Пристрій для визначення показників мікроклімату та вмісту шкідливих речовин в атмосферному повітрі

Реферат: Пристрій для визначення показників мікроклімату та вмісту шкідливих речовин в атмосферному повітрі складається з вимірювальних (сенсорних) модулів, що містять датчики вимірювання температури, концентрації токсичних і горючих речовин, які підключаються за допомогою електронних шлейфів до головних плат з мікропроцесорами всередині модулів вимірювання та з модуля керування (вторинний прилад), дисплея, акумулятора. Який також додатково має модуль статичної та графічної обробки даних, кардрідер зі знімною картою пам′яті, містить датчики вимірювання відносної вологості повітря, атмосферного тиску і освітленості, здійснює передачу даних короткочасного чи добового моніторингу з модулів вимірювання відносної вологості повітря, атмосферного тиску і освітленості, здійснює передачу даних короткочасного чи добового моніторингу з модулів вимірювання на модуль керування за допомогою радіохвиль у неліцензованому діапазоні 2,4 ГГц зі швидкістю передачі даних до 2 Мбіт/с та передає значення вимірювань з модуля керування на модуль обробки і аналізу інформації по міжнародних стандартах передачі даних за технологією Wi-Fi. UA 108466 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКІВ МІКРОКЛІМАТУ ТА ВМІСТУ ШКІДЛИВИХ РЕЧОВИН В АТМОСФЕРНОМУ ПОВІТРІ UA 108466 U UA 108466 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі екології. Пристрій складається з п'яти вимірювальних модулів, модуля керування, кожен з яких обладнаний мікропроцесором, радіоадаптером безпровідної мережі, акумуляторною батареєю, перемикачем живлення, рознімом для зарядного пристрою і модуля обробки та аналізу інформації. Крім того, вимірювальні модулі обладнані світловими індикаторами режиму роботи, датчиками температури, відносної вологості, атмосферного тиску, освітленості та вмісту шкідливих газів: монооксид карбону, діоксид карбону, аміаку, сірководню, оксид азоту(І), оксид азоту(ІV), метану і формальдегіду. Модуль керування додатково обладнаний дисплеєм індикації з підсвічуванням, кардрідером з флеш-картою формату SD та блок визначення і фіксації реального часу. Пристрій дає змогу вимірювати одночасно дванадцять параметрів атмосферного повітря в місцях стаціонарних джерел викидів шкідливих речовин чи ймовірного забруднення, що дозволяє оперативно здійснювати моніторинг стану довкілля населених пунктів для прийняття відповідних управлінських рішень. Як аналог, подібний за технічними характеристиками, взятий - Газоаналізатор [Пат. 84563 Російська федерація, МПК7 G01N 27/416. Болодурин Б.А., Михайлов А.А., Шапошников СВ.; заявник і патентовласник товариство з обмеженою відповідальністю Науково-виробнича фірма "Инкрам"], який складається з сенсорного модуля, що знімається, чутливого елемента, пристрою для обробки аналогового сигналу, підсилювача, аналого-цифрового перетворювача, мікроконтролера, другорядного пристрою з мікропроцесором, дисплеєм, клавіатурою, акумулятором та портом з'єднання. Пристрій забезпечений інтерфейсом для підключення до зовнішніх пристроїв. Він дозволяє вимірювати концентрацію токсичних речовин, горючих газів і кисню з метою забезпечення промислової безпеки і протипожежного захисту. Проте, відомий пристрій не визначає інші важливі мікрокліматичні показники, зокрема: освітленість, температуру, відносну вологість і атмосферний тиск повітря. Крім того, відсутні функції одночасного вимірювання декількох показників, безпровідної передачі фіксованої інформації, статистичної обробки та графічного аналізу результатів вимірювань. В основу корисної моделі поставлена задача створення приладу для одночасного вимірювання дванадцяти параметрів атмосферного повітря в автоматичному режимі, з тривалістю моніторингу від 10 хв. до 48 год. із використанням датчиків температури, відносної вологості, атмосферного тиску, освітленості, вмісту шкідливих газів: монооксиду карбону, діоксиду карбону, аміаку, сірководню, оксиду азоту(І), оксиду азоту(ІV), метану і формальдегіду та аналізу і обробки інформації. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для визначення показників мікроклімату та вмісту шкідливих речовин в атмосферному повітрі, що складається з вимірювальних (сенсорних) модулів, що містять датчики вимірювання температури, концентрації токсичних і горючих речовин, які підключаються за допомогою електронних шлейфів до головних плат з мікропроцесорами всередині модулів вимірювання та з модуля керування (вторинний прилад), дисплея, акумулятора, який згідно з корисною моделлю, має модуль статичної та графічної обробки даних, кардрідер зі знімною картою пам'яті, містить датчики вимірювання відносної вологості повітря, атмосферного тиску і освітленості, здійснює передачу даних короткочасного чи добового моніторингу з модулів вимірювання відносної вологості повітря, атмосферного тиску і освітленості, здійснює передачу даних короткочасного чи добового моніторингу з модулів вимірювання на модуль керування за допомогою радіохвиль у неліцензованому діапазоні 2,4 ГГц зі швидкістю передачі даних до 2 Мбіт/с та передає значення вимірювань з модуля керування на модуль обробки і аналізу інформації по міжнародних стандартах передачі даних за технологією Wi-Fi. Використання корисної моделі дозволяє отримати наступний технічний результат. Пристрій дозволяє одночасно вимірювати наступні параметри мікроклімату: температуру, відносну вологість, атмосферний тиск, освітленість і вміст шкідливих газів: монооксид карбону, діоксид карбону, аміаку, сірководню, оксиду азоту(І), оксиду азоту(ІV), метану і формальдегіду; здійснювати вимірювання в місцях стаціонарних джерел викидів шкідливих речовин чи ймовірного забруднення, без втручання оператора, зберігати інформацію на флеш-карту пам'яті з інтервалом 10 хв. впродовж доби. Кожен з п'яти вимірювальних модулів має радіоадаптер безпровідної мережі для одночасного безпровідного підключення до модуля керування, для індикації і збереження інформації через радіоканал. Вимірювання показників атмосферного повітря здійснюється інфрачервоними та електрохімічними датчиками, інформація передається в цифровому вигляді, що сприяє підвищенню точності отриманих даних. Управління процесом вимірювання параметрів атмосферного повітря датчиками, здійснюються мікропроцесорами вимірювальних модулів. Автономне електроживлення датчиків і мікропроцесора кожного 1 UA 108466 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вимірювального модуля, дозволяє здійснювати вимірювання параметрів атмосферного повітря в режимі безпровідного підключення до модуля керування через радіоканал, без постійної участі оператора, що суттєво підвищує продуктивність праці останнього. Безперервна робота пристрою від акумуляторних батарей може тривати до двох діб, за температурного режиму від 10 до +40 °C зі збереженням об'єму інформації за ввесь час вимірювань на карту пам'яті. Для індикації даних вимірювань використовується дисплей модуля керування з підсвічуванням, що забезпечує чітке візуальне спостереження за роботою пристрою в темряві без додаткового зовнішнього освітлення. Модуль обробки та аналізу інформації за заданою програмою зчитує дані, проводить її статистичну обробку з наступним аналізом у табличному та графічному вигляді для оцінки екологічного стану довкілля за будь-який проміжок часу. На кресленні наведена блок-схема пристрою для вимірювання параметрів атмосферного повітря. Пристрій складається з п'яти вимірювальних модулів 1 та модулів керування 2 і обробки інформації 3. Вимірювальні модулі 1 містять датчики: температури повітря 4, відносної вологості повітря 5, атмосферного тиску 6, освітленості 7, монооксиду карбону 8, діоксиду карбону 9, аміаку 10, сірководню 11, оксиду азоту (І) 12, оксиду азоту (IV) 13, метану 14, формальдегіду 15, які передають сигнали вимірювань на мікропроцесор 17, для обробки інформації; акумуляторну батарею 20, що заряджається від 220 V при підключенні зарядного пристрою до роз'єму 23; світлодіод 22, який в залежності від режиму роботи (очікування чи передавання) пульсує відповідно червоним або фіолетовим кольором; перемикач 21, що забезпечує вмикання та вимикання модуля. Пристрій забезпечений радіоадаптерами безпровідної мережі 16, для одночасного безпровідного підключення вимірювальних модулів 1 до модулів керування 2 та обробки інформації 3 за допомогою радіоканалу. Модуль керування 2 має дисплей індикації 18, для відображення інформації, мікропроцесор 17, для обробки інформації, кардрідер з флеш-картою пам'яті 24, для збереження та перенесення інформації, акумуляторну батарею 20, перемикач живлення 21, рознім для підключення зарядного пристрою 23, мікросхему годинника реального часу 19. Модуль обробки інформації 3, являє собою повноцінну або мобільну версію ПК з операційною системою Android або Microsoft Windows (ПК, ноутбук, планшет, смартфон та інші) зі спеціальним програмним забезпеченням для обробки та аналізу даних, побудови графіків, передачі інформації на принтер для друку на паперовому носії. Пристрій для вимірювання параметрів атмосферного повітря застосовують таким чином. Вимірювальні модулі 1 разом із модулем керування 2 розташовують поблизу місць стаціонарних джерел викидів шкідливих речовин чи ймовірного забруднення. Вмикання вимірювальних модулів та модуля керування здійснюють натисканням перемикачів живлення 21 в положення "Вкл.». Після процесу тестування пристрою щодо готовності до роботи, на дисплеї модуля керування 2, відображається інформація наявності флеш-карти, дати, часу, показників рівня заряду акумуляторних батарей. Якщо на дисплеї модуля керування 2 заряд акумуляторних батарей живлення 20 показує їх низький рівень (менше 3,5 V), необхідно вимкнути прилад і здійснити його зарядку, під'єднавши зарядний пристрій до розніму 23. При роботі на дисплеї модуля керування 18 відображаються порядкові номери вимірювальних модулів, з якими встановлено зв'язок. Після автоматичного тестування пристрою, запрограмований мікропроцесор 17 модуля керування 2, за допомогою радіоадаптера безпровідної мережі 16, відправляє запит на кожен із включених вимірювальних модулів 1, для отримання даних вимірювань. Зв'язок із модулями пристрою відбувається на основі безпровідної передачі даних в цифровому вигляді за допомогою радіоканалу. Після отримання запиту запрограмовані мікропроцесори 17, вимірювальних модулів 1, отримують сигнали датчиків вимірювання 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 обробляють їх та передають інформацію по радіоканалу (так звану відповідь на запит) на модуль керування 2. Мікропроцесор 17 модуля керування 2, по заданому алгоритму, обробляє отримані показники атмосферного повітря довкілля, відображає їх на дисплеї індикації 18, у вигляді цифрових значень та записує на флеш-карту пам'яті 24. Зазначений процес роботи триває 2 хв. та повторюється через 8 хв. після режиму очікування, загальна тривалість інтервалу становить 10 хвилин. В автономному режимі пристрій може працювати без підзарядки акумуляторних батарей до 2 діб, отримувати та зберігати показання датчиків атмосферного повітря кожні 10 хв., з фіксуванням дати і часу проведення вимірювань. За необхідності, модуль керування 2, на запит від модуля обробки та аналізу інформації 3, через радіоканал 16 передає збережені на флеш-карті пам'яті результати вимірювань для подальшого аналізу. Також в модулі обробки та аналізу інформації реалізована можливість калібрування датчиків. 2 UA 108466 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Таким чином, даний пристрій забезпечує в автоматичному режимі, без постійної участі оператора, одночасне вимірювання дванадцяти параметрів атмосферного повітря в короткочасному та довготривалому режимі. Збереження та передача накопиченої інформації з п'яти вимірювальних модулів 1 на модуль керування 2 відбувається за допомогою радіосигналу, подальша передача даних з модуля керування 2 на модуль обробки та аналізу даних, відбувається за запитом та ініціалізується за технологією безпровідної передачі даних Wi-Fi стандарту IEEE 802.11. Графічне зображення: 1 - вимірювальний модуль; 2 - модуль керування (приймання, накопичення та індикація інформації); 3 - модуль обробки та аналізу інформації; 4 - датчик температури повітря; 5 - датчик; відносної вологості повітря; 6 - датчик атмосферного тиску; 7 - датчик освітленості; 8 - датчик монооксиду карбону; 9 - датчик діоксиду карбону; 10 - датчик аміаку; 11 - датчик сірководню; 12 - датчик оксиду азоту(І); 13 - датчик оксиду азоту(ІV); 14 - датчик метану; 15 - датчик формальдегіду; 16 - радіоадаптер безпровідної мережі; 17 - мікропроцесор 18 - дисплей індикації з підсвічуванням; 19 - мікросхема годинника реального часу; 20 - акумуляторна батарея; 21 - перемикач електроживлення; 22 - світлодіод режиму роботи; 23 - рознім для підключення зарядного пристрою; 24 - кардрідер з флеш-картою пам'яті. Джерела інформації: 1. Закон України "Про охорону атмосферного повітря" 1992 ρ (ст. 5, 6, 10, 30,31). 2. Постанова КМУ №391 "Про затвердження положення про державну систему моніторингу довкілля" 1998 р. (cm. 9, 13, 28). 3. Постанова КМУ №1655 "Про затвердження порядку ведення державного обліку і галузі охорони навколишнього повітря" 2001 р. (cm. 6). 4. Пат. 84563 Российская Федерация, МПК7 G01N 27/416. / Газоанализатор/ СВ. Шапошников, А.А. Михайлов, Б.А.Болодурин; публ. 10.07.2009. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 Пристрій для визначення показників мікроклімату та вмісту шкідливих речовин в атмосферному повітрі, що складається з вимірювальних (сенсорних) модулів, що містять датчики вимірювання температури, концентрації токсичних і горючих речовин, які підключаються за допомогою електронних шлейфів до головних плат з мікропроцесорами всередині модулів вимірювання та з модуля керування (вторинний прилад), дисплея, акумулятора, який відрізняється тим, що додатково має модуль статичної та графічної обробки даних, кардрідер зі знімною картою пам′яті, містить датчики вимірювання відносної вологості повітря, атмосферного тиску і освітленості, здійснює передачу даних короткочасного чи добового моніторингу з модулів вимірювання відносної вологості повітря, атмосферного тиску і освітленості, здійснює передачу даних короткочасного чи добового моніторингу з модулів вимірювання на модуль керування за допомогою радіохвиль у неліцензованому діапазоні 2,4 ГГц зі швидкістю передачі даних до 2 Мбіт/с та передає значення вимірювань з модуля керування на модуль обробки і аналізу інформації по міжнародних стандартах передачі даних за технологією Wi-Fi. 3 UA 108466 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4