专利名称:无需外电源的远距离探测器的制作方法
本发明涉及能将信息传递到中心站或另一个地点的远距离探测设备。更详细地说，本发明涉及无需可再生或可充电的电源、无需外电源或电源自给的远距离探测设备。
许多远距离探测设备都包括接到电话线上以便在发生事情时自动拨电话给中心站用的装置。设计成在紧急情况下自动打电话给消防部门的火警警报器就是这种装置的一个实例。引起自动拨号操作的事件可以是，例如，起作用了的烟雾检测器。这类现有技术的远距离探测设备有很多都具有这样的问题，即不能知道它们在使用过程中但处于不起作用时的情况。例如，只有发生事情之后才能知道烟雾检测器是否按规定自动打电话给消防部门。
此外，要使远距离探测设备始终起监控作用和发挥作用，需要有一个恒定的电源。电源有各种各样，包括可直接接上的交流电源线，引自电话线的低电流电源和备用蓄电池等。前两种电源往往会中断，后一种电源又有其耗尽的时候。因此这些电源的可靠性成问题，使远距离探测设备往往失去监控能力。
本发明通过设置一种耗不尽的电源使监控功能在供电充足的情况下始终发挥作用，从而解决了上述问题和其它问题。本发明设备的监控性能和恒定的定时功能是通过下列供电方式而起作用的从长线路电话线上提取感性耦合的交流电，把它储存起来给低电流耗尽型互补金属氧化物半导体(CMOS)器件供电。本发明的恒定定时装置和监控部分通过容性耦合与电路的其余部分隔离，以保证能得到维持电路始终处于工作状态的最小耗用电流。
本说明书介绍了本发明的三个实施例。第一个是硬水软化器之类用的监控设备。这种设备监控着软化器中盐分的规定量，在需要维修时打电话给中心站。本发明的第二个实施例介绍了公用事业设备计量仪表之类用的监控设备，这种监控设备定期打电话给中心站，汇报公用事业设备的使用情况。本发明这两个实施例的一个特点是，这些设备都定期打电话给中心站，汇报它们自身的工作情况。在这种方式下，监控设备就定期提醒中心站注意该设备功能的正确发挥。各设备都有一个传送到中心站表明设备位置的地址。中心站有一个计算机监控着各外置设备的情况，并在某一个设备不能在规定的时限内打电话时通知操作人员，于是操作人员就可以派遣维修人员检查远距离探测设备的功能情况。
本发明的第三个实施例提出一种无需外电源的公用事业设备探测器，这种探测器能将其数据通过带电缆的接口传递到诸如用户住家外墙等的另一个地点。这种形式的探测器无需可再生或不断电源，可用以从用户住家外面读取装在里面的公用事业设备计量仪表。
虽然本说明书所公开的本发明最佳实施例介绍的是那种从电话线上提取感性地耦合的交流电源的远距离探测设备，不言而喻，本发明的这个基本原理也同样可以很好地适合从任何长线路获取感性耦合的交流电用以给低功率远距离探测设备供电。此外，虽然本发明的最佳实施例一般涉及公用事业设备仪表的远距离探测，不言而喻，本发明的基本原理同样也可以很好地适合其它类型设备的远距离探测和监控，例如无人照料的泵、盗警和火警等。
本发明包括从电话线路等长线路获取感性耦合交流电的方法和设备。长线路上的交流电压AC是从当地和远地电网感性耦合引来，然后通过容性耦合加以提取，以防止线路上的任何直流分量。然后感生耦合的交流电压经整流和调节之后用以供电给远距离探测器，例如用于公用事业设备计量仪表的监控设备等。远距离探测设备可包括定期打电话给中心站汇报设备功能情况的自动拨号器，或者由中心站打电话给该远距离探测设备。
因此，本发明的一个目的是提供一种远距离探测和监控设备，这种设备的主要工作电源取自长线路(例如电话线)上耦合连接的交流电。
本发明的另一个目的是提供一种将整流器和调节器容性耦合到长线路上，以从长线路上获取感性耦合的交流电的方法和设备。
本发明的又一个目的是提供一种与一长时限定时器连接用以定期通过电话向中心站报道公用事业设备使用情况的自动拨号器。
本发明的又一个目的是为了定期使用拨号机构打电话给中心站以报道远距离探测设备的工作情况。
通过阅读和理解下面的详细说明，熟悉本专业的人士即可清楚地了解本发明的上述和其它目的和优点。上述一系列目的不能认为是一应俱全的，除此以外可能还有本发明人所未能完全领会到的其它目的和优点。
附图中，图1是本发明第一个最佳实施例的方框图;
图2是长时限计数器的详细原理图;
图2A是从电话线路上获取感性交流电源的另一种选择方案;
图3是图1状态机的状态图;
图4是本发明第二个最佳实施例的方框图;
图5是图4中所示的本发明第二个最佳实施例的定时器和计数器的详细方框图。
图6和7是图1所示最佳实施例的详细时序图;
图8是图4所示最佳实施例的详细时序图;
图9是本发明第三个最佳实施例的方框图。
参看图1和图2，这是说明第一个最佳实施例的示意图。图2是图1101处所示的长时限计数器的详细原理图。图2中所示的长时限计数器的原理图示出了从电话线路获取感性耦合交流电用的至电话线路的接线。电话线路由普通电话电路的塞尖引线102和塞环引线103组成。塞尖引线和塞环引线通过电容器104和105分支，接到桥式整流器106上。虽然熟悉本领域的人士都知道，电话线路上感性耦合交流电源可分别从电话线路的塞尖引线或塞环引线上引出，但为了使该引线之间保持平衡，两引线通过电容器104和105分支都被引出。此外，从电话线上来的任何交流电压的整流采用了桥式整流器106，虽然熟悉本专业的人士都知道也可以采用半波整流器或其它整流器。桥式整流器106的另一端通过电容器107容性接地。在此最佳实施例中，电容器104、105的电容值为0.1微法，电容器107为0.01微法，当然采用其它值也是可以同样有效的，这是熟悉本领域的人士都能明白的。为确保电容的电介质不致为沿电话上的任何振铃电压或其它电压的尖峰信号所击穿，各电容器的击穿电压最好约为50伏。从电话线路上获取感性耦合交流电源的另一种可供选择的形式是将接地连线代之以接到电话线塞尖端或塞环端的连线，使得桥式整流器容性耦合在两引线之间，而不是在各引线与地之间。这从图2A中可以看出。图2A中，接地线除去了，电容器104和105之间的接线被断开。齐纳二极管108用以调节电压电平，并防止过电压尖峰到达长时限定时器中的脆弱的CMOS线路中。电解电容器109用以对取自电话线路上的感性耦合交流电进行滤波。
