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Vorrichtung zur Fernüberwachung von Abfallsammelbehälter, insbesondere von öffentlichen Müll- bzw. Abfallbehältern, wobei diese einen Behälter und einen zur Entleerung des Behälters dienenden Sammelbehälter aufweisen.
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Oft werden Abfallbehälter an den Bahnhöfen und an öffentlichen Orten / Einrichtungen schon geleert, bevor sie richtig voll sind. Nicht selten geschieht es aber auch, dass Verbraucher ihren Abfall neben den Behältern stellen müssen, weil dieser zu spät geleert wird. Im ersten Fall ist die Entleerungsfahrt nicht effizient und im zweiten Fall wird die Umwelt, sowie das Bahnhofsbild beeinträchtigt.
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Ursache für diese Zustände ist das Entleerungsmanagement, welches in der Regel auf festen regelmäßig wiederkehrenden Leerzeiten und Terminen basiert. Diese Zeiten und Termine sind aus Erfahrungen abgeleitet und richten sich logischerweise nach statistisch betrachteten Füllzuständen der Abfallbehälter. Aber auch andersartige Sachzwänge können hier zu ungünstigen Entleerungs-Sequenzen führen, wie z. B. vertragliche, verkehrsbedingte, Fahrzeugverfügbarkeit oder kombinierte Gründe im Hinblick auf andere zeitlich zu koordinierende Geschäfte.
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Es sind auch bereits eine Vielzahl von Vorrichtungen und Verfahren zur Füllstandsmessung von Behältern bekannt.
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In der
DE 38 12 293 C2 wird zur kontinuierlichen Messung des Füllstandes eines Behälters über dem Füllgut im Behälter ein Füllstandsmessgerät angebracht, welches Schall- oder Ultraschallimpulse nach unten in den Behälter schickt und die an der Oberfläche des Füllguts reflektierten Echoimpulse empfängt. Der Zeitabstand zwischen der Aussendung eines Schall- oder Ultraschallimpulses und dem Empfang eines Echoimpulses entspricht der Schallaufzeit vom Füllstandsmessgerät bis zur Füllgutoberfläche und wieder zurück zum Füllstandsmessgerät. Bei bekannter Schallgeschwindigkeit kann daraus der Abstand der Füllgutoberfläche vom Füllstandsmessgerät und somit der Füllstand im Behälter bestimmt werden.
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In den
DE 41 31 582 A1 und
EP 0 508 143 A2 werden kapazitive Füllstandsmesseinrichtungen für Behälter, Bunker oder Silos vorgeschlagen, welche die Veränderung der Dielektrizitätskonstante bei der Füllung ausnutzen.
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In der
EP 0 520 954 A1 wird eine optische Vorrichtung zur Füllstandserfassung von Tanks vorgeschlagen.
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In der
EP 0 449 023 A1 wird eine Vorrichtung zur Feststellung und Überwachung eines vorbestimmten Füllstandes in einem Behälter mittels Sensoren und schwingungsmechanischen sowie elektromechanischen Mitteln vorgeschlagen. Aus der
DE 40 16 373 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung eines Kanalisationsnetzes bekannt, bei dem Messdaten einzelner Messpunkte im Netz erfasst, aufgezeichnet und mittels einer Fernüberwachungs- bzw. Abfrageeinrichtung weiterverarbeitet werden. Die hier zu erfassenden und zu verarbeitenden Daten bilden jedoch eine zur Anmeldung gattungsferne Problematik und können nicht zur Füllstandsüberwachung von Wertstoff-Sammelbehältern herangezogen werden.
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Es ist insgesamt keine Vorrichtung zur Fernüberwachung bekannt, die für die Überwachung der Abfalleimer an den Bahnhöfen und Gleisen, sowie an öffentlichen Plätzen und Einrichtungen, in wirtschaftlicher Weise angewendet werden könnte.
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Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde ein Fernüberwachungsmodul von Abfallbehältern zu entwickeln, dass ein preiswertes Überwachen der Füllstände und der Fehlerzustände dem Instanthaltungssystem meldet.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.
