СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ПАССИВАЦИИ БАТАРЕИ В МОДУЛЕ СЧИТЫВАНИЯ ПОКАЗАНИЙ ИЗМЕРИТЕЛЯ
METHOD AND DEVICE FOR REDUCTION OF PASSIVATION OF BATTERY MODULE FOR READING METER READINGS

Область техники изобретения
Настоящее изобретение относится, в основном, к депассивированию батареи в электронном устройстве, а более конкретно к депассивированию батареи, с использованием функциональных аппаратных средств, уже имеющихся в устройстве, в моменты времени, когда функциональные аппаратные средства не выполняют обычную работу.
Уровень техники
Батареи используют в качестве источника энергии для множества различных функциональных устройств. Многие батареи, такие как литиевые батареи, имеют продолжительный срок службы и способны питать функциональное устройство в течение продолжительного периода времени. Срок службы батареи может быть дополнительно увеличен, если устройство имеет режим ожидания, при котором потребляет очень малый ток от батареи, когда устройство не выполняет функциональные операции, или иначе, работает в режиме потребления малого тока.
Одним аспектом литиевых и определенных других типов батарей является образование пассивирующего слоя, который формируется вследствие реакции между металлическим анодом и катодом. Пассивирующий слой является резистивным слоем, который наращивается со временем, что предотвращает или уменьшает внутренний разряд батареи, допуская тем самым более продолжительный срок службы. Пассивирующий слой также может наращиваться быстрее, если батарея подвергается воздействию высокой окружающей температуры. Недостаток пассивирующего слоя состоит в том, что батарея проявляет снижение исходного доступного напряжения, когда батарею используют впервые после периода работы в режиме ожидания. Исходное доступное напряжение может не соответствовать в достаточной мере мощности устройства, что вызывает отключение или прерывание конкретных стандартных операций, выполняемых устройством.
Известно, что необходимо нести дополнительные расходы и/или вводить сложную схему депассивирующей нагрузки в устройства Автоматического Считывания Показаний прибора. Например, известно, что необходимо добавить схему нагрузки с цифровым управлением, например, схему нагрузки на основе цифро-аналогового преобразования (D/A), в такие устройства для использования при депассивации батареи. См., например, “battery Depassivation Algorithm” IP.COM Journal, IP.COM Inc., Декабрь 2008 (2008-12-18) IP.COM № 000144103D, ISSN 1533-0001
Краткое изложение сущности изобретения
Идеи данного документа раскрывают способ и устройство для предотвращения чрезмерной пассивации батареи в модуле считывания показаний измерителя. Модуль работает большую часть времени в режиме малой мощности. Режим малой мощности прерывается при определенных периодах передачи, причем модуль включает на некоторое время или иным способом активирует встроенный передатчик связи для передачи данных удаленному узлу, доступному по беспроводной сети связи. Из-за низкого потребления тока в течение периодов между передачами данных батарея модуля легко поддается наращиванию пассивирующего слоя. Предпочтительно, однако, что модуль выполнен с возможностью выполнения фиктивных активаций своего передатчика в периоды, отличные от определенных периодов передачи, например, в интервалах между передачами данных. Такие фиктивные активации означают не передачу данных, а являются активациями на некоторое время передатчика, потребляющего относительно большую мощность, для уменьшения наращивания пассивирующего слоя на батарее перед следующей передачей данных.
Один примерный вариант осуществления предоставляет способ предотвращения чрезмерной пассивации батареи в электронном модуле считывания показаний измерителя, который питается от батареи. Этот способ включает в себя непрерывный сбор данных измерения от соединенного измерителя с использованием относительно маломощной схемы, к которой подается питание от батареи, и передачу данных измерения в удаленный узел по беспроводной сети связи в определенные интервалы передачи с применением относительно высокомощного трансивера (приемопередатчика) связи, который также питается от батареи и активируется на некоторое время в течение периодов передачи. Предпочтительно, что способ дополнительно включает в себя выполнение фиктивных активаций приемопередатчика связи в дополнительные периоды, отличные от определенных периодов передачи, не для передачи данных измерения, а для депассивации батареи.
В другом варианте осуществления способ предотвращения чрезмерной пассивации батареи в электронном модуле считывания показаний измерителя включает в себя функционирование в течение продолжительного времени в режиме потребления малой мощности и сбор или поддержание иным способом данных измерения соединенного измерителя в режиме малой мощности. Способ дополнительно включает в себя прерывание режима потребления малой мощности в определенные периоды передачи посредством активации приемопередатчика связи, включающего в себя передатчик, для выполнения передачи данных, и прерывание состояния малой мощности в дополнительные периоды, отличные от упомянутых определенных периодов передачи с помощью активации передатчика не для передачи данных, а для того чтобы уменьшить наращивание пассивирующего слоя в батарее.
Еще в одном варианте осуществления изобретения электронный модуль считывания показаний измерителя выполнен с возможностью работы с батарейным питанием от батареи, и включает в себя контроллер и беспроводной приемопередатчик связи. Контроллер выполнен с возможностью получать данные измерения от схемы интерфейса, соединенной с измерителем, а приемопередатчик связи выполнен с возможностью соединить с возможностью связи модуль с удаленным узлом по беспроводной сети связи. Дополнительно контроллер выполнен с возможностью: включить или другим образом активировать на некоторое время приемопередатчик связи при определенных периодах передачи, для передачи упомянутых данных измерения или другой информации; и выполнить фиктивные активации передатчика в приемопередатчике связи в дополнительные периоды, отличные от упомянутых определенных периодов, для депассивации батареи.
Конечно, настоящее изобретение не ограничено описанным выше кратким изложением преимуществ и отличительных признаков. Квалифицированный специалист в данной области техники оценит дополнительные отличительные признаки и преимущества из следующего подробного обсуждения и прилагаемых иллюстраций. Дополнительно различные аспекты разных вариантов осуществления изобретения можно использовать по отдельности или в любом требуемом сочетании.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 является блок-схемой одного варианта осуществления питаемого от батареи модуля считывания показаний измерителя, подключенного с возможностью связи к удаленному узлу по беспроводной сети связи.
