RO134336B1

RO134336B1 - Mobile weather station for protection with gprs transmission

Info

Publication number: RO134336B1
Application number: RO201900462A
Authority: RO
Inventors: Constantin-Marin Antohi; Catrinel Raluca Giurma-Handley; Handley Catrinel Raluca Giurma-; Cristian Aghion; Marius-Gheorghe Hăgan
Original assignee: Universitatea Tehnică "Gheorghe Asachi" Din Iaşi
Priority date: 2019-07-29
Filing date: 2019-07-29
Publication date: 2021-12-30
Also published as: RO134336A0

Description

RO 134336 Β1RO 134336 Β1

Invenția se referă la o stație meteo mobilă pentru protecția așezărilor umane și stabilirea caracteristicilor viiturilor mono și pluriundă care reprezintă un fenomen de creștere și descreștere rapidă, semnificativă a debitelor cursurilor de apă ce se produc datorită căderii naturale sau provocate artificial a unor precipitații atmosferice de foarte mare intensitate (l/m²) care produc distrugerea recoltelor, locuințelor, drumurilor, podurilor, căilor ferate etc. provocând pierderi de animale sau chiar de vieți omenești.The invention relates to a mobile weather station for the protection of human settlements and the establishment of the characteristics of mono- and multi-wave floods, which represent a phenomenon of rapid increase and decrease of significant watercourse flows high intensity (l / m ² ) which causes the destruction of crops, houses, roads, bridges, railways, etc. causing loss of animals or even human lives.

Nu sunt cunoscute aparate sau instalații care să măsoare sau să înregistreze în timp real unele caracteristici ale viiturilor formate (debite, direcția de propagare, unda de șoc, nivelul, distanța parcursă, viteza undei de viitură, turbioanele create etc.) pe cursurile de apă, determinarea acestor caracteristici viitoare se poate face prin metode statistice și prin diferite corelații între hidrografuri.No devices or installations are known to measure or record in real time some of the characteristics of the floods formed (flow rates, direction of propagation, shock wave, level, distance traveled, speed of the wave, floods created, etc.) on watercourses , the determination of these future characteristics can be done by statistical methods and by different correlations between hydrographs.

Este cunoscut un “Pluviometru cu transmisie GPRS a datelor” (cererea de brevet RO 132364 A2, publicată în 30.01.2018) care transmite printr-un telefon mobil la cerere, o serie de date printre care: intensitatea precipitațiilor în l/m³ precum și unele date meteorologice ale unor fenomene ce au loc concomitent cum ar fi: viteza vântului, ionizarea aerului, înălțimea plafonului de nori, mărimea aproximativă a picăturilor de ploaie etc., care pot fi utilizate ca o avertizare că în zona instalării pluviometrului se poate forma o viitură pe râul ce curge în apropiere.It is known a “Rain gauge with GPRS data transmission” (patent application RO 132364 A2, published on 30.01.2018) which transmits through a mobile phone on request, a series of data including: precipitation intensity in l / m ³ such as and some meteorological data of phenomena that occur simultaneously such as: wind speed, air ionization, cloud ceiling height, approximate size of raindrops, etc., which can be used as a warning that in the installation area of the rain gauge may form a flood on the nearby river.

în cazul în care „morișca hidrometrică nu se poate utiliza datorită debitelor mari, în hidrologie este cunoscută o metodă ce constă din aruncarea în apă a unui flotor, iar prin măsurarea timpului parcurs între două repere se poate determina viteza de suprafață a apei (m/sec) într-o secțiune de control stabilită anterior pentru calculul debitului conform hidrografului.if “hydrometric mill cannot be used due to high flows, in hydrology a method is known which consists in throwing a float into the water, and by measuring the time elapsed between two landmarks can determine the surface water velocity (m / sec) in a control section previously established for the flow calculation according to the hydrograph.

De asemenea sunt cunoscute diferite metode în cazul în care nu există date din măsurători pentru calculul hidrografurilor undelor de viitură cum ar fi: metoda paralelogramului scurgerii, metoda izocronelor precum și metoda hidrografului unitar; în cazul primei metode, forma hidrografurilor de viitură (unda de viitură) care se recomandă pentru țara noastă, calculul este complicat și de durată.Various methods are also known if there are no measurement data for the calculation of flood wave hydrographs such as: parallelogram flow method, isochrones method as well as unit hydrograph method; In the case of the first method, the shape of the flood hydrographs (flood wave) that is recommended for our country, the calculation is complicated and time consuming.

