RU193782U1 - Беспроводное переговорно-поисковое устройство - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области абонентских устройств радиосвязи и предназначена для применения в системах беспроводной и микросотовой связи с целью обеспечения голосовой связью и мониторинга местоположения абонентов, передачи голосовых и текстовых сообщений в пределах зоны действия базовых станций. Техническим результатом является повышение надежности работы устройства путем обеспечения надежности двусторонней передачи информации за счет того, что в нем предусмотрена функция сбора широкого спектра обрабатываемых и передаваемых данных и многовариантность способов обмена информацией. БППУ включает микроконтроллер 1, который соединен на вход-выход с блоком 2 связи ближнего действия, блоком 3 хранения данных и с блоком 4 беспроводной голосовой связи стандарта DECT. Блок 4 снабжен микрофоном 5 и встроенным усилителем низкой частоты, выход которого соединен с громкоговорителем 6. Блок 7 измерения параметров движения устройства, блок 8 измерения параметров воздуха соединены с микроконтроллером 1 на вход-выход. Блок 9 управляющих кнопок и приемник 10 сигналов спутниковой навигации соединены с микроконтроллером 1 на вход. Дисплей 11 соединен на выход с микроконтроллером 1. Блок 2 включает приемопередатчик с поддержкой протокола LoRaWAN и приемопередатчик с поддержкой протокола BLE. Блок 7 включает трехосевой акселерометр. Блок 8 включает датчики температуры и влажности, а также газоанализатор. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Беспроводные переговорно-поисковые устройства (БППУ) относятся к области абонентских устройств радиосвязи и предназначены для применения в системах беспроводной и микросотовой связи с целью обеспечения голосовой связью и мониторинга местоположения абонентов, передачи голосовых и текстовых сообщений в пределах зоны действия базовых станций.

БППУ могут быть использованы в системах учрежденческой микросотовой связи для мониторинга абонентов сети отдельной организации или предприятия. Как известно, в настоящее время широко применяются устройства радиосвязи стандарта DECT: домашние радиотелефоны Siemens, Panasonic (https://www.ulmart.ru/catalog/telephone_dect) и других производителей (http://alldect.ru), и системы микросотовой связи как зарубежных фирм: Ascom (https://www.fgts.ru/collection/ascom), Avaya (https://www.avaya.com/ru/products/unified-communications/voip/) и других (http://www.ats-telecom.ru/3_decisions/3_8_dect/3_8.htm), так и российских фирм, например: система "МиниКом-DECT-DMC" производства ГК "ИНФОРМТЕХНИКА" (https://minicom.ru/catalog/radiosvyaz/dect%20microsota/).

Применяемые в этих системах абонентские устройства (радиотелефоны, или портативные абонентские радиоблоки - ПАРБ) выполняют одну основную функцию - обеспечение голосовой связью абонентов сети при входящих и исходящих соединениях.

В то же время известны другие чрезвычайно востребованные функции абонентских устройств: определение местоположения абонента; контроль состояния абонента и окружающей его среды; оповещение абонента по громкой связи; экстренный вызов (SOS-кнопка); передача и прием коротких текстовых сообщений. Некоторые из этих функций реализуются с использованием спутниковых систем позиционирования ГЛОНАСС/GPS, сотовых сетей связи и смартфонов, другие функции - с использованием смарт-карт, третьи - с использованием громкоговорителей специальной системы оповещения.

Недостатком существующих технических решений является то, что для реализации каждой функции используется отдельное устройство, что приводит как к усложнению работы пользователей (абонентов), так и к трудностям объединения всех этих устройств в единую систему для отдельной организации или предприятия.

Из существующего уровня техники известно устройство, включающее блок управления, память и блок связи ближнего действия, включающий приемопередатчик с поддержкой протокола LoRaWAN (см., напр., RU 176923 U1, опубл. 01.02.2018). Данное устройство является стационарным и выполняет функцию регистрации и передачи данных по радиоинтерфейсу LoRaWAN. Недостатком данного устройства является его малая функциональность.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание многофункционального устройства радиосвязи, одновременно реализующего в режиме реального времени контроль и оценку состояния окружающей среды; определение местоположения и расстояния перемещения устройства в пространстве; оповещение абонента по громкой связи; передачу и прием коротких текстовых сообщений и голосовую связь.