电话线路上的交流电是从遍布美洲大陆上的电力网通过感应耦合引来的，这一点熟悉本专业的人士是能够理解的。不言而喻，可以采用任何长线路来收集漏泄到电力网周围环境中的交流电。通过简单的试验即可展示这一点将一个长导线与接地网绝缘地平行敷设，即可观测到该导线上感应耦合有交流电。从长线路上取得的电量是有限的;但利用所捕获到的电量来驱动CMOS器件，就可以使这些器件无限制地运行下去。例如，图2的定时电路在3伏电压下只需要0.8微安不到的电流。如此少量的电即使在远离运行着的电网的地方不难用长线加以捕获。
图2的线路是CMOS型电路，因而为保持线路的运行，所需要的静态电流的漏泄量非常小。振荡器110是熟悉本领域的人士不难实施的自由振荡型振荡器。本电路的定时是一种时限长的非精密型的电路，用简单的阻容时间常数就可实现振荡器的频率。振荡器110驱动计数器/除法器111。在本实施例中，此计数器是两个级联的CMOS4040计数器，该计数器可通过RCA电子设备公司或其它销售商购得。各4040型计数器是现用式12位往下除计数器(divide-down counter)。将这两个计数器级联就可以得出二十四分频计数器，这种计数器与一个低频振荡器组合时可产生长达数月的定时序列。将各12位计数器的各位引出，可用以选择不同的定时序列。在计数器111中，选用输出端A、B和C作为沿链分(divide-by-chain)的选择位，使得获得在极长的定时序列中的各个不同点上输出脉冲。例如，选择输出端A使其每(约)三十分钟一次产生一个脉冲。选择输出端B使其每数天一次产生一个输出脉冲，选择输出端C使其每二十天一次产生一个输出脉冲。沿各4040计数器的链分(divide-by-chain)选择不同的输出线就可得出不同的定时序列。外部开关112用以选择定期呼叫远距离探测设备。外部开关处于正常操作方式时，其开关位置是使它每二十天一次选择一个输出脉冲(计数器111的输出端C)作为解发器113的时钟输入。这是外部开关的正常工作位置。外部开关112的第二个位置对应于计数器111的较短时限，这对应于开关的维修位置。在该位置上，远距离探测设备处在要求维修的状态。当外部开关112选择输出端B时，触发器113会在十四小时内收到一个时钟脉冲。熟悉本领域的人士不难理解，通过从计数器111选择一个输出线号就能从任何地方从几秒钟至许多天内选择一定期请求维修呼叫。
触发器113和逻辑“与”门114用以控制图1中的线路连接继电器201。计数器111的输出端A同触发器113的输出端Q成“与”的关系。产生一信号来指示电路的其它部分连接到电话线路用来呼叫中央局。计数器111的输出端A被设计成每三十分钟一次产生一个脉冲，而触发器113的输出端Q在时钟输入端收到一个脉冲时只产生一个脉冲。时钟输入端所收到的该脉冲可通过外部开关112加以选择，而这种选择在本实施例中可以是每二十天一次或每十四小时一次。因此在正常工作时，如不需要维修，图2的长时限定时电路指示远距离探测拨号器每二十天一次打电话给中央局。当需要维修时，长时限定时器会指示拨号器在十四小时内打电话给中央局。“与”门114通过电容器115与线路连接电路隔开。这使场效应晶体管FET120导通一定时间，因为当电容器115充电时，FET120不会继续导通。这避免了定时电路的元件因失灵而通过保持“挂机”促使电话线路不能正常工作。电容器115在本实施例中为10微法或以上，以确保“与”门114的输出保持有效一段时间。FET120进一步将长时限定时电路与其余远地公用事业设备的探测器隔离开来。
长时限定时器有两个用以将定时器状态复位的输入端。“复位”输入端用以使整个电路复位，至二十天或十四小时定时周期，如前所述，它是通过电容器116输入，以便和电路隔离开来。经由电容器117的“再拨号”输入用以使计数器复位，使其开始进行30分钟的再拨号操作程序。当远距离公用事业设备探测器不能与中心站联系或经联系而中心站不予确认时就需要进行这个再拨号操作。
再参看图1，现在谈谈长时限定时器与电路其它部分之间的相互作用。如图2所示，长时限定时器101通过各旁路电容器与电路的其它部分有效地隔离开来。长时限定时器101通过与电话线路容性耦合从线路上提取感性偶合的交流电而得到供电。电源202也接到电话线路上，用以给电路的其它部分供电。电源202是漏电量小的中等容量电源，它包括若干大型电容器，用以储存直接从电话线路上引来的电力，以便给电路的线路连接继电器201各部分供电。飞行通信中心FCC的规程(第68部分)对可引自电话线路的电流量有所限制，因此电源202包括限流装置，以便从电话线路上引来最小的电量。电源将此电能储存在各大型电容器中以备以后电路工作激励继电器201时作为在较高电流泄放之用。继电器201被激励时，线路的其它部分和电源202(通过二极管220)直接由电话线路供电。
线路连接继电器201是采用光耦合器将电话线路接到电话收发机203上的。熟悉本领域的人士不难理解，线路连接继电器201可采用机械、机电和光耦合等继电装置实现其功能。当长时限定时器101激励线路连接继电器201时，电话线路就供电给电路的其它部分，同时使计数器210进行增加供电量(power up)的复位，使它恢复到初始的全零状态。若电话线路“无电”，电源202不会有电，于是线路不能工作，但计数器101会继续工作。电话收发机203执行一般电话收发机需要进行的全部线路端接和通信功能，在本最佳实施例中采用了美国半导体公司制造和销售的(TP5700A号)单芯片电话通话电路。该单芯片电路代替了在整个标准电话线路上进行连接和通信需用的混合变压器、补偿线路和侧音网络。熟悉本专业的人士不难理解，这类收发机线路可用在本发明的线路中。电话收发机电路203从电话线路上接收各信号，将这些信号传送到延迟电路216和音检测电路204上，并从DTMF(双音多频)发射机205接收各信号，再在电话线上传送。DTMF发射机用以传输中心站的电话号码，并将代码信息传送到中心站。熟悉本专业的人士不难理解，可采用任选的脉冲拨号器206在传统的脉冲拨号网络下对电话线路进行拨号。但在拨完号和与中心站接上之后需要有某些形式的DTMF发射机或其它调制解调器在脉冲拨号线上传送数据。在本最佳实施例中，DTMF发射机205采用美国半导体公司出品的用于二进制数据的单芯片DTMF发生器(TP5088号)。熟悉本专业的人士不难理解，这种芯片很容易结合应用到本发明中。
