RU189080U1

RU189080U1 - WIRELESS DEVICE FOR SOIL MOUNT CONTROL

Info

Publication number: RU189080U1
Application number: RU2019103316U
Authority: RU
Inventors: Сергей Андреевич Андреев; Андрис Илмарович Матвеев; Юрий Александрович Судник; Дмитрий Викторович Анашин
Original assignee: Сергей Андреевич Андреев
Priority date: 2019-02-06
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2019-05-13

Abstract

Полезная модель относится к приборостроению, в частности к измерительной технике, предназначенной для дистанционного контроля влажности локальных земельных участков различного назначения в экологических, агротехнических и других целях. Беспроводное устройство для контроля влажности почвы содержит корпус с установленным в нем датчиком влажности, подключенным через измерительно-передающую часть, состоящую из последовательно соединенных микроконтроллера и радиомодуля, к антенне, и источником питания, подключенным к микроконтроллеру и радиомодулю, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено приемной антенной, приемниками управляющих сигналов, эталонных сигналов, ответных сигналов и информации о влажности почвы от внешнего устройства, твердотельным накопителем, генератором эталонных сигналов и коммутатором, первый вход которого соединен с первым дополнительным выходом микроконтроллера, а второй вход - с выходом генератора эталонных сигналов, при этом приемная антенна подключена к входам приемников управляющих сигналов, эталонных сигналов, ответных сигналов и информации о влажности почвы от внешнего устройства, выход приемника управляющих сигналов подсоединен к первому дополнительному входу микроконтроллера, выход приемника эталонных сигналов - ко второму дополнительному входу микроконтроллера, выход приемника ответных сигналов - к третьему дополнительному входу микроконтроллера, выход приемника информации о влажности почвы от внешнего устройства - к четвертому дополнительному входу микроконтроллера, вход твердотельного накопителя информации подключен ко второму дополнительному выходу микроконтроллера, выход твердотельного накопителя информации к пятому дополнительному входу микроконтроллера, выход коммутатора соединен с первым дополнительным входом радиомодуля, а источник питания подключен к приемникам управляющих сигналов, эталонных сигналов, ответных сигналов и информации о влажности почвы от внешнего устройства, коммутатору и к генератору эталонных сигналов. Техническим результатом является увеличение продолжительности автономной работы устройства. 1 ил.The utility model relates to instrumentation, in particular, to measuring equipment intended for remote control of the humidity of local land plots for various purposes for environmental, agrotechnical and other purposes. A wireless device for controlling soil moisture contains a housing with a humidity sensor installed in it, connected through a measuring and transmitting part consisting of a series-connected microcontroller and radio module, to the antenna, and a power source connected to the microcontroller and radio module, characterized in that it is additionally equipped receiving antenna, receivers of control signals, reference signals, response signals and soil moisture information from an external device, a solid-state drive, The generator of reference signals and the switch, the first input of which is connected to the first additional output of the microcontroller, and the second input to the output of the generator of reference signals, while the receiving antenna is connected to the inputs of control signal receivers, reference signals, response signals and soil moisture information from an external device , the output of the receiver of control signals is connected to the first auxiliary input of the microcontroller, the output of the receiver of the reference signals is connected to the second auxiliary input of the microcontrol the output of the receiver of response signals from the external device to the fourth additional input of the microcontroller, the input of the solid-state information storage device connected to the second additional output of the microcontroller, the output of the solid-state information storage device to the fifth additional input of the microcontroller, the switch output is connected to the first additional input of the radio module, and the power supply is connected to the receivers I control of their signals, the reference signals and response signals soil moisture information from an external device, the switch and to the reference signal generator. The technical result is an increase in the duration of the autonomous operation of the device. 1 il.

Description

Беспроводное устройство для контроля влажности почвы относится к приборостроению, в частности, к измерительной технике, предназначенной для дистанционного контроля влажности локальных земельных участков различного назначения в экологических, агротехнических и других целях.A wireless device for controlling soil moisture relates to instrumentation, in particular, to measuring equipment designed to remotely monitor the humidity of local land plots for various purposes for environmental, agrotechnical and other purposes.

