DE102018118987A1 - Sensor network for the management of mobile sanitary facilities - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Komponente einer mobilen Sanitäranlage mit integrierter Sensorik, wobei die integrierte Sensorik gemessene physikalische und/oder chemische Parameter per Funkverbindung an mindestens eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes übermittelt. Ferner betrifft die Erfindung eine Sanitäranlage mit integrierter Sensorik, wobei die integrierte Sensorik gemessene physikalische und/oder chemische Parameter per Funkverbindung an mindestens eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes übermittelt. Die Erfindung betrifft ein Kommunikationsnetzwerk aus mindestens einer Netzwerkkomponente und mindestens einer Sanitäranlage mit integrierter Sensorik, wobei das Kommunikationsnetzwerk dazu ausgebildet ist, eine Funkübertragung von Messwerten von Sensoren der integrierten Sensorik an mindestens eine Netzwerkkomponente zu ermöglichen. Zur Verfügung gestellt wird ferner ein computerimplementiertes Verfahren zur Übertragung von Messwerten von Sensoren einer integrierten Sensorik von mindestens einer Sanitäranlage und/oder weitere Daten bezüglich der mindestens einen Sanitäranlage über mindestens eine Antenne der mindestens einen Sanitäranlage an mindestens eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes.The invention relates to a component of a mobile sanitary facility with an integrated sensor system, the integrated sensor system transmitting physical and / or chemical parameters measured by radio connection to at least one network component of a communication network. Furthermore, the invention relates to a sanitary facility with integrated sensors, the integrated sensors transmitting physical and / or chemical parameters measured by radio link to at least one network component of a communication network. The invention relates to a communication network comprising at least one network component and at least one sanitary facility with integrated sensors, the communication network being designed to enable radio transmission of measured values from sensors of the integrated sensors to at least one network component. Also provided is a computer-implemented method for transmitting measured values from sensors of an integrated sensor system from at least one sanitary facility and / or further data relating to the at least one sanitary facility via at least one antenna of the at least one sanitary facility to at least one network component of a communication network.
Description
Die Erfindung betrifft eine Komponente einer mobilen Sanitäranlage mit integrierter Sensorik, wobei die integrierte Sensorik gemessene physikalische und/oder chemische Parameter per Funkverbindung an mindestens eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes übermittelt. Ferner betrifft die Erfindung eine Sanitäranlage mit integrierter Sensorik, wobei die integrierte Sensorik gemessene physikalische und/oder chemische Parameter per Funkverbindung an mindestens eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes übermittelt. Die Erfindung betrifft ein Kommunikationsnetzwerk aus mindestens einer Netzwerkkomponente und mindestens einer Sanitäranlage mit integrierter Sensorik, wobei das Kommunikationsnetzwerk dazu ausgebildet ist, eine Funkübertragung von Messwerten von Sensoren der integrierten Sensorik an mindestens eine Netzwerkkomponente zu ermöglichen. Zur Verfügung gestellt wird ferner ein computerimplementiertes Verfahren zur Übertragung von Messwerten von Sensoren einer integrierten Sensorik von mindestens einer Sanitäranlage und/oder weitere Daten bezüglich der mindestens einen Sanitäranlage über mindestens eine Antenne der mindestens einen Sanitäranlage an mindestens eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes.The invention relates to a component of a mobile sanitary facility with an integrated sensor system, the integrated sensor system transmitting physical and / or chemical parameters measured by radio link to at least one network component of a communication network. Furthermore, the invention relates to a sanitary facility with integrated sensors, the integrated sensors transmitting physical and / or chemical parameters measured by radio link to at least one network component of a communication network. The invention relates to a communication network comprising at least one network component and at least one sanitary facility with integrated sensors, the communication network being designed to enable radio transmission of measured values from sensors of the integrated sensors to at least one network component. Also provided is a computer-implemented method for transmitting measured values from sensors of an integrated sensor system from at least one sanitary facility and / or further data relating to the at least one sanitary facility via at least one antenna of the at least one sanitary facility to at least one network component of a communication network.
Mobile sanitäre Anlagen, wie z.B. mobile Toilettenanlagen, werden auf Baustellen und bei Veranstaltungen und Unterkünften eingesetzt, wenn keine ausreichenden stationären Anlagen zur Verfügung stehen. Dahinter steht ein großer Aufwand bezüglich Aufstellung, Leerung, Reinigung, Disposition und Logistik.Mobile sanitary facilities, e.g. mobile toilet facilities are used on construction sites and at events and accommodation when there are no sufficient stationary facilities available. Behind this is a lot of effort in terms of installation, emptying, cleaning, disposition and logistics.
Es ist von Interesse, zu überwachen, ob die aufgestellten Einheiten auch sauber und einsatzbereit sind. Wünschenswert wäre es, wenn der Disponent hierzu über eine Software verfügen würde, die alle benötigten Daten für Entscheidungen und Prozesse in Echtzeit bereitstellt und Informationen über Zustand und Benutzbarkeit der Anlagen zur Verfügung stellt. Dazu ist zunächst eine Ausstattung der mobilen sanitären Anlagen mit einer Sensorik erforderlich, was auch neue Geschäftsmodelle bei der Abrechnung und bei der Zugangskontrolle ermöglicht.It is of interest to monitor whether the installed units are clean and ready for use. It would be desirable if the dispatcher had software that provides all the data needed for decisions and processes in real time and provides information about the condition and usability of the systems. To do this, it is first necessary to equip the mobile sanitary facilities with sensors, which also enables new business models for billing and access control.
