專利名稱：讀取電能表的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種讀取電能表的系統和方法。更具體地，本發明涉及一種更有效地讀取電能表并將用電量的指示提供給電能表的用戶的系統和方法。
背景技術：
電力公司使用電能表測量并且提供已經用在商業機構或居民區的電量的讀數。傳統地，如果諸如房主等個人想監測能耗，那么個人要走到外面的電能表的位置以讀取電能表。該過程勞動量很大，易受人為錯誤的影響，并且在某些情況下對人身不安全。因此，存在一種趨向于自動電能表讀取器的趨勢，該自動電能表讀取器集成了測量電量和使用有線或無線信號傳輸將測量值傳送到電力公司的能力。然而，自動電能表讀取器一般限于較新的電能表裝置。因此，需要一種可以對各種類型的現有電能表進行翻新改進的電能表讀取器。
自動電能表讀取器典型地對現有的電能表進行翻新改進，且典型地連接到電力線以獲得電力。然而，更方便的是使用一個或多個電池用作電源，即，由于不必連接到電源，因此自動電能表讀取器可更容易安裝。遺憾的是，自動電能表讀取器所執行的操作，例如檢測電能表盤的旋轉以及發送與建筑物的功耗有關的信息是極為耗電的操作，這將導致頻繁更換電池。這樣效率低且麻煩。因此，具有一種工作在有效的方式下以延長電池壽命的電能表讀取器是有利的。
電力公司的另一個普遍問題是應付不滿意的用戶，這些用戶抱怨他們高額的電費。需要一種技術，其允許用戶以美元和美分或千瓦時的形式知道他們正在消費多少電以及到月底他們的電費是多少。用戶可以使用關于他們正使用的電量的反饋來減少高額的電費。同時也存在不斷增長的提高能量效率、節約能源以及減少大氣污染的壓力。這可以通過越來越多的用戶對他們所正消耗的能量的了解來實現。事實上，研究表明，當用戶得到足夠的信息以作出關于能耗有意義的決定時，可以節約高達15％或可能更多的能源。
發明內容
本發明提供一種安裝到電能表單元上的檢測單元以及相對于該檢測單元遠距離設置的顯示單元；一種可能性是將顯示單元安裝在建筑物內，其中電能表正在監測該建筑物的能耗。該檢測單元監測電能表上的耗電量的指示(其通常是電能表的電能表盤的旋轉)并且向顯示單元提供與耗電量相關的信息。然后，該顯示單元向負責該建筑物耗電的用戶顯示耗電量信息。該顯示單元可以提供多種信息，例如以kW/hr或以美元數量(或另一種外幣)的形式表示的耗電量以及由于用電而正被釋放的溫室氣體。
有利的是，檢測單元提供一個或多個節能特征以減少其自身的能耗。例如，檢測單元在檢測由電能表單元指示的耗電量時可以在特定的時間間隔期間進入睡眠模式。可選地或者另外，該檢測單元可以產生預測模型，其表示與耗電量相關的信息并且將預測模型參數，而不是原始數據發送到顯示單元，該顯示單元使用預測模型參數來顯示耗電量(這可以實時完成)。這樣減少了發送到顯示單元的數據量。由于當預測模型參數值改變時只需要發送數據，因此這也減少了發送給顯示單元的發送量。
本發明也提供一種用于將檢測單元附著到電能表單元的附著裝置(attachment means)。該附著裝置適于允許檢測單元附著到多種電能表單元。具體地，該附著裝置包括夾緊裝置，安裝該夾緊裝置使其圍繞在電能表單元主體的周圍。該附著裝置還包括容納傳感器單元的臂狀物，其中該傳感器單元用于檢測電能表單元的耗電量指示。該臂狀物包括用于延伸臂狀物長度的延伸裝置，使得傳感器單元的位置可以在電能表單元的恰當位置上進行適當的調整。該臂狀物也可以包括樞軸裝置，用于使臂狀物相對于檢測單元的主體成一定角度。
在一個方案中，本發明提供一種電能表讀取器系統，其用于自動讀取安裝在正消耗電能的建筑物上的電能表單元。該電能表單元包括具有循環特性的指示，該循環特性具有隨表示建筑物耗電量的速率而變化的周期。該系統包括安裝在用于監測耗電量的電能表單元上的檢測單元。該檢測單元包括鄰近電能表單元設置的傳感器單元，用于監測指示的循環特性并產生消耗檢測信號；連接到傳感器單元的處理單元，用于接收消耗檢測信號并產生信息信號，該處理單元還產生傳感器使能信號以使傳感器單元僅對指示的循環特性的一部分起作用，該部分與表示完成循環特性的一個周期的時間間隔一致，該時間間隔比循環特性的周期短；以及連接到處理單元的發送器，用于接收信息信號和傳送發送信號。該電能表讀取器系統還包括相對于檢測單元遠距離設置的顯示單元。該顯示單元接收發送信號并顯示耗電量。
在另一個方案中，本發明提供一種電能表讀取器系統，其用于自動讀取安裝在正消耗電能的建筑物上的電能表單元。該電能表包括具有循環特性的指示，該循環特性具有隨表示建筑物耗電量的速率而變化的周期。該系統包括安裝在用于監測耗電量的電能表單元上的檢測單元。該檢測單元包括鄰近電能表單元設置的傳感器單元，用于監測指示的循環特性并產生消耗檢測信號；連接到傳感器單元的處理單元，用于接收消耗檢測信號并產生信息信號，該處理單元包括用于產生預測模型參數值的預測單元，該預測單元用于預測從消耗檢測信號中獲得的耗能數據，并將預測模型參數值結合到信息信號中；以及連接到處理單元的發送器，用于接收信息信號和傳送發送信號。該電能表讀取器系統還包括相對于檢測單元遠距離設置的顯示單元。該顯示單元接收發送信號并基于預測模型參數顯示建筑物的耗電量。
在另一個方案中，本發明為用于自動讀取安裝在正消耗電能的建筑物上的電能表單元的檢測單元提供一種外殼。該電能表單元包括具有循環特性的指示，該循環特性具有隨表示建筑物耗電量的速率而變化的周期。該外殼包括用于容納內部電子裝置的主體；連接到主體的延伸構件，該延伸構件具有容納傳感器單元的頭部區域(headregion)；以及連接到主體的附著裝置，用于將主體安裝在電能表單元上。
在另一個方案中，本發明提供一種與安裝在正消耗電能的建筑物上的電能表單元一起使用的檢測單元，該電能表單元包括具有循環特性的指示，其隨表示建筑物耗電量的速率而變化。該檢測單元安裝在用于監測耗電量的電能表單元上，并且該檢測單元包括鄰近電能表單元設置的傳感器單元，用于監測該指示的循環特性并產生消耗檢測信號；以及連接到傳感器單元的處理單元，用于接收消耗檢測信號并產生信息信號，該處理單元還產生傳感器使能信號，以使傳感器單元僅對指示的循環特性的一部分起作用，該部分與表示完成循環特性的一個周期的時間間隔一致，該時間間隔比循環特性的周期短。
在另一個方案中，本發明提供一種與安裝在正消耗電能的建筑物上的電能表單元一起使用的檢測單元，該電能表單元包括具有循環特性的指示，該循環特性具有隨表示建筑物耗電量的速率而變化的周期。該檢測單元安裝在用于監測耗電量的電能表單元上，并且該檢測單元包括鄰近電能表單元設置的傳感器單元，用于監測指示的循環特性并且產生消耗檢測信號；以及連接到傳感器單元的處理單元，用于接收消耗檢測信號并產生信息信號，該處理單元包括用于產生預測模型參數值的預測單元，用于預測從消耗檢測信號中獲得的耗電量數據并將預測模型參數值結合到信息信號中。
在另一個方案中，本發明提供了一種用于自動讀取安裝在正消耗電能的建筑物上的電能表單元的方法，該電能表單元包括具有循環特性的指示，其隨表示耗電量的速率而變化。該方法包括a)使用傳感器單元檢測該指示的循環特性的值，并產生消耗檢測信號；b)基于來自消耗檢測信號的數據，產生信息信號；以及c)產生傳感器使能信號以使傳感器單元僅對該指示的循環特性的一部分起作用，該部分與表示完成循環特性的一個周期的時間間隔一致，該時間間隔比循環特性的周期短。
在另一個方案中，本發明提供一種用于自動讀取安裝在正消耗電能的建筑物上的電能表單元的方法，該電能表單元包括具有循環特性的指示，該循環特性具有隨表示建筑物耗電量的速率而變化的周期。該方法包括a)使用傳感器單元檢測該指示的循環特性的值，并產生消耗檢測信號；并且b)通過產生模型參數值以預測從消耗檢測信號獲得的耗電量數據并基于來自消耗檢測信號的數據來產生信息信號，并且將預測模型參數值包括在信息信號中。
為了更好地理解本發明并更清楚地顯示其如何實現，僅通過實例，現在將參照示出本發明示例性實施例的附圖，其中圖1是根據本發明的電能表讀取器系統的示例性實施例的方框圖；圖2是根據本發明的電能表讀取器系統的另一示例性實施例的方框圖；圖3a是可以在圖1和圖2的電能表讀取器系統中使用的傳感器單元的示例性實施例的示意圖；圖3b-3f是關于電能表盤上的黑色標記的運動對圖3a的傳感器單元操作的一系列說明；圖4是示出在圖1和圖2的電能表讀取器系統中可以用于發送數據的數據結構；圖5是可以與圖1和圖2的電能表讀取器系統一起使用的顯示單元的示例性物理實施例的正視圖；圖6a是附著到可以與圖1和圖2的電能表讀取器系統一起使用的電能表的檢測單元的示例性物理實施例的正視圖；圖6b是圖6a的檢測單元的透視圖；以及圖6c是圖6a的檢測單元的部分的外殼的分解等比圖。
具體實施例方式
在下面的詳細說明中，為了透徹的理解本發明，闡述了許多具體的細節。然而，本領域技術人員應該理解，本發明可以在沒有這些具體細節的情況下實施。在其它實例中，沒有詳細說明公知的方法、過程以及部件以免混淆本發明。
此外，可以理解的是，為了使說明簡單清楚，圖中所示的元件不必按比例繪制。例如，為了清楚，可以相對于其它元件將一些元件的尺寸放大。此外，如果認為適當，附圖標記可以在附圖中重復以表示相應或類似的元件。
首先參照圖1，此處示出的是電能表讀取器系統10的示例性實施例的方框圖。電能表讀取器系統10包括檢測單元12和顯示單元14。該檢測單元10安裝到電能表單元16，而顯示單元14安裝在建筑物內的方便位置，其中電能表單元16正監測該建筑物的耗電量。檢測單元12和顯示單元14優選是無線連接。然而，檢測單元12和顯示單元14可以以公知的方式彼此硬連接(hardwired)。檢測單元12的物理結構以及檢測單元12安裝到電能表單元16的方式將在下面詳細討論。
如本領域技術人員所公知的，電能表單元16典型地安裝在建筑物的外墻上，其中電能表單元16正監測該建筑物的用電量(電能表單元16也可以在建筑物的內部)。電能表單元16具有透明的塑料或玻璃罩以允許讀取用電量，同時保護電能表單元16不受諸如雨或雪等自然環境的影響并且防止可能的篡改。電能表單元16還具有電能表盤18，為了說明將其示意性示出，其以表示用電量的速度旋轉。確定電能表盤18的方向使其大約垂直于電能表單元16的罩子，并且電能表盤18具有黑色標記20，其沿著電能表盤18的頂部和邊緣為小圓弧的形狀。電能表單元16還具有多個刻度盤(未示出)，其指示建筑物當前的用電量。刻度盤根據電能表盤18的旋轉速率而旋轉。
