Способ автоматизированного беспроводного мониторинга наполнения и очистки мусорного контейнера и устройство для его осуществления
METHOD FOR AUTOMATED WIRELESS MONITORING OF GARBAGE CONTAINER FILLING AND CLEANING AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области коммунального хозяйства, в частности к дистанционному контролю за состоянием наполненности мусорных контейнеров (баков) и их опорожнения, и может быть использовано для дистанционного контроля за переполнением мусорных контейнеров, планирования и организации вывоза мусора и для контроля за своевременным опорожнением мусорных контейнеров.
Из уровня техники известен способ автоматизированного беспроводного мониторинга наполнения мусорного контейнера, заключающийся в том, что внутри контейнера (бака) устанавливают беспроводной ультразвуковой датчик наполнения. Датчик определяет наполненность контейнеров и по мобильной связи отправляют данные на обработку. Информацию передают на серверы и программное обеспечение, обрабатывающие информацию от сенсоров и на основании сохраняющейся статистики делают предсказания относительно периода заполнения мусорных контейнеров. С помощью вэб-сайта пользователи получают информацию о заполненности контейнеров (см., например, сайты в Интернет http://wastetruck.ru/enevo/, http://www.ecoprofi.info/docs/event_2013-09-11_presentation_Enevo_Heikki_Tallgren_ru.pdf, http://coolidea.ru/2013/06/30/vyivoz-musora-tolko-iz-polnyih-konteynerov/).
Недостатком такого способа является то, что ультразвуковые датчики осуществляют измерение расстояния в одной точке от точки излучения до ближайшего объекта в контейнере. Так же результат измерения ультразвуковым датчиком расстояния зависит от температуры воздуха, что ведет к необходимости наличия датчика температуры и учета его показаний для внесения коррекции. Так же у ультразвуковых датчиков расстояния имеется «мертвая зона» вблизи сенсора, внутри которой расстояния не измеряются. Учитывая, что контейнеры имеют различные размеры (наиболее распространенные контейнеры имеет размеры более 130×100 см), а твердые бытовые отходы имеют разную форму и размещаются в контейнер хаотично, задача определения наполнения контейнера по измерению расстояния в одной точке решается не полноценно. Кроме того, в датчиках применяется 2G/3G/4G модемы, что требует относительно высокого энергопотребления для передачи данных, что в свою очередь требует наличия емкого источника питания, что в свою очередь ведет к повышению стоимости и увеличению размеров датчика, что ведет к повышению вероятности повреждения датчика твердыми отходами (при его размещении внутри контейнера).
Также из уровня техники известен способ автоматизированного беспроводного мониторинга наполнения мусорного контейнера, заключающийся в том, что в мусорный контейнер (бак) устанавливают оптическое устройство контроля заполненности контейнера. Информацию о процентной наполненности контейнера передают в систему мониторинга по сети NB-IoT через настраиваемые интервалы времени. Основываясь на статистических данных, система рассчитывает примерные сроки наполнения мусорных контейнеров, определяет оптимальное число и расположение контейнеров (см., например, сайты в Интернет https://www.mos.ru/news/item/56951073/, http://www.mskit.ru/news/n213702/).
Недостатком такого способа является то, что оптические системы осуществляют измерение расстояния в одной точке от точки излучения до ближайшего объекта в контейнере. Учитывая, что контейнеры имеют различные размеры (наиболее распространенные контейнеры имеет размеры более 130×100 см), а твердые бытовые отходы имеют разную форму и размещаются в контейнер хаотично, задачу определения наполнения контейнера по измерению расстояния в одной точке решается не полноценно. Размещение устройства непосредственно в контейнере повышает вероятность повреждения датчика (и его оптических элементов) твердыми отходами и что наиболее важно ведет к загрязнению оптических элементов датчика, что в свою очередь приводит к необходимости проведения обслуживания датчика.
Наиболее близким к предложенному решению является способ обслуживания мусорного контейнера, включающий установку датчиков, определение факта заполнения контейнера, определение температуры в контейнере, передачу данных на удаленный компьютер. Датчик заполнения устанавливают на боковую стенку контейнера у верхнего края, проводят инициализацию датчика заполнения, определяют эталонное расстояние до противоположной стенки контейнера. Фиксируют момент начала заполнения, проводят периодическое измерение расстояния до противоположной стенки контейнера, фиксируют момент, когда расстояние до противоположной стенки становится менее половины эталонного расстояния. Передают информацию о моменте наполнения контейнера. Продолжают периодическое измерение расстояния до противоположной стенки контейнера, фиксируют момент, когда расстояние до противоположной стенки становится равным эталонному расстоянию. Передают информацию об опорожнении контейнера на удаленный компьютер. Проводят периодические измерения температуры внутри контейнера, передают информацию о температуре на удаленный компьютер, далее повторяют измерения расстояния, температуры и передачу информации на удаленный компьютер не менее месяца с момента инициализации датчика заполнения. На основании переданной информации определяют скорость заполнения контейнера расчетным путем (см. Патент RU 2649150, опубликован 30.03.2018 г.).
Недостатком данного способа является то, что описанный в изобретении способ основан на применении ультразвуковых датчиков, которые осуществляют измерение расстояния в одной точке от точки излучения до ближайшего объекта в контейнере. Так же результат измерения ультразвуковым датчиком расстояния зависит от температуры воздуха, что ведет к необходимости наличия датчика температуры и учета его показаний для внесения коррекции. Так же у ультразвуковых датчиков расстояния имеется «мертвая зона» вблизи сенсора, внутри которой расстояния не измеряются. Учитывая, что контейнеры имеют различные размеры (наиболее распространенные контейнеры имеет размеры более 130×100 см), а твердые бытовые отходы имеют разную форму и размещаются в контейнер хаотично, задачу определения наполнения контейнера по измерению расстояния в одной точке решается не полноценно. Кроме того, в датчиках применяется 2G/3G/4G модемы, что требует относительно высокого энергопотребления для передачи данных, что в свою очередь требует наличия емкого источника питания, что в свою очередь ведет к повышению стоимости и увеличению размеров датчика, что ведет к повышению вероятности повреждения датчика твердыми отходами.
