在数字网络和家用电子产品之间 提供接口的需给电表 发明背景1．发明领域
本发明涉及具有相关电子设备的需给电表，尤其涉及一种在数字服务网和用户家用电子产品之间提供计算机接口的需给电表。本发明还涉及远距离读表和远距离负载管理。2．相关技术
电力公司的客户一般在其配电的房屋和场地处有一电表。例如，客户房屋可是客户的家或办公室。电表归电力公司所有，并且安装在容纳电表的标准表盒中。标准表盒由客户提供并归其所有。
现有技术有许多文献揭示了带有相关电子设备的需给电表。
颁发给Parasekvakos等人的美国专利第4，455，453号揭示了一种用于远距离读表的设备，在该设备中，最好将一远程单元安装在房子内，该单元周期性地对公用事业公司进行电话呼叫，并且通告用电信息。该专利的内容通过引用包括在此。
颁发给Frew等人的美国专利第4，803，632号揭示了一种具有CPU、显示器和相关电路的需给电表，此需要电表可以安装在常规的电表位置。该专利的内容通过引用包括在此。Frew还揭示了一种安装在房子内的远程单元，该单元可以显示电表信息，并且允许客户用信用卡支付帐单。远程单元通过房子的电力线与CPU通信。在Frew专利中，可以通过房屋的电力线或通过电表处的光学耦合用读表器来读电表。Selph还揭示了在住宅建筑物中网络子表的布置结构。
颁发给Selph等人的美国专利第4，804，957号揭示了一种用基于微处理器的电路和Hall效应电流传感器来测量用电量的需给电表。该专利地内容通过引用包括在此。在Selph的专利中，可以用通过电话链路的远距离询问或串行通信来读电表。
颁发给Bonner等人的美国专利第4，904，995号揭示了一种远程读表设备，该设备被设计成用发送应答机对现有的电表进行改进，而发送应答机能够通过电力分配系统与电学公司交流用电信息。该专利的内容通过引用包括在此。
现有技术还知道可以用房屋的电力线在各种设备之间通信。
颁发给Mandel的美国专利第4，174，517号揭示了一种通过房屋电力线控制远程设备的中央系统。将中央控制单元插入墙壁插口，以便通过电力线与远程单元通信，而远程单元也插入墙壁插口中。该专利的内容通过引用包括在此。
颁发给Campbell等人的美国专利第4，200，862号揭示了一种设备控制系统，在该系统中，数据发送机利用数字地址和操作信号通过房屋的电力线与伺服单元通信。该专利的内容通过引用包括在此。在Campbell的专利中，数据发送机和各种伺服单元插入墙壁插口中。
颁发给Mansfield，Jr.的美国专利第5，066，939号揭示了一种通过房屋电力线进行通信的电路，在该电路中，电话分机与传统的墙壁电插口相连。该专利的内容通过引用包括在此。将主站连接器插入墙壁插口中，并且将其与电话线相连，以便在电话分机和房屋电话线之间进行全双工通信。
现有技术还知道为房屋提供数字网络服务。
颁发给Reynolds等人的美国专利第4，332，980号揭示了一种多服务系统，该系统通过电话线将各种服务传递给用户。该专利的内容通过引用包括在此。Reynolds专利中所揭示的服务包括远距离读表和负载管理。在Reynolds专利中，将用户数据子系统放在用户房屋内，并且该子系统通过用户数字总线与外围设备通信。通过专用线路和分立的数字服务墙壁插孔可以访问用户数据总线。
颁发给MacFayden等人的美国专利第5，101，191号揭示了一种房屋布线结构，用于控制电能分配和房屋内的通信。该专利的内容通过引用包括在此。MacFayden专利提供一网关终端作为接口，以便通过公用电话网或电力线与房屋外界通信。
Todd Lappin在1995年8月出版的WIRED，第46和50页上发表了一篇为“乡间小路斗士”的论文，该论文揭示了一种电力公司，它利用传统的通信技术通过同轴电缆网向其客户提供数字网服务。论文的内容通过引用包括在此。网络原来是为了进行远距离电表读出而设置的，后来用于传递高带宽数据服务。
现有技术没有揭示能够在数字服务网和家用电子产品之间提供接口的需给电表。
