ES2302458A1 - Dispositivo electronico de estaciones remotas para control a distancia. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo electrónico de estaciones remotas para control a distancia, constituido por unidades (1), como estructura modular, contando con placa de alimentación (4), placa de control (5), y placa de comunicación (8); microcontrolador (6), de 8bits, tarjeta (7), con enlace inalámbrico vía GPRS y radio 433MHz, protocolos de Internet independientes al medio (GPRS o radio), interfaz de conexión con módems GPRS, interfaz de conexión con módems de radio 433MHz y etapa de amplificación; con control de varios hidrantes, ampliables mediante expansiones, aceptando programas de riego, mediante el control de apertura/cierre de válvulas por tiempo, volumen o mixta, así como cálculo para cada hidrante, de volúmenes y caudales, y contadores totales, parciales y horarios, disponiendo de entradas digitales de propósito general (9), analógicas (10), de contadores (11) y salidas para electroválvulas (12).
Description
Dispositivo electrónico de estaciones remotas
para control a distancia.
\global\parskip0.900000\baselineskip
La invención, tal como expresa el enunciado de
la presente memoria descriptiva, se refiere a un dispositivo
electrónico de estaciones remotas para control a distancia.
Más concretamente, la presente invención
consiste en un dispositivo electrónico, especialmente destinado
para el control de redes de riego con unos requerimientos muy
específicos de consumo energético, funcionalidad, operatividad,
robustez y fiabilidad, cuyo objetivo es permitir el control de
regadíos mediante el uso de tecnologías inalámbricas de largo
alcance, con muy bajo consumo, de funcionamiento autónomo,
totalmente configurable y reprogramable en remoto, integrable en
una red de control con una estación central, que minimiza los bytes
a intercambiar con la misma y que puede permanecer en comunicación
permanente o sólo comunicarse mediante eventos programables.
El dispositivo está pensado para una amplia
difusión en el sector agrícola a un coste reducido, lo que implica
numerosas posibilidades de configuración de estaciones remotas
formando redes de control interconectadas entre ellas, según la
tipología de cada zona regable.
Así mismo, el mantenimiento del dispositivo
también está previsto que sea el mínimo posible, por lo que el
diseño contribuye a minimizar el consumo en su funcionamiento, y
así poder garantizar la máxima durabilidad sin intervención,
realizándose el diagnóstico y actualización de funcionalidades del
mismo remotamente, resultando además transparente para el
usuario.
El campo de aplicación de la presente invención
es el de las telecomunicaciones, especialmente dedicado al
desarrollo de la agricultura, permitiendo, sin embargo, por sus
características, su aplicación en otros sectores como el de
distribución eléctrica o de gas, con parecida problemática.
Como es sabido, el mundo de las comunicaciones
se encuentra cada vez más presente en todos los nuevos desarrollos
tecnológicos de la actualidad, especialmente en el ámbito
industrial. De hecho, en los últimos años, el desarrollo de
sistemas distribuidos para fines de monitorización y control ha
crecido notablemente. El mecanismo utilizado para comunicar estos
sistemas distribuidos entre sí es muy diverso, desde los más simples
basados en comunicaciones serie por cable, hasta la comunicación
inalámbrica, según los diversos estándares actuales.
Hasta hace poco tiempo, la gran mayoría de los
dispositivos que permitían conectividad a Internet eran sistemas
informáticos basados bien en ordenadores personales o en grandes
computadoras. Sin embargo, actualmente se puede encontrar un amplio
abanico de dispositivos con conexión a Internet, con
características muy específicas relativas a parámetros como el
tamaño, coste y consumo entre otros, según su escenario de
aplicación.
La introducción de Internet en los sistemas
embebidos basados en pequeños microcontroladores programables ha
supuesto el despegue del mercado de dispositivos móviles de bajo
coste con conexión a Internet. Todo esto, además, ha venido ayudado
por la difusión en paralelo de tecnologías inalámbricas de amplia
cobertura (GPRS/UTM), que permiten la conexión de estos
dispositivos en zonas muy remotas.