Из уровня техники известен инфракрасный датчик наполненности урны, измеряющий расстояния до ближайшего препятствия на пути прохождения ИК луча (см. Патент RU 175025, Опубликован 16.11.2017 г.).
Недостатком применения такого датчика является наличие ошибок при измерении наполненности урны, неточное определение наполненности урны в следствии измерения расстояния до ближайшего препятствия.
Также из уровня техники известно устройство для мониторинга наполнения контейнера, выполненное в виде ультразвукового датчика, состоящего из: корпуса, содержащего всю управляющую электронику (контроллер, радиомодуль), батарейный блок, основания, служащего для крепления датчика к мусорному контейнеру, и антенны (см., например, сайт в Интернет http://class.skvcluster.net7 media/documentation/archive/2016/files/2016 iu4 conf trashsystem.pdf).
Недостатком такого устройства является то, что ультразвуковые датчики осуществляют измерение расстояния в одной точке от точки излучения до ближайшего объекта в контейнере. Так же результат измерения ультразвуковым датчиком расстояния зависит от температуры воздуха, что ведет к необходимости наличия датчика температуры и учета его показаний для внесения коррекции. Так же у ультразвуковых датчиков расстояния имеется «мертвая зона» вблизи сенсора, внутри которой расстояния не измеряются. Учитывая, что контейнеры имеют различные размеры (наиболее распространенные контейнеры имеет размеры более 130×100 см), а твердые бытовые отходы имеют разную форму и размещаются в контейнер хаотично, задачу определения наполнения контейнера по измерению расстояния в одной точке решается не полноценно. Кроме того, в датчиках применяется 2G/3G/4G модемы, что требует относительно высокого энергопотребления для передачи данных, что в свою очередь требует наличия емкого источника питания, что в свою очередь ведет к повышению стоимости и увеличению размеров датчика, что ведет к повышению вероятности повреждения датчика твердыми отходами.
Наиболее близким к предложенному устройству является устройство для мониторинга наполнения мусорного контейнера, состоящее из оптического датчика контроля уровня отходов, модуля передачи данных и микроконтроллера (см., например, сайт в Интернет http://vvrww.mskit.ru/news/n213702/).
Недостатком такого устройства является наличие ошибок при измерении наполненности урны, неточное определение наполненности урны вследствие измерения расстояния до ближайшего препятствия.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является устранение всех вышеперечисленных недостатков, а также возможность автоматизированного контроля наполнения и очистки мусорных контейнеров беспроводными средствами в любых местах.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности мониторинга наполнения и очистки мусорных контейнеров, а также повышение информативности и достоверности информации о заполненности мусорных контейнеров, обеспечение возможности своевременного обнаружения наполнения и очистки мусорных контейнеров, обеспечение возможности удаленного автоматизированного мониторинга наполнения и очистки мусорных контейнеров с применением бесконтактных ИК сенсоров, снижение стоимости ввода в действие и снижение стоимости эксплуатации за счет отсутствия необходимости прокладки проводных коммуникаций, обеспечение возможности долгосрочной работы без необходимости технического обслуживания за счет исключения подвижных механических частей, а также ультразвуковых, оптических и иных датчиков расстояния, которые дают недостоверную информацию и наполненности мусорных контейнеров.
Технический результат достигается благодаря устройству для мониторинга наполнения и очистки мусорного контейнера, содержащему импульсный излучатель для закрепления на одной стенке мусорного контейнера, и импульсный приемник для закрепления на противоположной стенке мусорного контейнера, при этом импульсный излучатель включает по меньшей мере один инфракрасный (ИК) излучатель, первый управляющий процессор с программным обеспечением, соединенный с по меньшей мере одним ИК излучателем, и элемент питания, соединенный с первым управляющим процессором, а импульсный приемник включает по меньшей мере один ИК приемник, второй управляющий процессор с программным обеспечением, соединенный с по меньшей мере одним ИК приемником, радиопередающее устройство, соединенное со вторым управляющим процессором, элемент питания, соединенный со вторым управляющим процессором и радиопередающим устройством.
Кроме того, импульсный излучатель может быть выполнен в виде первой печатной платы, а импульсный приемник может быть выполнен в виде второй печатной платы.
Радиопередающее устройство может включать сетевой модуль и соединенную с ним антенну, при этом сетевой модуль может быть соединен со вторым управляющим процессором.
Кроме того, импульсный излучатель может иметь корпус и импульсный приемник может иметь корпус, при этом каждый указанный корпус может быть выполнен в виде полой трубки, которая имеет по меньшей мере одну ИК прозрачную вставку, в которой расположен соответственно ИК излучатель и ИК приемник.
Каждая трубка может иметь по меньшей мере один открытый конец, на котором может быть установлена съемная крышка.
Кроме того, импульсный излучатель может иметь корпус и импульсный приемник может иметь корпус, при этом часть каждого указанного корпуса может быть выполнена из ИК прозрачного материала, в котором расположен соответственно по меньшей мере один ИК излучатель и по меньшей мере один ИК приемник, причем каждый указанный корпус может иметь элемент крепления для соединения со стенкой мусорного контейнера.
Кроме того, импульсный излучатель может включать два или более ИК излучателя, а импульсный приемник может включать два или более ИК приемника, при этом ИК излучатели могут быть расположены на расстоянии друг от друга, ИК приемники могут быть расположены на расстоянии друг от друга, которое равно или больше, или меньше расстояния между ИК излучателями.
Кроме того, импульсный приемник может включать в себя акселерометр, соединенный со вторым управляющим процессором и с элементом питания.
