Устройство для дистанционного мониторинга окружающей среды на основе технологии беспроводных сенсорных сетей

Авторы патента:

Полезная модель относится к средствам сбора, обработки и передачи данных от датчиков и предназначена для мониторинга окружающей среды на основе технологии беспроводных сенсорных сетей, в частности для непрерывного контроля температуры, влажности, освещенности в атмосфере, жилых и производственных помещениях.

Технической задачей, на решение которой направлена предложенная полезная модель, является улучшение технических характеристик устройства, включающих, возможность работы в составе беспроводной сенсорной сети стандарта IEEE 802.15.4, программную настройку и конструктивную адаптацию, уменьшение энергопотребления и габаритов с целью снижения стоимости и повышения надежности сбора, обработки и передачи данных о состоянии окружающей среды

Устройство для дистанционного мониторинга окружающей среды на основе технологии беспроводных сенсорных сетей, содержащее, по меньшей мере, один метеодатчик, блок световой сигнализации, систему управления, интерфейсное устройство соединения с персональным компьютером, согласно предложенной полезной модели, дополнительно снабжено блоком электропитания, сменным программируемым модулем, включающим микроконтроллер, внешнюю память и приемопередатчик, который соединен с блоком интерфейсов, блок интерфейсов соединен с выходом, по меньшей мере, одного метеодатчика, с интерфейсным устройством соединения с персональным компьютером и блоком электропитания.

Кроме того, сменный программируемый модуль содержит приемопередатчик, совместимый со стандартом IEEE 802.15.4 для работы в составе беспроводной сенсорной сети, и микроконтроллер снабжен программным обеспечением, обеспечивающим совместимость микроконтроллера со стандартом IEEE 802.15.4 для работы в составе беспроводной сенсорной сети, что позволяет быстро функционально адаптировать заявляемое устройство под требования потребителя и снизить его стоимость.

Кроме того, блок интерфейсов содержит интерфейсы сопряжения I²С, SPI, UART, а также устройство световой индикации и программируемую систему управления, которые соединены с интерфейсным устройством сопряжения, что делает устройство более универсальным.

Кроме того, блок электропитания содержит блок распределения источников питания, блок автономного питания, выход которого соединен с входом блока распределения источников питания, блок внешнего питания, выход которого через преобразующее и стабилизирующее устройство соединен с входом блока распределения источников питания, выход которого является выходом блока электропитания, что улучшает технические характеристики устройства и позволяет его использовать, как в автономном, так и в стационарном режимах.

Кроме того, сменный программируемый модуль, блок интерфейсов и блок электропитания выполнены на печатной плате с габаритными размерами: длина от 50 мм до 150 мм, ширина от 25 мм до 75 мм, что позволяет повысить надежность, быстро адаптировать конструкцию для использования в составе других устройств.

Технический результат, который достигается осуществлением всей заявляемой совокупностью существенных признаков, заключается в создании универсальной, программно-аппаратной платформы для реализации широкого круга приложений на основе технологии беспроводных сенсорных сетей стандарта 802.15.4., обладающей следующими преимуществами: быстрая функциональная и конструктивная адаптация к требованиям заказчика, работа от 2-х батарей типа АА до 2-х лет, компактные габариты, интеграция со всеми популярными COST сенсорами, сокращение сроков (до 3х месяцев) и затрат на разработку новых решений, низкая стоимость.

Известна, сенсорная сеть с устройством, включающим сенсор для сбора данных с датчиков (международная заявка WO 2009/010902, МПК H04W 84/18, опубл. 22.01.2009 г.).

Недостатки известного устройства заключаются в его применении только в качестве оконечного устройства, что предполагает для организации сенсорной сети сбора данных использование дополнительных устройств, что повышает стоимость сети.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для дистанционного мониторинга окружающей среды, содержащее химические сенсоры и метеодатчики, усилительно-преобразующие устройства, информационное табло, устройство сигнализации, таймер, систему управления, а также блок координатометрирования и ЭВМ. (Патент РФ 81576, МПК G01N 27/12, опубл. 20.03.2009 г.).

Недостатком устройства является невозможность работы устройства в составе беспроводной сенсорной сети.

Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для дистанционного мониторинга окружающей среды на основе технологии беспроводных сенсорных сетей, содержащее, по меньшей мере, один метеодатчик, блок световой сигнализации, систему управления, интерфейсное устройство соединения с персональным компьютером, согласно предложенной полезной модели, дополнительно снабжено блоком электропитания, сменным программируемым модулем, включающим микроконтроллер, внешнюю память и приемопередатчик, который соединен с блоком интерфейсов, блок интерфейсов соединен с выходом, по меньшей мере, одного метеодатчика, с интерфейсным устройством соединения с персональным компьютером и блоком электропитания.

Технический результат, который достигается осуществлением всей заявляемой совокупностью существенных признаков, заключается в создании универсальной, программно-аппаратной платформы для реализации широкого круга приложений на основе технологии беспроводных сенсорных сетей стандарта 802.15.4., обладающей следующими преимуществами: быстрая функциональная и конструктивная адаптация к требованиям потребителя, работа от 2-х батарей типа АА до 2-х лет, компактные габариты, интеграция со всеми популярными COST сенсорами, сокращение сроков (до 3х месяцев) и затрат на разработку новых решений, низкая стоимость.

