SISTEMAS Y METODOS. PARA LA MEDICION REMOTA DE SERVICIO PUBLICO Y MONITOREO DE MEDIDOR
Campo de la Invención La presente invención se refiere en general a la lectura de medidor de servicio público automatizado y más específicamente al sistema de lectura de medidor, automatizado, basado en la red (AMR) (por sus siglas en inglés) utilizando tecnología de red sensora inalámbrica. Antecedentes de la Invención Los sistemas de suministro de agua municipales o privados usualmente distribuyen agua de un sitio central a través de una red de suministro a los clientes de agua en una base de costo por unidad de volumen, lo más frecuentemente costo por galón o costo por litro. En estos sistemas, un medidor de agua es típicamente colocado entre un tubo de suministro de agua común y una propiedad del cliente para medir la cantidad de agua que fluye desde el tubo de suministro hacia el cliente. Para facturarle al cliente por el uso del agua, es necesario leer periódicamente el medidor para determinar la cantidad de uso en un periodo fijo de tiempo. Este proceso es denominado en la industria como medición o lectura de medidor. Históricamente, la medición ha sido un proceso de labor intensiva, y debido a los pasos manuales requeridos,
Ref . : 198452
éste está propenso a errores. Han sido realizados algunos me oramientos mediante la utilización de técnicas de lectura de medidor automatizadas (AMR) para capturar y transmitir la información de la lectura del medidor electrónicamente, tal como un técnico con un dispositivo receptor cerca del medidor o a otro sitio remoto. No obstante, estos sistemas automatizados todavía sufren de varios inconvenientes, incluyendo la vida limitada de la batería, intervalo de transmisión limitado, y falta de capacidad de dirección remota, entre otros. Breve Descripción de la Invención En vista de los inconvenientes anteriormente mencionados de los sistemas de lectura de medidores, convencionales, al menos una modalidad de la invención proporciona un sistema de monitoreo de medidor de agua, remoto. El sistema remoto de monitoreo de medidor de agua de acuerdo a esta invención, comprende un cuerpo medidor de agua que acopla una fuente de suministro de agua a un cliente de agua, un sensor de flujo contenido dentro del cuerpo medidor de agua que está configurado para medir una velocidad de flujo bidireccional del agua a través del medidor de agua, un sistema de suministro de agua que incluye al menos una batería, al menos un capacitor, al menos un circuito rectificador, y un generador de energía, en donde el generador de energía es energizado por un flujo de agua a través del
cuerpo medidor de agua, un controlador acoplado comunicativamente al cuerpo medidor de agua y un sistema de suministro de energía, y al menos una antena conectada al controlador . Otra modalidad más de acuerdo a la invención proporciona una red remota inalámbrica en el monitoreo de medidores de agua. La red de monitoreo remota, inalámbrica de medidores de agua de acuerdo a esta modalidad comprende al menos un sistema central de procesamiento de datos, al menos un dispositivo de puente comunicativamente acoplado al menos a un sistema central de procesamiento de datos, y una pluralidad de nodos de red, cada nodo de red está configurado para realizar la comunicación de dos vías con al menos un dispositivo de puente, ya sea directamente o a través de uno o más de otros nodos de red, en donde cada nodo de red comprende un alojamiento de medidor de agua que conecta un cliente de agua con una línea de suministro de agua, un dispositivo de medición de flujo en el alojamiento del medidor de agua, para medir un volumen del agua que fluye a través del medidor, un circuito de suministro de energía que incluye al menos un dispositivo de almacenamiento de energía, al menos un dispositivo capacitivo y un convertidor de energía, en donde el convertidor de energía es energizado por el flujo de agua a través del medidor, y un circuito de comunicación que comprende un controlador tipo malla y una antena, en donde el
circuito de comunicación es acoplado al dispositivo de medición de flujo y el circuito del medidor de flujo de energía, y está adaptado para realizar la comunicación de dos vías . Otra modalidad adicional de acuerdo a la invención, proporciona un circuito para un sistema inalámbrico de monitoreo de medidor de agua. El circuito de acuerdo a esta modalidad comprende un sub-circuito de captación o aprovechamiento de energía mecánica para convertir una energía mecánica de flujo de agua en energía eléctrica, que comprende un par de rotores magnéticamente acoplados impulsados por el flujo del agua, y que tiene una pluralidad de imanes fijados a éstos, que giran alrededor de un grupo de bobinas, con lo cual se induce una corriente en las bobinas, un almacén de energía y un sub-circuito de suministro que comprenden al menos un circuito rectificador eléctricamente acoplado a las bobinas, al menos un capacitor cargado por al menos un circuito rectificador, al menos una batería, y un interruptor para permitir que al menos una batería sea cargada por al menos un capacitor, y para seleccionar al menos un capacitor o al menos una batería para suministrar energía continua al circuito, y para manejar la carga de al menos una batería, un sub-circuito de conteo de flujo de agua que comprende una pluralidad de detectores de cambio de flujo que detectan los cambios de flujo provocados por un imán que gira alrededor de un eje