Также технический результат достигается благодаря осуществлению способа мониторинга наполнения и очистки мусорного контейнера, заключающегося в том, что у верхнего открытого края контейнера на его противоположных стенках устанавливают устройство для мониторинга, выполненное вышеуказанным образом, причем на одной стенке устанавливают импульсный излучатель, а на другой - импульсный приемник, с помощью по меньшей мере одного ИК излучателя периодически излучают вдоль открытого края контейнера пакет ИК импульсов, а с помощью по меньшей мере одного ИК приемника принимают этот пакет импульсов, с помощью радиопередающего устройства с использованием LPWAN или NBIoT технологии периодически отправляют сообщения на по меньшей мере одну базовую станцию, причем каждое сообщение содержит идентификационные данные устройства для мониторинга и полезный сигнал, с помощью по меньшей мере одной базовой станции принимают каждое сообщение, обрабатывают его и отправляют на сетевой сервер, с помощью сетевого сервера принимают от по меньшей мере одной базовой станции каждое сообщение, обрабатывают его и отправляют на электронное устройство пользователя, причем отправку радиопередающим устройством сообщений, содержащих первый тип полезного сигнала, осуществляют периодически с постоянными интервалами времени при незаполненном мусорном контейнере или при его частичной заполненности, когда по меньшей мере один РЖ приемник принимает большую часть РЖ импульсов из пакета импульсов, излучаемых по меньшей мере одним ИК излучателем в одном из периодов излучения, отправку радиопередающим устройством сообщений, содержащих второй тип полезного сигнала, осуществляют периодически при полном мусорном контейнере, когда по меньшей мере один ИК приемник принимает меньшую часть ИК импульсов из пакета импульсов, излучаемых по меньшей мере одним ИК излучателем в одном из периодов излучения, по сообщениям со вторым типом полезного сигнала пользователь судит о заполненности мусорного контейнера, а при переворачивании мусорного контейнера, когда по меньшей мере один ИК приемник принимает большую часть ИК импульсов из пакета импульсов, излучаемых по меньшей мере одним ИК излучателем, осуществляют немедленную передачу сообщений, по которым пользователь судит об очистке мусорного контейнера.
Кроме того, перед установкой устройства мониторинга на контейнере в противоположных стенках контейнера могут устанавливать по по меньшей мере одной ИК прозрачной вставке, в которой размещают соответственно ИК излучатель и ИК приемник, при этом установку устройства могут осуществлять с наружных сторон противоположных стенок контейнера.
Кроме того, при принятии сетевым сервером от по меньшей мере одной базовой станции сообщений, на нем могут осуществлять фильтрацию принятых сообщений путем отбрасывания искаженных и/или ложных сообщений.
Кроме того, при принятии сетевым сервером от двух и более базовых станций сообщений, на нем могут осуществлять агрегацию принятых сообщений путем объединения в одно сообщение одного и того же сообщения, принятого от разных базовых станций.
Кроме того, до начала отправки сообщений на по меньшей мере одну базовую станцию могут осуществлять на устройстве мониторинга настройку периодичности отправки сообщений.
Кроме того, до начала излучения РЖ импульсов могут осуществлять настройку сетевого сервера для программного обеспечения электронного устройства пользователя путем внесения идентификационных данных устройства для мониторинга в базу данных сетевого сервера и ассоциации устройства для мониторинга с программным обеспечением электронного устройства пользователя, а сетевой сервер может осуществлять хранение полученных от по меньшей мере одной базовой станции сообщений и осуществлять определение программного обеспечения электронного устройства пользователя, с которым ассоциировано устройство для мониторинга.
Изобретение поясняется с помощью чертежей, где на фиг. 1 показана схема компонентов предложенного устройства для мониторинга наполнения и очистки мусорного контейнера; на фиг. 2 показано предложенное устройство в корпусе; на фиг. 3 показан пример установки устройства на мусорном контейнере, вид сбоку; на фиг. 4 показан пример установки устройства на мусорном контейнере, вид сверху; на фиг. 5 схематично показана связь элементов, с помощью которых осуществляется предложенный способ.
Предложенный способ беспроводного мониторинга наполнения и очистки мусорного контейнера с устройством 1 для осуществления способа предназначены для своевременного обнаружения наполнения контейнеров с бытовыми мусорными отходами, а также для мониторинга момента их опорожнения (очистки).
Предложенный способ реализуется с помощью совокупности технических средств, связанных между собой беспроводными каналами связи и включающих в себя (но, не ограничиваясь): устройство 1 для мониторинга наполнения и очистки мусорного контейнера; базовую станцию 2 (сетевой шлюз); сетевой сервер 3 обработки информации (данных); электронное устройство 4 конечного пользователя со специальным программным обеспечением (приложение пользователя), при этом в качестве электронного устройства 4 могут использовать телефон, смартфон, планшет, ноутбук, персональный компьютер или иное устройство (программное обеспечение или сервис), с помощью которого пользователь осуществляет мониторинг наполнения и очистки мусорного контейнера.
Устройство 1 для мониторинга наполнения и очистки мусорного контейнера представляет собой специальный LP WAN или NBIoT инфракрасный датчик мониторинга заполнения, обеспечивающий информирование пользователя о заполнении контейнера и о его переворачивании. Устройство 1 состоит из импульсного излучателя (первая часть) и импульсного приемника (вторая часть). При этом импульсный излучатель представляет собой печатную плату 5 излучателя, а импульсный приемник представляет собой печатную плату 6 приемника.
Импульсный излучатель устройства 1 включает: по меньшей мере один ИК излучатель 7, управляющий процессор 8 (первый контроллер управления со встроенным программным обеспечением), соединенный (связанный) с ИК излучателем 7, и элемент 9 питания, соединенный (связанный) с управляющим процессором 8. Причем все перечисленные компоненты, входящие в первую часть устройства 1, могут быть расположены на плате 5 и выполнены конструктивно с ней. Количество ИК излучателей 7 на плате 5 может быть более одного (два, три, четыре или более, в зависимости от размера контейнера, на котором устанавливают устройство 1). Процессор 8 осуществляет управление ИК излучателями 7, в том числе задает периодичность отправки пакета ИК импульсов (ИК излучений, посылок). В случае, когда количество ИК излучателей 7 в импульсном излучателе более одного (два, три или более), то они расположены друг относительно друга на определенном расстоянии, определяемом исходя из размеров мусорных контейнеров и разумной достаточности длины устройства 1, т.е. адекватного его размера (например, от 5 до 15 см., или на большем расстоянии, причем расстояние между одними соседними ИК излучателями 7 может быть равно, больше или меньше, чем расстояние между другими соседними ИК излучателями 7 в случае, когда их количество более двух).
