Устройство для дистанционного контроля за состоянием мусорных контейнеров

Полезная модель относится к коммунальному хозяйству и может использоваться для дистанционного контроля за актуальным состоянием мусорных контейнеров, например, для твердых бытовых отходов (ТБО), и своевременного их обслуживания.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является устройство для контроля наполненности мусорных контейнеров с размещенными в нем датчиком измерения расстояния, источником питания и модулем передачи данных, снабженным антенной и выполненным с возможностью передачи сообщений на удаленный сервер (см. патент РФ №2649150, 30.03.2018, МПК В65F 1/14, G01F 23/00).
Недостатком предложенной конструкции является то, что имеющихся в устройстве датчиков изменения расстояния недостаточно для точного и надежного определения необходимости обслуживания мусорных контейнеров.
Техническим результатом полезной модели является своевременное получение наиболее полной и достоверной информации о состоянии мусорного контейнера, предназначенной для принятия решения о необходимости его обслуживания, в том числе информации о степени наполнения, о скорости наполнения, об опустошении контейнера. Также заявленная полезная модель направлена на расширение арсенала известных средств для дистанционного контроля за состоянием мусорных контейнеров.
Технический результат достигается тем, что устройство для дистанционного контроля за состоянием мусорных контейнеров, состоит из корпуса, с размещенными в нем датчиком измерения расстояния, датчиком положения устройства в пространстве, сенсором вскрытия корпуса устройства, источником питания и модулем передачи данных.
При этом датчик измерения расстояния целесообразно выполнять в виде двух ультразвуковых сенсоров, расположенных сверху и сбоку корпуса устройства, один из которых направлен в противоположную стену контейнера, а другой – в сторону дна контейнера, что позволяет одновременно определять расстояние до ближайших к устройству отходов как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.
В случае установки датчика измерения расстояния на боковой стенке контейнера, боковой сенсор может измерять уровень наполненности контейнера. Верхний сенсор при этом используется для индикации 100% наполненности контейнера. Измеренные расстояния от сенсоров до ближайшего препятствия передаются на удаленный сервер с заданным в настройках периодом. В случае установки датчика измерения расстояния на крышке контейнера, измерение уровня наполненности контейнера при этом выполняется только с использованием верхнего сенсора, в то время как боковой сенсор остается незадействованным.
Корпус устройства целесообразно выполнять из ударопрочного и влагозащитного материала для исключения механического разрушения устройства и попадания влаги в электронные части устройства.
Модуль передачи данных может быть снабжен антенной, обеспечивающей передачу информационных сообщений о состоянии мусорного контейнера.
Датчик положения устройства в пространстве представляет собой датчик ускорений, позволяющий определять рабочее положение устройства, в том числе при перевороте и опустошения мусорного контейнера, для выбора корректного режима работы устройства. Определение положения контейнера относительно горизонта дает информацию о точке скопления наибольшего числа отходов и погрешностях в вычислении степени наполненности контейнера, а также о несанкционированных наклонах/опрокидываниях контейнера.
Сенсор вскрытия корпуса устройства необходим для обнаружения факта несанкционированного демонтажа устройства с мусорного контейнера с последующим его вскрытием.
Частный случай выполнения заявленной полезной модели представлен на чертежах, где на фиг. 1 показано устройство для дистанционного контроля за состоянием мусорных контейнеров.
Устройство для дистанционного контроля за состоянием мусорных контейнеров состоит из корпуса с размещенным в нем датчиком измерения расстояния. Корпус устройства целесообразно выполнять из ударопрочного и/или влагозащитного материала. Датчик измерения расстояния выполнен в виде двух ультразвуковых сенсоров, расположенных сверху и сбоку корпуса устройства, один из которых направлен в противоположную стену контейнера, а другой – в сторону дна контейнера.
