DE102018114660B3 - Data collection device - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Datensammelvorrichtung (1) zum Erfassen oder Empfangen von Daten beschrieben, die eine Batterieeinheit (2) und mehrere Funktionsblöcke (4) mit einem Funktionsmodul (42) zum Erfassen oder Empfangen der Daten, einer Recheneinheit (41), einem an- und ausschaltbaren Datenfernübertragungsmodul (43) und einer Strommessschaltung (44) aufweist. Die Funktionsblöcke (4) der Datensammelvorrichtung (1) sind in einem Sekundärabschnitt (32) des Energieversorgungsschaltkreises (3) parallel an die Batterieeinheit (2) angeschlossen sind. Ferner ist ein Strommessfühler (5) der Strommessschaltung (44) in einem Primärabschnitt (31) des Energieversorgungsschaltkreises (3) angeordnet. Die Strommessschaltung (44) ist dazu eingerichtet ist, den während der Aktivierung eines ausgewählten Funktionsblocks (4) in dem Primärabschnitt (31) fließenden Strom zu erfassen und hieraus den Gesamtladungsverbrauch während der Aktivierung dieses zumindest einen Funktionsblock (4) zu ermitteln sowie den Gesamtladungsverbrauchs der Datensammelvorrichtung zu bestimmen.A data collection device (1) for acquiring or receiving data is described, which includes a battery unit (2) and a plurality of functional blocks (4) with a function module (42) for acquiring or receiving the data, a computing unit (41), an on and switchable remote data transmission module (43) and a current measuring circuit (44). The functional blocks (4) of the data collecting device (1) are connected in parallel to the battery unit (2) in a secondary section (32) of the power supply circuit (3). Further, a current sensor (5) of the current measuring circuit (44) is arranged in a primary section (31) of the power supply circuit (3). The current measuring circuit (44) is configured to detect the current flowing during the activation of a selected function block (4) in the primary section (31) and to determine the total charge consumption during the activation of this at least one function block (4) and the total charge consumption of the To determine data collection device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Datensammelvorrichtung zum Erfassen oder Empfangen von Daten mit einer Batterieeinheit und mehreren Funktionsblöcken umfassend ein Funktionsmodul zum Erfassen oder Empfangen der Daten, eine Recheneinheit zur Steuerung der Datensammelvorrichtung, ein an- und ausschaltbares Datenfernübertragungsmodul zur Übertragung der Daten über eine Datenfernübertragungsverbindung, insbesondere eine Mobilfunkverbindung, an eine entfernte Datenverarbeitungseinrichtung und eine Strommessschaltung zur Messung des in dem Energieversorgungsschaltkreis fließenden Stroms gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a data collection device for acquiring or receiving data with a battery unit and a plurality of functional blocks comprising a function module for acquiring or receiving the data, a computing unit for controlling the data collection device, an on and off switchable remote data transmission module for transmitting the data via a remote data transmission connection, in particular one Mobile communication, to a remote data processing device and a current measuring circuit for measuring the current flowing in the power supply circuit according to the preamble of claim 1.
Abhängig davon, wie das Funktionsmodul zum Erfassen oder Empfangen der Daten ausgebildet ist, kann die Datensammelvorrichtung ein Endgerät in einem Haus- oder Verbrauchserfassungssystem und/oder ein Datensammler in diesem System sein, der Daten von den Endgeräten empfängt.Depending on how the functional module is configured to acquire or receive the data, the data collection device may be a terminal in a home or utility metering system and / or a data collector in this system that receives data from the terminals.
Endgeräte können insbesondere Verbrauchserfassungsgeräte, Sensorgeräte oder Gefahrenmelder sein, die mit einer Vorrichtung, bspw. einer Mess- oder Erfassungsvorrichtung, zum Erfassen eines Verbrauchswerts, eines Sensorwerts oder eines Zustandswerts ausgestattet sind. Im Falle einer Datensammelvorrichtung ist die Mess- oder Erfassungseinrichtung dann Teil des Funktionsmoduls.Terminal devices may be, in particular, consumption recording devices, sensor devices or hazard detectors, which are equipped with a device, for example a measuring or detection device, for detecting a consumption value, a sensor value or a state value. In the case of a data collection device, the measuring or detection device is then part of the functional module.
Endgeräte im Funknetzwerk können auch Aktoren, bspw. Stelleinrichtungen wie elektronisch steuerbare Ventile, drehzahlgesteuerte Heizungspumpen sein, die mit Funk-Transceivern beispielsweise zum Empfangen von Stellbefehlen ausgestattet sind und/oder Zustandswerte ausgeben.Terminals in the radio network can also be actuators, for example. Control devices such as electronically controllable valves, speed-controlled heating pumps, which are equipped with radio transceivers, for example, for receiving control commands and / or output state values.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Datensammelvorrichtung zur Verwendung in einem lokalen Funknetzwerk mit mindestens einem Endgerät, das in Funktelegrammen Daten in das Funknetzwerk aussendet, eingerichtet sein. In diesem Fall kann die Datensammelvorrichtung als Datensammler arbeiten, der Daten anderer Endgeräte empfängt und an die entfernte Datenverarbeitungseinrichtung überträgt. Optional kann die Datensammelvorrichtung parallel als Endgerät arbeiten, bspw. als lokales Verbrauchserfassungsgerät, Sensorgerät, Warnmelder, Aktor, Repeater oder dgl. Der Empfang der Daten erfolgt üblicher Weise durch Funktelegramme in dem lokalen Funknetzwerk.According to one embodiment of the invention, the data collection device can be set up for use in a local radio network with at least one terminal which transmits data in radio telegrams to the radio network. In this case, the data collection device may operate as a data collector receiving data from other terminals and transmitting it to the remote data processing device. Optionally, the data collection device can operate in parallel as a terminal, for example as a local consumption meter, sensor device, alarm, actuator, repeater or the like. The reception of the data is usually carried out by radio telegrams in the local radio network.
In dem lokalen Funknetzwerk sind alle Endgeräte mit zumindest einem Funksender (als Sendeeinheit) zum Aussenden eines Funktelegramms mit Daten (bspw. Verbrauchswert, Sensorwert oder Zustandswert oder dgl.) in das lokale Funknetzwerk ausgestattet. Optional können Endgeräte auch einen Funkempfänger als Empfangseinheit aufwiesen. Dazu können die Endgeräte entweder nur über einen Funksende-IC (Funkchip) verfügen, oder über einen Funksende- und -empfangs-IC (Funk-Transceiver), der als Sendeeinheit oder kombinierte Sende- und Empfangseinheit dient.In the local radio network, all terminals are equipped with at least one radio transmitter (as transmitting unit) for transmitting a radio telegram with data (for example consumption value, sensor value or status value or the like) into the local radio network. Optionally, terminals may also have a radio receiver as the receiving unit. For this purpose, the terminals can either have only a radio-end IC (radio chip), or via a radio transmitting and receiving IC (radio transceiver), which serves as a transmitting unit or combined transmitting and receiving unit.
Auch Repeater oder mit einer Repeaterfunktion ausgestattete Geräte, die empfangene Datentelegramme zum Empfang durch einen anderen Teilnehmer des lokalen Funknetzwerks wieder aussenden, können in diesem Sinne Endgeräte sein.Even repeaters or devices equipped with a repeater function that send out received data telegrams for reception by another subscriber of the local radio network can be terminals in this sense.
Grundsätzlich kommen als Endgeräte in dem lokalen Funknetzwerk alle Vorrichtungen in Frage, die Datentelegramme in das Funknetzwerk zum Empfang durch andere Teilenehmer aussenden. Dies können auch Datensammelvorrichtungen selbst sein, die Funktelegramme mit Daten in das lokale Funknetz aussenden, bspw. als Statusdaten, in einer Repeaterfunktion, in einem Sekundärfunk oder aus sonstigen Gründen.In principle, all devices which emit data telegrams into the radio network for reception by other subscribers come into question as terminals in the local radio network. These can also be data collection devices themselves, which emit radio telegrams with data in the local radio network, for example as status data, in a repeater function, in a secondary radio or for other reasons.
Das Anwendungsgebiet der vorgeschlagenen Datensammelvorrichtung liegt insbesondere auf dem Gebiet von AMR-Systemen (Automatic Meter Reading). Die vorgeschlagene Datensammelvorrichtung kann demgemäß insbesondere zur Teilnahme in einem AMR-System eingerichtet sein. So kann die vorgeschlagene Datensammelvorrichtung dazu eingerichtet sein, sich gegenüber anderen Teilnehmern als ein Teilnehmer des lokalen Funknetzwerks zu kennzeichnen, bspw. durch das Aufweisen und/oder Übertragen bestimmter Kennungen.The field of application of the proposed data collection device is particularly in the field of AMR (Automatic Meter Reading) systems. The proposed data collection device may accordingly be configured in particular for participation in an AMR system. Thus, the proposed data collection device may be configured to identify itself to other subscribers as a subscriber of the local radio network, for example by having and / or transmitting certain identifiers.
Unabhängig davon, ob die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Datensammelvorrichtungen als Endgeräte (bspw. in dem lokalen Funknetzwerk funkende, d.h. Funktelegramme aussendende, Verbrauchserfassungsgeräte oder dgl.) oder Datensammler (als von Endgeräten ausgesendete Funktelegramme mit Daten empfangende und innerhalb oder außerhalb eines Gebäude, lokal (Vor-Ort) installierte Datensammeleinrichtungen) in dem vorbeschriebenen Sinne ausgestaltet sind, verfügen derartige Systeme zur Fernablesung oder Fernauslesung von Daten über eine Datenfernübertragung an eine entfernte Datenverarbeitungseinrichtung.Regardless of whether the data collection devices proposed according to the invention are locally (for example radio-emitting, ie radio-telegram emitting, consumption detectors or the like in the local radio network) or data collectors (as radiated by terminal radio telegrams with data and inside or outside a building, locally (Vor Locally installed data collection devices) in the sense described above, such systems have remote reading or remote reading of data via remote data transmission to a remote data processing device.
Die entfernte Datenverarbeitungseinrichtung kann auch nur zum Speichern der Daten eingerichtet sein. Die nachfolgenden Ausführungen gelten auch für eine solche Ausgestaltung der Datenverarbeitungseinrichtung als Datenspeichereinrichtung.The remote data processing device can also be set up only to store the data. The following explanations also apply to such an embodiment of the data processing device as a data storage device.
Im allgemeinen Sinne stellt die entfernte Datenverarbeitungseinrichtung ein IT-System, beispielsweise eine Storage-Cloud oder eine Cloud-Applikation, dar, die eine Speicherung, Weiterverarbeitung und/oder Auswertung der Daten sowie ggf. weitere Funktionen übernehmen kann. Zur Datenfernübertragung ist in mindestens einer der Datensammelvorrichtungen bspw. eines lokalen Verbrauchserfassungssystems das Datenfernübertragungsmodul vorhanden, bspw. ein Mobilfunkmodem. Ggf. weisen die Datensammelvorrichtungen zusätzlich einen sogenannten Sekundärfunk auf, in dem die Datensammelvorrichtungen untereinander kommunizieren. So können die mindestens eine mit dem Datenfernübertragungsmodul ausgestattete Datensammelvorrichtung die gesamten Daten aller bspw. in einem lokalen Funknetzwerk eingebundener Endgeräte zu der entfernten Datenverarbeitungseinrichtung übermitteln. Der Aufwand zur Einrichtung und Pflege eines solchen Sekundärfunknetzwerks (Datensammler-Netzwerk) ist jedoch aufwendig, so dass eine direkte Datenfernübertragung zwischen den jeweiligen Datensammelvorrichtungen und der entfernten Datenverarbeitungseinrichtung bevorzugt wird.In the general sense, the remote data processing device is an IT system, for example a storage cloud or a cloud application, which stores, Further processing and / or evaluation of the data and possibly other functions can take over. For remote data transmission, the remote data transmission module is present in at least one of the data collection devices, for example a local consumption metering system, for example a mobile radio modem. Possibly. The data collection devices additionally comprise a so-called secondary radio, in which the data collection devices communicate with each other. Thus, the at least one data collection device equipped with the data transmission module can transmit the entire data of all, for example, in a local radio network integrated terminals to the remote data processing device. The effort to set up and maintain such a secondary radio network (data collector network), however, is expensive, so that a direct remote data transmission between the respective data collection devices and the remote data processing device is preferred.
Um den Installationsaufwand der Datensammelvorrichtungen vor Ort möglichst gering zu halten, sind alle Datensammelvorrichtungen des lokalen Funknetzwerks, also auch solche, die über ein Mobilfunkmodem (oder allgemeiner Datenübertragungsmodul) verfügen, batteriebetrieben. Damit können aufwendige Elektroinstallationsarbeiten vermieden werden.In order to minimize the installation effort of the data collection devices on site, all data collection devices of the local radio network, including those that have a cellular modem (or general data transmission module), are battery operated. This can be complicated electrical installation work can be avoided.
Im Folgenden wird der Begriff „Mobilfunkmodem“ synonym zu dem Begriff „Datenübertragungsmodul“ verwendet und schließt folglich auch andere Datenfernübertragungswege als den durch einen Mobilfunkprovider zur Verfügung gestellten Mobilfunk mit ein.In the following, the term "mobile radio modem" is used synonymously with the term "data transmission module" and consequently also includes other data transmission paths than the mobile radio provided by a mobile radio provider.
Die Kosten für die Wartung des AMR-Systems beziehungsweise der Datensammelvorrichtungen in dem AMR-System können möglichst geringgehalten werden, wenn die batteriebetriebenen Datensammelvorrichtungen während der gewünschten Einsatzzeit (beispielsweise 5 oder 10 Jahre) ohne Batterieaustausch betrieben werden können. Um dies sicherstellen zu können ist es notwendig, die in der Energieversorgung vorhandene Ladungsmenge mittels Budgetierung, also einem sogenannten „Geräte-Powerbudget“, auf alle während der Betriebsdauer voraussichtlich durchzuführende Aktionen und auftretenden Betriebszustände mit der zu erwartenden Häufigkeit bspw. mittels Anzahl Aktionen je Jahr über die geplante Einsatzdauer (bspw. rechnerisch) aufzuteilen.The cost of maintaining the AMR system (s) in the AMR system may be minimized if the battery powered data collection devices can be operated without battery replacement during the desired service life (eg, 5 or 10 years). In order to be able to ensure this, it is necessary, by means of budgeting, ie a so-called "device power budget", to carry out all the charges expected in the energy supply during the period of operation and occurring operating states with the expected frequency, for example by means of a number of actions per year over the planned duration of use (eg computationally) split.
