CZ284215B6 - Způsob přenosu naměřených dat - Google Patents

Abstract

Způsob dálkového odečítání většího počtu měřicích jednotek (10) se provádí rádiovým přenosem na jediné pracovní frekvenci. Různé měřicí jednotky (10) vysílají své záznamy v náhodně předem stanovených časových okénkách malé šířky do vyhodnocovací jednotky (16). Tímto způsobem je umožněno provedení měřicích jednotek (10) napájených bateriemi (28) s dlouhou životností. ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu přenosu naměřených dat z více měřicích jednotek do centrální vyhodnocovací jednotky, při němž se měřicí jednotky v různých okamžicích spojují přenosovou dráhou dat s vyhodnocovací jednotkou.

Dosavadní stav techniky

Takové způsoby přenosu naměřených dat se v praxi provádějí přenosovými kabely, uspořádanými mezi centrální vyhodnocovací jednotkou a více měřicími jednotkami s ní spojenými. Ve vyhodnocovací jednotce je upraven multiplexor, který v předem daných okamžicích spojí vždy jednu z měřicích jednotek s rozhraním vstupu-výstupu vyhodnocovací jednotky.

Pro mnohá použití není takový přenos dat použitelný, ať už proto, že vzdálenosti mezi měřicími jednotkami a centrální vyhodnocovací jednotkou jsou příliš velké, nebo proto, že instalace různých přenosových kabelů dat není vzhledem k vysokým nákladům nebo k zatížením s tím spojených přijatelná. Jedním příkladem tohoto provedení je dálkové odčítání spotřebičů v již existujících budovách. V tomto případě by bylo velmi zapotřebí, aby mohly být odečítány různé měřicí přístroje spotřebičů vody, plynu, oleje, elektřiny, tepla atd., které jsou instalovány v různých obytných jednotkách domu na různých místech, a to bez nutnosti přístupu k jednotlivým měřicím místům. Odečítání měřicích přístrojů je zde spojeno s vysokými náklady pokud se týká personálu, zejména i proto, že ve většině domácností obývaných jednou osobou není možno v průběhu dne nikoho zastihnout.

V těch případech, kdy je provedení dodatečné instalace přenosových vedení dat vyloučeno, by se mohl zvážit bezdrátový přenos dat. Zde však vzniká problém v tom, že rádiové frekvence jsou k dispozici pouze ve velmi omezeném rozsahu a navíc jsou přijímací součásti modemu potřebné pro každý přenosový kanál příliš drahé. Pro dálkové odečítání měřicích přístrojů spotřebičů je však jedním důležitým požadavkem to, aby náklady na přenos dat v žádném případě nepřevýšily náklady vlastního zjišťování naměřených dat.

Nyní bylo zjištěno, že velký počet takových případů přenosu naměřených dat, zejména při dálkovém odečítání měřicích přístrojů spotřebičů, se týká pouze poměrně malého množství dat. Časové úseky potřebné pro přenos dat jedné měřicí jednotky mohou mít řádové velikost několika 10 ms. V tomto případě je potom možno veškeré měřicí jednotky nechat vysílat na jedné společné pracovní frekvenci, přičemž jednotlivým měřicím jednotkám jsou přiřazena náhodně rozdělená úzká vysílací okénka. Potom je možno pro veškeré měřicí jednotky použít jedinou vyhodnocovací jednotku, jejíž přijímací část je naladěna na společnou pracovní frekvenci. Protože je možno u výše uvedených krátkých jednotlivých přenosových period provádět velmi velký počet časových intervalů na den (několik milionů), je pravděpodobnost, že dvě měřicí jednotky (z celkového počtu 100 až 1000 jednotek, které jsou, jak je obvyklé, zapotřebí pro odečítání spotřebičů v obytných komplexech) vysílají ve stejném okamžiku, velmi malá. Malý počet vzniklých překrytí záznamů dat vysílaných z různých měřicích jednotek současně se ve vyhodnocovací jednotce rozpozná a příslušné sledy signálů se vyřadí.

