JP2014535194A - 環境発電システムのためのインタフェース装置 - Google Patents

Abstract

記載された実施形態は、概して、環境発電システムおよびそのようなシステムのためのインタフェース装置に関する。特に、このような環境発電システムは、風、水、波または地熱エネルギなどの環境から運動エネルギを得る、または太陽放射のような電磁エネルギを得るように構成されてもよい。また実施形態は、インタフェース装置を含むシステムの遠隔監視および／または制御を容易にするシステムおよび方法に関する。

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１１年１０月１４日付け出願の米国仮出願番号第６１／５４７，４６３号および２０１２年２月２９日付け出願の米国仮出願番号第６１／６０４，９２８号から優先権を主張し、それらの内容全体は、ここに参照によって組み込まれる。

記載された実施形態は、概して、環境発電システムおよびそのようなシステムのためのインタフェース装置に関する。特に、このような環境発電システムは、風、水、波または地熱エネルギなどの環境から運動エネルギを得る、または太陽放射のような電磁エネルギを得るように構成されてもよい。また実施形態は、インタフェース装置を含むシステムの遠隔監視および／または制御を容易にするシステムおよび方法に関する。

太陽電池アレイ、太陽熱温水システム、水力、風力および波力タービンシステムなどのいわゆる再生可能エネルギシステムが、ますます普及している。このような技術は、化石燃料の消費を回避しまたは低減するので、概してクリーンテクノロジと見なされる。これらの技術の多くに対して、このようなシステムからのエネルギが、化石燃料の消費によって一般的に供給されるエネルギに代えて使用することができる炭素クレジットを生成することができる。このような炭素クレジットは価値があると認識され、商品としてますます取引されている。

しかしながら、多くの再生可能エネルギシステムは、環境発電システムによって生成したエネルギを実際に測定し、実際に使用された生成された再生可能エネルギの量を測定し、かつ／または炭素クレジットの追跡のためのこのような測定データを利用することができない。

先行するシステムに関連する１または複数の欠点または不利益に対処するまたは改善することが望まれ、もしくはそれに対する有用な代替物を少なくとも提供することが望まれる。

いくつかの実施形態は、環境発電システムと結合するインタフェース装置であって、
少なくとも１つの処理装置と、
前記インタフェース装置の測定機能、通信機能および位置機能を制御するために前記少なくとも１つの処理装置によって実行可能なプログラムコードを格納するメモリと、
前記環境発電システムによって生成された電気エネルギを測定する測定要素と、
前記インタフェース装置および前記環境発電システムの位置を決定する位置要素と、
外部ネットワークと無線通信する通信要素とを含むことを特徴とする、インタフェース装置に関する。

いくつかの実施形態は、環境発電システムと結合するインタフェース装置であって、
少なくとも１つの処理装置と、
前記インタフェース装置の測定機能、通信機能および、随意に位置機能を制御するために前記少なくとも１つの処理装置によって実行可能なプログラムコードを格納するメモリと、
前記環境発電システムによって生成された電気エネルギを測定し、局部受電回路によって消費される生成された電気エネルギ量を測定する測定要素と、
前記インタフェース装置および前記環境発電システムの位置を決定する随意の位置要素と、
外部ネットワークと無線通信する通信要素とを含むことを特徴とする、インタフェース装置に関する。

いくつかの実施形態は、前記環境発電システムに関連する貯水装置の水温を検知するように構成された温度センサの使用を含んでもよい。前記インタフェース装置は、前記温度センサからの出力を受信して検知された水温を決定するように構成されてもよい。このような実施形態において、前記インタフェース装置は、水温を監視するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、前記インタフェース装置は、また前記環境発電システムおよびバックアップ加熱システムの少なくとも一方に制御信号を送信して、水が設定された最小期間の間、設定温度以上に維持されるように水加熱装置内の水の加熱を制御するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態は、環境発電システムの遠隔監視のためのシステムであって、
前記環境発電システムの場所に設置され、前記環境発電システムによって引き出された、および／または生成されたエネルギを連続的に監視し、前記環境発電システムの電力貢献度を計算するように構成されるインタフェース装置であって、無線通信要素を含み、計算された電力貢献度を表すデータを、ネットワークを介してアドレスに周期的に送信するように構成されるインタフェース装置と、
前記インタフェース装置から離隔し、前記インタフェース装置からの送信された電力貢献度を表すデータを受信するサーバであって、該データを格納し、該データに実時間で許可されたアクセスを可能にするように構成される、サーバとを含むことを特徴とする、システムに関する。

前記サーバは、電力貢献度を表す受信データに基づいて環境発電システムに関連する炭素クレジットを計算するようにさらに構成されてもよい。前記インタフェース装置は、前記環境発電システムの場所におけるブースタシステムの電力消費を計算し、該電力消費を表すデータを前記サーバに送信するようにさらに構成されてもよい。

前記環境発電システムは、太陽熱温水システムと、加熱された水を前記場所に供給するように協働する電気温水システムとを含んでもよい。前記システムは、前記太陽熱温水システムにおける水温を検知する第１温度センサと、前記電気温水システムにおける水温を検知する第２温度センサとをさらに含んでもよい。前記インタフェース装置は、検知された温度を示す前記第１および第２温度センサからの出力信号を受信するように構成されてもよい。前記インタフェース装置は、前記電気温水システムへの電力供給を制御するように構成されてもよい。前記インタフェース装置は、前記サーバから受信した特定のコマンドに応じて、前記電気温水システムへの電力を切るように構成されてもよい。

前記サーバは、クライアント演算装置を介して許可されたユーザからの入力を受信して前記電気温水システムへの電力を切ることを可能にし、受信した入力に応じて、特定のコマンドを生成して前記インタフェース装置に送信して、前記インタフェース装置に前記電気温水システムへの電力を切らせるように構成されてもよい。

前記システムは、前記太陽熱温水システムと前記電気温水システムとの間で水を循環させる循環ポンプをさらに含み、該循環ポンプの動作は前記インタフェース装置によって制御されてもよい。

前記インタフェース装置と前記サーバとはともに、データ転送プロトコルを用いて、メッセージヘッダとメッセージデータとを有するメッセージを相互に送信し、該メッセージヘッダが１バイトまたは１ワードだけのヘッダサイズを有するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態は、電力消費管理のためのシステムであって、
地理的に分布した複数の電気温水システムであって、それぞれが場所に設置され、該場所に加熱された水を供給するための、複数の電気温水システムと、
複数のインタフェース装置であって、それぞれが各場所に設置され、各インタフェース装置はサーバからの制御コマンドを受信する無線通信要素を有し、各インタフェース装置が該制御コマンドに応じて、各電気温水システムへの電力の供給を制御するように構成される、複数のインタフェース装置と、
サーバであって、制御入力を受信して、該サーバが前記インタフェース装置に制御コマンドを送信することを可能にする、サーバとを含むことを特徴とするシステムに関する。

各インタフェース装置は、前記場所における前記電気温水システムの電力使用量を決定し、前記サーバから決定された電力使用量を示すデータを定期的に送信するようにさらに構成されてもよい。

前記システムは、各場所において、前記電気温水システムの水温を検知し、検知された水温を示す信号を前記各インタフェース装置に提供するように構成される温度センサをさらに含んでもよい。

前記サーバは、各温水システムの前記検知された水温を温度閾値と比較し、比較の結果に基づき前記各温水システムに関連するインタフェース装置に制御メッセージを送信するように構成されてもよい。前記サーバは、各インタフェース装置に前記制御メッセージを送信して、ピーク電気使用期間などの特定の毎日の期間中に、各インタフェース装置に各電気温水システムへの電力を切らせるように構成されてもよい。

いくつかの実施形態は、電力消費管理のための方法であって、
サーバにおいて、電気温水システムと該電気温水システムへの電力を制御するように構成されるインタフェース装置とを有する複数の遠隔の場所から検知された水温データを受信し、各インタフェース装置が前記検知された水温データを前記サーバに通信するように構成され、
各電気温水システムの検知された水温が閾値温度以上であるか否かを前記検知された水温データから決定し、
特定の毎日の期間中、前記検知された水温が前記閾値温度以上である場所におけるインタフェース装置に制御コマンドを送信し、該制御コマンドが各インタフェース装置に各場所における電気温水システムへの電力を切らせることを特徴とする方法に関する。

いくつかの実施形態は、温水システムであって、
太陽熱温水システムと、
前記太陽熱温水システムに結合される電気温水システムであって、前記太陽熱温水システムと該電気温水システムとの間で水を循環させる、電気温水システムと、
前記太陽熱温水システムおよび前記電気温水システムにおける水温を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段から出力信号を受信するように結合され、前記太陽熱温水システムにおける水温の変化率を前記出力信号から決定するインタフェース装置であって、毎日の予め定める期間中、該インタフェース装置は、前記電気温水システムがオフであり、決定された変化率が太陽熱温水システムにおける水温が予め定める時間までに目標温度に到達しないであろうことを示すときに、前記電気温水システムへの電力をオンにさせるように構成される、インタフェース装置とを含むことを特徴とする温水システムに関する。

いくつかの実施形態は、上記インタフェース装置を含むことを特徴とする環境発電システムに関する。いくつかの実施形態は、上述のような前記インタフェース装置の使用方法に関する。
実施形態が、添付の図面を参照して、一例として、以下にさらに詳細に記載される。

環境発電および追跡のためのシステムのブロック図である。 図１のシステムにおいて使用されるインタフェース装置のブロック図である。 図２のインタフェース装置の使用方法のフローチャートである。 さらなる実施形態に従うインタフェース装置のブロック図である。 ＤＣ測定ユニットを有するインタフェース装置のいくつかの構成要素の概略回路図である。 図５のインタフェース装置のＤＣ測定ユニットの概略回路図である。 図５のインタフェース装置の別のＡＣ測定ユニットの概略回路図である。 ＧＳＭモジュールの使用中における電流およびバッテリ電圧の概略図である。 インタフェース装置のＳＲＡＭメモリのデータ構造の例の概略図である。 インタフェース装置によって実行されるシリアル通信におけるキャラクタフレーミングの例の概略図である。 いくつかの実施形態に従うインタフェース装置の動作方法のフローチャートである。 ＧＳＭパワーオンシーケンスのフローチャートである。 ＧＳＭパワーオフシーケンスのフローチャートである。 インタフェース装置から遠隔サーバにデータを送る方法のフローチャートである。 インタフェース装置から遠隔の装置またはネットワークノードにテキストメッセージを送る方法のフローチャートである。 いくつかの実施形態に従うインタフェース装置と連動する太陽熱温水システムを用いるシステムのブロック図である。 図１５のシステムを組み込むコンピュータ制御監視システムを示す概略図である。 エネルギ供給者によって示されるような図１６のシステムの制御機能性を示す概略図である。 サーバシステムの態様をさらに詳細に示すブロック図である。 図１６のシステムの遠隔監視機能を示すユーザインタフェース表示の例である。 図１６のシステムの遠隔制御機能を示すユーザインタフェース表示の例である。 図１６のシステムの遠隔データダウンロード機能を示すユーザインタフェース表示の例である。 ブースタヒータがいくつかの実施形態のインタフェース装置によって制御される第１のシナリオの下での太陽熱温水システムの時間に関する温度を示すグラフである。 ブースタヒータがいくつかの実施形態のインタフェース装置によって制御される第２のシナリオの下での太陽熱温水システムの時間に関する温度を示すグラフである。 いくつかの実施形態に従うインタフェース装置のマイクロコントローラの概略回路図である。 いくつかの実施形態に従うインタフェース装置の通信モジュールの概略回路図である。 いくつかの実施形態に従うインタフェース装置の電力・バッテリ管理回路の概略回路図である。 いくつかの実施形態に従うインタフェース装置の調整電源回路の概略回路図である。 いくつかの実施形態に従うインタフェース装置の温度センサインタフェース回路の概略回路図である。 いくつかの実施形態に従うインタフェース装置の電流センサインタフェース回路の概略回路図である。 いくつかの実施形態に従うインタフェース装置の精密電圧基準回路の概略回路図である。 いくつかの実施形態に従うインタフェース装置の制御・センサインタフェース回路の概略回路図である。 いくつかの実施形態に従うインタフェース装置のフローセンサインタフェース回路の概略回路図である。 いくつかの実施形態に従うインタフェース装置のシリアルモニタポートの概略回路図である。 いくつかの実施形態に従うインタフェース装置のスパイク保護回路の概略回路図である。

記載された実施形態は、概して、環境発電システムおよびそのようなシステムのためのインタフェース装置に関する。特に、このような環境発電システムは、風、水、波または地熱エネルギなどの環境から運動エネルギを得る、または太陽放射のような電磁エネルギを得るように構成されてもよい。これに関連して、環境発電は、一方から他方へのエネルギの変換を含んでもよい。たとえば、太陽のＥＭ放射が、水などの物質に増加するエネルギの形態で運動エネルギに変換されてもよい。他の例では、太陽ＥＭ放射または風力運動エネルギは、電気エネルギに変換されてもよい。

環境発電システムのためのインタフェース装置に関する記載された実施形態は、このようなインタフェース装置内のハードウェア要素またはソフトウェア要素に関係し、生成された電気エネルギの測定、位置決定（すなわちＧＰＳを用いて）、遠隔のシステムへの無線通信を可能にし、随意に、インタフェース装置がともに配置されるかつ／または一体化される環境発電システムに対して制御機能を実行する。記載された実施形態のインタフェース装置は、アプリケーションプログラムインタフェース（ＡＰＩ）機能にオープンな仕様を提供して、インタフェース装置が多数の異なる外部機能要素によって設計され使用されるのを可能にしてもよい。

図１に示されるように、環境発電追跡のためのシステム１００は、限定を目的としない例として、太陽電池アレイアセンブリ、太陽熱温水システム、風力タービン、波力発電装置、サブサーフェス水力タービン、熱エネルギ抽出システムまたは他の非化石燃料系システムであってもよい、環境発電システム１１０を含む。環境発電システム１１０は、再生可能エネルギシステム、装置または素子として特徴付けられてもよく、概して、局部環境におけるエネルギを、たとえば移動体または移動粒子（熱を含む）の運動エネルギまたは電磁放射の形態で、水などの物質への運動エネルギの貯蔵または伝達のために電気エネルギに変換するように意図される。

環境発電システム１１０は、エネルギ変換システム１２０とインタフェース装置１３０とを含み、該インタフェース装置はエネルギ変換システム１２０と物理的に一体化されてもよく、または近接して配置されてもよく、あるいは物理的に異なっているが地理的にはともに配置されてもよい。エネルギ変換システム１２０は、環境からの電磁エネルギまたは運動エネルギを運動または電気エネルギ出力１２５に変換する環境発電システム１１０の一部である。この運動または電気エネルギ出力１２５は、インタフェース装置１３０によって監視され測定される。回路を介する電力量は、測定された電流と電圧との積で計算される。電流および電圧は測定器としての回路内に埋め込まれる変圧器を有するセンサ回路を用いて測定される。太陽熱温水システムから得られる熱エネルギの監視および測定は、以下にさらに詳細に記載される。

インタフェース装置１３０は、バッテリなどの、自身の電源を有してもよく、かつ／または電力をエネルギ出力１２５から得てもよい。インタフェース装置１３０は、制御信号１３５を出力して、エネルギ変換装置１２０の機能の１以上の態様にわたる制御を行うように構成されてもよい。たとえば、インタフェース装置１３０は、エネルギ変換システム１２０の動作モードを切替えてもよく、エネルギ変換システム１２０に関連するモータに制御信号を送信してその位置を変化させてもよい。たとえば、エネルギ変換システム１２０が太陽電池アレイである場合、インタフェース装置１３０は、制御信号１３５を出力して、一日の特定の時間の間、作用する太陽光の量を最大にするように、サーボモータが太陽電池アレイの向きを変化させてもよい。他の例において、エネルギ変換システム１２０が太陽熱温水ヒータを含む場合、制御信号１３５は、電気またはガス燃料温水ヒータによる水加熱の補充を制御するように印加されてもよい。

インタフェース装置１３０には、ローカル無線（Ｗｉ−Ｆｉ）要素２６７および／または加入者識別モジュール（ＳＩＭ）２６９を用いて無線パケットネットワークを介して通信する携帯電話要素などの、１以上の有線または無線インタフェース２６５を有する通信サブシステム２６０（図２）が備えられる。あるいは、通信サブシステム２６０は、家庭用インターネット接続などの、既に確立された通信システムと、有線で通信してもよい。

インタフェース装置１３０は、通信サブシステム２６９を用いて公衆ネットワーク１６０を介して遠隔サーバ１７０と通信する。公衆ネットワーク１６０は、通常の鋼数データネットワークを含み、場合によりローカル無線データネットワークも含む。こうして、インタフェース装置１３０は、遠隔サーバ１７０と二方向通信が可能であり、測定、位置、構成およびステータス情報を送信し、随意に、そこからステータス問い合わせおよび制御コマンドを受信する。サーバ１７０は、インタフェース装置１３０から受信した情報を用いてエネルギ変換システム１２０によって生成される電気エネルギの量（局部的に消費され、したがってグリッド１５０から引き出されない）を決定し、所定の期間内にエネルギ変換システム１２０によって生成された炭素クレジットの数を計算し、またはエネルギ変換システム１２０に起因すべきカーボンオフセットの量を少なくとも決定する。

遠隔サーバ１７０は、潜在的に大きな地理的領域にわたって配置された環境発電システム１１０内で多数のインタフェース装置１３０と通信し、サーバ１７０にアクセス可能なデータベース１８０に、このようなインタフェース装置１３０ごとに、固有の会計記録および追跡記録を保持する。

エネルギ変換システム１２０がローカル送電網に電気エネルギを戻すことができるように構成される場合、エネルギ出力１２５は、インバータ１４０に結合されてもよく、そのときその電気エネルギをグリッド１５０に戻し、戻されたエネルギの計測を可能にする。この計測は、生成されたエネルギに対する環境発電システム１１０の所有者に提供されるべき補償を可能にする。また、あるいは、エネルギ変換システム１２０からの電気エネルギ出力１２５の一部またはすべては、局部貯蔵装置１４５に供給されてもよく、消費のための局部電気器具に供給されてもよい。