Известно устройство для дистанционного контроля влажности и температуры почвы, включающее блок обработки данных, выполненный в виде главного контроллера с встроенным аналого-цифровым преобразователем, последовательно соединенные блок питания, контроллер питания, ключ, импульсный преобразователь и линейный преобразователь, выход которого подключен к датчикам влажности, при этом выход импульсного преобразователя соединен с датчиком температуры, главным контроллером и передающим блоком, а выход главного контроллера подключен к управляющему входу контроллера питания (см. патент РФ №2 655 944, G01N 25/56 (2006.01), G01K 13/00 (2006.01) G01N 27/22 (2006.01), опубл. 30.05.2018, в бюл. №16).A device for remote control of soil moisture and temperature is known, including a data processing unit made as a main controller with an integrated analog-to-digital converter, a power supply unit connected in series, a power controller, a key, a pulse converter and a linear converter whose output is connected to humidity sensors, the output of the pulse converter is connected to the temperature sensor, the main controller and the transmitting unit, and the output of the main controller is connected to the control Valid yayuschemu power controller (see. №2 Russian patent 655,944, G01N 25/56 (2006.01), G01K 13/00 (2006.01) G01N 27/22 (2006.01), publ. 30.05.2018 in Bul. №16).

Недостатком известного устройства является повышенное потребление энергии при работе передающего блока, а также жесткий алгоритм работы при чередовании режима передачи данных и дежурного режима. Последнее в ряде случаев также определяет повышенное энергопотребление, поскольку не всегда базовая станция нуждается в получении информации о влажности и температуры почвы на всех контролируемых участках.A disadvantage of the known device is the increased energy consumption during operation of the transmitting unit, as well as the hard work algorithm when alternating the data transfer mode and the standby mode. The latter in some cases also determines increased energy consumption, since it is not always the base station that needs to receive information about soil moisture and temperature in all controlled areas.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является беспроводное устройство для контроля микроклимата почвы, содержащее корпус с установленным в нем датчиком влажности, подключенным через измерительно-передающую часть, состоящую из последовательно соединенных микроконтроллера и радиомодуля, к антенне и источником питания, подключенным к микроконтроллеру и радиомодулю (см. патент РФ №2 664 680, G01N 27/00 (2006.01), опубл. 21.08.2018 Бюл. №24).The closest to the claimed utility model is a wireless device for controlling the soil microclimate, comprising a housing with a humidity sensor installed in it, connected via a measuring and transmitting part consisting of a series-connected microcontroller and radio module to the antenna and a power source connected to the microcontroller and radio module ( see the patent of the Russian Federation No. 2 664 680, G01N 27/00 (2006.01), published on 08/21/2018 Byul. No. 24).

Основным недостатком известного устройства является повышенное энергопотребление, обусловленное длительной работой радиомодуля и необходимостью поддержания радиосвязи с базовой станцией, которая может находиться на значительном удалении от места расположения контролируемого участка почвы. Повышенное потребление энергии сокращает продолжительность автономной работы устройства от источника питания, снижает удобство эксплуатации и повышает эксплуатационные затраты, обусловленные заменой или зарядкой химических накопителей энергии.The main disadvantage of the known device is the increased power consumption due to the long-term operation of the radio module and the need to maintain radio communication with the base station, which can be located at a considerable distance from the location of the monitored section of soil. Increased energy consumption reduces the battery life of the device from the power source, reduces ease of operation and increases operating costs due to the replacement or charging of chemical energy storage devices.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение энергопотребления беспроводного устройства для контроля влажности почвы, определяющее увеличение продолжительности его автономной работы и уменьшение эксплуатационных затрат, обусловленных заменой или зарядкой химических накопителей энергии.The technical result of the proposed utility model is to reduce the power consumption of a wireless device for controlling soil moisture, which determines the increase in its autonomous operation time and a reduction in operating costs due to the replacement or charging of chemical energy storage devices.

