DK200200220U3 - Video fjernaflæsnings- og kommunikationsenhed eller VFKOM - Google Patents

Description

DK 2002 00220 U3

Beskrivelse A Benævnelse

Frembringelsens benævnelse er Video Fjernaflæsnings- og Kommunikationsenhed eller VFKOM.

B Frembringelsens anvendelsesområde VFKOM er en enhed beregnet til anvendelse i eller i forbindelse med private hjem, industrielle miljøer, institutioner, offentlige virksomheder eller i erhvervsvirksomheder generelt. VFKOM anvendes bl.a. til visuelt at aflæse urskiver, roterende eller på anden vis bevægelige indikatorer, digitalt eller analogt visende instrumenter samt andre former for signalgivere, som indikerer en tilstand.

VFKOM består af to dele, læsehovedet samt strømforsyning/kommunikationsdelen, som er indbyrdes forbundne gennem et kabel af valgfri længde.

Læsehovedet er udformet som en transparent plasticskive, som er selvklæbende. Denne plasticskive anbringes på det objekt, som ønskes aflæst og monteres ved at fjerne beskyttelsesstrimler, som præserverer nogle limbaner indtil brugen. Andre fastgørelsesmetoder er mulige.

Efter montagen er det stadig muligt at aflæse objektet, det være sig en el-måler, gas måler eller andre former for indikatorer, gennem den transparente skive.

Skiven er udformet som en focuseringslinse kombineret med et prisme - ikke ulig princippet i visse spejlreflekskameraer - og indeholder såvel en infrarød eller andet Spectrum lyskilde som en aflæsningsenhed i form af en CCD, kombineret med en proprietær mikroprocessor og noget hukommelse (memory), indstøbt eiler indfræset i selve læseenhedens transparente plastickrop.

Synsfeltet for CCD'en er bestemt af plastickroppens optiske egenskaber. Feltet kan under software kontrol opdeles i forskellige felter, hver med forskellige egenskaber. I tilfælde af anvendelse med en el-måler er man f.eks. interesseret i løbende at aflæse den roterende skive i realtid, hvilket kun omfatter en ganske lille område, og ciffertælleværket, som omfatter et større område, kun lejlighedsvis.

Fra læseenheden udgår et kombineret signal- og strømforsyningskabel, som forbinder læsehovedet med strømforsynings/kommunikationsenheden, som er udformet som en netstikprop i henhold til normerne for den lokalitet, hvor enheden anvendes.

Strømforsynings/kommunikationsenheden indeholder en netdreven strømforsyning af switched-mode typen samt et kommunikationsmodem af enten trådløs type (radio) eller et 132,5 kHz EN 50065 CENELEC modem eller tilsvarende, som opfylder lokale bestemmelser. Overføringshastigheden er typisk 1200-9600 kbps.

Strømforsynings/kommunikationsenheden tilsluttes en stikkontakt eller påbygges netstrøms terminaler ved måleren og kommunikerer derfra aflæste resultater til en for beboelsen, kontoret, institutionen eller virksomheden central dataopsamlingsenhed, som er udstyret med en tilsvarende signalerings snitflade.

I tilfældet af aflæsning af en el-måler aflæses to felter: 1) Den roterende skive med det sorte eller røde mærke 2) Tallene på kWh udlæsningen DK 2002 00220 U3 I tilfælde i aflæses kontinuerligt ved refleksion af det infrarøde lys, hidrerende fra den indbyggede lyskilde, fra den roterende skive, hvorved det løbende og øjeblikkelige forbrug angives. Signalet videresendes som en identificerbar puls til strømforsynings/kommunikationsenheden, der igen løbende videresender til den centrale dataenhed.

Tilfælde 2 aflæses kun med længere mellemrum for at verificere ’grundaflæsningen.’ For at begrænse forbruget af kommunikationsbåndbredde anvendes en slow-scan teknik, der aflæser talfeltet over en længere periode som et slow-scan video billede.

Billedet videretransmitteres under scannings processen via strømforsynings/kommunikationsenheden til den centrale dataenhed, som igen via en dataforbindelse videregiver videobilledet til den endelige destinations, som typisk vil være et centralt afregningskontor. På den centrale lokation identificeres oprindelsen og videobilledet underkastes en automatisk OCR scanning, som omdanner det opsamlede video billedetil data, svarende til cifferudlæsningen fra måleren.

Opsamlingen af slow-scan signalerne i en hukommelse med henblik på dannelse af et komplet video billede kan ske i læsehovedet, strømforsynings/kommunikationsenheden, den lokale datacentral eller på afregningskontoret efter hvilken kommunikationsmodel findes mest praktisk til det pågældende formål.