図２も参照して、インタフェース装置１３０は、少なくとも１つのプロセッサ２０５と、記載された機能を提供し、記載された構成要素を支援するためにプロセッサ２０５によって実行可能なプログラムコードを格納する適切なメモリ（図示せず）とを有するハードウェア装置である。インタフェース装置１３０は、測定要素を有し、該測定要素は、別個のまたは一体的なセンサ装置（たとえば変圧器を用いて）と通信し、エネルギ出力１２５において電気エネルギの量を測定する責任を負う測定サービス機能２１０に組み込まれる。インタフェース装置１３０は、計算インタフェース２２０と、制御インタフェース２３０と、全地球測位システムを用いてインタフェース装置１３０の位置１４５を決定するように構成される位置要素２４０とをさらに含む。インタフェース装置１３０はまた、制御サービス２５０と、バッテリおよび／またはエネルギ出力１２５から得られた電力を含んでもよい電力装置２７０と、上述したような通信サブシステム２６０とを含む。

計算インタフェース２２０は、測定電力に対するＲＭＳ（二乗平均平方根）値を演算する計算を実行する。インタフェース装置１３０が水流量情報を受信するいくつかの実施形態（図１５〜図３４参照）において、計算インタフェース２２０はまた、流量計および検知された水温などからの信号に基づいて、水流の速度および量を計算してもよい。インタフェース装置１３０のいくつかの実施形態において、計算インタフェース２２０はまた、温度および電圧測定に対する線形化計算を実行してもよい。

制御インタフェース２３０および制御サービス２５０は、遠隔サーバ１７０から受信したコマンドに応答して、エネルギ変換システム１２０の１以上の地点にわたる制御を行う。

したがって、インタフェース装置１３０は、チップセットとウェブサービス方法との組み合わせを提供して、そのハードウェア要素およびソフトウェア要素が異なる位置のエネルギ変換システムを検知し、監視し、データ送信し、制御しかつ管理することを可能にする。エネルギ変換システム１２０によって生成される電気エネルギの直接測定は、地理的位置（ＧＰＳ位置要素２４０を用いて）を照合しこのデータを実時間でネットワーク１６０を介して送信する能力と組み合わせて、より多くの制御、知識および値抽出を、地理的領域にわたって配置される環境発電システム１１０から得ることを可能にする。

図３も参照して、インタフェース装置１３０の使用方法が記載される。方法３００は、３１０において、エネルギ変換システム１２０の電気エネルギ出力１２５を測定することを含む。随意に、インタフェース装置１３０は、計算インタフェース２２０を用いて測定データに関する計算を実行する。ステップ３３０において、インタフェース装置１３０は、次いで、位置要素２４０を用いて第１装置１３０のＧＰＳ位置を確認する。次いで、３４０において、インタフェース装置１３０は、測定されたおよび／または計算されたデータを、確認されたＧＰＳ位置および他の関連データとともに、遠隔サーバ１７０に送信する。ステップ３５０において、一旦インタフェース装置１３０が予め設定された測定期間が経過したと判断すると、ステップ３１０〜３４０が繰り返される。この予め設定された期間は、たとえば１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１５，２０，３０，４０，５０または６０などの秒数であってもよい。

ＧＰＳ要素は、既存のＧＰＳネットワークを用いてインタフェース装置１３０の位置を正確に決定して、正確な緯度および経度と、装置１３０が位置するすべての座標を提供する。この情報は、サーバ１７０で使用されて、空の太陽の接近および経路、ならびにエネルギ変換システム１２０源が配置される場所の日照時間などの他の環境情報を決定する。ＧＰＳ要素２４０はまた、他のインタフェース２４５を用いてＸＹＺ座標を測定して、他の太陽光パネルまたは風力発電所などのそのサブシステムの他の設置または他の要素に関して、それ自身のＧＰＳユニットを用いて、エネルギ装置のピッチまたはシフトを正確に測定することができる。

通信サブシステム２６０は、種々の通信インタフェース２５６を介してエネルギ変換システム１２０の性能に関するデータの送信を可能にする。このようなインタフェース２５６は、携帯電話ネットワークを用いるためのＳＩＭ（加入者識別モジュール）カード２６９を含む。インタフェース２６５はまた、ローカル無線通信ネットワークまたはローカルニッチネットワークを用いるＷｉ−Ｆｉインタフェース２６７を含んでもよい。衛星インタフェースが、必要に応じて一体化されてもよい。

コントローラ２３０は、再生可能エネルギ装置の技術者および製造者がそのインタフェース装置１３０を制御、設定、切換えおよび保守を遠隔で行うことを可能にする多重チャネル通信サブシステム２６０と相互作用する制御インタフェースを備える。切り換えインタフェースハードウェアチップセット制御サービス２５０およびコントローラ２３０は、コマンドを送信しデータを受信して、インタフェース装置１３０に結合された１以上のローカル装置を制御し切り換えることができる。

測定インタフェース２１０は、エネルギ変換システム１２０から生成される太陽光または他の再生可能エネルギの量を測定し、記憶し、監視することができる。測定インタフェース２１０は、複数の異なるシステムと統合されて、エネルギ変換システム１２０が使用されている間に捕捉された（すなわち１４５において局部的に消費され、電力供給網１５０から引き出され、またはグリッド１５０に戻されていない）エネルギの量を測定し送信することができる。

太陽光エネルギまたは風力エネルギなどのグリーンエネルギ（すなわち再生可能資源からのエネルギ）は、より手頃な価格になってきており、今や消費者によって主流と受け取られている。新たな技術がこの部門において出現しているので、その効率および有効性は変化する。なぜなら、それらはその位置に関連する支配的な環境因子によって大いに影響を受けるからである。

これらの代替エネルギ源は、その出力変換率および消費者の先行投資利益率を最大にするために、最大効率で機能すべきである。この目的のために、これらの設置された再生可能エネルギ装置の効率を監視および追跡することは、伝統的な石炭生成エネルギから離れた市場占有率を得続けるグリーンエネルギの成功に不可欠である。記載されたインタフェース装置の実施形態は、再生可能エネルギ装置および類似のグリーンエネルギ生成設備の有効性を監視および追跡するために用いることができる。いくつかのインタフェース装置の実施形態はまた、エネルギ変換システムに対する制御がその動作または効果を最適化することを可能にする。

グリーンエネルギ設備の特性およびそれを支配する環境因子のために、多くの設計考慮が記載されたインタフェース装置の実施形態に適用される。
１．動作温度範囲：−２５〜８０℃
２．通信：遠隔地からネットワークインフラストラクチャにほとんどまたは全くアクセスなしで通信する能力。
３．組込送信照合検査を有する耐通信障害プロトコルスタック。
４．データ損失なしで所定期間の間遠隔サーバへの通信リンクの損失／失敗に耐える内部データ記憶。
５．動作電源：バッテリバックアップでの寄生駆動（すなわち環境発電システムによって駆動）。外部電力に対する選択肢。
６．低いまたは最小の保守。
７．遠隔デバッギングおよびエラー補正。
８．遠隔較正。
９．随意の遠隔プログラミング。

炭素クレジットは、１トンの二酸化炭素または二酸化炭素均等物（ｔＣＯ２ｅ）を伴う他の温室効果ガスを放出する権利を示す取引可能な証明書または許可証に対する包括的用語である。１炭素クレジットは、１メトリックトンの二酸化炭素に等しい。再生可能エネルギ源の使用によるカーボンオフセットの量は、伝統的な石炭または他のエネルギ源を生成するために用いられる方法に依存する。これは、このエネルギを生成するプラントの効率および他の因子に依存する。

記載されたインタフェース装置の実施期待の機能の１つは、使用された再生可能エネルギの量を追跡することである。このデータは、環境発電システム１００によって生成された炭素クレジットの量を計算するために使用されてもよい。炭素クレジットの計算は、電力供給網１５０からの代わりに、電力がどれくらい、エネルギ変換システム１２０などのローカル電源によって生成されまたはローカル電源から引き出されるのかに関するインタフェース装置１３０によって提供される情報に基づいて、サーバ１７０によって実行されるサーバ側機能である。

図４は、いくつかの実施形態に従うインタフェース装置１３０の機能要素および論理要素の概略ブロック図である。図４に示されるインタフェース装置１３０は、プロセッサ２０５の１つの例示形態としてのマイクロコントローラを有する。マイクロコントローラ２０５は、ＤＣレギュレータからの電力を受け、該ＤＣレギュレータは、ＩＥＣ電力ソケットなどのＡＣ電源に結合されたＡＣ／ＤＣ変圧器からの電源を受けてもよい。バッテリおよび充電モジュールは、幹線電力から、またはエネルギ変換システム１２０によって寄生的に充電されてもよい。ＤＣレギュレータが変圧器から電力を受けないとき、バッテリは電力を供給してもよい。インタフェース装置１３０はまた、電源のＡＣ電圧（電源がＡＣである場合）を監視し、マイクロコントローラ２０５に出力を供給するＡＣ電圧モニタを有してもよい。インタフェース装置１３０はまた、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）およびマイクロコントローラ２０５に対して少なくとも１つの電圧基準を供給するアナログ基準要素を有する。

インタフェース装置１３０は、サーバ１７０と通信する外部通信インタフェースとして作動する、ＧＳＭ／ＧＰＲＳモジュール（上述の要素２６０，２６５，２６９の機能を有する）をさらに含む。ＧＳＭ／ＧＰＲＳモジュールは、適切なハードウェアおよびソフトウェアインタフェース２６５を含み、随意に短距離無線（Ｗｉ−Ｆｉ）通信モジュール２６７を含むまたは協働してもよい。随意に、インタフェース装置１３０は、インタフェース装置１３０の位置を確認するためのＧＰＳサブシステム２４０を有してもよい。あるいは、ＧＰＳサブシステム２４０は、その設置後インタフェース装置１３０とともに残らない別個のＧＰＳロケータなどの、インタフェース装置１３０の物理的位置を決定する代替手段を選択して、省略されてもい。

インタフェース装置１３０は、他のローカル装置と結合するアナログポートコネクタおよびデジタルポートコネクタをさらに含み、いくつかの例において、制御信号をこのような装置に該ポートコネクタを介して供給し、いくつかの例において、出力信号をこのような装置から受信し、そのレは以下にさらに詳細に記載される。また、少なくとも１つの変流器、随意に３つの変流器が、局部エネルギ変換または消費装置のＤＣまたはＡＣ電流を測定するために、インタフェース装置１３０によって使用される。インタフェース装置１３０のいくつかの実施形態はまた、ホスト多重温度センサへの１線バスコネクタを使用してもよい。

インタフェース装置１３０のさらなる実施形態が、特定の実施例を参照して、以下に記載される。

太陽熱温水−例
太陽熱温水システムは、太陽の自然エネルギを用いて水を加熱する。サーモサイフォンシステム、スプリットシステムおよびヒートポンプの３つの主要なタイプの温水器があり、それぞれ異なる技術を用いている。

環境発電システム１１０のこれらの太陽熱温水形態は、電気バックアップユニット１５５を有してもよく、ブースタユニットとも、いくつかの国では「ガイザー」とも呼ばれる。ブースタユニット１５５は、太陽熱温水システムが要求される加熱を提供できないときに、水を要求された温度に加熱する責任を負う。太陽熱加熱ユニットおよびブースタユニット１５５の主な機能は、水を要求された温度にもたらすことである。太陽熱加熱ユニットは一次加熱の役割を果たし、ブースタユニット１５５は要求されたときにだけ使用される。ブースタユニット１５５は、幹線電源（グリッド１５０）からのエネルギを用いて機能する電気ユニットである。

システムの有効性は、主に太陽熱加熱ユニットに依存する。理想的には、太陽熱加熱ユニットは、要求された温度に水を加熱するために必要なエネルギを供給可能であるべきであり、ブースタユニット１５５は使用されない。これを考慮すると、システムの有効性は、主として以下の２つの因子に依存する。
１．ある日の太陽の日照時間および強度。
２．太陽のエネルギの最大量を水の上昇する熱に変換する太陽熱ユニットの能力。

上記因子のいずれかが最小加熱要求が満たされない程度に変化した場合、ブースタユニット１５５が起動される。ブースタユニット１５５がグリッド１５０からのエネルギを利用すると、このユニットによって消費されたエネルギを測定することによって、正確な炭素置換に到達することができる。システム全体の有効性は、水の温度とブースタエネルギ消費とを測定することによって決定することができる。温水システムは、水温が要求された水準にあり、ブースタユニットによってエネルギが使用されていないとき、非常に効率的であるとみなされる。

光起電性（ＰＶ）パネルまたはソーラファーム（すなわち大きなＰＶパネルアレイ）によって生成される電気エネルギは、使用されない場合失われ、貯蔵されまたはグリッド１５０に戻される。生成されたエネルギの量を測定することは、実際のカーボンオフセットの正しい測定ではないかもしれない。代わりに、カーボンオフセットの正確な測定は、通常の電力供給網１５０から引き出される代わりに再生可能エネルギ源によって生成された、エネルギの使用量または消費量の測定であろう。

上述の太陽熱温水システムは、図１に示されるようにしてインタフェース装置１３０を組み込んでもよく、ここで、このような太陽熱温水システムは環境発電システム１１０の一種を表し、加熱されるべき水は局部貯蔵または消費１４５で表される。また、システム１００は、貯蔵された加熱水の温度を検知し、検知された温度を示す信号をインタフェース装置１３０に（随意にブースタユニット１５５にも）供給するように構成された、温度センサ１５８または複数のこのようなセンサを含んでもよい。測定されたブースタユニットエネルギ消費は、検知された水温データ（およびカーボンオフセットを計算可能にする他の関連のある比較温度情報）と測定が行われた期間を規定する時間データとともに、ネットワーク１６０を介してサーバ１７０に送信可能である。このデータはまた、温水供給ユニットの出口に結合された流量計からインタフェース装置１３０によって収集された流量データによって補われてもよい。あるいは、データをサーバに送信して炭素クレジット計算を行う代わりに、該計算は、インタフェース装置１３０のプロセッサ２０５による適切なプログラムコードの実行によって行われてもよい。

上述のような温水システムを含むシステム１００の実施形態において、温度センサ（センサ１５８の一例として）は、環境発電システム１１０に関連する水貯蔵装置の水温を検知するように構成されてもよい。このような実施形態において、水貯蔵装置は、図１に示される局部貯蔵または消費１４５によって包含されるエネルギシンクの一種の例である。インタフェース装置１３０は、温度センサから出力信号を受信して検知された水温を決定するように構成されてもよい。このような実施形態において、インタフェース装置１３０は、水温を監視し、収集した温度情報を、プロセッサ２０５にアクセス可能なローカルメモリに報告し記憶するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態において、インタフェース装置１３０はまた、制御信号を、環境発電システム１１０およびバックアップ加熱システム（すなわちブースタユニット１５５）の少なくとも一方に送信して、設定された最小期間の間、水が設定温度以上に維持されるように水加熱装置内の水の加熱を制御するように構成されてもよい。このようなインタフェース装置１３０の監視および制御機能は、インタフェース装置１３０のローカルメモリから読み出される格納されたプログラムコードを実行するプロセッサ２０５によって行われてもよい。

この加熱制御は、水タンク内でバクテリアまたは他の病原体が成長する危険があり得る地域に対して、温水システムの水温が特定の温度閾値よりも下がらないことを確保するのに有用であり得る。たとえば、いくつかの地域は、レジオネラ症が発生しやすい。水タンクを汚染するレジオネラ症の危険性は、そのタンク内の水温を有害なバクテリアを殺す予め設定された温度以上に維持することによって、最小になり得る。

インタフェース装置１３０の記載された実施形態は、他の種の環境発電システム１１０を利用する他の種のシステム内で使用されてもよい。インタフェース装置１３０のこのような実施形態は、いずれの場合にも、環境発電システム１１０の性能（効率およびエネルギ使用を含む）を監視し、このように受信されたデータを記憶し、処理し、サーバ１７０に送り、サーバ１７０が環境発電システム１１０によって生成されたカーボンオフセットを計算することを可能にし、これによってこのシステムによって生成された炭素クレジットの量を計算するように構成される。サーバ１７０によってこのように受信されたデータは、環境発電システム１１０の所有者（または出資者）が、ネットワーク１６０を介してサーバ１７０と通信しているクライアント演算装置１６５によってホストされるユーザインタフェースを介して、電気的に加熱された水タンクの電力使用量とタンク温度とを遠隔で監視することを可能にするように用いられてもよい。

インタフェース装置１３０の実施形態の特徴および機能のより詳細な説明が図５〜図１４を参照して以下に従う。図５は、いくつかの実施形態に従うインタフェース装置１３０の概略回路図である。

マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）
マイクロコントローラユニット５０５、またはＭＣＵは、上述しかつ図２および図４に示されるプロセッサ２０５の例である。ＭＣＵ５０５は、インタフェース装置１３０およびシステム１００の再生エネルギ生成部の中央処理制御ユニットである。ＭＣＵ５０５は、それに取付けられたすべての他のモジュールの通信および制御の責任を負う。ＭＣＵ５０５は、そこに回路および電子部品を担持するプリント回路基板（ＰＣＢ）（図示せず）に搭載される。ＭＣＵ５０５およびＰＣＢは、おおよそ１０×１０×３ｃｍのオーダの寸法を有する小型成形プラスチックハウジング（図示せず）内に収容される。

図５は、ＭＣＵ５０５および、図６Ａにも示されるＤＣ測定ユニット５３０のための関連回路を含む集積回路の概略回路図である。図６Ｂは、ＭＣＵ５０５または類似のプロセッサとともに使用可能なＡＣ測定ユニット６３０の概略回路図である。

