Brevet FR2570203A1 — publié le 19860314

La présente invention concerne un dispositif de régulation et éventuellement de comptabilisation, de la chaleur distribuée par une installation de chauffage dans des locaux déterminés dotés d'une installation électrique commune, comportant une unité de contrôle des commandes qui permet à qui occupe les locaux ou à qui les contrôle, de communiquer au dispositif ses habitudes ou exigences et de vérifier la température des locaux contrôlés, des soupapes électriques au nombre d'une par local contrôlé , qui sont l'élément d'actionnement et permettent de moduler l'émission de chaleur nécessaire pour maintenir la température programmée (et qui dans le cas d'un chauffage électrique, sont remplacées par des interrupteurs à l'état solide),desunités périphériques également au nombre d'une par local contrôlé , qui interprètent et vérifient l'exactitude des commandes reçues à partir de l'unité de contrôle, commandent l'ouverture et la fermeture des soupapes électriques, mesurent et transmettent à l'unité de contrôle la température ambiante et, Si la comptabilisation de la chaleur est prévue, également la température de l'eau des surfaces rayonnantes contrôlées, et, si la comptabilisation de la chaleur est prévue, une unité de comptage qui effectue la comptabilisation des kWh équivalents consommés. Le but de l'invention est principalement de réaliser un dispositif économique pour la régulation et la comptabilisation éventuelle de la chaleur, qui soit amortissable en 2 ou 3 ans d'exercice, qui fournisse des prestations élevées et qui puisse être installé sans recourir à des connexions électriques relativement longues dans des locaux déjà construits. Les locaux déjà construits peuvent être par exemple des habitations conçues pour une famille, dans lesquelles des dispositifs utilisés pour réguler la température en fonction des exigences d'occupation des locaux individuels de l'appartement, ou des habitations pourvues d'une installation de chauffage central, dans lesquelles le dispositif est utilisé comme dans le cas précédent, et pour permettre une répartition équitable des frais de chauffage en fonction des consommations effectives, ou encore des hôtels, dans lesquels le dispositif est utilisé pour maintenir la température de confort dans les seuls moments d'occupation, ou des bureaux dans lesquels le dispositif est utilisé pour maintenir la température de confort uniquement pendant les heures de travail. Les objectifs précités ainsi que d'autres qui apparaîtront clairement dans ce qui suit sont atteints selon l'invention avec un dispositif du type précité qui est caractérisé en ce qu'il utilise le réseau de l'installation électrique existant dans les locaux comme support fixe pour la transmission des données par des ondes dirigées. L'utilisation d'ondes dirigées est en fait connu pour des communications entre appareils distants dans le domaine de l'électronique civile pour la transmission des voix (parlofones). Pour la transmission de données par téléphonie interurbaine, les ondes dirigées sont eqloyées dans des appareils de télécommande ou amplificateurs sur des longues distances couvertes par des lignes aériennes. La complexité des appareils et leur coût sont toutefois supérieurs de plusieurs ordres par rapport à la solution proposée selon l'invention, qui ne peutpasêtre déduite des résultats connus de la technique. L'invention et ses développements sont expliqués avec plus de détails ci-après en prenant en considération un exemple de réalisation qui n'est évidemment pas limitatif. Le dispositif comprend - une unité de contrôle qui permet à celui qui habite l'appartement de communiquer au dispositif ses habitudes ou exigences et de vérifier la température des locaux contrôlés ; - des soupapes électriques (à raison d'une pour chaque local contrôlée) qui sont l'élément d'actionnement et permettent de moduler l'émission de chaleur nécessaire pour maintenir la température programmée dans le cas du chauffage électrique, les soupapes électriques étant remplacées par des interrupteurs à l'état solide - des unités périphériques (à raison d'une pour chaque local contrôlé) qui interprètent et vérifient la pertinence des commandes reçues à partir de l'unité de contrôle, commandent l'ouverture et la fermeture des soupapes électriques, mesurent et transmettent à l'unité de contrôle la température ambiante, et, Si la comptabilisation de la chaleur est requise, également la température de l'eau des surfaces rayonnantes est contrôlée ; et - une unité de comptage qui effectue la comptabilisation des kWh équivalents consommés. Dans exemple considéré, le dispositif mémorise jusqu'à 16 programmes de température (allure de la température au cours de 24 heures), dont 8 peuvent être construits par l'usager. A chaque pièce de l'appartement, on peut associer 3 programmes choisis parmi les 16, qui correspondent respectivement aux - programmes des jours fiés - programmes des jours de veilles de fêtes, - programmes des jours de fêtes. On peut définir quéls seront au cours de la semaine les jours fériés, veilles de fêtes et de fêtes. Le type