CN103765915B - 遥读流体流量计的方法、流量计及与此方法相关的服务器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及遥读流体流量计的方法，流量计包括带有流量计时钟的模块和用于向包括服务器时钟的服务器发送带有时间戳的遥读信息帧的无线电发射器，发送完所有N帧，流量计模块转入接收模式(Rx)一段时间(△Rx)；一接收到带有时间戳的信息帧，该服务器确定包含在接收帧中的时钟信息和服务器时钟提供的时钟信息之间的偏差；接着，若该偏差超过预定的极限（△L)，该服务器向流量计发射一个校准消息；一收到校准消息，该流量计模块更新流量计时钟。

Description

遥读流体流量计的方法、流量计及与此方法相关的服务器
技术领域
本发明涉及流体流量计的遥读方法，按照此方法，流量计包括带有流量计时钟的模块和无线电发射器，用于向包括服务器时钟的服务器发送带有时间戳的遥读信息帧。
本发明还涉及与该方法相关联的专用流量计和服务器。
更具体地说，本发明涉及，但不仅仅涉及水或气体的流量计。
背景技术
在传统的射频遥读网络中，该流量计的发射器以确定的周期性按照预定的日历发送其数据。该发射器被编程以便，例如，在6:00，12:00，18:00和24:00进行测量或发送。
该发射器，用电池供电，被设计来运行约15至20年。为了降低这些产品的成本，使用质量相对较差的运行良好的石英。一般流量计的石英时钟具有约百万分之(ppm)+/-20的内在精度和约每年百万分之(ppm)+/-3的老化漂移。因而，在10年结束时时间偏差可能约达百万分之40或者更多。这意味着在10年之后可能有1.4小时的偏差和在20年之后有5.5小时的偏差。
因而，相对于绝对时间，一般称为协调世界时(UTC(Coordinated UniversalTime))，发射器的测量(或发送)时刻也偏离初始编程的发射时间和日期，不再遵守该时间和日期。
因而，主要的困难在于如何通过该射频遥读网络对发射器时钟定期进行更新。
在该网络系统中，使用NTP协议。客户定期请求服务器进行更新。该服务器送回它的时间以及客户请求到达的时间和服务器开始响应的时间。该客户知道他的请求发送时间和该响应的接收时间，于是可以计算他的内部时钟和基准时钟之间的时间差和消息在该网络中传播的时间。
同样可以实现定期的，例如，每天一次的时间更新系统。
这样的更新在该网络上产生大量的数据流，这对其容量是一个冲击。
在一个固定的遥读网络系统中，可以发现在给定时间读取流量计用的不同的体系结构：连接到流量计的无线电模块是双向的(发射器/接收器)，或是单向的。
人们尤其对短波固定遥读网络的情况感兴趣(ISM频带868MHz或433MHz)。
在双向流量计的情况下，该模块在接收模式下“监听”无线电连接，等待读取命令。该命令来自与基准(例如，用NTP连接至同步互联网的服务器)同步的网络实体。以永久性的侦听/接收模式实现带有流量计模块的真正的双向网络是复杂的，需要笨重的基础设施并在流量计电池方面消耗大量能量。
在单向流量计的情况下，这些模块每x秒，x在10至40秒之间，只用发射器传输读取的流量计值。同步接收器，例如，用NTP同步的网关GPRS，或者GPS同步的设备，将在所希望的时间“监听”该发射器。测量上的时间误差为发送器的发射频率的数量级，即几秒。
用这样的方法需要发射大量数据，这对网络的尺寸有影响，而且同样严重冲击流量计的电耗或发射器的射程。在流量计利用电池工作的情况下，这导致流量计自治性的减弱。
此外，利用比较精确的时钟会产生高成本。
发明内容
考虑到这些不同的缺点和困难，本发明的目的在于，尤其是，提供一种方法，它允许保证遥读信息时间戳标记的可靠性，而又不论对网络的容量和成本，还是对流量计的电耗和流量计利用电池组或电池工作时的自治性都不产生负面冲击。