Die Energieversorgung umfasst vorzugsweise in einer Batterieeinheit eine oder mehrere (nicht wieder aufladbare) Batterien (beispielsweise Lithiumbatterien).The power supply preferably comprises in one battery unit one or more (non-rechargeable) batteries (for example lithium batteries).
Aufgrund der langen Einsatzzeiträume von mindestens fünf bis zehn Jahren (je nach Anwendung) und der im Vorhinein nicht genau bekannten lokalen Einsatzbedingungen (Umwelteinflüsse wie wechselnde Temperaturen und oder Luftfeuchte) ist es in der Regel nicht möglich, eine exakte Powerbudget-Planung zu erstellen. Daher wird in der Regel ein ausreichender Sicherheitszuschlag im Powerbudget der Batterie eingeplant, der jedoch oftmals nicht verbraucht wird und nach Ende der Einsatzdauer als ungenutzte Energie übrigbleibt, oder mit anderen Worten, dass Batterien mit einer höheren Ladungskapazität als erforderlich eingesetzt werden. Dies führt zu höheren Kosten.Due to the long periods of use of at least five to ten years (depending on the application) and the previously unknown local operating conditions (environmental influences such as changing temperatures and / or humidity), it is usually not possible to prepare an exact power budget plan. Therefore, a sufficient margin of security is usually scheduled in the power budget of the battery, which, however, is often not consumed and will remain as unused energy after the end of the period of use, or in other words, batteries with a higher charge capacity than required will be used. This leads to higher costs.
In diesem Zusammenhang beschreibt die
Die
Aufgrund des über die gesamte Einsatzzeit nicht hinreichend zuverlässig vorhersagbaren Energieverbrauchs der einzelnen Schaltungsteile und Funktionen, insbesondere der zur Datenfernübertragung verwendeten Gerätekomponenten, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, zumindest für die größten oder am schlechtesten vorhersagbaren Stromverbraucher den Ladungsverbrauch (im Sinne einer mit der eingesetzten Batterie bereits verbrauchten Gesamtladung) messtechnisch zu bestimmen.Because of the energy consumption of the individual circuit components and functions, in particular the device components used for remote data transmission, which can not be predicted with sufficient reliability over the entire service life, it is advantageous according to the invention to charge at least for the largest or worst predictable power consumers (in terms of one already used with the battery used Total charge) by measurement.
Strommessungen können zur Messung der Ladungsmenge verwendet werden. Grundsätzlich sind Strommessungen mittels Shunt-Widerständen, bekannt. Beispielsweise offenbart die
Allerdings sind die bekannten Messverfahren nicht für eine Bestimmung des Ladungsverbrauchs bei allen Komponenten eines elektronischen Gerätes einsetzbar. Schwierigkeiten gibt es bspw. bei als gekapselte Komponenten gelieferten Modulen, wie dies bei Mobilfunkmodems häufig der Fall ist, da solche Black-Box-Modul die Messung des Stroms oder eine die Ermittlung des Ladungsverbrauchs relevanter Teil-Komponenten während der Aktivität des Moduls nicht zulassen beziehungsweise die Aktivität durch eine Strombestimmung unterbrochen und damit gestört würde. Im Stand der Technik bekannte Schaltungen sind meist sehr aufwendig und erfordern oftmals den Einsatz eines integrierten Schaltkreises (IC), was die Messvorrichtung als Teilkomponente der Datensammelvorrichtung, die lediglich der Bestimmung des Ladungsverbrauchs einzelner Komponenten dient, verteuert und somit auch die Datensammelvorrichtung insgesamt verteuert. Insbesondere bei Massenprodukten, die in hoher Stückzahl zum Einsatz kommen sollen, entsteht dadurch ein wirtschaftlicher Nachteil.However, the known measuring methods can not be used for determining the charge consumption in all components of an electronic device. Difficulties exist, for example, in the case of modules delivered as encapsulated components, as is often the case with mobile radio modems, since such black box modules do not permit the measurement of the current or the determination of the charge consumption of relevant sub-components during the activity of the module the activity would be interrupted by a current determination and thus disturbed. In the prior art known circuits are usually very expensive and often require the use of an integrated circuit (IC), which makes the measuring device as a subcomponent of the data collection device, which only serves to determine the charge consumption of individual components, more expensive and thus the data collection device as a whole. In particular, in mass products that are to be used in large quantities, thereby creating an economic disadvantage.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Datensammelvorrichtung mit einer Möglichkeit zur Bestimmung der noch vorhandenen Ladungskapazität von Batterien (synonym auch als Restkapazität oder Restladung der Batterien bezeichnet) in den batteriebetriebenen Datensammelvorrichtungen vorzuschlagen. Die Bestimmung der Restladung soll unabhängig von den in der Datensammelvorrichtung vorhandenen Komponenten oder Modulen erfolgen können, insbesondere wenn für bestimmte Komponenten (wie bspw. ein Datenfernübertragungsmodul) der Betriebszustand nicht bekannt, nicht zuverlässig bestimmbar ist oder der aktuell vorliegende Betriebszustand nur mit einem sehr hohen Zusatzaufwand ermittelt werden kann.The object of the invention is to propose a simple data collection device with a possibility for determining the remaining charge capacity of batteries (also synonymously referred to as residual capacity or residual charge of the batteries) in the battery-operated data collection devices. The determination of the residual charge should be able to take place independently of the components or modules present in the data collection device, in particular if the operating state is not known, can not be reliably determined for certain components (such as, for example, a remote data transmission module) or the currently available operating state only involves a very high overhead can be determined.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Datensammelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Entsprechend bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Bestimmung der Restkapazität entsprechend der beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltung.This object is achieved by a data collection device having the features of claim 1. Accordingly, the invention also relates to a method for determining the residual capacity according to the described inventive circuit.
Erfindungsgemäß wird eine einfache Messschaltung zur Bestimmung der noch vorhandenen Ladungskapazität von Batterien (Restkapazität) beschrieben, die in den batteriebetriebenen Datensammelvorrichtungen verwendet werden. Die vorgeschlagene Schaltung ist universell einsetzbar und gibt zuverlässiger Auskunft über die jeweils aktuell noch vorhandene Restkapazität der Batterien als dies im Stand der Technik beschrieben ist. So kann bspw. die Notwendigkeit eines Batteriewechsels frühzeitig erkannt werden.According to the invention, a simple measuring circuit for determining the remaining charge capacity of batteries (residual capacity) used in the battery-operated data collection devices is described. The proposed circuit is universally applicable and gives more reliable information about the currently still existing residual capacity of the batteries as described in the prior art. Thus, for example, the need for a battery change can be detected early.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schaltungsanordnung und das erfindungsgemäßes Verfahren für die Datensammelvorrichtung beschrieben. Die Offenbarung der Anmeldung ist hierauf jedoch nicht beschränkt, sondern bezieht sich auch auf ein durch eine entsprechende Schaltungsanordnung realisierbares Verfahren und die Schaltungsanordnung als solche, die in entsprechenden Endgeräten eingesetzt werden kann.In the following, the inventively proposed circuit arrangement and the inventive method for the data collection device described. However, the disclosure of the application is not limited thereto, but also refers to a process that can be implemented by a corresponding circuit arrangement and the circuit arrangement as such, which can be used in corresponding terminals.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Datensammelvorrichtung weist zumindest die folgenden Komponenten auf:
- - Zur Energieversorgung der Datensammelvorrichtung ist eine Batterieeinheit in einem Energieversorgungsschaltkreis vorgesehen. Die Batterieeinheit beinhaltet mindestens eine nicht wieder aufladbare Batterie, beispielsweise eine Lithiumbatterie. In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Energieversorgung der Datensammelvorrichtung keinen zusätzlichen aufladbaren Akkumulator. Ist in einer alternativen Ausführung der Datensammelvorrichtung ein Akkumulator (beispielsweise als eine aufladbare Batterie) vorhanden, so wird der diesem Akkumulator entnommene Strom vorzugsweise nicht bei der Ermittlung des Gesamtladungsverbrauchs der Datensammelvorrichtung berücksichtigt.
- - In der Datensammelvorrichtung sind mehrere Funktionsblöcke / Komponenten vorhanden, deren Energieversorgung aus dem Energieversorgungsschaltkreis mit der Batterieeinheit erfolgt, wobei die Funktionsblöcke mindestens umfassen:
- i) ein Funktionsmodul zum Erfassen oder Empfangen der Daten, insbesondere eine Empfangseinheit zum Empfangen der Funktelegramme der Endgeräte in dem lokalen Funknetzwerk.
- ii) eine (bspw. durch einen entsprechend mit Programmcodemitteln eingerichteten Prozessor gebildete) Recheneinheit zur Steuerung der Datensammelvorrichtung. Wenn die Datensammelvorrichtung in einem lokalen Funknetzwerk mit mindestens einem Endgerät verwendet wird, das in Funktelegrammen Daten in das Funknetzwerk aussendet und die Datensammelvorrichtung Funktelegramme der Endgeräte in dem lokalen Funknetzwerk empfängt, ist die Recheneinheit der Datensammelvorrichtung vorzugsweise zur Verarbeitung des empfangenen Funktelegramms eingerichtet. Die Verarbeitung des Funktelegramms kann insbesondere eine Zwischenspeicherung der in der Regel verschlüsselten Funktelegramme, beispielsweise als Rohtelegramm in der empfangenen Form („Originaltelegramm“) beinhalten. Zur Verarbeitung kann auch das Entschlüsseln und Speichern des verschlüsselten Funktelegramms sowie ggf. ein Bearbeiten von unverschlüsselten Teilen des empfangenen Funktelegramms zählen, bspw. ein Extrahieren der verschlüsselten Blöcke aus einem ersten Funktelegramm und ein Zusammenfassen der verschlüsselten Blöcke mehrerer Endgeräte zu einem Datenpaket zur nachfolgend beschriebenen Datenfernübertragung, bspw. mittels Mobilfunk. Sofern erforderlich kann im Rahmen der Datenverarbeitung in der Datensammelvorrichtung auch eine inhaltliche Auswertung und/oder eine Aufbereitung der Funktelegramme und/oder eine statistische Auswertung zur Funkübertragungsqualität (bspw. Ermittlung von Kenndaten), insbesondere der Signalgüte, erfolgen. Die inhaltliche Verarbeitung setzt voraus, dass die Schlüssel zur Entschlüsselung der verschlüsselten Blöcke der Funktelegramme in der Datensammelvorrichtung vorhanden sind oder dass nur unverschlüsselte Funktelegramme verarbeitet werden.
- iii) ein (bspw. elektronisch) an- und abschaltbares Datenfernübertragungsmodul (bspw. ein Datenfernübertragungsmodul) zur Übertragung der Daten über eine Datenfernübertragungsverbindung an eine entfernte Datenverarbeitungseinrichtung, wobei die Recheneinheit auch zur Steuerung des Datenfernübertragungsmoduls eingerichtet ist bzw. sein kann. Die Daten können, durch das Datenfernübertragungsmodul gesteuert oder durch die Recheneinheit gesteuert zu vordefinierten Zeitpunkten und/oder nach Bedarf an die entfernte Datenverarbeitungseinrichtung übertragen werden; Die Daten können durch die Recheneinheit verarbeitete Endgerätedaten, Qualitätskenndaten des Funknetzwerks, wie bspw. aller Empfangspegel (RSSI) der empfangenen Endgeräte, die verschlüsselt wieder ausgesendeten Funktelegramme in der empfangenen Form („Originaltelegramme“) und/oder bspw. anderweitig durch die Recheneinheit aufbereitete Daten sein.
- iv) eine Strommessschaltung zur Messung des in dem Energieversorgungsschaltkreis fließenden Stroms.
- - To power the data collection device, a battery unit is provided in a power supply circuit. The battery pack includes at least one non-rechargeable battery, such as a lithium battery. In a preferred embodiment, the power supply of the data collection device does not include an additional rechargeable accumulator. If an accumulator (for example as a rechargeable battery) is present in an alternative embodiment of the data collection device, the current taken from this accumulator is preferably not taken into account in the determination of the total charge consumption of the data collection device.
- - In the data collection device, there are a plurality of functional blocks / components whose power supply is from the power supply circuit to the battery unit, wherein the functional blocks at least include:
- i) a function module for detecting or receiving the data, in particular a receiving unit for receiving the radio telegrams of the terminals in the local radio network.
- ii) an arithmetic unit (formed, for example, by a processor configured correspondingly with program code means) for controlling the data collection device. If the data collection device is used in a local radio network with at least one terminal that transmits data in radio telegrams data in the radio network and the data collection device radio telegrams of the terminals in the local radio network, the arithmetic unit of the data collection device is preferably configured to process the received radio telegram. The processing of the radio telegram may in particular include a buffering of the generally encrypted radio telegrams, for example as a raw telegram in the received form ("original telegram"). The processing may also include decrypting and storing the encrypted radio telegram and, if necessary, editing unencrypted parts of the received radio telegram, for example extracting the encrypted blocks from a first radio telegram and combining the encrypted blocks of several terminals into a data packet for the remote data transmission described below , for example by means of mobile radio. If necessary, as part of the data processing in the data collection device, a content evaluation and / or a preparation of the radio telegrams and / or a statistical evaluation of radio transmission quality (eg. Identification of characteristics), in particular the signal quality done. The content processing requires that the keys for decrypting the encrypted blocks of the radio messages are present in the data collection device or that only unencrypted radio messages are processed.
- iii) an (eg, electronically) connectable and disconnectable remote data transmission module (eg, a remote data transmission module) for transmitting the data over a remote data link to a remote data processing device, wherein the arithmetic unit is also configured to control the remote data communications module. The data may be controlled by the remote data transmission module or may be transferred to the remote data processing device at predetermined times and / or as required by the computing unit; The data can be processed by the arithmetic unit terminal data, quality characteristics of the wireless network, such as all reception levels (RSSI) of the received terminals, the encrypted retransmitted radiotelegrams in the received form ("original telegrams") and / or, for example, otherwise processed by the arithmetic unit data be.