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Durch die Vorrichtung wird das rechtzeitige Erkennen kritischer Füllstände in den Sammelbehältern ermöglicht. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung eine Vorrichtung vor, welche zur Überwachung des Abfallsammelbehälters am oberen Teil des Behälters ein Überwachungsmodul vorsieht, wobei das Überwachungsmodul:
- • mindestens einen Ultraschallsensor aufweist, mittels welcher ein aktuelles Füllniveau ermittelbar ist,
- • einen Rauchmeldesensor aufweist, mittels welcher ein Temperaturanstieg einen möglichen Schwelbrand detektiert,
- • einen Temperatursensor aufweist, mittels welcher ein Fehlerkompensation ermittelt wird,
- • einen Sensor für Kontakt/ Entwendung aufweist, mittels welcher ein unerlaubter Entwendung signalisiert wird, dieses wird zusätzlich durch einen Schallgeber/Signalgeber/Piezzosignalgeber lautstark signalisiert,
- • ein 3-Achsen Beschleunigungssensor aufweist, welcher zur Unterstützung der Sabotageerkennung / Vandalismus-Einwirkung bei geschlossenem Abfallbehälter dient,
- • ein 3-Achsen Gyroskop aufweist, welcher zur Detektion der Öffnung des Abfallbehälters im Rahmen der Leerung oder unerlaubten sonstigen Öffnung dient,
- • eine Fernmeldeeinheit aufweist, mittels welcher ermittelte Daten an eine Steuerzentrale übertragbar sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen bespielhaft näher erläutert, in welcher:
- 1 in schematischer, funktioneller Ansicht ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Systems zeigt.
- 2 in perspektivischer, systematischer Darstellung einen Müllsammelbehälter mit einer erfindungsgemäßen Füllstandseinrichtung zeigt.
- 3a, 3b, in schematischer Ansicht ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.
- 4 in schematischer Ansicht die geforderten Komponenten zeigt.
- 5 in schematischer Seitenansicht des Abfallbehälters mit Überwachungsmodul zeigt.
- 6 in schematischer Draufsicht den Abfallbehälter mit Überwachungsmodul zeigt.
- 7 in schematischer Ansicht den Abfallbehälter mit drei Einwurf-Schächten zeigt.
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Die beigefügten Zeichnungen sind lediglich als illustrative Beispiele vorgesehen, welche dem besseren Verständnis der Erfindung dienen. Sie stellen keine Einschränkung der beanspruchten Erfindung dar.
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1 zeigt einen grundsätzlichen Systemaufbau, aus dem die wesentlichen Module und deren Schnittstellen ersichtlich sind.
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Ziel beim Einsatz von Fernüberwachung von Abfallbehältern auf Verkehrsstationen des Schienenverkehrs, die Prozesse des Bahnhofsbetriebs bedarfsabhängig zu unterstützen, sowie die Wahrnehmung der Sauberkeit für die Reisenden zu stärken und die Sauberkeit der Bahnhöfe und Haltepunkte insgesamt zu erhöhen. Dies gilt auch für öffentliche Einrichtungen und Plätze, wie z.B. Flughäfen, Spielplätze usw.
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Die wesentlichen Ziele sind
- • Gefüllte Mülleimer rechtzeitig erkennen Schäden oder Vandalismus am Abfallbehälter zu erkennen.
- • Bereitstellung von zeitlichen Füllstandsprofilen zur Optimierung der Leerungsprozesse.
- • Vandalismus oder Diebstahl an der Überwachungseinheit zu erkennen.
- • Temperaturerhöhung im Abfallbehälter erkennen.
- • Optional: Rauchentwicklung erkennen (Brandfrüherkennung).
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Aus der 1 ergeben sich folgende Module für das Gesamtsystem:
- • Anwender-Ebene
- • LoRa-Sensor-Ebene: Abfallbehälterstandorte mit dem Überwachungsmodule Abfallbehälter
- • Standardisierter Übertragungsweg
- • LoRa-WAN-Netz-Ebene: mit dem entsprechenden Subnetz, Servern und Gateways
- • Nutzer-Ebene: mit Applicationsserver
- • Monitoring
- • Auftragsservice
- • Instandhalter
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In 2 ist der Aufbau des Ultraschallsensors abgebildet. Es sind hier die einzelnen Sensoren ersichtlich.
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In 3a und 3b wird der Einbau des erfindungsgemäßen Überwachungsmoduls in Abfallbehältern dargestellt.
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In 3a ist der Winkel des erfindungsgemäßen Überwachungsmoduls Abfallbehälter dargestellt. Er sollte >10% betragen, damit der Ultraschalmessstrahl sicher bis zum Boden des Behälters reicht. Dies ist in 5 dargestellt. Hier ist ersichtlich, dass der Schallimpuls/Messstrahl (20) bis zum Boden des Abfallbehälters reicht.
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In 3b wird die Gummidichtung (13) des inneren Abfallbehälters (14) an die Halteplatte des erfindungsgemäßen Überwachungsmoduls des Abfallbehälters (15) beim Verschließen gedrückt. Somit wird das Entwenden des Moduls verhindert. Gleichzeitig wird eine sichere zusätzliche Fixierung des Moduls gewährleistet.
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Das erfindungsgemäße Überwachungsmodul wird im geöffneten Abfallbehälter an einer Seite des Einwurfsschachtes angebracht (5). Die sichere Fixierung des Moduls wird durch zusätzliche NdFeB-Magnete auf der Unterseite des Moduls gewährleistet.