Такой технический результат достигается тем, что беспроводное устройство для контроля влажности почвы, содержащее корпус с установленным в нем датчиком влажности, подключенным через измерительно-передающую часть, состоящую из последовательно соединенных микроконтроллера и радиомодуля, к антенне, и источником питания, подключенным к микроконтроллеру и радиомодулю, дополнительно снабжено приемной антенной, приемниками управляющих сигналов, эталонных сигналов, ответных сигналов и информации о влажности почвы от внешнего устройства, твердотельным накопителем, генератором эталонных сигналов и коммутатором, первый вход которого соединен с первым дополнительным выходом микроконтроллера, а второй вход - с выходом генератора эталонных сигналов, при этом приемная антенна подключена к входам приемников управляющих сигналов, эталонных сигналов, ответных сигналов и информации о влажности почвы от внешнего устройства, выход приемника управляющих сигналов подсоединен к первому дополнительному входу микроконтроллера, выход приемника эталонных сигналов - ко второму дополнительному входу микроконтроллера, выход приемника ответных сигналов - к третьему дополнительному входу микроконтроллера, выход приемника информации о влажности почвы от внешнего устройства - к четвертому дополнительному входу микроконтроллера, вход твердотельного накопителя информации подключен ко второму дополнительному выходу микроконтроллера, выход твердотельного накопителя информации - к пятому дополнительному входу микроконтроллера, выход коммутатора соединен с первым дополнительным входом радиомодуля, а источник питания подключен к приемникам управляющих сигналов, эталонных сигналов, ответных сигналов и информации о влажности почвы от внешнего устройства, коммутатору и к генератору эталонных сигналов.This technical result is achieved in that a wireless device for controlling soil moisture, comprising a housing with a humidity sensor installed in it, connected through a measuring and transmitting part consisting of a series-connected microcontroller and radio module to the antenna, and a power source connected to the microcontroller and radio module , additionally equipped with a receiving antenna, receivers of control signals, reference signals, response signals and soil moisture information from an external device, t A DUAL accumulator, a generator of reference signals and a switch, the first input of which is connected to the first additional output of the microcontroller and the second input to the output of the generator of reference signals, while the receiving antenna is connected to the inputs of control signal receivers, reference signals, response signals and soil moisture information from the external device, the output of the receiver of control signals is connected to the first auxiliary input of the microcontroller, the output of the receiver of the reference signals will be added to the second the microcontroller’s input, the output of the receiver’s response signals to the third additional input of the microcontroller, the output of the soil moisture information receiver from the external device to the fourth additional input of the microcontroller, the input of the solid-state information storage device connected to the second additional output of the microcontroller, the output of the solid-state information storage device to the fifth additional the input of the microcontroller, the switch output is connected to the first additional input of the radio module, and the power supply is li ne receivers to control signals, the reference signals and response signals soil moisture information from an external device, the switch and to the reference signal generator.

Дополнение известного беспроводного устройства для контроля влажности почвы (далее - беспроводного устройства) новыми элементами с перечисленными взаимосвязями обусловлено следующими соображениями.The addition of the well-known wireless device for controlling soil moisture (hereinafter the wireless device) with new elements with the listed interrelationships is due to the following considerations.

В соответствии с формулой Фрииса для осуществления передачи данных от беспроводного устройства для контроля влажности почвы на базовую станцию необходим резерв мощности, пропорциональный квадрату расстояния d между передатчиком и приемником, оснащенных антеннами круговой направленности и взаимодействующих с электромагнитными волнами одинаковой поляризации:In accordance with the Friis formula, a power reserve necessary for transmitting data from a wireless device to control soil moisture at a base station is proportional to the square of the distance d between the transmitter and receiver, equipped with circular antennas and interacting with electromagnetic waves of the same polarization:

где P_r - минимально допустимая электрическая мощность сигнала, наводимого в приемной антенне, Вт; G_r и G_t - коэффициенты усиления приемной и передающей антенны соответственно; λ - длина волны, м.where P _r - the minimum allowable electrical power of the signal induced in the receiving antenna, W; G _r and G _t are the gains of the receiving and transmitting antennas, respectively; λ - wavelength, m

При контроле влажности почвы в реальных условиях на поле обычно размещается несколько (иногда - большое количество) однотипных беспроводных устройств. При этом одни беспроводные устройства могут находиться на небольшом расстоянии от базовой станции, а другие - на значительном расстоянии. Соответственно, энергозатраты при передаче данных от удаленных беспроводных устройств окажутся значительно больше. Для снижения энергозатрат каждое беспроводное устройство целесообразно оснастить радиомодулем с передающей антенной и приемником с принимающей антенной. При этом передача информации от беспроводных устройств на базовую станцию осуществляется ступенчатым образом. Каждое беспроводное устройство (кроме первого) образующейся цепи одновременно выполняет функции приема и дальнейшей передачи информации. В таком случае потребляемая мощность будет определяться суммой мощностей, излучаемых передающими антеннами каждого участка цепи:When controlling soil moisture in real conditions, a field usually contains several (sometimes a large number) of the same type of wireless devices. However, some wireless devices may be located at a short distance from the base station, while others may be located at a considerable distance. Accordingly, the energy consumption in the transmission of data from remote wireless devices will be much greater. To reduce power consumption, it is advisable to equip each wireless device with a radio module with a transmitting antenna and a receiver with a receiving antenna. In this case, the transfer of information from wireless devices to the base station is carried out in a stepwise manner. Each wireless device (except the first one) of the resulting circuit simultaneously performs the functions of receiving and further transmitting information. In this case, the power consumption will be determined by the sum of the power emitted by the transmitting antennas of each section of the circuit:

где i - номер участка цепи; b_i - длина i-го участка, м; n - количество участков.where i is the number of the chain section; b _i - the length of the i-th section, m; n is the number of sections.

