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Erfindungsgebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
im allgemeinen das Gebiet Zählvorrichtungen
und insbesondere Verbrauchszähler.
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Hintergrund
der Erfindung
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Das Atherton et al. erteilte US-Patent
5,270,949 bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Versetzen eines
Zählerregisters
in eine Vorgabebetriebsart. Die Vorrichtung zum Versetzen eines
Zählerregisters
in eine Vorgabebetriebsart enthält
eine an einen programmierbaren nichtflüchtigen Speicher angekoppelte
Mikrosteuerung zum automatischen Versetzen des Zählerregisters in einen selbstprogrammierten
Zustand, wenn der das Zählerregister
enthaltende elektrische Zähler zum
ersten Mal installiert wird. Der selbstprogrammierte Zustand ist
ein funktionsmäßiger Vorgabezustand
und liefert einem überwachenden
Versorgungsunternehmen genaue Kunden-Gebühreninformationen ab dem Installationszeitpunkt.
Demnach muß ein
für die
Installation des Zählers
im Feld verantwortlicher Techniker nicht mit den Verfahren zur Programmierung
des Zählers
vertraut sein. Wenn eine andere Betriebsart als die Vorgabebetriebsart bevorzugt
wird, kann auf die Mikrosteuerung zugegriffen werden, um dem Zähler in
eine Benutzungszeit- und Abruf-Betriebsart
oder eine Nur-Abruf-Betriebsart zu versetzten. Auch stellt die Mikrosteuerung
Mittel zum Bewahren eines programmierten Zustandes des Zählerregisters
bei einem Stromausfall bereit. Wenn daher der Zähler nach einem Stromausfall
wieder mit Strom versorgt wird, wird das Zählerregister wieder in den
letzten programmierten Zustand vor dem Stromausfall versetzt.
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Das Perry et al. erteilte US-Patent
4,978,911 bezieht sich
auf einen elektrischen Energieanalysator. Der elektrische Energieanalysator
mit einem Rechner zum Überwachen
des Stromverbrauchs und zur Unterstützung von Rundsteuerung ist
mit einer verbesserten A/D-Wandlerauflösung versehen,
indem ein 1/2-LSB-Rechteck-Offsetsignal
an den nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers zum
Verstärken
einer Strommeßspannung
angelegt wird. Der Verstärkerausgang
weist begrenzte Filterung auf, damit ein 1/2-zu-1-LSB-Zufallssignal
an das in den A/D-Wandler eintretende Meßsignal angelegt werden kann.
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Die veröffentlichte, nicht weiter verfolgte deutsche
Anmeldung
DE 30 33
095 A1 bezieht sich auf einen elektrischen Verbrauchszähler, der
eine Impulsfrequenz erzeugt, die von dem eine elektrische Last durchfließenden Strom
abhängig
ist, wobei der Verbrauchszähler
die Impulse zählt.
Der Verbrauchszähler
ist an eine Netzspannung und zusätzlich
an eine Batterie angekoppelt, so daß die Batterie bei Verlust
der Netzspannung Spannung zum Anzeigen des gezählten Wertes von Impulsen bereitstellt.
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Verbrauchszähler sind Vorrichtungen, die unter
anderem den Verbrauch einer von einem Versorgungsunternehmen erzeugten
Menge, wie beispielsweise elektrischer Energie, Gas oder Wasser, durch
eine Wohnung, eine Fabrik, ein Handelsunternehmen oder eine andere
derartige Einrichtung messen. Versorgungsunternehmen sind für viele
Zwecke, einschließlich
der Rechnungserstellung für
Kunden und der Verfolgung des Bedarfs an der entsprechenden verbrauchten
Ressource, auf Gebührenzähler angewiesen.
Gebührenzähler enthalten
typischerweise eine Vorrichtung, die den Ressourcenverbrauch mißt, und
eine Vorrichtung, die die Anzeige der Messung der verbrauchten Ressource
herbeiführt.
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Beispielsweise umfaßt eine
gebräuchliche Form
von elektrischem Energieverbrauchszähler einen induktiven Antrieb,
der eine sich drehende Scheibe mit einer Winkelgeschwindigkeit dreht,
die zu der verbrauchten Strommenge proportional ist. Die sich drehende
Scheibe treibt mechanische Zähler
an, die eine Anzeige von über
die Zeit verbrauchtem Strom bereitstellen.
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In den letzten Jahren sind elektronische
Zähler
entwickelt worden, die die Zählerkonstruktion
mit sich drehender Scheibe zum Messen des elektrischen Energieverbrauchs
ersetzen. Elektronische Zähler
benutzen elektronische Schaltungen zum Messen, Quantifizieren und
Anzeigen von Energieverbrauchsinformationen. Im allgemeinen können elektronische
Zähler
in zwei Teile eingeteilt werden, einen Sensorteil und einen Meßteil. Der
Sensorteil enthält
hauptsächlich
Analogschaltungen in der Form von Sensorvorrichtungen, die mit dem
elektrischen System einer Einrichtung und insbesondere den Stromleitungen
verbunden sind. Die Sensorvorrichtungen erzeugen Signale, die die
Spannung und den Strom in den Stromleitungen anzeigen. Im allgemeinen
arbeitet der Sensorteil eines Verbrauchszählers mit den auf den Stromleitungen
vorhandenen hohen Spannungen und Strömen.
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Der Meßteil eines elektronischen
Zählers enthält hauptsächlich digitale
Elektronik, die die vom Sensorteil erzeugten Signale empfängt und
verarbeitet, um Wattstunden, Voltampere (VA), Blindverbrauch (VAR)
und andere Informationen zu bestimmen, die den von der Einrichtung
verbrauchten Strom quantifizieren. Die digitalen Schaltungen enthalten typischerweise
einen oder mehrere Mikroprozessoren, Mikrosteuerungen oder Digitalsignalprozessoren sowie
eine Anzeige zum Anzeigen der Stromverbrauchsinformationen.
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Die digitalen Schaltungen im Meßteil erfordern
für ihren
Betrieb Vorstrom. Dieser Strom wird oft von einer Stromversorgung
im Zähler
bereitgestellt. Zu diesem Zweck sind Stromversorgungen in Zählern typischerweise
Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, die den elektrischen Wechselstrom aus
den Netzleitungen in elektrischen Vorstrom von rund 5–12 Volt
Gleichstrom umwandeln.
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Ein mit derartigen Zählern verbundener Nachteil
entsteht bei einem Stromausfall oder einer sonstigen Unterbrechung
des elektrischen Wechselstroms zur Stromversorgung. Eine Unterbrechung des
elektrischen Wechselstroms bezieht sich auf jede Situation, in der
der aus den Netzleitungen empfangene elektrische Wechselstrom nicht
vorhanden ist, egal ob absichtlich oder durch Zufall. Bei einer Wechselstromunterbrechung
verlieren die digitalen Schaltungen im Meßteil den von dem elektrischen Wechselstrom
abgeleiteten Vorstrom. Wenn der Strom zu den digitalen Schaltungen
vollständig
entfernt wird, können
die digitalen Schaltungen keine Verbrauchszählerfunktionen durchführen. Darüber hinaus
können
wertvolle, im Speicher gespeicherte Informationen, einschließlich Energieverbrauchsinformationen
und Gebühreninformationen,
permanent verloren gehen.
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Zu diesem Zweck sind Verfahren entwickelt worden,
um kritische Daten bei Erkennung einer Unterbrechung im Wechselstrom
zur Stromversorgung in einen nichtflüchtigen Speicher wie beispielsweise einen
elektrisch löschbaren,
programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM – electrical erasable programmable
read only memory) einzuschreiben. Beispielsweise zeigt das Germer
erteilte US-Patent-Nr.
4,999,575 eine Stromversorgung
zur Verwendung in einem Zählsystem,
das gewisse Daten bei Erkennung eines Stromausfalls im nichtflüchtigen
Speicher sichert.
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Einige Zählvorrichtungen enthalten auch Batteriezellen,
die zulassen, daß Teile
der digitalen Schaltung während
eines Stromausfalls in einer verringerten Betriebsart arbeiten,
damit Takte und andere Schaltungen während des Stromausfalls weiterarbeiten.
Beispielsweise zeigt das Jerrim erteilte US-Patent-Nr.
4,335,447 einen
Höchstverbrauchszähler mit
einer Batterie, die es ermöglicht,
daß gewisse
Taktungs- und Bedarfsaufzeichnungsoperationen während eines Stromausfalls weiterlaufen.
