BR202020020971U2 - Tampa inteligente autônoma para medição de nível e/ou qualidade de um líquido armazenado em um tanque contentor - Google Patents

Abstract

tampa inteligente autônoma para medição de nível e/ou qualidade de um líquido armazenado em um tanque contentor. tampa inteligente autônoma para tanques contentores de líquido que possui a capacidade de monitorar em lapsos de tempo pré-estabelecidos as variáveis correspondentes ao nível e/ou estado do líquido armazenado dentro do tanque contentor, transmitindo os dados correspondentes a um servidor remoto para que um usuário em conexão com o dito servidor e de maneira remota tenha a capacidade de verificar as ditas variáveis a partir de um dispositivo de comunicação móvel ou fixo.

Description

TAMPA INTELIGENTE AUTÔNOMA PARA MEDIÇÃO DE NÍVEL E/OU QUALIDADE DE UM LÍQUIDO ARMAZENADO EM UM TANQUE CONTENTOR CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente revelação pertence ao campo dos tanques contentores de líquido que utilizam dispositivos independentes para a medição do nível do líquido contido, assim como a qualidade dele, os quais devem se adaptar ao tanque contentor para medir o nível/qualidade de líquido armazenado no mesmo. Em particular, a presente revelação refere-se a uma tampa inteligente para tanques contentores de líquido que mede periodicamente a qualidade e/ou nível do líquido armazenado no tanque contentor, para remotamente exibir dita informação mediante uma interface gráfica em um dispositivo móvel através de uma rede celular de baixa potência e grande alcance.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] No passado, a verificação do nível e/ou da qualidade de líquido contido em tanques contentores se realizava habitualmente através da verificação visual. De modo que um usuário tinha que realizar a dita verificação subindo até a parte mais alta da edificação em que comumente os ditos tanques são instalados. Esse processo manual é frequentemente impreciso, uma vez que depende principalmente do entorno de luz para levar a cabo a inspeção visual.

[0003] Atualmente existe uma grande variedade de dispositivos que cumprem a função de medir o nível de líquido dentro de um contentor ou tanque de armazenamento, seja para seu uso industrial ou doméstico. Esse tipo de dispositivo pode ser tão simples como implementar sensores distribuídos dentro do contentor a diferentes longitudes do fundo, ou tão elaborados como a implementação de sistemas que contam com tecnologia especializada para recolher, armazenar e transmitir informação de vários contentores. Dispositivos de transmissão de informação como a tecnologia Bluetooth também são utilizados para compartilhar a informação recolhida. Algumas outras tecnologias de medição de nível são descritas a seguir:

NÍVEL POR TRANSPARÊNCIA

[0004] Nesta tecnologia, o líquido se desloca entre dois cristais transparentes permitindo uma visualização da interface e, em consequência, uma indicação evidente do nível. Os indicadores de cristais transparentes estão disponíveis em versões de dupla janela para a faixa até PN 100 e constituem a solução idônea para aplicações de vapor com pressões superiores a 35 bar. Nesse caso, são utilizados cristais mica para a proteção contra a água da caldeira. Também são aplicáveis em várias aplicações, por exemplo, para o monitoramento de interface. Para melhorar a visibilidade, esses indicadores podem ser equipados com uma iluminação de fundo.

NÍVEL POR REFLEXO

[0005] O princípio fundamental do cristal indicador reflex se baseia no reflexo da luz exterior. Na fase de vapor ou de gás, a luz se reflete nas ranhuras prismáticas para conseguir uma indicação clara. Na fase de líquido, a luz é absorvida produzindo um contraste escuro. Os indicadores reflex estão disponíveis em execuções com caixa para a pressão até PN25 e com tampa para a pressão até PN100. Existem versões mais idôneas e econômicas para aplicações de vapor até 35 bar que apresentam várias aplicações na indústria de processamento.

O MÉTODO BYPASS

[0006] Um flutuador situado em um tubo Bypass se desloca com o nível do líquido. O sistema magnético localizado na altura do flutuador atua com seu campo magnético simultaneamente sobre o indicador de rolos, sobre os elementos de interrupção e de medição.

TRANSMISSOR DE NÍVEL

[0007] Os sensores funcionam mediante flutuadores com transmissão magnética. O sistema magnético do flutuador atua sobre uma cadeia de resistências, que corresponde a uma conexão de interrupção potenciométrica. A resistência é proporcional à altura de nível. A cadeia de resistências é montada em um circuito formado por um conjunto de Reed/resistência. O sinal varia em intervalos pequenos de 5 a 18 mm.

[0008] Flutuador magnético que consiste em um flutuador com ímã incorporado, o qual é transladado com o nível, montado em um tubo com um ou vários contatos Reed incorporados. O ímã atua sobre os contatos nas posições de interrupção previamente configuradas, permitindo o monitoramento de distintos níveis. O princípio de funcionamento simples e comprovado permite um amplo espectro de aplicações. Além disso, cumpre sua função sem efeitos de bolhas, condutividade, dieletricidade, pressão, vácuo, temperatura, vapor, condensação, bolhas, ebulição e vibrações.

