DE112008003940T5

DE112008003940T5 - Prepayment-System für die Zufuhr von Wasser oder Gas unter Verwendung einer drahtlosen Chipkarte und Zähler für das System

Info

Publication number: DE112008003940T5
Application number: DE112008003940T
Authority: DE
Inventors: Eduardo Agustin Neri-Badillo
Original assignee: Sistemas Integrales De Medicion Y Control Stellumsa De Cv; Sistemas Integrales de Medicion y Control Stellum SA de CV
Current assignee: Sistemas Integrales De Medicion Y Control Stellumsa De Cv; Sistemas Integrales de Medicion y Control Stellum SA de CV
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2011-05-26
Also published as: JP5360782B2; EA201100206A1; GB2474617B; NZ590417A; RO126881A2; US20120101910A1; KR20120092690A; MX2008009100A; SMAP201100009A; CU23968B1; US9175979B2; EG26780A; SK288325B6; FI125697B; RS20110005A1; CA2730802A1; PL218637B1; UA100272C2; AU2008359480A1; NI201100018A

Abstract

Prepayment-Verfahren für die Zufuhr von Wasser oder Gas unter Verwendung:
i) einer drahtlosen Chipkarte, auf die eine vorausbezahlte Menge eines Versorgungsgutes geladen wird;
ii) eines Wasser- oder Gaszählers, der eine obere und eine untere Schutzabdeckung, ein drahtloses Lese-/Schreibgerät für drahtlose Chipkarten und einen Öffnungs-/Schließmechanismus zum Zuführen von Wasser- oder Gas aufweist; und
iii) eines Netzwerks, das mindestens eine Verkaufsstelle mit einem Paar Sicherheitsmodulen und einen Server aufweist, der über eine Schnittstelle mit einem Rechnungsstellungssystem verbunden ist und aktuelle Information in der Datenbank des Versorgungsunternehmens speichert;
wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Verifizieren des Zustands des Öffnungs-/Schließmechanismus für die Wasser- oder Gaszufuhr zum Bestimmen, ob er offen oder geschlossen ist;
Erfassen des Zustands der Sensoren auf der oberen und der unteren Schutzabdeckung des Zählers zum Bestimmen, ob am Zähler manipuliert wurde;
Erfassen des Vorhandenseins einer drahtlosen Prepaid-Chipkarte innerhalb des Erfassungsbereichs des Zählers;...

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prepayment-System für Wasser- oder Gaszähler und insbesondere ein effizientes Verfahren und System zum Steuern der Zufuhr von Wasser oder Gas, wobei gleichzeitig wichtige Information über den Zähler durch drahtlose Chipkarten bereitgestellt wird. Die Erfindung betrifft außerdem einen Zähler oder ein Messgerät zum elektronischen Erfassen des Gas- oder Wasserverbrauchs.
Hintergrund der Erfindung
Bisher haben Wasser- und Gasversorgungsunternehmen die Verbrauchsablesung für die Versorgungsgüter vor Ort ausgeführt, so dass sie die durch den Verbraucher verbrauchten Versorgungsgüter später in Rechnung stellen können. In jüngster Zeit sind jedoch neuartige technische Systeme, wie beispielsweise ein Prepayment-System für die Strom-, Wasser- oder Gasversorgung, als eine Technik vorgeschlagen worden, durch die einige der mit herkömmlichen Rechnungsstellungssystemen in Beziehung stehenden Nachteile eliminiert werden.
Eine Art eines Prepayment-Systems wurde konstruiert, um die zuzuführende Strom-, Wasser- oder Gasmenge direkt an einer Zentralstation einzukaufen. Die Information über die bezahlte Menge wird dann an einen am Ort eines Kunden, an dem das Versorgungsgut verbraucht wird (z. B. in seinem Laden, in seinem Betrieb, in seinem Büro, in seiner Wohnung, usw.), angeordneten Zähler übertragen. Das System empfängt die Information über die Vorauszahlung und überträgt die an der Zentralstation gekaufte Menge. Der Zähler ist normalerweise ein mechanischer Zähler, der sich außerhalb des Orts des Kunden befindet. Er weist im Allgemeinen eine Schnittstelle oder einen Anschluss auf, die/der in der Nähe des Zählers angeordnet ist und über die/den die Prepayment- oder Vorauszahlungsinformation gelesen wird, oder eine derartige Schnittstelle ist alternativ über ein Kabel oder durch die Kabel des Wasser- oder Gaszufuhrsystems mit dem Zähler verbunden, insofern dieser sich im Innenraum des Orts des Kunden befindet. Ein Nachteil dieser Prepayment-Systeme besteht darin, dass sie spezifische Einrichtungen aufweisen müssen, die teuer und schwierig installierbar sind. Ein anderes Problem besteht darin, dass sie nicht dazu in der Lage sind, die Information über den Verbrauch, die Weise, auf die das Guthaben genutzt wird, welcher Zähler dieses Guthaben verwendet, sowie Information über eine unerlaubte oder unberechtigte Nutzung des Zählers an die Zentralstation zurückzusenden. Derartiges Systeme sind als unidirektionales Kommunikationssystem bekannt.
Außerdem ist ein andersartiges Prepayment-System bekannt, das auf einem direkten Kauf der Wasser- oder Gasmenge an der Zentralstation oder an anderen im Voraus zugeordneten Stationen basiert. Die Information über die gekaufte Menge wird in einer Magnetstreifenkarte oder in Kontakt-Chipkarten (nachstehend als ”Kontaktkarte” bezeichnet) gespeichert. Für dieses spezifische Prepayment-System ist es auf jeden Fall erforderlich, dass der mechanische Gas- oder Wasserzähler einen externen Kartenleser oder einen Magnetkartenleser und eine Reihe zusätzlicher Steuergeräte aufweist, die die m³-Menge des zugeführten Wassers oder Gases überwachen. Der Kartenleser weist einen Schlitz auf, in den die Kontaktkarte eingeführt wird, um die Information über die vorausbezahlte Menge zu übertragen. Beispiele dieses Systems sind in den Patentdokumenten FR-2-777677 , EP-0-863492 , CN-1952613 , CN-1952617 , CN-2257636 , CN-2444211 , CN-2565000 , CN-2727862 , CN-2784887 , CN-2837796 und WO-99/42963 beschrieben.
Trotzdem besteht ein großer Nachteil bei derartigen Zählern mit einem Prepaid-Kartenleser. Das Lesegerät muss von außen zugänglich sein, damit die Prepaidkarten eingeführt werden können. Dies macht es anfällig für (beabsichtigte oder unbeabsichtigte) Beschädigungen durch den Verbraucher und durch eine salzhaltige Umgebung oder eine relativ hohe Luftfeuchtigkeit. Wenn die Kontaktkarte häufig verwendet wird, kann ihr Magnetstreifen oder ihr Chip verschleißen, wodurch Probleme beim Lesen der Karte und bei der Informationsübertragung auftreten können. Ein anderes Problem tritt auf, wenn der Kontaktkartenleser durch ein Kabel mit dem Zähler verbunden ist, weil auch ein derartiges Kabel beschädigt werden kann. Es sind Versuche unternommen worden, das Lesegerät in den Zähler zu integrieren. Hierbei tritt allerdings ein Problem dahingehend auf, dass der Zähler wesentlichen Konstruktionsänderungen unterzogen werden muss, durch die nicht nur seine Größe zunimmt, sondern die ihn auch für Beschädigungen anfälliger machen, weil die Zähler teilweise der Umgebung ausgesetzt sind und weil sie dadurch mit gegenwärtig auf dem Markt verfügbaren Verbindern inkompatibel werden.
Andersartige Prepayment-Systeme, die die Wasser- und Gaszufuhr steuern, sind Systeme, die einige Einrichtungen aufweisen, die die Zufuhr unterbrechen, indem sie automatisch aktiviert werden, wenn das Guthaben verbraucht ist.
Die meisten in Prepayment-Systemen verwendeten Wasser- oder Gaszähler weisen mechanische Elemente auf, die den Verbrauch der entsprechenden Verbrauchsgüter erfassen. Derartige Zähler verwenden ein mechanisches Zählwerk, das aus einem Zahnradgetriebe besteht und die m³-Menge, Liter und Zehntelliter des verbrauchten Wassers oder Gases misst. Der Nachteil bei derartigen Zählern ist, dass sie aufgrund der Tatsache, dass sie den Durchfluss nur in einer Richtung zählen können, für unerlaubte Manipulationen anfällig sind. Wenn der Zähler umgekehrt installiert wird, wird der Zählwerkmechanismus beginnen, rückwärts zu zählen und bezüglich des letzten Messwertes eine Abnahme des Verbrauchs erfassen.
Ein anderes Problem bei den vorstehend beschriebenen Prepayment-Zählern, insbesondere bei Wasserzählern, ist in der Tatsache begründet, dass die mechanischen Elemente, die den Wasserverbrauch erfassen, dem Wasserschlag nicht standhalten, der durch den hohen Druck verursacht wird, der erzeugt wird, wenn die Wasserzufuhr auf eine gesteuerte und zeitlich festgelegte Weise erfolgt. Der Wasserschlag führt letztendlich zu einer Beschädigung derartiger mechanischer Elemente. Es besteht noch ein weiteres Problem bei derartigen Zählern bei einer geregelten und zeitlich festgelegten Wasserzufuhr dahingehend, dass die mechanischen Elemente, die den Verbrauch erfassen, auch durch eingeschlossene Luft aktiviert werden, die in den Rohren strömt wird, so dass ab dem Zeitpunkt, ab dem Luft durch derartige Zählerelemente strömt, die dem Verbraucher zugeführte Wassermenge geringer ist als die vorausbezahlte Menge.