延迟电路216具有这样的延迟功能，使得从电话收发机203收到的任何话音会导致音检测电路204保持一个有效输出并将该有效输出传输到状态机电路207中。从电话收发机203接收到的话音停止之后，来自延迟电路216的输出会保持一段时间有效。在本最佳实施例中，延迟电路216的延迟时限是用一阻容RC延迟电路进行选择，其时限约为8秒。延迟方法另一个可供选择的方案是采用计数器作为延迟电路216。
状态机207用以在打电话给中心站时控制所发生事件的序列和操作顺序，以控制远距离探测拨号器。长时限计数器101的复位和振荡器208的控制也由状态机207进行。状态机207接收来自4至10线路译码器209和计数器210的输入。振荡器208用以使计数器210计数，该计数器又驱动4至10线路译码器209依次地取出电话号码各数字和远距离探测拨号器的地址。计数器210计数时，各输出促使4至10线路译码器209依次从1，2，3，…10各引线输出一个信号。4-至-10线译码器在本最佳实施例中采用一般可买到的美国半导体公司和其它厂商制造的CMOS7442集成电路。译码器209用以驱动一系列开关，这些开关在本最佳实施例中采用DIP(双列直插式组件)摆动式开关(rocker switch)，它们又驱动DTMF发射机。各二极管211用来与各DIP开关配用，形成数据总线，该数据总线的值根据各开关212的位置和译码器209各输出端的值选定。另一种可用以代替DIP开关的方法是采用PLA(可编程逻辑阵列)或采用PROM(可编程只读存储器)，这样可以在制造厂一次调定电话号码和地址。
现在介绍图1的电路。长时限计数器(其电源引自电话线路上感性耦合的交流电压)按正常工作方式计数，历时二十天。在二十天时限终了时，长时限计数器101促使线路连接继电器201将电话收发机203接到电话线路的塞尖引线和塞环引线上。电源202用以在线路连接好之前供电给线路连接电路。线路接好之后，电源就直接由电话线路供应。音检测电路204从延迟电路216和电话收发机203接收拨号音，并使得信号被传送到状态机207。状态机207启动振荡器208，使得计数器210开始计数。计数器210传送给译码器209的第一个值为0000值，这对应于计数器209的DCBA输入端。此值对应于译码器209输出引线1，相当于待拨号的电话号码的第一数字。计数器210的最低有效位(LSB)用作DTMF发射机205的启动输入端213。振荡器208的频率和计数器210的计数速率是这样选择，使计数器210的最低有效位保持约200毫秒有效，使得DTMF短音的被传输。计数器210在本最佳实施例中采用可从RCA电子设备公司和其它厂商买到的4040 CMOS 12位计数器芯片。
DTMF发射机205上的启动输入端213使得电话收发机203输出第一个电话数字到电话线路的塞尖引线和塞环引线上。去DTMF发射机205的输入是一个四位二进制代码，用以选择待拨号的电话号码的音。各DIP开关212用以选择相应于拨号电话号码第一个数字的二进制代码。状态机207继续激励振荡器208，振荡器208则使得计数器210继续计数。计数器210传送给译码器209的下一个值应分别为在各DCBA输入端上的0001值。这会使得译码器209引线2上出来的数字2变为有效，从而将第二个编码电话号码传送到DTMF发射机205。这样，电话号码的第二个数字通过电话收发机203传送到电话线路上。七数字电话号码的各连续数字也以同样的方式通过DTMF发射机205和电话收发机203传送到电话线路上。
当计数器210到达对应于译码器209各DCBA输入端的0111时，使输出引线8处于正常工作状态，这使得一个反馈信号被发送到状态机207上，于是状态机207使振荡器208停止工作，从而停止计数。这时在该程序中，七数字电话号码已传送到电话线路上，远地的公用事业设备探测器处于等待回音的状态。这时，音检测电路204也在监控着电话线路的回铃音或占线信号。由于电路216固有的延迟性能，每次从电话线路接收回铃信号时，音检测电路204的输出端保持起作用。延迟电路216是用以保持该输出端即使在回铃信号沉静时也起作用。同样，若收到占线信号，音检测电路204也亦类似的方式使一有效信号继续传送到状态机207中。这时，状态机207等待着该声音停下来，表明电话线路得到回音。若电话线路不回话，状态机延迟适当时间之后，会往长时限定时器的“再拨号”输入端上发出一个指令，叫它稍后再拨该电话号码。然后长时限定时器使线路连接继电器201断开，于是整个电路(长时限定时器例外)供电量下降(powered down)。
若中心站端给电话线回话，经过延迟电路216的适当的延迟(飞行通信中心规程第68部分规定的最低延迟时间为2秒)之后，音检测电路204会使音检测线降到状态机207上。这时，状态机207会测定出电话线路已有回音和接收站在等待接收信息这两种情况。于是状态机会再启动振荡器208，使再次开始计数。计数器210原先是处在0111的计数位置，分别对应于4-至10线路译码器209各DCBA输入端，从而使对应于地址第一位置的输出引线8起作用。下一个计数会促使计数器210输出端上的最低有效位启动DTMF发射机205。这会使得第一个地址位通过电话收发机203被传送到电话线路上。