Identifikation sker gennem aflæsning af læsehovedet unikke identifikationskode, såvel I forbindelse med den løbende aflastning af den roterende skive som ved aflæsning af ciffer tælleværket Ofte kan målerens serienummer også aflæses inden for synsfeltet hvis det ønskes.

Ved aflæsning af andre former for målere kan læsehovedets synsfelt under software kontrol fra centralt hold justeres for optimal aflæsning på individuel basis. Justeringen er rent elektronisk og sker efter den mekaniske montage med de tolerancer, som dette uvægerligt vil indebære, og kan udføres manuelt eller automatisk fra centralt hold.

C Teknikken

Der er flere aspekter i teknikken: 1 Mekanisk/optisk, lyskilde

2 Anvendelse af mikroprocessorstyret CCD

3 Kommunikationsformer

Ad C· I

Læsehovedet er udformet som et legeme med særlige mekanisk/optiske egenskaber, udført i en glasklar composite. Størrelsen og proportionerne af legemet afhænger af den flade, man ønsker aflæst samt de optiske egenskaber for det anvendte materiale sammenholdt med CCD'ens lysfølsomme flade. Læsefladen består af et antal diffraktive optiske elementer, hvis antal afgør den effektive opløsning og hvis egenskaber er optimerede for den anvendte lysbølgelængde og dermed udgør en form for filter uden at plasticmassen nødvendigvis skal indeholde farveelementer. Andre former for linser kan finde anvendelse afhængig af forholdene.

I enheden er indbygget en lyskilde i form af en infrarød lys-emitterende diode, som kan tændes og slukkes under software kontrol. Lyskildens egenskaber er optimeret m.h.t. CCD elementets spektrale følsomhed. Læsehovedet fungerer således lige godt såvel i direkte sollys som i mørke.

Ad C-2

Som lyssensitivt element anvendes en CCD (Charge Coupled Device), som også indeholder en mikroprocessor, hukommelse samt nogle kontrolelementer.

DK 2002 00220 U3

Opbygningen muliggør absolut kontrol over scanningsmetoder og -frekvenser hvilket indebærer, at det lyssensitive omride (aperture) under softwarekontrol kan opdeles i zoner, der hver for sig kan tildeles specielle egenskaber efter behov og anvendelse.

Opdelingen har til formål at optimere placering og focusering i forhold til det objekt, som skal overvåges. Når læsehovedet er fysisk placeret, er det via fjernkontrol muligt at optimere indstillingerne således, at optimal billedkvalitet for den pågældende applikation opnås. Optimeringen kan foretages automatisk eller manuelt.

I tilfælde af anvendelse sammen med en el-måler er det vigtigt at kunne aflæse den roterende skive i realtid. Dette sikres ved via software at indstille CCD elementets scanning således, at kun skiven aflæses under normale drift. Den indbyggede mikroprocessor er forprogrammeret med en rudimentær OR (Optical Recognition) funktion, som 'genkender* den mørke del på skiven og fortolker passagen af samme område og udsender en tællepuls. På denne måde minimeres kommunikationsbehovet ved at reducere et videobillede til en enkelt tællepuls. I modsat fald skulle et helt realtids videobillede transmitteres løbende og dermed kræve megen transmissionsbåndbredde.

Hvis enheden anvendes sammen med andre former for målere, kan delområder i aperturet fremhæves, aktiveres eller deaktiveres under softwarekontrol alt efter det specifikke formål. CCD’ens mikroprocessor kan programmeres til at genkende simple former og reagere på genkendelsen relativt til en tabel, som er en delmængde af programmeringen. Programmeringen kan ske under fjernkontrol.

En sådan forprogrammering kan udføres således, at CCD’ens 'intelligens’ udfører den løbende overvågningsfunktion uden at generere nogen kommunikation. Kun indtrufne hændelser, som opfylder præmisserne for en reaktion, vil afføde en sådan i form af en tællepuls eller anden form for indikation af, at hændelsen er indtruffet.

Ad C-3

Den kombinerede kommunikations- og strømforsyningsenhed indeholder kommunikations kredsløbene i form af et digitalt modem.

Modem’et kan være baseret på f.eks. trådløs Bluetooth teknologi eller på EN 50065 line-modem, som anvender husets netinstallationer som antenne eller transmissionsmedium.

Kommunikationen er digital og iagttager en proprietær, men 802.3 lignende kollisionssikker protokol (LBS eller listen-before-send) hvilket indebærer, at et valgfrit antal sender/modtager modems kan anvendes simultant inden for samme transmissionsområde.

I kommunikationsdelen ligger den unikke identifikation af enheden efter samme princip som unikke NIC numre, der tildeles Ethernet kort.

