УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
ENVIRONMENTAL PARAMETERS MONITORING DEVICE

Изобретение относится к системам контроля параметров окружающей среды и может быть использовано для задач экологического практикума, включающих исследование жилых помещений и бытовых предметов на зашумленность, состояние электромагнитного поля, метеопараметров (температура, влажность, направление и скорость ветра), минерализации водных растворов.
Известны системы экологического зондирования для мониторинга окружающей среды, содержащие датчики информации о параметрах среды, передающие ее на блок отображения (US 9729945 В2 опубл. 08.08.2017 г. кл. G08C 19/22).
Известно также, являющееся наиболее близким, устройство контроля параметров окружающей среды преимущественно в производственных помещениях. Устройство содержит метеорологические датчики, датчики экологического мониторинга, датчики измерения показателей производственной среды, интеграторы показаний датчиков, преобразователи сигнала на каждый интегратор, блок измерения, задатчики предельно допустимых показателей на каждый датчик, блоки сравнения на каждый датчик и задатчик, блок сопряжения, блок питания, блок управления режимами, блок управления и связи, монитор питания, дополнительный источник питания, буфер питания, блок энергонезависимой памяти, блок ввода-вывода, газоразрядники (RU 2551184 опубл. 20.05.2015 г. кл. GO 1W 1/02).
Недостатком известного устройства является ограниченная область применения этого устройства.
Техническим результатом данного устройства является его универсальность и расширение области использования, удобство эксплуатации, а также возможность использования как в реальном режиме времени, так и в любом временном интервале с любым набором датчиков информации.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве контроля параметров окружающей среды, содержащем датчики параметров окружающей среды, например, датчик звукового давления, датчик электрического поля, датчик магнитного поля, датчик температуры, датчик атмосферного давления, датчик направления и скорости ветра, датчик минерализации воды, связанные с блоком управления, соединенным с блоком отображения информации, каждый из датчиков параметров окружающей среды содержит сенсор заданного параметра, операционный усилитель, аналогово-цифровой преобразователь, микроконтроллер, блок памяти, часы реального времени, аккумулятор, беспроводное зарядное устройство, контролер питания и модуль связи WiFi, при этом сенсор заданного параметра соединен через операционный усилитель и аналогово-цифровой преобразователь с микроконтроллером, связанным с контроллером питания, блоком памяти, модулем связи WiFi и часами реального времени, контроллер питания соединен с аккумулятором и беспроводным зарядным устройством, а блок управления имеет возможность связи с датчиками через WiFi.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства.
На фиг. 2 блок-схема каждого из датчиков параметров окружающей среды.
Устройство содержит (см. фиг. 1):
1 - датчик звукового давления,
2 - датчик электрического поля,
3 - датчик магнитного поля,
4 - датчик температуры,
5 - датчик влажности,
6 - датчик атмосферного давления,
7 - датчик направления и скорости ветра,
8 - датчик минерализации воды,
9 - блок управления,
10 - блок отображения информации.
Каждый из датчиков имеет (см. фиг. 2):
11 - сенсор (см. фиг. 2),
12 - операционный усилитель,
13 - аналогово-цифровой преобразователь,
14 - микроконтроллер,
15 - аккумулятор,
16 - беспроводное зарядное устройство,
17 - модуль связи WiFi.
18 - контроллер питания,
19 - часы реального времени,
20 - энергонезависимый блок памяти.
Устройство работает следующим образом.
Информация с датчиков 1-8 поступает в блок управления 9, который основан на одноплатном компьютере и имеет сенсорный экран с размером 7 и разрешением 800×480 точек, а также встроенный WiFi-адаптер для работы с датчиками, разработанными в составе устройства.
Корпус центрального блока защищен и позволяет прожить устройству в агрессивной среде полноценный жизненный цикл.
Связь между датчиками и блоком управления 9 осуществляется по стандарту WiFi. Такой вид реализации интерфейса позволяет подключать к датчикам сторонние устройства, оснащенные адаптером этого же стандарта, для получения и визуализации измерения данных на блоке отображения информации 10.