在第一个最佳实施例中，外部开关112是一个接到硬水软水器的两组开关，第一组用以控制各呼叫之间的时间间隔，第二组开关用以转换地址的第一位。从图1中可以看到，开关112控制着地址1的第一位。这样做的目的是为了有效转换地址的第一位，以便通知中心站目前需要维修服务。这是为了区别远地现场的正常定期性汇报和远地现场要求维修的情况。计数器210继续计数时，4至10线路译码器209地址的第二和第三位通过DTMF发射机被传送到电话线路上。采用三个地址位并以十六个可能的DTMF音之一表示各地址位，就可以统一分配4096个地址。保留一个地址位供要求维修时用，就有2048个单值地址可以利用。
第三个地址传送到电话线路上之后，计数器继续计数。但出现在4至10线路译码器209的各DCBA输入端上的各个值在该芯片看来都是一些不合法的地址，因而不会使引线1至10上的输出产生任何变化。计数器会继续计数，直到计数器的最高有效位(MSB)起作用才使得状态机再次使振荡器停下来等待一个音为止。这时，所有地址信息已传输到中心站，远地公用事业设备的探测器等待着确认音，以便使长时限计数器复位。若在预选的时限内没有收到确认音，状态机就会再次给长时限计数器发出信号，令其以后再拨号。这时长时限计数器会切断电话线路并使在三十分中内待将再拨号的各线路复位。若从中心站收到确认音，状态机再次启动振荡器使计数继续进行。当计数器计数且其最高有效位(MSB)和A输出端都起作用时，长时限计数器就进行主复位。此主复位(操作)使图2中所示的触发器13复位，从而使三十分钟再拨号程序停止，且使计数器只在下一个适当时机使得进行再拨号。若外部开关112还处在工作位置，远距离探测拨号器会自动再拨号，并在十四小时内再次传输信息。
电路的工作情况通过图3的状态图进行介绍最能说明问题。远距离探测拨号器处在正常空闲状态时是相当于方框编301所表示的供电量减少(power down)或“挂机”情况的。长时限计数器通过促使线路连接继电器将各电话电路接到电话线路并供电给各电路，开始其一连串程序。这个情况使状态机进入状态302。在该状态下，状态机等待拨号音。状态机设计时就使其包括一个超时定时器，以确保该设备不会一直停留在一个位置上。超时定时器始终保持计时，而万一远地公用事业设备探测器各电路不能进行或完成操作循环，超时机构会使再拨号计数器复位到方框308操作程序，等待定时器停止对方框309中单元的供电。收到拨号音时，状态机等待拨号音的状态302就转入状态303。在此状态下，状态机启动振荡机208，使计数器开始计数，以便通过译码器209和DTMF发射机205传送七数字电话号码。状态机继续等待，直到号码的传输完成为止。状态机能识别出从译码器209引线8所收到的信号何时已把电话号码传输出去。当号码已传送出去时，状态机转入状态304，等待音检测电路检测任何话音的不存在。音检测电路经过适当延时之后会继续指示相当于回铃音或占线音的各音。若收到一个占线音或回铃音，状态机中的计时机构会使得该电路暂停，并转入状态308，在该状态下，长时限计数器受指示在三十分钟内再拨号。若在中心站的电话号码得到回音，音检测电路不会指示任何音，状态机会转入状态305。这时，状态机会通过启动振荡器208传送远地公用事业设备探测器的地址，以便通过该各地址数字再前进一步。地址一经传送，计数器210的最高有效位指示状态机地址已妥善传送。此信号会指示状态机转入状态306，并等待符号交换或确认音。若没有收到任何音，且设备临时停工，状态机就指示长时限计数器在三十分钟内再拨号，系统处于供电量减少(power down)状态。但若从中心站收到确认音，状态机就转入状态307，并使长时限计时触发器113复位，从而会在下一个更长的时间间隔内再拨号。
图4和图5是本发明的第二个最佳实施例。在该实施例中，电路制成用以监控一个公用事业设备计量仪表，并将在公用事业设备计量仪表上得出的值传送到中心站。图5中，长时限计数器经过修改，增加了一个计数器502，用以测定公用事业设备的使用情况。虽然本发明可采用各种形式的计数方法，但在图5所示的最佳实施例中采用了一个外部舌簧接点开关，这种开关是由设置在公用事业设备中一个转轮上的永久磁铁驱动的。可能装有这类机构的公用事业设备计量仪表的例子有电气仪表、煤气表、水表等等。外部舌簧接点开关的开合导致计数器502计数。在本最佳实施例中计数器502是采用了二个级联联接的4040十二位CMOS计数器。这些计数器中各个位的输出端用导线接到一组三态总线驱动器芯片503，这种芯片是美国半导体公司出品(部件号MM80095)。这些总线驱动器芯片用以将计数器中各个值多路转接到驱动DTMF拨号器用的数据总线上。去各总线驱动器芯片的各输入端包括若干启动线，用以有选择地启动通过DTMF拨号器待传输到中心站的输出位组。各总线启动信号是来自图4中的4至16线译码器4。各启动信号用电容器504与电路的其余部分隔离开来。计数器芯片502和总线驱动器503由前述用于供电给长时限定时器的同一个电源供电。
再参看图4，图4电路的工作情况与第一个实施例的一样，只是其中的远地公用事业设备探测器还传送公用事业设备计数器502中的值。长时限计数器401促使线路连接继电器201接到电话线路上并开始向中央局的汇报工作。此电路以同样的方式将七位数字电话号码通过接至电话收发机的DTMF拨号器传送到电话线路上。前面已经谈过，脉冲拨号网络中可采用任意的脉冲拨号器，在这种情况下，可用标准调制解调器代替DTMF拨号器传递信息。电话号码已传送且音检测器204检测出静止时间后，依次启动各总线驱动器503将远距离探测拨号器地址连同公用事业设备计数器502中的各值一起传送到中心站。这完全按在上述次序传送各电话数字和地址的方式进行。令计数器210穿过一个能有选择地和依次促使引线17、16、15、14、13和11传送对应于计数器502中各值的地址。用4至16线译码器409代替4到10线译码器209提供传送各音的六位代码所需用的另一些启动信号。在本最佳实施例中，译码器409采用可从包括美国半导体公司在内的各销售商中买到的一般CMOS741544至16线译码器芯片。