DK 2002 00220 U3 D Det tekniske problem, som skal løses

Fjernaflæsning af forbrug, det være sig elektricitet, vand, gas, varme eller andet, kræver mindst tre kriterier opf/ldt: 1 På målestedet skal være installeret en elektronisk signalgiver 2 Der skal etableres kommunikation til signalgiveren 3 Udstyret skal være typegodkendt for at opfylde lovkrav ad D-1 Kun ganske få målesteder, specielt hos private forbrugere, har installeret elektronisk måleudstyr, som er kostbart og ikke kosteffektivt for en privat husholdning. Skulle alle private have installeret elektroniske målere inden for et overskueligt tidsrum, ville udskrivningen være ødelæggende for forsyningsselskabet eller prohibitiv for kunden, hvis denne skulle betale. Der ville desuden ikke være et tilstrækkeligt antal installatører i landet.

Ad D-2 For at fjernaflæsning skulle have den ønskede effekt i forbindelse med graduering af forbruget, er det nødvendigt med realtids overvågning, hvor forbruget ikke alene kan opgøres som en sum, men også distribueres efter en tidsakse for optimering og individuel taksering af forbruget. Af hensyn til omkostningerne ved kommunikationen er det ønskeligt at nedsætte behovet for transmissionsbåndbrede til et minimum samtidig med, at den fulde funktionalitet opretholdes.

Ad D-3 Typegodkendelse af forbrugs måle udstyr er et lovkrav, som for tiden yderligere specificeres og defineres i henhold til CEN/TC264/WG22 som en inter-EU standard al den stund, at der er tale om debitering af forbrugerne. De eksisterende, installerede målere er alle typegodkendte enten efter nævnte eller andre standarder, som stadigt er gældende, og kan som sådan stadig anvendes lovligt - blot findes ingen mulighed for elektronisk kommunikation med disse målere.

Det må antages, at fysiske indgreb i eksisterende målere med henblik på at aftaste disse elektronisk, kan og vil sætte typegodkendelsen ud af kraft eller i bedste fald give anledning til disput over måleresultaterne

Hvis man betragter den installerede målerpark, er der tale om mange forskellige typer i mange forskellige udformninger, som dels skyldes de forskellige behov (el, vand, gas, varme etc.), dels de forskellige fabrikaters design. Alle har de én parameter til fælles: De er mekaniske og beregnet på optisk aflæsning af en målerkontrollant eller brugeren selv.

Det tekniske problem er således at etablere en optisk realtids aflæsning af alle mulige typer målere uden at skulle gøre indgreb i disse samtidig med, at transmissionsbehovene minimeres af hensyn til omkostningerne. Desuden skal intern forkabling af økonomiske og praktiske begrænses mest muligt, ligesom det er ønskeligt, at forbrugeren selv kan installere enheden uden brug af værktøj og uden specielle forudsætninger.

Forbrugeren skal stadig have mulighed for selv at kunne aflæse måleren, d.v.s. der må intet monteres på måleren, som tager udsynet til skiverne eller tælleværkerne.

Et almindeligt video kamera ville principielt kunne udføre funktionen, men behovet for transmissionskapacitet ville være så enormt, at systemet i praksis ville være ubrugeligt.

E VFKOM løsningen VFKOM består af to enheder, kommunikations- og strømforsyningsdelen samt læsehovedet, som er indbyrdes forbundne med et kabel af valgfri længde. Læsehovedet er udformet som transparent plastic DK 2002 00220 U3 skive, som monteres på måleren ved hjælp af nogle selvklæbende limbaner eller på anden vis efter forholdene.

Plasticskiven er udformet som en optik, der fokuserer læsefeltet - i praksis hele plasticskivens kontaktflade - på den i plasticlegemet indbyggede CCD’s følsomme flade.

CCD’en er intelligent og programmerbar (indeholder en mikroprocessor), og synsfeltet kan under programkontrol opdeles i et valgfrit antal zoner, som hver kan tildeles specielle egenskaber.

Ved daglig overvågning af en manisk måler som f.eks. en el-måler, er det ikke interessant til stadighed at aflæse tælleværket Dette er kun nødvendigt med større intervaller for at afstemme forbruget. Den primære funktion vil være at observere, at målerens skive kører rundt ved at registrere passagen af et rødt eller sort felt på skiven.

I stedet for til stadighed at transmittere et helt video billede af måleren, er CCD'en programmeret til at detektere passagen af nævnte felt I stedet for at transmittere et billede af den fysiske hændelse, som i sig selv er uinteressant 'genkender* CCD’en bevægelsen i et synsfelt som er afgrænset under programkontrol og afgiver et simpelt digitalt signal som tilkendegiver, at feltet er passeret.

Signalet transmitteres til et opsamlingspunkt af strømforsynings/kommunikationsenheden under anvendelse af det foretrukne transmissionsmedium.

Enheden transmitterer således under normale driftsbetingelser kun Δ-værdier, d.v.s. forskellen mellem den sidst kendte og den nuværende tilstand.

