БЛОК СБОРА И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Полезная модель относится к информационно-измерительной технике и может быть использована в автоматизированных регистрирующих системах, в частности, в системах мониторинга окружающей среды и контроля экологической обстановки. А именно в системах мониторинга состояния геологических процессов (температуры грунтов, оползневых процессов, водонасыщенности грунтов, и непосредственно деформаций нефтепровода) по трассам прохождения нефте- и газопроводов, особенно в жестких климатических условиях.
Применение заявляемого устройства целесообразно в случаях:
отсутствия постоянного электропитания в точках контроля геологических процессов;
отсутствия кабельных коммуникаций для передачи данных от точек контроля до места приема;
применения в жестких климатических условиях в местах размещения точек контроля;
отсутствия необходимой охраны точек контроля.
Известно устройство сбора и передачи данных, содержащее микроконтроллер, осуществляющий сбор, обработку и передачу измерительной информации, часы реального времени, энергонезависимое запоминающее устройство (см. патент на полезную модель №59861 от 05.06.2006).
Данное устройство наиболее близкое по своему техническому решению к предлагаемой полезной модели и принята за прототип.
Признаки аналога, совпадающий с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются часы реального времени, энергонезависимое запоминающее устройство.
Причинами, препятствующими получению технического результата, которые обеспечивается полезной моделью, являются:
отсутствие постоянного электропитания в точках контроля геологических процессов;
отсутствие кабельных коммуникаций для передачи данных от точек контроля до места приема.
Техническая задача, которая решается применением заявляемого устройства, заключается в гарантированном сборе, хранении и передаче измерительной информации.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении настоящей полезной модели заключается в сборе, хранении и передаче измерительной информации в экстремальных условиях.
Это достигается тем, что в устройство включены источники электропитания устройства и часов реального времени, блок управления питанием, радиомодем, а микроконтроллер выполнен с функцией поддержки интерфейса программатора, интерфейса USB, интерфейса RS-485, интерфейса токовая петля, интерфейса 1-WIRE.
Совокупность существенных признаков, характеризующих полезную модель обеспечивающих получение указанного технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны и находящиеся в причинно-следственной связи с указанным результатом блока сбора и передачи данных включает часы реального времени и энергонезависимое запоминающее устройство, дополнительно включены микроконтроллер с функцией поддержки интерфейса программатора, интерфейса USB, интерфейса RS-485, интерфейса 1-WIRE для работы с цифровыми датчиками, интерфейса токовая петля для работы с аналоговыми датчиками, батаря питания устройства, батаря питания часов, блок управления питанием, радиомодем; энергонезависимое запоминающее устройство соединено с микроконтроллером, блок управления питанием соединен с батареей питания устройства, с батареей питания часов, с часами реального времени и с микроконтроллером, часы реального времени соединены с микроконтроллером, микроконтроллер соединен с радиомодемом.
Интерфейс токовая петля имеет не менее 6 входов.
В качества радиомодема используется LPD-радиомодем диапазона 433 МГц.
Полезная модель поясняется чертежом.
На чертеже представлена блок-схема устройства где обозначены:
1 - микроконтроллер;
2 - энергонезависимое запоминающее устройство;
3 - радиомодем;
4 - часы реального времени;
5 - блок управления питанием;
6 - батарея питания часов
7 - батарея питания устройства;
8 - интерфейс токовая петля;
9 - интерфейс 1-WIRE;
10 - интерфейс программатора;
11 - интерфейс USB;
12 - интерфейс RS-485.
Устройство работает следующим образом.
Данные с цифровых и аналоговых датчиков через интерфейс токовая петля 8 и интерфейс 1-WIRE 9 соответственно, поступают на микроконтроллер 1, где происходит их привязка к временной шкале часов реального времени 4. Данные, привязанные к шкале реального времени, поступают в энергонезависимое ЗУ 2, где могут храниться до осуществления гарантированной доставки до места приема.
Передача измеренных данных осуществляется с помощью радиомодема 3 по радиоканалу.
Функционирование устройства обеспечивается микроконтроллером 1 и часами реального времени 2. В промежутках между измерениями устройство находится в экономичном режиме со сверхнизким потреблением электроэнергии от батарей (микроватты). Процесс измерения и передачи данных занимает несколько секунд. Специальный режим работы, заключающийся в том, что измерения и передача данных происходят с периодичностью от минут до суток и месяцев в зависимости от решаемых задач, задается через интерфейс программатора 10.
