Автономное устройство мониторинга

Полезная модель относится к области автоматического контроля состояния окружающей среды, технологических и других процессов для удаленных и малонаселенных мест и территорий. Достигаемый технический результат заключается в обеспечении передачи данных от удаленных датчиков из удаленных и труднодоступных мест, где отсутствуют традиционные виды связи.
Известно энергонезависимое устройство автоматизированного контроля параметров окружающей среды (Патент РФ №2551184, опубликован 20.05.2015) содержащее Х метеорологических датчиков, Y датчиков экологического мониторинга, Z датчиков измерения показателей производственной среды, интеграторы показаний датчиков, преобразователи сигнала на каждый интегратор, блок измерения, задатчики предельно допустимых показателей на каждый датчик, блоки сравнения на каждый датчик и задатчик, блок сопряжения, блок питания, блок управления режимами, блок управления и связи, монитор питания, дополнительный источник питания, буфер питания, блок энергонезависимой памяти, блок ввода-вывода, газоразрядники, супрессоры, дополнительные газоразрядники и дополнительные супрессоры.
Недостатком устройства является то, что, как отмечается в описании, блок управления и связи выполнен на базе микросхемы интерфейса ST1480ACDR, которая поддерживает протоколы RS422, RS485, а это означает, что указанное устройство предназначено для передачи данных по проводной линии связи, что ограничивает зону применимости данного устройства фактически одним зданием или помещением.
Наиболее близкой по сути к заявляемой полезной модели является полезная модель «Автоматическая энергонезависимая метеостанция дистанционного мониторинга» (Патент РФ на полезную модель №128349, опубликован 20.05.2013). Автоматическая энергонезависимая метеостанция дистанционного мониторинга содержит метеорологические датчики, датчики экологического мониторинга, первичный преобразователь измеренных сигналов, подключенный к каждому из датчиков, блок измерения, подключенный к первичному преобразователю измеренных сигналов, блок управления и связи, включающий в себя модем сотовой связи, антенну и запоминающее устройство, подключенный к блоку измерения и передающий обработанные данные на диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом, блоки сопряжения с внешними устройствами и управления режимами работы устройства, подключенные к блоку измерения, блок автономного питания, солнечную батарею, контроллер заряда, задатчик периода опроса датчиков и передачи данных. Использование устройства обеспечивает увеличение частоты опроса датчиков и передачи данных на диспетчерский пункт, позволяет получать более оперативную и полную информацию, что особенно важно при контроле быстро изменяющихся метеорологических параметров в условиях контроля аварийно-опасных участков автотрасс.
Основными недостатками автоматической энергонезависимой метеостанции дистанционного мониторинга являются:
- Использование сотового канала связи в качестве основного ограничивает применимость устройства только местами с устойчивой сотовой связью. В местах, где сотовая связь отсутствует, невозможно применять устройство, описанное в данной полезной модели.
- В качестве возобновляемого источника энергии указана солнечная панель. В ряде случаев выгоднее использовать другие источники возобновляемой энергии.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в обеспечении передачи данных от удаленных датчиков из удаленных и труднодоступных мест, где отсутствуют традиционные виды связи.
Технический результат достигается тем, что в состав устройства дополнительно включается коротковолновый модем, антенное согласующее устройство и коротковолновая антенна. Коротковолновое оборудование связи позволит передавать данные мониторинга на значительные расстояния - до нескольких сот или даже тысяч километров.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1.
Автономное устройство мониторинга содержит контроллер 1, в задачу которого входит управление основными узлами, определение логики работы устройства, тактирование узлов. Контроллер 1 подключен к контроллеру датчиков 2, который в свою очередь, определяет работу датчиков 3, определяющих метеорологические, технологические и другие параметры окружающей среды, требующие измерения. Контроллер 1 также подключен к интерфейсу с внешними устройствами 4, что позволит настраивать работу устройства в целом. В составе устройства также содержится модем сотовых систем связи 8 и антенна сотовых систем 9, а также коротковолновый модем 10, антенное согласующее устройство 11 и коротковолновая антенна 12. В зависимости от наличия сотовой связи в районе размещения автономного устройства мониторинга, отправка данных происходит либо через сотовый модем 9, либо через коротковолновый модем 10. Активный модем для передачи выбирает контроллер 1. В состав устройства также включен контроллер системы питания 5, который обеспечивает питание автономного устройства мониторинга с использованием возобновляемого источника энергии 6 и блока элементов питания 7.
Автономное устройство было реализовано на практике и подтвердило свою работоспособность. Контроллер 1, контроллер системы питания 5, контроллер датчиков 2 и интерфейс с внешними устройствами 4 конструктивно были выполнены на базе контроллера STM32F407. В качестве датчика 3 применялся разработанный самостоятельно ультразвуковой датчик ветра. Коротковолновый модем 10 представлял собой процесс контроллера STM32F407, использовалась бинарная фазовая манипуляция со скоростью передачи 32 бит/с. В качестве коротковолновой антенны использовалась либо штыревая укороченная антенна для передачи сигналов земной волной на небольшие расстояния, либо антенна зенитного излучения самостоятельной разработки. Штыревая антенна имела длину около 1 м, антенна зенитного излучения представляла собой прямоугольную рамочную антенну со сторонами 1,5×0,9 м. В качестве возобновляемого источника энергии 6 использовалась солнечная панель, для использования в блоке элементов питания 7 применялся свинцовый аккумулятор. Были проведены испытания автономного поста с передачей информации на расстояниях 42 км, 117 км, 168 км, 312 км, 566 км, при этом сотовая связь в данных районах отсутствовала. Выходная мощность коротковолнового модема не превышала 1 Вт.
Таким образом, предлагаемое автономное устройство мониторинга обеспечивает передачу данных от удаленных датчиков из удаленных и труднодоступных мест, где отсутствуют традиционные виды связи.