УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для дистанционного контроля температуры и влажности воздушной среды, преимущественно в небольших теплицах на личных садовых участках и огородах, хранилищах сельскохозяйственной продукции (погребах, подпольях, подвалах домов), складских помещениях.
Из предшествующего уровня техники известно устройство дистанционного контроля параметров микроклимата предназначенное, в частности, для контроля и управления микроклиматом хранилищ, складов и других сельскохозяйственных помещений. Известное устройство содержит блок контроля, преобразователи параметров датчиков температуры и влажности, датчики температуры и влажности, блоки индивидуальной идентификации, по одному на каждую пару датчиков температуры и влажности. Сигналы с датчиков температуры и влажности поступают на входы преобразователей, с выхода преобразователей сигналы поступают на блоки индивидуальной идентификации, выходы которых соединены с блоком контроля общей четырехпроводной линией связи. При этом блок индивидуальной идентификации содержит блок управления, соединенный с портом связи, ОЗУ, ПЗУ и преобразователем сигналов в цифровой код, а вход преобразователя сигналов в цифровой код соединен с выходом коммутатора. Техническим решением данного известного устройства является уменьшение, вносимых информационными линиями, погрешностей, за счет цифровой передачи сигналов, упрощение прокладки линий связи, а также уменьшение числа линий связи и их общей протяженности, за счет использования индивидуальных идентификаторов, обеспечивающих обмен цифровыми сигналами с блоком контроля по одной общей четырехпроводной линии связи. Кроме того, уменьшено общее потребление электрической энергии, так как блоки индивидуальной идентификации и преобразователи активируются только в режиме передачи, а все остальное время находятся в режиме ожидания с минимальным потреблением энергии (патент РФ на изобретение №2208832, МПК G05D 27/02, опубликовано 20.07.2003 г.).
Недостатком данного технического решения является применение проводных линий связи, что неудобно и дорого использовать в небольших теплицах на личных садовых участках и огородах, хранилищах сельскохозяйственной продукции (погребах, подпольях, подвалах домов), складских помещениях. Для подачи напряжения питания на электронные схемы устройства также требуется прокладка дополнительных проводов питания, поскольку источник питания не является автономным.
Также известно устройство для дистанционного измерения параметров атмосферы, предназначенное для использования в системах сбора информации, в частности, о температуре и влажности воздуха. Известное устройство содержит сканирующее устройство и приемоответчик. Сканирующее устройство излучает через направленную или ненаправленную приемопередающую антенну электромагнитные волны, которые принимаются приемопередающей антенной приемоответчика, выполненного на многоотводных линиях задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Приемоответчик преобразует входной электрический сигнал в поверхностную акустическую волну, которая распространяется вдоль поверхности звукопровода. В зависимости от температуры и влажности воздуха происходит деформация чувствительных элементов и, соответственно, изменяется фаза поверхностной акустической волны. Затем происходит обратное преобразование ПАВ в электрический сигнал, который излучается приемопередающей антенной приемопередатчика и принимается приемопередающей антенной сканирующего устройства. Из полученных данных вычисляются значения температуры и влажности, которые поступают в блок регистрации. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет одновременного дистанционного измерения температуры и влажности атмосферы (воздуха). Также техническим результатом является возможность использовать пассивный, не требующий источников питания, приемоответчик на ПАВ с малыми габаритами, который предоставляет возможность дистанционного считывания информации о температуре и влажности воздуха неограниченное число раз, в автоматическом режиме (патент РФ на изобретение №2485676, МПК H03H 9/42, G01W 1/02, опубликовано 20.06.2013 г.).
Недостатком данного технического решения является небольшой радиус действия устройства (несколько метров), обусловленный слабым излучением приемопередатчика, являющегося пассивным устройством, что требует размещения сканирующего устройства непосредственно вблизи приемопередатчика, например, в теплице или погребе. Следовательно, для подачи напряжения питания на электронные схемы сканирующего устройства требуется прокладка дополнительных проводов питания, поскольку источник питания не является автономным. К тому же данное устройство достаточно сложное и дорогое для использования в небольших теплицах на личных садовых участках и огородах, хранилищах сельскохозяйственной продукции (погребах, подпольях, подвалах домов), складских помещениях.