impulsado por un sensor de flujo de una cámara de flujo de agua, un sub-circuito de comunicación eléctricamente conectado al almacén de energía y un sub-circuito de suministro, y el sub-circuito de conteo de flujo de agua que comprende un transceptor tipo malla y una antena para hacer posible la comunicación de dos vías entre el sistema de monitoreo inalámbrico del medidor de agua y otros sistemas, y un sub- circuito sensor eléctricamente acoplado al almacén de energía y el sub-circuito de suministro, y sub-circuito de comunicación para registrar los datos del sensor y que comprende al menos un dispositivo sensor. éstas y otras modalidades y ventajas de la presente invención se volverán aparentes a partir de la siguiente descripción aparente, tomada en conjunto con las figuras anexas, que ilustran a manera de ejemplo los principios de la invención. Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 es una ilustración de una red de suministro de servicio público de agua, típica, que comienza como un suministro de servicio público de agua y que termina en una pluralidad de consumidores de agua. La Figura 2 es un diagrama de red de un sistema remoto de monitoreo de medidor de agua de acuerdo a diversas modalidades de la invención. La Figura 3 es una ilustración de un pozo u orificio
de medidor de agua que incluye un sistema de monitoreo de medidor de agua, remoto, de acuerdo a diversas modalidades de la invención. La Figura 4 es un diagrama de circuito de bloques de los componentes eléctricos de un sistema de monitoreo de medidor de agua de acuerdo a diversas modalidades de la invención. La Figura 5 es un diagrama de bloques del circuito de conversión de energía para un sistema de monitoreo de medidor de agua, remoto, de acuerdo a diversas modalidades de la invención. La Figura 6 es un diagrama de flujo de un método de conversión de la energía de flujo de agua mecánica en energía eléctrica, en un sistema de monitoreo de medidor de agua, remoto, de acuerdo a diversas modalidades de la invención. Las Figuras 7A y 7B son diferentes vistas de una cabeza de medición de agua que incluye un generador de conversión de energía para un sistema de monitoreo remoto de medidor de agua, de acuerdo a diversas modalidades de la invención. Las Figuras 8A y 8B son diferentes vistas de una cámara de agua y una cabeza de medición de agua, que incluye un sistema de conteo de agua para un sistema de monitoreo de medidor de agua, remoto, de acuerdo a diversas modalidades de la invención.
La Figura 9 es un diagrama de flujo de un método para medir el flujo de agua con un sistema remoto de monitoreo de medidor de agua, de acuerdo a diversas modalidades de la invención. La Figura 10 es un diagrama de bloques que ilustra los diversos módulos lógicos utilizados en el sistema de monitoreo de medidor de agua, remoto, de acuerdo a las diversas modalidades de la invención. Éstas y otras modalidades y ventajas de la presente invención se volverán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada, tomada en conjunto con las figuras anexas, que ilustran a manera de ejemplo los principios de la invención . Descripción Detallada de la Invención La siguiente descripción .está destinada a transferir un entendimiento completo de las modalidades descritas, al proporcionar un número de modalidades específicas y detalles que involucran sistemas y métodos para el monitoreo remoto de medidores de agua. Se debería apreciar, no obstante, que la presente invención no está limitada a estas modalidades y detalles específicos, los cuales son ejemplares únicamente. Se debe entender además que una persona que posee experiencia ordinaria en la técnica, a la luz de los sistemas y métodos conocidos , apreciaría el uso de la invención para sus fines pretendidos y beneficios en cualquier número de modalidades
alternativas, dependiendo del diseño específico y de otras necesidades . Con referencia ahora a la Figura 1, esta figura es una ilustración de una red de suministro de servicio público de agua, típica, que comienza con un suministro de servicio público y que termina en una pluralidad de consumidores de agua. La red 100 comienza con un proveedor 110 de servicios de agua tal como un proveedor de servicios de agua de utilidad o comercial, de agua pública. Como es conocido en la técnica, el proveedor 110 de servicios de agua puede comprender un depósito de agua y diversos elementos de procesamiento de calidad de agua que acondicionan el agua antes de ser entubada hacia los consumidores. Uno o más tubos 115 de suministro de agua fluyen fuera del proveedor 110 de servicio de agua creando una red de suministro de agua. Uno o más tubos 115 de suministro de agua proporcionan el agua a una pluralidad de consumidores 130 de agua. Para facilidad de ilustración, los consumidores 130 de agua son ilustrados como unidades residenciales. No obstante, los consumidores de agua pueden ser negocios, fábricas, sistemas de irrigación, u otras entidades que reciban agua desde el proveedor 110 de servicio de agua. Cada consumidor 130 de agua está conectado al menos a una línea 115 de suministro de agua por un medidor 120 de agua. El medidor de agua proporciona una interconexión física
entre los consumidores 130 y la línea 115 de suministro de agua. El medidor 120 de agua también tiene la cantidad de agua que fluye hacia cada consumidor desde la línea de suministro 115. Estos datos son típicamente utilizados para facturarle al consumidor por su consumo de agua en un periodo especificado de tiempo tal como un mes o trimestre. El medidor 120 de agua incluye un cuadrante, medidor u otra pantalla que cuantifica la cantidad de agua que ha pasado a través del medidor en número de galones o litros. Como se discutió anteriormente, con el fin de facturarle a los clientes por su consumo de agua, el servicio público de agua usualmente envía un lector de medidores para la lectura del número de cada medidor de agua 120. La lectura previa es sustraída de este número y los números correspondientes de litros consumidos son facturados al consumidor. Un medidor de agua convencional usualmente incluye una cámara de agua que tiene una entrada de agua, una salida de agua, y un dispositivo de medición de flujo de agua, tal como un disco giratorio, inclinable u oscilante, u otro medidor de flujo, que acciona el calibrador sobre la superficie superior del medidor. La cámara del medidor es usualmente elaborada de un metal no corrosivo tal como cobre o bronce. También, el tubo que conecta la cámara del medidor usualmente incluye una válvula de apagado manual que puede ser manualmente acoplada para prevenir que el agua fluya desde el
