TWI437237B - 儀表裝置、量表網路、以及其量表方法 - Google Patents

Description

儀表裝置、量表網路、以及其量表方法

本發明係有關於智慧電網(Smart grid)，且特別有關於適用於智慧電網之儀表裝置、量表網路、以及其量表方法。

智慧電網藉由偵測資源供應者的供應狀況，與一般家庭使用者的資源使用狀況，來調整水電瓦斯等使用資源的消耗量，以此達到節約能源，降低損耗，增強電網可靠性的目的。智慧電網雛型是20世紀產生的，由一些中心發電機向大量使用者傳輸電能的電網的簡單升級。在傳統電網的基礎上，電能的傳輸拓撲網路更加最佳化以滿足更大範圍的各種用電狀況，如在用電量低的時段給電池充電，然後在高峰時反過來給電網提供電能。

智慧電網包括偵測各式使用資源消耗的智能錶以及讀取偵測值的儀表讀取器。目前，智能錶只運用LED感應器或反射式感應器來測量智能錶上表現出的總資源消耗量。因為只使用單獨的一種偵測方式，對於整體量測系統取的偵測值的正確性會產生風險，難免會有露收訊號的狀況。

有鑑於此，本發明提供一種儀表裝置、量表網路、以及其量表方法以解決前述問題。

本發明實施例之儀表(meter)裝置，包括一脈衝光產生器、一旋轉器、一光學感應器以及一磁力感應器。該脈衝光產生器產生和一使用資源數量成正比的脈衝光數量。該光學感應器偵測上述脈衝光數量以產生一第一訊號，並且將上述第一訊號傳送到一儀表讀取器。該旋轉器用於產生和上述使用資源數量成正比的旋轉數量。該磁力感應器偵測上述旋轉數量以產生一第二訊號，並且將上述第二訊號傳送到上述儀表讀取器。

本發明實施例之一種量表(metering)網路，包括一儀表以及一儀表讀取器。該儀表包括一脈衝光產生器、一旋轉器、一光學感應器以及一磁力感應器。該脈衝光產生器產生和一使用資源數量成正比的脈衝光數量。該光學感應器偵測上述脈衝光數量以產生一第一訊號，並且將上述第一訊號傳送到一儀表讀取器。該旋轉器用於產生和上述使用資源數量成正比的旋轉數量。該磁力感應器偵測上述旋轉數量以產生一第二訊號，並且將上述第二訊號傳送到上述儀表讀取器。該儀表讀取器用於跟據上述第一和第二訊號而判斷一讀表值。

本發明實施例之一種量表方法，適用於一儀表裝置，包括：產生和一使用資源數量成正比的脈衝光數量；產生和上述使用資源數量成正比的旋轉數量；偵測上述脈衝光數量以產生一第一訊號；以及偵測上述旋轉數量以產生一第二訊號。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，詳細說明如下。

第1圖係顯示適用本發明實施例之一種智慧網路1的方塊圖，包括讀表系統10、儀表讀取器(meter reader)12、基地台14、和服務網路16。讀表系統10耦接至儀表讀取器12、基地台14、接著至服務網路16。讀表系統10可用於住宅、商業、或工業水電瓦斯等使用資源計量，每一用戶皆可配備獨立的量表監測其所使用的資源數量變化，並且將資源數量的變化值送到儀表讀取器12加以讀取，接著透過分發網路的塔臺14而將讀取值送到服務網路16儲存。服務網路16係可為雲端網路，包括一伺服器160用來保存來自儀表讀取器12的讀取值。智慧網路1之最基礎建設在於網路上的設備由人工在地監測，進化到遙測、遙控，再進化到自動判斷調整控制。其他的智慧網路1發展方向包括網路之故障偵測、判斷、自動測試等等。在一些實施例中，智慧網路1係為一種供電網路，使用超導傳輸線以減少電能的傳輸損耗，還具有整合新能源的能力，如風能，地熱、太陽能等的能力。當電能便宜時，消費者可以開啟某些家用電器，如衣物烘乾機，工廠可以啟動在任何時間段都可以進行的生產過程。在電能需求的高峰期，它可以關閉一些非必要的用電器來降低需求。智慧網路1內的通訊系統可以藉由Z-Wave、Zigbee無線網路、WiFi無線網路、電話網路或電力網路實現，透過某種通訊協定來控制每個用戶端的的資源使用量。