При одинаковых длинах всех участков, общая длина линии связи составит величину d=bn, а суммарная мощность определится в соответствии с выражением:With equal lengths of all sections, the total length of the communication line will be d = bn, and the total power will be determined in accordance with the expression:

Для приемных и передающих антенн с круговой диаграммой направленности G_r=G_t=1. В результате подстановки в выражение (3) значений P_r=10^-5 Вт; d=1000 м, λ=0,1 м и n=1 … 14 получим ряд значений мощностей, которые представлены в таблице.For receiving and transmitting antennas with a circular radiation pattern G _r = G _t = 1. As a result of substituting the values of P _r = 10 ^-5 W in expression (3); d = 1000 m, λ = 0.1 m and n = 1 ... 14 we get a series of power values, which are presented in the table.

Из данных таблицы видно, что при увеличении количества участков от 1 до 14 энергозатраты на передачу информации уменьшаются почти в десять раз.From the data in the table it can be seen that with an increase in the number of sections from 1 to 14, the energy consumption for information transmission decreases almost tenfold.

При использовании ступенчатого принципа передачи добавляются энергозатраты на прием и преобразование информации, однако это не имеет решающего значения, поскольку затраты на прием радиосигнала обычно в 8 … 12 раз меньше затрат энергии на его передачу на то же расстояние.When using the stepwise principle of transmission, the energy consumption for receiving and transforming information is added, but this is not decisive, since the cost of receiving a radio signal is usually 8 ... 12 times less than the cost of energy for transmitting it over the same distance.

Для еще большего снижения энергоемкости процесса в заявляемой полезной модели предлагается сократить объем передаваемой информации каждым беспроводным устройством за счет одновременной передачи на базовую станцию информации только от одного датчика влажности. При этом порядок и продолжительность подключения каждого беспроводного устройства определяется базовой станцией. В то же время траектория прохождения радиосигнала устанавливается автоматически, исходя из минимума энергозатрат. Все логические операции по выбору порядка и траектории передачи данных осуществляются беспроводными устройствами в зависимости от их расположения и их исправности.To further reduce the energy intensity of the process in the claimed utility model, it is proposed to reduce the amount of information transmitted by each wireless device due to the simultaneous transmission to the base station of information from only one humidity sensor. In this case, the order and duration of the connection of each wireless device is determined by the base station. At the same time, the path of the radio signal is set automatically, based on the minimum energy consumption. All logical operations on the choice of the order and the trajectory of data transmission are carried out by wireless devices, depending on their location and their health.

На фиг. 1 представлена функциональная схема беспроводного устройства для контроля влажности почвы.FIG. 1 shows a functional diagram of a wireless device for controlling soil moisture.

Беспроводное устройство для контроля влажности почвы состоит из корпуса 1, верхняя часть которого выполнена из диэлектрического материала. В нижней части корпуса 1 с возможностью контактирования с почвой размещен датчик 2 влажности. Датчик 2 влажности подключен через измерительно-передающую часть 3, состоящую из последовательно соединенных микроконтроллера 4 и радиомодуля 5, к антенне 6. Антенна 6 расположена в верхней части корпуса 1. При работе беспроводного устройства для контроля влажности почвы антенна 6 остается над поверхностью земли. В верхней части корпуса 1 установлена приемная антенна 7, соединенная с входами приемника 8 управляющих сигналов, приемника 9 эталонных сигналов, приемника 10 ответных сигналов и приемника 11 информации о влажности почвы от внешнего устройства.A wireless device for controlling soil moisture consists of a housing 1, the upper part of which is made of a dielectric material. In the lower part of the housing 1 with the possibility of contact with the soil is placed the sensor 2 humidity. Humidity sensor 2 is connected via measuring and transmitting part 3, consisting of series-connected microcontroller 4 and radio module 5, to antenna 6. Antenna 6 is located in the upper part of housing 1. When the wireless device controls soil moisture, the antenna 6 remains above the ground. In the upper part of the housing 1, a receiving antenna 7 is installed, which is connected to the inputs of the receiver 8 of control signals, the receiver 9 of reference signals, the receiver 10 of response signals and the receiver 11 of soil moisture information from an external device.