- 1 CZ 284215 B6

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob přenosu naměřených dat z více měřicích jednotek do centrální vyhodnocovací jednotky, při němž se a) měřicí jednotky v různých okamžicích spojují přenosovou dráhou dat, pracující na společné pracovní frekvenci, s vyhodnocovací jednotkou, b) v měřicí jednotce se naměřená data určená k přenosu spolu s identifikačním signálem charakterizujícím měřicí jednotku sestaví do jednoho záznamu, c) měřicí jednotky vydávají v náhodně předem stanovených okamžicích své záznamy do přenosové dráhy dat, d) vyhodnocovací jednotka vytřídí z přijmutého sledu signálů na pracovní frekvenci takové signály, které odpovídají překrývajícím se záznamům, a pro další vyhodnocení převezme sledy signálů zbylé po tomto vytřídění, které odpovídají jedinému záznamu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že e) měřicí jednotky ukládají v kroku b) záznamy naměřených dat v pravidelných odstupech a v kroku c) mezi okamžiky ukládání vždy definují větší počet stochasticky rozložených vysílacích okamžiků.

Takto provedený způsob přenosu dat je možno uskutečnit pomocí malých technických nákladů.

Vyjde-li se z konstelace, která je typická pro dálkové odečítání dat spotřebičů v obytném bloku, postačí vysokofrekvenční vysílací výkon 20 mW, což odpovídá příkonu provozního zapojení asi 200 mW. U uvedených krátkých vysílacích časů, které jsou řádově 10 ms, dochází proto k tak malé celkové spotřebě proudu, že je umožněno použití baterií s dlouhou životností pro činnost měřicích jednotek obvykle po dobu 10 let. Proto je doba způsobilosti rádiového přenosu dat srovnatelná s cejchovacími periodami měřicích jednotek, takže zcela postačí tyto měřicí jednotky úplně vyměnit v časových obdobích obvykle po asi 10 letech.

Další výhodná řešení podle vynálezu jsou uvedena v závislých nárocích.

Podle nároku 2 se naměřená data z měřicího místa vysílají pouze tehdy, když se do určité míry změnila vůči naposledy vysílaným naměřeným datům. Tak je například možno u měřicích jednotek spotřebičů tepla v letním období, v němž se netopí, po týdny zcela upustit od vy sílání naměřených dat. Tím se prodlouží využitelná doba baterií napájejících měřicí jednotku.

Při přenášení dat je známé, že z vlastních dat určených k přenosu je možno navíc podle předem daného algoritmu vypočítat kontrolní číslo neboli jeden kontrolní bit, který se vede přenosovou dráhou spolu s daty. Na konci příjmu může být potom z vlastních dat ještě vypočítáno kontrolní číslo, které se porovná s přeneseným kontrolním číslem. Jestliže obě kontrolní čísla souhlasí, byl přenos dat správný. U způsobu podle nároku 3 se tato kontrolní metoda použije jednoduše k určení překrytí záznamů, neboť při časovém překrytí záznamů vyslaných nezávisle z různých měřicích jednotek vznikne celkový sled signálů se zcela jinou bitovou strukturou, která odpovídá v podstatě logickému součtu obou jednotlivých struktur. Jestliže je časové posunutí mezi oběma dílčími bitovými strukturami velké, neodpovídá kontrolní číslo, zjištěné vyhodnocovací jednotkou na konci celého sledu, které náleží k časově pozdější bitové struktuře, veškerým předtím obdrženým datům. Při pouze malém časovém posunutí nebude na konci celého sledu buď vůbec žádné nebo takové kontrolní číslo, které nepatří k předtím vyslanému sledu dat.

Podle dalšího výhodného provedení podle nároku 4 je za prvé možno provádět sledování časového vytváření naměřených dat, a za druhé je možno ze skutečnosti, že pro určitou měřicí jednotku byl poslední přijmutý záznam naměřených ůdajů provedený již dávno, vyvodit to, že v měřicí jednotce samotné došlo k poruše.

U způsobu podle nároku 5 je rovněž po dlouhou dobu zaručeno, že časové přiřazení zaváděných naměřených údajů je časové správné.