在Parasekvakos、Frew、Selph和Bonner等人的专利中，基本上是直接对与需给电表有关的电子产品引入读表功能。
在Mandell、Campbell和Mansfield等人的专利中，基本上是引入通过电力线的通信，以便与房屋内有设备通信。另外，在Mandell、Campbell和mansfield等人的专利中，必须在屋子内安装分立的“主”单元，并且将其插入墙壁的插口中。
在Reynolds和MacFayden等人的专利中，必须用专用的布线结构对屋子布线，以便适应所揭示的、特殊的总路线结构和通信方法。Reynolds和MacFayden还要求在屋子内布置一些类型的接口单元。Lappin论文所描述的网络不在电表中使用计算机作为与数字网络通信的接口，而是要求安装一个专用的插孔，用于与网络连接。
发明内容
本发明的一个目的是克服现有技术中的上述和其它缺点。具体地说，本发明的一个目的是提供一种带有相关电子产品的需给电表，除完成读表功能之外，还在数字服务网和家用电子产品之间提供接口。
本发明的一个目的是提供一数字服务网接口，该接口不在室内，也不插入墙壁插口中。
本发明的一个目的是将数字数据服务提供到房屋内，但不对房屋重新布线，不要求特殊的布线。
本发明的一个目的是与相关电子产品结合，提供一种常规的电表能力。
本发明的上述和其它目的可以由一种需给电表来实现，该需给电表在一表壳内具有标准的电表和相关的电子产品，并且具有与标准表盒相配的标准基座。相关电子产品包括具有网络接口和房屋接口的计算机。
计算机可以包括用于电视服务的视频处理器和/或解扰器、用于数字服务的调制解调器处理器，以及用于电话服务的话音处理器。计算机还可以包括用于远程读表的电表接口。电表接口与断路器盒相连，而断路器盒具有三端双向可控硅开关或固体开关，用于负载管理。计算机还可以包括个人计算机(PC)接口，该接口与其余的各种处理器和接口耦连。
网络接口可以与数字服务网耦连，而数字服务网例如通过卫星、无线、通信、光缆、同轴电缆或双绞电话线进行通信。房屋接口可以与室内布线耦连，其中室内布线包括室内电力线、电话线和电视同轴电缆。房屋接口借助无线通信，通过例如由无绳电话使用的短范围微波信号，与家用电子产品通信。网络接口可以直接与房屋接口相连，并且/或者通过各种其它处理器和接口进行连接。
在以下描述中将叙述本发明的其它目的和优点，通过描述将部分清楚这些目的和优点，或者通过实践本发明可以了解这些目的和优点。利用后附权利要求书中特别指出的手段和组合，可以实现本发明的目的，获得益处。
附图概述
附图包含在说明中，并构成说明书的一部分。附图示出了目前本发明的较佳实施例。附图与上述一般描述以及以下对较佳实施例的详细描述一起，用于说明本发明的原理。
图1是一透视图，示出了依照本发明第一实施例的电表，该电表在电力公司和房屋之间提供一接口。
图2是一方框图，示出了依照本发明第二实施例的电表，该电表在电力公司和房屋之间提供一接口。
图3是一方框图，示出了依照本发明第三实施例的电表，该电表在电力公司和房屋之间提供一接口。
图4a是一侧视图，示出了依照本发明第四实施例的电表。
图4b是一正视图，示出了依照本发明第四实施例的电表。
较佳实施例的详细描述
图1示出了依照本发明第一实施例的电表110，该电表与标准电表盒114配对。电力公司120通过户外由公共电线杆124支撑的电力线128向房子130供电。另一种方法是，电力公司120可以通过埋在地底下的电力线向房子130供电。
依照本发明，电力公司120通过例如光缆、同轴电缆或双绞线等网络通信线160提供数字服务网。电表110在数字服务网和室内布线134之间提供一接口。例如，室内布线134可以包括电力线，电话线和电话同轴电缆。设备150可以插入墙壁插口138内，以便访问数字服务网。例如，设备150可以向电话142提供视频信号。
