专利名称：读取电能表的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种读取电能表的系统和方法。更具体地，本发明涉及一种更有效地读取电能表并将用电量的指示提供给电能表的用户的系统和方法。
背景技术：
电力公司使用电能表测量并且提供已经用在商业机构或居民区的电量的读数。传统地，如果诸如房主等个人想监测能耗，那么个人要走到外面的电能表的位置以读取电能表。该过程劳动量很大，易受人为错误的影响，并且在某些情况下对人身不安全。因此，存在一种趋向于自动电能表读取器的趋势，该自动电能表读取器集成了测量电量和使用有线或无线信号传输将测量值传送到电力公司的能力。然而，自动电能表读取器一般限于较新的电能表装置。因此，需要一种可以对各种类型的现有电能表进行翻新改进的电能表读取器。
自动电能表读取器典型地对现有的电能表进行翻新改进，且典型地连接到电力线以获得电力。然而，更方便的是使用一个或多个电池用作电源，即，由于不必连接到电源，因此自动电能表读取器可更容易安装。遗憾的是，自动电能表读取器所执行的操作，例如检测电能表盘的旋转以及发送与建筑物的功耗有关的信息是极为耗电的操作，这将导致频繁更换电池。这样效率低且麻烦。因此，具有一种工作在有效的方式下以延长电池寿命的电能表读取器是有利的。
电力公司的另一个普遍问题是应付不满意的用户，这些用户抱怨他们高额的电费。需要一种技术，其允许用户以美元和美分或千瓦时的形式知道他们正在消费多少电以及到月底他们的电费是多少。用户可以使用关于他们正使用的电量的反馈来减少高额的电费。同时也存在不断增长的提高能量效率、节约能源以及减少大气污染的压力。这可以通过越来越多的用户对他们所正消耗的能量的了解来实现。事实上，研究表明，当用户得到足够的信息以作出关于能耗有意义的决定时，可以节约高达15％或可能更多的能源。
发明内容
本发明提供一种安装到电能表单元上的检测单元以及相对于该检测单元远距离设置的显示单元；一种可能性是将显示单元安装在建筑物内，其中电能表正在监测该建筑物的能耗。该检测单元监测电能表上的耗电量的指示(其通常是电能表的电能表盘的旋转)并且向显示单元提供与耗电量相关的信息。然后，该显示单元向负责该建筑物耗电的用户显示耗电量信息。该显示单元可以提供多种信息，例如以kW/hr或以美元数量(或另一种外币)的形式表示的耗电量以及由于用电而正被释放的温室气体。
有利的是，检测单元提供一个或多个节能特征以减少其自身的能耗。例如，检测单元在检测由电能表单元指示的耗电量时可以在特定的时间间隔期间进入睡眠模式。可选地或者另外，该检测单元可以产生预测模型，其表示与耗电量相关的信息并且将预测模型参数，而不是原始数据发送到显示单元，该显示单元使用预测模型参数来显示耗电量(这可以实时完成)。这样减少了发送到显示单元的数据量。由于当预测模型参数值改变时只需要发送数据，因此这也减少了发送给显示单元的发送量。
本发明也提供一种用于将检测单元附着到电能表单元的附着装置(attachment means)。该附着装置适于允许检测单元附着到多种电能表单元。具体地，该附着装置包括夹紧装置，安装该夹紧装置使其围绕在电能表单元主体的周围。该附着装置还包括容纳传感器单元的臂状物，其中该传感器单元用于检测电能表单元的耗电量指示。该臂状物包括用于延伸臂状物长度的延伸装置，使得传感器单元的位置可以在电能表单元的恰当位置上进行适当的调整。该臂状物也可以包括枢轴装置，用于使臂状物相对于检测单元的主体成一定角度。
在一个方案中，本发明提供一种电能表读取器系统，其用于自动读取安装在正消耗电能的建筑物上的电能表单元。该电能表单元包括具有循环特性的指示，该循环特性具有随表示建筑物耗电量的速率而变化的周期。该系统包括安装在用于监测耗电量的电能表单元上的检测单元。该检测单元包括邻近电能表单元设置的传感器单元，用于监测指示的循环特性并产生消耗检测信号；连接到传感器单元的处理单元，用于接收消耗检测信号并产生信息信号，该处理单元还产生传感器使能信号以使传感器单元仅对指示的循环特性的一部分起作用，该部分与表示完成循环特性的一个周期的时间间隔一致，该时间间隔比循环特性的周期短；以及连接到处理单元的发送器，用于接收信息信号和传送发送信号。该电能表读取器系统还包括相对于检测单元远距离设置的显示单元。该显示单元接收发送信号并显示耗电量。
在另一个方案中，本发明提供一种电能表读取器系统，其用于自动读取安装在正消耗电能的建筑物上的电能表单元。该电能表包括具有循环特性的指示，该循环特性具有随表示建筑物耗电量的速率而变化的周期。该系统包括安装在用于监测耗电量的电能表单元上的检测单元。该检测单元包括邻近电能表单元设置的传感器单元，用于监测指示的循环特性并产生消耗检测信号；连接到传感器单元的处理单元，用于接收消耗检测信号并产生信息信号，该处理单元包括用于产生预测模型参数值的预测单元，该预测单元用于预测从消耗检测信号中获得的耗能数据，并将预测模型参数值结合到信息信号中；以及连接到处理单元的发送器，用于接收信息信号和传送发送信号。该电能表读取器系统还包括相对于检测单元远距离设置的显示单元。该显示单元接收发送信号并基于预测模型参数显示建筑物的耗电量。
在另一个方案中，本发明为用于自动读取安装在正消耗电能的建筑物上的电能表单元的检测单元提供一种外壳。该电能表单元包括具有循环特性的指示，该循环特性具有随表示建筑物耗电量的速率而变化的周期。该外壳包括用于容纳内部电子装置的主体；连接到主体的延伸构件，该延伸构件具有容纳传感器单元的头部区域(headregion)；以及连接到主体的附着装置，用于将主体安装在电能表单元上。
在另一个方案中，本发明提供一种与安装在正消耗电能的建筑物上的电能表单元一起使用的检测单元，该电能表单元包括具有循环特性的指示，其随表示建筑物耗电量的速率而变化。该检测单元安装在用于监测耗电量的电能表单元上，并且该检测单元包括邻近电能表单元设置的传感器单元，用于监测该指示的循环特性并产生消耗检测信号；以及连接到传感器单元的处理单元，用于接收消耗检测信号并产生信息信号，该处理单元还产生传感器使能信号，以使传感器单元仅对指示的循环特性的一部分起作用，该部分与表示完成循环特性的一个周期的时间间隔一致，该时间间隔比循环特性的周期短。
在另一个方案中，本发明提供一种与安装在正消耗电能的建筑物上的电能表单元一起使用的检测单元，该电能表单元包括具有循环特性的指示，该循环特性具有随表示建筑物耗电量的速率而变化的周期。该检测单元安装在用于监测耗电量的电能表单元上，并且该检测单元包括邻近电能表单元设置的传感器单元，用于监测指示的循环特性并且产生消耗检测信号；以及连接到传感器单元的处理单元，用于接收消耗检测信号并产生信息信号，该处理单元包括用于产生预测模型参数值的预测单元，用于预测从消耗检测信号中获得的耗电量数据并将预测模型参数值结合到信息信号中。
在另一个方案中，本发明提供了一种用于自动读取安装在正消耗电能的建筑物上的电能表单元的方法，该电能表单元包括具有循环特性的指示，其随表示耗电量的速率而变化。该方法包括a)使用传感器单元检测该指示的循环特性的值，并产生消耗检测信号；b)基于来自消耗检测信号的数据，产生信息信号；以及c)产生传感器使能信号以使传感器单元仅对该指示的循环特性的一部分起作用，该部分与表示完成循环特性的一个周期的时间间隔一致，该时间间隔比循环特性的周期短。
在另一个方案中，本发明提供一种用于自动读取安装在正消耗电能的建筑物上的电能表单元的方法，该电能表单元包括具有循环特性的指示，该循环特性具有随表示建筑物耗电量的速率而变化的周期。该方法包括a)使用传感器单元检测该指示的循环特性的值，并产生消耗检测信号；并且b)通过产生模型参数值以预测从消耗检测信号获得的耗电量数据并基于来自消耗检测信号的数据来产生信息信号，并且将预测模型参数值包括在信息信号中。
为了更好地理解本发明并更清楚地显示其如何实现，仅通过实例，现在将参照示出本发明示例性实施例的附图，其中图1是根据本发明的电能表读取器系统的示例性实施例的方框图；图2是根据本发明的电能表读取器系统的另一示例性实施例的方框图；图3a是可以在图1和图2的电能表读取器系统中使用的传感器单元的示例性实施例的示意图；图3b-3f是关于电能表盘上的黑色标记的运动对图3a的传感器单元操作的一系列说明；图4是示出在图1和图2的电能表读取器系统中可以用于发送数据的数据结构；图5是可以与图1和图2的电能表读取器系统一起使用的显示单元的示例性物理实施例的正视图；图6a是附着到可以与图1和图2的电能表读取器系统一起使用的电能表的检测单元的示例性物理实施例的正视图；图6b是图6a的检测单元的透视图；以及图6c是图6a的检测单元的部分的外壳的分解等比图。
具体实施例方式
在下面的详细说明中，为了透彻的理解本发明，阐述了许多具体的细节。然而，本领域技术人员应该理解，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其它实例中，没有详细说明公知的方法、过程以及部件以免混淆本发明。
此外，可以理解的是，为了使说明简单清楚，图中所示的元件不必按比例绘制。例如，为了清楚，可以相对于其它元件将一些元件的尺寸放大。此外，如果认为适当，附图标记可以在附图中重复以表示相应或类似的元件。
首先参照图1，此处示出的是电能表读取器系统10的示例性实施例的方框图。电能表读取器系统10包括检测单元12和显示单元14。该检测单元10安装到电能表单元16，而显示单元14安装在建筑物内的方便位置，其中电能表单元16正监测该建筑物的耗电量。检测单元12和显示单元14优选是无线连接。然而，检测单元12和显示单元14可以以公知的方式彼此硬连接(hardwired)。检测单元12的物理结构以及检测单元12安装到电能表单元16的方式将在下面详细讨论。
如本领域技术人员所公知的，电能表单元16典型地安装在建筑物的外墙上，其中电能表单元16正监测该建筑物的用电量(电能表单元16也可以在建筑物的内部)。电能表单元16具有透明的塑料或玻璃罩以允许读取用电量，同时保护电能表单元16不受诸如雨或雪等自然环境的影响并且防止可能的篡改。电能表单元16还具有电能表盘18，为了说明将其示意性示出，其以表示用电量的速度旋转。确定电能表盘18的方向使其大约垂直于电能表单元16的罩子，并且电能表盘18具有黑色标记20，其沿着电能表盘18的顶部和边缘为小圆弧的形状。电能表单元16还具有多个刻度盘(未示出)，其指示建筑物当前的用电量。刻度盘根据电能表盘18的旋转速率而旋转。