-2CZ 284215 B6

U provedení podle nároku 6 vznikne přídavná možnost rozpoznání poruchy. Kontrolním kritériem může být například u měřicích jednotek spotřebičů to, že přenášená naměřená data musí narůstat monotónně. Přenášení naměřených dat, která jsou menší než naposledy správně přenášená naměřená data, ukazuje na poruchu. Záznam obdržený z jednoho měřicího místa však je možno porovnávat nejen s předtím vyslanými záznamy ze stejného měřicího místa, nýbrž i se záznamy z jiných měřicích míst, pokud zde existuje věcná souvislost. Vyplývá-li například u komplexu budov z přenesených záznamů jiných měřicích jednotek to, že spotřeba tepla celkově stagnuje (například vzhledem k vypnutému topení) a u jediné měřicí jednotky podle přenášených záznamů spotřeba tepla přesto značně stoupá, znamená to buď to, že došlo k poruše měřicí jednotky, nebo že její instalace je vadná.

Podle nároku 7 je možno vzniklé poruchy ve vyhodnocovací jednotce ukládat a uchovat pro pozdější vyhodnocení z hlediska odstranění poruch.

Pomocí dalšího výhodného provedení podle nároku 8 se dosáhne toho, že jednoduchým způsobem při použití identických generátorů náhodných čísel se obdrží náhodné rozdělení vysílacích časů různých měřicích jednotek.

Přitom je podle nároku 9 zaručeno to, že se zcela odstraní i eventuální shodná volba v důsledku identického provedení generátorů náhodných čísel, popřípadě jimi používaného algoritmu. Jako nekontrolovatelně se měnící fyzikální proměnné se mohou u měřicího přístroje s maximální rozlišovací schopností použít poslední nebo poslední dvě desetinná místa naměřených hodnot.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje blokové schéma zařízení pro měření spotřeby tepla v komplexu budov, obr. 2 vývojový diagram kontrolního programu, který se použije v počítači vyhodnocovací jednotky zařízení podle obr. 1, a obr. 3 a 4 vždy blokové schéma, podobné obr. 1, obměněných provedení zařízení pro měření spotřeby tepla v komplexu budov.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněna jedna měřicí jednotka 10 pro měření spotřeby tepla, která v nepravidelných intervalech vysílá vysílací anténou 12 záznam, který má následující složení: počáteční značka bloku, naměřená data (stav počitadla tepelného spotřebiče v tomto čase), identifikační data (číslo a popřípadě typ měřicí jednotky), koncová značka bloku. Tato data se mohou u typické měřicí jednotky 10 pro měření spotřeby tepla přeměnit na vysokofrekvenční signálový paket s dobou trvání asi 10 ms.

Vysokofrekvenční signálový paket se zachytí přijímací anténou 14, která náleží k vyhodnocovací jednotce 16 uspořádané v komplexu budov v místě přístupném pro odečet. Vyhodnocovací jednotka 16 demoduluje vysokofrekvenční signálový paket, zkontroluje jej a uloží data o spotřebě tepla pro tuto měřicí jednotku v přiřazené paměťové oblasti (RAM neboli paměti s přímým vstupem a/nebo pevném disku), jak bude později ještě podrobněji popsáno.

Měřicí jednotka 10 představuje o sobě nezávislou jednotku, která není odkázána na proud z elektrické sítě, a která je umístěna na topném tělese místnosti obývací jednotky komplexu budov neboje přiřazena měřiči spotřeby teplé vody pro tuto bytovou jednotku.

Na dalších místech komplexu budov je dále rozmístěno větší množství dalších měřicích jednotek IQ-i, z nichž je na obr. 1 znázorněna pouze jediná. Obvykle může být počet těchto měřicích jednotek 10-i spolupracujících s vyhodnocovací jednotkou 16 v rozsahu od 20 do 1000 kusů.

Měřicí jednotka 10 je opatřena teplotním čidlem 18, které je tepelně připojeno k přiřazenému spotřebiči. V permanentní paměti 20 je uložen identifikační signál této měřicí jednotky 10, například ve formě čísla přiřazeného této měřicí jednotce JO.