Фиг. 2 является блок-схемой одного варианта осуществления питаемого от батареи модуля считывания показаний измерителя, такого, как показан на Фиг.1.
Фиг.3 является схемой последовательности операций, раскрывающей один вариант осуществления способа депассивации электронного модуля считывания показаний измерителя или другого питаемого от батареи электронного устройства.
Подробное описание изобретения
Настоящая заявка касается способа и устройства для предотвращения чрезмерной пассивации в питаемом от батареи устройстве, таком как электронный модуль считывания показаний измерителя («модуль»), который питается от батареи. В виде неограничивающего примера каждый такой модуль включает в себя питаемую от батареи функциональную схему, которая собирает данные измерений на непрерывной основе от соединенного измерителя. Здесь «непрерывная» основа не обязательно означает непрерывное снятие показаний, а скорее подразумевает, что модуль отслеживает или, в зависимости от времени, регистрирует иным способом данные измерений. Например, модуль может отслеживать число считанных импульсов или считывать другие касающиеся использования данные от соединенного измерителя.
Пример модуля также включает в себя приемопередатчик, питаемый от батареи модуля. В неограничивающем примере приемопередатчик выключают или иным способом переводят в нерабочее состояние большую часть времени, чтобы сохранять энергию. В определенные периоды передачи, которые могут быть планируемыми и/или приводимыми в действие в зависимости от события, модуль включают, по меньшей мере, на часть передачи приемопередатчика связи и передают данные измерений или другую информацию удаленному узлу, доступному по беспроводной сети связи.
Как правило, модуль также активирует приемную часть своего приемопередатчика, совпадающую с включением (активацией) передатчика, для реализации двусторонней связи, например, для подтверждения приема передаваемых сигналов и т.д. Модуль также может активировать только приемную часть в другие периоды, чтобы прослушивать сообщения, предназначенные для модуля, и будет понятно, что приемная часть приемопередатчика может функционировать, по существу, при более низкой мощности, чем передатчик.
Пример приемопередатчика включает в себя радиочастотный приемопередатчик, выполненный с возможностью функционировать на определенных частотах в восходящем и нисходящем направлениях, например, в пределах диапазона 900 МГц и может включать в себя схемы цифрового модулятора и демодулятора. Дополнительно, в одном или более вариантах осуществления приемопередатчик включает в себя передатчик, например, с усилителем мощности (PA), который выполнен с возможностью работать с определенной мощностью передачи. Пример мощностей передачи включает 0,5 ватт, 1 ватт и 2 ватта. По меньшей мере, в одном варианте осуществления встроенный передатчик является программируемым относительно его мощности передачи, что подразумевает, что модуль может выбирать или иначе управлять мощностью передачи. В одном примере такой работы модуль может использовать самую низкую задаваемую настройку мощности, которая предусматривает допустимо достоверную передачу данных.
В обширном примере рассматриваемого в настоящем раскрытии способа уменьшения пассивации батареи модуль использует мощность входящего в его состав приемопередатчика связи для уменьшения наращивания пассивирующего слоя во встроенной батарее. То есть, кроме использования приемопередатчика для «нормальной» связи в соответствии с определенной функциональной операцией модуля, модуль активирует свой приемопередатчик в определенные периоды не для действительной связи, а для того, чтобы извлечь больший ток из батареи и, тем самым, еще уменьшить пассивирующий слой, который мог бы быть выращен в процессе увеличенного периода функционирования при слабых токах.
Рассмотрим примерный случай, в котором модуль собирает данные измерения на непрерывной основе при эксплуатации в режиме потребления малой мощности. В типовом случае модуль может потреблять ток 50 микроампер в течение периодов, когда не активированы каналы связи. Тогда в конкретные определенные периоды передачи модуль на некоторое время активирует свой приемопередатчик связи, чтобы передать данные измерений и/или другую информацию. Если приемопередатчик активен, модуль может потреблять ток 500 миллиампер или больше. (Здесь «определенные периоды передачи» означает в широком смысле периодические или другие запланированные передачи, а также передачи в зависимости от события, например, когда модуль выполнен с возможностью автоматически передавать данные в ответ на определение аварийных состояний и т.д., или когда модуль опрашивают, или иным способом запрашивают передачу данных).
Следовательно, примерный модуль можно рассматривать как эксплуатируемый при очень низком потреблении тока в течение потенциально продолжительных периодов времени, с прерывистой эксплуатацией в течение некоторого времени при гораздо более высоких токах в процессе передачи данных. Такая эксплуатация потенциально дает возможность чрезмерного наращивания в батарее модуля пассивирующего слоя, который может помешать возможности модуля функционировать правильно при активации его приемопередатчика для передачи данных измерения. Таким образом, в соответствии с одним или более вариантами осуществления изобретения здесь модуль выполнен с возможностью на некоторое время активировать приемопередатчик связи между передачами реальных данных, не для пересылки данных, а для того, чтобы «толкнуть» батарею более высокой токовой нагрузкой, что еще снижает пассивирующее наращивание, которое иначе может иметь место между передачами данных.
Такие активации могут называться «фиктивными» активациями, поскольку они не являются действительными передачами данных, а активации приемопередатчика выполняют конкретно, чтобы согласовывать батарею между действительными пересылками данных. Помимо этого в одном или более вариантах осуществления модуль разумно управляет фиктивными активациями.