三位地址代码和六位数据代码一经通过DTMF拨号器205在电话线路上传输，拨号电路就等待接收来自中心站的确认音。若没有收到确认音，状态机就暂停工作，指示定时器一段时间以后再拨号。若收到确认音，状态机207就再次启动计数器210，使计数继续进行。当最高有效位和A线路都有效时，就有复位信号传送到定时器和计数器401，指示它在二十天内再拨号。作为额外的功能，可将本发明加以修改使复位信号用以从DTMF发射机发出一个音。中心站“读取”该额外音，确认已完成复位操作。
图6至图8是对应于各电路工作情况的时序图。图6和图7对应于图1中所示的第一个最佳实施例，图8对应于图4中所示的第二个最佳实施例的电路操作。为读者方便着想，各信号线在右侧编号，各主要序列在底边用字母表示。
图6是图1电路各信号的时标序列图。线1对应于延迟电路216的输出，线2对应于音检测电路204的输出，线3对应于来自状态机207输入到振荡器208的振荡器启动输入，诸线4至11对应于译码器的各输出1至8。图6的线12表示去长时限计数器101的再拨号输入。在时序图的序列A期间，电路不起作用且处于供量减少(power down)状态。这相当于挂机的情况，这时线路连接继电器201不把电话线路接到电话收发机203上。当长时限定时器101指示线路连接继电器将电话线路接到电话收发机203时，延迟电路216通常收到拨号音。延迟电路216的输出展示在图6的线1上。延迟音使得延迟电路产生延迟作用信号，此信号传送到音检测电路204。音检测电路204的输出示于图6的线2，而当拨号音使得延迟电路输出到达某一阈值时该输出就起作用。经过适当延时之后，状态机207在振荡器208上发送一个图6的线3所示的启动信号，使振荡器208开始振荡。此振荡器启动信号来自状态机207。振荡器208被启动时，它使计数器210计时，使得4至10线译码器209依次在各输出引线上输出信号。译码器209上的输出引线1至8对应于图6中的线4至11。从图6中可以看到，振荡器起作用时，译码器各输出端1至8依次向DTMF发射机205发出负向脉冲。这些脉冲个个会使得编码电话数字被传送到DTMF发射机205，以拨动中心站的电话号码。在DTMF发射机205传送各音数字的同时，有静噪信号被发送到电话送话器203，从而使各音依次被抑制在延迟电路216和音检测电路204上。由于各音数字传输得这样快，以致延迟电路216对受抑制的音不起反应，其输出因存在原先未拨号之前收到的拨号音而仍然很高。当4至10线路译码器209的输出引线8处于低电位，它给状态机207发出信号使计数停下，同时状态机207通过降低图6线3序列D所示的振荡器启动信号来禁止振荡器208。这里所述的拨号音序列对应于图6中的序列B。中心站电话号码的拨发对应于图6的序列C。电话号码拨出后，远地公用事业设备探测器线路监控着电话线路从中心站获得回音。这对应于图6的序列D。若该电话号码继续作响而得不到回音，或若在线路上检测到占线信号，状态机207会暂停工作并促使再拨号指令被传送到长时限定时器101上。此再拨号指令(如图中线12的序列E所示)使得长时限定时器降低去线路连接继电器201的信号，从而使各电路从电话线路上断开。当线路连接继电器201断开，整个电路处于挂机和供电量减少(powereddown)状态，如图6的序列E所示。
图7对应于从中心站收到正常回音时图1各电路的工作情况。线1对应于延迟电路216的输出，线2对应于音检测电路的输出，线3对应于振荡器208的允许输入，线4至13对应于译码器209的各引线1至10;线14对应于计数器210上的最高有效位输出，线15对应于译码器209的A输入端，图16则对应于长时限计数器101的复位输入端。各事件的序列与图7所述的类似，即序列A对应于挂机或供电量减少(power down)的情况。序列B对应于从电话线路上收到拨号音和从延迟电路使音检测电路204起作用的情况。序列C对应于振荡器208的启动，这促使译码器依次降低对应于七数字电话号码的输出线1至7。从序列C的线11可以看到，在拨过中心站电话号码的第七位之后，译码器209的输出引线8的输出下降，译码器209上引出线8的下降使一个信号发送到状态机207，从而使振荡器停止工作，如线3序列D的开始部分所示。在序列D期间，电路闲置，等待着音的消失。在此期间，电话线路可能处于响铃状态，而序列D的终止对应于回铃信号停止，且中心站的电话得到回音。当电话线路上没有音存在时，延迟门216慢慢降低其信号，如线1序列D中所示，且音检测电路204在响应该信号降低时其曲线下降。音检测电路204输出的下降使得状态机207再次启动振荡器208使远地公用事业设备探测器地址的传输开始进行。各地址线出现在译码器209的引线8至10上，对应于图7的11至13各线。前面已经谈过，计数器210的最低有效位(LSB)用以启动DTMF发射机205，使得电话号码的各数字和地址只传送200毫秒之久。当DTMF发射机205发送地址音时，静噪信号传送到电话收发器203，该收发器大体上抑制延迟电路216和音检测电路204所收到的各音。由于地址数据传送得如此之快且各音受抑制，以致延迟电路的输出不能响应，输出仍然低，如图7线1的序列E所示。远地公用设备探测器的地址一经传送到中心站，远地公用事业设备探测器就等待着对所传送数据的确认。这对应于图7的序列F。地址传送出去之后，延迟门216保持低电平，如图7的线1所示。这时，远地公用事业设备探测器电路等待着中心站的确认音。确认音如图7序列G所示，从而延迟门216接收该确认音，如图7的线1所示，这使得音检测电路的输出起作用，如图7的线2所示。音检测电路204促使状态机207启动振荡器208，如图7的线3所示。振荡器一经启动，计数器210继续计数，直到计数器210的最高有效位(MSB)和译码器209的输入端A起作用为止，分别如图7的线14和15所示。当该两线起作用时，“与”门215给长时限计数器101发送一个复位信号，并通知它，数据已被确认。复位信号如图7的线16所示。这就完成了对应正常回音和从远地公用事业设备探测器接收数据的操作周期。长时限计数器在接收复位信号之后的另一个二十天内或在已设定的时间内不会再拨中心站的号码。若没有收到确认音，长时限定时器就不会被复位，于是系统就会在更短的时间(30分钟)内再拨号。