[0009] Todos os sistemas convencionais para a medição de nível são compostos por dispositivos localizados sobre o corpo do contentor ou da tampa do mesmo, diferentemente da presente revelação em que os elementos de medição, armazenamento de energia elétrica para seu funcionamento e transmissão se localizam dentro da própria tampa.

[0010] Adicionalmente, há atualmente algumas propostas de tampas medidoras de nível; por exemplo, o pedido de patente DE102007057211A1 que descreve um monitor para estabelecer o nível de preenchimento de um recipiente, com uma tampa, um sensor, uma unidade de avaliação, um fornecimento de energia e um transmissor, todos integrados à tampa. O sensor tem uma ação de ultrassom, laser ou radar. A unidade de avaliação tem uma memória para valores medidos e/ou dados históricos e uma memória programável. A dita patente revela uma tampa que tem integrada uma variedade de elementos para medir, armazenar e transmitir a informação recolhida, não obstante, diferentemente da presente revelação, não utiliza uma fonte de energia solar e não está configurada para contentores ou tanques de água industriais e caseiros.

[0011] Outro documento do estado da técnica é o modelo de utilidade chinês CN207472381U que descreve um dispositivo inteligente ultrassónico de máquina de moagem de arroz que compreende uma estrutura de grão de monitoramento ultrassónico de celeiro, a estrutura de monitoramento ultrassónico compreende uma sonda ultrassónica, um dispositivo de excitação de ondas ultrassónicas e dispositivo receptor de sinal ultrassónico e a estrutura de monitoramento ultrassónico pode ser desmontável da máquina automática de moagem de arroz. Diferentemente do presente pedido, o dito modelo de utilidade não pode medir o nível de líquido armazenado e requer uma lâmpada infravermelho que envia um sinal de erro e um dispositivo ultrassónico.

[0012] A patente dos Estados Unidos da América US 7.552.634 B2 descreve que, no caso dos dispositivos de medição existentes para determinar um nível de preenchimento ou nível limite quando estão essencialmente montados externamente no contentor e seus sensores, ou transdutores, se estendem até o interior do contentor, é gerada um problema se a forma do contentor é desfavorável, ou a posição de montagem do dispositivo de medição é desfavorável. Pelo que revela, um mecanismo de orientação que permite montar um dispositivo de medição da maneira desejada com referência à localização de medição ou a linha de medição requerida, com o que, inclusive no caso de condições de instalação desfavoráveis no contentor, é possível montar o dispositivo de medição do nível de preenchimento no contentor e apontar, tal que a linha de medição é perpendicular à superfície de um meio a detectar. O mecanismo de orientação permite o giro do dispositivo de medição ao mesmo tempo que proporciona uma vedação confiável do interior do contentor.

[0013] Por outro lado, a patente mexicana MX 343486 B se refere a um dispositivo para levar a cabo a medição do nível e volume de um líquido contido em um depósito mediante rajadas de sinais ultrassônicos, o qual tem a capacidade de fazer cálculos matemáticos mediante seu sistema de controle, o qual pode ser configurado para selecionar a forma do contentor e depois exibir em uma tela alfanumérica o nível e o volume do líquido, além de variáveis atmosféricas ao interior do contentor como temperatura, umidade. Essa patente mexicana não realiza a função de medir a qualidade do líquido. Consequentemente, a disposição e a função de seus elementos diferem completamente da tampa inteligente autônoma proposta na presente revelação.

[0014] Não obstante, nenhum dos documentos conhecidos revela uma tampa inteligente autônoma para tanques contentores de líquido que verifica o nível e/ou a qualidade do líquido armazenado no tanque contentor. Existe a necessidade de uma tampa inteligente para tanques contentores ou tinas de líquido que integre dentro da própria tampa os elementos requeridos para uma autonomia em seu funcionamento, assim como para o monitoramento remoto de parâmetros de nível e/ou qualidade do líquido, que supere todos os inconvenientes dos sistemas e dispositivos desenvolvidos no passado.

[0015] A presente invenção possui diversas características que a tornam completamente diferente dos dispositivos existentes. Como se descreverá posteriormente, a tampa inteligente autônoma para tanques contentores de líquido da invenção possui a capacidade de monitorar em lapsos de tempo pré-estabelecidos as variáveis correspondentes ao nível e/ou estado do líquido armazenado dentro do tanque contentor, transmitindo os dados correspondentes a um servidor remoto para que um usuário em conexão com o dito servidor e de maneira remota tenha a capacidade de verificar as ditas variáveis a partir de um dispositivo de comunicação móvel ou fixo.