本領域技術人員應當理解，電能表單元16可以是具有可選耗電量指示的數字電能表單元，例如電能表盤18的數字表示，或是具有標記的LED上的垂直或水平條紋(bar)，其中該標記以電能表盤上的黑色標記旋轉的速率經過條紋。其它表示也是可行的。此后，為了便于說明，電能表盤18上的黑色標記20用于描述電能表系統的運行。但是，應當理解，通常認為黑色標記是具有循環特性的指示，該循環特性具有可變速率的周期，并且如上所述，存在具有其它形式指示的其它類型的電能表。
檢測單元12包括傳感器單元22、處理單元24、溫度單元26、發送器28以及電源30。傳感器單元22檢測電能表盤18的旋轉并且將消耗檢測信號32提供給處理單元24以指示電能表盤18的旋轉頻率。下面將進一步詳細說明傳感器單元。溫度單元26測量室外溫度并且將溫度信號34提供給處理單元24。
溫度單元26是可選的。然而，優選的是包括溫度單元26以獲取溫度信息，電能表讀取器系統使用該溫度信息以增加耗電量，如下面將要詳細說明的那樣。溫度單元26包括溫度傳感器(例如熱敏電阻)以及用于加偏壓到溫度傳感器的電阻(都未示出)。優選地選擇電阻值以抽出盡可能少的電流量，同時允許溫度傳感器提供外面溫度的讀數。該溫度的讀數是取決于外面溫度的原始模擬電壓電平。該原始模擬電壓電平在沒有任何預處理的情況下由發送器28傳送到顯示單元14。然后該顯示單元14將原始模擬電壓電平轉換為溫度值。該顯示單元14執行轉換以減少處理單元24完成的處理量，并由此減少檢測單元12的能耗。
如下面的進一步詳細說明，檢測單元12包括一個或多個用于減少耗電量的部件。例如，使用低電壓部件來減少耗電量。此外，選擇檢測單元的工作參數來減少耗電量。例如，處理單元24使用低時鐘頻率，例如32kHz。另外，減小傳感器單元22、處理單元24、溫度單元26以及發送器28的工作電壓。此外，檢測單元12的特定部件，例如傳感器單元22、處理單元24的特定模塊以及發送器28的RF電路，在不使用時被置為睡眠模式。下面將進一步詳細說明用于傳感器單元22的睡眠模式。
如下面的進一步說明，為了產生信息信號36，處理單元24使用消耗檢測信號32和溫度信號34以及其它信息。將信息信號36傳送到發送器28，該發送器28產生發送信號38并將其無線傳送到顯示單元14。發送器28將用于發送的信息信號36以適當的發送頻率調制。發送器28是任何恰當的具有低電流消耗和在睡眠模式下運行的能力的發送器。發送器28還優選提供誤差校正碼以對信息信號進行編碼。誤差校正碼允許在傳輸期間引入一定量的誤差，但是這些誤差在顯示單元14中可以被修正。這種傳輸方案的好處在于對于相同的耗電量來講，增加了無線傳輸的范圍。或者，在仍確保足夠的無線傳輸范圍時，減少耗電量。發送器28也提供用于CRC校驗的數據，顯示單元14使用該CRC校驗來舍棄錯誤消息。這是有利的，由于隨著無線傳輸的功率變得越小(即信噪比(SNR)變得更小)時，無線傳輸就越可能惡化。由于減少耗電量是電能表讀取器系統10的目標，因此優選以低SNR進行發送。因此，使用誤差校正碼和用于CRC校驗的數據來確保顯示單元14正確地接收數據。
電源30為檢測單元12的工作提供電能。電源30連接到處理單元24，其將電能分配給檢測單元12的其余部件。優選地，電源30是電池，例如3.6V鋰AA電池。
為了檢測電能表盤18的旋轉，在物理上鄰近電能表盤18設置傳感器單元22。傳感器單元22包括IR發光二極管和至少一個光電二極管(下面將更詳細地說明)。該IR發光二極管將調制的光束傳送到電能表盤18的表面。電能表盤18以某一水平反射調制的光束。然而，當調制的光束遇到黑色標記20時，以一個較低的水平反射光束。因此，傳感器單元22基于較低的反射光量(這也可以包括反射光的總的缺失)來檢測黑色標記20的旋轉。對于黑色標記20的旋轉的每次檢測，傳感器單元22在消耗檢測信號28中產生脈沖。以大約38kHz的頻率調制被調制的光束，使得太陽光可以被傳感器單元22過濾掉(也可以使用其它適當的調制頻率)。使用調制還可以減少傳感器單元22所需的電能，這是因為調制需要將IR發光二極管關斷非常短的一段時間。為了進一步減少能耗，傳感器單元22從處理單元24接收使能控制信號。因此，傳感器單元22只對于電能表盤18的旋轉的一部分運行，該部分與黑色標記20通過傳感器單元22的過程一致(即，傳感器單元22關閉直到黑色標記20預期返回)。這將在下面更加詳細地說明。
處理單元24控制檢測單元12的操作，使得檢測單元12以節能的方式運行。在圖1的示例性實施例中，處理單元24包括控制單元42、跟蹤單元44、預測單元46、壓縮單元48以及存儲單元50(如在下面進一步討論的其它實施例中，可以省略這些部件中的一些部件)。為了產生電能表盤的旋轉信息、讀取室外溫度、產生傳送到顯示單元14的信息包以及檢測電源30是否為低，控制單元42指導檢測單元12的操作以使傳感器單元22激活。處理單元24由任何適當的、具有相關硬件和軟件的超低功率微控制器來實現。
跟蹤單元44基于電能表盤18的當前速度和最大加速度來跟蹤電能表盤18的運動。跟蹤單元44使用該信息動態地設置傳感器單元22的睡眠周期。每次睡眠周期更新時，將該睡眠周期提供到控制單元42。在睡眠周期期間，控制單元42經由使能控制線40禁止傳感器單元22的操作，否則使能傳感器單元22。對于電能表盤18的下一次旋轉，睡眠周期可以基于對黑色標記20的返回時間的估計。可以基于對黑色標記20的上兩次檢測來估計電能表盤18的返回時間。或者，可以使用上一次檢測到的電能表盤18的旋轉來估計電能表盤18的旋轉速率。例如，如果跟蹤單元44估計電能表盤18的上一次返回時間是2秒，那么下一次循環很可能大約接近該相同的時間周期。
電能表盤18的運動規律也可以用于確定電能表盤18完成下一次完整的旋轉所需的最小時間。然后相應地選擇睡眠周期。基于該運動學，電能表盤的最快旋轉時間由等式1給出tf＝tc/(1+MAX_DELTA*tc/25920000) (1)其中tf是電能表盤18的最快旋轉時間，tc是其上一次一個完整旋轉所花費的時間，MAX_DELTA是下一循環(即電能表盤18的旋轉)期間“踢出(kicking)”的瓦特值，以及數值25920000是常數。該常數由電能表16的kH系數(典型的是7.2Whr)乘以1小時中的秒數以及常數1000來計算。tc的值可以是基于電能表盤18的平均或瞬時旋轉速度。可以存在用于MAX_DELTA的數值陣列。MAX_DELTA的一些示例性數值包括2000、5000或10000。使用的MAX_DELTA的特定值取決于電能表盤18的當前旋轉速度。如果表盤18以低速旋轉，那么可以選擇較大的MAX_DELTA值，例如5000，這是因為在建筑物內存在許多可以開啟以增加耗電量的設備。然而，如果盤18以高速旋轉，那么可以選擇較小的MAX_DELTA值，例如2000。這允許在不錯過黑色標記20的下一次旋轉的情況下選擇更長的睡眠周期。由于在建筑物中不存在更多可以開啟或在更高的電平下開啟的設備來消耗更多的能量并使盤18以更快的速率旋轉，因此這在與建筑物有關的高耗電量水平下(即電能表盤18處于快的旋轉速度)是有效的。然而，在較低的旋轉速率下，睡眠周期不能象使用該方法一樣設置得這么長。
或者，跟蹤單元44可以根據電能表盤18上一次完整旋轉時間的百分比來設置睡眠周期。例如，如果電能表盤18上一次旋轉需要3秒鐘并且跟蹤單元44設置50％的睡眠周期，那么傳感器單元22在上一次檢測到黑色標記20后將睡眠1.5秒，然后“醒來”以檢測黑色標記20的下一次出現。這種跟蹤形式在本質上有幾分自適應性。例如，如果電能表盤18的旋轉減慢到每次旋轉5秒鐘，那么控制單元22將睡眠周期改為2.5秒。然而，如果電能表盤18的旋轉加速，那么有可能錯過循環。然而，一旦傳感器22被重新啟動，它將調整到表盤18的速度。
用于確定睡眠周期的百分比也可以基于電能表盤18的速度改變。例如，如果電能表盤18以高速旋轉，那么睡眠周期的百分比可以設置為更高的值，例如90％。或者，例如，如果電能表盤18以較低的速度旋轉，那么睡眠周期的百分數可以設置為更低的值，例如50％。相應地，當電能表盤18從低旋轉速度轉變為高旋轉速度時，可以使用逐漸變高的睡眠周期的百分比。這后面的基本原理是，在高旋轉速率下，由于建筑物中大多數耗能的設備已經開啟，這使得電能表盤18以如此高的速率旋轉，因此電能表盤18再不可能走的更快。在這種情況下，電能表盤18極不可能旋轉得更快。因此，在這種情況下設定高的睡眠周期最不可能導致錯過任何黑色標記20的檢測。或者，當電能表盤18以低速率旋轉時，電能表盤18很可能加速很快。首先，電能表盤18的慣性很小，以至于電能表盤18可以快速地改變速度。其次，并且是更重要的，由于電能表盤18以低速旋轉，因此有許多可以開啟或在更高設置下可選開啟的設備，這將增加耗電量，并由此增加電能表盤18的速度。取決于一天中設備更可能開啟和關閉的時間，這將更加明顯。因此，在低速下，為了避免錯過對黑色標記20的檢測，睡眠周期典型地設定為電能表盤18的循環時間的較低百分比。
此外，在周期或非周期的形式中，傳感器單元22在電能表盤18的完整旋轉期間不進入睡眠模式，使得傳感器單元22可以避免與電能表盤18的旋轉失步。例如，如果錯過電能表盤18的旋轉，則傳感器單元22不會意識到這一點并且將假定電能表盤18的旋轉時間比其實際的要長，以及會將額外的時間加到當前的旋轉循環上。這可能引起傳感器單元22錯過連續的循環。為了避免這種情況，在檢測單元12的運行期間，在不同的時間可以使用完整的循環檢測。
在另一個選擇中，跟蹤單元44基于一天中的時間來調整睡眠周期，這是由于耗電量以及由此的電能表盤18的旋轉速度可以根據一天中的時間而變化。例如，夜晚耗電量會下降，并且附加設備非常不可能在夜晚開啟，因此，睡眠周期可以在夜晚設置為電能表盤18的旋轉速度的較大百分比。在另一個選擇中，睡眠周期可以基于電能表盤18的上X(例如100)次的旋轉時間設置。
在另一個選擇中，跟蹤單元44可以基于電源30中的剩余能量來調整睡眠周期。例如，如果電源30是電池并且控制單元42檢測到電池中的剩余能量很低時，那么可以以降低電能表盤18的旋轉數的計數精度為代價延長睡眠周期，以節約檢測單元12的耗電量。