- iv) a current measuring circuit for measuring the current flowing in the power supply circuit.
Zur Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,
- - dass die Funktionsblöcke der Datensammelvorrichtung in einem Sekundärabschnitt des Energieversorgungsschaltkreises zur Energieversorgung parallel an die Batterieeinheit angeschlossen sind. Die Funktionsblöcke können als (grundsätzlich auf der Platine zugängliche) Komponenten bzw. Schaltungsteile oder als (bspw. gekapselte) Module ausgebildet sein.
- - dass ein Strommessfühler der Strommessschaltung in einem Primärabschnitt des Energieversorgungsschaltkreises angeordnet ist, wobei der Primärabschnitt des Energieversorgungsschaltkreises der Teil des Energieversorgungsschaltkreises ist, durch den der aus der Batterieeinheit fließende Gesamtstrom fließt. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Energieversorgung der - auch einen Funktionsblock der Datensammelvorrichtung bildenden - Strommessschaltung erfindungsgemäß aus dem Sekundärabschnitt des Energieversorgungsschaltkreises erfolgt;
- - dass diese - bevorzugt aus dem Sekundärabschnitt mit Energie versorgte - Strommessschaltung dazu eingerichtet ist, den während der Aktivierung zumindest eines der ausgewählten Funktionsblöcke in dem Primärabschnitt fließenden Strom zu erfassen und hieraus den Gesamtladungsverbrauch der Datensammelvorrichtung während der Aktivierung des zumindest einen ausgewählten Funktionsblocks zu ermitteln. Mit anderen Worten wird also der aus der Batterieeinheit fließende Gesamtstrom erfasst, d.h. der in dem Primärabschnitt fließende Strom. Hierzu kann der Funktionsblock der Strommessschaltung einen eigenen Mikroprozessor aufweisen. In einer bevorzugten Ausführung wird die Strommessschaltung an einen Eingang der Recheneinheit angeschlossen, wobei der Mikroprozessor der Strommessschaltung beziehungsweise die Recheneinheit der Datensammelvorrichtung zur Ermittlung des Gesamtladungsverbrauchs der Datensammelvorrichtung während der Aktivierung des zumindest einen Funktionsblocks (oder mit anderen Worten der Durchführung seiner Aktivität) eingerichtet ist. Dies kann in einer einfachen Ausführung dadurch erfolgen, dass die Aktivierung des Funktionsblocks durch die Recheneinheit in dem Mikroprozessor der Strommessschaltung oder in einem Softwaremodul in der Recheneinheit signalisiert wird, bspw. durch eine „Flag“, so dass die Recheneinheit und/oder der ggf. in der Strommessschaltung vorhandene Mikroprozessor feststellen können, dass der ausgewählte Funktionsblock gerade aktiviert worden ist, und auch, ob die Aktivität beendet wurde.
- - Die Recheneinheit ist erfindungsgemäß weiter dazu eingerichtet, mit dem oder durch die Strommessschaltung ermittelten Gesamtladungsverbrauchs der ausgewählten (aktivierten) Funktionsblöcke (oder des ausgewählten Funktionsblocks), den Gesamtladungsverbrauchs der Datensammelvorrichtung über die Zeit während der Lebensdauer der Batterie oder Batterien in der Batterieeinheit zu bestimmen und die Restladung in der Batterie zu ermitteln.
- - That the function blocks of the data collection device are connected in parallel to the battery unit in a secondary portion of the power supply circuit for power supply. The functional blocks can be designed as components (basically accessible on the circuit board) or circuit components or as (for example, encapsulated) modules.
- - That a current sensor of the current measuring circuit is arranged in a primary portion of the power supply circuit, wherein the primary portion of the Power supply circuit is the part of the power supply circuit through which flows from the battery unit flowing total current. Particularly preferably it can be provided that the power supply of the - also a function block of the data collecting device forming - current measuring circuit according to the invention takes place from the secondary section of the power supply circuit;
- - That this - preferably from the secondary section powered with - current measuring circuit is adapted to detect the current flowing during the activation of at least one of the selected function blocks in the primary section current and to determine therefrom the total charge consumption of the data collection device during the activation of the at least one selected function block. In other words, therefore, the total current flowing out of the battery unit is detected, ie the current flowing in the primary section. For this purpose, the functional block of the current measuring circuit may have its own microprocessor. In a preferred embodiment, the current measuring circuit is connected to an input of the arithmetic unit, wherein the microprocessor of the current measuring circuit or the arithmetic unit of the data collection device for determining the total charge consumption of the data collection device during the activation of the at least one function block is set up (or in other words the implementation of its activity). This can be done in a simple embodiment in that the activation of the function block is signaled by the arithmetic unit in the microprocessor of the current measuring circuit or in a software module in the arithmetic unit, for example. By a "flag", so that the arithmetic unit and / or the possibly present in the current measuring circuit microprocessor can determine that the selected function block has just been activated, and also whether the activity has ended.
- According to the invention, the arithmetic unit is further configured to determine the total charge consumption of the selected (activated) function blocks (or the selected function block), the total charge consumption of the data collection device over time during the life of the battery or batteries in the battery unit, and / or determined by the current measuring circuit to determine the remaining charge in the battery.
Mit dem „ermittelten Gesamtladungsverbrauch eines ausgewählten Funktionsblocks“ ist der aus dem Gesamtstrom in dem Primärabschnitt ermittelte Gesamtladungsverbrauch der Datensammelvorrichtung während der Aktivierung („Aktion“) des zumindest einen ausgewählten Funktionsblocks gemeint. Da während der Aktivierung eines ausgewählten Funktionsblocks auch andere Funktionsblöcke aktiviert sein können (und üblicher Weise sind, wie insbesondere die Recheneinheit und - bei eingeschalteter Strommessung auch - die Strommessschaltung), geht erfindungsgemäß auch deren Stromverbrauch mit in die Bestimmung des Gesamtladungsverbrauchs des ausgewählten Funktionsblocks (d.h. während der Aktivierung des ausgewählten Funktionsblocks) mit ein. Dies ist beabsichtigt, weil diese während der Aktivierung des einen auswählten Funktionsblocks mitaktivierten Funktionsblöcke während dieser Zeit für die Steuerung und/oder die erfindungsgemäß vorgeschlagene(n) Funktion(en) der Datensammeleinrichtung des auswählten Funktionsblocks notwendig sind (bspw. die Recheneinheit zur Steuerung, die Strommesseinrichtung, etc.). Ihr Stromverbrauch ist daher typischer Weise mit dem Stromverbrauch des ausgewählten Funktionsblocks korreliert und Teil der „Aktion“. Durch die erfindungsgemäße Erfassung des aus der Batterieeinheit fließenden Gesamtstroms mittels des in dem Primärabschnitt angeordneten Strommessfühlers kann der Gesamtladungsverbrauch während der Aktivierung des einen ausgewählten Funktionsblocks (oder ggf. mehrerer gleichzeitig ausgewählter Funktionsblöcke) mittels einer einzigen Messung erfasst werden. Jeder Funktionsblock der Datensammelvorrichtung ist somit ein Strom- bzw. Energieverbraucher in der Datensammelvorrichtung.By the "determined total charge consumption of a selected function block" is meant the total charge consumption of the data collection device during the activation ("action") of the at least one selected function block determined from the total current in the primary section. Since other function blocks can be activated during the activation of a selected function block (and, in the usual way, the arithmetic unit and - when the current measurement is also the current measuring circuit), according to the invention its current consumption is also included in the determination of the total charge consumption of the selected function block (ie during activation of the selected function block). This is intended because during the activation of the functional blocks activated during a selected function block, these are necessary for the control and / or the proposed function (s) of the data collection device of the selected function block (eg the arithmetic unit for the control, the Current measuring device, etc.). Their power consumption is therefore typically correlated with the power consumption of the selected function block and is part of the "action". As a result of the inventive detection of the total current flowing out of the battery unit by means of the current sensor arranged in the primary section, the total charge consumption during activation of the one selected function block (or possibly several simultaneously selected function blocks) can be detected by means of a single measurement. Each functional block of the data collection device is thus a power consumer in the data collection device.
Mit dem „Gesamtladungsverbrauchs der Datensammelvorrichtung“ ist der gesamte Ladungsverbrauch der Datensammelvorrichtung während der Lebensdauer der Batterie oder Batterien in der Batterieeinheit gemeint, d.h. der „gesamte Ladungsverbrauchs der Datensammelvorrichtung über die Einsatzdauer bzw. die Lebensdauer der Batterie“.By the "total charge consumption of the data collection device" is meant the total charge consumption of the data collection device during the life of the battery or batteries in the battery pack, i. the "total charge consumption of the data collection device over the period of use or the life of the battery".
Für die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausführung ist in der Strommessschaltung nur ein Messfühler notwendig, mit dem der gesamte Ladungsverbrauch während der Aktivierung der verschiedenen ausgewählten Funktionsblöcke bestimmt werden kann. Grundsätzlich ist es auch möglich, den typischen Ladungsverbrauch bestimmter Funktionsblöcke (bspw. für eine Aktivierung und/oder bezogen auf die Aktivierungsdauer) dem Gesamtladungsverbrauch der Datensammelvorrichtung hinzuzurechnen. Letzteres gilt für nicht ausgewählten Funktionsblöcke der Datensammelvorrichtung und/oder Funktionsblöcke, deren Stromverbrauch nicht gemessen wird und/oder erfindungsgemäß nicht gemessen werden muss. Für nicht ausgewählte Funktionsblöcke kann der Ladungsverbrauch bspw. pro Aktivierung oder mit im Stand der Technik beschriebenen Möglichkeiten ermittelt und mit dem gemessenen Gesamtladungsverbrauch für die ausgewählten Funktionsblöcke kombiniert werden.For the embodiment proposed according to the invention, only one measuring sensor is necessary in the current measuring circuit with which the total charge consumption during activation of the various selected function blocks can be determined. In principle, it is also possible to add the typical charge consumption of certain function blocks (for example for activation and / or based on the activation duration) to the total charge consumption of the data collection device. The latter applies to non-selected functional blocks of the data collection device and / or functional blocks whose power consumption is not measured and / or according to the invention need not be measured. For non-selected functional blocks, the charge consumption can be determined, for example, per activation or with options described in the prior art and with the measured Total charge consumption for the selected function blocks.
Erfindungsgemäß können also ein ausgewählter Funktionsblock oder mehrere ausgewählte Funktionsblöcke bestimmt werden, deren Gesamtladungsverbrauch jeweils einzeln und/oder gemeinsam ermittelt wird. Wenn alle Funktionsblöcke entsprechend ausgewählt sind, kann der Gesamtladungsverbrauch der Datensammelvorrichtung auch durch die Strommesseinrichtung aus der Summe über den jeweiligen Gesamtstromverbrauch der Funktionsblöcke ermittelt werden.Thus, according to the invention, a selected function block or a plurality of selected function blocks can be determined whose total charge consumption is determined individually and / or jointly. If all function blocks are selected accordingly, the total charge consumption of the data collection device can also be determined by the current measuring device from the sum of the respective total power consumption of the function blocks.
Die Formulierung „unter Berücksichtigung des durch die Strommessschaltung ermittelten Gesamtladungsverbrauchs der ausgewählten Funktionsblöcke“ soll dabei auch den erfindungsgemäß wichtigen Fall einschließen, dass nur genau ein Funktionsblock, bspw. das Datenfernübertragungsmodul, ausgewählt wird, dessen Stromverbrauch während der Aktivierung von vielen in der Datensammelvorrichtung unbekannten Größen, wie den Eigenschaften des Datenfernübertragungsnetzwerks (insbesondere der Höhe des Empfangspegels des Mobilfunksignals), der Anzahl der Übertragungswiederholungsversuche, dem Energieverbrauch beim Verbindungsaufbau (beispielsweise der Dauer zur Einwahl in das Mobilfunknetz) und/oder anderer externer Umstände abhängt.The wording "taking into account the total charge consumption of the selected function blocks determined by the current measuring circuit" should also include the case important according to the invention that only exactly one functional block, for example the remote data transmission module, is selected whose power consumption during the activation of many variables unknown in the data collection device , such as the characteristics of the remote data transmission network (in particular the level of the reception level of the mobile radio signal), the number of retransmission attempts, the energy consumption during connection establishment (for example the duration for dialing into the mobile radio network) and / or other external circumstances.
Der Energieversorgungsschaltkreis in der Datensammelvorrichtung besteht vorzugsweise aus dem Primärabschnitt und dem Sekundärabschnitt.The power supply circuit in the data collection device preferably consists of the primary section and the secondary section.
In dem Sekundärabschnitt sind verschiedene Funktionsblöcke, die jeweils einen Energieverbraucher der Datensammelvorrichtung bilden, in einer parallelen Schaltung mit der Batterieeinheit verbunden. Dies hat zur Folge, dass der aus der Batterieeinheit fließende Gesamtstrom sich entsprechend dem effektiven Widerstand der verschiedenen Funktionsblöcke auf die parallelen Stränge des Sekundärabschnitts verteilt. Der effektive Widerstand der verschiedenen Funktionsblöcke kann zeitlich variieren, bspw. durch An- und Ausschalten bestimmter Funktionsblöcke (wie bspw. der Empfangseinheit, des Datenfernübertragungsmoduls und/oder der Strommessschaltung) oder durch zeitlich variierende Energieaufnahme aufgrund unterschiedlicher Auslastung der Recheneinheit in verschiedenen Betriebszuständen wie „Mobilfunkaussendung“, „Endgerätedatenempfang“, „Stand-by“ oder dgl. Im Folgenden werden die Begriffe „Funktionsblock“ und „Verbraucher“ auch synonym verwendet. Gemeinsam können die in dem Sekundärabschnitt parallel geschalteten Funktionsblöcke auch als ein „effektiver Gesamtverbraucher“ mit zeitlich variierendem Gesamtenergieverbrauch in dem Energieversorgungsschaltkreis aufgefasst werden.In the secondary section, various functional blocks, each constituting an energy consumer of the data collecting device, are connected in a parallel circuit to the battery unit. As a result, the total current flowing out of the battery unit is distributed to the parallel strands of the secondary section in accordance with the effective resistance of the various functional blocks. The effective resistance of the various functional blocks can vary over time, for example by switching on and off certain functional blocks (such as the receiving unit, the remote data transmission module and / or the current measuring circuit) or by time-varying energy consumption due to different utilization of the computing unit in different operating conditions such as "mobile radio transmission "," Terminal data reception "," stand-by "or the like. In the following, the terms" function block "and" consumer "are also used interchangeably. Together, the functional blocks connected in parallel in the secondary section can also be considered as an "overall effective consumer" with a time-varying total energy consumption in the power supply circuit.
