СИСТЕМА ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ЗА МУСОРНЫМИ КОНТЕЙНЕРАМИ

Предлагаемая система относится к коммунальному хозяйству и может использоваться для дистанционного контроля за переполнением мусорных контейнеров, их возгоранием, несанкционированным доступом к ним, а также контроля мест загрузки и опорожнения контейнеров при сборе мусора как на автомобили-мусоросборщики с помощью засыпных устройств, так и при транспортировке контейнеров с мусором на автомобилях в места утилизации мусора.

Известны способы и устройства для уборки мусора, регистрирующие вес мусора, в частности бытового и промышленного мусора, а также снабженные блоками идентификации и кодовыми замками (авт. свид. СССР №№1.000.547, 1.252.468, 1.776.744; патенты РФ №№2.002.020, 2.037.046, 2.040.452, 2.186.919, 2.240.414, 2.269.821, 2.381.162; патенты США №№4.831.860, 5.209.088; патенты Великобритании №№2.141.774, 2.261.254; патенты Франции №№2.197.406, 2.559.193, 2.692.309; патенты Германии №№3.407.128, 3.907.326; патенты Японии №№59-192.167, 60-29.912; Дикарев В.И. «Безопасность, защита и спасение человека», СПб., 2007, с.204-236 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемой системе является «Система для дистанционного контроля за мусорными контейнерами» (патент РФ №2.381.162, B65F 1/14, 2008), которая и выбрана в качестве прототипа.

В условиях крупного мегаполиса в ряде случаев необходима оперативная информация в центральном пункте контроля о состоянии и местоположении мусорных контейнеров.

Указанная система обеспечивает дистанционное определение местоположения мусорных контейнеров путем установления дуплексной радиосвязи между мусорными контейнерами и центральным пунктом контроля с использованием двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. При этом на центральном пункте контроля производится с помощью ЭВМ математическая экспресс-обработка в реальном времени всех параметров контролируемых мусорных контейнеров и в случае отклонения их за допустимый предел у какого-либо контролируемого мусорного контейнера ЭВМ выдает сигнал тревоги с указанием номера контролируемого мусорного контейнера для принятия экстренных мер, например, в случае опорожнения контейнера при транспортировке в неразрешенном месте, а также при поиске похищенных контейнеров.

Дистанционное определение местоположения мусорных контейнеров, в том числе и «проблемных», т.е. мусорных контейнеров, которые опорожнились в неразрешенных местах, и похищенных, осуществляется с точностью 50-100 м.

Для обнаружения и идентификации мусорных контейнеров, в том числе и «проблемных», в ближней зоне могут быть использованы радиочастотные метки, которыми оснащаются мусорные контейнеры, и сканирующие устройства, которые устанавливаются на автомобилях-мусоросборщиках.

Технической задачей изобретения является повышение достоверности распознавания мусорных контейнеров, в том числе и «проблемных», путем их идентификации в ближней зоне.

