmente o capacitor de armazenamento 40 (bloco 126), engaja em uma sessão de comunicação e transmite pelo menos os dados de quantidade medida para o dispositivo de leitura 16 (bloco 128). O controlador 26 pode adicionalmente transmitir outros dados, tal como uma ID do dispositivo exclusiva ou um código representando o tipo ou tamanho do medidor 12. Ao término da sessão de comunicação com o dispositivo de leitura 16, o dispositivo de leitura 16 é removido e (se nenhum fluido estiver escoando através do medidor 12), o controlador retoma para o modo adormecido (bloco 110).

[0035] Embora o fluxo de controle na figura 2 esteja representado como derivação em blocos de decisão discretos 112, 118, 124, versados na técnica perceberão que o método 100 pode ser implementado de forma interrompida, e que as interrupções podem ser trabalhadas de acordo com prioridades predeterminadas. Dessa forma, por exemplo, sinais do sensor recebidos durante uma operação de leitura do medidor (por exemplo, blocos 120-128) podem ser trabalhados (por exemplo de acordo com os blocos 114, 116) e a operação de leitura do medidor continuada, embora tal fluxo de controle não esteja explicitamente representado na figura 2.

[0036] A figura 3 representa um diagrama de sincronismo mostrando o ciclo de carga do capacitor de armazenamento 40 durante acoplamento por um dispositivo de leitura 16. Inicialmente, o capacitor de armazenamento 40 está descarregando, já que ele aciona o controlador 26, tal como durante operações de registrador de dados de quantidade medida (note que a curva de descarga não está em escala; na prática, ela teria uma inclinação muito menor).

[0037] No ponto de tempo marcado por A, um dispositivo de leitura 16 acopla no registrador 14 (tanto eletricamente quanto indutivamente). A tensão derivada do dispositivo de leitura 16 (diretamente de um contato de interface 32 ou da bobina 34) é regulada na tensão do capacitor de pico, por exemplo, 3,9 V, representado na figura 3 pelo regulador de tensão 38. O capacitor de armazenamento 40 começa carregando, como indicado entre os pontos de tempo AeB.

[0038] No ponto de tempo B, a tensão do capacitor de armazenamento 40 excede uma tensão limiar, que pode, por exemplo, ser monitorada pelo circuito de limiar 44 e op amp 46. Neste ponto, o controlador 26 engaja em uma sessão de comunicação com o dispositivo de leitura 16, transferindo pelo menos dados de quantidade medida para o dispositivo de leitura 16. O capacitor de armazenamento 40 supre energia ao controlador 26, que pode operar a uma menor tensão, tal como 2,5 V, conseguida pelo regulador de tensão 42. Alternativamente, o ponto de tempo B pode ser atingido pela expiração do tempo de um cronômetro de comunicação (não mostrado) iniciado no ponto de tempo A. Como a figura 3 indica, o capacitor de armazenamento 40 continua carregar, extraindo e armazenando energia do dispositivo de leitura 16 enquanto ele estiver acoplado no registrador 14, ou até que o capacitor de armazenamento 40 esteja completamente carregado.

[0039] No ponto de tempo C, o controlador 26 transferiu todos os dados desejados para o dispositivo de leitura 16, e a sessão de comunicação termina. Neste ponto, o dispositivo de leitura 16 desacopla do registrador 14, e o capacitor de armazenamento 40 começa descarregar, à medida que ele aciona o controlador 16, por exemplo, realizando registro de dados de quantidade medida adicionais. Aqui, novamente, a curva de descarga do capacitor de armazenamento 40 está exagerada na figura 3.

