РАДИОМОДУЛЬ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ РЕГИСТРАТОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Полезная модель предназначена для использования в составе сервисов, предназначенных для целей сбора информации от датчиков, и может применяться, в частности в качестве радиомодуля, обеспечивающего передачу значений избыточного давления и температуры жидкостей и газов, измеренных с помощью регистратора технологических параметров.
Из уровня техники известна беспроводная система сбора данных (RU 117222 U1, МПК G08C 17/02, опубл. 20.06.2012). Система содержит базовую станцию, связанную с персональным компьютером по последовательному или параллельному интерфейсу, мобильные узлы и стационарные узлы, снабженные датчиками определения параметров окружающей среды и средствами беспроводной передачи данных между упомянутыми узлами и базовой станцией.
Недостатком известной беспроводной системы является ее низкая технологичность, связанная со сложностью ее конструкции, что также снижает ее надежность в условиях эксплуатации в районах низких температур (ниже - 40°С).
Наиболее близким техническим решением к заявленному техническому решению и выбранному в качестве прототипа признан радиомодуль (RU 120534 U1 , МПК H04W 36/00, опубл. 20.09.2012), выполненный с возможностью его реконфигурации для использования в беспроводных сетях различного назначения. Радиомодуль содержит одну антенну и печатную плату с контактными площадками, на которой расположена микросхема, выполненная на чипе, для взаимодействия с внешними устройствами, которая содержит интерфейсы последовательной передачи данных, порты ввода-вывода и аналого-цифрового преобразования сигнала, при этом первые вход и выход антенны являются соответственно первыми входом и выходом радиомодуля.
Недостатком известного радиомодуля является сложность его адаптации для использования совместно с измерительным модулем регистратора технологических параметров.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является обеспечение надежности передачи данных от регистратора технологических параметров на базовую термостатированную станцию, находящуюся на вышке добывающей скважины.
Указанная задача решена тем, что радиомодуль содержит блок управления, выполненный на основе микроконтроллера, содержащего процессорное ядро, подключенное с помощью шинного мультиплексора, к FLASH-памяти программ, SRAM-памяти данных, радио приемопередатчику, универсальному синхронно-асинхронному приемопередатчику USART. Отличает устройство от известных аналогов то, что микроконтроллер выполнен в индустриальном исполнении, снабжен контроллером выхода из режима малого потребления WIC, к выходу радио приемопередатчика электрически подключена внешняя антенна, а вход универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика выполнен с возможностью подключения к нему посредством кабельного соединения выхода универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика измерительного модуля регистратора технологических параметров.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков полезной модели, является повышение надежности передачи данных от регистратора технологических параметров на базовую термостатированную станцию, за счет применения в составе блока управления радиомодуля микроконтроллера в индустриальном исполнении, снабженного радио приемопередатчиком и универсальным синхронно-асинхронным приемопередатчиком USART, обеспечивающих прием и передачу телеметрии удаленной базовой станции. Дополнительно надежность передачи обеспечивается тем, что микроконтроллер снабжен контроллером выхода из режима малого потребления WIC (Wakeup interrupt controller), что обеспечивает пониженное энергопотребление блока управления, повышает его надежность и увеличивает срок его эксплуатации.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фигуре (фиг. 1) представлена упрощенная структурная схема радиомодуля для передачи данных, с подключенным к нему измерительным модулем регистратора технологических параметров.
Радиомодуль для передачи данных регистратора технологических параметров устроен следующим образом.
Его основой является блок управления, размещенный в корпусе (на фигурах условно не показан) и закрепленный на внешней поверхности корпуса регистратора технологических параметров. Блок управления выполнен на основе микроконтроллера 1, содержащего процессорное ядро 2, построенное на основе Гарвардской архитектуры, подключенное с помощью шинного мультиплексора (Bus Matrix), к FLASH-памяти программ 3, SRAM-памяти данных 4, радио приемопередатчику 5, контроллеру выхода из режима малого потребления (WIC) 6, универсальному синхронно-асинхронному приемопередатчику (USART) 7. Микроконтроллер, предпочтительно, выполнен в индустриальном исполнении и рассчитан на работу в диапазоне температур от -40 до +85°С. К выходу радио приемопередатчика 5 электрически подключена внешняя антенна 8, а вход универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика (USART) 7 выполнен с возможностью подключения к нему посредством кабельного соединения выхода универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика 9 измерительного модуля 10 регистратора технологических параметров, в качестве которого может применяться микросхема модели ADUC834, к измерительным входам которой подключены датчики избыточного давления и температуры жидкостей и газов (на фигурах условно не показаны).