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Ein Problem, das von der Vorrichtung
von Jerrim und anderen Vorrichtungen des Stands der Technik nicht
angegangen wird, ist es, eine Zählerablesung
während
einer Unterbrechung von Wechselstrom zum Zähler zu ermöglichen. Insbesondere wird,
um während
einer Wechselstromunterbrechung Batteriestrom zu sparen, bei Zählvorrichtungen
die digitale Anzeige gesperrt. Aufgrund des normalerweise mit digitalen
Anzeigen verbundenen hohen Stromverbrauchs wird durch das Sperren
der Anzeige die Zeitdauer sehr verlängert, für die eine Batterie die Funktionen
der digitalen Schaltungen mit Strom versorgen kann.
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Da die Zähleranzeige während einer
Wechselstromunterbrechung inaktiv ist und Wechselstromunterbrechungen
im allgemeinen nicht von dem Versorgungsunternehmen vorhersagbar
sind, besteht immer eine Möglichkeit,
daß ein
Zählerableser von
dem Versorgungsunternehmen einen Zähler abzulesen versucht, wenn
der Wechselstrom zum Zähler
unterbrochen ist. Da die Anzeige während der Wechselstromunterbrechung
gesperrt ist, kann der Zählerableser
die Zählerablesedaten
nicht aufnehmen, wodurch sich eine Vergeudung an Zeit und Mühe ergibt.
Obwohl Wechselstromunterbrechungen in Wohngebieten nicht häufig eintreten,
kommen sie häufiger
in ländlichen
und anderen Gebieten vor, wo Nebengebäude und andere unbewohnte Bauten
weit verteilt liegen. Insbesondere sind derartige Bauten manchmal
so konfiguriert, daß der
Kunde den Strom zu der Einrichtung "stromaufwärts" des Zählers abschalten kann, woraus
sich eine Wechselstromunterbrechung sowohl zum Zähler als auch zu dem Kundenbau
ergibt. Aufgrund der erhöhten
Wahrscheinlichkeit eines Stromausfalls in diesen Gebieten und der
mit dem Ablesen von Zählern
in diesen Gebieten verbundenen höheren
Kosten kann die Unfähigkeit, während einer
Wechselstromunterbrechung zum Zähler
Zählerablesungen
zu erhalten, dem Versorgungsunternehmen gesteigerte Kosten einbringen.
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Es besteht daher ein Bedarf nach
einem elektronischen Zähler,
der eine Zählerablesung
während
einer Unterbrechung der externen Wechselstromversorgung zum Zähler ermöglicht.
Es besteht ein weiterer Bedarf nach einem derartigen elektronischen
Zähler,
der die Reservebatteriestromquelle nicht wesentlich entleert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Durch die vorliegende Erfindung werden
die oben angeführten
Bedürfnisse
und auch andere durch die Bereitstellung eines Zählers überwunden, der während einer
Unterbrechung des Wechselstroms zum Zähler ein von einem Bediener
aktiviertes Anzeigeanforderungssignal erkennt und dann als Reaktion
auf das Anzeigeanforderungssignal die Anzeige von Zählerstandsinformationen
für eine
begrenzte Zeitdauer bewirkt. Der Strom für die Anzeige während der
Stromunterbrechung wird durch eine Reservestromversorgung bereitgestellt.
Der Strom der Reservestromversorgung bleibt jedoch dadurch erhalten,
daß die
Anzeige nur als Reaktion auf ein von einem Bediener aktiviertes
Anzeigeanforderungssignal betätigt
wird.
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Eine beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfaßt
einen an eine Stromanlage einer Einrichtung angekoppelten elektronischen Verbrauchszähler. Der
elektronische Verbrauchszähler
enthält
eine Quelle von Energieverbrauchsinformationen, eine Anzeige, eine
Stromversorgung zum Umwandeln von elektrischem Wechselstrom von
einer externen Stromquelle in Vorstrom und einen Prozessor. Der
Prozessor ist an die Quelle von Energieverbrauchsinformationen angekoppelt,
um von dieser Energieverbrauchsinformationen zu empfangen. Der Prozessor
erzeugt Zählerstandsinformationen zumindest
teilweise auf Grundlage der Energieverbrauchsinformationen und stellt
Zählerstandsinformationen
für die
Anzeige bereit. Der Prozessor dient weiterhin zur Feststellung,
ob die Stromversorgung keinen elektrischen Strom von der externen
Stromquelle. empfängt
oder, anders gesagt, ob eine Stromunterbrechung stattfindet. Der
Prozessor dient weiterhin zur Erkennung eines von einem Bediener aktivierten
Anzeigeanforderungssignals, wenn die Stromversorgung keinen elektrischen
Wechselstrom von der externen Stromquelle empfängt, und zum Bewirken einer
Anzeige von Zählerstandsinformationen
als Reaktion darauf.
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Der Zähler gemäß der vorliegenden Erfindung
ermöglicht
daher das Bewirken einer Anzeige von Zählerstandsinformationen während eines
elektrischen Wechselstrombetriebs, bei dem keine großen Strommengen
verbraucht werden. Infolgedessen kann die Anzeige während der
elektrischen Wechselstromunterbrechung entsprechend durch eine Batterie
bestromt werden. Da die Anzeige nur als Reaktion auf eine von einem
Bediener erzeugte Anforderung während
der Stromunterbrechung betätigt
wird, bleibt der Batteriestrom erhalten.
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Die oben besprochenen Merkmale und
Vorteile sowie andere können
vom Durchschnittsfachmann leicht anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung
und der beiliegenden Zeichnungen festgestellt werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Blockschaltbild eines beispielhaften elektronischen Verbrauchszählers gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
ein Schaltschema einer beispielhaften Ausführungsform einer Stromausfallerkennungsschaltung
zur Verwendung in einem Zähler
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 zeigt
ein Schaltschema einer beispielhaften Reservestromversorgungsschaltung
zur Verwendung im Zähler
der 1;
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4 zeigt
ein Flußdiagramm
einer beispielhaften Menge von Operationen des Prozessors des Zählers der 1.
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Ausführliche
Beschreibung
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1 zeigt
ein Blockschaltbild eines beispielhaften elektronischen Verbrauchszählers 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie weiter unten ausführlicher
besprochen, enthält
der elektronische Verbrauchszähler
eine. Anordnung zur Bereitstellung von Strom für eine Anzeige während der
Unterbrechung von elektrischem Wechselstrom zum Zähler 10.
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Im allgemeinen enthält der Zähler 10 einen Sensorteil
bzw. eine Sensorschaltung 12 und einen Meßteil bzw.
eine Meßschaltung 14.
Die Sensorschaltung 12 ist funktionsmäßig mit mehreren Stromleitungen
des Versorgungsunternehmens einschließlich einer A-Phasen-Stromleitung ϕA,
einer B-Phasen-Stromleitung ϕB, einer C-Phasen-Stromleitung ϕC
und einer Neutralleitung N gekoppelt. Die mehreren Stromleitungen ϕA, ϕB, ϕC
und N des Versorgungsunternehmens sind mit einem nicht gezeigten Elektrizitätsversorgungsunternehmen
verbunden und stellen Strom von dem Versorgungsunternehmen an eine
nicht gezeigte Last bereit, für
die der Stromverbrauch vom Zähler 10 gemessen
wird. Die Last kann geeigneterweise die elektrische Anlage einer
Wohn einrichtung, einer Industrieeinrichtung, einer Handelseinrichtung
oder dergleichen sein.
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Es ist zu beachten, daß die hier
beschriebene beispielhafte Ausführungsform
in einer Drehstromkonfiguration installiert ist, die aus drei Phasen der
Stromleitungen ϕA, ϕB und ϕC besteht.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch in keiner Weise auf die Verwendung
bei irgendeiner bestimmten Stromkonfiguration begrenzt, und der
Durchschnittsfachmann kann den Zähler 10 leicht
für die
Verwendung bei einphasigen oder sonstigen Stromkonfigurationen abändern.
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Wiederum auf die beispielhafte Ausführungsform
der 1 Bezug nehmend
enthält
die Sensorschaltung 12 Schaltungen zum Erzeugen von Signalen,
die den für
die Last an den Stromleitungen ϕA, ϕB, ϕC
und N bereitgestellten Strom anzeigen. Zu diesem Zweck kann die
Sensorschaltung 12 eine Vielzahl von Strommeßvorrichtungen
wie beispielsweise Stromwandler, Strommeßwiderstände, eingebettete Spulen oder
dergleichen enthalten, die Ausgangsmeßsignale IA, IB und IC bereitstellen,
die für die
Stromwellenform auf jeder der Leitungen ϕA, ϕB und ϕC
repräsentativ
sind. Auf gleiche Weise kann die Sensorschaltung 12 weiterhin
eine Vielzahl von Spannungsmeßvorrichtungen
wie beispielsweise Spannungsteilerschaltungen enthalten, die Ausgangsmeßsignale
VA, VB und VC bereitstellen, die für die Spannungswellenform auf
jeder der Leitungen ϕA, ϕB und ϕC repräsentativ
sind.