OBJETIVOS E VANTAGENS DA INVENÇÃO

[0016] O objetivo principal da presente invenção é proporcionar uma tampa inteligente autônoma para tanques contentores de líquido para medir o nível do líquido contido, a qual não requer conexões de fios para sua alimentação de energia.

[0017] Um segundo objetivo da invenção é proporcionar uma tampa inteligente autônoma para tanques contentores de líquido que mede fatores referentes à qualidade do líquido contido.

[0018] Um terceiro objetivo da invenção é proporcionar uma tampa inteligente autônoma para tanques contentores de líquido que mede o nível e qualidade do líquido, a qual consiste em uma peça de forma e medidas convencionais às tampas utilizadas em tanques contentores coloquialmente conhecidos como tinas, cisternas, silos, tremonhas, etc., existentes no mercado.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0019] O presente desenvolvimento pretende contribuir com uma tampa inteligente autônoma para medir eletronicamente o nível e/ou a qualidade do líquido armazenado dentro de um tanque contentor coberto pela tampa inteligente através de um sensor de conteúdo de líquido, o qual preferencialmente consiste em um sensor ultrassônico que transmite um sinal ultrassônico e mede o período de tempo que o sinal leva para refletir-se no líquido contido dentro do tanque contentor. O sensor ultrassônico compreende um transmissor que se incumbe de transmitir o sinal ultrassônico (denominado no presente relatório descritivo como um sinal de medição de nível); e um receptor, o qual recebe o sinal de medição de nível refletido no líquido a medir.

[0020] Ademais, a tampa inteligente autônoma, através de pelo menos uma sonda ou sensores de medição, determina a qualidade/estado do líquido armazenado no tanque contentor, sejam parâmetros físicos como a turvação da água e/ou parâmetros químicos como o PH ou a cloração, sem limitação aos mesmos.

[0021] A tampa inteligente consiste em um corpo de plástico de uma peça, que compreende meios de fixação para acoplamento ao tanque contentor. A praticidade e configuração da dita tampa permite acoplar-se à abertura de qualquer tanque contentor, particularmente tinas e cisternas convencionais existentes no mercado.

[0022] Dessa maneira, a tampa possui um módulo eletrônico de medição de nível/qualidade de líquido que compreende um par de fontes de alimentação de energia, pelo menos uma célula fotovoltaica, uma bateria, uma unidade rastreadora de ponto de potência máxima (MPPT) projetada para extrair de maneira eficiente os microwatts (μW) a miliwatts (mW) de energia gerada a partir de pelo menos uma célula fotovoltaica; uma unidade de proteção e medição de carga de bateria que mantém em condições ideais a carga da bateria para o funcionamento da tampa inteligente; uma unidade de microcontrolador e memória que processa e armazena respectivamente uma lógica de controle, um sensor ultrassônico para medir o nível do líquido que consiste em uma unidade frontal analógica integrada (AFE) ultrassónica e um transdutor; pelo menos um sensor para medir a qualidade do líquido, uma unidade de radiofrequência que envia os dados relacionados a nível e/ou qualidade do líquido medidos pelos sensores a um servidor remoto (nuvem) através de uma rede celular LPWAN.

[0023] A lógica de controle, ao ser processada pela unidade de microcontrolador da tampa inteligente, gera sinais elétricos de instrução para recolher periodicamente medições do estado (ou qualidade) e o nível do líquido contido para posteriormente transmiti-las pela unidade de transmissão diretamente a um servidor remoto (nuvem) através de uma rede celular LPWAN.

[0024] A seguinte descrição trata de várias modalidades exemplificativas. Não obstante, um técnico no assunto entenderá que os exemplos apresentados neste documento têm aplicação ampla, e que a descrição de qualquer modalidade constitui apenas exemplo de tal modalidade e não tem por fim sugerir que o alcance da descrição, incluindo as reivindicações, está limitado a essa modalidade.

[0025] Entender-se-á que esta descrição não se limita às configurações, processos, etapas e materiais particulares revelados no presente documento, visto que tais configurações e materiais podem variar em certos detalhes. Também deve ser entendido que a terminologia utilizada no presente documento é utilizada com a finalidade de descrever modalidades particulares e não visar ser limitativa.

[0026] Certos termos são utilizados ao longo da descrição e das reivindicações a seguir, para referir-se a características ou componentes particulares. Como um técnico no assunto poderá verificar, diversas pessoas podem se referir à mesma característica ou componente por meio de diferentes nomes. Este documento visa distinguir entre componentes ou características que difiram em nome, mas não em função.

[0027] Esses e outros aspectos, objetos, funções e modalidades ficarão evidentes a partir da descrição a seguir e das reivindicações em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0028] As implementações não limitativas e não exaustivas da invenção são descritas com referências às seguintes figuras, em que números de referência similares se referem a porções similares em todas as distintas vistas, a menos que o contrário seja especificado. As características e vantagens da revelação da presente invenção restarão evidentes a partir da consideração da descrição e dos desenhos em anexo, em que:

[0029] A Figura 1 é uma vista superior da tampa inteligente autônoma para tanques contentores.

