RO132364A2 - Pluviometru cu transmisie gprs a datelor - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un pluviometru cu transmisie GPRS a datelor, destinat a fi utilizat în cadrul staţiilor hidrologice, meteorologice, a agenţiilor de mediu sau a dispeceratelor comandamentelor pentru dezastre din primării sau prefecturi, în vederea evaluării fenomenelor meteorologice pentru luarea unor măsuri de prevenire a inundaţiilor. Pluviometrul conform invenţiei cuprinde un traductor (1) de precipitaţii, în sine cunoscut, ce are inserat în interior un sistem de obţinere a unor impulsuri la bascularea unei cupe (2) basculante, sistemul fiind alcătuit dintr-un senzor (3) Hall, dintr-un senzor (SA) accelerometric, nişte senzori (4 şi 5) de radiaţii şi, respectiv,H, amplasaţi în conductele de evacuare a apei, componente ale traductorului (1), şi din nişte senzori (6 şi 7) de lumină, respectiv de ionizare a aerului, montaţi pe o carcasă exterioară a traductorului (1) pe care mai este montat şi un microfon (8) pentru captarea zgomotului de fond creat în timpul precipitaţiilor sau a altor fenomene meteorologice care au loc concomitent, datele de la senzori fiind preluate de un microcontroler (19) care le prelucrează, iar parametrii obţinuţi în urma prelucrării sunt transmişi, printr-un modul GPRS (20) şi printr-un releu GPS (22), către un server web (21), aceşti parametri fiind stocaţi într-o memorie (23) flash, într-o bază de date, generată de un ceas (24) de timp real, accesul la datele stocate pe serverul web (21) fiind permis dispeceratelor pentru dezastre, primăriilor, agenţiilor de mediu, etc.

Description

PLUVIOMETRU CU TRANSMISIE GPRS A DATELOR

Pluviometru cu transmisie GPRS a datelor se utilizează în stațiile hidrologice, meteorologice, agențiile de mediu sau la dispeceratele comandamentelor de dezastre din cadrul primăriilor, prefecturilor în vederea evaluării fenomenelor meteorologice pentru luarea unuor măsuri operative de prevenire în special a inundațiilor.

Sunt cunoscute o multitudine de aparate și instalații realizate de diferite firme pentru măsurarea precipitațiilor atmosferice. Este cunoscut un traductor de precipitații și un pluviograf avertizor la care în momentul basculării unei cupe, se emite un impuls electric prin intermediul uni magnet permanent anizotrop și a unui contact red sau a unui contact cu mercur, impuls care reprezintă o anumită cantitate de precipitații fiind trimis prin trasmis prin fir la un dispecerat sau la o stație hidro sau meteo unde este preluat, însumat și afișat în cantitate de precipitații. Aceste traductoare și aparate prezintă următoarele dezavantaje:

repetate defecțiuni ale sistemului de generare ale impulsurilor (modificări ale poziției magnetului față de fiola REED)

a 2016 00507

18/07/2016 imposibilitate transmiterii informațiilor la mare distanță în timp real înfundarea orificiului pâlniei de recepției a precipitațiilor datorită păsărilor lipsa informațiilor asupra fenomenelor meteo ce au loc concomitent cu căderea precipitațiilor

Problema pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unui pluviometru ce are posibilitatea de a transmite prin sistemul GPRS informații asupra precipitațiilor și a manifestării concomitente a unor fenomene meteorologice ce au loc în timp real la locul instalării.

