RU2854309C2 - Устройство для мониторинга окружающей среды - Google Patents
Устройство для мониторинга окружающей средыInfo
- Publication number
- RU2854309C2 RU2854309C2 RU2024111709A RU2024111709A RU2854309C2 RU 2854309 C2 RU2854309 C2 RU 2854309C2 RU 2024111709 A RU2024111709 A RU 2024111709A RU 2024111709 A RU2024111709 A RU 2024111709A RU 2854309 C2 RU2854309 C2 RU 2854309C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microcontroller
- sensor
- timer
- battery
- accelerometer
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к информационно-измерительной технике. Технический результат заключается в обеспечении возможности точного определения параметров окружающей среды в режиме реального времени, позволяя обеспечивать организацию режима работа-отдых. Устройство состоит из корпуса, внутри которого размещен микроконтроллер, в котором расположен таймер, соединенный с датчиком температуры, датчиком влажности, датчиком атмосферного давления, датчиком TVOC/СО2. Данные с датчиков передаются через шину I2C микроконтроллеру. Микроконтроллер соединен с трехкоординатным гироскоп-акселерометром на базе чипа MPU-6050 и с каскадом заряда и защиты аккумулятора, который соединен с катушкой беспроводного зарядного устройства и через аккумулятор с источником вторичного электропитания. При этом таймер микроконтроллера и акселерометр, определяющий ориентацию устройства в пространстве, обеспечивают работу устройства в режиме таймера Pomodoro техники тайм-менеджмента, основанной на чередовании периодов сфокусированной работы и отдыха. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к информационно - измерительной технике и может быть использовано в системах мониторинга параметров окружающей среды, таких как температура, влажность, концентрация углекислого газа, уровень летучих органических соединений, атмосферное давление, а также для организации режима труда и отдыха.
Из уровня техники известно устройство сбора информации с точек контроля системы мониторинга окружающей среды, содержащее микроконтроллер, часы реального времени, энергонезависимое запоминающее устройство, а также интерфейс USB, интерфейс RS-485 и интерфейс Ethernet, поддерживающий работу в сетях стандарта 10/100Base-TX, батарею питания часов, блок управления; питанием, радиомодем, блок контроля температуры и подогрева; при этом энергонезависимое запоминающее устройство соединено с микроконтроллером, блок управления питанием соединен с внешним источником питания 220 В, с блоком контроля температуры и подогрева, с радиомодемом, часы реального времени соединены с микроконтроллером и батареей питания часов, микроконтроллер соединен с радиомодемом (RU 120795 U1, 27.09.2012).
Известна система контроля и регистрации, выполненная с возможностью подключения к компьютеру, содержащая источник электрического питания, а также связанный с датчиком освещенности, часами реального времени и с элементами кнопочного управления и индикации в виде светодиодов микроконтроллер с носителем информации о серийном номере изделия, программы управления и сторожевым таймером внутри него и с подсоединенными к нему датчиком движения, датчиком температуры и энергонезависимой памятью для регистрации информации о событиях, причем датчик температуры и энергонезависимая память подсоединены к Микроконтроллеру через шины обмена информацией, при этом источник электрического питания выполнен в виде аккумулятора с возможностью его зарядки при подключении системы к компьютеру, элементы кнопочного управления снабжены соединенным с микроконтроллером через шину обмена информацией и связанным со звуковым оповещателем аутентификатором пользователя, а часы реального времени размещены внутри микроконтроллера (RU 118459 U1, 20.07.2012).
