УСТРОЙСТВО СБОРА ДАННЫХ С ПРИБОРОВ УЧЕТА

Полезная модель относится к области сбора данных о предоставлении жилищно-коммунальных услуг, а именно к конструкции устройств для считывания показаний с приборов учета (счетчиков и датчиков) с целью дальнейшей передачи информации по сети Wi-Fi пользователям и заинтересованным службам.
Системы удаленного контроля показаний приборов учета позволяют исключить запись данных в бумажном виде, что значительно повышает удобство пользования как со стороны пользователей, так и со стороны заинтересованных служб. Для решения этой задачи необходимо создание систем, которые с минимальными трудозатратами позволяют охватить большое количество квартир и домов, промышленных помещений. При этом для пользователей при установке подобных систем важным является фактор экономии, который достигается при использовании систем с низкий потреблением энергии, а также возможность установки систем в труднодоступных местах, где отсутствует питание от сети напряжением 220 В (подвалы, канализации, сантехнические шахты и т.д.).
В состав подобных систем входят устройства сбора данных, которые содержат модуль связи, включающий процессор или аналогичное устройство, которое получает данные с приборов учета и передает их на общий сервер коммунальных услуг посредством использования проводных и беспроводных каналов связи (например, патенты РФ №2478188, 27.03.2013 г., патент РФ №67708, 27.10.2007 г., патент Китая №104867302, опубликовано 26.08.2015 г.).
Для автономного питания устройств в труднодоступных местах, где невозможно подключение от сети 220 В, используются химические элементы тока (батарейки, аккумуляторы). Однако продолжительной работы от таких элементов необходимо, чтобы подключаемые устройства обладали низким потреблением энергии. В рассмотренных системах для получения данных с приборов учета и их передачи на сервер используется только один процессор (микропроцессор, микроконтроллер и т.д.), который для выполнения всех функций должен быть высокопроизводительным, что приводит к дополнительным энергозатратам, невозможности автономного питания и, как следствие, невозможности установки в труднодоступных местах.
Кроме того, рассмотренные системы являются локальными, предусматривающими необходимость организации точек подключения и приобретения дополнительного оборудования, что делает решения трудоемкими по монтажу и эксплуатации, а также дорогостоящими. Подобные устройства могут получать данные только с тех типов счетчиков и датчиков, на которые изначально настроено устройство сбора данных, что ограничивает функциональные возможности.
Снижение трудоемкости монтажа систем сбора данных с приборов учета можно получить при использовании Wi-Fi модуля связи, который позволяет использовать для передачи данных уже имеющийся у пользователя канал передачи данных - широко распространенную и недорогую сеть Wi-Fi. При этом не требуется установка дополнительных устройств, что снижает трудоемкость монтажа систем сбора данных с прибора учета в целом.
Известна система «Умный дом» с интеллектуальным адаптивным входом/выходом (патент РФ №130098, 10.07.2013 г.), в состав которой входит устройство для сбора данных с приборов учета, принятое за наиболее близкий аналог к заявляемому устройству, имеющее возможность соединения с N группой датчиков, группой исполнительных устройств, содержащее блок управления, включающее микропроцессор с опциональным интерфейсом, и связанное через каналы связи, в том числе Wi-Fi, с удаленным сервером.
Однако здесь необходимо обратить внимание на следующее:
1) для работы Wi-Fi модуля связи, который необходим для передачи данных на сервер, нужен достаточно мощный процессор, обладающий большими вычислительными мощностями (поддержка протоколов TCP/IP, шифрование и т.д), при этом связь Wi-Fi нужна только на короткие промежутки времени, в течение которых передаются данные;
2) для опроса датчиков, выдачи команд исполнительным механизмам достаточно низкопотребляющего и низкопроизводительного процессора, при этом работает такой процессор в постоянном беспрерывном режиме.
В случае с указанным патентом, как и в случае с вышеуказанными аналогами, используется один мощный и высокопроизводительный процессор, который работает в постоянном режиме для сбора данных с приборов и учета и осуществляет передачу данных на сервер. Такое решение является энергозатратным, что не позволяет на его базе организовать систему сбора данных с приборов учета в труднодоступных местах промышленнь помещений, где нельзя организовать питание от сети 220 В.
