RU223569U1 - Устройство интеллектуального сбора, обработки и передачи данных для отслеживания параметров и местоположения различных видов грузовых контейнеров, железнодорожных вагонов, цистерн и перевозимых в них грузов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к промышленным электронным устройствам дистанционного мониторинга параметров грузовых контейнеров и железнодорожных вагонов. Сущность заявленной полезной модели заключается в усовершенствовании устройства путём включения солнечной панели для заряда батареи, установки необходимого количества беспроводных датчиков разных типов в разных частях контролируемого объекта. При этом зарегистрированные на объекте события обрабатываются на самих датчиках, позволяя сэкономить энергоресурс устройства. Кроме того, конструктивные особенности заявляемого устройства дают возможность расширять систему распределенных датчиков за счет самоорганизующейся беспроводной сети путем добавления датчиков необходимого типа для получения требуемых параметров объекта мониторинга. Технический результат предлагаемого решения заключается в расширении функциональных возможностей и повышении надежности контроля параметров контейнеров и вагонов, а также перевозимых ими грузов. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к промышленным электронным устройствам дистанционного мониторинга грузовых контейнеров и железнодорожных вагонов различных типов и передачи данных по сетям сотовых операторов о геопозиции и различных параметров на всех этапах следования.

Извeстны различные технические решения в данной области.

Например, известна мобильная система оперативного мониторинга местоположения и оповещения о целостности подвижных железнодорожных объектов (Патент РФ №77714). Система мониторинга включает антенный блок, блок обработки и кодирования, сотовый канал связи, спутниковый канал связи, спутниковая система позиционирования Глонасс/GPS, центр приема-передачи, хранения и обработки информации, переносной блок управления и тестирования. Система также снабжена железнодорожным каналом связи, обеспечивающим передачу сигнала с информацией между антенным блоком и центром приема-передачи, хранения и обработки информации. Блок обработки и кодирования снабжен программным обеспечением, выполненным с возможностью выбора одного или нескольких каналов связи в зависимости от управляющего сигнала, поступающего из центра приема-передачи, хранения и обработки информации. К недостаткам указанной системы относятся работа только на железнодорожном транспорте, отсутствие поддержки работы на интермодальных перевозках, отсутствие восполняемого автономного источника питания, отсутствие поддержки подключения проводных датчиков, отсутствие поддержки беспроводной самоорганизующейся сети автономных датчиков, ограниченный до 45 суток срок жизни автономного источника питания, только двухсистемный ГЛОНАСС/GPS-приемник.

Известна также система навигации, регистрации, мониторинга, охраны и контроля стационарных и мобильных объектов с использованием глобальной навигационной спутниковой системы (патент РФ №111940). Указанная система предполагает установку на подвижном объекте навигационного двухсистемного ГЛОНАСС/GPS приемника с антенной и вычислительного блока, а также размещение диспетчерского пункта с персональным компьютером. Подвижный объект снабжен устройством для передачи информации по Wi-Fi, Bluetooth, 3-G, ИК и/или WiMax каналам, оборудование системы снабжено модулем GSM/GPRS для оповещения о несанкционированном вскрытии подвижного объекта и передачи параметров через службу коротких сообщений (SMS и MMS), причем навигационный двухсистемный ГЛОНАСС/GPS приемник с антенной, вычислительный блок, модули передачи информации по Wi-Fi, Bluetooth, 3-G, ИК и/или WiMax-каналам и модуль GSM/GPRS конструктивно встроены в корпус мультимедийного устройства подвижного объекта. Система дополнительно содержит, по меньшей мере, одно устройство навигации и охраны, сервер, носимое устройство контроля и оповещения, по меньшей мере, одно удаленное автоматизированное рабочее место, причем устройство навигации и охраны дополнительно содержит энергонезависимую память, блок опроса датчиков, модуль беспроводной связи с носимым устройством контроля и оповещения, модуль связи с сервером, датчик отрыва, автономный источник питания. К недостаткам указанной системы относятся передача оповещения о несанкционированном вскрытии подвижного объекта и передачи параметров осуществляется только через службу коротких сообщений (SMS и MMS), отсутствие восполняемого автономного источника питания, отсутствие возможности расширения сети датчиков, отсутствие контроля остановов и ударов, а также наклонов контролируемого объекта.