在上述每種情況下，跟蹤單元44還設置睡眠周期的上限和下限。設置睡眠周期的上限使得在傳感器單元22醒來之前，如果電能表盤18的旋轉從非常低的速度變為非常高的速度，傳感器單元22不會錯過太多循環的檢測。將睡眠周期的上限設置成大約為傳感器單元22觀察到黑色標記20的最小時間的一半。這是基于對電能表盤18上的黑色標記20采樣的奈奎斯特速率，并且確保傳感器單元22頻繁到甚至對于電能表盤18可以旋轉的最快速度也足以檢測到黑色標記20。該限制以電能表盤18的旋轉時間的大約90-95％為上限。相反地，在電能表盤18的低旋轉速度下使用的較小睡眠周期的百分比基于下述公知的事實設置當存在更多的可用于耗電的負荷時，電能表盤18可以走得更快，并由此增加了電能表盤18的旋轉速度。該限制以大約50％為下限。
預測單元44用于改變發送器向顯示單元14傳送發送信號38的速率。因此，傳送到顯示單元14的數據不必以周期速率傳送。相反，預測單元44使用預測技術產生預測模型的參數，該預測模型預測電能表盤18的旋轉。將該模型參數值傳送到顯示單元14，并且該顯示單元14使用預測模型參數值“仿真”電能表盤18的旋轉，并實時計算將來的用電值。特別地，取決于預測模型的精度，顯示單元14以與電能表盤18實際旋轉相同的速率來更新用電值。使用預測模型參數有利地允許顯示單元14可以顯示當前的耗電量，而不會使檢測單元12由于向顯示單元14頻繁地進行傳送而耗盡電源30。因此，由于發送不經常出現，所以檢測單元12減少了能耗。然而，即使來自檢測單元12的數據傳輸不是周期性的，而由于顯示單元14正實時提供建筑物的耗電量數據，因此看起來也好像顯示單元14正在接收穩定的數據流。此外，應當理解，當接收每個數據傳輸時，由于該信息由檢測單元12提供，因此顯示單元變得與已經出現的循環的實際數量同步。使用預測模型的另一個優點是發送的是預測模型的參數值而不是實際數據，這減少了發送到顯示單元14的數據量，這也減少了檢測單元12的耗電量。
當模型變得與傳感器單元22獲取的讀數失步時，更新傳送到顯示單元14的模型參數值。例如，當預測單元46確定預測模型具有的預測誤差εpred大于預定的預測誤差閾值(例如1kWh)時，預測單元46基于消耗檢測信號32的最后的值重新計算預測模型參數值。然后，將更新的預測模型參數值傳送到顯示單元14。預測單元46也可以在發送之間設置最小和最大時間周期，使得檢測單元12不會對顯示單元14進行太多的發送，并且同時以基本速率進行通信以使顯示單元14獲知檢測單元12還在運行。用于進行傳送的示意性最小和最大時間限制分別是3分鐘和20分鐘。用于發送的最小時間周期的效果也可以通過將預測誤差設置得足夠低來實現，從而預測誤差在短時間內可以被違反。
預測模型的復雜性和精度基于處理單元24的計算能力、所使用的預測算法的類型、來自消耗檢測信號32的用于預測的數據量以及消耗檢測信號32中的數據的確定性。預測模型的復雜性和精度也由檢測單元12在使用預測模型時必須消耗的電量來約束；期望的是檢測單元12的耗電量盡可能低。預測單元46可以使用的預測模型的實例由方程2給出
其中 是建筑物中的預測耗電量，s是建筑物中的實際耗電量，v是電能表盤18的速度(基于s的上k個值)，n是當前的數據索引，而nlag是預測中索引點的個數。該速度(即旋轉速度)與電能表盤18上一次的旋轉時間成反比，并且因此與建筑物中的耗電量成正比。在這個意義上，速度是電能表盤18的平均速度。該速度也可以基于根據方程1的電能表盤18的瞬時速度，其中方程1基于運動學。索引n是就離散時間來講。例如，對于n的每個間隔，3秒可能已經終止。例如，n＝1表示已經經過3秒。值s[n-nlag]表示當前形式的預測開始前的上一次已知耗電值。因此，發送的用于該預測模型的預測參數是上一次旋轉的絕對循環計數和時間。
預測模型也利用預測誤差，當預測模型的預測誤差超過特定水平，例如εpred＝200個循環或者等價的10美分時，使用該預測誤差重新計算預測模型的參數值，其中10美分是基于Kh系數為7.2Whr并且電價為每kWh 7美分。預測模型誤差的其它適當實例包括εpred＝20個循環(即1美分)或100個循環(即5美分)。
由于方程2所示的預測模型是基于電能表盤18在最后旋轉中的速度，因此該預測模型被稱為LAST預測模型。可以使用的預測模型的另一實例被稱為LINEAR預測模型。盡管由于LAST預測模型使用電能表盤18的最后速度作為速度，因此其是線性的，但是LINEAR預測模型使用連續的數據發送之間的循環計數和來自發送器的多個發送之間的耗用時間之間的差值來計算速度。LINEAR預測模型的剩余部分以與LAST預測模型相同的形式運行。
也可以使用其它種類的預測模型，例如AR、MA或ARMA模型。也可以使用Kalman濾波或其它形式的跟蹤。也可以使用簡單、非線性的預測模型。然而，為了減少檢測單元12的耗電量，優選的是使用具有低計算復雜性的預測模型。這意味著預測模型的階數要高到足以給出精確的結果，但是也要足夠低以避免過度復雜的計算量。
控制單元42產生用于發送的信息。在一個實施例中，產生的信息包括a)電能表盤18上一次旋轉所花費的時間，以毫秒表示；b)循環計數(即已經由檢測單元12計數的電能表盤18的旋轉數)；c)電源30的電壓狀態；d)外面的溫度；e)設備地址(發送器28具有唯一的地址)；以及f)循環冗余校驗(CRC)數據從檢測單元12傳送到顯示單元14的模型參數取決于正在使用的特定預測模型。一種選擇是使預測模型基于循環計數和根據方程2的電能表盤18的最后旋轉時間。這些參數值在上述要素a和b中給出。在該特定實例中，顯示單元14可以將顯示的循環計數與檢測單元12發送的循環計數同步。然后，顯示單元14可以使用該循環計數和最后的旋轉時間來預測將來的循環計數直到接收下一個發送。如果在下一次發送中，顯示單元14已經“過預測”并且正顯示比實際對應的循環計數更高的消耗速率時，那么一種選擇是直到實際的能耗值“追上”預測的值才更新顯示單元14。這是為了防止顯示單元14在之前已經顯示較高的消耗值后，顯示較低的消耗值。然而，如果電能表盤18加速，那么在下一次數據發送時，顯示單元14將顯示能耗的突然“上漲”。
壓縮單元48接收產生的信息并且壓縮該信息以提供信息信號36，然后該信息信號36由發送器28發送。壓縮減少了所產生的信息的長度。結果，發送器28在發送信息信號36時不會消耗那么多的能量。由于無線通信是能量損耗的關鍵原因，因此這是有利的。然而，在減少發送的數據量以減少能耗和由壓縮引入的信息丟失的可接收水平之間必須有可接受的平衡。
或者，可以使用壓縮單元48壓縮消耗檢測信號32中的原始數據，或者壓縮在給定時間周期內已經計算的一系列預測模型的參數值。這在從檢測單元12到顯示單元14的數據發送不頻繁的情況下是有益的。這種狀況在用戶不想要實時反饋而是想要一天或者可能一周查看一次能耗的情況下會出現。在這種情況下，該信息提供連續的數據發送之間的決定(resolution)，即用戶可以獲知連續數據發送之間的平均能耗。然而，通過發送更多信息，用戶可以獲知在兩個發送時間之間的能耗中發生了什么，并且可以查看建筑物的能耗的暫時增加或減少。
壓縮單元48采用一種利用標準低功耗微控制器計算容易的壓縮方法。任何超過存儲單元50的存儲容量、超過顯示單元14預定更新之間的時間或者超過發送數據所需電能的壓縮方法都是無效的。還應當注意，如果壓縮過多數據以及含在信息中的傳送消息丟失或者損壞，那么在不重新傳送數據的情況下沒有辦法恢復該數據。然而，存儲單元50的限制可以防止重新傳送數據。此外，對由壓縮方法引起的耗電量的估計是基于表示被壓縮的時間序列所需的比特數。表示被壓縮的時間序列所需的比特數越少，發送相同數量的信息所需的電能越少。
可以使用幾種壓縮方法來壓縮時間序列，例如小波、傅立葉變換、分段線性近似法和多項式法，但不限于此。另外，一旦選擇了某種壓縮方法，就優選指定了可接受的壓縮誤差εcomp。壓縮誤差εcomp表示由壓縮引起的可適當丟失的信息量。這允許一種壓縮數據的算法，使得當數據未被壓縮時，值位于原始數據值的εcomp內。一旦設定，預測誤差εcomp可以動態地改變。然而，優選的是，預測誤差的動態值不超過初始設置的εcomp，這是因為該值指定了最大允許誤差。通常，εcomp越大，可以達到的壓縮率就越高，于是減少的耗電量就越大。
在這種情況下，待壓縮的數據是耗電量數據，其是具有多個數據元素的時間序列x[n]，其中索引n是時間索引并且與時間索引相關的值是當前的需求。如果數據序列用圖形表示，那么圖形下面的面積是耗電量。通過將電能表單元16的kH系數乘以常數3600并除以與當前時間索引相關的電能表盤18的最后旋轉時間，可以計算出需求。壓縮技術的成功取決于時間序列x[n]中存在潛在的確定性過程。下面是一種壓縮算法的實例。壓縮誤差εcomp限定了壓縮算法的最大誤差。算法從采用沒有壓縮的前兩個原始數據點開始。這兩個數據點是連續的絕對循環計數以及它們出現的時間。由此，可以計算出旋轉時間(或者將運動方程用于旋轉時間)并且如上所述計算出需求。將該需求和時間索引添加到壓縮的數據序列中。如果該需求點的幅值減去壓縮數據序列中前一需求點的幅值的絕對值大于預測誤差εcomp，則重復計算下一個需求點并且只將其添加到壓縮的數據序列。如果差值的絕對值大于需求點的幅值，那么將相應的時間索引添加到壓縮的數據序列。繼續進行該過程直到沒有要被壓縮的數據點。應當理解，由于這些值通過因數彼此相關，因此保存相應的旋轉時間而不是需求值。在另一選擇中，在壓縮的數據序列中，還可以保存時間索引處的絕對循環計數。同樣，可以保存δ(delta)(即當前需求或旋轉時間與前一個值之間的差值)，而不是保存需求值或旋轉時間。可以實現的壓縮比(CR)由方程3表示CR=K(bs+btp)nbs---(3)]]>其中K是壓縮隊列的長度；bs是以比特表示的采樣大小；btp是以比特表示的時間索引的大小，而n是壓縮前初始時間序列中的采樣數，其表示檢查電能表盤18的旋轉速率的次數。存儲單元50是與處理單元12相關的存儲器。存儲單元50優選是EEPROM。然而，取決于處理單元24的實現，存儲單元50可以是RAM或另一種適當的低功耗的存儲裝置。存儲單元50用于保存檢測單元12工作所需的重要參數，如果檢測單元12掉電，這些參數不能丟失。例如，存儲單元50可以保存控制單元42用于控制檢測單元12工作的指令代碼。優選使用存儲單元50保存絕對循環計數。
