Устройство сбора данных о параметрах окружающей среды

Заявленная полезная модель относится к устройствам для передачи сигналов с использованием беспроволочной электрической связи и может быть использовано для сбора и обработки данных о физических параметрах окружающей среды. Техническим результатом, который может быть получен в заявленной полезной модели, является создание устройство сбора данных о параметрах окружающей среды обеспечивающей сбор данных в рабочей зоне и зоне дыхания оператора. Устройство сбора данных о параметрах окружающей среды, содержащее винтовую стойку и измерительный блок, при этом измерительный блок включает размещенные на корпусе измеритель параметров окружающей среды, соединенный с ним микроконтроллер, который соединен с устройством приема и передачи данных, энергонезависимой памятью и источником питания, а винтовая стойка выполнена в виде опорной треноги, в верхней части которой установлена резьбовая втулка с вертикально ориентированной осью, в которую ввинчен резьбовой стержень, с верхним концом которого шарнирно, с возможностью фиксации, соединена прямоугольная пластина, па которой установлен указанный корпус, а с резьбовым стержнем одним концом соединена цилиндрическая рукоятка, ось которой перпендикулярна оси резьбового стержня, а на другом конце указанной рукоятки установлен наконечник из полимерного материала.

Область применения

Заявленная полочная модель относится к устройствам для передачи сигналов с использованием беспроволочной электрической связи и может быть использовано для сбора и обработки данных о физических параметрах окружающей среды.

Предшествующий уровень техники

Известна, выбранная в качестве ближайшего аналога беспроводная система сбора данных, содержащая базовую станцию, связанную с персональным компьютером по последовательному или параллельному интерфейсу, мобильные узлы, снабженные датчиками определения параметров окружающей среды и средствами беспроводной передачи данных между мобильными узлами и базовой станцией, при этом система снабжена, по меньшей мере тремя стационарными узлами, каждый из которых снабжен датчиками определения параметров окружающей среды (измерителем параметров окружающей среды), управляющим микроконтроллером, связанным с радиочастотным модулем и включающим аналого-цифровой преобразователь непрерывных сигналов вышеупомянутых датчиков, таймеры-счетчики дискретных сигналов вышеупомянутых датчиков, встроенную энергонезависимую память, при этом мобильные узлы выполнены как стационарные и снабжены блоком определения координат своего текущего местоположения, а базовая станция снабжена управляющим микроконтроллером, связанным с радиочастотным модулем связи, корпус стационарного узла снабжен элементами крепления, выполненными с возможностью крепления на поверхность, в частности на стену и/или на DIN-рейку, что обеспечивает быстрое монтирование узла в заданном месте (публикация RU 117222U1. кл. МПК G08C 17/02, опубл. 20.06.2012 Бюл. 17).

В известной системе стационарные узлы могут крепиться к какой-либо поверхности в удобных местах, например, на стенах, колоннах, щитах и т.д. Однако такое крепление далеко не всегда дает представление о реальных параметрах окружающей среды в рабочей зоне, ввиду большой удаленности от оператора. В соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» отбор проб должен проводится в зоне дыхания, а под «зоной дыхания» в том же стандарте понимается пространство в радиусе 50 см от лица работающего. А в соответствии с ГОСТ 12.1.050-86 «Методы измерения шума на рабочих местах», измерения уровня шума в фиксированной точке проводят, сели положение головы оператора известно точно. При этом микрофон устанавливают на расстоянии приблизительно 0,1 м от уха и ориентируют в направлении взгляда оператора.

Таким образом, недостатком известной системы является то, что она не всегда способна обеспечить сбор данных в рабочей зоне и зоне дыхания оператора.

Раскрытие полезной модели

Техническим результатом, который может быть получен в заявленной полезной модели, является создание устройство сбора данных о параметрах окружающей среды обеспечивающей сбор данных в рабочей зоне и зоне дыхания оператора.

Технический результат достигается тем, что устройство сбора данных о параметрах окружающей среды содержит винтовую стойку и измерительный блок, при этом измерительный блок включает размещенные на корпусе измеритель параметров окружающей среды, соединенный с ним микроконтроллер, который соединен с устройством приема и передачи данных, энергонезависимой памятью и источником питания, а винтован стойка выполнена в виде опорной треноги, в верхней части которой установлена резьбовая втулка с вертикально ориентированной осью, в которую ввинчен резьбовой стержень, с верхним концом которого шарнирно, с возможностью фиксации, соединена прямоугольная пластина, на которой установлен указанный корпус, а с резьбовым стержнем одним концом соединена цилиндрическая рукоятка, ось которой перпендикулярна оси резьбового стержня, а на другом конце указанной рукоятки установлен наконечник из полимерного материала.