ＭＣＵ５０５は、プロセッサコア、メモリおよびプログラマブル入力／出力周辺機器を含む単一の集積回路上の小型演算装置である。いくつかの実施形態において、インタフェース装置１３０設計は、図５に示されるような、アムテルコーポレーション製のAtmega32u4マイクロコントローラを組み込んでいる。Atmega32u4は、３２ＫＢ 自己プログラミングフラッシュプログラムメモリ、２．５ＫＢ ＳＲＡＭ、１ＫＢ ＥＥＰＲＯＭ、ＵＳＢ２．０ フルスピード／ロースピードデバイス、１２チャネル １０ビットＡ／Ｄ変換器、およびオンチップデバッギング用ＪＴＡＧインタフェースを特色とする８ビット ＡＶＲ ＲＩＳＣベースマイクロコントローラである。Atmega32u4は、１６ＭＨｚ、２．７〜５．５ボルト動作で最大１６ＭＩＰＳスループットを達成する。

他のマイクロコントローラが、ここに記載された機能性を達成するために用いられてもよい。好ましくは、このようなマイクロコントローラは、１６ＭＨｚ以上の動作周波数が可能であり、ＵＳＢ２．０（または技術的均等物）サポートを提供し、１０ビット分解能を有する少なくとも８つのＡＤＣチャネルを提供し、少なくとも８つのＩ／Ｏ周辺機器を提供する。特に、ATmega328P-ACまたはATmega644PA-AU（図２４〜図３４参照）マイクロコントローラが、いくつかの実施形態において用いられてもよい。ATmega644PA-AUマイクロコントローラは、図２４に示され、以下にさらに詳細に記載される。

以下の機能が、ＭＣＵ５０５によって実行される。
１．コマンド信号のリッスン（遠隔）。
２．モジュール間の通信。
３．クロック信号の維持。
４．測定変換の追跡。
５．保守サイクルの追跡。
６．ＧＰＲＳのためのアプリケーションスタックの実行。
７．それに取付けられたＩ／Ｏデバイスの監視。
８．データ記憶および検索。
９．エラー回復。
１０．遠隔プログラミング。

通信
サーバ１７０およびインタフェース装置１３０間の通信は、通信サブシステム２６０を介するものであり、該通信サブシステムは、たとえば図５のＧＳＭ／ＧＰＲＳ処理チップ５０７によって実施されてもよい。インタフェース装置１３０からサーバ１７０へのデータ通信は、たとえば、グローバルシステム・フォー・モバイルコミュニケーション（ＧＳＭ）を介するジェネラル・パーパス・ラジオ・サービス（ＧＰＲＳ）によってもよい。あるいは、適切な次世代無線通信プロトコルが用いられてもよい。通信サブシステム２６０はまた、複数の他の機能のためのＳＭＳベースのコマンドをサポートして、たとえばそれに結合されたインタフェース装置の遠隔制御を可能にする。通信サブシステム２６０の詳細は、本明細書においてさらに拡張される。ＧＳＭのすべてのレイヤおよびアプリケーションスタックを除くＴＣＰ／ＩＰスタックは通信サブシステム２６０によって取り扱われる。

高電力測定モジュール
ＭＣＵ５０５は、直流５Ｖで動作する。アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を用いてＭＣＵによって測定可能な最大値は、直流５Ｖに制限される。より高い電圧を測定するために、最大６４Ｖかつ最大１８０Ａを取扱い可能な専用のＤＣ測定ユニット５３０が用いられる。ＤＣ測定モジュール５３０の出力は、ＭＣＵ５０５に直接供給されて、これを測定の意味のある結果に変換する。ＭＣＵは、ＤＣ測定モジュール５３０のアナログ出力をデジタル化し、次いで、デジタル化された量を正しい比例量（たとえば最大６４Ｖ）まで縮小する。

入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース
複数の入力／出力インタフェースは、ＭＣＵ５０５と通信するＩ／Ｏモジュール（図示せず）を介して利用可能にされる。Ｉ／Ｏモジュールは、温度センサなどの外部センサと結合し、ＭＣＵ５０５にその結果を通信することができる。Ｉ／Ｏインタフェースは、ＭＣＵ５０５によって管理され制御される。

バッテリ制御ユニット
いくつかの実施形態において、インタフェース装置１３０は、同じ装置から自身に電力供給可能である寄生モードで動作するように設計され、たとえば光起電性パネル（ＰＶパネルまたは太陽光パネル）を測定および制御している。これらの電源システムの変化する特性のために、インタフェース装置１３０は、自身に電力供給するのに十分なエネルギを引き出すことができなくてもよい。この理由のために、バッテリ端子５１７に接続される、リチウムポリマバッテリなどのバッテリを用いるバックアップ電源が設けられる。

リチウムポリマバッテリの充電および管理は、バッテリの寿命を最大にし、バッテリの過剰消耗または過充電による損傷を防ぐために、注意深く制御されるべきである。専用のバッテリ制御ユニット５１５は、バッテリ充電／放電サイクルを管理および制御する機能を課せられ、バッテリ制御ユニット５１５は、中央バスを介してＭＣＵ５０５と通信する。

クロック源
外部１６ＭＨｚ水晶は、ＭＣＵ５０５のためのクロック源５４５として機能する。ＳＭＤ１６ＭＨｚ水晶は、ＭＣＵ５０５のＸＴＡＬ１およびＸＴＡＬ２ピンに接続されてもよい。デバイスクロックオプションは、ＣＫＳＥＬ［３：０］００００のFlash Fuseビットを用いて設定される。すべてのヒューズに対して、「１」は未プログラムを意味し、「０」はプログラム済を意味する。キャパシタＣ１およびＣ２は、両水晶に対して常に等しくすべきである。キャパシタのオプション値は水晶、浮遊容量および環境の電磁ノイズに依存する。８．０ＭＨｚ〜１６．０ＭＨｚの周波数の水晶に対して、１０ｐＦ〜２２ｐＨのキャパシタが使用されるべきである。

プログラミング
ＭＣＵ５０５に予め構成されたブートローダサポートは、ＭＣＵ５０５自体によってプログラムコードをダウンロードおよびアップロードするための実読取同時書込自己プログラミング機構を提供する。この特徴は、フラッシュ内のブートローダプログラムを用いてＭＣＵ５０５によって制御されるフレキシブルアプリケーションソフトウェアアップデートを可能にする。ブートローダプログラムは、任意の利用可能なデータインタフェースおよび関連するプロトコルを用いて、コードを読取り、フラッシュメモリ（図示せず）に（プログラム）コードを書込む、またはプログラムメモリからコードを読取ることができる。ブートローダセクション内のプログラムコードは、ブートローダメモリを含むフラッシュ全体に書込む能力を有する。したがって、ブートローダは、それ自身をさらに修正することができ、その特徴がもはや必要でない場合、それ自身をコードから消去することもできる。

ＭＣＵ５０５プログラムコードは、たとえばユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポート５４０を介して、ローダアプリケーションを用いることによってフラッシュメモリにアップロード可能である。アムテルコーポレーション製の８ビットメガＡＶＲマイクロコントローラシリーズは、コントローラのオンチップフラッシュブートセクションに位置するＵＳＢブートローダによって工場設定されたＵＳＢインタフェースデバイスを含むことができる。このＵＳＢブートローダは、システムから一部を除去することなく、または予めプログラムされたアプリケーションなしで、そして如何なる外部プログラミングインタフェースを必要とすることなく、ＵＳＢホストコントローラからシステム内プログラミングの実行を可能にする。

ＵＳＢコネクタ５４０は、プログラミングおよびオンサイトデバッギングのための基板上に搭載される。ＵＳＢコネクタ５４０のピン２および３は、ＭＣＵ５０５のポート−Ｄおよび＋Ｄにそれぞれ接続される。さらに、ＭＣＵ５０５はまた、シリアルペリフェラルインタフェース（ＳＰＩ）バス（図示せず）を用いてプログラム可能である。

電源
装置の主電源は、３．７Ｖリチウムポリマバッテリ（図示せず）によって供給されてもよい。ＭＣＵ５０５は、２．７Ｖおよび５．５Ｖ間で動作可能である。ＧＳＭモジュール５０７は３．４Ｖ〜４．５Ｖおよび最大２Ａのスパイク電流を供給可能な電源を必要とする。

電力供給設計は、ＧＳＭモジュール５０７に対して重要である。モジュールの適切な性能を確保するように設計基準に従うべきである。ＶＢＡＴ（ＶＣＣ）電圧は、いつでも３．４Ｖ＜ＶＢＡＴ＜４．５Ｖであるべきである。バースト送信期間中、電流消費は最も高い。この期間中、ＶＢＡＴ電圧は、最も低いレベルに低下する。これは、図７に模式的に示される。電圧が３．４Ｖよりも低く降下した場合、ＧＳＭモジュールはリセットすることになる。これらのパラメータは、電源を選択するときに考慮に入れられるべきである。３．７Ｖリチウムポリマバッテリは、これらの条件の下で一定の電源動作を提供することができる。

インタフェース装置１３０は、寄生電力モードで機能することができるように設計される。それは、要求された電力を測定された（入力）源から引き出すことができる。たとえば、光起電性（ＰＶ）パネル（エネルギ変換システム１２０の一例として）の電力消費を測定するとき、インタフェース装置１３０は、電力をＰＶパネルから引き出してそれ自身に電力供給することができる。インタフェース装置１３０は、通常動作の下では数ミリアンペアの電流を引き出すだけであるので、電力消費は必要最小限であり、寄生電力モードで動作しているとき、測定目的では無視できる。このモードで動作するとき、インタフェース装置１３０は、測定された入力源がインタフェース装置１３０に適切な安定した電力供給を提供することができなくてもよいので、測定された入力源から直接電力供給されていない。代わりに、測定された電源は、バッテリを充電するために用いることができ、インタフェース装置１３０は常にバッテリから電力供給される。

LM7805電圧レギュレータ５２０は、測定された入力源からの電圧を直流５Ｖに下げるように用いられてもよい。LM7805は線形レギュレータであるので、幾分かの電力が加熱時に失われる。LM7805は、インタフェース装置１３０の本体のヒートシンクとともに搭載されるべきである。LM7805は、電圧を７Ｖ〜３５Ｖから直流５Ｖに下げることができる。入出力電圧の差が大きくなると、加熱が増大する。理想的には、入力電圧は、可能であれば１２Ｖに近づく。LM7805の出力は、ＤＣ入力を、バッテリ制御ユニット５１５およびバッテリ端子５１７を含むバッテリ充電回路に供給するように用いられる。

バッテリ充電回路は、５Ｖ電源を含むように更新することができ、これはバッテリ回路（５１５／５１７）に直接接続することができる。この場合、バッテリはバックアップ電源として動作する。

充電
バッテリを充電および放電することは、化学反応である。リチウムポリマ（Ｌｉ−Ｐｏｌｙ）バッテリは、過充電および過放電に非常に敏感である。これは、バッテリに恒久的な損傷を生じさせ得る。いくつかの場合において、Ｌｉ−Ｐｏｌｙバッテリは、高電圧で充電されると、爆発し得る。Ｌｉ−Ｐｏｌｙバッテリを充電するときには、注意すべきである。

Ｌｉイオン充電器は、鉛酸システムに類似する電圧制限装置である。その差は、セル当たりのより高い電圧、より厳しい電圧公差および満充電時にトリクルまたは浮遊充電がないことである。鉛酸セルは電圧遮断に関して幾分かの適応性を提供するけれども、Ｌｉイオンセルの製造者は正しい設定に非常に厳格である。なぜならＬｉイオンは過充電を許容できないからである。多くのセルは、＋／−５０ｍＶ／セルの公差を伴って４．２０Ｖ／セルまで充電する。より高い電圧は容量を増加させることができるが、結果として生じるセルの酸化は寿命を短くする。より重要なのは、４．２０Ｖ／セルを超えて充電した場合の安全性の懸念である。

専用のバッテリ充電回路は、バッテリ充電の異なるステージを管理するために用いられる。インタフェース装置１３０の実施形態は、バッテリ制御ユニット５１５として、市販のマキシムセミコンダクターズ社製のＭＡＸ１５５５ ＩＣを使用してもよい。ＭＡＸ１５５５ユニットは、単一のＬｉ−Ｐｏｌｙセルを安全に充電するための完璧な電気インタフェースを提供し、いくつかのキャパシタを除いて外部部品を必要としない。バッテリ制御ユニット５１５は、ＵＳＢおよびＤＣを含む２つの充電モードをサポートしてもよい。ＤＣ充電は、２８０ｍＡまで上げ、最大７Ｖまで電圧をサポートすることができる。ＭＡＸ１５５５はまた、充電電流が５０ｍＡを超えるときを示すアクティブ・ロー・オープン・ドレインＣＨＧピンを提供する。バッテリ制御ユニット５１５が過加熱を検出したとき、安全な水準に達するまで、充電電流を徐々に減少させる。バッテリが非常に放電した状態（ＶＢａｔｔ＜３Ｖ）にある場合、バッテリ制御ユニット５１５は、損傷しないように、４０ｍＡの予備充電電流を供給する。

ＭＡＸ１５５５は、結合するための如何なるコードを必要としない。そのＣＨＧピンは、マイクロコントローラに接続されて、バッテリ充電が完了したとき通知する。ＭＡＸ１５５５は、バッテリ制御ユニット５１５の一例であり、マイクロチップ社製のMCP73831などの他の充電器集積回路で置換可能である。

測定
インタフェース装置１３０の主な機能の１つは、測定モジュール５３０の入力源端子に接続される電源の電力を測定することである。電力は、エネルギが生成され、または消費される割合である。キロワット時（ｋＷｈ）は、１キロワット（１ｋＷ）の電力が１時間（１ｈ）に消費されるのに等価なエネルギの単位である。

電力（ワット）は次式によって導出される。
Ｐ＝Ｉ・Ｖ、ここでＰは電力（ワット）であり、Ｉは電流消費であり、Ｖは電圧である。

図６Ｂは、ＡＣ測定ユニット６３０の例の回路図である。電流測定のために、入力源回路の電流は、マイクロコントローラインタフェースで直接測定するには高すぎ得る。変流器（ＣＴ）がこのシナリオにおいて用いられる。変流器は、入力源回路の電流に正確に比例する減少した電流を生成し、これが測定可能である。負荷抵抗が変流器コイルに並列に接続される。電流がこの抵抗を流れるとき、抵抗に電圧降下が生じる。この電圧降下は、ＭＣＵ５０５のＡＤＣチャネルを用いて測定される。オームの法則を用いて、回路の電流は以下のようにして計算可能である。

ここで、Ｉは電流であり、Ｖは電圧であり、Ｒは抵抗である。
ＭＣＵ５０５のＡＤＣチャネルは正の電圧を測定することだけができるので、ＤＣバイアスが加えられる。ＤＣ成分は、ＭＣＵ５０５のデジタル信号処理（ＤＳＰ）機能の一部としてのフィルタを用いて、ソフトウェアで除去される。

電圧測定のために、逓降変圧器は、線間電圧を１１０Ｖ〜２５０Ｖから交流７．５Ｖ〜１２Ｖに減少させるために用いられる。逓降変圧器の二次コイルは、分圧ネットワークに接続されて、電圧範囲をＡＤＣチャネルの測定範囲内にする。電流測定ユニットと同様に、測定のために範囲を正の値に保持するために、ＤＣバイアスが加えられる。
図６Ａは、測定された（入力）電力がＤＣ源である場合に使用されるＤＣ測定ユニット５３０の回路図である。測定回路、電流および電圧測定に対して２つの部分がある。３つの端子が入力源に対して設けられる。

電流測定のために、１Ωのシャント抵抗（Ｒ３）が入力源のＩｎ（Ｅｘｔ−１）端子およびＯｕｔ（Ｅｘｔ−２）端子間に直列に接続される。Ｒ３の電圧降下は、ＭＣＵ５０５の差動アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を用いて測定される。ＡＤＣチャネルＡＣＤ０およびＡＤＣ１は、差動電圧降下を測定するために用いられる。抵抗を通る電流は、オームの法則を用いて以下のように計算可能である。

ここで、Ｉは電流であり、Ｖはシャント抵抗の電圧降下である。１Ωの抵抗が用いられる場合、Ｒは１である。

直列回路において、各部品を通過する電流は同一である。このことは、入力源装置、およびＲ３が直列に接続されているので、入力源装置によって消費される電流が、Ｒ３を介する電流と同一であることを意味する。Ｒ３を介する電流を測定することは、電流消費を与える。Ｒ３は、巻線抵抗器であってもよい。巻線抵抗器は、細いワイヤを、セラミックロッドに巻き付けることによって作製される。それらは、装置の測定における使用に対して極めて正確である。それらは、高電流回路において、過熱することなく、大電流を通過させることができる。１ΩであるようなＲ３の低い値が、選択されて、エネルギ損失を最小化してもよい。
電圧測定のために、大抵のＭＣＵのＡＤＣは、供給電圧（ＶＣＣ）以下であるアナログ電圧だけを測定することができ、供給電圧は、通常、５Ｖである。この場合における予測される入力源電圧は、５Ｖよりもかなり高い範囲にあり、通常、１２Ｖ以上である。この問題を克服するために、分圧器ネットワークが使用される。分圧器は、単純な線形回路であり、その入力電圧（Ｖ_Ｉｎ）の何分の１かである出力電圧（Ｖ_Ｏｕｔ）を生成する。この場合、Ｖ_Ｏｕｔは、入力源電圧に対して、５Ｖより小さい、比例電圧である。

Ｖ_ｏｕｔは、ＭＣＵ５０５のＡＤＣチャネルＡＤＣ４に接続される。
したがって、電源電圧Ｖ_Ｉｎは、以下のように算出される。

上述の方法は、電流および電圧を測定するための、単純であり、かつ高精度な方法を提供する。しかしながら、ホール効果または他の方法に基づく市販の集積回路が、電圧測定目的のために使用されてもよい。どのような方法を用いるとしても、ＭＣＵ５０５のＡＤＣポートに最大許容電圧（たとえば、５Ｖ）より小さい電圧だけを提供することに注意を払う必要がある。