[0030] A Figura 2 é uma vista inferior da tampa inteligente autônoma para tanques contentores.

[0031] A Figura 3 é uma vista em perspectiva superior da tampa inteligente autônoma para tanques contentores.

[0032] A Figura 4 é uma vista em perspectiva inferior da tampa inteligente autônoma para tanques contentores.

[0033] A Figura 5 é uma vista lateral em corte da tampa inteligente autônoma para tanques contentores.

[0034] A Figura 6a refere-se a um diagrama em blocos representativo das unidades eletrônicas da presente invenção.

[0035] A Figura 6b refere-se a circuitos eletrônicos correspondentes às unidades de alimentação de energia.

[0036] A Figura 6c refere-se a um circuito eletrônico correspondente a uma unidade rastreadora de ponto de potência máxima (MPPT).

[0037] A Figura 6d refere-se a um circuito eletrônico relacionado a uma unidade de proteção e medição de carga de bateria.

[0038] A Figura 6e refere-se a um circuito eletrônico correspondente a uma unidade de microcontrolador da presente invenção.

[0039] A Figura 6f refere-se a um circuito eletrônico correspondente a uma unidade de radiofrequência.

[0040] A Figura 6g refere-se a um circuito eletrônico correspondente com uma unidade frontal analógica integrada (AFE) ultrassônica da presente invenção.

[0041] A Figura 6h refere-se aos conectores para as unidades eletrônicas da presente invenção.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS

[0042] As figuras descritas anteriormente ilustram a invenção em pelo menos uma de suas melhores formas de realização preferenciais, que são definidas em mais detalhes na descrição a seguir. Os especialistas na técnica podem realizar alterações e modificações ao que se descreve aqui sem se afastar de seu espírito e alcance. Embora esta invenção seja suscetível de modalidades em muitas formas diferentes, as modalidades preferenciais da invenção são mostradas nos desenhos e serão descritas em detalhes no presente documento com o entendimento de que a presente revelação deve ser considerada como um exemplo dos princípios da invenção e não pretende limitar o amplo aspecto da invenção às modalidades ilustradas. Além disso, será entendido que o que se ilustra se estabelece apenas para fins do exemplo e não deve ser tomado como uma limitação ao alcance da invenção.

[0043] A presente revelação se refere a uma tampa inteligente autônoma para tanques contentores de líquidos como água, mas não limitado ao mesmo. Atualmente, os tanques contentores são utilizados em negócios, casas ou condomínios como meios de armazenamento de água que, de acordo com suas características e especificações, se instalam comumente nos telhados das edificações ou no subsolo como cisternas, o que gera complicações para os usuários quando é necessário revisar periodicamente o nível e/ou a qualidade do líquido armazenado.

[0044] Considerando os cenários dos lugares em que os tanques contentores de líquido são instalados e as necessidades requeridas pelos usuários para o monitoramento constante do nível e/ou da qualidade do líquido armazenado, tal como empregado aqui, precisa-se de uma tampa inteligente autônoma para tanques contentores que não precise de instalações elétricas adicionais para seu funcionamento, a autonomia no funcionamento da tampa é obtida a partir de pelo menos uma célula fotovoltaica que, durante o dia, capta a energia solar e a converte em energia elétrica, uma unidade rastreadora de ponto de potência máxima (MPPT) projetada para extrair de maneira eficiente os microwatts (μW) a miliwatts (mW) de energia gerada a partir de pelo menos uma célula fotovoltaica; uma unidade de proteção e medição de carga de bateria que mantém a carga elétrica da bateria em condições ideais de carga para o funcionamento da tampa inteligente autônoma.

[0045] Na modalidade preferencial da invenção, a figura 1 ilustra a tampa inteligente autônoma (100) que consiste em um corpo (101) de forma circular fabricado preferencialmente de material plástico que compreende uma superfície superior (102) ligeiramente angulada que se projeta ao centro da mesma, até formar uma superfície radial (103) plana ao centro. Quatro saliências (104) de mesma forma e dimensões se sobressaem da superfície superior (102) do corpo único (101) posicionando-se de modo equidistante um em relação ao outro, e projetando-se cada um de forma linear formando uma superfície plana de saliência (105) cuja função consiste em meios de fixação para acoplar e desacoplar a tampa inteligente (100) na abertura de um tanque contentor (não mostrado).

[0046] Em uma modalidade, uma cúpula (106) de material translúcido cobre pelo menos uma célula fotovoltaica (107) que é acoplada ao centro da superfície radial (103) do corpo circular (102). Pelo que a cúpula (105) protege a célula fotovoltaica (107) de poeira e chuva e permite a passagem da energia solar para que incida sobre ela.