А также тем, что винтовая стойка выполнена в виде опорной треноги, в верхней части которой установлена резьбовая втулка с вертикально ориентированной осью, в которую ввинчен резьбовой стержень, с верхним концом которого соединена указанная пластина.

А также чем, что измеритель параметров окружающей среды включает, по меньшей мере, один из следующих датчиков: датчик давления, датчик температуры, датчик влажности, датчик состава воздуха, датчик освещенности, датчик радиационного излучения, датчик запыленности, микрофон. GPS-приемник, часы реального времени.

А также тем, что корпус выполнен в виде диэлектрической пластины.

А также тем, что корпус выполнен в виде футляра, внутри которого размещены микроконтроллер, устройство приема и передачи данных, энергонезависимая память и источник питания, а датчик определения параметров окружающей среды выступает за пределы футляра.

А также тем, что источник питания соединен с устройством, аккумулирующим солнечную энергию, размещенным на верхней поверхности прямоугольной пластины.

А также тем, что источник питания соединен с ветрогенератором. размещенным на верхней поверхности прямоугольной пластины.

А также чем, что устройство приема и передачи данных связано с базовым устройством приема и передачи данных посредством проводов.

А также тем, что устройство приема и передачи данных связано с базовым устройством приема и передачи данных по беспроводному каналу связи.

А также тем, что длина цилиндрической рукоятки составляет 0,5 м.

Описание чертежей

Заявленное устройство сбора данных о параметрах окружающей среды поясняется при помощи чертежей представленных на фиг.1-5.

При этом на фиг.1 представлен общин вид устройства сбора данных о параметрах окружающей среды.

На фиг.2 показан вид снизу устройства сбора данных о параметрах окружающей среды.

На фиг.3 показан вид сверху устройства сбора данных о параметрах окружающей среды.

На фиг.4 показан вариант исполнения измерительного блока.

На фиг.5 показана верхняя чаем, винтовой стойки.

Осуществление полезной модели

Устройство сбора данных о параметрах окружающей среды содержит винтовую стойку и измерительный блок.

Измерительный блок, показанный на фиг.3, включает размещенные на корпусе 1 измеритель 2 параметров окружающей среды, соединенный с ним микроконтроллер 3, который соединен с устройством 4 приема и передачи данных, энергонезависимой памятью 5 и источником 6 питания.

Устройство 4 приема и передачи данных выполнено с возможностью взаимодействия с базовым устройством 11 приема и передачи данных базовой станции, которая представлена на фиг.3 и может быть выполнена в виде упомянутого базового устройства 11 приема и передачи данных соединенного с компьютером 12.

Измеритель 2 параметров окружающей среды включает, по меньшей мере, один из следующих датчиков: датчик давления, датчик температуры, датчик влажности, датчик состава воздуха, датчик освещенности, датчик радиационного излучения, датчик запыленности, микрофон, GPS-приемник, часы реального времени. Выбор одного или нескольких указанных датчиков зависит от необходимости контроля того или иного параметра окружающей среды и динамики изменения указанного параметра в пространстве с учетом реального времени. Следует помнить, что GPS-приемник и часы реального времени могут не быть использованы в составе измерителя 2. Это может быть связано с тем, что реальное время может фиксироваться компьютером 12 и посредством базового устройства 11 приема и передачи данных передаваться на микроконтроллер 3 через устройство 4 приема и передачи данных. А положение стационарного узла может быть изначально задано или определено с учетом времени прохождения сигнала от устройства 4 беспроводного приема и передачи данных до базового устройства 11 приема и передачи данных.

Те параметры, которые измеряют указанные датчики, влияют на уровень работоспособности оператора и на его физическое состояние. Кроме того, датчик состава воздуха и датчик радиационного излучения измеряют те параметры окружающей среды, которые в отдельных случаях могут представлять угрозу для жизни оператора.