Výpočetní obvod 22 integruje výstupní signál teplotního čidla 18, popřípadě jej předem stanoveným způsobem vyhodnotí a takto získaný signál naměřené hodnoty spotřeby sestaví s identifikačním signálem z permanentní paměti 20 a s počáteční značkou bloku a koncovou značkou bloku do jednoho záznamu.

Záznam připravený výpočetním obvodem 22 se dále předá do paměti 24, která se u uvažovaného příkladu provedení aktivuje pro ukládání dat vždy kolem půlnoci.

Za tím účelem je hodinový modul 26 měřicí jednotky 10 spojen s prvním hodinovým spínacím obvodem 28 naprogramovaným na 24.00 hodin, jehož výstupní svorka je spojena s řídicí svorkou paměti 24.

Výstupním signálem prvního hodinového spínacího obvodu 28 se dále aktivuje generátor 30 náhodných čísel. Generátor 30 náhodných čísel obdrží tri vstupní signály, totiž obsah permanentní paměti 20, výstupní signál teplotního čidla 18 zredukovaný zaokrouhlovacím obvodem 32 na poslední místa za desetinnou čárkou, a konečně jeho příslušný vlastní výstupní signál. Z těchto tří signálů vypočítá generátor 30 náhodných čísel podle předem stanoveného algoritmu sadu vysílacích časů náhodné rozložených v celém dnu. U zde uvažovaného příkladu provedení se předpokládá, že je zapotřebí 6 vysílacích časů na den, jejichž střední odstup proto činí 4 hodiny.

Šest vysílacích časů se připraví na výstupu pro druhý hodinový spínací obvod 34, který navíc obdrží denní čas připravený hodinovým modulem 26.

Souhlasí-li momentální denní čas s vysílacími časy vypočítanými generátorem 30 náhodných čísel, aktivuje druhý hodinový spínací obvod 34 vysílací obvod 36.

Vysílací obvod 36 je na jedné straně spojen s pamětí 24 a přebírá z ní při aktivování vždy jeden kompletní záznam s již výše popsaným složením počáteční značka bloku, naměřená data, identifikační data, koncová značka bloku, převede tento záznam do sériového znázornění a moduluje jej při použití sériové bitové struktury výstupního signálu vysokofrekvenčního generátoru, náležejícího do vysílacího obvodu 36 a na obr. 1 zvlášť neznázoměného. který má vysílací výkon asi 20 mW a pracuje ve vyšším rozsahu MHz, popřípadě v dolním rozsahu GHz.

Zásobování vysílacího obvodu 36 energií se provádí baterií 38 s dlouhou životností, která výkon asi 200 mW potřebný pro provoz vysílacího obvodu 36 může poskytovat při výše uvedených krátkých vysílacích periodách po dobu přibližně 10 let.

Zásobování elektronických logických hodinových spínacích obvodů 28, 34 měřicí jednotky 10 energií se naproti tomu provádí pomocí baterie s dlouhou životností, která je na obr. 1 znázorněna pouze schematicky, aniž by bylo jednotlivě znázorněno její spojení s jednotlivými hodinovými spínacími obvody 28, 34.

-4 CZ 284215 B6

Aby mohly být spotřebiteli předány informace o tom, která data se přenášejí z měřicí jednotky Π) do vyhodnocovací jednotky 16, je na výstup paměti 24 připojena rovněž zobrazovací jednotka 42.

Vyhodnocovací jednotka 16 má přijímací obvod 44, který signály přijmuté přijímací anténou 14 demoduluje a formuje. Proud vzniklý z těchto signálů se vede na vstup počítače 46, který provede vyhodnocení a uložení přijmutých naměřených dat podle vývojového diagramu, znázorněného na obr. 2.

Počítač 46 zkontroluje přiváděný proud vzniklý ze signálů nejprve na přítomnost počáteční značky bloku. Jestliže takovou počáteční značku bloku zjistí, jsou následující signály snímány do té doby, dokud není zjištěna koncová značka bloku.