Для решения поставленной задачи в беспроводном переговорно-поисковом устройстве, включающем размещенные в едином корпусе блок управления, блок хранения данных и блок связи ближнего действия, содержащий приемопередатчик с поддержкой протокола LoRaWAN, согласно техническому решению, в качестве блока управления выбран микроконтроллер, соединенный на вход-выход с блоком связи ближнего действия, блоком хранения данных, блоком измерения параметров движения устройства, блоком измерения параметров воздуха и с блоком беспроводной голосовой связи стандарта DECT, снабженным микрофоном и встроенным усилителем низкой частоты, выход которого соединен с громкоговорителем; кроме того, к микроконтроллеру подсоединены на вход, блок управляющих кнопок и приемник сигналов спутниковой навигации, а на выход к микроконтроллеру подсоединен дисплей, при этом блок связи ближнего действия дополнительно включает приемопередатчик с поддержкой протокола BLE, блок измерения параметров движения устройства включает трехосевой акселерометр, блок измерения параметров воздуха включает датчики температуры и влажности, а также газоанализатор, кроме того, к микроконтроллеру на вход подсоединен зарядный узел с аккумулятором, при этом микроконтроллер выполнен с возможностью приема текущих сигналов от блоков измерения параметров воздуха и параметров движения устройства, их цифровой обработки с одновременным опросом приемника сигналов спутниковой навигации и приемопередатчика с поддержкой протокола BLE, формированием сообщения с указанием причины его формирования и данных о местоположении устройства, его отправки по сети LoRaWAN.

Устройство может быть выполнено с возможностью аппаратного взаимодействия с внешними датчиками в том числе по сети BLE.

Микроконтроллер может быть выполнен с тактовой частотой не менее 400 МГц со встроенной памятью в виде постоянного запоминающего устройства и оперативного запоминающего устройства.

Постоянное запоминающее устройство может быть выполнено перепрограммируемым объемом не менее 2 Мб, оперативное запоминающее устройство выполнено объемом не менее 1 Мб.

Блок связи ближнего действия может дополнительно включать приемопередатчик с поддержкой протокола Wi-Fi и приемопередатчик с поддержкой протокола Bluetooth.

Блок измерения параметров движения устройства может дополнительно включать трехосевой гироскоп.

Блок хранения данных может представлять собой перепрограммируемое запоминающее устройство.

Микроконтроллер может быть соединен на вход с видеокамерой.

В качестве аккумулятора может быть выбран литий-полимерный аккумулятор, выполненный с обеспечением возможности его зарядки от порта USB или беспроводной зарядки от индукционного зарядного устройства.

Микроконтроллер может быть соединен на вход-выход с блоком безопасности с перепрограммируемой памятью, выполненным с возможностью хранения ключей, паролей и цифровых сертификатов.

Техническим результатом, достигаемым приведенной совокупностью признаков, является повышение надежности работы устройства путем обеспечения надежности двусторонней передачи информации за счет того, что в нем предусмотрена функция сбора широкого спектра обрабатываемых и передаваемых данных и многовариантность способов обмена информацией.

Сущность заявленного устройства поясняется чертежом, не охватывающим и, тем более, не ограничивающим объем притязаний по данному решению, а лишь являющимся иллюстрирующим материалом частного случая выполнения устройства.

На фиг. 1 изображена структурная схема беспроводного переговорно-поискового устройства.

Беспроводное переговорно-поисковое устройство включает блок управления, выполненный в виде микроконтроллера 1. Микроконтроллер 1 соединен на вход-выход с блоком 2 связи ближнего действия, блоком 3 хранения данных и с блоком 4 беспроводной голосовой связи стандарта DECT, снабженным микрофоном 5 и встроенным усилителем низкой частоты (на схеме условно не показан), выход которого соединен с громкоговорителем 6. Блок 7 измерения параметров движения устройства, блок 8 измерения параметров воздуха соединены с микроконтроллером 1 также на вход-выход. Блок 9 управляющих кнопок и приемник 10 сигналов спутниковой навигации соединены с микроконтроллером 1 на вход. Дисплей 11 соединен на выход с микроконтроллером 1.

Блок 2 связи ближнего действия включает приемопередатчик с поддержкой протокола LoRaWAN и приемопередатчик с поддержкой протокола BLE. Блок 7 измерения параметров движения устройства включает трехосевой акселерометр, который измеряет ускорение и расстояние перемещения устройства в пространстве в 3 независимых измерениях, что позволяет отслеживать резкое изменение перемещения устройства, свидетельствующее о падении устройства. Блок 8 измерения параметров воздуха включает датчики температуры и влажности, а также газоанализатор. Датчик температуры блока 8 измерения параметров воздуха контролирует повышение или понижение температуры окружающей среды. Датчик влажности блока 8 измеряет относительную влажность воздуха. Газоанализатор блока 8 определяет уровень содержания кислорода в воздухе. При необходимости возможно использовать газоанализатор, определяющий количественный и качественный состав газов, находящихся в воздухе.

