Система дистанционного снятия показаний расходомера

1 Предпосылки изобретения Настоящее изобретение относится, в целом, к системам и способам снятия показаний бытовых счетчиков и, в частности, к системам и способам дистанционного считывания многоразрядных дисплеев бытовых счетчиков. Многоразрядные дисплеи обычно входят в состав счетчиков, используемых коммунальными службами для регистрации потребления газа,тепла, электроэнергии или воды. Коммунальные службы используют такие показания и дисплеи для выписывания счетов, а потребители используют их для контроля потребления. Был разработан ряд систем автоматического снятия показаний счетчиков (АСС), включая системы интерфейса отсчета SO, системы оптического распознавания символов (ОРС) и системы невидимого кодирования. Интерфейс отсчета SO, который является наиболее распространенной системой, содержит небольшой магнит, установленный на наиболее быстро вращающемся барабане (младшего разряда,МР). Когда магнит проходит через фиксированную контрольную точку, счет приращивается. Счет обычно хранится в энергонезависимой памяти. В системе оптического распознавания символов электронное оборудование обычно располагается поверх современного механического дисплея. Устройство использует методы оптического распознавания символов для распознавания чисел на дисплее. Такую систему обычно носит человек, снимающий показания счетчика, и потому она решает некоторые вопросы точности, но может быть неэкономична. В системе невидимого кодирования машинносчитываемый код наносится на барабаны в местах, труднодоступных для наблюдения человеком, снимающим показания, или такой код наносится на дублирующий набор барабанов,предназначенный для копирования счета основных барабанов. Эти вышеупомянутые известные системы могут иметь один или несколько недостатков,которые ограничивают их коммерческое распространение. Например, один недостаток состоит в необходимости постоянного электропитания, что связано с опасностью загорания или взрыва счетчика, в особенности газомера. Другой недостаток состоит в том, что случайное,преднамеренное или злонамеренное повреждения источника питания счетчика могут привести к повреждению счетного механизма и потере точности и выручки. Кроме того, предполагается, что отображаемое значение равно электронному значению, но это не всегда так, что может вызывать неудовольствие потребителя. Соответственно, желательно обеспечить системы дистанционного снятия показаний счетчика. Такие системы должны быть экономичны и иметь малое энергопотребление. Кроме того, такие системы не должны быть больше стандартных счетчиков для модификации. 2 Сущность изобретения Настоящее изобретение обеспечивает недорогие системы и способы считывания многоразрядных механических дисплеев, например дисплеев, входящих в состав счетчиков, используемых коммунальными службами для регистрации и отображения потребления газа, электроэнергии или воды отдельными потребителями. В системе согласно настоящему изобретению для регистрации значения дисплея используется оптический датчик, воспринимающий ширину тени, отбрасываемой профилем кулачка, реализованным на оси барабанов существующего механического дисплея. Структура допускает дистанционное считывание посредством модема, подключенного к телефонной линии, по радиоканалу мобильной сети или посредством других подобных соединений. Кроме того, конструкция системы предусматривает низкое энергопотребление и предпочтительно питание только из телефонной линии. Конструкция таких счетчиков подверглась значительной доработке в отношении безопасности, точности, независимости от источника питания и интересов потребителя. Поэтому настоящее изобретение допускает дистанционное считывание механических дисплеев, например,в составе этих распространенных счетчиков, без опасности повредить имеющемуся в настоящее время удобству пользования такими счетчиками. Дистанционное снятие показаний бытовых счетчиков обеспечивает ряд преимуществ, в том числе потребители платят только за фактическое потребление, а не за оцененное потребление; облегчается реализация права потребителя выбирать коммунальную службу; потребители могут осуществлять более непосредственный контроль потребления и трат; традиционные способы снятия показания счетчика вручную могут занимать много времени, приводить к ошибкам и затратам, в особенности, когда установлено много счетчиков; и высокие цены на электроэнергию и тарифы на потребление энергии увеличивают вероятность мошеннических действий, а дистанционное снятие показаний обеспечивает контроль на более высоком уровне для определения необычных режимов потребления. Настоящее изобретение предусматривает устройства непосредственного считывания положения каждого барабана, входящего в состав дисплея, путем оптического определения ширины тени, отбрасываемой профилем кулачка, при соединенного к каждому барабану. Устройства согласно настоящему изобретению не влияют на существующую систему дисплея, т.