Unter Berücksichtigung der vorstehend erwähnten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Prepayment-System bereitzustellen, das die Wasser- oder Gaszufuhr durch einen am Ort eines Verbrauchers installierten Zähler basierend auf der vorausbezahlten Menge des Verbrauchsgutes effizienter steuert.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Prepayment-Messsystem bereitzustellen, das mit dem vorausbezahlten Wasser- oder Gasverbrauch in m³ in Beziehung steht und einen hermetisch eingeschlossenen integrierten Zähler in Verbindung mit einer drahtlosen Chipkarte verwendet.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Prepayment-Messsystem für den Wasser- oder Gasverbrauch bereitzustellen, in dem eine automatische Einrichtung zum Unterbrechen der Wasser- oder Gaszufuhr integriert ist.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Prepayment-System zum Messen der vorausbezahlten Wasser- oder Gasmenge in m³ bereitzustellen, das mit Hilfe einer drahtlosen Chipkarte dem Versorgungsunternehmen für das Verbrauchsgut Information über den Verbrauch, Information darüber, wie das Guthaben verwendet wird, Information darüber, wo oder für welchen Zähler das Guthaben verwendet wird, und auch Information über unerlaubte Eingriffe und Manipulationen am Zähler zuführt.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Prepayment-Verfahren für die zugeführte m³-Menge Wasser oder Gas mit Hilfe eines Systems bereitzustellen, das einen drahtlosen Kartenleser aufweist.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zähler bereitzustellen, der eine elektronische Einrichtung aufweist, die den Verbrauch unabhängig davon, wie der Zähler installiert ist, auf eine bidirektionale Weise erfasst.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Prepayment-System und einen Zähler mit einer Einrichtung bereitzustellen, die die in den Rohrleitungen eingeschlossene Luft und die den Zähler durchströmende Luft erfasst und freisetzt. Eine derartige Einrichtung setzt die in den Wasserrohrleitungen strömende Luft und die den Zähler erreichende Luft frei, wodurch verhindert wird, dass diese Luft als Durchfluss von Wasser erfasst wird, das tatsächlich nicht durch den Zähler fließt.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen einstückigen Zähler, in dem ein effizienteres Prepayment-System integriert ist, und ein Verfahren zum Steuern der Zufuhr einer vorausbezahlten Wasser- oder Gasmenge. Gleichzeitig erhält das System unter Verwendung drahtloser Chipkarten wichtige Information über den Zähler.
Das drahtlose Prepayment-System weist auf: einen Zähler, der eine elektronische Einrichtung aufweist, die den Wasser- oder Gasverbrauch bidirektional erfasst, und eine drahtlose elektronische Messeinrichtung-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung, die eine drahtlose Prepaid-Chipkarte erfasst und validiert. Diese Einrichtung steuert außerdem das Prepayment-System und führt dem Zähler Wasser oder Gas zu. Eine derartige drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung weist außerdem einen drahtlosen Chipkarten-Leser/Schreiber, einen Mikrocontroller, einen Controller, der die Zufuhrunterbrechung überwacht, und eine Stromversorgung (Batterie) auf. Dieses Prepayment-System sucht eine drahtlose Chipkarte, um die zuzuführende Wasser- oder Gasmenge in m³ zu erfassen. Dieser Vorgang findet nur gelegentlich statt, um nicht zu viel Energie zu verbrauchen. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Wasser- oder Gaszähler eine Taste zum Starten des Prozesses zum Suchen der drahtlosen Chipkarte und zum Übertragen der vorausbezahlten Menge von der Karte zum Zähler auf. Durch diese Vorgehensweise werden eine größere Energieeinsparung und eine erhöhte Lebensdauer der Batterie erzielt.
Das Prepayment-Verfahren für die Wasser- oder Gaszufuhr unter Verwendung einer drahtlosen Prepaid-Chipkarte und eines Wasser- oder Gaszählers mit einem internen Lese-/Schreibgerät für drahtlose Chipkarten weist die Schritte auf: Austauschen von Information zwischen dem Zähler und der drahtlosen Prepaid-Chipkarte durch ein Hochfrequenzverfahren, wobei gleichzeitig die Karte und das interne Kartenlese-/Schreibgerät sowie die Seriennummer des Zählers authentifiziert werden und anschließend das Guthaben auf der drahtlosen Prepaid-Chipkarte abgebucht und im Speicher des Zählers gespeichert wird und die Information über den Zählerzustand in der drahtlosen Prepaid-Chipkarte gespeichert wird.
Der Zähler mit der elektronischen Einrichtung, der die zugeführte Wasser- oder Gasmenge bidirektional erfasst, ist hermetisch versiegelt, so dass er keinen Schlitz zum Einführen der drahtlosen Karte aufweist. Der Zähler besteht aus einem Hauptkörper, einer oberen und einer unteren Abdeckung, einer Messkammer sowie einer in Fluidkommunikation damit im Inneren des Zählerhauptkörpers angeordneten Zufuhr und Zufuhrunterbrechungskammer, einer drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung, einem primären Sensor zum Erfassen des Wasser- oder Gasverbrauchs, wobei der Sensor ein Hall-Effekt-Sensor ist, der die durch die Messkammer fließende m³-Menge erfasst, einer Einrichtung, die das magnetische Signal in ein Digtalsignal umwandelt, wobei dieser Wandler mit dem primären Sensor gekoppelt ist, sowie sekundären Sicherheitssensoren, die eine Öffnung irgendeiner der Abdeckungen erfassen. Falls eine Abdeckung, d. h. die obere oder die untere Abdeckung, vom Zählerkörper außer Eingriff gebracht wird, wird die Funktion des Zählers unterbrochen, bis ein Techniker des Versorgungsunternehmens sie wiederherstellt. Der Zähler weist ein bidirektionales System auf, d. h., es akkumuliert unabhängig von der Weise, auf die es angeschlossen ist, den Verbrauch immer auf eine positive Weise.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Elemente, die spezifische Merkmale der vorliegenden Erfindung darstellen, werden in den beigefügten Ansprüchen ausführlich erläutert. Die Erfindung selbst, d. h. ihre Konstruktion und ihre Funktionsweise, zusammen mit anderen Aufgaben und Vorteilen der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung spezifischer Ausführungsformen verdeutlicht. Die folgenden Figuren und Bezugszeichen werden dazu beitragen, die verschiedenen Teile der Erfindung in Beziehung zu setzen, wobei ähnliche Bezugzeichen gleiche Elemente bezeichnen; es zeigen:
1 ein vereinfachtes Diagramm zum Darstellen einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prepayment-Systems zum Messen des Wasser- oder Gasverbrauchs;
2 eine Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Zählers;
3 ein vereinfachtes Funktionsblockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines in einem Zähler integrierten erfindungsgemäßen Prepayment-Systems; und
4 und 4A Ablaufdiagramm zum Erläutern der Funktionsweise des Prepayment-Systems zum Messen des Wasser- oder Gasverbrauchs der 1 und 2.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendete Ausdruck ”drahtlose oder kontaktlose Karte” betrifft den Austausch eines Signals zwischen einer Prepaid-Chipkarte und einem drahtlosen Lese-/Schreibgerät ohne die Verwendung galvanischer Elemente (d. h. ohne ohmschen Kontakt zwischen dem Lese-/Schreibgerät und der in der drahtlosen Karte eingebauten integrierten Schaltung), wobei die Leistung, die benötigt wird, um eine derartige Schaltung zu betreiben, durch das durch das drahtlose Lese-/Schreibgerät erzeugte Signal bereitgestellt wird. Die Kommunikation mit derartigen integrierten Schaltungen und ihre Versorgungsleistung werden durch eine induktive Kopplung bereitgestellt. Eine drahtlose oder kontaktlose Karte muss nicht mit dem drahtlosen Lese-/Schreibgerät physisch in Kontakt gebracht werden. Ein nicht konstanter Abstand zwischen einigen Millimetern und einigen Zentimetern ist ausreichend, um eine Informationsübertragung dazwischen zu realisieren.
Der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendete Ausdruck ”Chipkarte” betrifft eine Karte, die eine ähnliche Größe hat wie eine Kunststoff-Kreditkarte. Sie enthält eine integrierte Schaltung (einen Mikroprozessor, einen Speicher oder eine einem Speicher ähnliche Einrichtung) und ein Lesegerät mit einer Verarbeitungsleistung, die für verschiedenartige Anwendungen, die hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen müssen, geeignet ist.
Der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendete Ausdruck ”digitale Signatur” oder ”digitaler Schlüssel” betrifft eine Datenfolge, durch die ein Signal, das mit der gleichen Datenfolge codiert ist, decodiert werden kann.
Der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendete Ausdruck ”unberechtigt” oder ”unerlaubt” bezeichnet alle Handlungen und Eingriffe, die zum Zweck der Änderung der Erfassung des Wasser- oder Gasverbrauchs eines Verbrauchers unternommen werden.
Der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendete Ausdruck ”Kollisionsschutz” betrifft ein Verfahren zum Entscheiden, welche Karte verwendet werden soll. In Abhängigkeit von der Kartenseriennummer wird nur eine ausgewählt. Dieser Prozess ist in den ISO-Standards 14443-3A und 14443-4A beschrieben.
Der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendete Ausdruck ”gesteuerte und zeitlich festgelegte Wasserzufuhr” betrifft die Wasserzufuhr zu bestimmten Uhrzeiten und/oder die spezifische Menge in Kubikmeter.
Der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendete Ausdruck ”Messgerät” oder ”Zähler” betrifft einen Zähler, der den Wasser- oder Gasverbrauch elektronisch erfasst und den Öffnungs- und Schließvorgang eines Zufuhrventils des Prepayment-Systems steuert.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein drahtloses oder kontaktloses Prepayment-System und Verfahren zum Erfassen und Messen des Wasser- oder Gasverbrauchs durch ein Datenkommunikationssystem bereitgestellt, wobei der Zähler und das drahtlose Prepayment-System vollständig als einstückiges Element integriert und gegen Wasser und Luft hermetisch geschützt sind und daher nicht mit der Umgebung in Kontakt stehen. Das drahtlose Prepayment-System und Verfahren zum Messen des Wasser- oder Gasverbrauchs vermindert die Installations- und Betriebskosten, indem ein integraler Zähler bereitgestellt wird, der eine drahtlose Datenkommunikation sowohl mit dem Zähler des Verbrauchers als auch mit dem Wasser- oder Gasversorgungsunternehmen ohne die Verwendung zusätzlicher und komplexer Datenübertragungseinrichtungen ermöglicht. Außerdem findet die drahtlose Datenkommunikation durch ein drahtloses Lese-/Schreibgerät statt, das in einer innerhalb des Zählers angeordneten drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung integriert ist, wobei die Chipkarte die Information über die bezahlte Menge direkt und drahtlos an den Zähler überträgt. Gleichzeitig lädt das System Information über Änderungen der Zählerfunktion hoch und speichert sie. Im Fall einer durch das Prepayment-System bereitgestellten Wasserzufuhr und insbesondere einer gesteuerten und zeitlich festgelegten Wasserzufuhr, stellt das System Information über den Zeitplan für die gesteuerte Zufuhr dar. Dieses drahtlose Prepayment-System für die Wasser- oder Gaszufuhr ermöglicht die Bezahlung derartiger Verbrauchsgüter vor ihrem Verbrauch durch eine drahtlose Chipkarte. Die drahtlose Chipkarte wird an einer Verkaufsstelle oder direkt im Büro des Wasser- oder Gasversorgers mit einem Geldbetrag geladen und im Fall einer gesteuerten und zeitlich festgelegten Wasserversorgung wird Zeitplaninformation auf der Karte gespeichert.