Устройство является портативным, зарядный узел 12 с аккумулятором 13 подсоединен на вход к микроконтроллеру 1. В качестве аккумулятора предпочтителен выбор литий-полимерного аккумулятора, выполненного с обеспечением возможности его зарядки от порта USB или беспроводной зарядки от индукционного зарядного устройства.

Все перечисленные элементы размещены в едином корпусе и соединены друг с другом соответствующими интерфейсами.

Работает устройство следующим образом.

Перед началом работы в сети устройство подключается кабелем через USB-разъем корпуса к персональному компьютеру и конфигурируется при помощи вспомогательной программы-конфигуратора. В процессе конфигурирования устройству присваивается номер абонента, служащий как для его вызова другими абонентами, так и для его идентификации в сети при передаче им данных. Также номера абонентов присваиваются кнопкам устройства блока 9 управляющих кнопок для установки голосового соединения с соответствующим абонентом или оператором при их активации. Одна из кнопок блока 9 управляющих кнопок может быть запрограммирована для экстренного вызова оператора (SOS-кнопка). Кроме того, в память микроконтроллера 1 (постоянное запоминающее устройство) и в блок 3 хранения данных вводятся критические значения параметров воздуха (температура, влажность, содержание кислорода) и движения устройства (максимально допустимое ускорение, изменение ускорения, чувствительность датчиков), выходная скорость передачи данных для каждого датчика, соответствующие условиям мониторинга. Для удобства использования, например, в условиях изменяющихся требований к условиям наступления мониторингового события или при настройке устройства для конкретного абонента блок 3 хранения данных целесообразно выполнять в виде перепрограммируемого запоминающего устройства.

БППУ находится у абонента сети организации или предприятия, включающей базовые станции, осуществляющие прием и передачу данных по протоколу LoRaWAN, базовые станции стандарта DECT, BLE-маяки, автоматическую телефонную станцию и рабочее место оператора, включающее модуль анализа и визуализации поступающих данных. Оператор - человек, осуществляющий наблюдение за абонентом, использующим БППУ.

При возникновении мониторингового события, в частности достижения или превышения критических значений параметров воздуха (температуры, влажности, содержания кислорода) или движения устройства (максимально допустимое ускорение, изменение ускорения), сигнал с соответствующего датчика Блока 7 измерения параметров движения устройства и/или блока 8 измерения параметров воздуха, поступает в микроконтроллер 1. При поступлении этого сигнала микроконтроллер 1 опрашивает приемопередатчик с поддержкой протокола BLE блока 2 связи ближнего действия и приемник 10 сигналов спутниковой навигации (GPS/ГЛОНАСС), а затем формирует сообщение, содержащее информацию о причине данного сообщения, координаты местоположения в сети GPS/ГЛОНАСС либо номера обнаруженных BLE-маяков. Сформированное сообщение передается приемопередатчиком с поддержкой протокола LoRaWAN блока 2 связи ближнего действия через базовую станцию LoRaWAN на рабочее место оператора, где происходит анализ и визуализация полученной информации. Одновременно устанавливается исходящее DECT соединение для голосовой связи с оператором, которое осуществляется с помощью блока 4 беспроводной голосовой связи стандарта DECT посредством микрофона 5 и громкоговорителя 6. Также при возникновении необходимости или согласно протоколу мониторингового события абоненту направляется сообщение, например, с инструкциями о дальнейших действиях или с вспомогательной информацией. Кроме того, оповещение абонента о наступлении мониторингового события может быть произведено с помощью сигнала тревоги, воспроизводимого громкоговорителем 6 через активированный усилитель низкой частоты.

Абонент имеет возможность сам оповестить о наступлении мониторингового события нажатием SOS-кнопки. При активации SOS-кнопки устройство работает как описано выше с той разницей, что при нажатии SOS-кнопки сигнал поступает в микроконтроллер 1, и микроконтроллер 1 сам опрашивает блок 7 измерения параметров движения устройства и блок 8 измерения параметров воздуха. Данные с датчиков температуры и влажности, а также с газоанализатора трехосевого акселерометра поступают в микроконтроллер 1, где сравниваются с соответствующими им критическими значениями, ранее введенными в блок 3 хранения данных и в память микроконтроллера 1.

