遙讀流體流量計的方法、流量計及與此方法相關(guān)的服務(wù)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及遙讀流體流量計的方法，流量計包括帶有流量計時鐘的模塊和用于向包括服務(wù)器時鐘的服務(wù)器發(fā)送帶有時間戳的遙讀信息幀的無線電發(fā)射器，發(fā)送完所有N幀，流量計模塊轉(zhuǎn)入接收模式(Rx)一段時間(△Rx)；一接收到帶有時間戳的信息幀，該服務(wù)器確定包含在接收幀中的時鐘信息和服務(wù)器時鐘提供的時鐘信息之間的偏差；接著，若該偏差超過預(yù)定的極限（△L)，該服務(wù)器向流量計發(fā)射一個校準(zhǔn)消息；一收到校準(zhǔn)消息，該流量計模塊更新流量計時鐘。
【專利說明】遙讀流體流量計的方法、流量計及與此方法相關(guān)的服務(wù)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及流體流量計的遙讀方法，按照此方法，流量計包括帶有流量計時鐘的模塊和無線電發(fā)射器，用于向包括服務(wù)器時鐘的服務(wù)器發(fā)送帶有時間戳的遙讀信息幀。
[0002]本發(fā)明還涉及與該方法相關(guān)聯(lián)的專用流量計和服務(wù)器。
[0003]更具體地說，本發(fā)明涉及，但不僅僅涉及水或氣體的流量計。
【背景技術(shù)】
[0004]在傳統(tǒng)的射頻遙讀網(wǎng)絡(luò)中，該流量計的發(fā)射器以確定的周期性按照預(yù)定的日歷發(fā)送其數(shù)據(jù)。該發(fā)射器被編程以便，例如，在6:00,12:00,18:00和24:00進行測量或發(fā)送。
[0005]該發(fā)射器，用電池供電，被設(shè)計來運行約15至20年。為了降低這些產(chǎn)品的成本，使用質(zhì)量相對較差的運行良好的石英。一般流量計的石英時鐘具有約百萬分之(ppm)+/-20的內(nèi)在精度和約每年百萬分之(ppm)+/-3的老化漂移。因而，在10年結(jié)束時時間偏差可能約達百萬分之40或者更多。這意味著在10年之后可能有1.4小時的偏差和在20年之后有5.5小時的偏差。
[0006]因而，相對于絕對時間，一般稱為協(xié)調(diào)世界時(UTC (Coordinated UniversalTime))，發(fā)射器的測量(或發(fā)送)時刻也偏離初始編程的發(fā)射時間和日期，不再遵守該時間和日期。
[0007]因而，主要的困難在于如何通過該射頻遙讀網(wǎng)絡(luò)對發(fā)射器時鐘定期進行更新。
[0008]在該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，使用NTP協(xié)議?？蛻舳ㄆ谡埱蠓?wù)器進行更新。該服務(wù)器送回它的時間以及客戶請求到達的時間和服務(wù)器開始響應(yīng)的時間。該客戶知道他的請求發(fā)送時間和該響應(yīng)的接收時間，于是可以計算他的內(nèi)部時鐘和基準(zhǔn)時鐘之間的時間差和消息在該網(wǎng)絡(luò)中傳播的時間。
[0009]同樣可以實現(xiàn)定期的，例如，每天一次的時間更新系統(tǒng)。
[0010]這樣的更新在該網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)流，這對其容量是一個沖擊。
[0011]在一個固定的遙讀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，可以發(fā)現(xiàn)在給定時間讀取流量計用的不同的體系結(jié)構(gòu):連接到流量計的無線電模塊是雙向的(發(fā)射器/接收器)，或是單向的。
[0012]人們尤其對短波固定遙讀網(wǎng)絡(luò)的情況感興趣(ISM頻帶868MHz或433MHz)。