Aceste metode prezintă dezavantajul că undele de viitură sunt stabilite de un lanț cauzal complex care nu se poate exprima printr-o formă generalizată datorită în primul rând variabilității mari a fenomenelor atmosferice, care în zilele noastre pot fi provocate artificial prin utilizarea emisiei controlate de unde electromagnetice către atmosfera încărcată cu vapori de apă de către emițătoare de medie și mare putere.These methods have the disadvantage that flood waves are established by a complex causal chain that cannot be expressed in a generalized form due primarily to the high variability of atmospheric phenomena, which today can be artificially caused by the use of controlled emission of electromagnetic waves. to the atmosphere charged with water vapor by medium and high power transmitters.

Problema pe care o rezolvă invenția constă în achiziționarea și transmiterea de informații și date despre o viitură pe tot parcursul ei.The problem solved by the invention is the acquisition and transmission of information and data about a flood throughout it.

Stația meteo mobilă pentru protecție cu transmisie GPRS, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că este formată dintr-o jumătate de sferă în partea inferioară iar la partea superioară este cuplat printr-un filet multitur cu sfera, un con având înălțimea conform raportului de aur, care conferă ansamblului o mare rezistență la șocurile create de viitura în care este aruncat, iar acest ansamblu conține în interior un microcontroler la care sunt conectați mai mulți senzori într-un sistem de proiectare și programare pentru a răspunde unor manifestări ale acestui șuvoi de apă devastator în calea propagării. La acest microcontroler sunt conectați și programați să dea informații conform programului următorii senzori: - un senzor GPS al cărui rol este să transmită la cerere coordonatele spațiale și anume unde se găsește la un moment dat stația meteo mobilă precum și viteza sa, - un senzor accelerometric capabil să înregistreze și să transmită șocurile precum și vibrațiile la care este supus sistemul, - un transceiver radio conectat la microcontroler pentru a stabili în cât timp parcurge stația meteo mobilă distanța de exemplu de 10 m între două repere reprezentate de două impulsuri radio în vederea determinării vitezei de suprafață (m/sec) a viiturii în cazul defecțiunii sistemului GPS, - un senzor de conductivitate format din doiThe mobile weather station for protection with GPRS transmission, according to the invention, the gold ratio, which gives the assembly a high resistance to shocks created by the flood in which it is thrown, and this assembly contains inside a microcontroller to which several sensors are connected in a design and programming system to respond to some manifestations of this. devastating streams of water. The following sensors are connected to this microcontroller and programmed to provide information according to the program: - a GPS sensor whose role is to transmit on request the spatial coordinates, namely where the mobile weather station and its speed are at a given time, capable of recording and transmitting shocks and vibrations to the system, - a radio transceiver connected to the microcontroller to determine how long the mobile weather station travels, for example, the distance of 10 m between two landmarks represented by two radio pulses to determine surface speed (m / sec) of the flood in case of failure of the GPS system, - a conductivity sensor consisting of two