Erfindungsgemäß wird dem Verbraucher Wasser oder Gas vom Versorgungsunternehmen direkt zu seinem Zähler zugeführt, ohne dass der Zähler mit irgendeinem Anschluss oder einer Kommunikationsschnittstelle oder mit irgendeinem anderen externen Gerät verbunden werden muss, das für eine Verbindung (z. B. Infrarotverbindung, direkte Kabelverbindung, Funkverbindung oder eine beliebige Kommunikation über eine CA-Leitung) zum Steuern der Wasser- oder Gaszufuhr verwendet wird.
1 zeigt ein vereinfachtes Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen drahtlosen Prepayment-Systems zum Messen des Wasser- oder Gasverbrauchs. Wie in 1 dargestellt ist, weist das drahtlose Prepayment-System zum Messen des Wasser- oder Gasverbrauchs vorzugsweise mindestens eine Verkaufsstelle 20 auf, die sich an der Zentralstation und/oder an einem durch den Versorger zugewiesenen Verkaufsbüro befinden kann. Mindestens eine Verkaufsstelle 20 weist ein Lese-/Schreibgerät 23 für drahtlose Chipkarten auf, das aus einem beliebigen im Handel erhältlichen Chipkartenlese-/Schreibgerät ausgewählt werden kann. Die Verkaufsstelle 20 weist gleichzeitig eine Kommunikationsschnittstelle 27 auf, um über einen Server 21 eine Verbindung mit dem an der Zentralstation oder an einem Büro des Versorgers angeordneten Prepayment-System herzustellen, das Echtzeitinformation über die Konten des Verbrauchers und die in der Datenbank 22 des Versorgers gespeicherten Daten speichert. Typischerweise kann die durch die Schnittstelle 27 ausgeführte Kommunikation beispielsweise über ein Modem unter Verwendung des Internets oder eines Intranets oder über eine für diesen Zweck spezifische Verbindung erfolgen. Die Datenbank 22 wird die durch den Verbraucher vorausbezahlte m³-Menge Wasser oder Gas, aktualisierte Information über den Zeitplan im Fall einer gesteuerten Wasserzufuhr, die gesamte m³-Menge Wasser oder Gas, die während der Lebensdauer des Zählers gemessen wird, Information über die Batterie und Information über eine unerlaubte Manipulation und eine unberechtigte Nutzung durch den Kunden speichern, so dass das Versorgungsunternehmen diese Information analysieren und erforderliche Maßnahmen treffen kann.
Zum Ermöglichen einer sicheren Kommunikation zwischen der Verkaufsstelle 20 und dem Server 21, einschließlich einer Datenübertragungsüberprüfung beim Datenempfang, wird das drahtlose Prepayment-System zum Messen der verbrauchten m³-Menge Wasser oder Gas mindestens ein Paar Sicherheitsmodule 24 und 25 aufweisen, die, wie in 1 dargestellt ist, sowohl im Server 21 als auch an der Verkaufsstelle 20 installiert sind. Vorzugsweise führen die Sicherheitsmodule 24 und 25 Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsfunktionen für die Datenübertragung zwischen dem Server 21 und der Verkaufsstelle 20 aus, z. B. durch digitale Schlüssel, wobei Daten nur unter Verwendung derartiger digitaler Schlüssel entschlüsselt werden können, so dass, wenn Daten von der Verkaufsstelle zum Server und umgekehrt übertragen werden, auch wenn die Daten abgefangen wird, diese Daten nicht decodiert werden können, insofern die Entschlüsselungsschlüssel nicht zur Verfügung stehen. Zwischen der Verkaufsstelle 20 und der drahtlosen Prepaid-Chipkarte 15 übertragene Daten werden durch das Sicherheitsmodul 24 mit Hilfe digitaler Schlüssel verschlüsselt, die auf die Chipkarten 15 geschrieben sind. Das Sicherheitsmodul 24 stellt außerdem eine Datensicherheit für alle Transaktionen bereit, die durch die drahtlose Chipkarte 15 und das Chipkartenlese-/Schreibgerät 23 ausgeführt werden. Vorzugsweise weisen die drahtlose Chipkarte 15 und der Zähler 18 jeweils eine Verschlüsselungs-/Entschlüsselungseinrichtung auf, die in ihrem eigenen Mikrocontroller installiert sind, um die Funktion zum Austausch der verschlüsselten Information auszuführen. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Verschlüsselungs-/Entschlüsselungseinrichtung des Zählers 18 in der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung angeordnet, oder sie kann alternativ im drahtlosen Chipkartenlese-/Schreibgerät angeordnet sein.
Wenn die Wasser- oder Gasversorgung angemietet oder erneuert wird, wird das Versorgungsunternehmen einen Zähler 18 mit dem erfindungsgemäßen Prepayment-System am Ort des Verbrauchers installieren und ihm eine wiederverwendbare drahtlose Chipkarte 15 aushändigen, auf die eine an der Verkaufsstelle 20 vorausbezahlte bestimmte m³-Menge Wasser oder Gas geladen ist. Im Fall einer gesteuerten und zeitlich festgelegten Wasserzufuhr wird das Unternehmen außerdem Information über die Zeit, zu der das Wasserzufuhrventil des Zählers an jedem Tag geöffnet oder geschlossen werden soll, und oder Information über die täglich zuzuführende m³-Menge bereitstellen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die drahtlose Prepaid-Chipkarte 15 mit Information personalisiert, die im Speicher ihres Mikrocontrollers gespeichert wird. Diese Information wird ausgewählt aus der Zählernummer, der Vertragsnummer, dem Datum, an dem die Karte zuletzt aufgeladen wurde, Sicherheitsschlüsseln (z. B. digitalen Signaturen, wie sie beispielsweise im Mifare^©-Verschlüsselungssystem spezifiziert sind [wobei in der bevorzugten Ausführungsform ein Schlüssel A verwendet wird, um eine bestimmte vorausbezahlte m³-Menge Wasser oder Gas herunterzuladen, und ein Schlüssel B verwendet wird, um eine bestimmte vorausbezahlte m³-Menge Wasser oder Gas in einen Sektor der Karte herauf- und herunterzuladen], oder ein Dreifachverschlüsselungs-DES-System, usw.), sowie Information über die vorausbezahlte m³-Menge Wasser oder Gas und die vorausbezahlte m³-Menge Wasser oder Gas, die durch Herunterladen zum Zähler übertragen werden soll. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Speicher des Mikrocontrollers der drahtlosen Prepaid-Chipkarte dazu geeignet ist, Information zu empfangen und zu speichern, die durch den Zähler 18 erzeugt wird und mit der durch den Verbraucher während der Lebensdauer des Zählers verbrauchten m³-Menge Wasser oder Gas in Beziehung steht, sowie Information über Manipulationen des Zählers und unberechtigte Handlungen und Eingriffe am Zähler.
Um das Herunterladen von Information über die vorausbezahlte Wasser- oder Gasmenge zu starten, wird sich der Verbraucher dem Zähler 18 mit der drahtlosen Prepaid-Chipkarte 15 nähern, und das Lese-/Schreibgerät wird zu Beginn die Prepaidkarte 15 zu dem Zweck suchen und validieren, die vorausbezahlte m³-Menge später vollständig oder teilweise herunterzuladen. Um Fall einer gesteuerten und zeitlich festgelegten Zufuhr, werden auch die Zeiten heruntergeladen, zu denen das Ventil des Zählers 18 für die Wasserzufuhr geöffnet und geschlossen werden soll. Ob die vorausgezahlte m³-Menge von der Karte 15 zum Zähler 18 vollständig oder teilweise heruntergeladen wird, ist von dem Wert abhängig, der in den Sicherheitsschlüsseln der drahtlosen Chipkarte gespeichert ist und mit der vorausbezahlten m³-Menge Wasser oder Gas in Beziehung steht, die durch das Herunterladen zum Zähler übertragen werden kann, oder abhängig davon, ob das Guthaben niedriger ist als der Abgabewert. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Zähler 18 eine Taste zum Aktivieren des drahtlosen Lese-/Schreibgeräts aufweisen und damit in der Lage sein, die m³-Menge von der Chipkarte herunterzuladen. In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung betrifft der Ausdruck ”vorausbezahlte m³-Menge Wasser oder Gas, die durch Herunterladen übertragen wird” die m³-Menge, die insgesamt zum Zähler heruntergeladen wird. Gleichzeitig mit oder nach dem Herunterladen der vorausbezahlten m³-Menge Wasser oder Gas wird das drahtlose Lese-/Schreibgerät des Zählers 18 alle durch den Zähler erzeugte Information, die mit der durch den Verbraucher während der Lebensdauer des Zählers durch den Verbraucher verbrauchten Wasser- oder Gasmenge, unberechtigten Eingriffen oder Handlungen und dem Batteriezustand in Beziehung steht, zur drahtlosen Chipkarte übertragen, und diese Information wird dann im Speicher des Mikrocontrollers dieser Karte gespeichert.
Der Zähler 18 wird auf seinem Display Information über die verbleibende zuzuführende m³-Menge Wasser oder Gas anzeigen, so dass der Verbraucher rechtzeitig zu einer Verkaufsstelle 20 gehen kann, um die drahtlose Chipkarte 15 mit einem Geldbetrag aufzuladen. Die Verkaufsstelle 20 akzeptiert die für das Prepayment-System zum Messen der Wasser- oder Gasmenge verwendete drahtlose Prepaid-Chipkarte 15, und gemäß dem Programm des Versorgungsunternehmens wird Information von der Karte gelesen und Information auf die Karte geschrieben. Wie vorstehend erwähnt wurde, werden an der Verkaufsstelle 20 Daten zur drahtlosen Chipkarte heruntergeladen, darüber hinaus werden aber auch auf der Karte 15 gesammelte Daten über den Zähler 18 für eine Überprüfung durch das Wasser- oder Gasversorgungsunternehmen zu dessen Datenbank 22 hochgeladen. Die Verkaufsstelle 20 akzeptiert Zahlungen sowohl in Pesos (oder in irgendeiner anderen lokalen Währung) und die Wasser- oder Gasmenge in m³ und überträgt diese Transaktion zum Server 21 des Versorgungsunternehmens zurück, um sie in der Datenbank 22 zu speichern. Daher wird, weil diese Information in der drahtlosen Prepaid-Chipkarte 15 gespeichert wird, die Information immer in m³ bereitgestellt werden, so dass der Verbraucher die vorausbezahlte m³-Menge Wasser oder Gas zum Zähler 18 herunterladen kann. Daher wird das Display des Zählers diese Information immer in m³ darstellen.
2 zeigt den erfindungsgemäßen Zähler 18 zusammen mit einer elektronischen Einrichtung, die den Wasser- oder Gasverbrauch bidirektionalen erfasst. Der Zähler 18 besteht aus einem Hauptkörper 31, einer unteren Schutzabdeckung 37, einer oberen Schutzabdeckung 38, einer Einlass- oder Zufuhröffnung 41 für Wasser oder Gas, einer innerhalb der oberen Schutzabdeckung 38 angeordneten drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13, einer innerhalb der oberen Schutzabdeckung 38 angeordneten und mit der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 verbundenen Einrichtung zum bidirektionalen Erfassen des Wasser- oder Gasverbrauchs, einem Öffnungs-/Schließmechanismus 1 für die Wasser- oder Gaszufuhr, einer Antenne 14 und einem auf der oberen Schutzabdeckung 38 angeordneten Flüssigkristalldisplay.