В одном примере варианта осуществления модуль не выполняет фиктивных активаций своего приемопередатчика до тех пор, пока интервал между передачами данных не превысит определенного порогового значения, который можно понимать как спецификатор истекшего времени работы. Дополнительно или альтернативно модуль выполняет фиктивные активации только тогда, когда окружающая температура превышает определенное пороговое значение, что является предпочтительным, поскольку проблемы пассивации батареи могут стать более серьезными при более высокой окружающей температуре. Отметим, что такое решение работы, основанное на окружающей температуре, может быть квалифицировано, для того чтобы использовать значения «времени выдержки при температуре», при том, что модуль выполняет фиктивные активации только в том случае, если модуль является «выдержанным» при более высоких температурах.
Модуль может выполнять такие фиктивные активации в «программе фиктивной активации», которая срабатывает при определенных условиях, как отмечено выше, на основе времени работы, температуры, поведения напряжения батареи и т.д. В одном варианте осуществления изобретения программа фиктивной активации включает в себя только одну фиктивную активацию - т.е. «импульсное» включение на некоторое время входящего в состав передатчика связи. Длительность такого импульса может быть фиксированной или настроенной, например, в зависимости от температуры или от наблюдаемого поведения напряжения батареи. Однако еще в одном варианте осуществления изобретения программа фиктивной активации является итеративной, означая, что одно выполнение программы может подразумевать более чем одну фиктивную активацию.
Например, при одном выполнении программы модуль может выполнить исходное включение приемопередатчика связи, а затем принять решение выполнять одну или более дополнительных активаций на основании наблюдения того, как вело себя напряжение батареи в связи с исходным включением. Дополнительно модуль может настроить ширину импульса времени пребывания во включенном состоянии и/или мощность передатчика для исходного включения и/или любого из последующих включений в пределах одного прогона программы депассивации батареи. В предпочтительном примере такого подхода модуль минимизирует срок службы батареи, затраченный программой депассивации, выполняя исходный импульс и наблюдая поведение напряжения батареи. Если напряжение является стабильным, например, не падает ниже определенного рабочего или испытательного порогового значения напряжения, то модуль прекращает прогон программы депассивации батареи. С другой стороны, если напряжение является нестабильным, то модуль продолжает программу депассивации батареи посредством выполнения одного или более дополнительных импульсов.
Например, в некоторой точке в пределах заданного интервала работы при низкой мощности, модуль извлекает токовый импульс от батареи путем активации приемопередатчика на несколько сотых миллисекунды, при наблюдении напряжения батареи. Если напряжение батареи падает ниже некоторого запрограммированного порогового значения, модуль выполняет один или более дополнительных импульсов возможно с меняющейся продолжительностью и величиной тока, чтобы приводить батарею в рабочее состояние для следующей передачи реальных данных. Такое многократное повторение может быть закончено при наблюдении допустимого поведения напряжения батареи, или при достижении программируемого предела повторяемости.
Учитывая вышесказанное, Фиг.1 показывает неограничивающий пример варианта осуществления электронного модуля считывания показаний измерителя. В частности, Фиг.1 изображает модуль 20, который помещают на месте эксплуатации и связывают с измерительным прибором 100. Модуль 20 конфигурируют для потребления тока низкой средней величины и продолжительного срока службы батареи, например, двадцать лет. Также модуль 20 можно представить, как работающий большую часть времени в режиме низкой мощности, прерываемом короткими моментами времени работы при более высокой мощности, в течение которых модуль 20 осуществляет операции связи.
Модуль 20 принимает входные данные, например, измерительные импульсы или другие измерительные сигналы от измерителя 100. В одном или более вариантах осуществления изобретения модуль 20 выполнен с возможностью непрерывно контролировать и регистрировать (например, считать или сохранять иным способом) измерительные сигналы, например, импульсы, соответствующие числу оборотов измерителя для накопления данных измерения с течением времени. Такую работу выполняют при низкой мощности, например, при потреблении тока около 100 микроампер или меньше. Батарея модуля является, следовательно, предрасположенной к наращиванию пассивирующего слоя во время этого рабочего режима с низкой потребляемой мощностью. В аналогичном, но альтернативном варианте осуществления модуль 20 приостановлен большую часть времени, но его периодически включают, чтобы «считать» данные с соединенного измерителя 100, который может иметь циферблатные или колесные положения, которые могут восприниматься модулем 20 и интерпретироваться как полезные данные.
В любом случае дополнительно модуль 20 выполнен с возможностью передавать собранные данные измерений в определенные периоды передачи, по беспроводной системе 30 связи удаленному узлу 40, чтобы доставлять их ассоциированному пользователю. Удаленный узел 40 является в виде неограничивающего примера сервером компьютера, эксплуатируемого предприятием, и он может быть интегрирован или соединен с возможностью связи с работающими системами и системами технического обслуживания, системами учета и т.д. В этом смысле будет понятно, что в одном или более вариантах осуществления модуль 20 может также принимать сигналы от удаленного узла 40 через сеть 30 связи, чтобы регулировать различные уставки или изменять иным способом конфигурацию модуля 20 или управлять им, например, для управления запросом.
Сеть 30 связи представляет собой каналы 31 двусторонней радиосвязи - например, восходящий и нисходящий - с модулем 20. Изображение сети 30 связи упрощают для облегчения чертежа и по этой причине показывают с одной базовой станцией 32. Следует принять во внимание, что с целью практического применения сеть 30 связи может включать в себя много базовых станций 32, распределенных по одной или более географическим областям, и эти многочисленные базовые станции 32 могут быть сконфигурированы известным сотовым способом. В соответствии с сотовой конфигурацией каждая базовая станция обслуживает определенный географический регион (ячейку), причем эти соты могут быть сконфигурированы перекрывающим или пограничным способом, чтобы предоставить более или менее соприкасающиеся зоны покрытия на большей площади.