讀表系統10可以包括電錶100、瓦斯錶102、和水錶104等儀表裝置。電錶100、瓦斯錶102、和水錶104分別監測用戶端的電力、瓦斯、和自來水的使用量。電錶100、瓦斯錶102、和水錶104各自使用兩種不同的資源感應裝置來感應資源使用量，例如光學和磁力感應方式。上述兩種不同的資源感應裝置可互相驗證各自偵測到的感應值，並且當其中一種感應裝置失效時仍可藉由另一種感應裝置取的正確的感應值。例如，當光學感應裝置因為錯誤感應到儀表裝置外部產生的連續閃光而產生錯誤的感應值時，磁力感應裝置仍可不受影響而提供正確的感應值。相反地，當磁力感應裝置因為錯誤感應到來自儀表裝置外部之其他磁力來源而產生錯誤的感應值時，光學感應裝置可不受影響而提供正確的感應值。光學感應裝置係可為LED光感應器。磁力感應裝置係可為磁力感應器。

第2圖係顯示適用本發明實施例之一種智能錶20的方塊圖。智能錶(smart meter)20是一種新型的數位電度表。它會精確的標示出能源的使用量，並透過儀表讀取器經由網路回報資訊，可以成為智慧網路1的一部份。智能錶2可以是第1圖的電錶100、瓦斯錶102、和水錶104，加上錶內內建感應器或是錶外加裝感應器。智能錶20包括碟型旋轉器200、磁力感應器202、光學感應器204、以及脈衝光產生器206。第1圖之儀表讀取器12和第2圖之儀表讀取器22完全相同。脈衝光產生器206耦接到碟型旋轉器200。碟型旋轉器200和磁力感應器202係藉由磁力耦合在一起；並且類似地，脈衝光產生器206和光學感應器204係藉由光學耦合在一起。

以電錶100為例，電錶100持續測量所有時間的電壓和電流，並且將電壓和電流相乘以計算功率。電錶100內的旋轉器200根據所計算出功率的數量而產生和功率成正比的旋轉數量(角度)。碟型旋轉器200的轉動數量和功率成正比，並且可以在其上纏繞通電的線圈使得當碟型旋轉器200旋轉時其產生的磁通量也隨之改變，藉由偵測磁通量的改變而判斷旋轉的數量。脈衝光產生器206產生和功率成正比的脈衝光數量。脈衝光產生器206係可根據旋轉器的旋轉數量來產生脈衝光。在一些實施例中，脈衝光產生器206也可直接根據計算出之功率而產生脈衝光。藉由磁力感應器202和光學感應器204，智能錶20可分別獨立偵測所產生之旋轉和脈衝光數量並且對應產生代表脈衝光數量的第一訊號D_r1 和代表旋轉數量的第二訊號D_r2 。接著，磁力和光學感應裝置將第一和第二訊號D_r1 ，D_r2 傳送到儀表讀取器22讀取其所代表的偵測值。

回到第1圖，儀表讀取器12可接收一或多個用戶的感應值。對每個用戶來說，儀表讀取器12代表兩種感應方式的第一和第二訊號，並且根據接收到之第一和第二訊號D_r1 ，D_r2 而判斷一共同讀表值D_out 。接收儀表讀取器12可位於讀表系統10內、服務網路16內，或是介於讀表系統10和服務網路16之間的資源分配網路內。雖然第1圖顯示電錶100、瓦斯錶102、和水錶104藉由一共同的儀表讀取器12讀取其變化值，在實作上也可以使用分開的儀表讀取器12分別讀取。

回到第2圖，在一些實施例中，儀表讀取器22判斷是否第一和第二訊號D_r1 ，D_r2 對應到大約相同的旋轉數量，並且當對應到上述大約相同的旋轉數量時則根據上述大約相同的旋轉數量而產生共同讀表值D_out 。儀表讀取器22也可以根據第一和第二訊號D_r1 ，D_r2 藉由第4圖或第5圖揭示之讀表值判斷方法4或5而產生共同讀表值D_out 。讀表值判斷方法4中，當第一和第二訊號D_r1 ，D_r2 之其中之一者之速率超過一預定速率限制時，則儀表讀取器22會判斷該超過速率限制其中之一者係為無效值，並且只根據第一和第二訊號D_r1 ，D_r2 之有效值共同讀表值D_out 。讀表值判斷方法5中，當第一和第二訊號D_r1 ，D_r2 之其中之一者顯示不規則的速率並且另一者顯示規則的速率時，則儀表讀取器22只根據具有上述規則的速率之訊號產生共同讀表值D_out 。