Pluviometrul cu transmisie GPRS a datelor înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că este format dintr-un traductor de precipitații în sine cunoscut la care s-a înlocuit sistemul de obținere a impulsurilor în timpul basculării unei cupe cu un senzor magnetic hali și la care s-a adăugat un microfon pentru recepționarea unor zgomote ambientale pentru vânt, intensitarea precipitației, grindină, un senzor optic pentru recepția luminii generate de descărcările electrice sau a luminii zilei, pentru a obține informații asupra grosimii stratului de nori, strat care poate stabili durata precipitației, un senzor de ionizare, senzor care măsoară gradul de ionizare a aerului datorită unui câmp electromagnetic de mare intensitate, un senzor accelerometric pentru sesizarea apariției unor curenți ascendenție de aer caracteristici pentru tornade și senzori pentru determinarea calității apei din precipitații, acide, alcaline, și a unui senzor pentru avertizarea apariției unei precipitații radioactive, toți acești senzori sunt conectați la un microcontroler care achiziționează datele de la senzori, le stochează într-o memorie locală și le procesează cu

a 2016 00507

18/07/2016 scopul de a determina: intensitatea ploii, dimensiunile picărilor de precipitație, prezența grindinei, nivelul de intensitate a vântului, prezența fenomenelelor orajoase și distanța până la locul de producere a acestora precum și nivelul de intensitate al unui câmp electromagnetic emis de o sursă de mare intensitate sau de o explozie solară, grosimea stratului de nori , alimentare instalației realizându-se de al o baterie „long live” sau de la o sursă regenerabilă de energie cum ar fi un generator energetic teluric în sine cunoscut, întreg ansamblul fiind fixat pe un suport vertical prin intermediul unor ancore într-un planșeu de beton în care se găsește la parte inferioară o cutie metalică ce conține în interior circuitele electronice, cutie bine ecranată pentru a proteja aceste circuite de o eventuală emisie electromagnetică de foarte mare intensitate.

Avantajele invenției sunt următoarele:

posibilitatea obținerii unor parametri complecși asupra precipitației atmosferice și a fenomenelor meteo ce au loc concomitent prin fuziunea datelor obținute de la mai mulți senzori.

transmiterea datelor la distanță ceea ce face posibil accesul la informații legate de precipitații prin intermediul dispoztitivelor mobile (ex: telefon, tableta, laptop) și fixe de comunicare.

posibilitatea conectării în rețea a mai multor pluviometre ceea ce face posibilă determinarea unor parametrii globali pentru o anumită suprafață monitorizată susceptibilă la inundații ducând la declanșarea unor operațiuni de protecție.

trimiterea semnalelor de avertizare în timp real legate de riscul de apariție a inundațiilor și viiturilor, de creșterea nivelului de radioactivitate a apei și a aerului, la ploile acide, la explozii solare și la emisii de mare intensitate a radiațiilor electromagnetice.

a 2016 00507

18/07/2016

Se dă în continuare un mod de realizare a invenției în legătură și cu figurile:

Figura 1: vedere generală a pluviometrului

Figura 2: schema bloc a circuitului electronic de preluare și transmitere a semnalelor pluviometrice

Figura 3: rețeaua de senzori pluviometrici

Figura 4: organigrama programului de determinare a intensității precipitațiilor

Pluviometru cu transmisie GPRS a datelor este alcătuit dintr-un traductor de precipitații 1 (Figura 1) în sine cunoscut ce are inserat în interior un nou sistem de obținere a impulsurilor la bascularea cupei basculante 2 format dintr-un senzor hali 3, un senzor accelerometric SA, în conductele de evacuare având dispuși un senzor de radiații 4 și un senzor pH 5, senzori prezenți în trasuctorul de precipitații în sine cunoscuți, pe carcasa exterioară fiind montați un senzor de lumină 6, un senzor de ionizare a aerrului 7, un microfon 8, iar pentru protecția înfundării pâlniei de recepție 9 lângă traductor se găsește un dispozitiv de alungare a păsărilor, în sine cunoscut, format dintr-o semisferă de oțel 10 prevăzută la partea superioară cu o serie de electrozi dispuși simetric 11 pentru mărirea suprafeței de distribuție a unui câmp magnetic generat de un magnet permanent 12, păsările orientându-se după liniile câmpului magnetic terestru observă apariție unei perturbații magnetice și se îndepărtează de locul instalării pluviometrului; știindu-se că în momentul de față datorită schimbărilor climatice manifestările meteorologice au devenit violente și din această cauză pluviometrul este bine fixat printr-un suport vertical 13 de care sunt prinse niște ancore 14 prevăzute cu sisteme de tensionare 15 și bine încastrate în stratul de beton SB, prin pilonii 16, λ 2016 00507

