CZ201829A3 - A device for sensing the status of electronic electrometers, a method of sensing the status of electronic electrometers, a procedure for sensing the status of electrometers and the use of the device - Google Patents
A device for sensing the status of electronic electrometers, a method of sensing the status of electronic electrometers, a procedure for sensing the status of electrometers and the use of the device Download PDFInfo
- Publication number
- CZ201829A3 CZ201829A3 CZ2018-29A CZ201829A CZ201829A3 CZ 201829 A3 CZ201829 A3 CZ 201829A3 CZ 201829 A CZ201829 A CZ 201829A CZ 201829 A3 CZ201829 A3 CZ 201829A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- status
- meter
- output
- voltage
- phototransistor
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
- B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
- B61F5/26—Mounting or securing axle-boxes in vehicle or bogie underframes
- B61F5/30—Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes
- B61F5/32—Guides, e.g. plates, for axle-boxes
- B61F5/325—The guiding device including swinging arms or the like to ensure the parallelism of the axles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
- B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
- B61F5/26—Mounting or securing axle-boxes in vehicle or bogie underframes
- B61F5/30—Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes
- B61F5/301—Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes incorporating metal springs
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
- B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
- B61F5/26—Mounting or securing axle-boxes in vehicle or bogie underframes
- B61F5/30—Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes
- B61F5/308—Axle-boxes mounted for movement under spring control in vehicle or bogie underframes incorporating damping devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
- B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
- B61F5/50—Other details
- B61F5/52—Bogie frames
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D4/00—Tariff metering apparatus
- G01D4/008—Modifications to installed utility meters to enable remote reading
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R22/00—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters
- G01R22/06—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods
- G01R22/061—Details of electronic electricity meters
- G01R22/063—Details of electronic electricity meters related to remote communication
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02B90/20—Smart grids as enabling technology in buildings sector
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
- Y04S20/30—Smart metering, e.g. specially adapted for remote reading
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Zařízení pro průběžné snímání stavu elektronických elektroměrů sestává z baterie (1), zdroje (2) napájecího napětí, procesorové jednotky (3), bezdrátového komunikačního modulu (4), monitoru (5) napětí baterie, optického komunikačního rozhraní (6), antény (7) a ochranného obvodu (8), přičemž tyto bloky či prvky ve svém souhrnu slouží ke sběru a přenosu dat získaných z běžných elektronických elektroměrů, kde pro přenos dat je využívána nízkopříkonová síť velkého dosahu (LPWAN), která má extrémně nízké náklady na budování a provoz, přičemž toto kompaktní zařízení je výhodně provedeno s odnímatelným uchycením prostřednictvím magnetu, používající pro získávání dat z elektroměru optický port.The device for continuous reading of the status of electronic meters consists of a battery (1), a power supply (2), a processor unit (3), a wireless communication module (4), a battery monitor (5), an optical communication interface (6), an antenna ( 7) and the protection circuit (8), wherein the blocks or elements are collectively used to collect and transmit data obtained from conventional electronic meters, where a low-power high-range network (LPWAN) is used for data transmission, which has extremely low building costs and operation, wherein the compact device is preferably provided with a removable magnet mount, using an optical port for obtaining data from the meter.
Description
Zařízení ke snímání stavu elektronických elektroměrů, způsob snímání stavu elektronických elektroměrů, postup snímání stavu elektroměrů a použití zařízeníDevice for sensing the status of electronic meters, method of sensing the status of electronic meters, process of sensing the status of meters and using the device
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká zařízení a jeho mechanické konstrukce a jeho elektrického zapojení pro zjišťování stavových informací elektronických elektroměrů (zejména naměřené spotřeby el. energie a s tím souvisejících informací) prostřednictvím optického komunikačního rozhraní a dálkového přenosu těchto informací nízko příkonovou radiovou sítí typu LPWAN do cloudového datového úložiště.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device and its mechanical construction and its electrical connection for detecting electronic electricity meter status information (particularly measured electrical energy consumption and related information) via an optical communication interface and remote transmission of such information via LPWAN low power radio network to a cloud data storage.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Optický (IR) port moderních elektronických elektroměrů je v současné době využíván převážně kjednorázovým odečtům (typicky lx ročně) stavu odběrů el. energie dodavateli pro účely vyúčtování, případně k diagnostickým nebo servisním účelům. Průběžné měření spotřeby a poskytování těchto informací spotřebitelům online dodavatelé buď neřeší vůbec, nebo k tomu používají speciální, technicky složité a drahé elektroměry, vybavené některými „standardními“ komunikačními technologiemi (GSM/GPRS, Wi-Fi, MBus wireless) - například elektroměr Landis+Gyr ZMF100. V současnosti dostupná řešení, umožňující online sledování spotřeby el. energie čtením informací z elektroměrů, využívají pro sběr informací o spotřebě optický impulzní výstup, jehož nevýhodou je zejména nutnost počátečního „ručního“ nastavení softwarových počítadel, přepočítávacího koeficientu a následné bezchybné nepřetržité synchronizace (ztráta byť jediného impulsu = ztráta synchronizace a totální znehodnocení všech dalších měření). Pro přenos informací vyžadují komplikovanou infrastrukturu, založenou na WiFi komunikačním standardu, napájení ze sítě 230 V a datový koncentrátor - viz například projekt Energomonitor.The optical (IR) port of modern electronic electricity meters is currently used mainly for one-off readings (typically once a year) of the state of electricity consumption. energy to the supplier for billing purposes or for diagnostic or service purposes. Continuous metering and provision of this information to consumers online suppliers either do not address it at all or use special, technically complex and expensive electricity meters equipped with some "standard" communication technologies (GSM / GPRS, Wi-Fi, MBus wireless) - for example Landis + Gyr ZMF100. Currently available solutions enabling online monitoring of power consumption. energy by reading information from electricity meters, they use optical pulse output to collect consumption information, the disadvantage of which is the necessity of initial "manual" setting of software counters, conversion factor and subsequent error-free synchronization (loss of even a single pulse = loss of synchronization) ). They require a complicated infrastructure based on the WiFi communication standard, a 230 V power supply and a data concentrator to transmit information - see, for example, the Energomonitor project.