Кроме того, в корпусе устройства для дистанционного контроля за состоянием мусорных контейнеров расположен датчик положения устройства в пространстве – представляющий собой датчик ускорений, сенсор вскрытия корпуса, источник питания и модуль передачи данных стандарта LTECatNB1, снабженный антенной и выполненным с возможностью передачи сообщений на удаленный сервер.
Конструктивно датчик положения устройства в пространстве представляет собой интегральную микросхему, выполненную в корпусе для поверхностного SMD монтажа и размещенную на основной печатной плате устройства. В конструкции датчика положения устройства в пространстве используется камертонная система электродов. Подвешенная масса совершает колебания по трем осям при приложении внешнего ускорения к датчику. Физическое перемещение массы подвижных электродов преобразуется в электрический сигнал за счет емкостного преобразования.
Устройство для дистанционного контроля за состоянием мусорных контейнеров работает следующим образом.
Устройство для дистанционного контроля за состоянием мусорных контейнеров устанавливают на боковую или верхнюю стенку мусорного контейнера, например, контейнера для твердых бытовых отходов (далее – ТБО), который должен быть пустым на момент установки и выполняют его конфигурирование и инициализацию.
Инициализация заключается в автоматическом определении ориентации устройства для дистанционного контроля, а также автоматической калибровки двух ультразвуковых сенсоров, которыми снабжено устройство.
Ориентацию определяют с помощью встроенного в корпус устройства для дистанционного контроля датчика положения устройства в пространстве. Ориентация в пространстве определяется путем вычисления проекций вектора ускорения свободного падения на три оси встроенного датчика положения устройства в пространстве, положение осей которого относительно корпуса устройства для дистанционного контроля, заранее известно. Таким образом, применение датчика положения устройства в пространстве в устройстве для дистанционного контроля, позволяет в автоматическом режиме определять ориентацию внутри контейнера для ТБО, на стенке или крышке контейнера, и выбрать корректный режим работы.
При автоматическом определении ориентации датчика в мобильное приложение выводится информация о текущей ориентации и о необходимости корректировки ориентации в случае некорректной установки датчика.
При автоматической калибровке ультразвуковых сенсоров в мобильное приложение выводится информация о расстоянии от поверхности датчика до боковой стенки и дна контейнера в случае, если монтаж производится на боковую стенку контейнера, либо до дна контейнера, в случае, если монтаж датчика производится на верхнюю крышку контейнера.
При установке устройства для дистанционного контроля за состоянием мусорных контейнеров на боковой стенке мусорного контейнера, его ориентация выбирается таким образом, чтобы верхний сенсор был направлен на противоположную боковую стенку контейнера, боковой сенсор при этом должен быть направлен на дно контейнера.
В процессе работы устройства, при установке на боковую стенку контейнера измеряется расстояние от ближайшего препятствия до верхнего и бокового сенсоров с периодом, заданным в настройках датчика, который может быть от 1 минуты до 1 часа. Боковой сенсор измеряет уровень наполненности контейнера. Верхний сенсор при этом используется для индикации 100% наполненности контейнера. Измеренные расстояния от сенсоров до ближайшего препятствия передаются на удаленный сервер с заданным в настройках периодом, который может составлять от 4 до 24 часов. В случае если расстояние до ближайшего препятствия, измеренное верхним сенсором скачкообразно меняется, устройство инициирует внеочередной сеанс связи с удаленным сервером для передачи информации о 100% наполненности контейнера. В случае если расстояние от бокового сенсора до ближайшего препятствия становится менее полуметра, устройство также инициирует внеочередной сеанс связи с удаленным сервером для передачи информации о приближении уровня отходов в контейнере к 100% заполнению.
При установке устройства на верхнюю крышку контейнера, его ориентация выбирается таким образом, чтобы верхний сенсор был направлен на дно контейнера. Контроль за состоянием мусорных контейнеров при этом выполняется только с использованием верхнего сенсора, в то время как боковой сенсор остается незадействованным. Периодичность измерения расстояния сенсорами и передачи данных на удаленный сервер при установке на верхнюю крышку контейнера обрабатываются аналогичным образом, как и при установке на боковую стенку.
