Способ дистанционного измерения температуры и устройство для его реализации

Способ дистанционного измерения температуры и устройство для его реализации

Реферат

Предлагаемый способ относится к дистанционному измерению температуры и может найти применение в теплотехнике, быту, медицине. Известен способ дистанционного измерения температуры, используемый в устройстве rl-100, выпускаемом фирмой Hanwell Instruments [1], который основан на получении информации о температуре от датчика, обработке этой информации в микроконтроллере и передаче по радиоканалу через задаваемый интервал времени данных, используя специальный протокол на удаленный радиоприемник той же фирмы типа sr-1.

Недостатки этого способа: ограниченная дальность действия, невозможность отправки запроса об измеряемой температуре в нужный момент времени.

Известен другой способ дистанционного измерения температуры, в котором полученную информацию о температуре от датчика преобразуют в микроконтроллере в специальный формат, необходимый для передачи данных через беспроводной двунаправленный интерфейс типа Bluetooth [2], благодаря чему появляется возможность посылать запрос на удаленный объект в нужный момент времени об измеряемой температуре и принимать данные о температуре на устройство, поддерживающее интерфейс типа Bluetooth (например, персональный компьютер).

Недостатками данного способа и реализующего его устройства являются ограниченная дальность действия беспроводного интерфейса Bluetooth (до сотни метров) и необходимость разработки специального программного обеспечения для Bluetooth ввиду отсутствия стандартного профиля у типового оборудования, применяемого для измерения температуры.

Наиболее близкими по технической сущности и выполняемой функции к заявляемому способу и устройству для его реализации является способ дистанционного измерения температуры, используемый в устройстве "КСИТАЛ GSM-T" [3], в котором получаемую информацию со встроенного датчика температуры в отапливаемом помещении после преобразования в микроконтроллере передают через GSM модем сотового телефона в виде SMS сообщения, при этом запрос определенного формата об измеряемой температуре принимают на сотовый телефон также в виде SMS сообщения.

Недостаток данного способа заключается в том, что SMS сообщение должно иметь всегда определенный формат, например запрос выглядит так "Kak dela? ХХХХХ", где ХХХХХ - PIN код. Эти символы обязательны и даже пробел между ? и PIN кодом также обязателен. Кроме того, при приеме SMS сообщения с измеренной температурой также необходимо произвести несколько операций, чтобы прочитать SMS, при этом каждый запрос и каждый ответ должны быть оплачены в соответствии с тарифным планом оператора сотовой связи. И наконец, сотовые телефоны разных фирм имеют отличия в AT командах, с помощью которых передаются управляющие команды от микроконтроллера к GSM модему сотового телефона для управления приемом и передачей SMS сообщений. Именно поэтому выбранный способ в качестве прототипа работает только с сотовыми телефонами типа Siemens S25, S35 и S45.

Таким образом, желательно иметь способ дистанционного измерения температуры, не требующий формирования SMS сообщений, который бы применялся с любым сотовым телефонам и не требовал оплаты.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что он включает в себя получение информации от дистанционного датчика температуры, ее обработку в микроконтроллере и выдачу микроконтроллером управляющих команд на сотовый телефон. Отличается тем, что запрос об измеряемой температуре представляет собой обычный звонок, который принимается сотовым телефоном. При приеме звонка тональный сигнал от сотового телефона подают через блок сопряжения на вход микроконтроллера, который формирует управляющую команду поднятия трубки сотового телефона и через микрофонный вход с помощью синтезатора речи под управлением микроконтроллера передают информацию о температуре в течение первых нескольких нетарифицированных секунд, после чего микроконтроллер формирует управляющую команду на опускание трубки и переходит в режим ожидания нового звонка-запроса.

С учетом решаемой задачи дистанционное измерение температуры может производиться на любом удалении с помощью сотового телефона любой марки, в наиболее удобном речевом формате, бесплатно, используя тарифный план с нетарифицированным интервалом времени в несколько первых секунд.