Popis vynálezuDescription of the invention
Základní myšlenkou je, že zařízení využívá nejmodemějších technologií internetu věcí (IoT) ke konstrukci a provozu velmi levného, cenově maximálně dostupného zařízení na sběr, přenos, prezentaci a zpracování dat, získaných z běžných elektronických elektroměrů. Pro přenos dat je využívána nízkopříkonová síť velkého dosahu (LPWAN), vyznačující se extrémně nízkými náklady na budování a provoz. V příkladu provedení vynálezu se jedná o:The basic idea is that the device uses state-of-the-art IoT technology to design and operate a very inexpensive, affordable device for collecting, transmitting, presenting and processing data obtained from conventional electronic energy meters. Data transmission uses a low-power long-range network (LPWAN), characterized by extremely low construction and operation costs. Examples of the invention include:
miniaturní, kompaktní zařízení napájené tužkovou baterií (AA)resp. akumulátor el. energie komunikující data po nízkoenergetické, levné LPWAN síti LoRaWAN do cloudového úložiště s odnímatelným uchycením prostřednictvím magnetu používající pro získávání dat z elektroměru optický port dle normy IEC 62056-21.miniature, compact device powered by AA battery accumulator el. energy communicating data over a low-energy, low-cost, low-cost LoRaWAN LPWAN to a cloud storage with a removable magnet mount using an optical port in accordance with IEC 62056-21 for data acquisition from the meter.
Popis zapojení zařízení dle vynálezuDescription of the connection of the device according to the invention
Zařízení podle tohoto vynálezu slouží k samočinnému bezkontaktnímu sběru dat z elektroměrů a jejich bezdrátový přenos pomocí nízkopříkonové radiové sítě na centrální server. Data lze dále libovolně zpracovávat, jak pro osobní použití, tak pro distributory elektrické energie. Důraz je kladen na maximální jednoduchost při instalaci i registraci zařízení do sítě, stejně jako na vytvoření uživatelského účtu a zobrazení měřených hodnot.The device according to the invention serves for automatic contactless data collection from electricity meters and their wireless transmission via low-power radio network to the central server. The data can be further freely processed, both for personal use and for electricity distributors. Emphasis is placed on maximum ease of installation and registration of the device in the network, as well as the creation of a user account and display of measured values.
- 1 CZ 2018 - 29 A3- 1 GB 2018 - 29 A3
Celé zařízení napájí baterie, výhodně lithiová baterie o nominální hodnotě napětí 3,6 V, jejíž výhodou je velmi dlouhá životnost a umožní funkčnost zařízení, při průměrné spotřebě cca 20uA, v řádu let. V případě existence zdroje energie s obdobnými nebo lepšími parametry není tento vynález limitován pouze na lithiovou baterii, nýbrž k napájení může být využit i tento jiný vhodný zdroj energie. Z baterie je napájecí napětí přivedeno do ochranného obvodu. Tato část obsahuje polovodičovou diodu, která slouží jako ochrana proti přepólování baterie (např. při její výměně uživatelem). Polovodičová dioda propouští elektrický proud, dle tohoto vynálezu stejnosměrný, dodávaný baterií, pouze v jednom směru, a to od anody ke katodě. Pokud je na polovodičové diodě napětí opačné polarizace, t j. při prohození kladné a záporné svorky napájecího napětí, je dioda polarizována v tzv. závěrném směru a propouští minimální proud v řádu jednotek μΑ, jenž je označován jako tzv. závěrný proud. Tento závěrný proud, vzhledem ke své velikosti, neohrozí žádné další části zařízení.The whole device is powered by a battery, preferably a lithium battery with a nominal voltage of 3.6 V, the advantage of which is a very long lifetime and allows the device to function, with an average consumption of about 20uA, in a number of years. In the case of a power source with similar or better parameters, the present invention is not limited to a lithium battery, but other suitable power sources may also be used to power. The battery is fed into the protective circuit. This part contains a semiconductor diode, which serves as protection against polarity reversal of the battery (eg when replaced by the user). The semiconductor diode transmits electric current, according to the present invention, supplied by the battery in only one direction, from anode to cathode. If there is reverse polarization voltage on the semiconductor diode, ie when the positive and negative supply voltage terminals are switched, the diode is polarized in the so-called reverse direction and transmits the minimum current in the order of μΑ units, known as the so-called reverse current. This reverse current, due to its size, will not jeopardize any other parts of the device.
Jelikož je výše popisovaná baterie schopna dodat při zkratu proud v řádu až desítek ampér a mohlo by dojít vlivem průchodu tohoto extrémně velkého proudu např. ke vznícení zařízení, je v ochranném obvodu, za polovodičovou diodou, zapojena polymerová vratná pojistka. Tato pojistka odpojí baterii od zařízení při nárůstu proudu danou mez a ochrání jak baterii, tak i další části zařízení při případné elektrické závadě na zařízení. Polymerová pojistka má navíc autoregenerační schopnost, a po odpojení napájecího napětí se sama opět uvede to vodivého stavu, takže není nutné pojistku měnit.Since the above-described battery is capable of supplying up to tens of amperes in the event of a short circuit and could cause the device to ignite due to the passage of this extremely high current, a polymer return fuse is connected in the protective circuit behind the semiconductor diode. This fuse disconnects the battery from the device when the current increases, and protects both the battery and other parts of the device in the event of an electrical fault on the device. In addition, the polymer fuse has self-healing capability and once the supply voltage has been disconnected, the conductive state resumes itself, so there is no need to replace the fuse.
Za ochranným obvodem následuje blok zdroje napájecího napětí. Tato část zařízení obsahuje především lineární stabilizátor napětí s velmi nízkou vlastní spotřebou a velmi nízkým úbytkem napětí na tomto obvodu. Dalšími prvky jsou blokovací kondenzátory, které zamezují rozkmitání zpětné vazby lineární stabilizátoru napětí při skokové změně buď vstupního napětí, přičemž zařízení jev tomto řešení napájeno z baterie, a tudíž ke skokové změně vstupního napětí před stabilizátorem nemůže dojít, nebo při skokové změně odebíraného proudu z lineárního stabilizátoru. Jelikož jedním z cílů zařízení je extrémně dlouhá životnost, je po většinu času procesorová jednotka i komunikační modul v režimu velmi nízkého příkonu (Low power mode) a spotřeba zařízení jev řádu mikroampér. Ovšem během komunikace s elektroměrem a při odesílání dat přes radiové spojení dochází ke chvilkovému nárůstu odběru proudu až na desítky miliampér. Zde se uplatní vliv blokovacích kondenzátorů, které zabrání rozkmitání zpětné vazby lineárního stabilizátoru a ztrátě stabilizačních schopností tohoto obvodu.The protective circuit is followed by a power supply block. This part of the device mainly comprises a linear voltage stabilizer with a very low self-consumption and a very low voltage drop across this circuit. Other elements are blocking capacitors, which prevent the feedback of the linear voltage stabilizer from oscillating when either the input voltage is changed, and the device is battery-powered in this solution and therefore the input voltage is not changed in front of the stabilizer. stabilizer. Because one of the device's goals is extremely long life, most of the time, both the processing unit and the communication module are in the Low power mode and the power consumption of the device is of the order of microamps. However, during communication with the meter and when sending data over a radio connection, there is a momentary increase in power consumption up to tens of milliamperes. Here the influence of the blocking capacitors is applied, which prevents the feedback of the linear stabilizer feedback and the loss of the stabilizing capabilities of this circuit.
