Беспроводной датчик перемещения

Заявляемая полезная модель беспроводного датчика перемещения относится к области охранной техники. Беспроводной датчик перемещения может быть использован для охраны имущества, в частности картин, музейных экспонатов и т.п.
Одной из задач музея является охрана произведений искусства и исторических ценностей, находящихся в его коллекции. Для решения этой задачи охраняемые объекты оснащаются охранными системами, в составе которых присутствуют различные датчики, в том числе датчики перемещения. Питание датчиков и передача данных между датчиком и системой может быть организована с использованием как проводных, так и беспроводных решений.
Известно техническое решение «Устройство охранной сигнализации емкостного типа» (RU 2306610 С2, G08B 13/14), содержащее чувствительный элемент, сопряженный с тактовым генератором периодического сигнала, связанный с микроконтроллером, сопряженным с блоком выдачи сигнала, снабженным релейным выходом и световой индикацией, отличающееся тем, что тактовый генератор снабжен полосовым фильтром, при этом устройство включает в себя блок измерения сопротивления заземления и емкости чувствительного элемента, сопряженный с чувствительным элементом и микроконтроллером, снабженным аппаратным или программным счетчиком и обеспечивающим измерение частоты периодического сигнала, генерируемого тактовым генератором, и как следствие подстройку чувствительности. Подключение к охранной системе и элементам питания в данном устройстве осуществляется через электрические соединители и кабели, что оказывает негативное влияние на габариты системы, ее эстетичный вид, повышает сложность ее технического обслуживания и модернизации.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является «Модульная система радиочастотной идентификации с пассивным и активным RFID-модулями» французской фирмы EDITAG (Pub. No.: US 2016/0162768 A1; Pub. Date: Jun. 9, 2016), представляющее собой беспроводной датчик перемещения, состоящий из двух модулей: пассивного RFID-модуля с антенной и памятью для хранения идентификационных данных (RFID-интерфейс), и активного RFID-модуля, состоящим из чувствительного элемента, в качестве которого используется акселерометр, и микроконтроллера (блок формирования сигнала перемещения), который подсоединен к питающей батарее (блок питания устройства). В данном устройстве передача данных между устройством и охранной системой осуществляется посредством технологии радиочастотной идентификации (RFID). При регистрации механических колебаний чувствительным элементом, сигнал тревоги предается по соответствующему интерфейсу в RFID-считыватель.
Применение технологии радиочастотной идентификации (RFID) для передачи данных позволяет организовать питание радиочастотной части устройства от электромагнитной энергии, получаемой от RFID считывателя, но этой энергии недостаточно для питания блока формирования сигнала перемещения. Использование акселерометра в качестве чувствительного элемента повышает требования к источнику питания, ввиду существенного энергопотребления как акселерометра, так и микроконтроллера, необходимого для обработки данных, что влечет за собой необходимость использования батареи или аккумулятора для питания блока формирования полезного сигнала и требует дополнительных затрат на эксплуатацию и замену элементов питания.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является организация беспроводного без батарейного питания датчика перемещения от электромагнитной энергии, получаемой от RFID-считывателя, обеспечивающего непрерывное функционирование устройства в течение всего срока эксплуатации устройства без необходимости замены элементов питания, либо проводного подключения к внешнему источнику питания.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение срока службы, снижения энергопотребления и затрат на техническое обслуживание устройства.
Для получения указанного технического результата в устройстве, состоящем из последовательно соединенных блока питания устройства, блока формирования сигнала перемещения и RFID-интерфейса, состоящего из последовательно соединенных микросхемы радиочастотной идентификации и антенны радиочастотной идентификации, блок питания устройства состоит из антенны для сбора энергии, умножителя напряжения и повышающего преобразователя напряжения, при этом выход антенны для сбора энергии соединен с входом умножителя напряжения, выход которого соединен с входом повышающего преобразователя напряжения, выход которого является выходом блока питания устройства, блок формирования сигнала перемещения выполнен в виде последовательно соединенных схемы выделения сигнального импульса и схемы сопряжения с RFID-интерфейсом, а также механического датчика наклона и вибрации, при этом вход блока формирования сигнала перемещения соединен с входом схемы выделения сигнального импульса и входом механического датчика наклона и вибрации, выход которого соединен с входом схемы выделения сигнального импульса, выход которой соединен с входом схемы сопряжения с RFID-интерфейсом, выход которой является выходом блока формирования сигнала перемещения.