Немаловажным является и тот факт, что процессоры для Wi-Fi модулей (например, 0B-ESP8266EX - http://espressif.com/sites/default/files/documentatio ggp8266-technical reference en.pdf. REX1280 - http://www.auroramobile.r product 468.html. Quectei FC10 - http://www.auroramobile.ru/product 835.html и т.д.) являются узкоспециализированными с ограниченным набором выходных интерфейсов, предназначенным для передачи информации в сеть Интернет, вследствие чего устройства сбора данных с одним процессором позволяют подключить ограниченное количество счетчиков и датчиков.
Задачей полезной модели является создание устройства сбора данных при| использовании сети Wi-Fi для передачи данных, к которому могут бы подключены любые приборы учета, а также обеспечение возможное продолжительной автономной работы указанного устройства сбора данных химических элементов тока (батареек, аккумуляторов) при установке труднодоступных местах, где отсутствует возможность питания от сети 220 В.
Техническим результатом полезной модели является снижение энергозатрат при использовании сети Wi-Fi для передачи данных за счет использования двухпроцессорной архитектуры устройства сбора и передачи данных, предусматривающей постоянный сбор данных с приборов учета и кратковременное включение энергозатратного Wi-Fi модуля связи в необходимые моменты времени для передачи данных на сервер, что позволяет использовать химические элементы тока (батарейки, аккумуляторы) в качестве источника питания.
Технический результат достигается при использовании устройства сбора данных с приборов учета, содержащего блок питания, исполнительный модуль для считывания сигналов с приборов учета (далее - исполнительный модуль), имеющий процессор для непрерывного сбора данных с приборов учета, Wi-Fi модуль связи и режимов обмена данными с сервером (далее - Wi-Fi модуль связи), имеющий процессор для кратковременной передачи данных на сер при этом указанный процессор исполнительного модуля соединен с процессе указанного Wi-Fi модуля связи.
Сбор и передача данных представляют собой процессы с разными режимами работы (сбор данных должен идти непрерывно, передача данных производится кратковременно) и разными энергозатратами (для сбора данных достаточно использования низкопроизводительного процессора, для передачи данных необходим мощный процессор), поэтому наличие двухпроцессорной архитектуры позволяет в постоянном режиме использовать низкопроизводительный процессор, который собирает данные с приборов учета и лишь на время включать энергозатратный второй процессор Wi-Fi модуля связи для передачи данных на сервер, что значительно снижает энергозатраты при работе систем с такими устройствами сбора данных. Подобное снижение энергозатрат позволяет устройству работать в автономном режиме от химических элементов тока (батареек аккумуляторов) продолжительное время (не менее трех лет), что позволяет установить его там, где нет возможности использовать питание от сети 220 В.
В качестве приборов учета могут быть использованы различные счетчики (например, электроэнергии, воды, газа и т.д.), датчики (например, датчики протечки, влажности, температуры, давления и др.).
В качестве низкопроизводительных процессоров (потребляемый ток 5-50 мкА) в составе испольнительного модуля могут быть использованы процессоры ST STM8L (https://www.chipdip.ru/product/stm8l151f3D6-mcu-8bit-stm8-16mhz-t8SOD" 20), Texas MSP430 (http://kit-e.ru/articles/micro/2006 6 60.phpl ATMEL AVR (http://www.atmel.com/ru/ru/products/microcontrollers/avrfl. Microchip PIC (http://life-prog.ru/1 11549 osnovnie-osobennosti-mikrokontrollerov-serii-PIC.htmll
Исполнительный модуль помимо процессора также включает в себя блок конфигурации параметров работы с приборами учета, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), аналого-цифровой преобразователь (АЦП).
Wi-Fi модуль связи также включает в себя постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), блок конфигурации параметров связи и режимов обмена.
Процессор, входящий в состав исполнительного модуля, связан с процессором, входящим в состав Wi-Fi модуля связи, посредством шины межпроцессорного взаимодействия SPI.
Информацию с устройства сбора данных можно передавать на частный WiFi роутер или точку доступа и далее - на сервер, откуда их могут просматривать через мобильное приложение или веб-доступ все заинтересованные службы (МУП, ЖКХ, УК и т.д.), что повышает удобство и степень контроля за показаниями приборов. Кроме того, возможна передача данных непосредственно на компьютеры, телефоны, планшеты и другие устройства связи пользователей, что также повышает удобство использования и степень контроля со стороны пользователей за состоянием приборов учета для своевременного обнаружения утечек, протечек и других нежелательных явлений. Следует отметить, что наличие блока конфигурации параметров работы с приборами учета в составе исполнительного модуля с отдельным низкопроизводительным процессором позволяет в зависимости от требуемого набора счетчиков и/или датчиков в индивидуальном порядке осуществить настройку заявляемого устройства под конкретного пользователя, что повышает удобство его монтажа и эксплуатации.
Настройка блока конфигурации параметров работы с приборами учета происходит программным путем. В итоге, к заявляемому прибору могут подключаться любые счетчики и датчики с выходами типа «сухой контакт» (геркон), с резистивными выходами (цепь Namur), также другими цифровыми и аналоговыми выходами.
Устройство сбора данных с приборов учета содержит исполнительный модуль для считывания сигналов с приборов учета и управления 1 (далее исполнительный модуль 1), включающий блок конфигурации параметров работы с приборами учета 2, ОЗУ 3, ЦАП 4, АЦП 5, процессор 6 для непрерывного сбора данных с приборов учета, Wi-Fi модуль связи и режимов обмена данными с сервером 7 (далее - Wi-Fi модуль связи 7), включающий процессор 8 для кратковременной передачи данных на сервер, ПЗУ 9, блок конфигурации параметров связи и режимов обмена 10, блок питания 11.
При установке заявляемого устройства определяются типы датчиков 12 и счетчиков 13, которые необходимо будет подключить к нему. С помощью блока конфигурации параметров работы с приборами учета 2 программным путем происходит настройка заявляемого устройства для работы с выбранными датчиками 12 и счетчиками 13.
Актуатор 14 представляет собой исполнительное устройство (например, реле, электропривод, кран перекрытия газа или жидкости и т.д.), которое срабатывает при поступлении сигнала от процессора 6 для непрерывного сбора данных с приборов учета при возникновении нежелательного явления (например, утечки воды, газа и т.д.) с целью его устранения.
Датчики 12, счетчики 13 и актуаторы 14 подключаются к исполнительному модулю 1 после проведения соответствующей настройки заявляемого устройства с помощью блока конфигурации параметров работы с приборами учета 2.
Посредством АЦП 5 происходит считывание данных с датчиков 12 и счетчиков 13 с целью дальнейшей передачи на процессор 6 исполнительного модуля 1. Посредством ЦАП 4 происходит формирование сигналов управления от процессора 6 исполнительного модуля 1, например, в случае необходимости срабатывания актуаторов 14. ОЗУ 3 позволяет оперативно хранить данные, полученные от датчиков 12 и счетчиков 13. Далее по шине межпроцессорного взаимодействия SPI данные из процессора б исполнительного модуля 1 поступают в процессор 8 Wi-Fi модуля связи 7. ПЗУ 9 обеспечивает долговременное хранение данных в памяти заявляемого устройства. Блок конфигурации параметров связи и режимов обмена 10 Wi-Fi модуля связи 7 с сервером 18 позволяет настроить Wi-Fi модуль связи 7 с точкой доступа 16 пользователя и устройствами связи 17 пользователя (компьютеры, смартфоны, планшеты и т.д.). Далее полученные данные поступают на сервер 18, откуда их просматривать через приложение могут все заинтересованные службы.
При этом считывание данных с датчиков 12 и счетчиков 13 производится процессором 6 исполнительного модуля 1 непрерывно, а включение энергозатратного процессора 8 Wi-Fi модуля связи 7 производится кратковременно при необходимости передать данные на сервер 18.
Преимуществами заявляемого устройства является обеспечение беспроводной передачи данных с приборов учета посредством недорогой и доступной сети Wi-Fi без дополнительных трудозатрат и денежных средств на приобретение специального оборудования, программного обеспечения, подключения к платным точкам доступа и постоянного дополнительного обслуживания, что снижает трудоемкость при установке указанных устройств в квартирах, на промышленных предприятиях.
Заявляемое устройство обладает низким энергопотреблением, поэтому может работать как от сети 220 В, так от химических элементов тока продолжительное время - не менее трех лет, что дает возможность установки устройства в труднодоступных местах, где питание от сети невозможно.
Также использование отдельного процессора для сбора данных в составе исполнительного модуля позволяет организовать подключение к нему любого типа счетчиков и датчиков, что расширяет функциональные возможности заявленного устройства.
Кроме того, заявляемое устройство позволяет организовать автоматический удаленный сбор информации с приборов учета, мониторинг работы приборов учета энергоресурсов, мониторинг неконтролируемого расхода энергоресурсов, управление подачей энергоресурсов, в том числе блокировку их подачи в случае аварии. Переданная информация может быть использована для анализа потребления энергоресурсов государственными, муниципальными службами, что в целом повышает эффективность контроля их использования.