具有太阳能供电的实时时钟的公用事业计量表的制作方法

1.本文描述的各种实现方式涉及公用事业计量表，并且更特别地，涉及具有太阳能供电的实时时钟的公用事业计量表。


背景技术：

2.公用事业计量表测量相关联房屋上的资源消耗。为了维持其内部操作，公用事业计量表利用提供给公用事业计量表的交流（ac）电力。在公用事业计量表处的ac断电期间，仍需要执行公用事业计量表的一些关键操作。例如，公用事业计量表运行低功率实时时钟（rtc），其为ac断电期间发生的事件提供时间戳。例如，这样的事件包括篡改企图和服务标志，公用事业计量表将其中的每一个与基于来自rtc的输出的时间戳相关联。
3.典型地，当在内部电源处接收的ac线电压足够时，rtc通过由该电源提供的直流（dc）电力的方式来供电。当该ac线电压至少满足阈值时，电源是活动的并且给rtc供电，并且附加地对超级电容器充电以供在潜在的ac断电期间使用。当发生ac断电时（即，当ac线电压落到阈值以下时），电源变得非活动，并且超级电容器仅给rtc供电，直到超级电容器本身不再具有足够的存储能量来这样做。在一些情况下，超级电容器可以存储足够的能量，以在ac断电期间给rtc供电二十四小时。在一些情况下，超级电容器还为诸如盖体移除传感器或振动传感器之类的防篡改传感器提供电力。在此情况下，超级电容器变得甚至更快地耗尽其能量，此后rtc和防篡改传感器停止可操作。


技术实现要素：

4.在一个实现方式中，一种公用事业计量表包括实时时钟（rtc）、超级电容器、电源和光电二极管组。rtc保持时间被用于适用于在公用事业计量表的交流（ac）断电期间发生的事件的时间戳，并且超级电容器给rtc供电。该电源响应于ac线电压满足阈值而在活动模式下操作，并且当在活动模式下时，对超级电容器充电以给rtc供电。光电二极管组从环境光吸收能量，并对超级电容器充电来给rtc供电。因此，超级电容器被配置为基于电源并且基于光电二极管组来充电。
5.另一实现方式是一种用于为公用事业计量表的rtc供电的方法。该方法包括由公用事业计量表运行rtc，该rtc被配置为保持时间被用于适用于在公用事业计量表的ac断电期间发生的事件的时间戳。该方法进一步包括当公用事业计量表的电源由于接收到足够的ac线电压而活动时，由该电源对被配置为给rtc供电的超级电容器充电。该方法进一步包括由超级电容器基于电源提供的能量给rtc供电。该方法进一步包括由光电二极管组基于从环境光吸收的能量对超级电容器充电。附加地，该方法包括当电源非活动时，由超级电容器基于光电二极管提供的能量给rtc供电。
6.在又一实现方式中，一种方法包括在设备中安装rtc，该rtc被配置为保持时间被用于适用于在设备的ac断电期间发生的事件的时间戳。该方法进一步包括在设备中安装超级电容器，该超级电容器被配置为给rtc供电。该方法进一步包括在设备中安装电源，该电
源被配置为响应于ac线电压满足阈值而在活动模式下操作，并且进一步被配置为在活动模式下对超级电容器充电以给rtc供电。附加地，该方法包括在设备中安装光电二极管组，该光电二极管组被配置为从环境光吸收能量，并且被配置为对超级电容器充电以给rtc供电。超级电容器被配置为基于电源并且基于光电二极管组来充电，并且该设备可用作公用事业计量表。
7.提及这些说明性的方面和特征不是为了限制或定义当前描述的主题，而是为了提供示例来帮助理解本技术中描述的概念。在审阅了整个申请之后，当前描述的主题的其他方面、优点和特征将变得清楚。
附图说明
8.当参考附图阅读下面的具体实施方式时，本公开的这些和其他特征、方面和优点被更好理解。
9.图1是根据本文描述的一些实现方式的公用事业计量表的各种子系统的图。
10.图2是根据本文描述的一些实现方式的公用事业计量表的太阳能充电器的图。
11.图3是根据本文描述的一些实现方式的如连接到超级电容器充电器的太阳能充电器的图，该超级电容器充电器被配置为对超级电容器充电。
12.图4图示了根据本文描述的一些实现方式的公用事业计量表的印刷电路板。
13.图5图示了根据本文描述的一些实现方式的公用事业计量表的盖体。
14.图6是根据本文描述的一些实现方式的在公用事业计量表中执行的使用太阳能充电的超级电容器为实时时钟供电的方法的流程图。