de jour peut être modifié "temporairement" une semaine à l'avance. Le dispositif permet en outre de faire varier les programmes de température (augmenter ou diminuer la température) associés à une pièce. Pendant les absences de l'appartement, il maintient la température minimale permise. Il accepte la date à laquelle il est nécessaire de passer de la température "minimale permise" à la température programmée (date de retour). A la "date de retour", pour maintenir au cours des jours suivants les températures programmées, le dispositif exige au cours du "jour de retour" une commande de la part de celui qui habite l'appartement. Si celle-ci n'est pas effectuée, le dispositif impose tout au long de la journée les "températures minimales".Le dispositif pernet également d'apposer dans chaque pièce et de façon différenciée, l'heure de réveil, rétablir pour chaque pièce un coefficient proportionnel aux surfaces rayonnantes (par une clé convenable),devisualist pour chaque pièce la température ambiante au voisinage du sol et (si le dispositif effectue la comptabilisation) la température de l'eau, de visualiserles consommations de l'appartement, de visualiser l'heure et la date courantes et de visualiser les anomalies éventuelles. La caractéristique primaire du dispositif est l'utilisation de l'installation électrique existante dans l'appartement comme support physiaue pour la transmission des données (ondes dirigées). L'unité de contrôle, représentée par un schéma à blocs dans la figure 1, transmet chaque seconde un message d'interrogation composé du code de l'unité périphérique, d'une information qui identifie le type de mesure que l'unité périphérique doit transmettre et de l'état de la soupape électrique. Le-message est émis sériellement par la micro-calculatrice de l'unité de contrôle avec une codification des "zéro" et "un" indiquée dans la figure 2. Les "zéro" et "un" ainsi codifiés sont envoyés à un circuit qui convertit les niveaux "haut!' et "bas" du code respectivement en "présence"et "absence" de fréquences (par exemple 200 kHz). Les trains d'impulsions à la sortie du circuit précité sont couplés à l'installation électrique par l'intermédiaire du secondaire d'un circuit résonnant. A l'unité périphérique représentée par un schéma à blocs dans la figure 3, a lieu le processus inverse. La "présence"et 1' "absence"de fréquences sonttransformées respectivement en niveau "haut"et"bas" par un circuit approprié. Le signal obtenu, qui reproduit le code transais, est interprété par un microprocesseur qui vérifie la correspondance du code de l'unité périphérique reçu avec le code (nom de l'unité périphérique) attribué à ladite unité périphérique. Si la correspondance existe, le microprocesseur identifie le type de mesure que l'unité périphérique devra retransmettre et l'état de la soupape électrique. Dans le cas contraire, le microprocesseur n'exécute aucune activité. Pendant la réception, le microprocesseur exécute une série de contrôles quant à la longueur du message et à l'affectation de temps aux "zéro" et "un". Si certains de ces contrôles ne sont pas satisfaits, le message est écarté. Les mesures que chaque unité périphérique peut transmettre à l'unité de contrôle à la suite d'une interrogation sont - un repère inférieur - un repère supérieur - la température ambiante - la température de l'eau Le signal analogique correspondant à la mesure voulue est appliqué par un commutateur analogique à un convertisseur tension/fréquence. Le domaine des températures de - 0 à 300C pour la température ambiante - 30 à 950C pour la température de l'eau - 50C pour la limite inférieure, - 250C Pour la limite supérieure, est transformé en une fréquence variable entre 170 kHz et 230 kHz. La fréquence ainsi obtenue est envoyée à un circuit de transmission pour être transmise, par l'intermédiaire du secondaire dudit circuit résonnant de réception, à la ligne électrique de l'appartement. L'unité de contrôle, après avoir transmis le code qui sélectionne l'unité périphérique et le type de mesure, déclenche un circuit (matériel-logiciel) de mesure qui, en recevant comme entrée - le signal de fréquence transmis à l'installation électrique et prélevé par le secondaire du circuit résonnant utilisé pour la transmission, et - une base de temps générée à l'intérieur du micro-processeur, convertiten unités techniques (OC) de la température mesurée. Dans le circuit de conversion tension/fréquence, pour limiter les cotte de l'unité périphérique, on a utilisé des composants qui ont individuellement des caractéristiques de précision et de stabilité insuffisantes. La méthode adoptée pour la transformation de la température mesurée (sous forme de tension, puis aonvertie en fréquence) en unités techniques (OC) est fondée - sur la mesure d'un repère inférieur et d'un repère supérieur fournis par deux résistances de précision d'une stabilité élevée, qui sont insérées sur l'ordre de l'unité de contrôle dans le circuit de mesures de la température, les capteurs employés pour la mesure étant du type NTC. - sur un algorithme de conversion des fréquences reçues par l'unité de contrôle en unités techniques (OC), qui tient compte des fréquences des repères ou références : - (Fréquence ambiante-fréquence de réfé- . 