tubo de suministro 115 hacia el consumidor 130 a través del medidor 120, para facilitar la reparación o reemplazo del medidor de agua u otros elementos dentro de las instalaciones del cliente. La Figura 2 es un. diagrama de red de un sistema de monitoreo remoto del medidor de agua, de acuerdo a diversas modalidades de la invención. La red 200 mostrada en la Figura 2 es similar a aquella de la Figura 1, en que un proveedor de servicio de agua 110 es conectado a una pluralidad de consumidores de agua vía un tubo 115 de suministro de agua. No obstante, en la red 200 de la Figura 2, cada consumidor de agua es representado por un nodo 230 de red basado en comunicación inalámbrica. Para propósitos de esta descripción y las reivindicaciones, el nodo de red 230 comprende con el medidor físico de agua, el alojamiento así como el conjunto de circuitos de energía, control y de comunicaciones. El agua entra a cada una de las instalaciones de los clientes de la línea de suministro 115 vía un alojamiento del medidor de agua de cada nodo 230. Cada nodo 230 también comprende una unidad transceptora de red inalámbrica a la medida que es operable para transmitir inalámbricamente la información de la lectura del medidor de agua a un dispositivo de puente 210 el cual, a su vez, pasa la información a uno o más sistemas de computadora del servidor asociados con el proveedor 110 de servicio de agua. En diversas modalidades, esta información
puede ser accesible en una red de área amplia, tal como la Internet, por cualquiera que tenga credenciales de acceso apropiadas con un buscador de red, tal como un buscador de la red de Internet . El dispositivo de puente 210 puede comunicarse con uno o más sistemas de computadora del servidor (no mostrados) vía una línea terrestre, una conexión celular inalámbrica, una conexión inalámbrica 802. llx, WiFi (incluyendo WiFi y WiMAX principales) , conexión de fibra óptica, una conexión por cable, una línea telefónica de cobre de par torcido, una conexión por satélite, otro medio de comunicación conocido o previamente desconocido, o combinaciones de cualesquiera de éstos. El medio de comunicaciones específico entre el dispositivo de puente 210 y una o más computadoras servidoras, no es crítico para las diversas modalidades de la invención. Con referencia continua a la Figura 2, cada nodo 230 actúa como un sensor y un enrutador de datos . Cada nodo puede transmitir una señal directamente al dispositivo de puente 210, o pasar la información a través de uno o más de otros nodos de red 230. Esta característica de la auto-formación, auto-curación de las redes ad hoc es conocida en la técnica y particularmente ventajosa para las diversas modalidades de la invención, debido a que el .ambiente físico de la red 200 puede cambiar debido a la presencia de automóviles, camiones y otras obstrucciones temporales dentro de la red 200, que afectan la
propagación de las señales de frecuencia de radio (RF) entre los nodos o entre un nodo y el dispositivo de puente 210. Se debe apreciar que cada nodo de red 230 puede cargar información hacia el puente 210 así como recibir información y/o instrucciones desde el puente 210. Es decir, un nodo 230 de red puede repetir una señal destinada para el dispositivo del puente 210 o uno que está destinado para otro nodo 230. Las técnicas y algoritmos para optimizar a la medida o filtrar las redes, son bien conocidas en la materia. Las diversas modalidades de la invención no dependen de ningún tipo particular o marca de equipo físico de red de malla o ad hoc . Como se discutirá con detalle más adelante en la presente, en la red 200, cada nodo 230 de red puede cargar información de acuerdo a un horario o programa predeterminado, tal como, por ejemplo, una vez cada hora. También, una señal de carga puede ser enviada a demanda, desde el dispositivo de puente 210 a cada uno de los nodos 230 de red, provocando que éstos realicen una tarea específica o para cargar información al dispositivo de puente 210. Se debe apreciar que esta información puede incluir la información de lectura del medidor de agua actual, así como otra información asociada con el nodo, tal como, por ejemplo, el estado actual, la información de la energía, la información de la temperatura, la información de la presión de agua, la
indicación del contraflujo, y/o cualquier otra información basada en sensores, desde uno o más sensores electrónicos en comunicación con el nodo de red 230, como se discutirá con mayor detalle más adelante en la presente. Con referencia ahora a la Figura 3 , esta figura es una ilustración de un pozo medidor de agua que incluye un sistema de monitoreo de medidor de agua, remota, de acuerdo a diversas modalidades de la invención. En un sistema convencional, un pozo de agua incluye típicamente un medidor de agua, que está comprendido de una cámara de agua y una cabeza de medición de agua que está equipada con un calibrador u otro medidor sobre la parte superior y una válvula de apagado manual que conecta la línea de suministro de agua a las instalaciones del cliente. En el sistema descrito en la Figura 3, la cabeza de medición de agua, convencional, ha sido reemplazada con una cabeza 265 de medición de agua, de acuerdo a las diversas modalidades de la invención. El medidor 250 de agua puede incluir una cámara 260 de agua a través de la cual el flujo de agua pasa desde el suministro de agua 115 hacia el sistema 215 de agua, y una cabeza 265 de medición de agua que se acopla a la cámara 260 de agua. La cabeza de medición 265 puede también incluir un módulo 270 de conteo de agua que tiene un medidor de flujo, un módulo 280 de conversión de energía, y un módulo de control 300. El módulo de control 300 puede también incluir una conexión inalámbrica 315 hacia una