Другим известным техническим решением является Система записи данных для мониторинга и отслеживания отгрузки и транспортировки товаров, требующих поддержания конкретных значений параметров (патент РФ №2664017). В состав указанной системы входит устройство, включающее в себя: компактный защитный корпус уменьшенных размеров, внутри которого находятся: электронная плата с микропроцессором, GPS, часы, карта памяти, батарея электропитания, ЖК-дисплей для считывания и соединительные разъемы для подключения детекторов, предназначенных для измерения температуры, уровня влажности или других параметров, причем: устройство связано с товарами, подлежащими мониторингу и отслеживанию, и включает в себя карту беспроводной связи с системой GSM/GPRS 3G с роумингом, которая выполнена с возможностью использования коммуникационного интернет-сервиса, относящегося к IoT или Интернету вещей, предлагаемого операторами телефонной связи. Устройство размещается внутри контейнера для отгрузки и транспортировки товаров, подлежащих мониторингу. Контейнер содержит специальный отсек для защищенного и/или изолированного размещения корпуса устройства. К недостаткам устройства относятся отсутствие восполняемого автономного источника питания, отсутствие возможности расширения сети датчиков, отсутствие контроля остановов и ударов, а также наклонов контролируемого объекта.

Также известно устройство отслеживания и мониторинга для транспортных контейнеров, состоящее из корпуса, помещенных в корпус процессора с памятью, акселерометра, GSM-модема с антенной, GPS-приемника с антенной, аккумуляторной батарей, датчиков освещенности, удара, открытия двери контейнера (заявка WO2011073972). Данное устройство является наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков и выбрано в качестве прототипа. Недостатками технического решения являются: использование в качестве навигационного приёмника только одной системы GPS; использование только GSM в качестве модема GPRS/CDMA для передачи данных в мониторинговый центр; устройство контролирует только освещенность, открытие, удар; устройство может быть установлено только на контейнер, имеющий стандартную систему открытия дверей; имеет сильно ограниченный период автономности за счет ограниченности ресурса аккумуляторной батареи, отсутствие возможности расширения сети датчиков и измерения дополнительных параметров.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание универсального устройства со степенью защиты не менее IP65 с восполняемым источником энергии, обеспечивающего сбор, обработку и передачу данных для отслеживания параметров таких как давление, температура, влажность, освещенность, уровень жидкости, открытие, удары, наклоны, вибрация, перемещение, магнитное поле и местоположение для различных видов грузовых контейнеров: сухих, рефрижераторных, контейнеров цистерн, термоконтейнеров и т.п., железнодорожных вагонов, цистерн и т.п. и перевозимых в них грузов.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и повышении надежности контроля параметров как самих контейнеров и вагонов, так и перевозимых ими грузов.

Результат достигается за счет увеличенной автономности заявляемого устройства, повышении, по сравнению с аналогами, достоверности данных и метки реального времени за счет наличия солнечной панели для заряда батареи, установки необходимого количества беспроводных датчиков разных типов в разных частях контролируемого объекта, где все события имеют метку реального времени, так же события для минимизации энерго затрат обрабатываются на самих беспроводных датчиках, после срабатывания алгоритмов о превышении заданных параметров и последующей передачей в основное устройство. Кроме того, конструктивные особенности заявляемого устройства дают возможность расширять систему распределенных датчиков за счет самоорганизующейся беспроводной сети путем добавления датчиков необходимого типа съема параметров.

Таким образом, технический результат достигается за счет того, что в устройство отслеживания и мониторинга для грузовых контейнеров, железнодорожных вагонов и цистерн, включающее корпус, помещенные в корпус микропроцессор с памятью, и соединенные с ним акселерометр, модуль сотовой связи с антенной, модуль спутниковой системы навигации с антенной, аккумуляторную батарею и датчики, введены

аналого-цифровой преобразователь с тремя разъемами для подключения проводных датчиков, соединенный с микропроцессором,

магнитометр, также соединенный с микропроцессором,

радиомодуль для связи с беспроводными датчиками.