高電流、および高電圧の測定に関して、高エネルギ源を直接測定するのではなく、比例する値を読み取るために、降圧変圧器が使用されてもよい。

基準電圧
ＡＤＣの出力は、以下の式を用いて算出される。

差動チャネルの場合は、

である。

これらの式から、基準電圧Ｖ_ｒｅｆが、正確なＡＤＣ読み取りの取得において、重要な役割を果たすことは明らかである。ＶＣＣがＶ_ｒｅｆとして用いられる場合、バッテリの電力が低下するので、Ｖ_ｒｅｆの値が減少し、それは、ＡＤＣ読み取りの正確性に影響する。このことは、誤った結果をもたらす恐れがある。この問題を回避するために、ＭＣＵ５０５は、ＭＣＵ５０５のＡＲＥＦピンからのＶ_ｒｅｆを使用するようにプログラムされている。

専用の電圧基準回路５３５が、一定の電圧基準を、この目的のためのＭＣＵ５０５のＡＤＣに提供するために使用される。このことを達成するための多くの方法が存在するが、インタフェース装置１３０の幾つかの実施形態は、低ドロップアウト３．３Ｖ固定レギュレータＩＣであるLM3940IT3を使用する。LM3940は、真の低ドロップアウトレギュレータであり、３．８Ｖ〜５Ｖの入力電圧の調整において、その３．３Ｖの出力を維持することができる。Ｌｉ−Ｐｌｏｙバッテリは、この範囲で動作するので、３．３Ｖの一定の基準電圧が、ＭＣＵ５０５に提供される。

電圧基準回路５３５は、２．５Ｖ基準電圧レギュレータであるLM336によって改善されてもよい。このモノリシックＩＣ電圧基準は、０．２Ｗの動作インピーダンスで、低温度係数２．５Ｖのツェナーとして動作する。

温度測定
温度は、太陽熱温水器のような、再生可能エネルギのカーボンオフセットを算出するために測定すべき重要なパラメータのうちの１つである。

今日では、多くの適切な温度センサが市販されている。最も普及しているものが、１線温度センサDS18S20、および、ＬＭシリーズセンサ（LM135）のような、他のツェナーベースセンサである。LM135は、絶対温度に直接に比例した降伏電圧を有する。これらのセンサは、較正を必要とし、温度測定のための、ＭＣＵ５０５のＡＤＣチャネルに接続される。それらは、高度なソフトウェア実装を必要としない。これらのセンサの唯一の欠点は、各センサが、専用のＡＤＣチャネルを必要とすることである。必要とされるセンサの数が３〜５未満である場合の実装に関しては、これは、より簡単な選択肢である。

１線装置は、動作するために、データ配線およびグランド配線である２つの配線だけを必要とする。多くの１線装置が、１線ネットワークを形成する単一のバスに接続されてもよい。１つのバスに接続される装置の数には上限がない。全ての装置が単一のバス（データ）に接続されるので、バスに接続される全ての装置を動作させるために、ＭＣＵの単一のポートだけが必要とされる。３〜５より多くのセンサを必要とする実装のために、これは、より好ましい選択肢となるであろう。１線実装の欠点は、１線装置を駆動するためのより高度なソフトウェアの必要性である。

グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズ（ＧＳＭ）
インタフェース装置１３０の記載された実施形態は、サーバ１７０との通信の主要モードとして、ＧＳＭを用いる。インタフェース装置１３０は、ジェネラルパケットラジオサービス（ＧＰＲＳ）の機能を有する、市販のADH8066ＧＳＭモジュールを組み込んでもよい。ＵＡＲＴ（ユニバーサルアシンクロナストランスミッタ／レシーバ）インタフェースを有する任意のＧＰＲＳ対応ＧＳＭモジュールが、この目的のために使用されてもよい。

ＧＳＭモジュールは、ＤＦ１２Ｄ５０ピンオスコネクタと予め組み立てられ、該オスコネクタは、インタフェース装置１３０メインＰＣＢ上の適合するメスコネクタ上に直接に取り付けることができる。ＭＣＵ５０５とＧＳＭモジュール５０７との間の通信は、全二重ＵＡＲＴを介した通信である。ＧＳＭモジュールの、ＴＸ０（１４）およびＲＸ０（１６）ピンは、ＭＣＵ５０５のＲＸおよびＴＸピンにそれぞれ接続される。１０Ｋ（Ｒ６）レジスタが、ＧＳＭモジュール５０７が電源投入されていないときの背景雑音を防止するための、プルダウン抵抗として使用される。ＡＴコマンド（Hayesコマンドセット）が、ＧＳＭモジュール５０７を駆動するために使用されてもよい。

ＧＳＭモジュールのための電源投入手続きが、以下に詳細に説明され、図１１のフローチャートにおいて示される。ＧＳＭモジュール５０７のピンＯＮＫＥＹ（４１）が、電源投入手続きにおいて使用される。電源投入手続きは、ＯＮＫＥＹピンを、トランジスタのようなスイッチ５２５を用いて、所定時間の間、グランドに接続することを含む。ＮＰＮトランジスタＢＣ６３９が、この目的のために使用されてもよい。ＭＣＵ５０５のＯＮＫＥＹ制御ピンＰＢ１が、トランジスタ５２５のベースに接続される。ＧＳＭモジュール５０７のＯＮＫＥＹピンは、トランジスタ５２５のコレクタに接続されるが、そのエミッタは、グランドに接続される。このように、ＰＢ１上のハイ信号が、スイッチトランジスタ５２５を駆動させることができ、それによって、ＧＳＭモジュール５０７上のＯＮＫＥＹピンをグランドにして、ＧＳＭモジュールをオンまたはオフにすることができる。

ＡＴコマンドセットをアクティブにするために、電源投入手続きの間、ＧＳＭモジュール５０７のピンＣＴＳ０およびＤＳＲ０が、短時間の間ハイで駆動される必要がある。このことは、これらのピンを、ＭＣＵ５０５のピンＰＢ２に接続することによって達成される。

ＧＳＭモジュール５０７のピン１．８Ｖ（３１）は、モジュールが電源投入されるとき、グランドに対して１．８Ｖ電圧を生成する。ＧＳＭモジュール５０７の電源投入状態は、ＭＣＵ５０５のＡＤＣチャネルＡＤＣ５に接続されるピン１．８Ｖ（３１）を使用して、ＭＣＵ５０５によって監視される。

外部無線アンテナ（図示せず）が、インタフェース装置１３０の内部または外部に搭載される。アンテナは、たとえば、Ｕ．ＦＬ無線コネクタを介して、ＧＳＭモジュールに接続されてもよい。

コンピュータへの（ＴＣＰ／ＩＰ）接続、またはＵＳＢのような、多くの他の通信方法が、インタフェース装置１３０とサーバ１６０とを通信させるために使用されてもよい。遠隔位置の監視のために、衛星通信モジュールが、ＧＳＭモジュール５０７の代わりに使用されてもよい。ＧＳＭネットワークへのアクセスは、広く利用可能であり、かつサービスエリアが急速に拡大しているので、ＧＳＭモジュールが、本設計のために選択される。

ソフトウェア設計
メモリ管理
マイクロコントローラは、今日のコンピュータと比較して、非常に小さなメモリを有している。この制限によって、メモリ管理は、複合マイクロコントローラベースの装置の設計に関する重要な検討事項とすべきである。

ＭＣＵ５０５のアムテルＡＶＲアーキテクチャは、データメモリ空間およびプログラムメモリ空間の、２つのメインメモリ空間を有する。さらに、幾つかのそのようなＭＣＵは、データ記憶のためのＥＥＰＲＯＭ（電気的消去プログラム可能型読取専用メモリ）を備える。３つのメモリ空間の全てが、線形、かつレギュラである。

幾つかの実施形態において、ＭＣＵ５０５として用いられるATmega32U4マイクロコントローラは、プログラム記憶のための、３２Ｋバイトのオンチップインシステムリプリグラマブルフラッシュメモリを含む。全てのＡＶＲ命令は、１６ビット、または３２ビットの幅であるので、フラッシュは、１６Ｋ×１６に構成される。ソフトウェアの安全性のために、フラッシュプログラムメモリ空間は、ブートプログラムセクション、およびアプリケーションプログラムセクションの、２つのセクションに分割される。

フラッシュメモリ
フラッシュメモリは、少なくとも１００，０００書き込み消去サイクルの耐久性を有する。ＭＣＵ５０５のプログラムカウンタ（ＰＣ）は、１６ビット幅であってもよく、したがって３２Ｋプログラムメモリ位置のアドレスを指定する。

ＳＲＡＭデータメモリ
ＭＣＵ５０５は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）を有し、ＳＲＡＭは、データの残留を提供するが、依然として揮発性である。ATmega32U4は、ＩＮおよびＯＵＴ命令のための命令コードにおいて予約された６４位置の内部においてサポートされているよりも多くの周辺機器を有する、複合マイクロコントローラである。ＳＲＡＭの＄０６０〜＄０ＦＦからの拡張されたＩ／Ｏ空間のために、ＳＴ／ＳＴＳ／ＳＴＤ、およびＬＤ／ＬＤＳ／ＬＤＤ命令だけが使用されてもよい。

ＳＲＡＭデータメモリは、図８において概略的に示される。最初の２，８１６データメモリ位置は、レジスタファイル、Ｉ／Ｏメモリ、拡張Ｉ／Ｏメモリ、および内部データＳＲＡＭのアドレスを指定する。最初の３２位置は、レジスタファイルのアドレスを指定し、次の６４位置は、標準Ｉ／Ｏメモリのアドレスを指定し、拡張Ｉ／Ｏメモリの１６０位置、および次の２，５６０位置は、内部データＳＲＡＭのアドレスを指定する。

データメモリのための５つの異なるアドレス指定モードは、直接（Direct）、ディスプレースメント付間接（Indirect with Displacement）、間接（Indirect）、前置デクリメント付間接（Indirect with Pre-decrement）、後置インクリメント付間接（Indirect with Post-increment）を網羅する。レジスタファイルにおいて、レジスタＲ２６〜Ｒ３６は、間接アドレス指定ポインタレジスタを特徴とする。直接アドレス指定は、全データ空間に到達する。

ディスプレースメント付間接モードは、ＹまたはＺレジスタによって与えられるベースアドレスから、６３のアドレス位置に達する。自動前置デクリメントおよび後置インクリメントを有するレジスタ間接アドレス指定モードを使用しているとき、アドレスレジスタＸ、Ｙ、およびＺは、減少または増加させられる。３２の汎用ワーキングレジスタ、６４のＩ／Ｏレジスタ、およびATmega32U4の内部データＳＲＡＭのうちの１．２５／２．５Ｋバイトは、全て、これらのアドレス指定モードの全てを介してアクセス可能である。

ＥＥＰＲＯＭデータメモリ
幾つかの実施形態においてＭＣＵ５０５として用いられる、ATmega32U4マイクロコントローラは、データＥＥＰＲＯＭメモリのうちの１Ｋバイトを含む。それは、単一バイトが、読み出され、かつ書き込まれることができる、別個のデータ空間として構成される。ＥＥＰＲＯＭは、少なくとも１００，０００書き込み消去サイクルの耐久性を有する。ＥＥＰＲＯＭとＣＰＵとの間のアクセスは、以下において、ＥＥＰＲＯＭアドレスレジスタ、ＥＥＰＲＯＭデータレジスタ、およびＥＥＰＲＯＭコントロールレジスタを特定することによって説明される。

シリアルペリフェラルインタフェースＳＰＩ
シリアルペリフェラルインタフェース（ＳＰＩ）は、ＭＣＵ５０５と他の周辺装置との間の高速同期データ転送を可能にする。ＳＰＩは、全二重通信をサポートする。ＭＣＵ５０５において、ＳＰＩは、インシステムプログラミングとして使用されてもよい。

ＵＡＲＴ／シリアルデータの送信および受信
万能非同期送受信機（ＵＡＲＴ）は、データのうちの数バイトを取り出し、個別のビットを逐次的方法で送信する。送信先において、第２のＵＡＲＴが、ビットを、完全なバイトに再構築する。各ＵＡＲＴは、シリアル形式とパラレル形式との間の変換の基本的方法であるシフトレジスタを含む。通信は、「全二重」（送信および受信の両方を同時に行う）、または「半二重」（装置が送信と受信とを切り換える）であってもよい。

キャラクタフレーミング
各キャラクタは、低論理スタートビット、データビットの８つの数字、任意のパリティビット、および１または複数の高論理ストップビットとして送信される。スタートビットは、受信側に新たなキャラクタが来ることを信号で伝える。次の８ビットは、キャラクタを示す。データビットに続くビットは、パリティビットであってもよい。次の１または２ビットは、常に、マーク（高論理ハすなわち、「１」）状態にあり、ストップビットと呼ばれる。それらは、受信側にキャラクタが終了したことを信号で伝える。スタートビットが低論理（０）であり、ストップビットが高論理（１）であるので、前回のキャラクタと次のキャラクタとの間に明確な境界が存在する。このことは、図９において概略的に示されている。

プログラミング言語
ＭＣＵ５０５は、Ｃまたはアセンブリのような低水準言語を用いてプログラムされてもよい。それは、両方の組み合わせであってもよい。記載されたインタフェース装置１３０は、そのソフトウェア実装のために、Ｃおよびアセンブリの両方の組み合わせを使用してもよい。タイミングが重要である場合には、アセンブリ／インラインアセンブリが使用される。命令を実行するためのＭＣＵサイクルの数は、タイミング要求を満たすために、注意深く調整されてもよい。

メインプログラムフロー
インタフェース装置１３０の制御方法のメインプログラムフローが、図１０のフローチャートに示される。一連の初期化工程１０１０が、インタフェース装置を、電力停止状態から設定するために実行され、その後、１０２０において、デフォルト設定がＥＥＰＲＯＭにセーブされ、監視、制御、および通信ループ１０３０が、本願明細書において記載されるインタフェース装置の、メインの監視、制御、および通信機能を提供するために実行される。

システムクロックプリスケーラ
ＭＣＵ５０５は、システムクロックプリスケーラを有し、システムクロックは、クロックプリスケーラレジスタ−ＣＬＫＰＲを設定することによって分割されてもよい。この特徴は、処理能力の要求が低いときに、システムクロック周波数および電力消費を減少させるために使用されてもよい。初期化工程１０１０のうちの１つとして、システムクロックプリスケーラは設定される。インタフェース装置１３０は、ＣＬＫＰＲをゼロに設定することによって、ＭＣＵ５０５の全力を使用する。

プログラムメモリユーティリティ
ＭＣＵ５０５は、プログラム（フラッシュ）メモリのうちの３２Ｋバイトを備えてもよい。この全てが、プログラム（ソフトウェア）自体を格納するために使用されるのではない。ＳＲＡＭおよび他の利用可能なメモリの量が制限されているので、可能である場合には、プログラムメモリが使用されてもよい。多くの関数が、ＡＶＲシリーズのマイクロコントローラのための<avr/pgmspace.h>関数ライブラリから利用可能である。このライブラリは、プログラムに、インタフェース装置１３０のプログラム空間（フラッシュメモリ）に格納されたデータにアクセスするためのインタフェースを提供する。

ＵＳＢ初期化
ＭＣＵ５０５は、ＵＳＢ出力を有してもよく、該ＵＳＢ出力は、プログラミング、デバッギングのために使用されてもよく、またはＰＣもしくはサーバとのシリアル通信のために使用されてもよい。必要とされる初期化シーケンスは、初期化工程１０１０のうちの１つとして実行され、ＵＳＢを使用可能にし、かつホストシステムによって認識可能にする。

ＭＣＵは、ＵＳＢ通信のための通信速度自動選択が可能であってもよい。全てのテストおよびデバッグは、９６００ボーで行われる。ボーは、１秒あたりのシンボル数、または１秒あたりのパルス数である。それは、シンボルレートの単位であり、ボーレートまたは変調レートという名称でも知られる。

ＵＡＲＴ初期化
ＭＣＵ５０５のハードウェアＵＡＲＴインタフェースは、初期化工程１０１０のうちの１つとして、ＵＡＲＴデータ受信割り込みと一緒に初期化される。ＭＣＵ５０５のＴＸピンおよびＲＸピンは、今や、それぞれデータ送信およびデータ受信が可能な状態にある。ＧＳＭモジュールと通信するために、１１５２００のボーレートが使用される。

ＵＢＲＲを導出するための一般式が、
UBRR = (((F_CPU / (USART_BAUDRATE * 16UL))) - 1)
である。Ｆ＿ＣＰＵは、１６ＭＨｚ（１６００００００Ｈｚ）である周波数であり、ＵＳＡＲＴ＿ＢＡＵＤＲＡＴＥは、１１５２００である。

インタフェース装置１３０のテストにおいて、ＵＢＲＲが上述の式を用いて算出された場合、ＧＳＭとの通信が安定でないことが見出された。
この問題を是正するために、以下の新たな式が使用された。
UBRR = (((F_CPU) + 8 * (USART_BAUDRATE)) / (16 * (USART_BAUDRATE)) -1)
送信および受信バッファもまた、この段階で初期化される。

ミリ秒タイマ初期化
ＧＳＭモジュール５０７との通信の唯一のモードが、ＵＡＲＴを介したモードである。コマンドがＧＳＭモジュール５０７に送信されるとき、またはＭＣＵ５０５がＧＳＭモジュール５０７からのデータを待つ必要があるとき、ＭＣＵ５０５は、所定時間の間待機する。ＧＳＭ５０７からの応答がなくこの時間が経過すると、ＭＣＵ５０５は、次の動作を処理することによって再開する。これは、リカバリタスクであってもよい。タイムアウトが特定されている場合、ＭＣＵ５０５は、ＧＳＭコマンド失敗の場合には、永久に待機することができる。この問題を回避するために、タイムアウトが、ＧＳＭモジュール５０７へのコマンド呼出しの各々に実装される。ＧＳＭモジュールが、タイムアウト期間内に応答しないとき、ＭＣＵ５０５は、その動作を再開する。