antena 320 acoplada a la tapa 245 del pozo del medidor. En varias modalidades, la cubierta o tapa 245 de pozo del medidor puede comprender una placa metálica con un orificio de lado a lado cerca del centro, que permite que la antena 320 se conecte al alambre 315. La antena 320 puede ser envuelta en resina o en plástico, u otro material, con el fin de prevenir el rompimiento cuando la tapa 245 del pozo medidor es izada o transitada con una bicicleta, automóvil u otro vehículo. El hecho de que la cubierta 245 del pozo del medidor sea un objeto conductor, relativamente masivo, sirve como un plano de tierra ideal para la antena, con lo cual se incrementa el intervalo y el funcionamiento de la red inalámbrica de acuerdo a las diversas modalidades de la invención. Esto es particularmente ventajoso para retroajustar el sistema de acuerdo a las diversas modalidades de la invención, a las redes existentes de suministro de agua. La única modificación requerida a la tapa o cubierta 245 del pozo del medidor es la realización de un orificio de lado a lado y el acoplamiento de la antena 320. En diversas modalidades, una válvula de apagado 116 manual, separada puede ser colocada o dejada en el pozo 240 del medidor para permitir el apagado manual del suministro de agua utilizando técnicas convencionales. Alternativamente, y/o en combinación con éstas, una válvula de apagado electrónicamente controlable puede ser incorporada dentro de
la cámara de agua 260, o el tubo acoplado 215, con lo cual se permite el cierre o apagado remoto del agua, como se discutirá con mayor detalle más adelante. Esta válvula de cierre o apagado electrónicamente controlable puede comprender una válvula cargada por resorte. En varias modalidades, esta válvula puede ser manualmente tensionada en una posición abierta con un interruptor externo o control de válvula. Puede ser utilizado un solenoide para liberar la válvula de cierre con base en un comando remoto recibido por el módulo de control 300 del sistema medidor 250. Esto puede requerir que el proveedor de servicio de agua envíe a un técnico u otra persona hacia las instalaciones del cliente para devolver la válvula de cierre a la posición abierta, pre-tensionada, tal como, por ejemplo, después que la cuenta de servicio de agua del cliente ha sido actualizada. En el medidor 250 de agua, de acuerdo a la Figura 3, el agua que fluye a través de la cámara de agua 260 puede ser contada por el módulo 270 de conteo de agua utilizando un montaje de válvula inclinable u otro dispositivo de medición del volumen de agua que hace pasar un volumen conocido de agua con cada rotación completa, como se discute con mayor detalle en el contexto de las Figuras 8 y 9. Se debe apreciar que las diversas modalidades de la invención no confían en el tipo particular del dispositivo medidor del volumen de agua que es utilizado. Varios de tales dispositivos mecánicos son
conocidos en la técnica. También, en el medidor 250 de agua, la energía mecánica del agua presurizada que pasa a través de la cámara de agua 260, puede ser aprovechada por el módulo 280 de conversión de energía para proporcionar energía eléctrica para todos los componentes del sistema medidor en la cabeza 265 de medición, como se discute con mayor detalle en el contexto de las Figuras 4-6. Con referencia ahora a la Figura 4, esta figura es un diagrama de circuito de bloques de los componentes eléctricos de un sistema de monitoreo remoto del medidor de agua, de acuerdo a las diversas modalidades de la invención. Los componentes eléctricos incluyen un módulo 280 de conversión de energía. El módulo 280 de conversión de energía incluye un convertidor 287 de energía mecánica localizado en la cámara 260 de agua. El convertidor 287 de energía puede incluir un impulsor, un disco inclinable, un montaje de aspa u otro dispositivo de área superficial que gira alrededor de un eje de impulsión al cual es impartido el momento torsor por el flujo del agua. Este eje giratorio puede ser utilizado para energizar componentes en un convertidor de energía y el módulo de suministro 290. El convertidor de energía y el suministro 290 pueden incluir uno o más capacitores, una o más baterías, y el programa de control y/o los interruptores para suministrar la energía del sistema a diversos componentes del
sistema de monitoreo remoto de medidor de agua, de acuerdo a las diversas modalidades de la invención. El convertidor de energía y suministro 290 puede enviar de salida la energía hacia una barra colectiva de energía 295. La barra colectiva de energía 295 puede suministrar la energía al módulo de control 300, así como a uno o más sensores 289-1, 289-2. La barra colectiva de energía 295 puede también suministrar, energía a un solenoide u otro accionador de una válvula de cierre electrónica 325. El módulo de control 300 puede incluir un transmisor y receptor (transceptor) 305, un microprocesador 310 y una o más estructuras de memoria (no mostradas) que almacenan un programa de control ejecutado por el módulo de control 300, así como los datos históricos provenientes del módulo 270 del conteo de agua y los sensores 289-1, 289-2,..., 289-N. Los sensores 289-1, 289-2,..., 289-N pueden comprender sensores de presión de agua, sensores de temperatura, sensores de calidad de agua, u otros sensores. Alternativamente, o en combinación, los sensores 289-1, 289-2,..., 289-N pueden ser incorporados en un módulo sensor simple, tal como un tablero o laboratorio sensor basado en chip que realiza una variedad de pruebas de diagnóstico sobre el agua. La información del sensor puede ser' comunicada periódicamente o en tiempo real al módulo de control 300 vía la barra colectiva de comunicación 335, tal como el receptor/transmisor asincrónico universal (UART por