Z takto obdrženého záznamu se značky bloku oddělí a separuje se kontrolní bit. Z naměřených dat se potom vypočítá kontrolní číslo, které se potom porovná s přeneseným kontrolním číslem. Jestliže tato obě kontrolní čísla nesouhlasí, provede se návrat do počátečního bodu programu.

Jestliže tato obě kontrolní čísla souhlasí, vyzvedne počítač 46 z paměti 48 pro čtení a zápis, která je s ním spojená, a kterou může být dostatečně velká RAM nebo pevný disk nebo disketa, jeden nebo několik zde uložených dříve přenesených záznamů naměřených dat, které podle identifikačního signálu náležejí k obdrženému záznamu naměřených dat.

V dalším bloku se nyní nový záznam naměřených dat podrobí kontrole smyslu, která pro měření spotřeby tepla může například jednoduše spočívat v přezkoušení, zda je nová hodnota spotřeby tepla větší než poslední uložená hodnota. Pro komplikovaná použití může spočívat kontrola smyslu rovněž v přezkoušení toho, zda právě obdržený záznam naměřených hodnot představuje stálý a smysluplný další vývoj většího počtu předtím obdržených záznamů.

Při kontrole smyslu je možno přibrat záznamy obdržené z jiných měřicích jednotek 10-i. když mají jejich signály věcnou souvislost.

Jestliže právě obdržený záznam vyhoví kontrole smyslu, sestaví se tento záznam s dobou připravenou hodinovým modulem 50 počítače 46 a uloží v poli paměti 48 pro čtení a zápis upraveném pro uvažovanou měřicí jednotku 10.

Toto pole může v praxi sestávat jen z několika paměťových buněk, s výhodou však alespoň tolika paměťových buněk, které postačují pro záznamy, které se vysílají jednou měřicí jednotkou 10 zajeden den.

Paměť 48 pro čtení a zápis se zpravidla jednou za den odečítá z nadřazeného hlavního terminálu, který není znázorněn, přes modem 52. Tímto modemem 52 může být například jednotka TEMEX.

Nesplní-li jinak správný záznam kontrolu smyslu, uloží se tento záznam rovněž spolu s denním časem do paměti 56 poruch, která je rovněž provedena jako paměť pro čtení a zápis, a společně s pamětí 48 pro čtení a zápis se přes modem 52 odečte z centrálního hlavního terminálu, který potom ze vzniklých poruch vyvodí závěry o příslušných opravách nebo vylepšeních instalace. V praxi mohou být paměť 48 pro čtení a zápis a paměť 54 poruch dílčími částmi jediné velké paměti.

Pro lokální kontrolu a údržbu počítače 46 může být k počítači 46 připojena klávesnice 56 a monitor 58, například ve formě přenosného počítače.

-5CZ 284215 B6

Z výše uvedeného popisu zařízení podle obr. 1 je zřejmé, že toto zařízení zcela vystačí bez přenosu dat ve směru z vyhodnocovací jednotky 16 do různých měřicích jednotek 10-i. Je zapotřebí proto v praxi uspořádat pouze jednou nákladný přijímací obvod 44. Přitom je zaručeno časově přesné zjišťování naměřených dat, ačkoli hodinové moduly 26 jednotlivých měřicích jednotek 10-i se v průběhu doby časově liší v důsledku výrobních nepřesností od skutečného času. Seřizování lokálního času v jednotlivých měřicích jednotkách 10-i však není u výše popsaného způsobu přenosu naměřených dat do vyhodnocovací jednotky 16 zapotřebí.

U příkladu provedení podle obr. 3 je elektronika měřicích jednotek 10, 10-i dále zjednodušena. Za prvé se vždy vy chází z právě platné vysílací doby, z níž se vypočítá jediná příští vysílací doba podle principu náhodnosti, tedy další vysílací doba, která u uvažovaného příkladu provedení v libovolném okamžiku leží uvnitř intervalu čtyř hodin po právě platné vysílací době. Vysílací obvod 36 je rovněž přímo spojen s výstupem výpočetního obvodu 22.