15.图7是根据本文描述的一些实现方式的生产公用事业计量表的方法的流程图，该公用事业计量表并入太阳能充电器来对超级电容器充电。
16.图8是根据本文描述的一些实现方式的可以并入太阳能充电器来对超级电容器充电的公用事业计量表的图。
具体实施方式
17.尽管存在一些技术来延长实时时钟（rtc）在交流（ac）断电期间可以操作的时间，但是这些技术伴有明显的缺点。例如，为了在ac断电期间延长rtc的操作，除了超级电容器之外，公用事业计量表可能还包括锂电池。在该情况下，锂电池或连接到超级电容器的输出，从而使得超级电容器和锂电池两者均能够用作到rtc的直流（dc）电力。然而，锂电池相对昂贵，并且因此，在公用事业计量表中包括锂电池增加了制造计量表的成本。附加地，锂电池需要定期维修，或者在几年后更换。这导致维护公用事业计量表的附加成本。另一种选项将是，代替于包括锂电池或者除了包括锂电池之外，增加超级电容器的大小（即电容）。然而，由于对于公用事业计量表的印刷电路板（pcb）的空间限制，该选项有时是不可能的。
18.本文描述的一些实现方式延长了超级电容器的操作，以使得超级电容器能够在延长的时间段内（例如，几天或无限期）给rtc供电。具体地，一些实现方式并入微功率太阳能充电器，用于以成本有效的方式对超级电容器充电。在环境光中，微功率太阳能充电器吸收能量，从而使得微功率太阳能充电器能够为超级电容器充电，以使得超级电容器能够继续给rtc供电。通过并入微功率太阳能充电器——本文也称为太阳能充电器，公用事业计量表
可以不包括用于给rtc供电的锂电池。在一些实现方式中，当环境光可用时，太阳能充电器吸收能量以对超级电容器充电，同时超级电容器给rtc供电；当环境光不可用时，超级电容器利用其存储的电荷继续给rtc供电。附加地或替代地，超级电容器可以在延长的时段内给一个或多个传感器（诸如防篡改传感器）供电，连同一起给rtc供电。
19.图1是根据本文描述的一些实现方式的公用事业计量表100（也称为计量表100）的各种子系统的图。图1中所示的示例公用事业计量表100是电计量表；然而，将理解的是，本文描述的实现方式不限于电计量表，并且可以是利用ac电力的另一种类型的计量表。一般地，公用事业计量表100测量与房屋相关联的资源（诸如，电）的消耗。
20.如图1中所示，公用事业计量表100包括一起操作以形成公用事业计量表100的各种子系统。例如，公用事业计量表100可以包括所示的以下子系统中的一个或多个：计量引擎110、主机120、接口130、过零单元140、传感器170和电源150。每个子系统可以充当功能块；将理解的是，将操作划分为子系统仅仅是为了说明的目的，并且各种子系统或子系统的组件可以以除了图1中所示或本文所述的方式之外的方式进行组合或划分。公用事业计量表100的每个子系统可以实现为硬件、软件或两者的组合。例如，每个子系统可以实现为集成电路、软件功能或硬件和软件的某种组合。
21.在一些实现方式中，计量引擎110测量资源的消耗，并生成指示该消耗的消耗数据。例如，在诸如图1中所示的电计量表的情况下，计量引擎110处理来自ac线电压和来自电流传感器的样本，并且从而计算有功能量、无功能量、断电和其他相关的ac服务信息。在一些实现方式中，计量引擎110被实现为集成电路。
22.在一些实现方式中，主机120处理从计量引擎110接收的数据（诸如消耗数据），并且诸如通过接口130与自动计量表读取（amr）设备和其他外围设备对接。主机120可以与闪速存储器通信，该闪速存储器充当用于公用事业计量表100的非易失性大容量存储器。附加地或替代地，主机120可以与通用用户接口（gui）通信，该通用用户接口充当用户接口以使得用户（例如，技术人员）能够与公用事业计量表100通信。在一些实现方式中，主机120包括rtc 160，rtc 160保持主机120或其他子系统用来将时间戳应用于事件的时间。主机120可以被实现为微控制器。然而，在一些实现方式中，主机120和计量引擎110两者均被实现为公共集成电路；例如，这可能是住宅使用的公用事业计量表100的情况。
23.在一些实现方式中，接口130提供一个或多个外围设备所需的逻辑和缓冲。这样的外围设备可以包括例如amr、无线电装置、无线保真（wifi）卡、蓝牙卡、以太网卡或隔离负载控制系统。换句话说，接口130促进主机120和一个或多个外围设备之间的通信。