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Die Meßschaltung 14 ist
im allgemeinen eine Schaltung zum Empfangen der für den Strom
auf den Stromleitungen ϕA, ϕB und ϕ C
repräsentativen
Signale und zum Erzeugen von Zählerstandsinformationen.
Die Zählerstandsinformationen
sind Informationen, die unter anderem die von der Last verbrauchte Strom-
oder Energiemenge verfolgen. Bei der hier beschriebenen beispielhaften
Ausführungsform
enthält
die Meßschaltung 14 eine Energieverbrauchsschaltung 16,
einen Prozessor 18, einen nichtflüchtigen Speicher 20 und
eine Anzeigevorrichtung 22. Weiterhin enthält die Meßschaltung 14 Schaltungen zur
Bereitstellung von Vorstrom für
die oben beschriebenen Bauteile einschließlich einer Stromversorgung 24,
einer Stromausfallerkennungsschaltung 26, einer ersten
Reservestromversorgung 28 und einer zweiten Reservestromversorgung 30.
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Die Energieverbrauchsschaltung
16 ist
eine Vorrichtung zum Empfangen der analogen Meßsignale von der Sensorschaltung
14 und
zum Bereitstellen von rohen Energieverbrauchsdaten und vorzugsweise
anderen Daten daraus. Die hierin benutzte Bezeichnung "Energieverbrauchsdaten" bedeutet Daten,
die Informationen betreffs der die Leitungen ϕA, ϕB
und ϕC durchfließenden
Energie enthalten und beispielsweise aus digitalen Worten bestehen
können,
die Werte von Watt, VA, VAr,. Wattstunden, VA-Stunden, VAr-Stunden
oder sogar Teilwerte wie beispielsweise Veff, Ieff oder Leistungsfaktorinformationen
darstellen. Diese Schaltungen können
in eine einzige integrierte Schaltungsbaugruppe integriert sein.
Ein Beispiel für
eine derartige Schaltung ist die in dem von Siemens Power Transmission & Distribution,
LLC. in Lafayette IN erhältlichen
Zähler-Modell S-4
vorgefundene Power Measurement Integrated Circuit (Integrierte Strommeßschaltung).
Andere Beispiele derartiger Schaltungen umfassen die digitale Multiplikations-
und DSP-Schaltung
20 des
an Hammond erteilten US-Patents Nr.
4,884,021 ,
den Digitalsignalprozessor
14 des US-Patents Nr.
5,059,896 , die
Eingangs-Zentraleinheit
44 des an Briese et al. erteilten
US-Patents Nr.
5,471,137 und den A/D und DSP
14 des
an Hemminger et al. erteilten US-Patents Nr.
5,544,089 ,
die alle hierin durch Bezugnahme aufgenommen werden.
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Der Prozessor 18 ist vorzugsweise
ein Mikroprozessor oder eine Mikrosteuerung, der/die eine Zentraleinheit (CPU – central
processing unit) 32, einen Festwertspeicher (ROM – read only
memory) 34, einen Direktzugriffsspeicher (RAM – random
access memory) 36 und eine Eingangs/Ausgangs-(I/O – input/output)
Vorrichtung 39 umfaßt.
In der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsform enthält der Prozessor 18 ein
Anzeigeregister 38, einen Anzeigetreiber 40, eine
erste Vorspannungsverbindung 42 und eine zweite Vorspannungsverbindung 44.
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Der Prozessor 18 ist auf
eine in der Technik wohlbekannte Weise zum Erlangen von Energieverbrauchsdaten
und Erzeugen von Zählerstandsinformationen
aus diesen konfiguriert. Zu diesem Zweck steuert die CPU 32,
die vorzugsweise ein im ROM 34 gespeichertes Programm ausführt, die
Funktionsweise der verschiedenen Vorrichtungen des Prozessors 18.
Insbesondere empfängt
die CPU 32 Energieverbrauchsdaten von der Energieverbrauchsschaltung 16 über die
I/O-Vorrichtung 39. Die CPU 32 benutzt dann den/die
in und außerhalb
der CPU 32 befindlichen RAM 36 und/oder Register
zum Speichern verschiedener Werte einschließlich von Zwischenberechnungen,
um Vorgänge
auszuführen,
die die Zählerstandsinformationen
erzeugen. Die Zählerstandsinformationen
können
beispielsweise angesammelte Energieverbrauchsinformationen sowie
mit Höchstverbrauchszählung und
Benutzungszeitzählung
verbundene Größen enthalten.
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Das Anzeigeregister 38 ist
eine Vorrichtung zum Speichern von auf der Anzeige 22 anzuzeigenden
Zählerstandsinformationen.
Der Anzeigetreiber 40 ist eine Vorrichtung zum Umwandeln
der im Anzeigeregister 38 gespeicherten Zählerstandsinformationen
in ein für
die Anzeige 22 geeignetes Format.
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Beispiele für Prozessoren, die Energieverbrauchsinformationen
erhalten und weitere Operationen an diesen Daten durchführen, um
Zählerstandsanzeigeinformationen zu
erzeugen und auch andere Funktionen durchzuführen, sind in den oben besprochenen
US-Patenten Nr.
4,884,021 ,
5,059,896 ,
5,471,137 und
5,544,089 beschrieben.
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Die erste Vorspannungsverbindung 42 ist eine
Stiftverbindung zum Prozessor 18, die über eine erste und eine zweite
Schutzdiode 46 bzw. 48 an die Stromversorgung 24 angekoppelt
ist. Die erste Vorspannungsverbindung 42 ist funktionsmäßig zur
Bereitstellung des von der Stromversorgung 24. erzeugten
Vorstroms für
eine Mehrzahl von Vorrichtungen im Prozessor 18 verbunden,
einschließlich
der CPU 32, des RAM 36, des Anzeigeregisters 38 und
des Anzeigetreibers 40, aber nicht auf diese beschränkt.
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Die zweite Vorspannungsverbindung 44 ist funktionsmäßig mit
der ersten Reservestromversorgung 28 verbunden. Die zweite
Vorspannungsverbindung 94 ist weiterhin funktionsmäßig zur
Bereitstellung von Vorstrom aus der ersten Reservestromversorgung 28 für mindestens
das Anzeigeregister 38 und den Anzeigetreiber 90 verbunden.
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In der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsform
ist die Anzeige 22 auch funktionsmäßig zum Empfangen von Strom
entweder aus der Stromversorgung 24 oder der ersten Reservestromversorgung 28 über den
Prozessor 18 und die erste oder die zweite Vorspannungsverbindung 42 bzw. 44 verbunden.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist
der Prozessor 18 funktionsmäßig durch geeignete Programmierung
und/oder physische Konfiguration dafür konfiguriert, festzustellen,
ob die Stromversorgung 24 keinen elektrischen Strom von
der externen Stromquelle empfängt.
Zu diesem Zweck ist die I/O-Vorrichtung 39 zum Empfangen
eines Stromausfallsignals von der Stromausfallerkennungsschaltung 26 gekoppelt.
Die CPU 32 kann auf Grundlage des Stromausfallsignals feststellen,
ob die Stromversorgung 24 keinen elektrischen Strom von
der externen Stromquelle empfängt.
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Als Reaktion auf eine Feststellung,
daß die Stromversorgung 24 keinen
elektrischen Strom empfängt,
kann die CPU 32 in eine stromsparende Betriebsart eintreten,
in der der Stromverbrauch durch die Meßschaltung 24 im allgemeinen
begrenzt ist. Zu diesem Zweck kann die CPU 32 unter anderem
bewirken, daß die
Anzeige 22 außer
unter den weiter unten angegebenen Bedingungen keine Zählerstandsinformationen
anzeigt. Durch Sperren der Anzeige 22 wird der Stromverbrauch
durch die Meßschaltung 19 verringert.
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Der Prozessor 18 kann weiterhin
ein von einem Bediener aktiviertes Anzeigeanforderungssignal erkennen,
wenn die Stromversorgung keinen elektrischen Wechselstrom von der
externen Stromquelle empfängt.
Zu diesem Zweck sind der Prozessor 18 und insbesondere
die I/O-Vorrichtung 39 funktionsmäßig mit
einem Druckknopfschalter 50 verbunden. Wenn dieser durch
einen Bediener gedrückt
wird, bewirkt der Druckknopf 50 die Erzeugung des vom Bediener
aktivierten Anzeigeanforderungssignals.
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Der Prozessor 18 kann weiterhin
eine Anzeige von Zählerstandsinformationen
als Reaktion auf die Erkennung des Anzeigeanforderungssignals bewirken,
wenn die Stromversorgung keinen elektrischen Wechselstrom von der
externen Stromquelle empfängt.