本领域技术人员应当理解，电能表单元16可以是具有可选耗电量指示的数字电能表单元，例如电能表盘18的数字表示，或是具有标记的LED上的垂直或水平条纹(bar)，其中该标记以电能表盘上的黑色标记旋转的速率经过条纹。其它表示也是可行的。此后，为了便于说明，电能表盘18上的黑色标记20用于描述电能表系统的运行。但是，应当理解，通常认为黑色标记是具有循环特性的指示，该循环特性具有可变速率的周期，并且如上所述，存在具有其它形式指示的其它类型的电能表。
检测单元12包括传感器单元22、处理单元24、温度单元26、发送器28以及电源30。传感器单元22检测电能表盘18的旋转并且将消耗检测信号32提供给处理单元24以指示电能表盘18的旋转频率。下面将进一步详细说明传感器单元。温度单元26测量室外温度并且将温度信号34提供给处理单元24。
温度单元26是可选的。然而，优选的是包括温度单元26以获取温度信息，电能表读取器系统使用该温度信息以增加耗电量，如下面将要详细说明的那样。温度单元26包括温度传感器(例如热敏电阻)以及用于加偏压到温度传感器的电阻(都未示出)。优选地选择电阻值以抽出尽可能少的电流量，同时允许温度传感器提供外面温度的读数。该温度的读数是取决于外面温度的原始模拟电压电平。该原始模拟电压电平在没有任何预处理的情况下由发送器28传送到显示单元14。然后该显示单元14将原始模拟电压电平转换为温度值。该显示单元14执行转换以减少处理单元24完成的处理量，并由此减少检测单元12的能耗。
如下面的进一步详细说明，检测单元12包括一个或多个用于减少耗电量的部件。例如，使用低电压部件来减少耗电量。此外，选择检测单元的工作参数来减少耗电量。例如，处理单元24使用低时钟频率，例如32kHz。另外，减小传感器单元22、处理单元24、温度单元26以及发送器28的工作电压。此外，检测单元12的特定部件，例如传感器单元22、处理单元24的特定模块以及发送器28的RF电路，在不使用时被置为睡眠模式。下面将进一步详细说明用于传感器单元22的睡眠模式。
如下面的进一步说明，为了产生信息信号36，处理单元24使用消耗检测信号32和温度信号34以及其它信息。将信息信号36传送到发送器28，该发送器28产生发送信号38并将其无线传送到显示单元14。发送器28将用于发送的信息信号36以适当的发送频率调制。发送器28是任何恰当的具有低电流消耗和在睡眠模式下运行的能力的发送器。发送器28还优选提供误差校正码以对信息信号进行编码。误差校正码允许在传输期间引入一定量的误差，但是这些误差在显示单元14中可以被修正。这种传输方案的好处在于对于相同的耗电量来讲，增加了无线传输的范围。或者，在仍确保足够的无线传输范围时，减少耗电量。发送器28也提供用于CRC校验的数据，显示单元14使用该CRC校验来舍弃错误消息。这是有利的，由于随着无线传输的功率变得越小(即信噪比(SNR)变得更小)时，无线传输就越可能恶化。由于减少耗电量是电能表读取器系统10的目标，因此优选以低SNR进行发送。因此，使用误差校正码和用于CRC校验的数据来确保显示单元14正确地接收数据。
电源30为检测单元12的工作提供电能。电源30连接到处理单元24，其将电能分配给检测单元12的其余部件。优选地，电源30是电池，例如3.6V锂AA电池。
为了检测电能表盘18的旋转，在物理上邻近电能表盘18设置传感器单元22。传感器单元22包括IR发光二极管和至少一个光电二极管(下面将更详细地说明)。该IR发光二极管将调制的光束传送到电能表盘18的表面。电能表盘18以某一水平反射调制的光束。然而，当调制的光束遇到黑色标记20时，以一个较低的水平反射光束。因此，传感器单元22基于较低的反射光量(这也可以包括反射光的总的缺失)来检测黑色标记20的旋转。对于黑色标记20的旋转的每次检测，传感器单元22在消耗检测信号28中产生脉冲。以大约38kHz的频率调制被调制的光束，使得太阳光可以被传感器单元22过滤掉(也可以使用其它适当的调制频率)。使用调制还可以减少传感器单元22所需的电能，这是因为调制需要将IR发光二极管关断非常短的一段时间。为了进一步减少能耗，传感器单元22从处理单元24接收使能控制信号。因此，传感器单元22只对于电能表盘18的旋转的一部分运行，该部分与黑色标记20通过传感器单元22的过程一致(即，传感器单元22关闭直到黑色标记20预期返回)。这将在下面更加详细地说明。
处理单元24控制检测单元12的操作，使得检测单元12以节能的方式运行。在图1的示例性实施例中，处理单元24包括控制单元42、跟踪单元44、预测单元46、压缩单元48以及存储单元50(如在下面进一步讨论的其它实施例中，可以省略这些部件中的一些部件)。为了产生电能表盘的旋转信息、读取室外温度、产生传送到显示单元14的信息包以及检测电源30是否为低，控制单元42指导检测单元12的操作以使传感器单元22激活。处理单元24由任何适当的、具有相关硬件和软件的超低功率微控制器来实现。
跟踪单元44基于电能表盘18的当前速度和最大加速度来跟踪电能表盘18的运动。跟踪单元44使用该信息动态地设置传感器单元22的睡眠周期。每次睡眠周期更新时，将该睡眠周期提供到控制单元42。在睡眠周期期间，控制单元42经由使能控制线40禁止传感器单元22的操作，否则使能传感器单元22。对于电能表盘18的下一次旋转，睡眠周期可以基于对黑色标记20的返回时间的估计。可以基于对黑色标记20的上两次检测来估计电能表盘18的返回时间。或者，可以使用上一次检测到的电能表盘18的旋转来估计电能表盘18的旋转速率。例如，如果跟踪单元44估计电能表盘18的上一次返回时间是2秒，那么下一次循环很可能大约接近该相同的时间周期。
电能表盘18的运动规律也可以用于确定电能表盘18完成下一次完整的旋转所需的最小时间。然后相应地选择睡眠周期。基于该运动学，电能表盘的最快旋转时间由等式1给出tf＝tc/(1+MAX_DELTA*tc/25920000) (1)其中tf是电能表盘18的最快旋转时间，tc是其上一次一个完整旋转所花费的时间，MAX_DELTA是下一循环(即电能表盘18的旋转)期间“踢出(kicking)”的瓦特值，以及数值25920000是常数。该常数由电能表16的kH系数(典型的是7.2Whr)乘以1小时中的秒数以及常数1000来计算。tc的值可以是基于电能表盘18的平均或瞬时旋转速度。可以存在用于MAX_DELTA的数值阵列。MAX_DELTA的一些示例性数值包括2000、5000或10000。使用的MAX_DELTA的特定值取决于电能表盘18的当前旋转速度。如果表盘18以低速旋转，那么可以选择较大的MAX_DELTA值，例如5000，这是因为在建筑物内存在许多可以开启以增加耗电量的设备。然而，如果盘18以高速旋转，那么可以选择较小的MAX_DELTA值，例如2000。这允许在不错过黑色标记20的下一次旋转的情况下选择更长的睡眠周期。由于在建筑物中不存在更多可以开启或在更高的电平下开启的设备来消耗更多的能量并使盘18以更快的速率旋转，因此这在与建筑物有关的高耗电量水平下(即电能表盘18处于快的旋转速度)是有效的。然而，在较低的旋转速率下，睡眠周期不能象使用该方法一样设置得这么长。
或者，跟踪单元44可以根据电能表盘18上一次完整旋转时间的百分比来设置睡眠周期。例如，如果电能表盘18上一次旋转需要3秒钟并且跟踪单元44设置50％的睡眠周期，那么传感器单元22在上一次检测到黑色标记20后将睡眠1.5秒，然后“醒来”以检测黑色标记20的下一次出现。这种跟踪形式在本质上有几分自适应性。例如，如果电能表盘18的旋转减慢到每次旋转5秒钟，那么控制单元22将睡眠周期改为2.5秒。然而，如果电能表盘18的旋转加速，那么有可能错过循环。然而，一旦传感器22被重新启动，它将调整到表盘18的速度。
用于确定睡眠周期的百分比也可以基于电能表盘18的速度改变。例如，如果电能表盘18以高速旋转，那么睡眠周期的百分比可以设置为更高的值，例如90％。或者，例如，如果电能表盘18以较低的速度旋转，那么睡眠周期的百分数可以设置为更低的值，例如50％。相应地，当电能表盘18从低旋转速度转变为高旋转速度时，可以使用逐渐变高的睡眠周期的百分比。这后面的基本原理是，在高旋转速率下，由于建筑物中大多数耗能的设备已经开启，这使得电能表盘18以如此高的速率旋转，因此电能表盘18再不可能走的更快。在这种情况下，电能表盘18极不可能旋转得更快。因此，在这种情况下设定高的睡眠周期最不可能导致错过任何黑色标记20的检测。或者，当电能表盘18以低速率旋转时，电能表盘18很可能加速很快。首先，电能表盘18的惯性很小，以至于电能表盘18可以快速地改变速度。其次，并且是更重要的，由于电能表盘18以低速旋转，因此有许多可以开启或在更高设置下可选开启的设备，这将增加耗电量，并由此增加电能表盘18的速度。取决于一天中设备更可能开启和关闭的时间，这将更加明显。因此，在低速下，为了避免错过对黑色标记20的检测，睡眠周期典型地设定为电能表盘18的循环时间的较低百分比。
此外，在周期或非周期的形式中，传感器单元22在电能表盘18的完整旋转期间不进入睡眠模式，使得传感器单元22可以避免与电能表盘18的旋转失步。例如，如果错过电能表盘18的旋转，则传感器单元22不会意识到这一点并且将假定电能表盘18的旋转时间比其实际的要长，以及会将额外的时间加到当前的旋转循环上。这可能引起传感器单元22错过连续的循环。为了避免这种情况，在检测单元12的运行期间，在不同的时间可以使用完整的循环检测。
在另一个选择中，跟踪单元44基于一天中的时间来调整睡眠周期，这是由于耗电量以及由此的电能表盘18的旋转速度可以根据一天中的时间而变化。例如，夜晚耗电量会下降，并且附加设备非常不可能在夜晚开启，因此，睡眠周期可以在夜晚设置为电能表盘18的旋转速度的较大百分比。在另一个选择中，睡眠周期可以基于电能表盘18的上X(例如100)次的旋转时间设置。
在另一个选择中，跟踪单元44可以基于电源30中的剩余能量来调整睡眠周期。例如，如果电源30是电池并且控制单元42检测到电池中的剩余能量很低时，那么可以以降低电能表盘18的旋转数的计数精度为代价延长睡眠周期，以节约检测单元12的耗电量。