Устройство предварительно настраивается на режим периодического измерения с регулируемым периодом срабатывания (проводиться оперативное конфигурирование основных параметров устройства через специальный кабель (время часов реального времени 4, время выхода на связь, период выхода на связь, количество и тип датчиков, сетевой адрес, режим работы), осуществляется периодическая синхронизация часов реального времени 4, входящих в состав устройства и часов приемного пункта. Периодичность сбора информации с устройства оперативно настраивается и может составлять от одного измерения в час, до одного раза в сутки и реже.
Если при очередном включении по каким-либо причинам данные не были переданы на приемный пункт, они сохраняются в энергонезависимое запоминающее устройство 2, позволяющем хранить объем информации до нескольких десятков тысяч измерений. Данные будут переданы вне зависимости от количества накопленных измерений при первом успешном соединении с приемным пунктом. При получении подтверждения от адресата о приеме всех данных, последние стираются из энергонезависимого запоминающего устройства 2. Интерактивный обмен информацией с приемным пунктом осуществляется посредством радиомодема 3 по радиоканалу. При этом дальность передачи может достигать 10-12 километров (при наличии соответствующих антенн и прямой видимости).
В качестве батарей питания 6 и 7 используются литиевые элементы напряжением 3,6 В высокой емкости (27 А/ч), низким током саморазряда (срок хранения 10 лет), широким диапазоном рабочих температур (-50-+125 град).
С помощью блока управления питанием 5 обеспечивается широкий диапазон напряжений батареи питания 6 и 7. Минимальное напряжение для устройства 6,5 В, максимальное 30 В. Это достигается применением в составе устройства преобразователей DC-DC типа, представляющих из себя трансформатор постоянного тока с высоким (до 90%) КПД. При увеличении напряжения батареи за счет добавления дополнительных литиевых элементов снижается общий потребляемый ток. Изменением количества батарей можно добиваться необходимой продолжительности работы устройства без замены батарей.
В микроконтроллере 1 запрограммирован режим диагностики устройства. Данный режим обеспечивает проверку исправности канала связи, оценку остаточного заряда батарей питания 6 и 7, температуры внутри мест размещения средств мониторинга.
В конструкции устройства применены полупроводниковые интегральные микросхемы, не подверженные износу и изменению рабочих характеристик в процессе эксплуатации в номинальных рабочих режимах. Кроме того, устройство не содержат подвижных частей и элементов, работающих с большим тепловыделением.
Связь и передача данных осуществляется по различным каналам связи, включая RS-485 и радиоканал.
Типовое потребление устройства, включая часы 4:
в режиме ожидания - не более 15 мкВт;
в режиме измерения 1,2 Вт;
в режиме измерения с передачей данных 2,2 Вт;
Время измерения и передачи данных с синхронизацией времени 15…20 сек;
Расчетный суточный разряд батарей питания 6 и 7 - 0,015 А/ч.
Расчетное время работы батарей 6 и 7 до уровня заряда 15% - 800 суток.
Максимальная дальность связи через радиомодем 3 - до 3-х км.
Максимальное энергопотребление - 3 Вт.
Устройство промышленно применимо. В качестве комплектующих могут быть использованы типовые компоненты, имеющиеся на рынке, например, микросхемы оперативной энергонезависимой памяти (EEPROM) с последовательным интерфейсом DataFlash серии АТ45 емкостью 8-16 Мбайт (8-выводный SOIC), радиомодемы Спектр-433, работающие в диапазоне радиочастот 433 МГц, литиевые батареи LIRDD-HTS, Engineered Power LP. Малые размеры и конструкция устройства оптимизирована для размещения в трубах малого диаметра (скважинах с минимальным диаметром 50 мм). Контейнер с размещенным устройством и батареями питания 6 и 7 имеет диаметр 35 мм и длину не более 1000 мм. Таким образом, отсутствует необходимость в строительстве специальных, в т.ч. капитальных сооружений для размещения измерительного оборудования.
Размещение устройства в трубах ниже уровня земли позволяет использовать устройство при чрезвычайно низких температурах (-60 град. и ниже).
Применение предложенной полезной модели обеспечивает гарантированный сбор, хранение и передачу измерительной информации при отсутствии постоянного электропитания в точках контроля геологических процессов кабельных коммуникаций для передачи данных от точек контроля до места приема.