18/07/2016 suport prevăzuta la partea inferioară cu o casetă metalică 17 bine ecranată împotriva radiațiilor electromagnetice de mare intensitate printr-o tehnologie în sine cunoscută în care este montat circuitul electronic de preluare și transmisie a semnalelor pluviometrice 18 ce este alătuit dintrun microcontroler 19 (Figura 2) care preia datele de la senzorul hali 3, de la senzorul de radiații 4, de la senzorul pH 5, de la senzorul de lumină 6, de la senzorul de ionizare 7, de la microfonul 8, aceste date fiind stocate și procesate cu scopul de a obține parametrii precipitațiilor și parametrii fenomenelor concomitente, acești parametrii fiind transmiști prin intermediul uni modul GPRS 20 către un web-server 21 prin intermediul unui releu GPS 22 in vederea reprezentării și urmăririi istoricului de variație a parametrilor precipitațiilor și a fenomenelor concomitente, istoricul acestor parametri fiind stocat intr-o memorie flash 23 în bază de timp ce este monitorizat de către un ceas în timp real 24, accesul la datele stocate pe web-server avândul, spre exemplu, dispeceratul dezastrelor, primăriile, agențiile de mediu, stațiile meteorologice și hidrologice sau orice persoană interesată; mai multe pluviometre pot sa fie grupate într-o rețea (Figura 3) care va monitoriza distribuția cantităților de precipitații pe anumite suprafețe susceptibile la inundații și viituri, rețeaua fiind alcătuită din mai multe pluviometre sp_b sp₂,...,sp_n deplasarea fronturilor atmosferice sau a vijeliilor, datele fiind preluate de la pluviometre prin intermediul modulelelor GPRS 20 sau a unor module RF de trasnmisie pe distanțe scurte ale căror date sunt colectate de un concentrator CT; determinarea intensității ploii se face prin intermediul unui program de calculator ce se desfășoară după o organigramă (Figura 4) ce este alcătuită dintr-o etichetă de start (eticheta a), o etichetă de inițializare a variabilelor microcontrolerului (eticheta b), o etichetă de eșantionare a a 2016 00507

18/07/2016 semnalului de basculare a cupei (eticheta c), o etichetă de condiționare a semnalului de basculare (eticheta d), o etichetă de condiționare a indexului de basculare (eticheta e), o etichetă de setare a indexului de basculare (eticheta f), o etichetă de start pentru numărătorul intern al microcontrolerului (eticheta g), o etichetă de stop pentru numărătorul intern al microcontrolerului (eticheta h), o etichetă de resetare a indexului de basculare (eticheta i), o etichetă de calcul a perioadei dintre două basculări (eticheta k), o etichetă de determinare a intensității ploii (eticheta m) și o etichetă de trimitere a semnalelor pluviometrice către un web-server 21 .

în momentul primei basculări a cupei 2 (Figura 1) magnetul permanent M se apropie de senzorul magnetic hali 3 care generează un semnal electric ce este interpretat de microcontroler 19 (Figura 2) ca și un semnal de declanșare a unui numărător intern; La a doua basculare a cupei, semnalul generat de senzorul hali va fi interpretat ca și semnal de oprire a numărătorului intern, valoarea numărului înregistrat fiind proporțional cu perioada de basculare. Ciclurile de basculare se repetă atâta timp cât intensitatea ploii este suficient de mare pentru a umple cupa. în funcție de perioada de basculare se stabilesc mai multe nivele ale intensității ploii după cum urmeaza: nivel de intensitate scăzută, nivel de intensitate medie, nivel de intensitate mare, nivel de intensitate foarte mare. Valorile nivelelor de intensitate ale ploii sunt transmise de către modulul GPRS 20 spre un web-server 21 unde sunt stocate, interpretate și reprezentate grafic. Dacă nivelul de intensitate depășește unele praguri critice vor fi emise semnale sonore de avertizare și vor fi trimise mesaje de avertizare către centrele de monitorizare. Pentru detectarea fenomenelor oranj oase sunt utilizați doi senzori, un microfon pentru sunete emise în a 2016 00507