在上述每种情况下，跟踪单元44还设置睡眠周期的上限和下限。设置睡眠周期的上限使得在传感器单元22醒来之前，如果电能表盘18的旋转从非常低的速度变为非常高的速度，传感器单元22不会错过太多循环的检测。将睡眠周期的上限设置成大约为传感器单元22观察到黑色标记20的最小时间的一半。这是基于对电能表盘18上的黑色标记20采样的奈奎斯特速率，并且确保传感器单元22频繁到甚至对于电能表盘18可以旋转的最快速度也足以检测到黑色标记20。该限制以电能表盘18的旋转时间的大约90-95％为上限。相反地，在电能表盘18的低旋转速度下使用的较小睡眠周期的百分比基于下述公知的事实设置当存在更多的可用于耗电的负荷时，电能表盘18可以走得更快，并由此增加了电能表盘18的旋转速度。该限制以大约50％为下限。
预测单元44用于改变发送器向显示单元14传送发送信号38的速率。因此，传送到显示单元14的数据不必以周期速率传送。相反，预测单元44使用预测技术产生预测模型的参数，该预测模型预测电能表盘18的旋转。将该模型参数值传送到显示单元14，并且该显示单元14使用预测模型参数值“仿真”电能表盘18的旋转，并实时计算将来的用电值。特别地，取决于预测模型的精度，显示单元14以与电能表盘18实际旋转相同的速率来更新用电值。使用预测模型参数有利地允许显示单元14可以显示当前的耗电量，而不会使检测单元12由于向显示单元14频繁地进行传送而耗尽电源30。因此，由于发送不经常出现，所以检测单元12减少了能耗。然而，即使来自检测单元12的数据传输不是周期性的，而由于显示单元14正实时提供建筑物的耗电量数据，因此看起来也好像显示单元14正在接收稳定的数据流。此外，应当理解，当接收每个数据传输时，由于该信息由检测单元12提供，因此显示单元变得与已经出现的循环的实际数量同步。使用预测模型的另一个优点是发送的是预测模型的参数值而不是实际数据，这减少了发送到显示单元14的数据量，这也减少了检测单元12的耗电量。
当模型变得与传感器单元22获取的读数失步时，更新传送到显示单元14的模型参数值。例如，当预测单元46确定预测模型具有的预测误差εpred大于预定的预测误差阈值(例如1kWh)时，预测单元46基于消耗检测信号32的最后的值重新计算预测模型参数值。然后，将更新的预测模型参数值传送到显示单元14。预测单元46也可以在发送之间设置最小和最大时间周期，使得检测单元12不会对显示单元14进行太多的发送，并且同时以基本速率进行通信以使显示单元14获知检测单元12还在运行。用于进行传送的示意性最小和最大时间限制分别是3分钟和20分钟。用于发送的最小时间周期的效果也可以通过将预测误差设置得足够低来实现，从而预测误差在短时间内可以被违反。
预测模型的复杂性和精度基于处理单元24的计算能力、所使用的预测算法的类型、来自消耗检测信号32的用于预测的数据量以及消耗检测信号32中的数据的确定性。预测模型的复杂性和精度也由检测单元12在使用预测模型时必须消耗的电量来约束；期望的是检测单元12的耗电量尽可能低。预测单元46可以使用的预测模型的实例由方程2给出
其中 是建筑物中的预测耗电量，s是建筑物中的实际耗电量，v是电能表盘18的速度(基于s的上k个值)，n是当前的数据索引，而nlag是预测中索引点的个数。该速度(即旋转速度)与电能表盘18上一次的旋转时间成反比，并且因此与建筑物中的耗电量成正比。在这个意义上，速度是电能表盘18的平均速度。该速度也可以基于根据方程1的电能表盘18的瞬时速度，其中方程1基于运动学。索引n是就离散时间来讲。例如，对于n的每个间隔，3秒可能已经终止。例如，n＝1表示已经经过3秒。值s[n-nlag]表示当前形式的预测开始前的上一次已知耗电值。因此，发送的用于该预测模型的预测参数是上一次旋转的绝对循环计数和时间。
预测模型也利用预测误差，当预测模型的预测误差超过特定水平，例如εpred＝200个循环或者等价的10美分时，使用该预测误差重新计算预测模型的参数值，其中10美分是基于Kh系数为7.2Whr并且电价为每kWh 7美分。预测模型误差的其它适当实例包括εpred＝20个循环(即1美分)或100个循环(即5美分)。
由于方程2所示的预测模型是基于电能表盘18在最后旋转中的速度，因此该预测模型被称为LAST预测模型。可以使用的预测模型的另一实例被称为LINEAR预测模型。尽管由于LAST预测模型使用电能表盘18的最后速度作为速度，因此其是线性的，但是LINEAR预测模型使用连续的数据发送之间的循环计数和来自发送器的多个发送之间的耗用时间之间的差值来计算速度。LINEAR预测模型的剩余部分以与LAST预测模型相同的形式运行。
也可以使用其它种类的预测模型，例如AR、MA或ARMA模型。也可以使用Kalman滤波或其它形式的跟踪。也可以使用简单、非线性的预测模型。然而，为了减少检测单元12的耗电量，优选的是使用具有低计算复杂性的预测模型。这意味着预测模型的阶数要高到足以给出精确的结果，但是也要足够低以避免过度复杂的计算量。
控制单元42产生用于发送的信息。在一个实施例中，产生的信息包括a)电能表盘18上一次旋转所花费的时间，以毫秒表示；b)循环计数(即已经由检测单元12计数的电能表盘18的旋转数)；c)电源30的电压状态；d)外面的温度；e)设备地址(发送器28具有唯一的地址)；以及f)循环冗余校验(CRC)数据从检测单元12传送到显示单元14的模型参数取决于正在使用的特定预测模型。一种选择是使预测模型基于循环计数和根据方程2的电能表盘18的最后旋转时间。这些参数值在上述要素a和b中给出。在该特定实例中，显示单元14可以将显示的循环计数与检测单元12发送的循环计数同步。然后，显示单元14可以使用该循环计数和最后的旋转时间来预测将来的循环计数直到接收下一个发送。如果在下一次发送中，显示单元14已经“过预测”并且正显示比实际对应的循环计数更高的消耗速率时，那么一种选择是直到实际的能耗值“追上”预测的值才更新显示单元14。这是为了防止显示单元14在之前已经显示较高的消耗值后，显示较低的消耗值。然而，如果电能表盘18加速，那么在下一次数据发送时，显示单元14将显示能耗的突然“上涨”。
压缩单元48接收产生的信息并且压缩该信息以提供信息信号36，然后该信息信号36由发送器28发送。压缩减少了所产生的信息的长度。结果，发送器28在发送信息信号36时不会消耗那么多的能量。由于无线通信是能量损耗的关键原因，因此这是有利的。然而，在减少发送的数据量以减少能耗和由压缩引入的信息丢失的可接收水平之间必须有可接受的平衡。
或者，可以使用压缩单元48压缩消耗检测信号32中的原始数据，或者压缩在给定时间周期内已经计算的一系列预测模型的参数值。这在从检测单元12到显示单元14的数据发送不频繁的情况下是有益的。这种状况在用户不想要实时反馈而是想要一天或者可能一周查看一次能耗的情况下会出现。在这种情况下，该信息提供连续的数据发送之间的决定(resolution)，即用户可以获知连续数据发送之间的平均能耗。然而，通过发送更多信息，用户可以获知在两个发送时间之间的能耗中发生了什么，并且可以查看建筑物的能耗的暂时增加或减少。
压缩单元48采用一种利用标准低功耗微控制器计算容易的压缩方法。任何超过存储单元50的存储容量、超过显示单元14预定更新之间的时间或者超过发送数据所需电能的压缩方法都是无效的。还应当注意，如果压缩过多数据以及含在信息中的传送消息丢失或者损坏，那么在不重新传送数据的情况下没有办法恢复该数据。然而，存储单元50的限制可以防止重新传送数据。此外，对由压缩方法引起的耗电量的估计是基于表示被压缩的时间序列所需的比特数。表示被压缩的时间序列所需的比特数越少，发送相同数量的信息所需的电能越少。
可以使用几种压缩方法来压缩时间序列，例如小波、傅立叶变换、分段线性近似法和多项式法，但不限于此。另外，一旦选择了某种压缩方法，就优选指定了可接受的压缩误差εcomp。压缩误差εcomp表示由压缩引起的可适当丢失的信息量。这允许一种压缩数据的算法，使得当数据未被压缩时，值位于原始数据值的εcomp内。一旦设定，预测误差εcomp可以动态地改变。然而，优选的是，预测误差的动态值不超过初始设置的εcomp，这是因为该值指定了最大允许误差。通常，εcomp越大，可以达到的压缩率就越高，于是减少的耗电量就越大。
在这种情况下，待压缩的数据是耗电量数据，其是具有多个数据元素的时间序列x[n]，其中索引n是时间索引并且与时间索引相关的值是当前的需求。如果数据序列用图形表示，那么图形下面的面积是耗电量。通过将电能表单元16的kH系数乘以常数3600并除以与当前时间索引相关的电能表盘18的最后旋转时间，可以计算出需求。压缩技术的成功取决于时间序列x[n]中存在潜在的确定性过程。下面是一种压缩算法的实例。压缩误差εcomp限定了压缩算法的最大误差。算法从采用没有压缩的前两个原始数据点开始。这两个数据点是连续的绝对循环计数以及它们出现的时间。由此，可以计算出旋转时间(或者将运动方程用于旋转时间)并且如上所述计算出需求。将该需求和时间索引添加到压缩的数据序列中。如果该需求点的幅值减去压缩数据序列中前一需求点的幅值的绝对值大于预测误差εcomp，则重复计算下一个需求点并且只将其添加到压缩的数据序列。如果差值的绝对值大于需求点的幅值，那么将相应的时间索引添加到压缩的数据序列。继续进行该过程直到没有要被压缩的数据点。应当理解，由于这些值通过因数彼此相关，因此保存相应的旋转时间而不是需求值。在另一选择中，在压缩的数据序列中，还可以保存时间索引处的绝对循环计数。同样，可以保存δ(delta)(即当前需求或旋转时间与前一个值之间的差值)，而不是保存需求值或旋转时间。可以实现的压缩比(CR)由方程3表示CR=K(bs+btp)nbs---(3)]]>其中K是压缩队列的长度；bs是以比特表示的采样大小；btp是以比特表示的时间索引的大小，而n是压缩前初始时间序列中的采样数，其表示检查电能表盘18的旋转速率的次数。存储单元50是与处理单元12相关的存储器。存储单元50优选是EEPROM。然而，取决于处理单元24的实现，存储单元50可以是RAM或另一种适当的低功耗的存储装置。存储单元50用于保存检测单元12工作所需的重要参数，如果检测单元12掉电，这些参数不能丢失。例如，存储单元50可以保存控制单元42用于控制检测单元12工作的指令代码。优选使用存储单元50保存绝对循环计数。