Поставленная задача решается тем, что система для дистанционного контроля за мусорными контейнерами, содержащими, в соответствии с ближайшим аналогом, блок идентификации, имеющими корпус с фланцевым элементом жесткости или выступом и датчиком системы опознавания, взаимодействующей с бортовой системой идентификации автомобиля-мусоросборщика, расположенной на разгрузочном или засыпном устройстве, опорожняемыми с помощью разгрузочных или засыпных устройств в автомобиль-мусоросборщик с возможностью взвешивания на разгрузочном или засыпном устройстве до и после процесса опорожнения для определения веса содержащегося в контейнере мусора, измерительно-передающий блок, включающий в себя сигнальные датчики, приемник GPS-сигналов, блок преобразования информации, блок управления, дуплексер, приемопередающую антенну, передатчик и приемник электромагнитного сигнала, а также автономный источник питания, при этом во фланцевом элементе жесткости или внутри корпуса выполнено гнездо для размещения в нем датчика опознавания с возможностью закрытия последнего со всех сторон, для размещения измерительно-передающего блока использовано гнездо, выполненное во фланцевом элементе жесткости или выступе корпуса, выходы сигнальных датчиков и приемника GPS-сигналов соединены с входами блока преобразования информации, к выходу которого последовательно подключены передатчик, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, приемник и блок управления, подключенный к блоку преобразования информации, и центральный пункт контроля, расположенный в зоне уверенного приема электромагнитных сигналов и состоящий из ЭВМ с устройствами ввода и отображения информации и последовательно подключенными к ее выходу передатчиком электромагнитного сигнала, дуплексером, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, и приемников электромагнитного сигнала, выход которого подключен к ЭВМ, при этом каждый передатчик электромагнитного сигнала выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты и первого усилителя мощности, выход которого соединен с входом дуплексера, каждый приемник электромагнитного сигнала выполнен в виде последовательно подключенных к выходу дуплексера второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина, а выход является выходом приемника, причем второй вход фазового манипулятора центрального пункта контроля соединен с выходом ЭВМ, а второй вход фазового манипулятора каждого контролируемого мусорного контейнера соединен с выходом блока преобразования информации, передатчик центрального пункта контроля выполнен с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте ω₁=ω_г2, а приемник - с возможностью приема сигналов на частоте ω₂=ω_г1, передатчик каждого контролируемого мусорного контейнера выполнен с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте ω₂, а приемник - с возможностью приема сигналов на частоте ω₁, частоты ω_г1 и ω_г2 первого и второго гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты ω_г2-ω_г1=ω_пр2, отличается от ближайшего аналога тем, что бортовая система идентификации автомобиля-мусоросборщика снабжена сканирующим устройством, представляющим собой последовательно включенные задающий генератор, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первый усилитель мощности, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, линию задержки, сумматор, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, фазовый манипулятор и второй усилитель мощности, выход которого соединен с вторым входом дуплексера, причем к выходу задающего генератора последовательно подключены перемножитель, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом фазового манипулятора, датчик системы опознавания блока идентификации мусорного контейнера снабжен радиочастотной меткой, представляющей собой пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн, связанным с микрополосковой приемопередающей антенной, и набором отражателей, причем встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, связанными с микрополосковой приемопередающей антенной.

На фиг.1 изображен мусорный контейнер, предназначенный для взаимодействия с бортовым разгрузочным или засыпным устройством автомобиля-мусоросборщика, общий вид; на фиг.2 - узел 1, изображенный на фиг.1, с приспособлением для идентификации согласно изобретению; на фиг.3 - вид по стрелке А на фиг.2; на фиг.4 - установка блока идентификации, встроенного по-иному, чем на фиг.2; на фиг.5 представлена структурная схема системы для дистанционного контроля за мусорными контейнерами; на фиг.6 изображена структурная схема передатчика и приемника центрального пункта контроля; на фиг.7 изображена структурная схема передатчика и приемника каждого контролируемого мусорного контейнера; на фиг.8 показана частотная диаграмма, поясняющая преобразование сигналов по частоте; на фиг.9 и 10 изображены временные диаграммы, поясняющие работу системы; на фиг.11 представлена структурная схема сканирующего устройства; на фиг.12 представлена функциональная схема радиочастотной метки.

На фиг.1 показан мусорный контейнер 1, в котором емкость 2 для мусора сверху закрывается откидной крышкой 3. Снизу емкость 2 оборудована двумя ходовыми колесами 4 (показано только одно), расположенными по задней кромке.

Шарнирное соединение между крышкой 3 и емкостью 2 снабжено двумя ручками 5, которые позволяют перемешать при необходимости контейнер 1 с помощью колес 4.

По верхней стороне емкости для мусора предусмотрен фланцевый элемент жесткости или выступ 6 для зацепления засыпного устройства. В первую очередь, этот элемент жесткости, т.е. выступ 6, служит для взаимодействия мусорного контейнера с разгрузочным или засыпным устройством автомобиля-мусоросборщика, которое, как правило, представляет собой подъемник-опрокидыватель.