图8是表示图4中所示的本发明第二个最佳实施例的各事件序列的时间图。图4的工作情况与图1中设备的工作情况极其类似，只是在电话线路上除传输三个地址音之外，还传输六个数据音。图8的序列A对应于电路处于供电量减少(power down)、线路连接继电器201没有将电话收发器203接到电话线路上的正常空闲状态。在该情况下，除定时器和计数器401外，其它电路的电源都被切断。当定时器401计出所选定的打电话给中心站的时间时，它给线路连接继电器201发送信号以启动该电路。这对应于图8序列B的开始部分。当电话收发机203通过线路连接继电器201接到电话线路上时，一般可听到拨号音。若没有收到拨号音，状态机207的暂停工作性能就会使得状态机指示定时器401在三十分钟内再拨号。在这种情况下，定时器会使线路连接继电器201的启动线下降，并使电路回到空闲状态。当收到拨号音时，信号就传到延迟电路216并一直传送到音检测电路204上。延迟电路216的输出如图8的线1所示。从序列B中可以看到，拨号音使得延迟电路提高输出线，这使得音检测电路204的输出提高其输出线，如图8的线2在B序列期间所示。经过适当的延时之后，在响应有效音时，音检测电路204的音检测信号会提高振荡器的启动信号，如图8线3序列B的末端所示。当振荡器启动信号起作用时，振荡器208开始振荡，使计数器210计数。计数器210依次使得4至16线译码器209的输出依次起作用。译码器的各输出1～16如图8的线4～19所示。图8的序列C对应于中心站电话号码的传送。译码器409的各输出引线1至8依次变低，使得DTMF发射机发送各开关212所设定的各编码数字。当译码器409的引线8输出降低(如线11序列D的起始部分所示)时，状态机降低振荡启动信号，以停止计数器210的计数。在图8的序列D期间，电路等待着本地站的振铃信号和回音。图8序列D的末端对应于电话有回音和回铃信号停止的情况。当延迟电路216的输出衰减到适当的电平时，音检测电路204降低其输出信号，如线2序列D的末端部分所示。音检测输出的下降使得状态机207再次启动振荡器208，如图8线3序列E的开始部分所示。这段时间对应于远地公用事业设备探测器连接正确和中心站已准备好可以从远地公用事业设备探测器接收地址和数据信息的情况。图8的序列E对应于传输远地公用事业设备探测器地址和数据的情况。由于振荡器208被启动，计数器210继续计数，使得译码器409的各输出依次起作用。计数器210的最低有效位是用以当在其输入端各相应的各数字可以传输到电话线路上时交替启动和停用DTMF拨号器205。静噪信号从DTMF发射机205输入到电话收发机203，这使得为延迟电路216和音检测电路204所接收的传送音受抑制。地址和数据的快速传送并不影响音检测电路，因而其输出仍然低，如图8线2上序列E所示。
当计数器210的最高有效位起作用时，计数器210给状态机207发送一个信号，再次使振荡器停下来。这对应于图8中序列F的开始部分，这时振荡器启动信号在线3下降。在这段时间内，远地公用事业设备探测器等待着中心站的确认信号。若没有收到确认信号，状态机207的暂停工作机构会给定时器401发出一个信号以便在三十分钟内再拨号。图8的序列G对应于从中心站收到确认音的情况。此确认音会使音检测电路205使其输出线发生作用，如图8线2所示。这会促使状态机207再次使图8线3所示的振荡器启动信号起作用。当振荡器208再次开始振荡时，计数器210计数，直到409的最高有效位和D输入端都同时起作用为止。发生这个情况时，去定时器401的复位信号起作用，如图8的线20所示。定时器401上的复位信号表示中心站已正确确认数据，且无需在下一个二十天内进行下一个数据的传送。
图9介绍无需外部电源的公用事业设备探测器的另一种用途。在此实施例中，远地公用事业设备探测器也是用呈天线形式的长线路供电，该长线路与电话线路容性耦合，以提取供电网络周围的感性耦合交流电。这个引自电力网的电用以驱动CMOS线路，以维持公用事业设备会计系统的永恒式计数器的工作。图9是用以远地记录和传输数据的公用事业设备探测器。图1和图4的拨号器部分用插头接口代替，该插头接头可设在远地，例如设在用户住家外头。然后这种插头接口通过人工接到可用以显示或存储公用事业设备使用情况数据的轻便式读出装置上。本实施例的目的和优点在于，无需电话线将数据传输到中心站。公用事业设备各计量仪表仍然可从用户住家外头读取，各内部公用事业设备计量仪表也仍然采用机械式测量装置对公用事业设备的使用情况数据作永久性的记录。
图9可分为两部分。左边部分是所装设的公用事业设备探测器，用以记录公用事业设备各使用情况数据，它由诸如电话线路等之类的长线供电。电路的右边部分是外部便携式读出装置，这种外部读出装置可用人工接到带电缆的接口，用以记录和存储有关公用事业设备的使用情况数据和公共事业设备计量仪表的地址。供电给CMOS线路的低电量电源，其实施方案与图2和图5的类似。图中可以看到天线901的线路符号，这个天线也可以是电话线路或其它任何一种从地方电力网收集感性耦合交流电的长线路。感性耦合的实施方式是仅仅把设备安置在交流电网附近。熟悉本专业的人士不难理解，由于交流电力网分布甚广，因而象遍布美国全国的交流电力网，在漫长的输电距离和地平面上感应耦合有交流电。二极管电桥904容性耦合在天线901与地参考点之间。电容器902、903的电容值最好分别为0.1微法。只有象电话电路那样还有其它功能的线路才需要进行容性耦合。长导线或天线可用以收集交流电，它可直接耦合到二极管电桥904上。二极管电桥904用以将感应耦合到的交流电整流成直流电然后储存在滤波电容器906中。齐纳二极管905用作过电压保护和调节所储存的电力的电压电平。齐纳二极管905的值最好为5伏，并用此值来调节加到CMOS计数器芯片907、908的电压。
