Устройство удаленного получения данных

Заявляемое техническое решение относится к устройствам для регистрации и передачи данных и может использоваться для удаленного получения данных с различных устройств, снабженных импульсным выходом, в частности с приборов учета потребляемых ресурсов, таких как счетчики воды и электроэнергии, или с устройств контроля.
Из уровня техники известно решение, представляющее собой транслятор показаний прибора учёта потребляемых ресурсов, содержащий блок управления, соединённый с источником питания 220 В, импульсные входы, выполненные с возможностью подключения внешних устройств, запоминающее устройство, GSM-модуль, осуществляющий передачу и прием GSM-сигналов, автоматический таймер, выполненный с возможностью активации отправки данных с информацией о потребляемых ресурсах и кнопку запуска. (патент на полезную модель RU153771, МПК G08C19/00, опубликован 27.07.2015)
Общими признаками заявляемого решения и известного аналога являются:
- блок управления,
- импульсные входы,
- запоминающее устройство,
- кнопка запуска.
Отличительными признаками заявляемого решения являются:
- элемент электропитания,
- радиотрансивер, выполненный с возможностью передавать и принимать информацию посредством сетевой технологии LoRaWAN,
- часы реального времени,
- импульсные входы выполнены с возможностью перенастройки режимов работы,
- блок управления содержит встроенные переключатели для настройки режимов работы, выполненные в виде двухпозиционных переключателей.
Известное техническое решение выполнено подключенным к источнику постоянного питания, что значительно сужает область применения, ограничивая возможность установки только в тех местах, где имеется подключение к сети 220В. Кроме того, передача и прием сигналов по сети GSM требует значительных объемов энергии.
Известно техническое решение, выбранное в качестве прототипа, представляющее собой устройство сбора данных импульсное, содержащее блок управления, импульсные входы, выполненные с возможностью подключения внешних устройств, энергонезависимую память, радиотрансивер,обеспечивающий передачу и прием данных по радиоканалу на частоте 433 МГц,часы реального времени и элемент электропитания, выполненный в виде встроенной батареи. (патент на полезную модель RU108867, МПК G05B19/414, опубликован 27.09.2011)
Общими признаками заявляемого решения и известного аналога являются:
- блок управления,
- импульсные входы,
- запоминающее устройство,
- радиотрансивер,
- часы реального времени,
- элемент электропитания.
Отличительными признаками заявляемого решения являются:
- радиотрансивер выполнен с возможностью передавать и принимать информацию посредством сетевой технологии LoRaWAN,
- импульсные входы выполнены с возможностью перенастройки режимов работы,
- блок управления содержит встроенные переключатели для настройки режимов работы, выполненные в виде двухпозиционных переключателей,
- кнопка запуска.
Снижение потребления электропитания в известном техническом решениидостигается за счет использования пассивного режима работы устройства, при активизации которого радиоконтроллер находится в отключенном состоянии. Однако, такой режим работы не позволяет получать данные с устройства или запросить их вне времени активации радио-контроллера.
Задача заявляемого технического решения состоит в создании устройства удаленного получения данных, обладающего сниженным энергопотреблением, с возможностью накапливания и передачи данных от внешних устройств, при этом передачу данных осуществлять посредством радиосвязи.
Технический результат заявляемого решения заключается в снижении энергопотребления устройства. Срок работы такого энергоэффективного устройства без замены элемента питания может достигать 10 лет.
Технический результат достигается тем, что устройство для удаленного получения данных содержит блок управления, связанные с блоком управления независимые импульсные входы для подключения импульсных выходов внешних устройств, энергонезависимую память, радиотрансивер, элемент электропитания и кнопку запуска, при этом радиотрансивер выполнен в виде микрочипа с возможностью передавать и принимать информацию посредством сетевой технологии LoRaWAN.
Сетевая технология LoRaWAN объединяет в себе метод радиочастотной модуляции LoRa и протокол сетевого уровня LoRaWAN. LoRaWAN - это открытый протокол для сетей с большим радиусом действия и низким энергопотреблением, разработанный и стандартизированный LoRa Alliance для малопотребляющих глобальных сетей (Low Power Wide Area Networks, LPWAN). Связь между устройствами осуществляется в безлицензионном диапазоне на частотах от 863 до 868 МГц. Данные передаются в шифрованном виде.