Vorzugsweise kann der Prozessor 18 unter diesen Umständen die
Anzeige der Zählerstandsinformationen
für eine
begrenzte Zeitdauer bewirken. Auf diese Weise ermöglicht der
Prozessor 18 die Anzeige von Zählerstandsinformationen während einer Wechselstromunterbrechung,
ohne eine große
Menge an Strom zu verbrauchen. Insbesondere muß die Anzeige 22 nur
dann funktionieren (und damit Strom verbrauchen), wenn ein vom Bediener
erzeugtes Anzeigeanforderungssignal vorliegt, und dann nur für eine begrenzte
Zeitdauer.
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Es ist zu bemerken, daß die Benutzung
des Druckknopfes 50 nur als Beispiel gegeben wird. Zur Erzeugung
eines Anzeigeanforderungssignals können andere vom Bediener aktivierte
Mechanismen, wie beispielsweise ein Zungenschalter oder ein Kartenleser,
benutzt werden.
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Auf alle Fälle ist die Stromversorgung 24 eine
Schaltung zum Umwandeln von elektrischem Wechselstrom, der von einer
externen Stromquelle empfangen wird, die in der beispielhaften Ausführungsform
die C-Phasen-Stromleitung ϕC
ist, in eine Vorspannung, vorzugsweise eine Gleichstrom-Vorspannung.
Insbesondere kann die Stromversorgung geeigneterweise ein Wechselrichter-Schaltnetzteil sein,
das die an seinem Eingang 24a empfangene Stromleitungs-Wechselspannung
in eine oder mehrere an seinem Ausgang. 24b bereitgestellte
Gleichstrom-Vorspannungen umwandelt. Der Stromversorgungseingang 24a ist
an die C-Phasen-Stromleitung ϕC und die Neutralleitung
N angekoppelt, und der Stromversorgungsausgang 24b ist über eine
erste und eine zweite Schutzdiode 46 bzw. 48 an
die erste Vorspannungsverbindung 42 des Prozessors 18 angekoppelt.
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Zwischen den Ausgang der ersten Schutzdiode 46 und
Erde ist ein Speicherkondensator 52 geschaltet. Der Spei-
cherkondensator 52 kann durch die Stromversorgung 24 während des
Normalbetriebs oder, anders gesagt, in Abwesenheit einer Wechselstromunterbrechung
erzeugte Energie speichern. Der Speicherkondensator kann weiterhin
die gespeicherte Energie zur kurzfristigen Bereitstellung von Strom
für die
Meßschaltung 14 bei
einer Unterbrechung des elektrischen Wechselstroms benutzen. Dadurch
ermöglicht
der Speicherkondensator 52 einen kurzfristigen hohen Stromverbrauch
unmittelbar nach einer Unterbrechung des elektrischen Wechselstroms.
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Die zweite Reservestromversorgung 30 ist am
Ausgang der zweiten Schutzdiode 48 angeschlossen. Bei der
hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsform enthält die zweite
Reservestromversorgung 30 eine oder mehrere Batterien.
Die Batterien der Stromversorgung 30 sind durch eine Diode 54 mit
dem Ausgang der zweiten Schutzdiode 48 verbunden. Die zweite
Reservestromversorgung 30 kann während einer Stromunterbrechung
Vorstrom für
den Prozessor 18 bereitstellen.
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Die Stromausfallerkennungsschaltung 26 ist eine
Vorrichtung, die ein Stromausfallsignal erzeugt, das darstellt,
ob der elektrische Wechselstrom zur Stromversorgung 24 unterbrochen
worden ist. Bei der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsform
ist die Stromausfallerkennungsschaltung 26 mit dem Stromversorgungsausgang 24b und
der I/O-Vorrichtung 39 des Prozessors 18 verbunden. Weitere
Einzelheiten betreffs einer beispielhaften Ausführungsform der Stromausfallerkennungsschaltung 26 werden
unten in Verbindung mit 2 geboten.
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Die erste Reservestromversorgung 28 ist eine
Vorrichtung zur Bereitstellung von Vorstrom für die Anzeige 22,
besonders wenn der Wechselstrom zur Stromversorgung 24 unterbrochen
wurde und der Prozessor 18 ein vom Bediener erzeugtes Anzeigeanforderungssignal
erkannt hat. Die erste Reservestromversorgung 28 ist zu
diesem Zweck an die I/O-Vorrichtung 39 angekoppelt, um
von dieser ein Steuersignal zu empfangen, und weiterhin funktionsmäßig zur
Bereitstellung von Vorstrom für
die zweite Vorspannungsverbindung 44 als Reaktion auf den Empfang
des Steuersignals verbunden. Weitere Einzelheiten hinsichtlich einer
beispielhaften Ausführungsform
der ersten Reservestromversorgung 28 werden unten in Verbindung
mit der 3 angegeben.
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Im Betrieb wird der elektrische Wechselstrom
vom Elektrizitätsversorgungsunternehmen über die
Stromleitungen ϕA, ϕB, ϕC und N der Last zugeführt. Im
allgemeinen wird elektrischer Wechselstrom großen Industrie- und Handelseinrichtungen oft
dreiphasig zugeführt.
Auf alle Fälle
wird der der Last zugeführte
Strom durch die Sensorschaltung 12 erkannt, die für diesen
Stromfluß repräsentative Meßsignale
erzeugt. Die 5ensorschaltung 12 stellt die Meßsignale
für die
Energieverbrauchsschaltung 16 bereit. Insbesondere erzeugt
die Sensorschaltung 12 die drei Spannungsmeßsignale
VA, VB und VC und die drei Strommeßsignale IA, IB und IC. Jedes der
drei Spannungsmeßsignale
ist ein Analogsignal, das für
die Spannungswellenform auf einer der Stromleitungen repräsentativ
ist. Jedes der drei Strommeßsignale
ist ein Analogsignal, das für
die Stromwellenform auf einer der Stromleitungen repräsentativ
ist.
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Die Energieverbrauchsschaltung 16 erzeugt dann
Energieverbrauchsdaten oder -Informationen auf Grundlage der Meßsignale.
Beispielsweise kann die Energieverbrauchsschaltung 16 Digitalsignale
erzeugen, die Energieverbrauchsinformationen in Bezug auf Watt,
VA, VAR, Wattstunden, VA-Stunden, VAr-Stunden oder Teilsignale dieser
enthalten.
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Zur Bereitstellung von Strom für den Betrieb der
Energieverbrauchsschaltung 16, des Prozessors 18 und
der LCD 22 behandelt die Stromversorgung 24 von
der Stromleitung ϕC empfangenen elektrischen Strom in Vorstrom
in der Form einer Gleichspannung um.
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Bei der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsform
erzeugt die Stromversorgung 24 eine geregelte Ausgangsspannung
von ca. 5,7 Volt Gleichstrom an ihrem Ausgang 24b. Die
geregelte Ausgangsspannung durchläuft die Trenndiode 96, um
den Kondensator 52 auf ca. 5,0 Volt Gleichstrom aufzuladen.
Danach durchläuft
die geregelte Ausgangsspannung die Trenndiode 48, um eine 4,3-Volt-Vorspannung
an der ersten Vorspannungsverbindung 42 des Prozessors 18 bereitzustellen. Die
Vorspannung für
die Energieverbrauchsschaltung 16 und den nichtflüchtigen
Speicher 20 wird zwischen der ersten und der zweiten Trenndiode 46 bzw. 48 abgezapft.
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Die Stromausfallerkennungsschaltung 26. empfängt ebenfalls
die Vorspannung vom Ausgang 24b und stellt ein die Gegenwart
von elektrischem Wechselstrom an der Stromversorgung 24 anzeigendes
Stromausfallerkennungssignal für
den Prozessor 18 bereit. Anders gesagt liefert die Stromausfallerkennungsschaltung 26 bei
Abwesenheit einer elektrischen Wechselstromunterbrechung Informationen an
den Prozessor 18, die dem Prozessor anzeigen, daß die Stromversorgung 24 eine
gute Vorspannung erzeugt. Ein solches Stromsignal könnte ein
Signal mit einem logischen Hochpegel oder ein Signal mit einem logischen
Tiefpegel sein. Weitere Einzelheiten hinsichtlich der Funktionsweise
einer beispielhaften Stromausfallerkennungsschaltung 26 werden
unten in Verbindung mit 2 geboten.
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Wiederum auf die Energiemeßoperation
Bezug nehmend liefert die Energieverbrauchsschaltung 16 die
Energieverbrauchsinformationen über
die I/O-Vorrichtung 39 an den Prozessor 18. Der
Prozessor 18 führt
dann unter Verwendung der Energieverbrauchsinformationen eine Anzahl
von Funktionen durch, um Zählerstandsinformationen
zu erzeugen.