在此最佳实施例中，计数器芯片907、908是级联的CMOS 4040 12位计数器芯片。计数器芯片908的最高有效位用以驱动计数器芯片907的时钟输入，从而成为一个24位计数器。熟悉本专业的人士不难理解，这里可以采用更多或更少的计数器芯片，或不同结构的计数器芯片，而不致超出本发明范围或精神实质。舌簧接点开关909用以检测公用事业设备的使用情况和驱动计数器908的时钟输入。使永久磁铁经过舌簧附近来使舌簧开关打开和关闭。在本最佳实施例中，永久磁铁是装在公用事业设备测量轮上，使得当测量轮转动时，舌簧接点开关打开和闭合，从而将公共事业设备的使用情况计入计数器907、908中。计数器908和907的输出送到电缆接口918，最后由便携式读出装置读出。跨接插头910用以设定本地公用事业设备探测器的地址。该跨接插头可采用双列直插式组件开关、分立开关、可编程逻辑阵列、可编程只读存储器或其它这类信息存储装置。跨接插头910的地址也被送到电缆接口918，以便由便携式读出装置最终读出和显示。
便携式读出装置结构的复杂程度可以是各种各样的。在图9所示的实施例中，便携式读出装置只是一个自供电式的显示装置，用以远距离显示计数器芯片中的值。显示值然后由值班人员读出并人工记录。便携式装置另一种实施方案还可以采用微处理机，用以存储、显示和分析公用事业设备在现场的使用情况。便携式读出装置从公用事业设备探测器接收五伏电压和地电压，但不用此电压来给读出装置供电。这些参考电压点只用以确定连接器918各输出线上的电压偏置。触发器911、912用以锁存和存储存在于带电缆接口918上的各个值。在图9所示的实施例中，触发器911的实施方案采用并行分组的触发器，该触发器可用以显示装置的地址。熟悉本专业的人士不难理解，可采用更多或更少的地址位来增加减少公用事业设备探测器的地址数。公用事业设备使用情况显示器914接到触发器912上。触发器912用以锁存和显示计数器芯片907、908中的各值。公用事业设备值班人员读出和记录公共事业设备使用情况数据之后用复位按钮915将各计数器芯片复位。
熟悉本专业的人士不难理解，本发明可装到电话线路上，还可从中心站打电话通知它接收存储在公共事业设备使用情况数据寄存器中的信息。本设备的主要特点在于，它不受交流供电或电话线路供电中断的影响，且在该情况下不会失去其计数值。中心站的拨号机构会定期打电话给实施本发明的远距离探测器来接收有关状态和公用事业设备的使用情况数据。
虽然本说明书列举和介绍了远地公用事业设备探测器实施方案的具体逻辑方面和电气方面的配置方式，熟悉本专业的人士不难理解，任何一般的逻辑或电气装置，只要是为实现本发明的目的而设计的，都可用以代替上述列举的具体配置方式。因此，虽然通常易于搞到的大规模集成电路和中规模集成电路，由于它们易于物色到而通常更乐意使用它们，但这里介绍的逻辑电路还可以采用普通的元件或将它们在更大程度或更小程度上和数量更少的超大规模集成电路结合起来。此外，熟悉本专业的人士不难理解，虽然这里采用了正逻辑的发明，但作为另外一个选择方案，也可采用普通的负逻辑，在该逻辑中，“1”电平对应于比“0”电平更低电压。又，虽然这里为了介绍本发明的最佳实施例而提出了操作本设备所需的具体逻辑元件和有关情况，但只要不脱离本发明所公开的基本思想，也可采用与上述类似的辅助逻辑配置方式，例如，用“或非”型逻辑代替”与非”型逻辑等。
虽然本发明是联系其最佳实施例进行介绍的，不言而喻，熟悉本专业的人士都不难理解，对本发明是可以进行多种修改的，而本申请书也包括本发明的任何应用和对本发明的任何修改。因此，在此声明，本发明仅受本发明的各项权利要求
及其等效文件的限制。
权利要求
1.一种用以接到普通电路线路的探测设备，其特征在于，该设备包括数码发送装置，用以传送编码数；电话线连接装置，用以将所述数码发送装置联接到普通电话线上，从而使被传送的编码数可在整个电话线上传播；与所述数码发送装置相连的序列发生装置，用以依次使预定系列的编码数传送到所述电话连接装置上，所述预定系列的编码数包括一个中心站的电话号码，还包括一唯一地址；容性地耦合到所述电话线上的低功率电源装置，用以从电话线路上引出感性耦合的交流线路电能，还可用以调节所述被引出的电能；永久式定时装置，由所述低功率电源装置供电，用以定期地使所述序列发生装置将所述序列数码传送到所述中心站。
2.根据权利要求
1的设备，其特征在于，所述编码数包括标准双音多频(DTMF)代码。
3.根据权利要求
1的设备，其特征在于，所述编码电话号码包括标准拨号脉冲电话代码。
4.一种远距离探测设备，用以定期在普通电话线路上向中心站汇报，其特征在于，该设备包括电气连接到电话线路上的电话收发装置，用以发送和接收信息;连接到所述电话收发装置上的自动拨号装置，用以发送对应于中心站的电话号码;连接到所述拨号装置上的定时装置，用以定期地使所述拨号装置传输所述对应于中心站的电话号码;和容性地连接到电话线路上的低功率电源装置，用以从长导线线路上引出感性耦合的交流电能并供电给所述定时装置。