跟踪单元44、预测单元46以及压缩单元48彼此独立运行。因此，检测单元12的可选实施例可以将这些单元中的一个或多个合并，并且检测单元12没有必要包括这些单元中的每一个。然而，当检测单元12包括所有这些单元时，检测单元12的能耗减少量最大。然而，如果既使用压缩又使用预测，如果压缩误差εcomp等于预测误差εpred，那么这对于压缩没有益处，这是因为预测模型参数值将被经常更新足以允许显示单元14构造与压缩已经构造的数据相同的表示。因此，有必要将预测误差εpred设置得比压缩误差gcomp高。实际上，这意味着特定时间量(Tc)的数据被压缩、由于容许的预测误差量而每隔(Tp)秒发送数据以及Tp大于Tc(即由于预测误差将随着时间积累，因此具有较大的预测误差允许人们在较长的时间段内，使用相同的预测模型参数值)。
显示单元14包括接收器52、显示处理单元54、实时时钟56、接收器存储单元58、显示器60、接口单元62、蜂鸣器单元64以及设备控制单元68。这些部件中的一些是可选的，例如蜂鸣器单元64、设备控制单元68，并且如果可以得到另一装置来提供时间，那么实时时钟56也是可选的。显示单元14可以插入墙上插座中以从市电电源接收电能，或者显示单元14可以具有以公知方式连接的内部电源，例如电池(未示出)。
接收器52接收发送信号38、执行如本领域技术人员所公知的必要解调和预处理以及产生类似于信息信号36的接收信号66。典型地，以数据包的形式在发送信号38中传送数据。在产生接收信号66期间，接收器52校验所接收数据包中的设备地址数据，以确保从适当的发送器28而不是从不同的电能表读取器系统的发送器接收发送信号38。如果接收器52确定发送信号38由不同的电能表读取器系统的发送器28提供，那么接收器52将丢弃该接收的数据包。接收器52也校验发送信号38的数据包中的CRC数据以确保在发送期间保持数据完整性。如果在CRC数据中发现偏差，则在发送信号38的数据包中存在误差并且接收器52丢弃这些数据包。此外，连续“侦听”发送信号38是耗电的。因此，发送器28和接收器50优选利用从发送器28到接收器52的单向通信。
接收器52将接收信号66提供给显示处理单元54以进行进一步处理。显示处理单元54提取表盘上一次旋转的时间以及循环计数，并使用与预测单元46所使用的预测模型相同的预测模型(如果利用预测)从而以Wh或kWh或$/hr的形式(除了美元，根据使用电能表读取器系统的国家，可以使用另一种适当的货币形式)显示瞬时需求。显示处理单元54也利用该信息以在显示器60上显示表盘，其以与电能表盘18相同的速率旋转。显示处理单元54也提取电源电压状态信息和温度读数以在显示器60上显示该信息。如果电源电压低，那么显示处理单元54将在显示器60上显示电池低的符号。
显示处理单元54使用预测模型参数来预测在检测单元12的下一次数据发送之前发生的能耗量。在一个实例中，检测单元12发送绝对循环计数(其在检测单元12中从不复位)以及上一次旋转时间。接收器使用这两个值来预测电能表盘18连续旋转的出现。
显示处理单元54也允许用户预测将来指定时间的能耗，并且该显示处理单元54还具有将历史能耗存储在存储单元56中的能力。因此，显示处理单元54利用在更长时间范围内的预测以允许用户预测例如下一帐单周期(即30天)的能耗(除具有较长时间周期以外，可以使用与先前所述的预测模型类似的预测模型)。长期预测(即长期范围的电费预测)可以使用基于最近几天中的能耗的线性回归(即显示单元14每天保存能耗)来预测将来的电费数量。
显示处理单元54也可以使用旋转计数信息来显示消耗电能的建筑物所排放的温室气体的数量。由于该计算是基于二氧化碳的排放率，其对于特定区域或电力公司是特定的，因此该计算基于建筑物所处的区域。特别地，显示处理单元54可以以吨、磅或千克的形式显示已经排放的二氧化碳量。或者，显示处理单元54可以显示已经累积、使用或保留的环境信誉/标志/单位。这些标志可以由政府或环境部门分发。显示处理单元54也可以显示警告信号来通知过度消耗的用户；这可以包括显示器60上的图形，例如烟囱，苦脸和/或蜂鸣器单元64提供的蜂鸣声，但不限于此。可以将基于使用电能表读取器系统10的省、州和/或国家的二氧化碳排放率预先编程到显示处理单元54中。然后，用户可以简单地在显示单元14上选择他们的位置。
实时时钟56用于保持显示单元14中的时间。显示处理单元54接收该时间以计算当前时间，并将其显示在显示器60上。显示处理单元54也将该时间和使用时间的费率(Time of Use Energy Rates)结合使用。例如，根据特定的电力公司，根据一天中消耗电能的时间而向用户收取不同的能耗费率。这样做是为了减少高峰时间的能耗。例如，在5PM和8PM之间，电力公司可以收取10美分/kWh而不是6美分/kWh，使得用户减少在5到8PM之间的能耗。
存储单元58可以是任何适合的存储装置，例如EEPROM。存储单元58用于存储关键信息，使得显示单元14可以在掉电和重新上电后不会丢失重要的信息。关键信息的实例包括基于位置的能耗的不同费率、累积消耗的能量、用于长期范围内电费预测的天数等。
显示单元60可以是任何适合的显示装置，例如LCD。显示单元60用于显示时间和日期信息、以美元数量(或其它货币)或诸如kWh的其它消耗单位表示的耗电量、二氧化碳排放水平、以及以与电能表盘18相同的速率旋转的表盘和其它信息。在下面的示例性实施例中，将进一步说明显示单元60。
接口单元62可以是键盘或者是允许用户将信息输入到显示单元14中或者在各种操作模式之间选择的类似装置。蜂鸣器单元64提供可听见的声音以向用户提供各种信息。例如，当检测单元12的电源30的电压电平为低时，蜂鸣器单元64可以发出声音报警。蜂鸣器单元64也发出声音以确定用户已经按下了接口单元62上的键。可以使用任何适当的蜂鸣器。
可以结合检测单元12提供的信息使用设备控制单元68，以管理建筑物内设备的运行，其中该建筑物的能耗正被监测。设备控制单元68连接到建筑物的电力线，经由电力线通信装置向设备传送设备控制信号。可以使用任何适当的电力线通信装置，例如X10TM或者CEBUSTM电力线装置。设备具有相应的拥有唯一地址的接收器模块。因此，设备控制单元68可以将特定的控制指令传送到特定的设备。这些控制指令可以命令设备开启、关闭、增大工作设置或降低工作设置。例如，该设备可以是空调，控制指令可以是降低空调提供的冷气量。
使用中，设备控制单元68从显示处理单元54接收温度信息、能耗信息和时间信息中的至少一个，并利用该信息控制设备。例如，基于温度信息并根据季节和特定温度，设备控制单元68可以命令加热或制冷设备增大或降低其工作设置。或者基于能耗，如果当前能耗的水平过高，那么设备控制单元68可以命令几个设备关闭以节约能量。在另一可选方案中，基于一天中的时间，设备控制单元68可以命令一个或多个设备关闭。例如，一些电力公司在高峰期间收取更高的费率以鼓励用户消费更少的能量。在这些时间段中，设备控制单元68可以命令一些耗电多的设备关闭。当然，这些指令在合理的范围内；即由于电冰箱中的东西可能变质，因此关闭电冰箱是不合理的。设备控制单元68可以改变设备的工作电平，而不是关闭设备。
现在参照图2，其中示出另一个具有可选显示单元14′的电能表读取器系统10′的示例性实施例的方框图。在这种情况下，显示单元14′包括用于与诸如PC 72的计算装置通信的通信单元70。通信单元70可以是RS232数据接口、USB端口或任何其它适当的通信装置。PC 72可以连接到显示单元14′并且运行实用软件程序74以与接收器52相互作用。PC 72上的软件可以用于从显示单元14′上载历史能耗，使得用户可以制作图表等以确定什么时候能耗最大。本领域技术人员应当理解，可以使用另一适当的计算装置，而不是PC。
用户也可以使用PC 72以通过因特网78与实用web服务器76提供的站点连接。用户可以浏览网站以查看电价、查看消费模式并得到节能提示和温室气体的信息。实用web服务器76从相关的实用数据库80获得该信息。用户也可以从网站下载二氧化碳信息，并将该信息提供给实用软件程序74，然后其将该信息传递到显示单元14′。
现在参照图3a，其中示出两个电能表读取器系统10和10′都使用的传感器单元100的示例性实施例。传感器单元100包括发射器102、第一检测器104和第二检测器106。在该实施例中，两个检测器用于使传感器单元100对于错误检测和环境光线更健壮。此外，在该实施例中，传感器单元100接收来自控制单元42的轮询信号108和使能控制信号40。传感器单元100也提供第一和第二检测信号110和112，这两个信号组合形成消耗检测信号32。在物理布局方面，发射器102位于第一检测器104和第二检测器106之间(这在图3b-3f中示出，并在后面详细讨论)。
使能控制信号40通过与门114与VCC电源信号进行逻辑与操作。因此，当使能控制信号40为高时，将VCC电源信号提供给传感器单元100的电路的剩余部分，由此启动传感器单元100。否则，传感器单元100处于不耗电的睡眠模式。或者，不具有与门114，可以使用其它适当的器件，例如CMOS晶体管或更复杂的传输门。应当理解，接地电容可以与VCC并联以消除噪声。
在一个可选方案中，与门114可以由传输门替代，即可以使用例如CMOS晶体管。或者，如果使用微控制器来实现控制单元42，那么可以由微控制器上的管脚提供VCC电源信号，并且通过该管脚可以提供足够大的电流量。
在该示例性实施例中，发射器102包括与电阻器R1和晶体管Q1串联的发光二极管(LED)D1。电阻器R1连接到与门114的输出端并连接到LED D1的第一节点。LED D1的另一节点连接到晶体管Q1的集电极，而晶体管Q1的发射极接地。晶体管Q1的基极连接到电阻器R2的第一节点。电阻器R2的另一节点连接到轮询信号108。使用中，当传感器单元100启动并且轮询信号108发出脉冲为高时，晶体管Q1导通并传导电流，其使LED D1发光。选择LED D1使其发出红外光。LED D1可以例如以38kHz的频率发射调制的IR光，尽管也可以使用其它的调制频率，例如2kHz。然后，利用带通滤波器对检测信号110和112进行滤波，其中所述带通滤波器具有与用于发射IR光的调制频率相匹配的通带。带通滤波可以在硬件(未示出)中或经由软件由处理单元24内的单元完成。
第一检测器104和第二检测器106优选实现为具有相同的结构，使得第一检测信号和第二检测信号110和112彼此类似。因此，将仅说明第一检测器104。第一检测器104包括与电阻器R6串联的光电二极管D3。光电二极管D3的第一节点连接到与门114的输出端，而光电二极管D3的第二节点连接到电阻器R6。该电阻器的另一节点接地。光电二极管D3和电阻器R6的串联组合与电阻器R4和晶体管Q3的串联组合并联。电阻器R4的第一节点连接到与门114的输出端，而电阻器R3的第二节点连接到晶体管Q3的集电极。晶体管Q3的基极连接到光电二极管D3的第二节点。晶体管Q3的发射极接地。