RO 134336 Β1 electrozi montați la baza sferei care transmite un semnal atunci când stația meteo mobilă 1 este aruncată în apă, moment în care se declanșează derularea programului, iar în cazul în care stația meteo mobilă în deplasarea ei împreună cu șuvoiul de apă este aruncată pe 3 uscat, atunci microcontrolerul transmite un semnal electromagnetic de depistare pentru a fi recuperat, semnal diferit ca frecvență de cel emis atunci când este în apă, - un senzor format 5 dintr-o cameră rezonantă pentru captarea sunetelor din exterior în timpul deplasării de către viitură a stației meteo mobile, sunete care pătrund în camera rezonantă prin două membrane 7 impermeabile la apă, confecționate dintr-un material în sine cunoscut, și recepționate de un microfon piezolelectric cuplat la microcontroler, - un senzor care stabilește dacă în timpul 9 parcursului undei de viitură este zi sau noapte prin două fibre optice aflate în partea superioară a conului, fiind transmise semnale intermitente de lumină roșie care marchează 11 vizual parcursul stației meteo mobile. în partea superioară a conului este montată antena de emisie-recepție pentru modulul GPRS, iar in partea inferioară, în interiorul sferei se găsește 13 un lest ce asigură poziționarea verticală a stației meteo mobile. Un ultim senzor important este senzorul pentru măsurarea temperaturii apei știindu-se că la temperatura de 4°C apa 15 are cea mai mare densitate când crește și forța de distrugere a viiturii.RO 134336 Β1 electrodes mounted at the base of the sphere which transmits a signal when the mobile weather station 1 is thrown into the water, at which point the program starts, and if the mobile weather station in its movement together with the stream of water is thrown on 3 dry, then the microcontroller transmits an electromagnetic detection signal to be recovered, signal different in frequency from that emitted when in water, - a sensor consisting of a resonant chamber 5 for capturing sounds from the outside during the movement of the mobile weather station, sounds that enter the resonant chamber through two waterproof membranes 7, made of a material known in itself, and received by a piezolelectric microphone coupled to the microcontroller, - a sensor that determines whether during 9 the course of the wave day or night through two optical fibers at the top of the cone, with intermittent light signals red mine marking 11 visually during the mobile weather station. In the upper part of the cone is mounted the transmitting-receiving antenna for the GPRS module, and in the lower part, inside the sphere, there is a ballast that ensures the vertical positioning of the mobile weather station. One last important sensor is the sensor for measuring water temperature, knowing that at a temperature of 4 ° C water 15 has the highest density when the force of flood destruction increases.

Invenția are următoarele avantaje:17The invention has the following advantages: 17

- transmite prin telefonul mobil poziția undei de viitură la un moment dat și viteza de propagare în timpul parcursului;19- transmits the position of the flood wave at a given moment and the speed of propagation during the journey by mobile phone;

- transmite prin GPRS o serie de informații asupra evoluției fenomenului distrugător, de exemplu creșterea sau decreșterea vitezei de propagare;21- transmit by GPRS a series of information on the evolution of the destructive phenomenon, for example the increase or decrease of the propagation speed;

- transmisiile au loc în timp real având posibilitatea de a avertiza direcția viitoare de deplasare a viiturii luându-se măsuri pentru limitarea distrugerilor materiale;23- transmissions take place in real time with the possibility of warning of the future direction of travel by taking measures to limit material damage;

- stația meteo mobilă poate fi recuperată datorită transmiterii prin GPRS a coordonatelor spațiale a poziției unde se găsește la un moment dat;25- the mobile weather station can be recovered due to the transmission by GPRS of the spatial coordinates of the position where it is at a given moment;

- informațiile înregistrate pe tot parcursul viiturii pot servi la luarea unor măsuri preventive în unele locații unde există condiții pentru apariția acestor fenomene devastatoare27 prin executarea unor lucrări hidrotehnice sau dotări cu echipamente de protecție cum ar fi digurile mobile (brevet de invenție RO125108B1, publicat în 28.02.2011, “Dig modular”); 29 - având o serie de viituri înregistrate se pot trasa corelații între debitul maxim și volumul viiturii; 31- information recorded throughout the flood may be used to take precautionary measures in some locations where there are conditions for the occurrence of these devastating phenomena27 by performing hydrotechnical works or equipping with protective equipment such as mobile dams (patent RO125108B1, published in 28.02 .2011, “Modular Dig”); 29 - having a series of recorded floods, correlations can be drawn between the maximum flow and the volume of the flood; 31

- pe cursurile de apă insuficient studiate din punct de vedere hidrometric se pot lua măsuri de deviere a parcursului viiturii prin amenajări hidrotehnice pentru a evita viitoare 33 dezastre (de exemplu conducte cu clapete unisens).- Measures to divert the course of the flood through hydrotechnical arrangements can be taken on insufficiently studied watercourses to avoid future disasters (for example, pipes with one-way dams).

