DE102016011888A1 - Ultrasonic sensor-based method for the central digitized aggregation of information about the remaining free physical space in decentrally distributed, closed containers (containers, truck holds, storage rooms, etc.) - Google Patents
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Abstract
Die Informationsgewinnung über den Stand der verbleibenden freien Kapazität in Lagerräumen aller Art wird bisher im industriellem Kontext größtenteils nicht oder nur durch manuelle Erhebung von Füß- und Lagerbeständen durchgeführt. Das neue Verfahren soll eine digitale Erhebung von Füll- und Lagerbeständen durch die Anbringung einer oder mehrerer flexibel einsetzbarer, technischer Apparaturen mit autarker Stromversorgung in Verbindung mit einem zentralen Informationssystem gewähren. Um dem genannten Zweck gerecht zu werden handelt es sich bei der Erfindung um eine neuartige Vorrichtung bestehend aus einem solarbetriebenen, technischen Sensorsystem basierend auf der Nutzung der physischen Eigenschaften von Ultraschall mit flexibler Befestigungsvorrichtung für verschiedene Oberflächen und einem über Mobilfunknetz oder ein anderes Funknetz angeschlossenes zentrales System zur Aggregation und Analyse der dezentralen Informationen einer Anzahl von oben beschriebenen Sensorsystemen Die Erfindung ermöglicht auf Basis der Aggregation und Analyse der Entfernungsrohdaten auf Basis mathematischer Kalkulation das Ableiten von Informationen über die verbleibende freie Kapazität im vermessenen dreidimensionalen Raum und damit die Möglichkeit, im jeweiligen Anwendungsgebiet intelligente Entscheidungen zu treffen, welche beispielsweise zur optimalen Distribution von Feststoffen/Artikeln in den genannten Behältnissen führt.The information about the state of remaining free capacity in storage rooms of all kinds is so far mostly not done in an industrial context, or only by manual collection of feet and stocks. The new procedure is intended to provide a digital collection of filling and stock levels by attaching one or more flexibly deployable technical equipment with a self-sufficient power supply in conjunction with a central information system. To cope with the stated purpose, the invention is a novel device consisting of a solar-powered, technical sensor system based on the use of the physical properties of ultrasound with flexible fastening device for different surfaces and a central system connected via mobile radio network or another radio network for aggregating and analyzing the decentralized information of a number of sensor systems described above The invention makes it possible to derive information about the remaining free capacity in the measured three-dimensional space based on the aggregation and analysis of the distance raw data based on mathematical calculation and thus the possibility of intelligent in each application To make decisions, for example, for the optimal distribution of solids / articles in the containers mentioned leads.
Description
Technisches Anwendungsgebiet der ErfindungTechnical field of application of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Vorrichtung bestehend aus einem solarbetriebenen, technischen Sensorsystem basierend auf der Nutzung der physischen Eigenschaften von Ultraschall mit flexibler Befestigungsvorrichtung für verschiedene Oberflächen und einem über Mobilfunknetz oder ein anderes Funknetz angeschlossenes zentrales System zur Aggregation und Analyse der dezentralen Informationen einer Anzahl von oben beschriebenen Sensorsystemen. Die Erfindung ermöglicht auf Basis der Aggregation und Analyse der Rohdaten das Ableiten von Informationen über die verbleibende freie Kapazität im vermessenen dreidimensionalen Raum und damit die Möglichkeit, im jeweiligen Anwendungsgebiet intelligente Entscheidungen zu treffen, welche beispielsweise zur optimalen Distribution von Feststoffen/Artikeln in den genannten Behältnissen führt.The present invention relates to a novel device consisting of a solar-powered, technical sensor system based on the use of the physical properties of ultrasound with flexible attachment for different surfaces and a central system connected via mobile radio network or another radio network for aggregating and analyzing the decentralized information of a number of above described sensor systems. On the basis of the aggregation and analysis of the raw data, the invention makes it possible to derive information about the remaining free capacity in the measured three-dimensional space and thus the possibility of making intelligent decisions in the respective field of application, for example for the optimal distribution of solids / articles in the mentioned containers leads.
Charakterisierung des Standes der TechnikCharacterization of the prior art
Aus dem Stand der Technik sind Einrichtungen dieser Art in anwendungsspezifischer Form bekannt. So gibt es bereits intelligente Behältnisse mit einer integrierten Messeinheit, welche Informationen über den Füllstand des Inhaltes eines Mülleimers erfassen. Siehe hierzu
Die Einsatzfähigkeit solcher spezieller integrierter Messeinheiten ist auf einen engen Anwendungskreis beschränkt, was wiederum die Flexibilität in der Einsatzfähigkeit im breiteren Anwendungskontext in hohem Maße einschränkt.The usability of such specialized integrated measurement units is limited to a narrow range of applications, which in turn greatly limits flexibility in deployment in the broader application context.
