Brevet FR2762171A1 — publié le 19981016

SYSTEME AUTONOME POUR L'ACQUISITION ET LA CENTRALISATION DE MESURES NUMERIQUES TRANSMISES PAR VOIE RADIOFREQUENCE DESCRIPTION L'invention est relative à un système pour l'acquisition et la centralisation de mesures du genre comportant un module central apte à centraliser les données provenant des mesures effectuées par un certain nombre de modules satellites placés dans des zones distinctes appartenant à un ou plusieurs ensembles donnés. Les dispositifs connus du genre en question mettent en oeuvre des moyens de liaison par cables entre les modules satellites et le module central avec pour conséquences : - de nombreux cables à tirer d'où un temps et un coût importants d'installation (hors appareillage); - une installation figée où toute modification nécessite l'intervention d'une équipe d'installation (nouveaux cables à tirer); - une limitation du nombre de points de mesure pour éviter de mettre en place un ensemble trop lourd à gérer. En outre les dispositifs connus sont essentiellement limités - en souplesse d'utilisation et en capacité de points de mesure; - en possibilités de gestion des données (mémorisation, traitement,...); - en nombre de sorties de mesures (capteurs, appareils) par module satellite. L'invention vise donc à réaliser un dispositif qui élimine les divers inconvénients sus-mentionnés. Elle concerne à cet effet un système pour l'acquisition et la centralisation de données numériques dans lequel - le module central et chaque module satellite comportent .. des moyens leur permettant de communiquer exclusivement par voie radiofréquence, à courte portée, dans des bandes de fréquences et des gammes de puissances autorisées dans le ou les pays concernés; .. des compteurs synchrones en liaison avec des circuits, appartenant auxdits modules satellites, qui commandent d'une part la mise en éveil ou en sommeil simultanée desdits modules selon un algorithme de gestion de l'énergie bien spécifique et d'autre part les émissions décallées temporellement des divers modules satellites vers le module central selon un algorithme bien spécifique de gestion des temps de transmission et de non chevauchement des informations transmises par les différents modules satellites; - chaque module satellite comporte une mémoire, contenant les diverses données des mesures successives, interrogeable en différé par le module central, en particulier suite à une mauvaise transmission radio temporaire. Les caractéristiques et les avantages de l'invention vont apparaître plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'au moins un mode de réalisation préféré de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. Selon l'invention - le module central et chaque module satellite, mobile et autonome en énergie, comportent des moyens, du type émetteur/récepteur (ou seulement émetteur pour les modules satellites) leur permettant de communiquer exclusivement par voie radiofréquence, à courte portée, dans des bandes de fréquences (par exemple 433,92 MHz) et des gammes de puissances (par exemple limitées à 10 mW selon la norme IETS 300-220 pour ne pas avoir à payer une redevance radio : la portée maximun en champ libre entre un satellite et le central étant de 200 m environ); - des compteurs synchrones équipent le module central et les modules satellites; les compteurs appartenant auxdits modules satellites sont en relation avec des circuits qui commandent d'une part la mise en éveil ou en sommeil simultanée desdits modules selon un algorithme de gestion de l'énergie bien spécifique et d'autre part les émissions décalées temporellement des divers satellites vers le central selon un algorithme bien spécifique de gestion des temps de transmission et de non chevauchement des informations transmises; - chaque module satellite comporte une mémoire contenant les différentes données des diverses mesures successives, interrogeable en différé par le module central, en particulier suite à une mauvaise transmission radio temporaire; - le module central comporte un moyen apte à mettre en oeuvre un protocole de communication codé numérique pour adresser les différents modules satellites et s'assurer de l'intégrité des données transmises; - le module central comporte un moyen apte à le mettre en communication avec un système de traitement des données local (ordinateur du type PC par exemple) ou à distance (au travers d'un modem) pour l'utilisation en temps réel ou en temps différé des mesures; il comporte aussi un module de mémorisation permettant d'enregistrer les mesures et de les dépouiller à postiori; - chaque module satellite comporte, en interne, selon une variante de l'invention, un capteur de température qui sert également de sonde de température pour le module satellite; - chaque module satellite comporte des liaisons externes, logiques ou analogiques, aptes à permettre la connexion de capteurs ou d'appareils de mesure; par exemple et de manière non limitative .. entrée analogique en tension O à 1000 mV, .. entrée analogique en courant 0 à 20 mA (par exemple pour des appareils de mesure à sortie 4/20 mA), .. entrée logique de comptage, .. entrée série asynchrone; - le