Многофункциональное устройство для экологических измерений
Полезная модель относится к системам анализа и контроля экологической обстановки на основе оперативного экспресс-анализа окружающей среды, включающем проверку радиационного фона, качества питьевой воды и пищевых продуктов на основе ионометрии, оценку уровня электромагнитного фона, Технической задачей решаемой заявленной полезной моделью является предложение компактного устройства, объединяющего в одном корпусе разнопрофильные средства контроля параметров окружающей среды, выполненных на единой аппаратной платформе. Для этой цели используют портативное, моноблочной конструкции, многофункциональное устройство экологических измерений, содержащее источник питания; устройство для отображения, измерительный модуль включающий средства измерения в виде блока радиационного контроля, схемы ионометрии с зондом и блока измерения электромагнитного фона, соединенных с блоком управления и обработки информации, дополнительного снабженного устройством ввода и выполненного с образованием единой программно-аппаратной платформы управления режимами измерений на основе управляющих сигналов устройства ввода, приема и обработки результатов измерений модуля измерений, их записи в память блока управления и обработки информации и вывода на устройство отображения информации. 6 з.п.ф, 1 ил.
ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Полезная модель относится к устройствам анализа и контроля экологической обстановки на основе оперативного экспресс-анализа окружающей среды, включающем проверку радиационного фона, качества питьевой воды и пищевых продуктов на основе ионометрии, оценку уровня электромагнитного фона и может быть использована, например, в пищевой промышленности для определения превышения предельно допустимого количества нитратов в продуктах, в сельском хозяйстве и любой иной хозяйственной деятельности человека.
Контроль состояния параметров окружающей среды обеспечивает экологическую безопасность, способствует предотвращению возникновения опасных ситуаций, техногенных аварий, террористических актов, содействует защите здоровья и жизни людей. Известны системы и методы контроля параметров окружающей среды, предназначенные для сбора, контроля, обработки, хранения, накопления и передачи информации, в том числе аппаратно-программные комплексы, предоставляющие возможность автоматизации указанных функций на основе новых информационных технологий.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному устройству, принятым за прототип, является решение системы автоматизированного мониторинга параметров окружающей среды, состоящей из пункта контроля, который содержит: источник питания, термостатированный блок, измерительный модуль включающий средства радиационного, химического, биологического контроля и измерений с датчиком несанкционированного доступа к блоку устройств, к которому подсоединяется устройство автоматического или автоматизированного пробоотбора. При этом, измерительный модуль средств радиационного, химического, биологического контроля соединен каналом связи с блоком управления, сбора и обработки информации и блоком отображения информации, с установленным на них специальным программным обеспечением, к которому подсоединен автоматизированный метеорологический комплект. Для обеспечения связи в блок устройств введено коммутационно-передающее устройство, а в пункт сбора введено коммутационно-принимающее устройство, пункт сбора соединен каналом связи с центральным пунктом сбора (патент на полезную модель RU 101208, приоритет от 10.08.2010). К числу недостатков данного решения относится его громоздкость и сложность перенастройки системы с учетом изменения территории контроля, невозможность осуществления экспресс-оценки экологического состояния окружающей среды.
Технической задачей решаемой заявленной полезной моделью является предложение компактного устройства, объединяющего в одном корпусе разнопрофильные средства контроля параметров окружающей среды, выполненных на единой аппаратной платформе.
При этом, технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью заключается в расширении спектра определяемых параметров в сочетании с высокой скоростью обеспечения экспресс диагностики экологической ситуации на измеряемой территории и повышении комфортности эксплуатации.
Для достижения указанного технического результата предлагается многофункциональное устройство экологических измерений, содержащее источник питания; устройство для отображения информации, измерительный модуль включающий средство измерения в виде блока радиационного контроля, соединенные по каналам связи с блоком управления и обработки информации с установленным на нем специализированным программным обеспечением. При этом, заявленное решение отличается от прототипа тем, что устройство выполнено портативным, моноблочной конструкции с размещением в едином компактном корпусе, а измерительный модуль дополнительно снабжен средствами измерений в виде схемы ионометрии с зондом и блоком измерения электромагнитного фона, соединенных с блоком управления и обработки информации, дополнительного снабженного устройством ввода и выполненного с образованием единой программно-аппаратной платформы управления режимами измерений на основе управляющих сигналов устройства ввода, приема и обработки результатов измерений модуля измерений, их записи в память блока управления и обработки информации и вывода на устройство отображения информации.
Многофункциональное устройство для экологических измерений может быть дополнительно снабжено блоком сигнализации, выполненным соединенным с блоком управления и обработки информации и позволяющими осуществлять дополнительный контроль превышения максимально допустимых пороговых значений измеряемых значений.
Кроем того, устройство может дополнительно содержать узлы соединения, выполненные с обеспечением возможности подключения внешних съемных устройств записи, а также средств телекоммуникации и/или вывода результатов на печать.
В качестве блока отображения многофункциональное устройство для экологических измерений может содержать дисплей, а устройства ввода- клавиатуру. При этом, в одном из вариантов исполнения решения дисплей может быть выполнен сенсорным, с экранной клавиатурой, с обеспечением возможности функционального объединения устройства ввода и блока отображения информации.