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Somit kann das Öffnen des Abfallbehälters erfolgen, ohne dass das Modul abgenommen werden muss. Der Winkel des befestigten Überwachungsmoduls des Abfallbehälter (3a) beträgt >10°, damit der Ultraschalmessstrahl auch sicher ein Messobjekt am Boden des Behälters erreichen kann.
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Für diese erfindungsgemäße Lösung der Fernüberwachung von Abfallbehältern werden elektronische Komponenten und eine entsprechende Gehäusekonstruktion benötigt, wie in 4 dargestellt.
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Eine Basisleiterplatte/Chassis (16) enthält die wesentlichen Komponenten die zum Betrieb notwendig sind, die Schnittstellen zu den Kommunikationsmodulen und den Sensoren sowie die zum Betrieb notwendigen Anschlussklemmen.
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Alle elektronischen Komponenten werden für einen Temperaturbereich von - 40°C bis +85°C ausgewählt. Die Elektronik des erfindungsgemäßen Überwachungsmoduls ist in einem dafür entwickelten Gehäuse (18) enthalten.
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Die Hardware ist geeignet um Abfallbehälter mit einem kleinen und langen Sammelbehälter zu kontrollieren und zu überwachen.
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Chassis (Hauptplatine/Grundträger) im Gehäuse
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Die Hauptplatine beinhaltet den Haupt-Mikroprozessor, die interne Sensorik und den Steckverbinder für externe Anschlüsse. Die Leiterplatte ist mit dem Gehäuse des Moduls verschraubt.
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Steuerungsmodul (MCU)
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Das Steuerungsmodul übernimmt im erfindungsgemäßen Überwachungsmodul eine zentrale Funktion. Hier werden die einzelnen technischen Komponenten gebündelt und entsprechend ihrer Funktion ausgewertet. Die dazugehörige Software incl. der Protokolle, Verschlüsselung und Auswertung ist im Steuerungsmodul (1) enthalten. Das Steuerungsmodul (1) ist an das Funkmodul angebunden.
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Die Sensorsignale werden von einem Cortex-M Mikroprozessor (M4 Familie) ausgewertet.
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Es wurde ein Prozessor mit genügend Speicher - Reserve (min. 50%) gewählt um Platz für zukünftige Softwareupdates und Funktionserweiterungen zu haben. Die Software ist vorzugsweise in der Programmiersprache C programmiert und benutzt ein gängiges Echtzeit-Betriebssystem (RTOS). Selbstverständlich können auch andere Programmiersprachen verwendet werden.
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Die Software kann mit einem GNU-Compiler (GCC) übersetzt werden. Alternativ kann über den Bootloader programmiert werden.
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Die Parameter des Überwachungsmoduls werden in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt. Über ein LoRaWAN-Telegramm können die Parameter angepasst werden
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LoRa-Funkmodul (M1)
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Das Loramodul arbeitet gemäß der LoRaWAN-Spezifikation (aktuell Version 1.0). Das Modul ist in der Lage bidirektional Daten auszutauschen und somit neben der Class A auch Class C zu unterstützen. Das Modul ist von einem Lora-Alliance Partner zertifiziert.
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Das Basismodul und das Loramodul tauschen über eine serielle Verbindung die Payload unverschlüsselt aus. Der Kontroller auf der Basisleiterplatte erzeugt eine Meldung nur wenn sich der Status eines relevanten Signals geändert hat. Darüber hinaus kann in der Software eine Zeit eingestellt werden, nach der zwingend ein Telegramm gesendet wird. Dadurch bekommt die Zentrale ein Lebenszeichen und die Messwerte werden aktualisiert. Ebenso kann eine Zwangspause zwischen zwei Meldungen eingestellt werden, um das Netz nicht zu überlasten.
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In der Payload werden folgende Informationen übertragen:
- • Messwert: Höhe Abfall im Abfallbehälter
- • Leerung Abfallbehälter
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Alarm Ausfall Überwachungsmodul Abfallbehälter:
- • Temperaturwert Abfallbehälter
- • Alarm Rauchmelder Abfallbehälter
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Alarm Entwendung Überwachungsmodul Abfallbehälter:
- • Alarm Sabotage Abfallbehälter
- • Alarm Unterschreitung Batteriespannung (bei angeschlossener Stützbatterie)
- • Alarm Ausfall Stützbatterie (Last Call)
- • Zeitraum seit der letzten erkannten Öffnung des Abfallbehälters.
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Modul Stromversorgung / Batterie
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Die verwendete Batterie ist auf Langlebigkeit ausgelegt.
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Sobald die Akkuspannung < 10% unterschreitet, wird eine Störmeldung versendet.
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Sensor: Ultraschal (mit einer schmalen Ultraschalkeulen)
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Für die Detektion des Messobjekts (Abfall im Abfallbehälter) wird ein Sensor > 40kHz einzusetzen.