Выход приемника 8 управляющих сигналов подсоединен к первому дополнительному входу микроконтроллера 4, выход приемника 9 эталонных сигналов - ко второму дополнительному входу микроконтроллера 4 и выход приемника 10 ответных сигналов - к третьему дополнительному входу микроконтроллера 4, выход приемника 11 информации о влажности от внешнего устройства - к четвертому дополнительному выходу микроконтроллера 4.The output of the receiver 8 control signals is connected to the first auxiliary input of the microcontroller 4, the output of the receiver 9 of the reference signals to the second auxiliary input of the microcontroller 4 and the output of the receiver 10 of the response signals to the third auxiliary input of the microcontroller 4, the output of the receiver 11 of the humidity information from the external device to the fourth additional output of the microcontroller 4.

Ко второму дополнительному выходу микроконтроллера 4 подключен вход твердотельного накопителя 12. Выход твердотельного накопителя 12 соединен с пятым дополнительным входом микроконтроллера 4. Первый дополнительный выход микроконтроллера 4 подсоединен к первому входу коммутатора 13. Ко второму входу коммутатора 13 подключен выход генератора 14 эталонных сигналов, а к выходу коммутатора 13 - первый дополнительный вход радиомодуля 5. Внутри корпуса 1 беспроводного устройства для контроля влажности почвы установлен источник 15 питания, соединенный с микроконтроллером 4, радиомодулем 5, приемником 8 управляющих сигналов, приемником 9 эталонных сигналов, приемником 10 ответных сигналов, приемником 11 информации о влажности почвы от внешнего устройства, коммутатору 13 и генератору эталонных сигналов 14.The input of the solid-state drive 12 is connected to the second additional output of the microcontroller 4. The output of the solid-state drive 12 is connected to the fifth additional input of the microcontroller 4. The first additional output of the microcontroller 4 is connected to the first input of the switch 13. The second input of the switch 13 is connected to the generator output 14 of the reference signals, and the output of the switch 13 is the first additional input of the radio module 5. Inside the case 1 of the wireless device for controlling soil moisture, a power supply 15 is installed, connected with a microcontroller 4, a radio module 5, a receiver 8 control signals, a receiver 9 reference signals, a receiver 10 response signals, a receiver 11 information about soil moisture from an external device, a switch 13 and a generator of reference signals 14.

Выход твердотельного накопителя 12 соединен с пятым дополнительным входом микроконтроллера 4. Первый дополнительный выход микроконтроллера 4 подсоединен к первому входу коммутатора 13. Ко второму входу коммутатора 13 подключен выход генератора 14 эталонных сигналов, а к выходу коммутатора 13 - первый дополнительный вход радиомодуля 5. Внутри корпуса 1 беспроводного устройства для контроля влажности почвы установлен источник 15 питания, соединенный с микроконтроллером 4, радиомодулем 5, приемником 8 управляющих сигналов, приемником 9 эталонных сигналов, приемником 10 ответных сигналов, приемником 11 информации о влажности почвы от внешнего устройства, коммутатору 13 и генератору эталонных сигналов 14.The output of the solid-state drive 12 is connected to the fifth additional input of the microcontroller 4. The first additional output of the microcontroller 4 is connected to the first input of the switch 13. To the second input of the switch 13, the output of the generator 14 of reference signals is connected, and to the output of the switch 13 - the first additional input of the radio module 5. Inside the case 1 wireless device for controlling soil moisture is installed power supply 15, connected to the microcontroller 4, the radio module 5, the receiver 8 control signals, the receiver 9 reference ignalov, the receiver 10 of the response signals, the receiver 11 soil moisture information from an external device, the switch 13 and the reference signal generator 14.

Беспроводное устройство для контроля влажности почвы может работать в двух режимах: в режиме передачи информации о влажности почвы от содержащегося в нем датчика 2 влажности (Первый режим) и в режиме приема и дальнейшей передачи информации от датчика 2 влажности почвы внешнего (другого) аналогичного устройства (Второй режим).A wireless device for controlling soil moisture can operate in two modes: in the mode of transmitting information on soil moisture from the humidity sensor 2 contained in it (First mode) and in the mode of receiving and further transmitting information from the sensor 2 soil moisture to an external (other) similar device ( The second mode).

Первый режим.The first mode.