如前面所讨论的，电表110归电力公司120所有，并安装在用户提供的标准电表盒114内。本发明的电表110增加了视频连接以及各种计算机电子产品和开关。电表110仍用一般手段连续测量功率消耗。计算机和视频连接的增加明显扩大了电表的容量，并且允许电力公司除了供电之外还提供例如视频和电话通信。
本发明电表110中的计算机还可以用极低的成本提供远程读取和负载控制、交互式通信，以及家庭计算机。由于电力公司可以根据远程电表读数和负载控制向管理代理机构证明改进后电表的花费是合算的，所以在电表110中放置计算机是很有利的。本发明的电表110可以快速调换并安装在标准电表盒内。因此，本发明允许调整后的电气用品具有可以存在于电话、视频或多媒体商务中的未调补充。
由于许多电力公司已经在其主要交换站使用光缆或同轴电缆，所以还可以有其它的优点。一般地说，公用事业公司具有地役权，并且拥有公共电线杆。因此，电力公司很容易将这些缆线延伸到每个家庭。
电气公用事业公司还具有与电话电缆公司一起工作的选择权，以便使用电缆公司原有的同轴线路。例如，可以将原有的同轴电缆直接通到本发明的电表110，然后提供给房屋。另一种方法是，用“T”连接器等对同轴电缆抽头或接头。由于可以将电表与现有的同轴电缆快速安装和相连，不使用室内布线，所以上述任何一种结构都是有利的。由于公用事业公司可以象Lappin论文中的电力公司一样，选择使用自己的同轴电缆并直接进行竞争，所以该公用事业公司处于有利的地位，可以与电缆公司谈判。
图2是一方框图，示出了本发明第二实施例的电表210，该电表在电力公司220和房屋230之间提供一接口，而电力公司220又通过网络通信线路260提供数字服务网。电表210与标准电表盒214结合，并且具有一计算机270。计算机270通过网络接口272与网络通信线260相连。计算机270还包括房屋接口274和标准电表280，它们都与网络接口272相连。网络接口272和房屋接口274可以包括信号处理计算机。
电力公司220通过与标准电表280相连的户外电力线228以及房屋的室内电力线232提供电力。房屋接口274还与房屋室内电力线232相连，以便在上面进行通信。房屋接口274还有选择地与房屋的其它内部布线236相连。
房屋接口274直接与室内电力线232相连，并且与诸如现有文献中描述的设备通信。房屋接口274还通过室内电力线232发送和接收电话和计算机信号，并且网络接口272通过网络通信线260接收和发送这些信号。此结构通过网络通信线260为数字服务网建立与家庭电子产品的通信。
例如，电气公用事业公司可以通过提供一电话设备，与本地的电话公司竞争，而电话设备适于在室内电力线232上与房屋接口274，并且通过网络接口274与数字交换服务通信。电力公司还可以直接与各种远距离公司相连。电气公用事业公司还可以有选择地与本地电话公司签订合同，并使用它们现有的交换系统。
在另一个例子中，网络接口272可以起计算机交换机的作用，并且通信线260可以是光缆。将计算机交换机以及用光纤连接数字服务网这两者结合起来可以接收几百个信道的信息。房屋接口274可以与诸如视频监视器等家庭电子设备进行通信，并且房屋接口274可以响应家庭电子设备的请求，选择需要的信道，通过室内电力线232和/或其它内部布线236向家庭电子设备发送。网络接口272还可以有效地对信号解扰，并且提供帐单信息。由于很容易安装本发明的电表，并且接口简单，所以增加与数字服务网络的光纤的连接相对地不贵。
标准电表214一般位于室内电话线、电视同轴电缆和电力线的接头处，这三者都归户主所有。通过将本发明的电表210安装在标准电表盒214中，可以使电力公司220在控制多媒体信息流时处于有利的地位。由于位置有利，所以本发明很容易使用室内布线。
通过将这里所述的各种功能集成到本发明的电表中，电力公司还可以向户主提供唯一的好处。因为电力公司拥有现有的电表，并且可以用本发明的电表替换现有电表，所以本发明不需要用户方作任何安装。本发明的好处甚至还在于新的结构情况，因为不需要增加安装。本发明的另一个好处是不需要用专用的墙壁插口或特殊的布线来访问数字服务网。