按照本发明，一种流体流量计的遥读方法，其中，流量计包括带有流量计时钟、无线电发射器/接收器的模块，无线电发射器/接收器用于向服务器发送含有时间戳的遥读信息帧，该服务器包括服务器时钟和无线电接收器/发射器，其特征在于，
每传送N个帧，流量计的模块就在发射该帧之后转入接收模式(Rx)达确定的时间段(ΔRx)，
在接收到含有时间戳的信息帧的情况下，服务器确定包含在所接收帧中的时钟信息和服务器时钟提供的时钟信息之间的偏差，
然后，若该差值超过预定的极限(ΔL)，则服务器向流量计发射校准消息，
在收到校准消息的情况下，流量计的模块更新流量计时。
在其后该流量计模块转入接收模式的发射帧数N一般是一个超过1的整数。发射校准消息用的偏差的预定的极限ΔL可以在30秒和2分钟之间，尤其等于1分钟。
该校准消息最好包括校准消息包括用于补偿所确定的偏差的即时修正指令和用于消除或减少未来偏差的周期修正指令，尤其是由于老化造成的偏差。
最好，该流量计模块根据周期(P)，转入发射模式(Tx)，必要时随后有接收模式，用于回到多次发射之间的休息状态以便节省能量。周期P可以是4小时或者4小时的倍数。
在其间流量计模块转为接收的时间段ΔRx为在60ms和200ms之间，尤其等于120ms(毫秒)。
接收模式(Rx)包括两个阶段，具有持续时间ΔRxa的第一阶段Rxa缺省地实施，并且在第一阶段期间该流量计模块开始接收校准消息，流量计模块转入接收模式Rxb第二阶段，第二阶段具有超过第一阶段持续时间ΔRxa的持续时间ΔRxb。
接收模式第一阶段的持续时间ΔRxa可以在2和5ms之间，尤其等于3ms。该持续时间ΔRxb可以在60ms和200ms之间，尤其等于120ms。
该流量计最好包括一个标识符，包括在向该服务器发送的每个含有时间戳的信息帧内。
测量消耗量之后，含有时间戳的信息帧的发射按照预定程序在时间上被延迟，该服务器利用流量计标识符来标识相应的程序并在偏差计算中考虑该帧的延达发射。
本发明还涉及流体流量计，尤其是水或气体流量计，包括计量装置、带有流量计时钟、无线电发射器和无线电接收器以及流量计时钟更新装置的模块，使得流体流量计能够按照上述方法进行使用。
本发明还涉及一种服务器，包括发射器和接收器、服务器时钟和偏差测量装置，使得服务器能够按照上述方法进行使用。
附图说明
参照附图阅读下面对推荐的但没有任何限制特性的实施方式的描述，本发明的其他特征和优点将会变得明显。附图中：
图1是水流量计的示意图，带有与服务器通信的遥读模块；
图2是一个示意图，说明该流量计和该服务器之间的传送；而
图3是偏差和校正实例的表。
具体实施方式
在利用169MHz频带的长距离固定遥读网络的情况下，载波可达50米至几公里，这些流量计模块是单向的只带有一个发射器，由于节省电池组或者电池每天发送4到12次之间的信息帧。
在制造阶段，对该发射器进行校准，以减少其与频率基准的初始误差，但是流量计时钟的时间漂移(dérive)仍旧存在。
按照本发明，为了消除或减少这种时钟的时间漂移，而又不使网络复杂化及增加流量计模块的电消耗，实现简化的双向模式，以此该固定网络可以伺服流量计发射器的时钟。
在图1中人们可以看到，水流量计1包括一个带有流量计时钟的模块2，和无线电发射器3，用以向服务器4发送带有时间戳的遥读信息帧，该服务器包括时钟服务器、接收器和发射器。
流量计模块的时钟是石英时钟，它显示两种漂移类型：相对于协调世界时，直接由制造时决定的正或负的内在漂移，和由于老化造成的正或负的漂移。该流量计模块包括一个其时钟的更新装置。
在该一个或多个流量计1和该服务器4之间的传送以示意图示于图2，并按照本发明执行如下。
在服务器4处，该网络用NTP型系统与协调世界时UTC同步。因而，该服务器4从流量计1接收的所有信息都相对于UTC(协调世界时)以超过一秒的精度被印上时间日历戳。无线电波的传播时间可以忽略不计，并假定消息的发射时间等于其接收时间，这对于希望的精度是足够的。