[0047] Em referência à figura 2 que ilustra uma vista inferior da tampa inteligente autônoma (100); o corpo único (101) compreende uma superfície inferior (108) e um alojamento (109) disposto no centro da superfície inferior (108) que se projeta por baixo da dita superfície formando um corpo cilíndrico. O alojamento (109) compreende adicionalmente um orifício concêntrico (110) com paredes perimetrais que se projetam para dentro do mesmo.

[0048] Continuando com a figura 2, a superfície inferior (108) possui meios de fixação (111) em que se fixa pelo menos uma sonda de medição (não mostrada) para medir a qualidade do líquido (água) dentro de um tanque contentor.

[0049] De acordo com a figura 3, que ilustra uma perspectiva superior de uma modalidade da tampa inteligente autônoma (100) da presente invenção, a superfície superior (102) e a superfície inferior (não mostrada) consiste em um par de superfícies independentes uma da outra, as quais formam um corpo oco, um par de sondas de medição (131) e (132) se projetam debaixo da superfície inferior do corpo único (101), de modo que, quando a tampa inteligente (100) é acoplada à abertura de um tanque contentor, as sondas de medição (131) e (132) se submergem dessa maneira no líquido contido no tanque.

[0050] Ademais, o corpo único (101) compreende uma parede lateral (112) em sua longitude perimetral, a qual possui uma borda helicoidal (113) como meio de acoplamento/desacoplamento que se ajusta em uma ranhura helicoidal compreendida nas paredes da abertura do tanque contentor (não mostrado), ao girar a tampa inteligente (100) através das saliências (104).

[0051] A figura 4 ilustra uma perspectiva inferior da modalidade da tampa inteligente autônoma (100) da figura 3, em que dois condutores (A) e (B) correspondentes ao par de sondas de medição (131) e (132) para a qualidade do líquido, são fixados à superfície inferior (108) do corpo único (101) mediante meios de fixação (111) e são conduzidos para dentro do alojamento (109). O alojamento (109) compreende em seu interior todos os elementos e unidades eletrônicas envolvidos no funcionamento da tampa inteligente autônoma (100), os quais serão descritos posteriormente.

[0052] Ademais, as sondas de medição (131) e (132) se projetam debaixo da superfície inferior (108) do corpo único (101), de forma tal que, quando a tampa inteligente (100) se acopla à abertura de um tanque contentor, as sondas de medição (131) e (132) se submergem dessa maneira no líquido contido no tanque. Um dispositivo sensor ultrassônico (transdutor) é acoplado hermeticamente através das paredes perimetrais que se projetam para dentro do alojamento (109) correspondentes ao orifício concêntrico (110). Dessa forma, as ondas ultrassônicas são transmitidas através do dispositivo sensor para o líquido armazenado no tanque contentor sem que exista algum meio ou obstáculo para sua propagação.

[0053] Com referência à figura 5 que mostra uma vista lateral em corte da tampa inteligente autônoma (100) para tanques contentores. O alojamento (109) se projeta internamente para a superfície superior (102) formando um corpo de forma cilíndrica oca em que são acopladas as unidades eletrônicas (114) que, em uma modalidade da invenção, as ditas unidades se conformam em pelo menos um cartão eletrônico.

[0054] A autonomia relacionada ao funcionamento da tampa inteligente autônoma para tanques contentores da presente invenção é obtida a partir de uma bateria (115) que se acopla dentro do alojamento (109) em que uma unidade de proteção e medição de carga de bateria (Figura 6d) monitora seu estado de carga.

[0055] Continuando com a figura 5, um dispositivo sensor ultrassônico (116) é acoplado no orifício concêntrico (110) dentro do alojamento (109). O dispositivo sensor (116) transmite ondas ultrassônicas para o interior do tanque contentor (não mostrado).

[0056] O dispositivo sensor (116) transmite um sinal ultrassônico e mede a quantidade de tempo que o sinal leva para rebater em um conteúdo líquido no tanque contentor e voltar ao sensor para determinar o nível de líquido contido. O dispositivo sensor (116) compreende um transmissor que transmite um sinal ultrassônico e um receptor que recebe o dito sinal que se foi refletido dentro do tanque contentor. De modo que o sinal ultrassônico refletido é processado posteriormente por uma unidade de microcontrolador (Figura 6e) para determinar um nível do líquido no tanque contentor.

[0057] Não obstante, deve-se considerar que o sinal refletido não apenas se reflete no conteúdo que fica no tanque contentor em uma direção direta, mas, além disso, o sinal transmitido é refletido nas paredes do tanque contentor, assim como o conteúdo do contentor em rotas não diretas. Devido ao fato de o receptor do dispositivo sensor (116) receber múltiplos reflexos do sinal ultrassônico, identifica-se entre os vários reflexos detectados, o reflexo direto real que indica o nível de preenchimento atual do recipiente.