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Zählerstandsinformationen
können
angesammelte Energieverbrauchsinformationen in standardisierten
Einheiten, Benutzungszeitzählung, Höchstverbrauchs-zählung und
andere normalerweise in elektronischen Zählern erzeugte Informationen umfassen.
Beispielsweise sammeln der Prozessor 18 und insbesondere
die CPU 32 Energieverbrauch in Standardeinheiten für eine oder
mehrere Wattstunden, VA-Stunden und VAR-Stunden an. Die Zählerstandsinformationen
werden vor Ort im RAM 36 oder als Alternative in internen
Registern der CPU 32 gespeichert.
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Die CPU 32 bewirkt auch
die Anzeige von mindestens einigen der erzeugten Zählerstandsinformationen.
Beispielsweise kann die CPU 32 die Anzeige des angesammelten
Energieverbrauchs in Standardeinheiten bewirken. Die CPU 32 stellt
dafür einen
ausgewählten
Wert der Zählerstandsinformationen,
wie beispielsweise angesammelte Energieverbrauchsinformationen,
für das
Anzeigeregister 38 bereit. Der ausgewählte Wert der Zählerinformationen wird
dann über
den Anzeigetreiber 40 der Anzeige 22 zugeführt.
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Die CPU 32 kann zweckdienlicherweise
die Anzeige einer. Vielzahl von Werten der Zählerstandsinformationen in
Reihenfolge bewirken. Die Reihenfolge kann vom Benutzer nach dem
Stand der Technik in den Zähler 10 vorprogrammiert
sein. Die CPU 32 kann zweckdienlicherweise eine Kopie aller
Zählerstandsinformationen
speichern.
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Bei einer Wechselstromunterbrechung
zur Stromversorgung 24 oder, anders gesagt, wenn auf der
Stromleitung ϕC ein Stromausfall stattfindet, dann beginnt
der Spannungspegel am Ausgang 24b der Stromversorgung 24 abzufallen.
Als Reaktion auf den Abfall des Spannungspegels am Ausgang 24b liefert
die Stromausfallerkennungsschaltung 26 ein Stromausfallsignal
zur I/O-Vorrichtung 39 des Prozessors 18, das
die Unterbrechung des elektrischen Wechselstroms anzeigt.
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Mit Abfallen der Vorspannung am Ausgang 24b unter
die Spannung am Kondensator 52 beginnt der Kondensator 52,
sich zu entladen, und stellt dadurch zeitweilig Vorstrom für sowohl
den Prozessor 18 als auch die Energieverbrauchsschaltung 16 bereit.
Zu etwa derselben Zeit empfängt
die CPU 32 das Stromausfallsignal von der I/O-Vorrichtung 39 und tritt
als Reaktion darauf in eine energiesparende Betriebsart ein. Vor
Eintreten in die energiesparende Betriebsart bewirkt die CPU 32 das
Einschreiben von kritischen Daten in ihren Registern und/oder im
RAM 36 in den nichtflüchtigen
Speicher 20, der geeigneterweise ein EEPROM sein kann.
Da der Vorstrom zum nichtflüchtigen
Speicher 20 zwischen den zwei Trenndioden 46 und 48 abgezapft
wird, empfängt
der nichtflüchtige
Speicher 20 seinen Vorstrom von dem sich entladenden Kondensator 52.
Die "kritischen Daten", die in den nichtflüchtigen
Speicher 20 eingeschrieben werden, können die angesammelten Energieverbrauchsinformationen
und einen Zeitstempel der Stromunterbrechung enthalten.
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Die CPU 32 bewirkt weiterhin
das Abschalten der LCD 22 von der ersten Vorspannungsverbindung 42.
Die LCD 22 empfängt
infolgedessen von keiner der mit der ersten Vorspannungsverbindung 42 verbundenen
Vorrichtungen noch Strom. Auf gleiche Weise trennt die CPU 32 das
Anzeigeregister 38 und den Anzeigetreiber 40 von
der ersten Vorspannungsverbindung.
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Weiterhin wird im einzelnen bemerkt,
daß Anzeigetreiber
enthaltende Mikroprozessoren, wie beispielsweise der von NEC, Santa
Clara, Kalifornien, erhältliche
Prozessor NEC78064, die Bestromung von internen Anzeigeschaltungen
entweder von der Haupt-Vorstromverbindung
(d. h. der ersten Vorspannungsverbindung 42) oder einer
Hilfs-Anzeigevorstromverbindung (d. h. der zweiten Vorspannungsverbindung 44)
erlauben. Weiterhin können diese
Mikroprozessoren Anzeigeschaltungen im Mikroprozessor zur Bereitstellung
des Stroms für
die Anzeige selbst erlauben, die getrennt untergebracht ist. Ein
solcher als Prozessor 18 benutzter Mikroprozessor würde infolgedessen
die Anzeige 22, das Anzeigeregister 38 und den
Anzeigetreiber 40 vom Haupt-Vorstrom trennen, indem er
die Vorstromverbindung zu diesen Schaltungen intern zur zweiten Vorspannungsverbindung 44 umschaltet.
Es ist jedoch zu beachten, daß die
oben besprochenen Vorstrom-Umschaltemöglichkeiten
leicht durch Verwendung diskreter externer Schaltvorrichtungen ausgeführt werden
können,
wenn der Prozessor keine solchen internen Möglichkeiten aufweist.
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Auf alle Fälle beginnt die zweite Reservestromversorgung 30 nach
Entladung des Kondensators 52 auf unter 3,8 Volt, Vorstrom
für den
Prozessor durch die erste Vorspannungsverbindung 42 bereitzustellen.
Die zweite Trenndiode 98 verhindert, daß die Energieverbrauchsschaltung 16 und
der nichtflüchtige
Speicher 20 die zweite Reservestromversorgung 30 belasten.
Zusätzlich
arbeitet der Prozessor 18 nunmehr in der energiesparenden
Betriebsart und verringert dadurch den Stromverbrauch an der zweiten
Reservestromversorgung 30.
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In der energiesparenden Betriebsart
kann der Prozessor 18 zweckdienlicherweise zum Stromsparen
unter Verwendung eines niederratigen Taktes arbeiten. Abschließend wird
die Last an der zweiten Reservestromversorgung 30 weiterhin
verringert, da die Anzeige 22, das Anzeigeregister 38 und
der Anzeigetreiber 40 wie oben besprochen von der ersten
Vorspannungsverbindung 42 abgekoppelt worden sind.
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Während
der stromsparenden Betriebsart führt
der Prozessor 18 minimale organisatorische Funktionen durch
und prüft
ansonsten periodisch auf Gegenwart eines von einem Bediener erzeugten
Anzeigeanforderungssignals. Zu diesem Zweck stellt die CPU 32 fest,
ob die I/O-Vorrichtung 39 zeigt,
daß der
Druckknopf 50 gedrückt
worden ist. Wenn der Druckknopf 50 gedrückt worden ist, bewirkt der
Prozessor 18 die Anzeige der Zählerstandsinformationen auf
der Anzeige 22.
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Zu diesem Zweck bewirkt der Prozessor 18, daß die Anzeige 22 mit
Strom versorgt wird, und weiterhin, daß die Zählerstandsinformationen im
RAM 36 der Anzeige 22 zugeführt werden. Insbesondere bewirkt
die CPU 32 zuerst, daß die
I/O-Vorrichtung 39 ein Steuersignal für die erste Reservestromversorgung 28 bereitstellt.
Das Steuersignal bewirkt, daß die
Reservestromversorgung 28 der zweiten Vorspannungsverbindung 44 eine
Vorspannung zuführt.
Die Vorspannung von der Reservestromversorgung 28 stellt
infolgedessen Vorstrom für
das Anzeigeregister 38, den Anzeigetreiber 40 und
die Anzeige 22 bereit. Die CPU 32 bewirkt dann,
daß die
Zählerstandsinformationen
aus dem RAM 36 in das Anzeigeregister 38 kopiert
und danach auf der Anzeige 22 angezeigt werden.
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Nach einer begrenzten Zeitdauer bewirkt
die CPU 32, daß die
erste Reservestromversorgung 28 aufhört, Vorspannung für die zweite
Vorspannungsverbindung 44 bereitzustellen. Die Vorspannung
zum Anzeigeregister 38, dem Anzeigetreiber 40 und der Anzeige 22 wird
infolgedessen wieder abgetrennt, wodurch Energie gespart wird.
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Die CPU 32 überwacht
dann weiterhin periodisch den Zustand des Druckknopfes 50 auf
weitere Anzeigeanforderungssignale.