В качестве примера сеть 30 связи содержит FLEXNET радиосеть от SENSUS USA, Inc. FLEXNET радиосети работают в предоставленных по лицензии спектрах в диапазоне 900 МГц, при восходящем канале, использующем 901-902 МГц и нисходящем канале, использующем 940-941 МГц. Эти распределения спектров подразделяются на многочисленные узкополосные каналы, например, каналы с частотой 25 КГц, для обеспечения потенциально большого множества модулей 20. Отдельные каналы узкополосных каналов можно присвоить соответственным модулям 20 или ряд модулей 20 можно назначить так, чтобы работать на одном или более таких каналов, тогда как другие группы назначают другим каналам. Данные передают по каналу, используя частотную манипуляцию (FSK-frequency shift keying), например 4, 8 или 16 FSK, причем данные могут быть «упакованными» в сообщения заранее установленной битовой длины.
Информацию, передаваемую каждым таким модулем 20, передают через сеть 30 связи и переправляют интерфейсу 33 связи радиосети («RNI-radio network interface»), также называемому иногда «региональный сетевой интерфейс». RNI 33, который может быть сервером или другой компьютерной системой, которую конфигурируют с радиоинтерфейсом так, чтобы принимать сигналы компьютерной сети, например, IP-пакеты, от удаленного узла 40 и преобразовать эти сигналы в сигналы управления и сигналы данных для пересылки с помощью базовой станции 32.
Наоборот, RNI 33 обеспечивает преобразование сигналов радиосети, поступающих от отдельных модулей 20, в сигналы компьютерной сети для пересылки узлу 40. По существу, такие сообщения могут быть предоставлены удаленному узлу 40 с помощью интерфейса 34, которым может быть, например, интерфейс компьютерной сети, доступный через компьютерный сетевой канал связи, например, предоставленный через Интернет или через частную сеть IP. Информация, касающаяся конфигурации модуля, аналогичным образом может быть отправлена от удаленного узла 40 через интерфейс 34 и RNI 33 сети 30 связи для получения отдельным целевым модулем 20. То есть, может быть много модулей 20, и связи могут быть адресованы или могут иным способом нести задаваемую данной нисходящей передачей информацию, определяющую конкретный модуль 20 (или модули 20). Показанный модуль 20 может также быть функционально связан с множеством различных типов измерителей. Варианты осуществления включают в себя, но не ограничиваются газовыми, электрическими, водяными измерителями, которые дают соответственные ресурсы коммунальному хозяйству, предприятию, району, городу и т.д. Модуль 20 передает полезную информацию по измерителю 100 удаленному узлу 40 для учета, мониторинга и т.д.
Дополнительно модуль 20 может также быть функционально связан с различными датчиками, включающими в себя, но не ограниченными датчики уровня воды в резервуаре и датчики давления, функционально связанные с частью оборудования. Сигналы от таких датчиков могут запускать передачу данных посредством модуля 20. Например, модуль 20 может инициировать передачу данных, чтобы сигнализировать аварийное состояние, определяемое с помощью подключенного датчика уровня.
Следовательно, тип измерительной установки может определять для модуля 20 времена передачи. Например, в некоторых контекстах для модуля 20 достаточно пересылать данные измерений в заранее определенные периоды времени, например, каждые четыре часа или, возможно один раз в день. В других контекстах таких, где модуль 20 принимает входные сигналы считывания уровня или иначе обеспечивает мониторинг, он также может осуществлять передачи в заранее определенные интервалы времени, но дополнительно может осуществлять передачу, по мере необходимости, если определяются нештатные ситуации, как связанные с контролируемым сигналом, так и по результатам отказов, выявленных при самотестировании.
Все эти возможности охватывают термином «определенные периоды передачи». То есть термин «определенные периоды передачи» подразумевает предварительно установленные или динамично устанавливаемые интервалы передачи и/или подразумевает обусловленные передачи по мере необходимости. В этом смысле модуль 20 в одном или более вариантах осуществления можно понимать как работающий, по существу, в состоянии низкой мощности тогда, когда он находится в нерабочем состоянии или простаивает (несмотря на то, что он может быть включен в контроль измерений или сбор данных). Такое состояние малой мощности прерывают в определенные периоды передачи, причем модуль 20 активирует на некоторое время свой передатчик, например, менее чем на секунду, в течение которой он передает данные измерений и возможно другую информацию удаленному узлу 40.
Как отмечается в контексте Фиг. 1, различные другие модули 20 можно располагать в других местах эксплуатации и устанавливать связь с одним или более пользователями по сети 30 связи. Существует большое множество модулей 20, связанных с удаленным узлом 40, и может быть другое множество модулей 20, связанных с дополнительными узлами, такие как связанные с другими предприятиями. Тем самым RNI 33 может предоставить интерфейс связи для более, чем одного удаленного узла 40, и обеспечить возможность связи с определенным набором модулей 20 посредством соответствующих системных операторов.
Фиг.2 схематично изображает вариант осуществления модуля 20. Этот вариант осуществления показывает модуль 20, являющийся маломощным модулем связи для удаленных данных, собирающим информацию от измерителя 100. Тем не менее, здесь полагают, что способ приведения в рабочее состояние батареи и рассматриваемое здесь устройство, для уменьшения наращивания пассивирующего слоя во время работы на низкой мощности могут быть включены в другие виды электронных устройств, которые аналогичным образом оборудованы приемопередатчиками связи.
В любом случае, на изображении модуль 20 включает в себя батарею 21, которая подает питание на контроллер 22 и приемопередатчик 23. Отметим, что приемопередатчик 23 может быть включен и выключен, например, контроллером 22, или, иначе, может работать избирательно: в пассивном режиме с нулевым или очень малым потреблением тока и в активном режиме с существенно большим потреблением тока, в котором действительная величина потребления тока приемопередатчика 23 зависит, например, от настроенной мощности передачи.
Батарея 21 включает в себя одну или более электрохимических ячеек, которые преобразуют накопленную химическую энергию в электрическую энергию. Батарея 21 выполнена с возможностью вырабатывать ток сразу, не требуя зарядки перед использованием. Примеры батарей 21 включают в себя, литиевые батареи и щелочные батареи, но не ограничены ими. Батарея 21 выполнена с возможностью иметь продолжительный срок службы, который учитывает прерывистое использование в течение продолжительного периода времени.