39>

18/07/2016 timpul descărcărilor electrice 8 (Figura 2) și un senzor de intensitate luminoasă 6, acesta din urmă având rolul de a detecta apariția fulgerelor. Distanța de la pluviometru la locul de producere al unui fenoment oranjos se determină prin calculul întârzierii semnalului sonor față de semnalul luminos. Grosimea stratului de nori se determină prin analiza semnalului generat de senzorul de lumină 6 ce este corelat cu datele de timp (ora, zi, luna, an) ce sunt generate de ceasul în timp real 24, intesitatea luminoasă fiind invers proporțională cu grosimea stratului de nori, lumina fiind absorbită și difuzată de stratul de nori; durata precipitațiilor depinde de grosimea stratului de nori. Poziția de montare a unui pluviometru se determină cu ajutorul unui aparat GPS care poate să fie atașat pluviometrului sau coordonatele geografice ale acestei poziții pot sa fie înscrise în memoria flash 23 a circuitului electronic de preluare și transmisie a semnalelor pluviometrice 18. Semnalul generat de senzorul accelerometric SA corelat cu zgomotul de fond al microfonului 8 conduce la luarea deciziei de apariție la locul instalării pluviometrului a unei tornade a cărei cărei forță este dată de tendința de smulgere a instalației, deci, apariția unei forțe ascensionale.

Programul de calcul al intensității ploii se derulează în următoarele secvențe: se pornește programul, la alimentarea circuitului sau la resetarea acestuia (eticheta a, funcțiunea START) și se inițializează variabilele programului (eticheta b) după care se așteaptă un evenimentul de basculare a cupei pluviometrului prin eșantionarea senzorului magnetic (eticheta c). Dacă are loc o basculare a cupei 2 (eticheta d) se verifică dacă indexul de basculare este 0 (pentru prima basculare) sau 1 (pentru a doua basculare), (eticheta e), dacă valoarea indexului de basculare este 0 acesta (indexul de basculare) va fi setat la valoarea 1 (eticheta f) și va fi pornit a 2016 00507

18/07/2016 numărătorul intern al microcontrolerului (eticheta g), programul se va întroarce la eticheta de eșantionare a semnalului de basculare a cupei; dacă este detectată o nouă basculare a cupei și indexul de basculare are valoare 1, numărătorul intern al microcontrolerului va fi oprit (eticheta h) iar indexul de basculare va fi resetat la valoarea 0 (eticheta i), va fi citită valoarea înregistrată de numărător între două basculări (eticheta k) iar pe baza acestei valori se va determina valoarea intensității ploii (eticheta m). Unei valori mai mari a perioadei dintre două basculări îi va corespunde o frecvență mai mică de basculare a cupei ceea ce înseamnă că intensitatea ploii este de valoare mai mică iar pentru unei valoari mai mici a perioadei dintre două basculări îi va corespunde o frecvență mai mare de basculare a cupei ceea ce însemnă că intensitatea ploii este de valoare mai mare. Fenomenele oranj oase sunt detemitate de senzorul de intensitate luminoasă 6 (pentru fulgere), de senzorul de ionizare a atmosferei 7 și de microfon 8 (pentru trăznete). Pe baza întârzierilor dintre semnalul luminos și cel acustic se determină de către microcontroler distanța dintre pluviometru și locul în care a avut loc fulgerul. Toade datele generate de senzori și valorile mărimilor calculate de către microcontroler sunt stocate într-o memorie flash, bază de timp, valorile perioadelor de înregistrare fiind generate de un ceas în timp real. La solicitarea utilizatorului toate datele stocate în memoria flash sunt trimise spre web-server. Senzorul de radiații 4 împreună cu senzorul de ionizare 7 ne dau indicații asupra prezenței în apă a radiațiilor nucleare care au produs și ionizarea aerului. Acest fapt poate declanșa un semnal de avertizare că s-a produs un incident nuclear sau un atac nuclear. Senzor de pH 5 în sine cunoscut aflat împreuna cu senzorul de radiații 4 în interiorul traductorului de precipitații în sine cunoscut dă inticații asupra PH-ului precipitației iar în condițiile în