Centrándonos en los desarrollos sobre
automatización de regadíos, en la actualidad podemos encontrar
numerosos desarrollos sobre el control de riegos, si bien se trata
de dispositivos cableados en la mayoría de los casos, lo que supone
una limitación importante de distancia y acceso a lugares remotos,
coste de materiales, y con el inconveniente adicional que supone
tener que cablear en zonas agrícolas, donde existen grandes
posibilidades de rotura de cable, resultando con frecuencia un
mantenimiento caro del sistema, no sostenible a largo plazo, por
tanto, la conexión vía cable resulta poco recomendable por el alto
coste, poca flexibilidad ante cambios y alto grado de
deterioro.
Los dispositivos con comunicación inalámbrica,
por su parte, presentan importantes ventajas sobre los sistemas
cableados:
- Aportan una conectividad y entrada en
servicio inmediatas.
- Permiten su cambio de ubicación según sea
necesario.
- La infraestructura necesaria es mantenida por
terceros.
En otros casos encontramos dispositivos de
control de regadíos capaces de comunicación inalámbrica celular a
través de SMS y, más raramente, los más novedosos, con GPRS. En
principio se trata de dispositivos similares al que aquí se
preconiza, pero con limitaciones en cuanto al diseño de consumos
del dispositivo, interoperatividad (local y remota) y, sobretodo,
funcionalidades (posibilidades de conexión en red).
\global\parskip1.000000\baselineskip
Existen así mismo, en este tipo de
dispositivos, los que cuentan con comunicaciones de radio en la
banda libre 433 Mhz, utilizando módems comerciales. En este caso se
trata de radio-módems de grandes consumos y que
sólo pueden emplearse en dispositivos que tengan posibilidad de
grandes gastos energéticos.
Así, el dispositivo electrónico que la
invención propone, tiene como objetivo principal configurarse como
estaciones remotas para telecontrol, flexibles, fiables y de bajo
coste, basadas en tecnología inalámbrica GPRS y/o Radio UHF, así
como cable, permitiendo realizar operaciones de control y
monitorización de toda la red de distribución de agua para riego
instalada en la zona regable desde las estaciones de control o
directamente por los propietarios, mediante un PC, un teléfono
móvil, un PPC (ordenador de bolsillo), o un PLC (autómata).
Para ello, y de forma concreta, el dispositivo
comprende una serie de unidades o estaciones remotas de control,
que son unidades basadas en un microcontrolador, embebido en una
tarjeta, y dotadas de comunicaciones inalámbricas (GPRS y/o Radio
UHF) y vía cable, tratándose de sistemas autónomos e inteligentes
que, por ejemplo en caso de caída de las comunicaciones, seguirán
trabajando con normalidad, incluso ante un corte de alimentación
brusco, salvando todos los datos en memoria no volátil y
manteniéndolos hasta que retorne el suministro.
La invención está diseñada como una estructura
modular, contando con una unidad de alimentación, una de control y
otra de comunicación, teniendo, una capacidad para varios hidrantes,
preferentemente cuatro, ampliables mediante expansiones, y
aceptando programas de riego con varios turnos diarios, para una
semana por cada hidrante, por ejemplo. Dispone de apertura/cierre
de válvulas por tiempo, por volumen o mixta. Calcula, para cada
hidrante, volúmenes y caudales, además de contadores totales,
parciales y horarios.
Anexas a estas unidades, la invención prevé
igualmente, la disposición de otras unidades de expansión, (mayor
número de hidrantes, entradas/salidas digitales, y analógicas) a
través de un bus de expansión.
Las estaciones remotas están diseñadas para
permitir diferentes arquitecturas de comunicación, según la
comunidad de regantes, teniendo todas ellas la posibilidad de
conexión GPRS, Radio UHF, y cable, estando prevista la posibilidad
de concentración de señales de diferentes hidrantes cercanos (por
falta de cobertura GPRS o para optimizar las comunicaciones),
utilizando comunicación por radio entre dichas estaciones. Así, una
de ellas puede funcionar como concentradora inteligente (unidad
mixta GPRS-radio) de hasta otras diez estaciones
remotas, manteniendo enlace radio UHF en banda libre con aquéllas,
y por otro lado estableciendo enlace con la central de control
GPRS.