图3示出了依照本发明第三实施例的用于电表的相关电子产品，具有信号处理计算机370的详细方框图，它在电力公司320和房屋330之间提供一接口。计算机370位于电表(未图示)内。电力公司320通过网络无线传输装置361以及光缆364、同轴电缆366和双绞线368提供数字数据服务。计算机370通过网络接口372与数字数据服务耦合。
网络接口372提供一远程无线传输装置362，与网络无线传输装置361通信。这类通信可以包括在所选微波频道上发送和接收信号。在所选频道上进行数据传输可以包括诸如令牌环数据传输、扩频传输、和/或分组数据传输等技术。另一方法是，无线传输媒体可以包括红外通信、光通信、蜂窝式通信或卫星通信。
计算机370提供视频处理器390、调制解调器处理器392、话音处理器394和电表接口384，它们都与网络接口372、房屋接口374和PC接口394相连，用于接收和发送各自的信号。计算机370还提供备用电池376，以便当断电时向计算机370供电。在发生此类事件时，计算机370可以通知电力公司断电了。
视频处理器390还与解扰器396相连，用于向房屋接口374提供经解扰的视频信号。
网络接口与PC接口398相连。网络接口372还直接与房屋接口374相连，以便不作其它处理而通过信号。
房屋接口374与房屋的内部布线相连，其中所述内部布线包括房屋的室内电力线332、电话线338和电视同轴电缆339。房屋接口374还可以通过无线通信与家用电子产口通信。例如，无绳电话通过较短范围的微波信号进行通信。房屋接口374可以使用类似的较短范围的无线通信。
PC接口398与房屋接口374相连，用于向室内的用户提供个人计算机的功能。需要用户访问的个人计算机外围设备(诸如软盘驱动器、音频扩音器和CD ROM驱动器等)可以位于室内，并通过房屋接口374与PC接口398通信。
电力公司320通过户外电力线328提供电力服务。户外电力线328通过标准电表380与断路器盒388相连。断路器盒388通过室内电力线332将电力传递到屋子。电表接口384与标准电表380相连，还与断路器盒388相连。
图3所示的实施例在电力管理方面是有利的。例如，电力公司320可以通过周期性地与电表接口384通信来产生用电和功率因数的记录。除了降低读表成本之外，第三实施例可以对电表检测窜改或企图设置旁路。当断电时，本发明的电表还可以通知公用事业公司。另一个例子是有利于安排记帐。如果客户付费有问题，那么电力公司可以命令计算机370通过例如用户电视上的消息通知用户。
关于负载管理，在断路器盒338中使用三端双向可控硅开关或其它固体开关可使电力公司有选择地远程接通和关断对特殊电路的电力。例如，电力公司320可以在超功率要求期间关断热水器电路。在另一个例子中，如果电力公司有超功率需求，那么可以用三端双向可控硅开关降低电压。如果明显有电表窜改，未付电费或帐目变化(诸如请求切断)，那么三端双向可控硅开关还可以用来远距离地切断电力。
本发明的电表还有利于用户自己的能量管理。用户可以用本发明的电表控制电灯和电器。该系统允许用户享受低价格，例如在最低电力需求时开洗碗机。TV和室内电力线的相互作用有利地允许用电户将TV作为监视器控制其它的用电。例如，可以对本发明的电表编程，为不同的用户提供个别的选择，即通过控制不同负载的定时来选择较低的电力价格，或者不限制用电而选择较高的价格。
本发明的电表还有利地为每个家庭提供一个人计算机，它将TV用作监视器。电力公司通过数字服务网提供个人计算机用的软件。例如，电力公司可以为在校生免费提供服务，用于它们的家庭作业。这可以使孩子们习惯使用电力公司的软件。本发明的电表还可以用个人计算机访问互联网以及用于金融交易。电力公司还可以提供编程，使用户很容易支付其每月的电费。
象电力公司一样，经调整的公用事业公司可以证明本发明的电表成本是合算的，因为它可以降低读表成本，而且明显有助于功率管理。电力公司未经调整的部分可以从电子通信中获得收益。目前的立法已经减少了通信方面的规定，并且为电力公司开放了已接至每家每户的该领域。本发明的电表将使电力公司有能力与电话公司和电视电缆公司进行竞争，并通过在现有的电话和电视线上提供数字服务网，来鼓励这些公司与电力公司一同工作。