[0013]在雙向流量計的情況下，該模塊在接收模式下“監(jiān)聽”無線電連接，等待讀取命令。該命令來自與基準(zhǔn)(例如，用NTP連接至同步互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)器)同步的網(wǎng)絡(luò)實體。以永久性的偵聽/接收模式實現(xiàn)帶有流量計模塊的真正的雙向網(wǎng)絡(luò)是復(fù)雜的，需要笨重的基礎(chǔ)設(shè)施并在流量計電池方面消耗大量能量。
[0014]在單向流量計的情況下，這些模塊每X秒，X在10至40秒之間，只用發(fā)射器傳輸讀取的流量計值。同步接收器，例如，用NTP同步的網(wǎng)關(guān)GPRS，或者GPS同步的設(shè)備，將在所希望的時間“監(jiān)聽”該發(fā)射器。測量上的時間誤差為發(fā)送器的發(fā)射頻率的數(shù)量級，即幾秒。
[0015]用這樣的方法需要發(fā)射大量數(shù)據(jù)，這對網(wǎng)絡(luò)的尺寸有影響，而且同樣嚴(yán)重沖擊流量計的電耗或發(fā)射器的射程。在流量計利用電池工作的情況下，這導(dǎo)致流量計自治性的減尋層。
[0016]此外，利用比較精確的時鐘會產(chǎn)生高成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]考慮到這些不同的缺點和困難，本發(fā)明的目的在于，尤其是，提供一種方法，它允許保征遙讀信息計時的可靠性，而又不論對網(wǎng)絡(luò)的容量和成本，還是對流量計的電耗和流量計利用電池組或電池工作時的自治性都不產(chǎn)生負(fù)面沖擊。
[0018]按照本發(fā)明，一種流體流量計的遙讀方法，其中，流量計包括帶有流量計時鐘的模塊、無線電發(fā)射器/接收器，用于向服務(wù)器發(fā)送含有日歷時間戳的遙讀信息幀，該服務(wù)器包括服務(wù)器時鐘和無線電接收器/發(fā)射器，其特征在于，
[0019]在發(fā)射該幀之后，所有N個幀被傳送，流量計模塊轉(zhuǎn)入接收模式(Rx)達確定的時間段(Δ Rx),
[0020]一接收到含有日歷時間戳的信息幀，服務(wù)器確定包含在所接收幀中的時鐘信息和服務(wù)器時鐘提供的時鐘信息之間的偏差，
[0021]然后，若該差值超過預(yù)定的極限(Λ L)，則服務(wù)器向流量計發(fā)射校準(zhǔn)消息，
[0022]一收到校準(zhǔn)消息，流量計模塊更新流量計時。
[0023]在其后該流量計模塊轉(zhuǎn)入接收模式的發(fā)射幀數(shù)N —般是一個超過I的整數(shù)。發(fā)射校準(zhǔn)消息用的偏差的預(yù)定的極限Λ L可以在30秒和2分鐘之間，尤其等于I分鐘。
[0024]該校準(zhǔn)消息最好包括校準(zhǔn)消息包括用于補償所確定的偏差的即時修正指令和用于消除或減少未來偏差的周期修正指令，尤其是由于老化造成的偏差。
[0025]最好，該流量計模塊根據(jù)周期(P)，轉(zhuǎn)入發(fā)射模式(Tx)，必要時隨后有接收模式，用于回到多次發(fā)射之間的休息狀態(tài)以便節(jié)省能量。周期P可以是4小時或者4小時的倍數(shù)。
[0026]在其間流量計模塊轉(zhuǎn)為接收的時間段Λ Rx為在60ms和200ms之間，尤其等于120ms (毫秒)。
[0027]接收模式(Rx)包括兩個階段，具有持續(xù)時間Λ Rxa的第一階段Rxa缺省地實施，并且在第一階段期間該流量計模塊開始接收校準(zhǔn)消息，流量計模塊轉(zhuǎn)入接收模式Rxb第二階段，第二階段具有超過第一階段特續(xù)時間Λ Rxa的持續(xù)時間Λ Rxb0
[0028]接收模式第一階段的持續(xù)時間Λ Rxa可以在2和5ms之間，尤其等于3ms。該持續(xù)時間Λ Rxb可以在60ms和200ms之間，尤其等于120ms。
[0029]該流量計最好包括一個標(biāo)識符，包括在向該服務(wù)器發(fā)送的每個含有日歷時間戳的信息幀內(nèi)。