е. на точность и внешний вид современной системы. Один вариант осуществления изобретения обеспечивает параллельное считывание барабанов. Второй вариант осуществления изобрете 3 ния обеспечивает последовательное считывание барабанов в целях экономии энергии. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения вся система считывания получает питание только от модема, подключенного к телефонной линии, и по природе своей предназначена для счетчиков, связанных с газораспределительными системами и другими пожароопасными системами. Согласно еще одному варианту осуществления для считывания положения барабанов используется только один фотодатчик, что позволяет дополнительно экономить затраты и энергию. Один аспект настоящего изобретения обеспечивает устройство снятия показаний счетчика для определения углового положения одного или нескольких вращающихся барабанов дисплея. Устройство обычно содержит кулачок,связанный с каждым барабаном, причем каждый кулачок вращается вместе с соответствующим барабаном, источник света, который освещает каждый кулачок таким образом, чтобы кулачок отбрасывал тень, и светочувствительный элемент, который регистрирует тень от каждого кулачка и выдает сигнал, характеризующий параметры каждой тени. Устройство также обычно содержит процессор, который определяет угловое положение каждого барабана на основании параметров соответствующей тени, полученных от светочувствительного элемента. Другой аспект настоящего изобретения обеспечивает способ снятия показаний счетчика, имеющего один или несколько вращающихся барабанов дисплея. Способ обычно содержит этапы, на которых обеспечивают кулачок, связанный с каждым барабаном, причем каждый кулачок вращается вместе с соответствующим барабаном, освещают каждый кулачок таким образом, чтобы он отбрасывал тень на светочувствительный элемент, и определяют информацию углового положения каждого барабана на основании тени соответствующего кулачка, зарегистрированной светочувствительным элементом. Еще один аспект настоящего изобретения обеспечивает устройство дистанционного считывания дисплея, причем дисплей образован одним или несколькими выровненными барабанами, установленными и вращающимися на общей оси. Система обычно содержит выступ,смонтированный на каждом барабане или составляющий его часть, расположенный, по существу, под прямым углом к плоскости вращения барабана, отдельные средство для излучения света и средство линзы, связанные с каждым барабаном, средство фотодетектора, связанное с каждым барабаном, причем выступ имеет такой профиль, что при освещении средством для излучения света ширина и положение тени, отбрасываемой выступом на средство фотодетектора, позволяет определять угловое положение барабана. Система также обычно содержит блок управления, осуществляющий 4 управление средством для излучения света, и считывающее средство фотодетектора для определения положения каждого барабана, и средство связи для передачи результата определения положений барабанов на удаленный пункт снятия показаний. Еще один аспект настоящего изобретения обеспечивает устройство дистанционного считывания дисплея, причем дисплей образован одним или несколькими выровненными барабанами, установленными и вращающимися на общей оси. Устройство обычно содержит выступ, смонтированный на каждом барабане или составляющий его часть, расположенный, по существу, под прямым углом к плоскости вращения барабана, отдельные средство для излучения света и средство линзы, связанные с каждым барабаном, и оптическую систему, обеспечивающую отражение каждой из теней, отбрасываемых выступами на единое средство фотодетектора, причем выступ имеет такой профиль,что при освещении средством для излучения света ширина и положение тени, отбрасываемой выступом на средство фотодетектора, позволяет определять угловое положение барабана. Устройство также обычно содержит блок управления, осуществляющий управление средством для излучения света, и считывающее средство фотодетектора для определения положения каждого барабана, и средство связи для передачи результата определения положений барабанов на удаленный пункт снятия показаний. Обратившись к остальным частям описания, в том числе чертежам и формуле изобретения, можно понять другие признаки и преимущества настоящего изобретения. Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения, а также структура и принцип действия различных вариантов осуществления настоящего изобретения подробно описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах подобные позиции обозначают идентичные или функционально схожие элементы. Краткое описание чертежей Фиг. 1 - схема размещения барабанов дисплея, используемая в обычном бытовом счетчике; фиг. 2 - схема барабанов бытового счетчика с дополнительной конфигурацией оптических элементов для считывания положения барабанов согласно варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 3 - схематический вид сбоку части конфигурации оптического элемента, показанной на фиг. 2, согласно варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 4 - схема системы снятия показаний счетчика, в которой используется светопровод и одна светочувствительная матрица, согласно варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 5 - схема конфигурации всей системы снятия показаний счетчика, содержащей блок 5 управления и модем, согласно варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 6 - схема конфигурации устройства снятия показаний счетчика, содержащей конструкцию мостика, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения Согласно фиг. 1 дисплей 100 счетчика, который коммунальная служба обычно использует для регистрации и отображения потребления,образован совокупностью дисков или барабанов 109, установленных на общей оси и отстоящих друг от друга на толщину бобышки 110, связанной с каждым барабаном. На наружной боковой поверхности каждого барабана 109 нанесены цифры 0-9. Механизм привода барабанов 109 общеизвестен и не рассматривается в описании настоящего изобретения. Барабаны 109 вращаются вокруг общей оси, проходящей через центры барабанов 109 и/или центры бобышек 110,и потребитель или человек, снимающий показания счетчика, обычно может наблюдать их через окно или отверстие 102 в корпусе или кожухе (не показан). Для обеспечения надежности и удобства для потребителя этого традиционного способа отображения желательно иметь возможность автоматически считывать и передавать цифры, отображаемые на дисплее, на удаленный центральный пункт, например по телефонной линии, для обработки и выставления счетов. На фиг. 2 показана схема барабанов бытового счетчика с добавлением конфигурации оптических элементов для считывания положения барабанов согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Между каждыми двумя соседними барабанами установлен источник света 101 и линзовая система 103, которые в совокупности формируют практически параллельный пучок 104 света, идущий вниз между барабанами, в результате чего бобышка 110,связанная с каждым барабаном 109, отбрасывает тень на светочувствительный модуль 111. Каждый источник света 101 предпочтительно содержит светодиод (СИД), однако, можно использовать любой подходящий источник света,например полупроводниковый лазер, газовый лазер или другой светоизлучающий элемент. Предпочтительно, чтобы направление распространения света было, по существу, перпендикулярно направлению наблюдения при снятии показаний счетчика для минимизирования или существенного уменьшения поступления света и отражения лучей вне корпуса кожуха счетчика. Согласно фиг. 3 предпочтительно, чтобы конфигурация и размещение каждой бобышки 110 были такими, чтобы она имела не стандартный симметричный круглый профиль, а асимметричный профиль. Тень 120, отбрасываемая бобышкой 110 (далее именуемой "кулачком 110", чтобы подчеркнуть ее асимметричный 6 профиль) на поверхность 112 светочувствительного модуля 111, будет иметь разную ширину и местоположение (т.е. положение центра и краев) на поверхности светочувствительного модуля 111 в зависимости от углового положения барабана. Каждое из десяти положений предпочтительно соответствует одной из десяти цифр 0-9, нанесенных на барабане. Угловое положение кулачка идентифицируют, определяя количество светочувствительных элементов,покрытых тенью кулачка 110, и/или положение тени на модуле 111 светочувствительных элементов (например, положение центра и/или краев тени). Отметим, что можно определять более десяти или менее десяти угловых положений,что помимо цифр на барабане могут быть нанесены другие символы и что можно предусмотреть такую конфигурацию кулачка 110, чтобы обеспечить достаточное количество различных профилей тени для идентификации разных угловых положений. Согласно одному варианту осуществления каждый светочувствительный модуль 111 содержит матрицу светочувствительных элементов, например фотодиодов, с достаточным пространственным разрешением для регистрирования разных значений