Разгрузочное или засыпное устройство автомобиля-мусоросборщика захватывает контейнер 1 за выступ 6 на емкости 2 и производит разгрузку, включающую подъем, опрокидывание и опускание контейнера.

Теперь все чаще предъявляется требование последовательно фиксировать при разгрузке контейнера 1 в автомобиль-мусоросборщик вес брутто и тары, чтобы на основании этого определять вес нетто мусора, находящегося в соответствующем контейнере 1. Вместо обычной для настоящего времени округленной оплаты уборки мусора будет введена оплата в зависимости от веса мусора, что должно стимулировать уменьшение количества выбрасываемого мусора.

Для реализации такой оплаты уборки мусора в зависимости от его веса необходимо оборудовать не только автомобиль-мусоросборщик системой взвешивания отходов, но и снабдить мусорные контейнеры системой идентификации. Условием функционирования системы идентификации является оборудование каждого отдельного мусорного контейнера блоком идентификации, который позволил бы через систему идентификации автомобиля-мусоросборщика включать систему взвешивания отходов и одновременно приводить в действие разгрузочное или засыпное устройство, снабженное такой системой взвешивания.

Блок идентификации при этом должен располагаться на мусорном контейнере так, чтобы при манипуляциях с контейнером обеспечивалась связь блока с системой идентификации автомобиля-мусоросборщика. Необходимо также сделать так, чтобы блок идентификации было трудно удалить из контейнера или отделить от него. Блок идентификации должен быть выполнен так, чтобы при постоянном использовании он оставался нечувствительным к возникающим нагрузкам и отсутствовала возможность изменения его кода.

Блок идентификации на каждом мусорном контейнере 1 имеет датчик 7 системы опознавания, который размещается в гнезде 8 фланцевого элемента жесткости 6 на емкости 2 для мусора. При этом важно, чтобы датчик системы опознавания был защищен от ударов, например путем размещения в мягкой обивке или с зазорами от окружающих его со всех сторон стенок гнезде 8 в закрытом со всех сторон состоянии.

Гнездо 8 может представлять собой стакано- или ваннообразную выемку, которая находится во фланцевом элементе жесткости (выступе для захвата засыпным устройством) 6 между ребрами жесткости 9, которые предназначены для усиления фланцевого элемента жесткости 6.

После установки датчика 7 в гнездо 8 последнее может быть закрыто крышкой 10. При этом крышка может быть приварена, приклеена, привинчена или поставлена на заклепки, чтобы удаление или замену датчика 7 можно было осуществлять только путем повреждения крышки 10 и/или фланцевого элемента жесткости 6.

Бортовая система идентификации автомобиля-мусоросборщика снабжена сканирующим устройством 54, представляющим собой последовательно включенные задающий генератор 55, дуплексер 56, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 57, первый усилитель 58 мощности, фазовый детектор 59, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 55, линию 60 задержки, сумматор 62, второй вход которого соединен с выходом генератора 61 модулирующего кода, фазовый манипулятор 65 и второй усилитель 66 мощности, выход которого соединен с вторым входом дуплексера 56, причем к выходу задающего генератора 55 последовательно подключены перемножитель 63, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 55, и узкополосный фильтр 64, выход которого соединен с вторым входом фазового манипулятора 65.

Датчик 7 системы опознавания блока идентификации мусорного контейнера 1 снабжен радиочастотной меткой 67, представляющей собой пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем (ВШП) поверхностных акустических волн (ПАВ), связанным с микрополоской приемопередающей антенной 68, и наоборот 72 отражателей, причем встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды 69 каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 70 и 71, связанными с микрополосковой приемопередающей антенной 68.

На фиг.2 и 3 показан вариант фланцевого элемента жесткости 6, при котором гнездо 8 представляет собой стакано- или ваннообразную выемку с отверстием на нижней стороне фланцевого элемента жесткости 6, т.е. должно закрываться крышкой 10, устанавливаемой снизу. При этом крышка 10 жестко соединяется с краями гнезда 8 путем приклеивания и/или приваривания по всему периметру.