Известно устройство контроля параметров окружающей среды, содержащее датчики параметров окружающей среды, а именно, датчик звукового давления, датчик электрического поля, датчик магнитного поля, датчик температуры, датчик атмосферного давления, датчик направления и скорости ветра, датчик минерализации воды, связанные с блоком управления, соединенным с блоком отображения информации, при этом каждый из датчиков параметров окружающей среды содержит сенсор заданного параметра, операционный усилитель, аналогово-цифровой преобразователь, микроконтроллер, блок памяти, часы реального времени, аккумулятор, беспроводное зарядное устройство, контроллер питания и модуль связи WiFi, при этом сенсор заданного параметра соединен через операционный усилитель и аналогово-цифровой преобразователь с микроконтроллером, связанным с контроллером питания, часами реального времени, модулем связи WiFi, контроллер питания соединен с аккумулятором и беспроводным зарядным устройством, а блок управления выполнен с возможностью связи с датчиками через WiFi (RU 2707395 C1, 26.11.2019).
Известен интеллектуальный датчик давления, температуры и влажности, состоящий из сенсора температуры, сенсора давления, сенсора влажности, цифровой схемы и визуального интерфейса (CN 104180850 В, 08.02.2017).
Наиболее близким техническим решением к представленному является устройство контроля окружающей среды, состоящее из датчика параметра, аккумуляторной батареи, микроконтроллера и модуля радиоканала с антенной, при этом в него введено электромагнитное зарядное устройство и преобразователь AC/DC со следующими соединениями: шина сети 220 В, 50 Гц через электромагнитное зарядное устройство соединена со входом преобразователя AC/DC, выход которого соединен со входом аккумуляторной батареи, выход которой является шиной питания всех частей устройства; выход датчика параметра соединен с первым сигнальным входом микроконтроллера, шина питания - с вторым сигнальным входом микроконтроллера, а выход микроконтроллера - с входом модуля радиоканала с антенной (RU 90528 U1, 10.01.2010).
Основным недостатком известных из уровня техники технических решений является отсутствие возможности организации режима труда и отдыха.
Технический результат достигаемый за счет предложенной совокупности признаков направлен на создание устройства, обеспечивающего возможность точного определения параметров окружающей среды, таких как температура, влажность, концентрация углекислого газа, уровень летучих органических соединений, атмосферное давление в режиме реального времени, а также обеспечивающего организацию режима работа - отдых.
Для достижения указанного технического результата предложено устройство для мониторинга окружающей среды, которое состоит из корпуса, внутри которого размещен микроконтроллер, в котором расположен таймер, соединенный с датчиком температуры; датчиком влажности; датчиком атмосферного давления; датчик TVOC/СО2; данные с которых передаются через шину I2C микроконтроллеру; также микроконтроллер соединен с трехкоординатным гироскоп-акселерометром на базе чипа MPU-6050; а также с каскадом заряда и защиты аккумулятора, который соединен с катушкой беспроводного зарядного устройства и через аккумулятор с источником вторичного электропитания, при этом таймер микроконтроллера и акселерометр, определяющий ориентацию устройства в пространстве, обеспечивают работу устройства в режиме Pomodoro.
Предпочтительно, что на корпусе устройства расположен OLED дисплей.
Предпочтительно, что на корпусе устройства расположены механические кнопки.
Предпочтительно, что устройство содержит вибромотор, соединенный с микроконтроллером.
Фиг. 1. Функциональная схема электронных узлов устройства для мониторинга окружающей среды:
1 - Микроконтроллер;
2 - Катушка беспроводного зарядного устройства;
3 - Каскад заряда и защиты аккумулятора;
4 - Аккумулятор;
5 - Источник вторичного электропитания;
6 - Датчик атмосферного давления;
7 - Датчик влажности;
8 - Датчик температуры;
9 - Датчик TVOC/CO2;
10 - Акселерометр;
11 - Кнопки;
12 - Вибромотор;
13 - Экран.
Фиг. 2. Алгоритм работы устройства для мониторинга окружающей среды.
Устройство для мониторинга окружающей среды выполнено в виде корпуса, который состоит из двух частей, соединенных в готовое устройство при помощи винтов. Предпочтительно, что корпус выполнен из композитных материалов, например, пластика и весит не более 0,3 кг. Внутри корпуса предусмотрены пазы и углубления для расположения электронных узлов.