ミリ秒タイマは、ＭＣＵが電源投入されてから経過したミリ秒の数を計測する。これは、タイムアウト機能、またはミリ秒を必要とする任意のカウンタを実装するために使用される。８ビットタイマであってもよいタイマ０が、タイムアウト期間の時間を計測するために使用される。初期化機能が、初期化工程１０１０のうちの１つとして、この時間、およびミリ秒カウンタを保持するために必要とされるグローバル変数を構成する。カウンタ変数は、３２ビットの整数であってもよい。カウンタが保持することができる最大値が０×ＦＦＦＦＦＦＦＦ（４２９４９６７２９５）であるので、カウンタは、４９日毎にリセットされる。

アナログ−デジタル変換（ＡＤＣ）初期化
アナログ−デジタル変換は、アナログ信号を、デジタルの等価物に変換する処理である。ＤＣまたはＡＣ測定ユニット５３０／６３０の出力は、アナログ信号である。ＭＣＵ５０５は、この情報を読み取るための多くのＡＤＣチャネルを有し、内部の変換および算出のために、それをデジタル等価物に変換する。

初期化工程１０１０のうちの１つとして、ＡＤＭＵＸレジスタ、およびＡＤＣＳＲＡレジスタが、ＡＤＣチャネルを構成するために使用される。初期化処理の間、対応するＡＤＣピン上のデジタル入力バッファは無効にされる。このことは、入力バッファにおける電力消費を減らす。ＡＤＭＵＸレジスタは、外部の基準を使用するように構成され、ＡＤＣＳＲＡレジスタは、１２８のプリスケーラを使用し、かつＡＤＣを有効とするように構成される。
グローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズ（ＧＳＭ）初期化
ＧＳＭモジュール５０７のピンＰＯＷＥＲ、ＯＮＫＥＹ、およびＤＳＲ−ＣＴＳに対応するＭＣＵのピンは、出力ピンとして構成され、出力ピンは、ＧＳＭモジュール５０７を制御する。初期化工程１０１０のうちの１つとして、ＤＳＲ−ＣＴＳのためのＭＣＵピンをハイに設定し、ＯＮＫＥＹのためのＭＣＵピンをローに設定することによって、デフォルト設定が有効にされる。これに続いて、図１１に示されているように、電源投入処理１１００が開始される。

電源投入が成功すると、ＧＳＭモジュール５０７は、「ＡＴ」コマンドを受ける。ＧＳＭモジュールによって「ＯＫ」という結果が返されると、ＧＳＭモジュールは、さらなるコマンドを受け取り可能な状態になる。初期化処理１０１０におけるこの段階において、ＥＥＰＲＯＭは、ＳＩＭ（加入者識別モジュール）ピンのために確認される。利用可能である場合には、ＧＳＭモジュールは、「ＡＴ＋ＣＰＩＮ」コマンドを用いて、ＳＩＭピンが供給される。

ＡＤＣタイマ初期化
入力電源における電力消費量を算出するために、電圧および電流が、一定の間隔で、たとえば毎秒、測定されるべきである。インタフェース装置１３０によって行われる電力測定の正確性を維持するために、測定周波数が正確であることが重要である。これを達成するために、ＡＤＣチャネルのために初期化工程１０１０のうちの１つとして、専用のタイマが初期化される。ここでは、１６ビットタイマであるタイマ１が、使用される。出力比較割り込みが、有効にされて、毎秒発生する。

汎用タイマ初期化
多くの一般的アクティビティが、一定の間隔で実行される。このことは、キューされたクリーンアップ動作である、ＧＳＭ要求に応答すること、および、サーバ１７０にデータを送信することを含む。初期化工程１０１０のうちの１つとして、タイマであるTimer3は、初期化されて、各プリセット間隔の後に出力比較割り込みを発生させ、それは、たとえば４秒ごとであってもよい。

グローバル割り込み
割り込みは、グローバル割り込みフラグが設定された場合にだけ、有効にされる。この時点までは、全ての割り込みが、構成され、動作可能な状態にある。グローバル割り込みフラグが、工程１０１０の一部として設定されると、以前に構成された全ての割り込みが、有効にされる。このことは、関数sei()を呼び出すことによって行われる。

フラッシュＵＳＢ
ＵＳＢは、オペレーティングシステム、または他のソフトウェアコマンドを、バッファに含んでもよい。初期化工程１０１０の間、このバッファは、消去される。このことは、孤立したコマンドを消去して、新たなコマンドのための場所をあけることを保障する。

ＥＥＰＲＯＭデフォルト値確認
幾つかの実施形態においてＭＣＵ５０５として使用される、ATmega32u4マイクロコントローラは、１Ｋバイト（１０２４）内部ＥＥＰＲＯＭを備える。ＭＣＵ５０５内部の他のメモリとは異なり、ＥＥＰＲＯＭに書き込まれたデータは、永久に記憶され、このことは、たとえ装置の電源が遮断されても、データが、ＥＥＰＲＯＭメモリに保持されることを意味している。この理由により、インタフェース装置構成情報は、ＥＥＰＲＯＭ内部に格納される。初期化処理の間、ＥＥＰＲＯＭフラグ、構成設定フラグが、工程１０２０において確認される。フラグが設定されていない場合、デフォルト構成値が、ＥＥＰＲＯＭにロードされる。フラグが設定されている場合、この工程は無視される。

無限ループ
ＥＥＰＲＯＭフラグチェックに続いて、メイン機能ループ１０３０が、ＭＣＵ５０５によって起動されたとき、メインの監視、制御、および通信機能が始まる。この機能は、このメイン機能ループ１０３０が実行を完了すると、終了される。インタフェース装置は、電源が切られるまで、１日２４時間動作し続けることが意図されているので、このことは、一般に、インタフェース装置１３０の通常機能のためには好ましくない。これは、メイン機能ループ１０３０の内部で無限（エンドレス）ループを動作させることによって達成される。

動作状態フラグ
GSMDataFlag、PostDataFlag、およびMaintenanceFlagである、３つのグローバル動作状態フラグが存在する。これらのフラグは、特定のアクティビティがキューされたとき、メイン機能ループ１０３０の異なる部分によって有効にされる。

GSMDataFlag
GSMDataFlagは、ＧＳＭデータバッファにおいてＧＳＭコマンドが利用可能であるときに設定される。これは、サーバ１７０から、ＳＭＳまたはＧＰＲＳを介して受信されるコマンドであってもよい。

PostDataFlag
汎用タイマ割り込みは、このフラグの設定に関与する。このフラグは、５分毎に、タイマ割り込みによって有効にされる。

MaintenanceFlag
このフラグもまた、汎用タイマ割り込みによって設定される。メンテナンスアクティビティは、２分毎に実行されるので、このフラグは、２分毎に、汎用タイマによって設定される。

シリアルデータの確認および処理（機能１０３２）
シリアルポート（ＵＳＢ）からのデータは、不具合発見およびデバッグ目的のためのコマンド処理のために使用される。この処理は、データトランスミッションレディ（ＤＴＲ）がシリアルポート上で有効にされたとき、アクティブにされる。この処理は、データがシリアルバッファに現れるのを待つ。区切りキャラクタ「；」がバッファに送信されるまで、何らの動作も行われない。キャラクタ「；」は、コマンドターミネータである。コマンドが受信されると、制御は、取るべきさらなる動作のために、関数processRequest()に渡される。この処理制御は、デフォルトで、データがシリアルデータバッファに届くのを待つ。それは、他の動作状態フラグが設定された場合にだけ、待機状態を抜ける。シリアル（ＵＳＢ）ポートは、装置のためのコマンドセンタとして動作するＰＣ／サーバとの通信のために使用されてもよい。

ＧＳＭデータの確認および処理（機能１０３４）
データがＧＳＭモジュール５０７から届いたとき、それは、ＧＳＭデータバッファ（ＵＡＲＴバッファ）に配置される。このことが発生したとき、動作状態フラグGSMDataFlagが設定される。GSMDataFlagが設定されると、処理制御は、ＧＳＭデータ処理に移行する。

この段階において、GSMDataFlagが消去され、関数getATResultWithTimeoutが呼び出されて、バッファからＧＳＭデータを読み出す。バッファからのデータが読み出されると、制御は、取るべきさらなる動作のために、関数precessRequest()に渡される。

データ送信処理（機能１０３６）
「PostDataFlag」のための動作状態フラグが汎用タイマによって設定されたとき、処理制御は、この処理に移動する。このことは、５分毎に発生する。この段階において、フラグは消去され、さらなる処理のために、関数postData()が呼び出される。

メンテナンス処理（機能１０３８）
メンテナンス機能「MaintenanceFlag」のための動作状態フラグが、２分毎に、汎用タイマによって設定される。このフラグが設定されたとき、処理制御は、メンテナンス処理に移行する。

この段階において、「MaintenanceFlag」は消去され、メンテナンスアクティビティが行われる。その時点でアクティブである唯一のアクティビティは、一時停止中のＳＭＳ要求を処理することである。ＳＭＳ要求が受信されたときに、インタフェース装置１３０が、いかなるアクティブタスクも行っていない場合、インタフェース装置１３０は、ＳＭＳ要求をすぐに処理する、そうでなければＳＭＳ要求は、後の段階における処理のためにキューされる。ＧＰＲＳ要求もまた、この段階において処理されてもよい。

メイン機能ループ１０３０の間に行われるＭＣＵ５０５のメイン機能のための、関数定義が、以下に提供される。

メインＭＣＵ関数定義：
・ uint8_t MaintenanceFlag (void)
・ uint8_t PostDataFlag (void)
・ uint8_t GSMDataFlag (void)
・ uint8_t SerialDataFlag (void)
・ void send_str_p (const char *s)
・ void send_str (const char *s)
・ uint8_t recv_str (char *buf, uint8_t size)
・ void saveDefaultConfigValues (void)
・ uint8_t processRequest (char *req, uint8_t origin)
・ void postData ()
・ uint8_t processSMSRequest (char *req)
・ uint8_t processGSMRequestBuffer (void)
・ double getVoltage (void)
・ double getCurrent (void)
・ double getGSMVoltage (void)
・ double measurePower (void)
・ double calcACPowerHPF (uint16_t division)

MaintenanceFlag()
パラメータ
なし
リターン
uint8_t：「MaintenanceFlag」状態
説明
この関数は、動作状態フラグ「MaintenanceFlag」の状態を返す。

PostDataFlag()
パラメータ
なし
リターン
uint8_t: 「PostDataFlag」状態
説明
この関数は、動作状態フラグ「postDataFlag」の状態、およびMaintenanceFlag()からの出力の逆の論理積を返す。このことは、メンテナンス動作が動作中である場合に、PostData()機能が、メンテナンス動作の終了を待つことを保障する。

GSMDataFlag()
パラメータ
なし
リターン
uint8_t：「GSMDataFlag」状態
説明
この関数は、動作状態フラグ「gsm_DataFlag」の状態、MaintenanceFlag()からの出力の逆の論理積、および「PostDataFlag()」の出力の逆の論理積を返す。このことは、メンテナンスまたはデータ送信機能が動作中である場合に、ＧＳＭデータハンドラが、それが完了するのを待つことを保障する。

SerialDataFlag()
パラメータ
なし
リターン
uint8_t：「SerialDataFlag」状態
説明
この関数は、ＵＳＢ制御ハンドル、ＤＴＲ、GSMDataFlag()の逆、PostDataFlag()の逆、およびMaintenanceFlag()の逆の論理積を返す。このことは、他のフラグのいずれかが設定されている場合、これらの機能が優先されることを保障する。

send_str_p(const char *s)
パラメータ
const char *s：プログラム空間におけるキャラクタアレイへのポインタ
リターン
ボイド
説明
この関数は、キャラクタアレイをＵＳＢシリアルポートに送信する。アレイは、プログラム空間に存在するので、ＰＳＴＲは、この関数のキャラクタをラップするために使用されなければならない。

パラメータ
const char *s：キャラクタアレイへのポインタ
リターン
ボイド
説明
この関数は、キャラクタアレイをＵＳＢシリアルポートに送信する。

recv_str (char *buf, uint8_t size)
パラメータ
const char *s：キャラクタアレイバッファへのポインタ
uint8_t size：バッファのサイズ
リターン
ボイド
説明
この関数は、ＵＳＢシリアルポートからキャラクタアレイを受信する。この関数は、終了キャラクタ 「；」を待つ、またはバッファが満杯になるまで待つ。

saveDefaultConfigValues (void)
パラメータ
なし
リターン
ボイド
説明
この関数は、デフォルト装置構成をＥＥＰＲＯＭにセーブする。
セーブされるデータは、以下のデータである。
EEPROM_ADDR_GSM_SIM_PIN：ＧＳＭ ＰＩＮ
EEPROM_GSM_APN：ＡＰＮサーバ名
EEPROM_GSM_APN_USERNAME：ＡＰＮサーバユーザ名
EEPROM_ADDR_GSM_APN_PASSWORD：ＡＰＮサーバパスワード
EEPROM_ADDR_GSM_DOMAIN：Data Server Domain
EEPROM_ADDR_GSM_HTTP_GET：Data Server API
EEPROM_ADDR_INITIAL_CONFIG_FLAG：Set Config Saveフラグ

processRequest (char *req, uint8_t origin)
パラメータ
Char：要求文字列
uint8_t：要求（REQ_ORIGIN_SERIAL, REQ_ORIGIN_GSM）のオリジン
リターン
ボイド
説明
シリアルポート（ＵＳＢ）５４０、またはＧＳＭモジュール５０７から生じた要求が、この関数で処理される。要求コマンドが解釈され、適切な動作が取られる。パラメータオリジンは、要求オリジンを特定し、要求文字列は、生の要求を含む。全てのシリアル要求は、修飾子「ＣＴ−」で始まる必要がある。この修飾子が発見されない場合、関数は、エラーを返し、要求は無視される。全てのコマンドは、終了キャラクタ「；」で終了する必要がある。
シリアルコマンドは、以下のとおりである。

ＧＳＭ要求は、修飾子を必要としない。
ＧＳＭコマンドは、以下のとおりである。

postData (void)
パラメータ
なし
リターン
ボイド
説明
電力使用データ、および収集された他のデータが、装置内部に記憶される。この機能は、収集されたデータを、ＨＴＴＰ（または、以下に説明されるような、他のプロトコル）を介し、ＧＰＲＳを通過して、中央サーバ１７０に送信する。

サーバ１７０へのＨＴＴＰ送信のためのＡＰＩフォーマットは、ＥＥＰＲＯＭに記憶された、インタフェース装置１３０構成によって設定される。必要とされる装置データ値は、ＨＴＴＰ文字列の内部で置換され、さらなる処理のために、関数sendHTTPGet()に送信される。

電力使用量は、周期的、たとえば毎秒算出され、一定間隔で、サーバ１７０に送信される。電力使用量の値は、算出インタフェース２２０のレジスタに記憶され、インタフェース装置１３０内部の記憶容量の制限により、それらが、サーバ１７０に送信されるとリセットされる。測定の精度を維持するために、この関数がサーバ送信動作を実行しているとき、サーバ送信動作中に発生する電力使用量のための補正値を算出する。これは、算出された電力使用量をサーバ１７０に送信することが数秒を要してもよく、その期間、より多くの電力使用量が発生してもよく、算出される必要があってもよいという理由による。以前のデータをサーバ１７０に送信するために要した時間間隔に対して算出された電力が、バッファに記憶され、その後、レジスタは、バッファに記憶された電力値にリセットされる。

processSMSRequest(char *req)
パラメータ
char *req：ＳＭＳ要求キャラクタアレイへのポインタ
リターン
uint8_t：成功した場合、ゼロを返す
説明
要求ストリームからのＳＭＳ要求を処理する。
要求コマンドは、以下のとおりである。

processGSMRequestBuffer (void)
パラメータ
ボイド
リターン
uint8_t：成功した場合、非ゼロを返す
説明
ＧＳＭモジュール５０７を介して届いた要求は、インタフェース装置１３０がその時点において他の動作を行っている場合、ＧＳＭモジュール５０７にバッファされる。これらの要求は、メンテナンス動作の間に処理される。全ての要求が、処理されて、正常終了すると、消去される。

getVoltage (void)
パラメータ
ボイド
リターン
double：ボルト単位の電圧読み取り
説明
生の電圧読み取りが、関数readADC()から読み取られる。readADC()関数は、それぞれのチャネルにおける比例電圧に対するＡＤＣ読み取りを返す。電圧比率を導出するために用いられた方法に応じて、この関数は、ボルト（ｖ）単位の実際の電圧を算出する。

getCurrent(void)
パラメータ
ボイド
リターン
double：アンペア単位の電流読み取り
説明
ＭＣＵ５０５のＡＤＣチャネルは、提供された基準電圧に対する電圧を測定することが可能である。しかしながら、検出抵抗器を横断する電圧降下を測定する、またはＣＴセンサのバーデン抵抗器を横断する電圧降下を測定することによって、電流読み取りが導出される。

生の電流読み取りが、関数readADC()から読み取られる。電流を測定するために用いられた方法に応じて、この関数は、アンペア単位の実際の電流を算出する。

getGSMVoltage(void)
パラメータ
ボイド
リターン
double：ボルト単位のＧＳＭ電圧
説明
この関数は、１．８ｖＧＳＭピンに接続された内部チャネルを測定することによってＧＳＭ電圧を返す。

measurePower(void)
パラメータ
ボイド
リターン
double：ワット単位の電力（エネルギ）
説明
この関数は、内部的に、関数getVoltage()およびgetCurrent()を呼び出して、測定された入力源（すなわち、エネルギ出力１２５）の電力使用量を算出する。この関数は、周期的に、たとえば毎秒呼び出され、ワット／秒使用量を算出して、その後、キロワット時間（ＫＷｈ）へ外挿する。

calcACPowerHPF (uint16_t division)
パラメータ
uint16_t division：ＫＷｈ単位の電力を算出するための分割因子。読み取りが毎秒行われる場合、分割の数は、３６００になる。
リターン
なし
説明
この関数は、実際の電力（Real Power）、見かけの電力（Apparent Power）、およびＡＣ入力源の電力因子（Power Factor）を算出する。関数は、周期的に、たとえば分割因子１８００として２秒毎に呼び出され、Ｋｗｈを算出する。ＤＣバイアスは、変換関数、および１５００の反復ループを用いて、ＡＤＣ信号から取り除かれる。ＡｔｍｅｌからのＡＶＲ４６５に記載されているように、ハイパスフィルタは、ＤＣオフセット除去に基づいている。