На фиг.4 стакано- или ваннообразная выемка, служащая гнездом 8 для датчика 7, выполнена во фланцевом элементе жесткости 6 с отверстием, открытым сверху. Отверстие также закрывается крышкой 10, устанавливаемой сверху. В этом случае крышка 10 жестко соединена с фланцевым элементом жесткости 6 с помощью заклепок 11.

Расположение датчика системы опознавания на мусорном контейнере 1 внутри фланцевого элемента жесткости 6 имеет то преимущество, что датчик может взаимодействовать с опрашивающим приемником расположенной на автомобиле системы идентификации, смонтированным непосредственно на захвате разгрузочного или засыпного устройства, который взаимодействует с фланцевым элементом жесткости.

Система для дистанционного контроля за мусорными контейнерами содержит центральный пункт контроля, состоящий из ЭВМ 12 с устройствами 13 и 14 ввода и отображения информации соответственно, передатчика 15 электромагнитного сигнала, приемника 16 электромагнитного сигнала, дуплексера 17 и приемопередающей антенны 18, и регистраторы I, II, i, k параметров, располагаемых на мусорных контейнерах (i - номер мусорного контейнера, который может принимать значения от 1 до k, где k - общее число контролируемых контейнеров).

Выход приемника 16, представляющий собой шину стандартного интерфейса связи, соединен с выходом ЭВМ 12. Передатчик 15 также соединен шиной стандартного интерфейса связи с выходом ЭВМ 12.

В состав регистраторов I, II, i, k, располагаемых на мусорных контейнерах, входят сигнальные датчики 21.i.l-21.i.n, где n - общее количество датчиков, устанавливаемых на i-ом мусорном контейнере, приемник 20.i GPS-сигналов, блок 22.i преобразования информации, передатчик 23.i электромагнитного сигнала, дуплексер 24.i, приемопередающая антенна 25.i, приемник 26.i электромагнитного сигнала, блок 27.i управления, автономный источник питания И.i, например аккумуляторная батарея, i=1, …, К, и радиочастотные метки 67.i.

Выходы датчиков 21.1.1-21.i.n и приемника 20.i GPS-сигналов, соединены с соответствующими входами блока 22.i преобразования информации, к выходу которого последовательно подключены передатчик 23.i, дуплексер 24.i, вход-выход которого связан с приемо-передающей антенной 25.i, приемник 26.i и блок 27.i управления, подключенный к блоку 22.i преобразования информации.

В качестве сигнальных датчиков используются контакты и кнопки, тензометрические и ультразвуковые датчики, которые фиксируют, например, погрузку-разгрузку контейнера, заполнение контейнера и возгорание мусора, вес контейнера до и после процесса опорожнения.

Основной функцией блока 22.i преобразования информации является преобразование аналоговых сигналов, соответствующих значениям измеряемых параметров, в последовательный двоичный код, который может модулировать излучаемый электромагнитный сигнал.

Приемник 20.i GPS-сигналов является неотъемлемым элементом глобальной радионавигационной спутниковой системы ГЛОНАСС (РФ) или НАВСТАР (США), состоящих из группировок спутников (18-24) и управляемых из единых центров, выполняется съемным и выпускается промышленностью в стандартной упаковке (прибор SDS-221). С помощью указанных радионавигационных систем обеспечивается вычисление координат местоположения мусорных контейнеров с точностью до 1 метра.

Каждый передатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора 28 (41), фазового манипулятора 29 (42), первого смесителя 31 (44), второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 30 (43), усилителя 32 (45) первой промежуточной частоты и усилителя 33 (46) мощности, выход которого подключен к входу дуплексера 17 (24.i). При этом второй вход фазового манипулятора 29 центрального пункта контроля соединен с выходом ЭВМ 12, а второй вход фазового манипулятора 42 каждого контролируемого мусорного контейнера соединен с выходом блока 22.i преобразования информации.

