ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ВНЕШНИЙ РЕГИСТРАТОР С ОПТИЧЕСКИМ СЪЕМОМ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ УЧЕТА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к области вычислительной техники, в частности, к автономным устройствам для регистрации событий счётных устройств приборов учета.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Наиболее близким аналогом является источник информации RU 2251666 (C2), опубл. 10.05.2005. В данном решении раскрыто устройство для контроля оборотов вращающихся узлов счетчиков воды с крыльчаткой, магнитно-связанной с индикаторным прибором, в режиме выбега с заданной начальной скоростью, которое содержит корпус привода вращения с посадочным цилиндрическим гнездом для фиксированной установки контролируемого узла, причем в корпусе размещены статорные обмотки электродвигателя привода вращения и датчики положения ротора электродвигателя, устройство также содержит источник питания, блок коммутации статорных обмоток, блок включения привода вращения и его отключения при достижении заданной скорости вращения, а также индикатор оборотов контролируемого узла, причем корпус выполнен из немагнитного материала, гнездо имеет форму стакана, который углублен своим дном в тело корпуса, и предназначено для размещения в нем части контролируемого узла с магнитом, полюса которого параллельны дну стакана, статорные обмотки выполнены в виде четырех электрических катушек вентильного двигателя и расположены в корпусе со стороны дна посадочного гнезда симметрично его вертикальной оси, датчики положения ротора выполнены в виде датчиков Холла и расположены на боковых поверхностях двух соседних статорных обмоток со стороны дна посадочного гнезда, блок включения привода вращения и его отключения при достижении заданной скорости вращения выполнен в виде микроконтроллера с возможностью подсчета оборотов вращающегося узла и определения его качества, при этом устройство дополнительно снабжено блоком управления коммутацией статорных обмоток, регулируемым блоком питания статорных обмоток и цифроаналоговым преобразователем, при этом первый и второй датчики положения ротора связаны соответственно с первым и вторым входами блока управления коммутацией статорных обмоток, а первый и второй выходы этого блока соединены с первым и вторым входами микроконтроллера, третий вход которого связан с выходом индикатора оборотов контролируемого узла, первый и второй входы которого связаны соответственно с выходом микроконтроллера и с первым выходом источника питания, который одновременно связан с датчиками положения ротора, с первым входом цифроаналогового преобразователя, четвертым входом микроконтроллера, третьим входом блока, управления коммутацией статорных обмоток и первым входом блока коммутации статорных обмоток, со второго по пятый входы которого связаны соответственно с третьим по шестой входами блока управления коммутацией статорных обмоток, при этом с первого по четвертый выходы блока коммутации статорных обмоток соединены соответственно с первой по четвертую статорными обмотками, причем второй выход источника питания связан как с первым входом регулируемого блока питания статорных обмоток, так и со вторым входом цифроаналогового преобразователя, а третий выход источника питания соединен как со вторым входом регулируемого блока питания статорных обмоток, так и с третьим входом цифроаналогового преобразователя, четвертый вход которого связан с выходом микроконтроллера, а аналоговый выход цифроаналогового преобразователя соединен с третьим входом регулируемого блока питания статорных обмоток, четвертый и пятый входы которого связаны соответственно с четвертым и пятым выходом источника питания, первый и второй входы которого предназначены для подключения питающей электросети, при этом с первого по третий выходы регулируемого блока питания статорных обмоток соединены соответственно с шестым по восьмой входами блока коммутации статорных обмоток.
Предлагаемое техническое решение отличается от известного из уровня техники решения тем, что обеспечивает точное детектирование оборотов вращения счета в двух направлениях, а также позволяет детектировать удаление оптического считывателя относительно счетного устройства прибора учета.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей заявленной полезной модели является разработка автономного устройства для регистрации событий счётных устройств приборов учета.
Техническим результатом заявленной полезной модели является расширение арсенала технических средств устройства.
Заявленный технический результат достигается посредством автономного устройства для регистрации событий счётных устройств приборов учета, которое содержит закрепленные в едином корпусе и связанные между собой:
модуль внешнего считывателя 101;
индикатор 102 для отображения состояния беспроводной связи Bluetooth и LoRaWAN и уровня заряда батареи 111;
управляющий модуль, реализованный в виде печатной платы и состоящий из управляющего микроконтроллера 103 с интегрированным трансивером LoRaWAN;
приемопередатчик беспроводной связи Bluetooth 106;
переключатель питания приемопередатчика Bluetooth 108;
переключатель питания приемопередатчика LoRaWAN 109;
высокочастотный переключатель 107;
антенну LoRaWAN 105;
оптический считыватель 104;
батарею 111;
преобразователь напряжения 110.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полезная модель будет более понятной из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 иллюстрирует функциональную схему устройства.