Výstupní napětí z lineárního stabilizátoru, které napájí všechny ostatní části zařízení, kde stabilizátor je součástí bloku zdroje napájecího napětí, je 2,5 V. Díky tomu a výše popsaným vlastnostem stabilizátoru, tj. velmi nízká vlastní spotřeba a velmi nízký úbytek napětí, lze zařízení provozovat již od napětí 2,7 V.The output voltage from the linear stabilizer, which supplies all other parts of the device where the stabilizer is part of the power supply unit block, is 2.5 V. Thanks to the above described characteristics of the stabilizer, ie very low self-consumption and very low voltage drop, to operate from 2.7 V
Blok pro monitorování napětí baterie je zapojen za ochranný obvod a skládá se z odporového napěťového děliče a operačního zesilovače. Napěťový dělič, tvořený dvěma rezistory s velkým odporem v řádu megaohmů ΜΩ zajistí snížení hodnoty měřeného napětí baterie na hodnotu danou poměrem hodnot odporu rezistorů v napěťovém děliči, které je pak vhodné pro další zpracování procesorovou jednotkou. Díky velké hodnotě odporů rezistorů v děliči je proud tekoucí těmito prvky velmi nízký, tj. menší než jeden mikroampér μΑ, a tudíž nezatěžuje baterii a nesnižuje její životnost. Avšak velké hodnoty odporů způsobí, že napěťový dělič má značně vysoký výstupní odpor a nelze jej připojit přímo na analogově-číslicový převodník, obsažený v procesorové jednotce, protože jeho vstupní odpor je v řádu desítek kiloohmů (1<Ω) a došlo by k velkému zkreslení měřené veličiny, že by se stala nepoužitelnou. Tento problém řeší operační zesilovač použitý jako impedanční oddělovač. Toto zapojení má pak extrémně vysoký vstupní odpor v řádu desítek ΜΩ, takže napěťový dělič proudově nezatíží, a naopak má téměř nulový výstupní odpor a lze je pak zapojit na vstup analogově-číslicového převodníku procesorové jednotky, aniž by bylo celé měření napětí baterie zatíženou chybou metody měření.The battery voltage monitoring unit is connected to the protective circuit and consists of a resistive voltage divider and an operational amplifier. A voltage divider consisting of two high-resistor resistors of the order of megaohms ΜΩ will reduce the measured battery voltage to a value given by the ratio of the resistor resistance values in the voltage divider, which is then suitable for further processing by the processor unit. Due to the high resistance value of the resistors in the divider, the current flowing through these elements is very low, ie less than one μΑ microampa, and therefore does not burden the battery and reduce its battery life. However, large resistance values cause the voltage divider to have a very high output resistance and cannot be connected directly to the analog-to-digital converter contained in the processor unit because its input resistance is in the order of tens of kiloohms (1 <Ω) and would cause great distortion measured quantities that would become unusable. Operational amplifier used as impedance separator solves this problem. This circuit has an extremely high input resistance in the order of tens of takže, so that the voltage divider does not load current, and vice versa has almost zero output resistance and can then be connected to the analog-to-digital converter input of the processor unit without the entire battery voltage measurement measurement.
-2CZ 2018 - 29 A3-2GB 2018 - 29 A3
Procesorová jednotka obsahuje mikroprocesor, který řídí chod celého zařízení, výhodně 16-ti bitový mikroprocesor s extrémně nízkým příkonem přibližně 50 pW ve stavu spánku, kde se mikroprocesor nachází cca 95 % času. Ovládá komunikační modul pro přístup do nízkopříkonové bezdrátové sítě, provádí řízení procesu komunikace s elektroměrem skrze optické komunikační rozhraní a také pomocí integrovaného analogově-číslicového převodníku kontroluje napětí baterie. V podstatě jde o konečný stavový automat. Po zapnutí nebo restartování mikroprocesoru se nejprve nastaví všechny používané periferie, a především speciální časovač, který je součástí procesorové jednotky a který jako jediný zůstává v chodu i v nejúspomějším módu mikroprocesoru, kdy jsou téměř všechny jeho části vypnuty a odběr pak je v řádu jednotek mA.The processor unit comprises a microprocessor that controls the operation of the entire device, preferably a 16-bit microprocessor with an extremely low power input of about 50 pW in the sleep state, where the microprocessor is about 95% of the time. It controls the communication module to access the low-power wireless network, controls the communication process with the electricity meter through the optical communication interface, and also monitors the battery voltage using an integrated analog-to-digital converter. It is basically a finite state machine. After switching on or restarting the microprocessor, all the peripherals used are set first, and above all the special timer that is part of the processor unit and remains the only one running even in the most successful mode of the microprocessor when almost all its parts are switched off. .
V hlavní smyčce se vždy proveden nejprve pokus o navázání komunikace s elektroměrem. Je-li tento pokus úspěšný, odešlou se data na server skrze bezdrátovou nízkopříkonovou síť (viz níže). Následně se celý mikroprocesor přepne do módu s velmi nízkým příkonem, kdy běží pouze speciální časovač. Po uplynutí definované doby, obvykle 10 min, tento časovač procesor opět uvede do aktivního stavu. Celý proces se opakuje stále dokola. Dále se kontroluje napětí baterie a stav se odesílá v datovém paketu společně s údaji z elektroměru.In the main loop, an attempt is always made first to establish communication with the meter. If this attempt is successful, the data is sent to the server through a wireless low-power network (see below). Subsequently, the entire microprocessor switches to a very low power mode with only a special timer running. After a defined period of time, typically 10 minutes, this timer resets the processor to the active state. The whole process is repeated over and over. Next, the battery voltage is checked and the status is sent in the data packet along with the meter data.