Также известно устройство для измерения параметров микроклимата, предназначенное, в частности, для измерения таких параметров микроклимата на рабочем месте человека, как температура и влажность. Известное устройство состоит, по меньшей мере, из двух измерительных головок с датчиками температуры и влажности, цифровым преобразователем, микропроцессором, аккумуляторной батареей и блока индикации. Оно снабжено радиомодулями для беспроводного подключения измерительных головок к блоку индикации через радиоканал. Устройство позволяет измерять и контролировать одновременно температуру и влажность воздуха в нескольких точках одним оператором, передавать данные по радиоканалу в блок индикации, запоминать измеренные данные в энергонезависимой памяти и индицировать их на экране блока индикации. Управление всем процессом измерения параметров микроклимата осуществляется внутри измерительной головки ее микропроцессором. Техническим решением данного известного устройства является возможность осуществлять контроль параметров микроклимата и максимально оптимизировать процесс измерения, что повышает производительность таких работ. Технический результат достигается за счет новой технологии управления процессом измерений, самими измерениями, первичной обработки результатов измерений параметров микроклимата и их сохранения в энергонезависимой памяти. Цифровая обработка сигналов, получаемых с датчиков микроклимата, повышает достоверность получаемых результатов. При этом каждая измерительная головка снабжена встроенным заряжаемым элементом питания, что позволяет организовать автономные измерения параметров микроклимата с управлением ходом измерений и передачей их результатов по беспроводному радиоканалу (патент РФ на полезную модель №104309, МПК G01K 7/00, опубликовано 10.05.2011 г.). Данное техническое решение является наиболее близким к заявленному техническому решению и принято за прототип заявленной полезной модели.
Недостатком данного технического решения является то, что электронные узлы измерительной головки и радиомодуля, предназначенного для подключения измерительной головки к блоку индикации, имеющие активные компоненты, постоянно находятся в активном режиме, при этом расходуется достаточно большое количество энергии от аккумуляторной батареи, что требует ее частой подзарядки. К тому же данное устройство достаточно сложное и дорогое для использования в небольших теплицах на личных садовых участках и огородах, хранилищах сельскохозяйственной продукции (погребах, подпольях, подвалах домов), складских помещениях.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание простого в использовании устройства для дистанционного контроля температуры и влажности воздуха, удобного для применения на небольших объектах и потребляющего меньшее количество энергии от батарей питания, что позволяет устройству работать дольше без смены батареек. Более конкретно, заявленная полезная модель решает задачу создания новой конструкции измерительной головки описанной в указанном выше прототипе с целью решения описанного технического недостатка прототипа и получения более высокого технического результата.
Решение указанной задачи достигается тем, что в заявленной полезной модели, состоящей из батареи питания, датчиков температуры и влажности, подключенных к усилителям постоянного тока, последовательно включенных формирователя оцифрованных данных, радиочастотного генератора-модулятора, выходного радиочастотного усилителя, передающей антенны, в отличие от прототипа в электронную схему устройства последовательно с батареей питания введен ключ на полевом транзисторе с возможностью автоматического включения и отключения напряжения питания устройства подачей управляющего напряжения на затвор транзистора.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение срока службы батареи питания устройства.
Более длительный срок службы батареи питания устройства достигается тем, что устройство находится во включенном состоянии лишь в течение короткого интервала времени, в котором производится измерение и передача данных по радиоканалу, а в течение более длительного интервала времени - в выключенном состоянии. Таким образом, большую часть времени устройство выключено и не потребляет электрическую энергию. Более высокая пригодность устройства для использования именно на небольших объектах достигается простотой процедуры измерения температуры и влажности воздуха, относительной дешевизной устройства, отсутствием специальных требований к техническим знаниям пользователя, отсутствием необходимости настройки устройства, простотой размещения устройства внутри объекта.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства.
Устройство для дистанционного контроля температуры и влажности воздуха состоит из единого блока, части которого находятся в конструктивном единстве и функциональной взаимосвязи. Устройство размещено внутри контролируемого объекта (например, теплицы, погреба или подполья) и передает значения температуры и влажности по радиоканалу.