跟蹤單元44、預測單元46以及壓縮單元48彼此獨立運行。因此，檢測單元12的可選實施例可以將這些單元中的一個或多個合并，并且檢測單元12沒有必要包括這些單元中的每一個。然而，當檢測單元12包括所有這些單元時，檢測單元12的能耗減少量最大。然而，如果既使用壓縮又使用預測，如果壓縮誤差εcomp等于預測誤差εpred，那么這對于壓縮沒有益處，這是因為預測模型參數值將被經常更新足以允許顯示單元14構造與壓縮已經構造的數據相同的表示。因此，有必要將預測誤差εpred設置得比壓縮誤差gcomp高。實際上，這意味著特定時間量(Tc)的數據被壓縮、由于容許的預測誤差量而每隔(Tp)秒發送數據以及Tp大于Tc(即由于預測誤差將隨著時間積累，因此具有較大的預測誤差允許人們在較長的時間段內，使用相同的預測模型參數值)。
顯示單元14包括接收器52、顯示處理單元54、實時時鐘56、接收器存儲單元58、顯示器60、接口單元62、蜂鳴器單元64以及設備控制單元68。這些部件中的一些是可選的，例如蜂鳴器單元64、設備控制單元68，并且如果可以得到另一裝置來提供時間，那么實時時鐘56也是可選的。顯示單元14可以插入墻上插座中以從市電電源接收電能，或者顯示單元14可以具有以公知方式連接的內部電源，例如電池(未示出)。
接收器52接收發送信號38、執行如本領域技術人員所公知的必要解調和預處理以及產生類似于信息信號36的接收信號66。典型地，以數據包的形式在發送信號38中傳送數據。在產生接收信號66期間，接收器52校驗所接收數據包中的設備地址數據，以確保從適當的發送器28而不是從不同的電能表讀取器系統的發送器接收發送信號38。如果接收器52確定發送信號38由不同的電能表讀取器系統的發送器28提供，那么接收器52將丟棄該接收的數據包。接收器52也校驗發送信號38的數據包中的CRC數據以確保在發送期間保持數據完整性。如果在CRC數據中發現偏差，則在發送信號38的數據包中存在誤差并且接收器52丟棄這些數據包。此外，連續“偵聽”發送信號38是耗電的。因此，發送器28和接收器50優選利用從發送器28到接收器52的單向通信。
接收器52將接收信號66提供給顯示處理單元54以進行進一步處理。顯示處理單元54提取表盤上一次旋轉的時間以及循環計數，并使用與預測單元46所使用的預測模型相同的預測模型(如果利用預測)從而以Wh或kWh或$/hr的形式(除了美元，根據使用電能表讀取器系統的國家，可以使用另一種適當的貨幣形式)顯示瞬時需求。顯示處理單元54也利用該信息以在顯示器60上顯示表盤，其以與電能表盤18相同的速率旋轉。顯示處理單元54也提取電源電壓狀態信息和溫度讀數以在顯示器60上顯示該信息。如果電源電壓低，那么顯示處理單元54將在顯示器60上顯示電池低的符號。
顯示處理單元54使用預測模型參數來預測在檢測單元12的下一次數據發送之前發生的能耗量。在一個實例中，檢測單元12發送絕對循環計數(其在檢測單元12中從不復位)以及上一次旋轉時間。接收器使用這兩個值來預測電能表盤18連續旋轉的出現。
顯示處理單元54也允許用戶預測將來指定時間的能耗，并且該顯示處理單元54還具有將歷史能耗存儲在存儲單元56中的能力。因此，顯示處理單元54利用在更長時間范圍內的預測以允許用戶預測例如下一帳單周期(即30天)的能耗(除具有較長時間周期以外，可以使用與先前所述的預測模型類似的預測模型)。長期預測(即長期范圍的電費預測)可以使用基于最近幾天中的能耗的線性回歸(即顯示單元14每天保存能耗)來預測將來的電費數量。
顯示處理單元54也可以使用旋轉計數信息來顯示消耗電能的建筑物所排放的溫室氣體的數量。由于該計算是基于二氧化碳的排放率，其對于特定區域或電力公司是特定的，因此該計算基于建筑物所處的區域。特別地，顯示處理單元54可以以噸、磅或千克的形式顯示已經排放的二氧化碳量。或者，顯示處理單元54可以顯示已經累積、使用或保留的環境信譽/標志/單位。這些標志可以由政府或環境部門分發。顯示處理單元54也可以顯示警告信號來通知過度消耗的用戶；這可以包括顯示器60上的圖形，例如煙囪，苦臉和/或蜂鳴器單元64提供的蜂鳴聲，但不限于此。可以將基于使用電能表讀取器系統10的省、州和/或國家的二氧化碳排放率預先編程到顯示處理單元54中。然后，用戶可以簡單地在顯示單元14上選擇他們的位置。
實時時鐘56用于保持顯示單元14中的時間。顯示處理單元54接收該時間以計算當前時間，并將其顯示在顯示器60上。顯示處理單元54也將該時間和使用時間的費率(Time of Use Energy Rates)結合使用。例如，根據特定的電力公司，根據一天中消耗電能的時間而向用戶收取不同的能耗費率。這樣做是為了減少高峰時間的能耗。例如，在5PM和8PM之間，電力公司可以收取10美分/kWh而不是6美分/kWh，使得用戶減少在5到8PM之間的能耗。
存儲單元58可以是任何適合的存儲裝置，例如EEPROM。存儲單元58用于存儲關鍵信息，使得顯示單元14可以在掉電和重新上電后不會丟失重要的信息。關鍵信息的實例包括基于位置的能耗的不同費率、累積消耗的能量、用于長期范圍內電費預測的天數等。
顯示單元60可以是任何適合的顯示裝置，例如LCD。顯示單元60用于顯示時間和日期信息、以美元數量(或其它貨幣)或諸如kWh的其它消耗單位表示的耗電量、二氧化碳排放水平、以及以與電能表盤18相同的速率旋轉的表盤和其它信息。在下面的示例性實施例中，將進一步說明顯示單元60。
接口單元62可以是鍵盤或者是允許用戶將信息輸入到顯示單元14中或者在各種操作模式之間選擇的類似裝置。蜂鳴器單元64提供可聽見的聲音以向用戶提供各種信息。例如，當檢測單元12的電源30的電壓電平為低時，蜂鳴器單元64可以發出聲音報警。蜂鳴器單元64也發出聲音以確定用戶已經按下了接口單元62上的鍵。可以使用任何適當的蜂鳴器。
可以結合檢測單元12提供的信息使用設備控制單元68，以管理建筑物內設備的運行，其中該建筑物的能耗正被監測。設備控制單元68連接到建筑物的電力線，經由電力線通信裝置向設備傳送設備控制信號。可以使用任何適當的電力線通信裝置，例如X10TM或者CEBUSTM電力線裝置。設備具有相應的擁有唯一地址的接收器模塊。因此，設備控制單元68可以將特定的控制指令傳送到特定的設備。這些控制指令可以命令設備開啟、關閉、增大工作設置或降低工作設置。例如，該設備可以是空調，控制指令可以是降低空調提供的冷氣量。
使用中，設備控制單元68從顯示處理單元54接收溫度信息、能耗信息和時間信息中的至少一個，并利用該信息控制設備。例如，基于溫度信息并根據季節和特定溫度，設備控制單元68可以命令加熱或制冷設備增大或降低其工作設置。或者基于能耗，如果當前能耗的水平過高，那么設備控制單元68可以命令幾個設備關閉以節約能量。在另一可選方案中，基于一天中的時間，設備控制單元68可以命令一個或多個設備關閉。例如，一些電力公司在高峰期間收取更高的費率以鼓勵用戶消費更少的能量。在這些時間段中，設備控制單元68可以命令一些耗電多的設備關閉。當然，這些指令在合理的范圍內；即由于電冰箱中的東西可能變質，因此關閉電冰箱是不合理的。設備控制單元68可以改變設備的工作電平，而不是關閉設備。
現在參照圖2，其中示出另一個具有可選顯示單元14′的電能表讀取器系統10′的示例性實施例的方框圖。在這種情況下，顯示單元14′包括用于與諸如PC 72的計算裝置通信的通信單元70。通信單元70可以是RS232數據接口、USB端口或任何其它適當的通信裝置。PC 72可以連接到顯示單元14′并且運行實用軟件程序74以與接收器52相互作用。PC 72上的軟件可以用于從顯示單元14′上載歷史能耗，使得用戶可以制作圖表等以確定什么時候能耗最大。本領域技術人員應當理解，可以使用另一適當的計算裝置，而不是PC。
用戶也可以使用PC 72以通過因特網78與實用web服務器76提供的站點連接。用戶可以瀏覽網站以查看電價、查看消費模式并得到節能提示和溫室氣體的信息。實用web服務器76從相關的實用數據庫80獲得該信息。用戶也可以從網站下載二氧化碳信息，并將該信息提供給實用軟件程序74，然后其將該信息傳遞到顯示單元14′。
現在參照圖3a，其中示出兩個電能表讀取器系統10和10′都使用的傳感器單元100的示例性實施例。傳感器單元100包括發射器102、第一檢測器104和第二檢測器106。在該實施例中，兩個檢測器用于使傳感器單元100對于錯誤檢測和環境光線更健壯。此外，在該實施例中，傳感器單元100接收來自控制單元42的輪詢信號108和使能控制信號40。傳感器單元100也提供第一和第二檢測信號110和112，這兩個信號組合形成消耗檢測信號32。在物理布局方面，發射器102位于第一檢測器104和第二檢測器106之間(這在圖3b-3f中示出，并在后面詳細討論)。
使能控制信號40通過與門114與VCC電源信號進行邏輯與操作。因此，當使能控制信號40為高時，將VCC電源信號提供給傳感器單元100的電路的剩余部分，由此啟動傳感器單元100。否則，傳感器單元100處于不耗電的睡眠模式。或者，不具有與門114，可以使用其它適當的器件，例如CMOS晶體管或更復雜的傳輸門。應當理解，接地電容可以與VCC并聯以消除噪聲。
在一個可選方案中，與門114可以由傳輸門替代，即可以使用例如CMOS晶體管。或者，如果使用微控制器來實現控制單元42，那么可以由微控制器上的管腳提供VCC電源信號，并且通過該管腳可以提供足夠大的電流量。
在該示例性實施例中，發射器102包括與電阻器R1和晶體管Q1串聯的發光二極管(LED)D1。電阻器R1連接到與門114的輸出端并連接到LED D1的第一節點。LED D1的另一節點連接到晶體管Q1的集電極，而晶體管Q1的發射極接地。晶體管Q1的基極連接到電阻器R2的第一節點。電阻器R2的另一節點連接到輪詢信號108。使用中，當傳感器單元100啟動并且輪詢信號108發出脈沖為高時，晶體管Q1導通并傳導電流，其使LED D1發光。選擇LED D1使其發出紅外光。LED D1可以例如以38kHz的頻率發射調制的IR光，盡管也可以使用其它的調制頻率，例如2kHz。然后，利用帶通濾波器對檢測信號110和112進行濾波，其中所述帶通濾波器具有與用于發射IR光的調制頻率相匹配的通帶。帶通濾波可以在硬件(未示出)中或經由軟件由處理單元24內的單元完成。