Импульсный приемник устройства 1 включает: по меньшей мере один ИК приемник 10, управляющий процессор 11 (второй контроллер управления со встроенным программным обеспечением), соединенный с ИК приемником 10, сетевой модуль 12 (радиомодем), соединенный (связанный) с процессором 11, антенна 13, соединенная (связанная) с сетевым модулем 12, акселерометр 14, соединенный (связанный) с процессором 11, и элемент 15 питания, соединенный (связанный) с процессором 11, с сетевым модулем 12 и с акселерометром 14. Причем все перечисленные компоненты, входящие во вторую часть устройства 1, могут быть расположены на плате 6 и выполнены конструктивно с ней. Управляющий процессор 11 может быть конструктивно совмещен с сетевым модулем 12 (в виде единого блока, с которым соединены ИК приемник 10, антенна 13 и акселерометр 14). Сетевой модуль 12 с антенной 13 представляют собой радиопередающее устройство. Количество ИК приемников 10 на плате 6 может быть более одного (два, три, четыре или более, в зависимости от размера контейнера, на котором устанавливают устройство 1, но не менее количества ИК излучателей 7). В случае, когда количество ИК приемников 10 более одного, то они (два, три или более), то они также расположены друг относительно друга на определенном расстоянии, определяемом исходя из размеров мусорных контейнеров и разумной достаточности длины устройства 1, т.е. адекватного его размера (например, от 5 до 15 см., или на большем расстоянии), причем расстояние между одними соседними РЖ приемниками 10 также может быть равно, больше или меньше, чем расстояние между другими соседними РЖ приемниками 10 в случае, когда их количество более двух. Такое расстояние между РЖ приемниками 10 может соответствовать, а может быть иным, чем соответствующее расстояние между ИК излучателями 7.
Процессор 11 осуществляет управление ИК приемниками 10, анализ и обработку данных, полученных от ИК излучателей 7, передачу сообщений (данных, информации) в сетевой модуль 12, хранение настроек периодичности отправки сообщений (сигналов) сетевым модулем 12. Сетевой модуль 12 обеспечивает передачу сообщений (сигналов) в сети передачи данных посредством антенны 13, а также хранение необходимых параметров для работы в соответствующей сети передачи данных. Причем в случае передачи сообщений с использованием LP WAN технологии, то сетевой модуль 12 представляет собой радиомодуль, который передает данные по LPWAN каналу; а в случае передачи сообщений с использованием NBIoT технологии, то сетевой модуль 12 представляет собой NBIoT модуль, т.е. модем сотовой связи и для передачи данных используется протокол сотовой сети передачи данных.
Элементы 9 и 15 питания предназначены для обеспечения автономности работы устройства 1 (соответственно ИК излучателя и ИК приемника). Антенна 13 предназначена для обеспечения передачи сообщений (сигналов) в радиоканал (сотовую сеть).
Устройство 1 может содержать корпус, выполненный в виде двух полых трубок 16, 17, преимущественно, прямоугольной (квадратной) формы поперечного сечения (или любой иной формы). Трубка 16 является корпусом импульсного излучателя, а трубка 17 - импульсного приемника. Трубки 16, 17 имеют необходимую длину, которая зависит от размера контейнера 18, на котором устанавливается устройство 1, и от размера плат 5 и 6. Внутри трубки 16 расположена (неподвижно установлена) плата 5, а внутри трубки 17 расположена (неподвижно установлена) плата 6. Причем каждая трубка 16, 17 может иметь один открытый конец и один закрытый конец, либо может иметь оба открытых конца, на которых установлены съемные крышки 19, позволяющие обеспечить доступ вовнутрь трубок 16, 17 к компонентам (платам 5, 6), установленным в трубках 16, 17.
Каждая трубка 16, 17 имеет в своей стенке ИК прозрачную вставку (количество вставок в соответствующей трубке 16, 17 равно соответственно количеству ИК излучателей 7 или количеству ИК приемников 10). В соответствующих ИК прозрачных вставках трубок 16, 17 герметично расположены соответственно ИК излучатель(ли) 7 и ИК приемник(ки) 10.
Корпус устройства 1 в виде трубок 16, 17 используется в случае, когда устройство 1 устанавливают непосредственно на наружных сторонах противоположных стенок 20 контейнера 18. А в случае, когда устройство 1 размещают на противоположных стенках 20 контейнера 18 в специальной цапфе (не показана), которая является накладным элементом на внешние стенки 20 контейнера 18, и которая имеет специальные зацепы, за которые мусоросборочная машина поднимает и опрокидывает контейнер 18, то устройство 1 может не иметь корпус, а платы 5 и 6 устанавливают (размещают) во внутренних проемах цапфы. Так же устройство 1 может быть размещено и на внутренней стороне противоположных стенок 20 контейнера в накладном корпусе. Такой накладной корпус (как импульсного излучателя, так и импульсного приемника) может иметь часть, выполненную из ИК прозрачного материала, в котором расположен соответственно ИК излучатель(ли) 7 и ИК приемник(ки) 10. Также в данном случае каждый корпус имеет элемент крепления, предназначенный для соединения с внутренней стороной соответствующей стенки контейнера 18.
Устройство 1 связано (соединено) посредством беспроводных каналов связи с базовой станцией 2 (или с несколькими базовыми станциями 2) и обеспечивает передачу на базовую станцию 2 сообщений, содержащих данные о принятых ИК приемниками 10 излучениях (ИК импульсов, посылок), передаваемых ИК излучателями 7.
Способ автоматизированного беспроводного мониторинга наполнения и очистки контейнера 18 с использованием устройства 1, базовой станции 2, сетевого сервера 3 и электронного устройства 4 пользователя со специальным программным обеспечением заключается в следующем.
Для реализации предложенного способа важным является размещение устройства 1 на мусорном контейнере 18 и обеспечение конфигурирования сетевого сервера 3 таким образом, чтобы обеспечивалась доставка сообщений от устройства 1 до приложения электронного устройства 4 пользователя. Для этого осуществляют настройку сетевого сервера 3 для приложения устройства 4 пользователя. На данном этапе уникальные идентификаторы (идентификационные данные) устройства 1 вносятся в базу данных сервера 3 и ассоциируются с приложением электронного устройства 4 пользователя. Уникальным идентификатором устройства 1 является, например, сетевой адрес или идентификационный номер устройства 1 (ID) или ICCID, или иное (определяется применяемой технологией LPWAN или NBIoT).