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Wenn der elektrische Wechselstrom
wiederhergestellt wird, erzeugt die Stromversorgung 24 wieder
die Gleichstrom-Vorspannung von ca. 5,7 Volt am Ausgang 24b.
Die Gleichstrom-Vorspannung von der Stromversorgung 24 stellt
dann an der ersten Vorspannungsverbindung 42 eine Spannung
bereit, die die Spannung von der zweiten Reservestromversorgung 30 überschreitet.
Die durch die zweite Reservestromversorgung 30 erzeugte
Spannung pflanzt sich infolgedessen nicht durch die Diode 54 fort
und trennt dadurch die zweite Reservestromversorgung 30 effektiv
ab.
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Mit steigender Gleichstrom-Vorspannung
am Ausgang 24b liefert die Stromausfallerkennungsschaltung 26 ein
Stromausfallsignal, das das Vorhandensein von elektrischem Wechselstrom
anzeigt, zur I/O-Vorrichtung 39. Die CPU 32 erhält das das
Vorhandensein von elektrischem Wechselstrom anzeigende Stromausfallsignal
oder, anders gesagt, das Ende der Stromunterbrechung und setzt den
Betrieb wieder wie oben beschrieben auf normalen Zählbetrieb
zurück.
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Weiterhin versorgt die durch die
Stromversorgung 24 erzeugte Vorspannung den nichtflüchtigen
Speicher 20 und die Stromverbrauchsschaltung 16 mit
Strom. Die CPU 32 bewirkt weiterhin, daß das Anzeigeregister 38,
der Anzeigetreiber 40 und die Anzeige 22 wieder
Vorstrom von der ersten Vorspannungsverbindung 42 oder,
anders gesagt, der Stromversorgung 29 erhalten.
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Der Zähler 10 der vorliegenden
Erfindung und die Anordnung zum Anzeigen von Zählerinformationen bei einer
Stromunterbrechung ermöglichen infolgedessen
die Anzeige von Zählerstandsinformationen,
selbst wenn der Wechselstrom zum Zähler unterbrochen worden ist.
Darüber
hinaus wird diese Anzeige ohne übermäßige Belastung
der Reservestromversorgungen erreicht, die typischerweise Energie
aus Batteriezellen gewinnen, indem die Zählerstandsinformationen nur
bei Empfang eines von einem Bediener erzeugten Anzeigeanforderungssignals
und selbst dann nur für
eine begrenzte Zeitdauer angezeigt werden.
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2 zeigt
weitere Einzelheiten einer beispielhaften Ausführungsform der Stromausfallerkennungsschaltung 26 der 1. Im allgemeinen umfaßt die Stromausfallerkennungsschaltung
einen Vergleicher bzw. Operationsverstärker U18B, von dem ein erster
Differentialeingang durch eine Ferritperle L2 mit einem durch einen
Eingangswiderstand R40 und zwei Teilerwiderstände R36 und R38 gebildeten Spannungsteiler
verbunden ist. Ein zweiter Differentialeingang des Operationsverstärkers U18B
ist an einen Bezugsspannungseingang 62 angekoppelt. Der
Ausgang 64 des Operationsverstärkers U18B ist über ein
Paar Rückkopplungswiderstände R38
und R41 mit dem ersten Differentialeingang verbunden. Ein Eingang 60 des
Spannungsteilers ist mit dem Eingangswiderstand R40 verbunden.
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Der Eingang 60 ist vorzugsweise
durch eine Diode oder eine andere, nicht gezeigte Vorrichtung, die
die Spannung am Eingang 60 bei Normalbetrieb auf 5,0 Volt
verringert, an den Ausgang 24b (siehe 1) angekoppelt. Der Bezugsspannungseingang 62 ist
vorzugsweise an eine Quelle von 2,5 Volt angekoppelt, die bei einer
Unterbrechung des elektrischen Wechselstroms zur Stromversorgung 24 der 1 (zumindest zeitweise)
stabil bleiben kann. Beispielsweise kann der Ausgang des Kondensators
52 der 1 geeigneterweise
zur Bereitstellung eines stabilen 2,5-Volt-Bezugspunkts konfiguriert sein.
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Wenn beim Betrieb die Eingangsspannung am
Eingang 60 ca. 5 Volt beträgt, erzeugt der durch die Widerstände R36,
R39 und R40 gebildete Spannungsteiler eine die Bezugsspannung leicht überschreitende
geteilte Spannung. Der Eingangswiderstand R40 kann dafür geeigneterweise
einen Widerstand von 47 kΩ haben,
während
die Teilerwiderstände
R36 und R39 einen Summenwiderstand von 51,7 kΩ aufweisen.
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So überschreitet die Spannung am
ersten Differentialeingang des Operationsverstärkers U18B die 2,5-Volt-Bezugsspannung, die
am zweiten Differentialeingang des Operationsverstärkers U18B
anliegt. Der Operationsverstärker
liefert infolgedessen ca. 5 Volt Hochpegelausgabe an seinem Ausgang 64.
Die Stromausfallerkennungsschaltung 26 der 2 liefert demnach eine Hochpegelspannung, wenn
der elektrische Wechselstrom nicht unterbrochen ist.
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Bei Unterbrechung des elektrischen
Wechselstroms zur Stromversorgung 24 der 1 fällt
die Spannung am Eingang 60. Sobald die Spannung unter einen
gewissen Punkt (ca. 4,7 Volt) abfällt, fällt die durch den Spannungsteiler
am ersten Differentialeingang des Operationsverstärkers U18B
erzeugte Spannung. unter 2,5 Volt ab. Die 2,5-Volt-Bezugsspannung
am zweiten Differentialeingang überschreitet
infolgedessen die Spannung am ersten Differentialeingang des Operationsverstärkers U18B. Die
Spannung am Ausgang 64 fällt entsprechend auf Null oder
eine Tiefpegelspannung ab. Die Stromausfallerkennungsschaltung 26 der 2 stellt daher eine Tiefpegelspannung
bzw. null Volt bereit, wenn der elektrische Wechselstrom zur Stromversorgung 24 der 1 unterbrochen wird.
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Die Rückkopplungswiderstände R38
und R41 bieten etwas Hysterese, so daß der Schwellwert zum Umschalten
des Stromausfallsignals vom Tiefpegel zum Hochpegel etwas höher als
der Schwellwert zum Umschalten des Stromausfallsignals vom Hochpegel
zum Tiefpegel ist. Darüber
hinaus verhindert die Ferritperle L2, daß Störgrößen den Zustand des Stromausfallsignals ändern. Die
Hysterese und die Ferritperle L2 tragen zum Sperren von falschen oder
störenden
Zustandsänderungen
in dem durch die Stromausfallerkennungsschaltung 26 erzeugten Stromausfallsignal
bei. Eine solche Sperrung von störenden
Zustandsänderungen
im Stromausfallsignal ist wichtig, da der Prozessor 18 der 1, wie oben beschrieben,
bedeutende Änderungen
in seiner Betriebsweise auf Grundlage einer erkannten Änderung
des Stromausfallsignals durchführt.
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Es ist zu bemerken, daß die Schaltung
in 2 nur als Beispiel
gegeben ist und daß der Durchschnittsfachmann
leicht andere Realisierungen einer Schaltung, die die Ausgabe der
Stromversorgung 24 der 1 erkennt
und ein den Zustand der Ausgabe anzeigendes Signal bereitstellt,
das dem Vorhandensein bzw. der Abwesenheit elektrischen Wechselstroms
am Eingang 24a der Stromversorgung entspricht, ausarbeiten
kann.
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Weiterhin können noch andere Stromausfallerkennungsschaltungen
Informationen direkt von einer oder mehreren der Wechselstromleitungen
selbst oder von einem der Spannungsmeßsignale von der Sensorschaltung 12 der 1 erlangen. Beispielsweise
würde eine
derartige alternative Stromausfallerkennungsschaltung eine Vorrichtung
enthalten, die eine Impulsausgabe mit einer Impulsbreite bereitstellt,
die für
die Höhe
der Spannung auf den Stromleitungen repräsentativ ist. Derartige Vorrichtungen sind
wohlbekannt und können
einen Vergleicher enthalten. Die Impulsausgabe würde dann das dem Prozessor 18 zugeführte Stromausfallsignal
darstellen. In einem solchen Fall würde der Prozessor 18 eine Funktion
ausführen,
die feststellt, ob die Impulsbreite des Stromausfallerkennungssignals
dem Vorhandensein von elektrischem Wechselstrom oder einer Unterbrechung
des elektrischen Wechselstroms entspricht.