Optické komunikační rozhraní slouží k přenosu informací mezi zařízením a elektroměrem. Je přímo spojeno s procesorovou jednotkou, která zajišťuje jeho řízení. Skládá se z fototranzistoru a LED diody, oba prvky pracují ve spektru blízkého infračerveného pole, cca 880 nm. IR (infrared) LED dioda při průchodu elektrického proudu emituje infračervené záření a slouží jako vysílací prvek. Velikost budícího proudu je nastavena pomocí rezistoru na přibližně 10 mA, což je vhodný kompromis mezi spotřebou elektrické energie a vysílaným výkonem. IR LED dioda není připojena přímo k procesorové jednotce, ale je spínána pomocí bipolámího tranzistoru typu PNP. Výstupní port mikroprocesoru má omezený maximální výstupní proud, použití PNP tranzistoru umožní malým proudem z výstupního pinu mikroprocesoru spínat větší proud tekoucí IR LED diodou. Snímacím prvkem, např. výhodně IR fototranzistorem, začne při ozářením infračerveným zářením protékat proud, přičemž dojde k jeho otevření. Fototranzistor je připojen mezi nulový potenciál GND (ground) a pull up rezistor, na který je přivedeno napájecí napětí 2,5 V. Pokud je citlivá oblast polovodiče osvícena infračerveným zářením, fototranzistor začne vést elektrický proud a na výstupu obvodu připojeného na mikroprocesor se objeví logická hodnota „L“ značící napětí 0 V. Pokud polovodič osvícený není, je fototranzistor uzavřený a na výstupu je logická hodnota „H“ značící napětí 2,5 V. Tímto způsobem probíhá sériová komunikace mezi zařízením a elektroměrem. Při tomto způsobu přenosu začíná komunikace vysláním start bitu s logickou hodnotou „L“, pak následují jednotlivé bity z přenášeného byte, a přenos je zakončen stop bitem s logickou hodnotou „H“. Infračervený signál není nijak modulovaný.The optical communication interface is used to transfer information between the device and the meter. It is directly connected to the processor unit that ensures its control. It consists of a phototransistor and LED, both elements operating in the near-infrared spectrum, about 880 nm. The IR (infrared) LED emits infrared radiation as it passes through electrical current and serves as a transmitting element. The excitation current is set to approximately 10 mA with a resistor, which is a good compromise between power consumption and transmitted power. The IR LED is not connected directly to the processor unit, but is switched via a bipolar PNP transistor. The microprocessor output port has a limited maximum output current, the use of a PNP transistor allows a small current from the microprocessor output pin to switch a larger current through the flowing IR LED. The current sensing element, e.g. preferably by an IR phototransistor, starts to flow under irradiation with infrared radiation, opening it. The phototransistor is connected between the zero potential of the GND (ground) and the pull up resistor, which is supplied with a 2.5 V supply voltage. If the sensitive area of the semiconductor is illuminated by infrared radiation, the phototransistor starts conducting current and logic appears on the microprocessor value of “L” indicating voltage of 0 V. If the semiconductor is not illuminated, the phototransistor is closed and the logic value of “H” indicating the voltage of 2.5 V is output. This way serial communication between the device and the meter takes place. In this type of transmission, communication begins by sending a start bit with a logical value of "L", followed by individual bits from the transmitted byte, and the transmission ends with a stop bit with a logical value of "H". The infrared signal is not modulated.
Bezdrátový komunikační modul zajišťuje přenos naměřených údajů prostřednictvím antény do nízkopříkonové bezdrátové sítě typu LPWAN na cloudové úložiště. Obsahuje obvody modulátoru, demodulátoru a generátoru nosné frekvence. Obvody modulátoru slouží k vytvoření vysokofrekvenčního signálu s modulovaným datovým paketem určeným k vyslání ze zařízení. Výstup z obvodů modulátoru je přiveden na výstupní zesilovač, který zajistí požadovaný vysílací výkon a je připojen na anténu. Anténa je zároveň připojena na vstupní nízkošumový zesilovač, tzv. Low Noise Amplifier LNA, který zesiluje signál přijímaný do zařízení. Jeho výstup je připojen na demodulátor, který vysokofrekvenční signál demoduluje a převede na datový paket, který je zpracován procesorovou jednotkou. Součástí bezdrátového komunikačního modulu je kromě obvodů modulátoru a demodulátoru také generátor nosné frekvence, tvořený krystalovým oscilátorem, napěťově řízeným oscilátorem a fázovým závěsem. Krystalový oscilátor společně s napěťově řízeným oscilátorem (Voltage Controlled Oscilátor VCO) a fázovým závěsem (Phase Locked Loop PLL) generuje přesný kmitočet pro obvody modulátoru a demodulátoru. Krystalový oscilátor funguje na principu rozkmitání tělíska z piezoelektrického materiálu, je-li na dvě protilehlé elektrody přivedeno elektrické napětí. Velikost a tvar toho krystalu určuje rezonanční frekvenci, kterou pak krystalový oscilátor generuje.The wireless communication module ensures the transmission of measured data via an antenna to a low-power LPWAN wireless network to the cloud storage. It contains the modulator, demodulator, and carrier frequency circuits. The modulator circuitry is used to generate a high frequency signal with a modulated data packet to be sent from the device. The output from the modulator circuits is connected to an output amplifier that provides the required transmit power and is connected to the antenna. The antenna is also connected to the input Low Noise Amplifier LNA, which amplifies the signal received into the device. Its output is connected to a demodulator, which demodulates the RF signal and converts it to a data packet that is processed by the processing unit. In addition to the modulator and demodulator circuits, the wireless communication module also includes a carrier frequency generator consisting of a crystal oscillator, a voltage-controlled oscillator, and a phase lock. The crystal oscillator, together with the Voltage Controlled Oscillator VCO and Phase Locked Loop PLL, generates the exact frequency for the modulator and demodulator circuits. The crystal oscillator operates on the principle of oscillation of the piezoelectric body when two opposing electrodes are energized. The size and shape of the crystal determines the resonance frequency that the crystal oscillator then generates.
-3 CZ 2018 - 29 A3-3 EN 2018 - 29 A3
Fázový závěs krystalového oscilátoru, který je součástí bezdrátového komunikačního modulu, je zpětnovazební obvod, jehož úkolem je udržovat výstupní fázi signálu se signálem vstupním. Jeho výstup je přes filtr typu dolní propust (tento filtr propouští pouze signály do určité mezní frekvence) přiveden na vstup napěťově řízeného oscilátoru. Jeho výstupní signál o kmitočtu odpovídajícímu řídicímu napětí je přes děličku (N) přiveden na první vstup fázového detektoru a na druhý vstup je přiveden signál z krystalového oscilátoru. Toto zapojení zajistí na vstupu napěťově řízeného oscilátoru takové napětí, aby byl jeho výstupní kmitočet roven frekvenci krystalového oscilátoru vynásobeného konstantou N, jenž odpovídá dělicímu poměru děličky. Tudíž je syntetizován signál s přesnou frekvencí pro modulátor. Stejná frekvence se využívá i v demodulátoru pro přijímaný signál.The phase oscillator of the crystal oscillator, which is part of the wireless communication module, is a feedback circuit designed to maintain the output phase of the signal with the input signal. Its output is connected to a voltage-controlled oscillator via a low-pass filter (this filter only transmits signals to a certain frequency limit). Its output signal at the frequency corresponding to the control voltage is applied via a divider (N) to the first input of the phase detector and to the second input the signal from the crystal oscillator. This connection provides a voltage at the input of the voltage-controlled oscillator such that its output frequency is equal to the frequency of the crystal oscillator multiplied by the constant N corresponding to the dividing ratio of the divider. Thus, a signal with an exact frequency for the modulator is synthesized. The same frequency is used in the demodulator for the received signal.