Der Hauptkörper 31 des Zählers 18 weist zwei Hohlräume auf, die eine Messkammer 32 und eine damit in Fluidkommunikation stehende Zufuhr- und Zufuhrunterbrechungskammer aufnehmen. Die Messkammer 32 ist vorzugsweise eine Volumenmesskammer, sie kann alternativ jedoch eine Geschwindigkeitsmesskammer sein. Die Messkammer 32 weist eine elektronische Einrichtung zum bidirektionalen Messen des Wasser- oder Gasverbrauchs auf, wobei die elektronische Einrichtung zum bidirektionalen Erfassen des Verbrauchs aus einer Taumelscheibe 44 und einer oberen und einer unteren Schutzabdeckung 45, 46 besteht, die die Taumelscheibe 44 umschließen, um sie in Position zu halten und ihre korrekte Messbewegung zu gewährleisten. Die obere Abdeckung 45, die die Taumelscheibe 44 umschließt, weist außerdem eine sich durch die Abdeckung erstreckende Öffnung auf. Außerdem weist der Hohlraum, in dem die Messkammer 32 aufgenommen ist, einen reduzierten Mittenabschnitt 47 auf, in dem ein Magnetelement 9 aufgenommen ist. Die Messkammer 32 weist außerdem ein Stabelement 49 auf, das sich durch die Öffnung der oberen Abdeckung 45 erstreckt und auf der Außenseite mit dem Magnetelement 44 und auf der Innenseite mit der Taumelscheibe 44 verbunden ist, wobei durch die Einlassöffnung 39 des Hauptkörpers 31 des Zählers 18 zuströmendes Wasser in die Messkammer 32 eintritt und eine Drehbewegung der Taumelscheibe 44 veranlasst, deren Drehbewegung über das Stabelement 49 zum Magnetelement 9 übertragen wird.
Wie in 2 dargestellt ist, sind die Außenflächen des Hauptkörpers 31 durch die obere und die untere Schutzabdeckung 37, 38 geschützt. Ein erstes Sensorelement 2 ist auf der benachbarten Außenfläche der Messkammer 32 des Zählerhauptkörpers und innerhalb der oberen Schutzabdeckung angeordnet. Das erste Sensorelement 2 erfasst die durch die Taumelscheibe 44 übertragene Kreisbewegung des Magnetelements 9, wobei das erste Sensorelement 2 (z. B. ein Hall-Effekt-Sensor) die Anzahl der Umdrehungen des Magnetelements 9 erfasst, um später das durch die Messkammer 32 fließende m³-Volumen zu berechnen. Vorzugsweise ist das erste Sensorelement 2 mit einem Magnetsignal/Digitalsignal-Wandler verbunden, der das Magnetsignal, das durch die durch die Taumelscheibe 44 übertragene Drehbewegung erzeugt wird, vom Magnetelement 9 empfängt und in ein Digitalsignal umwandelt. Insbesondere wird das erste Sensorelement 2 die Drehbewegung des Magnetelements 9 unabhängig davon erfassen, ob die Wasser- oder Gasdurchflussrichtung durch den Zähler umgekehrt ist, wodurch herkömmlich eine Verminderung des erfassten Wasser- oder Gasverbrauchs verursacht wurde. Bei einer umgekehrten Installation würde die Auslassöffnung oder die Wasser- oder Gasversorgungsöffnung 41 des Zählers als Wasser- oder Gaseinlass- oder Zufuhröffnung angeordnet. Das erste Sensorelement 2 wird aufgrund der verschiedenen Magnetpolaritäten immer die Drehbewegung erfassen, um sie in Digitalsignale umzuwandeln, die dann zum Berechnen des durch die Messkammer 32 strömenden Volumens verwendet werden. Daher ist der Zähler 18 dazu geeignet, den Wasserdurchfluss in einer beliebigen Richtung zu messen, d. h. er hat bidirektionale Eigenschaften. Typischerweise weist die obere Schutzabdeckung 38 ein Flüssigkristalldisplay 4 auf, das Kundeninformation darstellt.
Wie vorstehend erwähnt wurde, nimmt die obere Schutzabdeckung 38 in ihrem Inneren auch eine drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 auf, die mit einer mechanischen Einrichtung elektrisch verbunden ist und mit dem ersten Sensorelement über den Magnetsignal/Digitalsignal-Wandler 34 verbunden ist, wobei die drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung das Digitalsignal empfängt und dann zum Flüssigkristalldisplay 4 überträgt, um es zu visualisieren.
Die Zufuhr- und Zufuhrunterbrechungskammer 43 besteht aus einem Öffnungs-/Schließmechanismus 1, der aus einem Zahnradgetriebe, einer Gleitscheibe und einer festen Scheibe besteht, die derart angeordnet sind, dass die Wasser- oder Gasversorgung geöffnet oder geschlossen werden kann. Das Zahnradgetriebe wird zum Öffnen und Schließen durch einen Motor betätigt, der durch die mit dem Motor elektrisch verbundene drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung gesteuert wird. Während des Betriebs wird das Zahnradgetriebe der Einrichtung 1 der Zufuhr- und Zufuhrunterbrechungskammer 43 durch einen Motor aktiviert, der durch die drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 gesteuert wird, wobei das Zahnradgetriebe eine derartige Festigkeit und Stabilität hat, dass es in der Lage ist, eine Gleitscheibe über eine feste Scheibe zu bewegen, die Öffnungen aufweisen, die derart verteilt sind, dass in einer Position der Wasserdurchfluss geschlossen ist und die Öffnungen bei einer 90° Drehung übereinstimmen, so dass das Wasser fließen kann. Der Öffnungs-/Schließmechanismus 1 weist außerdem ein Paar Sensoren 35 auf, die mit der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung verbunden sind und das Positionssignal der Scheibe zur drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung übertragen.
Der Zähler 18 weist außerdem eine über der Zufuhr- und Zufuhrunterbrechungskammer angeordnete Batterie 8 auf, wobei diese Batterie der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 und der elektronischen Einrichtung Energie zuführt, um den Wasser- oder Gasverbrauch bidirektional zu erfassen, und auch dem Motor, der den Öffnungs-/Schließmechanismus betätigt, und dem Flüssigkristalldisplay Energie zuführt.
Das durch die Einlassöffnung 39 des Hauptkörpers 31 des Zählers 18 zuströmende Wasser tritt in die Messkammer 32 ein. Dieser Wasserzufluss wird eine Drehbewegung der Taumelscheibe 44 (oder von Flügeln im Fall einer Geschwindigkeitsmesskammer) der Messkammer 32 und damit eine Drehbewegung des Magnetelements 9 veranlassen, wobei diese Bewegung zum ersten Sensorelement 2 übertragen wird, das mit dem Magnetsignal/Digitalsignal-Wandler 34 elektrisch verbunden ist, wobei der Wandler 34 das Digitalsignal einem (nicht dargestellten) Mikrocontroller der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 zuführen wird, die erfassen wird, wie viele Kubikmeter den Zähler 18 durchlaufen. Dann durchläuft das Wasser den Öffnungs-/Schließmechanismus 1 der Zufuhr- und Zufuhrunterbrechungskammer 43, die in Abhängigkeit von einem durch den Mikrocontroller ausgegebenen Befehl geöffnet oder geschlossen wird. Falls die Zufuhr- und Zufuhrunterbrechungskammer geöffnet ist, wird das Wasser zum Verbraucher fließen.
Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Zähler 18 zweite Sicherheitssensorelemente 3 zum Erfassen eines geöffneten Zustands der unteren oder der oberen Schutzabdeckung 37, 38 auf. Die zweiten Sicherheitssensorelemente 3 sind mit der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 verbunden. Wenn die untere oder die obere Schutzabdeckung 37, 38 des Zählers 18 vom Hauptkörper 31 des Zählers außer Eingriff kommt, wird die drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 des Zählers ein Signal zum Aktivieren des Öffnungs-/Schließmechanismus 1 der Zufuhr- und Zufuhrunterbrechungskammer 43 übertragen, um den Betrieb automatisch zu unterbrechen, bis ein Techniker des Versorgungsunternehmens den Zähler wiederherstellt. Der Zähler weist ein bidirektionales System auf, d. h., er akkumuliert den Verbrauch unabhängig von der Anschlussrichtung immer in eine positive Richtung.
Hinsichtlich einer gesteuerten und zeitlich festgelegten Wasserzufuhr wird der Zähler 18 ein zusätzliches Sensorelement zum Erfassen des Wasserdurchflusses durch die Zufuhrleitung aufweisen. Dieses Wasserdurchflusssensorelement ist mit der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 zu dem Zweck verbunden, ein Signal vom Sensorelement (nicht dargestellt) zu empfangen, um den Wasserdurchfluss zu erfassen. Wenn kein Wasserdurchfluss erfasst wird (d. h., es befindet sich Luft in der Zufuhrleitung), wird die drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 ein Signal zum Öffnen eines Entlüftungsventils (nicht dargestellt) zum Freisetzen der in den Rohrleitungen eingeschlossenen Luft übertragen, die durch das Zähler strömen und als Verbrauch erfasst werden könnte.
3 zeigt ein vereinfachtes Funktionsblockdiagramm eines Wasser- oder Gaszählers, in dem das drahtlose Prepayment-System integriert ist, das den Verbrauch in m³ überwacht und wichtige Information über den Zähler erfasst und das ein geeignetes System zur Verwendung in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In der Messkammer 32 wird die Menge des durch den Zähler 18 fließenden Wassers erfasst, und die erfasste Menge wird durch ein magnetisches Sensorelement 2 zu einem Magnetsignal/Digitalsignal-Wandler übertragen, der die Drehbewegung der Taumelscheibe im Inneren der Messkammer 32 aufgrund der Tatsache unabhängig von der Drehrichtung erfasst und umwandelt, dass das magnetische Sensorelement 2 nur die Magnetpolarität erfasst, die in die Richtung weist, in die das Wasser oder Gas fließt. Die drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 empfängt das Signal vom Magnetsignal/Digitalsignal-Wandler und verarbeitet dieses Signal durch den Mikrocontroller 6, der die Anzahl der Umdrehungen berechnet, um sie in ein m³-Volumen Wasser oder Gas umzuwandeln, das später auf dem Flüssigkristalldisplay 4 dargestellt wird. Dieses Volumen wird außerdem in einem nichtflüchtigen Speicher des Mikrocontrollers 6 gespeichert. Der Mikrocontroller 6 der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung empfängt seine Leistung von der Batterie 8.