ширины и положения тени 120,обусловленных разными угловыми положениями кулачка 110. Одним из примеров датчика является датчик на основе линейной оптической матрицы MLX90255 в упаковке SMD8, поставляемый Melexis Inc. (см. URL: www.melexis.com). Датчик MLX90255 содержит линейную матрицу из 128 светочувствительных фотодиодов. В одном варианте реализации с использованием датчика MLX90255 размеры кулачка 110 и ширина параллельного пучка 104 подобраны таким образом, что в пределах допусков конструкции максимальный ход тени 120 по матрице датчиков покрывает приблизительно 100 светочувствительных фотодиодных элементов. На фиг. 5 изображена общая структура устройства снятия показаний счетчика, включающая в себя блок управления 200 и модем 205 для связи с удаленной обрабатывающей станцией 210 по телефонной линии 215. Блок управления 200 определяет хронирование дистанционного считывания, подает питание на источники 201 и принимает выходной сигнал от соответствующего светочувствительного модуля 211 для определения правильного значения для каждого барабана. Согласно одному варианту осуществления блок управления 200 подает питание на источники света последовательно, чтобы считывать каждый светочувствительный модуль 211 по очереди. Альтернативно, блок управления управляет источниками света таким образом, что питание на них поступает одновременно, тем самым обеспечивая одновременное считывание всех светочувствительных модулей 211. Затем блок управления 200 устанавливает связь с удаленной обрабатывающей станцией 7 210, например офисом коммунальной службы,через модем 205 и передает значения совместно с уникальным серийным номером, идентифицирующим сам счетчик. В состав устройства может входить блок памяти, подключенный к блоку управления, для сохранения серийного номера и, при желании, значений любых данных. Согласно одному варианту осуществления блок управления 200 способен сравнивать текущее показание счетчика с любыми предыдущими показаниями счетчика для выявления необычного режима потребления, проверки ошибок и/или получения исходных данных для прогнозирования расхода. Альтернативно, такие сравнения и расчеты может осуществлять блок обработки, находящийся на пункте обработки или в другом месте. Согласно одному варианту осуществления модем 205 и блок управления 200 предпочтительно реализованы в виде маломощного микроконтроллера и получают питание только от телефонной линии, например, через разъем питания линейного интерфейса PSTN. Примером такого микроконтроллера может служить ИСMLX32001 контроллера универсального линейного интерфейса ТСОП, поставляемый Melexis,Inc. (www.melexis.com). Контроллер MLX32001 при использовании в устройствах согласно настоящему изобретению функционирует как реле постоянного тока универсального линейного интерфейса PSTN и является устройством, потребляющим питание только от телефонной линии (например, PSTN), которое подает питание на вспомогательные компоненты, например СИД или другие источники света, и на основной контроллер, например контроллер серииMLX32001 также содержит встроенную оперативную память и обеспечивает питание датчикаMLX90255 и/или его контроллера. Согласно одному варианту осуществления,изображенному на фиг. 4, для дополнительного снижения энергопотребления и стоимости множественные светочувствительные модули 111 заменены единым оптическим элементом 300,например формованным изделием из оптического пластика. Согласно одному варианту осуществления элемент 300 содержит поверхности, отражающие свет, конфигурация которых обеспечивает отражение изображений теней от разных кулачков на единый светочувствительный модуль 311, например модуль, содержащий единую матрицу светочувствительных элементов. На фиг. 6 схематически изображена конфигурация устройства снятия показаний счетчика, содержащая конструкцию мостика 410,согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Блок управления 420 и модем 415 объединены в конструкцию мостика 410, которая, предпочтительно, соединяет и механически связывает конструкцию 401 источников света и 8 линз со светочувствительным(и) модулем(ями). Конструкция мостика 410 также обеспечивает встроенные электрические соединения между различными элементами. В примере, показанном на фиг. 6, конструкция мостика 410 содержит единый светочувствительный модуль 411,который принимает изображения профилей кулачков от отражающего элемента 400, аналогично тому, как предусмотрено вариантом осуществления, представленным на фиг. 4. Предпочтительно, отражающий элемент 400 присоединен к мостику 410 или встроен в него как составная часть, хотя отражающий элемент 400 может быть отдельной