Модуль 20 может содержать линейный регулятор 28, соединенный с батареей 21. Линейный регулятор 28 является регулятором напряжения, который поддерживает постоянное выходное напряжение для контроллера 22 и приемопередатчика 23.
Контроллер 22 питается от батареи 21 и обеспечивает основную работу и логику управления для модуля 20. Контроллер 22 может содержать выделенные или программируемые схемы или их любое сочетание. По меньшей мере, в одном варианте осуществления контроллер 22 содержит одну или больше схем на основе микропроцессоров, например, 8-битовый маломощный микроконтроллер, который содержит программную память и память данных со счетчиками/таймерами и т.д. В другом варианте осуществления контроллер 22 входит в состав FPGA, ASIC или другого логического узла цифровой обработки.
В любом случае контроллер 22 включает в себя или связан со схемой 24 интерфейса для приема и/или передачи информации измерителю 100. Например, измеритель может выдавать цифровые импульсы или аналоговый сигнал, и они могут быть введены непосредственно в контроллер 22 через схему 24 интерфейса, или схема 24 интерфейса может обеспечить смещение уровня, согласование/преобразование сигнала, защиту ESD и т.д.
Фиг.2 изображает дополнительную схему и/или дополнительные элементы 29, по меньшей мере, некоторые из которых могут быть интегрированы в контроллер 22. Например, память 25а сохраняет информацию, необходимую для работы модуля 20. Память 25а может включать в себя функциональные возможности программирования для функционирования модуля 20, содержащие взаимодействие с измерителем 100, и конфигурирующие приемопередатчик 23 для передачи и/или приема информации пользователем на удаленном узле 40.
Тем самым, в одном или более вариантах осуществления память 25а служит машиночитаемым носителем, обеспечивающим постоянное (не переменное) хранение инструкций машинных программ, которые конфигурируют модуль 20 в соответствии с идеями, описанными здесь, если эти инструкции используют логику цифровой обработки, воплощенную в контроллере 22. Память 25а также может быть способна хранить параметры конфигурации, такие как периоды передачи и т.д. и данные, принятые от измерителя 100 или извлекаемые из сигналов мониторинга измерителя 100. Альтернативно для такого хранения предусматривают дополнительную память 25b, и она служит рабочей памятью контроллера 22.
В основном, модуль 20 может иметь сочетание программной памяти и памяти данных, и, по меньшей мере, часть этой памяти можно предусмотреть для энергонезависимого запоминающего устройства данных конфигурации, данных измерений и т.д. Такая память может включать в себя посредством неограничивающих примеров, FLASH, EEPROM, SRAM или любое их сочетание. Энергонезависимое запоминающее устройство данных можно предоставить, используя SRAM, EEPROM и т.д. с аварийным батарейным питанием.
Дополнительно температурный датчик 26 определяет температуру окружающей среды (окружающую температуру) модуля 20. Отметим, что температурный датчик 26 показан как функционально независимый элемент, но он может в некоторых случаях быть интегрирован в контроллер 22. В качестве неограничивающего примера температурный датчик 26 включает недорогой температурный датчик класса «запрещенная зона», но и другие известные классы температурных датчиков могут быть использованы, если это необходимо или желательно.
Контроллер 22 может включать в себя аналого-цифровой преобразователь (ADC), имеющий один или более каналов или сигнальных входов, что дает возможность контроллеру 22 оцифровать сигнал температуры, выдаваемый температурным датчиком 26 в виде напряжения или тока. Конечно, температурный датчик 26 может быть предусмотрен для прямого цифрового считывания показаний температуры. В этом случае контроллер 22 все еще может использовать свои возможности аналого-цифрового преобразования для считывания сигналов датчика уровня и т.д. Несмотря на то, что это не показано, контроллер 22 также может включать в свой состав генератор ШИМ-сигнала, цифро-аналоговый преобразователь и т.д., необходимые для конкретной конфигурации измерений.
В любом случае контроллер 22 использует температурный датчик 26, чтобы контролировать один или более связанных с температурой параметров, включающих в себя один или более из следующих элементов: текущая температура окружающей среды модуля 20; время, в течение которого модуль 20 подвергается воздействию температуры окружающей среды выше определенного порогового значения; и изменения температуры, такие, как изменения окружающей температуры на протяжении одного или более периодов времени. В одном или более вариантах осуществления модуль 20 выполняет депассивацию батареи на основе времени работы, независимо от температуры, например, выполняет фиктивные активации своего приемопередатчика 23 связи в некоторой точке между запланированными периодами передачи данных, по меньшей мере, в случаях, когда интервал времени между запланированными моментами передачи данных превышает определенное пороговое значение интервала времени.
Эту точку можно сместить, чтобы она была несколько раньше, чем запланированная активация передачи данных, чтобы гарантировать, что батарея 21 «готова» для передачи реальных данных. Альтернативно, фиктивная активация может быть синхронизирована так, чтобы произойти приблизительно в середине интервала, что может допустить несколько большее наращивание пассивирующего слоя относительно следующей рассчитанной передачи данных, но предлагает также и преимущество, заключающееся в уменьшении максимальной величины наращивания пассивирующего слоя, которое может иметь место, и таким образом это может, как правило, поддерживать батарею 21 в лучшем состоянии при незапланированных, зависящих от события передачах, наступление которых не всегда может быть ожидаемо контроллером 22.