在一些實施例中，光學感應器204耦接磁力感應器202，並且磁力感應器202將第一和第二訊號D_r1 ，D_r2 經由一共同的傳輸線傳送到儀表讀取器22。在另一些實施例中，光學感應器204耦接磁力感應器202可分別將第一和第二訊號D_r1 ，D_r2 經由專用傳輸線傳送到儀表讀取器22。

智慧網路1和智能錶20藉由使用兩種不同的感應機制感應用戶端的同一種資源消耗量，因此可驗證兩種感應機制所產生的感應值，產生正確的資源消耗讀取值，減低產生錯誤讀取值的風險。

第3圖係顯示適用本發明實施例之一種量表方法3的流程圖，使用第1圖的智慧網路1和第2圖的智能錶20。

在步驟S300中，智能錶20被初始化以進行用戶端某種資源消耗的測量。接著脈衝光產生器206產生和使用資源數量成正比的脈衝光數量，例如每千瓦功率閃600次(S301)，並且旋轉器200產生和使用資源數量成正比的旋轉數量，例如每千瓦功率旋轉1圈(S302)。相應地，光學感應器204偵測上述脈衝光數量以產生第一訊號D_r1 (S303)，磁力感應器202偵測上述脈衝光數量以產生第二訊號D_r2 (S304)。光學感應器204和磁力感應器202將第一和第二訊號D_r1 ，D_r2 經由一共同或分開的傳輸線傳送到儀表讀取器22，其根據第一和第二訊號D_r1 ，D_r2 而判斷共同讀表值D_out (S306)。在一些實施例中，儀表讀取器22判斷是否第一和第二訊號D_r1 ，D_r2 對應到大約相同的旋轉數量，並且當對應到上述大約相同的旋轉數量時則根據上述大約相同的旋轉數量而產生共同讀表值D_out 。第4圖和第5圖揭示之兩種適用於步驟S306的讀表值判斷方法4和5。最後儀表讀取器22將判斷的共同讀表值D_out 傳送到服務網路16的伺服器160內儲存(S308)，藉此結束量表方法3(S310)。

第4圖係顯示適用本發明實施例之一種讀表值判斷方法4的流程圖，適用於量表方法3的步驟S306。讀表值判斷方法4開始後(S400)，儀表讀取器22判斷是否代表脈衝光數量的第一訊號D_r1 超過速度限制V_lmt1 (S402)。正常情況下光學感應器204不會偵測到如此快速的資源消耗，因此當第一訊號D_r1 超過速度限制V_lmt1 表示可能有其他閃光光源經過儀表讀取器22造成光學感應器204的誤判，所以儀表讀取器22不使用第一訊號D_r1 來判斷讀表值，並且判斷方法4繼續步驟S406。當第一訊號D_r1 小於或等於速度限制V_lmt1 時，則儀表讀取器22判斷第一訊號D_r1 係為一正常值，可以只用第一訊號D_r1 來判斷讀表值D_out (S404)。在步驟S406中，儀表讀取器22更進一步判斷是否代表旋轉數量的第二訊號D_r2 超過速度限制V_lmt2 。正常情況下磁力感應器202不會偵測到如此快速的資源消耗，因此當第二訊號D_r2 超過速度限制V_lmt2 表示可能有其他磁力來源經過儀表讀取器22造成磁力感應器202的誤判，所以儀表讀取器22不使用第二訊號D_r2 來判斷讀表值，接著判斷方法4繼續步驟S410。當第二訊號D_r2 小於或等於速度限制V_lmt2 時，則儀表讀取器22判斷第二訊號D_r2 係為一正常值，可以只用第二訊號D_r2 來判斷讀表值D_out (S408)。在步驟S410中，因為第一和第二訊號D_r1 ，D_r2 都超過其對應的速度限制，所以兩者皆可能為誤判值，所以儀表讀取器22維持原來的讀表值D_out 而不產生任何改變。雖然讀表值判斷方法4先判斷脈衝光數量然後判斷旋轉數量是否正常，相反的順序也同樣可運用在本發明實施例當中，即先旋轉數量然後判斷判斷脈衝光數量是否正常。速度限制V_lmt1 可以相等或不相等於速度限制V_lmt2 。