[0030]測量消耗量之后，含有日歷時間戳的信息幀的發(fā)射按照預(yù)定程序在時間上被延遲，該服務(wù)器利用流量計標(biāo)識符來標(biāo)識相應(yīng)的程序并在偏差計算中考慮該幀的延遲發(fā)射。
[0031]本發(fā)明還涉及流體流量計，尤其是水或氣體流量計，包括計量裝置、帶有流量計時鐘、無線電發(fā)射器和無線電接收器的模塊，以及能夠按照上述方法進行使用的流量計時鐘更新裝置。
[0032]本發(fā)明還涉及一種服務(wù)器，包括發(fā)射器和接收器、服務(wù)器時鐘和能夠按照上述方法進行使用的偏差測量裝置。【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]參照附圖閱讀下面對推薦的但沒有任何限制特性的實施方式的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將會變得明顯。附圖中:
[0034]圖1是水流量計的示意圖，帶有與服務(wù)器通信的遙讀模塊；
[0035]圖2是一個示意圖，說明該流量計和該服務(wù)器之間的傳送；而
[0036]圖3是偏差和校正實例的表。
【具體實施方式】
[0037]在利用169MHz頻帶的長距離固定遙讀網(wǎng)絡(luò)的情況下，載波可達50米至幾公里，這些流量計模塊是單向的只帶有一個發(fā)射器，由于節(jié)省電池組或者電池，每天發(fā)送4到12次之間的信息幀。
[0038]在制造階段，對該發(fā)射器進行校準(zhǔn)，以減少其與頻率基準(zhǔn)的初始誤差，但是流量計時鐘的時間漂移(d6rive)仍舊存在。
[0039]按照本發(fā)明，為了消除或減少這種時鐘的時間漂移，而又不使網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜化及增加流量計模塊的電消耗，實現(xiàn)簡化的雙向模式，以此該固定網(wǎng)絡(luò)可以伺服流量計發(fā)射器的時鐘。
[0040]在圖1中人們可以看到，水流量計I包括一個帶有流量計時鐘的模塊2，和無線電發(fā)射器3，用以向服務(wù)器4發(fā)送帶有時間戳的遙讀信息幀，該服務(wù)器包括時鐘服務(wù)器、接收器和發(fā)射器。
[0041]流量計模塊的時鐘是石英時鐘，它顯示兩種漂移類型:相對于協(xié)調(diào)世界時，直接由制造時決定的正或負(fù)的內(nèi)在漂移，和由于老化造成的正或負(fù)的漂移。該流量計模塊包括一個其時鐘的更新裝置。
[0042]在該一個或多個流量計I和該服務(wù)器4之間的傳送以示意圖示于圖2，并按照本發(fā)明執(zhí)行如下。
[0043]在服務(wù)器4處，該網(wǎng)絡(luò)用NTP型系統(tǒng)與協(xié)調(diào)世界時UTC同步。因而，該服務(wù)器4從流量計I接收的所有信息都相對于UTC(協(xié)調(diào)世界時)以超過一秒的精度被印上時間日歷戳。無線電波的傳播時間可以忽略不計，并假定消息的發(fā)射時間等于其接收時間，這對于希望的精度是足夠的。
[0044]在時刻t0，該流量計模塊轉(zhuǎn)入發(fā)射模式Tx —個在60ms和200ms之間，具體地說，等于120ms的時間段Λ Tx，并發(fā)射一個包含以8位編碼的時間戳的信息幀，包括一個讀出的測量值以及該流量計的系列號。
[0045]根據(jù)流量計的系列號、不同的消息域和消息接收UTC時間，該服務(wù)器4被編程來確定該流量計模塊I進行測量的時刻。
[0046]此外，該服務(wù)器識別流量計模塊發(fā)射器的發(fā)射日歷，就是說，設(shè)想的流量計發(fā)射時亥IJ。該服務(wù)器4被編程以在幾次接收結(jié)束時確定流量計時鐘頻率的漂移數(shù)值。這個漂移對應(yīng)于按照該日歷設(shè)置的測量時的理論世界標(biāo)準(zhǔn)時和該測量的實際世界標(biāo)準(zhǔn)時之間的差值。按照流量計時鐘相對于世界標(biāo)準(zhǔn)時是滯后或超前，這個漂移可以是負(fù)或正。
