RU225009U1 - Блок оповещения автономный - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к охранным и сигнальным устройствам (автономные устройства мониторинга и оповещения) и предназначена для оповещения операторов о несанкционированном проникновении в помещение или изменении параметров объектов мониторинга в целях оперативного реагирования на потенциальную чрезвычайную ситуацию (ЧС). Технический результат заключается в снижении энергопотребления в режиме ожидания за счет полного обесточивания неиспользуемых датчиков и модуля связи. Для этого в автономный малогабаритный блок сигнализации оповещения о вскрытии введены реле (2.7), датчик влажности (2.6) и микроконтроллер (2.2) со сверхнизким энергопотреблением, выполненный с возможностью выхода из режима пониженного энергопотребления по поступившему на первый вход сигналу от датчиков наклона (2.1) и по программно-заданным для периодического мониторинга состояния блока оповещения интервалам времени. Выход микроконтроллера (2.2) соединен с входом сигнала включения реле (2.7), первый выход которого соединен с входом питания модуля беспроводной связи (2.3), второй выход реле (2.7) соединен с входами питания малошумящего акселерометра (2.5), выполненного с датчиком температуры, и датчика влажности (2.6), выходы которых соединены со вторым и третьим входами микроконтроллера (2.2) соответственно. Выход модуля беспроводной связи (2.3) соединен с четвертым входом микроконтроллера (2.2) для передачи команды завершения интервала времени мониторинга микроконтроллеру и формирования им команды выключения реле (2.7). Причем встроенная в ячейку управления антенна (2.4) и датчики наклона (2.1) размещены на одной стороне платы ячейки (2), на другой стороне которой размещены модуль беспроводной связи (2.3), датчик влажности (2.6), малошумящий акселерометр (2.5), выполненный с датчиком температуры, микроконтроллер (2.2) и реле (2.7), плата ячейки управления (2) расположена внутри корпуса и соединена с источником питания. 4 ил.

Description

Полезная модель относится к охранным и сигнальным устройствам (автономные устройства мониторинга и оповещения) и предназначена для оповещения операторов о несанкционированном проникновении в помещение или изменении параметров объектов мониторинга в целях оперативного реагирования на потенциальную чрезвычайную ситуацию (ЧС).

Известна система (патент CN 108389378, G08B 25/08, G08B 19/00) на основе коротких сообщений GSM, включающая в себя силовой модуль, главный управляющий модуль однокристального микро-ЭВМ, модуль связи GSM, модуль сбора данных с передним концом датчика, модуль звуковой и визуальной сигнализации и модуль жидкокристаллического дисплея. Когда модуль получения переднего конца датчика обнаруживает аномальный сигнал, однокристальный микро-ЭВМ мастер-модуль принимает сигнал от соответствующего сенсорного штифта и сравнивает сигнал с информацией, предварительно сохраненной в однокристальном микро-ЭВМ, определяет тип тревоги, а затем передает сигнал в модуль связи GSM, и, наконец, модуль связи GSM передает сигнал тревоги на заданное мобильное телефонное число пользователя в виде короткого сообщения. Тем самым побуждают пользователя принимать соответствующие меры. Согласно системе бытовой сигнализации на основе коротких сообщений GSM, посредством введения модуля коротких сообщений GSM, когда аномальность происходит в домашних условиях, короткое сообщение может быть автоматически отправлено владельцу или персоналу управления имуществом, чтобы давать сигнал тревоги, так что бытовые условия известны в первый момент времени, тем самым приводя к большому удобству, своевременности и безопасности жизни людей.

Основным недостатком устройства является использование звуковой и визуальной сигнализации, а также жидкокристаллического дисплея, что снижает его надежность и стойкость к внешним воздействиям и время автономной работы.

Известна система (патент US 20210112403 A1, H04W 8/22), в котором назначение профиля устройства мобильному приемопередатчику в соответствии с идентификатором устройства (ID) мобильного приемопередатчика, при этом профиль устройства выбирается из множества предварительно определенных профилей устройства в соответствии с одним вариантом осуществления с идентификатором устройства мобильного приемопередатчика, причем каждый профиль устройства определяет типы сигналов тревоги, которые можно настроить на мобильном приемопередатчике; назначение профиля тревоги мобильному приемопередатчику в соответствии с идентификатором устройства в зависимости от типов тревог, которые можно настроить на мобильном приемопередатчике, определяемых назначенным профилем устройства, при этом профиль тревоги определяет множество тревог, каждая тревога включает в себя условие триггера и одно или несколько действий; и отправку назначенного профиля тревоги мобильному приемопередатчику, при этом назначенный профиль тревоги применяется мобильным приемопередатчиком после его приема мобильным приемопередатчиком. Основным недостатком устройства является то, что модуль беспроводной связи не обесточивается, а переводится в режим пониженного энергопотребления, что снижает срок автономной работы.