[0058] A figura 6a refere-se a um diagrama em blocos representativo das unidades eletrônicas da presente invenção. Na dita figura 6a se observam um par de fontes de alimentação (701), em particular, uma primeira fonte de alimentação 7,4 v (708) e uma segunda fonte de alimentação 3,3 v (709) as quais energizam as unidades eletrônicas em geral; um rastreador de ponto de potência máxima MPPT (702) que controla o ponto em que a pelo menos uma célula fotovoltaica utilizada para a carga da bateria produz a maior quantidade de energia elétrica; uma unidade de proteção e medição de carga de bateria (703); uma unidade de microcontrolador (704); uma unidade de radiofrequência (705) que transmite os dados de informação relacionados ao nível e/ou qualidade de água a um servidor remoto (nuvem) através de uma rede celular, tal como LPWAN; um sensor ultrassônico que consiste em uma unidade frontal analógica integrada AFE (706); e conectores (707) para a conexão das unidades eletrônicas, assim como os sensores de qualidade de água (não mostrados) que compõem a presente invenção.

[0059] Em referência à figura 6b, os circuitos eletrônicos das fontes de alimentação da presente invenção consistem em uma primeira fonte de alimentação de 7,4 v (708) e uma segunda fonte de alimentação de 3,3 v (709). A segunda fonte de alimentação (709) compreende uma primeira etapa (710), a qual compreende uma conexão à fonte principal, um interruptor principal (SW101), um diodo de proteção (D102) para a alta velocidade da fonte e uma série de filtros e reguladores (C101, D103); a segunda fonte de alimentação é complementada com um circuito regulador de voltagem de comutação (711), o qual compreende um circuito integrado (U101) que trabalha com modulação de largura de pulso (PWM) utilizando retificação sincrônica para obter a máxima eficiência; a saída (712) compreende um par de reguladores (C103, C104).

[0060] A primeira fonte de alimentação (708) compreende uma primeira etapa (713), a qual compreende uma conexão à fonte principal, um diodo de proteção (D101) para a alta velocidade da fonte e uma série de filtros (C107, C108, R102, R103); a fonte de alimentação é complementada com um circuito regulador de voltagem de comutação (714), o qual compreende um circuito integrado (U101), proporcionando facilidade de uso, recontagem mínima de componentes e regulação de alto rendimento em uma ampla gama de condições de operação; a saída (715) compreende alguns reguladores (C105, C106) e um diodo de proteção (D105); por fim, há um circuito de comutação (716) formado por alguns transistores (T101 e T102), o que funciona como um interruptor para habilitar ou desabilitar a fonte de 7,4 v (708) e, com isso, ter uma economia de energia conforme necessário.

[0061] A Figura 6c refere-se ao circuito eletrônico com uma unidade rastreadora de ponto de máxima potência MPP (702) que é conectada à entrada (717) a pelo menos uma célula fotovoltaica em que se acopla em impedância por meio de vários elementos (R203, R204, C204, C205); adicionalmente, tem-se um circuito de seguimento (718) que compreende um circuito integrado (U201) projetado para extrair de maneira eficiente os microwatts (μW) a miliwatts (mW) de energia gerada a partir da fonte de recoleta de energia de corrente continua, de alta impedância como a pelo menos uma célula fotovoltaica, sem colapsar essas fontes; as características de administração da bateria do circuito integrado (U201) garantem que a bateria recarregável secundária não sejam sobrecarregadas com essa energia extraída, com um aumento de voltagem nem uma carga do sistema além dos limites seguros. O circuito integrado (U201) compreende controladores de comporta multiplexor integrados que comutam de forma autônoma a carga do sistema a uma bateria primária não recarregável se a voltagem da bateria secundária cai abaixo do limite VBAT_OK definido pelo usuário; finalmente, há uma etapa de filtragem e interrupção (719) formada pelos capacitores (C201, C202 e C203) e pelos transistores interruptores (T201 e T202).

[0062] Como ilustrado na Figura 6d, o circuito eletrônico (703) da unidade de proteção (721) e medição de carga de bateria (720). O protetor (721) compreende um circuito integrado (U302), o qual é adequado para a proteção de baterias de íon de lítio/polímero de lítio de uma só célula contra sobrecarga, sobredescarga e sobrecorrente. Ademais, o medidor de bateria (720) compreende um circuito integrado (U301), o qual é um periférico de microcontrolador que proporciona medição de carga da bateria.