[0047]一旦算出這個漂移，就可以簡單地以下列形式發(fā)送漂移修正命令:
[0048].設(shè)置當(dāng)前時間[0049].和小時數(shù)，此小時數(shù)后流量計模塊應(yīng)該利用其更新裝置系統(tǒng)地在其內(nèi)部時鐘或流量計時鐘上減去或加上一個確定的時間值，特別是I秒。
[0050]只有當(dāng)真實的信息接收時間和理論的信息接收時間之間的偏差超過預(yù)定的極限Δ L時才發(fā)送該命令，該極限最好在30秒和2分鐘之間，具體地說，等于I分鐘。
[0051]當(dāng)發(fā)射時間Λ Tx,特別是120ms已經(jīng)逝去時,流量計模塊轉(zhuǎn)入接收模式Rx,它最好包括兩個階段。持續(xù)時間為Λ Rxa，特別是3ms的第一階段Rxa作為缺省來實現(xiàn)。
[0052]若在該階段Rxa和時間Λ Rxa期間該流量計收不到任何信息，則中止接收模式，而該流量計等待在周期P，具體地說，4小時結(jié)束后的時刻tl開始的下一通信序列。
[0053]若在階段Rxa期間，該流量計模塊開始接收校準(zhǔn)消息，則流量計模塊轉(zhuǎn)入第二階段，在一個超過第一階段的持續(xù)時間Λ Rxa的持續(xù)時間Λ Rxb期間的接收模式Rxb。持續(xù)時間Λ Rxb最好在60ms (毫秒)和200ms之間，具體地說，等于120ms (毫秒)。
[0054]當(dāng)完全收到該校準(zhǔn)消息時，該流量計模塊退出接收模式Rxb，并停止通信直至4小時的周期P結(jié)束時的時刻Tl。
[0055]在服務(wù)器4確定老化漂移約為每年百萬分之3的情況下，該漂移約為3x (365x24x60) /IO6，即約為1.58分/年，即94.8秒/年，即約為7.9秒/月。
[0056]若流量計發(fā)射器時鐘超前世界標(biāo)準(zhǔn)時，則當(dāng)在消息真實的接收時間和消息理論的接收時間之間的偏差超過該預(yù)定的極限Λ L，特別是I分鐘時，該服務(wù)器4發(fā)送修正命令。
[0057]響應(yīng)該命令，該流量計發(fā)射器模塊將:
[0058].立即在其內(nèi)部時鐘每小時減小一分鐘，
[0059]?在其內(nèi)部時鐘每92.6小時減小I秒(老化漂移是7.9秒/月，即7.9秒/30.5X24小時，即7.9秒/732小時，即I秒/92.6小時)。
[0060]為了闡明該方法，對于在時刻t0精度為20ppm(初始不確定性)而且老化年漂移為每年3ppm的時鐘，一組校準(zhǔn)數(shù)值以表的形式示于圖3。
[0061]圖3的表包括第一行，題為:以年的日期和兩組各3行，題為:以分鐘的最大漂移；以小時的最大漂移；時鐘更新周期。
[0062]第一組的三行對應(yīng)于未校準(zhǔn)的時鐘(未對初始不確定性進行修正)。第一年的最大漂移是每年百萬分之23，即用分鐘表達:
[0063]23x (365x24x60)分 /IO6,約為 12.09 分鐘，
[0064]取整為12.1分。因而總漂移約為每月I分鐘。第一年內(nèi)部時鐘減小I秒的更新周期是12.08小時。對于其余各年的數(shù)據(jù)列于該表中。
[0065]第二組三行對應(yīng)于校準(zhǔn)過的時鐘(修正了初始不確定性)。對于第一年，每年(老化)漂移3ppm約為每年1.6分鐘，即7.9秒/月，即I秒/92.59小時。因而，第一年內(nèi)部時鐘減小I秒的更新周期為92.59小時。對于第二年，每年6ppm的老化漂移推算出為每年
4.7分鐘的漂移和每30.86小時的更新周期。
[0066]隨后各年如此類推。
[0067]按照本發(fā)明的裝置有許多優(yōu)點。
[0068]它允許獲得固定日期的消耗量信息，而沒有顯著的誤差，這是某些消費者要求的。
[0069]沒有修正的流量計時鐘每年可能偏移12分鐘，即在流量計的估計使用壽命的20年偏移5.5小時，這樣一個偏差往往是難以接受的。[0070]但是進行流量計時鐘的修正無需笨重的基礎(chǔ)設(shè)施和費用，而且即使傳輸距離遠也一樣。