sus siglas en inglés) , la barra colectiva de interconexión periférica serial (SPI por sus siglas en inglés) , el circuito inter-integrado (I2C) , 1-Wire o USB. También, el módulo de control 300 puede combinar uno o más sensores 289-1, 289-2,..., 289-N periódicamente o a demanda para obtener información correspondiente a las condiciones del agua, la corriente o más allá. El módulo 270 de conteo de agua puede ser eléctricamente acoplado ,,a la barra colectiva de energía 295 y comunicativamente acoplado al módulo de control 300 vía la barra colectiva de datos 335. Con referencia ahora a la Figura 5, esta figura es un diagrama de bloques de un circuito de conversión de energía de un módulo de conversión de energía para un sistema de monitoreo remoto del medidor de agua, de acuerdo a diversas modalidades de la invención. Como se discute brevemente en el contexto de la Figura 4, el circuito de conversión de energía puede incluir un convertidor de energía 287 impulsado por la energía mecánica del flujo de agua. El convertidor de energía 287 puede convertir la energía mecánica del eje giratorio en energía eléctrica, como se discute con mayor detalle en el contexto de las Figuras 6, 7A y 7B. Después de la conversión por el rectificador 288, la energía eléctrica generada por el convertidor de energía 287 puede cargar un capacitor 292 del convertidor de energía y el módulo de almacenamiento 290, el cual puede a su vez cargar una batería 294. Un interruptor 296
puede seleccionar el capacitor 292 o la batería 294 para suministrar la energía de salida, tal como la barra colectiva 295 de suministro de energía, mostrada en la Figura 4. En diversas modalidades, el interruptor 296 puede incluir el programa de decisión para seleccionar el capacitor 292 o la batería 294 con base en un estado actual de uno o ambos dispositivos, o de acuerdo con un esquema predeterminado de manejo de energía almacenado en un dispositivo de memoria del interruptor 296 u otra estructura de memoria externa al interruptor 296. En diversas modalidades, por la colocación del capacitor 292 entre el convertidor de energía 287 y la batería 294, el número de ciclos de carga de la batería 294 puede ser significativamente reducido sobre las técnicas de carga directa, con lo cual se incrementa la vida efectiva del sistema. También, el interruptor 296 puede ayudar a asegurar que la batería 294 sea cargada por el capacitor 292 únicamente después de que la batería 294 ha sido completamente descargada para evitar los problemas de memoria de la batería e incrementar la vida útil de la batería 294. La Figura 6 es un diagrama de flujo de un método para convertir la energía mecánica del flujo de agua en energía eléctrica, en un sistema de monitoreo remoto del medidor de agua, de acuerdo a diversas modalidades de la invención. El método comienza en el bloque 400 y procede hacia el bloque 405 donde el agua que fluye a través de la cámara de
agua del medidor hace girar una turbina, un propulsor, un aspa y montaje de eje, u otro mecanismo que gira con el flujo del agua, o provoca que un montaje de disco inclinable u otro montaje de medición de volumen sea accionado. La energía mecánica creada en el bloque 405, en la forma de la rotación del eje, es utilizado para impulsar un imán de accionamiento, en el bloque 410. En el bloque 415, la rotación del imán de accionamiento crea una densidad de flujo magnético que varía con el tiempo, que acciona un imán de registro, el cual, en diversas modalidades, puede estar localizado por arriba de la porción del montaje del medidor a través del cual está fluyendo el agua. En el bloque 420, la rotación del imán de registro puede accionar el generador, ya sea directamente, tal como vía un eje de impulsión, o indirectamente, a través de un montaje de engrane mecánico. En diversas modalidades, esto puede comprender el giro de un par de rotores magnéticamente acoplados alrededor de un grupo de bobinas como se discute en el contexto de las Figuras 7A y 7B. El flujo magnético que cambia con el tiempo, provocado por la rotación de los rotores magnéticamente acoplados, induce una corriente variante con el tiempo en las bobinas, generando una corriente eléctrica. En el bloque 425, la corriente creada en el bloque 420 es enviada de salida a un circuito de almacenamiento de carga. En diversas modalidades, esto puede comprender la comunicación de la corriente a la entrada de un circuito rectificador que
convierte la corriente alterna (AC) a corriente directa (DC) que puede ser utilizada para crear una carga almacenada en el capacitor. Esta carga almacenada puede ser utilizada para proporcionar energía lineal al sistema de monitoreo de medidor, remoto. Esta carga almacenada puede también ser utilizada para cargar la batería del módulo de conversión de energía . Las Figuras 7A y 7B son vistas diferentes de un medidor de agua, incluyendo un generador de conversión de energía para un sistema de monitoreo remoto de medidor de agua, de acuerdo a las diversas modalidades de la invención. La Figura 7A muestra una vista en corte del sistema 250 medidor de agua, que incluye el convertidor de energía '287. El agua entra a la cámara de agua 260 en la dirección indicada por la flecha 115A. La fuerza de esta agua hace contacto con el convertidor de energía 287, el cual, en este ejemplo, incluye un montaje de disco inclinable. Se debe apreciar que otro dispositivo medidor del volumen de agua puede ser utilizado para medir la velocidad de flujo. En la modalidad ejemplar descrita en la Figura 7A, el movimiento del disco inclinable hace girar un imán de impulsión 281 vía un eje de impulsión 281A en la cámara de agua 260. Además de proporcionar un cambio de flujo magnético detectable por el módulo 270 de conteo de agua, el imán de accionamiento 281 impulsa un imán de registro 282, localizado en la cabeza de
medición 265, vía la conducción magnética. El imán de registro 282 gira alrededor de un miembro 282A, el cual también controla la rotación de los elementos rotores 283 del módulo 280 de conversión de energía. El módulo 280 de conversión de energía, también denominado en la presente como un generador, puede comprender un par de rotores 283 magnéticamente acoplados, que están de cara uno al otro teniendo placas magnéticas 284 fijadas a éstos, la rotación de los cuales es impulsada por un imán de registro, ya sea directamente, o vía un montaje de engrane mecánico. En diversas modalidades, tal como se muestra en el contexto de la Figura 7B, cada rotor 283 puede tener un número de imanes, o placas magnéticas 284 fijadas a éstos. Para fines de ilustración únicamente, son mostrados ocho imanes en la Figura 7B. No obstante, se debe apreciar que pueden ser utilizados más o menos imanes con las diversas modalidades de la invención. También, un disco magnético con uno o más pares de polos magnéticos pueden ser utilizados en vez del rotor 283 mostrado en la Figura 7B, sin apartarse del espíritu o alcance de la invención. De hecho, las diversas modalidades de la invención no están atadas a cualquier diseño de rotor particular. En el ejemplo de las Figura 7A y 7B, los imanes 284 son acoplados uno al otro con los polos Norte-Sur de cara a cada uno de los respectivos rotores superior e inferior 283. Entre los rotores 283 está un grupo de bobinas conductoras