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură și cu fig. 1 și 2 35 care reprezintă:An embodiment of the invention is given below in connection with FIG. 1 and 2 35 which represent:

- fig. 1, secțiune prin stația meteo mobilă și plasarea în interior a senzorilor; 37- fig. 1, section through the mobile weather station and the placement of the sensors inside; 37

- fig. 2, schema bloc a invenției.- fig. 2, block diagram of the invention.

Stația meteo mobilă pentru protecție cu transmisie GPRS conform invenției este 39 alcătuit dintr-o jumătate de sferă 1 (fig. 1) confecționată dintr-un material plastic sau teflon rezistent la șocuri, cuplată la partea superioară printr-un filet multitur 2 cu un trunchi de con 41 3 din același material rezistent de înălțime egală cu produsul dintre numărul de aur 1,618 și diametrul sferei, acestă combinație asigură stației meteo mobile astfel construite o mare 43 rezistență la vibrațiile la care este supusă în timpul propagării viiturii în care este aruncată pentru a transmite prin GPRS (General Packet Radio Service) informații de la senzori aflați 45 în interiorul stației meteo mobile care odată ajunsă în apă ia imediat o poziție verticală datorită unui Iest4 montatîn partea inferioară a sferei 1 (fig. 1) stabilizându-se la nivelul apei 47 NA. în interiorul ansamblului sunt dispuse următoatele componente electronice cu circuitele specifice și anume: - un microcontroler 5 ce este programat pentru a transmite informații de 49The mobile weather station for protection with GPRS transmission according to the invention is 39 made up of a half of sphere 1 (fig. 1) made of a shock-resistant plastic or teflon material, coupled at the top by a multi-threaded thread 2 with a trunk of cone 41 3 of the same resistant material of height equal to the product between the golden number 1,618 and the diameter of the sphere, this combination ensures the mobile weather station thus built a high 43 vibration resistance to which it is subjected during the propagation of the future in which it is thrown to transmits via GPRS (General Packet Radio Service) information from sensors located 45 inside the mobile weather station which once in the water immediately takes a vertical position thanks to an Iest4 mounted in the lower part of sphere 1 (fig. 1) stabilizing at water level 47 NA. The following electronic components with specific circuits are arranged inside the assembly, namely: - a microcontroller 5 which is programmed to transmit information of 49