第一檢測器104和第二檢測器106優選實現為具有相同的結構，使得第一檢測信號和第二檢測信號110和112彼此類似。因此，將僅說明第一檢測器104。第一檢測器104包括與電阻器R6串聯的光電二極管D3。光電二極管D3的第一節點連接到與門114的輸出端，而光電二極管D3的第二節點連接到電阻器R6。該電阻器的另一節點接地。光電二極管D3和電阻器R6的串聯組合與電阻器R4和晶體管Q3的串聯組合并聯。電阻器R4的第一節點連接到與門114的輸出端，而電阻器R3的第二節點連接到晶體管Q3的集電極。晶體管Q3的基極連接到光電二極管D3的第二節點。晶體管Q3的發射極接地。
在使用中，當傳感器單元100啟動并且輪詢信號108發出脈沖為高時，LED D1發射IR光，該IR光被電能表盤18的光亮表面發射。在這種情況下，黑色標記20還沒有接近LED D1或光電二極管D3。因此，光電二極管D3導電、晶體管Q3導通并且電流流經電阻器R4。因此，在電阻器R4兩端具有電壓降并且晶體管Q3的發射極的電壓相對恒定，并且相對于電源電壓VCC具有低的幅值。然而，當LEDD1將IR光射在黑色標記20上時，電能表盤18不會反射同樣多的能量。因此，光電二極管D3關斷，沒有電流流經電阻器R6，并且晶體管Q3關斷。因此，只有少量的電流流經電阻器R4，并且在晶體管Q3的發射極并且由此在第一檢測信號110中觀察到關于電源電壓VCC的高電壓。
現在參照圖3b-3f，其中示出傳感器單元100的操作。對LED D1以及光電二極管D2和D3進行定位使光電二極管D2和D3位于LEDD1的兩側。這些元件根據黑色標記20的角度間隔開，其中該角度典型地大約是5度。在一個示例性實施例中，這些元件大約分開3或4mm。同樣選擇該間隔以確保來自電能表盤18上的小黑色斑點的反射不會觸發兩個光電二極管。另外，這些元件在其之間具有塑料罩，使得來自LED D1的光不會直接進入光電二極管D2或D3。此外，每個光電二極管D2和D3的電壓彼此相減以消除任何由IR直接進入光電二極管而引起的共模電壓。
圖3b包括一系列儀表盤，其示出電能表盤18上的黑色標記20的位置相對于發射器102以及第一和第二檢測器104和106的位置的不同情況。這五種情況由具有五種相應狀態的狀態機表示。狀態機在控制單元42中實現。圖3b示出其中黑色標記20還沒有到達發射器102以及第一和第二檢測器104和106的情況。在這種情況下，第一和第二檢測器的輸出是邏輯低電平(即0)。圖3c示出其中黑色標記20接近發射器102以及第一檢測器104但不接近第二檢測器106的情況。因此，第一檢測器104的輸出是邏輯高電平(即1)，而第二檢測器106的輸出是邏輯低電平。圖3d示出其中黑色標記20接近發射器102以及第一和第二檢測器104和106的情況。在這種情況下，第一檢測器104和第二檢測器106的輸出都是邏輯高電平。圖3e示出其中黑色標記20接近發射器102以及第二檢測器106但不接近第一檢測器104的情況。在這種情況下，第一檢測器104的輸出是邏輯低電平，而第二檢測器106的輸出是邏輯高電平。圖3f示出最后一種情況，其中黑色標記20遠離發射器102以及第一和第二檢測器104和106。在這種情況下，第一和第二檢測器104和106的輸出都是邏輯低電平。因此，基于第一和第二檢測器104和106的輸出，可以檢測黑色標記20的通過。特別地，消耗檢測信號32可以基于第一和第二檢測信號110和112的邏輯與。
使用兩個檢測器使得傳感器單元100的操作更健壯并且錯誤檢測更少。例如，由于電能表盤18上的污物等，第一檢測器104或第二檢測器106可能存在假檢測。然而，兩個檢測器104和106同時給出假檢測是非常不可能的。此外，如果人們需要在傳感器單元100檢測到黑色標記20通過之前所有五種狀態順序發生，那么噪聲觸發檢測是非常不可能的。
在一個可選方案中，通過將第一和第二檢測信號110和112彼此相減并記錄相減信號中的符號變化，那么可以將五種狀態減少到三種狀態。例如，從第一種狀態開始，并順序移動到最后一種狀態，并從第一檢測信號110中減去第二檢測信號112，那么對于五種狀態中的每一種，相減結果是0、1、0、-1和0。因此，從1到0到-1的轉變表示黑色標記20通過傳感器單元100的過程，并且假信號脈沖或噪聲非常不可能導致錯誤的檢測。
現在參照圖4，其中示出一般的發送數據結構120的實例，該發送數據結構120可以用于在電能表讀取器系統10和10′中的任一個中發送數據。當將顯示單元配置為與一個以上的檢測單元相互作用時(即監測一個以上的建筑物的能耗)，該發送協議是有用的，其中每個檢測單元可以以不同的方式工作。另外，可以使用其它發送數據結構，其只具有包含在發送數據結構120中的部分字段。已經做出了所有的努力來減少發送數據結構120的復雜性和系統開銷從而減少檢測單元12中的能耗。如果發送數據的系統開銷大于數據本身，那么發送數據結構120是無效的。圖4頂部的數字7到0表示用于組成發送數據結構120中的一條特定信息的比特數。
該發送數據結構120包括電池電平字段122、電池電壓字段124、偵聽策略字段126、偵聽周期字段128、E壓縮字段130、E預測字段132、歷史長度134、第一歷史長度字段136、第二歷史長度字段138、壓縮的歷史數據字段140、第一當前值字段142、第二當前值字段144、預測模型字段146、第一模型參數字段148以及第二模型參數字段150。對于向顯示單元14進行的所有發送，都傳送電池電平字段122。可以使用電池電平來警告顯示單元14的最終用戶檢測單元12的電能正在降低。盡管一些電池隨著電池電能的消耗具有急劇的電壓降曲線，但是大多數電池都會給出其電能正在降低的合理警告。電池電平字段122包括5個比特，從而得到基于線性比例的電池電壓的32個不同電平。
電池電壓字段124表示電源30的初始電池電壓。初始電池電壓可以由8個值表示(即，3個比特依次提供000到111)。例如，可以表示下面的電池電平1.2V、1.5V、2V、2.4V、3V、3.6V、4V和6V。由于檢測單元12使用的電池規格非常可能預先獲知，因此也可以在顯示處理單元54中對初始電池電壓進行編碼。然而，可能存在使用不同規格電池的幾種不同類型的檢測單元12。
偵聽策略字段126指示顯示單元14什么時候偵聽來自檢測單元12的消息。在不可預測的方案中，其中無論什么時候違反了預測誤差值εpred發送都會發生，顯示單元14的策略最可能設置為一直偵聽發送。然而，檢測單元14可以設置短的發送窗口并且只能在該時間窗口(如該策略中所設置)期間進行廣播。在這種情況下，檢測單元12選擇是傳送數據、設置新的偵聽策略還是在每個窗口期間什么也不做。然而，如果檢測單元12檢測到違反壓縮誤差εcomp過于頻繁，并且檢測單元12用光了存儲數據的存儲器，或者違反了預測誤差εpred，那么檢測單元12必須等待下一個發送窗口來傳送數據。在最壞的情況下，這可能導致顯示單元14預測的數據錯誤和/或檢測單元12丟失數據。檢測單元12也必須注意不能將發送周期設置得過長，這是因為在檢測單元12中可能發生存儲溢出和數據丟失。顯示單元14可以使用該策略來識別多個檢測單元12(即兩個或多個恰好同時想要廣播的檢測單元)之間的潛在干擾。然后，將由顯示單元14采取適當操作以解決沖突。盡管是處于單向通信的情況下，但是在沒有人為干預的情況下很難解決沖突(在這種情況下，用戶將關閉檢測單元12和顯示單元14以使這些單元復位)。如表1所示，策略可以是每隔n分鐘、n小時或n天廣播一次，其中n由偵聽周期字段128限定。如果將偵聽策略字段126設置為分鐘、小時或天的時間周期，那么偵聽周期字段128中的6個比特允許時間周期處在1到64的特定時間周期之間(即1到64分鐘、1到64小時或1到64天)。
表1、偵聽策略字段的值
E_壓縮字段130指定真實的傳感器讀數和發送的數據中的壓縮值之間的壓縮誤差εcomp的數量。該值可以在無丟失情況的0和丟失非常多的壓縮方案的255之間變化。E_壓縮字段130中的值可以由壓縮單元48在壓縮期間動態決定。
E_預測字段132指定由預測模型引起的預測值和在檢測單元12將模型參數的更新值發送到顯示單元14之前的實際值之間的預測誤差εpred的數量。該值可以在0到255的范圍之間變化，其中0是預測的任何違反都會導致發送的情況。E_預測字段132中的值可以由預測單元46動態更新。例如，如果電源30變得很低，那么可以增加該值使得檢測單元12進行更少的發送。然而，重要的是顯示單元14要意識到能耗的預測值中的任何可能的誤差，使得可以經由顯示器60上的圖形輸出來正確地通知用戶。
第一和第二歷史長度字段134和136表示壓縮的歷史數據字段148中的數據的長度。第一和第二歷史長度字段134和136由總共12個比特指定以表示從0到4096個數據點的數據長度。當沒有發送的數據時，指定最小長度0。
壓縮類型字段138由4個比特組成，并且指定用于壓縮的歷史數據字段140中的數據的壓縮類型。例如，如果壓縮類型字段138的第一個比特是1，那么預測序列和壓縮序列的δ被壓縮。或者，如果壓縮類型字段138的第一個比特是0，那么傳感器的原始值被壓縮。對于時間序列的不同段，使用不同的壓縮方案會更好。因此，壓縮單元48可以為一組給定的數據挑選最好的壓縮算法，并且在壓縮類型字段138中表示該特定的壓縮算法。然而，檢測單元12中的存儲限制可能不允許大塊具有變化的壓縮方案。可以使用的各種壓縮方案在表2中示出(當前保留了兩個條目以用于其它不同類型的壓縮)。條目空表示沒有使用壓縮。
表2數據壓縮類型
壓縮的歷史數據字段140是由檢測單元12收集的壓縮數據。在歷史長度字段134和136中指定壓縮的歷史數據字段100中的數據長度(最大為8192個字節)，并且在壓縮類型字段138中指定使用的壓縮類型。如前所述，壓縮的歷史數據字段中的數據可以是一系列預測模型參數值，或者可以是實際的原始數據。這在將系統10或10′配置為在數據發送之間具有很長時間的情況下有用。例如，這可以是每天一次，并且用戶不想實時更新數據，而是用戶想要看到一天內不同時間的耗電情況。
當前值字段142和144表示來自檢測單元12的最后的絕對非壓縮的當前讀數。該值表示在當前數據發送前一直到最后檢測到的電能表盤18的旋轉的循環計數(即絕對循環計數)。如果需要時間索引，那么應該將時間索引添加到壓縮的歷史字段140中的數據。
表3、當前值字段中的值的意義