fijas 285. En diversas modalidades, un número de bobinas de vueltas múltiples pueden ser suspendidas entre los rotores magnéticamente acoplados. También, las bobinas 285 pueden ser orientadas de modo que cuando los rotores 283 giran, la dirección del campo magnético pasa a través del eje central de cada bobina, con lo cual se induce una corriente máxima en cada bobina 285. No obstante, se debe apreciar que otras orientaciones pueden ser también utilizadas. Además, el número de bobinas que pueden ser utilizadas no es crítico para las diversas modalidades de la invención. Con referencia continua a la Figura 7?, conforme el flujo del agua impulsa el dispositivo de rotación, éste a su vez hace girar el eje de impulsión 281A. La rotación del eje de impulsión provoca que el imán de impulsión 281 gire, ya sea directamente o bien indirectamente, a través de un montaje de engranes. La rotación del imán de impulsión 281, a su vez, puede provocar que un imán de registro 282 gire vía la conducción magnética. El imán de registro puede girar alrededor de su propio eje 282?. La rotación del eje 282A puede provocar que un par de rotores 283 magnéticamente acoplados giren, con lo cual se induce una corriente en una serie de bobinas 285 suspendidas entre los rotores frontales 283. Esta corriente puede tener una magnitud en general sinusoidal sobre el tiempo, debido al patrón cambiante de la densidad de flujo magnético sobre la rotación de los rotores
283. Las salidas de las bobinas 285 son suministradas a la entrada del módulo 290 de conversión y suministro de energía. Por ejemplo, la salida de las bobinas 285 puede ser rectificada y utilizada para cargar un capacitor, tal como el capacitor 292 en la Figura 5. Con referencia ahora a las Figuras 8A y 8B, estas Figuras son diferentes vistas de una cámara de agua y la cabeza de medición de agua que incluye un sistema de conteo de agua para un sistema de monitoreo remoto de medidor de agua, de acuerdo a las diversas modalidades de la invención. El módulo 270 de conteo de agua está comprendido de un mecanismo de conteo de agua. El mecanismo de conteo de agua está configurado para cuantificar el movimiento de un elemento volumétrico a un volumen especificado de agua. Éste a su vez puede ser utilizado para determinar el consumo de agua a través del medidor. Un ejemplo de tal elemento volumétrico es un sistema basado en disco inclinable, tal como aquel descrito en la Figura 8A. Se debe apreciar que otros medidores de volumen mecánicos pueden ser utilizados sin apartarse del espíritu o alcance de la invención. En el ejemplo de la Figura 8A, el agua que entra a la cámara de agua 260 pasa a través de una cámara 271 de disco. Un disco inclinable 272 se bambolea alrededor de una junta 273 del tipo de bola y cojinete que tiene un eje central 274. El- movimiento del eje central 274 provoca que un eje 281A accione un imán 281. De este modo,
cada rotación del imán 281 puede ser correlacionada matemáticamente al paso de un volumen discreto y conocido de agua. Una pluralidad de detectores de flujo magnético 277?, 277B, 277C, tales como los sensores de efecto Hall u otros sensores, acoplados a la cubierta 278 pueden ser utilizados para "contar" el número de rotaciones del imán de impulsión 281. Utilizando un parámetro de conversión conocido, estas cuentas pueden ser utilizadas para determinar la velocidad de flujo y por lo tanto el consumo de agua. En el sistema ejemplar mostrado en las Figuras 8A-8B son utilizados tres sensores 277A, 277B y 277C. En diversas modalidades, un primer sensor 277A puede ser utilizado para despertar selectivamente un controlador en el módulo de control 300 desde un estado de reposo o de baja energía. Por ejemplo, la CPU del módulo de .control puede ir por omisión a un estado de reposo para reducir el consumo de energía. Cuando el primer sensor 277A detecta un cambio de flujo magnético provocado por la rotación del imán de impulsión 281, éste puede enviar una señal para despertar el procesador del módulo de control vía una espiga de interrupción sobre la CPU, provocando que la CPU se prepare para comenzar el registro del consumo de agua. El segundo sensor 277B puede ser utilizado para contar el número de rotaciones que ocurren del imán. Puede ser almacenado un parámetro de antemano en el controlador o en
otro sitio que correlaciona el número de rotaciones por litro de flujo de agua. De este modo, en diversas modalidades, cada cuenta por el sensor 277B envía una señal al módulo de control . Cada N de estas señales puede provocar que el microprocesador incremente una variable de uso de agua almacenada en la memoria, para reflejar el consumo de agua incrementado . En diversas modalidades, un tercer sensor 277C puede ser incorporado para permitir que el sistema detecte una condición de contraflujo, es decir, el agua que fluye hacia el tubo de suministro desde las instalaciones de un cliente. Esto puede ser indicador de las líneas de plomería incorrectamente conectadas dentro de las instalaciones, un intento para introducir contaminantes dentro del suministro, o incluso un rompimiento en la línea de suministro de agua. Mediante la colocación del tercer sensor 277C dentro de un número predeterminado de radianes con respecto al segundo sensor 277B, tal como, por ejemplo, entre p/4 y p/2, puede ser posible determinar la dirección del flujo de agua a través de la cámara 271. Esto puede ser realizado mediante la comparación de las transiciones de polo Norte-Sur medidas desde el segundo sensor 277B y el tercer sensor 277C para un periodo de tiempo dado. El patrón será diferente en el caso del movimiento inverso del imán, provocando que el módulo de control determine que está ocurriendo el contraflujo. El