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Auf alle Fälle muß die Stromausfallerkennungsschaltung 26 nur
ein Signal bereitstellen, das eine Unterbrechung des elektrischen
Wechselstroms zum Prozessor 18 anzeigt. Der Durchschnittsfachmann
kann eine derartige Stromausfallerkennungsschaltung leicht so konfigurieren,
daß sie
seinen eigenen Ausführungsbedürfnissen
entspricht.
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3 zeigt
ein Schaltschema einer beispielhaften Ausführungsform der ersten Reservestromversorgung 28 der 1. Diesbezüglich umfaßt die erste
Reservestromversorgung mindestens eine Batterie B1 und einen verlustarmen
Trennschalter U20. Der Schalter U20 kann geeigneterweise ein von
Maxim in Sunnyvale, Kalifornien, erhältlicher IC-Schalter MAX9501
sein. Die Batterie B1 ist durch eine Diode D18 an den Schalteingang 70 des
Schalters U20 angeschlossen. Der Steuereingang 68 des Schalters U20
ist mit der I/O-Vorrichtung 39 des
Prozessors 18 verbunden (siehe 1). Der Vorspannungsausgang 66 des
Schalters U20 ist mit der zweiten Vorspannungsverbindung 44 des
Prozessors 18 verbunden (siehe 1).
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Wenn beim Betrieb der Steuereingang 68 ein Steuersignal
vom Prozessor 18 (1)
empfängt, das
den Betrieb der ersten Reservestromversorgung 28 anfordert,
wie beispielsweise bei Erkennung eines Anzeigeanforderungssignals
während
einer Wechselstromunterbrechung, dann bewirkt der Schalter U20,
daß der
Schalteingang 70 an den Vorspannungsausgang 66 angekoppelt
wird. Infolgedessen wird die Batterie B1 zur Bereitstellung von
Vorstrom für
die zweite Vorspannungsverbindung 44 der 1 angekoppelt.
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Wenn vom Prozessor 18 (1) kein Steuersignal für den Steuereingang 68 bereitgestellt
wird, bewirkt der Schalter U20, daß der Schalteingang 70 von
dem Vorspannungsausgang 66 getrennt wird. Die Batterie
B1 stellt infolgedessen keinen Vorstrom für die zweite Vorspannungsverbindung 44 des
Prozessors 18 bereit (siehe 1).
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4 zeigt
ein Flußdiagramm
eines beispielhaften Satzes von Operationen eines Prozessors wie
beispielsweise des Prozessors 18, die bei einem Zähler nach
der vorliegenden Erfindung benutzt werden können. Insbesondere können die
in 4 gezeigten und unten
beschriebenen Operationen geeigneterweise vom Prozessor 18 der 1 ausgeführt werden, aber auf alle Fälle von
einem Prozessor, der Teil eines beliebigen Zählers ist, der unter anderem
eine Stromversorgung, die elektrischen Wechselstrom von einer externen
Quelle empfängt,
eine Quelle von Energieverbrauchsinformationen und eine Anzeige
enthält.
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Das Flußdiagramm enthält die Operationen des
Prozessors 18 sowohl bei normalen Zähloperationen als auch bei
Operationen bezüglich
einer Anzeige während
eines Stromausfalls. Normale Zähloperationen
des Prozessors 18, wie beispielsweise diejenigen, die auf
die Durchführung
von Zählerstandsberechnungen
bezogen sind, sind sehr verallgemeinert und nur deshalb dargestellt,
um die Operationen bezüglich
einer Anzeige während
eines Stromausfalls in Zusammenhang zu bringen.
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Der Schritt 405 zeigt den
ersten Schritt, der beim ersten Einschalten des Zählers 10 ausgeführt wird.
Das erste Einschalten kann eintreten, wenn der Zähler 10 erstmalig
an die Stromleitungen ϕA, ϕB, ϕC und
N angeschlossen wird. Im Schritt 405 initialisiert die
CPU 32 Programmparameter und führt andere Inbetriebnahmeoperationen
durch. Danach stellt die CPU 32 im Schritt 410 fest,
ob der elektrische Wechselstrom anliegt. Zu diesem Zweck empfängt der
Prozessor 18 das Stromausfallsignal von der Stromausfallerkennungsschaltung 26 durch
die I/O-Vorrichtung 39. Danach stellt die CPU 32 fest,
ob das Stromausfallsignal anzeigt, daß elektrischer Wechselstrom
vorhanden ist.
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Wenn die CPU 32 im Schritt 410 feststellt, daß elektrischer
Wechselstrom anliegt, schreitet die CPU 32 zur Ausführung des
Schritts 415 fort. Im Schritt 415 empfängt die
CPU 32 die Energieverbrauchsdaten durch die I/O-Vorrichtung 39.
Danach erzeugt die CPU 32 im Schritt 420 Zählerstandsinformationen.
Zu diesem Zweck kann die CPU 32 die von der Energieverbrauchsschaltung 16 empfangenen rohen
Energieverbrauchsdaten zur Speicherung und Anzeige in standardisierte
Einheiten umwandeln. Diese Operationen sind wohlbekannt. Auf alle
Fälle kann
die CPU 32 Zählerstandsinformationen
erzeugen, die Wattstunden, VA-Stunden, VAR-Stunden, Effektivspannungs-
und -strominformationen umfassen, aber nicht darauf begrenzt sind.
Die CPU 32 kann natürlich
standardmäßige Zählerstandsgrößen erzeugen, die
nicht unbedingt angezeigt werden.
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Sobald die Zählerstandsinformationen im Schritt 420 erzeugt
worden sind, liefert die CPU 32 im Schritt 425 die
Zählerstandsinformationen
zum RAM 36. Die CPU 32 stellt weiterhin im Schritt 430 mindestens
einige der Zählerstandsinformationen
für das Anzeigeregister 38 bereit.
Danach kehrt die CPU 32 zum Schritt 410 zurück und schreitet
entsprechend fort. Der Fluß der
Schritte 415 bis 430 zeigt die "normalen" Operationen der
CPU 32, wenn elektrischer Wechselstrom anliegt. Es ist
zu beachten, daß die CPU 32 geeigneterweise
während "normaler" Operationen mehrere
andere Funktionen durchführen kann,
die für
die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung keine zentrale Stellung
einnehmen und daher zwecks Klarheit der Darlegung weggelassen sind.
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Wenn jedenfalls die CPU 32 bei
der Ausführung
des Schritts 410 feststellt, daß der elektrische Wechselstrom
unterbrochen worden ist, dann schreitet die CPU 32 zum
Schritt 435 fort. Im Schritt 435 überträgt die CPU 32 gewisse
kritische Daten zum nichtflüchtigen
Speicher 20. Insbesondere müssen gewisse Zählerstandsinformationen über den Stromausfall
hinweg und selbst in dem Fall, daß die Reservestromversorgungen
ausfallen, erhalten bleiben. Diese Informationen enthalten häufig die
angesammelten Wattstunden-Verbrauchsinformationen sowie Zeitstempelinformationen.
Auf alle Fälle überträgt die CPU 32 diese
Informationen aus ihren internen Registern oder aus anderen Registern
oder dem RAM 36 zum nichtflüchtigen
Speicher 20.
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Danach tritt die CPU 32 im
Schritt 440 in die energiesparende Betriebsart ein. In
der energiesparenden Betriebsart wird die Taktrate der CPU 32 verringert,
was in der Technik wohlbekannt ist, und die CPU 32 bewirkt
die Trennung des Anzeigeregisters
38, des Anzeigetreibers 40 und
der Anzeige von dem an der ersten Vorspannungsverbindung 42 empfangenen
Vorstrom.
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Danach setzt die CPU 32 im
Schritt 445 einen Unterbrechungszeitgeber TIMER. Bis Ablauf
des TIMERs führt
die CPU 32 keine anderen Funktionen durch und spart dadurch
Strom. Bei Ablauf TIMERs stellt die CPU 32 im Schritt 450 fest,
ob das durch die I/O-Vorrichtung 39 empfangene
Stromausfallsignal anzeigt, daß der
elektrische Wechselstrom wiederhergestellt worden ist. Wenn nicht,
dann erhöht
die CPU 32 im Schritt 455 einen Taktzähler im
Prozessor 18. Der Taktzähler
verfolgt die Zeit während
der elektrischen Wechselstromunterbrechung. Der Taktzähler kann
geeigneterweise im RAM 36 gespeichert sein.
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Nach Erhöhung des Taktzählers erkennt
die CPU 32 im Schritt 960, ob ein vom Bediener
erzeugtes Anzeigeanforderungssignal wie oben in Verbindung mit 1 besprochen ansteht. Wenn
nicht, dann kehrt die CPU 32 zum Schritt 445 zurück und setzt
den TIMER zurück.