С помощью приемной антенны 7 и приемника 8 управляющих сигналов осуществляется прием команды от базовой станции (на фиг. 1 не показана), несущий информацию о номере беспроводного устройство, с которого требуется получить данные о влажности почвы. С выхода приемника 8 управляющих сигналов полученный и усиленный сигнал поступает на первый дополнительный вход микроконтроллера 4. В микроконтроллере 4 происходит идентификация беспроводного устройства и при совпадении полученного номера с номером беспроводного устройства микроконтроллер 4 приступает к обработке информации, поступающей в измерительно-передающую часть 3 от датчика влажности 2. Информация о влажности почвы со второго дополнительного выхода микроконтроллера 4 поступает на вход твердотельного накопителя 12, где она сохраняется без дополнительных затрат энергии до момента ее передачи на базовую станцию.Using the receiving antenna 7 and the receiver 8 control signals, a command is received from the base station (not shown in Fig. 1), carrying information about the number of the wireless device from which you want to obtain soil moisture data. From the output of the receiver 8 control signals, the received and amplified signal goes to the first auxiliary input of the microcontroller 4. Microcontroller 4 identifies the wireless device and if the received number matches the wireless device number, the microcontroller 4 proceeds to processing the information coming into the measuring and transmitting part 3 from the sensor humidity 2. Soil moisture information from the second additional output of the microcontroller 4 is fed to the input of the solid-state drive 12, where it remains without additional energy costs until it is transmitted to the base station.

Генератор 14 эталонных сигналов вырабатывает электромагнитные сигналы (импульсы) строго определенной амплитуды. Эти импульсы с выхода генератора 14 эталонных сигналов поступают на второй вход коммутатора 13.The generator 14 of the reference signals generates electromagnetic signals (pulses) of a strictly defined amplitude. These pulses from the generator output 14 of the reference signals arrive at the second input of the switch 13.

После получения, обработки и размещения в твердотельном накопителе 12 информации о влажности почвы, с первого дополнительного выхода микроконтроллера 4 на первый вход коммутатора 13 подается управляющая команда. В результате коммутатор 13 направляет поступившие на его второй вход эталонные сигналы на первый дополнительный вход радиомодуля 5.After receiving, processing and placing in the solid state drive 12 information about soil moisture, from the first additional output of the microcontroller 4 to the first input of the switch 13 is sent a control command. As a result, the switch 13 sends the reference signals received at its second input to the first additional input of the radio module 5.

Радиомодуль включается в работу и через антенну 6 излучает эталонные сигналы в эфир.The radio module is included in the work and through the antenna 6 emits the reference signals in the air.

Эталонные сигналы воспринимаются находящимися на небольшом расстоянии от беспроводного устройства аналогичными беспроводными устройствами (внешними устройствами). Восприятие эталонных сигналов осуществляется с помощью приемной антенны 7 и приемника 9 эталонных сигналов. Полученный эталонный сигнал с выхода приемника 9 эталонных сигналов поступает на второй дополнительный вход микроконтроллера 4. Здесь производится количественная оценка амплитуды полученного сигнала. Информация об этой оценке в цифровом коде, а также идентификационный номер беспроводного устройства, принявшего эталонный сигнал, передается на вход радиомодуля 5. Далее сформированный сигнал, являясь ответным сигналом, попадает в антенну 6, а через нее распространяется в пространстве в виде электромагнитной волны.The reference signals are perceived at a short distance from the wireless device by similar wireless devices (external devices). The perception of reference signals is carried out using the receiving antenna 7 and the receiver 9 reference signals. The received reference signal from the output of the receiver 9 reference signals is fed to the second auxiliary input of the microcontroller 4. Here the amplitude of the received signal is quantified. Information about this assessment in a digital code, as well as the identification number of the wireless device that received the reference signal, is transmitted to the input of the radio module 5. Next, the generated signal, being a response signal, enters the antenna 6, and through it propagates in space in the form of an electromagnetic wave.

Ответный сигнал принимается приемной антенной 7 и приемником 10 ответных сигналов первого беспроводного устройства и предается на третий дополнительный вход микроконтроллера 4. В микроконтроллере 4 производится сравнение между собой ответных сигналов, несущих информацию об оценке качества приема эталонного сигнала всеми другими аналогичными устройствами (внешними устройствами). По результатам сравнения микроконтроллер 4 выбирает устройство, условия связи с которым являются наилучшими, а соответствующие затраты энергии на передачу информации - наименьшими. Микроконтроллер 4, формирует разрешающую команду, которая преобразуется в радиосигнал в радиомодуле 5 и передается в эфир посредством антенны 6. Эта команда переводит беспроводное устройство (внешнее устройство) с наилучшими условиями связи в режим приема информации о влажности почвы, а все остальные беспроводные устройства переходят в дежурный режим.The response signal is received by the receiving antenna 7 and the receiver 10 of the response signals of the first wireless device and transmitted to the third additional input of the microcontroller 4. Microcontroller 4 compares the response signals that carry information about the quality of reception of the reference signal by all other similar devices (external devices). According to the results of the comparison, the microcontroller 4 selects the device, the conditions of communication with which are the best, and the corresponding energy costs for the transmission of information - the lowest. Microcontroller 4, generates an enable command, which is converted to a radio signal in radio module 5 and transmitted via the antenna 6. This command puts the wireless device (external device) with the best communication conditions into the mode of receiving information about soil moisture, and all other wireless devices go to standby mode.