在使用中，当传感器单元100启动并且轮询信号108发出脉冲为高时，LED D1发射IR光，该IR光被电能表盘18的光亮表面发射。在这种情况下，黑色标记20还没有接近LED D1或光电二极管D3。因此，光电二极管D3导电、晶体管Q3导通并且电流流经电阻器R4。因此，在电阻器R4两端具有电压降并且晶体管Q3的发射极的电压相对恒定，并且相对于电源电压VCC具有低的幅值。然而，当LEDD1将IR光射在黑色标记20上时，电能表盘18不会反射同样多的能量。因此，光电二极管D3关断，没有电流流经电阻器R6，并且晶体管Q3关断。因此，只有少量的电流流经电阻器R4，并且在晶体管Q3的发射极并且由此在第一检测信号110中观察到关于电源电压VCC的高电压。
现在参照图3b-3f，其中示出传感器单元100的操作。对LED D1以及光电二极管D2和D3进行定位使光电二极管D2和D3位于LEDD1的两侧。这些元件根据黑色标记20的角度间隔开，其中该角度典型地大约是5度。在一个示例性实施例中，这些元件大约分开3或4mm。同样选择该间隔以确保来自电能表盘18上的小黑色斑点的反射不会触发两个光电二极管。另外，这些元件在其之间具有塑料罩，使得来自LED D1的光不会直接进入光电二极管D2或D3。此外，每个光电二极管D2和D3的电压彼此相减以消除任何由IR直接进入光电二极管而引起的共模电压。
图3b包括一系列仪表盘，其示出电能表盘18上的黑色标记20的位置相对于发射器102以及第一和第二检测器104和106的位置的不同情况。这五种情况由具有五种相应状态的状态机表示。状态机在控制单元42中实现。图3b示出其中黑色标记20还没有到达发射器102以及第一和第二检测器104和106的情况。在这种情况下，第一和第二检测器的输出是逻辑低电平(即0)。图3c示出其中黑色标记20接近发射器102以及第一检测器104但不接近第二检测器106的情况。因此，第一检测器104的输出是逻辑高电平(即1)，而第二检测器106的输出是逻辑低电平。图3d示出其中黑色标记20接近发射器102以及第一和第二检测器104和106的情况。在这种情况下，第一检测器104和第二检测器106的输出都是逻辑高电平。图3e示出其中黑色标记20接近发射器102以及第二检测器106但不接近第一检测器104的情况。在这种情况下，第一检测器104的输出是逻辑低电平，而第二检测器106的输出是逻辑高电平。图3f示出最后一种情况，其中黑色标记20远离发射器102以及第一和第二检测器104和106。在这种情况下，第一和第二检测器104和106的输出都是逻辑低电平。因此，基于第一和第二检测器104和106的输出，可以检测黑色标记20的通过。特别地，消耗检测信号32可以基于第一和第二检测信号110和112的逻辑与。
使用两个检测器使得传感器单元100的操作更健壮并且错误检测更少。例如，由于电能表盘18上的污物等，第一检测器104或第二检测器106可能存在假检测。然而，两个检测器104和106同时给出假检测是非常不可能的。此外，如果人们需要在传感器单元100检测到黑色标记20通过之前所有五种状态顺序发生，那么噪声触发检测是非常不可能的。
在一个可选方案中，通过将第一和第二检测信号110和112彼此相减并记录相减信号中的符号变化，那么可以将五种状态减少到三种状态。例如，从第一种状态开始，并顺序移动到最后一种状态，并从第一检测信号110中减去第二检测信号112，那么对于五种状态中的每一种，相减结果是0、1、0、-1和0。因此，从1到0到-1的转变表示黑色标记20通过传感器单元100的过程，并且假信号脉冲或噪声非常不可能导致错误的检测。
现在参照图4，其中示出一般的发送数据结构120的实例，该发送数据结构120可以用于在电能表读取器系统10和10′中的任一个中发送数据。当将显示单元配置为与一个以上的检测单元相互作用时(即监测一个以上的建筑物的能耗)，该发送协议是有用的，其中每个检测单元可以以不同的方式工作。另外，可以使用其它发送数据结构，其只具有包含在发送数据结构120中的部分字段。已经做出了所有的努力来减少发送数据结构120的复杂性和系统开销从而减少检测单元12中的能耗。如果发送数据的系统开销大于数据本身，那么发送数据结构120是无效的。图4顶部的数字7到0表示用于组成发送数据结构120中的一条特定信息的比特数。
该发送数据结构120包括电池电平字段122、电池电压字段124、侦听策略字段126、侦听周期字段128、E压缩字段130、E预测字段132、历史长度134、第一历史长度字段136、第二历史长度字段138、压缩的历史数据字段140、第一当前值字段142、第二当前值字段144、预测模型字段146、第一模型参数字段148以及第二模型参数字段150。对于向显示单元14进行的所有发送，都传送电池电平字段122。可以使用电池电平来警告显示单元14的最终用户检测单元12的电能正在降低。尽管一些电池随着电池电能的消耗具有急剧的电压降曲线，但是大多数电池都会给出其电能正在降低的合理警告。电池电平字段122包括5个比特，从而得到基于线性比例的电池电压的32个不同电平。
电池电压字段124表示电源30的初始电池电压。初始电池电压可以由8个值表示(即，3个比特依次提供000到111)。例如，可以表示下面的电池电平1.2V、1.5V、2V、2.4V、3V、3.6V、4V和6V。由于检测单元12使用的电池规格非常可能预先获知，因此也可以在显示处理单元54中对初始电池电压进行编码。然而，可能存在使用不同规格电池的几种不同类型的检测单元12。
侦听策略字段126指示显示单元14什么时候侦听来自检测单元12的消息。在不可预测的方案中，其中无论什么时候违反了预测误差值εpred发送都会发生，显示单元14的策略最可能设置为一直侦听发送。然而，检测单元14可以设置短的发送窗口并且只能在该时间窗口(如该策略中所设置)期间进行广播。在这种情况下，检测单元12选择是传送数据、设置新的侦听策略还是在每个窗口期间什么也不做。然而，如果检测单元12检测到违反压缩误差εcomp过于频繁，并且检测单元12用光了存储数据的存储器，或者违反了预测误差εpred，那么检测单元12必须等待下一个发送窗口来传送数据。在最坏的情况下，这可能导致显示单元14预测的数据错误和/或检测单元12丢失数据。检测单元12也必须注意不能将发送周期设置得过长，这是因为在检测单元12中可能发生存储溢出和数据丢失。显示单元14可以使用该策略来识别多个检测单元12(即两个或多个恰好同时想要广播的检测单元)之间的潜在干扰。然后，将由显示单元14采取适当操作以解决冲突。尽管是处于单向通信的情况下，但是在没有人为干预的情况下很难解决冲突(在这种情况下，用户将关闭检测单元12和显示单元14以使这些单元复位)。如表1所示，策略可以是每隔n分钟、n小时或n天广播一次，其中n由侦听周期字段128限定。如果将侦听策略字段126设置为分钟、小时或天的时间周期，那么侦听周期字段128中的6个比特允许时间周期处在1到64的特定时间周期之间(即1到64分钟、1到64小时或1到64天)。
表1、侦听策略字段的值
E_压缩字段130指定真实的传感器读数和发送的数据中的压缩值之间的压缩误差εcomp的数量。该值可以在无丢失情况的0和丢失非常多的压缩方案的255之间变化。E_压缩字段130中的值可以由压缩单元48在压缩期间动态决定。
E_预测字段132指定由预测模型引起的预测值和在检测单元12将模型参数的更新值发送到显示单元14之前的实际值之间的预测误差εpred的数量。该值可以在0到255的范围之间变化，其中0是预测的任何违反都会导致发送的情况。E_预测字段132中的值可以由预测单元46动态更新。例如，如果电源30变得很低，那么可以增加该值使得检测单元12进行更少的发送。然而，重要的是显示单元14要意识到能耗的预测值中的任何可能的误差，使得可以经由显示器60上的图形输出来正确地通知用户。
第一和第二历史长度字段134和136表示压缩的历史数据字段148中的数据的长度。第一和第二历史长度字段134和136由总共12个比特指定以表示从0到4096个数据点的数据长度。当没有发送的数据时，指定最小长度0。
压缩类型字段138由4个比特组成，并且指定用于压缩的历史数据字段140中的数据的压缩类型。例如，如果压缩类型字段138的第一个比特是1，那么预测序列和压缩序列的δ被压缩。或者，如果压缩类型字段138的第一个比特是0，那么传感器的原始值被压缩。对于时间序列的不同段，使用不同的压缩方案会更好。因此，压缩单元48可以为一组给定的数据挑选最好的压缩算法，并且在压缩类型字段138中表示该特定的压缩算法。然而，检测单元12中的存储限制可能不允许大块具有变化的压缩方案。可以使用的各种压缩方案在表2中示出(当前保留了两个条目以用于其它不同类型的压缩)。条目空表示没有使用压缩。
表2数据压缩类型
压缩的历史数据字段140是由检测单元12收集的压缩数据。在历史长度字段134和136中指定压缩的历史数据字段100中的数据长度(最大为8192个字节)，并且在压缩类型字段138中指定使用的压缩类型。如前所述，压缩的历史数据字段中的数据可以是一系列预测模型参数值，或者可以是实际的原始数据。这在将系统10或10′配置为在数据发送之间具有很长时间的情况下有用。例如，这可以是每天一次，并且用户不想实时更新数据，而是用户想要看到一天内不同时间的耗电情况。
当前值字段142和144表示来自检测单元12的最后的绝对非压缩的当前读数。该值表示在当前数据发送前一直到最后检测到的电能表盘18的旋转的循环计数(即绝对循环计数)。如果需要时间索引，那么应该将时间索引添加到压缩的历史字段140中的数据。
表3、当前值字段中的值的意义
预测模型字段146指示显示单元14使用的预测模型的类型，该预测模型用于预测来自检测单元12的发送之间的值。表4中示出预测模型字段146中的示例性表示。条目空表示没有使用预测。
表4、预测模型字段中值的意义
模型参数字段148提供预测模型参数值，该预测模型参数值由预测单元46根据选择的预测模型产生。然而，如果预测模型字段148指定预测模型为空，那么除了该信息的头四个比特之外，其它都要被编码。