módulo de control puede incrementar un contador diferente para registrar el contraflujo. También, el contraflujo en exceso de una cantidad predeterminada puede provocar que una válvula de cierre sea automáticamente comprometida y/o una señal sea enviada al dispositivo de puente, notificando al proveedor de agua de la existencia de la condición de contraflujo. Se debe apreciar que el tipo particular de mecanismo de conteo de agua no es crítico para las diversas modalidades de la invención. Pueden ser utilizados diversos tipos de sensores diferentes en conjunto con los dispositivos mecánicos de control de flujo, tales como un disco inclinable para contar el volumen de agua que fluye a través de la cámara de agua 260, con una meta general de reducir y minimizar la corriente extraída por los sensores. Con referencia ahora a la Figura 9, esta figura es un diagrama de flujo de un método para medir el flujo de agua con un sistema de monitoreo remoto de medidor de agua de acuerdo a las diversas modalidades de la invención. El método comienza en el bloque 500 y procede hacia el bloque 505 donde el agua fluye dentro de la cámara de flujo de agua del medidor de agua. En general, tales flujos son impulsados por una liberación de agua en las instalaciones de un cliente tal como mediante el giro de una llave. En el bloque 510, el agua que fluye en la cámara de flujo de agua debe pasar a través de un disco giratorio,
inclinable u oscilatorio u otro mecanismo de medición de flujo, o el medidor de flujo, provocando que un eje gire de acuerdo con un ciclo del disco. Como se discutió anteriormente en el contexto de la Figura 8A, en un ciclo de inclinación, un volumen conocido de agua ha fluido a través del medidor de agua. En seguida, en el bloque 515, con la rotación del disco inclinable, u otro sensor de flujo provoca que un eje de impulsión gire, lo cual a su vez provoque que un imán de impulsión gire debido al acoplamiento mecánico del sensor de flu o al imán de impulsión. La rotación del imán de impulsión genera un campo magnético cambiante en el tiempo, es decir, un cambio en la densidad de flujo sobre el tiempo. En el bloque 520, un sensor, tal como un sensor de efecto Hall, u otro sensor de cambio de flujo, detecta esta densidad de flujo cambiante provocada por la rotación del imán de impulsión. En diversas modalidades, un material no magnético será utilizado para la cámara de agua, para hacer posible que el cambio de flujo sea detectado a través de la cámara de agua sellada. En el bloque 525, el sensor envía una señal de despertar a un módulo de control para "despertar" y comenzar el registro del flujo de agua. En el bloque 530, otro sensor más cuenta los cambios del polvo magnético provocados por el imán giratorio y envía una señal de cuenta al módulo de control. En el bloque 535, con base en un valor de búsqueda correspondiente a los parámetros
del medidor, el módulo de control calcula una velocidad de flujo con base en el número de ciclos de inclinación. En el bloque 540, una variable de uso de agua es incrementada para cada unidad de flujo, tal como, por ejemplo, para cada litro o galón. Con referencia ahora a la Figura 10, esta Figura es un diagrama de bloques que ilustra los diversos módulos lógicos utilizados en el sistema de monitoreo remoto de medidor de agua, de acuerdo a las diversas modalidades de la invención. El sistema 600 comprende diversos módulos los cuales pueden proporcionar funcionalidad para facilitar inversiones basadas en recompensas sobre una red de comunicaciones . En el ejemplo de la Figura 10, un módulo de control 610, un módulo de comunicación 620, un módulo 630 de flujo de agua, un módulo sensor 640 y un módulo de memoria 650 son mostrados. Se debe apreciar que cada módulo 610, 620, 630, 640 y 650 puede ser configurado como una aplicación de software que ejecuta un hardware de la computadora, un circuito integrado específico de aplicación (ASIC) (por sus siglas en inglés) , una combinación de hardware y software, combinaciones de éstos, y otras configuraciones adecuadas. En los nodos de red de malla, comercialmente disponibles, son disponibles soluciones de paquete simple que incluyen un microprocesador programable y un transceptor de radio basado en uno o más
protocolos de comunicaciones, tales como, pero no limitados a, por ejemplo, el estándar IEEE 802.15.4 para las redes de área personal inalámbricas (WPA s) (por sus siglas en inglés) . Se debe apreciar que uno o más módulos 610, 620, 630, 640 y 650 pueden ser combinados o desintegrados en múltiples módulos adicionales. Además, módulos diferentes a aquellos ejemplares descritos en la Figura 10 pueden ser utilizados con las diversas modalidades de la invención. El módulo de control 610 puede comprender un microprocesador incrustado, DSP, u otro procesador, o incluso un núcleo en tiempo real de un sistema operativo incrustado. El módulo de control 610 puede ser programado con un grupo de instrucciones diseñadas para la aplicación específica del monitoreo remoto del medidor de agua. Por ejemplo, el módulo de control 610 puede ser programado con un grupo de instrucciones que pueden ser recibidos remotamente, así como un grupo de parámetros definidos por el fabricante/integrador, incluyendo un horario del operador, por ejemplo, cargando datos cada hora. El módulo de control puede también incluir un reloj del sistema. El módulo de comunicación 620 puede comprender un radio de dos vías ( transceptor) configurado para comunicarse utilizando uno o más protocolos de comunicaciones inalámbricas . El protocolo de comunicación puede también almacenar algoritmos de selección de red de malla para determinar una vía de red óptima. Este tipo de información es