Благодаря наличию в устройстве микрочипа, выполненного с возможностью поддерживать сетевую технологию LoRaWAN, достигается снижение энергопотребления устройства для удаленного получения данных, при дальности связи до 15 км в сельской местности и до 5 км в городской застройке и высокой проникающей способности радиосигнала в городской застройке. Это позволяет устанавливать устройство в местах, где отсутствует источник постоянного тока и затруднено проникновение радиосигналов, например, в подвалах зданий. При этом обеспечивается полная двусторонняя связь между устройством получения данных и оператором, осуществляющим сбор данных.
Устройство для удаленного получения данных содержит блок управления, связанные с блоком управления независимые импульсные входы для подключения импульсных выходов внешних устройств, энергонезависимую память, встроенную в блок управления, радиотрансивер и элемент электропитания. В функции блока управления входят подсчет импульсов, поступающих с импульсных входов устройства, обработка импульса замыкания контакта при работе импульсного входа в охранном режиме, сохранение данных, полученных в ходе подсчета импульсов, и формирование архивов этих данных в энергонезависимой памяти устройства, управление работой радиотрансивера путем установления времени передачи данных или формированием пакета для передачи по поступившему запросу, обеспечение работы с радиосетью стандарта LoRaWAN в соответствии с протоколом обмена. Питание устройства осуществляется от встроенного источника питания.
Устройство удаленного получения данных дополнительно содержит кнопку запуска, которая позволяет переводить устройство из пассивного режима работы в активный и обратно. В пассивном режиме работы устройство включено, но блок управления не осуществляет подсчет импульсов и не взаимодействует с радиотрансивером в целях передачи или получения данных в сеть. Это позволяет снизить потребление энергии в процессе транспортировки и хранения, для увеличения срока службы прибора после активации.
Устройство удаленного получения данных дополнительно содержит встроенные переключатели блока управления для настройки режимов работы, выполненные в виде двухпозиционных переключателей (DIP-switch). Такое исполнение блока управления позволяет производить настройку основных параметров работы устройства без применения внешних устройств и не требует дополнительных элементов в виде дисплея и/или элементов связи с внешним устройством. Такое исполнение устройства позволяет снизить потребление энергии, так как двухпозиционные переключатели представляют собой, по сути, механический ключ, имеющий два фиксированных положения своих контактов и не требующий электропитания для выполнения своих функций.
Устройство удаленного получения данных может быть выполнено с возможностью перенастройки режима работы импульсных входов. Такая перенастройка осуществляется с помощью встроенных переключателей блока управления и позволяет устанавливать один или несколько импульсных входов в такой режим работы, когда на указанном входе не осуществляется подсчет импульсов, поступающих от внешнего устройства, а только контроль за замыканием контактов импульсного входа с последующей передачей сигнала в случае такого замыкания. Такое исполнение устройства позволяет с помощью одного устройства осуществлять получение данных с нескольких устройств, снабженных импульсным выходом, в частности, как с приборов учета потребляемых ресурсов, таких как счетчики воды и электроэнергии, так и с устройств контроля, например, датчик протечки, охранный датчик и подобных. Такое исполнение устройства позволяет, в случае необходимости, избежать установки дополнительных устройств для подключения устройств контроля и таким образом снизить энергопотребление.
Устройство удаленного получения данных может быть выполнено дополнительно содержащим в своем составе mini-USB разъем для изменения дополнительных параметров конфигурации и/или обновления встроенного программного обеспечения.
На фиг.1 приведена функциональная схема устройства удаленного получения данных. Устройство для удаленного получения данных содержит блок управления (1), независимые импульсные входы (2-5), энергонезависимую память (6), элемент электропитания (7),радиотрансивер (8), кнопку запуска (9), встроенные переключатели (10) и mini-USB разъем (11).
Осуществление использования устройства удаленного получения данных далее продемонстрировано на примере.
Устройство представляет собой электронный прибор, выполненный в герметичном корпусе, указанный корпус содержит конструкцию крепления 3-в-1, позволяющую осуществлять крепление на стену, на DIN-рейку и с помощью нейлоновых стяжек. Функциональный узел устройства выполнен в виде печатной платы, на которой установлены пары контактов для подключения внешних устройств, блок двухпозиционных переключателей (10), кнопка запуска (9), светодиодный индикатор, микрочип, выполняющий функции блока управления (1),например, микрочип STM32L151, разъем mini-USB (11), предназначенный для изменения дополнительных параметров конфигурации  и/или обновления программного обеспечения, энергонезависимая память(6), встроенная в микрочип блока управления, например, энергонезависимая память EEPROM, микрочип, выполняющий функции радиотрансивера (8), например микрочип SX-1272. Элементом питания (7) для устройства служит впаянная батарея ER17505/P, рассчитанная на срок службы до 10 лет.