RO 134336 Β1 la senzori având încorporat un sistem GPS al cărui rol este să transmită coordonatele spațiale, viteza de propagare a viiturii la un moment dat (stația meteo mobilă care se deplasează odată cu viitura), - un senzor accelerometric 6 capabil să înregistreze și să transmită șocurile precum și vibrațiile datorită unor obstacole sau datorită curgerii tulburente a apei, un transceiver radio 7 conectat la microcontroler pentru a etalona viteza viiturii prin determinarea timpului parcurs între două semnale radio emise la o distanță cunoscută, aceasta numai în cazul ecranării sau lipsei semnalului GPS. Totîn interiorul ansamblului se mai află în partea inferioară un locaș pentru un set de baterii 8 iar deasupra aceastui locaș se găsesc bateriile de rezervă 9 care sunt conectate în cazul în care timpul pentru recuperarea stației meteo mobile este mai îndelungat; datorită unor electrozi 10 care constituie un senzor de conductivitate, în momentul în care stația meteo mobilă a ajuns în apă toate circuitele senzorilor și ale microcontrolerului 5 sunt alimentate, stația meteo mobilă fiind în funcțiune pentru transmisie sau pentru recuperare; senzorul de temperatură 11 necesar pentru cunoașterea temperaturii apei deoarece forța ei de izbire este proporțională cu densitatea sa care, este cea mai mare la 4°C și scade odată cu creșterea temperaturii. Datorită unor membrane 12 impermeabile la apă și a microfonului piezoeletric 13 ce se află montate în partea superioară a conului 3 care formează o incintă rezonantă pentru sunetele din exterior datorate șuvoaielor de apă în deplasarea lor distrugătoare, sunetele sunt înregistrate de microcontroler și transmise către un server sau la un telefon mobil, dând informații asupra distrugerilor, ascultarea lor confirmând. Mai aproape de vârful conului sunt dispuse două fibre de sticlă 14 ale căror capete străbat materialul conului (teflon), iar pentru a împiedica pătrunderea apei se utilizează un adeziv în sine cunoscut, celelalte capete ale fibrelor pătrund într-o incintă 15 unde sunt luminate intermitent cu un led ce emite lumină roșie, lumină care este transmisă în exterior sub formă de puncte luminoase ce sunt necesare pentru a pune în evidență faptul că stația meteo mobilă este în funcțiune. O antenă 16 este conectată la emițătorul microcontrolerului și prinsă în vârful conului 3. Modulele electronice ale senzorilor, microfonul piezoelectric, modulul semnalizării luminoase, microcontrolerul, sunt prinse pe niște traverse 17 din material plastic folosind un adeziv în sine cunoscut, iar poziționarea stației meteo mobile la nivelul apei NA și centrarea ei verticală se realizează prin modificarea poziției și a masei lestului 4.RO 134336 Β1 to sensors with a built-in GPS system whose role is to transmit spatial coordinates, the speed of propagation of the flood at a given time (the mobile weather station moving with the flood), - an accelerometric sensor 6 capable of recording and recording transmits shocks as well as vibrations due to obstacles or disturbing water flow, a radio transceiver 7 connected to the microcontroller to calibrate the speed of the flood by determining the time elapsed between two radio signals emitted at a known distance, this only in case of shielding or lack of GPS signal . Inside the assembly there is also a slot for a set of batteries 8 at the bottom and above this slot are the spare batteries 9 which are connected in case the time for the recovery of the mobile weather station is longer; due to electrodes 10 constituting a conductivity sensor, when the mobile weather station has reached the water all the sensor and microcontroller 5 circuits are powered, the mobile weather station being in operation for transmission or recovery; the temperature sensor 11 required to know the temperature of the water because its impact force is proportional to its density, which is the highest at 4 ° C and decreases with increasing temperature. Due to waterproof membranes 12 and piezoelectric microphone 13 mounted on the top of the cone 3 which form a resonant enclosure for outside sounds due to water streams in their destructive movement, the sounds are recorded by the microcontroller and transmitted to a server. or on a mobile phone, giving information about the damage, confirming their listening. Closer to the top of the cone are two glass fibers 14 whose ends pass through the material of the cone (Teflon), and to prevent water from penetrating a self-known adhesive is used, the other ends of the fibers enter an enclosure 15 where they are flashed with an LED that emits red light, light that is transmitted outside in the form of light points that are needed to highlight the fact that the mobile weather station is in operation. An antenna 16 is connected to the microcontroller transmitter and attached to the top of cone 3. The electronic sensor modules, the piezoelectric microphone, the light signaling module, the microcontroller, are attached to some plastic crosspieces 17 using a self-known adhesive, and the position of the mobile weather station at the level of water NA and its vertical centering is achieved by changing the position and mass of the ballast 4.

în fig. 2 este prezentată schema electrică bloc de principiu referitoare la funcționarea stației meteo mobile și în special alimentarea electrică a dispozitivului în momentul contactului cu apa la nivelul apei NA precum și intrarea în funcțiune a emițătorului în momentul în care stația este aruncată pe uscat de șuvoiul de apă sau rămâne nemișcată într-un ochi de apă, moment în care se emite semnalul de recuperare utilizând de această dată o altă frecvență de emisie (emisie de recuperare). Schema electrică include bateriile 8 și bateriile de rezervă 9. în momentul contactului electrozilor 10 cu apa un amplificator AP alimentează un releu R1 care, printr-un contact normal deschis 1R1 alimentează microcontrolerul 5 și prin el circuitele electronice, iar atunci când stația meteo mobilă este aruncată pe uscat sau rămâne nemișcată într-un ochi de apă, conform programului microcontrolerului, amplificatorul AP nu mai alimentează releul R1, contactul 1R1 este întrerupt realizându-se în schimb contactul normal deschis 2R1 schimbând emisia de pe frecvența de funcționare pe frecvența de recuperare. Alimentarea circuitelor senzorilorfiind astfel oprită, se realizează o economie de energie electrică a bateriei 9 mărind șansa de recuperare a stației meteo mobile. Contactul „K desfăcut al plusului bateriei de rezervă 9 poate fi acționat de un circuit intern al microcontrolerului 5 permițând alimentarea în continuare a emițătorului 16 și avertizând că misiunea stației meteo mobile s-a încheiat, aceasta fiind astfel pregătită pentru altă misiune.in fig. 2 shows the block diagram of the principle regarding the operation of the mobile weather station and in particular the power supply of the device at the time of contact with water at NA water level as well as the start-up of the transmitter when the station is thrown ashore by the watercourse. or remains motionless in a waterhole, at which point the recovery signal is emitted this time using a different transmission frequency (recovery emission). The wiring diagram includes the batteries 8 and the spare batteries 9. at the moment of contact of the electrodes 10 with the water an AP amplifier supplies a relay R1 which, through a normally open contact 1R1 supplies the microcontroller 5 and through it the electronic circuits, and when the mobile weather station is thrown on land or remains motionless in a water hole, according to the microcontroller program, the AP amplifier no longer supplies relay R1, contact 1R1 is interrupted instead of the normally open contact 2R1 changing the emission from the operating frequency to the recovery frequency. The power supply of the sensor circuits is thus stopped, a saving of electricity of the battery 9 is achieved, increasing the chance of recovery of the mobile weather station. The "K" release of the spare battery surplus 9 can be actuated by an internal circuit of the microcontroller 5 allowing the transmitter 16 to continue powering and warning that the mission of the mobile weather station has ended, thus being prepared for another mission.