Der Mikrocontroller der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 empfängt außerdem ein Signal von den zweiten Sensorelementen 3 (z. B. Magnetsensoren), um zu erfassen, ob eine der Zählerabdeckungen entfernt worden ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform, die speziell mit der Wassermessung in Beziehung steht, empfängt der Mikrocontroller 6 der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 ein Signal von einem zusätzlichen Sensorelement 10 zum Erfassen des Wasserdurchflusses. Wenn kein Wasserdurchfluss erfasst wird, würde der Mikrocontroller 6 das Entlüftungsventil 11 aktivieren, um in den Rohrleitungen eingeschlossene Luft freizusetzen.
Wie vorstehend erwähnt wurde, weist die drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 einen Mikrocontroller 6, ein drahtloses Lese-/Schreibgerät 7 und einen Controller 5 zur Zuführunterbrechung. Der Mikrocontroller 6 stellt unter anderem Information über die vorausbezahlte und für den Verbraucher verfügbare m³-Menge Wasser oder Gas sowie über die Zeit, zu der diese vorausbezahlte Wasser- oder Gasmenge von einer drahtlosen Karte 15 heruntergeladen werden kann, zusammen mit Information über den Zustand der Batterie 8 dar.
Das drahtlose Lese-/Schreibgerät 7 erfasst eine Prepaidkarte 15 und überträgt anschließend ein eine gültige Karte anzeigendes Signal an den Mikrocontroller 6 und startet die Überwachung des drahtlosen Prepayment-Systems und der Zufuhr der m³-Menge Wasser oder Gas zum Zähler.
Im Allgemeinen wird das drahtlose Lese-/Schreibgerät 7 durch Anweisungen des Mikrocontrollers 6 periodisch aktiviert. In einer alternativen Ausführungsform wird der Mikrocontroller 6 das drahtlose Lese-/Schreibgerät 7 durch ein Signal aktivieren, das durch eine auf der oberen Abdeckung des Zählers 18 angeordnete Taste 12 erzeugt wird, um die Informationsübertragung zwischen der drahtlosen Chipkarte 15 und dem Prepayment-Zähler 18 zu starten.
Das drahtlose Chipkartenlese-/Schreibgerät 7 des erfindungsgemäßen drahtlosen Prepayment-Systems überträgt gemäß einer ersten Ausführungsform die Information über die drahtlose Prepaid-Chipkarte 15 zum Mikrocontroller 6. Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird das drahtlose Chipkartenlese-/Schreibgerät 7 die Information über den Mikrocontroller 6 vom Zähler 18 zur Chipkarte 15 übertragen. Die Kommunikation zum Übertragen von Information zwischen der drahtlosen Chipkarte 15 und dem Zähler 18 erfolgt über eine Leiterplattenantenne 17 und einen Speicher, die in der Prepaid-Chipkarte 15 integriert sind und beide in einem Hochfrequenzband empfindlich sind, in dem die Kommunikation stattfindet. Vorzugsweise ist das drahtlose Kartenlese-/Schreibgerät 7 eine integrierte Schaltung, die das Vorhandensein einer drahtlosen Prepaidkarte erfasst, Befehle dieser Karte interpretiert und ein Hochfrequenzleistungssignal erzeugt und überträgt. Die Antenne 14 empfängt außerdem Änderungen des übertragenen Hochfrequenzleistungssignals unter Beachtung des Protokolls für Hochfrequenzdatenübertragung gemäß den ISO-Standards 14443-3A und 14443-4A oder einem anderen für einen solchen Zweck geeigneten Protokoll für Hochfrequenzdatenübertragung.
Das drahtlose Kartenlese-/-schreibgerät 7 erzeugt und überträgt ein Hochfrequenzleistungssignal über die Antenne 14 des Zählers 18. Die durch die Antenne 14 erfasste Änderung des Hochfrequenzleistungssignals wird durch das Vorhandensein einer drahtlosen Prepaid-Chipkarte 15 verursacht. Wenn eine Prepaidkarte 15 erfasst wird, liest das drahtlose Kartenlese-/-schreibgerät 7 die vorausbezahlte m³-Menge von der drahtlosen Prepaidkarte 15 und überträgt sie zum Mikrocontroller 6, nachdem die Karte 15 durch ein Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsmodul des drahtlosen Kartenlese-/-schreibgeräts 7 verifiziert und validiert worden ist. D. h., das Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsmodul verifiziert und validiert die Karte basierend auf digitalen Signaturen der im Speicher des Mikrocontrollers 6 gespeicherten Information, wie beispielsweise der Vertragsnummer, der Zählernummer, des Datums, an dem die Karte zuletzt aufgeladen wurde, Sicherheitsschlüsseln, Information über die vorausbezahlte m³-Menge Wasser oder Gas, die durch Herunterladen zum Zähler zu übertragende vorausbezahlte m³-Menge, usw. Wenn diese Information nicht verifiziert und validiert wird, wird das Lese-/Schreibgerät die Prepayment-Information oder die m³-Menge nicht von der Karte zum Zähler 18 übertragen. Hinsichtlich einer Wasserzufuhr im Prepayment-System und insbesondere hinsichtlich einer gesteuerten und zeitlich festgelegten Wasserzufuhr wird Information über die Zeit dargestellt, zu der Wasser zugeführt werden soll.
Nachdem die drahtlose Prepaidkarte 15 verifiziert und validiert worden ist, werden Daten über die vorausbezahlte m³-Menge Wasser oder Gas über das drahtlose Lese-/Schreibgerät 7 von der drahtlosen Chipkarte 15 zum Mikrocontroller 6 übertragen, wobei der Mikrocontroller die Funktion hat, die m³-Menge Wasser oder Gas in Abhängigkeit vom Verbrauch des Verbrauchers abzubuchen. Information über die vorausbezahlte m³-Menge wird normalerweise im Flashspeicher des Mikrocontrollers 6 gespeichert, der die Abbuchung der Menge von der vorausbezahlten Wasser- oder Gasmenge steuert, während der Verbraucher die m³-Menge verbraucht.
Alternativ wird auch relevante Information über historische oder Vergangenheitsdaten über den Zähler, die vom Zähler übertragen und auf der drahtlosen Prepaid-Chipkarte 15 gespeichert werden, im Flashspeicher des Mikrocontrollers 6 gespeichert. Daher wird der Informationsaustausch zwischen dem Zähler 18 und der Chipkarte 15 durch den Mikrocontroller 6 insbesondere über das drahtlose Lese-/Schreibgerät 7 ausgeführt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das drahtlose Prepayment-System für Wasser- oder Gaszähler unter Verwendung einer drahtlosen Chipkarte einen automatischen Öffnungs-/Schließmechanismus 1 für die Wasser- oder Gaszufuhr zum Öffnen und Schließen der Wasser- oder Gaszufuhr zum Verbraucher 19 auf. 3 zeigt die drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 und einen Controller 5, der den Öffnungs-/Schließmechanismus 1 für die Wasser- oder Gaszufuhr überwacht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dem Mikrocontroller 6 bekannt, wieviel m³ Wasser oder Gas dem Verbraucher noch zur Verfügung stehen. Daher wird der Mikrocontroller 6 die Wasser- oder Gaszufuhr oder die Unterbrechung der Wasser- oder Gaszufuhr zum Verbraucher 19 überwachen.
Typischerweise wird die Wasser- oder Gaszufuhr zum Verbraucher 19 unterbrochen, wenn die im Speicher der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 des Zählers 18 gespeicherte verfügbare Wasser- oder Gasmenge, die durch den Mikrocontroller 6 gelesen wird, null beträgt. Die Wasser- oder Gaszufuhr wird fortgesetzt, wenn die im Speicher des Zählers 18 gespeicherte und durch den Mikrocontroller 6 gelesene verfügbare Wasser- oder Gasmenge größer ist als null. Der Mikrocontroller 6 der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 wird permanent die verfügbare m³-Menge lesen.
Die Unterbrechung bzw. Wiederaufnahme der Wasser- oder Gaszufuhr wird durch den Controller 5 der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung 13 gesteuert, der ein Signal an den Öffnungs-/Schließmechanismus 1 für die Wasser- oder Gaszufuhr überträgt, der aus einem Zahnradgetriebe, einer Gleitscheibe und einer festen Scheibe besteht, die derart konfiguriert sind, dass die Wasser- oder Gaszufuhr geöffnet oder geschlossen wird, wobei der Öffnungs-/Schließmechanismus 1 für die Wasser- oder Gaszufuhr gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Ventil sein kann, das durch einen Motor betätigt wird, der ein Zahnradgetriebe aktiviert, wodurch die Gleitscheibe auf der festen Scheibe bewegt wird, die Öffnungen aufweisen, die derart verteilt sind, dass bei einer bestimmten Position der Wasserdurchfluss geschlossen oder unterbrochen ist, und bei einer Drehung um 90° die Öffnungen in den Scheiben miteinander übereinstimmen, so dass das Wasser durchfließen kann, wodurch die Wasser- oder Gaszufuhr geöffnet und geschlossen werden kann. Die Wasser- oder Gaszufuhr kann durch einen Controller 5 des Motors unterbrochen werden, der die Funktion hat, das Ventil 1 zu öffnen oder zu schließen, wenn der Mikrocontroller 6 über ein Öffnungs-/Schließsignal den Befehl ausgibt, die Zufuhr zu öffnen oder zu schließen, wodurch dem Motor elektrische Leistung zugeführt wird, so dass der Motor das Ventil betätigt. Der Controller 5 führt die Öffnungs- und Schließsteuerung durch einen Halbleiterbaustein aus. Wenn der Mikrocontroller 6 erfasst, dass die im nicht-flüchtigen Speicher gespeicherte m³-Menge null beträgt, wird er zunächst den Ventilzustand durch die im Öffnungs-/Schließmechanismus 1 installierten Sensoren 35 verifizieren, um zu erfassen, ob das Ventil geöffnet oder geschlossen ist. Dann wird er gegebenenfalls ein Unterbrechungssignal an den Controller 5 übertragen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das drahtlose Prepayment-System für Wasser oder Gaszähler unter Verwendung einer drahtlosen Chipkarte 15 derart konfiguriert werden, dass der Zähler 18 unter Verwendung eines internen Zeitgebers zu einer bestimmten Tageszeit geöffnet oder geschlossen werden kann, um den Öffnungs-/Schließcontroller 5 zu dem im Öffnungs-/Schließmechanismus 1 voreingestellten Zeitpunkt zu aktivieren.