Таким образом, реализуется многовариантность способов обмена информацией - с помощью обмена текстовыми сообщениями, оповещения абонента звуковым сигналом тревоги, голосовой связью с оператором и с другими абонентами сети, а также обеспечивается широкий спектр обрабатываемых и передаваемых данных - температура и влажность воздуха, содержание в нем кислорода, ускорение, скорость изменения ускорения, что повышает надежность работы устройства путем обеспечения надежности двусторонней передачи информации.

Кроме того, БППУ позволяет реализовать функцию контроля доступа в категорированные помещения. С помощью приемопередатчика с поддержкой протокола BLE блока 2 связи ближнего действия оператор имеет возможность со своего рабочего места отслеживать местоположение абонента относительно BLE-маяков сети, благодаря визуализации построенной по полученным по радиоканалу LoRaWAN от БППУ текущим данным о местоположении устройства траектории перемещения устройства, и с помощью голосовой связи DECT или текстовых сообщений разрешать или запрещать доступ в помещение.

Наличие в устройстве приемопередатчика с поддержкой протокола BLE обеспечивает возможность аппаратного взаимодействия с внешними датчиками, настроенными на аналогичный радиоканал, что еще больше расширяет спектр обрабатываемых и передаваемых данных. Такие датчики могут быть закреплены на средствах индивидуальной защиты абонента (каске, перчатках, жилете и т.д.) для отслеживания оператором соблюдения абонентом установленных на производстве правил труда. Или датчики могут быть встроены в индивидуальные приборы для определения физического состояния абонента, определяющие частоту сердечных сокращений, артериальное давление и температуру тела. Примером таких приборов может служить браслет, одеваемый на запястье абонента. Данные в виде сигнала поступают с внешних датчиков по радиоканалу BLE в микроконтроллер, где обрабатываются и передаются оператору с помощью приемопередатчика с поддержкой протокола LoRaWAN по одноименному радиоканалу.

Для обеспечения надежности работы устройства путем повышения эффективности работы аппаратных средств за счет повышения точности и быстродействия устройства при одновременной реализации им нескольких функций предпочтительно, чтобы микроконтроллер 1 был выполнен с тактовой частотой не менее 400МГц со встроенной памятью в виде постоянного запоминающего устройства и оперативного запоминающего устройства. Примером такого микроконтроллера может служить микроконтроллер на основе ядра ARM Cortex-M7. Высокая точность вычислений обусловлена в этом микроконтроллере за счет его выполнения с обеспечением возможности аппаратной поддержки вычислений с плавающей точкой двойной точности. Тактовая частота не менее 400 МГц обеспечивает производительность, достаточную для одновременного осуществления нескольких операций. Кроме того, в предпочтительном варианте выполнения для обеспечения высокой скорости произведения вычислительных операций постоянное запоминающее устройство может быть выполнено объемом не менее 2 МБ, а оперативное запоминающее устройство - объемом не менее 1 МБ. Для удобства использования, например, в условиях изменяющихся требований к параметрам воздуха или при настройке устройства для конкретного абонента постоянное запоминающее устройство предпочтительно выполнять перепрограммируемым.

Для обеспечения надежности передаваемой информации за счет дополнительного расширения спектра получаемых и обрабатываемых микроконтроллером 1 данных блок 8 измерения параметров движения устройства может дополнительно включать трехосевой гироскоп и трехосевой магнитометр. Трехосевой гироскоп используется с целью обеспечения вычислений угловой скорости перемещения БППУ, трехосевой магнитометр реагирует на магнитное поле Земли, благодаря чему позволяет определять стороны света и определять более точно текущее местоположение БППУ. Одновременное использование трехосевого гироскопа, трехосевого магнитометра и трехосевого акселерометра позволяет получать данные о девяти независимых измерениях - вращении, ускорении и магнитных, которые могут быть использованы для определения высоты и абсолютного положения. Гироскоп позволяет очень точно отслеживать вращение за короткий промежуток времени, в то время как акселерометр и магнитометр помогают компенсировать дрейф данных гироскопа с течением времени путем предоставления абсолютной системы отсчета. Предпочтительно размещать датчики в блоке 7 измерения параметров движения устройства так, что ориентированность их осей облегчает процесс вычисления.

Для обеспечения надежности передачи данных микроконтроллер 1 может быть соединен на вход-выход с блоком безопасности с перепрограммируемой памятью, выполненным с возможностью хранения ключей, паролей и цифровых сертификатов, необходимых для шифрования передаваемой информации.