Все это позволяет реализовать эффективное дистанционное измерение температуры, когда в любой момент по запросу в виде телефонного звонка получают речевое сообщение об измеренной температуре с минимальными материальными затратами.

Также поставленная цель достигается тем, что устройство для реализации предлагаемого способа, включающее сотовый телефон, микроконтроллер, датчик температуры, ключ управления, блок аварийной сигнализации, блок питания, отличается тем, что оно дополнительно содержит блок сопряжения, модуль индикации и ввода параметров, таймер, синтезатор речи, причем таймер и модуль ввода параметров подключены непосредственно к входам микроконтроллера, а модуль индикации, вход управления сотовым телефоном и управляющий вход синтезатора речи подключены непосредственно к его выходам, при этом выход звукового сигнала сотового телефона через блок сопряжения подключен к входу микроконтроллера, а аналоговый выход синтезатора речи соединен с микрофонным входом сотового телефона.

Такое устройство позволяет полностью реализовать предложенный способ дистанционного измерения температуры.

Введение блока сопряжения дает возможность преобразовывать уровень тонального сигнала сотового телефона в логический уровень входного сигнала микроконтроллера, который формирует управляющую команду поднятия трубки сотового телефона.

Дополнительные модуль индикации и модуль ввода параметров необходимы для визуального контроля измеряемой температуры и для ввода температурной уставки, при превышении которой формируется сигнал включения ключа управления, например, нагревателем.

Введение таймера - часов реального времени позволяет точно выставлять интервал нетарифицированных секунд передачи речевого сообщения об измеренной температуре.

Синтезатор речи введен для преобразования информации об измеренной температуре в речевой сигнал, передаваемый через микрофонный вход сотового телефона.

Все указанные признаки позволяют реализовать предложенный способ дистанционного измерения температуры.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит (см. чертеж) сотовый телефон 1 с выходом звукового сигнала, с микрофонным входом и входом управления поднятием и опусканием трубки, микроконтроллер 2, датчик температуры 3, ключ управления 4, блок аварийной сигнализации 5, источник питания 6, таймер 7, модуль индикации 8, модуль ввода параметров 9, синтезатор речи 10, блок сопряжения 11.

Практическая реализация данного устройства выполняется по известным схемам с использованием однокристального микроконтроллера 2 типа PIC16F648A фирмы Microchip или подобной. В качестве датчика температуры 3 используется цифровой датчик температуры DS2436 фирмы Maxim/Dallas Semiconductors. Модуль индикации 8 выполнен на жидкокристаллическом индикаторе, а модуль ввода параметров 9 представляет собой клавиатуру из нескольких кнопок типа, например, ПКН 150-1. Блок аварийной сигнализации выполнен по стандартным схемам на транзисторе с открытым коллектором. В качестве ключа управления нагревательным прибором 4 может быть использован оптронный семистор фирмы Motorola или электромеханическое реле требуемой мощности. Таймер 7 - часы реального времени реализован на микросхеме DS1302 фирмы Maxim/Dallas Semiconductors. Блок сопряжения 11 - это компаратор, преобразующий уровень напряжения звукового сигнала тонального вызова в напряжение логических уровней микроконтроллера. Синтезатор речи 10 выполнен на микросхеме ISD1210 серии ChipCoder фирмы Winbond Electronics. В качестве сотового телефона подойдет любая модель, в которой для подключения к телефону и микрофону используется разъем для внешней гарнитуры типа HANDS-FREE.