Как следствие этих соображений согласования по времени и по основным функциональным соображениям один или более вариантов осуществления модуля 20 включают в себя таймер/часы 27. Таймер/часы 27 могут быть введены в контроллер 22 или могут быть автономными. На самом деле таймер/часы 27, по меньшей мере, в одном варианте осуществления представляют таймер, который может быть автономным от контроллера 22 и один или более маломощных цифровых счетчиков, которые могут быть включены в состав контроллера 22. Один или более счетчиков можно использовать, например, для сбора измерительных импульсов от измерителя 100, а один или более других можно использовать для согласования по времени передач информации и/или других текущих задач. Конечно, таймеры, если установлены, можно использовать также для определенных задач планирования с учетом времени дня, таких как синхронизация передач информации с определенными периодами передачи отчетов.
Дополнительно таймер 27 может отслеживать общее время, в течение которого модуль 20 был подключен к измерителю 100. Альтернативно и/или дополнительно таймер 27 может обслуживать дискретные периоды времени, когда конкретные эксплуатационные элементы устройства 20 находились в работе. Примеры включают в себя интервал времени, когда был активирован контроллер 22, и интервал времени, когда окружающая температура была выше предварительно определенного порогового значения и т.д., но не ограничены ими.
В действительности в одном варианте осуществления контроллер 22 предпочтительно объединяет восприятие температуры с отслеживанием времени и использует совместную информацию, чтобы управлять фиктивными активациями приемопередатчика 23 связи для депассивации батареи. То есть, в одном или более вариантах осуществления модуль 20 выполняет депассивацию батареи, основанную только на отслеживании того, как долго он работал в состоянии малой мощности. Если время превышает определенное пороговое значение, он выполняет фиктивную активацию приемопередатчика 23 связи, чтобы гарантировать, что батарея 21 остается готовой для передачи реальной информации. Однако в одном или более вариантах осуществления модуль 20 согласовывает выполнение пассивации батареи по температуре, например, он может выполнять или не выполнять депассивацию в зависимости от окружающей температуры. Дополнительно или альтернативно он может внести изменения, насколько активно он проводит депассивацию в зависимости от температуры.
В одном примере, в частности, модуль 20 выполнен с возможностью воздерживаться от фиктивных активаций, если окружающая температура ниже первой определенной пороговой величины, например, 50 градусов по Фаренгейту и выполнять их, если температура выше этого порогового значения. В другом примере, как правило, модуль 20 выполняет депассивацию батареи, в рассчитанные моменты времени, но вносит изменения в расчет времени такой депассивации в зависимости от температуры, или от того, сколько депассиваций повторяется в любом заданном цикле депассивации. Это действие позволяет динамично адаптировать модуль 20 к реальным условиям, и следует понимать, что модуль 20 может депассивировать свою батарею более активно в горячих условиях, таких как летнее время в Нью-Мексико или Аризоне, относительно поведения депассивации при работе при более низких температурах.
Фиг.3 в общих чертах показывает один вариант осуществления работы модуля и его можно понять как общий «цикл» обработки, который происходит постоянно. Следовательно, показанную обработку можно понимать как представленную в упрощенной манере, для лучшего понимания принятия решения, связанного с депассивацией батареи. По меньшей мере, в одном варианте осуществления способ обработки по Фиг. 3 осуществляется с помощью контроллера 22 полностью или частично на основе программы, в соответствии с выполнением сохраненных инструкций компьютерных программ. Следует учитывать, что, по меньшей мере, некоторые из показанных этапов могут быть выполнены в разной последовательности и что определенные этапы, отброшенные для ясности обсуждения, можно отнести к другим этапам или можно выполнить параллельно или вместе с одной или более другими этапами.
С учетом этих моментов показанная обработка начинается модулем 20, выполняющим «нормальные (стандартные)» и/или «фоновые» операции (Блок 50). Конкретная природа такой операции зависит от рассматриваемого типа модуля 20, особенностей измерителя 100 и типа (типов) сигналов, которые он выдает, и других подробностей применения. Как правило, однако, можно предположить, что нормальные/фоновые операции представляют задачу или задачи, которые модуль 20 совершает на непрерывной основе, используя схему с относительно малым потреблением мощности.
По существу, во время работы модуля в нормальном/фоновом режиме работы батарея 21 работает в режиме потребления малого тока и, следовательно, по меньшей мере, при определенных условиях легко поддается наращиванию пассивирующего слоя. В одном примере нормальной/фоновой работы модуль 20 работает достаточно активно постоянно или с перерывами, так, что он может собирать данные измерений в соответствии с сигналами измерений от измерителя 100 и может на некоторое время активировать приемную часть своего приемопередатчика 23 связи, чтобы прослушивать передачи, предназначенные модулю 20.
Несмотря на то что активация приемника может увеличить потребление тока выше требуемого только для контроллера 22, следует понимать, что передающая часть приемопередатчика 23 связи представляет наибольшее потребление тока для приемопередатчика 23 связи, и передающая часть обычно остается выключенной или иначе переведенной в нерабочее состояние до определенного периода передачи. Таким образом, модуль 20 определяет, наступает ли время передачи данных (блок 52), как часть выполнения нормальной/фоновой работы 50.
Например, модуль 20 может определить, что настало время запланированной передачи данных и/или, что произошло событие, требующее передачи информации, например, определение аварийной ситуации. В любом случае «ДА» от блока 52 можно рассматривать как сообщение модулю 20, определяющее, что для него наступило время передачи. Таким образом, обработка перемещается к активации передающей части приемопередатчика 23 связи, с последующей передачей необходимых данных, которые должны быть посланы, например, данные измерений, аварийных ситуаций и т.д. (Блок 54). Конечно, модуль 20 также может включать приемную часть приемопередатчика 23, чтобы он также мог прослушивать информацию, принимать подтверждения своих собственных передач и т.д.
Активация передатчика происходит на некоторое время, например, меньше, чем на секунду или даже меньше, чем на полсекунды. Как правило, продолжительность активации будет зависеть от типа используемого протокола передачи, количества данных для передачи, но оно, как правило, ограничено временем, в интересах максимизирования срока службы батареи. По существу, можно понять блок 54, как являющийся временно активным, после которого модуль 20 переводят в нерабочее состояние или иным способом выключают передающую часть приемопередатчика 23 связи.