Фиг. 2 иллюстрирует алгоритм регистрации движения флажка по часовой стрелке, который соответствует ходу воды в прямом направлении.
Фиг. 3 иллюстрирует алгоритм регистрации движения флажка против часовой стрелки, который соответствует ходу воды в обратном направлении.
Фиг. 4 иллюстрирует алгоритм регистрации граничных состояний.
Фиг. 5 иллюстрирует алгоритм регистрации событий: «обрыва кабеля внешнего считывателя», «короткое замыкание кабеля внешнего считывателя», «снятие оптосчитывателя с прибора учета» - низкое напряжение или отсутствие напряжения на выходе одновременно двух датчиков в течение времени более 0,5 сек.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В приведенном ниже подробном описании реализации полезной модели приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящей полезной модели. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, будет очевидно каким образом можно использовать настоящую полезную модель, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящей полезной модели.
Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что полезная модель не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящей полезной модели, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.
Настоящее техническое решение предназначено для регистрации событий счётных устройств приборов учета. Автономное устройство для регистрации событий счётных устройств приборов учета 100 состоит из корпуса с элементами крепления на приборе учета, модуля внешнего считывателя 101 и функциональных модулей, размещённых внутри корпуса. Управляющий модуль выполнен в виде печатной платы и состоит из управляющего микроконтроллера 103 с интегрированным трансивером LoRaWAN, приемопередатчика беспроводной связи Bluetooth 106, переключателя питания приемопередатчика Bluetooth 108, переключателя питания приемопередатчика LoRaWAN 109, высокочастотного переключателя 107, антенны LoRaWAN 105, оптического считывателя оборотов флажка 104, батареи 111 и преобразователя напряжения 110. Автономное устройство для регистрации событий счётных устройств приборов учета обеспечивает точное детектирования оборотов вращения счета в двух направлениях, а также позволяет детектировать удаление оптического считывателя относительно счетного устройства прибора учета.
Управляющий модуль выполнен в виде печатной платы и состоит из управляющего микроконтроллера 103 с интегрированным трансивером LoRaWAN, приемопередатчика беспроводной связи Bluetooth 106, переключателя питания приемопередатчика Bluetooth 108, переключателя питания приемопередатчика LoRaWAN 109, высокочастотного переключателя 107, антенны LoRaWAN 105, оптического считывателя 104, батареи 111 и преобразователя напряжения 110.
Необходимо отметить, что на плате управляющего модуля может располагаться элемент, содержащий печатный проводник, который после его удаления разрывает цепь и включает подачу напряжения на плате управляющего модуля. Элемент препятствует установке модуля в корпус, и реализован для того, чтобы не разряжать батарею устройства до загрузки программного обеспечения в микроконтроллер 103. После удаления элемента запускается процедура подключения питания микроконтроллера 103.
Управляющий микроконтроллер 103 является ядром устройства и выполняет функции управления периферийными узлами системы и вычисления значений измеряемых параметров: количества оборотов вращения флажка по часовой стрелке и количества оборотов вращения флажка против часовой стрелки. Встроенный в управляющий микроконтроллер 103 трансивер LoRaWAN предназначен для дистанционного управления режимами работы устройства через беспроводную сеть LoRaWAN, передачи от устройства на сервер результатов измерения оборотов вращения флажка и обновления программного обеспечения устройства. Управляющий микроконтроллер 103 формирует сигналы для подключения питания периферийных узлов.
Индикатор 102 предназначен для отображения текущего состояния беспроводной связи (Bluetooth и LoRaWAN), а также уровня заряда батареи 111.
Передатчик Bluetooth 106 предназначен для дистанционного управления режимами работы устройства со смартфона и передачи от устройства в смартфон результатов измерения оборотов вращения флажка.