Микроконтроллер 3 может быть выполнен, например, в виде микропроцессора Arduino Uno, Arduino Nano или Arduino LilyPad, а также в виде других микроконтроллеров, аналогичных указанным.

Устройство 4 приема и передачи данных и базовое устройство 11 беспроводного приема и передачи данных могут быть выполнены в виде модулей Zig-Bee. радиомодемов или проводных модемов. Кроме того, устройство 4 приема и передачи данных и базовое устройство 11 приема и передачи данных выполнены с возможностью взаимодействия между собой по беспроводному каналу связи или по проводам.

Энергонезависимая память 5 выполнена в виде флеш-карты, USB-флеш-накопителя, памяти EEPROM. Предпочтительно что бы память 5 являлась съемной памятью.

Источник 6 питания может быть выполнен в виде первичной батареи или в виде вторичной батареи.

Корпус 1 может быть выполнен и виде диэлектрической пластины.

В другом варианте исполнения, показанном на фиг.4, корпус 1 может быть выполнен в виде футляра, внутри которого размещены микроконтроллер 3, устройство 4 приема и передачи данных, энергонезависимая память 5 и источник 6 питания, а измеритель 2 параметров окружающей среды выступает за пределы футляра.

Винтовая стойка, показанная на фиг.1, выполнена в виде опорной треноги 10, в верхней части которой установлена резьбовая втулка 9 с вертикально ориентированной осью, в которую ввинчен резьбовой стержень 8. С верхним концом резьбовою стержня шарнирно. с возможностью фиксации, соединена горизонтально расположенная прямоугольная пластина 7, на которой установлен корпус.

Это шарнирное соединение, показанное на фиг.5, осуществляется за счет сферического шарнира выполненного в виде сферического наконечника 13 на конце резьбового стержня 8 и приемного седла 14, выполненного на прямоугольной пластине 7. Фиксация положения сферического шарнира осуществляется при помощи болта 15, ввинчивающегося в резьбовое отверстие в приемном седле 14 и упирающегося в сферический наконечник 13.

С резьбовым стержнем 8 одним концом соединена цилиндрическая рукоятка 16, ось которой перпендикулярна оси резьбового стержня 8. Рукоятка 16 может быть соединена с резьбовым стержнем при помощи сварки, или. что предпочтительней, при помощи резьбового соединения. На другом конце указанной рукоятки 16 установлен наконечник 17 из полимерного материала. Предпочтительно. что бы наконечник 17 был выполнен из пористой резины. На рукоятке 16 может быть нанесена миллиметровая шкала.

Дополнительно на верхней поверхности прямоугольной пластины 7 могут быть установлены устройство, аккумулирующее солнечную энергию, и/или ветрогенератор. соединенные с источником питания 6, если он выполнен в виде вторичной батареи. Во время длительной работы оператора устройство, аккумулирующее солнечную энергию, и ветрогенератор осуществляют зарядку источника питания при помощи световой энергии и ветров.

Заявленное устройство сбора данных о параметрах окружающей среды работает следующим образом.

Перед началом работы оператор устанавливает на рабочем месте устройство сбора данных о параметрах окружающей среды. Вращая резьбовой стержень 8 при помощи рукоятки 16, оператор поднимает пли опускает прямоугольную пластину 7 до тех пор. пока указанная пластина 7 не будет размещена на требуемой высоте.

Если измеритель 2 параметров окружающей среды включает, по меньшей мере, один из следующих датчиков: датчик давления, датчик температуры, датчик влажности, датчик состава воздуха, датчик освещенности, датчик радиационного излучения, датчик запыленности. GPS-приемник, часы реального времени, то следует располагать измеритель 2 параметров окружающей среды на расстоянии 0,5 м от носа оператора, в соответствии с требованием ГОСТ 12.1.005-88.

Для выполнения этого требования оператор вращает указанную рукоятку 16 до тех пор. пока измеритель 2 параметров окружающей среды не будет расположен на уровне лица оператора. Затем оператор перемещает винтовую стойку в горизонтальном направлении таким образом, что бы наконечник 17 касался носа. Далее оператор поворачивает рукоятку 16 на половину оборота резьбового стержня 8, что бы указанная рукоятка 16 не мешала выполнению работы оператора, и поворачивает прямоугольную пластину 7, шарнирно соединенную с резьбовым стержнем 8, в направлении своего лица, что бы измеритель 2 параметров окружающей среды был обращен в зону дыхания оператора. После чего оператор может сообщить оператору компьютера 12 о том, что устройство сбора данных о параметрах окружающей среды готово к работе и приступать к работе.