Bezdrátový komunikační modul v základním provedení tvoří jeden integrovaný obvod. V jiném provedení může být představován více integrovanými obvody, které dohromady tento komunikační modul tvoří.The wireless communication module in the basic design consists of one integrated circuit. In another embodiment, it may be represented by a plurality of integrated circuits that together form the communication module.
Anténa je v základním provedení připojena přímo do desky plošného spoje prostřednictvím šroubovacího konektoru a s vnějším obalem zařízení, např. krabičkou (tzv. housingem) tvoří jeden kompaktní celek. Mohou nastat situace, kdy bude třeba anténu vyvést prostřednictvím kabelu mimo skříň, ve které je umístěn elektroměr. V takovém případě může být anténa napojena na zařízení prostřednictvím kabelu.In the basic design, the antenna is connected directly to the printed circuit board by means of a screw connector and forms one compact unit with the external housing of the device, eg a housing. There may be situations where the antenna needs to be routed through a cable outside the cabinet where the meter is located. In this case, the antenna can be connected to the device via a cable.
Zařízení je k elektroměru výhodně upevněno pomocí magnetického prvku vytvořeného v oblasti výstupu optického komunikačního rozhraní. Jakýkoliv další způsob upevnění zařízení umožňující propojení optického komunikačního rozhraní s elektroměrem není tímto vynálezem vyloučen, nicméně magnetické spojení zařízení dle vynálezu a elektroměru se jeví jako nej výhodnější varianta.The device is preferably attached to the electricity meter by means of a magnetic element provided in the region of the output of the optical communication interface. Any other method of fastening the device allowing the connection of the optical communication interface to the electricity meter is not excluded by the present invention, but the magnetic connection of the device according to the invention and the electricity meter seems to be the most advantageous variant.
V případě potřeby může být zařízení opatřeno optickým nebo metalickým kabelem pro vzdálené spojení zařízení s elektroměrem. Metalický kabel dle takové řešení obsahuje obvody, obousměrně převádějící optický signál na elektrický. Takové řešení je obecně nevýhodné a výrazně složitější, dražší a energeticky značně náročné, je vhodné pouze pro situace, kdy není před elektroměrem žádný volný prostor umožňující instalaci zařízení dle tohoto vynálezu. Zařízení podle tohoto řešení je však natolik malé, že se vejde prakticky do každé rozváděčové skříně s elektroměrem, čímž můžeme říct, že vejde-li se tam samotná sonda, vejde se tam i celé zařízení podle tohoto vynálezu.If necessary, the device may be provided with an optical or metallic cable to remotely connect the device to the meter. The metallic cable according to such a solution comprises circuits that convert the optical signal to electrical signal in both directions. Such a solution is generally disadvantageous and considerably more complex, expensive and energy intensive, only suitable for situations where there is no clearance in front of the meter to allow installation of the device according to the invention. However, the device according to this solution is so small that it fits into virtually any electrical cabinet with an electricity meter, which means that if the probe itself fits there, the entire device according to the invention can also fit there.
Výhody oproti dosavadnímu stavu:Advantages over the prior art:
Moderní vzdálený přístup k informacím o spotřebě el. energie: Zařízení umožňuje průběžné odečítání stavu z běžných elektronických elektroměrů, vybavených optickým rozhraním (v příkladu provedení vynálezu dle normy IEC 62056-21) a odesílání těchto informací v předem nastavených časových intervalech do cloudového úložiště k dalšímu zpracování. Následně jsou data k dispozici nepřetržitě v číselné i grafické podobě ve fyzikálních jednotkách elektrické práce (kWh) i finančním vyjádření (Kč) webovým prohlížečům počítačů, tabletů i smartphonů.Modern remote access to power consumption information Energy: The device enables continuous reading of the state from conventional electronic meters equipped with an optical interface (in the example of the invention according to IEC 62056-21) and sending this information at preset intervals to the cloud storage for further processing. Subsequently, the data are available continuously in numerical and graphic form in physical units of electrical work (kWh) and financial expression (CZK) to web browsers of computers, tablets and smartphones.
Hospodárnost: zařízením lze velice rychle pomocí magnetu vybavit naprostou většinu běžně používaných elektroměrů - pro získání online informací o spotřebě není tedy nutná jejich výměna za nová drahá zařízení s komunikačním interface.Economical: the device can be equipped with a very fast majority of commonly used electricity meters with a magnet - so it is not necessary to replace them with new expensive communication interface devices to get online consumption information.
Cenová dostupnost: samotné zařízení je zcela bezúdržbové (v příkladu provedení vynálezu kromě výměny baterie cca 1 x za 2-3 roky), jednoduché a cenově velmi dostupné nejširšímu okruhu uživatelů (v příkladu provedení vynálezu se předpokládá koncová cena do 1 tisíce Kč). Levný je i síťový provoz - sítě pro internet věcí typu LPWAN (tzv. Low Power WAN) nejsou nákladné na vybudování ani na provoz, běžná cena za přenos informací z jednoho zařízení nepřesáhne u příkladu provedení vynálezu 1 Eur měsíčně.Affordability: the device itself is completely maintenance-free (in the exemplary embodiment of the invention, in addition to a battery replacement, approximately once every 2-3 years), simple and affordable to the widest range of users (in the exemplary embodiment). Network traffic is also cheap - LPWANs (so-called Low Power WANs) are not expensive to build or operate, the current cost of transmitting information from one device does not exceed 1 Eur per month in an exemplary embodiment of the invention.
-4CZ 2018 - 29 A3-4GB 2018 - 29 A3
Technická vyspělost: zařízení je vyvinuto na nejmodemějších technologiích jak z pohledu konstrukce elektroniky (nízkoenergetické součástky, bateriové napájení), tak i architektury navazující infrastruktury (sítě IoT, cloudové úložiště, webový přístup), což umožnilo vyvinout řešení, které pro svoji instalaci a provoz nevyžaduje prakticky žádné specifické oborové znalosti uživatele.Technical maturity: the device is developed on the most advanced technologies both in terms of electronics design (low-energy components, battery power) as well as the architecture of the related infrastructure (IoT networks, cloud storage, web access), enabling the development of a solution that does not require installation and operation practically no specific user knowledge.
Vysoká užitná hodnota: uživatel má možnost za minimální náklady získat nepřetržitý přehled o spotřebě el. energie ve svém objektu. Po zadání několika málo (cca 4 dle dodavatele u příkladu provedení vynálezu) hodnot je možné převést informace o spotřebě za vybrané časové období z fyzikálních jednotek přímo na měnové jednotky (Kč, Eur, ) Porovnáním se zaplacenými zálohami je tak možné efektivně řídit saldo vůči dodavateli. Je možné nastavit meze spotřeby za zvolené období a po jeho překročení generovat automatická upozornění formou emailů nebo sms zpráv, podobně je tomu i v případech záporného salda, kdy v případě, že hrozí vysoký doplatek po ukončení zúčtovacího období, obdrží uživatel včas varovné upozornění. Upozornění lze samozřejmě vázat na hodnoty uživatelem přednastavené.High utility value: the user has the possibility to obtain a continuous overview of electricity consumption at minimum cost. energy in its object. After entering a few (approx. 4 according to the supplier in the example of implementation of the invention) values, it is possible to convert consumption information for the selected time period from physical units directly to currency units (CZK, Eur,). . It is possible to set consumption limits for the selected period and after its exceeding generate automatic alerts in the form of e-mails or sms messages, similarly in case of a negative balance, if the user receives a warning after a billing period. The warning can of course be linked to the user preset values.