Сущность полезной модели поясняется блок-схемой, представленной на фиг.1.

Устройство для дистанционного мониторинга окружающей среды разработано на основе технологии беспроводных сенсорных сетей. Устройство содержит, по меньшей мере, один метеодатчик 1, устройство световой сигнализации 2 и систему управления 3, сменный программируемый модуль 4, включающий микроконтроллер 5, внешнюю память 6 и приемопередатчик 7, соединенный с блоком интерфейсов 8, который соединен с выходом, по меньшей мере, одного метеодатчика 1, с интерфейсным устройством соединения с персональным компьютером 9, а также блоком электропитания 10.

Сменный программируемый модуль 4 включает приемопередатчик 7, совместимый со стандартом IEEE 802.15.4 для работы в составе беспроводной сенсорной сети.

Блок интерфейсов 8 содержит интерфейсы сопряжения I²С 11, SPI 12, UART 13, а также блок световой сигнализации 2 и программируемую систему управления 3, которые соединены с интерфейсным устройством сопряжения 14.

Блок электропитания 10 содержит блок автономного питания 15, выход которого соединен с входом блока распределения источников питания 16, блока внешнего питания 17, выход которого через преобразующее и стабилизирующее устройство 18 соединен с входом блока распределения источников питания 16, выход которого является выходом блока электропитания 10.

Сменный программируемый модуль 4, блок интерфейсов 8 и блок электропитания 10 конструктивно выполнены на печатной плате с габаритными размерами: длина от 50 мм до 150 мм, ширина от 25 мм до 75 мм. Предложенный интервал габаритных размеров печатной платы обеспечивает достижение заявляемого технического результата, а именно позволяет повысить надежность, быстро адаптировать конструкцию для использования в составе других устройств

Устройство для дистанционного мониторинга окружающей среды на основе технологии беспроводных сенсорных сетей работает следующим образом.

Сигнал с метеодатчика 1, через блок интерфейсов 8 поступает на сменный программируемый модуль 4, микроконтроллер 5 которого через определенные отрезки времени по интерфейсу сопряжения 14 интерфейсного блока 8 считывает данные с метеодатчиков 1, обрабатывает и сохраняет их во внешней памяти 6. Приемопередатчик 7 принимает сигналы из беспроводной сенсорной сети, передает их в цифровом виде на микроконтроллер 5, который анализирует полученные данные, считывает из внешней памяти 6 сохраненную информацию и отправляет ее на приемопередатчик 7 для передачи в сеть. В случае, если происходит превышение измеренного значения метеопараметра выше предельно допустимого, то микроконтроллер 5 включает блок световой сигнализации 2 и, не ожидая сигнала запроса из беспроводной сенсорной сети, передает данные на приемопередатчик 5 для передачи в беспроводную сенсорную сеть.

Данное устройство позволяет улучшить эксплуатационные характеристики, заключающиеся в том, что имеет низкое энергопотребление, высокое быстродействие, так как сигналы с метеодатчиков в реальном масштабе времени поступают на обработку в микроконтроллер. За счет универсализации и возможности автономной работы устройство позволяет работать с различными типами метеодатчиков без изменения своей структуры и в составе сенсорной сети может осуществлять дистанционный мониторинг в труднодоступных местах.

1. Устройство для дистанционного мониторинга окружающей среды на основе технологии беспроводных сенсорных сетей, содержащее, по меньшей мере, один метеодатчик, блок световой сигнализации, систему управления, интерфейсное устройство соединения с персональным компьютером, отличающееся тем, что дополнительно снабжено блоком электропитания, сменным программируемым модулем, включающим микроконтроллер, внешнюю память и приемопередатчик, который соединен с блоком интерфейсов, блок интерфейсов соединен с выходом, по меньшей мере, одного метеодатчика, с интерфейсным устройством соединения с персональным компьютером и блоком электропитания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сменный программируемый модуль содержит приемопередатчик, совместимый со стандартом IEEE 802.15.4 для работы в составе беспроводной сенсорной сети.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что микроконтроллер снабжен программным обеспечением, обеспечивающим совместимость микроконтроллера со стандартом IEEE 802.15.4 для работы в составе беспроводной сенсорной сети.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок интерфейсов содержит интерфейсы сопряжения I²С, SPI, UART, а также устройство световой индикации и программируемую систему управления, которые соединены с интерфейсным устройством сопряжения.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок электропитания содержит блок распределения источников питания, блок автономного питания, выход которого соединен с входом блока распределения источников питания, блок внешнего питания, выход которого через преобразующее и стабилизирующее устройство соединен с входом блока распределения источников питания, выход которого является выходом блока электропитания.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сменный программируемый модуль, блок интерфейсов и блок электропитания выполнены на печатной плате с габаритными размерами: длина от 50 до 150 мм, ширина от 25 до 75 мм.

Полезная модель относится к медицине, а именно к системам мониторинга дыхательных газов пациента, предназначенных для использования в случаях подключения пациента к аппарату искусственного кровообращения (АПК)