Замена акселерометра на механический датчик наклона и вибрации, а также замена микроконтроллера на схему выделения сигнального импульса и схему сопряжения с RFID-интерфейсом, собранные на дискретных элементах, позволяет значительно снизить энергопотребление устройства и организовать беспроводное без батарейное питание датчика перемещения от электромагнитной энергии, получаемой от RFID-считывателя.
Сущность заявляемого технического решения представлена на фиг. 1, где изображена структурная схема беспроводного датчика перемещения.
Беспроводной датчик перемещения (фиг. 1) состоит из последовательно соединенных блока питания устройства (БПУ) 1,блока формирования сигнала перемещения (БФСП) 2 и RFID-интерфейса 3. Блок питания устройства 1 состоит из антенны для сбора энергии (АСЭ) 4, умножителя напряжения (УН) 5 и повышающего преобразователя напряжения (ППН) 6. Блок формирования сигнала перемещения 2 состоит из механического датчика наклона и вибрации (МДНВ) 7, схемы выделения сигнального импульса (СВСИ) 8 и схемы сопряжения с RFID-интерфейсом (СС) 9. RFID-интерфейс 3 состоит из последовательно соединенных микросхемы радиочастотной идентификации (МРИ) 10 и антенны радиочастотной идентификации (АРИ) 11, при этом выход антенны для сбора энергии 4 соединен с входом умножителя напряжения 5, выход которого соединен с входом повышающего преобразователя напряжения 6, выход которого является выходом блока питания устройства 1, вход блока формирования сигнала перемещения 2 соединен с входом схемы выделения сигнального импульса 8 и входом механического датчика наклона и вибрации 7, выход которого соединен с входом схемы выделения сигнального импульса 8, выход которой соединен с входом схемы сопряжения с RFID-интерфейсом 9, выход которой является выходом блока формирования сигнала перемещения 2.
Устройство работает следующим образом. Электромагнитная энергия, излучаемая RFID-считывателем, индуцированная на антенну для сбора энергии 4, передается на умножитель напряжения 5, преобразующий переменный ток в постоянный, величина напряжения которого затем преобразуется до рабочего напряжения схемы повышающим преобразователем 6. Регистрация наличия механических колебаний производится с помощью механического датчика наклона и вибрации 7 и схемы выделения сигнального импульса 8. При отсутствии колебаний выход схемы сопряжения с RFID-интерфейсом 9 находится в состоянии логического нуля. При срабатывании устройства на выходе схемы сопряжения с RFID-интерфейсом 9 устанавливается состояние логической единицы на время не менее 30-40 секунд. Эти данные передаются на вход микросхемы радиочастотной идентификации 10, которая с помощью антенны радиочастотной идентификации 11 передает их по RFID-интерфейсу в RFID-считыватель для дальнейшей обработки и анализа.
В качестве элемента умножителя напряжения может быть использована микросхема РСС110 фирмы POWERCAST, разработанная специально для преобразования переменного тока с частотой от 100 МГц до 6 ГГц в постоянный ток. Повышающий преобразователь напряжения должен нормально функционировать при низком уровне входного напряжения. Микросхема BQ25504 компании Texas Instruments удовлетворяет данным требованиям и может быть использована в качестве повышающего преобразователя напряжения. В качестве чувствительного элемента может быть использован механический датчик угла наклона и вибрации, например, такой как SQ-SEN-200.
Полученный технический результат устраняет недостаток батарейных и аккумуляторных беспроводных датчиков, заключающийся в ограниченном сроке службы датчиков с батарейным питанием и более дорогостоящей эксплуатации этих датчиков.