200C anbiante = rence inférLeure) . 200C Fréquence de référence supérieure fréquence de référence inférieure L'unité de contrôle emmagasine à chaque cyle d'exploration les unités périphériques, les fréquences des températures et des limites et détermine en OC, d'après l'algorithme précité, la valeur de la température ambiante et de la température de l'eau. De cette façon, les erreurs introduites dans le dispositif de mesures et qui sont dues aux variations de la température de fonctionnement du circuit, aux variations de la tension d'alimentation et aux variations de caractéristiques dans le temps des composants, sont automatiquement corrigées. En ce qui concerne la structure des messages d'interrogation, l'unité de contrôle émet chaque seconde, comme déjà mentionné ci-dessus, un message dans lequel sont contenues des informations relatives au numéro de l'unité périphérique que l'on désire sélectionner, au type de mesure voulu et à l'état de la soupape électrique. Il est important que la structure du message et les méthodes adoptées pour sa réception permettent de vérifier que le message reçu correspond au message transmis.Les facteurs suivants contribuent à garantir ces caractéristiques - la structure et la mémorisation des données dàns l'unité de contrôle, qui garantissent le bon fonctionnement du dispositif même si une ou plusieurs unités périphériques ne parviennent pas, en raison d'une réception erronée du message, à transmettre les températures ou le repère voulu. - la codification des "zéro" et "un", qui forment le message (voir la figure 2 précitée). L'unité périphérique vérifie lors de la réception qu'à chaque bit du message correspond une forme d'onde relative, indiquant ou 1 logique. Si ceci ne se produit pas, le message est rejeté. Chaque message a un schéma initial de bits fixe et, à la réception, si le message reconstruit n'a pas le même schéma, ledit message est rejeté. A la réception, se trouve également vérifiée si la longueur du message est correcte. Si ceci n'est pas cas, le message est rejeté. Pour la visualisation, et l'introduction -- des données, l'unité de contrôle est dotée d'un écran d'affichage alphanumérique à 16 caractères et à 4 touches. Les données accessibles à l'usager sont divisées en données de "consultation fréquente" et en données de "consultation irrégulière". Les données de "consultation fréquente"sont - l'heure exprimée en jour de la semaine, heure et minutes ; - la date exprimée en mois, jour et année ; - la variation de-la température exprimée par le numéro du local, le signe de la variation et la nature de la variation ; - la date de retour exprimée en mois et jour ; - le réveil exprimé en nO du local, heure et minutes. Les données de "consulation irrégulière" sont - le programme de température ; à cet effet étant visualisé le n" du programme, à raison d'un numéro par 24 heures du programme auquel est associée la température ; - les programmes associés à un local particulier - la définition du jour, à cet effet étant visualisée la définition définitive ou temporaire d'un jour de la semaine ; - la température mesurée, à cet effet étant visualisées la température ambiante et la température de l'eau d'un local ; - les kWh consommés, à cet effet étant visualisés les kWh équivalents comptabilisés pour l'appartement - les anomalies qui sont constatées dans le dispositif, lesdites anomalies étant visualisées (chaque ligne correspond à une anomalie). Pour les opérations de visualisation et de modification, l'usager dispose de 4 touches ayant les significations suivantes - une première touche pour la sélection des données de "consultation fréquente", pour chaque pression de la touche étant visualisée une ligne de données - une seconde touche pour la sélection des données de "consultation irrégulière" ; à chaque pression de la touche étant visualisée une ligne de données - une troisième touche pour sélectionner le domaine, que l'on désire modifier, de la ligne visualisée ; le domaine sélectionné devenant clignotant ; - une quatrième touche pour modifier la valeur dans le domaine sélectionné. En dehors du fait qu'il offre la possibilité de maintenir la température de confort au moindre coût, le dispositif permet de comptabiliser les consommations réelles en vue d'obtenir la répartition des coûts la plus équitable. Pour éviter que les indications des consommations soient falsifiées, les dispositions suivantes ont été prises - la déconnexion de l'unité de contrôle à partir de l'installation électrique commande la mise en état de fermeture des soupapes électriques de tous les radiateurs ; - la déconnexion d'une unité périphérique à partir de l'installation électrique entraine la mise à l'état de fermeture de la soupape électrique contrôlée par cette unité périphérique - l'introduction erronée du coefficient qui définit les surfaces rayonnantes dans une ou plusieurs pièces empêche l'ouverture des soupapes électriques correspondantes (uniquement pour des dispositifs dotés d'une comptabilisation) - des valeurs de températures extérieures au champ de mesure emp*int l'ouverture de la soupape électrique (uniquement pour des dispositifs dotés d'une comptabilisation)); - le relevé de la température ambiante et de la température de l'eau se font en des points obligatoires ; - l'introduction des coefficients relatifs aux surfaces rayonnantes s'effectue avec une clé non accessible à l'usager. Possibilités de programmation du dispositif - Programme de température. 