В том случае, если измеритель 2 параметров окружающей среды включает только микрофон или микрофон с любыми другими измерительными приборами, перечисленными выше, то в соответствии с требованием ГОСТ 12.1.050-86, измеритель 2 параметров окружающей среды следует располагать от уха оператора на расстоянии 0,1 м в направлении взгляда оператора. При этом следует соблюдать требование ГОСТ 12.1.005-88. касающееся расположения остальных датчиков в пространстве, расположенном в радиусе 0,5 м от лица оператора.

Для выполнения этих требований оператор вращает рукоятку 16 до тех пор, пока измеритель 2 параметров окружающей среды не будет расположен на уровне уха оператора. Затем оператор перемешает винтовую стойку в горизонтальном направлении таким образом, что бы она оказалась перед плечом оператора, соответствующим выбранному уху оператора. Кроме того, оператор устанавливает винтовую стойку так, что бы расстояние от уха оператора до измерителя 2 параметров окружающей среды было не более 0,1 м. Далее оператор поворачивает прямоугольную пластину 7, шарнирно соединенную с резьбовым стержнем 8, таким образом, что бы измеритель 2 параметров окружающей среды был обращен в направлении взгляда оператора. При этом измеритель 2 параметров окружающей среды будет расположен в пространстве, расположенном в радиусе 0,5 м от лица оператора. После чего оператор может сообщить оператору компьютера 12 о том, что устройство сбора данных о параметрах окружающей среды готово к работе и приступать к работе.

Также перед началом работы от компьютера 12 через базовое устройство 11 приема и передачи данных на устройство 4 приема и передачи данных направляется команда на начало работы измерительного блока. При этом компьютер 12 задает режим работы и режим передачи данных о параметрах окружающей среды и уровне шума. Режим работы может быть постоянным, когда измеритель 2 параметров окружающей среды постоянно регистрирует параметры окружающей среды, и дискретным, когда измеритель 2 параметров окружающей среды регистрирует параметры окружающей среды один раз в заданный период времени. Также и режим передачи данных о параметрах окружающей среды может быть постоянным, когда указанные данные передаются на компьютер 12 постоянно, и дискретным, когда указанные данные передаются на компьютер 12 одни раз в заданный период времени. Во время работы устройства сбора данных о параметрах окружающей среды компьютер 12 может передавать команду на измерительный блок об изменении режимов работы, например, на переход из постоянного режима работы в дискретный режим работы. Следует отметить, что упомянутые дискретные режимы работы являются энергосберегающими режимами, позволяющими экономить энергию источника 6 питания.

Устройство 4 приема и передачи данных, подучив команду на начало работы измерительного блока и команду на включение в заданном режиме работы, передает указанные команды на микроконтроллер 3.

Микроконтроллер 3 в заданном режиме работы подает электропитание от источника 6 питания на устройство 4 приема и передачи данных и измеритель 2 параметров окружающей среды.

Во время работы оператора, рядом с которым установлена винтовая стойка с измерительным блоком, измеритель 2 параметров окружающей среды регистрирует текущие значения параметров окружающей среды в заданном режиме работы. Текущие значения параметров окружающей среды от измерителя 2 параметров окружающей среды в виде аналоговых сигналов поступают на микроконтроллер 3.

Микроконтроллер 3 преобразует поступающие аналоговые сигналы в цифровые, и дает команду энергонезависимой памяти 5 на запись цифровых сигналов. При этом энергонезависимая память 5 вместе с цифровыми сигналами, содержащими данные о параметрах окружающей среды, записывает информацию о времени принятия аналоговых сигналов и о местоположении устройства сбора данных о параметрах окружающей среды, расположенного вблизи оператора.

Информация о времени принятия аналоговых сигналов может быть получена от часов реального времени, входящих в состав измерителя 2 параметров окружающей среды, либо (в том случае, если измеритель 2 параметров окружающей среды не содержит часов реального времени) получена от компьютера 12. передающего указанную информацию через базовое устройство 11 приема и передачи данных на устройство 4 приема и передачи данных, которое, в свою очередь, передает указанную информацию на микроконтроллер 3.