[0063] Em relação à figura 6e que ilustra um circuito eletrônico da unidade de microcontrolador (704) que compreende um circuito oscilador (722) com um cristal oscilador (X401A) e um par de capacitores (C401 e C402) em que se gera uma frequência para a operação do microcontrolador (U401A); o controle (723) compreende um microcontrolador (U401A) que compreende os pinos de controle do sistema completo; enquanto a segunda parte do microcontrolador (U401B) se encarrega da alimentação; enquanto se tem uma memória (725) a qual é uma memória EEPROM (U402A), a qual armazena a lógica de controle relacionada a rotinas de controle e funcionamento da tampa inteligente da presente invenção. O circuito eletrônico da unidade de microcontrolador (704) é complementado com um conector de depuração (726), o qual está conectado ao microcontrolador (U401A) para configuração e atualização.

[0064] Ademais, a figura 6f mostra um circuito eletrônico relacionado a uma unidade de radiofrequência (705), mediante o qual a tampa inteligente envia os dados relacionados a nível e/ou qualidade do líquido medidos pelos sensores a um servidor remoto (nuvem). A unidade de RF (705) compreende um módulo miniatura (U501A), projetado para se conectar através de uma rede de comunicação celular, tem integrado um MCU, assim como um transceptor de RF que suporta UART para a comunicação externa, o qual é conectado e desconectado pelo microcontrolador; em que os terminais (728) do módulo miniatura (U501B) são colocados em terra.

[0065] Em referência à Figura 6g, é feita referência ao circuito eletrônico do sensor ultrassônico consistente em uma unidade frontal analógica integrada (AFE) ultrassônica (706), o qual compreende um circuito integrado (U601) que é um controlador de transdutor ultrassônico em chip altamente integrado e um acondicionador de sinal com um núcleo DSP avançado. O circuito integrado (U601) tem um par de controladores de lado baixo complementar que conduz um transdutor em uma topologia com base em transformador, usando um transformador elevador (TR601). O circuito integrado (U601) pode receber e condicionar o sinal de eco refletido para a detecção confiável de objetos. Essa característica é obtida utilizando um frontal analógico integrado (AFE) que consiste em um amplificador de baixo ruído seguido de uma etapa de ganho programável que varia no tempo que alimenta um ADC. O sinal digitalizado é processado no núcleo DSP, tanto para a detecção de objetos de campo próximo quando de campo longo utilizando limites que variam no tempo e que é ativado pelo microprocessador quando se deseja uma leitura do circuito eletrônico frontal analógico integrado (AFE) ultrassônico (706). A comunicação principal com o microcontrolador é obtida mediante uma interface USART de nível CMOS nos pinos RXD e TXD. O circuito eletrônico frontal analógico integrado (AFE) ultrassônico (706) pode ser colocado em modo de baixo consumo de corrente de repouso ultrabaixo para reduzir o consumo de energia quando não está em uso e pode ser ativado mediante comandos nas interfaces de comunicação.

[0066] A Figura 6h se refere aos conectores (707), os quais conectam os diferentes elementos, como o são o conector de pelo menos uma célula fotovoltaica (729); o conector de transceptor ultrassônico (730); conector de adaptador AC/DC (731); pads para a interface X1 (732); conector de interface X2 (733); e conector de interface (734).

[0067] As modalidades descritas acima em detalhes são consideradas literatura sobre a técnica anterior registrada e são consideradas cruciais para a operação de pelo menos um aspecto da invenção e à consecução dos objetivos anteriormente descritos. As palavras usadas nesta descrição para descrever as presentes modalidades são entendidas não só no sentido de seus significados comumente definidos, mas para incluir por definição especial neste relatório descritivo: estrutura, material ou atos que excedam o alcance dos significados comumente definidos. Por tanto, se um elemento pode ser entendido no contexto deste relatório descritivo de modo a incluir mais de um significado, então seu uso deve ser entendido como genérico para todos os significados possíveis apoiados pelo relatório descritivo e pela palavra ou palavras que descrevem o elemento.

[0068] As definições das palavras ou elementos de desenho descritos no presente documento têm por objetivo incluir não só a combinação de elementos expostos literalmente, mas também todas as estruturas, materiais ou atos equivalentes para realizar substancialmente a mesma função de maneira substancialmente idêntica a fim de obter substancialmente o mesmo resultado. Nesse sentido, se contempla, por tanto, a possibilidade de que se faça uma substituição equivalente de dois ou mais elementos de qualquer dos elementos descritos e de suas diversas modalidades, ou de que um único elemento substitua a dois ou mais elementos de uma reivindicação.

[0069] As mudanças na matéria que é objeto da reivindicação, vistas por uma persona com conhecimento ordinário da matéria, ora conhecida ou posteriormente concebida, são contempladas expressamente como equivalentes dentro do âmbito de aplicação previsto e de suas diversas modalidades. Portanto, as substituições óbvias agora ou posteriormente conhecidas por alguém com habilidade ordinária na técnica são definidas dentro do alcance dos elementos definidos. Portanto, entende-se que esta revelação inclui o que é ilustrado e descrito especificamente mais acima, o que é conceitualmente equivalente, o que pode ser obviamente substituído, e também o que incorpora as ideias essenciais.