第5圖係顯示適用本發明實施例之另一種讀表值判斷方法5的流程圖，適用於量表方法3的步驟S306。讀表值判斷方法5開始後(S500)，儀表讀取器22判斷是否代表脈衝光數量的第一訊號D_r1 具有規則的閃光速度(S502)。如果第一訊號D_r1 顯示忽快忽慢的閃光速度則可能是光學感應器204的誤判，儀表讀取器22會在步驟S506中繼續檢查另一種感應機制，如果第一訊號D_r1 呈現規則的閃光速度，則儀表讀取器22判斷第一訊號D_r1 係為一有效值，可以只用第一訊號D_r1 來判斷讀表值D_out (S504)。在步驟S506中，儀表讀取器22更進一步判斷是否代表旋轉數量的第二訊號D_r2 具有規則的閃光速度。如果第二訊號D_r2 顯示忽快忽慢的閃光速度則可能是磁力感應器202的誤判，判斷方法4繼續步驟S510，如果第二訊號D_r2 呈現規則的旋轉速度，則儀表讀取器22判斷第二訊號D_r2 係為一有效值，可以只用第二訊號D_r2 來判斷讀表值D_out (S508)。在步驟S510中，因為第一和第二訊號D_r1 ，D_r2 都非有效值，所以兩者皆可能為誤判值，儀表讀取器22維持原來的讀表值D_out 而不產生任何改變。雖然讀表值判斷方法5先判斷脈衝光數量然後判斷旋轉數量是否有效，相反的順序也同樣可運用在本發明實施例當中，即先旋轉數量然後判斷判斷脈衝光數量是否正常。上述閃光速度可以相等或不相等於旋轉速度。

量表方法3以及讀表值判斷方法4和5藉由使用兩種不同的感應機制感應用戶端的同一種資源消耗量，因此可驗證兩種感應機制所產生的感應值，產生正確的資源消耗讀取值，減低產生錯誤讀取值的風險。

本發明描述之各種邏輯區塊、模組、電路的操作及功能可以利用電路硬體或嵌入式軟體碼加以實現，該嵌入式軟體碼可以由一處理器存取以及執行。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．讀表系統

100．．．電表

102．．．瓦斯表

104．．．水表

12．．．儀表讀取器

16．．．服務網路

160．．．伺服器

20．．．智能錶

200．．．旋轉器

202．．．磁力感應器

204．．．光學感應器

206．．．脈衝光產生器

22．．．儀表讀取器

S300,S301,...,S310．．．步驟

S400,S402,...,S412．．．步驟

S500,S502,...,S512．．．步驟

第1圖係顯示適用本發明實施例之一種量表網路1的方塊圖。

第2圖係顯示適用本發明實施例之一種儀表裝置2的方塊圖。

第3圖係顯示適用本發明實施例之一種量表方法3的流程圖。

第4圖係顯示適用本發明實施例之一種讀表值判斷方法4的流程圖。

第5圖係顯示適用本發明實施例之另一種讀表值判斷方法5的流程圖。

20．．．智能錶

200．．．旋轉器

202．．．磁力感應器

204．．．光學感應器

206．．．脈衝光產生器

22．．．儀表讀取器

Claims (17)