Shrnutí výhod:Summary of advantages:
Zařízení podle tohoto vynálezu řeší následující problémy:The device according to the invention solves the following problems:
přesné, průběžné měření spotřeby el. energie odečtem dat přímo z elektroměru; přenos informace o spotřebě moderní radiovou sítí typu LPWAN do cloudového úložiště; prezentace nasbíraných dat online v reálném čase prostřednictvím webového prohlížeče jak na klasických počítačích, tak i na mobilních zařízeních typu smartphone (telefony, tablety).accurate, continuous measurement of power consumption energy reading data directly from the meter; transmission of consumption information via modern LPWAN radio network to cloud storage; presentation of the collected data online in real time via a web browser on both classic computers and mobile smartphones (phones, tablets).
Vlastní zařízení podle tohoto vynálezu, provádějící průběžné odečty stavu čítačů elektroměrů (případně dalších veličin, které příslušný elektroměr poskytuje) má zejména tyto užitné vlastnosti:The device according to the invention, which performs continuous readings of meters of meters (or other quantities provided by the meter) has the following utility properties:
v souladu se SMĚRNICÍ EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY 2009/72/ES ze dnein accordance with Directive 2009/72 / EC of the European Parliament and of the Council of
13. července 2009 o společných pravidlech pro vnitřní trh s elektřinou poskytuje spotřebitelům řádnou informaci o spotřebě el. energie a nákladech na ni a to dostatečně často tak, aby mohli efektivně regulovat svou spotřebu.13 July 2009 on common rules for the internal market in electricity provides consumers with proper information on electricity consumption. energy costs and often enough to efficiently regulate their consumption.
Přitom se jedná o inovativní řešení, které:This is an innovative solution that:
je konstrukčně velmi jednoduché, levné - cenově velmi dostupné;it is structurally very simple, cheap - very affordable;
k jeho instalaci není třeba žádné nářadí a nástroje ani technické znalosti; upevnění na optický port prostřednictvím magnetu umožňuje jeho snadné sejmutí i nasazení; využíváním komunikačního standard (v příkladu provedení vynálezu je použit standard DLMS) je zajištěna konzistence dat i při dočasném sejmutí zařízení (například dodavatelem el. Energie za účelem jednorázového odečtu spotřeby el. energie).no tools or technical knowledge is required for its installation; mounting on the optical port by means of a magnet makes it easy to remove and fit; By using the communication standard (DLMS standard is used in the embodiment of the invention), data consistency is ensured even when the equipment is temporarily removed (for example, by a power supplier for a one-off reading of power consumption).
K přenosu využívá moderní levnou nízkoenergetickou radiovou síť (Low Power WAN) s velkým dosahem (typu LoRaWAN, SigFox nebo NB IoT) což umožňuje napájení baterií s výdrží nejméně 2 roky (dle nastavitelné frekvence odečtu a přenosů). V příkladu provedení vynálezu je použita síť standardu LoRaWAN.It uses a modern low-cost low-power radio network (Low Power WAN) with a long range (LoRaWAN, SigFox or NB IoT), which allows the battery to last for at least 2 years (according to adjustable frequency of readings and transmissions). In an exemplary embodiment of the invention, a LoRaWAN network is used.
Objasnění výkresůClarification of drawings
Obr. 1 znázorňuje zařízení podle vynálezu s elektroměrem;Giant. 1 shows a device according to the invention with an electricity meter;
Obr. 2 znázorňuje obecné schéma zapojení hlavních prvků zařízení;Giant. 2 shows a general diagram of the main elements of the apparatus;
Obr. 3 znázorňuje detailní schéma zapojení všech prvků zařízení.Giant. 3 shows a detailed circuit diagram of all elements of the device.
-5 CZ 2018 - 29 A3-5 EN 2018 - 29 A3
Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Příklad 1Example 1
Zařízení pro průběžné snímání stavu elektronických elektroměrů podle Obr. 1 sestává z těchto částí a/nebo prvků:The device for continuously sensing the state of the electronic meters according to FIG. 1 consists of the following parts and / or elements:
baterie 1 resp. akumulátor el. energie;battery 1 resp. accumulator el. energy;
zdroje 2 napájecího napětí;power supply sources 2;
- procesorové j ednotky 3;- processor units 3;
- bezdrátového komunikačního modulu 4;a wireless communication module 4;
monitoru 5 napětí baterie, resp. akumulátor el. energie;monitor 5 battery voltage respectively. accumulator el. energy;
optického komunikačního rozhraní 6;an optical communication interface 6;
antény 7 aantennas 7 a
- ochranného obvodu 8;- a protective circuit 8;
Příklad 2Example 2
Zařízení dle Obr. 2 a podle příkladu 1, s tím, že baterie 1 je lithiová baterie o nominálním napětí 3,6 V, kde zdroj 2 obsahuje lineární stabilizátor 2a napětí a blokovací kondenzátory 2b, kde procesorová jednotka 3 sestává z mikroprocesoru 3a, analogově číslicového převodníku 3b a časovače 3c, kde bezdrátový komunikační modul 4 sestává z krystalového oscilátoru 4a, fázového závěsu 4b, napěťově řízeného oscilátoru 4c, demodulátoru 4d, nízkošumového zesilovače 4e a modulátoru 4f, kde monitor 5 napětí baterie sestává z odporového děliče 5a a operačního zesilovače 5b, kde optické komunikační rozhraní 6 sestává z fototranzistoru 6a a led diody 6b, rezistoru pro nastavení intenzity IR záření 6c, bipolámího tranzistoru 6d a kde ochranný obvod 8 je tvořen polovodičovou diodou 8a a polymerovou pojistkou 8b.The device of FIG. 2 and according to Example 1, wherein the battery 1 is a 3.6 V lithium battery, wherein the power supply 2 comprises a linear voltage stabilizer 2a and blocking capacitors 2b, wherein the processing unit 3 consists of a microprocessor 3a, an analog to digital converter 3b; a timer 3c wherein the wireless communication module 4 consists of a crystal oscillator 4a, a phase lock 4b, a voltage controlled oscillator 4c, a demodulator 4d, a low noise amplifier 4e, and a modulator 4f wherein the battery voltage monitor 5 consists of a resistive divider 5a and an operational amplifier 5b the communication interface 6 consists of a phototransistor 6a and an LED 6b, an IR intensity resistor 6c, a bipolar transistor 6d and wherein the protective circuit 8 is formed by a semiconductor diode 8a and a polymer fuse 8b.