Модуль 20 «продолжает» обработку до момента определения, настало ли время выполнить депассивацию батареи (Блок 56). В одном варианте осуществления модуль 20 управляет таймером или счетом одиночных импульсов, который представляет интервал времени, прошедший после последней передачи данных. Таким образом, проверка в блоке 56 в одном варианте осуществления является простой проверкой того, как много времени прошло после последней передачи данных. Если прошедшее время меньше определенного порогового значения, модуль 20 определяет, что не настало время депассивации батареи («НЕТ» от блока 56) и обработка возвращается к нормальным/фоновым операциям Блока 50.
С другой стороны, если прошедшее время соответствует определенному пороговому значению или превышает его, модуль 20 определяет, что настало время депассивации батареи («ДА» от блока 56) и инициирует программу депассивации батареи (Блок 58). После завершения депассивации батареи обработка возвращается к нормальным/фоновым операциям блока 50. Таким образом, по меньшей мере, в одном варианте осуществления модуль 20 можно рассматривать выполняющим цикл повторяющейся обработки данных, при том, что речь идет о нормальных/фоновых операциях во время проверки, для того, чтобы убедиться в том, что достигнуто или включено иным способом определенное время передачи данных, а также проверить, следует ли выполнить депассивацию батареи.
В одном или более вариантах осуществления модуль 20 предусмотрен для очень продолжительного срока службы батареи, например, не меньше, чем двадцать лет. В этом смысле модуль 20 можно будет рассматривать, как находящийся большую часть времени в режиме малой мощности, прерываемом на некоторое время для передачи данных, во время которой модуль 20 на некоторое время включает или иным способом активирует, по меньшей мере, передающую часть приемопередатчика 23 связи для передачи данных измерения и/или другой информации. Отметим также, что модуль 20 также может периодически активировать только приемную часть приемопередатчика 23 связи, чтобы контролировать направленные ему радиосигналы. Это обеспечивает возможность очень низкого среднего потребления тока модулем 20, будучи все еще досягаемым по беспроводной сети 30 связи.
Таким образом, в одном или более вариантах осуществления определение того, депассивировать ли батарею 21 основано на времени, как в смысле того, что модуль 20 отслеживает время, прошедшее после последней передачи данных, так и в смысле того, что модуль 20 просто выполняет «запланированную» депассивацию батареи между передачами данных, которые сами могут быть «запланированными» в том смысле, что модуль 20 выполнен с возможностью периодически выполнять спланированную по времени регулярную передачу данных.
Однако здесь также можно рассмотреть более сложное принятие решений. Например, в одном варианте осуществления динамично изменяется величина прошедшего времени, чтобы вызывать депассивацию батареи, в зависимости от температуры. Депассивация батареи происходит более часто при более высокой температуре и менее часто при более низкой температуре. В вариациях этого способа один или более вариантов осуществления модуля 20 приостанавливает депассивацию батареи, если окружающая температура остается ниже определенного нижнего порогового значения температуры.
Кроме того, в одном варианте осуществления контроллер 22 выставляет флаг в памяти перед включением передающей части приемопередатчика 23 связи и убирает флаг после успешной активации. Таким образом, если активация передатчика вызывает падение напряжения, которое перезагружает контроллер 22, то флаг может быть прочитан при перезапуске, чтобы обнаружить то событие. То есть, когда флаг уже установлен, когда контроллер 22 перезагружается, то это интерпретируется как перезагрузка, вызванная падением напряжения, индуцированного передатчиком. Тем самым в таком варианте осуществления модуль 20 может отказываться от операций депассивации до тех пор, пока он не определяет отказ по снижению напряжения, индуцированный передатчиком.
В еще одной вариации модуль 20 управляет тем, как он выполняет депассивацию батареи в зависимости от окружающей температуры. Например, в одном варианте модуль 20 может продлить промежуток времени, на который он включает передатчик во время фиктивной активации, если окружающая температура выше определенного порогового значения. Дополнительно или альтернативно он может сначала включить передатчик с последующими немедленными одним или более успешными активациями передатчика - т.е. он может управлять передатчиком, чтобы извлечь два или более успешных токовых «импульса» от батареи 21 во время одного выполнения программы пассивации, как в общем виде показано в блоке 58.
В этом отношении следует понимать, что передающая часть в приемопередатчике 23 связи может быть фиксирована относительно мощности передачи и, следовательно, может иметь фиксированное максимальное потребление тока. В этом случае модуль 20 может изменять продолжительность времени, в течение которого передатчик включают для фиктивной активации в целях депассивации батареи в зависимости от температуры и/или в зависимости от наблюдаемого напряжения батареи. На самом деле, по меньшей мере, в одном варианте осуществления, депассивацию батареи динамично настраивают на основании соответствующего наблюдения контроллера за напряжением батареи.
В одном таком примере контроллер 22 наблюдает за поведением напряжения батареи в сочетании с активацией передатчика для реальной передачи данных и решает, следует ли выполнить депассивацию батареи перед следующей передачей данных. Используя неограничивающие рабочие количества модуль 20 может быть выполнен с возможностью выполнять передачу информации один раз каждые четыре часа. Если контроллер 22 контролирует напряжение батареи при каждой такой передаче и не наблюдает чрезмерного падения напряжения батареи, когда включают передатчик для передачи данных, то он воздерживается от выполнения депассивации батареи.
С другой стороны, если при заданной активации передатчика для передачи данных контроллер 22 наблюдает чрезмерное падение напряжения, например, напряжение батареи падает ниже минимального определенного порогового значения в сочетании с выполнением передачи данных, тогда он выполняет фиктивную активацию передатчика на некоторое время для депассивации батареи перед следующей передачей данных. Это может быть определенное время перед следующей передачей данных, например, на половине промежутка между передачами или непосредственно перед следующей передачей данных.