Рассмотрим работу устройства. После включения источника питания 6 на микроконтроллер 2 подается питающее напряжение. Происходит инициализация управляющей программы, считывание параметров, сохраненных в энергонезависимой памяти микроконтроллера, в частности температурной уставки. Затем опрашивается датчик температуры 3, измеренная температура сравнивается с температурной уставкой, введенной с помощью модуля ввода данных, и если температура ниже заданного значения уставки, то включается с помощью ключа управления 4, например, нагревательный элемент, а если температура выше заданного значения уставки, то ключ управления 4 выключается. Если возникают неисправности в работе, то блок аварийной сигнализации 5 включает сирену. Для дистанционного контроля температуры необходимо позвонить на сотовый телефон 1, подключенный к микроконтроллеру 2. Сигнал звонка после преобразования в блоке сопряжения 11 приведет к изменению логического уровня на соответствующем входе микроконтроллера 2, что вызовет формирование управляющего сигнала поднятия трубки на управляющем входе сотового телефона 1. Одновременно на управляющий вход синтезатора речи 10 передается код измеренной температуры, который преобразуется в речевой сигнал длительностью, строго ограниченной несколькими секундами с помощью таймера 7. В частности, фраза типа "ПЛЮС ДВАДЦАТЬ ГРАДУСОВ" укладывается в три секунды, в то время как длительность первых нетарифицируемых секунд во многих тарифных планах достигает 5. Речевая информация о температуре передается через микрофонный вход сотового телефона 1. По завершении интервала времени, отмеренного таймером 7, микроконтроллер вырабатывает управляющий сигнал опускания трубки, чем и заканчивается сеанс дистанционного измерения температуры.

Эксплуатация опытного образца устройства с дистанционным измерением температуры подтвердила преимущества этой эффективной технологии контроля отопительной системы.

Литература

1. Техническое описание устройства rl-100. Hanwell Instruments Limited, 12-13 Mead Business Centre, Mead Lane, Hertford, T: 08704431786. Technical support T: 08709907354.www.hanwell.com/.

2. Shan Q, Liu Y, Prosser G, Brown D, "Wireless intelligent sensor networks for refrigerated vehicle", Proceedings of IEEE 6th CAS, pp 525-528, 2004.

3. Сотовая система контроля отопительного оборудования "КСИТАЛ GSM-Т", ООО "КСИТАЛ", Москва, ул. Вилиса Лациса, д.7, к.4, тел. 545-11-32 Техническое описание на сайте www.ksytal.ru

1. Способ дистанционного измерения температуры отопительных систем, согласно которому получают информацию с датчика температуры, считывают значения введенной температурной уставки, сравнивают значение измеренной температуры с введенной температурной уставкой, передают с помощью сотового телефона значение измеренной температуры по запросу, отличающийся тем, что в качестве запроса на передачу информации о температуре принимают звонок, полученный упомянутым сотовым телефоном, тональный сигнал которого в виде низкочастотного переменного напряжения, снимаемого с выхода сотового телефона, к которому подключается внешняя гарнитура, преобразуют в команду управления, посредством которой осуществляют поднятие трубки сотового телефона, передают речевую информацию о величине измеренной температуры через микрофон сотового телефона, используя синтезатор речи, в течение первых нетарифицированных секунд, по истечении которых формируют управляющую команду, по которой опускают трубку сотового телефона.

2. Устройство для дистанционного измерения температуры отопительных систем, включающее сотовый телефон, датчик температуры, опрашиваемый микроконтроллером, ключ управления, включаемый и выключаемый микроконтроллером в зависимости от значений уставки температуры, блок аварийной сигнализации, включающий по команде микроконтроллера сирену, блок питания, подающий питающее напряжение на микроконтроллер, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок сопряжения, предназначенный для преобразования уровня напряжения звукового сигнала тонального вызова в напряжение логических уровней на соответствующем входе микроконтроллера, модуль индикации, модуль ввода параметров, таймер, синтезатор речи, причем таймер и модуль ввода параметров подключены непосредственно ко входам микроконтроллера, а модуль индикации, вход управления сотовым телефоном и управляющий вход синтезатора речи подключены непосредственно к его выходам, при этом выход звукового сигнала сотового телефона через блок сопряжения подключен ко входу микроконтроллера, а аналоговый выход синтезатора речи соединен с микрофонным входом сотового телефона.