деталью. Заметим, что,по аналогии с вариантом осуществления, представленным на фиг. 5, к конструкции мостика 410 может быть присоединена или встроена в него как составная часть конструкция из отдельных светочувствительных модулей. Для простоты изготовления предпочтительно, чтобы конструкция мостика 410, представляла собой единое пластмассовое формованное изделие,например, выполненное с использованием процесса формовки пластика, однако, она может быть выполнена из металла, керамики или любой комбинации подходящих материалов, а также может состоять из нескольких отдельно сформованных или штампованных фрагментов. Дополнительная обрабатывающая схема,предназначенная для использования в любом вышеуказанном варианте реализации, может содержать аналоговую и/или цифровую схему. В одной цифровой реализации микропроцессор используется в качестве как управляющей, так и обрабатывающей схемы и может быть дополнительно объединен с памятью, например энергонезависимой памятью, используемой для хранения таблиц поиска или других констант, используемых для оптимизации и калибровки системы. Хотя изобретение описано на примерах и применительно к конкретным вариантам осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления. Напротив, предполагается, что оно охватывает различные модификации и аналогичные конфигурации, очевидные специалистам в данной области. Например, для освещения всех кулачков можно использовать единый источник света в совокупности с надлежащим образом выбранными и конфигурированными оптическими элементами, отражающими и/или пропускающими освещение на кулачки в направлении светочувствительных модулей. Заметим также, что настоящее изобретение предназначено для обеспечения электронного считывания аналогичных дисплеев на основе вращающихся барабанов, которые обычно используются в игровых автоматах, например секционных автоматах. Таким образом, объем прилагаемой формулы изобретения должен соответствовать широчайшей интерпретации, чтобы 9 охватывать все подобные модификации и аналогичные конфигурации. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство снятия показаний счетчика для определения углового положения одного или нескольких вращающихся барабанов дисплея, содержащее кулачок, связанный с каждым барабаном,причем каждый кулачок вращается вместе с соответствующим барабаном,источник света, который освещает каждый кулачок таким образом, чтобы проецировать тень профиля каждого кулачка,светочувствительный элемент, который регистрирует тень от каждого кулачка и выдает сигнал, характеризующий параметры каждой тени, и процессор, который определяет угловое положение каждого барабана на основании параметров тени профиля соответствующего кулачка, полученных от светочувствительного элемента. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что светочувствительный элемент содержит линейную матрицу дискретных светочувствительных элементов. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем,чтокаждый светочувствительный элемент содержит фотодиод. 4. Устройство по п.1, отличающееся том,что параметры тени содержат информацию ширины для каждой тени и процессор определяет угловое положение каждого барабана на основании ширины тени профиля соответствующего кулачка. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем,что источник света содержит единый источник света и оптические элементы, конфигурация и размещение которых обеспечивают освещение каждого кулачка светом от единого источника света. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем,что оптические элементы содержат один или несколько элементов расщепления пучка. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем,что источник света содержит совокупность отдельных источников света, каждый из которых связан с соответствующим кулачком. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем,что светочувствительный элемент содержит единую матрицу дискретных световоспринимающих элементов и один или несколько отражающих элементов, направляющих на матрицу каждую из одной или нескольких теней профиля кулачка. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем,что светочувствительный элемент содержит совокупность отдельных световоспринимающих элементов, каждый из которых связан с соответствующим кулачком. 10 10. Устройство по п.1, отличающееся тем,что дополнительно содержит модуль связи для подключения к телефонной сети, причем процессор выполнен с возможностью автоматического направления по телефонной сети информации углового положения каждого барабана на удаленный пункт. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем,что модуль связи содержит интерфейс коммутируемой телефонной линии PSTN. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем,что питание для функционирования устройства снятия показаний счетчика поступает из интерфейса PSTN. 13. Способ снятия показаний счетчика,имеющего один или несколько вращающихся барабанов дисплея, содержащий этапы, на которых обеспечивают кулачок, связанный с каждым барабаном, причем каждый кулачок вращается вместе с соответствующим барабаном,освещают каждый кулачок так, чтобы проецировать тень профиля кулачка на светочувствительный элемент, и определяют информацию углового положения каждого барабана на основании тени профиля соответствующего кулачка, зарегистрированной светочувствительным элементом. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что светочувствительный элемент содержит линейную матрицу дискретных световоспринимающих элементов. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что световоспринимающий элемент содержит фотодиод. 16. Способ по п.14, отличающийся тем, что на этапе определения информации углового положения для каждого барабана определяют количество световоспринимающих элементов,охваченных тенью. 17. Способ по п.14, отличающийся тем, что на этапе определения информации углового положения для каждого барабана определяют центральный световоспринимающий элемент среди световоспринимающих элементов, охваченных тенью. 18. Способ по п.13, отличающийся тем, что на этапе определения информации углового положения для каждого барабана определяют либо ширину, либо центральное положение тени. 19. Способ по п.13, отличающийся тем, что дополнительно предусматривает автоматическую передачу информации углового положения на удаленную систему по телефонному каналу связи. 20. Способ по п.13, отличающийся тем, что каждый из одного или нескольких кулачков освещают одновременно. 21. Способ по п.13, отличающийся тем, что каждый из одного или нескольких кулачков освещают последовательно по порядку. 11 22. Устройство дистанционного считывания дисплея, имеющего один или несколько выровненных барабанов, вращающихся на общей оси, содержащее выступ, присоединенный к каждому барабану, по существу, под прямым углом к плоскости вращения барабана,отдельные средства для излучения света и средство линзы, связанные с каждым барабаном,средство фотодетектора, связанное с каждым барабаном,причем выступ имеет такой профиль, что при освещении средством для излучения света ширина и положение тени, отбрасываемой выступом на средство фотодетектора, позволяет определять угловое положение барабана,блок управления, обеспечивающий управление средством для излучения света, и считывающее средство фотодетектора для определения положения каждого барабана и средство связи для передачи результата определения положений барабанов на удаленную систему. 23. Устройство по п.22, отличающееся тем,что блок управления обеспечивает управление средствами для излучения света так, чтобы они последовательно излучали свет для последовательного определения и сохранения в памяти угловых положений барабанов, и средство связи передает сохраненные значения положения на удаленную систему. 24. Устройство по п.22, отличающееся тем,что средство управления управляет средствами излучения света так, чтобы они одновременно излучали свет для одновременного определения угловых положений барабанов. 12 25. Устройство дистанционного считывания дисплея, имеющего один или несколько выровненных барабанов, вращающихся на общей оси, содержащее выступ, присоединенный к каждому барабану по существу под прямым углом к плоскости вращения барабана,отдельные средства для излучения света и оптическую конструкцию, связанные с каждым барабаном,единое средство фотодетектора для регистрации света, излучаемого средством для излучения света,причем выступ имеет такой профиль, что при освещении средством излучения света ширина и положение тени, отбрасываемой выступом на средство фотодетектора, позволяет определять угловое положение барабана,оптическую систему, способную отражать каждую из теней, отбрасываемых выступами, на единое средство фотодетектора,блок управления, обеспечивающий управление средством для излучения света, и считывающее средство фотодетектора для определения положения каждого барабана и средство связи для передачи результата определения положений барабанов на удаленную систему. 26. Устройство по п.25, отличающееся тем,что блок управления управляет средствами для излучения света так, чтобы они последовательно излучали свет для последовательного определения и сохранения в памяти угловых положений барабанов, и средство связи передает сохраненные значения положения на удаленную систему.