Каждый приемник выполнен в виде последовательно подключенных к выходу дуплексера 17 (24.i) усилителя 34 (47) мощности, второго смесителя 36 (49), второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина 35 (48), усилителя 37 (50) второй промежуточной частоты, перемножителя 38 (51), второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина 30 (43), полосового фильтра 39 (52) и фазового детектора 40 (53), второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина 35 (48). Выход фазового детектора 40 центрального пункта контроля подключен к входу ЭВМ 12, а выход фазового детектора 53 контролируемого мусорного контейнера подключен к блоку 27.i управления.

Для размещения измерительно-передающего блока мусорного контейнера использовано гнездо 8, выполненное во фланцевом элементе жесткости или выступе корпуса 6.

Предлагаемая система для дистанционного контроля за мусорными контейнерами работает следующим образом.

Рассмотрим в качестве примера два режима работы предлагаемой системы:

а) режим работы по запросу;

б) режим работы с общей синхронизацией.

На фиг.9 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие первый режим работы, на фиг.10 - второй режим. По оси абсцисс на всех диаграммах отложено время. На диаграммах А условно показаны командные кодовые посылки, передаваемые по командной линии радиосвязи от центрального пункта контроля в аппаратуру каждого мусорного контейнера.

Для этого задающий генератор 28 формирует гармоническое колебание

U_C1(t)=υ_c1(t)*Cos(ω_ct+φ_c1), 0≤t≤T_C1,

где υ_c1, ω_c, φ_c1, T_C1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 29, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) с выхода ЭВМ 12. В качестве модулирующего кода M₁(t) может использовать общий для всех мусорных контейнеров код или код i-го контролируемого мусорного контейнера. На выходе фазового манипулятора 29 формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)

U₁(t)=υ_c1*Cos[ω_ct+φ_к1(t)+φ_c1], 0≤t≤T_C1,

где φ_k1(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t), причем φ_k1(t)=const при k*τ_э<t<(κ+1)*τ_э и может изменяться скачком при t=k*τ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, …, N);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_C1 (T_C1=N*τ_э),

который поступает на первый вход первого смесителя 31. На второй вход последнего подается напряжение первого гетеродина 30

U_Г1(t)=υ_г1(t)*Cos(ω_г1t+φ_г1).

На выходе смесителя 31 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 32 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты:

U_ПР1(t)=υ_пр1*Cos[ω_пр1t+φ_κ1(t)+φ_пр1], 0≤t≤T_C1,

где υ_пр1=1/2*υ_с1*υ_г1;

ω_пр1=ω_с+ω_г1 - первая промежуточная (суммарная) частота (фиг.8);

φ_пр1=φ_с1+φ_г1.

Это напряжение после усиления в усилителе 33 мощности через дуплексер 17 поступает в приемо-передающую антенну 18, излучается ею в эфир на частоте ω₁=ω_пр1, улавливается приемо-передающей антенной 25.i i-го контролируемого мусорного контейнера и через дуплексер 24.i и усилитель 47 мощности поступает на первый вход смесителя 49, на второй вход которого подается напряжение U_Г1(t) гетеродина 48. На выходе смесителя 49 образуются напряжения комбинационных частот.Усилителем 50 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты:

U_ПР2(t)=υ_пр2*Cos[ω_пр2t+φ_κ1(t)+φ_пр2], 0≤t≤Т_С1,

где υ_пр2=1/2*υ_пр2*υ_г1;

ω_пр2=ω₁-ω_г1 - первая промежуточная (разностная) частота;

φ_пр2=φ_пр1-φ_г1,

которое поступает на первый вход перемножителя 51. На второй вход перемножителя 51 подается напряжение гетеродина 43:

U_Г2(t)=υ_г2(t)*Cos(ω_г2t+φ_г2).