在时刻t0，该流量许模块转入发射模式Tx一个在60ms和200ms之间，具体地说，等于120ms的时间段ΔTx，并发射一个包含以8位编码的时间戳的信息帧，包括一个读出的测量值以及该流量计的系列号。
根据流量计的系列号、不同的消息域和消息接收UTC时间，该服务器4被编程来确定该流量计模块1进行测量的时刻。
此外，该服务器识别流量计模块发射器的发射日历，就是说，设想的流量计发射时刻。该服务器4被编程以在几次接收结束时确定流量计时钟频率的漂移数值。这个漂移对应于按照该日历设置的测量时的理论世界标准时和该测量的实际世界标准时之间的差值。按照流量计时钟相对于世界标准时是滞后或超前，这个漂移可以是负或正。
一旦算出这个漂移，就可以简单地以下列形式发送漂移修正命令：
●设置当前时间
●和小时数，此小时数后流量计模块应该利用其更新装置系统地在其内部时钟或流量计时钟上减去或加上一个确定的时间值，特别是1秒。
只有当真实的信息接收时间和理论的信息接收时间之间的偏差超过预定的极限ΔL时才发送该命令，该极限最好在30秒和2分钟之间，具体地说，等于1分钟。
当发射时间ΔTx，特别是120ms已经逝去时，流量计模块转入接收模式Rx，它最好包括两个阶段。持续时间为ΔRxa，特别是3ms的第一阶段Rxa作为缺省来实现。
若在该阶段Rxa和时间ΔRxa期间该流量计收不到任何信息，则中止接收模式，而该流量计等待在周期P，具体地说，4小时结束后的时刻t1开始的下一通信序列。
若在阶段Rxa期间，该流量计模块开始接收校准消息，则流量计模块转入第二阶段，在一个超过第一阶段的持续时间ΔRxa的持续时间ΔRxb期间的接收模式Rxb。持续时间ΔRxb最好在60ms(毫秒)和200ms之间，具体地说，等于120ms(毫秒)。
当完全收到该校准消息时，该流量计模块退出接收模式Rxb，并停止通信直至4小时的周期P结束时的时刻T1。
在服务器4确定老化漂移约为每年百万分之3的情况下，该漂移约为3x(365x24x60)/106，即约为1.58分/年，即94.8秒/年，即约为7.9秒/月。
若流量计发射器时钟超前世界标准时，则当在消息真实的接收时间和消息理论的接收时间之间的偏差超过该预定的极限ΔL，特别是1分钟时，该服务器4发送修正命令。
响应该命令，该流量计发射器模块将：
●立即在其内部时钟每小时减小一分钟，
●在其内部时钟每92.6小时减小1秒(老化漂移是7.9秒/月，即7.9秒/30.5×24小时，即7.9秒/732小时，即1秒/92.6小时)。
为了阐明该方法，对于在时刻t0精度为20ppm(初始不确定性)而且老化年漂移为每年3ppm的时钟，一组校准数值以表的形式示于图3。
图3的表包括第一行，题为：以年的日期和两组各3行，题为：以分钟的最大漂移；以小时的最大漂移；时钟更新周期。
第一组的三行对应于未校准的时钟(未对初始不确定性进行修正)。第一年的最大漂移是每年百万分之23，即用分钟表达：
23x(365x24x60)分/106，约为12.09分钟，
取整为12.1分。因而总漂移约为每月1分钟。第一年内部时钟减小1秒的更新周期是12.08小时。对于其余各年的数据列于该表中。
第二组三行对应于校准过的时钟(修正了初始不确定性)。对于第一年，每年(老化)漂移3ppm约为每年1.6分钟，即7.9秒/月，即1秒/92.59小时。因而，第一年内部时钟减小1秒的更新周期为92.59小时。对于第二年，每年6ppm的老化漂移推算出为每年4.7分钟的漂移和每30.86小时的更新周期。
随后各年如此类推。
按照本发明的装置有许多优点。
它允许获得固定日期的消耗量信息，而没有显著的误差，这是某些消费者要求的。
没有修正的流量计时钟每年可能偏移12分钟，即在流量计的估计使用寿命的20年偏移5.5小时，这样一个偏差往往是难以接受的。