Funknetzwerke bestehend aus verteilten Sensoren mit Funkmodulen zur Datenübertragung an eine zentrale Auswerteinheit sind bekannt. Die im Sanitäranlagebereich verwendeten Sensoren sind bekannt. Jedoch gibt es im Stand der Technik keine Verknüpfung zwischen diesen Sensoren mit aktuellen Informations- und Kommunikationstechniken.Radio networks consisting of distributed sensors with radio modules for data transmission to a central evaluation unit are known. The sensors used in the sanitary area are known. However, there is no link between these sensors and current information and communication technologies in the prior art.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Verfügung zu stellen, durch das alle benötigten Zustands- und Bewegungsdaten bezüglich stationärer oder mobiler Sanitäranlagen für Entscheidungen und Prozesse in Echtzeit und räumlich getrennt bereitgestellt werden.It is an object of the present invention to provide a system by means of which all required status and movement data relating to stationary or mobile sanitary facilities for decisions and processes are made available in real time and spatially separated.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch eine Komponente einer mobilen Sanitäranlage mit integrierter Sensorik, wobei die integrierte Sensorik gemessene physikalische und/oder chemische Parameter per Funkverbindung an mindestens eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes übermittelt.The object of the present invention is achieved by a component of a mobile sanitary facility with an integrated sensor system, the integrated sensor system transmitting physical and / or chemical parameters measured by radio link to at least one network component of a communication network.
Gegenüber dem Stand der Technik hat die erfindungsgemäße Komponente dabei den Vorteil, dass vor Ort an der Sanitäranlage gemessene physikalische und/oder chemische Parameter über eine räumliche Distanz hinweg von einer Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes empfangen werden können, d.h. eine Telemetrie oder Fernmessung wird ermöglicht. Dabei kann die Netzwerkkomponente zentral oder dezentral im Kommunikationsnetzwerk konfiguriert sein. Bei einer Konfiguration als zentrale Netzwerkkomponente können Messwerte von einem räumlich verteilten Netz von Sanitäranlagen von einer zentralen Auswerteeinheit erfasst und verarbeitet werden. Bei einer Konfiguration als dezentrale Netzwerkkomponente können Messwerte über den Zustand von Sanitäranlagen auch an Clients gesendet werden, sodass z.B. ein Mitarbeiter im Außendienst Zustands- und Bewegungsdaten über Sanitäranlagen auf seiner mobilen Vorrichtung, wie z.B. Laptop oder Smartphone, empfängt.Compared to the prior art, the component according to the invention has the advantage that physical and / or chemical parameters measured on site at the sanitary facility can be received over a spatial distance from a network component of a communication network, i.e. telemetry or remote measurement is made possible. The network component can be configured centrally or decentrally in the communication network. When configured as a central network component, measured values from a spatially distributed network of sanitary facilities can be recorded and processed by a central evaluation unit. When configured as a decentralized network component, measured values about the status of sanitary facilities can also be sent to clients, so that e.g. an employee in the field service status and movement data on sanitary facilities on his mobile device, such as Laptop or smartphone, receives.
Dabei bedeutet Sensorik eine Gesamtheit von Sensoren, welche dazu ausgebildet sind, Veränderungen von physikalischen oder chemischen Parametern zu messen. Dabei werden in der Regel nichtelektrische Messgrößen in elektrische Signale umgewandelt. Die Sensoren im Sanitäranlagebereich und ihre Kapselungen entsprechen der Schutzklasse IP
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Komponente ein wasserdichtes Gehäuse, insbesondere umfassend die Sensorik, ein Tank, insbesondere ein Wassertank und/oder Fäkalientank, mit einer zugeordneten integrierten Sensorik ist oder ein Teil des Gehäuses und/oder der Rohrleitungen der mobilen Sanitäranlage mit einer zugeordneten integrierten Sensorik ist. Das wasserdichte Gehäuse weist vorzugsweise eine Schutzklasse von größer gleich IP 68 auf. Ein besonders bevorzuges wasserdichtes Gehäuse umfasst mindestens einen Teil der Sensorik wie Komponenten und zur wasserdichten Durchleitung von elektrischen Verbindungen zu externen Komponenten, insbesondere zu den Sensoren und dem Solarmodul.According to one embodiment, it is provided that the component is a watertight housing, in particular comprising the sensors, a tank, in particular a water tank and / or holding tank, with an associated integrated sensor system, or a part of the housing and / or the pipes of the mobile sanitary system with a associated integrated sensors. The waterproof housing preferably has a protection class of greater than or equal to IP 68. A particularly preferred watertight housing comprises at least part of the sensor system, such as components and for the watertight passage of electrical connections to external components, in particular to the sensors and the solar module.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass stets aktuelle Informationen über einen Füllungszustand eines Tanks in Echtzeit und räumlich getrennt zur Verfügung stehen, wenn die Sensorik Sensoren umfasst, die dazu ausgebildet sind, einen Füllstand des Tanks zu bestimmen. Sollten geeignete Sensoren in Rohrleitungen positioniert sein und dazu ausgebildet sein, Volumina von gebrauchten fluiden Substanzen zu messen, kann jederzeit ein aktueller Verbrauch der gebrauchten fluiden Substanz festgestellt werden und dementsprechend disponiert werden. This advantageously ensures that current information about a filling level of a tank is always available in real time and spatially separated if the sensor system comprises sensors which are designed to determine a filling level of the tank. If suitable sensors are positioned in pipelines and are designed to measure volumes of used fluid substances, a current consumption of the used fluid substance can be determined at any time and can be scheduled accordingly.
Gemäß einer Ausführungsform übermittelt die integrierte Sensorik gemessene physikalische und/oder chemische Parameter per Funkverbindung an mindestens eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes.According to one embodiment, the integrated sensor system transmits measured physical and / or chemical parameters by radio connection to at least one network component of a communication network.
Dies hat den Vorteil, dass vor Ort an der Sanitäranlage gemessene Messwerte per Funkverbindung z.B. an eine zentrale Auswerteeinheit in Echtzeit übermittelt werden können, sodass Entscheidungen auf Basis von Echtzeitwerten getroffen werden können. Ein voller Tank, insbesondere Fäkalientank, kann in kürzester Zeit ausgewechselt werden, sodass sich die Servicequalität signifikant verbessert.This has the advantage that measured values measured on site at the sanitary facility via radio connection, e.g. can be transmitted to a central evaluation unit in real time, so that decisions can be made on the basis of real time values. A full tank, especially the holding tank, can be replaced in a very short time, so that the service quality improves significantly.