ＧＳＭモジュール５０７の関数は、以下において、さらに詳細に説明される。
ＧＳＭ−関数定義
・uint8_t checkGSMPowerOnStatus (void)
・uint8_t executeGSMATCommand (const char *command, uint16_t timeout, uint8_t check, const char *checkValue, char *buf)
・uint8_t getATResultWithTimeout (char *buf, uint16_t timeout, const char *searchStr)
・uint8_t initGSM (void)
・uint8_t powerONGSM (void)
・uint8_t powerOFFGSM (void)
・uint8_t sendHTTPGet (char *data)
・uint8_t sendSMS (char *number, char *message)
・void setInitialGSMParameters (void)

checkGSMPowerOnStatus(void)
パラメータ
ボイド
リターン
double：ＧＳＭモジュールが電源投入されている場合、１を返し、それ以外の場合、０を返す
説明
この関数は、ＧＳＭモジュール５０７の１．８ｖＧＳＭピンにおける電圧を読み取る。電圧が１．８ｖより大きい場合、関数は１を返し、それ以外の場合、関数は０を返す。電圧は、関数getGSMVoltage()を用いて読み取られる。

executeGSMATCommand (const char *command, uint16_t timeout, uint8_t check, const char *checkValue, char *buf)
パラメータ
const char* command：ＡＴコマンド
uint16_t timeout：ミリ秒単位のタイムアウト
uint8_t check：チェックフラグ
cpnst char* checkValue：応答からのチェック値
char* buf：応答バッファ
リターン
uint8_t：応答バッファにおける文字数
説明
この関数は、ＧＳＭモジュール５０７との全てのＡＴコマンド交換に関与する。この関数は、ＧＳＭモジュールが電源投入されていないとき、終了する。コマンドは、ＵＡＲＴを介して、ＧＳＭモジュール５０７に渡され、チェックフラグが有効である場合、この関数は、以下に示す条件のうちの１つが真となるまで、ＧＳＭモジュール５０７からの応答を待つ。
応答ストリームが、checkValueにおける終了文字列に適合する。
実行時間＞タイムアウトであるタイムアウトが発生する。
関数getATResultWithTimeout()が呼び出され、ＧＳＭモジュール５０７からの応答を読み出す。応答ストリームが、応答バッファにコピーされる。

getATResultWithTimeout (char *buf, uint16_t timeout, const char *searchStr)
パラメータ
char* buf：応答バッファ
uint16_t timeout：ミリ秒単位のタイムアウト
char* searchStr：応答ストリームからの処理終了文字列
リターン
uint8_t：応答バッファにおける文字数
説明
一旦呼び出されると、この関数は、UARTDataInReceiveBuffer()の状態をチェックすることによって、ＧＳＭモジュール５０７からの応答を、常に監視する。それは、次の条件のうちの１つが真となるまで待つ：応答ストリームが、searchStrにおける終了文字列に適合する；または実行時間＞タイムアウトであるタイムアウトが発生する。
文字列比較の効率を改善するために、ＵＡＲＴインタフェースによってストリームから読み取られた各文字は、searchStrに対して比較される。適合が発見されると、完全な文字列適合が認められるまで、searchStrインデックスが増加させられる。

initGSM (void)
パラメータ
なし
リターン
uint8_t：初期化が成功すると非ゼロの値
説明
ＧＳＭ通信のために必要なＭＣＵピンが、ここで初期化される。

powerONGSM (void)
パラメータ
なし
リターン
uint8_t：初期化が成功すると非ゼロの値
説明
これは、図１２に示されているような、ＧＳＭ電源投入シーケンス１１００である。

powerOFFGSM (void)
パラメータ
なし
リターン
uint8_t：初期化が成功すると非ゼロの値
説明
これは、図１２に示されているような、ＧＳＭ電源遮断シーケンス１２００である。

sendHTTPGet (char *data)
パラメータ
char * data：ＨＴＴＰを介してサーバに送信されるべきデータ
リターン
uint8_t：成功した場合、非ゼロの値
説明
サーバ１７０へのデータが、サーバのアプリケーションプログラムインタフェース（ＡＰＩ）にアクセスすることによって送信される。このことは、HTTP GetまたはPost関数を用いることによって行われてもよい。この関数は、取得方法を実装している。ＧＳＭモジュール５０５は、アプリケーション層を除いて、ＴＣＰ層の下位層を扱う。図１３に示された処理１３００は、アプリケーション層実装をHTTP Get方法と一緒に示す。生のHTTP取得フォーマットは、ＥＥＰＲＯＭ（ＨＴＴＰ１．１）に記憶される。sendHTTPGet()を呼び出す処理／関数は、正しいＨＴＴＰ１．１フォーマットにおける有効なデータストリームを渡すことに関与する。

sendSMS (char *number, char *message)
パラメータ
char * number：宛先の数字
char * message：メッセージ文字列
リターン
uint8_t：成功した場合、非ゼロの値
説明
ＧＳＭモジュールは、＋ＣＭＧＦ、続いてＳＭＳコマンド＋ＣＭＧＳを呼び出すことによってテキストモードに設定される。終了文字列x001AがＧＳＭモジュール５０５に送信されて、テキストストリームを終了させ、メッセージを送信する。この処理１４００は、図１４のフローチャートに示されている。幾つかの装置機能は、本文献において記載されないかもしれない。本願明細書において記載された機能および特徴を実装するために必要な他の機能は、当業者によって容易に識別される。

readADC(uint8_t ADCchannel,uint8_t sampling,uint8_t *sign)
パラメータ
uint8_t ADCchannel：使用するＡＤＣチャネル
uint8_t sampling：使用するサンプリング（MIN、MAX、またはAVG）
uint8_t *sign：外部読み取りの符号へのポインタ
リターン
uint16_t：ＡＤＣ読み取り
説明
１回だけではなくそれ以上の多くの回数にわたって、ＡＤＣチャネルを読み取り、サンプリングすることは、常に、得策である。このことは、読み取りの精度を向上させる。

ＭＣＵ５０５は、差動電圧の読み取りをサポートしている。差動電圧の読み取りは、電圧が、ＧＮＤ（０）に関して測定されるのではなく、２つの電圧源間の差として測定される際に用いられる。これは、たとえばシャント抵抗に生じる電圧降下を測定するために用いられる場合に、特に有用である。

ＡＤＣチャネルのパラメータにおいてADC_CHANNEL_Iが選択されると、この機能は、差動電圧の読み取りを使用する。差動ＡＤＣの出力は、２の補数形式で、１０ビットの分解能である。出力が負数であれば、＊符号のパラメータに１が設定される。ADC_CHANNEL_Iが選択されると、差動チャネルを初期化するために、１２５ミリ秒の遅延がＭＣＵ５０５に組み込まれる。１０のサンプルがとられ、その機能によって返された値は、そのパラメータサンプリングに依存する。

ADC_SAMPLE_min：収集されたサンプルの最小値
ADC_SAMPLE_max：収集されたサンプルの最大値
ADC_SAMPLE_AVE：収集されたサンプルの平均値
たとえば図１５〜図３２に関連して記載されているような、追加的なセンサまたは他の入力のために設計されているインタフェース装置１３０の幾つかの実施形態のために、以下のものを含んだ拡張コマンドセットが用いられてもよい。
COMMAND:CT-VER；インタフェース装置１３０のバージョン番号を返す。
COMMAND:CT-GON；ＧＳＭモジュールをオンにする。
COMMAND:CT-GOF；ＧＳＭモジュールをオフにする。
COMMAND:CT-AT<command text>；ＧＳＭモジュール５０７にＡＴコマンドを送信する。＜command text＞は、そのａｔコマンドである。たとえば、CT-AT+CGSN<CR>は、ＧＳＭモジュール５０７のＩＭＩＥを返す。
COMMAND:CT-SMS<number>,<message>；ＧＳＭモジュール５０７を介してＳＭＳを送信する。<number>は、受信者の電話番号であり、<message>は、ｓｍｓメッセージである。
COMMAND:CT-ERMR<address>,<length>；ＥＥＰＲＯＭからデータを読み取る。<address>は、ＥＥＰＲＯＭのアドレスであり、<length>は、読み取られるべきデータのサイズである（１２８を超えてはならない）。
COMMAND:CT-ERM<address>,<data>；ＥＥＰＲＯＭへデータを書き込む。<address>は、ＥＥＰＲＯＭのアドレスであり、<data>は、ＥＥＰＲＯＭに書き込まれるべきデータである。

ＥＥＰＲＯＭへ書き込む際には、そのデータのパラメータ長を超えないように注意を要する。

センサの設定は、（｜）で区切られた文字列のかたまりを、EEPROM_ADDR_SENSORSアドレスへ書き込むことによって設定される。その文字列においてパラメータが現れる順序は、インタフェース装置１３０によって調整されるセンサに対応する。これらは、下記の表に示される。

COMMAND:CT-ERMDEFA；デフォルト値をＥＥＰＲＯＭに復元する。
COMMAND:CT-IME；ＧＳＭ ＩＭＥＩ数を取得する。
COMMAND:CT-SV1；電力測定のためにサービスの読み出しを開始する。
COMMAND:CT-SV0；サービスの読み出しを停止する。
COMMAND:CT-POS；ＨＴＴＰｐｏｓｔオペレーションを実行する。これは、ＰｏｗｅｒＷＨの現在の累積値をサーバ１７０へ通知する。
COMMAND:CT-MAN；メンテナンスサイクルを実行する。ＳＭＳバッファにおけるメッセージが処理されて除去される。
COMMAND:CT-RON；リレーの電源をオンにする。
COMMAND:CT-ROF；リレーの電源をオフにする。
COMMAND:CT-LDF；デフォルトのフラグをロードする。
COMMAND:CT-RES；値をリセットする。
COMMAND:CT-<other>；カスタムメッセージをＧＳＭモジュール５０７へ送信する。
SMS Command SET−以下のコマンドセットが、ＳＭＳを介してアクティブにされ得る。
COMMAND:+STATUS：
電力、温度、流量およびリレーの状態の現在の状態を返答する（センサが使用可能であれば）。
COMMAND:+CMD:<CT COMMAND>
このコマンドを用いて、ＣＴコマンドが、サーバ１７０からＳＭＳを介して、インタフェース装置１３０へ送信され得る。
COMMAND:+RON：
リレーをオンにする。
COMMAND:+ROF：
リレーをオフにする。

図１５を参照すると、上記の太陽光温水装置が、より詳細に記載されている。図１５は、太陽光温水システム１５２０と、一般的な抵抗発熱体を使用する断熱された温水タンク１５５５（ブースター装置）とを組み合わせて、インタフェース装置１３０を使用するシステム１５００のブロック図である。太陽光温水システム１５２０は、その出口で水温を検出するように構成された温度センサ（熱電対ＴＣ１）１５２２を有し、検出された温度を示す信号をインタフェース装置１３０へ与える。断熱タンク１５５５は、タンク内（任意に温水供給管への出口の近傍）の水温を検出するように構成された温度センサ（熱電対ＴＣ２）１５２４を有し、検出された温度を示す信号をインタフェース装置１３０へ与える。

インタフェース装置１３０は、タンク１５５５から太陽光温水システム１５２０への水の供給を開始または停止するために、適切な制御信号を送水ポンプ１５２５へ与えるように構成されている。さらに、インタフェース装置１３０は、冷水供給部１５５８からタンク１５５５への水の供給を開閉するために、適切な制御信号をソレノイドバルブ１５５６へ与えるように構成されている。漏れ検出器１５５７が、タンク１５５５からの水漏れを検出するように配置され、タンク１５５５からの漏水の存在を示す出力信号をインタフェース装置１３０へ与えるように構成されてもよい。インタフェース装置は、センサ１５５７からの信号が漏れの検出を示していると、適当な故障メッセージを生成し、システム１５００の所有者へ続けて通知するために、それをサーバ１７０へ送信してもよい。さらに、インタフェース装置１３０は、適当なメンテナンスが行われるまで、冷水供給部１５５８および／またはポンプ１５２５を止めてもよい。インタフェース装置１３０はまた、温水供給ラインにおける流量計１５２６から、そのラインにおける流量を示す信号を受信する。

幾つかの実施形態に係るシステム１５００の通常の動作中、インタフェース装置１３０は、温水タンク１５５５への幹線電力１５３０の供給を（変流器の形態で電流センサ１５２８を介して）監視するとともに、温水供給管における水の流量を監視しながら、タンク１５５５および太陽光温水システム１５２０における水温を監視してもよい。ここで、インタフェース装置１３０のＥＥＰＲＯＭにおけるソフトウェアプログラムが、たとえばシステム１５００における水温を制御するために、タンク１５５５における発熱抵抗体が止められるべきであると判定すると、インタフェース装置は、温水器１５５５への幹線電力を止めるために、リレー１５３２へ信号を送信する。

インタフェース装置１３０は、従来型の温水器１５５５によって使用される電力を測定するために、電流センサ１５２８（および同様の電圧センサ、図示せず）を使用することができ、また、センサ１５２２，１５２４で検出された温度データ、および流量計１５２６で検出された水の流量のデータを用いて、システム１５００によって使用されたエネルギ量を計算することもできる。

電力使用データをサーバ１７０へ通知することに加えて、インタフェース装置１３０は、検出された温度データを定期的に、任意に電力使用通知メッセージと同様の一定の間隔で、サーバ１７０へアップロードしてもよい。他のセンサ出力もまた、インタフェース装置１３０によって、サーバ１７０へ送信されてもよい。

インタフェース装置１３０はまた、電力を使用する、近くにある他の必須ではない装置１５７０を、監視および制御するために使用されてもよい。そのような装置１５７０は、たとえば、通常つけっ放しにされるプールポンプを含んでいてもよい。インタフェース装置１３０は、低電力マシンツーマシンプロトコルを用いて、そのような装置１５７０とローカル通信してもよく、あるいは、そのような装置１５７０への幹線電力の供給を、装置１５７０の給電ラインにおけるリレーを切り換えることによって制御してもよい。このように、各インタフェース装置１３０は、家庭用のエネルギ消費装置（スレーブ）の局部マスタコントローラとして機能してもよく、エネルギを節約するために、選択的にそのような装置をオフにすることができる。

さらに、インタフェース装置１３０は、サーバ１７０からコマンドを受信可能であり、また、システム１５００の１または複数の局部機器部分へ、制御信号を与えることができるので、インタフェース装置１３０は、たとえば太陽光温水システムの所有者によって、あるいは場合により電力会社によって、そのような局部機器を遠隔制御することを可能にしている。

システム１５００の幾つかの実施形態では、インタフェース装置１３０は、ネットワーク１６０と有線通信するローカル無線ハブ１３２を介して、サーバ１７０と通信してもよい。そのような通信路が使用されるか否かを問わず、インタフェース装置１３０は、以下にＭＤＴ（Minimal Data Transfer）プロトコルとしてより詳細に記載されている、コンパクトな通信プロトコルを用いてサーバ１７０と通信してもよい。

図１６、図１７および図１８を参照すると、地理的に分布した多数のインタフェース装置１３０を遠隔監視および／または遠隔制御するシステム１５００の使用が、より詳細に記載されている。図１５には、ただ１つのクライアント装置１６５しか示されていないが、システム１５００は、ネットワーク１６０を介して互いに通信する、サーバシステム１７０と多数のクライアント計算装置１６５とを含んでいる。ネットワーク１６０は、適切な移動無線インフラを含んでおり、また、ローカルエリアネットワーク、イントラネットおよび／またはインターネットを含んでいてもよい。システム１５００は、データ記憶装置１８０をさらに含んでおり、データ記憶装置１８０は、サーバシステム１７０およびインタフェース装置１３０の動作、ならびにクライアント計算装置１６５へのサービスの提供に関するデータを格納するために、サーバシステム１７０へアクセス可能である。

クライアント計算装置１６５は、少なくとも１つのプロセッサ１６７、１または複数の形態のメモリ１６８、オペレーティングシステム、および、ユーザによって操作可能なブラウザアプリケーション１６９を含むユーザインタフェースを有する、デスクトップパーソナルコンピュータ、または、移動性のもしくは携帯用の計算装置を含んでいてもよい。メモリ１６８は、揮発性の記憶装置（たとえばＲＡＭ）、および不揮発性の記憶装置（たとえば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ、フラッシュメモリおよび／または光学ディスク）を含んでいてもよい。ユーザインタフェースは、表示装置と、タッチスクリーン、キーボード、マウス、スタイラス、または、クライアント計算装置１６５にユーザの入力を与えるために用いられ得る他の周辺装置などの、少なくとも１つの入力装置とを含んでいてもよい。

各クライアント計算装置１６５の、装置に関連したさまざまな機能を実行するために、複数のソフトウェアアプリケーションまたはアプレットが、前記少なくとも１つのプロセッサ１６７によって、実行中または実行可能であってもよい。そのようなアプリケーションは、計算装置１６５の不揮発性メモリ１６８に格納されてもよい。少なくとも１つのそのようなソフトウェアアプリケーションは、コンテンツを受信するために、ネットワーク１６０（サーバ１７０のＩＰアドレスを含む）を介してアクセス可能なサイトへ、ユーザが移動できるようにするブラウザアプリケーション１６９を含んでいる。他のクライアントソフトウェアアプリケーションは、本来備わっているオペレーティングシステムを用いて、クライアント装置１６５上で実行してもよい。クライアント装置１６５は、設置されているインタフェース装置１３０のうちの１つの、所有者、アカウント保有者、または受益者であるユーザがアクセス可能なものもあれば、企業のサーバシステム１６３０を介して、組織における権限を与えられたユーザがアクセス可能なものもあってよい。その組織は、たとえば電気供給業者などの、エネルギ供給会社であってもよい。その組織内のユーザは、その組織がサービスを提供している地理的領域に存在しているインタフェース装置１３０、または、それらのインタフェース装置１３０の一部から受信した情報の全てにアクセス可能であってもよい。