8 programmes sont déjà définis. tandis que 8 peuvent être définis par l'utilisateur. - Association des programmes aux pièces. L'utilisateur assigne à chaque pièce trois programmes choisis parmi les 16. - Définition des jours de la semaine. L'utilisateur définit les jours de la semaine en tant que jours ouvrables, jours de veilles de fêtes et jours de fêtes.La définition de chaque jour de la semaine peut être temporairement modifiée une semaine à l'avance. - Variation du programme de température associée à une pièce. L'utilisateur peut augmenter ou diminuer les niveaux de températures des programmes associés à une pièce ou local particulier. - Programmation de la date de retour. L'utilisateur peut programmer la date de retour jusqu'à un an d'avance. - Programmation du réveil. L'utilisateur peut programmer l'heure de la sonnerie pour chaque pièce. - Mise à jour de l'horlogerie et du dateur. L'utilisateur peut modifier l'heure et la date indiquée par le système. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation et éventuellement de comptabilisation, de la chaleur distribuée par une installation chauffage dans des locaux déterminés dotés d'une installation électrique commune comportant une unité de contrôle des commandes qui permet à qui occupe les locaux ou à qui les contrôle, de communiquer au dispositif ses habitudes ou exigences et de vérifier la température des locaux contrôlés, des soupapes électriques au nombre d'une par local contrôlé , qui sont l'élément d'actionnement et permettent de moduler l'émission de chaleur nécessaire pour maintenir la température programmée (et qui dans le cas d'un chauffage électrique, sont remplacées par des interrupteurs à l'état solide),des unitespériphériques également au nombre d'une par local contrôlé , qui interprètent et vérifient l'exactitude des commandes reçues à partir de l'unité de contrôle, commandent l'ouverture et la fermeture des soupapes électriques, mesurent et transmettent à l'unité de contrôle la température ambiante et,si la comptabilisation de la chaleur est prévue, également la température de l'eau des surfaces rayonnantes contrôlées, et, Si la comptabilisation de la chaleur est prévue, une unité de comptage qui effectue la comptabilisation des kWh équivalents consommés, caractérisé en ce qu'il utilise le réseau de l'installation électrique existant dans les locaux comme support fixe pour la transmission des données par des ondes dirigées. 2. Dispositif selon la revendication 1,caractérisé en ce que l'unité de contrôle et commande transmet périodiquement par exemple chaque seconde, un message d'interrogation qui se compose du code de l'unité périphérique désirée, d'une information qui identifie le type de mesure que l'unité périphérique peut transmettre et de l'état de la soupape électrique, et en ce que ledit message est transmis sériellement par la microcalculatrice de l'unité de contrôle avec une modification des "zéro" et "un". 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les "zéro" et "un" ainsi codifiés sont envoyés dans l'unité de contrôle à un circuit convertisseur de niveau/fréquence qui convertit les niveaux "haut" et "bas" du code en "présence"et "absence" d'une fréquence, notamment d'environ 200 kHz. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les trains d'impulsions à la sortie du convertisseur de niveau/fréquence sont couplés par l'unité de contrôle au réseau de l'installation électrique par l'intermédiaire d'un secondaire d'un circuit résonnant accordé au moins approximativement sur la fréquence de sortie du convertisseur. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans l'unité périphérique, la présence et 1 'absence de fréquence sont transforméesrespectivement en niveau "haut"et"bas" d'un circuit convertisseur de fréquence/niveau approprié. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signal obtenu à la sortiedu convertisseur de fréquence/niveau, qui reproduit le code transmis, est interprété par un microprocesseur qui vérifie la correspondance du code de l'unité périphérique reçu avec le code (nom de l'unité périphérique) attribué à ladite unité périphérique, et en ce que si ladite correspondance existe, le microprocesseur identifie alors le type de mesure que l'unité périphérìque doit retransmettre, et l'état de la soupape électrique. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que pendant la réception, le microprocesseur effectue une série de contrôlesguant à la longueur du message et à l'affectation du temps des "zéro" et "un" et,si au moins l'un de ces contrôles n'est pas satisfait, le message est rejeté. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les mesures que chaque unité périphérique peut transmettre à la suite d'une interrogation, sont : un repère supérieur, un repère inférieur, la température ambiante, la température de l'eau 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le signal analogique correspondant à la mesure requise est envoyé par un commutateur analogique à un convertisseur de tension/fréquence dont le signal de sortie a une fréquence variable, notamment entre environ 170 et 230 kHz, laquelle est envoyée à un circuit de transmission et est transmise,par l'intermédiaire dudit secondaire du circuit résonnant de réception, au réseau de l'installation électrique. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de contrôle, après avoir transmis le code qui sélectionne l'unité périphérique et le type de mesure, déclenche un circuit particulier (matériel/logiciel) de mesure qui, en recevant en tant qu'entrée le signal de fréquence transmis sur le réseau de l'installation électrique et prélevé par ledit secondaire du circuit résonnant utilisé pour la transmission, ainsi qu'une base de temps générée à l'intérieur du microprocesseur, convertit en unités techniques (OC) la température mesurée. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la transformation de la température mesurée (sous forme de tension ensuite convertie en fréquence) en unités techniques ("C) est fondée sur la mesure d'un repère inférieur et d'un repère supérieur fournis par deux résistances de précision à sensibilité élevée, qui sont insérées, sur ordre de l'unité de contrôle, dans le circuit de mesure de la température, et se fondant sur un algorithme de conversion des fréquences reçues par l'unité de contrôle en unités techniques (OC), qui tient compte des fréquences des repères:: Température Fréquence ambiante-fréquence de référence ambiante inférieure 200C Fréquence de référence supérieure fréquence de référence inférieure 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les capteurs utilisés pour la mesure de la température sont du type NTC. 13. Dispositif selon l'une- quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité périphérique vérifie,lors de la réception,qu'd chaque bit du message transmis périodiquement par l'unité de contrôle, correspond la forme d'ondes correspondante indiquant ou 1 logique, et en ce qu'en l'absence d'une telle correspondance, le message est rejeté. 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que chaque message a un schéma initial de bits fixe eten ce que lors de la réception, ledit message est rejeté si le message retranscrit n'a pas le même schéma. 15. Dispositif selon la revendication 13, ou 14, caractérisé en ce que lors de la réception, le fait que la longueur du message est correcte est vérifié et si cela n'est pas le cas, le message est rejeté. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de contrôle est doté pour la visualisation et l'introduction des données, d'un écran d'affichage alphanumérique et de touches, et en ce que les données accessibles à l'usager et visualisables sur lBécran sont divisées en données de consultation fréquente et données de consultation irrégulière. 17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que les données de consultation fréquente sont l'heure exprimée en jours de la semaine, heures et minutes, la date exprimée en mois, jours et année, la variation de la température exprimée par le nO du local ou de la pièce, par le signe de la variation et par la nature de la variation, la date de retour exprimée en mois et jour, le réveil exprimé par le numéro de la pièce, l'heure et les minutes. 18. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que les données de consultation irrégulière sont le programme de température, les programmes associés à une pièce particulière, la définition du jour, la température mesurée, les kWh consommés, les anomalies que l'on constate dans le dispositif. 19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la déconnexion de l'unité de contrôle à partir de l'installation électrique a pour effet de mettre les soupapes électriques de tous les radiateurs à l'état de fermeture. 20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que la déconnexion d'une unité périphérique à partir de l'installation électrique a pour effet de mettre la soupape électrique contrôlée par cette unité périphérique à l'état de fermeture. 21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que dans le cas d'une comptabilisation, l'introduction erronée du coefficient qui définit les surfaces rayonnantes dans une ou plusieurs pièces, empêche l'ouverture des soupapes électriques correspondantes. 22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que dans le cas d'une comptabilisation, des valeurs de température extérieures au champ de mesure empêchent l'ouverture de la soupape électrique. 23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que le -relevé de la température est effectué en des points obligatoires. 24. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que l'introduction des coefficients relatifs aux surfaces rayonnantes est faite avec une clé non accessible à l'usager.