module central comporte un moyen apte à paramètrer, par transmission radio, les périodes de mise en éveil et en sommeil des divers modules satellites pour s'adapter à diverses conditions de mesure; - chaque module satellite comporte un habillage garantissant son fonctionnement en extérieur (pluie, ruissellement, froid); un bouton poussoir relié à un circuit permettant de tester à tout moment la liaison radio en association avec un voyant lumineux signalant le niveau de ladite liaison (clignotant ou changeant de couleur); un circuit permettant de transmettre, au module central, une indication du niveau de réception radio ou de charge de la pile. Par exemple un satellite peut être programmé pour faire des mesures toutes les secondes et pour se mettre en réception (éveil) toutes les 10 minutes pour recevoir l'ordre du central d'envoyer la moyenne de toutes les mesures effectuées pendant les 10 mn. Après chaque réponse, les satellites sont mis en sommeil, sauf pour l'acquisition des mesures, jusqu'à la prochaine interrogation du central. Dans une réalisation préférée de l'invention, le nombre de satellites est constitué en 16 groupes de 16 satellites soit 256 pour un seul central. Les groupes permettent de classer les satellites par catégories de capteurs pour simplifier l'exploitation des résultats. Un satellite transmet au central en un seul message les mesures effectuées sur toutes les voies de mesure. Le rôle du module central est de - reconnaître et configurer les différents satellites (mode TEST); - gérer les communication pour la collecte des mesures (mode NORMAL); - indiquer l'état de la liaison radio avec chaque satellite (niveau de réception, défauts, état des piles...); - assurer le stockage local des données collectées, pour dépouillement ultérieur par un équipement de traitement de données; - dialoguer en temps réel ou en temps différé avec l'équipement de traitement de données, via le port série; un modem externe peut être utilisé pour l'accès à distance à travers le réseau téléphonique commuté. Le module central comporte essentiellement - un micro-contrôleur; - un émetteur et un récepteur radio; - des mémoires pour le chargement du programme d'application (EPROM), pour le stockage dudit programme (ROM), pour le stockage des mesures (ROM) et pour les calculs (RAM), un interface de communication avec l'unité de traitement extérieure; - un boîtier métallique avec une antenne pour la communication radio et un connecteur RS232C pour la liaison avec l'équipement de traitement de données. L'alimentation électrique du boîtier se fait soit par liaison avec l'équipement de traitement de données, soit par un adaptateur secteur extérieur, du type enfichable dans une prise secteur. Le programme d'application est téléchargeable dans sa mémoire interne (ROM) au moyen de tout type d'ordinateur PC. Cette caractéristique permet à l'utili- sateur de disposer d'applications différentes ou adaptées à un usage spécifique. Optionnellement, un groupe de batteries ou de piles, associé à un affichage intégré à la centrale, permettra un fonctionnement autonome, sans nécessiter de source d'énergie du type secteur, avec la possibilité de retrouver les mesures enregistrées (localement avec un ordinateur portable ou en différé). Le rôle des modules satellites est de transmettre au central les données mesurées à savoir - le numéro de série du satellite, pour permettre son identification; - la température mesurée par son capteur interne; - la valeur de l'entrée de comptage (connecteur externe); - la mesure de l'entrée en tension et de l'entrée en courant (connecteurs externes); - la mesure du niveau de réception et de l'état des piles (détections internes). Chaque module satellite comporte essentiellement - un micro-contrôleur; - un émetteur et un récepteur radio; - divers interfaces pour les connexions à des capteurs ou des appareils de mesure; - un interface de gestion des piles; - un boitier métallique, avec une antenne pour la communication radio, et un connecteur pour la liaison avec des capteurs externes; - un bouton test et un voyant "LED" permettant la configuration du satellite et la vérification du bon fonctionnement de la liaison radio. Le remplacement des piles doit être effectué une fois par an minimun, ou bien dès que le central signale "pile faible" pour ce module. Le test de transmission est initialisé par un appui sur le bouton du satellite. Ce test génére les échanges avec le central et entraine la configuration automatique du satellite. Le test peut être également effectué en cours de fonctionnement pour vérifier l'état de la liaison radio. L'autonomie recherchée pour les satellites est de un an en fonctionnement opérationnel avant le remplacement des piles. Chaque mobile est alimenté par une piles au lithium de 3 V / 3600 mAh. On distingue deux modes de fonctionnement entre le central et les satellites - le mode TEST sert à la configuration des satellites et à leur synchronisation par rapport au central; ce mode peut également être activé à tout moment par appui sur le bouton "test" des satellites afin de vérifier l'état de la liaison radio ou de mettre en service un nouveau