В соответствии с одним вариантом осуществления предложен способ, содержащий: назначают профиль устройства мобильному приемопередатчику в соответствии с идентификатором (ID) устройства мобильного приемопередатчика, при этом профиль устройства выбирают из множества предварительно определенных профилей устройства в соответствии с ID устройства мобильный приемопередатчик, причем каждый профиль устройства определяет типы тревог, способные конфигурироваться на мобильном приемопередатчике; назначают профиль сигнализации мобильному приемопередатчику в соответствии с ID устройства в зависимости от типов сигналов тревоги выполненный с возможностью конфигурировать на мобильном приемопередатчике, определенном назначенным профилем устройства, при этом профиль сигнализации определяет множество тревог, при этом каждая сигнализация включает в себя состояние запуска и одно или более действий; и отправку назначенного профиля сигнализации мобильному приемопередатчику, при этом выделенный профиль сигнализации применяется мобильным приемопередатчиком, после приема мобильным приемопередатчиком.

Известно устройство автономный малогабаритный блок сигнализации (патент РФ №2127888, G08B 13/00), в котором введено реле включения, при этом встроенная антенна и модуль беспроводной связи размещены на одной стороне платы ячейки управления, а на другой стороне платы - датчики наклона, кроме того, ячейка управления расположена внутри корпуса и соединена с источником питания.

Недостатками данного устройства являются:

отсутствие функции периодического пробуждения по программно-заданному интервалу времени (в т.ч. для контроля состояния датчиков и/или доведения оператору информации о состоянии устройства даже если датчики не срабатывали);

отсутствие возможности менять настройки модуля связи удаленно.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому, является устройство охраны объектов, представленное в патент РФ 165104, G08B 13/00, принятое за прототип.

Устройство-прототип содержит установленные в одном корпусе выполненный с возможностью подзарядки встроенный автономный источник питания в виде аккумулятора, снабженный клеммами для подзарядки аккумулятора, соединенный через интеллектуальный коммутатор питания с микропроцессором, GSM-модем с GSM-антенной, выполненный с возможностью беспроводной связи с базовым блоком, датчик/датчики фиксации несанкционированного воздействия на охраняемый объект (датчик/ датчики наклона) например, акселерометр, датчик удара и т.п., связанные с микропроцессором. При этом в том же корпусе автономного устройства установлено устройство подзарядки аккумулятора в виде модуля сбора энергии радиоизлучения, включающего в себя функционирующую в диапазоне радиочастот сотовой (GSM) связи приемную антенну, связанную с приемником радиочастоты, соединенным с выпрямителем, связанным с умножителем напряжения, соединенным с контроллером напряжения, связанным с контроллером заряда, выход которого подключен к клеммам для подзарядки аккумулятора.

Основным недостатком устройства является малый срок жизни аккумулятора, что снижает срок автономной работы, а также значительные размеры устройства.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение времени автономной работы путем снижения энергопотребления в режиме ожидания за счет полного обесточивания неиспользуемых датчиков и модуля связи.

Для решения поставленной задачи в блок оповещения, содержащий антенну, соединенную с модулем беспроводной связи, датчики наклона, акселерометр и источник питания, согласно полезной модели, введены реле, датчик влажности и микроконтроллер со сверхнизким энергопотреблением, выполненный с возможностью выхода из режима пониженного энергопотребления по поступившему на первый вход сигналу от датчиков наклона и по программно-заданным для периодического мониторинга состояния блока оповещения интервалам времени, выход микроконтроллера соединен с входом сигнала включения реле, первый выход которого соединен с входом питания модуля беспроводной связи, второй выход реле соединен с входами питания малошумящего акселерометра, выполненного с датчиком температуры, и датчика влажности, выходы датчика влажности и малошумящего акселерометра соединены со вторым и третьим входами микроконтроллера со сверхнизким энергопотреблением соответственно, выход модуля беспроводной связи соединен с четвертым входом микроконтроллера со сверхнизким энергопотреблением для передачи команды завершения интервала времени мониторинга микроконтроллеру и формирования им команды выключения реле, причем встроенная в ячейку управления антенна и датчики наклона размещены на одной стороне платы ячейки, на другой стороне которой размещены модуль беспроводной связи, датчик влажности, малошумящий акселерометр, выполненный с датчиком температуры, микроконтроллер и реле, плата ячейки управления расположена внутри корпуса и соединена с источником питания.

Предлагаемый блок оповещения позволяет наиболее эффективно использовать аккумулятор за счет отключения модуля беспроводной связи и незадействованные датчики от источника питания до наступления события, т.е. или срабатывания одного из датчиков, или по программно-заданному интервалу времени.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - проекции устройства; на фиг. 3 - схема ячейки управления; фиг. 4 - функциональная схема устройства.