In dem Primärabschnitt sind die Batterie, der Strommessfühler und der effektive Gesamtverbraucher, der durch den Sekundärabschnitt gebildet ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der Energieversorgungsschaltkreis ein geschlossener Schaltkreis zwischen dem Pluspol der Batterieeinheit und dem Minuspol der Batterieeinheit ist, in dem die Batterieeinheit, der Stromsensor und der Sekundärabschnitt (im Sinne eines effektiven Gesamtverbrauchers) in Reihe miteinander verbunden sind. Der Teil des Energieversorgungsschaltkreises, der nicht in parallel verlaufende Stränge aufgeteilt ist, wird als Primärabschnitt bezeichnet. Mit anderen Worten zeichnet sich der Primärabschnitt dadurch aus, dass in dem Primärabschnitt des Energieversorgungsschaltkreises nur ein Leiter mit in Reihe geschalteten Komponenten vorgesehen ist, so dass der durch die Batterie gelieferte Gesamtstrom in diesem Leiter gemessen werden kann.In the primary section are the battery, the current sensor and the total effective consumer formed by the secondary section. In other words, this means that the power supply circuit is a closed circuit between the positive terminal of the battery unit and the negative terminal of the battery unit, in which the battery unit, the current sensor and the secondary section are connected in series (in terms of total effective consumption). The part of the power supply circuit which is not divided into parallel strands is called a primary section. In other words, the primary section is characterized in that in the primary section of the power supply circuit only one conductor is provided with components connected in series, so that the total current supplied by the battery can be measured in this conductor.
Erfindungsgemäß kann zumindest der Funktionsblock des Datenfernübertragungsmoduls als gekapseltes Mobilfunkmodem ausgebildet sein, das eine in sich geschlossene Funktionseinheit mit einem integrierten Schaltkreis (IC) zur Mobilfunkdatenübertragung, einen zur Steuerung des Mobilfunkmodems vorgesehenen Mikroprozessor, einen Energieversorgungsanschluss und einen internen Schaltkreis mit elektronischen Elementen sowie eine Schnittstelle, bspw. eine zur externen Modemsteuerung übliche AT-Schnittstelle, aufweist, wobei diese Schnittstelle die einzige Möglichkeit zum Zugriff der Recheneinheit der Datensammelvorrichtung auf das Datenfernübertragungsmoduls (Mobilfunkmodem) in der Datensammelvorrichtung darstellt.According to the invention, at least the functional block of the remote data transmission module can be embodied as an encapsulated mobile radio modem which has a self-contained functional unit with an integrated circuit (IC) for mobile data transmission, a microprocessor provided for controlling the mobile radio modem, a power supply connection and an internal circuit with electronic elements, and an interface, for example, an AT interface which is common for external modem control, this interface being the only way of accessing the computing unit of the data collection device to the remote data transmission module (mobile radio modem) in the data collection device.
Solche Datenfernübertragungsmodule werden oftmals als Chipsatz bzw. als Komplettmodul (also gekapselt) in die Datensammelvorrichtung eingebaut. Das Komplettmodul besteht dann bspw. aus einem Datenübertragungs-IC (integrierter Schaltkreis zur Datenübertragung) und einem Mikroprozessor sowie allen zusätzlich benötigten Bauteilen (Widerstände, Quarz, etc.) in einem geschlossenen Modulgehäuse. Da solche Module gekapselt sind, kann der aktuelle Betriebszustand des Moduls und des damit zusammenhängenden Stromverbrauchs nur mittels Befehlssequenzen über die bei Datenfernübertragungsmodulen übliche AT-Schnittstelle ausgelesen werden. Beispielsweise wird zur Bestimmung des Betriebszustandes der Power-Level (PCL) des Mobilfunknetzwerks und die Anzahl der verfügbaren Time-Slots abgefragt. Diese Parameter werden durch die Mobilfunk-Basisstation des Mobilfunknetzbetreibers dem Mobilfunkteilnehmer, also dem Datenfernübertragungsmodul der Datensammelvorrichtung, zugeordnet. Die Basisstation kann diese für die Datenübertragung relevanten Kommunikationsparameter jederzeit neu zuordnen, so dass der aktuelle Zustand des Mobilfunkmodems ständig wechseln kann und für die rechnerische Bestimmung des Stromverbrauchs zyklisch der aktuelle Betriebszustand des Datenfernübertragungsmoduls überprüft werden müsste, um dessen aktuellen Energiebedarf zu ermitteln. Da in der Regel bei einem als gekapseltes Mobilfunkmodem ausgebildeten Datenfernübertragungsmodul nur die (eine) AT-Schnittstelle für die Recheneinheit zugänglich ist, müsste während der Datenübertragung, also im Datenübertragungsmodus, die Datenübertragung zyklisch beendet und auf einen Befehlsmodus umgeschaltet werden, in dem der aktuelle Betriebszustand des Mobilfunkmodems ausgelesen werden könnte, da nur so die Ermittlung des aktuellen Betriebszustands möglich ist.Such remote data transmission modules are often incorporated as a chipset or as a complete module (ie encapsulated) in the data collection device. The complete module then consists, for example, of a data transmission IC (integrated circuit for data transmission) and a microprocessor and all additionally required components (resistors, quartz, etc.) in a closed module housing. Since such modules are encapsulated, the current operating state of the module and the associated power consumption can only be read out by means of command sequences via the usual AT remote communication modules AT interface. For example, to determine the operating state of the power level (PCL) of the mobile network and the number of available time slots is queried. These parameters are assigned by the mobile radio base station of the mobile network operator to the mobile subscriber, ie the remote data transmission module of the data collection device. The base station can reassign these communication parameters relevant for the data transmission at any time, so that the current state of the mobile radio modem is constantly updated can change and for the mathematical determination of power consumption cyclically the current operating state of the remote data transmission module would have to be checked to determine its current energy needs. Since in the case of a remote data transmission module designed as an encapsulated mobile radio modem, only the (one) AT interface is accessible to the arithmetic unit, the data transmission would have to be ended cyclically during the data transmission, ie in the data transmission mode, and switched to a command mode in which the current operating state of the mobile modem could be read, since only so the determination of the current operating state is possible.
Während des Befehlsmodus ist jedoch die Datenübertragung unterbrochen, wobei das Datenfernübertragungsmodul aktiv bleibt und ggf. sogar seine Sendebereitschaft aufrechterhält. Damit verbraucht das Datenfernübertragungsmodul durch die durch die Abfrage des Betriebszustands verlängerte Aktivzeit (ON-Time) deutlich mehr Batterieladung. Beispiele für Mobilfunkstandards, die nach diesem Ablauf arbeiten, sind bspw. GSM, CSD, GPRS, UMTS, LTE und IoT-NB.During the command mode, however, the data transmission is interrupted, with the remote data transmission module remaining active and possibly even maintaining its readiness for transmission. As a result, the data transfer module consumes considerably more battery charge due to the extended active time (ON-time) due to the inquiry of the operating state. Examples of mobile radio standards which operate according to this procedure are, for example, GSM, CSD, GPRS, UMTS, LTE and IoT-NB.
Auch sind Bauteilstreuungen bei den Stromverbrauchsparametern eines Datenfernübertragungsmoduls üblich und bekannt. Die unterschiedlich hohen Stromverbräuche (Streuung) der Bauteile für die gleiche Aktion haben Auswirkungen auf den für einen Betriebszustand anzusetzenden Batteriestrom bzw. den Ladungsverbrauch („Power-Budget“). Unterschiedliche Umgebungstemperaturen und deren zeitlichen Verläufe haben ebenso Auswirkungen auf den für einen Betriebszustand zu budgetierenden Batteriestrom bzw. den Ladungsverbrauch.Also component scatters in the power consumption parameters of a remote data transmission module are common and known. The different levels of power consumption (scattering) of the components for the same action have an effect on the battery current to be applied for an operating condition or the "power budget". Different ambient temperatures and their time courses also have an effect on the battery power to be budgeted for an operating state or the charge consumption.
Alle diese Unsicherheiten werden durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Strommessung während der Aktivierung des Funktionsblocks „Datenfernübertragungsmodul/Mobilfunkmodem“ vermieden. Die Strommessung findet erfindungsgemäß außerhalb des gekapselten Datenfernübertragungsmoduls statt und berücksichtigt den gesamten Stromverbrauch aller Funktionsblöcke der Datensammelvorrichtung während der Aktivierung des als Funktionsblock ausgewählten Datenfernübertragungsmoduls. Aus den vorgenannten Gründen ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, dass die Datensammelvorrichtung dazu eingerichtet ist, zumindest ein gekapseltes Mobilfunkmodem als ausgewählten Funktionsblock zu verwenden.All these uncertainties are avoided by the inventively proposed current measurement during the activation of the function block "remote data transmission module / cellular modem". According to the invention, the current measurement takes place outside the encapsulated remote data transmission module and takes into account the total power consumption of all the functional blocks of the data collection device during the activation of the remote data transmission module selected as the function block. For the aforementioned reasons, it is particularly advantageous according to the invention that the data collection device is set up to use at least one encapsulated mobile radio modem as the selected function block.
Erfindungsgemäß wird also der aktuelle Stromverbrauch dieser besonderen (ausgewählten) Funktionsblöcke mit einer einfachen Schaltung und mit einer für die Ermittlung des Gesamtladungsverbrauchs hinreichenden Genauigkeit gemessen, wobei die zusätzliche Leistungsentnahme durch die Strommessung sehr gering gehalten werden kann. Durch die selektive Messung des aktuellen Gesamtstromverbrauchs während der Aktivierung von speziellen Bauteilen und Funktionsblöcken, deren Gesamtladung insbesondere nicht zuverlässig anderweitig abgeschätzt werden kann, können der aktuelle (während der Aktivierung der ausgewählten Funktionsblöcke) Gesamtladungsverbrauch der batteriebetriebenen Datensammelvorrichtung und damit auch die gesamte Restkapazität solcher batteriebetriebenen Datensammelvorrichtungen genauer bestimmt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht so eine genauere Prognose der Batterierestlaufzeit, als dies über eine rein rechnerische Betrachtung möglich wäre. Durch die direkte und aktuelle Strommessung kann der tatsächliche und für jede Datensammelvorrichtung individuelle, nutzungsabhängige und durch Umgebungsbedingungen beeinflusste Stromverbrauch gemessen werden. Die direkte Strommessung in dem Primärabschnitt ist besonders vorteilhaft, da sie universell auch bei gekapselten Funktionsblöcken möglich ist. So wird eine Verlängerung der Dauer der Datenübertragung des Datenfernübertragungsmoduls (Mobilfunkmodem) vermieden, da auf die Unterbrechung der Datenübertragung des Moduls zur Ermittlung der von der Basisstation vorgegebene Übertragungsparameter im Mobilfunk verzichtet werden kann.According to the invention, therefore, the current consumption of these particular (selected) functional blocks is measured with a simple circuit and with sufficient accuracy for determining the total charge consumption, wherein the additional power consumption can be kept very low by the current measurement. By selectively measuring current total power consumption during activation of particular components and functional blocks whose total charge, in particular, can not be reliably estimated otherwise, the current (during activation of the selected functional blocks) total charge consumption of the battery powered data collection device and thus the total residual capacity of such battery powered data collection devices be determined more precisely. The device according to the invention thus enables a more accurate prediction of the battery test runtime than would be possible by way of a purely computational consideration. The direct and up-to-date current measurement allows the actual and, for each data collection device, individual usage-dependent and environmental-influenced power consumption to be measured. The direct current measurement in the primary section is particularly advantageous because it is universally possible even with encapsulated function blocks. Thus, an extension of the duration of the data transmission of the remote data transmission module (mobile radio modem) is avoided, as can be dispensed with the interruption of the data transmission of the module for determining the predetermined by the base station transmission parameters in mobile.
Eine einfache Möglichkeit zur Durchführung der Strommessung besteht entsprechend einer möglichen Ausführungsform darin, dass die Strommessschaltung durch An- und Ausschalten der Energieversorgung (bspw. mittels eines von der Recheneinheit der Datensammelvorrichtung ansteuerbaren elektronischen Schalters in dem Energieversorgungsschaltkreis) aktivierbar und deaktivierbar ist, wobei die Strommessschaltung während der Aktivierung des zumindest einen der ausgewählten Funktionsblöcke aktiviert ist. Mit anderen Worten wird mit Aktivierung des ausgewählten Funktionsblocks bspw. durch Einschalten der Energieversorgung auch die Strommessschaltung aktiviert. Mit der Deaktivierung des zumindest einen der ausgewählten Funktionsblöcke ist bzw. wird auch die Strommessschaltung deaktiviert, bspw. durch Ausschalten der Energieversorgung der Strommessschaltung.According to a possible embodiment, a simple possibility for carrying out the current measurement is that the current measuring circuit can be activated and deactivated by switching on and off the power supply (for example by means of an electronic switch in the power supply circuit that can be controlled by the arithmetic unit of the data collection device), wherein the current measuring circuit the activation of the at least one of the selected function blocks is activated. In other words, activation of the selected function block, for example by activating the power supply, also activates the current measuring circuit. With the deactivation of the at least one of the selected function blocks, the current measuring circuit is or is deactivated, for example by switching off the power supply of the current measuring circuit.
Grundsätzlich wäre es aber auch möglich, die Strommessschaltung mittels eines Hard- oder Softwareschalters zu aktivieren und zu deaktivieren, wobei die deaktivierte Strommessschaltung sich bspw. in einem Ruhe- oder Standby-Modus befindet, der durch ein Signal der Recheneinheit der Datensammelvorrichtung und ein damit einhergehendes Betätigen des Hard- oder Softwareschalters beendet wird. Auch dies wird im Rahmen der Offenbarung als An- und Ausschalten der Energieversorgung eines Funktionsblocks oder sonstiger Komponenten der Datensammelvorrichtung verstanden.In principle, however, it would also be possible to activate and deactivate the current measuring circuit by means of a hardware or software switch, wherein the deactivated current measuring circuit is, for example, in a standby or standby mode, which is indicated by a signal of the arithmetic unit of the data collecting device Pressing the hardware or software switch is terminated. Again, this is understood in the context of the disclosure as switching on and off the power supply of a function block or other components of the data collection device.