LPWAN или NBIoT устройство 1 устанавливают на наружных сторонах противоположных стенок 20 мусорного контейнера 18, наполнение и очистку которого необходимо контролировать. Установку устройства 1 осуществляют в верхней (открытой) части контейнера 18 вдоль открытого края, преимущественно, в горизонтальной плоскости или близкой к ней. При этом на одной стенке 20 (в горизонтальном положении или близком к нему) устанавливают первую часть устройства 1 (импульсный излучатель), а на другой противоположной стенке 20 (в горизонтальном положении или близком к нему) напротив импульсного излучателя устанавливают вторую часть устройства 1 (импульсный приемник). Две части устройства 1 (ИК излучатель и ИК приемник) устанавливают в верхней части контейнера 18 (вдоль открытого края), так чтобы ИК излучение обеспечивало горизонтальную (или близкую к ней) линию (в случае, когда имеется один РЖ излучатель 7 и один РЖ приемник 10) или горизонтальную плоскость Z (или близкую к ней, в случае, когда количество РЖ излучателей 7 и ИК приемников 10 более одного) вдоль открытой части контейнера 18 (далее по тексту - плоскость РЖ излучения). Таким образом, РЖ излучатели 7 на одной стороне контейнера 18 и РЖ приемники 10 на другой стороне контейнера 18 (когда количество РЖ излучателей 7 и ИК приемников 10 более одного) создают виртуальную плоскость размером X на Y, где X - расстояние между противоположными стенками 20 контейнера 18, на которых установлены части устройства 1, a Y - расстояние между крайними ИК излучателями 7 (оно же между крайними ИК приемниками 10). В общем случае расстояние Y может быть равно расстоянию между двумя другими стенками контейнера 18, на которых устройство 1 не установлено. Так можно покрыть всю площадь контейнера 18.
Однако, исходя из разумной достаточности, с целью выполнения устройства 1 адекватного размера, расстояние Y целесообразно делать незначительное, например, равное длине цапфы (например, 9,5 см.). Выполнение расстояния Y, например, 9,5 см. означает, что плоскость ИК излучения имеет ширину 9,5 см. (от всей ширины контейнера 18) и длину X (расстояние между стенками 20 контейнера 18, на которых установлено устройство 1).
На фиг. 3, 4 изображен вариант установки устройства 1, когда каждая часть устройства имеет корпус в виде трубок 16, 17, установленных на наружных сторонах стенок 20 контейнера 18. При этом следует понимать, что при использовании цапф (не показаны) устройство 1 размещается в данных цапфах, т.е. платы 5, 6 размещаются во внутреннем пространстве противоположных цапф, которые установлены на противоположных стенках контейнера 18. При этом стенки контейнера под цапфой также имеют ИК прозрачные вставки, в которых размещаются соответственно ИК излучатель 7 и ИК приемник 10.
Перед установкой устройства 1 на контейнере 18, проводят следующее: а) определение оптимального исполнения устройства 1; б) подготовка устройства 1 к работе в соответствии с рекомендациями производителя, в том числе настройка периодичности отправки сообщений; в) подготовка (образование специальных отверстий в стенках 20 для вставок 21) и установка ИК прозрачных вставок 21 в стенках 20 контейнера 18 и размещение устройства на контейнере 18. ИК прозрачные вставки 21 предназначены для размещения в них ИК излучателя 7 и ИК приемника 10 при этом в случае, когда количество ИК излучателей 7 и ИК приемников 10 более двух, то расстояние между соответствующими вставками 21 на соответствующих стенках 20 контейнера 18 равно соответствующему расстоянию между соответственно ИК приемниками 10 и ИК излучателями 7.. Для установки устройства 1 на контейнере 18 может потребоваться подготовка крепежа и/или подготовка самого контейнера 18, в том числе путем образования специальных отверстий и установки в них ИК прозрачных вставок 21. При этом отсутствуют существенные ограничения на место установки (крепежа) устройства 1. Методы крепежа устройства 1 не ограничены и могут быть любыми.
После того, как устройство 1 установлено на противоположных стенках 20 контейнера 18 и настроено, осуществляют непосредственный мониторинг наполнения и очистки мусорного контейнера 18.
Размещенные напротив друг друга на противоположных стенках 20 контейнера 18 две части устройства 1 осуществляют непрерывный автоматизированный мониторинг пересечения плоскости ИК излучения внутри контейнера 18, располагающейся в верхней открытой части контейнера 18 (вдоль открытого края). Также осуществляют анализ показаний данных акселерометра 14, который позволяет определить многократное переворачивание контейнера 18 с целью его опорожнения.
1
2
В процессе мониторинга ИК излучатели 7 периодически и часто отправляют (излучают) короткие ИК импульсы (пакет импульсов) с минимальным интервалом между ними. Например, РЖ импульсы излучаются в течение долей секунд, а интервалы между этими ИК импульсами - / секунды (или любое иное настраиваемое время, например, одна или две, или три секунды и т.п.), а период между пакетами импульсов настраивается пользователем и может быть равен одной или двум, или пяти минутам, или другому необходимому времени. Установленные на противоположной стенке 20 ИК приемники 10 периодически включаются для приема ИК импульсов. ИК приемники 10 включаются на прием реже относительно ИК излучателей 7 (например, один раз в 5-10 минут, или иное необходимое количество раз в иной необходимый промежуток времени, которые настраиваются пользователем). При включении ИК приемники 10 «слушают» в течение времени, достаточного для приема значимого количества отправляемых ИК излучателями 7 импульсов (например, пакет импульсов из 20 штук).
Каждый импульс ИК излучателей 7 имеет определенную модуляцию. Это сделано для защиты от улавливания излучения пультов дистанционного управления и прочих посторонних источников ИК сигналов. Возможны переотражения от стенок контейнера 18 и крышки, но они частичные. При полном контейнере 18 переотражения не обходят мусор через крышки, стены и пр. Для определения момента заполнения или момента опорожнения контейнера 18 по изменению количества принимаемых импульсов могут быть настроены правила для смены статуса контейнера 18, например:
а) ИК приемником 10 принято подавляющее большинство импульсов ИК излучателей 7 (например, 18 из 20) - статус заполненности контейнера 18 меняется на «пустой контейнер»;
б) ИК приемником 10 принято подавляющее меньшинство импульсов ИК излучателей 7 (например, 2 из 20) - статус заполненности меняется на «полный контейнер». В остальных случаях статус не меняется.