На фиг. 1-4 введены следующие обозначения:

1 - ударопрочный корпус;

1.1 - герметичная крышка корпуса;

2 - ячейка управления;

2.1 - датчики наклона;

2.2 - микроконтроллер со сверхнизким энергопотреблением;

2.3 - модуль беспроводной связи;

2.4 - встроенная антенна;

2.5 - малошумящий акселерометр с датчиком температуры;

2.6 - датчик влажности;

2.7 - реле;

3 - источник питания.

Заявляемое устройство содержит ударопрочный корпус 1 с герметичной крышкой 1.1, источник питания 3 и ячейку управления 2, представляющую собой плату с расположенными на ней элементами (фиг. 1, 2 а), б), в), д), г). На одной стороне платы ячейки управления расположены малошумящий акселерометр с датчиком температуры 2.5, датчик влажности 2.6 (на фиг.2 не обозначен), микроконтроллер со сверхнизким энергопотреблением 2.2, модуль беспроводной связи 2.3 и реле 2.7 (фиг. 3 в). На обратной стороне платы ячейки управления 2 расположены датчики наклона 2.1 и встроенная антенна 2.4 (фиг. 3 а), б).

Малошумящий акселерометр с датчиком температуры 2.5. выполнен с возможностью оптимизации энергопотребления, например, акселерометр с интегрированным датчиком температуры LIS2DTW12 компании STMicroelectronics.

На функциональной схеме (фиг. 4) показаны соединения источника питания 3 с элементами ячейки управления 2. Выход источника питания 3 соединен с входами питания датчиков наклона 2.1, микроконтроллера 2.2 и реле 2.7. Выход датчиков наклона 2.1, (количество которых равно n, где (n≥1), соединен с первым входом (входом сигнала включения) микроконтроллера 2.2. Выходы датчика влажности 2.6 и малошумящего акселерометра 2.5 соединены со вторым и третьим входами микроконтроллера со сверхнизким энергопотреблением 2.2 соответственно. При этом выход микроконтроллера 2.2 соединен с входом сигнала включения реле 2.7, первый выход которого соединен с входом питания модуля беспроводной связи 2.3. Второй выход реле 2.7 соединен с входами малошумящего акселерометра 2.5 и датчика влажности 2.6. Встроенная антенна 2.4 подключена к модулю беспроводной связи 2.3, выход которого соединен с четвертым входом микроконтроллера со сверхнизким энергопотреблением 2.2.

Тип модуля беспроводной связи 2.3 в зависимости от условий эксплуатации и необходимой дальности связи выбирается исходя из стандартов беспроводной передачи данных GSM или 3G, или LTE, или 5G, или CDMA, или UMTS, а также из технологии беспроводной передачи данных Wi-Fi, или Bluetooth, или ZigBee, или LoRaWan.

Микроконтроллер со сверхнизким энергопотреблением 2.2. выполнен минимальной высоты, например, ATtiny2313A/4313 марки Atmel, микроконтроллеры группы RE 01 компании Renesas, ATtiny10 марки Atmel.

Если количество датчиков наклона 2.1 равно трем, то они располагаются под углом 60 градусов относительно друг друга (фиг. 3), образуя правильный треугольник в горизонтальной плоскости для более точного отслеживания положения плоскости устройства и объекта мониторинга соответственно. Угол наклона датчиков 2.1 к горизонтальной плоскости выбирается в зависимости от нужной чувствительности датчиков. Вместо датчиков наклона 2.1 может быть использованы геркон, кнопка или выключатель.

Тип и емкость источника питания 3 подбирается исходя из типа используемого модуля беспроводной связи 2.3, требуемых характеристик, срока автономной работы и условий эксплуатации устройства. Для удобства эксплуатации источник питания 3 подключается через соединитель (на фиг. 4 не показан) к ячейке управления 2.

Источник питания 3 выполнен в уменьшенном габаритном размере, например, литий-ионные источники питания компании Ampirus, полимерный источник питания LP505597LC-3-PCM-LD компании EEMB.

Работает устройство следующим образом.

При установке блока оповещения на объект мониторинга микроконтроллер 2.2 находится в режиме пониженного энергопотребления (сна), а модуль беспроводной связи 2.3 полностью обесточен т.к. реле 2.7 выключено. Заряд аккумулятора при этом не расходуется, т.к. датчики не потребляют энергии пока не замкнута цепь при срабатывании, а модуль беспроводной связи 2.3 выключен. Благодаря этому время жизни источника питания 3 зависит только от типа самого источника питания 3, срока и условий его хранения. Это позволяет увеличить срок автономной работы устройства до следующей замены или зарядки источника питания 3.