I det tilfælde, hvor man som periodisk kontrol ønsker at fjernaflæse et tælleværk i form at et video billede, modtages via strømforsynings/kommunikationsenheden en instruktion, der aktiverer hele eller dele af synsfeltet med henblik på at sende et billede af det valgte synsfelt.

Dette foregår ved at synsfeltet slow-scannes under programkontrol. Hver enkelt scan-linie transmitteres i realtid til en lokal eller fjern opsamlingsenhed, hvor billedet gradvist opbygges indtil scanning sekvensen er tilendebragt. Billedet kan nu læses manuelt af en fjern operatør eller OCR scannes for at oversætte billedindholdet til brugbare data.

Rå denne måde kan et video billede med høj opløsning transmitteres over forbindelser med lav båndbredde. Transmissionshastigheden for strømforsynings/kommunikations enheden er typisk 1200 bps, hvilket er mere end tilstrækkelig båndbredde til den daglige drift samt til slow-scan transmission af billeder.

Læseenheden indeholder én eller flere lyskilder med ønskelige spektrale egenskaber for at aflæsning ikke skal være afhængig af omgivende lys.

Indstilling og kalibrering af læseenheden med hensyntagen til de tolerancer, der kan opstå under den fysiske installation, udføres automatisk af enheden eller det kan udføres manuelt pr. fjernkontrol af en operatør.

Strømforsynings/kommunikations enheden vil typisk anvende en form for trådløs overførsel til det lokale eller fjerne opsamlingspunkt for at minimere forkabling.

Der anvendes en Ethernet-lignende transmissionsprotokol (listen-before-send) som muliggør anvendelse af et principielt ubegrænset antal måleenheder inden for samme transmissions- og dækningsområde.

DK 2002 00220 U3 F Den tekniske virkning

Gennem anvendelse af VFKOM opnår man at kunne elektronisk aftaste eksisterende forbrugsmålere og tilsvarende på en sikker og hensigtsmæssig vis uden at skulle gøre indgreb i disse eksisterende målere og uden at foretage ændringer ved installationen i øvrigt

Anvendelsen er trådløs kommunikation af måledata er en fordel af hensyn til installationens simplicitet, men ingen betingelse for anvendelsen eller kriteriet.

Anvendelsen af en programmerbar, intelligent CCD muliggør et forvalg af VFKOM’s øjeblikkelige funktioner med henblik på optimering af funktionerne i henhold til det øjeblikkelige behov sammenholdt med det faktum, at en minimering af den krævede transmissionsbåndbredde for datatransmission er en ønskelig og nødvendig parameter.

VFKOM er i stand til at aflæse såvel tælleværk som cifre eller bogstaver og/eller detektere bevægelse af mekaniske eller elektroniske indikatorer som udtryk for et forbrug eller en flow. I visse tilfælde kan enheden anvende Optisk Genkendelse eller mønstergenkendelse afhændelser og omsætte disse hændelser til forprogrammerede signaler, som identificerer disse hændelser og deres frekvens.

G Figurfortegnelse

Fig. I Skematisk opbygning af enheden samt kommunikationsopsætning til centralenheden Fig.2 Mekanisk opbygning af version med separat læsehovede.

DK 2002 00220 U3 H Brugsmodelkrav 1 En enhed, som kan anbringes på eller ved en forbrugsmåler eller andet indikerende apparat og derved optisk aftaste hele apparatets visende mekanisme eller ønskede dele heraf ved hjælp af omgivende lys eller en indbygget lyskilde.

2 Apparater udformes således, at de på måleobjektet monterede bestanddele er transparente for ikke at spærre brugerens udsyn til målefelterne eller er udformede således, at den samme virkning opnås.

3 Apparater kan transmittere billeder af målefelterne eller bestanddele heraf under programkontrol under anvendelse af et minimum af transmissionskapacitet gennem anvendelsen af programmerbare scan sekvenser eller forudvalgte sekvenser eller standard sekvenser, som er egnet til formålet.

4 Apparatet er i stand til at aftaste delmængder af objektet med henblik på genkendelse eller detektering af bevægelser eller andet med henblik på at omsætte hændelsen til simple signaler, der tjener til at registrere hændelsen med et minimalt forbrug af transmissionskapacitet. Der kan være tale om reel rapportering af hændelsen eller en angivelse af en Δ-værdi, der kun beskriver forskellen mellem den sidst kendte og den nuværende tilstand for matematisk eller statistisk bearbejdning.

5 Apparatet anvender en form for digital transmission af genererede data til en lokal eller fjern enhed, som opsamler disse data. Transmissionsmediet kan være trådløst i form af radio eller bærebølgetransmission over lysnettet eller som en fortrådet forbindelse.

DK 2002 00220 U3

DK 2002 00220 U3

o TO V > o X V ΙΛ 3 u Diffractional Lens Surface