Claims

EN 134336 Β1 Claims 1

1. Mobile weather station for protection with GPRS transmission characterized by the fact that, in order to obtain important information during the flow of large volumes of water on the riverbeds of surface watercourses, it consists of two housings (1,3) 5 joined by a multi-threaded thread (2), forming a single floating watertight body, which is thrown into the body of water of a flood formed, moving with the flood and positioned 7 vertically by a ballast (4), at the base of the hemispherical housing (1) is sealed with two electrodes (10) with the tips pointing outwards, which are connected to a microcontroller (5) and which allow the supply of the whole system, including the interface circuits of some sensors through which information is obtained. are recorded and processed by the microcontroller (5), after which 11 are transmitted by a radio transceiver (7) via a transmitting antenna (16) at the top of the tapered housing (3) to a server and another radio signal of a different frequency is transmitted to mark the 13 coordinates of recovery, necessary for the cessation of the hydrological phenomenon.

Mobile weather protection station with GPRS transmission according to claim 1, 15, characterized in that a piezoelectric microphone (13) in a resonant chamber having external holes, protected by membranes, is connected to the microcontroller (5) 17 (12) waterproof organics, which capture noise and vibration due to the violent flow of water streams and turn them into electrical signals which are recorded and 19 transmitted by the microcontroller (5) to the server.

Mobile weather protection station with GPRS transmission according to claim 1, 21, characterized in that the two housings (1,3) joined by a multi-twist thread (2) are made of Teflon. 2. 3

Mobile weather protection station with GPRS transmission according to claim 1, characterized in that four diametrically opposite holes are drilled in the upper part of the conical housing (3) in which glass fiber wires (14) are fastened which are illuminated at the inner end by a red LED (15) which transmits intermittent signals which 27 visually mark the course of the mobile station together with the flood light.

Mobile weather protection station with GPRS transmission according to Claim 1,29, characterized in that a temperature sensor (11) for transmitting water temperature and an acceleration sensor (6) for transmitting 31 are connected to the microcontroller (5). acceleration of the whole due to collisions with various obstacles.

Mobile weather protection station with GPRS transmission according to claim 1.33, characterized in that the radio transceiver (7) coupled with the GPS system and the microcontroller (5) transmits information on the trajectory and speed of the water.35

Mobile weather protection station with GPRS transmission according to claim 1, characterized in that in the electronic circuit of the station the power supply from 37 a battery (8) is interrupted by disconnecting a contact (1R1) of an active relay (R1) during operation of the station, another contact (2R1) is made to supply the transmitting antenna (16) which 39 transmits a signal having a set recovery frequency, a backup battery (9) being actuated by a contact (K) , thus prolonging the recovery time and protecting the information recorded by the microcontroller (5) at the end of the hydrological phenomenon, when the sensors detect the lack of characteristic noise, vibration or water. 43