Внутри корпуса расположены следующие электронные узлы: микроконтроллер, датчики температуры, влажности, атмосферного давления, датчик TVOC/CO2, акселерометр, катушка беспроводного зарядного устройства, каскад заряда и защиты аккумулятора, аккумулятор, источник вторичного электропитания, вибромотор.
Микроконтроллер, микросхема, позволяющая управлять работой всей системы и уведомлять о неисправности узлов по средствам индикатора режима работы устройства.
Датчик температуры, представляет собой цифровой датчик температуры, передающий данные через шину I2C. Имеет сверхмалый форм-фактор и низкое энергопотребление. Позволяет измерять температуры в диапазоне от - 40 до 85°С (разрешение 0,01°С, точность ±1°С).
Датчик влажности, представляет собой цифровой датчик влажности, передающий данные через шину I2C. Имеет сверхмалый форм-фактор и низкое энергопотребление. Позволяет измерять влажность в диапазоне: от 0 до 100% RH (разрешение 0,008% RH, точность ±3% RH, время отклика 1 с, задержка ≤2% RH).
Датчик атмосферного давления, представляет собой цифровой датчик атмосферного давления, передающий данные через шину I2C. Имеет сверхмалый форм-фактор и низкое энергопотребление. Позволяет измерять атмосферное давление в диапазоне от 300 до 1100 hPa (разрешение 0,18 Ра, точность±1 hPa).
Датчик TVOC/CO2, представляет собой цифровой датчик TVOC/CO2, передающий данные через шину I2C. Имеет сверхмалый форм-фактор и низкое энергопотребление. Позволяет измерять CO2 в диапазоне от 400 до 8192 ppm и TVOC в диапазоне от 0 до 1187 ppb.
Акселерометр, представляет собой трехкоординатный гироскоп-акселерометр на базе чипа MPU-6050. Встроенный в устройство микроконтроллер получает данные с MPU-6050, обрабатывает их согласно командам собственной программы (фильтрация Калмана, комплементарный фильтр и другие) и отправляет по асинхронному протоколу информацию, которая содержит данные о курсе, крене и тангаже датчика.
Катушка беспроводного зарядного устройства, представляет собой катушку индуктивности для беспроводного зарядного устройства по интерфейсу Qi, с максимальной входной мощностью 5 Вт.
Каскад заряда и защиты аккумулятора - контроллер заряда/разряда аккумулятора. Обеспечивает защиту аккумулятора и устройства от короткого замыкания, разряда, перезаряда. Обеспечивает связь катушки беспроводного зарядного устройства и аккумулятора.
Аккумулятор, представляет собой литий полимерный аккумулятор емкостью 3400 мАч.
Источники вторичного электропитания - DC-DC понижающие и повышающие преобразователи, которые обеспечивают электропитанием электронные каскады изделия.
Вибромотор - обеспечивает вибрацию изделии при запрограммированном событии.
На корпусе устройства расположены кнопки ВКЛ/ВЫКЛ, Reset - механические кнопки выполняющие заданные функции и OLED экран 1.5-дюймовый RGB OLED дисплей, разрешение 128×128 пикселей, глубина цвета 16-бит, интерфейс SPI.
Устройство для мониторинга окружающей среды работает в двух режимах.
Режим метеостанции
В процессе работы устройство осуществляет мониторинг окружающей среды при помощи встроенных датчиков, а именно, датчика температуры; датчика влажности; датчика атмосферного давления; датчика TVOC/СО2. Полученные данные передаются через шину I2C микроконтроллеру. Они обрабатываются микроконтроллером и переводятся в величины понятные для отображения пользователю (градусы Цельсия, процент влажности, мм.рт.ст и ppm). Обработка данных микроконтроллером происходит непрерывно с использованием буферизации. Полученные параметры отображаются на экране. Все параметры отслеживаются в реальном времени. Кроме параметров окружающей среды на экране отображаются данные о заряде встроенного аккумулятора. Напряжение аккумулятора снимается и передается на встроенный АЦП микроконтроллера. Используя полученные данные АЦП, микроконтроллер выводит на экран информацию о степени заряда аккумулятора в удобном для пользователя виде - в процентах. После возвращения из режима таймеров труда и отдыха данные продолжают измеряться в режиме реального времени. Для отображения метеоданных дополнительных воздействий устройство не требует.