但是进行流量计时钟的修正无需笨重的基础设施和费用，而且即使传输距离远也一样。
该修正信息尺寸非常小，约8位，因而并不会使网络堵塞。
按照简化双向模式工作允许只利用单一频率和避免求助于非常笨重的基础设施。事实上，真正的双向网络需要实现繁重的通信协议。
本发明适用于所有类型的流体流量计，具体地说，水或气体流量计，而且适用于把电看作流体的电流量计。

Claims (16)

1.一种流体流量计的遥读方法，其中，流体流量计包括带有流量计时钟和无线电发射器/接收器的模块，无线电发射器/接收器用于向服务器发送含有时间戳的遥读的信息帧，该服务器包括服务器时钟和无线电接收器/发射器，其特征在于，
在发射该信息帧之后，每传送N个信息帧，流体流量计的模块就转入接收模式(Rx)达确定的时间段(ΔRx)，
在接收到含有时间戳的信息帧的情况下，服务器确定包含在所接收的信息帧中的时钟信息和服务器时钟提供的时钟信息之间的偏差，
然后，若该差值超过预定的极限(ΔL)，则服务器向流体流量计发射校准消息，
在接收到校准消息的情况下，流体流量计的模块更新流量计时钟。
2.按照权利要求1所述的遥读方法，其特征在于，传送N个信息帧后流体流量计的模块转入接收模式中所述的N个信息帧的数目N为一个大于1的整数。
3.按照权利要求1或2所述的遥读方法，其特征在于，关于发射校准消息的偏差的预定极限(ΔL)在30秒和2分钟之间。
4.按照权利要求3所述的遥读方法，其特征在于，关于发射校准消息的偏差的预定极限(ΔL)等于1分钟。
5.按照权利要求1或2所述的遥读方法，其特征在于，校准消息包括用于补偿所确定的偏差的即时修正指令和用于消除或减少未来偏差的周期修正指令。
6.按照权利要求1所述的遥读方法，其特征在于，根据周期(P)，流体流量计的模块转入发射模式(Tx)，随后有接收模式，用于回到多次发射之间的休息状态以便节省能量。
7.按照权利要求1所述的遥读方法，其特征在于，接收模式(Rx)包括两个阶段，具有持续时间(ΔRxa)的第一阶段(Rxa)缺省地实施，并且在第一阶段期间该流体流量计的模块开始接收校准消息，流体流量计的模块转入接收模式(Rxb)第二阶段，第二阶段具有超过第一阶段持续时间(ΔRxa)的持续时间(ΔRxb)。
8.按照权利要求7所述的遥读方法，其特征在于，接收模式第一阶段的持续时间(ΔRxa)在2ms和5ms之间。
9.按照权利要求8所述的遥读方法，其特征在于，接收模式第一阶段的持续时间(ΔRxa)等于3ms。
10.按照权利要求1所述的遥读方法，其特征在于，在其间流体流量计的模块转为接收模式的时间段(ΔRx)为在60ms和200ms之间。
11.按照权利要求1所述的遥读方法，其特征在于，在其间流体流量计的模块转为接收模式的时间段(ΔRx)等于120ms。
12.按照权利要求1或2所述的遥读方法，其特征在于，流体流量计包括标识符，该标识符包含在向服务器传输的每个含有时间戳的信息帧中。
13.按照权利要求12所述的遥读方法，其特征在于，测量消耗量之后，含有时间戳的信息帧的发射按照预定程序在时间上被延迟，该服务器利用流体流量计的标识符来标识相应的程序并在偏差计算中考虑该信息帧的延迟发射。
14.一种流体流量计，包括计量装置，带有流量计时钟、无线电发射器和无线电接收器、以及流量计时钟的更新装置的模块，使得该流体流量计能够按照权利要求1至13中任一项所述的遥读方法进行使用。
15.按照权利要求14所述的流体流量计，其特征在于，所述流体流量计是水或气体流量计。
16.一种服务器，包括发射器和接收器、服务器时钟和偏差测量装置，使得该服务器能够按照权利要求1至13中任一项所述的遥读方法进行使用。
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