Такой прием работает даже там, где следующая передача данных происходит по запросу или необходимости, например в ответ на аварийный сигнал. Другими словами модуль 20 может определить аварийное состояние или другое инициирующее событие, выполнить фиктивную активацию передатчика для депассивации, а затем выполнить реальную передачу данных. Это позволяет избежать риска воздействия отказа или сброса, который мог бы иначе возникнуть, если бы передача данных была выполнена без любого предшествующего депассивирующего приведения в рабочее состояние.
В других вариантах осуществления передающая часть приемопередатчика 23 имеет регулируемую мощность передачи. В этих случаях контроллер 22 может выполнить депассивацию батареи на основании регулирования продолжительности фиктивных активаций и/или настройки мощности передачи (например, величины тока фиктивной активации) передатчика. В одном примере контроллер 22 выполняет начальную фиктивную активацию с помощью передатчика, установленного, скажем, на самом низком уровне установки мощности и наблюдает напряжение батареи. Если напряжение батареи не падает ниже заданного порогового значения, то контроллер 22 прерывает текущее выполнение программы депассивации. (Контроллер 22 может использовать свой аналого-цифровой преобразователь, чтобы контролировать напряжение батареи, или может использовать схему на основе компаратора - не показана - имеющую одно или более пороговых значений сравнения).
Однако если напряжение батареи продемонстрировало слишком большое падение напряжения при начальной фиктивной активации, то выполняют следующую фиктивную активацию, возможно при более высокой настройке мощности. Эту обработку можно повторять до тех пор, пока напряжение остается корректным и/или не достигнут предел повторения, например, для любого одного выполнения программы депассивации можно выполнить не более четырех активаций.
В одном или более вариантах осуществления память 25a или 25b может включать в себя таблицы данных, индексированные с помощью температурного диапазона. Таблица включает в себя настройки управления, которые диктуют, как или когда контроллер 22 выполняет депассивацию батареи. Таким образом, таблица может включать в себя периодичность настроек депассивации, настроек мощности передачи и т.д. Все эти настройки могут быть приведены в соответствие с температурными диапазонами или пороговыми значениями, так что депассивация батареи происходит более активно при более высокой температуре и менее активно или не происходит совсем при более низкой температуре.
нагрузки
нагрузки
контроллера
В любом случае следует понимать, что активирование передатчика (например, PA) в приемопередатчике 23 связи использует существенно более высокое потребление тока для приемопередатчика 23 связи для того, чтобы разрушить пассивирующий слой батареи. Таким образом, как показано на Фиг.2 приемопередатчик 23 потребляет при активации ток I от батареи 21. Приемопередатчик 23 потребляет гораздо больший ток от батареи 21, чем контроллер 22, следовательно, I>>I. Работа приемопередатчика 23 представляет, следовательно, относительно высокое токовое событие для модуля 20.
Как будет понятно, функция приемопередатчика 23 в процессе депассивации отличается от его нормальной функции передачи собранных данных по сети 30 связи и приема сигналов от сети 30 связи. В одном варианте осуществления передатчик включают, но не передают данные. В одном или более вариантах осуществления тестовый сигнал или другие фиктивные данные передают в процессе фиктивной активации. Дополнительно передатчик может работать с разной периодичностью передачи в течение фиктивной активации и его можно установить на что-то иное, чем его «стандартный» или назначенный канал связи, чтобы избежать фиктивных активаций, вызывающих нежелательные помехи или прерывание передачи реальных данных с помощью других модулей 20, работающих в сети 30.
Стоит отметить еще один момент, что термины «депассивирование», «депассивация» и аналогичные относятся к процессу предотвращения чрезмерного наращивания пассивирующего слоя, когда батарея 21 не в состоянии подавать необходимое напряжение контроллеру 22 и приемопередатчику 23, чтобы выполнять их нормальную работу. Реальное количество того, сколько пассивирующего слоя удаляется или разрушается, может изменяться в зависимости от применения, типа включенной батареи и/или величины тока и длительности, используемых фиктивных активаций. Следует понимать, тем самым, что депассивация батареи здесь не обязательно означает, что точное количество пассивирующего слоя удаляют или что весь наращенный пассивирующий слой удаляют в течение любой заданной фиктивной активации. Скорее обработку здесь подразумевают, чтобы предотвратить избыточное наращивание пассивирующего слоя батареи и чтобы тем самым избежать эксплуатационных сбоев модуля 20, которые могут возникнуть в противном случае.
Кроме того, термины, относящиеся к пространственному расположению, такие как, «под», «вниз», «ниже», «над», «выше» и т.п. используют, для облегчения описания, чтобы объяснить расположение одного элемента относительно второго элемента. Эти выражения предназначены, чтобы охватить различные ориентации устройства, наряду с ориентациями, отличными от тех, которые обозначены на фигурах. Дополнительно выражения такие как «первый», «второй» и т.д. также используют, чтобы описать различные элементы, области, разделы и т.д. и также не предназначены для ограничения. Аналогичные выражения относятся к аналогичным элементам по всему описанию.
Используемые в данном документе выражения «имеющий», «имеющий в своем составе», «включающий в себя», «содержащий» и аналогичные являются свободными выражениями, которые обозначают наличие определенных элементов или отличительных признаков, но не исключают дополнительных элементов или признаков. Единственное число предназначено, чтобы включать в себя форму множественного числа, также как и форму единственного числа, пока в контексте ясно не указано иначе.
Наконец, настоящее изобретение можно выполнить другими конкретными путями, чем те, которые установлены здесь ранее без отступления от объема и существенных характеристик изобретения. Настоящие варианты осуществления, таким образом, следует рассматривать во всех аспектах как иллюстративные, а не ограничительные, и все изменения, подпадающие под смысл и диапазон эквивалентности прилагаемой формулы изобретения, должны быть в нем охвачены.