satellite; - le mode NORMAL est le mode standard d'acquisition des mesures; il se déroule de manière automatique (après avoir effectué la configuration dans le mode TEST) et assure la lecture et le stockage des mesures venant de tous les satellites au rythme imposé par le central (par défaut : une lecture globale de tous les satellites par exemple toutes les 10 minutes). Les échanges entre le central et les satellites s'effectuent sur la base de trains de données. Le circuit de synchronisation permet de synchroniser toutes les transmissions radio dans le mode NORMAL. Ce circuit est constitué de 3 éléments - un compteur incrémenté chaque 20 ms dans la centrale et dans tous les satellites; - un intervalle de communication, en secondes ou minutes. C'est la durée entre deux transmissions successives (par défaut : 10 minutes); - un décalage permettant d'éviter les collisions entre les réponses des divers satellites : ce paramètre est différent pour chaque satellite, il est calculé par le central et envoyé vers chaque satellite au moment de l'initialisation du système. Un module de visualisation peut être intégré au satellite pour l'affichage de données relatives aux mesures et au fonctionnement. Bien entendu, l'invention n' est pas limitée aux modes de réalisation décrits pour lesquels on pourra prévoir d'autres variantes, en particulier dans - les types de moyens utilisés pour les communications, la synchronisation des divers mudules, la mémorisation des diverses informations... - les circuits associés aux microprocesseurs; - le nombre de satellites rattachés à un même central; - les algorithmes de gestion de l'énergie, de la transmission des messages... sans pour celà sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1- Système pour l'acquisition et la centralisation de mesures, du genre comportant un module central apte à centraliser les données provenant des mesures effectuées par un certain nombre de modules satellites placés dans des zones distinctes appartenant à un ou plusieurs ensembles donnés; caractérisé en ce que le module central et chaque module satellite, mobile et autonome en énergie, comportent - des moyens leur permettant de communiquer exclusivement par voie radiofréquence, à courte portée, dans des bandes de fréquences et des gammes de puissances autorisées dans le ou les pays concernés; - des compteurs synchrones en liaison avec des circuits, appartenant auxdits modules satellites, qui commandent d'une part la mise en éveil ou en sommeil simultanée desdits modules selon un algorithme de gestion de l'énergie bien spécifique et d'autre part les émissions décalées temporellement des divers modules satellites vers le module central selon un algorithme bien spécifique de gestion des temps de transmission et de non chevauchement des informations transmises par les différents modules satellites; et en ce que chaque module satellite comporte une mémoire, contenant les diverses données des mesures successives, interrogeable en différé par le module central, en particulier après une mauvaise transmission radio temporaire. 2- Système, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module central comporte un moyen apte à mettre en oeuvre un protocole de communication codé numérique pour adresser les différents modules satellites et s'assurer de l'intégrité des données transmises. 3- Système, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module central comporte un moyen apte à le mettre en communication avec un système de traitement de données local ou à distance au travers d'un modem pour l'utilisation en temps réel ou en temps différé des mesures. 4- Système, selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque module satellite comporte, en interne, un capteur de température qui sert également de sonde de température pour le module satellite. 5- Système, selon la revendication 1 ou la revendication 4, caractérisé en ce que chaque module comporte des liaisons externes, logiques ou analogiques, aptes à permettre la connexions de capteurs ou d'appareils de mesure. 6- Système, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module central comporte un moyen apte à paramètrer, par transmission radiofréquence, les périodes de mise en éveil et en sommeil des divers modules satellites pour s'adapter aux diverses conditions de mesure. 7- Système, selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque module satellite comporte un habillage garantissant son fonctionnement en milieu extérieur. 8- Système, selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque module satellite comporte un bouton poussoir relié à un circuit permettant de tester à tout moment la liaison radio en association avec un voyant lumineux signalant le niveau de ladite liaison. 9- Système, selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque module satellite comporte un circuit lui permettant de transmettre, au module central, une indication du niveau de réception radio. 10- Système, selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque module satellite comporte un circuit permettrant de transmettre, au module central, une indication du niveau de charge de la pile.