Каждый импульсный вход (2-5) устройства удаленного получения данных соединен с парой контактов, к которым подключают внешние устройства, с которых требуется получать данные. В качестве таких устройств могут быть подключены устройства, снабженные импульсным выходом, такие как водосчётчики, электросчётчики, теплосчётчики, датчик протечки, охранный датчик и прочие. Пары контактов выполнены с возможностью подключать цепи с замыкающими контактами, выполненными, в частности, в виде контакта геркона, механической кнопки, открытого коллектора.
Устройство удаленного получения данных находится постоянно во включенном состоянии, но имеет два режима работы – пассивный и активный. Пассивный режим предназначен для хранения и транспортировки. После подключения внешних устройств к импульсным входам (2-5) с помощью пар контактов осуществляют настройку основных параметров работы устройства с помощью встроенных переключателей (10) блока управления (1),и далее устройство переводится в активный режим с помощью кнопки запуска (9). При этом блок управления (1) устройства сразу формирует управляющий сигнал к радиотрансиверу (8) для осуществления процесса активации и подключения к сети, в соответствии с настройками блока управления (1).
Настройки, осуществляемые с помощью встроенных переключателей (10) блока управления (1), включают, в частности, режим активации в сети, режим отправки пакетов, период передачи пакетов данных, режим работы импульсных входов (2-5).
После подключения внешних устройств и перевода устройства в активный режим на импульсные входы (2-5) устройства поступают импульсы от внешних устройств, блок управления (1) осуществляет их подсчет и накопление в энергонезависимой памяти (6). Там же формируются архивы для последующей передачи посредством радиотрансивера (8) в сеть передачи данных.
При работе импульсного входа (2-5) в охранном режиме при поступлении на такой вход устройства сигнала от внешнего устройства о замыкании цепи, с импульсного входа (2-5) сразу после получения сигнала от внешнего устройства приходит сигнал в блок управления (1), который формирует управляющий сигнал в радиотрансивер (8), для передачи пакета «тревога», содержащего сигнал о замыкании входа, к которому подключено контрольное устройство.
Блок управления (1) выполнен с встроенными часами с календарем, время и дата на которых задается при производстве. При получении сигнала с пакетом установленного формата, принимаемого через радиотрансивер (8), блок управления (1) осуществляет корректировку часов и календаря.
Радиотрансивер (8) выполнен в виде чипа SX-1272, работающего в диапазоне 864-869 МГц и использующего способ модуляции радиосигнала LoRa для осуществления взаимодействия на частотах диапазона 868 МГц по протоколу LoRaWAN. Радиотрансивер (8) по управляющему сигналу от блока управления (1)осуществляет передачу пакетов, содержащих архивы данных, сохраняемых в энергонезависимой памяти (6),с периодичностью, заданной в соответствии с настройками, установленными встроенными переключателями (10) блока управления (1). Такая периодичность может быть выбрана, в частности, из следующего ряда: 1, 6, 12, 24 ч. В пакет, содержащий архивы данных, дополнительно включены данные о заряде батареи.
Блок управления (1) выполнен с возможностью формирования управляющего сигнала к радиотрансиверу (8) на передачу пакета с архивами данных вне интервала времени, заданного настройками, при поступлении запроса в виде пакета установленного формата, который поступает через радиотрансивер (8). При получении такого запроса блок управления (1) выполняет извлечение из энергонезависимой памяти (6) соответствующего архива, формирование пакета для отправки и передачу его к радиотрансиверу (8), который, в свою очередь, выполняет передачу указанного пакета.
Устройство оснащено алгоритмом антидребезга с постоянной времени 5 мс, подсчёт импульсов возможен для частот до 200 Гц.
Заявляемое техническое решение обладает пониженным энергопотреблением, может быть использовано для удаленного получения данных, например, в Автоматизированных системах коммерческого учета потребления энергоресурсов (АСКУЭ), в частности, использующих приборы коммерческого учета с импульсным выходом.