Таким образом, по количеству успешно полученных ИК приемниками 10 ИК импульсов, управляющий процессор 11 второй части устройства 1 определяет состояние мусорного контейнера 18 - полное или пустое. Исходя из состояния контейнера 18, ИК приемник 10 может включаться реже. Например, сразу после выявления состояния (смены статуса) контейнера 18 «пустой контейнер» после «полный контейнер», ИК приемник 10 с целью экономии энергии может не включаться в течение относительно долгого времени (например, 20 минут).
Каждый ИК приемник 10 может принимать ИК импульсы одновременно от нескольких ИК излучателей 7 (если в устройстве 1 используется больше двух ИК излучателей 7).
При заполнении контейнера 18 произойдет пересечение плоскости ИК излучения мусором и ИК сигнал не будет проходить к ИК приемнику 10. Если ИК сигнал не проходит на ИК приемник 10 в течение «долгого» времени (то есть это не падение мусора), например, около минуты, то можно констатировать существенное пересечение плоскости ИК излучения и состояние контейнера 18 как «почти полное» или «полное».
В процессе мониторинга наполнения и очистки контейнера 18 устройство 1 с помощью радиопередающего устройства (сетевого модуля 12 и антенны 13) периодически отправляют по радиоканалу сообщения о состоянии заполненности контейнера 18.
Устройство 1 передает сообщения, каждое из которых содержит данные (полезный сигнал) о состоянии наполненности контейнера 18 (контейнера). При неизменности статуса заполненности контейнера 18 сообщения передаются по настраиваемому пользователю расписанию. Например, один раз в два часа. Такие сообщения могут использоваться для контроля работоспособности устройства 1 и канала связи.
При смене статуса заполненности контейнера 18 (с пустого на полный и наоборот) сообщения передаются вне расписания и сразу после выявления факта смены состояния. Для минимизации риска недоставки сообщения по радиоканалу, такое сообщение может быть отправлено несколько раз подряд (например, 3-5 раз). Полезный сигнал - текущее состояние контейнера 18. Сообщения с полезным сигналом могут использоваться для передачи приложению пользователя информации о факте работоспособности самого устройства 1 и радиоканала до базовой станции 2. Периодичность отправки таких сообщений настраивается пользователем в зависимости от условий эксплуатации и контролируемого объекта (контейнера 18), в том числе от места расположения контейнера 18.
Значение текущего состояния контейнера 18 может быть «пустой контейнер» (первый тип полезного сигнала) или «полный контейнер» (второй тип полезного сигнала). Сообщение со значением «пустой контейнер» отправляют при незаполненном мусорном контейнере 18 или при его частичной заполненности (когда мусор расположен ниже плоскости (линии) ИК излучения и не пересекает ее, или пересекает меньшую часть площади данной плоскости, т.е. когда ИК приемники 10 принимает большую часть импульсов из пакета импульсов от ИК излучателей 7).
Сообщение со значением «полный контейнер» отправляют при заполнении контейнера 18, т.е. при полном мусорном контейнере 18, либо при заполнении большей его части (когда мусор пересекает большую часть площади плоскости ИК излучения, т.е. когда ИК приемники 10 принимает меньшую часть импульсов из пакета импульсов от ИК излучателей 7). Для минимизации вероятности недоставки сообщений «полный контейнер», их могут отправлять многократно (3-5 раз). Периодичность отправки таких сообщений также настраивается пользователем, причем отправка таких сообщений осуществляется, преимущественно, в течение промежутка времени, равного или меньшего периоду отправки сообщений с первым типом полезного сигнала. По значению текущего состояния в сообщениях пользователь (или приложение пользователя) судит о заполненности мусорного контейнера 18.
Периодическая отправка сообщений осуществляется с помощью радиопередающего устройства (сетевого модуля 12 и антенны 13) с использованием LPWAN технологии или с использованием NBIoT технологии (в зависимости от наличия зоны покрытия в месте установки устройства 1, дальности передачи сигнала от радиопередающего устройства и пр.). Сообщения отправляют на базовую станцию 2 (или на несколько базовых станций 2), установленную в зоне распространения радиосигнала сетевого модуля 12. Причем до начала отправки сообщений на базовую станцию 2, на устройстве 1 (на процессоре 1 Г) осуществляют настройку периодичности отправки сообщений. Настройка периодичности отправки осуществляется для сообщений с каждым типом полезного сигнала. При этом для сообщений с первым типом полезного сигнала интервалы времени отправки больше, для сообщений со вторым типом полезного сигнала меньше, чем для первого типа, а при переворачивании контейнера 18, когда ИК приемник 10 опять принимает большую часть ИК импульсов из пакета импульсов, излучаемых ИК излучателями 7, сообщения некоторое время (например, в течение 10 минут) отправляют с еще меньшим интервалом времени, чем для первого и второго типа, по которым пользователь судит об очистке контейнера 18, но далее отправляют опять сообщения с первым типом полезного сигнала.
Каждое сообщение от устройства 1 содержит идентификационные данные беспроводного устройства 1 и соответствующий полезный сигнал. Таким образом, при пустом контейнере 18 или частично заполненном, т.е. когда ИК приемник 10 принимает значительное число импульсов (посылок) из пакета импульсов от ИК излучателя 7 в одном из периодов излучения, в радиоканал передают сообщения, содержащие идентификационные данные устройства 1 и полезный сигнал «пустой контейнер». При полном контейнере 18, т.е. когда ИК приемник 10 принимает незначительное число импульсов из пакета импульсов от ИК излучателя 7, в радиоканал передают сообщения, содержащие идентификационные данные устройства 1 и полезный сигнал «полный контейнер». При опорожнении (переворачивании) контейнера 18, т.е. когда сработал акселерометр 14, в радиоканал передают сообщения, содержащие идентификационные данные устройства 1 и сигнал «пустой контейнер». В вариантном исполнении акселерометр 14 в устройстве 1 может отсутствовать, в данном случае после опорожнения контейнера 18 отправляют сообщения с первым типом полезного сигнала «пустой контейнер», когда ИК приемниками 10 опять принимают большую часть ИК импульсов из пакета импульсов от ИК излучателей 7.