图4中示出的发送数据结构120没有显示在数据发送期间要使用的误差校正码(ECC)。如果检测单元12没有重新传送其信息，那么在单向通信的情况下，必须使用强健的ECC。否则，检测单元12传送的数据可能不可恢复。ECC的一些实例包括卷积编码和校验，例如VITERBI算法。ECC与误差检测码一起工作。在一个示例中，可以将CRC数据添加到发送的数据，并且然后在接收器处使用以提供对发送数据的误差校验。首先ECC用于对潜在的误差纠错，但是如果误差比可以校正的要多，那么CRC是失效保护机制(fail safemechanism)以舍弃该消息。
现在参照图5，其中示出可以用于电能表读取器系统10和10′中的任一个的显示单元160的实施例的正视图。显示单元160包括显示器162、键盘164、通信端口166以及电能连接端口168。显示器162包括多个显示字段数量显示字段170、单位显示字段172、电能表盘显示字段174、日期显示字段176、时间显示字段178以及低电池指示器字段180。数量显示字段170显示用数字表示的数量，例如耗电量或温度值。当以美元数显示耗电量时，数量显示字段170可以显示$符号。数量显示字段170也可以显示图标，其表示正显示的数量是当前的能耗、总能耗还是预测的将来的能耗。单位显示字段172显示用于数量显示字段170中正显示的数量的适当单位。单位显示字段172可以显示下列单位℃、、lbs CO2、kWh等。电能表显示字段174显示包括黑色标记20的电能表盘18的数字表示。电能表盘18的数字表示以与实际电能表盘18的旋转速度相同的速度旋转。该字段也提供能耗量的相对表示，例如大的美元符号或小的美元符号，以表示当前正消耗大量还是少量的能量。日期显示字段176显示当前日期，而时间显示字段178显示当前时间。低电池指示器字段180可以提供几乎空的电池显示以表示检测单元12将用光电能。
键盘164包括向上滚动键182、向下滚动键184以及选择键186。向上滚动和向下滚动键182和184允许用户在不同的选项中滚动，例如在将于显示器162上显示的数字数据的类型中滚动，或在不同的位置中滚动，以便用户可以选择其中正在使用电能表读取器系统的位置等。选择键184用于选择其中一个选项。
如在对电能表读取器系统10′的说明中所述，通信端口166用于将显示单元160连接到计算机或另一适当的计算装置。电能连接端口168用于将显示单元160连接到电源。最可能的，可以使用适配器将显示单元160连接到插座。
现在参照图6a和6b，其中示出附着到电能表202上的电能表读取器系统的检测单元200的示例性物理实施例的视图。电能表202是具有耐用的外壳204、罩子206、电能表盘208以及多个刻度盘210的常规电表。罩子206由玻璃或塑料制成，其具有正面为平坦的圆形侧壁，并且罩子206是透明的以允许个人读取指示耗电量的刻度盘210。电能表盘208通常由铝或其它适合的金属制成，并且该电能表盘208是平的，并且黑色标记沿其外缘处在预定的位置处。电能表盘208以一定速率绕垂直的轴旋转，该速率取决于正由电能表202监测的建筑物所抽取的电流；使用的电流越多，电能表盘208旋转得越快。电能表202被密封以保护元件并且防止篡改电能表盘208和刻度盘210。电能表202具有传统的结构，内部工作方式是本领域技术人员公知的。应当注意，示出的电能表202仅用于示例性目的，并且显示单元200可以安装到其它不同的电能表设计上。
已经将检测单元200专门设计为适合并且用于不同形状和尺寸的电能表。并且也已经对检测单元200进行专门设计使得当其附着到电能表202上时，不阻挡电能表盘208、刻度盘210或序号，以便如果需要的话，电力公司的人员可以读取电能表202。检测单元200包括主体212、延伸构件214和用于将检测单元200附着到电能表202的附着装置216。主体212容纳检测单元200的大部分电子器件。
延伸构件214在头部区域218中容纳传感器单元22。延伸构件214也包括纵向延伸装置220和枢轴装置222，用于将传感器单元22定位在电能表盘208上。在该实施例中，纵向延伸装置220包括槽220a和紧固件220b(在这种情况下例如是螺丝钉，尽管可以使用其它适合的紧固件)。延伸构件214经由纵向延伸装置220在电能表200的表面上延伸，直到电能表200的头部区域218正好位于电能表盘208的适当区域上。特别地，优选地设置头部区域218使得传感器单元22正好位于电能表盘208的中心上，因为这是电能表盘208上的黑色标记离电能表202的正面最近的位置。因此，对于传感器单元22，这是反射信号的SNR最高的点。然后，将紧固件220b设置成穿过槽220a以与主体212中的钻孔220c啮合(参见图6c)从而保持延伸构件214具有一定的延伸量并且相对于主体212具有一定的角度。在该实施例中，紧固件220b和钻孔220c也提供枢轴装置222。可以设置延伸构件214使其相对于主体212成90度以外的角度(如当前图6a和6b所示)。本领域技术人员应当理解，对于纵向延伸装置220和枢轴装置222，其它实现方式也是可行的。例如，延伸构件214可以包括用于实施纵向延伸装置220的伸缩部分。
附着装置216用于将检测单元200附着到电能表202。在该实施例中，附着装置216包括软管夹224，其可滑动并可释放地与主体212上的环形构件226啮合并且围绕电能表202的周界延伸，以将检测单元200固定到电能表202上。软管夹224优选由柔软(或薄到足够柔软)的耐用材料例如钢制成。软管夹224具有一系列锯齿，使得夹紧部分(未示出)能够在多个位置附着以容纳具有各种不同直径的电能表202。然而，一般来讲，任何适当的夹紧装置都可以用于附着装置，例如包括手柄的夹子、插销(例如过中心插销)，或用于为附着装置提供紧密配合的棘齿装置。
现在参照图6c，其中示出图6a中的检测单元200的主体212和延伸构件214的分解等比图。主体212包括第一部件212a和第二部件212b，对其进行模制以彼此提供摩擦配合。头部区域218包括第一部件218a和第二部件218b，也对其进行模制以彼此提供摩擦配合。
本领域技术人员应当理解，尽管这里所述的电能表单元16是机电表，但是本发明的电能表读取器系统也可以使用数字电能表单元。数字电能表单元提供仿真电能表盘旋转的输出。该输出通常在LED屏上，并且其可以是以与电能表盘18上的黑色标记的旋转速率相同的速率旋转、或闪现或水平移动的标记。在这些情况中的每一种情况下，本发明的传感器单元22可以用于检测标记的运动。因此，一般来讲，本发明的电能表读取器，并且更具体地讲是传感器单元22，监测电能表读取器上的指示的循环特性，其中该循环特性具有变化的指示耗电量的周期。该循环特性可以是电能表盘上的黑色标记的旋转、LED屏上的标记闪现、LED屏上的标记旋转或LED屏上的标记的任何其它重复运动。在这些情况下，在标记指示完成一个类似于电能表盘18的一个循环或旋转的循环之前或之后，传感器单元22仍工作在睡眠模式下。
另外，在另一个可选方案中，数字电能表可以发射表示建筑物的耗电量的红外能量。在这种情况下，红外能量并不是由传感器单元22发射。相反，传感器单元22的接收器如先前所述工作，即当检测到仿真的电能表盘旋转时，使用睡眠模式并且跟踪来减少耗电量。电能表系统的其它部分如先前所述那样工作。此外，用于减少耗电量的发送协议不取决于电能表单元是机电的还是数字的。
尽管使用诸如具有相关存储器的控制器等专门硬件是优选的，但是图1和图2所示的电能表读取器系统10的组件可以由本领域公知的任何装置实现。此外，运动补偿单元10的某些部件可以由相同的结构实现。例如，跟踪单元44、预测单元46和压缩单元48可以由相同的硬件结构实现。此外，一些部件可以在本领域技术人员公知的软件中实现，这些软件可以用C，C++或包含在计算平台上的计算机可读介质中的任何其它合适的编程语言来编写，该计算平台具有操作系统和相关的硬件和软件。计算机程序可以包括计算机指令，其适于执行例如处理单元的一些部件的功能。如面向对象编程所公知的那样，计算机程序可以包括模块或类，这些模块或类根据图1和图2所示的结构实现和构造；可以为部件设计单独的软件模块。或者，如果合适的话，可以将这些部件的功能性结合成更少量的软件模块。
应当理解，在不脱离本发明以及所附权利要求限定的范围的情况下，可以对在本文中描述和说明的实施例进行各种修改。例如，由于存在一些其中一个显示单元可以连接到几个检测单元的应用，因此显示单元不必安装在正消耗电能的建筑物内，使得可以从中心位置监测几个建筑物的耗电量。在这种情况下，需要增大显示单元以识别几个检测单元的特性，并为每个检测单元保存单独的记录。
权利要求
1.一种电能表读取器系统，用于自动读取安装在正消耗电能的建筑物上的电能表单元，该电能表单元包括具有循环特性的指示，该循环特性具有随表示建筑物耗电量的速率而变化的周期，所述系统包括a)安装在用于监测耗电量的所述电能表单元上的检测单元，该检测单元包括i)邻近所述电能表设置的传感器单元，用于监测所述指示的所述循环特性并产生消耗检测信号；ii)连接到所述传感器单元的处理单元，用于接收所述消耗检测信号并产生信息信号，所述处理单元还产生传感器使能信号以使所述传感器单元仅对所述指示的所述循环特性的一部分起作用，该部分与表示完成所述循环特性的一个周期的时间间隔一致，该时间间隔比所述循环特性的周期短；以及iii)连接到所述处理单元的发送器，用于接收所述信息信号并传送发送信号；以及b)相对于所述检测单元远距离设置的显示单元，所述显示单元接收所述发送信号并显示所述耗电量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理单元包括控制单元，其用于命令所述处理单元的动作；以及连接到所述控制单元的跟踪单元，其用于跟踪所述指示的所述循环特性并且用于产生睡眠周期，在此期间所述传感器使能信号禁止所述传感器单元。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述睡眠周期是所述指示的所述循环特性的上一次值的百分比。
4.根据权利要求2所述的系统，其中基于所述指示的所述循环特性的历史值来调整所述睡眠周期。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理单元还包括预测单元，其用于产生预测模型参数值，以预测从所述消耗检测信号获得的耗电量数据，并且其中将所述预测模型参数值结合到所述信息信号中，而不是所述消耗检测信号中的原始数据中。