Weiterhin existiert eine Menge von Sensoren, deren technische Eigenschaften es erlauben, über Anwendung von mathematischen Verfahren auf den Füllstand oder die Kapazität eines Behältnisses zu schließen. Siehe hierzu
Der vorliegende Stand der Technik ist in diesem Falle begrenzt auf die Beschreibung der Sensorik oder einen spezifischen Anwendungsfall einer Vorrichtung zum Messen des Inhaltes eines Behältnisses. Den vorliegenden technischen Erfindungen mangelt es an der Flexibilität hinsichtlich des Einsatzes in differenzierten Szenarien (keine Möglichkeit des Einsatzes in unterschiedlichen Behältnissen, keine Möglichkeit der autarken Stromversorgung über den Einsatz von Solarzellen), in denen es einen Mehrwert darstellt, ein integriertes System mit einer variablen Anzahl von integrierten Ultraschall Sensoren flexibel in verschiedenen abgeschlossenen Behältnissen oder Räumlichkeiten zu installieren.The present state of the art in this case is limited to the description of the sensor system or a specific application of a device for measuring the contents of a container. The present technical inventions lack the flexibility with regard to the use in differentiated scenarios (no possibility of use in different containers, no possibility of self-sufficient power supply via the use of solar cells), in which it represents an added value, an integrated system with a variable number from integrated ultrasonic sensors to flexibly install in various sealed containers or premises.
Die vorliegende zur Patentanmeldung eingereichte Erfindung beschreibt ein solches flexibles, solarbetriebenes, Ultraschall-sensorgestütztes System, welches mit einfachen Mitteln an einer der Wände eines abgeschlossenen Behältnisses oder einer abgeschlossenen Räumlichkeit angebracht werden kann und welches nach Installation Daten über den verbleibenden freien (nicht von Feststoffen besetzten) Raum innerhalb des zu messenden Perimeters per GSM Telekommunikationsstandard an eine externe Serverapplikation mit definierten Schnittstellen sendet.The present invention filed for patent application describes such a flexible, solar-powered, ultrasonic sensor-based system which can be easily attached to one of the walls of a sealed container or enclosed space and which, after installation, will store data on the remaining free (non-particulate matter ) Space within the perimeter to be measured is sent via GSM telecommunication standard to an external server application with defined interfaces.
Zu lösende Problemstellung der ErfindungProblem to be solved by the invention
Freier Raum ist in einigen Industrien (Müllindustrie, Logistikindustrie, Lagerindustrie) gleichzusetzen mit potenziellem Verlust von Effizienz (im logischen Sinne) und potenziellem in Kauf nehmen von wirtschaftlichen, finanziellen Verlusten (im ökonomischen Sinne). Weiterhin ist eine fehlende informationelle Transparenz über die verbleibenden freien Kapazitäten in dezentralen Behältnissen (bspw. Container) und Räumen (bspw. Lagerflächen) ein Grund für Ineffizienzen in Unternehmen.Free space in some industries (waste industry, logistics industry, storage industry) is equivalent to potential loss of efficiency (in the logical sense) and potential for economic, financial losses (in the economic sense). Furthermore, a lack of informational transparency about the remaining spare capacity in decentralized containers (eg containers) and rooms (eg storage areas) is a reason for inefficiencies in companies.
Die Kenntniss über aktuelle/verbleibende Kapazitäten von wirtschaftlich genutzen Behältnissen und Räumlichkeiten kann zu einer Steigerung der Effizienz im jeweiligen Anwedungsgebiet führen. So könnte man die folgenden beispielhaften Problemstellungen mit der Anwendung der vorliegenden Erfindungen beseitigen oder vermindern.Knowing about current / remaining capacities of economically used containers and premises can lead to an increase of efficiency in the respective application area. Thus, one could eliminate or reduce the following exemplary problems with the application of the present inventions.
Effizientsteigerung für den Müllentsorgungsprozess in der Müllindustrie durch Messung des verbleibenden freien Raumes in Müllcontainern aller Art mit Hilfe der vorliegenden Erfindung. Basierend auf dieser Information ist die Möglichkeit gegeben, eine Optimierung des Entsorgungsprozesses durch adaptive Anpassung der Leerungsintervalle zu erreichen.Increasing the efficiency of the refuse disposal process in the refuse industry by measuring the remaining free space in refuse containers of all types using the present invention. Based on this information, it is possible to optimize the disposal process by adaptively adjusting the emptying intervals.
