СПОСОБ СБОРА И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ И АВТОНОМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF COLLECTION AND TRANSMISSION OF DATA AND STAND-ALONE DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Группа изобретений относится к информационно-измерительной технике и предназначена для систем сбора и обработки информации с территориально удаленных, труднодоступных объектов в условиях ограниченного энергоснабжения (например, для контроля за состоянием магистральных линий трубопроводов в условиях тайги, для наблюдения за ходом восстановительных работ на удаленных участках магистралей, для контроля за состоянием дорожного полотна и пр.).
Известна измерительная лаборатория по патенту РФ 2212644, G06F 15/16, опубл. 20.09.2003. Она содержит автомобиль-фургон с бортовой ЭВМ и оборудованием для стационарного обследования контролируемого объекта. В указанное оборудование входят комплект переносных датчиков, установленных на стационарном контролируемом объекте и подключенных кабельными линиями связи к переносной микро-ЭВМ. В лабораторию введено оборудование для мобильного обследования контролируемых объектов, содержащее телеметрическую антенну, блок приема-передачи информации, комплект выносных датчиков и выносной блок.
Недостатком данного технического решения является низкая автономность вычислительного комплекса лаборатории и невозможность использования его стационарно без автомобиля-фургона, бортовая сеть которого является источником питания. Кроме того, лаборатория осуществляет только сбор и передачу данных с контролируемых объектов, но удаленное управление лабораторией отсутствует (например, изменить программу проведения измерений).
Прототипом предлагаемого технического решения является патент РФ №90220, G01S 5/12, опубл. 27.12.2009 на полезную модель. В нем предложена телематическая система автоматической регистрации и передачи информации о состоянии удаленного объекта. Она содержит аппаратные модули, расположенные на удаленных объектах и выполненные с возможностью осуществления сбора, записи и передачи информации об удаленных объектах, состоянии самих аппаратных модулей и развития ситуации вокруг удаленных объектов, а также получения сигнала по заданному системному алгоритму на запуск исполнительных устройств в случае наступления события.
Недостатком прототипа является низкая автономность телематической системы и ее зависимость от постоянного источника питания. Кроме того, телематическая система осуществляет только сбор и передачу данных с контролируемых объектов, а удаленное управление телематической системой не реализовано, т.е. нет возможности изменить программу проведения измерений.
В прототипе реализован линейный способ сбора и передач данных, подразумевающий постоянное получение и передачу данных от источников информации к конечному потребителю.
Недостатком существующего способа сбора и передачи данных является то, что он сильно зависит от наличия стабильного постоянного электропитания и не позволяет выстраивать график сбора и передачи данных, прерывать и возобновлять отдельные задачи в зависимости от возможностей системы электропитания.
Техническим результатом предлагаемого автономного устройства является возможность дистанционного управления автономным устройством для сбора и анализа данных и обеспечение его автономной работы.
Другим техническим результатом является то, что предложенный способ сбора и передачи данных предлагаемого автономного устройства обеспечивает более гибкую работу автономного устройства с возможностью формирования оптимального графика его работы для увеличения длительности автономной работы.
Технический результат достигается тем, что автономное устройство для сбора и анализа данных содержит вычислительный блок, соединенный запоминающим устройством, видеокамерой, цифровым барометром и модемом, и блок управления, соединенный с датчиком контроля заряда, аналоговыми датчиками окружающей среды и GSM - модулем. Причем в качестве вычислительного блока может быть использован программируемый микроконтроллер, в качестве запоминающего устройства - твердотельный полупроводниковый накопитель, в качестве модема - универсальный USB-модем, а в качестве датчиков окружающей среды - датчики давления, шума, влажности, скорости ветра, загазованности, дыма или освещенности.
Технический результат достигается также тем, что в способе сбора и передачи данных, реализованном на автономном устройстве для сбора и передачи данных, определяют остаточный заряд системы питания, формируют рабочий график выполнения условных и безусловных заданий, оптимизируют управление питанием аналоговых датчиков окружающей среды, видеокамеры, цифрового барометра, модема и GSM - модуля, корректируют рабочий график в процессе его выполнения, передают данные на сервер-диспетчер и переводят автономное устройство в режим энергосбережения с возможностью удаленной активации автономного устройства. При этом в процессе выполнения автономным устройством рабочего графика собирают статистику изменения заряда для ее использования при формировании последующих рабочих графиков.
Сущность технического решения поясняется чертежами.
Фиг. 1 - принципиальная схема автономного устройства для сбора и передачи данных.
Фиг. 2 - функциональная схема работы автономного устройства для сбора и передачи данных.
На Фиг. 1 показано автономное устройство для сбора и передачи данных, которое содержит вычислительный блок 1, например, в виде программируемого микроконтроллера с постоянным запоминающим устройством 2, например, в виде твердотельного полупроводникового накопителя. Вычислительный блок 1 соединен с видеокамерой 3, цифровым барометром 4 и модемом 5 (например, универсальным USB-модемом) для передачи данных и получения управляющих команд. Вычислительный блок 1 соединен также посредством шины с блоком 6 управления, снабженным датчиком 7 контроля заряда, и аналоговыми датчиками 8 окружающей среды (например, температуры, атмосферного давления, шума, влажности, скорости ветра, загазованности, дыма, освещенности и пр.).
К блоку 6 управления подсоединено реле 9 для управления питанием блока 1 и GSM - модуль 10 для передачи данных и получения управляющих команд в режиме низкого электропотребления от системы питания, состоящей из возобновляемого источника энергии 11 (например, солнечная панель, ветрогенератор и т.п.), контроллера заряда 12 и аккумуляторной батареи 13.
Удаленный доступ к автономному устройству для сбора и передачи данных обеспечением наличием сервера-диспетчера 14.