После этого микроконтроллер 4 осуществляет извлечение информации о влажности почвы, содержащейся в твердотельном накопителе 12 через пятый дополнительный вход. Эта информация преобразуется в радиосигнал в радиомодуле 5 и передается на другое аналогичное устройство (внешнее устройство) антенной 6.After that, the microcontroller 4 performs the extraction of information about the moisture content of the soil contained in the solid-state drive 12 through the fifth additional input. This information is converted into a radio signal in the radio module 5 and transmitted to another similar device (external device) by the antenna 6.

Во избежание бесконечного чередования операций приема и передачи информации между двумя находящимися вблизи друг от друга беспроводными устройствами, в момент передачи информации о влажности почвы радиомодулем 5 микроконтроллер 4 формирует запрещающую команду, предотвращающую повторное использование этого беспроводного устройства в режиме передачи данных до поступления новой команды от базовой станции.In order to avoid the infinite alternation of information reception and transmission between two wireless devices located close to each other, at the time of transmitting soil moisture information to radio module 5, microcontroller 4 generates a prohibiting command that prevents this wireless device from being reused in data transfer mode until a new command arrives station.

На основе количественной оценки качества связи, получаемой от приемника 10 ответных сигналов, микроконтроллер 4 корректирует мощность, развиваемую радиомодулем 5. Для этого с выхода микроконтроллера 4 на вход радиомодуля 5 подается соответствующий управляющий сигнал. Мощность, излучаемая антенной 6 не должна превышать минимально допустимую для осуществления устойчивой связи более чем на 5 … 10%..Based on a quantitative assessment of the quality of communication received from the receiver 10 of the response signals, the microcontroller 4 corrects the power developed by the radio module 5. To do this, from the output of the microcontroller 4 to the input of the radio module 5 a corresponding control signal is supplied. The power radiated by the antenna 6 should not exceed the minimum allowed for the implementation of stable communication by more than 5 ... 10% ..

Таким образом, беспроводное устройство (внешнее устройство), принимающее информацию о влажности почвы с рассматриваемого беспроводного устройства, выполняет функции ретранслятора.Thus, the wireless device (external device), which receives soil moisture information from the wireless device in question, performs the functions of a repeater.

Второй режим.Second mode.

В беспроводном устройстве прием информативного сигнала осуществляется посредством антенны 7 и приемника 11 информации о влажности почвы от внешнего устройства. Принятый сигнал с выхода приемника 11 информации о влажности почвы от внешнего устройства подается на четвертый дополнительный вход микроконтроллера 4. С выхода микроконтроллера 4 сформированный сигнал через радиомодуль 5 и антенну 6 распространяется к следующему устройству. Выявление беспроводного устройства, характеризующегося наилучшими условиями связи, осуществляется аналогично. Таким образом происходит передача информации к третьему четвертому и последующим устройствам до достижения базовой станции.In a wireless device, an informative signal is received by means of an antenna 7 and a receiver 11 of soil moisture information from an external device. The received signal from the output of the receiver 11 information about soil moisture from an external device is fed to the fourth auxiliary input of the microcontroller 4. From the output of the microcontroller 4, the generated signal through the radio module 5 and the antenna 6 propagates to the next device. Detection of a wireless device characterized by the best communication conditions is carried out in a similar way. Thus, information is transmitted to the third fourth and subsequent devices before reaching the base station.

В случае выхода из строя одного или нескольких беспроводных устройств, траектория следования радиосигнала изменяется. При этом мощность радиосигнала, формируемого радиомодулем 5 и излучаемого антенной 6, будет увеличиваться.In case of failure of one or more wireless devices, the trajectory of the radio signal is changed. The power of the radio signal generated by the radio module 5 and emitted by the antenna 6, will increase.