В случае, если расстояние от верхнего сенсора до ближайшего препятствия становится менее полуметра, устройство инициирует внеочередной сеанс связи с удаленным сервером для передачи информации о приближении уровня отходов в контейнере к 100% заполнению. Когда расстояние от верхнего сенсора до ближайшего препятствия становится менее 20 см, устройство инициирует внеочередной сеанс связи для передачи на удаленный сервер информации о 100% заполнении контейнера.
После инициализации устройство для дистанционного контроля за состоянием мусорных контейнеров в автоматическом режиме при помощи встроенного датчика положения устройства в пространстве определяет собственную ориентацию - горизонтально или вертикально, и начинает периодические измерения расстояния до содержимого контейнера.
Факт возгорания содержимого мусорного контейнера определяется двумя ультразвуковыми сенсорами. При определении резких колебаний изменения расстояний от верхнего и бокового сенсоров. В случае обнаружения возгорания, устройство незамедлительно инициирует внеочередной сеанс связи с удаленным сервером для передачи информации о детектировании возгорания. При этом, уменьшается период между сеансами связи до 5 минут до тех пор, пока возгорание не будет устранено.
Устройство для дистанционного контроля за состоянием мусорных контейнеров снабжено также встроенным сенсором вскрытия корпуса. Сенсор вскрытия корпуса активируется при попадании на его поверхность солнечного света. При регистрации факта вскрытия корпуса, он инициирует внеочередной сеанс связи с удаленным сервером для передачи информации о факте вскрытия. Сенсор представляет собой фототранзистор, база которого управляется солнечным светом. Коллектор фототранзистора подключен к встроенному источнику питания устройства для дистанционного контроля. Эмиттер фототранзистора подключен к управляющему микроконтроллеру. При попадании солнечного света на фототранзистор, он открывается, подавая напряжение на вывод управляющего микроконтроллера. При появлении напряжения на выводе, управляющий микроконтроллер детектирует факт вскрытия корпуса устройства для дистанционного контроля.
Связь между устройством для дистанционного контроля за состоянием мусорных контейнеров и удаленным сервером осуществляется посредством сотовой сети радиосвязи стандарта LTECat. NB1. Применение данного стандарта позволяет сократить расходы энергии на каждый сеанс связи, продлевая тем самым срок его автономной работы на одном заряде встроенного источника питания. Устройство поддерживает несколько протоколов передачи данных на удаленный сервер, среди которых - MQTT, CoAP, UDP.
Конфигурирование и инициализация устройства для дистанционного контроля за состоянием мусорных контейнеров, производится при помощи стандарта ближней радиосвязи Bluetooth Low Energy, работающего в не лицензируемом диапазоне радиочастот 2400-2480 МГц при помощи мобильного приложения. Мобильное приложение запускается на смартфоне с поддержкой ОС Android версии 5.0 и выше стандарта радиосвязи Bluetooth Low Energy 4.0 и выше и позволяет просматривать текущее состояние датчика, выполнять настройку периодов измерения расстояния ультразвуковыми сенсорами, периода передачи данных на удаленный сервер, изменять адрес удаленного сервера, выбирать протокол обмена с сервером, переводить устройство из режима транспортировки в рабочий режим, запускать процедуру автоматической инициализации, а также обновлять встроенное программное обеспечение устройства.
Кроме того, при опорожнении контейнера устройство для дистанционного контроля за состоянием мусорных контейнеров определяет факт его переворачивания, а также изменение расстояния до содержимого и осуществляет внеочередной сеанс связи с удаленным компьютером для передачи данной информации.
В случае если после определения факта переворота контейнера, любой из ультразвуковых сенсоров устройства детектирует нулевое расстояние до ближайшего препятствия, генерируется предупреждение о возможном загрязнении ультразвуковых сенсоров и необходимости их внеплановой очистки.