1. 一種儀表(meter)裝置，包括：一脈衝光產生器，產生和一使用資源數量成正比的脈衝光數量；一光學感應器，偵測上述脈衝光數量以產生一第一訊號，並且將上述第一訊號傳送到一儀表讀取器；一旋轉器(spinning disc)，產生和上述使用資源數量成正比的旋轉數量；以及一磁力感應器，偵測上述旋轉數量以產生一第二訊號，並且將上述第二訊號傳送到上述儀表讀取器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之儀表裝置，更包括上述儀表讀取器，判斷是否上述第一和第二訊號對應到大約相同的資源數量，並且當對應到上述大約相同的資源數量時則根據上述大約相同的資源數量而產生一讀表值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之儀表裝置，更包括上述儀表讀取器，當上述第一和第二訊號之其中之一者之一旋轉速率超過一預定旋轉速度限制時則判斷該其中之一者係為一無效值，並且只根據上述第一和第二訊號之有效值而產生一讀表值。
4. 如申請專利範圍第1項所述之儀表裝置，更包括該儀表讀取器，當上述第一和第二訊號之其中之一者顯示一不規則的旋轉速率並且另一者顯示一規則的旋轉速率時，只根據具有上述規則的旋轉速率之訊號產生一讀表值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之儀表裝置，其中，上述光學感應器耦接上述磁力感應器，並且上述第一感應器藉由一共同傳輸線傳送上述第一和第二訊號到上述儀表讀取器。
6. 一種量表(metering)網路，包括：一儀表，包括：一脈衝光產生器，產生和一使用資源數量成正比的脈衝光數量；一光學感應器，偵測上述脈衝光數量以產生一第一訊號，並且將上述第一訊號傳送到一儀表讀取器；一旋轉器，產生和上述使用資源數量成正比的旋轉數量；以及一磁力感應器，偵測上述旋轉數量以產生一第二訊號，並且將上述第二訊號傳送到上述儀表讀取器；以及上述儀表讀取器，用於跟據上述第一和第二訊號而判斷一讀表值。
7. 如申請專利範圍第6項所述之量表網路，其中，上述儀表讀取器判斷是否上述第一和第二訊號對應到大約相同的資源數量，並且當對應到上述大約相同的資源數量時則根據上述大約相同的資源數量而產生上述讀表值。
8. 如申請專利範圍第6項所述之量表網路，其中，當上述第一和第二訊號之其中之一者之一旋轉速率超過一預定旋轉速度限制時，上述儀表讀取器判斷該其中之一者係為一無效值，並且只根據上述第一和第二訊號之有效值而產生上述讀表值。
9. 如申請專利範圍第6項所述之量表網路，其中，當上述第一和第二訊號之其中之一者顯示一不規則的旋轉速率並且另一者顯示一規則的旋轉速率時，上述儀表讀取器只根據具有上述規則的旋轉速率之訊號產生上述讀表值。
10. 如申請專利範圍第6項所述之量表網路，其中，上述光學感應器耦接上述磁力感應器，並且上述第一感應器藉由一共同傳輸線傳送上述第一和第二訊號到上述儀表讀取器。
11. 如申請專利範圍第6項所述之量表網路，其中，更包括一伺服器，用以保存來自上述儀表讀取器產生的上述讀取值。
12. 一種量表方法，適用於一儀表裝置，包括：產生和一第一時間內之一使用資源數量成正比的脈衝光數量；產生和上述第一時間內之上述使用資源數量成正比的旋轉數量；偵測上述脈衝光數量以產生一第一訊號；以及偵測上述旋轉數量以產生一第二訊號。
13. 如申請專利範圍第12項所述之量表方法，更包括根據上述第一和第二訊號而判斷一讀表值。
14. 如申請專利範圍第12項所述之量表方法，更包括：判斷是否上述第一和第二訊號對應到大約相同的資源數量；以及當對應到上述大約相同的資源數量時，根據上述大約相同的資源數量而產生上述讀表值。
15. 如申請專利範圍第12項所述之量表方法，更包括： 當上述第一和第二訊號之其中之一者之一旋轉速率超過一預定旋轉速度限制時則判斷該其中之一者係為一無效值；以及只根據上述第一和第二訊號之有效值而產生上述讀表值。
16. 如申請專利範圍第12項所述之量表方法，更包括：當上述第一和第二訊號之其中之一者顯示一不規則的旋轉速率並且另一者顯示一規則的旋轉速率時，只根據具有上述規則的旋轉速率之訊號產生上述讀表值。
17. 如申請專利範圍第12項所述之量表方法，更包括：將上述光學感應器耦接上述磁力感應器；以及藉由一共同傳輸線傳送上述第一和第二訊號到上述儀表讀取器。