Das An- und Ausschalten der Energieversorgung eines ausgewählten Funktionsblocks kann durch ein Signal der Recheneinheit erfolgen, vorzugsweise durch dasselbe Signal, mit dem der ausgewählte Funktionsblock aktiviert und deaktiviert wird. The switching on and off of the power supply of a selected function block can be effected by a signal of the arithmetic unit, preferably by the same signal with which the selected function block is activated and deactivated.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Strommessschaltung dazu eingerichtet sein, den gemessenen Strom während der Aktivierung des zumindest einen der ausgewählten Funktionsblöcke zu mitteln und/oder zu akkumulieren.In one embodiment of the invention, the current measuring circuit may be configured to average and / or accumulate the measured current during activation of the at least one of the selected functional blocks.
Erfindungsgemäß ist mit der Strommessschaltung eine elektronische Schaltungsanordnung vorgesehen, welche eine direkte Messung des Stromverbrauchs einzelner oder mehrerer aktivierter Funktionsblöcke bzw. spezieller Bauteile, insbesondere des Datenfernübertragungsmoduls, ermöglicht. Da Funktionsblöcke, wie bspw. das Datenfernübertragungsmodul, einen pulsförmigen Stromverbrauch haben bzw. haben können (bspw. durch Ein- und Ausschalten mittels Switch-On- und Switch-Off-Befehlen), wird der zu verschiedenen ON-Zeiten (d.h. während der Aktivierung des ausgewählten Funktionsmoduls) gemessene Strom mit einer geeigneten elektronischen Schaltung gemittelt. Diese Mittelwertbildung ermöglicht zusätzlich, dass Strommessungen nicht kontinuierlich oder quasi kontinuierlich stattfinden müssen, sondern in vorgegebenen Intervallen erfolgen können, wobei die Intervalllänge durch die durch die Mittelung abgedeckte Zeitspanne vorgegeben ist bzw. auf diese abgestimmt wird. Dies führt - im Vergleich zu einer (quasi) kontinuierlichen Strommessung - zu seltener stattfindenden Strommessungen und ist besonders vorteilhaft, da durch Reduzieren der Anzahl der einzelnen aufeinander folgenden Messungen während einer vorgegebenen Messdauer die Prozessorauslastung des Mikroprozessors abgesenkt werden kann, und damit dessen (auch) aus der Batterie gespeister Energiebedarf.According to the invention an electronic circuit arrangement is provided with the current measuring circuit, which allows a direct measurement of the power consumption of individual or several activated functional blocks or special components, in particular of the remote data transmission module. Since functional blocks, such as the remote data transmission module, may have or have pulsed power consumption (eg, by switching on and off using switch-on and switch-off commands), the power is applied at various ON times (ie, during activation of the selected functional module) averaged with a suitable electronic circuit. In addition, this averaging makes it possible that current measurements do not have to take place continuously or quasi-continuously, but can take place at predetermined intervals, the interval length being predetermined by the time span covered by the averaging or being tuned to it. This results in less frequent current measurements compared to a (quasi) continuous current measurement and is particularly advantageous because by reducing the number of individual consecutive measurements during a given measurement period, the processor utilization of the microprocessor can be lowered and thus its (also) energy demand from the battery.
Mittelwertbildner sind dem Fachmann beispielsweise als Tiefpassfilter (gleitender Mittelwert) oder als Analogschaltung mit Operationsverstärker (arithmetisches Mittel) bekannt. Konkrete Beispiele hierfür werden mit Bezug auf die Zeichnungen noch beschrieben, ohne dass die Erfindung auf eines dieser konkreten Beispiele beschränkt wäre. Gleichwohl stellen die beschriebenen Mittelwertbildner eine besonders bevorzugte Ausführungsformen dar, da mit besonders einfachen und kostengünstigen Schaltungen eine für die erfindungsgemäße Bestimmung des Gesamtstromverbrauchs der Datensammelvorrichtung angemessene Genauigkeit erreicht werden kann.Averaging agents are known to the person skilled in the art, for example, as a low-pass filter (moving average) or as an analog circuit with an operational amplifier (arithmetic mean). Concrete examples thereof will be described with reference to the drawings without the invention being limited to any of these concrete examples. Nevertheless, the averaging agents described represent a particularly preferred embodiment, since with particularly simple and cost-effective circuits, an accuracy that is appropriate for the determination according to the invention of the total power consumption of the data collection device can be achieved.
Die Bestimmung des Stromverbrauchs, d.h. die Strommessung mittels der Strommessschaltung, kann erfindungsgemäß auch durch Messung des Spannungsabfalls über einen definierten Widerstand als Strommessfühler in der Schaltung erfolgen.The determination of power consumption, i. the current measurement by means of the current measuring circuit, according to the invention can also be done by measuring the voltage drop across a defined resistance as a current sensor in the circuit.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Strommessfühler als im Vergleich zu dem effektiven Widerstand der Funktionsblöcke und insbesondere des ausgewählten Funktionsblocks niederohmiger oder sehr niederohmiger Shunt-Widerstand ausgebildet ist, der in dem Primärabschnitt des Energieversorgungsschaltkreises in Reihe mit der Batterieeinheit vorgesehen ist, wobei ein Spannungsabfall über den Shunt-Widerstand gemessen und daraus der aus der Batterieeinheit entnommene Gesamtstrom bestimmt wird.A preferred embodiment of the invention provides that the current sensor is formed as compared to the effective resistance of the functional blocks and in particular the selected function block low-impedance or very low-impedance shunt resistor which is provided in the primary portion of the power supply circuit in series with the battery unit, a voltage drop across the shunt resistor is measured and from this the total current drawn from the battery unit is determined.
Da bzw. wenn der Shunt-Widerstand dauerhaft in den Energieversorgungsschaltkreis eingebaut ist, muss die Verlustleistung P = I2 * R in dem Shunt-Widerstand so niedrig wie möglich gehalten werden. Während des Betriebs der verschiedenen Funktionsblöcke der Datensammelvorrichtung, und vorzugsweise auch während verschiedener Betriebsmodi, soll der Shunt-Widerstand vorzugsweise so gewählt werden, dass die Verlustleistung nicht größer als 5% der Gesamtleistung des Geräts beträgt, vorzugsweise in der Größenordnung 1-2% liegt. Ein entsprechend gewählter Shunt-Widerstand kann als „niederohmig oder sehr niederohmig“ im Sinne der Erfindung bezeichnet werden.Since the shunt resistor is permanently installed in the power supply circuit, the power dissipation P = I 2 * R in the shunt resistor must be kept as low as possible. During operation of the various functional blocks of the data collection device, and preferably also during different modes of operation, the shunt resistance should preferably be selected so that the power dissipation is no greater than 5% of the total device power, preferably on the order of 1-2%. A correspondingly selected shunt resistor can be referred to as "low-resistance or very low-resistance" in the sense of the invention.
Ein wesentliches Kriterium, das die Größe des (niederohmigen oder sehr niederohmigen) Shunt-Widerstands in einer bevorzugten Ausführungsform ergänzend oder alternativ definieren kann, ergibt sich aus der erforderlichen oder gewünschten Genauigkeit der Messschaltung, die bspw. besser als 5% des zu messenden Stromwerts sein soll. Die Genauigkeit ergibt sich unter Berücksichtigung der in der Strommessschaltung verwendeten Bauteile aus der Größe des resultierenden Spannungssignals, das sich aus dem Spannungsabfall über den Shunt-Widerstandstand ergibt.An essential criterion that can additionally or alternatively define the size of the (low-resistance or very low-resistance) shunt resistor in a preferred embodiment results from the required or desired accuracy of the measuring circuit, which, for example, is better than 5% of the current value to be measured should. The accuracy, taking into account the components used in the current measuring circuit, results from the magnitude of the resulting voltage signal, which results from the voltage drop across the shunt resistance level.
Maßgeblich wird die erreichte Genauigkeit bspw. dadurch bestimmt, in wieweit der durch einen Wandler der Strommessschaltung erfassbare Signalspannungsbereich ausgenutzt wird. Für gegebene Komponenten der Strommessschaltung kann der Fachmann aus einer erfindungsgemäß definierten Vorgabe der gewünschten Genauigkeit dann den Shunt-Widerstand in grundsätzlich bekannter Weise so bestimmen, dass das über den Shunt-Widerstand abfallende und (ggf. über einen Operationsverstärker vervielfachte) erwartete resultierende Spannungssignal den Signalspannungsbereich des Wandlers der Strommessschaltung (im Wesentlichen, d.h. bis auf einen durch den Fachmann geeignet festlegbaren Sicherheitsbereich) unter Einbeziehung der zu erwartenden Bauteiltoleranzen und Bauteilgenauigkeiten ausnutzt.Significantly, the accuracy achieved, for example, is determined by the extent to which the signal voltage range detectable by a converter of the current measuring circuit is utilized. For given components of the current measuring circuit, the person skilled in the art can then determine the shunt resistor in a fundamentally known manner from a specification of the desired accuracy defined in accordance with the invention, such that the expected resulting voltage signal dropping across the shunt resistor and (possibly multiplied by an operational amplifier) is the signal voltage range the converter of the current measuring circuit (essentially, that is, except for a safety range which can be suitably defined by the person skilled in the art), taking advantage of the expected component tolerances and component accuracies.
Um diese Verlustleistung und/oder Genauigkeit auch während verschiedener Betriebsmodi mit bspw. unterschiedlichen aktivierten Funktionsblöcken unterschiedlichen Stromverbrauchs zu erreichen, kann die Höhe des Shunt-Widerstands-Werts einstellbar sein, bspw. durch die Verwendung mehrerer schaltbarer Widerstände in einem Widerstandsnetzwerk, das je nach Schaltzustand der mehreren Widerstände einen Shunt-Widerstand (im Sinne eines Widerstandswerts) einstellt, so dass das Widerstandsnetzwerk einen (effektiven) Shunt-Widerstand bildet. In order to achieve this power dissipation and / or accuracy even during different operating modes with, for example, different activated function blocks of different power consumption, the height of the shunt resistor value can be adjustable, for example by using a plurality of switchable resistors in a resistor network, depending on the switching state the plurality of resistors adjusts a shunt resistor (in the sense of a resistance value) so that the resistor network forms an (effective) shunt resistor.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass mindestens zwei Shunt-Widerstandswerte einstellbar sind, und zwar für eine erste Gruppe von Funktionsblöcken mit hohem Stromverbrauch (insbesondere das Datenfernübertragungsmodul) und für eine zweite Gruppe von Funktionsblöcken mit normalem Stromverbrauch (insbesondere die Recheneinheit, ggf. ein separater Speicher, die Strommessschaltung und die Empfangseinheit in dem lokalen Netzwerk). Ggf. weitere Funktionsblöcke werden entsprechend einem geeigneten Stromverbrauchs-Schwellwert einer der beiden Gruppen zugeordnet. Grundsätzlich können erfindungsgemäß auch mehr als zwei Gruppen von Funktionsblöcken, und dann entsprechend mehr als zwei Shunt-Widerstände mit mehr als zwei Widerstandswerten gewählt werden.It can be provided according to the invention that at least two shunt resistance values can be set, for a first group of function blocks with high power consumption (in particular the remote data transmission module) and for a second group of function blocks with normal power consumption (in particular the arithmetic unit, possibly a separate one) Memory, the current measuring circuit and the receiving unit in the local network). Possibly. further functional blocks are assigned to one of the two groups according to a suitable power consumption threshold value. In principle, according to the invention, more than two groups of functional blocks, and then correspondingly more than two shunt resistors with more than two resistance values can be selected.
Sofern bei einer Aktivierung nicht-ausgewählter Funktionsblöcke keine Strommessung mit der Strommessschaltung durchgeführt wird bzw. werden soll, kann der Shunt-Widerstand in dem Widerstandsnetzwerk während dieser Zeit erfindungsgemäß auch kurzgeschlossen werden, so dass der Shunt-Widerstand und die Verlustleistung vernachlässigbar sind. Dies trägt zur Energieeinsparung der erfindungsgemäß batteriebetriebenen Datensammelvorrichtungen bei.Unless current measurement with the current measuring circuit is or is to be carried out when activating non-selected functional blocks, the shunt resistor in the resistance network can also be short-circuited during this time according to the invention, so that the shunt resistance and the power loss are negligible. This contributes to the energy saving of the battery-powered data collecting devices according to the invention.
Gemäß einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform kann auch ein fester Shunt-Widerstand des Strommessfühlers in dem Primärabschnitt des Energieversorgungsschaltkreises vorgesehen sein, der auf den Stromverbrauch eines ausgewählten Funktionsblocks abgestimmt ist.According to a preferred embodiment of the invention, a fixed shunt resistor of the current sensor may be provided in the primary section of the power supply circuit, which is tuned to the power consumption of a selected function block.
Verschiedene einfache Ausführungsformen für ein erfindungsgemäß einsetzbares Widerstandsnetzwerk werden mit Bezug auf die Zeichnungen später noch beschrieben, wobei diese Möglichkeiten im Rahmen des fachmännischen Könnens frei kombiniert oder abgewandelt werden können.Various simple embodiments for a resistor network which can be used according to the invention will be described later with reference to the drawings, wherein these possibilities can be combined or modified freely within the scope of the skilled person.