Příklad 3Example 3
Zařízení podle příkladu 2, kde zdroj 2 má výstupní napětí 2,5 V. Mikroprocesor 3a je 16-ti bitový mikroprocesor s extrémně nízkým příkonem. Komunikační modul 4 slouží pro přístup nízkopříkonové bezdrátové sítě LPWAN, zejména pak typu LoRaWAN, SigFox nebo NB IoT a umožňuje průběžné odečítání stavu z běžných elektronických elektroměrů, vybavených optickým rozhraním např. dle normy IEC 62056-21 a odesílání těchto informací v předem nastavených časových intervalech do cloudového úložiště k dalšímu zpracování. Fototranzistor 6a a LED dioda 6b pracují v IR spektru přibližně na vlnové délce 880 nm. Velikost budícího proudu je nastavena pomocí rezistoru 6c na přibližně 10 mA.The apparatus of Example 2, wherein the source 2 has an output voltage of 2.5 V. Microprocessor 3a is a 16-bit microprocessor with extremely low power consumption. Communication module 4 serves for access of low-power wireless LPWAN network, especially LoRaWAN, SigFox or NB IoT and enables continuous reading of status from common electronic meters equipped with optical interface according to IEC 62056-21 standard and sending this information at preset time intervals to the cloud storage for further processing. Phototransistor 6a and LED 6b operate in the IR spectrum at approximately 880 nm. The excitation current is set to approximately 10 mA using a resistor 6c.
Příklad 4Example 4
Zařízení podle Obr. 1 je k elektroměru výhodně upevněno pomocí magnetického prvku vytvořeného v oblasti výstupu optického komunikačního rozhraní 6.The apparatus of FIG. 1 is preferably attached to the electricity meter by a magnetic element provided in the region of the output of the optical communication interface 6.
Příklad 5Example 5
Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích příkladů, kde bezdrátový komunikační modul 4 tvoříThe device according to any of the preceding examples, wherein the wireless communication module 4 comprises
-6CZ 2018 - 29 A3 alespoň jeden integrovaný obvod.-6GB 2018 - 29 A3 at least one integrated circuit.
Příklad 6Example 6
Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích příkladů, kde anténa 7 je připojena k desce plošného spoje zařízení pomocí šroubovacího konektoru a s vnějším obalem zařízení tvoří jeden kompaktní celek, nebo je propojena s deskou plošného spoje zařízení pomocí externího kabelu.The device according to any of the preceding examples, wherein the antenna 7 is connected to the printed circuit board of the device by means of a screw connector and forms one compact unit with the outer shell of the device or is connected to the printed circuit board of the device by an external cable.
Příklad 7Example 7
Zařízení podle kteréhokoliv z předchozích příkladů, kde zařízení je opatřeno optickým nebo metalickým kabelem pro vzdálené spojení zařízení s elektroměrem.The apparatus of any of the preceding examples, wherein the apparatus is provided with an optical or metallic cable for remotely connecting the apparatus to the meter.
Příklad 8Example 8
Způsob snímání stavu elektronických elektroměrů prostřednictvím optického rozhraní zahrnuje tyto kroky vyjádřené v bodech:The method of sensing the status of electronic meters via an optical interface comprises the following steps expressed in points:
emitace infračerveného záření pomocí led diody 6b optického komunikačního rozhraní 6 při průchodu elektrického proudu, přičemž led dioda 6b je spínána pomocí bipolámího tranzistoru 6d typu PNP připojeného na výstup procesorové jednotky 3, čímž je zajištěno, že výstupním proudem cca 1 mA z výstupního pinu procesorové jednotky 3 je spínán proud tekoucí IR LED diodou 6b cca 10 mA, nutný pro vygenerování takové intenzity infračerveného záření, které je dostatečné pro vybuzení fototranzistoru na straně přijímače optického komunikačního rozhraní 6 v elektroměru, přičemž velikost budícího proudu je nastavena pomocí rezistoru 6c na přibližně 10 mA;emitting infrared radiation by the LED 6b of the optical communication interface 6 as the current passes, the LED 6b being switched by a bipolar transistor 6d of the PNP type connected to the output of the processing unit 3, thereby ensuring an output current of about 1mA from the output pin of the processing unit 3, the current flowing through the IR LED 6b is about 10 mA, necessary to generate an infrared intensity sufficient to excite the phototransistor on the receiver side of the optical communication interface 6 in the electricity meter, the excitation current being adjusted to about 10 mA by the resistor 6c. ;
příjem signálu pomocí přijímacího prvku optického komunikačního rozhraní 6, jímž je IR fototranzistor 6a, kterým při ozáření z protistrany optického komunikačního rozhraní v elektroměru, začne protékat proud a dojde k jeho otevření, přičemž fototranzistor 6a je připojen mezi nulový potenciál GND (ground) a pull up rezistor, na který je přivedeno napájecí napětí 2,5 V, přičemž pokud je citlivá oblast polovodiče osvícena infračerveným zářením, fototranzistor 6a začne vést elektrický proud a na výstupu obvodu připojeného na mikroprocesor 3a se objeví logická hodnota „L“ o nominálním napětí 0 V, a pokud polovodič osvícený není, je fototranzistor uzavřený a na výstupu je logická hodnota „H“ odpovídající napětí 2,5 V;receiving the signal via the optical communication interface receiving element 6, which is an IR phototransistor 6a, which, when irradiated from the opposite side of the optical communication interface in the electricity meter, starts to flow and opens, the phototransistor 6a being connected between zero GND (ground) and pull up resistor to which a 2.5 V supply voltage is applied, whereas if the sensitive area of the semiconductor is illuminated by infrared radiation, the phototransistor 6a starts to conduct current and the output of the circuit connected to microprocessor 3a displays a logic value of 0 L , and if the semiconductor is not illuminated, the phototransistor is closed and the logic value "H" corresponds to a voltage of 2.5 V;
zpracování logických hodnot „L“ a „H“ v řídicím programu procesorové jednotky 3 tak, že komunikace začíná vysláním start bitu s logickou hodnotou „L“, pak následují jednotlivé bity z přenášeného byte, a přenos je zakončen stop bitem s logickou hodnotou „H“, čímž jsou čtena data z elektroměru do procesorové jednotky 3;processing of the logical values "L" and "H" in the processor program of the processor unit 3 such that the communication starts by sending a start bit with logical value "L", followed by individual bits from the transmitted byte, and Thereby reading data from the electricity meter into the processor unit 3;
selekce požadovaných dat o spotřebě z elektroměru řídicím programem procesorové jednotky 3;selecting the desired consumption data from the meter by the processor program of the processor unit 3;
předání dat prostřednictvím výstupního portu bezdrátovému komunikačnímu modulu 4 k vyslání do cloudového úložiště.forwarding data via the output port to the wireless communication module 4 for transmission to the cloud storage.