24.附加地或替代地，在一些实现方式中，过零单元140提供ac线检测。在一个实现方式中，在公用事业计量表100处接收的交流电包括单相，并且在该情况下，过零单元140可以包括单个过零电路来检测交流电的存在。在另一实现方式中，接收的交流电包括多相（例如，三相），并且在该情况下，过零单元140可以包括用于每相的相应过零电路，使得每个过零电路检测与其相应相对应的交流电。在示例实现方式中，过零单元140与计量引擎110集成，而不是被实现为一个不同的电路或多个不同的电路。
25.电源150可以接收ac线电压，并且进而可以向公用事业计量表100的各种组件提供dc电力。在一些实现方式中，在给定时间，电源150或者处于活动模式（即，是活动的）或者处于非活动模式（即，是非活动的）。具体地，例如，当ac线电压满足（即，等于或超过）阈值时，
电源150是活动的，并且因此足以使得电源150能够生成公用事业计量表100的各种子系统和其他组件所需的dc电压。如图1中所示，例如，电源150向其他子系统提供电压，包括计量引擎110、主机120、接口130和过零单元140。电源150还可以提供电压来给超级电容器155充电并给rtc 160供电。附加地或替代地，电源150提供电压以给一个或多个传感器170供电，传感器170可以是低功率防篡改传感器，诸如盖体移除传感器172和振动传感器174。
26.在一些实现方式中，在ac断电的情况下，超级电容器155向主机120中的rtc 160提供dc电压（例如，3.3伏），并且还可以向传感器170提供dc电压。然而，在一些实现方式中，为了确保超级电容器155能够在延长的时段内给rtc 160供电，超级电容器155可以在ac断电期间给rtc 160而不是给传感器170供电，从而允许传感器掉电。尽管本公开反复提到超级电容器155在ac断电期间给rtc 160供电，但是将理解的是，超级电容器155也可以在断电期间给传感器170供电。换句话说，当电源150非活动时，超级电容器接管给rtc 160供电的角色，并且在一些实现方式中，还给传感器170供电。
27.附加地，如图1中所示，太阳能充电器190连接到超级电容器155，使得从太阳能充电器190输出的dc电压输入到超级电容器155中，从而给超级电容器155充电，并且当电源150非活动时，使得超级电容器155能够给rtc 160或传感器170或两者供电。具体地，在一些实现方式中，当电源150活动时，线性调节器从电源150接收dc电压（例如，12伏dc），并生成适当的电压来对超级电容器155充电并给rtc 160和传感器170供电。来自太阳能充电器190的输出可以与线性调节器的输出或连接，其中来自或连接的输出被输入到超级电容器155中，从而使得超级电容器155能够基于电源150或基于太阳能充电器190充电。
28.在没有并入这样的太阳能充电器190的现有公用事业计量表中，来自锂电池的输出或连接到线性调节器的输出，以对超级电容器155充电。然而，如上所讨论的，该方法需要定期维修和更换锂电池。然而，根据本文描述的一些实现方式，使用太阳能充电器190来代替锂电池。太阳能充电器190可以具有更长的寿命，可以需要更少的服务，并且可以使得超级电容器155能够在ac断电期间在比锂电池所能够的更长的时间段内给诸如rtc 160或传感器170之类的设备供电。
29.图2是根据本文描述的一些实现方式的可用于公用事业计量表100中的太阳能充电器190的示例的图。在一些实现方式中，太阳能充电器190被实现为集成电路，但是将理解的是，其他实现方式在本公开的范围内。如所示出的，太阳能充电器190可以包括肖特基二极管210以及一个或多个光电二极管220。在一些实现方式中，肖特基二极管210具有低泄漏和低正向电压（即，低电压降）；然而，肖特基二极管210可以用具有低泄漏和低正向电压的另一个二极管代替。太阳能充电器190可以包括多个光电二极管220，光电二极管220可以串联连接，使得光电二极管220是相加的。在一些实现方式中，光电二极管220在其太阳能电池模式下操作。具体地，光电二极管220在存在环境光时吸收能量，并使用该能量来输出电压以对超级电容器155充电。