Устройство ввода и/или блок отображения информации могут быть снабжены программно-аппаратными средствами выбора одного или нескольких текущих средств измерения. Кроме того, устройство ввода или блок отображения информации могут быть снабжены программно-аппаратными средствами выбора непрерывного режима измерений радиационного фона и/или электромагнитного фона.
Сущность полезной модели раскрывается в приведенном ниже примере реализации и иллюстрируется чертежом, представленном на Фигуре, на котором изображена структурная схема устройства. Данное решение описывает частную реализацию устройства в соответствии с полезной моделью и не является исчерпывающим описанием возможных реализаций устройства согласно полезной модели.
Многофункциональное устройство для экологических измерений, согласно полезной модели представляет собой моноблочное, портативное, компактное измерительное устройство, предназначенное для индивидуального использования при различного рода экологических измерениях и проведения экспресс-оценки экологического состояния окружающей среды.
На Фигуре показана структурная схема устройства, согласно полезной модели, которое содержит источник 1 питания, блок 2 отображения информации, выполненный в виде дисплея и устройство 3 ввода, в качеств которого используется клавиатура, соединенные с блоком 4 управления и обработки информации, выполненным в виде микроконтроллера, входы-выходы которого соединены с входами/выходами средств измерения модуля 5 измерений, а именно, схемы 6 ионометрии, блока 7 радиационного контроля и блока 8 измерения электромагнитного фона. Схема 6 ионометрии дополнительно содержит измерительный зонд (на Фигуре не показан), а блок 7 радиационного контроля и блок 8 измерения электромагнитного фона могут быть выполнены на базе любого известного из уровня техники датчиков используемых в составе конструкций портативных приборов..
К одному из входов блока 4 управления и обработки информации подсоединен блок 9 сигнализации, выполненный например, в виде звукового излучателя, любого известного из уровня техники типа, используемого для звукового оповещения в компактных измерительных приборах.
В качестве источника 1 питания в данном устройстве могут быть использованы батарейки, например, алкалиновые, щелочные, литиевые или любые другие не заряжаемые с номинальным напряжением от 1,2 до 1,5 В, или аккумуляторы, например, никель-металлогидридные или никель-кадмиевые. Количество батареек или аккумуляторов выбирается из условия обеспечения напряжения 3,3 В. В качестве варианта исполнения, возможна подзарядка аккумуляторов от внешнего источника, подключаемого через разъем USB узла соединения.
Микроконтроллер блока 4 управления и обработки информации производит обработку команд пользователя по заданной программе и обеспечивает выполнение алгоритма работы устройства: управление дисплеем, сканирование клавиатуры, управление звуковым излучателем, управление измерениями, процесс измерения и математические методы обработки при измерении электромагнитного и/или радиационного фона, а также результатов ионометрии; управление графическим интерфейсом пользователя, сохранение результатов в памяти микроконтроллера или во внешней памяти, вывод результатов в понятной для пользователя форме. Микроконтроллер функционально соединен со всеми устройствами в приборе и может быть выполнен, например на базе следующих контроллеров: STM8S105, STM8L151, АТ89С51, ATMega168, ATMega328, ATMega128 и т.д.
Дисплей, используемый в конструкции устройства согласно полезной модели, в качестве устройства отображения информации, предназначен для отображения текстовой и графической информации в удобной для восприятия пользователем форме и может быть выполнен, например, на основе OEL дисплей-модуля UG6028GDEBF01 (Univision Technology Inc, Тайвань).
Устройство ввода, выполненное в виде клавиатуры, с помощью которой осуществляют управление устройством и навигацию по меню, может быть выполнено по любой известной из уровня техники технологии, например в виде кнопочной клавиатуры (например, DTSL62), пленочной мембранной клавиатуры, резиновой клавиатуры, а также в виде экранной клавиатуры, выполненной на базе сенсорного дисплея.
Устройство согласно полезной модели работает следующим образом.
При включении прибора, источник питания обеспечивает энергией все элементы устройства. При этом на экране дисплея из блока памяти блока (не показана на Фигуре) управления и обработки информации выводится экранное меню выбора вида измерений, с обеспечением возможности выбора одного или нескольких видов измерений сразу, а также режима измерений, включающий, в том числе, возможность выбора непрерывных фоновых измерений радиационного и/или электромагнитного фона.
Кроме выбора вида измерений пользователь, с помощью устройства ввода, может произвести настройку параметров интерфейса, параметров измерений, параметров отображения результатов или посмотреть предыдущие результаты измерений, хранящиеся в блоке памяти блока управлении и обработки информации.
При подтвержденном выборе с помощью устройства ввода вида и параметров текущего измерения, осуществляют инициализацию соответствующего программного обеспечения и схем измерений на основе управляющего сигнала переданного от устройства ввода п на блок управления и обработки информации. Блок управления и обработки принимает данные от средств измерений модуля измерений, осуществляет их обработку в соответствии с предустановленными параметрами и осуществляет вывод результирующей информации результатов измерений на экран дисплея блока отображения информации. В течение всего процесса выбора режима измерений, и отображения результатов блок управления и обработки информации осуществляет информационное сопровождение в виде выводимых на экран дисплея текстовых и/или графических контекстных подсказок пользователю соответствующих виду измерений и текущим результатам выбранного вида измерений.