5.一种连接到普通电话线上的远距离探测设备，其特征在于，该设备包括电气地连接到电话线路上的电话线路连接装置，用以发送和接收信息;DTMF音发信装置，该装置电气地连接到所述电路线路连接装置上，用以发送普通DTMF音;音序列发生装置，电气地连接到所述DTMF音发信装置上，并可在第一方式下工作，用以使所述DTMF音发信装置发送对应于中心接收站的电话号码，所述音序列发生装置可在第二方式下工作，用以使所述DTMF音发信装置发送一序列对应于某一地址的各音;长时限定时装置，用以定期地使所述音序列发生装置在第一方式下工作，在第一方式下，所述电话号码由所述DTMF音发信装置通过所述电话线路传输，所述长时限定时装置还可使所述音序列发生装置在第二方式下工作，在第二方式下，所述地址由所述DTMF音发信装置传输到电话线路上;和低电能储存装置，该装置电气地连接在所述电话线路和所述长时限定时装置之间，可用以从所述电话线路上引出感性耦合的交流电给所述长时限定时装置供电。
6.根据权利要求
5的设备，其特征在于，所述音序列发生装置还包括第三方式，用以发送对应于监控中设备的状态的一序列数码。
7.根据权利要求
5的设备，其特征在于，该设备还包括一个探测装置，该装置电气地连接到所述音序列发生装置，用以使所述音序列发生装置在第三方式下工作，所述第三方式对应于传送所述地址的反相的值。
8.一种用于监控公用事业计量仪表并在电话线路上传输该计量仪表状态用的设备，其特征在于，该设备包括电话线路连接装置，该装置电气地连接到所述电话线路上;DTMF发信装置，该装置电气地连接到所述电话线路连接装置上，用以传输标准电路DTMF音;序列发生装置，该装置电气地连接到所述DTMF音发信装置，用以促使传送一序列音，所述序列音包括对应于中心站电话号码的第一系列，所述序列音还包括对应于公用事业设备一个地址的第二系列，所述序列音还包括对应于公用事业设备计量仪表状态的第三系列;定时装置，该装置电气地连接到所述序列发生装置，用以使远距离探测设备定期打电话给中央报导站，并传输公共事业设备的情况;和低功率电源装置，该装置电气地连接到所述计时装置上，还容性连接到电话线路上，用以从电话线路上引出感应耦合交流电给所述定时装置供电。
9.根据权利要求
8的设备，其特征在于，该设备还包括计数装置，该计数装置电气地连接到所述序列发生装置上，用以计算公用事业设备计量仪表的使用情况，并还可以给所述序列发生器提供对应于所述公用事业设备计量仪表的使用情况的所述第三系列。
10.根据权利要求
8的设备，其特征在于，该设备还包括一个中等功率电源装置，该电源装置电气地连接到所述电话线路上，用以从电话线上直接获取电流，和用以给所述电话线路的传输装置、DTMF发信装置和序列发生装置供电。
11.一种远距离公用事业设备用的探测设备，用以监控公共事业设备计量仪表并向便携式外围设备报道公用事业设备使用情况，其特征在于，该探测设备包括探测装置，该装置连接到公用事业设备计量仪表上，用以在响应该公用事业设备使用情况时产生数字脉冲;计数装置，该装置连接到所述探测装置上，用以对所述数字脉冲计数并存储所述数字脉冲;连接到所述计数装置上的接口装置，用以将存储在所述计数装置中的各值传输到所述便携式外围设备中;和耦合到一个长导线上的电源装置，用以引出感性耦合交流线路的电能，而且还可用以整流和滤波所述电能，以供电给所述远地公用事业设备的探测设备。
12.根据权利要求
11的设备，其特征在于，所述长导线是一个电话线路。
13.根据权利要求
11的设备，其特征在于，所述计数装置采用CMOS线路作为实施方案。
14.根据权利要求
11的设备，其特征在于，该设备还包括编址装置，该编址装置接到所述接口装置上，用以给便携式外围设备提供一唯一地址。
15.根据权利要求
11的设备，其特征在于，所述接口装置采用从所述计数装置到所述轻便式外围设备的并行数据传输作为实施方案。
16.根据权利要求
11的设备，其特征在于，所述接口装置采用从所述计数装置到轻便式处围设备的串行数据传输作为实施方案。
17.获取感性耦合交流电的装置，其特征在于，该装置包括长导线线路，该长导线线路选自由以下各部分组成的组一个电话线路(至少具有一个塞尖和一个塞环连接器)，一个对讲电话通信导线和一个天线;耦合装置，该装置连接到所述长线，用以使交流电可通过其中，并用以堵住直流电;电气地连接到所述耦合装置上的整流器，用以将交流电压转换成直流电压;和电气地连接到所述整流装置上的调节装置，用以将所述脉动的直流电压转换成调节好的直流电压。
18.根据权利要求
17的装置，其特征在于，所述耦合装置包括一个电气地连接到所述长线路的电容器。
19.根据权利要求
17的装置，其特征在于，所述调节装置包括一个齐纳二极管和一个电容器，用以限制和调节所述脉动的直流电压，从而产生所述调节过的直流电压。
20.根据权利要求
18的设备，其特征在于，所述耦合装置是容性耦合在其中一个所述电话线路导线之间，并还与地容性耦合。
21.根据权利要求
18的设备，其特征在于，所述耦合装置容性耦合在所述普通电话线路的塞尖和塞环导线之间。
22.一种获取低功率电能的方法，其特征在于该方法包括下列各步骤选择一个长导线，使得感性耦合交流电压可从该长导线上获取;耦合到所述长导线，从而除去直流分量;整流所述感应耦合的交流电压，以获得脉动直流电压;和调节所述脉动直流电压，以获取调节过的直流电压。
专利摘要
无需外电源远距离探测器是通过容性隔离一长时限永久式定时器加以实现的，其供电方式是从电话线路或其它长线路引来感性耦合交流电。第一实例是一远地公用事业设备探测器，用以定期通过电话线路打电话和传输数据给中心站，第二实施例是用以定期通过电话线路报道诸如煤气表、水表、电表和硬水软化器等普通公用事业设备的使用情况。第三实施例是一连续记录公用事业设备的使用情况并能通过远地带电缆的接口用轻便式记录设备读出的远地公用事业设备探测器。
文档编号H04Q1/30GK87104107SQ87104107
公开日1988年2月24日 申请日期1987年5月12日
发明者理查德·W·布朗 申请人:阿奎特罗尔公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan