Беспроводная система мониторинга параметров хранения зерна с использованием ультразвуковых колебаний для передачи энергии и информации Российский патент 2023 года по МПК A01F25/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к информационно-измерительным системам и может быть использовано для дистанционного мониторинга параметров хранения зерна в зерновой насыпи в складах напольного хранения и автоматизации управления параметрами хранения зерна.

Уровень техники

Известно изобретение, в котором описаны способ контроля состояния хранящегося насыпью сыпучего материала и устройство для его осуществления. При этом устройство контроля состояния, хранящегося насыпью сыпучего материала, содержит штангу с размещенными на ее конце термодатчиком и блоком индикации, кроме того, оно снабжено датчиками влажности и зараженности материала насекомыми вредителями, дополнительными блоками индикации и пороговым блоком, входы которого подключены к датчикам, а выход — к соответствующим блокам индикации (см. пат. РФ №2105457, кл. A01F 25/00).

Недостаток известного решения — ограничены функциональные возможности, устройство не может быть использовано для измерения параметров хранения зерна по всей длине и/или ширине зерновой насыпи, так как предназначено для измерений только в ограниченном объеме насыпи.

Известно устройство для контроля температуры зерна в силосах, содержащее опорную головку с разъемом для подключения измерительного прибора и термометры сопротивления, электрически связанные между собой и с упомянутым разъемом, в котором термометры сопротивления, каркасы которых выполнены металлическими, например латунными, помещены в теплоэлектроизоляционную защитную трубу и закреплены на ней, причем крепеж упомянутых термометров сопротивления выполнен из металла для обеспечения теплопередачи от зерна к ним (см. пат. РФ № 2095768, кл. G01K 13/10).

Недостаток известного решения — ограничены функциональные возможности, устройство не может быть использовано для измерения параметров хранения зерна по всей длине и/или ширине зерновой насыпи, так как предназначено для измерений только в ограниченном объеме насыпи.

Известно устройство для контроля состояния хранящегося сыпучего материала, содержащее перфорированный корпус с крышкой в верхней части и с воронкообразным улавливателем в нижней части, отличающееся тем, что оно снабжено чувствительными элементами температуры и относительной влажности воздуха, вмонтированными в корпус, и элементом непрерывного счета насекомых, размещенным в зоне направляющего канала воронкообразного улавливателя, сообщенного с каналом выхода насекомых, выполненным из материала с репеллентными свойствами, при этом перфорации в корпусе выполнены наклонно вверх и с разными диаметрами, кроме того, перфорированная часть корпуса выполнена из аттрактантного материала. (см. пат. РФ №2038784, кл. А01М 5/00).

Недостаток известного решения — ограничены функциональные возможности, устройство предназначено для контроля состояния зерна в ограниченном пространстве и не позволяет выполнять контроль параметров состояния зерна по всей длине и/или ширине зерновой насыпи в складах напольного хранения, что ограничивает область его использования.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и принятое авторами за прототип является способ дистанционного питания электронного носителя информации и устройство для передачи энергии и информации посредством ультразвука между базовым устройством и носителем информации, размещенным на поверхности или внутри изделия и содержащим определенную сохраняемую информацию, при этом базовое устройство и указанный носитель информации включают в себя ультразвуковые приемопередающие блоки, в процессе поверхностного контакта между ультразвуковым приемопередающим блоком базового устройства и изделием осуществляется передача энергии и информации и базовое устройство передает ультразвук в изделие, при этом носитель информации переходит в активизированное состояние и запускает ультразвуковую передачу информацию между носителем информации и базовым устройством через контактную область (см. пат. РФ №2210814, кл. G08C 23/02, H04B 11/00).

Недостаток известного решения — ограничены функциональные возможности, устройство не позволяет выполнять функции контроля состояния зерна в складах напольного хранения, что ограничивает область его использования.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к расширению функциональных возможностей устройства (системы), а именно, система позволяет измерять во многих точках зерновой насыпи по всей её длине и/или ширине, влажность, температуру, концентрацию летучих органических соединений воздуха межзернового пространства, а также атмосферное давление, передавать результаты измерений с использованием ультразвуковых колебаний ведущему устройству, реализующему функцию передачи данных по радиоканалу на более высокий уровень системы мониторинга.

Технический результат достигается тем, что в беспроводную систему мониторинга параметров хранения зерна с использованием ультразвуковых колебаний для передачи энергии и информации, содержащую: ведущее и ведомое устройства, при этом, ведущее устройство содержит первый ультразвуковой приемопередающий блок, ведомое устройство находится внутри цилиндрического стального корпуса, содержит второй ультразвуковой приемопередающий блок, преобразователь энергии ультразвуковых колебаний в электрическую и накопитель электрической энергии, подключенный к выходу преобразователя энергии ультразвуковых колебаний в электрическую, дополнительно введены: цифровая система датчиков, первый и второй микроконтроллеры, радиомодуль, автономный источник питания, причем цилиндрический стальной корпус выполнен перфорированным и снабжен на концах резьбовым соединением, что позволяет соединять последовательно несколько таких корпусов в зонд, один конец которого имеет контакт с ведущим устройством, которое содержит первый микроконтроллер к выводам которого подключены первый ультразвуковой приемопередающий блок, радиомодуль и автономный источник питания, ведомое устройство содержит второй микроконтроллер, к выводам которого подключены второй ультразвуковой приемопередающий блок, цифровая система датчиков, управляющий вход преобразователя энергии ультразвуковых колебаний в электрическую и выход накопителя электрической энергии, цифровая система датчиков представляет собой «систему в корпусе», например BME680, которая содержит датчики температуры, влажности, летучих органических соединений и атмосферного давления, радиомодуль представляет собой устройство для передачи и приема информации по радиоканалу ISM диапазона.

Краткое описание чертежей

На фиг.1, фиг.2, фиг.3 представлена структурная схема беспроводной системы мониторинга параметров хранения зерна с использованием ультразвуковых колебаний для передачи энергии и информации

Осуществление изобретения

Беспроводная система мониторинга параметров хранения зерна с использованием ультразвуковых колебаний для передачи энергии и информации содержит (фиг.1): ведущее устройство 1, ведомые устройства 2, размещенные внутри цилиндрических стальных перфорированных корпусов соединенных друг с другом резьбой, один конец крайнего ведомого устройства 2 имеет акустический контакт с ведущим устройством 1. Ведущее устройство 1 (фиг.1) содержит (фиг.2): автономный источник питания 3, первый микроконтроллер 4, радиомодуль 5, первый ультразвуковой приемопередающий блок 6. Каждое ведомое устройство 2 (фиг. 1) содержит (фиг. 3): второй микроконтроллер 7, цифровую систему датчиков 8, второй ультразвуковой приемопередающий блок 9, преобразователь 10 энергии ультразвуковых колебаний в электрическую, накопитель 11 электрической энергии.

Система дистанционного мониторинга параметров хранения зерна с использованием ультразвуковых колебаний для передачи энергии и информации работает следующим образом.

Ведомые устройства 2 большую часть времени находятся в энергосберегающем режиме, продолжительностью которого управляет ведущее устройство 1. Для перевода ведомых устройств 2 в активный режим микроконтроллер 4 ведущего устройства 1 формирует, с использованием ультразвукового приемопередающего блока 6 импульс ультразвука заданной длительности, который распространяется по цилиндрическим стальным перфорированным корпусам. Микроконтроллер 7 каждого ведомого устройства 2 получает, с использованием приемопередающего блока 9 этот импульс ультразвука и через определенный интервал времени переводит цифровую систему 8 в активное состояние, а затем получает от неё информацию о температуре, влажности, концентрации летучих органических соединений в межзерновом воздухе и атмосферном давлении. Микроконтроллер 7 выполняет предварительную обработку информации, полученной от цифровой системы датчиков 8, и отправляет результат обработки по соединенным между собой цилиндрическим стальным перфорированным корпусам с использованием ультразвукового приемопередающего блока 9 в ведущее устройство 1, которое принимает этот результат с использованием ультразвукового приемопередающего блока 6. По истечении определенного интервала времени следующее ведомое устройство выполняет этот алгоритм. После того, как последнее ведомое устройство 2 выполнит данный алгоритм, ведущее устройство 1 инициирует режим передачи данных, с использованием радиомодуля 5, на более высокий уровень системы мониторинга (указанный уровень на фиг.1-2 не показан). После завершения передачи информации по радиоканалу ведущее устройство 1 переходит в режим передачи энергии ведомым устройствам 2 для зарядки электрической энергией накопителей 11. Для передачи энергии, с использованием ультразвуковых колебаний, ведущее устройство 1 запускает на определенной частоте ультразвуковой приемопередающий блок 6. Микроконтроллер 7 ведомого устройства 2 определяет, что данный диапазон частоты ультразвуковых колебаний предназначен для преобразования энергии этих колебаний в электрическую, переключает преобразователь 10 в режим преобразования и заряда накопителя 11. Одновременно микроконтроллер 7 измеряет по напряжению степень заряда накопителя 11. Если накопитель 11 заряжен, то микроконтроллер 7 отключает преобразователь 10 от потребления энергии ультразвуковых колебаний. По истечении времени, отведенного для заряда накопителей 11, ведущее устройство 1 переходит в режим опроса ведомых устройств 2.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет преимущество: расширены функциональные возможности, а именно устройство позволяет дистанционно, в автоматическом режиме, с использованием методов передачи информации и энергии на основе ультразвуковых колебаний, выполнять функцию мониторинга основных параметров, характеризующих в наибольшей степени состояние зерна при его хранении — это температуру, влажность, концентрацию летучих органических соединений в межзерновом воздухе и атмосферное давление.

Изобретение относится к системам для дистанционного мониторинга параметров хранения зерна в зерновой насыпи и может быть использовано в складах напольного хранения зерна. Система мониторинга параметров хранения зерна содержит ведущее устройство, ведомые устройства, размещенные внутри цилиндрических стальных перфорированных корпусов, соединенных друг с другом резьбой, один конец крайнего ведомого устройства имеет акустический контакт с ведущим устройством. Ведущее устройство содержит автономный источник питания, первый микроконтроллер, радиомодуль, первый ультразвуковой приемопередающий блок. Каждое ведомое устройство содержит второй микроконтроллер, цифровую систему датчиков, второй ультразвуковой приемопередающий блок, преобразователь энергии ультразвуковых колебаний в электрическую, накопитель электрической энергии. Цифровая система датчиков представляет собой «систему в корпусе», например BME680, которая содержит датчики температуры, влажности, летучих органических соединений и атмосферного давления, радиомодуль представляет собой устройство для передачи и приема информации по радиоканалу ISM диапазона. Система позволяет измерять во многих точках зерновой насыпи по всей её длине и/или ширине температуру, влажность, концентрацию летучих органических соединений воздуха в межзерновом пространстве. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Беспроводная система мониторинга параметров хранения зерна с использованием ультразвуковых колебаний для передачи энергии и информации, содержащая: ведущее и ведомое устройства, при этом ведущее устройство содержит первый ультразвуковой приемопередающий блок, ведомое устройство находится внутри цилиндрического стального корпуса, содержит второй ультразвуковой приемопередающий блок, преобразователь энергии ультразвуковых колебаний в электрическую и накопитель электрической энергии, подключенный к выходу преобразователя энергии ультразвуковых колебаний в электрическую, отличающаяся тем, что в неё дополнительно введены: цифровая система датчиков, первый и второй микроконтроллеры, радиомодуль, автономный источник питания, причем цилиндрический стальной корпус выполнен перфорированным и снабжен на концах резьбовым соединением, что позволяет соединять последовательно несколько таких корпусов в зонд, один конец которого имеет контакт с ведущим устройством, которое содержит первый микроконтроллер, к выводам которого подключены первый ультразвуковой приемопередающий блок, радиомодуль и автономный источник питания, ведомое устройство содержит второй микроконтроллер, к выводам которого подключены второй ультразвуковой приемопередающий блок, цифровая система датчиков, управляющий вход преобразователя энергии ультразвуковых колебаний в электрическую и выход накопителя электрической энергии.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что цифровая система датчиков представляет собой «систему в корпусе», например BME680, которая содержит датчики температуры, влажности, концентрации летучих органических соединений в межзерновом воздухе и атмосферного давления.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что радиомодуль представляет собой устройство для передачи и приема информации по радиоканалу ISM диапазона.