Измерение электромагнитного фона может осуществляться непрерывно, а измерение радиационного фона с интервалом 10-20 секунд.
При этом, возможно непрерывное отображение результатов измерения электромагнитного фона и радиационного фона при нахождении в меню или в любом режиме измерений. Для этого на экране могут быть выделены фиксированные области.
В режиме ионометрии устройство работает следующим образом. Напряжение от источника питания поступает на вход схемы ионометрии и дополнительно контролируется микроконтроллером, который передает на схему ионометрии управляющий сигнал и генерирует переменное напряжение амплитудой определяемой схемой ионометрии и частотой определяемой микроконтроллером. Одновременно, микроконтроллер передает управляющий сигнал на осуществление измерения без погружения зонда в измеряемую среду и запоминает полученный уровень сигнала. Затем аналогично формируется управляющий сигнал на осуществление измерений при зонде погруженном в измеряемую среду. Полученный в результате данных измерений уровень сигнала также запоминается микроконтроллером. Микроконтроллер осуществляет обработку полученных результатов измерений и на основе показаний измерений без погружения зонда в измеряемую среду и в погруженном состоянии вычисляет уровень ионов в измеряемой среде и определяет уровень содержания в ней нитратов. При этом, результаты измерений отображаются на дисплее в виде содержания ионов (нитратов) в единицах мг/кг или мкг/кг, а также в виде простого текста.
Режим измерения, например, радиационного фона осуществляется следующим образом. Напряжение от источника питания поступает на схему радиационных измерений, где формируют требуемое для обеспечения работоспособности датчика измерений напряжение. По управляющему сигналу от микроконтроллера, после соответствующего выбора пункта меню пользователем, осуществляется инициализация схемы радиационных измерений и датчик обнаруживает частицы ионизирующего бета и гамма излучения, детектирует полученный импульсный сигнал и передает его в виде цифрового логического сигнала на микроконтроллер. Микроконтроллер производит подсчет числа срабатываний датчика за единицу времени и расчет на основе этого уровня радиационного фона. Результаты отображаются на дисплее в выбранных в режиме меню единицах измерения и на звуковом излучателе в случае превышения установленного пользователем порога. Кроме того, каждый факт срабатывания отображается щелчком на звуковом излучателе. Все перечисленные звуковые сигналы в режиме меню могут быть опционально отключены. Кроме звукового сигнала каждое срабатывание датчика отображается на дисплее. Помимо перечисленного на дисплее отображается уровень радиационного фона в виде простой надписи.
Таким образом, решение многофункционального устройства согласно заявленной полезной модели, за счет использования микроконтроллера в качестве единой программно-аппаратной платформы управления средствами измерения, выполненной с обеспечением возможности осуществления обработки информации полученных измерений и их хранения в памяти микроконтроллера, позволяет осуществить компактное устройство, объединяющее в одном корпусе разнопрофильные средства контроля параметров окружающей среды в широком спектре определяемых параметров в сочетании с высокой скоростью обеспечения экспресс диагностики экологической ситуации на измеряемой территории, в том числе в удаленных районах.
1. Многофункциональное устройство экологических измерений, содержащее источник питания; устройство для отображения информации, измерительный модуль, включающий средство измерения в виде блока радиационного контроля, соединенные по каналам связи с блоком управления и обработки информации с установленным на нем специализированным программным обеспечением, отличающееся тем, что устройство выполнено портативным, моноблочной конструкции с размещением в едином компактном корпусе, а измерительный модуль дополнительно снабжен средствами измерений в виде схемы ионометрии с зондом и блоком измерения электромагнитного фона, соединенных с блоком управления и обработки информации, дополнительного снабженного устройством ввода и выполненного с образованием единой программно-аппаратной платформы управления режимами измерений на основе управляющих сигналов устройства ввода, приема и обработки результатов измерений модуля измерений, их записи в память блока управления и обработки информации и вывода на устройство отображения информации.
2. Многофункциональное устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно снабжено блоком сигнализации, соединенным с блоком управления и обработки информации.
3. Многофункциональное устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит узлы соединения, выполненные с обеспечением возможности подключения внешних съемных устройств записи, а также средств телекоммуникации и/или вывода результатов измерений на печать.
4. Многофункциональное устройство по п.1, отличающееся тем, что блок отображения информации содержит дисплей, а устройство ввода клавиатуру.
5. Многофункциональное устройство по п.4, отличающееся тем, что дисплей выполнен сенсорным и содержит экранную клавиатуру.
6. Многофункциональное устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что устройство ввода и/или блок отображения информации снабжены программно-аппаратными средствами выбора одного или нескольких текущих средств измерения.
7. Многофункциональное устройство по п.6, отличающееся тем, что устройство ввода и/или блок отображения информации снабжены программно-аппаратными средствами выбора непрерывного режима измерений радиационного фона и/или электромагнитного фона.