При этом частоты ω_г1 и ω_г2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты (фиг.8):

ω_г2-ω_г1=ω_пр2.

На выходе перемножителя 51 образуется напряжение:

U₂(t)=υ₂*Cos[ω_г1t-φ_κ1(t)+φ_г1], 0≤t≤Т_С1,

где υ₂=1/2*υ_пр2*υ_г2,

которое выделяется полосовым фильтром 52 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 53. На второй (опорный) вход фазового детектора 53 подается напряжение Un(t) гетеродина 48. На выходе фазового детектора 53 образуется низкочастотное напряжение:

U_H1(t)=υ_н1*Cosφ_κ1(t), 0≤t≤ T_C1,

где υ_н1=1/2*υ₂*υ_г1,

пропорциональное модулирующему коду M₁(t). Это напряжение поступает в блок 27.i управления.

На диаграммах I, II, i, k показаны условно кодовые посылки, передаваемые по дуплексной радиосвязи от аппаратуры, расположенной на мусорном контейнере, в центральный пункт контроля. Каждой кодовой посылке, обозначенной на диаграммах арабскими цифрами, соответствует передаваемое значение измеряемого параметра. В этом случае задающим генератором 41 также формируется гармоническое колебание:

U_C2(t)=υ_c2*Cos(ω_ct+φ_с2), 0≤t≤t_C2,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 42, на второй вход которого подается модулирующий код M₂(t) с выхода блока 22.i преобразования информации. В качестве модулирующего кода M₂t) используются кодовые посылки, соответствующие номеру мусорного контейнера, его местоположению, весу контейнера до и после опорожнения и т.д.

На выходе фазового манипулятора 42 образуется сложный ФМн-сигнал:

U₃(t)=υ_с2*Cos[ω_c t+φ_κ2(t)+φ_с2], 0≤t≤T_C2,

где φ_k2(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₂(t),

который поступает на первый вход смесителя 44, на второй вход которого подается напряжение U_Г2(t) гетеродина 43. На выходе смесителя 44 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 45 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты:

U_ПР3(t)=υ_пр3*Cos[ω_пр3t-φ_κ2(t)+φ_пр3], 0≤t≤T _C2,

где υ_пр3=1/2*υ_г2*υ_c2;

ω_пр3=ω_г2-ω_с - третья промежуточная (разностная) частота;

φ_пр3=φ_с-φ_г2.

Это напряжение после усиления в усилителе 46 мощности через дуплексер 24.i поступает в приемопередающую антенну 25.i, излучается ею в эфир на частоте ω₂=ω_пр3, улавливается приемопередающей антенной 18 центрального пункта контроля и через дуплексер 17 и усилитель 34 мощности поступает на первый вход смесителя 36, на второй вход которого подается напряжение U_Г2(t) гетеродина 35. На выходе смесителя 36 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 37 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты:

U_ПР4(t)=υ_пр4*Cos[ω_пр2t+φ_κ2(t)+φ_пр4], 0≤t≤Т_С2,

где υ_пр4=1/2*υ_пр3*υ_г2;

ω_пр4=ω_г2-ω₂ - вторая промежуточная (разностная) частота;

φ_пр4=φ_г2-φ_пр3,

которое поступает на первый вход перемножителя 38, на второй вход которого подается напряжение U_Г2(t) гетеродина 30. На выходе перемножителя 38 образуется напряжение:

U_ПР4(t)=υ₄*Cos[ω_г2t+φ_κ2(t)+φ_г2], 0≤t≤Т_С2,

где υ₄=1/2*υ_пр4*υ_г1;

ω_г2=ω_пр2+ω_г1,

которое выделяется полосовым фильтром 39 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 40. На второй (опорный) вход фазового детектора 40 подается напряжение U_Г2(t) гетеродина 35. На выходе фазового детектора 40 образуется низкочастотное напряжение:

U_H2(t)=υ_н2*Cosφ_к2(t), 0≤t≤Т_С2,

где υ_н2=1/2*υ₄*υ_г2,

пропорциональное модулирующему коду M₂(t). Это напряжение поступает на вход ЭВМ 12.