Unter physikalischen Parametern werden dabei insbesondere ein Füllzustand eines Tanks und/oder ein Volumenverbrauch von Fluiden verstanden. Unter chemischen Parametern werden vorzugsweise die Entstehung von Gasen, wie z.B. Methan, verstanden.Physical parameters are understood to mean in particular a filling state of a tank and / or a volume consumption of fluids. The generation of gases, such as e.g. Methane, get it.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sanitäranlage mobil ist.According to one embodiment it is provided that the sanitary facility is mobile.
Dies hat den Vorteil, dass nicht nur der Zustand von stationären Sanitäranlagen aus der Ferne überwacht werden kann, sondern auch von mobilen Sanitäranlagen, insbesondere von einem verteilten Netz von Sanitäranlagen, insbesondere von einem verteilten Netz von mobilen Toilettenanlagen.This has the advantage that not only the status of stationary sanitary facilities can be monitored remotely, but also of mobile sanitary facilities, in particular of a distributed network of sanitary facilities, in particular of a distributed network of mobile toilet facilities.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die integrierte Sensorik mindestens einen Füllstandsensor zur Bestimmung eines Füllstands einer Substanz in einem Tank, insbesondere in einem Wassertank und/oder in einem Fäkalientank, wobei
- - der mindestens eine Füllstandsensor einen Schwimmer und einen ersten magnetischen Sensor umfasst, wobei der erste magnetische Sensor einen ersten Reed Sensor, eine erste Hallsonde, einen ersten AMR Sensor, einen ersten GMR Sensor und/oder einen ersten TMR Sensor umfasst, und/oder
- - der mindestens eine Füllstandsensor ein Tauchrohr mit einem Drucksensor umfasst, und/oder
- - der mindestens eine Füllstandsensor ein kapazitiver Sensor ist, wobei der kapazitive Sensor an und/oder in einer Seite des Tanks angeordnet ist.
- - The at least one level sensor comprises a float and a first magnetic sensor, the first magnetic sensor comprising a first reed sensor, a first Hall probe, a first AMR sensor, a first GMR sensor and / or a first TMR sensor, and / or
- - The at least one level sensor comprises a dip tube with a pressure sensor, and / or
- - The at least one level sensor is a capacitive sensor, the capacitive sensor being arranged on and / or in one side of the tank.
Dadurch können in vorteilhafter Weise ein Füllstand eines Fäkalientanks ermittelt werden. Der Füllstandsensor, der die durch die Bewegung eines Magneten bewirkte Veränderung des Magnetfeldes erfasst, kann in einer ersten Ausführungsform ein Reed Sensor sein. Durch das Funktionsprinzip mit dem Reedschalter (Näherungsschalter) und Permanentmagnet arbeitet der Sensor extrem energiesparend. Er benötigt keine separate Versorgungsspannung. Er ist unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen, durch die Kapselung des Schaltkontaktes. Die Schaltzungen befinden sich vorzugsweise in einem hermetisch verschlossenem Glasröhrchen, in dem sich ein Schutzgas befindet.In this way, a filling level of a holding tank can be determined in an advantageous manner. The fill level sensor, which detects the change in the magnetic field caused by the movement of a magnet, can be a reed sensor in a first embodiment. Due to the functional principle with the reed switch (proximity switch) and permanent magnet, the sensor works extremely energy-saving. It does not require a separate supply voltage. It is insensitive to environmental influences due to the encapsulation of the switch contact. The switching tongues are preferably located in a hermetically sealed glass tube in which a protective gas is located.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Füllstandsensor eine Hall Sonde. Hier wird in vorteilhafter Weise der Hall-Effekt genutzt zur Messung von Magnetfeldern. Ein Hall-Sensor liefert auch dann ein Signal, wenn das Magnetfeld, in dem er sich befindet, konstant ist. Lediglich der Betriebsstrom des Hall-Elements erzeugt ein kleines zusätzliches Magnetfeld, das sich dem zu messenden Magnetfeld additiv überlagert. Es entstehen dadurch aber keinerlei Hysterese oder Sättigungseffekte, wie sie bei magnetisch aktiven Materialien unvermeidbar sind.In a further embodiment, the level sensor is a Hall probe. Here, the Hall effect is advantageously used to measure magnetic fields. A Hall sensor also delivers a signal when the magnetic field in which it is located is constant. Only the operating current of the Hall element generates a small additional magnetic field that is superimposed on the magnetic field to be measured. However, this does not result in any hysteresis or saturation effects that are unavoidable with magnetically active materials.
Der Sensor kann ein AMR Sensor sein, dessen Funktionsweise auf einem anisotropen magnetoresistiven Effekt beruht. In einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor ein GMR Sensor, dessen Funktionsweise auf einem Riesenmagnetowiderstand beruht. In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sensor ein TMR Sensor ist. Der TMR-Effekt basiert auf einem magnetischen Tunnelwiderstand. Der TMR Sensor hat die höchste Empfindlichkeit bei minimalem Stromverbrauch. Daher können sehr kleinen Magnete verwendet werden.The sensor can be an AMR sensor, the functioning of which is based on an anisotropic magnetoresistive effect. In a further embodiment, the sensor is a GMR sensor, the mode of operation of which is based on a giant magnetoresistance. In a further embodiment it is provided that the sensor is a TMR sensor. The TMR effect is based on a magnetic tunnel resistance. The TMR sensor has the highest sensitivity with minimal power consumption. Therefore very small magnets can be used.
Durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes verändert sich der elektrische Widerstand eines Materials (magnetoresistiver Effekt). Der anisotrope magnetoresistive Effekt, kurz AMR-Effekt, beruht auf anisotroper (von der Raumrichtung abhängiger) Streuung in ferromagnetischen Metallen, d.h., er tritt in Materialien auf, die eine eigene Magnetisierung aufweisen. Der GMR-Effekt (englisch giant magnetoresistance) oder Riesenmagnetowiderstand wird in Strukturen beobachtet, die aus sich abwechselnden magnetischen und nichtmagnetischen dünnen Schichten mit einigen Nanometern Schichtdicke bestehen. Der Effekt bewirkt, dass der elektrische Widerstand der Struktur von der gegenseitigen Orientierung der Magnetisierung der magnetischen Schichten abhängt, und zwar ist er bei Magnetisierung in entgegengesetzte Richtungen deutlich höher als bei Magnetisierung in die gleiche Richtung. Der magnetische Tunnelwiderstand (englisch tunnel magnetoresistance, TMR) oder TMR-Effekt wird in magnetischen Tunnelkontakten verwendet. Aufgrund der hohen Linearität der magneto-resistiven Sensoren werden in vorteilhafter Weise auch kleinste Magnetfelder und Magnetfeldwinkel präzise erfasst. Aufgrund des guten Rauschverhaltens und der großen Nutzamplitude kann das AMR-Sensorsignal sehr hochauflösend interpoliert werden. Das Messprinzip ist berührungslos und damit verschleissfrei.Applying an external magnetic field changes the electrical resistance of a material (magnetoresistive effect). The anisotropic magnetoresistive effect, or AMR effect for short, is based on anisotropic (depending on the spatial direction) scattering in ferromagnetic metals, ie it occurs in materials that have their own magnetization. The GMR effect (giant magnetoresistance) or giant magnetoresistance is observed in structures that consist of alternating magnetic and non-magnetic thin layers with a thickness of a few nanometers. The effect causes the electrical The resistance of the structure depends on the mutual orientation of the magnetization of the magnetic layers, namely that it is significantly higher with magnetization in opposite directions than with magnetization in the same direction. The magnetic tunnel resistance (TMR) or TMR effect is used in magnetic tunnel contacts. Due to the high linearity of the magnetoresistive sensors, even the smallest magnetic fields and magnetic field angles are advantageously detected precisely. Due to the good noise behavior and the large useful amplitude, the AMR sensor signal can be interpolated with high resolution. The measuring principle is non-contact and therefore wear-free.
Ein kapazitiver Sensor ist ein Sensor welcher auf Basis der Veränderung der elektrischen Kapazität eines einzelnen Kondensators oder eines Kondensatorsystems arbeitet. Die Beeinflussung der Kapazität durch die zu erfassende Größe kann dabei auf verschiedene Arten erfolgen, die primär durch den Verwendungszweck bestimmt ist. Beim kapazitiven Drucksensor beispielsweise wird die Kapazitätsänderung infolge des Durchbiegens einer Membran und der resultierenden Änderung des Plattenabstandes als Sensoreffekt ausgewertet. Die Membran wird hierbei wie beim Kondensatormikrofon als Kondensatorplatte ausgebildet. Die Kapazitätsänderungen sind ziemlich klein, so dass eine geeignete Verarbeitungselektronik mit hoher Empfindlichkeit integriert sein muss. Als Differenzdrucksensor erfasst der Sensor über einen Differenzialkondensator den Druckunterschied zweier Gase oder Flüssigkeiten. Kapazitive Hygrometer beispielsweise nutzen ein Dielektrikum, welches das Wasser aus der Luftfeuchte absorbiert und deren Wassergehalt gut mit der relativen Luftfeuchte korreliert und möglichst wenig - oder definiert - von der Temperatur abhängt.A capacitive sensor is a sensor that works on the basis of the change in the electrical capacitance of an individual capacitor or a capacitor system. The capacity can be influenced by the size to be recorded in various ways, which is primarily determined by the intended use. In the case of the capacitive pressure sensor, for example, the change in capacitance due to the bending of a membrane and the resulting change in the plate spacing is evaluated as a sensor effect. The membrane is designed as a condenser plate, as in the condenser microphone. The changes in capacitance are quite small, so that suitable processing electronics with high sensitivity have to be integrated. As a differential pressure sensor, the sensor detects the pressure difference between two gases or liquids via a differential capacitor. Capacitive hygrometers, for example, use a dielectric that absorbs the water from the air humidity and whose water content correlates well with the relative air humidity and depends as little - or as defined - on the temperature as possible.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die integrierte Sensorik mindestens eine Wägezelle umfasst, wobei die mindestens eine Wägezelle dazu ausgebildet ist, das Gewicht der gesamten Sanitäranlage oder das Gewicht des Tanks der Sanitäranlage zu bestimmen, wobei vorzugsweise die mindestens eine Wägezelle an einer Unterseite der Sanitäranlage oder an einer Unterseite des Tanks der Sanitäranlage angeordnet ist, und/oder dass die integrierte Sensorik ein Gyrometer umfasst, wobei das Gyrometer dazu ausgebildet ist, eine räumliche Ausrichtung der Sanitäranlage oder Teile der Sanitäranlage zu bestimmen.According to one embodiment, it is provided that the integrated sensor system comprises at least one load cell, the at least one load cell being designed to determine the weight of the entire sanitary facility or the weight of the tank of the sanitary facility, preferably the at least one load cell on an underside of the sanitary facility or is arranged on an underside of the tank of the sanitary facility, and / or that the integrated sensor system comprises a gyrometer, the gyrometer being designed to determine a spatial orientation of the sanitary facility or parts of the sanitary facility.
So können in vorteilhafter Weise Wägezellen zur Bestimmung des Füllstands des Fäkalientanks und/oder zur indirekten Bestimmung einer Benutzerfrequenz einer mobilen Toilettenanlage eingesetzt werden. Wenn die gesamte mobile Toilettenanlage gewogen wird, kann man beide Informationen ermitteln.For example, load cells can advantageously be used to determine the filling level of the holding tank and / or to indirectly determine a user frequency of a mobile toilet system. If the entire mobile toilet system is weighed, both information can be determined.
Wägezellen können entweder unter dem Fäkalientank positioniert werden oder unter der gesamten mobilen Toilettenanlage. Im zweiten Fall sind insbesondere vier Wägezellen unter allen Ecken der mobilen Toilettenanlage vorgesehen. Für den Fäkalientank allein genügt eine einseitige Befestigung zu einer Wägezelle (Zug oder Druck) unter der Voraussetzung, dass die andere Seite des Tanks beweglich gelagert ist und die Belastung über die Hebelgesetze berechnet werden kann.Load cells can either be positioned under the holding tank or under the entire mobile toilet system. In the second case, in particular four load cells are provided under all corners of the mobile toilet system. For the holding tank alone, one-sided attachment to a load cell (pull or push) is sufficient, provided that the other side of the tank is mounted so that it can move and the load can be calculated using the lever laws.