图4a和4b分别是侧视图和正视图，示出了本发明第四实施例的电表410，其与通信线460相连。
电表410有一表壳412，它将标准电表480和相关的电子产品470封闭起来。表壳412用电表密封环418密封，以提供保护不受诸元件的影响。电表410与标准电表盒414相配。户外电力线428从顶部进入标准电表盒414，并通过从侧面通向标准电表盒414的电力管道433将户外电力线提供给房屋。
相关的电子产品通过电缆465与通信线460相连。电表410为电缆465提供应力消除467。电缆465在连接点463与通信线460相连。在室内，信号通过内部电缆436进行通信。
依照第四实施例，通信线460例如包括同轴电缆、光缆或双绞电话线。在同轴电缆的情况下，连接点463可以是简单地同轴“T”型连接。另外，连接点463可以是“接头”型连接，通信线460上的信号除了通过电缆465由相关电子产品470处理之外，直接通到内部电缆436上。
例如，通信线460可以将传统的电视信号传递到房屋，其中一些信号被加扰。直接将常规的信号传递到房屋，在传统的TV上接收。同时，通过“T”型连接，相关电子产品对加扰的电视信号进行处理，并通过室内电力线传递解扰的电视信号，由插在墙壁电插口中的远程装置接收。远程装置会将解扰信号返回到传统的电视同轴电缆或传统的视频和音频电缆上，在TV上接收。另一种方法是，相关电子产品将解扰的电视信号移动并叠加到内部电缆436上，以便在传统TV上接收。
本发明的需给电表可以为用户提供各种有益的应用。例如，用户可以请求关于用户用电量和帐单的信息。用户可以用本发明的需给电表通过信用卡或其它支付方式支付用电帐单或其它帐单。
另一个例子是信息存取。本发明的需给电表可以为用户提供一个人计算机。个人计算机与用户的家用电子产品和电器相连。个人计算机可以访问各种交互式的计算机服务。例如，用户可以使用本发明的需给电表访问互联网和其它信息源。用户可以将他们的家用电视机用作显示器。电力公司还可以提供计算机软件和游戏，在个人计算机上使用。
电力公司和用户都可以使用本发明的需给电表，有利地用于负载管理。例如，电力公司可以在用电高峰期间中断对诸如热水器等非基本电路的电力服务。例如，用户可以安排在价格较低的时间运行洗碗机。电力公司还可以用本发明的需给电表进行远程读表，并且还可以通过例如确定非寻常功率来检测窜改。用本发明的需给电表还可以检测电力公司的配电系统。
本发明的需给电表提供了另一个好处，它能够监视和收集关于用户收看电视习惯的数据。这类信息可以在家中收集并且通过通信网提供给电力公司。这些信息对于确定各种不同电视节目的收视率是有用的。
本发明的需给电表可以在家庭中用于交互式的教学节目。可以在用户电视机上观看教学节目，并且用户可以例如用远程控制装置对教学节目设立的多重选择题作出响应。
其它优点包括能使电力公司为用户提供诸如按次计费节目等视频信号。可以在分配点对信号加扰，并用本发明的需给电表解扰。电力公司还可以通过本发明的需给电表与各种本地的和长距离的电话服务连接。
本发明需给电表的一种特别有益的应用是监视由室内用户用旧的个人医疗报警装置。这种装置可以周期性地发送医疗数据，并且通过本发明的需给电表传递给医师。另一种方法是，由用户激励这种装置，通过本发明的需给电表报告紧急医疗服务。可以获得类似的好处，例如根据法院命令对限制在家的用户监视其移动。
本领域的熟练技术人员很容易获得另外的好处和修改。例如，另一种方法是将相关的电子产品安置在公用电线杆上的连接盒中，或者安置在另一个外界的位置。尽管参照房屋描述了上述实施例，但本领域的熟练技术人员知道，本发明适用于其它住宅建筑物的商用建筑物。
因此，本发明从较宽的方面来说，不限于这里所示和描述的具体细节和代表性的装置。因此，可以不脱离一般创造性概念的精神或范围，进行各种修改，它们由所附的权利要求书及其等效方式来限定。