Преобразователь питания 110 предназначен для стабилизации напряжения от батареи 111. Стабилизированное напряжение питания поступает на управляющий микроконтроллер 103. Питание приемопередатчика Bluetooth 106 осуществляется через переключатель 108. Питание ВЧ переключателя 107 и интегрированного трансивера LoRaWAN осуществляется через переключатель LoRaWAN 109. Управляющий микроконтроллер 103 формирует сигналы для переключателей в зависимости от требуемого канала беспроводной связи (Bluetooth и LoRaWAN).
Считыватель 104 и модуль внешнего считывателя 101 подключены к управляющему микроконтроллеру 103 с применением одинаковых четырехпроводных схем. Считыватель 104 и модуль внешнего считывателя 101 содержат оптическую схему детектирования направления вращения и оборота флажка прибора учета.
Флажок прибора учета имеет сектор 180°. Считыватель 104 состоит их двух оптических датчиков, расположенных в секторе 90° над флажком прибора учета. Каждый оптический датчик имеет ИК-передатчик и фотоприемник. Каждый из двух оптических датчиков считывателя 104 распознает положение флажка и выдает микроконтроллеру 103 сигналы, которые однозначно характеризует одно из трех состояний датчика: оптический датчик над флажком счетчика; оптический датчик не над флажком счетчика; оптический датчик не над счетчиком.
Регистрация событий счётного устройства приборов учета при помощи устройства выполняется по следующему сценарию. Автономный регистратор устанавливается на механический прибор учета с флажком в виде контрастного сектора. Направление вращения флажка соответствует расходу потребляемого ресурса, каждый оборот флажка, соответствует одному значению расхода потребляемого ресурса. Модуль внешнего считывателя устанавливается в корпусе регистратора, находящегося рядом с прибором учета и подключается по четырехпроводной схеме к управляющему модулю. При вращении флажков приборов учета оптические считыватели формируют сигналы, которые поступают в управляющий микроконтроллер 103 и позволяют однозначно детектировать совершение оборота флажком, направление движения флажка (по часовой стрелке или против часовой стрелки). АЦП управляющего микроконтроллера 103 проводит измерение уровня сигналов от считывателей. ПО управляющего микроконтроллера 103 анализирует данные АЦП и записывает событие в память в случае, если уровень сигнала соответствует состоянию, когда оптическая система считывателя не может регистрировать отражение ИК-излучения от поверхности флажка или поверхности корпуса прибора учета под флажком. Данные о количестве оборотов флажка и направлении движения флажка записываются в память микроконтроллера. Через приемопередатчик Bluetooth 106 и/или встроенный трансивер LoRaWAN автономный регистратор передаёт данные в систему дистанционного сбора показаний приборов учета потребления ресурсов.
Алгоритм регистрации движения флажка по часовой стрелке, который соответствует ходу воды в прямом направлении, проиллюстрирован на фигуре 2.
Алгоритм регистрации движения флажка против часовой стрелки, который соответствует ходу воды в обратном направлении, проиллюстрирован на фигуре 3.
Алгоритм регистрации граничных состояний (край флажка, дрожание сигнала от датчика), которые соответствуют ложным сигналам и не регистрируются, проиллюстрирован на фигуре 4.
Алгоритм регистрации событий: «обрыва кабеля внешнего считывателя», «короткое замыкание кабеля внешнего считывателя», «снятие оптосчитывателя с прибора учета» - низкое напряжение или отсутствие напряжения на выходе одновременно двух датчиков в течение времени более 0,5 сек, проиллюстрирован на фигуре 5.
В настоящем техническом решении применяются следующие алгоритмы экономии расхода заряда батареи 111 считывателем 104:
- применяется импульсный режим работы датчиков 1 и 2 в каждом считывателе 104 со скважностью импульсов 1:1000. Это обеспечивает сокращение потребления заряда батареи каждым оптическим датчиком в 1000 раз.
- микроконтроллер 103 между соседними импульсами счета - входит в режим минимального энергопотребления (режим «сон»).
- при отсутствии движения флажка счетчика - датчик 1 включен постоянно, а датчик 2 - временно выключен. Алгоритм: микроконтроллеру 103 анализирует сигналы от датчика 1 в считывателе 104; если флажок счетчика не двигается более 20 сек, то питание датчика 2 - выключается; если флажок счетчика начал двигаться, то через 0,5 сек включается питание датчика 2.
Все элементы устройства соединены между собой, закреплены в корпусе и находятся в конструктивном единстве.
В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.