Датчики располагаются внутри изделия и соответственно измерение указанных выше параметров происходит там, где расположено изделие (выносных датчиков не предусмотрено). В процессе работы устройства осуществляется беспроводная зарядка устройства, на нижней части корпуса обозначено положение, при котором необходимо укладывать устройство на беспроводное зарядное устройство.
Режим таймера
При повороте устройства влево или вправо на 90 градусов от изначального положения включается режим «Pomodoro» таймера - техника тайм-менеджмента, основанная на чередовании периодов сфокусированной работы и отдыха. Определение положения устройства происходит с помощью встроенного в устройство акселерометра. Данные акселерометра передаются по шине I2C микроконтроллеру который определяет положение устройства. При обнаружении изменения положения устройства, соответствующее включению режима Pomodoro, микроконтроллер запускает внутренний таймер отсчета времени. Предпочтительно, чтобы согласно методу «Pomodoro» период работы длился 25 минут, период отдыха 5 минут. Повернув устройство на 90 градусов начинается отсчет таймера равный 25 минут. При достижении этого значения устройство подаст вибросигнал, и пользователь может перейти в режим отдыха. Для отсчета времени в режиме отдыха необходимо повернуть устройство на 180 градусов. На экране появится отсчет таймера равный 5 минутам. По завершении указанного времени устройство подаст вибросигнал, и при необходимости продолжения цикла таймера пользователь должен повернуть устройство на 180 градусов, включится таймер для режима работы и далее. Если необходимо выйти из режима таймера в режим метеостанции, то нужно повернуть устройство в любую из сторон на 90 градусов. В режиме труда на экране устройства отображается таймер и надпись «work», в режиме отдыха- таймер и надпись «rest». При переходе с режима труда и отдыха на режим метеостанции и между таймерами труда и отдыха, предыдущие таймеры обнуляются.
Изобретение направлено на создание устройства обеспечивающего возможность определения параметров окружающей среды, таких как температура, влажность, концентрация углекислого газа, уровень летучих органических соединений, атмосферное давление в режиме реального времени, а также обеспечивающего организацию режима работа - отдых.
Claims (2)
1. Устройство для мониторинга окружающей среды, характеризующееся тем, что состоит из корпуса, на котором расположен RGB OLED дисплей с интерфейсом SPI, внутри корпуса размещен микроконтроллер, в котором расположен таймер, соединенный с датчиком температуры, датчиком влажности, датчиком атмосферного давления, датчиком TV0C/C02, данные с которых передаются через шину I2C микроконтроллеру; также микроконтроллер соединен с трехкоординатным гироскоп-акселерометром на базе чипа MPU-6050 и с вибромотором; а также с каскадом заряда и защиты аккумулятора, который соединен с катушкой индуктивности для беспроводного зарядного устройства по интерфейсу Qi и через аккумулятор с источником вторичного электропитания DC-DC, при этом таймер микроконтроллера и акселерометр, определяющий ориентацию устройства в пространстве, обеспечивают работу устройства для мониторинга окружающей среды в режиме Pomodoro.
2. Устройство для мониторинга окружающей среды по п. 1, отличающееся тем, что на корпусе расположены механические кнопки.