típicamente programada por el fabricante del transceptor. El módulo de comunicaciones 620 puede permitir la comunicación de dos vías desde el sistema 600 hacia/desde un dispositivo de puente, ya sea directamente, o a través de uno o más de otros de tales sistemas. El módulo de conteo 630 puede recibir las señales de la cuenta desde uno o más sensores o detectores indicadores de un flujo de agua a través de la cámara de flujo de agua. El módulo de conteo- 630 puede convertir estas señales de cuenta, con base en un valor almacenado que correlaciona las señales de la cuenta a un volumen particular de agua, en una velocidad de flujo. Esta velocidad de flujo puede luego ser utilizada para incrementar una corrida total del consumo de agua en una unidad de facturación particular, tal como en litros o galones. El módulo de conteo 630 puede almacenar e incrementar este valor en el módulo de memoria 640 . El módulo de memoria puede consistir de una cantidad relativamente pequeña de mejoría no volátil que es utilizada para almacenar la información del consumo de agua, así como la información proveniente de otros sensores y componentes . El módulo sensor 650 puede recibir información proveniente de uno o más transductores u otros sensores que son capaces de enviar señales eléctricas correspondientes a los fenómenos físicos. El módulo sensor 650 puede incluir una barra colectiva de datos, estándar o no estándar, conectada a
la barra colectiva sensora adaptada para interconectarse con uno o más sensores. Por ejemplo, un sensor de expresión puede detectar la presión del agua ambiental en la cámara de presión y convertir esta información a una señal eléctrica que es recibida por el módulo sensor 650. El módulo sensor 650 puede combinar los sensores para proporcionar información periódicamente. Alternativamente, los sensores pueden enviar la información al módulo sensor 650 periódicamente. El módulo sensor 650 puede almacenar esta información del sensor en el módulo de memoria 640, de modo que ésta puede ser cargada por el módulo de control 610 vía el módulo de comunicaciones 620, de acuerdo con un horario de carga o a demanda. El módulo sensor 650 puede comunicarse con los sensores individuales, tales como los sensores para presión, temperatura, calidad del agua, etc. Alternativamente, el módulo sensor 650 puede comunicarse con un sensor integrado, tal como un laboratorio sobre un chip o laboratorio sobre un tablero, que es capaz de realizar una pluralidad de diferentes pruebas de calidad de agua en tiempo real o casi real. Las diversas modalidades descritas en la presente pueden proporcionar un sistema de monitoreo remoto de medidor de agua que reduce los costos e incrementa la precisión de la lectura del medidor de agua. También, varias modalidades pueden proporcionar acceso a la información del medidor de agua remotamente vía una interconexión basada en la red, tal
como cualquier dispositivo de cómputo que ejecuta un buscador de la red tal como un buscador de la red de Internet. Además, diversas modalidades pueden proporcionar servicios adicionales tales como cierre remoto del agua, mensajería basada en eventos, detección del contraflujo', y monitoreo de la calidad del agua. Por ejemplo, el módulo de control puede ser programado para cargar un mensaje cuando más de una cantidad predeterminada de agua ha fluido a través del medidor, indicando una potencial situación de fuga. Esto puede provocar que sea enviado un mensaje al cliente del agua con base en una información de contacto previamente especificada. Además, el cliente puede ser capaz de acceder a su propia cuenta vía un sistema servidor mantenido por el proveedor de servicio de agua, con el fin de monitorizar remotamente las condiciones de uso de agua pasadas y actuales en las instalaciones del cliente. También, diversas modalidades . pueden aprovechar la energía mecánica proveniente del agua que fluye a través del medidor, para generar energía. Esta generación de energía puede eliminar la necesidad para los sistemas de energía redundantes o la energía en línea. Además, mediante el uso del capacitor como la fuente primaria de energía y el manejo de los ciclos de carga de las baterías del sistema, puede extender la vida del sistema, eliminar la necesidad para el reemplazo de las baterías , y proporcionar energía adicional para otros sensores discutidos en la presente.
Las modalidades en la presente invención no van a estar limitadas en alcance por las modalidades específicas descritas aquí. Por ejemplo, aunque muchas de las modalidades descritas aquí han sido descritas en el contexto de sistemas y métodos para realizar el monitoreo remoto de los medidores de agua, otras modalidades, además de aquellas descritas en la presente, serán aparentes para aquellos de experiencia ordinaria en la técnica a partir de la descripción anterior y de las figuras anexas. De este modo, se pretende que tales modificaciones caigan dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones anexas. Además, aunque algunas de las modalidades de la presente invención han sido descritas en la presente en el contexto de una implementacion particular en un ambiente particular para un fin particular, aquellos de experiencia ordinaria en la técnica reconocerán que su utilidad no está limitada a ésta, y que las modalidades de la presente invención pueden ser benéficamente implementadas en cualquier número de ambientes para cualquier número de propósitos. Muchas modificaciones a las modalidades descritas anteriormente pueden ser realizadas sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. En consecuencia, las reivindicaciones descritas más adelante deben ser consideradas en vista de la actitud completa y el espíritu de las modalidades de las presentes invenciones como se describe en la presente. También, mientras que la descripción anterior
incluye muchos detalles y especificaciones, se debe entender que éstos han sido incluidos para fines de explicación únicamente, y no deben ser interpretados como limitaciones de la presente invención. Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.