30.如图2中所示，太阳能充电器190的示例包括串联连接到肖特基二极管210的七个光电二极管220，肖特基二极管210连接到超级电容器充电器以对超级电容器155充电。在该示例中，每个光电二极管220生成400毫伏，并且因此，七个光电二极管220一起生成2.8伏，这适于对超级电容器155充电。肖特基二极管210可以以可接受的泄漏电流水平（例如，小于1 μa dc）仅提供小的电压降（例如，0.21伏dc的正向电压）。在一些实现方式中，需要低泄漏
电流，使得太阳能充电器190不会从超级电容器155汲取电荷。可以添加一个或多个附加的光电二极管220，以基于所使用的超级电容器155的要求增加太阳能充电器190对超级电容器155的电压输出，或者以便更快地对超级电容器155充电。
31.在ac断电期间，在没有环境光的情况下（例如，在夜间），超级电容器155基于其存储的电荷给rtc 160供电，该存储的电荷是在较早的环境光期间从电源150或从光电二极管220获得的。在一些实现方式中，超级电容器155的尺寸被设定为能够维持被供电设备（例如，rtc 160和传感器170）操作二十四小时。在ac断电期间，超级电容器155在环境光中经由太阳能充电器190再充电，同时也给rtc 160供电。当环境光不可用时，超级电容器155然后可以给rtc供电，直到环境光再次可用。因此，光电二极管220和超级电容器155可以形成循环，其中，在环境光（例如，白天）期间，超级电容器155基于光电二极管220被充电并给rtc 160供电，并且在黑暗期间，超级电容器155使用其存储的能量给rtc 160供电。在一些实现方式中，在延长的ac断电期间，该循环可以无限期地继续。例如，当由超级电容器155供电时，rtc 160或传感器170或两者可以继续操作几天、几周或几个月。
32.将理解的是，当公用事业计量表100被放置在使得公用事业计量表100得以利用环境光的位置中时，各种实现方式如本文所描述那样进行操作。例如，如果公用事业计量表安装在无光、无窗的地下室中，则光电二极管220不能吸收能量以向超级电容器155输出电压。然而，如果环境光是可用的，则超级电容器155可以在延长的时段内继续给rtc或传感器170供电。
33.图3是根据本文描述的一些实现方式的如连接到超级电容器充电器310的太阳能充电器190的示例的图，超级电容器充电器310可以被实现为超级电容器充电电路。超级电容器充电器310可以是例如电源150的一部分，并且可以对超级电容器155充电并给rtc 160和传感器170供电。超级电容器充电器310包括线性调节器320，如上所讨论的，线性调节器320在电源150活动时从电源150接收dc电力，并生成适当的电压来对超级电容器155充电并给rtc 160和传感器170供电。具体地，例如，线性调节器320具有连接到电源150的输入和连接到超级电容器充电器310、rtc 160和传感器170的输出。在图3中，从电源150到线性调节器310的电压被标记为v12，并且从线性调节器310到rtc 160和传感器170的电压被标记为vbb。
34.如图3中所示，来自太阳能充电器190的输出可以连接（例如，或连接）到来自线性调节器320的输出，以对超级电容器155充电。因此，当电源150由于ac线电压足够而活动时，超级电容器155通过线性调节器310的方式从电源150接收电压，并且当环境光到达太阳能充电器190时，超级电容器155从太阳能充电器190接收电压。
35.图4图示了根据本文描述的一些实现方式的公用事业计量表100的印刷电路板400。在一些实现方式中，公用事业计量表100的各种子系统驻留在pcb 400上，pcb 400按照公用事业计量表100的操作所需要的那样电连接各种子系统。如图4中所示，太阳能充电器190可以安装在pcb 400面向公用事业计量表100的盖体或外壳的一侧。例如，这可以是pcb 400的焊接侧，并且具体地是充当计量引擎110的计量电子组装件的焊接侧。
36.图5图示了根据本文描述的一些实现方式的公用事业计量表100的盖体500或外壳。盖体500可以容纳pcb 400的至少一部分，并因此覆盖pcb 400的至少一部分。例如，盖体500可以为公用事业计量表100的电子器件提供保护层。在一些实现方式中，如图5中所示，
