КОНТЕЙНЕР ДЛЯ СБОРА МУСОРА

Полезная модель относится к коммунальному хозяйству и может использоваться для дистанционного контроля за состоянием заполнения мусорных контейнеров.
Известен «Многофункциональный контейнер» для сбора бытовых отходов по патенту РФ №92415, МПК B65F 1/04, опубл. 20.03.2010. В несущий корпус контейнера вмонтирован фотоэлемент, срабатывающий при попадании мусора в контейнер. Фотоэлемент связан с осветительным элементом и звуковым динамиком, что позволяет контролировать попадание мусора в контейнер за счет прерывания светового потока, падающего от осветителя на фотоэлемент, и получать информацию о необходимости замены сменной емкости при ее наполнении.
Известен также «Многофункциональный контейнер для бытовых отходов» по патенту РФ №99461, МПК B65F 1/00, опубл. 20.11.2010, снабженный «по меньшей мере, одним индикатором уровня мусора». Конкретный тип датчиков уровня в описании к патенту не указан, что затрудняет оценку перспективности данного технического решения. Контейнер снабжен автономной системой электропитания, что позволяет оповещать диспетчерскую службу об уровне мусора в контейнере, используя беспроводную систему GPRS.
В другом известном из предшествующего уровня техники контейнере для сбора мусора по патенту DE № DE 20210495, МПК B65F 1/14, опубл. 24.12.2003, уровень мусора определяется с помощью гибкого резистивного датчика, значение сопротивления которого передается в блок передатчика, расположенного на внешней стороне задней стенки контейнера, что делает контейнер уязвимым для возможных актов вандализма.
Наибольший интерес для измерения уровня твердых бытовых отходов (ТБО) в контейнерах для сбора мусора представляет использование ультразвуковых датчиков, характеризующихся целым рядом преимуществ.
Так, в патенте FR №2855062, МПК G01F 23/296, B65F 1/14, опубл. 26.11.2004, описан контейнер для сбора ТБО, оборудованный электронной системой определения уровня мусора, включающей ультразвуковой преобразователь, размещенный на внутренней стороне крышки контейнера, при этом акустическая ось преобразователя направлена ко дну контейнера. На внешней стороне крышки внутри радиопрозрачного кожуха размещены: блок автономного питания, радиопередатчик с антенной, коммутационные устройства и управляющий микроконтроллер. Размещение большинства элементов системы на внешней стороне крышки снижает ее надежность ввиду возможности ее повреждения, в том числе и вследствие проявлений вандализма.
Указанный недостаток в значительной степени устранен в контейнере для сбора мусора по патенту GB №2510179, МПК B65F 1/14, опубл. 30.07.2014. Ультразвуковой преобразователь размещен в одном корпусе с электронной схемой, включающей модуль передачи данных, модуль питания в виде литий-ионного аккумулятора и устройство управления (логический программируемый контроллер), при этом корпус закреплен внутри контейнера на одной из его боковых стенок. Так же как и в патенте FR №2855062 акустическая ось преобразователя ориентирована в сторону дна контейнера.
Известный контейнер для сбора мусора по патенту GB №2510179 по совокупности существенных признаков является наиболее близким к заявляемому техническому решению и выбран в качестве ближайшего аналога (прототипа).
К недостаткам прототипа следует отнести относительно низкую точность измерения уровня заполнения контейнера, обусловленную использованием одного ультразвукового преобразователя с ориентацией акустической оси в сторону дня контейнера. Такая ориентация преобразователя позволяет отслеживать текущее значение уровня заполнения контейнера, но в большинстве случаев это и не требуется. Практический интерес представляет ряд дискретных значений уровня, характеризуемых состояниями: «контейнер пуст», «контейнер заполнен наполовину» и, наконец, «контейнер заполнен полностью». Кроме того, при данной ориентации акустической оси ультразвукового датчика, отраженный от мусора сигнал сильно зависит от характера ТБО. Далеко не все поверхности хаотично загружаемого мусора различной природы являются гладкими и расположенными под прямым углом к акустической оси датчика. Шероховатость отражающей поверхности, в зависимости от рабочей частоты ультразвукового преобразователя, может приводить к рассеянию отраженного сигнала. Если высота шероховатостей больше длины волны звука, отражение будет преимущественно диффузным (рассеянным). Доля диффузного отражения возрастает по мере роста шероховатостей. Наличие у ТБО грубых шероховатых поверхностей приводит к сокращению зоны реагирования ультразвукового датчика. Плохо обнаруживаются материалы, поглощающие ультразвуковые волны - войлок, вата, шерсть, грубые текстильные изделия, пенопласт и т.п.
Для того, чтобы озвучить большую часть верхней поверхности мусора требуется применение ультразвукового преобразователя с широкой диаграммой направленности, что также приводит к уменьшению уровня отражаемого сигнала, принимаемого датчиком.
Задачей полезной модели является разработка контейнера для сбора мусора, лишенного указанных недостатков контейнера-прототипа, и создание многофункционального контейнера с улучшенными эксплуатационными возможностями.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение точности измерения уровня заполненности контейнера.