[0040] A carga do capacitor de armazenamento 40 pode ser calculada por cálculo elétrico padrão, carga = corrente de carga (A) * duração (s). Dividindo este valor por 3.600 s/h produz-se a carga em A.h. A duração da operação possível nesta carga é então carga (A.h)/corrente média do sistema (h) = horas de operação. Por exemplo, considerando os seguintes parâmetros: Duração do acoplamento do dispositivo de leitura 16 = 2,5 s Corrente derivada do acoplamento = 5 mA Corrente do sistema média = 20 uA. Então, 5mA*2,5s = 12,5mAs

[0041] ou o capacitor de armazenamento 40 pode acionar o registrador 14 por aproximadamente 10,5 minutos para cada ciclo de carregamento. Se o registrador 14 for lido uma vez por hora, então em um tempo de vida de 20 anos o sistema operaria por:

[0042] O uso do capacitor de armazenamento 40 neste exemplo eliminaria praticamente 3,5 anos de operação acionada por bateria. Certamente, em casos onde a corrente do sistema é abaixo dos 20 uA assumidos, as economias seriam ainda maiores.

[0043] A figura 3 representa a tensão da bateria 50, por exemplo, 3,6 V. Como anteriormente discutido, em algumas modalidades, a bateria 50 não é necessária, já que o capacitor de armazenamento 40 contém carga suficiente para acionar o controlador 26 em muitos casos de registrador de dados de quantidade medida, até a leitura seguinte de dados de quantidade medida por um dispositivo de leitura 16 (e, consequentemente, recarregando o capacitor de armazenamento 40). Entretanto, mesmo em modalidades nas quais a bateria 50 está presente, uma vez que o diodo 52 isola a bateria 50 do circuito de carga do capacitor de armazenamento 40, a bateria 50 em si somente começaria descarregar se a tensão do capacitor de armazenamento 40 caísse abaixo da tensão da bateria 50 (por exemplo, 3,6 V). Consequentemente, o acionamento do controlador 26 com o capacitor de armazenamento 40 prolonga a vida da bateria 50, reduzindo bastante a necessidade e custo de troca regular de baterias 50 em sistemas de medição de consumo desdobrados no campo 10.

[0044] Em modalidades sem uma bateria 50, a presente invenção fornece um dispositivo para acionamento contínuo do registrador 14 de um sistema de medição de consumo 10, entre eventos de "leitura do medidor". Capturando e armazenando energia de um dispositivo de leitura 16, o registrador 14 fica livre de qualquer exigência de uma fonte de energia externa. Isto pode reduzir drasticamente os custos de instalação e operação, bem como eliminar operações de inspeção e troca de bateria 50 elevados.

[0045] Embora descrito aqui no contexto de um medidor de fluido (por exemplo, água) 12, versados na técnica reconhecerão que a captura e armazenamento de energia de modalidades da presente invenção são facilmente aplicáveis a registradores 14 associados com medidores 12 operativos para medir uma ampla variedade de serviços de consumo, tais como gás natural, água, eletricidade e similares. Além disso, a presente invenção não está restrita a registradores 14 associados com medidores 12 nas instalações de clientes de utilidade residencial e comercial, mas pode vantajosamente ser empregada sempre que um medidor de uso de serviço de consumo 12 que é regularmente lido com um dispositivo de leitura 16 estiver sem uma fonte de alimentação pronta e/ou onde os inconvenientes de fontes de alimentação de bateria 50 tornarem esta abordagem cara ou de outra forma problemática.

[0046] A presente invenção pode, certamente, ser realizada de outras maneiras além das especificamente apresentadas aqui sem fugir das características essenciais da invenção. As presentes modalidades devem ser consideradas sob todos aspectos ilustrativas, e não restritivas, e todas mudanças que se enquadrem no significado e faixa de equivalência das reivindicações anexas devem ser abrangidas aqui.