Las estaciones tienen un consumo mínimo gracias
al diseño hardware y a su gestión inteligente de componentes, que
permite entrar en modo de bajo consumo a aquellos módulos que no
son necesarios en cada momento, lo que les dota de mayor autonomía.
Admiten distintos sistemas de alimentación, como cable bifilar,
batería, panel solar, hidroturbina o tensión alterna. Son
dispositivos robustos, preparados ante la manipulación inexperta,
para lo que disponen de protección frente a cortocircuitos en las
salidas y frente a sobretensiones en la alimentación.
La invención permite ventajosamente que el
firmware y todos los parámetros de las estaciones puedan ser
modificados completamente de forma remota, con el consiguiente
ahorro que ello implica en el mantenimiento del dispositivo.
En resumen, cabe destacar una serie de puntos
importantes que ventajosamente cumple el dispositivo electrónico de
estaciones remotas para control a distancia que se preconiza y que
lo diferencian sustancialmente de lo ya conocido en el mercado:
- Bajo coste. En la mayoría de las ocasiones,
será necesario un gran número de unidades de estos sistemas. Los
sistemas embebidos empleados, basados en los actuales
microcontroladores de propósito general, están formados por
componentes de reducido coste que se ajustan perfectamente a este
requerimiento.
- Bajo consumo. Relacionado con dos aspectos
del sistema, ya que por una parte el bajo consumo se traduce
favorablemente en términos económicos, reduciendo directamente los
costes de consumo de energía, y por otro, ya que las localizaciones
en donde estos sistemas autónomos deberán funcionar requerirán
generalmente la incorporación de baterías propias, si su consumo es
mínimo, de manera que incluye el hardware y software necesarios
para minimizar la lectura de equipos alimentados desde ellas,
permitiendo "dormir" a los dispositivos innecesarios en cada
instante y que las comunicaciones se establezcan sólo cuando se
determine, se ahorra también de forma importante en desplazamientos
para su sustitución, o recarga.
- Interoperatividad. El dispositivo diseñado
está pensado para estar situado en zonas lejanas o de difícil
acceso, y por tanto la configuración (incluida su identificación) y
actualización del firmware se puede realizar remotamente, sin
necesidad de desplazamiento e intervención alguna sobre el mismo, y
por supuesto, sin dejar de funcionar, siendo la propia
comunicación GPRS la vía utilizada para la actualización del
software del dispositivo. Al mismo tiempo, el dispositivo dispone
de la posibilidad de interoperatividad local a través de un
ordenador portátil con el que se puede maniobrar la tarjeta.
- Conexión red inalámbrica- El dispositivo se
comunica mediante GPRS con la estación central, admitiendo
igualmente la posibilidad de comunicación entre estaciones vía radio
(así como, lógicamente, las conexiones mediante radio directamente
a la estación central o mediante cable) y permitiendo la conexión
inalámbrica de media y corta distancia, lo que permite formar redes
de conexión inalámbrica punto-multipunto, creando
redes de sensores inalámbricas que reducen el número de líneas
GPRS, para sensores próximos, con el consiguiente ahorro en coste
de telefonía. Además, el dispositivo es apto para comunicar sólo
cuando sea necesario o mantenerse conectado de forma permanente,
según los requerimientos de comunicaciones y duración de la
batería.
- Reducidas dimensiones físicas, relacionado
con el tamaño y peso del sistema y los entornos y localizaciones en
los cuales deberá situarse para desarrollar su trabajo.
- Integridad y robustez. Ya que el sistema debe
ser fiable, en el sentido de poder ser usado en aplicaciones que lo
requieran (control de dispositivos, monitorización de variables
críticas), el dispositivo está dotado de redundancias y mecanismos
de seguridad para evitar situaciones inesperadas, siendo apto para
soportar condiciones extremas de temperatura y humedad, así como
para soportar manipulaciones erróneas de entradas y salidas,
permitiendo el cortocircuito o sobretensión de las mismas sin
sufrir daños.
El nuevo dispositivo electrónico de estaciones
remotas para control a distancia representa, por consiguiente, una
estructura innovadora de características estructurales y
constitutivas desconocidas hasta ahora para tal fin, razones que
unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente
para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, se acompaña a la presente memoria
descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de
planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha
representado lo siguiente:
La figura número 1.- Muestra una vista en
perspectiva del dispositivo electrónico de estaciones remotas para
control a distancia según la invención, en la que se aprecia su
configuración y las principales partes y elementos que
comprende.