При режиме работы по запросу (фиг.9) все командные кодовые посылки имеют различные значения: каждому контролируемому мусорному контейнеру присваивается свой код. Запуск программы опроса сигнальных датчиков, измеряющих параметры в аппаратуре контролируемого мусорного контейнера, производится после принятия командного кода и его расшифровки (на временных диаграммах этот момент времени обозначен заштрихованными прямоугольниками). Частота опроса каждого контролируемого мусорного контейнера составляет 400-500 Гц. Достоинством данного режима работы является его гибкость: при желании можно опрашивать не все мусорные контейнеры, а часть из них, или даже один мусорный контейнер, но с более высокой частотой.

В случае применения режима с общей синхронизацией аппаратура всех контролируемых мусорных контейнеров настроена на один общий код, по которому производится одновременный запуск программных устройств аппаратуры всех контролируемых мусорных контейнеров (фиг.10). Эти программно-временные устройства настроены таким образом, что подключение каждого абонента к линии радиосвязи производится в определенный момент времени после приема синхронизирующего кода, поэтому отрезки времени передачи абонентами информации в центральный пункт контроля разнесены между собой во времени. Достоинствами данного режима работы являются более короткий цикл передачи информации и более высокая помехоустойчивость. К недостаткам его следует отнести значительно меньшую гибкость: в данном случае невозможно изменять программу подключения абонентов с центрального пункта контроля.

Далее производится в ЭВМ 12 математическая экспресс-обработка в реальном времени всех параметров контролируемых мусорных контейнеров, и в случае отклонения их за допустимый предел у какого-либо контролируемого мусорного контейнера ЭВМ 12 выдаст сигнал тревоги с указанием номера контролируемого мусорного контейнера для принятия экстренных мер, например, в случае опорожнения контейнера при транспортировке в неразрешенном месте, а также при поиске похищенных контейнеров.

Дистанционное определение местоположения мусорных контейнеров, в том числе и «проблемных», т.е. мусорных контейнеров, которые опорожнились в неразрешенных местах, и похищенных, осуществляется с точностью 50-100 м. в обычном режиме и с точностью 1-5 м. в дифференциальном режиме. Для реализации дифференциального режима необходим опорный пункт, жестко геодезически привязанный к местности, что не всегда можно технически реализовать на практике.

Для обнаружения и идентификации мусорных контейнеров, в том числе и «проблемных», в ближней зоне в предлагаемой системе используются радиочастотные метки, которыми оснащаются мусорные контейнеры, и сканирующие устройства, которые устанавливаются на автомобилях-мусоросборщиках.

Задающим генератором 55 формируется высокочастотное колебание

U₄(t)=υ₄*Cos(ω₃t+φ₄), 0≤t≤T₄,

которое через дуплексер 56 поступает в приемопередающую антенну 57 и излучается ею в эфир, улавливается микрополосковой приемопередающей антенной 68 радиочастотной метки и поступает на вход встречно-штыревого преобразователя (ВШП), где преобразуется в акустическую волну. Последняя распространяется по поверхности пьезокристалла 67, отражается от набора 72 отражателей и опять преобразуется в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)

U₅(t)=υ₅*Cos[ω₃t+φ_κ3(t)+φ₄], 0≤t≤T₄,

где φ_k3(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с идентификационным номером мусорного контейнера М₃(t).

При этом внутренняя структура сформированного ФМн-сигнала определяется идентификационным номером мусорного контейнера, который, в свою очередь, определяется топологией встречно-штыревого преобразователя, имеет индивидуальный характер и содержит всю необходимую информацию о мусорном контейнере.