Сообщения отправляют периодически с постоянными интервалами времени, которые задаются пользователем. При этом пользователь в зависимости от задачи контроля, от условий эксплуатации, от своих потребностей и от места, где установлен контейнер 18 с устройством 1, может настроить любые интервалы времени для отправки сообщений (через несколько секунд или через несколько минут, или через каждый час, или один раз в день в определенное время, или один раз месяц в определенное время соответствующего дня и так далее). В случае, когда изменяется статус заполненности контейнера 18, автоматически осуществляется немедленная (моментальная) внеочередная передача сообщений вне установленного пользователем расписания.
После получения сообщений сервером и обработки их пользователь с помощью приложения может быть уведомлен о текущем статусе заполненности контейнера 18.
Для отправки устройством 1 сообщений (радиосигналов) используется LPWAN технология или NBIoT технология, причем протокол передачи данных (сотовой сети) определяется применяемой в конкретном случае LPWAN технологией или NBIoT технологией. Частотный диапазон зависит от применяемой в конкретном случае LPWAN технологии или NBIoT технологии и действующих в конкретном регионе правил и разрешений.
Для приема сообщений от устройства 1 в зоне распространения радиосигнала радиопередающего устройства (сетевого модема 12 с антенной 13) должна присутствовать по меньшей мере одна базовая станция 2 (сетевой шлюз). Однако может быть и большее количество базовых станций 2, причем для приема сообщения от устройства 1 могут использоваться уже заранее установленные базовые станции 2, либо при их отсутствии в зоне распространения сигнала от датчика 1 устанавливают базовую станцию 2 (или несколько базовых станций 2).
После отправки устройством 1 сообщений, с помощью базовой станции 2 (или нескольких базовых станций 2) принимают от устройства 1 каждое сообщение, обрабатывают его и отправляют его на сетевой сервер 3.
Базовая станция 2 (базовые станции) осуществляет безусловную автоматизированную передачу принятых из радиоканала сообщений на сервер 3 обработки сообщений (с учетом необходимости фильтрации сообщений). Базовая станция 2 осуществляет отправку сообщения на сервер 3 немедленно после его получения из радиоэфира от устройства 1. Способ передачи данных базовой станцией 2 на сервер 3 определяется конкретной моделью базовой станции 2. В частности, распространены следующие способы - через оптоволоконный канал, ethernet канал, через сотовую сеть и через WiFi. Используемый канал передачи данных определяется составом поддерживаемых сетевым шлюзом протоколов и передачи данных.
Сервер 3 может быть расположен как в «облаке», так и на стороне пользователя, это определяется применяемой в конкретном случае LPWAN технологией или NBIoT технологией.
После принятия сервером 3 каждого сообщения от базовой станции 2, сетевой сервер 3 осуществляет обработку каждого принятого от базовой станции 2 (станций) сообщения и передачу этих сообщений приложению конечного пользователя на его электронное устройство 4.
Помимо того, что сетевой сервер 3 осуществляет обработку сообщений, полученных от базовой станции 2 и передачу сообщений приложению конечного пользователя, сервер 3 также осуществляет хранение полученных от базовой станции 2 сообщений, анализирует время заполнения мусорного контейнера 18, а также количество раз его опорожнения в определенные периоды времени, осуществляет определение приложения электронного устройства 4 пользователя, с которым ассоциированы устройства 1.
Все принятые от устройства 1 сообщения должны пройти фильтрацию и агрегацию. Это необходимо для выявления сообщений, которые были искажены в процессе передачи по радиоканалу и удаления их из дальнейшей обработки. Фильтрация может проводиться как на базовой станции 2 (сетевом шлюзе) при принятии сообщений от устройства 1, так и на сетевом сервере 3 при принятии сообщений от базовой станции 2. Агрегация проводится на сетевом сервере 3 при принятии сообщений от базовых станций 2. При фильтрации сообщений осуществляется отбрасывание искаженных сообщений и/или ложных сообщений, т.е. отбрасывают как искаженные сообщения, так и ложные, или отбрасывают только искаженные, если отсутствуют ложные сообщения, или отбрасывают только ложные, если отсутствуют искаженные сообщения. Агрегация сообщений осуществляется для объединения в одно сообщение одного и того же сообщения, принятого на разных базовых станциях 2.
После того, как сетевой сервер 3 принял от базовой станции 2 каждое сообщение, обработал его, с помощью сетевого сервера 3 отправляют уже обработанные сообщения посредством канала передачи данных на электронное устройство 4 пользователя (приложению пользователя), при этом каждое обработанное сообщение включает идентификационные данные устройства 1 (например, его уникальный идентификатор) и соответствующий полезный сигнал (пустой контейнер, или полный контейнер, или очистка контейнера). Метод передачи данных определяется составом поддерживаемых сетевым сервером 3 и приложением пользователя протоколов. Примером передачи данных может быть общедоступный или проприетарный API или открытый протокол MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) или иной пригодный для передачи данных протокол.
При получении электронным устройством 4 от сервера 3 каждого обработанного сообщения на устройстве 4 с помощью приложения осуществляют сопоставление идентификационных данных устройства 1 (соотнесение идентификатора датчика 1) с физическим объектом контроля, на котором установлено устройство 1, и осуществляют уведомление (информирование) пользователя. Информирование пользователя осуществляют путем периодической отправки ему сообщений (через определенные периоды времени, настраиваемые пользователем), включающих идентификационные данные устройства 1 и первый тип полезного сигнала («пустой контейнер» или «контроль канала»). При получении такого сообщения пользователь с помощью своего устройства 4 может в любое время проверить состояние работоспособности устройства 1 и радиоканала, а также убедиться в том, что контейнер 18 пустой или частично заполнен. При этом электронное устройство 4 при периодическом получении сообщения «пустой контейнер» может автоматически оповещать (информировать) пользователя о работоспособности путем воспроизведения сигнала любым возможным способом (воспроизведение звукового сигнала, световая индикация, вибрация и т.п.), а может находиться в пассивном состоянии (состоянии покоя) и пользователь самостоятельно с помощью приложения может проверить работоспособность устройства 1 и радиоканала, а также состояние наполненности контейнера 18 (в данном случае при открытии пользователем приложения на своем устройстве 4, приложение может информировать пользователя любым указанным способом). При заполненном контейнере 18 пользователя уведомляют путем отправки ему сообщения, включающего идентификационные данные устройства 1 и второй тип полезного сигнала («полный контейнер», он же может использоваться для проверки работоспособности канала, когда контейнер 18 в течение определенного времени не опорожняют). Таким образом, при заполненности контейнера 18 пользователя уведомляют об этом с помощью его устройства 4 путем воспроизведения определенного сигнала. При опорожнении контейнера 18 пользователя уведомляют путем отправки ему сообщения, включающего идентификационные данные устройства 1 и полезный сигнал «очистка контейнера» (данное сообщение аналогично сообщению «пустой контейнер», но отправляется немедленно и с меньшими интервалами времени в течение определенного времени). Таким образом, при очистке контейнера 18 пользователя уведомляют об этом с помощью его устройства 4 путем воспроизведения определенного сигнала.