La figura número 2.- Muestra, en un diagrama de
bloques, una representación esquemática de la interrelación
existente entre distintos dispositivos de estaciones remotas y la
estación central.
A la vista de las mencionadas figuras, y de
acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un
ejemplo de realización preferente del dispositivo electrónico de
estaciones remotas para control a distancia, el cual comprende las
partes que se indican y describen en detalle a continuación.
Así, tal como se aprecia en la figura 1, el
dispositivo en cuestión está esencialmente constituido a partir de
unidades o estaciones remotas de control (1), formadas por una
carcasa envolvente (2), provista de una tapa practicable (3), en
cuyo interior se integran y acoplan adecuadamente protegidos todos
los elementos que comprende y posibilitan su funcionamiento.
Cada una de dichas unidades o estaciones (1)
está diseñada como una estructura modular, contando con una placa
de alimentación (4), una placa de control (5), y una placa de
comunicación (8), incorporando un microcontrolador (6),
preferentemente de 8 bits, embebido en una tarjeta (7), contando
además con enlace inalámbrico vía GPRS y Radio 433 MHz, disposición
de protocolos de Internet de forma independiente al medio (GPRS o
radio), interfaz de conexión con distintos modelos de módems GPRS,
interfaz de conexión con módems de radio 433 MHz, incluyendo una
etapa de amplificación de 100 mW, posibilidad de actualización de
firmware vía GPRS, opción de repetidor radio para largas distancias
y posibilidad de detección de colisiones y retransmisiones en
comunicaciones de radio con protocolos estándar de Internet.
El mencionado microcontrolador (6) dispone de
capacidad para el control varios hidrantes (H), preferentemente
cuatro, ampliables mediante expansiones, aceptando programas de
riego, según convenga, mediante el control de apertura y cierre de
válvulas por tiempo, por volumen o mixta, así como el cálculo para
cada hidrante, de volúmenes y caudales, además de contadores
totales, parciales y horarios, para lo cual la unidad (1) dispone,
además, de correspondientes entradas digitales de propósito
general (9), analógicas (10), de contadores (11) y salidas para
electroválvulas (12).
Tal como se aprecia en la figura 2, anexas a
estas unidades (1), la invención prevé igualmente, la disposición
de otras unidades de expansión (1'), (mayor número de hidrantes
(H), entradas/salidas digitales, y analógicas) a través de un bus
de expansión (13).
Las estaciones remotas (1) están diseñadas para
permitir diferentes arquitecturas de comunicación, según la
comunidad de regantes, teniendo todas ellas la posibilidad de
conexión GPRS (14), Radio UHF (15), y cable (16), estando prevista
la posibilidad de concentración de señales de diferentes hidrantes
cercanos (por falta de cobertura GPRS o para optimizar las
comunicaciones), utilizando comunicación por radio (15) entre
dichas estaciones o unidades (1).
Así, tal como se aprecia en la mencionada figura
2, una de ellas puede funcionar como concentradora inteligente
(unidad mixta GPRS-radio) (1a) de hasta otras diez
estaciones remotas (1), manteniendo enlace radio UHF (15) en banda
libre con aquéllas, y por otro lado estableciendo enlace GPRS (14)
con la estación o unidad central de control (1b).
Descrita suficientemente la naturaleza de la
presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no
se considera necesario hacer más amplia su explicación para que
cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas
que de ella se derivan, haciendo constar que, dentro de su
esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de
realización que difieran en detalle de la indicada a título de
ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se
recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio
fundamental.