Wie vorstehend erwähnt wurde, wird die Chipkarte 15 wieder verwendbar und für jeden Zähler spezifisch sein, d. h., sie darf für nicht mehr als einen Wasser- oder Gaszähler verwendet werden. Eine derartige drahtlose Prepaid-Chipkarte weist einen Mikrocontroller 16 und eine Antenne 17 auf. Die personalisierte Information auf der Karte ist im internen Speicher des Mikrocontrollers 16 gespeichert. Vorzugsweise hat die Chipkarte die Größe einer herkömmlichen Kreditkarte und kann den ISO-Standards 14443-1, 14443-2, 14443-3, 14443-4 entsprechen, obgleich dies nicht obligatorisch ist. Die Verwendung der drahtlosen Prepaid-Chipkarten in einem Prepayment-System für erfindungsgemäße Wasser- oder Gaszähler erfüllt zwei Hauptfunktionen: 1) Übertragen der vorausgezahlten m³-Menge Wasser oder Gas zum Zähler; 2) Empfangen der auf der drahtlosen Karte gespeicherten Information über die während der Lebensdauer des Zählers verbrauchte m³-Menge Wasser oder Gas, wobei für diese Funktionen kein Techniker erforderlich ist und keine komplizierten und teueren Systeme zum Ablesen des Zählers erforderlich sind.
Während des Betriebs empfängt das im Zähler integrierte Prepayment-System für die Wasser- oder Gaszufuhr unter Verwendung der erfindungsgemäßen drahtlosen Chipkarte die m³-Menge über die drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung, die die Aufgabe zum Erfassen und Validieren einer Prepaidkarte sowie zum Überwachen des Prepayment-Systems für die Wasser- oder Gaszufuhr gemäß dem in den 4 und 4A dargestellten Ablaufdiagramm ausführt. Insbesondere überwacht der Mikrocontroller 6 das erfindungsgemäße Prepayment-System sowie die Prepayment-Kommunikationsaufgaben zwischen dem Zähler 18 und der Prepaidkarte 15.
Vor Beginn der Kommunikations- und Überwachungsaufgaben aktiviert der Mikrocontroller 6 serielle Kommunikationsports, über die er permanent kommunizieren wird. Dann wird er das drahtlose Chipkartenlese-/-schreibgerät 7 aktivieren, das beispielsweise gemäß dem ISO-Standard 14443-4A arbeitet. Nachdem die Ports aktiviert worden sind und das drahtlose Lese-/Schreibgerät 7 konfiguriert worden ist, liest der Mikrocontroller 6 die gespeicherten Daten, wie beispielsweise die Seriennummer des Kunden, die während der Lebensdauer des Zählers gespeicherte m³-Menge Wasser oder Gas (die Seriennummer des Zählers wird nur zu diesem Zeitpunkt gelesen, wobei vorausgesetzt wird, dass sie sich niemals ändert). Nachdem diese Daten gelesen worden sind, wird der Zeitgeber im Mikrocontroller 6 gestartet, um alle 70 Millisekunden eine Unterbrechung zu erzeugen, in der der Mikrocontroller 6 eine spezifische Aufgabe ausführen kann. Der Mikrocontroller 6 durchläuft dann einen inaktiven Zustand, d. h. er stoppt seine Funktion insgesamt und ”tritt in einen Bereitschaftszustand ein”, um ein maximales Maß an Batterieenergie einzusparen. Der Mikrocontroller 6 kann nur durch eine Unterbrechung des Zeitgebers aus dem inaktiven Zustand herauskommen, was mit Hilfe einer Taste 12 implementiert wird (durch eine mit 3 in Beziehung stehende Operation).
Auf diese Weise wird, wenn der Zeitgeber ein Unterbrechungssignal erzeugt (Block 10), der Mikrocontroller 6 die Sensoren der oberen und der unteren Abdeckung des Zählers überprüfen (Block 20). Wenn einer der Sensoren aktiviert ist, wird der Mikrocontroller 6 über den Öffnungs-/Schließcontroller 5 ein Signal an das Ventil bzw. den Öffnungs-/Schließmechanismus für die Wasser- oder Gaszufuhr übertragen, um das Ventil zu schließen. Die Zufuhr wird nur dann wieder aufgenommen, wenn der Zähler neu gestartet wird (d. h., wenn der durch die Sensoren der oberen und der unteren Abdeckung erzeugte Alarm deaktiviert wird).
Gemäß einer spezifischen Ausführungsform für einen Wasserzähler verifiziert der Mikrocontroller 6 außerdem den Zustand eines Wasserdurchflusssensors 10 (Block 40). Wenn kein Wasserdurchfluss erfasst wird, wird der Mikrocontroller ein Signal zum Öffnen eines Entlüftungsventils 11 übertragen, so dass in den Wasserrohrleitungen eingeschlossene Luft freigesetzt wird (Block 50), wobei der Mikrocontroller 6 verifiziert, ob spezifische Öffnungs-/Schließanweisungen angesetzt sind (Block 60). Wenn dies der Fall ist, wird diese Information in seinem Flashspeicher gespeichert (100).
Gemäß einer spezifischen Ausführungsform für einen Gaszähler wird der Mikrocontroller 6 die Blöcke 40, 50 und 60 nicht ausführen.
Dann liest der Mikrocontroller 6 das Restguthaben im Zähler und die durch das Sensorelement 2 akkumulierte m³-Menge Wasser oder Gas (Block 90) unabhängig von der Wasser- oder Gasdurchflussrichtung, weil das Sensorelement 2 die Magnetpolaritäten unabhängig von der Wasser- oder Gasdurchflussrichtung erfasst, d. h. die Messung erfolgt bidirektional. Dann wartet der Mikrocontroller 6 auf ein Unterbrechungssignal (Block 80), das erzeugt wird, nachdem das Vorhandensein der drahtlosen Karte 15 erfasst wird, oder durch Aktivieren der ”Herunterladen”-(”Download”)Taste 12 erzeugt wird.
Nachdem der Mikrocontroller 6 die in seinem Flashspeicher gespeicherten Daten gelesen hat (Block 100), verifiziert und ändert er den Ventilzustand des Öffnungs-/Schließmechanismus für die Wasser- oder Gaszufuhr gemäß dem vorausbezahlten Guthaben des Verbrauchers. Basierend auf der in Block 100 erhaltenen Information verifiziert der Mikrocontroller 6, ob das vorausbezahlte Guthaben größer ist als null (Block 110). Falls das Guthaben nicht größer ist als 0, prüft der Mikrocontroller, ob das Öffnungs-/Schließventil 1 zum Zuführen von Wasser oder Gas geschlossen ist (Block 120). Wenn das Ergebnis der Verifizierung des Zustands des Ventils 1 (Block 120) negativ ist, überträgt der Mikrocontroller 6 ein Signal an den Controller 5, der das Öffnungs-/Schließventil 1 zum Zuführen von Wasser oder Gas schließt (Block 130), um die Wasser- oder Gaszufuhr zum Zähler 18 zu stoppen. Nachdem das Ventil 1 (in Block 130) geschlossen wurde, liest der Mikrocontroller 6 die auf dem Display des Zählers 18 dargestellte Information (Block 160). Wenn das Ergebnis in Block 120 positiv ist, d. h., wenn das Ventil 1 geschlossen ist, liest der Mikrocontroller 6 jedoch direkt die auf dem Display des Zählers dargestellte Information (Block 160).
Wenn dagegen das (in Block 110) gelesene Restguthaben größer ist als null, verifiziert der Mikrocontroller, ob das Ventil 1 offen ist (Block 140). Wenn das Ergebnis der Verifizierung des Zustands des Ventils 1 (Block 140) negativ ist, überträgt der Mikrocontroller 6 ein Signal an den Controller 5, der die Aufgabe zum Öffnen des Ventils 1 ausführt (Block 150), um eine Wasser- oder Gaszufuhr zum Verbraucher 19 zu ermöglichen. Nachdem das Ventil 1 (in Block 150) geöffnet wurde, liest der Mikrocontroller 6 auf dem Display des Zählers 18 dargestellte Information (Block 160). Wenn das Ergebnis (in Block 140) positiv ist, d. h., wenn das Ventil 1 geöffnet ist, liest der Mikrocontroller 6 jedoch direkt die auf dem Display des Zählers dargestellte Information (Block 160).
Nachdem der Zustand des Ventils 1 des Öffnungs-/Schließmechanismus für die Wasser- oder Gaszufuhr verifiziert wurde, wie in Verbindung mit den Blöcken 110 bis 160 beschrieben wurde, überprüft der Mikrocontroller 6 das auf dem Zähler dargestellte Bildschirmfenster (Block 170). Wenn das (in Block 170) dargestellte Bildschirmfenster das ”Prepaid”-Bildschirmfenster ist, verifiziert der Mikrocontroller 6, ob der Hochfrequenzgenerator (Block 180) des drahtlosen Lese-/Schreibgeräts 7 für die drahtlose Chipkarte 7 eingeschaltet ist, um die Suche nach einer Prepaidkarte zu starten. Wenn die Entscheidung in Block 180 negativ ist, wird kein Signal zum Einschalten der Hochfrequenz (Block 190) erzeugt, und der Mikrocontroller 6 wird in einen inaktiven Zustand zurückkehren, um die maximale Energiemenge der Batterie 8 einzusparen, während er auf ein Unterbrechungssignal wartet (Block 80), woraufhin die in Verbindung mit den Blöcken 10 bis 180 beschriebene Verarbeitung fortgesetzt wird. Falls das Ergebnis in Block 180 positiv ist, d. h., dass die Hochfrequenz eingeschaltet wird, wird ein Funksignal über die Antenne 14 emittiert, um das Vorhandensein einer drahtlosen Chipkarte 15 in der Nähe zu erfassen (Block 220).
Wenn das (in Block 170) dargestellte Bildschirmfenster das ”m³”-Bildschirmfenster ist, verifiziert der Mikrocontroller 8 den Zustand des drahtlosen Lese-/Schreibgeräts (Block 200), wobei, wenn das drahtlose Lese-/Schreibgerät ausgeschaltet ist, der Mikrocontroller 6 in einen inaktiven Zustand zurückkehren wird, um die maximale Energiemenge einzusparen, während er auf ein Unterbrechungssignal wartet (Block 80), woraufhin die in Verbindung mit den Blöcken 10 bis 180 beschriebene Verarbeitung fortgesetzt wird. Falls das Ergebnis der Verifizierung des Zustands des drahtlosen Lese-/Schreibgeräts negativ ist, d. h., wenn das drahtlose Lese-/Schreibgerät eingeschaltet ist, schaltet der Mikrocontroller 6 das drahtlose Lese-/Schreibgerät aus bzw. deaktiviert es (Block 210), woraufhin der Mikrocontroller 6 auf den inaktiven Zustand zurückkehren wird, um die maximale Energiemenge der Batterie 8 einzusparen, während er auf ein Unterbrechungssignal wartet (Block 80), woraufhin die in Verbindung mit den Blöcken 10 bis 180 beschriebene Verarbeitung fortgesetzt wird.