Wägezellen sind eine Sonderform der Kraftaufnehmer (Kraftsensoren) zum Aufbau von Wägevorrichtungen, d. h. zum Verwiegen mit Waagen. Sie sind in Gramm (g) Kilogramm (kg) oder Tonnen (t) kalibriert. Wägezellen enthalten wie Kraftaufnehmer meist einen Federkörper, d. h. ein geeignet geformtes Stück Metall, dessen Geometrie sich unter Einwirkung des Gewichts leicht verändert. Diese elastische Verformung wird für Gewichte über einige 100 Gramm bis zu mehreren 1000 Tonnen von Dehnungsmessstreifen erfasst und in ein elektrisches Signal umgeformt. Unterhalb etwa 100 Gramm werden andere Prinzipien verwendet, z. B. die elektromagnetische Kraftkompensation. Wägezellen sind hoch genau und haben eine lange Standzeit. Sie sind universell einsetzbar, extrem schnell, sehr präzise sowie platz- und kostensparend.Load cells are a special form of force transducer (force sensors) for the construction of weighing devices, i.e. H. for weighing with scales. They are calibrated in grams (g) kilograms (kg) or tons (t). Like load cells, load cells usually contain a spring body, i. H. a suitably shaped piece of metal, whose geometry changes slightly under the influence of weight. This elastic deformation is recorded by strain gauges for weights over a few 100 grams up to several 1000 tons and converted into an electrical signal. Below about 100 grams, other principles are used, e.g. B. the electromagnetic force compensation. Load cells are highly accurate and have a long service life. They can be used universally, are extremely fast, very precise and save space and costs.
Durch ein Gyrometer kann in vorteilhafter Weise die Ausrichtung der mobilen Sanitäranlage bestimmt werden. Es kann also festgestellt werden, ob die mobile Sanitätsanlage oder der Tank gekippt oder geneigt ist. Somit kann ein bei einer Schieflage des Tanks gemessener Füllstand des Fülltanks korrigiert werden. Zudem kann kurzfristig Vandalismus erkannt und somit die Sicherheit gesteigert werden. Weitere Beschleunigungsmesser bzw. Lagesensoren können eingesetzt werden, um zu überwachen, ob sich die mobile Sanitätsanlage in der gewünschten Position in intendierter Ausrichtung befindet.The orientation of the mobile sanitary facility can advantageously be determined using a gyrometer. It can therefore be determined whether the mobile medical system or the tank is tilted or inclined. A filling level of the filling tank measured in the event of an inclined position of the tank can thus be corrected. In addition, vandalism can be detected at short notice, thus increasing security. Additional accelerometers or position sensors can be used to monitor whether the mobile medical device is in the desired position in the intended orientation.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die integrierte Sensorik einen Gassensor, wobei der Gassensor dazu ausgebildet ist, gasförmige Substanzen zu detektieren, und/oder die integrierte Sensorik einen Temperatursensor umfasst.According to one embodiment, the integrated sensor system comprises a gas sensor, the gas sensor being designed to detect gaseous substances and / or the integrated sensor system comprises a temperature sensor.
Dadurch kann in vorteilhafter Weise der Status von Gär- und Fäulnisprozessen angezeigt werden. So kann beispielsweise ein Methangassensor entstandenes Methangas detektieren und die Konzentration in der Luft bestimmen. Ferner können Raumluftsensoren einen Hinweis auf die Sauberkeit der Einrichtung geben. Durch Einsetzen eines Temperatursensors in Verbindung mit den Gassensoren kann beispielsweise das Fortschreiten chemischer Prozesse im Fäkalientank besser prognostiziert werden.As a result, the status of fermentation and rotting processes can be displayed in an advantageous manner. For example, a methane gas sensor can detect methane gas and determine the concentration in the air. Furthermore, room air sensors can give an indication of the cleanliness of the facility. By using a temperature sensor in connection with the gas sensors, the progression can be chemical Processes in the holding tank can be better predicted.
Ein Gassensor ist ein Sensor für die Detektion gasförmiger Substanzen und damit ein Chemosensor. Die chemische Information in der Umgebungsluft wird vom Gassensor in ein elektrisch nutzbares Signal umgewandelt. Es gibt viele Möglichkeiten der Gasdetektion, die sich nach der Art der Umsetzung der chemischen Information in eine elektronische unterscheiden. Letztlich muss immer ein elektronisches Signal vorliegen, das von der nachfolgenden Elektronik verarbeitet werden kann. So werden beispielsweise bei physikalischen Messmethoden molekulare Eigenschaften zur Detektion wie Molekülmasse, Diffusionsverhalten, Molekülstruktur (magnetische Eigenschaften, bspw. Paramagnetismus beim Sauerstoffsensor), Molekülstabilität (Bindungsenergie) und Molekülbeweglichkeit ausgenutzt. Bei chemischen Messmethoden werden chemische Eigenschaften wie Reaktivität, Oxidierbarkeit und Reduzierbarkeit ausgenutzt. Bei resistiven Prinzipien beeinflusst das zu messende Gas oder Gasgemisch direkt die Leitfähigkeit einer gasempfindlichen Sensorschicht. Diese Widerstandsänderung dient als Messgröße. Bei kapazitiven Prinzipien ist die Messgröße die Kapazität eines Kondensators, die beeinflusst wird durch ein gasempfindliches Dielektrikum. Beim potentiometrischen Sensor wird vom Sensor selbst eine Spannung erzeugt, die direkt messbar ist. Ein amperometrischer Sensor liefert einen messbaren Strom. Bei thermischen Prinzipien wird die Temperaturerhöhung aufgrund einer chemischen Reaktion an der Sensoroberfläche gemessen oder direkt die Wärmeleitfähigkeit des Gases als Messgröße verwendet. Bei thermochemischen Prinzipien finden auf der Sensoroberfläche chemische Reaktionen statt, bei denen Energie in Form von Wärme abgegeben wird. Diese Temperaturerhöhung wird gemessen. Bei thermischphysikalischen Prinzipien wird die Wärmeleitfähigkeit der Gasatmosphäre direkt gemessen. Bei gravimetrischen Sensoren wird eine Massenänderung gemessen. Gasmoleküle lagern sich beispielsweise auf der Oberfläche eines Schwingquarzes ab und verändern dadurch seine Resonanzfrequenz. Solche Sensoren arbeiten nach dem Prinzip eines piezoelektrischen Sensors. Auch bei optischen Gassensoren handelt es sich um physikalische Prinzipien, bei denen die optischen Eigenschaften eines mit Gas gefüllten Probenraumes charakterisiert werden, wie z.B. der Brechungsindex, das Absorptionsspektrum im