図１５、図１６、図１７および図１８に示されているシステム１５００の例では、クライアントブラウザアプリケーション１６９は、ブラウザアプリケーション１６９によって実行可能なプログラムコードとして与えられる１または複数のウェブページの形態で、そこからコンテンツを要求するために、サーバ装置１７０との通信に使用され得る。幾つかの実施形態によれば、サーバシステム１７０は、ブラウザアプリケーション１６９によって生成された電子化された表示を見ているユーザに、リモートアクセスインタフェースをインタフェース装置１３０に与えるコードを提供するように構成されている。従って、サーバシステム１７０は、インタフェース装置１３０のためのリモートアクセスシステムとして、あるいは、そのようなシステムのためのホストとして機能すると見なされ得る。図１９〜図２１は、以下においてより詳細に記載されるが、サーバシステム１７０から受け取ったコードによる、ブラウザアプリケーション１６９によって表示可能なページの表示例を示している。

図１６は、幾つかのさらなる文脈上の詳細を示しているシステム１５００の略図である。図１６に示すように、ユーザの家庭に設置されているインタフェース装置１３０との関係において、クライアント装置１６５のうちの少なくとも１つは、ユーザの、携帯型のまたはデスクトップの計算装置であってもよい。さらに、１または複数のクライアント装置１６５は、たとえば電力供給会社などの企業内に設けられ、あるいは企業により与えられる、デスクトップのまたは携帯型の計算装置であってもよく、クライアント装置１６５は、権限を与えられた管理ユーザによって利用されてもよい。そのようなクライアント装置１６５はいずれも、インタフェース装置１３０から測定値にアクセスし、インタフェース装置１３０によって制御されるように構成されている特定の他の機器を遠隔制御するために用いられてもよい。

図１６に示すように、システム１５００は、設置されているインタフェース装置１３０が、さまざまな制御機能１６２０および監視機能１６１０を提供するために設置されてもよいことを示している。そのような制御機能としては、循環ポンプ１５２５を制御すること、ブースター装置（ガイザー）１５５／１５５５への電力をスイッチングすること、温水システムへの新鮮な水の供給を（たとえば、ソレノイドバルブ１５５６によって）能動的に制御すること、および、プールポンプなどの、局部的な従属した電動装置を任意に制御することを含んでいてもよい。監視機能としては、図１５に関連して上記したように、電力、温度および流量の測定を含んでいる。

サーバシステム１７０は、図１８においてより詳細に示されている。サーバシステム１７０は、少なくとも１つの処理装置１７２を含んでおり、（たとえば、ＨＴＴＰ（Hypertext Transfer Protocol）デーモンを用いた）ウェブサーバ機能１８２０、データ処理機能、ならびに、データベース１８０に関連した、（たとえば、ＳＱＬ（Structured Query Language）サポートを用いた）データ格納および回復機能を動作させるのに連携しておよび／または平行して動作する、多数の処理装置、または、多数の仮想もしくは物理サーバを含んでいてもよい。また、サーバシステム１７０は、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ^ＴＭ ＡＳＰ、ＡＳＰ．ＮＥＴ、Ｊａｖａ／Ｊ２ＥＥまたはＰＨＰなどの、スクリプト言語サポートを含んでいてもよい。サーバシステム１７０は、サーバシステム１７０が、ここで記載されたこれらの機能を含んだ、その機能を実行できるようにする、実行可能なプログラムコードを格納するために、データベース１８０とは別に、適切な不揮発性のデータ記憶装置１７４を、含んでいるかあるいはアクセス可能であってもよい。そのようなプログラムコードとしては、オペレーティングシステム（図示せず）、ユーザインタフェース１８１０、ウェブサービス１８２０、クレジット計算モジュール１８３０、および適切なアプリケーションフレームワークによってサポートされる遠隔装置インタフェース１８４０を含んでいる。

ユーザインタフェース１８１０は、これらのクライアント装置１６５のユーザが、１または複数の選択されたインタフェース装置１３０についての情報に（権限を与えられたならば）アクセスできるようにするために、ユーザインタフェースの機能性を、クライアント装置１６５へ与えることを担っている。遠隔装置インタフェース１８４０は、インタフェース装置１３０へコマンドを送信し、またインタフェース装置１３０からデータを受信するために、インタフェースとして機能する。インタフェース装置１３０から受信したデータは、遠隔装置インタフェース１８４０によってデータ記憶装置１８０に格納され、それによって、インタフェース装置１３０のそれぞれに関連したデータレコードを更新する。ブースター装置１５５もしくは温水器１５５５をオンもしくはオフにするコマンド、または別のローカルスレーブ装置１５７０をオンもしくはオフにするコマンドなどの、ユーザ起動のコマンドは、適当なコマンドを生成して、それを１または複数のインタフェース装置１３０へ伝送するために、ユーザインタフェース１８１０から遠隔装置インタフェース１８４０へ渡される。クレジット計算モジュール１８３０は、（関連するインタフェース装置１３０によって測定される）再生可能なエネルギ源を取り入れるために、各エネルギ変換システム１２０の使用により生じた、炭素クレジットを計算するために用いられ、それによって、幹線電力供給からのエネルギ消費を低減する。そのような炭素クレジットは、システム１００またはシステム１５００の所有者のアカウントで追跡されて保持されてもよい。

データベース１８０は、さまざまなユーザアカウント、インタフェース装置１３０、過去の使用データ、計算された炭素クレジットなどのデータレコードを格納する、局在化された、あるいは分散型のデータベースを含んでいてもよい。

図１７には、エネルギ供給会社による多数のインタフェース装置の制御が描かれており、ここでサーバ１７０は、エネルギ供給会社における管理ユーザが、インタフェース装置１３０からの実時間の（または、ほぼ実時間の）電力使用データを観察し、インタフェース装置１３０へ制御メッセージを送信するために、クライアント計算装置１６５および／またはサーバシステム１６３０を使用するときに経由するコントロールセンタとして機能する。

エネルギ供給会社におけるユーザは、ブラウザアプリケーション１６９を用いて、制御ダッシュボード（ユーザインタフェース）にアクセスしてもよく、また、その制御ダッシュボードの検索機能および／または選択機能を用いて、特定の地理的領域における複数のインタフェース装置１３０を選択してもよい。ユーザは、この領域における、（インタフェース装置１３０が連結されている）温水システム１５５／１５５５のエネルギ使用の合計を見ることができ、または、それぞれ異なるシステム１５５／１５５５の使用を見ることができる。権限を与えられたユーザが決めれば、そのユーザは、温水システム１５５／１５５５への電力を選択的にオンまたはオフにするために、クライアント装置１６５上で、制御ダッシュボードへのユーザの入力を与えることができる。別の方法として、そのスイッチングは、エネルギ需要がピークの期間中などの、一日のうちの特定の時間の間に、自動的に実行されてもよい。クライアント装置１６５でのユーザの入力によって適切なメッセージがサーバ１７０へ送信され、それに応じて、サーバ１７０は、適当なコマンドを生成し、（たとえばリレー１５３０に信号を与えることによって）温水器１５５／１５５５への電力をオフにするように構成されているインタフェース装置１３０へ、それを送信する。別の方法として、インタフェース装置１３０へのスイッチングコマンドは、時間をベースにしたスイッチングアルゴリズムの自動的な実行に応答して、サーバ１７０で生成されてもよい。このスイッチングの選択は、１または複数の地理的領域における温水器１５５／１５５５について同時に、あるいは、その地理的領域内のそのような温水器の一部についてより選択的に実行され得る。このスイッチングは、たとえば、ピーク期間の間に過度の負荷がエネルギ供給ネットワークにかかるのを避けるために、エネルギ使用方針を実施するのが好ましい。

インタフェース装置１３０の幾つかの実施形態では、サーバ１７０へデータを通知し、そこからコマンドを受信するために、ＨＴＴＰに代替する転送プロトコルを使用してもよい。たとえば、幾つかの実施形態では、ＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol／Internet Protocol）などの、インターネットプロトコル群の上で、カスタマイズされ圧縮されたＭＤＴ（Minimal Data Transfer）プロトコルを使用してもよい。

前記のＭＤＴプロトコルは、検証およびセキュリティを含む機能パラメータを危険に晒さすことなく、ＧＰＲＳまたは別のネットワークを介して伝送されるデータの量を低減するように設計されている。ＭＤＴプロトコルを実装するための重要な基準は、インタフェース装置１３０とセントラルサーバ１７０との間の通信のサイズおよび頻度を最小限にすることである。ＨＴＴＰなどの、よりレベルの高いプロトコルは、データストリームサイズを増加させるプロトコルデコレーションを含んでいる。さらに、ＨＴＴＰは、ステートレスなプロトコルであり、それは、データストリームが送信される度に、接続が再構築されるべきであることを意味している。幾つかのＧＰＲＳネットワーク上では、プロバイダが接続料金を課金する。この場合、できるだけ長く接続を維持することが、費用効果がある。

ＭＤＴプロトコルは、ＴＣＰ／ＩＰの上の層であり、各メッセージは、以下の単純化されたプロトコルフォーマットを有している。
[<single byte header>|<data>|<validation code>]
Single byte (or word) header：
0x01：サーバ１７０へデータを追加／更新する。
0x02：サーバ１７０からデータを要求する。
Data：１または複数バイトの１６進数データ

Validation code （任意）：これは、メッセージ文字列における他の全てのバイトの、１バイトの排他的論理和（ＸＯＲ）によるチェックサム（または、他の形態のチェックサム）であってもよい。

インタフェース装置１３０とサーバ１７０との間で伝送される各メッセージは、１バイトのａｃｋメッセージで確認される。メッセージによって実行されるデータは、サイズ制限されておらず、長さにおいて多数のバイトであってもよい。ＭＤＴの目的は、各メッセージとともに伝送される余分なビットを最小限にすることである。

ＭＤＴプロトコルのサーバ側の実装は、多くの処理機能を実行する。サーバ１７０によって実行される層は、図１８に示され、以下で詳述される。

状態機械：遠隔装置インタフェース１８４０の一部として実行される状態機械１８４２は、インタフェース装置１３０のそれぞれとのデータ接続を確立して保持する。システム１６００における各インタフェース装置１３０についての状態の具体的なデータは、たとえば最大で２４時間の期間、サーバ１７０のキャッシュに保持される。サーバ１７０と各インタフェース装置１３０との接続が失敗した場合において、その後再接続に成功すると、そのインタフェース装置１３０について格納されている状態データが、サーバのキャッシュから検索される。これは、インタフェース装置１３０から状態の情報を取得する必要性を低減させる。状態の妥当性は、インタフェース装置１３０へ１バイトの状態確認コマンド（0x01）を伝送することによって、サーバ１７０により確認されてもよい。インタフェース装置１３０は、それに応じ、１バイトの排他的論理和（ＸＯＲ）に基づいた結果によるＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）コードで応答し、そのＣＲＣコードは、サーバ１７０へアクセス可能なデータ格納装置１８０に格納されている対応コードに一致する。

ここで、遠隔インタフェース装置１３０は、それらに割り当てられた静的なＩＰアドレスを有しており、状態機械１８４２は、その通信処理を引き継ぐ。

伝送検証：次の層へ進む前に、データの品質を保証するため、データの妥当性が、遠隔装置インタフェース１８４０の伝送検証要素１８４４によって確認される。インタフェース装置１３０から受信したＣＲＣコードが、サーバ側のコードと一致していなければ、この層において、遠隔装置への再試行要求が取り扱われる。最新の通知を再送信するための要求は、単一のコマンド（0x02）によって取り扱われてもよい。

規則確認：検証に成功すると、規則確認要素１８４６によって、カスタムの規則／処理が、そのデータに適用される。この層の主要な用途は、データストリームの暗号化または符号化を可能にすることである。規則に適合しなければ、１バイトの応答（0x03）とともに、結果的にメッセージが拒絶される。

制御ハンドオーバ：上記のレベルを介してパススルーに成功すると、さらなる処理のために、制御ハンドオーバ要素１８４８は、遠隔装置インタフェースアプリケーション１８４０へ制御を引き渡す。制御ハンドオーバ層はまた、遠隔装置インタフェースアプリケーション層からのデータの受信を担っている。

図１９は、クライアント装置１６５によって実行されるブラウザアプリケーション１６９により生成されるユーザインタフェース表示のスクリーンショットの一例である。表示１９００は、特定の表示を見るためにユーザが選択することができる、一連の選択可能な選択肢１９１０を含んでいる。これらの選択可能な選択肢は、追跡表示の選択肢１９１２と、制御パネル表示の選択肢１９１４と、アカウント表示の選択肢１９１６とを含んでいる。表示１９００は、追跡表示の選択肢１９１２が選択されたときに生成される表示であり、特定のインタフェース装置１３０から受信した通知されたデータに基づいて生成された、一連のデータウインドウ１９２０を含んでいる。

図１９、図２０および図２１に示されるユーザインタフェース表示は、たとえばシステム１００またはシステム１５００の一部として、エネルギの生成および／または消費を測定するために設置されている特定のインタフェース装置１３０のために生成される。ユーザインタフェース表示を見るために、ユーザは、サーバ１７０によって認識される、権限を与えられたユーザとしてログインしなければならない。

表示１９００におけるデータウインドウ１９２０は、以前の日付からの電力使用をキロワット時で示している、累積的な電力使用ウインドウ１９２２と、ここ１日あたりの電力使用のみを示している、最近の電力使用ウインドウ１９２４とを含み、ここでインタフェース装置１３０が、温水システムの、検出された温度の情報を受信するように構成されているものとして、ウインドウ１９２０はまた、検出された水温を示すために、現在の温度ウインドウ１９２６を含んでいる。

表示１９００はまた、過去の電力使用（ウインドウ１９３４）および任意に過去のタンク温度（ウインドウ１９３６）の１または複数のグラフを含んでいてもよい、グラフ表示部１９３０を含んでいる。表示１９００では示されていないが、グラフ表示部１９３０はまた、任意に、エネルギ節約および／または炭素クレジットの過去の蓄積を示してもよい。

図２０は、制御パネルの選択肢１９１４が選択されたときに、ブラウザアプリケーション１６９を介してユーザに示される、表示２０００のスクリーンショットの一例である。表示２０００は、ユーザが選択可能な多数の制御を含んでおり、それは、たとえば、タンク電力制御２０１０、循環ポンプ制御２０２０、および水供給制御２０３０を含んでいてもよい。その制御はそれぞれ、問題になっている機器の現在の状態を示していてもよい。たとえば、図２０に示すように、制御２０１０は、ブースター装置／電気温水器１５５／１５５５が電力オンの状態であることを示している。各制御２０１０，２０２０，２０３０はまた、関連のある機器を、（その状態がオンであれば）オフにし、または（その状態がオフであれば）オンにするために、選択可能なスイッチ選択肢２０１４，２０２４，２０３４をそれぞれ含んでいる。スイッチング選択肢２０１４，２０２４，２０３４のうちの１つが選択されると、サーバ１７０がどのようにして適切なコマンドを生成し、表示２０００を見ているユーザによって制御される権限が与えられているインタフェース装置１３０へ、そのコマンドを伝送するのかに応じて、ブラウザアプリケーション１６９によって作成されたユーザ選択として、ネットワーク１６０を介してサーバ１７０へ伝送される。その結果、そのインタフェース装置１３０は、適当な信号を生成し、それを局部機器へ伝送する。

図２１は、ユーザアカウントの選択肢１９１６が選択されたときに生成されるユーザインタフェース表示２１００のスクリーンショットのさらなる例である。この表示２１００は、様々なユーザアカウント情報を含んでいてもよく、ある程度のユーザ設定を許容してもよい。特に、表示２１００は、特定のデータ範囲で、過去の電力使用、温度、エネルギ節約および／または生じた炭素クレジットデータを、ユーザがダウンロードすることを許容する、ダウンロードウインドウ２１１０を含んでいてもよい。

太陽熱システムの効率に影響を与えるパラメータの１つは、循環ポンプである。循環ポンプは、収集器システムを通じて貯蔵タンクから冷水を送り出すことを担っている。システム１５００においてインタフェース装置１３０は、循環ポンプをコンピュータ制御するために、一方（ＴＣ１）は太陽光温水システム１５２０内に、他方（ＴＣ２）は貯蔵タンク１５５５内にある、２つの温度センサ１５２２，１５２４を使用している。インタフェース装置１３０は、ＴＣ１とＴＣ２との間の第１の温度差に基づいてポンプ１５２５をオンにし、同様に、ＴＣ１とＴＣ２との間の第２の温度差に基づいてポンプ１５２５をオフにするように構成され得る。たとえば、ポンプ１５２５は、温度差が７℃以上であると判定されたときに、インタフェース装置１３０によってオンにされ、温度差が２℃未満であるときにオフにされてもよい。

太陽光温水システム１５２０の収集器システムは、極寒の条件下では機能しなくなり得る。収集器システムの内側では凍結が生じる可能性があり、管を通じて温水が循環されれば、ガラスの亀裂が原因で、太陽光温水システム１５２０が機能しなくなる可能性がある。これを防止するために、インタフェース装置１３０は、ＴＣ１によって検出された温度が、５℃など、設定された温度以下に落ち込んだときに、ポンプ１５２５を作動することによって貯蔵タンク１５５５から収集器システム１５２０へ水を送り出す、凍結保護機構を使用し、それによって、収集器システムの内側で霜または氷の形成を防止（あるいは、少なくとも緩和）してもよい。