Der Mikrocontroller 6 führt dann die Funktionen zum Lesen der gespeicherten Daten, Verifizieren und Ändern des Zustands des Ventils 1 und Überprüfen, ob auf dem Zähler das Bildschirmfenster zum Aktivieren/Deaktivieren des drahtlosen Lese-/Schreibgeräts dargestellt ist, woraufhin der Mikrocontroller zu einem Schritt zum Erfassen des Vorhandenseins einer drahtlosen Prepaid-Chipkarte 15 fortschreiten und die Prepayment-Download-Transaktion ausführen wird.
Wie vorstehend erwähnt wurde, wird, wenn der Mikrocontroller bestätigt, dass das drahtlose Lese-/Schreibgerät eingeschaltet ist, das drahtlose Lese-/Schreibgerät ein Hochfrequenzsignal über die Antenne 14 übertragen und dadurch Suchfunktionen zum Suchen von Karten 15 (Block 220) gemäß dem ISO-Standard 14443-3A ausführen. Nachdem die Suchfunktion zum Suchen einer Karte von Block 220 ausgeführt worden ist, verifiziert das drahtlose Lese-/Schreibgerät, ob sich eine Chipkarte 15 innerhalb des Erfassungsbereichs befindet (Block 230). Wenn sich in Block 230 eine Chipkarte innerhalb des Erfassungsbereichs befindet, wird ein Kollisionsschutzprotokoll ausgeführt (Block 240), um zu bestimmen, ob sich innerhalb des Erfassungsbereichs mehr als eine Chipkarte befinden (falls mehr als eine Chipkarte 15 vorhanden sind, wird gemäß dem ISO-Standard-14443-3A eine deaktiviert). Wenn sich in Block 230 keine Chipkarte 15 innerhalb des Erfassungsbereichs befindet, wird das drahtlose Lese-/Schreibgerät in den inaktiven Zustand zurückkehren, um die maximale Energiemenge der Batterie 8 einzusparen, während auf ein Unterbrechungssignal gewartet wird (Block 80), woraufhin die in Verbindung mit den Blöcken 10 bis 180 beschriebene Verarbeitung fortgesetzt wird.
Wenn eine Karte innerhalb des Erfassungsbereichs erfasst wird, wählt das System die Karte gemäß dem Hochfrequenzdatenübertragungsprotokoll (z. B. gemäß dem durch den ISO-Standard 14443-3A oder dem durch den ISO-Standard 14443-4A spezifizierten Protokoll) aus (Block 250). Nachdem die Karte in Block 250 ausgewählt wurde, authentifiziert das drahtlose Lese-/Schreibgerät 7 die Karte mit der digitalen Signatur bezüglich der vorausgezahlten m³-Menge Wasser oder Gas und der Seriennummer des Zählers (Block 260). Der Mikrocontroller 6 verifiziert dann, ob die Chipkarte dem Zähler zugeordnet ist (Block 270). Wenn die Karte nicht diesem Zähler zugeordnet ist, wird das Lese-/Schreibgerät 7 in den inaktiven Zustand zurückkehren, um die maximale Energiemenge der Batterie 8 einzusparen, während auf ein Unterbrechungssignal gewartet wird (Block 80), woraufhin die in Verbindung mit den Blöcken 10 bis 180 beschriebene Verarbeitung fortgesetzt wird. Wenn die Karte jedoch dem Zähler zugeordnet ist, wird das Lese-/Schreibgerät dann das Restguthaben auf der Karte lesen (Block 280). Zu diesem Zeitpunkt verifiziert der Mikrocontroller 6, ob die Prepaid-Chipkarte ein Guthaben aufweist (Block 290), wobei, wenn das Ergebnis in Block 290 negativ ist, der Mikrocontroller 6 auf seinen inaktiven Zustand zurückkehren wird, um die maximale Energiemenge der Batterie 8 einzusparen, während er auf ein Unterbrechungssignal wartet (Block 80), woraufhin die in Verbindung mit den Blöcken 10 bis 180 beschriebene Verarbeitung fortgesetzt wird. Wenn das Ergebnis in Block 290 positiv ist, wird der Mikrocontroller ermöglichen, dass das Restguthaben der Chipkarte 15 in den Flashspeicher des Mikrocontrollers 6 heruntergeladen wird (Block 300). Das gesamte vorausbezahlte Guthaben muss nicht auf einmal heruntergeladen werden, da das herunterzuladende Guthaben von der Menge abhängt, die auf der Karte in der Variablen ”vorausbezahlte m³-Menge Wasser oder Gas, die durch Herunterladen übertragbar ist” gespeichert ist. Nachdem das Guthaben in Block 300 heruntergeladen worden ist, liest das System das Restguthaben im Zähler (Block 310) und addiert das von der Karte 15 heruntergeladene Guthaben zum Restguthaben im Zähler (Block 320). Das neue vorausbezahlte Guthaben, das durch die in Block 320 ausgeführte Verarbeitung erhalten wird, wird durch den Mikrocontroller 6 an den Flashspeicher des Wasser- oder Gaszählers übertragen (Block 330). Nachdem das neue Guthaben empfangen wurde, oder zur gleichen Zeit, überträgt der Mikrocontroller 6 die erzeugte Information, die mit dem während der Lebensdauer des Zählers durch den Verbraucher verbrauchten Wasser- oder Gasmenge und mit jeglicher unberechtigten Nutzung des Zählers in Beziehung steht, an die Chipkarte 15 (Block 340). Nachdem der Mikrocontroller 6 die Information an die Chipkarte 15 übertragen hat, wird der Mikrocontroller in einen inaktiven Zustand zurückkehren, um die maximale Energiemenge der Batterie 8 einzusparen, während er auf ein Unterbrechungssignal wartet (Block 80), woraufhin die in Verbindung mit den Blöcken 10 bis 180 beschriebene Verarbeitung fortgesetzt wird.
Obwohl spezifische Verarbeitungen der vorliegenden Erfindung beschrieben und dargestellt worden sind, ist für Fachleute offensichtlich, dass innerhalb des durch die beigefügten Patentansprüche definierten Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können.
Zusammenfassung
Prepayment-System für die Zufuhr von Wasser oder Gas unter Verwendung einer drahtlosen Chipkarte und Zähler für das System
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Prepayment-System für die Zufuhr von Wasser oder Gas unter Verwendung einer drahtlosen Chipkarte bereitgestellt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen bidirektionalen Zähler, der speziell für die elektronische Erfassung des Wasser- oder Gasverbrauchs konstruiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2-777677 [0004]
EP 0-863492 [0004]
CN 1952613 [0004]
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CN 2837796 [0004]
WO 99/42963 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO-Standards 14443-3A und 14443-4A [0029]
ISO-Standards 14443-3A und 14443-4A [0055]
ISO-Standards 14443-1, 14443-2, 14443-3, 14443-4 [0063]
ISO-Standard 14443-4A [0065]
ISO-Standard 14443-3A [0075]
ISO-Standard-14443-3A [0075]
ISO-Standard 14443-3A [0076]
ISO-Standard 14443-4A [0076]

Claims

Prepayment-Verfahren für die Zufuhr von Wasser oder Gas unter Verwendung: i) einer drahtlosen Chipkarte, auf die eine vorausbezahlte Menge eines Versorgungsgutes geladen wird; ii) eines Wasser- oder Gaszählers, der eine obere und eine untere Schutzabdeckung, ein drahtloses Lese-/Schreibgerät für drahtlose Chipkarten und einen Öffnungs-/Schließmechanismus zum Zuführen von Wasser- oder Gas aufweist; und iii) eines Netzwerks, das mindestens eine Verkaufsstelle mit einem Paar Sicherheitsmodulen und einen Server aufweist, der über eine Schnittstelle mit einem Rechnungsstellungssystem verbunden ist und aktuelle Information in der Datenbank des Versorgungsunternehmens speichert; wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Verifizieren des Zustands des Öffnungs-/Schließmechanismus für die Wasser- oder Gaszufuhr zum Bestimmen, ob er offen oder geschlossen ist; Erfassen des Zustands der Sensoren auf der oberen und der unteren Schutzabdeckung des Zählers zum Bestimmen, ob am Zähler manipuliert wurde; Erfassen des Vorhandenseins einer drahtlosen Prepaid-Chipkarte innerhalb des Erfassungsbereichs des Zählers; Austauschen von Information zwischen dem Zähler und der drahtlosen Prepaid-Chipkarte durch Hochfrequenzsignale; gleichzeitiges Authentifizieren der drahtlosen Prepaid-Chipkarte und des drahtlosen Lese-/Schreibgeräts für drahtlose Prepaid-Chipkarten durch zwei oder mehr digitale Signaturen und der Seriennummer des Zählers und Bestimmen, ob ein auf der drahtlosen Prepaid-Chipkarte gespeichertes vorausbezahltes Guthaben über eine m³-Menge Wasser oder Gas größer ist als null; Herunterladen der vorausbezahlten m³-Menge Wasser oder Gas von der drahtlosen Prepaid-Chipkarte und Speichern der m³-Menge im Speicher des Zählers; Hochladen der gesamten Zählerzustandinformation zur drahtlosen Prepaid-Chipkarte und Speichern der Information im Speicher der drahtlosen Prepaid-Chipkarte, wobei die erzeugte Information mit dem während der Lebensdauer des Zählers durch den Verbraucher verbrauchten Wasser- oder Gasmenge und mit jeglichen unberechtigten Eingriffen oder Manipulationen am Zähler in Beziehung steht; und elektronisches Erfassen des Wasser- oder Gasverbrauchs.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Erfassen des Vorhandenseins der drahtlosen Prepaid-Chipkarte innerhalb des Erfassungsbereichs des Wasser- oder Gaszählers die Schritte aufweist: Aussenden eines Hochfrequenzsignals vom Zähler über eine elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung; Bestimmen, ob sich mehr als eine drahtlose Prepaid-Chipkarte innerhalb des Erfassungsbereichs des Wasser- oder Gaszählers befinden; und Auswählen der drahtlosen Prepaid-Chipkarte gemäß einem im Voraus festgelegten Hochfrequenzdatenübertragungsprotokoll.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Verifizieren des Zustands des Öffnungs-/Schließmechanismus für die Wasser- oder Gaszufuhr des Zählers den Schritt aufweist: Bestimmen, ob der Öffnungs-/Schließmechanismus für die Wasser- oder Gaszufuhr des Zählers offen oder geschlossen ist, um ein Signal zu übertragen, gemäß dem er anschließend geöffnet oder geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Erfassen des Zustands der Sensoren auf der oberen und der unteren Schutzabdeckung des Zählers das Übertragen eines Schließsignals an den Öffnungs-/Schließmechanismus für die Wasser- oder Gaszufuhr aufweist, wenn die obere und/oder die untere Schutzabdeckung des Zählers geöffnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Herunterladen der bezahlten Wasser- oder Gasmenge das Herunterladen von Information über eine Wasser- oder Gaszufuhr zu einer vorgegebenen Zeit und/oder über die Zufuhr einer vorgegebenen m³-Menge Wasser oder Gas aufweist.