Claims (5)
1. Dispositivo electrónico de estaciones
remotas para control a distancia, del tipo destinado especialmente
para el control de redes de riego, permitiendo el control de
regadíos mediante el uso de tecnologías inalámbricas de largo
alcance, estando constituido por unidades o estaciones remotas de
control (1), formadas por una carcasa envolvente (2), provista de
una tapa practicable (3), en cuyo interior se integran y acoplan
adecuadamente protegidos todos los elementos que comprende y
posibilitan su funcionamiento, caracterizado por el hecho de
cada una de dichas unidades o estaciones (1) está diseñada como
una estructura modular, contando con una placa de alimentación (4),
una placa de control (5), y una placa de comunicación (8);
incorporando un microcontrolador (6), preferentemente de 8 bits,
embebido en una tarjeta (7), contando además con enlace inalámbrico
vía GPRS y Radio 433 MHz, disposición de protocolos de Internet de
forma independiente al medio (GPRS o radio), interfaz de conexión
con distintos modelos de módems GPRS, interfaz de conexión con
módems de radio 433 MHz, incluyendo una etapa de amplificación
de
100 mW, posibilidad de actualización de firmware vía GPRS, opción de repetidor radio para largas distancias y posibilidad de detección de colisiones y retransmisiones en comunicaciones de radio con protocolos estándar de Internet.
100 mW, posibilidad de actualización de firmware vía GPRS, opción de repetidor radio para largas distancias y posibilidad de detección de colisiones y retransmisiones en comunicaciones de radio con protocolos estándar de Internet.
2. Dispositivo electrónico de estaciones
remotas para control a distancia, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el mencionado
microcontrolador (6), que incorpora cada unidad (1), dispone de
capacidad para el control de varios hidrantes, preferentemente
cuatro, ampliables mediante expansiones, aceptando programas de
riego, según convenga, mediante el control de apertura y cierre de
válvulas por tiempo, por volumen o mixta, así como el cálculo para
cada hidrante, de volúmenes y caudales, además de contadores
totales, parciales y horarios, para lo cual la unidad (1) dispone,
además, de correspondientes entradas digitales de propósito
general (9), analógicas (10), de contadores (11) y salidas para
electroválvulas (12).
3. Dispositivo electrónico de estaciones
remotas para control a distancia, según las reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado por el hecho de que anexas a las unidades (1),
se prevé opcionalmente, la disposición de otras unidades de
expansión (1'), (mayor número de hidrantes, entradas/salidas
digitales, y analógicas) a través de un bus de expansión (13).
4. Dispositivo electrónico de estaciones
remotas para control a distancia, según las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado por el hecho de que las estaciones remotas (1)
son aptas para permitir diferentes arquitecturas de comunicación,
según la comunidad de regantes, teniendo todas ellas la
posibilidad de conexión GPRS (14), Radio UHF (15), y cable (16),
estando prevista la posibilidad de concentración de señales de
diferentes hidrantes cercanos, utilizando comunicación por radio
(15) entre dichas estaciones.
5. Dispositivo electrónico de estaciones
remotas para control a distancia, según las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado por el hecho de que, opcionalmente, una de las
unidades (1) puede funcionar como concentradora inteligente (unidad
mixta GPRS-radio) (1a) de hasta otras diez
estaciones remotas (1), manteniendo enlace radio UHF (15) en banda
libre con aquéllas, y por otro lado estableciendo enlace GPRS (14)
con la estación o unidad central de control (1b).
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| ES200603241A ES2302458B1 (es) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Dispositivo electronico de estaciones remotas para control a distancia. |
| PCT/ES2007/000732 WO2008074905A1 (es) | 2006-12-21 | 2007-12-14 | Dispositivo electronico de estaciones remotas para control a distancia |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200603241A ES2302458B1 (es) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Dispositivo electronico de estaciones remotas para control a distancia. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2302458A1 true ES2302458A1 (es) | 2008-07-01 |
| ES2302458B1 ES2302458B1 (es) | 2009-05-08 |
Family
ID=39514612
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200603241A Expired - Fee Related ES2302458B1 (es) | 2006-12-21 | 2006-12-21 | Dispositivo electronico de estaciones remotas para control a distancia. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2302458B1 (es) |
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Families Citing this family (1)
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| WO2001073514A1 (en) * | 2000-03-29 | 2001-10-04 | Signature Control Systems, Inc. | Distributed control network for irrigation management |
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2006
- 2006-12-21 ES ES200603241A patent/ES2302458B1/es not_active Expired - Fee Related
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2007
- 2007-12-14 WO PCT/ES2007/000732 patent/WO2008074905A1/es active Application Filing
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| Publication number | Publication date |
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