При этом в качестве модуля спутниковой системы навигации использован модуль GNSS, в качестве модуля сотовой связи использован модуль 2G/4G/NB IoT/5G, дополненный SIM-чипом с несколькими профилями eSIM, позволяющими выбирать оператора сотовой связи в зависимости от территории нахождения, в качестве радиомодуля использован радиомодуль BLE5 2,4ГГц/ MESH 868 МГц, в качестве памяти использована энергонезависимая память EEPROM,

Дополнительными отличиями устройства являются

наличие солнечной батареи и блока управления питанием, соединенного с солнечной и аккумуляторной батареями и с микропроцессором,

наличие индикатора режимов работы устройства, соединенного с микропроцессором,

в качестве проводных датчиков использованы датчики температуры, давления, уровня, размещаемые в местах, требующих съема показаний:

в качестве беспроводных датчиков использованы датчики перемещений, влажности, открытия двери, температуры, уровня, давления, вибрации, тензодатчик, размещаемые в местах, требующих съема показаний:

корпус выполнен пылевлагонепроницаемым со степенью защиты IP67;

акселерометр выполнен в виде группы из трех акселерометров, выполняющих функцию датчика удара, датчика наклона и датчика перемещения.

Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами:

фиг. 1 - структурная схема заявляемого устройства;

фиг.2 - общий вид устройства.

Номерами на фигурах обозначены:

1 – Спутниковая система навигации (GNSS)

2 – Сеть сотовой связи

3 – Энергонезависимая память EEPROM

4 – Микропроцессор с поддержкой RTC

5 – Модуль спутниковой системы навигации GNSS

6 – Проводные датчики

7 – Группа из трех акселерометров, состоящая из датчика удара, датчика перемещений и датчика наклона.

8 – Модуль сотовой связи 2G/4G/Nb IoT/5G

9 – Магнитометр

10 – Беспроводные датчики

11 – АЦП (аналого-цифровой преобразователь) (для подключения трех проводных датчиков 0-10В)

12 –– Радиомодуль 2,4 ГГц / 868 МГц для связи с беспроводными датчиками

13 - Индикатор режимов работы устройства

14 – Блок управления питанием

15 – Аккумуляторная батарея

16 – Солнечная панель

17 – Корпус

18 – Материнская плата

Заявляемое устройство отслеживания и мониторинга для грузовых контейнеров, железнодорожных вагонов и цистерн содержит корпус 17, помещенные в корпус материнская плата 18 с размещенными на ней микропроцессором 4 и соединенные с ним энергонезависимую память 3 акселерометр 7, магнитометр 9, модуль 8 сотовой связи с антенной, модуль 5 спутниковой системы навигации с антенной, проводные датчики 6. Также на материнской плате размещены:

аналого-цифровой преобразователь 11 с тремя разъемами для подключения внешних проводных датчиков 0-10В, соединенный с микропроцессором 4,

индикатор 13 режимов работы устройства, соединенный с микропроцессором 4,

блок 14 управления питанием

радиомодуль 12 для связи с беспроводными датчиками

При этом в качестве модуля 5 спутниковой системы навигации использован модуль GNSS, в качестве модуля 8 сотовой связи использован модуль 2G/4G/NB IoT/5G/Спутник, в качестве радиомодуля 12 использован радиомодуль BLE5 2,4ГГц/ MESH 868 МГц, в качестве памяти 3 использована энергонезависимая память EEPROM. В качестве акселерометра 7 использована группа из трех акселерометров, выполняющих функцию датчиков удара, перемещения и наклона, размещенных на материнской плате 18. Проводные 6 и беспроводные 10 датчики, подключаемые к устройству, размещаются в местах, требующих съема показаний. В качестве проводных датчиков используются датчики температуры, давления и уровня со стандартизированным выходом 0-10В. В качестве беспроводных датчиков используются датчики перемещений, влажности, открытия двери, температуры, уровня, давления, вибрации, тензодатчик.

Корпус 17 устройства выполняется пылевлагонепроницаемым, со степенью защиты IP67.

Для расширения коммуникационных возможностей устройства модуль 8 сотовой связи дополнен SIM-чипом, позволяющим загружать несколько профилей eSIM для выбора оператора связи в зависимости от территории нахождения.