Příklad 9Example 9
Postup snímání stavu elektroměru je řízeno konečným stavovým automatem, který je implementován v softwaru v řídicí jednotce a je prováděn v těchto krocích:The meter reading procedure is controlled by a finite state machine, which is implemented in the software in the control unit and is performed in the following steps:
v hlavní smyčce se vždy provede nejprve pokus o navázání komunikace s elektroměrem; je-li tento pokus úspěšný, odešlou se data na server skrze bezdrátovou nízkopříkonovouin the main loop, an attempt is always made first to establish communication with the meter; if this attempt is successful, the data is sent to the server through a wireless low power
-7 CZ 2018 - 29 A3 síť;-7 GB 2018 - 29 A3 net;
následně se celý mikroprocesor 3a přepne do módu s velmi nízkým příkonem, kdy běží pouze speciální časovač 3c;subsequently, the entire microprocessor 3a is switched to a very low power mode with only the special timer 3c running;
po uplynutí definované doby 10 min tento časovač 3c opět uvede procesor 3a do aktivního stavu;after a defined time of 10 min, this timer 3c restores the processor 3a to an active state;
dále se kontroluje napětí baterie 1 a stav se odesílá v datovém paketu společně s údaji z elektroměru;in addition, the battery voltage 1 is checked and the status is sent in a data packet together with meter data;
celý proces se opakuje stále dokola.the whole process is repeated over and over.
Příklad 10Example 10
Použití zařízení podle příkladu 1 až 7 ke snímání stavu elektronických elektroměrů prostřednictvím optického rozhraní a zajištění bezdrátového přenosu těchto stavových informací prostřednictvím radiové sítě typu LPWAN do cloudového úložiště.Use of the apparatus of Examples 1 to 7 to sense the status of electronic meters via an optical interface and to provide wireless transmission of this status information via an LPWAN radio network to the cloud storage.
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Způsob snímání dat a zařízení je využitelné ke snímání stavu elektronických elektroměrů prostřednictvím optického rozhraní a zajištění bezdrátového přenosu těchto stavových informací prostřednictvím radiové sítě typu LPWAN například do cloudového úložiště.The method of sensing data and equipment is useful for sensing the status of electronic meters via an optical interface and providing wireless transmission of this status information via an LPWAN radio network to, for example, a cloud storage.
PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS
Claims (17)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2018-29A CZ201829A3 (en) | 2018-01-19 | 2018-01-19 | A device for sensing the status of electronic electrometers, a method of sensing the status of electronic electrometers, a procedure for sensing the status of electrometers and the use of the device |
PCT/CZ2019/000001 WO2019141299A1 (en) | 2018-01-19 | 2019-01-15 | Device for reading the status of electronic electricity meters, method of reading electronic electricity meters, procedure for reading the status of electronic electricity meters and use of the device. |
EP19710586.9A EP3740770A1 (en) | 2018-01-19 | 2019-01-15 | Device for reading the status of electronic electricity meters, method of reading electronic electricity meters, procedure for reading the status of electronic electricity meters and use of the device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2018-29A CZ201829A3 (en) | 2018-01-19 | 2018-01-19 | A device for sensing the status of electronic electrometers, a method of sensing the status of electronic electrometers, a procedure for sensing the status of electrometers and the use of the device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ201829A3 true CZ201829A3 (en) | 2018-06-27 |
Family
ID=62635954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2018-29A CZ201829A3 (en) | 2018-01-19 | 2018-01-19 | A device for sensing the status of electronic electrometers, a method of sensing the status of electronic electrometers, a procedure for sensing the status of electrometers and the use of the device |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3740770A1 (en) |
CZ (1) | CZ201829A3 (en) |
WO (1) | WO2019141299A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110308348A (en) * | 2019-07-05 | 2019-10-08 | 北京惠信金科信息技术有限公司 | Enterprise's production status based on NB-IOT monitors system |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7616896B2 (en) * | 2005-09-07 | 2009-11-10 | Probetec | Wireless optical data probe |
-
2018
- 2018-01-19 CZ CZ2018-29A patent/CZ201829A3/en unknown
-
2019
- 2019-01-15 EP EP19710586.9A patent/EP3740770A1/en not_active Withdrawn
- 2019-01-15 WO PCT/CZ2019/000001 patent/WO2019141299A1/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110308348A (en) * | 2019-07-05 | 2019-10-08 | 北京惠信金科信息技术有限公司 | Enterprise's production status based on NB-IOT monitors system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3740770A1 (en) | 2020-11-25 |
WO2019141299A1 (en) | 2019-07-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Patel et al. | Arduino based smart energy meter using GSM | |
CA2639668C (en) | Inductively powered power bus apparatus | |
CA2584631C (en) | Power supply and communications controller | |
CN109891648A (en) | Battery positive terminal antenna ground plane | |
CN102460188A (en) | Apparatus and methods thereof for power consumption measurement at circuit breaker points | |
KR101641422B1 (en) | Smart battery provided with a power supply voltage management circuit | |
CN105449840B (en) | The intelligence sensor and its application system of employing wireless charging technique | |
CZ201829A3 (en) | A device for sensing the status of electronic electrometers, a method of sensing the status of electronic electrometers, a procedure for sensing the status of electrometers and the use of the device | |
Visconti et al. | Solar Powered WSN for monitoring environment and soil parameters by specific app for mobile devices usable for early flood prediction or water savings | |
KR20150013644A (en) | Field analyzer | |
KR101857560B1 (en) | Usage metering and transferring device | |
EP3701227B1 (en) | Radio and advanced metering device | |
CN207850459U (en) | A kind of water meter intelligence control system | |
CZ33120U1 (en) | Electronic meter continuous reading device | |
JP2012026774A (en) | Electronic apparatus | |
KR101680062B1 (en) | Apparatus, display device and outlet for near field communication | |
CN105372589A (en) | Breaker power distribution state monitoring device | |
CN107748288A (en) | Radio energy table based on radio communication | |
Rashid | Design and implementation of smart electrical power meter system | |
Choi | Application for outdoor dust monitoring using RF wireless power transmission | |
KR20180107572A (en) | Measuring instrument and measuring system | |
Raju et al. | A Comparison of Smart Electricity Billing Systems | |
US10642331B2 (en) | Electronic device and sensor device with low power consumption and related methods | |
CN201247284Y (en) | Electro-on-site service terminal | |
Fryer et al. | An inductively powered telemetry system for temperature, EKG, and activity monitoring |