6.根据权利要求5所述的系统，其中当所述预测模型参数产生的数据与从所述消耗检测信号获得的所述耗电量数据的差值大于预测误差值时，所述预测单元更新所述预测模型参数值。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述发送器在每次计算新的预测模型参数值时，将所述发送信号传送到所述显示单元。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理单元还包括用于压缩所述信息信号中的数据的压缩单元。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测单元还包括温度单元，其用于监测室外温度和向所述处理单元提供温度信号，并且其中将来自所述温度信号的数据结合到所述信息信号中。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示单元包括c)显示处理单元，用于控制所述显示单元的工作；d)连接到所述显示处理单元的接收器，用于接收和处理所述发送信号以向所述显示处理单元提供接收的信号；e)连接到所述显示处理单元的显示器，用于显示与所述建筑物的耗电量相关的信息；以及f)连接到所述显示处理单元的接口单元，用于允许用户输入信息并选择所述显示单元的工作模式。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述显示单元还包括g)连接到所述显示处理单元的实时时钟，用于提供时间信息；h)连接到所述显示处理单元的蜂鸣器单元，用于向用户提供可听见的信息；以及i)连接到所述显示处理单元的存储单元，用于存储与所述建筑物的耗电量相关的信息。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述显示单元还包括连接到所述显示处理单元的通信单元，其用于提供与外部计算装置的连接以上载所述耗电量信息并且下载耗电费率。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示单元包括c)显示处理单元，用于控制所述显示单元的工作；d)连接到所述显示处理单元的接收器，用于接收和处理所述发送信号以向所述显示处理单元提供接收的信号；以及e)连接到所述显示处理单元的设备控制单元，用于控制所述建筑物中的至少一个设备，所述设备控制单元接收温度信息、耗电量信息和时间信息中的至少一个信息，并且产生用于控制所述至少一个设备的工作设置的设备控制信号。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测单元包括c)主体，用于容纳所述处理单元和所述发送器；d)连接到所述主体的延伸构件，所述延伸构件具有用于容纳所述传感器单元的头部区域；以及e)连接到所述主体的附着装置，用于将所述主体安装到所述电能表上。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述延伸构件包括用于延伸所述头部部分的位置的延伸装置，用于将所述传感器单元设置成邻近于所述指示出现的位置。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述延伸构件还包括枢轴装置，用于设置所述延伸构件使其相对于所述主体成期望的角度。
17.根据权利要求14所述的系统，其中所述附着装置包括夹紧装置，其可滑动地与所述主体上的环形构件啮合，所述夹紧装置围绕所述电能表单元的周界延伸。
18.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器单元包括发射器、第一检测器和第二检测器，各自指向所述指示出现的位置，所述发射器设置在所述第一和第二检测器之间，所述发射器适于在所述指示出现的位置处发射IR能量，并且所述第一和第二检测器适于检测与所述指示相关的IR能量水平，所述第一和第二检测器提供表示所述指示的所述循环特性的所述周期的第一和第二检测信号。
19.根据权利要求18所述的系统，其中使用逻辑与运算符结合所述第一和第二检测信号以提供所述消耗检测信号。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述第一和第二检测信号通过所述第一和第二检测信号彼此相减进行结合。
21.一种用于自动读取安装在正消耗电能的建筑物上的电能表单元的电能表读取器系统，该电能表单元包括具有循环特性的指示，该循环特性具有随表示所述建筑物的耗电量的速率而变化的周期，所述系统包括a)安装在用于监测所述耗电量的所述电能表单元上的检测单元，所述检测单元包括i)邻近所述电能表单元设置的传感器单元，用于监测所述指示的所述循环特性并产生消耗检测信号；ii)连接到所述传感器单元的处理单元，用于接收所述消耗检测信号和产生信息信号，所述处理单元包括预测单元，其用于产生预测模型参数值以预测所述消耗检测信号中的数据并将所述预测模型参数值结合到所述信息信号中；以及iii)连接到所述处理单元的发送器，用于接收所述信息信号和传送发送信号；b)相对于所述检测单元远距离设置的显示单元，所述显示单元接收所述发送信号并基于所述预测模型参数显示所述建筑物的耗电量。
22.根据权利要求21所述的系统，其中当所述预测模型参数产生的数据与所述消耗检测信号中的数据的差值大于预测误差值时，所述预测单元更新所述预测模型参数值。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述发送器在每次计算新的预测模型参数值时将所述发送信号传送到所述显示单元。
24.根据权利要求21所述的系统，其中所述处理单元包括控制单元，其用于命令所述处理单元的动作；以及连接到所述控制单元的跟踪单元，其用于跟踪所述指示的所述循环特性，并且用于产生睡眠周期，在此期间禁止所述传感器单元，其中所述处理单元提供传感器使能信号中的使能值以使所述传感器单元仅对所述指示的所述循环特性的一部分起作用，该部分与表示完成所述循环特性的一个周期的时间间隔一致，所述时间间隔比所述循环特性的所述周期短，否则所述传感器使能信号适于基于所述睡眠周期禁止所述传感器单元。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述睡眠周期是所述指示的所述循环特性的上一次值的百分比。
26.根据权利要求24所述的系统，其中基于所述指示的所述循环特性的历史值来调整所述睡眠周期。
27.根据权利要求21所述的系统，其中所述处理单元还包括用于压缩所述信息信号中的数据的压缩单元。
28.根据权利要求21所述的系统，其中所述检测单元还包括温度单元，其用于监测室外温度并向所述处理单元提供温度信号，并且其中将来自所述温度信号的数据结合到所述信息信号中。
29.根据权利要求21所述的系统，其中所述显示单元包括c)显示处理单元，用于控制所述显示单元的工作；d)连接到所述显示处理单元的接收器，用于接收和处理所述发送信号以将接收的信号提供给所述显示处理单元；e)连接到所述显示处理单元的显示器，用于显示与所述建筑物的耗电量相关的信息；以及f)连接到所述显示处理单元的接口单元，用于允许用户输入信息并且选择所述显示单元的工作模式。
30.根据权利要求29所述的系统，其中所述显示单元还包括g)连接到所述显示处理单元的实时时钟，用于提供时间信息；h)连接到所述显示处理单元的蜂鸣器单元，用于向用户提供可听见的信息；以及i)连接到所述显示处理单元的存储单元，用于存储与所述建筑物的所述耗电量相关的信息。
31.根据权利要求29所述的系统，其中所述显示单元还包括连接到所述显示处理单元的通信单元，用于提供与外部计算装置的连接以上载所述耗电量信息并且下载耗电费率。
32.根据权利要求21所述的系统，其中所述显示单元包括c)显示处理单元，用于控制所述显示单元的工作；d)连接到所述显示处理单元的接收器，用于接收和处理所述发送信号以将接收的信号提供给所述显示处理单元；以及e)连接到所述显示处理单元的设备控制单元，用于控制所述建筑物中的至少一个设备，所述设备控制单元接收温度信息、耗电量信息和时间信息中的至少一个信息，并产生用于控制所述至少一个设备的工作设置的设备控制信号。
33.根据权利要求21所述的系统，其中所述传感器单元包括发射器、第一检测器和第二检测器，各自指向所述指示出现的位置，所述发射器设置在所述第一和第二检测器之间，所述发射器适于在所述指示出现的位置处发射IR能量，并且所述第一和第二检测器适于检测与所述指示相关的IR能量水平，所述第一和第二检测器提供表示所述指示的所述循环特性的一个周期完成的第一和第二检测信号。
34.根据权利要求33所述的系统，其中使用逻辑与运算符结合所述第一和第二检测信号以提供所述消耗检测信号。
35.根据权利要求33所述的系统，其中所述第一和第二检测信号通过所述第一和第二检测信号彼此相减进行结合。
36.一种用于自动读取安装在正消耗电能的建筑物上的电能表单元的检测单元的外壳，所述电能表单元包括具有循环特性的指示，该循环特性具有随表示建筑物的耗电量的速率而变化的周期，所述外壳包括a)主体，用于容纳内部电子器件；b)连接到所述主体的延伸构件，所述延伸构件具有用于容纳传感器单元的头部区域；以及c)连接到所述主体的附着装置，用于将所述主体安装在所述电能表上。
37.根据权利要求36所述的外壳，其中所述延伸构件包括延伸装置，其用于延伸所述头部部分的位置以将所述传感器单元设置成邻近于所述指示出现的位置。
38.根据权利要求36所述的外壳，其中所述延伸构件还包括枢轴装置，其用于设置所述延伸构件使其相对所述主体成期望的角度。
39.根据权利要求36所述的外壳，其中所述附着装置包括夹紧装置，其可滑动地与所述主体上的环形构件啮合，所述夹紧装置围绕所述电能表的周界延伸。
40.一种与安装在正消耗电能的建筑物上的电能表单元一起使用的检测单元，该电能表单元包括具有循环特性的指示，该循环特性具有随表示建筑物的耗电量的速率而变化的周期，所述检测单元安装在用于监测所述耗电量的所述电能表单元上，所述检测单元包括a)邻近所述电能表单元设置的传感器单元，用于监测所述指示的所述循环特性并产生消耗检测信号；b)连接到所述传感器单元的处理单元，用于接收所述消耗检测信号和产生信息信号，所述处理单元还产生传感器使能信号以使所述传感器单元仅对所述指示的所述循环特性的一部分起作用，该部分与表示完成所述循环特性的一个周期的时间间隔一致，该时间间隔比所述循环特性的所述周期短。
41.根据权利要求40所述的检测单元，其中所述检测单元还包括c)控制单元，用于命令所述处理单元的动作；d)连接到所述控制单元的跟踪单元，用于跟踪所述指示的所述循环特性，并且用于产生睡眠周期，在此期间所述传感器使能信号禁止所述传感器单元；e)连接到所述处理单元的发送器，用于接收所述信息信号和传送发送信号。