[0071]該修正信息尺寸非常小，約8位，因而并不會使網(wǎng)絡(luò)堵塞。
[0072]按照簡化雙向模式工作允許只利用單一頻率和避免求助于非常笨重的基礎(chǔ)設(shè)施。事實上，真正的雙向網(wǎng)絡(luò)需要實現(xiàn)繁重的通信協(xié)議。
[0073]本發(fā)明適用于所有類型的流體流量計，具體地說，水或氣體流量計，而且適用于把電看作流體的電流量計。
【權(quán)利要求】
1.一種流體流量計的遙讀方法，其中，流量計包括帶有流量計時鐘的模塊、無線電發(fā)射器/接收器，用于向服務(wù)器發(fā)送含有日歷時間戳的遙讀信息幀，該服務(wù)器包括服務(wù)器時鐘和無線電接收器/發(fā)射器，其特征在于， 在發(fā)射該幀之后，所有N個幀被傳送，流量計模塊轉(zhuǎn)入接收模式(Rx)達確定的時間段(Δ Rx), 接收到含有日歷時間戳的信息幀，服務(wù)器確定包含在所接收幀中的時鐘信息和服務(wù)器時鐘提供的時鐘信息之間的偏差， 然后，若該差值超過預(yù)定的極限(Λ L)，則服務(wù)器向流量計發(fā)射校準(zhǔn)消息， 接收到校準(zhǔn)消息，流量計模塊更新流量計時鐘。
2.按照權(quán)利要求1的遙讀方法，其特征在于，傳送N個幀后流量計模塊轉(zhuǎn)入接收模式中所述的N個幀的數(shù)目N為一個大于I的整數(shù)。
3.按照權(quán)利要求1或2的遙讀方法，其特征在于，關(guān)于發(fā)射校準(zhǔn)消息的偏差的預(yù)定極限(Δ L)在30秒和2分鐘之間，尤其等于I分鐘。
4.按照上述權(quán)利要求中任一項的遙讀方法，其特征在于，校準(zhǔn)消息包括用于補償所確定的偏差的即時修正指令和用于消除或減少未來偏差的周期修正指令。
5.按照權(quán)利要求1的遙讀方法，其特征在于，根據(jù)周期(P)，流量計模塊轉(zhuǎn)入發(fā)射模式(Tx)，必要時隨后有接收模式，用于回到多次發(fā)射之間的休息狀態(tài)以便節(jié)省能量。
6.按照權(quán)利要求1的遙讀方法，其特征在于，接收模式(Rx)電括兩個階段，具有持續(xù)時間(ARxa)的第一階段(Rxa)缺省地實施，并且在第一階段期間該流量計模塊開始接收校準(zhǔn)消息，流量計模塊轉(zhuǎn)入接收模式(Rxb)第二階段，第二階段具有超過第一階段持續(xù)時間(Δ Rxa)的持續(xù)時間(Λ Rxb)。
7.按照權(quán)利要求6的遙讀方法，其特征在于，接收模式第一階段的持續(xù)時間(ARxa)在2和5ms之間，尤其等于3ms。
8.按照權(quán)利要求1的遙讀方法，其特征在于，在其間流量計模塊轉(zhuǎn)為接收的時間段(Δ Rx)為在60ms和200ms之間，尤其等于120ms。
9.按照上述權(quán)利要求中任一項的遙讀方法，其特征在于，流量計包括標(biāo)識符，該識別符包令在向服務(wù)器傳輸?shù)拿總€含有日歷時間戳的信息巾貞中。
10.按照權(quán)利要求9的遙讀方法，其特征在于，測量消耗量之后，含有日歷時間戳的信息幀的發(fā)射按照預(yù)定程序在時間上被延遲，該服務(wù)器利用流量計標(biāo)識符來標(biāo)識相應(yīng)的程序并在偏差計算中考慮該幀的延遲發(fā)射。
11.一種流體流量計，尤其是水或氣體流量計，包括計量裝置、帶有流量計時鐘、無線電發(fā)射器和無線電接收器的模塊，以及能夠按照權(quán)利要求1至10中任一項的方法進行使用的流量計時鐘更新裝置。
12.一種服務(wù)器，包括發(fā)射器和接收器、服務(wù)器時鐘和能夠按照權(quán)利要求1至10中任一項的方法進行使用的偏差測量裝置。
【文檔編號】G01D4/00GK103765915SQ201280032412
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月27日
【發(fā)明者】P·卡爾韋 申請人:蘇伊士環(huán)境集團