Infrarotbereich, IR-Spektroskopie und/oder die Intensität bzw. Lumineszenz. Biochemische Gassensoren folgen dem biologischen Vorbild der Umsetzung von bestimmten Stoffen oder Stoffgruppen. Sie verwenden verschiedene der oben aufgeführten Prinzipien zur Wandlung des Signals.A gas sensor is a sensor for the detection of gaseous substances and thus a chemical sensor. The gas sensor converts the chemical information in the ambient air into an electrically usable signal. There are many possibilities for gas detection, which differ according to the way in which the chemical information is converted into an electronic one. Ultimately, there must always be an electronic signal that can be processed by the subsequent electronics. In physical measurement methods, for example, molecular properties for detection such as molecular mass, diffusion behavior, molecular structure (magnetic properties, e.g. paramagnetism in the oxygen sensor), molecular stability (binding energy) and molecular mobility are used. Chemical properties such as reactivity, oxidizability and reducibility are used in chemical measurement methods. With resistive principles, the gas or gas mixture to be measured directly influences the conductivity of a gas-sensitive sensor layer. This change in resistance serves as a measurement. With capacitive principles, the measurand is the capacitance of a capacitor, which is influenced by a gas-sensitive dielectric. In the potentiometric sensor, the sensor itself generates a voltage that can be measured directly. An amperometric sensor delivers a measurable current. With thermal principles, the temperature increase is measured due to a chemical reaction on the sensor surface or the thermal conductivity of the gas is used directly as a measurement. With thermochemical principles, chemical reactions take place on the sensor surface, in which energy is given off in the form of heat. This increase in temperature is measured. With thermal-physical principles, the thermal conductivity of the gas atmosphere is measured directly. A mass change is measured for gravimetric sensors. Gas molecules are deposited on the surface of a quartz crystal, for example, and thereby change its resonance frequency. Such sensors work on the principle of a piezoelectric sensor. Optical gas sensors are also physical principles in which the optical properties of a gas-filled sample space are characterized, e.g. the refractive index, the absorption spectrum in the infrared range, IR spectroscopy and / or the intensity or luminescence. Biochemical gas sensors follow the biological model of the implementation of certain substances or groups of substances. They use various of the principles listed above to convert the signal.
Die im Bereich der Sanitäranlagen eingesetzten Gassensoren sollten sich auszeichnen durch eine hohe Selektivität, d.h., die Sensorreaktion sollte auf nur bei einer bestimmten Zielsubstanz auftreten, und eine hohe Empfindlichkeit, d.h. Gas sollte in gewünschtem Konzentrationsintervall - entweder einige Volumenprozent bis hin zu wenigen ppm - detektiert werden. So kann in vorteilhafter Weise z.B. Methangas detektiert werden, um den Status von Gär- und Fäulnisprozessen anzuzeigen. Raumluftsensoren können einen Hinweis auf die Sauberkeit der Sanitätsanlage geben.The gas sensors used in the field of sanitary facilities should be characterized by a high selectivity, i.e. the sensor response should only occur with a certain target substance, and a high sensitivity, i.e. Gas should be detected in the desired concentration interval - either a few percent by volume up to a few ppm. For example, Methane gas can be detected to indicate the status of fermentation and putrefaction processes. Room air sensors can give an indication of the cleanliness of the sanitary facility.
Generell zeichnen sich Gassensoren aus durch chemische, elektrische und mechanische Stabilität, eine lange Lebensdauer (10 Jahre und mehr), kleine thermische und chemische Zeitkonstanten, einen niedrigen Leistungsbedarf, eine einfache Kalibrierfähigkeit bei möglichst großen Kalibrierabständen, eine einfache Handhabbarkeit und einen geringen Preis. Das sind alles Voraussetzungen, die für eine Fernüberwachung von Sanitätsanlagen vorteilhaft sind.In general, gas sensors are characterized by chemical, electrical and mechanical stability, a long service life (10 years and more), small thermal and chemical time constants, low power requirements, easy calibration with the largest possible calibration distances, easy handling and a low price. These are all prerequisites that are advantageous for remote monitoring of medical facilities.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die integrierte Sensorik ein GPS Modul umfasst, wobei das GPS Modul dazu ausgebildet ist, eine erste Information bezüglich eines Standortes der Sanitäranlage zu senden, vorzugsweise an die mindestens eine Netzwerkkomponente.According to one embodiment, it is provided that the integrated sensor system comprises a GPS module, the GPS module being designed to send first information relating to a location of the sanitary facility, preferably to the at least one network component.
Durch das GPS (Global Positioning System) Modul oder ersatzweise durch eine Peilung mittels mehrerer Antennen kann in vorteilhafter Weise der Standort der Sanitätsanlage verifiziert werden. Diese Information unterstützt die Servicemitarbeiter bei Anfahrt und Wartung. Weiterhin wird ein asset tracking bei Diebstahl und Vandalismus ermöglicht. Ebenso können alle Aufstellungsorte durch den Betreiber visualisiert werden, d.h., das Management kann alle Aufstellungsorte und Bewegungen auf einem Bildschirm in Echtzeit verfolgen. Weiterhin kann die Standortinformation durch Apps genutzt werden, die potenzielle Nutzer über Position und Zustand der Einrichtung informieren.The location of the sanitary facility can be verified in an advantageous manner by means of the GPS (Global Positioning System) module or, alternatively, by a bearing using several antennas. This information supports the service staff with directions and maintenance. Asset tracking in the event of theft and vandalism is also made possible. All locations can also be visualized by the operator, i.e. the management can track all locations and movements on a screen in real time. The location information can also be used by apps that inform potential users about the position and condition of the facility.