Claims (13)

1. Tampa inteligente para tanques contentores de líquido para medir periodicamente a qualidade e/ou o nível do líquido armazenado no tanque contentor caracterizada pelo fato de que a tampa compreende:
   um corpo único de fabricação preferencialmente de material plástico que compreende uma superfície superior, uma superfície inferior e um alojamento disposto no centro da superfície inferior;
   uma célula fotovoltaica que é acoplada sobre a superfície superior do corpo único;
   um módulo eletrônico de medição de nível/qualidade de líquido que é acoplado dentro do alojamento, o qual compreende: pelo menos uma célula fotovoltaica a qual é fixada sobre a superfície superior do corpo único, pelo menos uma fonte de alimentação que energiza o módulo eletrônico de medição de nível/qualidade de líquido em geral; uma bateria recarregável, uma unidade rastreadora de ponto de máxima potência (MPP) que controla o ponto em que a pelo menos uma célula fotovoltaica empregada para o carregamento da bateria produz a maior quantidade de energia elétrica; e uma unidade de microcontrolador; um dispositivo sensor ultrassônico que compreende um transmissor que transmite um sinal ultrassônico para o líquido contido dentro do tanque contentor, e um receptor que recebe o dito sinal quando é refletido no líquido, em que a unidade de microcontrolador determina o nível do líquido dentro do tanque contentor com base no tempo que o sinal leva para ser refletido no líquido contido.
2. Tampa inteligente para tanques contentores de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma segunda fonte de alimentação.
3. Tampa inteligente para tanques contentores de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma unidade de proteção e medição de carga de bateria, em que o protetor compreende um circuito integrado o qual é adequado para a proteção da bateria recarregável contra sobrecarga, sobredescarga e sobrecorrente e o medidor de bateria compreende um circuito integrado que é um periférico de microcontrolador que proporciona medição de carga da bateria.
4. Tampa inteligente para tanques contentores de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma unidade de radiofrequência mediante a qual a tampa inteligente envia os dados relacionados a nível e/ou qualidade do líquido medidos pela tampa a um servidor remoto.
5. Tampa inteligente para tanques contentores de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dispositivo sensor ultrassônico consiste em uma unidade frontal analógica integrada (AFE) ultrassônica, o qual compreende um circuito integrado que é um controlador de transdutor ultrassônico em chip altamente integrado e um acondicionador de sinal com um núcleo DSP avançado.
6. Tampa inteligente para tanques contentores de líquido, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a unidade de microcontrolador compreende uma memória EEPROM que armazena a lógica de controle relacionada ao controle e funcionamento da tampa inteligente.
7. Tampa inteligente para tanques contentores de líquido, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a lógica de controle, ao ser processada pela unidade de microcontrolador, gera sinais elétricos de instrução para recolher periodicamente medições do estado e/ou do nível do líquido contido para posteriormente transmiti-las em tempo real pela unidade de radiofrequência a um servidor remoto.
8. Tampa inteligente para tanques contentores de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda pelo menos duas sondas de medição que medem a qualidade do líquido contido, as quais são fixadas à superfície inferior do corpo único mediante meios de fixação e são submergidas dentro do líquido contido no tanque.
9. Tampa inteligente para tanques contentores de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o corpo único compreende quatro saliências de mesma forma e dimensões que se sobressaem da superfície superior, os quais são posicionados de modo equidistante um em relação ao outro, projetando-se cada um de forma linear, formando uma superfície plana de saliência, conformando meios de fixação para acoplar e desacoplar a tampa inteligente em uma abertura de um tanque contentor.
10. Tampa inteligente para tanques contentores de líquido, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o corpo compreende uma parede lateral em sua longitude perimetral, a qual possui uma borda helicoidal como meio de acoplamento/desacoplamento que é ajustada em uma ranhura helicoidal compreendida nas paredes da abertura do tanque contentor ao girar a tampa inteligente através das saliências.
11. Tampa inteligente para tanques contentores de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o alojamento disposto no centro da superfície inferior é projetado por baixo da dita superfície, formando um corpo cilíndrico, o qual compreende adicionalmente um orifício concêntrico com paredes perimetrais que se projetam para dentro do mesmo.
12. Tampa inteligente para tanques contentores de líquido, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o dispositivo sensor ultrassônico é acoplado hermeticamente através das paredes perimetrais são projetadas para dentro do alojamento correspondentes ao orifício concêntrico de modo que as ondas ultrassônicas transmitidas se deslocam para o líquido armazenado no tanque sem que haja algum meio ou obstáculo à sua propagação.
13. Tampa inteligente para tanques contentores de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma cúpula de material translúcido que cobre pelo menos a célula fotovoltaica, permitindo a passagem da energia solar para que incida sobre a mesma.

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