Сформированный ФМн-сигнал U₅(t) излучается микрополосковой антенной 68 в эфир, улавливается приемопередающей антенной 57 сканирующего устройства 54 и через дуплексер 56 и усилитель 58 мощности поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 59, на второй (опорный) вход которого подается гармоническое колебание U₄(t) с выхода задающего генератора 55. В результате синхронного детектирования ФМн-сигнала U₅(t) на выходе фазового детектора 59 образуется низкочастотное напряжение

U_H3(t)=υ_н3*Cosφ_к3(t), 0≤t≤Т₄,

где υ_н3=1/2*υ₄*υ₅,

пропорциональное идентификационному номеру мусорного контейнера М₃(t). Это напряжение задерживается в линии 60 задержки на время τ₃=Т₄ и поступает на второй вход сумматора 62, на первый вход которого подается модулирующий код M₄(t) с выхода генератора 61 модулирующего кода. При этом модулирующий код M₄(t) отображает идентификационный номер автомобиля-мусоросборщика. На выходе сумматора 62 образуется суммарный модулирующий код

M_Σ(t)=M₄(t)+M₃(t),

который поступает на первый вход фазового манипулятора 65.

Гармоническое колебание U₄(t) с выхода задающего генератора 55 одновременно поступает на два входа перемножителя 63, на выходе которого образуется гармоническое колебание

U₆(t)=υ₆*Cos(2ω₃t+2φ₄)=υ₆*Cos(ω₂t+φ₂), 0≤t≤T₄,

где υ₆=1/2*υ₄ ²;

ω₂=2ω_п3;

φ₂=2φ₄,

которое выделяется узкополосным фильтром 64 и подается на второй вход фазового манипулятора 65. На выходе последнего формируется ФМн-сигнал

U₇(t)=υ₆*Cos[ω₂t+φ_к4(t)+φ₂], 0≤t≤T₄,

где φ_k4(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с суммарным модулирующим кодом M_Σ(t),

который после усиления в усилителе 66 мощности через дуплексер 56 поступает в приемопередающую антенну 57, излучается ею в эфир, улавливается приемопередающей антенной 18 центрального пункта контроля и через приемник 16 электромагнитного сигнала поступает на вход ЭВМ 12. В ЭВМ 12 фиксируются все мусорные контейнеры, в том числе и «проблемные», которые снабжены радиочастотными метками и корреспондируются со сканирующим устройством бортовой системы идентификации автомобилей-мусоросборщиков, а также идентификационные номера автомобилей-мусоросборщиков, которые корреспондируются с мусорными контейнерами, снабженными радиочастотными метками.

При этом система обеспечивает определение местоположение мусорных контейнеров и установление дуплексной радиосвязи между контролирующими мусорными контейнерами и центральным пунктом контроля с использованием двух частот ω₁, ω₂ и сложных ФМн-сигналов.

Указанные сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность ФМн-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто равномерно распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемников.

Сложные ФМн-сигналы открывают новые возможности в технике передачи дискретных сообщений и их защиты от несанкционированного доступа. Указанные сигналы позволяют применять перспективный вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется возможность выделять сложные ФМн-сигналы среди других сигналов и помех, действующих в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени. Данная возможность реализуется сверткой спектра сложных ФМн-сигналов.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение достоверности распознавания мусорных контейнеров, в том числе и «проблемных», путем их идентификации в ближней зоне. Для этого используются сканирующие устройства, устанавливаемые на автомобилях-мусоросборщиках, и радиочастотные метки, устанавливаемые на мусорных контейнерах. Причем сканирующие устройства излучают гармонические колебания на третьей частоте ω₃, отличной от используемых частот ω₁ и ω₂. Это обеспечивает соответствующую частотную развязку. Радиочастотные метки настроены на третью частоту ω₃.

Характерной особенностью радиочастотных меток являются малые размеры и отсутствие источников питания.

Мусорные контейнеры, в том числе и «проблемные», и пропавшие, фиксируются в центральном пункте контроля, где сосредотачивается вся необходимая оперативная информация о состоянии и местоположении мусорных контейнеров, что очень важно в условиях крупного мегаполиса.