預測模型字段146指示顯示單元14使用的預測模型的類型，該預測模型用于預測來自檢測單元12的發送之間的值。表4中示出預測模型字段146中的示例性表示。條目空表示沒有使用預測。
表4、預測模型字段中值的意義
模型參數字段148提供預測模型參數值，該預測模型參數值由預測單元46根據選擇的預測模型產生。然而，如果預測模型字段148指定預測模型為空，那么除了該信息的頭四個比特之外，其它都要被編碼。
圖4中示出的發送數據結構120沒有顯示在數據發送期間要使用的誤差校正碼(ECC)。如果檢測單元12沒有重新傳送其信息，那么在單向通信的情況下，必須使用強健的ECC。否則，檢測單元12傳送的數據可能不可恢復。ECC的一些實例包括卷積編碼和校驗，例如VITERBI算法。ECC與誤差檢測碼一起工作。在一個示例中，可以將CRC數據添加到發送的數據，并且然后在接收器處使用以提供對發送數據的誤差校驗。首先ECC用于對潛在的誤差糾錯，但是如果誤差比可以校正的要多，那么CRC是失效保護機制(fail safemechanism)以舍棄該消息。
現在參照圖5，其中示出可以用于電能表讀取器系統10和10′中的任一個的顯示單元160的實施例的正視圖。顯示單元160包括顯示器162、鍵盤164、通信端口166以及電能連接端口168。顯示器162包括多個顯示字段數量顯示字段170、單位顯示字段172、電能表盤顯示字段174、日期顯示字段176、時間顯示字段178以及低電池指示器字段180。數量顯示字段170顯示用數字表示的數量，例如耗電量或溫度值。當以美元數顯示耗電量時，數量顯示字段170可以顯示$符號。數量顯示字段170也可以顯示圖標，其表示正顯示的數量是當前的能耗、總能耗還是預測的將來的能耗。單位顯示字段172顯示用于數量顯示字段170中正顯示的數量的適當單位。單位顯示字段172可以顯示下列單位℃、、lbs CO2、kWh等。電能表顯示字段174顯示包括黑色標記20的電能表盤18的數字表示。電能表盤18的數字表示以與實際電能表盤18的旋轉速度相同的速度旋轉。該字段也提供能耗量的相對表示，例如大的美元符號或小的美元符號，以表示當前正消耗大量還是少量的能量。日期顯示字段176顯示當前日期，而時間顯示字段178顯示當前時間。低電池指示器字段180可以提供幾乎空的電池顯示以表示檢測單元12將用光電能。
鍵盤164包括向上滾動鍵182、向下滾動鍵184以及選擇鍵186。向上滾動和向下滾動鍵182和184允許用戶在不同的選項中滾動，例如在將于顯示器162上顯示的數字數據的類型中滾動，或在不同的位置中滾動，以便用戶可以選擇其中正在使用電能表讀取器系統的位置等。選擇鍵184用于選擇其中一個選項。
如在對電能表讀取器系統10′的說明中所述，通信端口166用于將顯示單元160連接到計算機或另一適當的計算裝置。電能連接端口168用于將顯示單元160連接到電源。最可能的，可以使用適配器將顯示單元160連接到插座。
現在參照圖6a和6b，其中示出附著到電能表202上的電能表讀取器系統的檢測單元200的示例性物理實施例的視圖。電能表202是具有耐用的外殼204、罩子206、電能表盤208以及多個刻度盤210的常規電表。罩子206由玻璃或塑料制成，其具有正面為平坦的圓形側壁，并且罩子206是透明的以允許個人讀取指示耗電量的刻度盤210。電能表盤208通常由鋁或其它適合的金屬制成，并且該電能表盤208是平的，并且黑色標記沿其外緣處在預定的位置處。電能表盤208以一定速率繞垂直的軸旋轉，該速率取決于正由電能表202監測的建筑物所抽取的電流；使用的電流越多，電能表盤208旋轉得越快。電能表202被密封以保護元件并且防止篡改電能表盤208和刻度盤210。電能表202具有傳統的結構，內部工作方式是本領域技術人員公知的。應當注意，示出的電能表202僅用于示例性目的，并且顯示單元200可以安裝到其它不同的電能表設計上。
已經將檢測單元200專門設計為適合并且用于不同形狀和尺寸的電能表。并且也已經對檢測單元200進行專門設計使得當其附著到電能表202上時，不阻擋電能表盤208、刻度盤210或序號，以便如果需要的話，電力公司的人員可以讀取電能表202。檢測單元200包括主體212、延伸構件214和用于將檢測單元200附著到電能表202的附著裝置216。主體212容納檢測單元200的大部分電子器件。
延伸構件214在頭部區域218中容納傳感器單元22。延伸構件214也包括縱向延伸裝置220和樞軸裝置222，用于將傳感器單元22定位在電能表盤208上。在該實施例中，縱向延伸裝置220包括槽220a和緊固件220b(在這種情況下例如是螺絲釘，盡管可以使用其它適合的緊固件)。延伸構件214經由縱向延伸裝置220在電能表200的表面上延伸，直到電能表200的頭部區域218正好位于電能表盤208的適當區域上。特別地，優選地設置頭部區域218使得傳感器單元22正好位于電能表盤208的中心上，因為這是電能表盤208上的黑色標記離電能表202的正面最近的位置。因此，對于傳感器單元22，這是反射信號的SNR最高的點。然后，將緊固件220b設置成穿過槽220a以與主體212中的鉆孔220c嚙合(參見圖6c)從而保持延伸構件214具有一定的延伸量并且相對于主體212具有一定的角度。在該實施例中，緊固件220b和鉆孔220c也提供樞軸裝置222。可以設置延伸構件214使其相對于主體212成90度以外的角度(如當前圖6a和6b所示)。本領域技術人員應當理解，對于縱向延伸裝置220和樞軸裝置222，其它實現方式也是可行的。例如，延伸構件214可以包括用于實施縱向延伸裝置220的伸縮部分。
附著裝置216用于將檢測單元200附著到電能表202。在該實施例中，附著裝置216包括軟管夾224，其可滑動并可釋放地與主體212上的環形構件226嚙合并且圍繞電能表202的周界延伸，以將檢測單元200固定到電能表202上。軟管夾224優選由柔軟(或薄到足夠柔軟)的耐用材料例如鋼制成。軟管夾224具有一系列鋸齒，使得夾緊部分(未示出)能夠在多個位置附著以容納具有各種不同直徑的電能表202。然而，一般來講，任何適當的夾緊裝置都可以用于附著裝置，例如包括手柄的夾子、插銷(例如過中心插銷)，或用于為附著裝置提供緊密配合的棘齒裝置。
現在參照圖6c，其中示出圖6a中的檢測單元200的主體212和延伸構件214的分解等比圖。主體212包括第一部件212a和第二部件212b，對其進行模制以彼此提供摩擦配合。頭部區域218包括第一部件218a和第二部件218b，也對其進行模制以彼此提供摩擦配合。
本領域技術人員應當理解，盡管這里所述的電能表單元16是機電表，但是本發明的電能表讀取器系統也可以使用數字電能表單元。數字電能表單元提供仿真電能表盤旋轉的輸出。該輸出通常在LED屏上，并且其可以是以與電能表盤18上的黑色標記的旋轉速率相同的速率旋轉、或閃現或水平移動的標記。在這些情況中的每一種情況下，本發明的傳感器單元22可以用于檢測標記的運動。因此，一般來講，本發明的電能表讀取器，并且更具體地講是傳感器單元22，監測電能表讀取器上的指示的循環特性，其中該循環特性具有變化的指示耗電量的周期。該循環特性可以是電能表盤上的黑色標記的旋轉、LED屏上的標記閃現、LED屏上的標記旋轉或LED屏上的標記的任何其它重復運動。在這些情況下，在標記指示完成一個類似于電能表盤18的一個循環或旋轉的循環之前或之后，傳感器單元22仍工作在睡眠模式下。
另外，在另一個可選方案中，數字電能表可以發射表示建筑物的耗電量的紅外能量。在這種情況下，紅外能量并不是由傳感器單元22發射。相反，傳感器單元22的接收器如先前所述工作，即當檢測到仿真的電能表盤旋轉時，使用睡眠模式并且跟蹤來減少耗電量。電能表系統的其它部分如先前所述那樣工作。此外，用于減少耗電量的發送協議不取決于電能表單元是機電的還是數字的。
盡管使用諸如具有相關存儲器的控制器等專門硬件是優選的，但是圖1和圖2所示的電能表讀取器系統10的組件可以由本領域公知的任何裝置實現。此外，運動補償單元10的某些部件可以由相同的結構實現。例如，跟蹤單元44、預測單元46和壓縮單元48可以由相同的硬件結構實現。此外，一些部件可以在本領域技術人員公知的軟件中實現，這些軟件可以用C，C++或包含在計算平臺上的計算機可讀介質中的任何其它合適的編程語言來編寫，該計算平臺具有操作系統和相關的硬件和軟件。計算機程序可以包括計算機指令，其適于執行例如處理單元的一些部件的功能。如面向對象編程所公知的那樣，計算機程序可以包括模塊或類，這些模塊或類根據圖1和圖2所示的結構實現和構造；可以為部件設計單獨的軟件模塊。或者，如果合適的話，可以將這些部件的功能性結合成更少量的軟件模塊。
應當理解，在不脫離本發明以及所附權利要求限定的范圍的情況下，可以對在本文中描述和說明的實施例進行各種修改。例如，由于存在一些其中一個顯示單元可以連接到幾個檢測單元的應用，因此顯示單元不必安裝在正消耗電能的建筑物內，使得可以從中心位置監測幾個建筑物的耗電量。在這種情況下，需要增大顯示單元以識別幾個檢測單元的特性，并為每個檢測單元保存單獨的記錄。
權利要求
1.一種電能表讀取器系統，用于自動讀取安裝在正消耗電能的建筑物上的電能表單元，該電能表單元包括具有循環特性的指示，該循環特性具有隨表示建筑物耗電量的速率而變化的周期，所述系統包括a)安裝在用于監測耗電量的所述電能表單元上的檢測單元，該檢測單元包括i)鄰近所述電能表設置的傳感器單元，用于監測所述指示的所述循環特性并產生消耗檢測信號；ii)連接到所述傳感器單元的處理單元，用于接收所述消耗檢測信號并產生信息信號，所述處理單元還產生傳感器使能信號以使所述傳感器單元僅對所述指示的所述循環特性的一部分起作用，該部分與表示完成所述循環特性的一個周期的時間間隔一致，該時間間隔比所述循環特性的周期短；以及iii)連接到所述處理單元的發送器，用于接收所述信息信號并傳送發送信號；以及b)相對于所述檢測單元遠距離設置的顯示單元，所述顯示單元接收所述發送信號并顯示所述耗電量。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述處理單元包括控制單元，其用于命令所述處理單元的動作；以及連接到所述控制單元的跟蹤單元，其用于跟蹤所述指示的所述循環特性并且用于產生睡眠周期，在此期間所述傳感器使能信號禁止所述傳感器單元。
3.根據權利要求2所述的系統，其中所述睡眠周期是所述指示的所述循環特性的上一次值的百分比。