Eine weitere, ergänzend oder alternativ nutzbare Möglichkeit zur Anpassung des abgegriffenen Signals an den Messbereich des Wandlers (Signalspannungsbereich) sieht vor, dass die Strommessschaltung einen Differenzverstärker aufweist, wobei der Differenzverstärker einen ersten mit einem ersten Spannungsmesspunkt vor dem Shunt-Widerstand (d.h. auf der einen Seite des Shunt-Widerstands) verbundenen Eingang und einen zweiten mit einem zweiten Spannungsmesspunkt hinter dem Shunt-Widerstand (d.h. auf der anderen Seite des Shunt-Widerstands) verbundenen Eingang aufweist, um die über dem Shunt-Widerstand abfallende Shunt-Spannung zu verstärken. Einer der beiden Spannungsmesspunkte kann auch durch einen Anschluss an die Gerätemasse realisiert sein, wenn die Gerätemasse das Spannungsniveau auf der einen Seite des Shunt-Widerstands beschreibt. Dies ist messtechnisch besonders einfach zu realisieren.A further, supplementary or alternatively usable possibility for adapting the tapped signal to the measuring range of the converter (signal voltage range) provides that the current measuring circuit has a differential amplifier, the differential amplifier having a first with a first voltage measuring point before the shunt resistor (ie on the one Side of the shunt resistor) and a second input connected to a second voltage sense point behind the shunt resistor (ie, on the other side of the shunt resistor) to boost the shunt voltage across the shunt resistor. One of the two voltage measuring points can also be realized by a connection to the device ground, if the device ground describes the voltage level on one side of the shunt resistor. This is particularly easy to implement metrologically.
Dies ermöglicht eine effiziente Strommessung auch im Primärabschnitt des Energieversorgungsschaltkreises, ggf. sogar mit einem dauerhaft und fest in Serie in dem Primärabschnitt geschalteten Shunt-Widerstand. Dieser kann (in dem zuvor beschriebenen Sinn) so gewählt werden, dass nur ein sehr kleiner Spannungsabfall über den Shunt-Widerstand auftritt (mit einer dementsprechend sehr kleinen Leistung), da der sehr kleine Spannungsabfall durch den Differenzverstärker, insbesondere einen Operationsverstärker, soweit verstärkt wird, dass das Signal durch die Recheneinheit verarbeitet werden kann, d.h. in einem bspw. durch einen Port (Signaleingangskanal) des Mikrokontrollers der Recheneinheit verarbeitbaren Spannungsbereich liegt und/oder den Messbereich zur Erreichung der gewünschten Genauigkeit entsprechend effektiv ausnutzt. Ggf. kann auch ein Differenzverstärker mit einer einstellbaren Verstärkung gewählt werden, um das über einen festen Shunt-Widerstand abfallende Spannungssignal bei unterschiedlichem Stromverbrauch verschieden zu verstärken und damit die Genauigkeit der Messung für unterschiedliche Ströme zu verbessern.This allows efficient current measurement even in the primary section of the power supply circuit, possibly even with a permanently and firmly in series in the primary section connected shunt resistor. This can be chosen (in the sense described above) so that only a very small voltage drop across the shunt resistor occurs (with a correspondingly very low power), since the very small voltage drop is amplified by the differential amplifier, in particular an operational amplifier in that the signal can be processed by the arithmetic unit, ie in a voltage range which can be processed, for example, by a port (signal input channel) of the microcontroller of the arithmetic unit and / or utilizes the measuring range effectively to achieve the desired accuracy. Possibly. It is also possible to choose a differential amplifier with an adjustable gain in order to amplify differently the voltage drop across a fixed shunt resistor with different power consumption and thus to improve the accuracy of the measurement for different currents.
Durch die Differenzbildung des Signals werden auch mögliche systematische Fehler durch Temperatureinflüsse minimiert.The difference formation of the signal also minimizes possible systematic errors due to temperature influences.
Die Strommessung des ausgewählten Funktionsblocks, insbesondere des Datenfernübertragungsmoduls zur Datenübertragung bspw. über Mobilfunk, erfolgt in einer Ausführungsform mittels einer dem Fachmann grundsätzlich bekannten Strommessschaltung unter Verwendung eines (in dem beschriebenen Sinne) sehr niederohmigen Shunt-Widerstands und mit mindestens einem differenziellen Operationsverstärker, der den sehr kleinen Spannungsabfall über den sehr niederohmigen Shunt-Widerstand für die Recheneinheit messbar macht.The current measurement of the selected function block, in particular of the remote data transmission module for data transmission, for example. Via mobile, is carried out in one embodiment by means of a well-known in the art current measuring circuit using a (in the sense described) very low impedance shunt resistor and at least one differential operational amplifier, the makes very small voltage drop across the very low-impedance shunt resistor for the arithmetic unit measurable.
Der zu wählende Widerstandswert für den Shunt-Widerstand ergibt sich, wie bereits beschrieben, aus dem erwarteten Strom des ausgewählten Funktionsblocks, d.h. dem abzudeckenden Strommessbereich, und dem Eingangsspannungsbereich des gewählten Differenzverstärkers mittels der dem Fachmann bekannten Beziehung:
Die Anordnung des Strommessfühlers, d.h. insbesondere des Shunt-Widerstands (als Einzelwiderstand oder als Widerstandsnetzwerk), in dem Primarstromkreis kann zwischen dem positiven Ausgang (Plus-Pol) der Batterieeinheit und dem Spannungsversorgungseingang der Funktionsblöcke oder zwischen dem Spannungsversorgungsausgang der Funktionsblöcke und dem negativen Ausgang der Batterieeinheit (Minus-Pol) liegen. Die letztere Variante ist schaltungstechnisch besonders vorteilhaft, weil der Spannungsversorgungsausgang der Funktionsblöcke der Gerätemasse entspricht. Daher kann einer der beiden Eingänge des Differenzverstärkers (bspw. eines Rail-to-Rail-Differenzverstärkers, der weitgehend linear arbeitet und bei dem keine Sättigungseffekte eintreten, selbst wenn die Eingangsspannungen in Größenordnung der Versorgungsspannungen liegen) mit der Gerätemasse verbunden werden. Diese Variante ist schaltungstechnisch besonders einfach zu handhaben und ermöglicht eine besonders kostengünstige, erfindungsgemäß bevorzugte Lösung für die Strommessschaltung der vorgeschlagenen Datensammelvorrichtung.The arrangement of the current sensor, i. in particular the shunt resistor (as a single resistor or as a resistor network), in the primary circuit can between the positive output (plus pole) of the battery unit and the power supply input of the function blocks or between the power supply output of the function blocks and the negative output of the battery unit (negative pole) lie. The latter variant is particularly advantageous in terms of circuitry because the power supply output of the functional blocks corresponds to the device ground. Therefore, one of the two inputs of the differential amplifier (for example, a rail-to-rail differential amplifier, which operates largely linearly and in which no saturation effects occur, even if the input voltages are of the order of the supply voltages) can be connected to the device ground. This variant is particularly easy to handle circuitry and allows a particularly cost-effective, inventively preferred solution for the current measuring circuit of the proposed data collection device.
In einer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Strommessschaltung einen Mittelwertbildner aufweist, wobei der Mittwertbildner dazu eingerichtet ist, das über dem Shunt-Widerstand abgegriffene und ggf. durch den Differenzverstärker verstärkte Signal zu integrieren.In one embodiment of the invention, it may be provided that the current measuring circuit has an averaging device, wherein the mean value generator is set up to integrate the signal tapped off via the shunt resistor and possibly amplified by the differential amplifier.
Hier kann insbesondere eine analoge Integration des über dem Shunt-Widerstand abgegriffenen Signals in einem Integrator (bspw. kapazitiv arbeitenden Integrator) erfolgen, dessen Ausgangsspannung eindeutig von dem aufintegrierten Signal (bspw. der Ladungsmenge) abhängt. Die Ausgangsspannung des Integrators kann erfindungsgemäß mit einem Komparatorschwellenwert verglichen werden, wobei bei dem Überschreiten des Komparatorschwellenwerts ein Zähler hochgezählt und der Integrator resettet (d.h. zurückgesetzt) wird. Eine Zähleinheit, um die jeweils hochgezählt wird, entspricht daher einer durch den Stromfluss von der Batterie gelieferten Ladungsmenge, so dass auf diese Weise mit einer einfachen analogen Schaltung der Strom- bzw. Ladungsverbrauch der Batterie während des aktivierten Funktionsblocks bestimmt werden kann. Eine solche gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform erfindungsgemäß vorgeschlagene Strommessschaltung wird auch als Strom-Spannungs-Impulswandler bezeichnet. Ein konkretes Beispiel einer geeigneten Schaltung wird später noch erläutert.Here, in particular, an analog integration of the signal picked up via the shunt resistor can take place in an integrator (for example a capacitively functioning integrator) whose output voltage clearly depends on the integrated signal (for example the amount of charge). According to the invention, the output voltage of the integrator can be compared with a comparator threshold value, wherein when the comparator threshold value is exceeded, a counter is incremented and the integrator is reset (i.e., reset). A counting unit, which is counted up in each case, therefore corresponds to an amount of charge delivered by the current flow from the battery, so that in this way with a simple analog circuit the current or charge consumption of the battery during the activated function block can be determined. Such a current measuring circuit proposed according to the embodiment described here according to the invention is also referred to as current-voltage pulse transformer. A concrete example of a suitable circuit will be explained later.
Eine andere, bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Strommessschaltung einen digitalen Mittelwertbildner aufweist, wobei der Mittwertbildner dazu eingerichtet, das über dem Shunt-Widerstand abgegriffene Signal in einem Analog-Digital-Wandler zu digitalisieren und digital zu integrieren.Another preferred embodiment provides that the current measuring circuit has a digital averaging device, wherein the averaging device is configured to digitize and digitally integrate the signal picked up via the shunt resistor in an analog-to-digital converter.
Die Digitalisierung des abgegriffenen Signals kann grundsätzlich quasi kontinuierlich erfolgen. Hierfür ist eine entsprechende Abtastrate am Analog-Digital-Wandlers einzustellen, derart dass die zeitliche Änderungen des Signals sicher erfasst wird. Dies erfordert in der Regel eine Abtastrate mindestens in der Größenordnung der zeitlichen Änderungen des Stromverbrauchs (und damit des über dem Shunt-Widerstand abgegriffenen Signals), vorzugsweise mindestens einen Faktor
Sofern die Änderungen der Schwankungen mit der gewünschten Genauigkeit erfasst werden, kann die Integration des Signals erfindungsgemäß über eine sogenannte Riemannsche Zwischensumme erfolgen, bei der jeweils der Mittelwert von zu aufeinander folgenden Abtastzeitpunkten durch den Analog-Digital-Wandler ermittelten Signalwerte gebildet und alle diese Mittelwerte über die Zeit summiert werden, wie in der nachstehenden Formel angegeben. Das Ergebnis stellt dann - bei geeigneter Normierung des Signals - den Ladungsverbrauch Q der Datensammelvorrichtung bei Aktivierung eines ausgewählten Funktionsblocks dar:
Durch einen optionalen Verstärker (insbesondere einen Differenzverstärker) kann das über dem Shunt-Widerstand abgegriffene Signal auch so verstärkt werden, dass das Signal an den Eingangssignalbereich des Analog-Digital-Wandlers angepasst ist. By an optional amplifier (in particular a differential amplifier), the tapped over the shunt resistor signal can also be amplified so that the signal is adapted to the input signal range of the analog-to-digital converter.
Vorteilhafter Weise kann die Strommessschaltung optional dazu eingerichtet sein, das über dem Shunt-Widerstand abgegriffene Signal mittels eines Differenzverstärkers, bspw. eines Operationsverstärkers, zu verstärken und mittels einer zwischen einem Eingang und Ausgang des Verstärkers geschalteten Kapazität, insbesondere einem Kondensator, zeitlich zu strecken.Advantageously, the current measuring circuit can optionally be set up to amplify the signal picked up via the shunt resistor by means of a differential amplifier, for example an operational amplifier, and to stretch it by means of a capacitor connected between an input and output of the amplifier, in particular a capacitor.
Neben der Anpassung des über dem Shunt-Widerstand abgegriffenen Signals an den Eingangssignalbereich des Analog-Digital-Wandlers durch die Verstärkung wird das Signal durch die Kapazität zeitlich gestreckt bzw. gedehnt. Dies erlaubt im Vergleich zu einem nicht gedehnten Signal niedrigere Abtastraten (bei den aufeinander folgenden einzelnen Spannungsmessungen), weil auch mögliche Schwankungen in dem Signal zeitlich gedehnt und analog integriert werden. Durch die analoge Integration des Signals geht dann keine Ladungsinformation bei der digitalen Integration verloren, wenn die Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers (auch als Wandlungsrate des Analog-Digital-Wandlers bezeichnet) länger ist als zeitliche Schwankungen des Signals. Hierdurch können Rechenleistung und Strom bei dem Betrieb des Analog-Digital-Wandlers gespart werden. Außerdem kann für den Analog-Digital-Wandler günstigere Hardware verwendet werden, die langsamere Verarbeitungszeiten erlaubt. Optimaler Weise wird die Abtastrate in etwa an die Schwankung des (zeitlich gestreckten) Signals angepasst, das am Eingang des Analog-Digital-Wandlers anliegt.In addition to the adaptation of the tapped over the shunt resistor signal to the input signal range of the analog-to-digital converter by the gain of the signal is stretched by the capacity or stretched. This allows lower sampling rates (in the successive individual voltage measurements) compared to an unstretched signal, because also possible fluctuations in the signal are time-stretched and integrated analogously. The analog integration of the signal then no charge information is lost in the digital integration, when the sampling rate of the analog-to-digital converter (also referred to as conversion rate of the analog-to-digital converter) is longer than temporal variations of the signal. As a result, computing power and power can be saved in the operation of the analog-to-digital converter. In addition, more favorable hardware can be used for the analog-to-digital converter, allowing slower processing times. Optimally, the sampling rate is approximately matched to the variation of the (time-stretched) signal applied to the input of the analog-to-digital converter.
Eine in diesem Zusammenhang besonders bevorzugte Strommessschaltung sieht vor, dass das auf der einen Seite des Shunt-Widerstands abgegriffene Signal durch einen ersten Widerstand
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit der Datensammelvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Strommessschaltung mit der Deaktivierung des ausgewählten Funktionsblocks abzuschalten.According to a preferred embodiment it can be provided that the arithmetic unit of the data collection device is adapted to switch off the current measuring circuit with the deactivation of the selected function block.
Hierdurch wird sichergestellt, dass der ermittelte Stromverbrauch der Datensammelvorrichtung nur während der Aktivierung des ausgewählten Stromverbrauchs ermittelt wird. Dadurch wird vermieden, dass der Ruhestromverbrauch der Strommessvorrichtung den ermittelten Stromverbrauch während der Aktivierung des ausgewählten Funktionsblocks beeinflusst und dies zu einem möglicherweise falschen akkumulierten Gesamtstrom- oder Gesamtladungsverbrauch der Datensammelvorrichtung führt.This ensures that the determined power consumption of the data collection device is determined only during the activation of the selected power consumption. This avoids that the quiescent current consumption of the current measuring device affects the determined power consumption during the activation of the selected functional block and this leads to a possibly incorrect accumulated total current or total charge consumption of the data collecting device.