ブースター装置１５５または電気温水器要素１５５５は、電力供給網１５０からの電気によって作動する。それは、もし受け取った太陽光エネルギが、特定の期間で、要求される温度にまで水を加熱するのに十分でないときにのみ、使用されるべきである。今日市場において利用可能な多くのシステムは、タンクの内側に配置されているサーモスタットを用いて、ブースター装置をオンオフしている。そのようなシステムは、使用された太陽光エネルギ変換システム１２０の効率を考慮に入れていない。そのようなシステムでは、タンク内の温度が特定の値以下に落ち込めば、サーモスタットがブースター装置１５５をオンにする。幾つかの実施形態に係る、前記のインタフェース装置１３０では、太陽熱システムからの変換を絶えず監視することによって、コンピュータを用いたスイッチング解決法を使用している。

図２２を参照すると、温度対時間のグラフが、下記のシナリオを説明するために示されている。タンクの温度は、毎分（または、別の予め設定された間隔で）測定される。熱の変化率が、２つの連続した測定値の間で計算される。このデータは、設定された温度にまでタンクが加熱されるのにかかる時間を見積もり、および計算するために用いられる。見積もられた時間が許容される時間よりも大きければ、あるいは、その期間がピークの負荷までスイッチオフ期間を超え得るのであれば、ブースター１５５は、補償するためにオンにされる。この過程は、周期的に、たとえば毎分繰返す。この方法は、太陽光変換システム１２０からのエネルギの効率的な利用を確実にし、特定の期間に温度設定値を満足する必要がある場合にのみ、系統電力を使用する。

図２３を参照すると、温度対時間のグラフが、下記のシナリオを説明するために示されている。サーモスタットを使用してタンク温度を維持する従来のシステムでは、サーモスタットは、加熱要素への電力の供給を停止する。そのシステムは、太陽熱システムにおいて収集器とタンクとの間で水を循環させるポンプ、または、系統電力加熱システムにおけるタンク内の、予備の／メインの加熱コイルを含んでいてもよい。このシナリオでは、タンク内の水の温度は、オーバシュートとして知られる設定点を超えて上昇し続ける。オーバシュートの最大値は、多くの要素、主に、サーモスタットと加熱要素との距離、環境温度、タンク損失およびタンク容量に依存する。オーバシュートは望ましくなく、そのシステムを過度に圧迫し得る。それはまた、エネルギの無駄である。

幾つかの実施形態に係るインタフェース装置１３０は、このシナリオを克服するために、標準化されたスイッチング解決法を使用している。インタフェース装置１３０における継続的な監視機能は、オーバシュート（Ｏ１）を記録し、設定温度以下の値までスイッチオフ点をオフセットする。インタフェース装置１３０は、反復過程（Ｏ２）としてこれを行って、タンク温度ができる限り設定温度付近で維持される、理想的なスイッチオフ点を計算することができる。これは、スイッチオフ点がインタフェース装置１３０によって周期ごとに再計算される、自己校正システムである。

ここで図２４〜図３４を参照すると、そこには、幾つかの実施形態に係るインタフェース装置１３０の回路部品の回路図の例が示されている。そのような部品の電気回路は、システム１５００の一部としての設置のために構成されたインタフェース装置１３０とともに使用されるために構成されている。図２４〜図３４に示されるインタフェース装置１３０の電子部品は、図２４〜図３４に示される電気回路部品が、図１５〜図２３に関連して示され、また記載されているインタフェース装置１３０の実施形態の、追加的な監視および制御の機能性に対応するために、追加された電気回路を有している点を除き、通常、図５〜図１４に関連して上記したインタフェース装置１３０の電気回路機能と同様の方法で機能する。

図２４は、機能において上記のＭＣＵ５０５と類似している、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）２４０５の回路図である。ＭＣＵ２４０５は、上記の拡張されたコマンドセットを使用してもよく、上記のように、サーバ１７０から受信した、ＳＭＳベースの制御コマンドに応答するように構成されてもよい。図２４はまた、ＭＣＵ２４０５に正確な基準電圧を与える、３ボルトの精密電圧基準回路２４３５を示している。さらに、ＭＣＵ２４０５は、インタフェース装置１３０が適当な状態であることを示すために点灯する（または点灯しない）、赤と緑の、状態および電力ＬＥＤ２４３７に対応していてもよい。

図２５は、ＧＳＭモジュール２４０７およびＧＳＭ通信監視ヘッダブロック２４０９の回路図である。ＧＳＭモジュール２４０７は、上記のＧＳＭモジュール５０７と同様の機能を実行し、適切なアンテナケーブルとマウントとを介して、クワッドバンドＧＳＭアンテナに連結されている。

図２６は、バッテリ管理モジュール２４１５およびバッテリ２４１７の回路図である。図２７は、バッテリ２４１７の電源または外部電源に基づいて、インタフェース装置１３０のために、内部の部品用の電源として機能する、安定化直流電源の回路図である。図２８は、温度センサＴＣ１，ＴＣ２用の、温度センサコネクタブロックおよび入力回路２８００の回路図である。図２９は、三電流センサ用の、コネクタブロックおよび入力回路２９００の回路図である。図３０は、ＭＣＵ２４０５へさらなる正確な基準電圧を与える、１．５ボルトの精密共通基準電圧回路２４３７の回路図である。

図３１は、ＭＣＵ２４０５が、漏れ検出器１５５７としての光学式の水位センサだけでなく、リレー１５３２、ポンプ１５２５およびソレノイドバルブ１５５６と結合することを許容するための、コネクタブロックおよび回路３１００の回路図である。図３２は、マイクロコントローラ２４０５が流量計１５２６とインタフェースをとれるようにする、接続ブロックおよび入力回路３２００の回路図である。図３３は、監視および検査の目的で、外部装置がインタフェース装置１３０に連結され得るように、ＭＣＵ２４０５とのシリアルインタフェースとして機能する、シリアル監視ポートの回路図である。図３４は、電気スパイクまたは静電放電から保護するための電気回路３４００の回路図である。

前記のシステム、方法およびインタフェース装置は、電力供給網からの電気エネルギへの依存を低減させるだけでなく、再生可能なエネルギ変換システムの使用に起因して生じた炭素クレジットの計算を許容する。サーバ１７０によって（データ記憶装置１８０に）格納されている、各インタフェース装置に関する情報であって、そのＧＰＳ座標、定期的に受信する計算されたエネルギ（および任意に温度データ）、ならびに（下記のような）他のデータを含む情報は、サーバ１７０が、そのようなシステム１００またはシステム１５００の使用で生じた炭素クレジットを計算できるようにする。これらの生じた炭素クレジットは、システム１００またはシステム１５００が設置されている家屋の所有者、または、システム１００またはシステム１５００の別の所有者もしくは出資者によって、金銭的価値と引き換えられ得る。太陽光温水システム用の、再生可能なエネルギクレジット（ＲＥＣｓ）とも呼ばれる、炭素クレジットの適格性および定量化は、温水におけるｋＷｈ／日のエネルギに換算して、それらがどの程度のエネルギを生じると見なされるかに基づいている。そのシステムの、有効な補償付きの動作寿命を通じた見なし性能は、通常、以下によって挙げられる。
ａ．認可された熱的性能の試験手順に関し、認可された検査機関によって測定されたＱ因子。Ｑは、１日当たりのｋＷｈでの、システムの、太陽光から電気への変換効率の尺度である。システム品質因子Ｑは、太陽光を熱エネルギへ変換する特定のシステムの効率性の尺度として、（システム１００またはシステム１５００が設置された特定の国の規格基準局によって）試験を通じて決定され、その熱エネルギは、標準的な日に、システムによって生産されると考えられる、事実上主要なエネルギである。
ｂ．コンプライアンスおよび機能性を確保するための、設置品質の動作証明検査。これは、設置チームによって一度行われ、動作時のシステムのＧＰＳ座標とともに、１つの画像の供給を含んでいる。
ｃ．その設備におけるシステムあたりの動作状態が、１日ごとに記録された単一のチェック整数（１−真および０−偽）によって符号化され、問題となっている記録された月の最後の７日以内に、特定のＥメールまたはＩＰアドレスで毎月発行団体に提出される。
ｄ．平方メートル単位での、その設備内の各太陽光温水システムの、設置されている有効な収集器領域。
ｅ．設置の位置での太陽放射。
ｆ．システム１００またはシステム１５００の合意された（および合理的な）動作寿命の確認。

システム品質因子Ｑは、通常の電源からの電気エネルギの使用を相殺するために、特定の再生可能な環境発電システムの有効性を示す尺度として、認可された標準化団体によって、試験を通じて決定される。その標準化団体は、その団体によって試験されるシステムごとにＱ因子を決定してもよい。このＱ因子は、標準的な日に、再生可能な環境発電システムによって節約されるべきｋＷｈ（エネルギ）を示している。

電気加熱システムをサポートしている太陽光温水器による、以下の毎日の電気消費を示す実験結果：
３．３ｋＷｈ−電気加熱システムへの制御可能な電気供給とともに太陽光温水器のため
４．６ｋＷｈ−時限の制御なしで太陽光温水器のため
１０．３ｋＷｈ−比較電気温水器のため（太陽光温水器なしで）

太陽光温水システムにおける電気ブースター装置に供給される電力が制御可能である場合には、エネルギの節約がおよそ３０％改善され得る。完全な制御モードでそのような温水システムを遠隔電子制御することは、大規模な太陽光温水システムの集団の全域で、大幅な電気エネルギの節約を提供する。

これらの結果を考慮すると、エネルギ供給設備の毎日の平均的な消費節約が、所定の期間にわたって従来型の電気温水器から太陽光温水器へ切り替えることによって大きな影響があることが容易に推定される。適当な認証評価の提供に関して、再生可能なエネルギクレジット（ＲＥＣｓ）が、四半期など、定期的に発行されてもよく、認証評価は、サーバ１７０によって受信され格納されたデータの監査、およびインタフェース装置１３０の試験に基づいて取得されてもよい。

当業者により、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上記の実施形態に対して多数の変化および／または修正が行われてもよいことが理解されるだろう。本実施形態は、したがって、あらゆる点で例示として見なされるべきであって、制限的ではない。

Claims (30)

1. 環境発電システムと結合するインタフェース装置であって、
   少なくとも１つの処理装置と、
   前記インタフェース装置の測定、通信および位置機能を制御するために、前記少なくとも１つの処理装置によって実行可能なプログラムコードを格納するメモリと、
   前記環境発電システムによって生成された電気エネルギを測定する測定要素と、
   前記インタフェース装置および前記環境発電システムの位置を決定する位置要素と、
   外部のネットワークとの間で無線通信する通信要素とを含むことを特徴とするインタフェース装置。
2. 環境発電システムと結合するインタフェース装置であって、
   少なくとも１つの処理装置と、
   前記インタフェース装置の測定および通信機能を制御するために、前記少なくとも１つの処理装置によって実行可能なプログラムコードを格納するメモリと、
   前記環境発電システムによって生成された電気エネルギを測定し、局部受電回路によって消費された、前記生成された電気エネルギの量を決定する測定要素と、
   外部のネットワークとの間で無線通信する通信要素とを含むことを特徴とするインタフェース装置。
3. 前記インタフェース装置および前記環境発電システムの位置を決定する位置要素をさらに含み、前記プログラムコードがさらに、前記インタフェース装置の位置機能を制御するために実行可能であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記通信要素が、測定された電気エネルギに関する情報を、外部のネットワークへ伝達することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のインタフェース装置を含むことを特徴とする環境発電システム。
6. 局部的に使用される、測定された電気エネルギの量、および／または、電力供給ネットワークへ与えられる、測定された電気エネルギの量を決定するように構成された手段を含むことを特徴とする請求項５に記載の環境発電システム。
7. 前記環境発電システムに関連している水貯蔵装置の水温を検出するように配置された温度センサをさらに含むことを特徴とする請求項５または６に記載の環境発電システム。
8. 前記インタフェース装置が、検出された水温を決定するために、前記温度センサの出力を受信するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の環境発電システム。
9. 前記インタフェース装置がさらに、水が設定された温度以上で設定された最小の期間維持されるように前記温水装置における水の加熱を制御するために、前記環境発電システムおよび予備の加熱システムの少なくとも１つへ制御信号を伝送するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の環境発電システム。
10. 環境発電システムの遠隔監視用のシステムであって、
    前記環境発電システムの場所に設置され、前記環境発電システムによって引き出されおよび／または生産されたエネルギを継続的に監視するように、かつ前記環境発電システムの電力貢献を計算するように構成されたインタフェース装置であって、無線通信要素を含み、ネットワークを介して、計算された電力貢献を表すデータを周期的にアドレスへ伝送するように構成されたインタフェース装置と、
    前記インタフェース装置から遠く離れ、伝送された電力貢献を表すデータを、前記インタフェース装置から受信するサーバであって、前記データを格納するように、かつ権限を与えられた者が実時間で前記データにアクセスできるように構成されているサーバとを含むことを特徴とするシステム。
11. 前記サーバはさらに、電力貢献を表す受信したデータに基づいて、前記環境発電システムに関連した炭素クレジットを計算するように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. 前記インタフェース装置はさらに、前記環境発電システムの場所でブースターシステムの電力消費を計算するように、かつ電力消費を表すデータを前記サーバへ伝送するように構成されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載のシステム。
13. 前記環境発電システムは、前記場所へ温水を供給するために協力する、太陽光温水システムと電気温水システムとを含むことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１つに記載のシステム。
14. 前記太陽光温水システムにおける水温を検出する第１の温度センサと、前記電気温水システムにおける水温を検出する第２の温度センサとをさらに含み、前記インタフェース装置は、前記第１および第２の温度センサから、検出された温度を示す出力信号を受信するように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
15. 前記インタフェース装置は、前記電気温水システムへの電力の供給を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載のシステム。
16. 前記インタフェース装置は、前記サーバから受信した特定のコマンドに応答して、前記電気温水システムへの電力を切るように構成されていることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
17. 前記サーバは、前記電気温水システムへの電力を切るために、クライアント計算装置を介して、権限を与えられたユーザの入力を受信できるように、かつ前記インタフェース装置に前記電気温水システムへの電力を切らせるために、受信した入力に応答して、前記特定のコマンドを生成して前記インタフェース装置へ伝送するように構成されていることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
18. 前記太陽光温水システムと前記電気温水システムとの間で水を循環させる循環ポンプをさらに含み、前記循環ポンプの動作が前記インタフェース装置によって制御されることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１つに記載のシステム。
19. 前記インタフェース装置および前記サーバはいずれも、メッセージヘッダおよびメッセージデータを有するメッセージを互いに伝送するために、データ転送プロトコルを使用するように構成され、前記メッセージヘッダは、１バイトまたは１語のみのヘッダサイズを有することを特徴とする請求項１０〜１８のいずれか１つに記載のシステム。
20. 前記データ転送プロトコルの各メッセージは、末尾にチェックサムバイトを含んでいるか、末尾にバイトを含んでいないことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。
21. 地理的に分散した複数の電気温水システムであって、温水を供給する場所にそれぞれ設置されている複数の電気温水システムと、
    複数のインタフェース装置であって、各場所にそれぞれ設置され、各インタフェース装置が、サーバから制御コマンドを受信するために無線通信要素を有し、かつ各インタフェース装置が、前記制御コマンドに応答して、各電気温水システムへの電力の供給を制御するように構成されている複数のインタフェース装置と、
    前記サーバであって、該サーバに前記制御コマンドを前記インタフェース装置へ伝送させるために、制御入力の受信を許容するサーバとを含むことを特徴とする電力消費管理用のシステム。
22. 各インタフェース装置はさらに、前記各場所での前記電気温水システムの電力使用を測定するように、かつ測定した電力使用を示すデータを前記サーバへ定期的に伝送するように構成されていることを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
23. 各場所で前記電気温水システムの水温を検出するように、かつ検出した水温を示す信号を、各インタフェース装置へ与えるように構成された温度センサをさらに含み、各場所の前記インタフェース装置は、検出された温度を示すデータを前記サーバへ定期的に伝送するように構成されていることを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
24. 前記サーバは、各温水システムの検出された水温を温度閾値と比較するように、かつ比較結果に基づいて、前記各温水システムに関連した前記インタフェース装置へ前記制御メッセージを伝送するように構成されていることを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
25. 前記サーバは、毎日の特定の期間の間、前記各インタフェース装置に前記電気温水システムへの電力を切らせるために、前記各インタフェース装置へ前記制御メッセージを伝送するように構成されていることを特徴とする請求項２１〜２４のいずれか１つに記載のシステム。
26. 電気温水システムと、該電気温水システムへの電力を制御するように構成されたインタフェース装置とをそれぞれ有する複数の遠隔地から、検出された水温データをサーバで受信する工程であって、各インタフェース装置が、検出された水温データを前記サーバへ伝達するように構成されている工程と、
    検出された水温データから、各電気温水システムの検出された水温が閾値温度以上であるか否かを判定する工程と、
    毎日の特定の期間の間に、検出された水温が前記閾値温度以上である場所のインタフェース装置へ制御コマンドを伝送する工程であって、前記制御コマンドによって、前記各インタフェース装置が、前記各場所の前記電気温水システムへの電力を切る工程とを含むことを特徴とする電力消費管理の方法。
27. 太陽光温水システムと、
    前記太陽光温水システムとの間で水を循環させるために該太陽光温水システムに連結された電気温水システムと、
    前記太陽光温水システムにおいて、および前記電気温水システムにおいて、水温を検出する温度検出手段と、
    前記温度検出手段から出力信号を受信するように連結され、前記出力信号から前記太陽光温水システムにおける水温の変化率を決定するインタフェース装置であって、前記電気温水システムがオフであり、かつ決定された変化率が、前記太陽光温水システムにおける水温が予め定められた時までに目標温度に達していないことを示しているとき、毎日の予め定められた期間に、前記電気温水システムへの電力がオンにするように構成されているインタフェース装置とを含むことを特徴とする温水システム。
28. 図面に関連して実質的に以上に記載されているインタフェース装置の使用方法。
29. 図面に関連して実質的に以上に記載されているインタフェース装置。
30. ここで記載され、もしくは描かれている工程、特徴、要素、活動、構成、回路、モジュール、部品、例、配置および構造、または、そのコンビネーションもしくはサブコンビネーション。