Wenn die CPU 32 jedoch ein vom Bediener erzeugtes Anzeigeanforderungssignal
erkennt, dann schreitet die CPU 32 zum Schritt 465 fort.
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Im Schritt 465 stellt die
CPU 32 zuerst fest, ob ein Anzeigezähler DC auf weniger als drei
steht. Der Zähler
DC verfolgt, wie viele Male ein Anzeigeanforderungssignal während einer
Wechselströmunterbrechung
empfangen worden ist. Wenn die CPU 32 feststellt, daß DC nicht
auf weniger als drei steht, dann kehrt die CPU 32 ohne
Aktivierung der Anzeige zum Schritt 445 zurück. Der Zähler 10 beachtet oder reagiert
demnach nur auf bis zu drei Anzeigeanforderungen während einer
einzelnen Wechselstromunterbrechung.
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Wenn die CPU jedoch im Schritt 465 feststellt,
daß der
DC auf weniger als drei steht, dann schreitet die CPU
32 zum
Schritt 470 fort. Im Schritt 470 setzt die CPU 32 einen
Unterbrechungszeitgeber DISPLAY. Vor Ablauf des Zeitgebers bewirkt
die CPU 32 die Anzeige der Zählerstandsinformationen auf
der Anzeige 22. Dafür
setzt die CPU 32 die Unterbrechung DISPLAY auf eine begrenzte
Zeitdauer, die genügend
Zeit für
die Anzeige der Zählerstandsinformationen
läßt, dabei
aber übermäßigen Stromverbrauch
vermeidet. Beispielsweise kann der Zeitgeber DISPLAY auf 128 Sekunden
gesetzt sein.
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Während
der DISPLAY-Zeitgeber noch nicht abgelaufen ist, bewirkt die CPU 32 die
Bereitstellung von Vorstrom für
die Anzeige 22 sowie das Anzeigeregister 38 und
den Anzeigetreiber 40. Zu diesem Zweck stellt die CPU 32 das
Steuersignal für
die erste Reservestromversorgung 28 durch die I/O-Vorrichtung 39 bereit.
Wie oben besprochen stellt die erste Reservestromversorgung 28 dann
als Reaktion auf das Steuersignal Vorstrom für die zweite Vorspannungsverbindung 44 und
damit die Anzeigeschaltungen bereit. Danach bewirkt die CPU 32 wie
oben in Verbindung mit 1 besprochen
die Anzeige der Zählerstandsinformationen
auf der Anzeige 22.
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Es ist zu beachten, daß, wie oben
in Verbindung mit Schritt 430 besprochen, während des
normalen Betriebs eine erste ausgewählte Menge von Zählerstandsinformationen
angezeigt werden kann, und während
einer Wechselstromunterbrechung, wie oben in Verbindung mit Schritt 470 besprochen,
eine zweite ausgewählte
Menge von Zählerstandsinformationen
angezeigt werden kann. Die erste ausgewählte Menge von Zählerstandsinformationen
kann geeigneterweise dieselbe wie die zweite ausgewählte Menge
von Zählerstandsinformationen
sein oder sich davon unterscheiden. Die Teile der erzeugten Zählerstandsinformationen,
die die erste und die zweite ausgewählte Menge von anzuzeigenden
Zählerstands- Informationen ausmachen,
können
geeigneterweise vom Benutzer programmiert sein.
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Bei Ablauf des DISPLAY-Zeitgebers
bewirkt die CPU 32 im Schritt 475 das Abtrennen
des Vorstroms zur Anzeige 22 sowie dem Anzeigeregister 38 und
dem Anzeigetreiber 40. Zu diesem Zweck hört die CPU 32 auf,
das Steuersignal für
die erste Reservestromversorgung 28 bereitzustellen.
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Danach erhöht die CPU 32 im Schritt 480 DC und
kehrt dann zum Schritt 445 zurück, um den Unterbrechungszeitgeber
TIMER rückzusetzen.
Die CPU 32 bleibt in der Schleife der Schritte 445 bis 480 wie
oben beschrieben, bis der elektrische Wechselstrom wiederhergestellt
ist.
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Wenn demnach die CPU 32 feststellt,
daß der
elektrische Wechselstrom während
der Ausführung
des Schritts 450 wiederhergestellt wurde, dann führt die
CPU 32 den Schritt 485 aus. Im Schritt 485 tritt
die CPU 32 aus der energieparenden Betriebsart aus. Insbesondere
kann die CPU 32 geeigneterweise auf den für die "normalen" Zähloperationen
benutzten höherratigen
Takt umschalten. Zusätzlich
bewirkt die CPU 32 die Wiederverbindung des Anzeigeregisters 38,
des Anzeigetreibers 40 und der Anzeige 22 mit
der ersten Vorspannungsverbindung 42, um von dieser Vorstrom
zu empfangen.
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Danach stellt die CPU 32 im
Schritt 490 die im nichtflüchtigen Speicher 20 gespeicherten
Daten wieder den Registern und anderen Stellen zur Verfügung, in
denen die Daten während "normaler" Operationen des
Zählers 10 gespeichert
werden. Nach dem Schritt 490 setzt die CPU 32 den
Zähler
DC zurück und
kehrt dann zum Schritt 410 zurück. Vom Schritt 410 aus
funktioniert die CPU 32 wie oben beschrieben.
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Es besteht daher eine Vielzahl von
Vorteilen der vorliegenden Erfindung, die aus der Fähigkeit
zur Anzeige von Zählerinformationen
während
einer Wechselstromunterbrechung und anderen hier beschriebenen Merkmalen
entstehen. Es ist zu beachten, daß alternative Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung nicht alle hier beschriebenen Merkmale
enthalten mögen
und trotzdem zumindest aus einigen der Vorteile der Erfindung Nutzen
ziehen. Der Durchschnittsfachmann kann leicht seine eigenen derartigen
Realisierungsformen ausführen,
die ein oder mehrere der Merkmale der vorliegenden Erfindung enthalten
und in deren Rahmen und Erfindungsgedanken fallen.
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Es ist zu bemerken, daß bei einer
alternativen Ausführungsform
eine einzige Reservestromversorgung die Funktionen sowohl der ersten
Reservestromversorgung 28 als auch der zweiten Reservestromversorgung 30 der
oben beschriebenen Ausführungsform
bieten kann. Beispielsweise könnte
die zweite Reservestromversorgung 30, wie sie in 1 konfiguriert ist, als
einzige Reservestromversorgung dienen. Der Prozessor 18 würde dafür nur zum
Verbinden der Anzeige 22 (und des Anzeigeregisters 38 und
des Anzeigetreibers 40) mit der ersten Vorspannungsverbindung 42 bei
Erkennung eines Anzeigeanforderungssignals während einer Stromunterbrechung
abgeändert
werden müssen.
Danach würde
der Prozessor 18, nachdem er die Anzeige der Zählerstandsinformationen
für eine
begrenzte Zeitdauer bewirkt hat, die Anzeige 22 (und die
Anzeigeschaltungen) wieder von der ersten Vorspannungsverbindung
trennen.
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Eine derartige Ausführungsform
könnte
die Materialkosten verringern, indem sie weniger Batteriezellen
erfordert und die Schaltungen der anderen ersten Reservestromversorgung
eliminiert. Die Verwendung von zwei getrennten Reservestromversorgungen
verhindert jedoch, daß Überbenutzung
der Anzeige während
des Stromausfallbetriebs die Stromquelle zum Prozessor entleert,
der möglicherweise
weitere kritische Funktionen während
des Stromausfalls durchführt.
Der Durchschnittsfachmann kann leicht feststellen, welcher Ansatz
seinen Kriterien entspricht.
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Es ist weiterhin zu bemerken, daß die oben beschriebene
Anordnung zur Bereitstellung einer elektronischen Anzeige von Verbrauchsinformationen
während
einer elektrischen Wechselstromunterbrechung leicht in andere Arten
von elektronischen Verbrauchszählern,
einschließlich
von Gasuhren, Wassermessern oder sonstigen Verbrauchszählern, eingebaut
werden kann. Diese Verbrauchszähler würden typischerweise
eine Quelle von Ressourcenverbrauchsdaten oder -informationen und
einen Prozessor zum Erzeugen von Zählerstandsinformationen für die Anzeige
enthalten. Beispielsweise kann eine elektronische Gasuhr eine Quelle
von Gasverbrauchsinformationen und einen Prozessor zum Erzeugen
von Zählerstandsinformationen
auf Grundlage der Gasverbrauchsinformationen enthalten. Der Durchschnittsfachmann
kann leicht eine Anordnung nach der obigen Beschreibung zum Ermöglichen
der Anzeige von Zählerstandsinformationen
während
einer Wechselstromunterbrechung einbauen.