4.根據權利要求2所述的系統，其中基于所述指示的所述循環特性的歷史值來調整所述睡眠周期。
5.根據權利要求1所述的系統，其中所述處理單元還包括預測單元，其用于產生預測模型參數值，以預測從所述消耗檢測信號獲得的耗電量數據，并且其中將所述預測模型參數值結合到所述信息信號中，而不是所述消耗檢測信號中的原始數據中。
6.根據權利要求5所述的系統，其中當所述預測模型參數產生的數據與從所述消耗檢測信號獲得的所述耗電量數據的差值大于預測誤差值時，所述預測單元更新所述預測模型參數值。
7.根據權利要求6所述的系統，其中所述發送器在每次計算新的預測模型參數值時，將所述發送信號傳送到所述顯示單元。
8.根據權利要求1所述的系統，其中所述處理單元還包括用于壓縮所述信息信號中的數據的壓縮單元。
9.根據權利要求1所述的系統，其中所述檢測單元還包括溫度單元，其用于監測室外溫度和向所述處理單元提供溫度信號，并且其中將來自所述溫度信號的數據結合到所述信息信號中。
10.根據權利要求1所述的系統，其中所述顯示單元包括c)顯示處理單元，用于控制所述顯示單元的工作；d)連接到所述顯示處理單元的接收器，用于接收和處理所述發送信號以向所述顯示處理單元提供接收的信號；e)連接到所述顯示處理單元的顯示器，用于顯示與所述建筑物的耗電量相關的信息；以及f)連接到所述顯示處理單元的接口單元，用于允許用戶輸入信息并選擇所述顯示單元的工作模式。
11.根據權利要求10所述的系統，其中所述顯示單元還包括g)連接到所述顯示處理單元的實時時鐘，用于提供時間信息；h)連接到所述顯示處理單元的蜂鳴器單元，用于向用戶提供可聽見的信息；以及i)連接到所述顯示處理單元的存儲單元，用于存儲與所述建筑物的耗電量相關的信息。
12.根據權利要求10所述的系統，其中所述顯示單元還包括連接到所述顯示處理單元的通信單元，其用于提供與外部計算裝置的連接以上載所述耗電量信息并且下載耗電費率。
13.根據權利要求1所述的系統，其中所述顯示單元包括c)顯示處理單元，用于控制所述顯示單元的工作；d)連接到所述顯示處理單元的接收器，用于接收和處理所述發送信號以向所述顯示處理單元提供接收的信號；以及e)連接到所述顯示處理單元的設備控制單元，用于控制所述建筑物中的至少一個設備，所述設備控制單元接收溫度信息、耗電量信息和時間信息中的至少一個信息，并且產生用于控制所述至少一個設備的工作設置的設備控制信號。
14.根據權利要求1所述的系統，其中所述檢測單元包括c)主體，用于容納所述處理單元和所述發送器；d)連接到所述主體的延伸構件，所述延伸構件具有用于容納所述傳感器單元的頭部區域；以及e)連接到所述主體的附著裝置，用于將所述主體安裝到所述電能表上。
15.根據權利要求14所述的系統，其中所述延伸構件包括用于延伸所述頭部部分的位置的延伸裝置，用于將所述傳感器單元設置成鄰近于所述指示出現的位置。
16.根據權利要求14所述的系統，其中所述延伸構件還包括樞軸裝置，用于設置所述延伸構件使其相對于所述主體成期望的角度。
17.根據權利要求14所述的系統，其中所述附著裝置包括夾緊裝置，其可滑動地與所述主體上的環形構件嚙合，所述夾緊裝置圍繞所述電能表單元的周界延伸。
18.根據權利要求1所述的系統，其中所述傳感器單元包括發射器、第一檢測器和第二檢測器，各自指向所述指示出現的位置，所述發射器設置在所述第一和第二檢測器之間，所述發射器適于在所述指示出現的位置處發射IR能量，并且所述第一和第二檢測器適于檢測與所述指示相關的IR能量水平，所述第一和第二檢測器提供表示所述指示的所述循環特性的所述周期的第一和第二檢測信號。
19.根據權利要求18所述的系統，其中使用邏輯與運算符結合所述第一和第二檢測信號以提供所述消耗檢測信號。
20.根據權利要求18所述的系統，其中所述第一和第二檢測信號通過所述第一和第二檢測信號彼此相減進行結合。
21.一種用于自動讀取安裝在正消耗電能的建筑物上的電能表單元的電能表讀取器系統，該電能表單元包括具有循環特性的指示，該循環特性具有隨表示所述建筑物的耗電量的速率而變化的周期，所述系統包括a)安裝在用于監測所述耗電量的所述電能表單元上的檢測單元，所述檢測單元包括i)鄰近所述電能表單元設置的傳感器單元，用于監測所述指示的所述循環特性并產生消耗檢測信號；ii)連接到所述傳感器單元的處理單元，用于接收所述消耗檢測信號和產生信息信號，所述處理單元包括預測單元，其用于產生預測模型參數值以預測所述消耗檢測信號中的數據并將所述預測模型參數值結合到所述信息信號中；以及iii)連接到所述處理單元的發送器，用于接收所述信息信號和傳送發送信號；b)相對于所述檢測單元遠距離設置的顯示單元，所述顯示單元接收所述發送信號并基于所述預測模型參數顯示所述建筑物的耗電量。
22.根據權利要求21所述的系統，其中當所述預測模型參數產生的數據與所述消耗檢測信號中的數據的差值大于預測誤差值時，所述預測單元更新所述預測模型參數值。
23.根據權利要求22所述的系統，其中所述發送器在每次計算新的預測模型參數值時將所述發送信號傳送到所述顯示單元。
24.根據權利要求21所述的系統，其中所述處理單元包括控制單元，其用于命令所述處理單元的動作；以及連接到所述控制單元的跟蹤單元，其用于跟蹤所述指示的所述循環特性，并且用于產生睡眠周期，在此期間禁止所述傳感器單元，其中所述處理單元提供傳感器使能信號中的使能值以使所述傳感器單元僅對所述指示的所述循環特性的一部分起作用，該部分與表示完成所述循環特性的一個周期的時間間隔一致，所述時間間隔比所述循環特性的所述周期短，否則所述傳感器使能信號適于基于所述睡眠周期禁止所述傳感器單元。
25.根據權利要求24所述的系統，其中所述睡眠周期是所述指示的所述循環特性的上一次值的百分比。
26.根據權利要求24所述的系統，其中基于所述指示的所述循環特性的歷史值來調整所述睡眠周期。
27.根據權利要求21所述的系統，其中所述處理單元還包括用于壓縮所述信息信號中的數據的壓縮單元。
28.根據權利要求21所述的系統，其中所述檢測單元還包括溫度單元，其用于監測室外溫度并向所述處理單元提供溫度信號，并且其中將來自所述溫度信號的數據結合到所述信息信號中。
29.根據權利要求21所述的系統，其中所述顯示單元包括c)顯示處理單元，用于控制所述顯示單元的工作；d)連接到所述顯示處理單元的接收器，用于接收和處理所述發送信號以將接收的信號提供給所述顯示處理單元；e)連接到所述顯示處理單元的顯示器，用于顯示與所述建筑物的耗電量相關的信息；以及f)連接到所述顯示處理單元的接口單元，用于允許用戶輸入信息并且選擇所述顯示單元的工作模式。
30.根據權利要求29所述的系統，其中所述顯示單元還包括g)連接到所述顯示處理單元的實時時鐘，用于提供時間信息；h)連接到所述顯示處理單元的蜂鳴器單元，用于向用戶提供可聽見的信息；以及i)連接到所述顯示處理單元的存儲單元，用于存儲與所述建筑物的所述耗電量相關的信息。
31.根據權利要求29所述的系統，其中所述顯示單元還包括連接到所述顯示處理單元的通信單元，用于提供與外部計算裝置的連接以上載所述耗電量信息并且下載耗電費率。
32.根據權利要求21所述的系統，其中所述顯示單元包括c)顯示處理單元，用于控制所述顯示單元的工作；d)連接到所述顯示處理單元的接收器，用于接收和處理所述發送信號以將接收的信號提供給所述顯示處理單元；以及e)連接到所述顯示處理單元的設備控制單元，用于控制所述建筑物中的至少一個設備，所述設備控制單元接收溫度信息、耗電量信息和時間信息中的至少一個信息，并產生用于控制所述至少一個設備的工作設置的設備控制信號。
33.根據權利要求21所述的系統，其中所述傳感器單元包括發射器、第一檢測器和第二檢測器，各自指向所述指示出現的位置，所述發射器設置在所述第一和第二檢測器之間，所述發射器適于在所述指示出現的位置處發射IR能量，并且所述第一和第二檢測器適于檢測與所述指示相關的IR能量水平，所述第一和第二檢測器提供表示所述指示的所述循環特性的一個周期完成的第一和第二檢測信號。
34.根據權利要求33所述的系統，其中使用邏輯與運算符結合所述第一和第二檢測信號以提供所述消耗檢測信號。
35.根據權利要求33所述的系統，其中所述第一和第二檢測信號通過所述第一和第二檢測信號彼此相減進行結合。
36.一種用于自動讀取安裝在正消耗電能的建筑物上的電能表單元的檢測單元的外殼，所述電能表單元包括具有循環特性的指示，該循環特性具有隨表示建筑物的耗電量的速率而變化的周期，所述外殼包括a)主體，用于容納內部電子器件；b)連接到所述主體的延伸構件，所述延伸構件具有用于容納傳感器單元的頭部區域；以及c)連接到所述主體的附著裝置，用于將所述主體安裝在所述電能表上。
37.根據權利要求36所述的外殼，其中所述延伸構件包括延伸裝置，其用于延伸所述頭部部分的位置以將所述傳感器單元設置成鄰近于所述指示出現的位置。
38.根據權利要求36所述的外殼，其中所述延伸構件還包括樞軸裝置，其用于設置所述延伸構件使其相對所述主體成期望的角度。
39.根據權利要求36所述的外殼，其中所述附著裝置包括夾緊裝置，其可滑動地與所述主體上的環形構件嚙合，所述夾緊裝置圍繞所述電能表的周界延伸。
40.一種與安裝在正消耗電能的建筑物上的電能表單元一起使用的檢測單元，該電能表單元包括具有循環特性的指示，該循環特性具有隨表示建筑物的耗電量的速率而變化的周期，所述檢測單元安裝在用于監測所述耗電量的所述電能表單元上，所述檢測單元包括a)鄰近所述電能表單元設置的傳感器單元，用于監測所述指示的所述循環特性并產生消耗檢測信號；b)連接到所述傳感器單元的處理單元，用于接收所述消耗檢測信號和產生信息信號，所述處理單元還產生傳感器使能信號以使所述傳感器單元僅對所述指示的所述循環特性的一部分起作用，該部分與表示完成所述循環特性的一個周期的時間間隔一致，該時間間隔比所述循環特性的所述周期短。
41.根據權利要求40所述的檢測單元，其中所述檢測單元還包括c)控制單元，用于命令所述處理單元的動作；d)連接到所述控制單元的跟蹤單元，用于跟蹤所述指示的所述循環特性，并且用于產生睡眠周期，在此期間所述傳感器使能信號禁止所述傳感器單元；e)連接到所述處理單元的發送器，用于接收所述信息信號和傳送發送信號。
42.根據權利要求41所述的檢測單元，其中所述睡眠周期是所述指示的所述循環特性的上一次值的百分比。