42.根据权利要求41所述的检测单元，其中所述睡眠周期是所述指示的所述循环特性的上一次值的百分比。
43.根据权利要求41所述的检测单元，其中基于所述指示的所述循环特性的历史值来调整所述睡眠周期。
44.根据权利要求40所述的检测单元，其中所述处理单元还包括预测单元，用于产生预测模型参数值以预测从所述消耗检测信号获得的耗电量数据，并且其中所述预测模型参数值应用在所述信息信号中，而不是所述消耗检测信号的原始数据中。
45.根据权利要求44所述的检测单元，其中当所述预测模型参数产生的数据与从所述消耗检测信号获得的所述耗电数据的差值大于预测误差值时，所述预测单元更新所述预测模型参数值。
46.根据权利要求40所述的检测单元，其中所述处理单元还包括用于压缩所述信息信号中的数据的压缩单元。
47.根据权利要求40所述的检测单元，其中所述检测单元还包括温度单元，其用于监测室外温度并向所述处理单元提供温度信号，并且其中将所述温度信号结合到所述信息信号中。
48.根据权利要求40所述的检测单元，其中所述传感器单元包括发射器、第一检测器和第二检测器，各自指向所述指示出现的位置，所述发射器设置在所述第一和第二检测器之间，所述发射器适于在所述指示出现的位置处发射IR能量，并且所述第一和第二检测器适于检测与所述指示相关的IR能量水平，所述第一和第二检测器提供表示所述指示的所述循环特性的周期的第一和第二检测信号。
49.根据权利要求48所述的检测单元，其中使用逻辑与运算符结合所述第一和第二检测信号以提供所述消耗检测信号。
50.根据权利要求48所述的检测单元，其中所述第一和第二检测信号通过所述第一和第二检测信号彼此相减进行结合。
51.一种与安装在正消耗电能的建筑物上的电能表单元一起使用的检测单元，该电能表单元包括具有循环特性的指示，该循环特性具有随表示建筑物的耗电量的速率而变化的周期，所述检测单元安装在用于监测所述耗电的所述电能表单元上，所述检测单元包括a)邻近所述电能表单元设置的传感器单元，用于监测所述指示的所述循环特性并产生消耗检测信号；以及b)连接到所述传感器单元的处理单元，用于接收所述消耗检测信号和产生信息信号，所述处理单元包括预测单元，其用于产生预测模型参数值以预测从所述消耗检测信号获得的耗电量数据，并将所述预测模型参数值结合到所述信息信号中。
52.根据权利要求51所述的检测单元，其中当所述预测模型参数产生的数据与从所述消耗检测信号获得的所述耗电量数据的差值大于预测误差值时，所述预测单元更新所述预测模型参数值。
53.根据权利要求51所述的检测单元，其中所述检测单元还包括c)控制单元，用于命令所述处理单元的动作；d)连接到所述控制单元的跟踪单元，用于跟踪所述指示的所述循环特性，并且用于产生睡眠周期，在此期间禁止所示传感器单元，其中所述处理单元提供传感器使能信号中的使能值，以使所述传感器单元仅对所述指示的所述循环特性的一部分起作用，该部分与表示完成所述循环特性的一个周期的时间间隔一致，所述时间间隔比所述循环特性的周期短，另外所述传感器使能信号适于基于所述睡眠周期禁止所述传感器单元；以及e)连接到所述处理单元的发送器，用于接收所述信息信号和传送发送信号。
54.根据权利要求53所述的检测单元，其中所述睡眠周期是所述指示的所述循环特性的上一次值的百分比。
55.根据权利要求53所述的检测单元，其中基于所述指示的所述循环特性的历史值来调整所述睡眠周期。
56.根据权利要求53所述的检测单元，其中每次计算新的预测模型参数值时，所述发送器向所述显示单元传送所述发送信号。
57.根据权利要求51所述的检测单元，其中所述处理单元还包括用于压缩所述信息信号中的数据的压缩单元。
58.根据权利要求51所述的检测单元，其中所述检测单元还包括温度单元，其用于监测室外温度并向所述处理单元提供温度信号，并且其中将所述温度信号结合到所述信息信号中。
59.根据权利要求51所述的检测单元，其中所述传感器单元包括发射器、第一检测器和第二检测器，各自指向所述指示出现的位置，所述发射器设置在所述第一和第二检测器之间，所述发射器适于在所述指示出现的位置处发射IR能量，并且所述第一和第二检测器适于检测与所述指示相关的IR能量水平，所述第一和第二检测器提供表示所述指示的所述循环特性的周期的第一和第二检测信号。
60.根据权利要求59所述的检测单元，其中使用逻辑与运算符结合所述第一和第二检测信号，以提供所述消耗检测信号。
61.根据权利要求59所述的检测单元，其中所述第一和第二检测信号通过所述第一和第二检测信号彼此相减进行结合。
62.一种用于自动读取安装在正消耗电能的建筑物上的电能表单元的方法，该电能表单元包括具有循环特性的指示，该循环特性具有随表示所述建筑物的耗电量的速率而变化的周期，所述方法包括a)使用传感器单元检测所述指示的所述循环特性的变化，并产生消耗检测信号；b)基于来自所述消耗检测信号的数据，产生信息信号；以及c)产生传感器使能信号以使所述传感器单元仅对所述指示的所述循环特性的一部分起作用，该部分与表示完成所述循环特性的一个周期的时间间隔一致，该时间间隔比所述循环特性的周期短。
63.根据权利要求62所述的方法，其中所述方法还包括d)基于所述信息信号来传送发送信号；并且在相对于所述电能表单元远离的位置，e)接收并处理用于获得耗电量信息的发送信号；以及f)显示所述耗电量信息。
64.根据权利要求62所述的方法，其中步骤(a)包括d)跟踪所述指示的所述循环特性，用于产生睡眠周期，在此期间所述传感器使能信号禁止所述传感器单元。
65.根据权利要求64所述的方法，其中所述方法还包括产生作为所述指示的所述循环特性的上一次值的百分比的睡眠周期。
66.根据权利要求64所述的方法，其中所述方法还包括基于所述指示的所述循环特性的历史值来产生所述睡眠周期。
67.根据权利要求62所述的方法，其中步骤(b)包括产生预测模型参数值以预测从所述消耗检测信号获得的耗电量数据。
68.根据权利要求67所述的方法，其中所述方法还包括当所述预测模型参数产生的数据与从所述消耗检测信号获得的所述耗电量数据的差值大于预测误差值时，更新所述预测模型参数值。
69.根据权利要求63所述的方法，其中步骤(d)包括压缩所述信息信号中的数据以产生所述发送信号。
70.根据权利要求62所述的方法，其中步骤(b)包括监测室外温度并将温度数据结合到所述信息信号中。
71.根据权利要求63所述的方法，其中所述方法还包括g)存储与所述建筑物的所述耗电量相关的信息；以及h)基于所存储的信息来预测所述建筑物将来的耗电量。
72.根据权利要求63所述的方法，其中所述方法还包括提供与外部计算装置的连接以上载所述耗电量信息和下载耗电费率。
73.根据权利要求62所述的方法，其中所述方法还包括产生设备控制信号，用于控制所述建筑物中的至少一个设备的工作设置，基于温度信息、耗电量信息和时间信息中的至少一个来产生所述设备控制信号。
74.一种用于自动读取安装在正消耗电能的建筑物上的电能表单元的方法，该电能表单元包括具有循环特性的指示，该循环特性具有随表示建筑物的耗电量的速率而变化的周期，所述方法包括a)使用传感器单元来检测所述指示的所述循环特性的变化，并产生消耗检测信号；以及b)通过产生预测模型参数值以预测从所述消耗检测信号中获得的耗电量数据，基于来自所述消耗检测信号的数据产生信息信号，并在所述信息信号中包括所述预测模型参数值。
75.根据权利要求74所述的方法，其中所述方法还包括c)基于所述信息信号来传送发送信号；并且在相对于所述电能表单元远离的位置，d)接收并处理用于获得耗电量信息的所述发送信号；以及e)显示所述耗电量信息。
76.根据权利要求74所述的方法，其中步骤(b)包括当所述预测模型参数产生的数据与从所述消耗检测信号获得的所述耗电量数据的差值大于预测误差值时，更新所述预测模型参数值。
77.根据权利要求75所述的方法，其中步骤(c)包括每次计算新的预测模型参数值时，传送所述发送信号。
78.根据权利要求74所述的方法，其中步骤(a)包括c)跟踪所述指示的所述循环特性，用于产生睡眠周期，在此期间传感器使能信号禁止所述传感器单元；d)产生所述睡眠周期，在此期间通过提供所述传感器使能信号中的使能值以使所述传感器单元仅对所述指示的所述循环特性的一部分起作用来禁止传感器单元，该部分与表示完成所述循环特性的一个周期的时间间隔一致，所述时间间隔比所述循环特性的周期短，另外，所述传感器使能信号适于基于所述睡眠周期来禁止所述传感器单元。
79.根据权利要求78所述的方法，其中所述方法还包括产生作为所述指示的所述循环特性的上一次值的百分比的所述睡眠周期。
80.根据权利要求78所述的方法，其中所述方法还包括基于所述指示的所述循环特性的历史值来产生所述睡眠周期。
81.根据权利要求75所述的方法，其中步骤(c)包括压缩所述信息信号中的数据以产生所述发送信号。
82.根据权利要求74所述的方法，其中步骤(b)包括监测室外温度并将温度数据结合到所述信息信号中。
83.根据权利要求75所述的方法，其中所述方法还包括f)存储与所述建筑物的所述耗电量相关的信息；以及g)基于所存储的信息来预测所述建筑物将来的耗电量。
84.根据权利要求75所述的方法，其中所述方法还包括提供与外部计算装置的连接以上载所述耗电量信息和下载耗电费率。
85.根据权利要求74所述的方法，其中所述方法还包括产生设备控制信号，用于控制所述建筑物中的至少一个设备的工作设置，基于温度信息、耗电量信息和时间信息中的至少一个来产生所述设备控制信号。
全文摘要
一种用于自动读取电能表单元上的指示的电能表读取器系统，该电能表单元的指示具有随表示耗电量的速率而变化的循环特性。该系统包括检测单元，其包括传感器单元，用于监测该指示的循环特性并产生消耗检测信号；处理单元，用于基于与消耗检测信号相关的数据来产生信息信号；以及发送器，用于基于信息信号来传送发送信号。该处理单元也产生传感器使能信号以使传感器单元仅在该指示的循环特性的部分启动。该系统还包括相对于检测单元远距离设置的显示单元，用于接收发送信号并显示耗电量。该检测单元也利用用于减少检测单元中的耗电量的预测模型。
文档编号G01R11/32GK1961217SQ200580017707
公开日2007年5月9日 申请日期2005年3月31日 优先权日2004年4月1日
发明者莫里斯·塔夫, 斯蒂芬·加尼翁 申请人:蓝线创新公司