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Der Messbereich beträgt hier min. 100cm und die Blindzone ist kleiner 10cm. Der Sensor ist in einer wasserfesten Version aufgebaut.
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Sensor: Kontakt / Entwendung Piezo-Alarmgeber (8)
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- • Ein Kontakt im Überwachungsmodul schaltet bei geschlossenem Abfallbehälter einen Signalgeber ein. Hierdurch wird das unerlaubte Entwenden signalisiert, wenn das Modul entwendet wird.
- • Wenn der Abfallbehälter geöffnet ist gibt es keinen Alarm beim Entfernen des Moduls.
- • Die Übertragung erfolgt im Rahmen der Übertragung der Standardparametersätze.
- • Die Deaktivierung des Alarms wird im geöffneten Zustand realisiert. Die Deaktivierung wird durch einen kurzen Quittungston bestätigt. Anschließend kann das Überwachungsmodul ggf. auch demontiert werden. Nach der Demontage (mit vorheriger Alarmdeaktivierung) sendet das Überwachungsmodul noch eine Demontageinformation über das Funkübertragungsmodul und schaltet sich nach 5min komplett ab.
- • Die Aktivierung des gesamten Moduls erfolgt im Zustand des geöffneten Deckels des Abfallbehälters durch Aufsetzen des Überwachungsmoduls auf das Metallgehäuse des Behälters. Nach erfolgter Aktivierung des Moduls wird die Alarmfunktion erst 5min nach Montage aktiviert.
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Sensor: Temperatur und Feuchte
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Der Temperatur- und Feuchtesensor befindet sich auf der Basisleiterplatte. Die Genauigkeit beträgt 0,3°C bzw 3%RH
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Der Sensor wird auch bei der Ultraschal-Messung zur Fehlerkompensation benutzt.
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Sensor: 3-Achsen Beschleunigungssensor
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Wird zur Unterstützung der Sabotageerkennung/ Vandalismuseinwirkung bei geschlossenem Abfallbehälter eingesetzt.
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Sensor: 3-Achsen Gyroskop
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Für die Detektion der Öffnung des Abfallbehälters im Rahmen der Leerung oder unerlaubten sonstigen Öffnung wird ein 3-Achsen Gyroskop Sensor (6) verwendet. Ebenso wird durch die Öffnung ein neuer Messzyklus erkannt und gestartet - Timer-Start.
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Die Übertragung erfolgt im Rahmen der Übertragung der Standardparametersätze.
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Sensor: Rauchmelder
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Es wird Rauchentwicklung in Kombination mit dem Temperatur Anstieg ein möglicher Schwelbrand detektiert.
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Die Übertragung erfolgt im Rahmen der Übertragung der Standardparametersätze.
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NarrowBand-loT (3GPP)
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Die Steckmöglichkeit für das NarrowBand-IoT Modul ist vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- (1)
- Steuerungsmodul (MCU)
- (2)
- LoRa-Funkmodul (M1) / NarrowBand-IoT (3GPP)
- (3)
- Sensor: Ultraschall (mit einer schmalen Ultraschallkeule)
- (4)
- Sensor: Temperatur und Feuchte
- (5)
- Sensor: 3-Achsen Beschleunigungssensor
- (6)
- Sensor: 3-Achsen Gyroskop
- (7)
- Sensor: Rauchmelder
- (8)
- Piezo-Alarmgeber
- (9)
- Modul Stromversorgung / Batterie
- (10)
- NdFeB Magnete auf der Unterseite des Moduls
- (11)
- Sensor: Kontakt / Entwendung
- (12)
- Überwachungsmodul Abfallbehälter
- (13)
- Gummidichtung
- (14)
- Innere Abfallbehälter
- (15)
- Abfallbehälter
- (16)
- Chassis (Hauptplatine/Grundträger) im Gehäuse
- (17)
- NarrowBand-loT (3GPP)
- (18)
- Gehäuse
- (19)
- Schalimpulses / Messstrahl
- (20)
- Einwurf Schacht Abfallbehälter
- (21)
- Anwender Ebene
- (22)
- LoRa-Sensor-Ebene / Endgeräte (Sensor Abfallbehälter)
- (23)
- LoRa-WAN-Netz-Ebene / Steuerung & Planung LoRa-Netz
- (24)
- Netz-Ebene / Betrieb & Optimierung Verfügbarkeit
- (12)
- Sensor Abfallbehälter
- (25)
- Gateway
- (26)
- Networkserver
- (27)
- Applicationsserver
- (28)
- Monitoring
- (29)
- Auftragsservice
- (30)
- Instandhalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3812293 C2 [0005]
- DE 4131582 A1 [0006]
- EP 0508143 A2 [0006]
- EP 0520954 A1 [0007]
- EP 0449023 A1 [0008]
- DE 4016373 A1 [0008]