43.根據權利要求41所述的檢測單元，其中基于所述指示的所述循環特性的歷史值來調整所述睡眠周期。
44.根據權利要求40所述的檢測單元，其中所述處理單元還包括預測單元，用于產生預測模型參數值以預測從所述消耗檢測信號獲得的耗電量數據，并且其中所述預測模型參數值應用在所述信息信號中，而不是所述消耗檢測信號的原始數據中。
45.根據權利要求44所述的檢測單元，其中當所述預測模型參數產生的數據與從所述消耗檢測信號獲得的所述耗電數據的差值大于預測誤差值時，所述預測單元更新所述預測模型參數值。
46.根據權利要求40所述的檢測單元，其中所述處理單元還包括用于壓縮所述信息信號中的數據的壓縮單元。
47.根據權利要求40所述的檢測單元，其中所述檢測單元還包括溫度單元，其用于監測室外溫度并向所述處理單元提供溫度信號，并且其中將所述溫度信號結合到所述信息信號中。
48.根據權利要求40所述的檢測單元，其中所述傳感器單元包括發射器、第一檢測器和第二檢測器，各自指向所述指示出現的位置，所述發射器設置在所述第一和第二檢測器之間，所述發射器適于在所述指示出現的位置處發射IR能量，并且所述第一和第二檢測器適于檢測與所述指示相關的IR能量水平，所述第一和第二檢測器提供表示所述指示的所述循環特性的周期的第一和第二檢測信號。
49.根據權利要求48所述的檢測單元，其中使用邏輯與運算符結合所述第一和第二檢測信號以提供所述消耗檢測信號。
50.根據權利要求48所述的檢測單元，其中所述第一和第二檢測信號通過所述第一和第二檢測信號彼此相減進行結合。
51.一種與安裝在正消耗電能的建筑物上的電能表單元一起使用的檢測單元，該電能表單元包括具有循環特性的指示，該循環特性具有隨表示建筑物的耗電量的速率而變化的周期，所述檢測單元安裝在用于監測所述耗電的所述電能表單元上，所述檢測單元包括a)鄰近所述電能表單元設置的傳感器單元，用于監測所述指示的所述循環特性并產生消耗檢測信號；以及b)連接到所述傳感器單元的處理單元，用于接收所述消耗檢測信號和產生信息信號，所述處理單元包括預測單元，其用于產生預測模型參數值以預測從所述消耗檢測信號獲得的耗電量數據，并將所述預測模型參數值結合到所述信息信號中。
52.根據權利要求51所述的檢測單元，其中當所述預測模型參數產生的數據與從所述消耗檢測信號獲得的所述耗電量數據的差值大于預測誤差值時，所述預測單元更新所述預測模型參數值。
53.根據權利要求51所述的檢測單元，其中所述檢測單元還包括c)控制單元，用于命令所述處理單元的動作；d)連接到所述控制單元的跟蹤單元，用于跟蹤所述指示的所述循環特性，并且用于產生睡眠周期，在此期間禁止所示傳感器單元，其中所述處理單元提供傳感器使能信號中的使能值，以使所述傳感器單元僅對所述指示的所述循環特性的一部分起作用，該部分與表示完成所述循環特性的一個周期的時間間隔一致，所述時間間隔比所述循環特性的周期短，另外所述傳感器使能信號適于基于所述睡眠周期禁止所述傳感器單元；以及e)連接到所述處理單元的發送器，用于接收所述信息信號和傳送發送信號。
54.根據權利要求53所述的檢測單元，其中所述睡眠周期是所述指示的所述循環特性的上一次值的百分比。
55.根據權利要求53所述的檢測單元，其中基于所述指示的所述循環特性的歷史值來調整所述睡眠周期。
56.根據權利要求53所述的檢測單元，其中每次計算新的預測模型參數值時，所述發送器向所述顯示單元傳送所述發送信號。
57.根據權利要求51所述的檢測單元，其中所述處理單元還包括用于壓縮所述信息信號中的數據的壓縮單元。
58.根據權利要求51所述的檢測單元，其中所述檢測單元還包括溫度單元，其用于監測室外溫度并向所述處理單元提供溫度信號，并且其中將所述溫度信號結合到所述信息信號中。
59.根據權利要求51所述的檢測單元，其中所述傳感器單元包括發射器、第一檢測器和第二檢測器，各自指向所述指示出現的位置，所述發射器設置在所述第一和第二檢測器之間，所述發射器適于在所述指示出現的位置處發射IR能量，并且所述第一和第二檢測器適于檢測與所述指示相關的IR能量水平，所述第一和第二檢測器提供表示所述指示的所述循環特性的周期的第一和第二檢測信號。
60.根據權利要求59所述的檢測單元，其中使用邏輯與運算符結合所述第一和第二檢測信號，以提供所述消耗檢測信號。
61.根據權利要求59所述的檢測單元，其中所述第一和第二檢測信號通過所述第一和第二檢測信號彼此相減進行結合。
62.一種用于自動讀取安裝在正消耗電能的建筑物上的電能表單元的方法，該電能表單元包括具有循環特性的指示，該循環特性具有隨表示所述建筑物的耗電量的速率而變化的周期，所述方法包括a)使用傳感器單元檢測所述指示的所述循環特性的變化，并產生消耗檢測信號；b)基于來自所述消耗檢測信號的數據，產生信息信號；以及c)產生傳感器使能信號以使所述傳感器單元僅對所述指示的所述循環特性的一部分起作用，該部分與表示完成所述循環特性的一個周期的時間間隔一致，該時間間隔比所述循環特性的周期短。
63.根據權利要求62所述的方法，其中所述方法還包括d)基于所述信息信號來傳送發送信號；并且在相對于所述電能表單元遠離的位置，e)接收并處理用于獲得耗電量信息的發送信號；以及f)顯示所述耗電量信息。
64.根據權利要求62所述的方法，其中步驟(a)包括d)跟蹤所述指示的所述循環特性，用于產生睡眠周期，在此期間所述傳感器使能信號禁止所述傳感器單元。
65.根據權利要求64所述的方法，其中所述方法還包括產生作為所述指示的所述循環特性的上一次值的百分比的睡眠周期。
66.根據權利要求64所述的方法，其中所述方法還包括基于所述指示的所述循環特性的歷史值來產生所述睡眠周期。
67.根據權利要求62所述的方法，其中步驟(b)包括產生預測模型參數值以預測從所述消耗檢測信號獲得的耗電量數據。
68.根據權利要求67所述的方法，其中所述方法還包括當所述預測模型參數產生的數據與從所述消耗檢測信號獲得的所述耗電量數據的差值大于預測誤差值時，更新所述預測模型參數值。
69.根據權利要求63所述的方法，其中步驟(d)包括壓縮所述信息信號中的數據以產生所述發送信號。
70.根據權利要求62所述的方法，其中步驟(b)包括監測室外溫度并將溫度數據結合到所述信息信號中。
71.根據權利要求63所述的方法，其中所述方法還包括g)存儲與所述建筑物的所述耗電量相關的信息；以及h)基于所存儲的信息來預測所述建筑物將來的耗電量。
72.根據權利要求63所述的方法，其中所述方法還包括提供與外部計算裝置的連接以上載所述耗電量信息和下載耗電費率。
73.根據權利要求62所述的方法，其中所述方法還包括產生設備控制信號，用于控制所述建筑物中的至少一個設備的工作設置，基于溫度信息、耗電量信息和時間信息中的至少一個來產生所述設備控制信號。
74.一種用于自動讀取安裝在正消耗電能的建筑物上的電能表單元的方法，該電能表單元包括具有循環特性的指示，該循環特性具有隨表示建筑物的耗電量的速率而變化的周期，所述方法包括a)使用傳感器單元來檢測所述指示的所述循環特性的變化，并產生消耗檢測信號；以及b)通過產生預測模型參數值以預測從所述消耗檢測信號中獲得的耗電量數據，基于來自所述消耗檢測信號的數據產生信息信號，并在所述信息信號中包括所述預測模型參數值。
75.根據權利要求74所述的方法，其中所述方法還包括c)基于所述信息信號來傳送發送信號；并且在相對于所述電能表單元遠離的位置，d)接收并處理用于獲得耗電量信息的所述發送信號；以及e)顯示所述耗電量信息。
76.根據權利要求74所述的方法，其中步驟(b)包括當所述預測模型參數產生的數據與從所述消耗檢測信號獲得的所述耗電量數據的差值大于預測誤差值時，更新所述預測模型參數值。
77.根據權利要求75所述的方法，其中步驟(c)包括每次計算新的預測模型參數值時，傳送所述發送信號。
78.根據權利要求74所述的方法，其中步驟(a)包括c)跟蹤所述指示的所述循環特性，用于產生睡眠周期，在此期間傳感器使能信號禁止所述傳感器單元；d)產生所述睡眠周期，在此期間通過提供所述傳感器使能信號中的使能值以使所述傳感器單元僅對所述指示的所述循環特性的一部分起作用來禁止傳感器單元，該部分與表示完成所述循環特性的一個周期的時間間隔一致，所述時間間隔比所述循環特性的周期短，另外，所述傳感器使能信號適于基于所述睡眠周期來禁止所述傳感器單元。
79.根據權利要求78所述的方法，其中所述方法還包括產生作為所述指示的所述循環特性的上一次值的百分比的所述睡眠周期。
80.根據權利要求78所述的方法，其中所述方法還包括基于所述指示的所述循環特性的歷史值來產生所述睡眠周期。
81.根據權利要求75所述的方法，其中步驟(c)包括壓縮所述信息信號中的數據以產生所述發送信號。
82.根據權利要求74所述的方法，其中步驟(b)包括監測室外溫度并將溫度數據結合到所述信息信號中。
83.根據權利要求75所述的方法，其中所述方法還包括f)存儲與所述建筑物的所述耗電量相關的信息；以及g)基于所存儲的信息來預測所述建筑物將來的耗電量。
84.根據權利要求75所述的方法，其中所述方法還包括提供與外部計算裝置的連接以上載所述耗電量信息和下載耗電費率。
85.根據權利要求74所述的方法，其中所述方法還包括產生設備控制信號，用于控制所述建筑物中的至少一個設備的工作設置，基于溫度信息、耗電量信息和時間信息中的至少一個來產生所述設備控制信號。
全文摘要
一種用于自動讀取電能表單元上的指示的電能表讀取器系統，該電能表單元的指示具有隨表示耗電量的速率而變化的循環特性。該系統包括檢測單元，其包括傳感器單元，用于監測該指示的循環特性并產生消耗檢測信號；處理單元，用于基于與消耗檢測信號相關的數據來產生信息信號；以及發送器，用于基于信息信號來傳送發送信號。該處理單元也產生傳感器使能信號以使傳感器單元僅在該指示的循環特性的部分啟動。該系統還包括相對于檢測單元遠距離設置的顯示單元，用于接收發送信號并顯示耗電量。該檢測單元也利用用于減少檢測單元中的耗電量的預測模型。
文檔編號G01R11/32GK1961217SQ200580017707
公開日2007年5月9日 申請日期2005年3月31日 優先權日2004年4月1日
發明者莫里斯·塔夫, 斯蒂芬·加尼翁 申請人:藍線創新公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