a 2016 00507

18/07/2016 care aceasta este acidă se emite de asemenea un semnal de avertizare pentru agenția de protecție a mediului. Prezența grindinei în precipitații este semnalizată de zgomodul produs de contactul particulelor de grindină cu suprafața sub care se găsește montat microfonul 8. De asemenea tot prin acest mod se poate determina cu aproximație dimensiunea picăturilor de precipitații ale acestora precum și frecvența de cădere a lor. Acest lucru poate fi corelat cu grosimea stratului de nori și în condiția în care se stabilește producerea unei precipitații intense se emite o avertizare către dispecerele interesate.

a 2016 00507

18/07/2016

BIBLIOGRAFIE

Brevet RO nr.97641

Brevet RO nr.83144

Brevet US nr.3705533 a 2016 00507

18/07/2016

Claims (4)

1. Pluviometru cu transmisie GPRS a datelor caracterizat prin aceea că, conține un traductor de precipitații (1) (fig. 1) în sine cunoscut, ce are inserate o cupă basculantă (2), un senzor magnetic hali (3) pentru obținerea impulsurilor, un impuls reprezentând o anumită cantitate de precipitații, un senzor accelerometric (SA) iar în conductele de evacuare ale traductorului se găsește senzorul de radiații (4) și un senzor pH (5) în sine cunoscuți, un senzor de lumină (6) fixat pe carcasa traductorului împreună cu un senzor de ionizare a aerului (7) și un microfon (8) pentru captarea unui zgomot de fond creat de tipul de precipitații sau de o serie de fenomene meteorologice ce au loc concomitent, pluviometrul fiind bine fixat printr-un suport vertical (13) cu niște ancore (14) cu sisteme de tensionare (15) prinse de piloni (16) încastrați într-un strat de beton SB, suport prevăzut la partea inferioară cu o cutie metalică paralelopipedică (17) ce conține un circuit electronic de preluare și transmitere (18) fiind alcătuit dintr-un microcontroler (19) (fig. 2) ce preia datele de la senzorii enumerați mai sus, parametrii obținuți sunt transmiși printr-un modul GPRS (20) către un web-server (21) printr-un releu GPS (22), acești parametri fiind stocați și într-o memorie flash (23) într-o bază de timp ce este generată de un ceas în timp real (24).

2. Pluviometru cu transmisie GPRS a datelor, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că este conectat la o rețea de senzori pluviometrici (spl, sp2,...,spn) (Figura 3) dispersat pe o suptafață delimitată de un perimetru și comunică cu un concentrator (CT) prin intermediul unor module RF de putere mică și cu un web server (21) prin intermediul unui modul GPRS, datele pluviometrice sunt procesate cu io a 2016 00507

18/07/2016 ss scopul de a determina gradienții de intensitate a ploii pe suprafața monitorizată și evoluția ploii în timp.

3. Program de calculator în vederea determinării intensității ploii și a fenomenelor oranj oase, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că se desfășoară după o organigramă ce este alcătuită dintr-o etichetă de start (eticheta a) (fig.

4), o etichetă de inițializare a variabilelor microcontrolerului (eticheta b), o etichetă de eșantionare a semnalului de basculare a cupei (eticheta c), o etichetă de condiționare a semnalului de basculare (eticheta d), o etichetă de condiționare a indexului de basculare (eticheta e), o etichetă de setare a indexului de basculare (eticheta f), o etichetă de start pentru numărătorul intern al microcontrolerului (eticheta g), o etichetă de stop pentru numărătorul intern al microcontrolerului (eticheta h), o etichetă de resetare a indexului de basculare (eticheta i), o etichetă de calcul a perioadei dintre două basculări (eticheta k), o etichetă de determinare a intensității ploii (eticheta m) și o etichetă de trimitere a semnalelor pluviometrice către un web-server (21).