Устройство содержит батарею питания 1, подключенную к электронным узлам через ключ на полевом транзисторе 2, резистор 3 и конденсатор 4, включенные в цепь затвора ключа на полевом транзисторе 2. Также устройство содержит датчик температуры 5 (термопару) и датчик влажности 6 (емкостный датчик влажности воздуха компании Honeywell), подключенные, соответственно, к входам усилителя постоянного тока 7 (УПТ1) и усилителя постоянного тока 8 (УПТ2), выходы которых подсоединены к сигнальным выводам формирователя оцифрованных данных 9 (далее микроконтроллер 9), представляющего собой микроконтроллер (микроконтроллер компании Atmel), стабилитрон 10, задающий уровень напряжения питания микроконтроллера 9, узел 11 быстрого разряда конденсатора, вход которого подключен к одному из управляющих выводов микроконтроллера 9, радиочастотный генератор-модулятор 12, модулирующий вход которого соединен с сигнальным выводом микроконтроллера 9, выходной радиочастотный усилитель 13, вход которого соединен с выходом радиочастотного генератора-модулятора 12, передающую антенну 14, подключенную к выходу выходного радиочастотного усилителя 13.
Устройство работает следующим образом. Введенный в цепь батареи питания 1 ключ на полевом транзисторе 2, открывается возрастающим напряжением на конденсаторе 4, заряжающемся через резистор 3, что обеспечивает подачу напряжения питания на электронные узлы устройства и его включение. Аналоговый сигнал с датчика температуры 5 усиливается усилителем постоянного тока 7 (аналоговый сигнал с датчика влажности 6 усиливается усилителем постоянного тока 8), поступает на один из сигнальных выводов микроконтроллера 9, в котором оцифровывается аналого-цифровым преобразователем (процессы измерения температуры и влажности разнесены во времени). Значение напряжения питания микроконтроллера 9 задается стабилитроном 10. На входе узла 11 быстрого разряда конденсатора, поддерживается низкий уровень напряжения с управляющего вывода микроконтроллера 9, удерживая биполярный n-p-n транзистор в закрытом состоянии, следовательно, разряд конденсатора 4 практически не происходит, что обеспечивает поддержание ключа на полевом транзисторе 2 в открытом состоянии и работу устройства. Оцифрованное значение умножается на нормирующий коэффициент, преобразующий измеренное значение напряжения в значение соответствующего параметра. Сформированное цифровое значение последовательно подается на выходной сигнальный вывод микроконтроллера 9. Причем, перед данной последовательностью импульсов данных добавляются биты служебной информации, содержащие стартовый бит и несколько бит идентификации параметра, указывающие, значение какого параметра передается - температуры или влажности. Длительность стартового импульса, импульсов идентификации параметра и импульсов значения параметра равна 0,1 мс. Данная сформированная последовательность импульсов поступает на модулирующий вход радиочастотного генератора-модулятора 12, где происходит модуляция сигнала несущей частоты 433,92 МГц сформированной последовательностью импульсов. Модулированные сигналы усиливаются выходным радиочастотным усилителем 13 и излучаются передающей антенной 14. Затем, после небольшой временной задержки, так же обрабатывается и передается цифровая последовательность, содержащая значение другого измеренного параметра - влажности. Данные сформированные последовательности импульсов многократно передаются в течение 300 мс. Затем, микроконтроллер 9 формирует напряжение высокого уровня на управляющем выводе, которое открывает биполярный транзистор узла 11 быстрого разряда конденсатора, что вызывает разряд конденсатора 4, закрытие ключа на полевом транзисторе 2 и отключение напряжения питания устройства. Затем напряжение на конденсаторе 4, заряжающемся через резистор 3, вновь начинает возрастать, что приводит к открыванию ключа на полевом транзисторе 2 через интервал времени 5 мин, определяемым значением постоянной времени RC. Таким образом, устройство находится во включенном состоянии 0,1% времени, потребляя минимальное количество энергии от батареи питания 1.