Claims

1. Registrador (14) associado com um medidor (12) e operativo para gravar e reportar dados de fluxo para um serviço de consumo, compreendendo: uma interface de dispositivo de leitura (32) configurada para acoplar operadamente a um dispositivo de leitura (16) que intermitentemente estabelece uma sessão de comunicação com o registrador (14) para ler dados de quantidade medidos do registrador (14); um ou mais sensores (24a, 24b) operativos para gerar sinais de sensor dinamicamente, em resposta ao fluxo do serviço de consumo através do medidor (12); um controlador (26) operativo para gerar e armazenar os dados de quantidade medidos, com base na recepção e processamento os sinais de sensor quando eles ocorrem, e adicionalmente operativos para emitir os dados de quantidade medidos via a interface de dispositivo de leitura (32), durante cada sessão de comunicação de acordo com um protocolo predeterminado; e caracterizadopelo fato de que o registrador (14) ainda compreende: um capacitor de armazenamento (40) acoplado à interface de dispositivo de leitura (32) e operativo para acionar o controlador (26) da carga armazenada durante cada sessão de comunicação e durante os intervalos entre as sessões de comunicação, com base no carregamento de uma voltagem provida pelo dispositivo de leitura (16) durante dada sessão de comunicação.

2. Registrador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um circuito de realimentação operativo para monitorar a carga do capacitor de armazenamento (40), e adicionalmente operativo para prevenir o controlador (26) de engatar para um transferência de dados com o dispositivo de leitura (16) durante uma sessão de comunicação até o capacitor de armazenamento (40) alcançar uma carga predeterminada.

3. Registrador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o capacitor de armazenamento (40) retém cargas armazenadas, uma voltagem de capacitor está presente em um terminal positivo do capacitor de armazenamento (40), e que o terminal positivo do capacitor de armazenamento (40) é conectado a um terminal de bateria positivo através de um diodo de isolamento (52), de modo que o capacitor de armazenamento (40) acione o controlador (26), quando a voltagem do capacitor é suficientemente alta para inverter a polarização do diodo de isolamento (52), e é acionada de uma bateria (50) acoplada ao terminal de bateria positivo, quando a voltagem do capacitor cai a um nível no qual o diodo de isolamento (52) se torna solicitado diretamente.

4. Registrador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um primeiro regulador de voltagem (38) interposto entre a interface de dispositivo de leitura (32) e a capacidade de armazenamento (40), e operativo para prover o capacitor de armazenamento (40) com uma voltagem de carregamento que é derivada da voltagem provida pela dispositivo de leitura (16) e que é inferior que uma voltagem de pico emitida pelo dispositivo de leitura (16).

5. Registrador de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um segundo regulador de voltagem (42) interposto entre um terminal positivo do capacitor de armazenamento (40) e uma entrada de energia do controlador (26), e operativo para regular a voltagem do capacitor a uma voltagem de suprimento inferior no controlador (26).

6. Registrador de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma bateria (50) tendo seu terminal positivo acoplado ao terminal positivo do capacitor de armazenamento (40) através de um diodo de isolamento (52) que isola a bateria (50) da voltagem do carregador aplicada ao capacitor de armazenamento (40) pelo primeiro regulador de voltagem (38), de modo que o controlador (26) seja acionado do capacitor de armazenamento (40) ou da bateria (50), em dependência do nível da carga armazenada no capacitor de armazenamento (40).

7. Registrador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a interface de dispositivo de leitura (32) compreende contatos elétricos.

8. Registrador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a interface de dispositivo de leitura (32) compreende uma bobina (34) acoplada de modo indutivo no dispositivo de leitura (16).

9. Registrador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o capacitor de armazenamento (40) compreende um Capacitor em camadas Híbrido (HLC) ou um capacitor em Camada Dupla Duplo Elétrico (EDLC).

10. Registrador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o capacitor de armazenamento (40) é dimensionado para suprir energia suficiente para operar pelo menos o controlador (26) do registrador (14) durante um intervalo de leitura do medidor adotado até uma sessão de comunicação subsequente.

11. Registrador de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que o capacitor de armazenamento (40) tem um capacitor de armazenamento correspondente a um intervalo de leitura de medidor adotado de pelo menos um mês.

12. Registrador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um de um ou mais sensores (24a, 24b) é operativamente para detectar mudanças em um campo magnético no medidor (12), e em que o sensor (24a, 24b) compreender um fio Wiegand ou um sensor de efeito Hall.