盖体500限定了开口510，该开口510准许环境光穿过盖体500，并且从而激发太阳能充电器190的光电二极管220。此外，在一些实现方式中，透镜520填充盖体500的开口。可以是透明的透镜520具有适于将环境光聚焦在光电二极管220上的曲率。例如，当没有透镜520位于开口510中时，光电二极管220可以具有300毫伏的输出，但是在透镜520聚焦环境光的情况下，光电二极管220可以具有500毫伏的输出。本领域技术人员将理解如何计算透镜520的适当曲率。这样的透镜520可以通过使得增加的光量能够到达光电二极管220来改进光电二极管220在对超级电容器155充电时的效率。
37.图6是根据本文描述的一些实现方式的在公用事业计量表100中执行的给rtc 160供电的方法600的流程图。尽管该方法600具体指代给rtc 160供电，但是将理解的是，附加于或替代于rtc 160，可以使用相同或类似的方法来给一个或多个传感器170供电。附加地将理解的是，该方法600仅是为了说明的目的而提供的，并且此外，各种活动不需要按所描述的顺序来执行。例如，下面描述的作为该方法600的一部分的各种活动可以在公用事业计量表100正在运行时同时发生。
38.在块605处，公用事业计量表100正在运行，并且公用事业计量表的电源150是活动的。因此，电源150输送dc电压以给公用事业计量表100的各种子系统供电。在块610处，由于是活动的，电源150通过线性调节器320的方式对超级电容器155充电并给rtc 160供电。尽管在图6中未示出，但是当电源150活动时，太阳能充电器190仍然可以有助于对超级电容器155充电。在块615处，ac线电压下降到阈值以下，并且电源150变得非活动。
39.在块620处，超级电容器155开始从超级电容器155中存储的电容给rtc 160供电。在块625处，当环境光到达太阳能充电器190时，光电二极管220激发，从而使得太阳能充电器190对超级电容器155充电，超级电容器155继续给rtc 160供电。在块630处，当环境光不再存在时，超级电容器155继续从超级电容器155中存储的电容给rtc 160供电。如图6中所示，块625和630在延长的时间段内（诸如，只要电源150非活动的期限内）在循环中重复。
40.在块635处，ac线电压至少增加到阈值，从而使得电源150再次变为活动的。因此，在块640处，电源150返回到通过线性调节器320的方式对超级电容器155充电并给rtc 160供电。
41.图7是根据本文描述的一些实现方式的生产（例如，制造）公用事业计量表100的方法700的流程图，该公用事业计量表100并入太阳能充电器190以对超级电容器155充电。该方法700或类似方法可以由一个或多个人、由一个或多个机器或者由人和机器的组合来执行。将理解的是，提供该方法700仅仅是为了说明的目的，该方法700的各种活动不限制可以被执行来生产公用事业计量表100的活动，并且各种活动不需要按所描述的顺序来执行。
42.如图7中所示，在块705处，方法700涉及在设备中安装rtc 160，该rtc 160被配置为保持时间被用于适用于在公用事业计量表100的ac断电期间发生的事件的时间戳。根据本公开，术语“安装”指代为使用而建立。其中安装了rtc 160的设备是或在其生产期间或之后将成为公用事业计量表100。例如，在该情况下，rtc 160的安装可以包括将rtc 160电连接到主机120或公用事业计量表100的各种其他组件。
43.在块710处，方法700涉及在设备中安装超级电容器155，该超级电容器155被配置为在ac断电期间给rtc 160供电。例如，超级电容器155的安装可以包括将超级电容器155的输入电连接到超级电容器充电器310，并且将超级电容器155的输出电连接到rtc 160。
44.在块715处，方法700涉及在设备中安装电源150，该电源150被配置为响应于ac线电压满足阈值而在活动模式下操作，并且进一步被配置为在活动模式下对超级电容器155充电以给rtc 160供电。例如，安装电源150可以包括将电源150的输出电连接到超级电容器155、rtc 160和公用事业计量表100的各种子系统。