Effizienzsteigerung in der Logistikindustrie, in welcher der frei verügbare Lagerplatz in Transportbehältnissen (LKW Laderäume, Schiffscontainer) nach dem aktuellen Stand der Technik über Systeme verwaltet wird, die nicht in der Lage sind, Informationen über den aktuellen Ladezustand in Echtzeit wiederzugeben. Die vorliegende Erfinung schafft die Möglichkeit, ein System zu etablieren, den aktuellen Ladezustand in Echtzeit abbildbar macht und damit zu weitreichenden Verbesserungen in der Distribution und Verteilung von Transportwaren führen kann.Increased efficiency in the logistics industry, in which the freely available storage space in transport containers (truck holds, shipping containers) is managed according to the current state of the art via systems that are not able to display information about the current state of charge in real time. The present invention provides the opportunity to establish a system that can map the current state of charge in real time and thus to far-reaching improvements in the distribution and distribution of transport goods.
Erfindungsgemäße LösungInventive solution
Der vorligenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine technische Vorrichtung/ein technisches System zu schaffen, welches es ermöglicht, durch ultraschallgestütztes Messen von räumlichen Abständen dem Anwender die Information über den freien und besetzten phyischen Platz im überwachten abgeschlossenen dreidimensionalen Raum mathematisch exakt zu kalkulieren und über ein angeschossenes System in Form von Daten abzuspeichern, welche über eine technische Schnittstelle eingesehen werden können. Dabei weist die Erfindung die folgenden technischen und funktionalen Merkmale auf.The present invention has for its object to provide a technical device / system, which makes it possible by ultrasound-assisted measuring of spatial Intervals allow the user to mathematically calculate the information about the free and occupied physical space in the monitored closed three-dimensional space and store it in the form of data via a shot-locked system, which can be viewed via a technical interface. In this case, the invention has the following technical and functional features.
Die technische Vorrichtung besteht im Allgemeinen aus den folgenden Bestandteilen:
- • Miniatur Einplatinencomputer als zentrale Steuerungseinheit für die anfallenden Rechen- und Kommunikationsoperationen.
- • Solargespeister Akkumulator zur Realisierung einer autarkren Stromversorgung der Vorrichtung.
- • Eine variable Anzahl von an den Einplatinencomputer mit Kupferkabeln angeschlossener Ultraschallmodule zur Erfassung des Abstandes vom Sensor bis zum nächsten pyhsischen Objekt.
- • Funkmodul zur Realisierung der Kommuikation mit externen Systemen.
- • Hartplastikgehäuße mit integrierter verschraubbarer oder klebarer Bestigungsvorrichtung für varriierende Oberflächen.
- • Miniature single-board computer as a central control unit for the arithmetic and communication operations.
- • Solar powered accumulator for the realization of a self-sufficient power supply of the device.
- • A variable number of ultrasonic modules connected to the single-board computer with copper cables to measure the distance from the sensor to the nearest physical object.
- • Radio module for the realization of the communication with external systems.
- • Hard plastic housings with integrated screw-on or gluable marking device for varying surfaces.
Erfidungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfinung besteht die Vorrichtung nicht aus den einzelnen in [013] beschriebenen Komponenten, welche manuell oder teil-automatisiert zusammengesetzt werden, sondern vielmehr aus einer voll-integierten technischen Einheit, welche voll Funktionsfähige durch elektonische und mechanische Verfahren hergestellt wird.According to the invention, the above object is achieved with the features of
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Abbildungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Other objects, features, advantages and applications of the device according to the invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the drawings. All described and / or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of the summary in individual claims or their dependency.
In den Abbildungen zeigenIn the pictures show
Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention
Die Vorrichtung ist in der Lage die verbleibende Kapazität des Innenraums des würfelförmigen Behältnisses zu Messen und in einem externen Informationssystem zu speichern. Dabei erfolgt die Funtkionsweise in den folgenden Schritten:The device is capable of measuring the remaining capacity of the interior of the cube-shaped container and storing it in an external information system. In this case, the Funtkionsweise in the following steps:
Schritt 1: Der Ultraschallsensor, welcher sich innerhalb des würfelförmigen Behältnisses befindet, ist mit einer moularen Steckvorichtung (RJ45 Buchse und Stecker) an die I/O Pins des Einplatinencomputers angeschlossen und wird dadurch mit Strom versorgt. Sobald der Ultraschallsensor mit Strom versorgt wird sendet dieser einen konstanten Datenstrom zurück an den Einplatinencomputer. Dieser Datenstrom besteht aus kontinuierlichen Zeitwerten, welche die Dauer eines Audiosignals vom Sensor bis zum nächstgelegenen pyhsischen Objekt (in diesem Fall der Boden des Behältnisses) und zurük zum Sensor angibt.Step 1: The ultrasonic sensor, which is located inside the cube-shaped container, is connected to the I / O pins of the single-board computer with a moular plug-in device (RJ45 socket and plug) and is thereby supplied with power. As soon as the ultrasonic sensor is supplied with power, it sends a constant data stream back to the single-board computer. This data stream consists of continuous time values indicating the duration of an audio signal from the sensor to the nearest physical object (in this case the bottom of the container) and back to the sensor.