Указанный технический результат достигается тем, что контейнер для сбора мусора, содержащий стенки, днище и крышку, а также электронную схему определения заполненности контейнера мусором, включающую первый пьезоэлектрический преобразователь (ПЭП), модуль передачи данных, снабженный антенной и выполненный с возможностью передачи сообщений на удаленный сервер, источник питания и микроконтроллер, при этом первый ПЭП, модуль передачи данных и микроконтроллер соединены с источником питания, микроконтроллер связан двусторонними связями с первым ПЭП и модулем передачи данных, причем все элементы электронной схемы расположены в едином корпусе, смонтированном на внутренней стороне одной из стенок контейнера, согласно полезной модели, снабжен вторым ПЭП, связанным двусторонними связями с микроконтроллером и также расположенным внутри упомянутого корпуса, причем акустические оси обоих ПЭП направлены в сторону противоположной стенки контейнера, а ПЭП разнесены в горизонтальном направлении.
Приведенная совокупность существенных признаков позволяет обеспечить повышение точности измерения уровня заполненности контейнера за счет принципиального изменения геометрии прозвучивания внутриконтейнерного пространства пьезоэлектрическими преобразователями, а также введения второго преобразователя.
Охарактеризованная указанными выше существенными признаками полезная модель на дату подачи заявки не известна в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия «новизна».
Полезная модель может быть реализована промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлен общий вид контейнера для сбора мусора, оборудованного электронной системой контроля уровня заполненности контейнера; на фиг. 2 - блок-схема электронной системы с пьезоэлектрическими преобразователями.
Контейнер для сбора мусора содержит два пьезоэлектрических преобразователя (ПЭП) 1 и 2, установленных в едином корпусе 3, закрепленном на внутренней поверхности стенки 4 (преимущественно, задней) контейнера, снабженного крышкой 5. Каждый из ПЭП 1 и 2 включает чувствительный элемент в виде пьезопластины (не показана), контроллер и каналы передачи (ТХ) и приема (RX) акустических сигналов. При этом контроллер каждого из упомянутых ПЭП взаимодействует непосредственно с микроконтроллером 6. Акустические оси обоих преобразователей 1 и 2 направлены в сторону противоположной стенки контейнера. Внутри корпуса 3 смонтированы модуль 7 передачи данных (также взаимодействующий напрямую с микроконтроллером), источник питания 8 и упомянутый программируемый микроконтроллер 6. Источник питания 8 может быть выполнен, например, в виде литий-ионного аккумулятора 9 и блока 10 DC-DC преобразователей, с помощью которых осуществляется подача питания на ПЭП 1 и 2, микроконтроллер 6 и модуль 7 передачи данных.
Корпус 3 и его внутренняя конструкция являются ударопрочными, что исключает повреждение указанных элементов электронной схемы при ударных нагрузках. Корпус имеет обтекаемую форму, исключающую создание механических помех, как при выбрасывании мусора, так и при опустошении контейнера с помощью манипулятора.
Работа контейнера для сбора мусора согласно заявляемой полезной модели осуществляется следующим образом.
На этапе программирования микроконтроллера в его память записываются расстояния от пьезоэлектрических преобразователей до противоположной стенки контейнера, характерные для незаполненного его состояния. Во время работы происходит периодическое измерение этих расстояний и сравнение их с исходными. По результатам проводимого сравнения микроконтроллер принимает решение о состоянии заполненности контейнера.
0
1
2
В момент времени Т (после подачи питания на схему, т.е. после подключения аккумулятора) происходит инициализация микроконтроллера 6 и запуск прикладной программы. Далее, согласно алгоритму, микроконтроллер 6 производит включение нагрузки (модуль 6 передачи данных, ультразвуковые преобразователи 1 и 2) и инициализацию данных элементов схемы. После этого осуществляется собственно процесс определения уровня заполненности контейнера, для чего в момент времени T первый ПЭП 1 излучает акустический импульс длительностью Т, который, спустя время AT, определяемое временем прохождения звуковой волны до противоположной стенки контейнера и обратно, приходит на чувствительный пьезоэлемент ПЭП 1 и создает электрический импульс, регистрируемый микроконтроллером 6. На основе этого импульса определяется расстояние до противоположной стенки контейнера и, в случае наличия каких-либо объектов (мусора) на пути прохождения звуковой волны, делается вывод о том, что контейнер со стороны данного ПЭП заполнен. Для исключения ложных срабатываний расстояние до противоположной стенки контейнера программируется с определенным допуском, который позволяет исключить зависимость скорости звука от температуры окружающего воздуха, деформации контейнера и ошибок самих измерений. Второй ПЭП 2 работает по такому же принципу, но в момент времени, следующий за окончанием циклограммы работы первого ПЭП, чтобы исключить их взаимовлияние.
После окончания процедуры определения уровня заполненности контейнера происходит установление канала связи и последующая передача посредством модуля 7 передачи данных на удаленный веб-сервис информационного пакета, содержащего все необходимые о данном контейнере сведения (уникальный идентификатор, координаты, уровень заряда элемента питания и уровень заполненности самого бака мусором). Модуль 7 передачи данных может работать, например, по технологии пакетной передачи данных GPRS или LoRa.
В конце циклограммы микроконтроллер 6 отключает всю нагрузку и переходит в режим пониженного энергопотребления.
3
Вся описанная выше циклограмма автоматически повторяется вновь по истечении времени Т, которое определяется экспериментально, исходя из динамики заполнения контейнеров.