Метод информирования (уведомления) пользователя может быть любым, например, путем подачи тревожного сигнала на устройстве 4 или путем световой индикации, или вибрация устройства 4, или любым иным возможным способом, в том числе комбинацией указанных методов. Причем приложение пользователя может отображать, например, карту расположения контейнеров 18 с устройствами 1 или список таких объектов, и пользователь имеет возможность в режиме реального времени, находясь на любом расстоянии от объекта мониторинга, проверить состояние наполнения и очистки контейнера 18.
Таким образом, благодаря реализации предложенного способа обеспечивается непрерывный мониторинг наполнения и очистки контейнеров 18 в любых местах, где это необходимо осуществлять.
Если кратко охарактеризовать предложенный способ, то он осуществляется следующим образом. Устройство 1 периодически отправляет сообщения «пустой контейнер»/«контроль канала» на базовую станцию 2, которая отправляет эти сообщения на сервер 3, а далее сервер 3 отправляет обработанные сообщения на электронное устройство 4 пользователя. Сообщения «пустой контейнер» отправляются с необходимой для пользователя периодичностью с постоянными интервалами времени и пользователь в любое время может с помощью приложения своего устройства 4 проверить работоспособность устройства 1 и радиоканал, а также текущее состояние контейнера 18. Как только контейнер заполнится, устройство 1 незамедлительно отправляет сообщение «полный контейнер» также на базовую станцию 2, которая отправляет это сообщение на сервер 3, а далее сервер 3 отправляет обработанное сообщение на устройство 4 пользователя. При получении приложением устройства 4 пользователя такого сообщения («полный контейнер»), устройство 4 уведомляет пользователя о факте заполненности контейнера 18 путем подачи звукового сигнала на устройстве 4 или путем световой индикации или любым иным возможным способом. При получении сообщения «полный контейнер» пользователь может незамедлительно отреагировать на этот факт и предпринять необходимые меры для оперативного его опорожнения. Как только контейнер 18 очистят (опустошат), устройство 1 незамедлительно отправляет сообщение «очистка контейнера»/«пустой контейнер» также на базовую станцию 2, которая отправляет это сообщение на сервер 3, а далее сервер 3 отправляет обработанное сообщение на устройство 4 пользователя. При получении приложением устройства 4 пользователя такого сообщения («очистка контейнера»), устройство 4 уведомляет пользователя о факте очистки контейнера 18 путем подачи звукового сигнала на устройстве 4 или путем световой индикации или любым иным возможным способом.
Благодаря использованию базовых станций 2 сообщения от устройства 1 могут быть переданы на любые расстояния, причем пользователь может находиться в любом месте и на любом расстоянии от устройства 1. В соответствии с общепринятой идеологией построения LPWAN сетей или NBIoT сетей размещение базовых станций 2 (сетевых шлюзов) и обеспечение зоны радиопокрытия является задачей оператора связи.
Кроме того, благодаря предложенному способу обеспечивается:
- удаленный автоматизированный контроль заполнения и опорожнения контейнеров 18 на базе устройства 1 с недорогими ИК излучателями 7 и ИК приемниками 10 путем выявление факта заполнения контейнера 18 по пересечению горизонтальной (или близкой к ней) плоскости ИК излучения в верхней открытой части контейнера;
- высокая точность контроля заполненности и опорожнения контейнера 18 за счет применения ИК датчиков, образующих горизонтальную (или близкую к ней) плоскость ИК излучения, а также за счет применения акселерометра 14.
- применение бесконтактного способа контроля заполнения и очистки, что позволяет сохранить устройство 1 в сохранности в течение всего срока эксплуатации;
- удаленный автоматизированный контроль без необходимости прокладки проводных коммуникаций;
- отсутствие необходимости обслуживания устройства 1 и долгая работа от одного элемента питания 9, 15 (3-5 лет);
- размещение устройства 1 в технологических проемах цапфы мусорного контейнера 18 (контейнера) обеспечивает его защиту от повреждений при эксплуатации;
- низкая стоимость устройства 1 и совокупная стоимость владения системой за счет долгого срока работы устройства 1 и отсутствия необходимости обслуживания устройства 1;
- снижение стоимости на внедрение системы и малый срок внедрения, а также снижение стоимости на дальнейшую эксплуатацию.
Благодаря применению РЖ датчиков, образующих в верхней части контейнера 18 плоскость РЖ излучения, исключается необходимость применения подвижных механических частей, а также ультразвуковых или оптических датчиков, использование которых не целесообразно. Выявление факта заполнения контейнера осуществляется по пересечению горизонтальной плоскости (линии) в верхней части контейнера, а не по измерению расстояния между стенками или от верхней точки до дна контейнера. При измерении расстояния между стенами результат может быть не точным при неравномерном заполнении контейнера мусором, а также при измерении расстояния есть ограничения на минимальное и максимальное расстояние до измеряемого объекта. Применение РЖ излучателей 7 и РЖ приемников 10 позволяет контролировать баки размеров от десятков сантиметров до 5 метров. Измерение горизонтальной плоскости с несколькими ИК приемниками 10 позволяет определить, когда большая часть плоскости ИК излучения перекрыта. То есть при наличии отдельных элементов мусора, перекрывающих небольшую часть плоскости, определение состояния контейнера 18 как «полный контейнер» не будет.
Архитектурное решение основано на общепринятой архитектуре IoT, в которой предусмотрено наличие сетевого шлюза, сервера обрабатывающего сообщения и передающего их приложению пользователя.