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2024111709A RU2024111709A (ru) | 2025-10-27 |
| RU2854309C2 true RU2854309C2 (ru) | 2025-12-29 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU90528U1 (ru) * | 2008-11-06 | 2010-01-10 | Александр Васильевич Гвоздырев | Устройство контроля окружающей среды и тестовый излучатель для его проверки |
| CN201955628U (zh) * | 2010-12-29 | 2011-08-31 | 上海市浦东新区惠南第二小学 | 一种闹钟 |
| RU2707395C1 (ru) * | 2018-12-24 | 2019-11-26 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭИС Проект" | Устройство контроля параметров окружающей среды |
| US20200319602A1 (en) * | 2019-04-02 | 2020-10-08 | Hiroyuki Ogura | Timer apparatus |
| CN211786188U (zh) * | 2019-12-31 | 2020-10-27 | 北京市国瑞智新技术有限公司 | 手持气象站 |
| RU2787073C1 (ru) * | 2022-03-31 | 2022-12-28 | ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "КЛАЙМАТГАРД" (ООО Клайматгард) | Система комплексного мониторинга климата |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU90528U1 (ru) * | 2008-11-06 | 2010-01-10 | Александр Васильевич Гвоздырев | Устройство контроля окружающей среды и тестовый излучатель для его проверки |
| CN201955628U (zh) * | 2010-12-29 | 2011-08-31 | 上海市浦东新区惠南第二小学 | 一种闹钟 |
| RU2707395C1 (ru) * | 2018-12-24 | 2019-11-26 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭИС Проект" | Устройство контроля параметров окружающей среды |
| US20200319602A1 (en) * | 2019-04-02 | 2020-10-08 | Hiroyuki Ogura | Timer apparatus |
| CN211786188U (zh) * | 2019-12-31 | 2020-10-27 | 北京市国瑞智新技术有限公司 | 手持气象站 |
| RU2787073C1 (ru) * | 2022-03-31 | 2022-12-28 | ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "КЛАЙМАТГАРД" (ООО Клайматгард) | Система комплексного мониторинга климата |
| RU216012U1 (ru) * | 2022-08-08 | 2023-01-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром Трансгаз Ставрополь" | Указатель часовых координат на поверхности трубопровода |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2007240524A (ja) | 電池残量検出回路 | |
| WO2015127724A1 (zh) | 自动提醒用户睡觉的方法、系统及可穿戴设备 | |
| CN103791915B (zh) | 一种支持蓝牙连接的计步器装置 | |
| KR20150116065A (ko) | 환경 모니터링 방법 및 장치 | |
| CN103961264A (zh) | 一种提醒服药的药瓶/盒装置及提醒服药方法 | |
| CN106507292A (zh) | 智能骑行设备定位尾灯及定位方法 | |
| CN108594331A (zh) | 一种基于物联网的气象环境监测装置 | |
| RU2854309C2 (ru) | Устройство для мониторинга окружающей среды | |
| JP6102518B2 (ja) | 電力供給デバイス、及び電力供給プログラム | |
| CN117740060A (zh) | 一种环境监测传感器应用系统 | |
| CN116390020A (zh) | 资产定位跟踪装置和跟踪系统、跟踪方法 | |
| CN116158742A (zh) | 智能采集佩戴者生命体征及行为数据的低功耗装置、精准定位系统 | |
| CN107131962A (zh) | 一种现场传感器及其应用方法 | |
| CN204121438U (zh) | 一种提醒服药的药瓶/盒装置 | |
| CN110081933B (zh) | 振动巡检仪及其低功耗频域变换方法、计算机可读存储介质 | |
| CN106603630A (zh) | 一种环境实时检测及报警系统 | |
| CN207923299U (zh) | 一种体温计 | |
| US10401502B2 (en) | Low energy Wi-Fi device for location | |
| CN207281548U (zh) | 一种可拓展的数据采集装置 | |
| CN117647274A (zh) | 一种载物舱内环境参数监测方法 | |
| Kozalakis et al. | Wide-range light harvesting module for autonomous sensor nodes | |
| Kouzinopoulos et al. | AMANDA: an autonomous self-powered miniaturized smart sensing embedded system | |
| CN103208662B (zh) | 充电式内置无线电池 | |
| CN111934706A (zh) | 一种智慧手环 | |
| CN208547375U (zh) | 保育箱温湿度监控装置和保育箱 |