45.在块720处，方法700涉及在设备中安装光电二极管220组，该光电二极管220组被配置为从环境光吸收能量并对超级电容器155充电以给rtc 160供电。例如，安装光电二极管220可以包括将一系列光电二极管220连接到肖特基二极管210，并将肖特基二极管210连接到超级电容器充电器310的输入。这样，在一些实现方式中，超级电容器155被配置为基于电源150并且还基于光电二极管220组而被充电。
46.图8是根据本文描述的一些实现方式的公用事业计量表100的图。例如，公用事业计量表100可以是电计量表或测量资源810的消耗的另一种类型的计量表。诸如所示的公用事业计量表100可以包括太阳能充电器190来对超级电容器155充电，超级电容器155给rtc 160或一个或多个传感器170供电，如本文所述。
47.如图8中所示，示例公用事业计量表100测量发生在房屋820上的资源810的消耗。为此，公用事业计量表100可以包括计量引擎110，计量引擎110检测指示资源810的使用的信号，并且基于该信号，确定房屋820上的资源810的使用。公用事业计量表100可以进一步包括处理单元830、易失性存储器840、非易失性存储装置850和诸如无线电装置860的通信设备。处理单元830、易失性存储器840、非易失性存储装置850和无线电装置860可以通过系统总线870的方式彼此通信并与计量引擎110通信。尽管处理单元830、易失性存储器840和非易失性存储装置850在本文中被示出和描述为不同的组件，但是将理解的是，该区别仅是为了说明的目的，并不限制本公开的范围。例如，处理单元830、易失性存储器840和非易失性存储装置850可以一起集成到单个芯片中、诸如充当上述主机120的全部或部分的微控制器中。
48.在一些实现方式中，公用事业计量表100的逻辑操作体现为存储在计算机可读介质（诸如公用事业计量表100的非易失性存储装置850或易失性存储器840）中的程序指令。在一些实现方式中，计算机可读介质是非暂时性计算机可读介质。处理单元830可以执行程序指令来实现如本文描述的操作。附加地或替代地，公用事业计量表100的某些操作（诸如由电源150或太阳能充电器190对超级电容器155的充电）可以被实现为硬件而不是计算机可读指令。
49.本文阐述了许多具体细节，以提供对所要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，所要求保护的主题可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，没有详细描述本领域普通技术人员将会已知的方法、装置或系统，以免模糊所要求保护的主题。
50.本文讨论的特征不限于任何特定的硬件架构或配置。计算设备可以包括提供以一个或多个输入为条件的结果的组件的任何合适的布置。合适的计算设备包括访问存储软件（即，存储在计算机系统的存储器上的计算机可读指令）的基于多用途微处理器的计算机系统，该存储软件将计算系统从通用计算装置编程或配置为实现本主题的一个或多个方面的专用计算装置。任何合适的编程、脚本或其他类型的语言或语言的组合可以用于在编程或配置计算设备时要使用的软件中实现本文包含的教导。
51.本文公开的方法的各方面可以在这样的计算设备的操作中执行。以上示例中呈现的块的顺序可以变化；例如，块可以被重新排序、组合和/或分成子块。某些块或过程可以并行执行。
52.本文对“适合于”或“配置为”的使用意味着开放和包含性的语言，其不排除适合于或被配置为执行附加任务或步骤的设备。附加地，对“基于”的使用意味着是开放的和包含性的，因为“基于”一个或多个引用的条件或值的过程、步骤、计算或其他动作实际上可以基于那些引用的条件或值之外的附加条件或值。本文包括的标题、列表和编号只是为了便于解释，并不意味着是限制性的。
53.虽然已经关于本主题的特定方面对其进行了详细描述，但是将领会的是，本领域技术人员在获得对前述内容的理解后，可以容易地产生对这样的方面的变更、其变型和等同物。因此，应当理解的是，本公开已经出于示例而非限制的目的被呈现，并且不排除包括如对于本领域普通技术人员来说将容易清楚的对本主题的这样的修改、变型和/或添加。