Информация о местоположении оператора может быть получена от GPS-приемника, входящею в состав измерителя 2 параметров окружающей среды. В том случае, если измеритель 2 параметров окружающей среды не содержит GPS-приемника, местоположение устройства сбора данных о параметрах окружающей среды, а вместе с ним и самого оператора, может быть определено микроконтроллером 3 по времени прохождения сигнала с известной скоростью от базового устройства 11 приема и передачи данных до устройства 4 приема и передачи данных и, по меньшей мере, от одного дополнительного стационарного устройства приема и передачи данных (на фиг.1-5 не показано) до устройства 4 приема и передачи данных. Имея информацию о скорости и времени прохождения сигнала, микроконтроллер вычисляет расстояние от базового устройства 11 приема и передачи данных до устройства 4 приема и передачи данных и расстояние от дополнительного стационарного устройства приема и передачи данных до устройства 4 приема и передачи данных. На основании вычисленных расстояний, микроконтроллер 3 определят местоположение оператора.

Кроме того, микроконтроллер 3. в зависимости от заданного режима работы, постоянно или периодически передает упомянутые выше цифровые сигналы на устройство 4 приема и передачи данных, которое передает эти сигналы па базовое устройство 11 приема и передачи данных. Затем базовое устройство 11 приема и передачи данных передает указанные сигналы па компьютер 12. При периодичной передаче данных на компьютер 12 используют пакеты данных, записных в энергонезависимой памяти 5. которое периодически посредством устройства 4 приема и передачи данных передает указанные пакеты на базовое устройство 11 приема и передачи данных и далее па компьютер 12.

Таким образом, за счет того, что измеритель параметров окружающей среды расположен на винтовой стойке, выполненной в виде опорной треноги, в верхней части которой установлена резьбовая втулка с вертикально ориентированной осью, в которую ввинчен резьбовой стержень, с верхним концом которого шарнирно, с возможностью фиксации, соединена прямоугольная пластина, на которой установлен указанный корпус, а с резьбовым стержнем одним концом соединена цилиндрическая рукоятка, ось которой перпендикулярна оси резьбового стержня, а на другом конце указанной рукоятки установлен наконечник из полимерного материала, при этом винтовая стойка свободно устанавливается в любую точку в зоне дыхания оператора, а также на расстоянии 0,1 м от уха оператора, устройство сбора данных о параметрах окружающей среды свободно обеспечивает сбор данных в рабочей зоне и зоне дыхания оператора.

1. Устройство сбора данных о параметрах окружающей среды, содержащее винтовую стойку и измерительный блок, при этом измерительный блок включает размещенные на корпусе измеритель параметров окружающей среды, соединенный с ним микроконтроллер, который соединен с устройством приема и передачи данных, энергонезависимой памятью и источником питания, а винтовая стойка выполнена в виде опорной треноги, в верхней части которой file:///eianoiuena резьбовая втулка с вертикально ориентированной осью, в которую ввинчен резьбовой стержень, с верхним концом которого шарнирно, с возможностью фиксации, соединена прямоугольная пластина, на которой установлен указанный корпус, а с резьбовым стержнем одним концом соединена цилиндрическая рукоятка, ось которой перпендикулярна оси резьбового стержня, а на другом конце указанной рукоятки установлен наконечник из полимерного материала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измеритель параметров окружающей среды включает, по меньшей мере, один из следующих датчиков: датчик давления, датчик температуры, датчик влажности, датчик состава воздуха, датчик освещенности, датчик радиационного излучения, датчик запыленности, микрофон, GPS-приемник, часы реального времени.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде диэлектрической пластины.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде футляра, внутри которого размещены микроконтроллер, устройство приема и передачи данных, энергонезависимая память и источник питания, а датчик определения параметров окружающей среды выступает за пределы футляра.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник питания соединен с устройством, аккумулирующим солнечную энергию, размещенным на верхней поверхности прямоугольной пластины.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник питания соединен с ветрогенератором, размещенным на верхней поверхности прямоугольной пластины.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство приема и передачи данных связано с базовым устройством приема и передачи данных посредством проводов.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство приема и передачи данных связано с базовым устройством приема и передачи данных по беспроводному каналу связи.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длина цилиндрической рукоятки составляет 0,5 м.

РИСУНКИ