На Фиг. 2 показана функциональная схема работы автономного устройства для сбора и передачи данных.
Автономное устройство для сбора и передачи данных размещают на мачтах или опорах, фасадах зданий и сооружений совместно с установкой системы питания.
Способ сбора и передачи данных на предлагаемом автономном устройстве реализуется следующим образом.
Электрический заряд с контроллера заряда 12 подают на блок 6 управления автономного устройства для сбора и передачи данных, активизируя при этом вычислительный блок 1 и производя оценку остаточного заряда системы питания по показаниям датчика 7 контроля заряда.
В случае если остаточный заряд системы питания выше минимального порогового значения и его достаточно для продолжения работы, блок 1 производит считывание списка заданий из постоянного запоминающего устройства 2, а также активацию модема 5, устанавливая соединение с сервером-диспетчером, 14 чтобы передать данные об изменении своего состояния - переходе в рабочий режим, и получить обновления списка заданий.
Посредством вычислительного блока 1 формируют рабочий график на основе списка заданий и остаточного заряда с контроллера заряда 7. Для каждого предполагаемого к выполнению задания рассчитывают прогнозируемые затраты заряда. Для этого берут затраты либо из результатов выполнения предыдущего рабочего графика, которые накапливаются в постоянном запоминающем устройстве 2, либо, если задание ни разу до сих пор не выполнялось, или выполнялось в условиях существенно отличных от настоящих (иное время суток, время года, другие погодные условия), - из конфигурационных настроек автономного устройства, которые хранятся на постоянном запоминающем устройстве 2.
Посредством вычислительного блока 1 составляют список возможных к выполнению заданий, таким образом, чтобы по итогам их выполнения остаточный заряд системы питания был выше критического значения.
Задания, которые не могут быть фактически выполнены автономным устройством из-за низкого остаточного заряда, записывают на постоянное запоминающее устройство 2 для выполнения их в следующем рабочем графике.
Имеется два типа приоритетов заданий: условные и безусловные. В отношении условного задания автономное устройство может корректировать время и длительность его исполнения или приостанавливать выполнение задания до накопления системой питания необходимого заряда. При наличии безусловных заданий устройство обязано игнорировать остаточный заряд и выполнять задание даже ценой полного исчерпания заряда.
В процессе выполнения отобранных заданий вычислительный блок 1 периодически возобновляет соединение с сервером-диспетчером для отправки отчета о ходе выполнения программы и обновления списка заданий. По результатам выполнения каждого задания устройство сохраняет информацию о затратах энергии на его выполнение.
Также посредством вычислительного блока 1 контролируют остаточный заряд системы питания, запрашивая через блок 6 показания датчика 7 контроля заряда. В случае, если обнаруживают, что скорость падения заряда сильно превышает расчетную, принимают решение о корректировки списка заданий, а в случае падения заряда до уровня близкого к критическому - решение о полной приостановке заданий и переходе в режим низкого энергопотребления.
В случае если это предусмотрено заданием, в процессе выполнения заданий активируют и запрашивают показания видеокамеры 3, цифрового барометра 4 и аналоговых датчиков 8. При этом в целях экономии на неиспользуемых датчиках и видеокамере своевременно отключают питание.
По итогам выполнения всех заданий вычислительный блок 1 устанавливает посредством модема 5 соединение с сервером-диспетчером, обновляет список заданий и на основе оставшегося заряда строит рабочий график, повторно составляя прогноз выполнения дальнейших заданий.
В случае длительного простоя по причине отсутствия заданий в ближайшее время или выявления недостаточности заряда для последующего полноценного функционирования автономного устройства, вычислительный блок 1 принимает решение перевести автономное устройство для сбора и передачи данных в «режим сна». Для этого производится расчет оптимального времени сна, необходимого для восстановления заряда аккумуляторной батареи 13 до оптимального уровня. Вычислительный блок 1 определяет ближайшее время пробуждения (сверяясь с составленным рабочим графиком), рассчитывает примерное количество заряда, которое будет накоплено за время сна, с поправкой на время суток, время года и погодные условия. Если предположительно за выбранный отрезок времени нужный заряд не будет накоплен, то выбирается максимально длительный отрезок времени с возможностью накопить максимально больший заряд.
Таким же образом максимально возможное время сна рассчитывается по наличию безусловных заданий - устройство должно проснуться не позднее начала выполнения первого такого задания, даже если заряд на момент пробуждения будет ниже необходимого.
Вычислительный блок 1 завершает все активные вычислительные процессы, проверяет отключение всех датчиков и самостоятельно отключается, предварительно подав команду на блок 6 активировать программный таймер на время пробуждения и GSM - модуль 10 для обеспечения связи с сервером-диспетчером для получения управляющих команд.
В режиме сна активными потребителями электроэнергии выступают блок 6 и GSM - модуль 10, который отправляет на сервер-диспетчер показания о состоянии автономного устройства. С помощью GSM - модуля 10 также имеется возможность удаленно «пробудить» автономное устройство в любой момент времени и отправить ему новый список заданий. По истечению времени сна блок 6 возобновляет подачу питания на вычислительный блок 1, тем самым активируя его для считывания показания с датчика 7 контроля заряда и определения дальнейшего режима работы устройства.
Проведенные испытания показали работоспособность автономного устройства для сбора и передачи данных и достижение заявленного технического результата. Удаленное управление автономным устройством организовано наличием сервера-диспетчера и GSM-канала для связи с ним и передачи управляющих команд.
Предложенный способ обеспечивает увеличение автономной работы автономного устройства для сбора и анализа данных, формируя оптимальный режим его работы, позволяя периодически отключать питание для накопления заряда, что позволяет оптимизировать график выполнения заданий.