Verfahren nach Anspruche 1 und 5, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: Verifizieren, ob Information über die Wasserzufuhr zu einer vorgegebenen Zeit und oder über die Zufuhr einer vorgegebene m³-Menge Wasser vorhanden ist; Erfassen des Wasserdurchflusses durch den Zähler; und Übertragen eines Signals zum Öffnen eines Entlüftungsventils, um jegliche in Wasserrohrleitungen eingeschlossene Luft freizusetzen, wenn kein Wasserdurchfluss erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Herunterladen der vorausbezahlten m³-Menge von der drahtlosen Prepaid-Chipkarte zum Zähler teilweise oder vollständig von der auf der drahtlosen Prepaid-Chipkarte gespeicherten vorgegebenen Menge abhängen kann.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Herunterladen der vorausbezahlten m³-Menge von der drahtlosen Prepaid-Chipkarte zum elektronischen Zähler außerdem die Schritte aufweist: Lesen des Restguthabens im Zähler; Addieren des gesamten oder eines Teils des herunterladbaren Guthabens von der Prepaid-Chipkarte zum Restguthaben im Zähler; und Speichern des neuen Guthabens im Zähler.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren außerdem die Schritte aufweist: Lesen des vorausbezahlten Guthabens im Speicher des Zählers; Verifizieren, ob das vorausbezahlte Guthaben größer ist als 0; und Verifizieren des Zustands des Öffnungs-/Schließmechanismus für die Wasser- oder Gaszufuhr zum Bestimmen, ob er offen oder geschlossen ist; und Erzeugen eines Signals zum Öffnen oder Schließen des Öffnungs-/Schließmechanismus für die Wasser- oder Gaszufuhr basierend auf dem gelesenen vorausbezahlten Guthaben; wobei, wenn das Guthaben größer ist als 0, ein Signal zum Öffnen des Öffnungs-/Schließmechanismus für die Wasser- oder Gaszufuhr mit dem Ziel erzeugt wird, den Wasser- oder Gasdurchfluss durch den Zähler zuzulassen, und wenn das Guthaben nicht größer ist als 0 ein Signal zum Schließen des Öffnungs-/Schließmechanismus für die Wasser- oder Gaszufuhr mit dem Ziel erzeugt wird, den Wasser- oder Gasdurchfluss durch den Zähler und damit die Wasser- oder Gasversorgung des Verbrauchers zu unterbrechen.
Prepayment-System zum Zuführen von Wasser oder Gas unter Verwendung einer drahtlosen Chipkarte, mit: einer drahtlosen Chipkarte für den Zähler; einem Wasser- oder Gasz hler; einem Flüssigkristalldisplay zum Darstellen von mit dem Zustand des Zählers in Beziehung stehender Information; einer Quelle zum Zuführen von elektrischer Leistung für den Wasser- oder Gaszähler; einem Netzwerk, das mindestens eine Verkaufsstelle mit einem Paar Sicherheitsmodulen und einen Server aufweist, der über eine Schnittstelle mit einem Rechnungsstellungssystem verbunden ist und aktuelle Information in der Datenbank des Versorgungsunternehmens speichert; wobei das System einen Wasser- oder Gaszähler aufweist, der aufweist: a) eine drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Gas- oder Wasserzufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung, die aufweist: I) ein drahtloses Lese-/Schreibgerät für Chipkarten zum: Erfassen des Vorhandenseins einer drahtlosen Prepaid-Chipkarte; Interpretieren der Befehle der drahtlosen Prepaid-Chipkarte; und Erzeugen und Übertragen eines Hochfrequenzsignals; wobei das drahtlose Kartenlese-/Schreibgerät ein Verschlüsselungs-/Entschlüsselungsmodul zum Verifizieren und Validieren der Authentizität der Prepaid-Chipkarte, Verschlüsseln der übertragenen Daten und Verifizieren der Validität der im Speicher des Mikrocontrollers gespeicherten Information vor dem Herunterladen aufweist; II) einen Mikrocontroller zum Überwachen der Funktion des Zählers, wobei der Mikrocontroller einen Flashspeicher zum Speichern der im Zähler erzeugten Information bezüglich der während der Lebensdauer des Zählers durch den Verbraucher verbrauchten Wasser- oder Gasmenge und jeglicher unerlaubter Handlungen und Eingriffe am Zähler aufweist; und III) einen Controller für eine Wasser- oder Gaszufuhrunterbrechungseinrichtung zum Öffnen und Schließen eines Öffnungs-/Schließmechanismus für die Wasser- oder Gaszufuhr, wenn der Mikrocontroller dies durch ein Schließ- oder Öffnungssignal anfordert; b) eine Wasser- oder Gaszufuhrunterbrechungseinrichtung; und c) ein Signalübertragungs-/-empfangselement.
Zähler zum bidirektionalen Erfassen eines Wasser- oder Gasverbrauchs, mit: einem Zählerhauptkörper mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung; einer im Zählerhauptkörper angeordneten Messkammer; einer im Zählerhauptkörper angeordneten und mit der Messkammer in Fluidkommunikation stehenden Zufuhr- und Zufuhrunterbrechungskammer; einem innerhalb der Zufuhr- und Zufuhrunterbrechungskammer angeordneten Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungsventil; einem aus einer oberen und einer unteren Schutzabdeckung bestehenden Paar Schutzabdeckungen, die auf dem Zählerhauptkörper angeordnet sind; und einem in der oberen Schutzabdeckung angeordneten Flüssigkristalldisplay; wobei der Zähler ferner aufweist: eine innerhalb der oberen Schutzabdeckung des Zählerhauptkörpers angeordnete drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Gas- oder Wasserzufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung; wobei die Messkammer eine Einrichtung zum bidirektionalen Erfassen des Wasser- oder Gasverbrauchs aufweist, wobei die Einrichtung zum bidirektionalen Erfassen des Wasser- oder Gasverbrauchs aus einer Taumelscheibe und einer oberen und einer unteren Abdeckung, die die Taumelscheibe umschließen, um sie in Position zu halten und dadurch ihre korrekte Messbewegung zu gewährleisten, einem Stabelement, wobei ein Ende des Stabelements in der Mitte der Taumelscheibe angeordnet ist und sich durch die die Taumelscheibe umschließende obere Abdeckung nach oben zu einem auf dem entgegengesetzten Ende des Stabelements angeordneten Magnetelement erstreckt, und aus dem Magnetelement besteht; ein erstes Sensorelement, das auf der benachbarten Außenfläche der Messkammer der Zählerhauptkörpers und innerhalb der oberen Schutzabdeckung angeordnet ist, wobei das Sensorelement die durch die Taumelscheibe übertragenen Umdrehungen des Magnetelements erfasst, um das die Messkammer durchfließende m³-Volumen zu berechnen, wobei das erste Sensorelement dazu geeignet ist, den Wasser- oder Gasverbrauch unabhängig von der Durchflussrichtung zu erfassen; eine Wandlereinrichtung zum Umwandeln eines Magnetsignals in ein Digitalsignal, wobei die Wandlereinrichtung am ersten Sensorelement befestigt und dazu geeignet ist, das Magnetsignal, das durch die Umdrehungen des Magnetelements erzeugt wird, in ein Digitalsignal umzuwandeln, wobei die Wandlereinrichtung außerdem mit der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterberechungseinrichtung elektrisch verbunden ist, wobei die drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung das Digitalsignal empfängt und es dann an das Flüssigkristalldisplay überträgt, um es anschließend zu visualisieren; einen Öffnungs-/Schließmechanismus, der ein Zahnradgetriebe, eine Gleitscheibe und eine feste Scheibe aufweist und dazu geeignet ist, die Wasser- oder Gaszufuhr zu öffnen oder zu schließen, wobei das Zahnradgetriebe durch einen Motor betätigt wird, der durch die mit dem Motor verbundene drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung gesteuert wird, die mit dem Motor elektrisch verbunden ist; eine Leiterplattenantenne zum Übertragen der Information zwischen der drahtlosen Chipkarte und der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung durch Hochfrequenzsignale; und eine über der Zufuhr- und Zufuhrunterbrechungskammer angeordnete Batterie, die Energie für die drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung zum bidirektionalen Erfassen des Wasser- oder Gasverbrauchs, für den Motor, der den Öffnungs-/Schließmechanismus betätigt, und für das Flüssigkristalldisplay bereitstellt.
Zähler nach Anspruch 11, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die obere und die untere Schutzabdeckung jeweils ein zweites Sensorelement zum Erfassen einer Öffnung der oberen und der unteren Abdeckung aufweisen, wobei in dem Fall, dass mindestens eine unter der oberen und der unteren Schutzabdeckung vom Zählerhauptkörper außer Eingriff gebracht wurde, der Zähler die Wasser- oder Gaszufuhr automatisch unterbrechen wird, bis ein Techniker des Versorgungsunternehmens den Zähler wiederherstellt.
Zähler nach Anspruch 11, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Einlassöffnung des Zählerhauptkörpers zufließende Wasser in die Messkammer eintritt und eine Drehbewegung der Taumelscheibe veranlasst, wobei diese Drehbewegung über das Stabelement zum Magnetelement übertragen wird, und wobei das erste Sensorelement die Anzahl der Umdrehungen des Magnetelements erfasst.
Zähler nach Anspruch 11, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungs-/Schließmechanismus außerdem ein Paar Sensoren zum Erfassen der offenen und geschlossenen Position der Gleitscheibe aufweist, wobei die Sensoren mit der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung verbunden sind und das Positionssignal der Gleitscheibe zur drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung übertragen.
Zähler nach Anspruch 11, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler für den Fall einer begrenzten und zeitlich festgelegten Wasserzufuhr einen Sensor zum Erfassen des Wasserdurchflusses in der Zufuhrleitung und ein Entlüftungsventil aufweist.
Zähler nach Anspruch 15, ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserdurchflusssensor mit der drahtlosen elektronischen Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung verbunden ist, um ein Signal vom Wasserdurchflusssensor zu empfangen, wobei, wenn kein Wasserdurchfluss erfasst wird, die drahtlose elektronische Mess-, Prepayment-Steuerungs- und Wasser- oder Gaszufuhr-/-zufuhrunterbrechungseinrichtung ein Signal zum Öffnen des Entlüftungsventils übertragen wird, um jegliche in den Rohrleitungen eingeschlossene Luft, die den Zähler durchströmen und als Verbrauch erfasst werden könnte, freizusetzen.