In diesem Zusammenhang stellt es eine sinnvolle Verbesserung der erreichbaren Genauigkeit dar, wenn die Recheneinheit der Datensammelvorrichtung dazu eingerichtet ist, bei dem Abschalten der Strommessschaltung bei Deaktivierung des ausgewählten Funktionsblocks die gespeicherte Restladung (QRest), die während der Aktivierung der ausgewählten Funktionsblocks in der Strommessvorrichtung gespeichert wurde, abzuschätzen und bei der Ermittlung des Gesamtladungsverbrauchs der Datensammelvorrichtung während der Aktivierung des ausgewählten Funktionsblocks zu berücksichtigen.In this context, it represents a reasonable improvement in the achievable accuracy, when the arithmetic unit of the data collecting device is configured to switch off the current measuring circuit on deactivation of the selected function block, the stored residual charge (Q Rest ), during the activation of the selected function blocks in the current measuring device was estimated and taken into account in the determination of the total charge consumption of the data collection device during the activation of the selected function block.
Dies kann bspw. nach der Formel
Die rechte Seite der Formel gibt die zu implementierende Gleichung an, wobei C2 den Kapazitätswert der Kapazität
Die Spannung UC(t = tn) ergibt durch den zum Zeitpunkt
Eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Datensammelvorrichtung sieht vor, dass der Sekundärabschnitt des Energieversorgungsschaltkreises einen ersten Teilstrang und einen zweiten Teilstrang aufweist, wobei der erste Teilstrang und der zweite Teilstrang parallelgeschaltet sind und in jedem der Teilstränge mindestens ein Funktionsblock angeordnet ist. Vorzugsweise ist in dem ersten Teilstrang ein erster Spannungswandler vorgesehen, der den ersten Teilstrang mit einer ersten Versorgungsspannung versorgt, und in dem zweiten Teilstrang ein zweiter Spanungswandler, der den zweiten Teilstrang mit einer zweiten Versorgungsspannung versorgt. Der erste Spannungswandler und der zweite Spannungswandler werden mit der durch die Batterieeinheit zur Verfügung gestellten Batteriespannung versorgt. Hierdurch lassen sich Funktionsblöcke mit unterschiedlichen Anforderungen an die Spannungs- und/oder Energieversorgung flexibel in die Datensammelvorrichtung integrieren.A possible embodiment of the inventively proposed data collection device provides that the secondary section of the power supply circuit has a first sub-string and a second sub-string, wherein the first sub-string and the second sub-string are connected in parallel and in each of the sub-strands at least one functional block is arranged. Preferably, a first voltage converter is provided in the first sub-string, which supplies the first sub-string with a first supply voltage, and in the second sub-string, a second voltage converter, which supplies the second sub-string with a second supply voltage. The first voltage converter and the second voltage converter are supplied with the battery voltage provided by the battery unit. As a result, functional blocks with different requirements for the voltage and / or energy supply can be flexibly integrated into the data collection device.
Gemäß einer konkreten Ausführungsform kann das Datenfernübertragungsmodul in dem zweiten Teilstrang angeordnet sein, wobei der zweite Teilstrang vorzugsweise mittels eines zwischen der Batterieeinheit und dem zweiten Spannungswandler in dem Sekundärabschnitt vorgesehenen (vorzugsweise elektronischen) Schalters an- und ausschaltbar ist.According to a specific embodiment, the remote data transmission module may be arranged in the second sub-string, wherein the second sub-string is preferably switched on and off by means of a (preferably electronic) provided between the battery unit and the second voltage converter in the secondary section switch.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform kann das Datenfernübertragungsmodul als einziger Funktionsblock in dem zweiten Teilstrang angeordnet sein. Alle anderen Funktionsblöcke, einschließlich der die Steuerung der Datensammelvorrichtung übernehmenden Recheneinheit, sind dann erfindungsgemäß entsprechend in dem ersten Funktionsblock angeordnet. Über das Ausschalten des zweiten Teilstrangs in dem Sekundärabschnitt kann damit das Datenfernübertragungsmodul durch Deaktivieren der Energieversorgung sicher ein- und ausgeschaltet werden, ohne auf Softwareschnittstellen des Datenfernübertragungsmoduls zugreifen zu müssen.According to a preferred embodiment of this embodiment, the remote data transmission module can be arranged as the only functional block in the second sub-string. All other functional blocks, including the arithmetic unit receiving the control of the data collection device, are then arranged according to the invention correspondingly in the first functional block. By turning off the second sub-string in the secondary section, the remote data transmission module can be safely turned on and off by disabling the power supply without having to access software interfaces of the remote data transmission module.
Die Strommessschaltung kann vorzugsweise in dem ersten Teilstrang angeordnet sein, wobei in dem ersten Teilstrang des Sekundärabschnitts zwischen der Batterieeinheit und dem ersten Spannungswandler ein Kondensator zwischen dem Eingang des ersten Spannungswandlers und einer Gerätemasse vorgesehen ist. Dieser Pufferkondensator glättet die Versorgungsspannung insbesondere für pulsweise erhöhte Ladungsanforderungen in dem ersten Teilstrang des Sekundärabschnitts.The current measuring circuit may preferably be arranged in the first sub-string, wherein in the first sub-string of the secondary portion between the battery unit and the first voltage converter, a capacitor between the input of the first voltage converter and a device ground is provided. This buffer capacitor smoothes the supply voltage, in particular for pulsed charging requirements in the first sub-string of the secondary section.
In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform der Erfindung kann ein Spannungswandler - vorzugsweise integriert in die Batterieeinheit - in dem Primärabschnitt des Energieversorgungsschaltkreises angeordnet sein. Dieser stellt dann, ausgehend von der Batteriespannung, eine gemeinsame Versorgungsspanne für den gesamten Sekundärabschnitt zur Verfügung. Sofern die Versorgungsspannung und Energieversorgung durch diesen einen Spannungswandler im Primärabschnitt für alle Funktionsblöcke geeignet ist, kann auf weitere Spannungswandler im Sekundärabschnitt oder in einzelnen Teilsträngen des Sekundärabschnitts, verzichtet werden.In an alternative or supplementary embodiment of the invention, a voltage converter - preferably integrated in the battery unit - be arranged in the primary section of the power supply circuit. This then provides, starting from the battery voltage, a common supply span for the entire secondary section. If the supply voltage and power supply through this one voltage transformer in the primary section is suitable for all functional blocks, it is possible to dispense with further voltage transformers in the secondary section or in individual sub-sections of the secondary section.
Jeder der vorerwähnten Spannungswandler kann als Spannungsregler ausgebildet sein, der die Versorgungsspannung für die Funktionsblöcke in dem Sekundärabschnitt oder Teilstrang des Sekundärabschnitts auf einen vorgegebenen Wert regelt, zumindest solange die in der Batterieeinheit vorhandene Energie dafür ausreicht.Each of the aforementioned voltage transformers can be designed as a voltage regulator, which regulates the supply voltage for the functional blocks in the secondary section or sub-section of the secondary section to a predetermined value, at least as long as the energy present in the battery unit is sufficient.
Im Falle eines solchen Spannungsreglers kann der Strommessfühler der Strommessschaltung, insbesondere also der Shunt-Widerstand vor oder hinter dem Spannungsregler oder in dessen Rückkoppelschleife angeordnet sein. Konkrete Beispiele hierfür werden noch erläutert.In the case of such a voltage regulator, the current sensor of the current measuring circuit, in particular so the shunt resistor can be arranged in front of or behind the voltage regulator or in the feedback loop. Concrete examples will be explained.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Datensammelvorrichtung kann die Batterieeinheit mindestens zwei (vorzugsweise genau zwei) in Reihe geschaltete Batterien aufweisen, die tauschbar sind. Mit anderen Worten sind in der Batterieeinheit mindestens oder genau eine erste Batterie und eine zweite Batterie in Reihe geschaltet vorgesehen. In einer solchen Anordnung kann der Strommessfühler in dem vorbeschriebenen Sinne auch zwischen den beiden Batterien in der Batterieeinheit angeordnet sein.In a particularly preferred embodiment of the data collection device proposed according to the invention, the battery unit can have at least two (preferably exactly two) series-connected batteries which are exchangeable. In other words, at least or exactly a first battery and a second battery are provided in series in the battery unit. In such an arrangement, the current sensor may be arranged in the above-described sense between the two batteries in the battery unit.
In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass durch eine, insbesondere durch die Recheneinheit einstellbare, Veränderung des Widerstandswerts des Shunt-Widerstands der Strommessbereich der Messschaltung vergrößert oder verkleinert wird. In ähnlicher Weise kann durch eine, insbesondere durch die Recheneinheit einstellbare, Veränderung des Verstärkungsfaktors des Differenzverstärkers, bspw. des Operationsverstärkers, der Messschaltung der Strommessbereich der Messschaltung vergrößert oder verkleinert werden. In a further embodiment, it can be provided that the current measuring range of the measuring circuit is increased or decreased by a change in the resistance value of the shunt resistor, which can be set in particular by the arithmetic unit. In a similar manner, the current measuring range of the measuring circuit can be increased or decreased by a change of the amplification factor of the differential amplifier, for example of the operational amplifier, which can be set in particular by the arithmetic unit.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Datensammeleinrichtung zusätzlich mit einem Funksender ausgestattet ist und Daten in das lokale Funknetz aussendet, bspw. zur Übertragung der Daten an weitere Funkempfänger (beispielsweise Aktoren oder weitere Datensammeleinrichtungen).A further embodiment provides that the data collection device is additionally equipped with a radio transmitter and transmits data to the local radio network, for example for transmitting the data to other radio receivers (for example, actuators or other data collection devices).
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichen der Erfindung ergeben sich auch durch die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei gehören alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination zum Gegenstad der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.Other features, advantages and possible applications of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and the drawings. In this case, all described and / or illustrated features, both individually and in any combination to Gegenstad the invention, regardless of their summary in the claims or their back references.
Es zeigen:
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1 schematisch den Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung mit dem Energieversorgungsschaltkreis; -
2 schematisch einen Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung; -
3a bis3c schematisch verschiedene Varianten zur Verschaltung von Shunt-Widerständen als Strommessfühler im Primärabschnitt des Energieversorgungsschaltkreises entsprechend verschiedener, bspw. in einem Widerstands-Netzwerk beliebig miteinander kombinierbarer, Shunt-Widerstände; -
4a bis4c schematisch die Spannungsverhältnisse an einem erfindungsgemäß eingesetzten Shunt-Widerstand während der Strommessung gemäß einer Ausführungsform; -
5 schematisch eine erfindungsgemäße Variante der Strommessschaltung nach einer Ausführungsform der Erfindung; -
6 schematisch eine weitere erfindungsgemäße Variante der Strommessschaltung nach einer Ausführungsform der Erfindung; -
7 die Anordnung eines Strommessfühlers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
-
1 schematically the structure of an embodiment of the current measuring device according to the invention with the power supply circuit; -
2 schematically a circuit diagram of a preferred embodiment of the current measuring device according to the invention; -
3a to3c schematically different variants for the connection of shunt resistors as current sensor in the primary section of the power supply circuit according to different, for example. In a resistor network arbitrarily combinable with each other, shunt resistors; -
4a to4c schematically the voltage conditions at a shunt resistor used according to the invention during the current measurement according to an embodiment; -
5 schematically a variant of the current measuring circuit according to the invention according to an embodiment of the invention; -
6 schematically a further variant according to the invention of the current measuring circuit according to an embodiment of the invention; -
7 the arrangement of a current sensor according to another embodiment of the invention.
Die in
Die (nicht dargestellte) Messvorrichtung ist neben dem Erfassen des Sensor- und/oder Zustands- und/oder Verbrauchswerts auch dazu eingerichtet, den erfassten Sensor- und/oder Zustands- und/oder Verbrauchswert in das lokale Funknetzwerk in einem verschlüsselten oder unverschlüsselten Funktelegramm auszusenden. Dieses ausgesendete Funktelegramm (Datentelegramme) wird dann durch die Datensammelvorrichtung
Die erfindungsgemäße Datensammelvorrichtung
Zur Verbindung mit dem lokalen Funknetzwerk umfassen die Funktionsblöcke
Als weiteren Funktionsblock
Weiterhin weist die Datensammelvorrichtung
Ferner weist die Datensammelvorrichtung
Wie aus der schematischen Darstellung der
Der Strommessfühler
Die Strommessschaltung
Unter Berücksichtigung des durch die Strommessschaltung
Während der Aktivierung der ausgewählten Funktionsblöcke wird der Gesamtladungsverbrauch dann durch die Strommessschaltung
Es entspricht einer bevorzugten Ausführungsform, das als ausgewählter Funktionsblock
Die gestrichelt dargestellte Trennlinie zwischen dem Primärabschnitt und dem Sekundärabschnitt verläuft durch den Anschluss der parallel geschalteten Funktionsblöcke an die Batterieeinheit
Der in
Insoweit entspricht die Datensammelvorrichtung
In der Batterieeinheit
Der Sekundärabschnitt
In dem zweiten Teilstrang
In dem ersten Teilstrang
In dem zweiten Teilstrang
Die Schalter
Wie durch den gestrichelt dargestellten Teil des Strommessfühlers
Dazu kann optional ein Widerstandsnetzwerk vorgesehen werden, das durch Parallel- und/oder Serienschaltung weitere Shunt-Widerstände zuschaltet wird, um einen optimierten effektiven Shunt-Widerstandswert
Ohne den optionalen Shunt-Widerstand
Wenn in dem Parallelstrang
Weitere beispielhafte Möglichkeiten zur Verschaltung der Shunt-Widerstände
Bei einem ausreichend niederohmigen Shunt-Widerstand
Der vorbeschriebene Strommessfühler
In der Strommessschaltung
Auch die Kapazität
Aufgrund der zeitlichen Dehnung kann der Analog-Digital-Wandler
Zur Integration kann die Recheneinheit in der bereits beschriebenen Weise die Riemannsche Zwischensumme der Abtastwerte bilden. Dies ist eine besonders einfache und effiziente Lösung. Natürlich steht es dem Fachmann frei, hier auch eine andere Möglichkeit zur Integration des Signals und damit zur Bestimmung des Gesamtladungsverbrauchs während der Strommessung zu realisieren.For integration, the arithmetic unit can form the Riemann sub-sum of the samples in the manner already described. This is a particularly simple and efficient solution. Of course, it is the expert free, here is another way to integrate the signal and thus to realize the determination of the total charge consumption during the current measurement.