Микроконтроллер 1 может содержать в своем составе встроенные в процессорное ядро 2 модули поддержки и отладки (Debug) 11, подключенные к шинному мультиплексору с помощью интерфейса системы отладки - периферийной шины Private Peripheral Bus (РРВ).
В качестве микроконтроллера 1 блока управления может быть применена микросхема BGM13S (Silicon Labs BGM13S Blue Gecko Bluetooth Mesh SiP Modules // Mouser Electronics. URL: https://ru.mouser.com/new/silicon-labs/silabs-bgm13s-blue-gecko-module/ (дата обращения 21.12.2021)), построенная на основе процессорного ядра Cortex-M4, представляющая собой SiP-модуль, работающий в диапазоне частот 2.4 ГГц, поддерживающий протокол Bluetooth 5, содержащий 512 Кб памяти FLASH-программ и 64 Кб SRAM-памяти данных.
Дополнительно микроконтроллер 1 содержит многоканальный аналого-цифровой преобразователь (ADC) 12 и универсальные восьмиразрядные двунаправленные GPIO-порты 13 и 14 ввода-вывода, при этом к одной из линий аналого-цифрового преобразователя 12 посредством операционного усилителя может быть подключен датчик температуры 15, установленный внутри корпуса радиомодуля, а первый и второй GPIO-порты 14 и 15 ввода-вывода могут быть выполнены с возможностью подключения к ним модуля индикации 16 и блока ввода данных 17.
Датчик температуры 15 может быть использован для измерения температуры окружающей среды и, при достижении ее критических верхнего или нижнего значений, на работу в пределах которых рассчитан модуль, автоматической передачи предупреждения опасности выхода из строя модуля на базовую станцию. Модуль индикации 16 может быть выполнен в виде текстового LCD-индикатора, а блок ввода данных 17 представлять собой кнопочную клавиатуру, состоящую из шестнадцати клавиш, при этом упомянутые узлы могут использоваться для изменения режимов работы блока управления.
Радиомодуль для передачи данных регистратора технологических параметров работает следующим образом.
Первоначально регистратор технологических параметров, например модели РТП-04, закрепляют на контролируемом трубопроводе скважины, затем на корпусе регистратора закрепляют радиомодуль для передачи данных, обеспечивая его питание +3.3 В с выходных клемм регистратора. Затем выход универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика (USART) 9 измерительного модуля 10 регистратора технологических параметров подключают посредством кабельного соединения к входу универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика (USART) 7 радиомодуля передачи данных, после чего, при необходимости, в корпусе радиомодуля устанавливают резистивный датчик температуры 15, подключая его выход через операционный усилитель к одной из линий аналого-цифрового преобразователя 12 микроконтроллера 1. Далее к GPIO-портам 13, 14 подключают, соответственно, LCD-индикатор 16 и клавиатуру 17, настраивая параметры режимов работы радиомодуля, при этом в зависимости от настроек мощность сигнала, передаваемого радио приемопередатчиком 5, может достигать 19 дБм за счет использования внешней антенны 8. При настройке работы радиомодуля к процессорному ядру 2 для отладки и верификации управляющей программы, хранящейся во FLASH-памяти программ, с помощью блока модулей поддержки и отладки (Debug) 11 может быть подключен персональный компьютер, снабженный средствами пошагового выполнения программ и анализа состояния процессорного ядра 2 и периферийных устройств микроконтроллера 1. После выполнения настроек LCD-индикатор 16 и клавиатуру 17 отключают от GPIO-портов 13, 14 ввода-вывода радиомодуля, предварительно переведя его в штатный режим работы.
Большую часть времени микроконтроллер блока управления радиомодуля находится в режиме пониженного энергопотребления. Переход радиомодуля в активный режим работы инициирует измерительный модуль 10, передавая через последовательный интерфейс посредством передатчика USART 9 активирующую последовательность команд, при этом быстрый переход процессора в рабочий режим и отключение его питания обеспечивает WIC-контроллер 6. После чего процессорное ядро 2 микроконтроллера 1, управляемое программой, хранящейся во FLASH-памяти программ 3, используя для буферизации SRAM-память данных, передает через последовательный интерфейс посредством передатчика USART 7 последовательность команд на считывание телеметрических данных, полученных измерительным модулем десять, после чего с помощью радио приемопередатчика 5 передает их в эфир, а удаленная базовая станция, осуществляющая прослушивание эфира, принимает телеметрические данные и сохраняет их для дальнейшего использования.