Для обеспечения дополнительного расширения спектра передаваемой информации с целью повышения надежности передачи информации микроконтроллер 1 может быть соединен на вход с видеокамерой, позволяющей формировать визуальные образы, фиксирующие мониторинговое событие, с последующей их передачей и обработкой в микроконтроллере 1, и дальнейшей передачей их по каналу LoRaWAN на рабочее место оператора сети посредством приемопередатчика с поддержкой протокола LoRaWAN блока 2 связи ближнего действия. При этом камера может быть настроена на автоматическое включение при наступлении мониторингового события.

Для обеспечения беспроводного доступа к сети Интернет блок 2 связи ближнего действия дополнительно включает приемопередатчик с поддержкой протокола Wi-Fi, что обеспечивает еще один вариант обмена информацией между оператором и другими абонентами сети. Кроме того, блок 2 связи ближнего действия может дополнительно включать приемопередатчик с поддержкой протокола Bluetooth для обеспечения беспроводного доступа к внешним устройствам таким, как дозиметры, измерители высокого напряжения и т.д.

Дополнительно устройство может быть оснащено светодиодами подсветки для удобства использования и вибромотором для сигнализации о поступившем вызове и состоянии устройства.

Заявленное устройство предназначено для мобильных абонентов, сконцентрированных на относительно небольшой территории, например, в пределах одного предприятия, и хорошо себя зарекомендовало при его эксплуатации на разработанной и успешно эксплуатируемой телекоммуникационной платформе на базе радиотехнологии DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication), предназначенной для организации связи абонентов с учрежденческой АТС или с цифровой сетью с интеграцией сервиса на участке абонентской линии через цифровой радиоканал радиотехнологии DECT.

Claims (10)

1. Беспроводное переговорно-поисковое устройство, включающее размещенные в едином корпусе блок управления, блок хранения данных и блок связи ближнего действия, содержащий приемопередатчик с поддержкой протокола LoRaWAN, отличающееся тем, что в качестве блока управления выбран микроконтроллер, соединенный на вход-выход с блоком связи ближнего действия, блоком хранения данных, блоком измерения параметров движения устройства, блоком измерения параметров воздуха и с блоком беспроводной голосовой связи стандарта DECT, снабженным микрофоном и встроенным усилителем низкой частоты, выход которого соединен с громкоговорителем; кроме того, к микроконтроллеру подсоединены на вход блок управляющих кнопок и приемник сигналов спутниковой навигации, а на выход к микроконтроллеру подсоединен дисплей, при этом блок связи ближнего действия дополнительно включает приемопередатчик с поддержкой протокола BLE, блок измерения параметров движения устройства включает трехосевой акселерометр, блок измерения параметров воздуха включает датчики температуры и влажности, а также газоанализатор, кроме того, к микроконтроллеру на вход подсоединен зарядный узел с аккумулятором, при этом микроконтроллер выполнен с возможностью приема текущих сигналов от блоков измерения параметров воздуха и параметров движения устройства, их цифровой обработки с одновременным опросом приемника сигналов спутниковой навигации и приемопередатчика с поддержкой протокола BLE, формированием сообщения с указанием причины его формирования и данных о местоположении устройства, его отправки по сети LoRaWAN.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выполнено с возможностью аппаратного взаимодействия с внешними датчиками, в том числе по сети BLE.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что микроконтроллер выполнен с тактовой частотой не менее 400 МГц со встроенной памятью в виде постоянного запоминающего устройства и оперативного запоминающего устройства.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что постоянное запоминающее устройство выполнено перепрограммируемым объемом не менее 2 Мб, оперативное запоминающее устройство выполнено объемом не менее 1 Мб.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок связи ближнего действия дополнительно включает приемопередатчик с поддержкой протокола Wi-Fi и приемопередатчик с поддержкой протокола Bluetooth.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок измерения параметров движения устройства дополнительно включает трехосевой гироскоп.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок хранения данных представляет собой перепрограммируемое запоминающее устройство.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что микроконтроллер соединен на вход с видеокамерой.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве аккумулятора выбран литий-полимерный аккумулятор, выполненный с обеспечением возможности его зарядки от порта USB или беспроводной зарядки от индукционного зарядного устройства.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что микроконтроллер соединен на вход-выход с блоком безопасности с перепрограммируемой памятью, выполненным с возможностью хранения ключей, паролей и цифровых сертификатов.

Images