U dalšího obměněného zařízení podle obr. 4 je na výstup paměti 24 připojena další paměť 60, která přebírá vždy poslední vyslaný záznam naměřených dat (C = taktovací svorka, I - vstup dat, O = výstup dat). Výstupy pamětí 24 a 60 jsou spojeny se vstupy komparátoru 62, který připraví výstupní signál poté, když se oba vstupní signály liší o více než jednu předem stanovenou hodnotu, která může byt nastavena například na potenciometru 64. Mezi výstup druhého hodinového spínacího obvodu 34 a řídicí svorku vysílacího obvodu 36 je vložen součinový člen 66, jehož druhý vstup je spojen s výstupem komparátoru 62. Tímto způsobem přestane aktivování vysílacího obvodu 36 na tak dlouho, dokud se naměřená data podstatně nezmění.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (9)

1. Způsob přenosu naměřených dat z více měřicích jednotek (10) do centrální vyhodnocovací jednotky (16), při němž se

a) měřicí jednotky (10) v různých okamžicích spojují přenosovou dráhou dat, pracující na společné pracovní frekvenci, s vyhodnocovací jednotkou (16),

b) v měřicí jednotce (10) se naměřená data určená k přenosu spolu s identifikačním signálem charakterizujícím měřicí jednotku (10) sestaví do jednoho záznamu,

c) měřicí jednotky (10) vydávají v náhodně předem stanovených okamžicích své záznamy do přenosové dráhy dat,

d) vyhodnocovací jednotka (16) vytřídí z přijmutého sledu signálů na pracovní frekvenci takové signály, které odpovídají překrývajícím se záznamům, a pro další vyhodnocení převezme sledy signálů zbylé po tomto vytřídění, které odpovídají jedinému záznamu, vyznačující se tím, že

e) měřicí jednotky (10) ukládají v kroku b) záznamy naměřených dat v pravidelných odstupech a v kroku c) mezi okamžiky ukládání vždy definují větší počet stochasticky rozložených vysílacích okamžiků.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že měřicí jednotky (10) uloží naposled vyslaná naměřená data a náhodné určení příští vysílací doby se provede nebo aktivuje

-6CZ 284215 B6 teprve potom, když se momentální naměřená data liší od naposledy vyslaných naměřených dat o více než předem stanovenou hodnotu.

3. Způsob podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že měřicí jednotky (10) z naměřených dat určených k přenesení vypočítají podle předem stanoveného algoritmu kontrolní číslo a do naměřených dat dodají odpovídající kontrolní signál a tak vytvoří rozšířený záznam, že vyhodnocovací jednotka (16) z rozšířených záznamů oddělí kontrolní signál, z naměřených dat podle stejného předem stanoveného algoritmu vypočítá kontrolní číslo a převzatý záznam uloží pouze tehdy, když kontrolní číslo odpovídající přenesenému kontrolnímu signálu a vypočítané kontrolní číslo souhlasí.

4. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že vyhodnocovací jednotka (16) společně se záznamem zjištěným jako správným uloží denní dobu, ve které byl tento záznam přijmut.

5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že hodinový modul (50) vyhodnocovací jednotky (16) se nastavuje v časových odstupech na normální čas.

6. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že vyhodnocovací jednotka (16) porovná správně přenesený záznam s alespoň jedním z předtím přijmutých záznamů podle předem stanovených kritérií a uloží teprve potom, když tento nový záznam vyhovuje těmto kritériím.

7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že vyhodnocovací jednotka (16) vede protokol o záznamech nevyhovujících těmto kritériím a tyto záznamy, zejména spolu s časem jejich příjmu a druhem nesplnění těchto kritérií, uloží.

8. Způsob podle jednoho z nároků laž7, vyznačující se tím, že určení náhodných vysílacích okamžiků se provádí generátorem (30) náhodných čísel, přičemž se vychází z počtu výstupů charakteristického pro každou měřicí jednotku (10).

9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že určení náhodných vysílacích okamžiků se provádí navíc v závislosti na nekontrolované se měnících fyzikálních proměnných.