Зарядка выполнена по беспроводному стандарту Qi (Консорциум производителей оборудования, http://www.wirelesspowerconsortium.com/), что позволяет упростить конструкцию датчика. Избавиться от ненадежных разъемов и обеспечить пылевлагозащищенность.
Устройство состоит из датчиков 1-8, которые могут использоваться как отдельно, так и в комплексе. Каждый датчик имеет возможность трех режимов измерения - непрерывных, по запросу и отложенных. В непрерывном режиме измерений результат отображается на экране подключенного по беспроводной связи устройства практически в реальном времени, непрерывно. В режиме измерений по запросу при нажатии пользователем кнопки в интерфейсе блока управления 9 датчик однократно регистрирует измеряемый параметр и отображает результат на блоке 10. В режиме запланированных измерений пользователь указывает интервал измерений (от нескольких минут до нескольких дней), режим активируется при отключении датчика, в котором датчик переходит в режим минимального энергопотребления, и в заданные промежутки включается, проводит измерения, сохраняет результат, и после включения пользователем этот результат предоставляет.
В зависимости от выбранного режима работы, микроконтроллер 14 сохраняет полученные данные в энергозависимой памяти, обеспечивая накопление и усреднение, и по запросу от конечных устройств передает данные для визуализации либо дальнейшей обработки. Датчик имеет три режима работы: непрерывного измерения, периодического измерения, измерения по запросу.
В режиме непрерывного измерения датчик проводит в бесконечном цикле три измерения параметра, усредняя измерения по трем значениям, записывает полученный результат в память. В режиме периодического измерения по указанному с блока управления 9 временному расписанию, датчик проводит три измерения с усреднением между ними, затем включает режим энергосбережения («сон») до времени следующего измерения. В режиме измерения по запросу датчик находится в активном состоянии, данные записываются один раз по целеуказанию с блока управления 9.
Часы реального времени 19 позволяют сохранить данные о времени в режиме энергосберегающего сна датчика. Встроенный в датчик аккумулятор 15 (аккумуляторная батарея, АКБ) обеспечивает необходимое время работы. Блок управления питанием - беспроводное зарядное устройство 16 и контроллер питания 18 следит за уровнем разрядки АКБ, индицируя по запросу уровень заряда, и при установке датчика на зарядную платформу обеспечивает необходимый зарядный режим. Блок связи 17 стандарта WiFi 3 обеспечивает совместимость с внешними устройствами.
На корпусе датчика присутствует герметичная кнопка и трехцветный световой индикатор. Кнопка позволяет включить или выключить датчик, а также вывести из режима энергосбережения.
Таким образом, датчик сохраняет в своей энергонезависимой памяти 20 результаты измерений, которые запрашиваются с внешних устройств для отображения.
Комплекс датчиков в целом регистрирует наиболее значимые с экологической точки зрения параметры окружающей среды, для предоставления пользователю конструктора полной информации об экологической обстановке.
Общая структура датчика была разработана по принципу модульности, с единым центральным функциональным ядром и различной периферией.
Основным элементом датчика является сенсор 11, определенный для каждого конкретного датчика. Блок обработки представляет собой операционный усилитель, приводящий сигнал сенсора к уровню, необходимому для корректной работы аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 13. Данные с АЦП поступают в микроконтроллер 14.
Модульность конструкции электронных устройств является залогом получения необходимого результата.
В качестве блока управления 9 и анализа информации используется планшетный компьютер, экраном в качестве блока отображения информации 10 (размер экрана 7 с разрешением 800×1280 точек) двухъядерным процессором, WiFi и ОС Андроид в защитном чехле, оберегающим от небрежного обращения, падений и прочих эксплуатационных воздействий. Поскольку стратегия работы конструктора основана на максимальной прозрачности для пользователя, дополнительных действий с планшетом не производится.