Die Strommessung wird durch Schließen des Schalters
Es entspricht einer vorteilhaften Ausgestaltung, nach Abschalten (Deaktivieren) des Datenfernübertragungsmoduls
Da zu diesem Zeitpunkt die Kapazität
Der Gesamtladungsverbrauch Q (während der Aktivierung eines Funktionsblocks
Erfindungsgemäß können die Strommessungen auch in Produktionstests mitverwendet werden, bspw. um einen typischen Verbrauch einzelner Funktionsblöcke bzw. Ansteuerungsmodi der Datensammelvorrichtung
Während der Strommessung kann auch die Umgebungstemperatur der Batterien gemessen werden, damit der gemessene typische Verbrauch einer Betriebstemperatur zugeordnet werden kann. Damit lassen sich vorzugsweise während der Produktionstests temperaturabhängige typische Stromverbrauchswerte ermitteln, die beispielsweise als Tabelle in der Datensammelvorrichtung abgelegt werden könnten, die bei Bedarf in die Bestimmung des Gesamtladungsverbrauchs der Datensammelvorrichtung rechnerisch einfließen könnten.During the current measurement, the ambient temperature of the batteries can also be measured so that the measured typical consumption can be assigned to an operating temperature. Thus, during the production tests, it is possible to determine temperature-dependent typical power consumption values that could be stored, for example, as a table in the data collection device, which could, if necessary, be incorporated mathematically in the determination of the total charge consumption of the data collection device.
Die verbrauchte gesamte Ladungsmenge der Batterien bzw. der Batterieeinheit über die Zeit kann erfindungsgemäß aus der Summe der Gesamtladungsverbräuche der einzelnen Funktionsblöcke über die Zeit ermittelt werden, wobei ggf. unterschiedliche Betriebsmodi der Funktionsblöcke berücksichtigt werden können. Die Gesamtladungsverbräuche der einzelnen Funktionsblöcke können durch Abschätzung oder durch Ermittlung in Produktionstests bekannt sein oder durch die vorbeschriebene Strommessung ermittelt werden. Letzteres ist erfindungsgemäß für mindestens einen Funktionsblock der Fall, nämlich das Datenfernübertragungsmodul. Dies gilt gleichermaßen für alle der beschriebenen Varianten und Ausführungsformen.The consumed total amount of charge of the batteries or the battery unit over time can be inventively determined from the sum of the total charge consumption of the individual function blocks over time, possibly different operating modes of the function blocks can be considered. The total charge consumptions of the individual function blocks may be known by estimation or by determination in production tests or determined by the above-described current measurement. The latter is the case according to the invention for at least one functional block, namely the remote data transmission module. This applies equally to all of the variants and embodiments described.
Als Formel kann die verbrauchte gesamte Ladungsmenge (Gesamtladungsmenge bzw. Verbrauch der Datensammelvorrichtung) der Batterien bzw. der Batterieeinheit über die Zeit wie folgt beschrieben werden:
Die verbrauchte Ladungsmenge ist aber nur ein Indikator für den Ladezustand der Batterien, denn abhängig von dem Umgebungstemperatur-Strom-Zeitprofil und Exemplar-Streuungen können Batterien unterschiedliche Ladungsmengen abgeben. Außerdem wird ggf. die Ladungsmenge mehrerer Batterien gemeinsam ermittelt, obwohl die Entladung der Batterien nicht zwangsläufig gleichverteilt erfolgen muss.However, the amount of charge consumed is only an indication of the state of charge of the batteries, because depending on the ambient temperature-current-time profile and specimen scattering batteries can deliver different amounts of charge. In addition, if necessary, the charge amount of several batteries is determined together, although the discharge of the batteries does not necessarily have to be equally distributed.
Um eine noch bessere Aussage zum Ladezustand der einzelnen Batterien zu erhalten, kann bei allen beschrieben Ausführungsformen die Spannung an den Batterien beim Abschalten der Strommessung, d.h. noch unter Last beim Abschalten des Funktionsblocks, gemessen und berechnet werden. Falls eine der Batterien unterhalb eines Spannungsschwellwertes liegt, dann kann die Datensammelvorrichtung eine Warnung bspw. über das Datenfernübertragungsmodul absetzen, dass ein Batteriewechsel erforderlich ist. Zusätzlich kann in an sich bekannter Weise der jeweilige Batterieinnenwiderstand ermittelt werden.To get an even better statement on the state of charge of each battery, can In all described embodiments, the voltage across the batteries when switching off the current measurement, ie still under load when switching off the function block, measured and calculated. If one of the batteries is below a voltage threshold, then the data collection device may issue a warning, for example via the remote data transmission module, that a battery change is required. In addition, the respective internal battery resistance can be determined in a manner known per se.
Die über dem Shunt-Widerstand abfallende Spannung
In
In dem Primärabschnitt
Im Vergleich zu der in
In dem dargestellten Beispiel gemäß
In der hier beschriebenen Variante der erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die über die elektrischen Verbindungen
Ähnlich wie bei bereits beschriebenen Ausführungsformen werden die (in dieser Variante allerdings bereits vorab gemittelten) Signale einem Differenzverstärker
Sowohl der Differenzverstärker
Wie bereits erläutert, findet eine Strommessung insbesondere für das Datenfernübertragungsmodul
Allgemeingültig für alle hier beschrieben Ausführungsformen kann der Datenfernübertragungsmodulstrom IModul = 500mA im Datenübertragungsmodus betragen. Als Shunt-Widerstand (Messwiderstand) wird bspw. ein Widerstand mit einem Widerstandswert RShunt = 0,1 Ohm verwendet. Damit ergibt sich am Shunt-Widerstand ein Spannungsabfall von Us = 50 mV. Die elektrische Verlustleistung am Shunt-Widerstand beträgt bei eingeschaltetem Datenfernübertragungsmodul dann PShunt = 25mW.Generally, for all embodiments described herein, the remote data transmission module current I may be module = 500mA in the data transfer mode. As a shunt resistor (measuring resistor), for example, a resistor having a resistance R shunt = 0.1 ohms is used. This results in a voltage drop of Us = 50 mV at the shunt resistor. The electrical power loss at the shunt resistor is then P Shunt = 25mW when the remote data transmission module is on.
Eine Datensammelvorrichtung wird häufig mit Lithiumbatterien betrieben. Deren übliche Batteriespannung beträgt U = 3,6V. Im Datenübertragungsbetriebszustand verbraucht ein Datenfernübertragungsmodul nach einer möglichen Ausführungsform typischer Weise im Mittel eine elektrische Leistung von ca. PModul = UModul * IModul = 1,8W. Somit beträgt das Verhältnis der elektrischen Leistung zwischen der Strommessung PShunt und der Last PModul 0,0139. Dies bedeutet, dass die Strommessschaltung durch den Shunt-Widerstand eine zusätzliche Leistung in Höhe von 1,39% der Leistungsaufnahme der Last aus der Stromversorgung (Batterie) entnimmt.A data collection device is often powered by lithium batteries. Their usual battery voltage is U = 3.6V. In the data transfer mode, a data remote transmission module according to a possible embodiment typically consumes on average an electrical power of about P modulus = U modulus * I modulus = 1.8W. Thus, the ratio of the electric power between the current measurement P shunt and the load P modulus is 0.0139. This means that the current measuring circuit through the shunt resistor takes an additional power of 1.39% of the power consumption of the load from the power supply (battery).
Der in
Es sei angenommen, die Batterieeinheit
Die Rückkopplung
Die Strommessschaltung kann konkret entsprechend einer der beschriebenen Ausführungsformen realisiert werden.The current measuring circuit can be realized concretely according to one of the described embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- DatensammelvorrichtungData collection device
- 22
- Batterieeinheitbattery unit
- 33
- EnergieversorgungsschaltkreisPower supply circuit
- 3131
- Primärabschnittprimary section
- 3232
- Sekundärabschnittsecondary section
- 44
- Funktionsblöckefunction blocks
- 4141
- Recheneinheitcomputer unit
- 4242
- Empfangseinheitreceiver unit
- 4343
- DatenfernübertragungsmodulRemote data transmission module
- 4444
- StrommessschaltungCurrent measurement circuit
- 4545
- SpeicherStorage
- 55
- StrommessfühlerCurrent sensor
- 66
- elektrische Verbindung electrical connection
- 101101
- DatensammelvorrichtungData collection device
- 102102
- Batterieeinheitbattery unit
- 103103
- EnergieversorgungsschaltkreisPower supply circuit
- 131131
- Primärabschnittprimary section
- 132132
- Sekundärabschnittsecondary section
- 133133
- erster Teilstrang des Sekundärabschnittsfirst sub-string of the secondary section
- 134134
- zweiter Teilstrang des Sekundärabschnittssecond sub-strand of the secondary section
- 135135
- erster Spannungswandlerfirst voltage converter
- 136136
- zweiter Spannungswandlersecond voltage converter
- 104104
- Funktionsblöckefunction blocks
- 141141
- Recheneinheitcomputer unit
- 142142
- Empfangseinheitreceiver unit
- 143143
- DatenfernübertragungsmodulRemote data transmission module
- 144144
- StrommessschaltungCurrent measurement circuit
- 105105
- StrommessfühlerCurrent sensor
- 151151
- Shunt-WiderstandShunt resistor
- 152152
- Parallelstrang des StrommessfühlersParallel string of the current sensor
- 153153
- optionaler Schalteroptional switch
- 154154
- optionaler Shunt-Widerstandoptional shunt resistor
- 106106
- elektrische Verbindung electrical connection
- 244244
- StrommessschaltungCurrent measurement circuit
- 251251
- Differenzverstärkerdifferential amplifier
- 252252
- Integratorintegrator
- 253253
- Komparatorcomparator
- 254254
- Timertimer
- 255255
- Impulspulse
- 256256
- Zähler counter
- 306306
- elektrische Verbindungelectrical connection
- 307307
- elektrische Verbindungelectrical connection
- 344344
- StrommessschaltungCurrent measurement circuit
- 351351
- Shunt-WiderstandShunt resistor
- 352352
- Einrichtung zur Mittelwertbildung (Mittelwertbildner)Averaging device (averager)
- 353353
- Einrichtung zur Mittelwertbildung (Mittelwertbildner)Averaging device (averager)
- 354354
- Differenzverstärkerdifferential amplifier
- 355355
- Analog-Digital-Wandler Analog to digital converter
- 406406
- elektrische Verbindungelectrical connection
- 407407
- elektrische Verbindungelectrical connection
- 437437
- SpannungswandlerDC converter
- 438438
- Rückkopplungfeedback
- 444444
- StrommessschaltungCurrent measurement circuit
- 451451
- Shunt-Widerstand Shunt resistor
- B1, B2B1, B2
- Batteriebattery
- D1, D2D1, D2
- Diodendiodes
- S2, S3, S4S2, S3, S4
- Schalterswitch
- RS R S
- Shunt-WiderstandswertShunt resistance
- OPoperating room
- Operationsverstärkeroperational amplifiers
- ADAD
- Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
- R1, R2R1, R2
- Widerstandresistance
- C1, C2C1, C2
- Kapazität capacity
- II
- Strom (durch die Batterieeinheit fließender Gesamtstrom)Current (total current flowing through the battery unit)
- UU
-
Ausgangsspannung
U der Batterieeinheitoutput voltageU the battery unit - U1, U2U1, U2
-
Ausgangsspannung
U der Spannungswandleroutput voltageU the voltage converter - UsUs
- Spannungsabfall am Shunt-WiderstandVoltage drop at the shunt resistor
- UCUC
- Eingangsspannung am Analog-Digital-WandlerInput voltage at the analog-to-digital converter
- Um, Um'To, U m '
- abgegriffene Messsignaletapped measuring signals
Claims (18)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018114660.4A DE102018114660C5 (en) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | data collection device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018114660.4A DE102018114660C5 (en) | 2018-06-19 | 2018-06-19 | data collection device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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ID=67848515
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DE (1) | DE102018114660C5 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4199297A1 (en) * | 2021-12-15 | 2023-06-21 | Landis+Gyr GmbH | Electronics device and method for operating an electronics device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1096635A2 (en) | 1999-10-29 | 2001-05-02 | Techem Service Aktiengesellschaft & Co. KG | Control method and regulator for electric driven actuators |
EP2573579A2 (en) | 2011-09-21 | 2013-03-27 | Techem Energy Services GmbH | Method for determining the state of charge of a battery in a battery-operated device and consumption recording device |
US20140067330A1 (en) * | 2012-09-05 | 2014-03-06 | Silver Springs Networks, Inc. | Dual mode smart grid meter |
US20150134981A1 (en) | 2013-11-14 | 2015-05-14 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device, battery pack, and mobile terminal |
-
2018
- 2018-06-19 DE DE102018114660.4A patent/DE102018114660C5/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1096635A2 (en) | 1999-10-29 | 2001-05-02 | Techem Service Aktiengesellschaft & Co. KG | Control method and regulator for electric driven actuators |
EP2573579A2 (en) | 2011-09-21 | 2013-03-27 | Techem Energy Services GmbH | Method for determining the state of charge of a battery in a battery-operated device and consumption recording device |
US20140067330A1 (en) * | 2012-09-05 | 2014-03-06 | Silver Springs Networks, Inc. | Dual mode smart grid meter |
US20150134981A1 (en) | 2013-11-14 | 2015-05-14 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device, battery pack, and mobile terminal |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4199297A1 (en) * | 2021-12-15 | 2023-06-21 | Landis+Gyr GmbH | Electronics device and method for operating an electronics device |
WO2023111208A1 (en) * | 2021-12-15 | 2023-06-22 | Landis+Gyr Gmbh | Electronic device and method for operating an electronic device |
Also Published As
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---|---|
DE102018114660C5 (en) | 2022-06-23 |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R026 | Opposition filed against patent | ||
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