АЦП 11 снабжен тремя соединительными разъемами для подключения трех проводных датчиков с выходом 0-10В.

В процессе работы устройство выполняет автономный сбор данных от подключенных датчиков в соответствии с заложенной программой режимов работы и отправку собранных данных в мониторинговый центр. Прошивка, настройки, журналы событий хранятся в энергонезависимой памяти EPROM 3. Прошивка и настройки устройства могут быть обновлены удаленно, с использованием FOTA (Firmware Over-The-Air). При переходе устройства в режим настройки активируется индикатор режимов работы 13 для отображения работы устройства в сервисном режиме.

Устройство в базовом исполнении имеет три режима работы, которые могут быть перенастроены удаленно:

Спящий режим при неподвижности объекта, в котором обеспечивается сбор данных раз в тридцать минут и отправка в мониторинговый центр не более двух раз в сутки

Стандартный режим при подвижности объекта, в котором обеспечивается сбор данных раз в десять минут и отправка в мониторинговый центр не более шести раз в сутки

Аварийный режим при выходе одного из контролируемых параметров за пределы заданных значений – отправка в мониторинговый центр незамедлительно, в случае отсутствия канала связи-ожидание и отправка сразу после восстановления.

В процессе работы устройства акселерометр 7, проводные датчик 6, размещенные на материнской плате 18, беспроводные датчики 10, магнитометр 12 работают постоянно в соответствии с алгоритмами работы устройства, выполняя контроль соответствующих параметров, и передачу данных о событиях на микропроцессор 4 с поддержкой RTC для дальнейшей обработки, регистрации в журнале событий энергонезависимой памяти EPROM 3 и отправки в мониторинговый центр.

Все программы за исключением аварийного режима обеспечивают максимальную автономность устройства. Заряд аккумулятора 15 обеспечивается солнечной панелью 16. Блок управления питанием 14 контролирует уровень заряда аккумуляторной батареи 15 и обеспечивает непрерывный заряд аккумуляторной батареи 15 от солнечной панели 16.

Межсервисный интервал устройства составляет 6 лет. Передача данных между устройством и мониторинговым центром происходит с использованием нескольких алгоритмов шифрования и протокола MQTT, используя различные сотовые сети.

Claims (7)

1. Устройство интеллектуального сбора, обработки и передачи данных для отслеживания параметров и местоположения различных видов грузовых контейнеров, железнодорожных вагонов, цистерн и перевозимых в них грузов, включающее корпус, помещенные в корпус микропроцессор с памятью и соединенные с ним акселерометр, модуль сотовой связи с антенной, модуль спутниковой системы навигации с антенной, аккумуляторную батарею и датчики, отличающееся тем, что содержит дополнительно аналого-цифровой преобразователь с тремя разъемами для подключения проводных датчиков, соединенный с микропроцессором, магнитометр, также соединенный с микропроцессором, радиомодуль для связи с беспроводными датчиками,

при этом в качестве модуля спутниковой системы навигации использован модуль GNSS, в качестве модуля сотовой связи использован модуль 2G/4G/NB IoT/5G/Спутник, дополненный SIM-чипом с несколькими профилями eSIM, позволяющими выбирать оператора сотовой связи в зависимости от территории нахождения, в качестве радиомодуля использован радиомодуль BLE5 2,4ГГц/ MESH 868 МГц, в качестве памяти использована энергонезависимая память EEPROM.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит солнечную батарею и блок управления питанием, соединенный с солнечной и аккумуляторной батареями и с микропроцессором, индикатор режимов работы устройства, также соединенный с микропроцессором.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве проводных датчиков использованы датчики температуры, давления, уровня, размещаемые в местах, требующих съема показаний.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве беспроводных датчиков использованы датчики перемещений, влажности, открытия двери, температуры, уровня, давления, вибрации, тензодатчик, размещаемые в местах, требующих съема показаний.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен пылевлагонепроницаемым со степенью защиты IP67.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что акселерометр выполнен в виде группы из трех акселерометров, выполняющих функцию датчика удара, датчика наклона и датчика перемещения.