Корпус 1 беспроводного устройства для контроля влажности почвы защищает находящиеся внутри него электронные технические средства от агрессивного воздействия внешней среды и в то же время допускает контакт датчика влажности с почвой за счет боковых прорезей в нижней части. Кроме того, корпус 1 не создает экранирующего эффекта для приема и передачи радиосигналов благодаря использованию диэлектрических материалов в области размещения антенны 6 и приемной антенны 7.The housing 1 of the wireless device for monitoring soil moisture protects the electronic technical devices inside it from the aggressive effects of the external environment and at the same time allows the moisture sensor to come in contact with the soil due to the side slots in the lower part. In addition, the housing 1 does not create a shielding effect for the reception and transmission of radio signals due to the use of dielectric materials in the area of the antenna 6 and the receiving antenna 7.

Таким образом, заявляемая полезная модель имеет следующие преимущества перед прототипом:Thus, the claimed utility model has the following advantages over the prototype:

1. Беспроводное устройство для контроля влажности почвы располагает повышенным ресурсом автономной работы за счет снижения потребления энергии. Это снижение обусловлено тем, что в каждый момент времени на базовую станцию передается информация только от одного датчика влажности. Выбор контролируемого участка, а также продолжительность подключения каждого беспроводного устройства определяется на основе агротехнических требований и задается базовой станцией. Снижению энергоемкости процесса передачи информации от беспроводного устройства к базовой станции сопутствует многозвенное транслирование сигнала между однотипными устройствами. При этом устройство, расположенное на контролируемом участке, работает в режиме передачи, а все остальные устройства - в режиме приема и передачи. В то же время беспроводные устройства, не задействованные в транслировании информации, находятся в дежурном режиме. Выбор оптимальной траектории передачи сигнала осуществляется в соответствии с описанным алгоритмом без участия человека. Кроме того, дополнительное снижение энергозатрат достигается за счет автоматического снижения мощности, развиваемой радиомодулем 5, при близком взаимном расположении соседних беспроводных устройств или при наличии других благоприятных условий для осуществления связи. 2. При выходе из строя одного или нескольких беспроводных устройств передача информации о влажности почвы на базовую станцию не прекращается, поскольку при этом будет реализована другая траектория передачи сигналов. Полезная модель может быть использована например, для исследования процессов увлажнения или осушения растительных слоев грунта, для мониторинга текущего состояния почв, а также в системах автоматического управления орошением.1. A wireless device for controlling soil moisture has an increased battery life by reducing energy consumption. This decrease is due to the fact that at each moment of time only information from one humidity sensor is transmitted to the base station. The choice of the monitored area, as well as the duration of the connection of each wireless device is determined based on agrotechnical requirements and is set by the base station. The reduction in the energy intensity of the process of transmitting information from a wireless device to a base station is accompanied by multi-link signal transmission between similar devices. In this case, the device located in a controlled area operates in the transmission mode, and all other devices operate in the reception and transmission mode. At the same time, wireless devices that are not involved in the transmission of information are in standby mode. The choice of the optimal trajectory of signal transmission is carried out in accordance with the described algorithm without human intervention. In addition, an additional reduction in energy consumption is achieved by automatically reducing the power developed by the radio module 5, with a close mutual arrangement of neighboring wireless devices or in the presence of other favorable conditions for communication. 2. If one or several wireless devices fail, the transmission of soil moisture information to the base station does not stop, because it will realize a different signal transmission trajectory. The utility model can be used, for example, to study the processes of wetting or draining the vegetable soil layers, to monitor the current state of the soil, as well as in automatic irrigation control systems.

Claims

A wireless device for monitoring soil moisture, comprising a housing with a humidity sensor installed in it, connected via a measuring and transmitting part consisting of a series-connected microcontroller and radio module, to the antenna, and a power source connected to the microcontroller and radio module, characterized in that it additionally equipped with a receiving antenna, receivers of control signals, reference signals, response signals and information on soil moisture from an external device, a solid-state drive m, a generator of reference signals and a switch, the first input of which is connected to the first additional output of the microcontroller, and the second input - to the output of the generator of reference signals, while the receiving antenna is connected to the inputs of control signal receivers, reference signals, response signals and soil moisture information from external device, the output of the control signal receiver is connected to the first auxiliary input of the microcontroller, the output of the receiver of the reference signals is connected to the second auxiliary input of the microcontrol oller, receiver output of response signals to the third additional input of the microcontroller, receiver output of soil moisture information from an external device to the fourth additional input of the microcontroller, input of the solid state information storage device connected to the second additional output of the microcontroller, output of the solid state storage of information to the fifth additional input of the microcontroller, the switch output is connected to the first additional input of the radio module, and the power supply is connected to the control receivers signals, reference signals, response signals, and soil moisture information from an external device, a switch, and a reference signal generator.