Schritt 2: Der Einplatinencomputer, welcher durch den solarstromgespeisten Akkumulator konstant mit Strom versorgt wird, empfägt den Datenstrom vom Sensor und wandelt diesen durch eine individuell entwickelte Software in Abstandsdaten um, wobei der Weg durch den Wert der Geschwindigkeit von Schall verrechnet mit den Zeitdaten ermittelt wird. Die Abstandsdaten werden in einer elektronischen Liste pro angeschlossenem Ultraschallsensor auf dem Einplatinencomputer gespeichert. Die Software aktiviert nach Berechnung des Abstandswertes das Funkmodul.Step 2: The single-board computer, which is constantly supplied with power by the solar-powered rechargeable battery, receives the data flow from the sensor and converts it into distance data using individually developed software, the path being determined by the value of the speed of sound offset against the time data , The distance data is stored in an electronic list per connected ultrasound sensor on the single-board computer. The software activates the radio module after calculating the distance value.
Schritt 3: Nach Aktivierung des Funkmoduls wird durch die auf dem Einplatinencomputer laufende Softwareroutine eine Verbindung zum Mobilfunknetz aufgebaut über welche Daten an IP und/oder DNS Adressen im Internet versendet werden können oder über welche Daten aus dem Internet empfangen werden können. Die Verbindung wird zur Reduzierung des Stromverbrauchs ausschließlich zu während des Zeitraums der Übertragung aktiv gehalten. Damit ist eine intelligente Logik zur Reduzierung des Stromverbrauchs inbegriffen.Step 3: After activating the radio module, a software routine running on the single-board computer establishes a connection to the mobile network via which data can be sent to IP and / or DNS addresses on the Internet or via which data can be received from the Internet. The connection is kept active to reduce power consumption only during the period of transmission. This includes intelligent logic to reduce power consumption.
Schritt 4: Während der bestehenden Verbindung zum Mobilfunktnetz wird von der Softwareroutine auf dem Einplatinencomputer eine Verbindung zu dem rechts in
Schritt 5: Dieses Kapazitätsprofil gibt an, wie viel vorhandener Platz sich noch in dem vermessenen Behältnis befindet und kann daraufhin für weitere Anwendugszwecke im geschäftlichen Sinne verwendet werden. Darunter fallen folgende Beispiele: Optimierung des Angebots von freien Transportkapazitäten in der Logistikbranche. Optimierung des Angebots von freien Kapazitäten in der Lagerindustrie.Step 5: This capacity profile indicates how much space is left in the measured container and can then be used for other business purposes. These include the following examples: Optimization of the supply of free transport capacities in the logistics industry. Optimizing the supply of spare capacity in the warehouse industry.
Durch die Modularität der Erfindung ist ein weiteres besonderes technisches Merkmal gegeben. Da die Ultraschalsensoren in variabler Menge per Steckverbindung an den Einplatinencomputer angeschlossen werden, ergibt sich ein Höchstmaß an Flexibilität im Einsatz der Vorrichtung. So ist es dem Anwender möglich den Einsatz durch die Verwendung verschiedener Kabelängen zwischen Sensormodul und Einplatinencomputer sowie dem Einsatz einer flexiblen Menge von Sensormodulen in Verbindung mit der Austauschbarkeit der Sensoren auf den gewünschten Einsatzort individuell anzupassen. Somit ergibt sich eine eine flexible Ausführung der Erfindung abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall.Due to the modularity of the invention, a further special technical feature is given. Since the ultrasonic sensors are connected in a variable amount by plug-in connection to the single-board computer, there is maximum flexibility in the use of the device. Thus it is possible for the user to customize the use by the use of different cable lengths between the sensor module and single-board computer and the use of a flexible set of sensor modules in conjunction with the interchangeability of the sensors to the desired location. This results in a flexible embodiment of the invention depending on the particular application.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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