После срабатывания датчиков наклона 2.1 микроконтроллер 2.2 выходит из режима пониженного энергопотребления и включает реле 2.7, которое подает питание на модуль беспроводной связи 2.3, который в свою очередь передает информацию оператору. По завершению работы модуль беспроводной связи 2.3 передает команду микроконтроллеру, который в свою очередь осуществляет выключение реле 2.7. Причем вместо реле 2.7. может быть использован транзистор.

Контролер включается также через программно-заданный интервал времени, то есть, включается микроконтроллер 2.2 и через реле 2.7 на модуль беспроводной связи 2.3 подается питание.

Программа для микроконтроллера 2.2 предусматривает включение по датчикам наклона и через заданные интервалы времени с целью периодического мониторинга состояния объекта. Интервал самостоятельного включения может быть выбран достаточно большим (для экономии заряда источника питания 3), а в случае срабатывания датчиков наклона 2.1 будет произведено внеочередное экстренное включение.

Во время запрограммированного периодического включения микроконтроллер 2.2 опрашивает подключенные к нему датчики наклона 2.1, а также малошумящий акселерометр с датчиком температуры 2.5 и датчиком влажности 2.6, что в совокупности оптимизирует энергопотребление.

Функции микроконтроллера со сверхнизким энергопотреблением 2.2. дают возможность увеличить интервалы между зарядками устройств за счет энергосбережения, включают 50-наноамперный дежурный режим, несколько рабочих режимов (с током потребления менее 1 мкА), и позволяют использовать внутреннюю специализированную подсистему обработки сигналов малошумящего акселерометра с датчиком температуры 2.5 и большой буфер для уменьшения частоты обмена с микроконтроллером со сверхнизким энергопотреблением 2.2.

Через модуль беспроводной связи 2.3 блок оповещения подключается к ближайшей станции связи, отправляет информационный пакет оператору и переходит в режим ожидания информационного пакета от оператора. Через заданный интервал времени после отправки пакета блоком оповещения и установки датчиков наклона 2.4 в исходное положение или после получения команды от оператора по сигналу выключения, устройство снова переходит в спящий режим.

Следует отметить легкость использования предлагаемого блока, а также минимизацию потребления электроэнергии, затрачиваемой им в режиме ожидания, что является достаточно важным фактором при эксплуатации и продлевающим время автономной работы.

Встроенная антенна 2.4 и ударопрочный корпус 1 с герметичной крышкой 1.1 позволяют уменьшить габаритные размеры блока оповещения и повысить устойчивость к внешним воздействиям как механическим, так и климатическим.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет решить поставленную задачу автономного мониторинга охраняемого объекта и экстренного оповещения об изменении положения объекта мониторинга.

Технический результат заключается в снижении энергопотребления в режиме ожидания за счет полного обесточивания неиспользуемых датчиков и модуля связи.

Claims (6)

1. Блок оповещения автономный, содержащий антенну, соединенную с модулем беспроводной связи, датчики наклона, акселерометр и источник питания, отличающийся тем, что введены реле, датчик влажности и микроконтроллер со сверхнизким энергопотреблением, выполненный с возможностью выхода из режима пониженного энергопотребления по поступившему на первый вход сигналу от датчиков наклона и по программно-заданным для периодического мониторинга состояния блока оповещения интервалам времени, выход микроконтроллера соединен с входом сигнала включения реле, первый выход которого соединен с входом питания модуля беспроводной связи, второй выход реле соединен с входами питания малошумящего акселерометра, выполненного с датчиком температуры, и датчика влажности, выходы датчика влажности и малошумящего акселерометра соединены со вторым и третьим входами микроконтроллера со сверхнизким энергопотреблением соответственно, выход модуля беспроводной связи соединен с четвертым входом микроконтроллера со сверхнизким энергопотреблением для передачи команды завершения интервала времени мониторинга микроконтроллеру и формирования им команды выключения реле, причем встроенная в ячейку управления антенна и датчики наклона размещены на одной стороне платы ячейки, на другой стороне которой размещены модуль беспроводной связи, датчик влажности, малошумящий акселерометр, выполненный с датчиком температуры, микроконтроллер и реле, плата ячейки управления расположена внутри корпуса и соединена с источником питания.

2. Блок оповещения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника питания использован аккумулятор.

3. Блок оповещения по п. 1, отличающийся тем, что источник питания выполнен в виде литиевых батареек.

4. Блок оповещения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве реле использован транзистор.

5. Блок оповещения по п. 1, отличающийся тем, что тип модуля беспроводной связи в зависимости от условий эксплуатации и необходимой дальности связи выбирается исходя из стандартов беспроводной передачи данных GSM или 3G, или LTE, или 5G, или CDMA, или UMTS, а также из технологии беспроводной передачи данных Wi-Fi, или Bluetooth, или ZigBee, или LoRaWan.

6. Блок оповещения по п. 1, отличающийся тем, что количество датчиков наклона равно n, где n≥1.