Das Global Positioning System (GPS) ist ein globales Navigationssatellitensystem zur Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit von oft besser als 10 Metern. Die Genauigkeit lässt sich durch Differenzmethoden (Differential-GPS/DGPS) in der Umgebung eines Referenzempfängers auf Werte im Zentimeterbereich oder besser steigern.The Global Positioning System (GPS) is a global navigation satellite system for position determination with an accuracy of often better than 10 meters. The accuracy can be increased to values in the centimeter range or better by using differential methods (differential GPS / DGPS) in the vicinity of a reference receiver.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Sanitäranlage einen Code, insbesondere einen QR-Code, wobei der Code einer eindeutigen Identifizierung der Sanitäranlage dient.According to one embodiment, the sanitary facility comprises a code, in particular a QR code, the code serving to uniquely identify the sanitary facility.
Ein Code, insbesondere ein QR-Code, ermöglicht in vorteilhafter Weise eine eindeutige Identifizierung der Sanitäranlage. Ein Servicemitarbeiter ist dadurch in vorteilhafter Weise in der Lage, gemessene Werte eindeutig einer bestimmten Einrichtung zuzuordnen bzw. einen Auftrag über bestimmte Servicearbeiten an einer bestimmten Einrichtung vorzunehmen. Wenn z.B. mehrere Einrichtungen auf einem Gelände verteilt sind, kann der per Funk übertragene Zustand der Einrichtung eindeutig der betroffenen Sanitäranlage zugeordnet werden. Eine eindeutige Identifizierung einer Sanitäranlage mittels eine Codes, insbesondere mittels eines QR-Codes ist für alle Abläufe der Logistik, der Wartung und der Reinigung vorteilhaft.A code, in particular a QR code, advantageously enables the sanitary facility to be clearly identified. A service employee is thereby advantageously able to clearly assign measured values to a specific device or to carry out an order for specific service work on a specific device. If, for example, several facilities are distributed on one site, the radio status of the facility can be clearly assigned to the sanitary facility concerned. A clear identification of a sanitary facility by means of a code, in particular by means of a QR code, is advantageous for all processes in logistics, maintenance and cleaning.
Der QR-Code (englisch Quick Response, „schnelle Antwort““) ist ein zweidimensionaler Code. Der QR-Code besteht aus einer quadratischen Matrix aus schwarzen und weißen Quadraten, die die kodierten Daten binär darstellen. Eine spezielle Markierung in drei der vier Ecken des Quadrats gibt die Orientierung vor. Die Daten im QR-Code sind durch einen fehlerkorrigierenden Code geschützt. Dadurch wird der Verlust von bis zu 30 % des Codes toleriert, d. h., er kann auch dann noch dekodiert werden. Aufgrund der automatischen Fehlerkorrektur ist dieses Verfahren sehr robust und daher weit verbreitet. Weiterentwicklungen sind der Micro-QR-Code, der Secure-QR-Code (SQRC), der iQR-Code und der Frame QR Code.The QR code (English Quick Response, "quick response" ") is a two-dimensional code. The QR code consists of a square matrix of black and white squares that represent the encoded data in binary form. A special marking in three of the four corners of the square provides orientation. The data in the QR code is protected by an error-correcting code. This tolerates the loss of up to 30% of the code. that is, it can still be decoded. Due to the automatic error correction, this method is very robust and therefore widely used. Further developments are the micro QR code, the secure QR code (SQRC), the iQR code and the frame QR code.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die integrierte Sensorik einen zweiten Magnetsensor umfasst, wobei der zweite Magnetsensor dazu ausgebildet ist, ein Öffnen und/oder Schließen einer Tür der Sanitätsanlage zu überwachen, wobei der zweite Magnetsensor einen zweiten Reed Sensor, eine zweite Hallsonde, einen zweiten AMR Sensor, einen zweiten GMR Sensor und/oder einen zweiten TMR Sensor umfasst.According to one embodiment, it is provided that the integrated sensor system comprises a second magnetic sensor, the second magnetic sensor being designed to monitor the opening and / or closing of a door of the sanitary facility, the second magnetic sensor being a second reed sensor, a second Hall probe comprises a second AMR sensor, a second GMR sensor and / or a second TMR sensor.
Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein tatsächliches Betreten der Sanitäranlage, insbesondere einer Toilettenanlage, verifiziert werden. Durch die Detektion einer Änderung des Magnetfeldes von magnetischen Türkontakten kann ein Öffnen und/oder Schließen einer Tür der Sanitätsanlage identifiziert werden. Dazu wird an Tür und Türrahmen eine Kombination aus Metall oder Magnet einerseits und einem Magnetsensor anderseits angebracht.As a result, an actual entry into the sanitary facility, in particular a toilet facility, can be verified in an advantageous manner. The opening and / or closing of a door of the sanitary facility can be identified by the detection of a change in the magnetic field of magnetic door contacts. A combination of metal or magnet on the one hand and a magnetic sensor on the other is attached to the door and door frame.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sanitäranlage eine Antenne zur Funkübertragung von Messwerten von mindestens einem Sensor, vorzugsweise aller Sensoren, umfasst, die Sanitäranlage mit mindestens einer Stromversorgungseinheit ausgestattet ist, wobei die Stromversorgungseinheit eine Batterie, einen Akkumulator und/oder eine Solarzelle umfasst und die Sanitäranlage einen Mikrocontroller aufweist, wobei der Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, mindestens Signale von Sensoren zu konkreten Messwerten zu verarbeiten, eine Energieversorgung zu steuern, eine Statusmeldung bezüglich der Stromversorgungseinheit zu erzeugen, die Signale der Sensoren zu einer zweiten Information zusammenzufassen, einen Zeitpunkt und eine Häufigkeit der Funkübertragung zu steuern, einen Ausfall oder eine Störung von Systemkomponenten zu erfassen und zu melden, die Sensorik ein- und auszuschalten, eine Systemzeit zu bestimmen, Programme auszuführen, insbesondere Programme zur Funkübertragung der Messwerte der Sensoren.According to one embodiment, it is provided that the sanitary facility comprises an antenna for radio transmission of measured values from at least one sensor, preferably all sensors, the sanitary facility is equipped with at least one power supply unit, the power supply unit comprising a battery, an accumulator and / or a solar cell and the sanitary facility has a microcontroller, the microcontroller being designed to process at least signals from sensors into specific measured values, to control an energy supply, to generate a status message relating to the power supply unit, to combine the signals from the sensors into second information, a point in time and one Controlling the frequency of radio transmission, recording and reporting a failure or malfunction of system components, switching the sensors on and off, determining a system time, executing programs, in particular programs for radio training Transfer of the measured values from the sensors.
Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Fernüberwachung bzw. Fernwartung eines Netzwerks von Sanitäranlagen durchgeführt werden. Der Mikrocontroller verarbeitet die Signale der Sensoren zu konkreten Messwerten wie z.B. einer Gewichtsangabe oder der Information „Tür auf/zu“. Der Mikrocontroller steuert die Energieversorgung (z.B. I/U Kennlinie der Akkuladung) und erzeugt erforderlichenfalls ein Warnsignal „Battery low“. Der Mikrocontroller fasst Signale mehrerer Sensoren zu Gesamtinformationen zusammen, z.B. hohe Temperatur und Gasentwicklung zu der Information „erhöhter Reinigungsbedarf“. Der Mikrocontroller steuert den Zeitpunkt und die Häufigkeit der Datenübermittlung. Die Datenübermittlung kann erfolgen: a) sofort bei Entstehen der Daten b) zu bestimmten Sendezeiten c) in regelmäßigen Zeitintervallen d) auf Anforderung eines Masters. Der Mikrocontroller erfasst und meldet den Ausfall oder die Störung von Systemkomponenten. Die Antenne und/oder die Solarzelle ist/sind vorzugsweise auf dem Dach der Sanitäranlage, insbesondere auf dem Dach der mobilen Toilettenanlage, angebracht.This allows remote monitoring or remote maintenance of a network of sanitary facilities to be carried out in an advantageous manner. The microcontroller processes the signals from the sensors into concrete measured values such as a weight or the information "door open / closed". The microcontroller controls the energy supply (e.g. I / U characteristic of the battery charge) and generates a warning signal "Battery low" if necessary. The microcontroller combines signals from several sensors into overall information, e.g. high temperature and gas development for the information "increased cleaning requirements". The microcontroller controls the time and frequency of data transmission. The data can be transmitted: a) immediately when the data is created b) at certain transmission times c) at regular time intervals d) at the request of a master. The microcontroller records and reports the failure or malfunction of system components. The antenna and / or the solar cell is / are preferably mounted on the roof of the sanitary facility, in particular on the roof of the mobile toilet facility.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Funkübertragung der Messwerte mittels eines hierarchischen Kommunikationsnetzwerks erfolgt, wobei vorzugsweise die Typologie eine Stern-Struktur ist, wobei vorzugsweise die mindestens eine Netzwerkkomponente eine zentrale Einheit ist, wobei vorzugsweise die mindestens eine Netzwerkkomponente als Master fungiert, wobei vorzugsweise die Funkübertragung verschlüsselt erfolgt, wobei vorzugsweise Meldungen bis zur Empfangsbestätigung wiederholt werden, wobei vorzugsweise das Funkprotokoll ausgewählt ist aus Long Range Wide Area Network, ZigBee, SigFox und/oder 5G.According to one embodiment, it is provided that the radio transmission of the measured values takes place by means of a hierarchical communication network, the typology preferably being a star structure, the at least one network component preferably being a central unit, the at least one network component preferably functioning as the master, preferably the radio transmission is encrypted, with messages preferably being repeated until confirmation of receipt, the radio protocol preferably being selected from Long Range Wide Area Network, ZigBee, SigFox and / or 5G.
In vorteilhafter Weise werden die Sensoren in bzw. an der Sanitäranlage zu Netzteilnehmern eines übergeordneten Kommunikationsnetzwerks. Mit Technologien des „Internets der Dinge“ implementierte Funktionen erlauben die Interaktion zwischen Mensch und hierüber vernetzten beliebigen elektronischen Systemen, hier den Sensoren der Sanitäranlage, sowie zwischen den Systemen an sich. Dabei bezeichnet das Internet der Dinge die Verknüpfung eindeutig identifizierbarer physischer Objekte (things), hier der Sensoren der Sanitäranlage bzw. der Sanitäranlage, mit einer virtuellen Repräsentation in einer Internet-ähnlichen Struktur. Das Netzwerk besteht nicht mehr nur aus menschlichen Teilnehmern, sondern auch aus Dingen, hier den Sensoren der Sanitäranlage bzw. der Sanitäranlage selbst.The sensors in or on the sanitary facility advantageously become network subscribers of a higher-level communication network. Functions implemented with technologies of the "Internet of Things" allow the interaction between people and any electronic systems networked via them, here the sensors of the sanitary facility, and between the systems themselves. The Internet of Things refers to the linking of clearly identifiable physical objects (things), here the sensors of the sanitary facility or the Sanitary facility, with a virtual representation in an internet-like structure. The network no longer consists only of human participants, but also of things, here the sensors of the sanitary facility or the sanitary facility itself.
Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) ist ein Low-Power-Wireless-Netzwerkprotokoll. Die LoRaWAN-Spezifikation ist asymmetrisch auf Energieeffizienz der loT (Internet of Things)-Geräte ausgerichtet und erreicht hierbei hohe Reichweiten (>10 km) für die Uplink-Kommunikation, also das Senden vom loT-Gerät an das Netz. Die Datenübertragungsrate rangiert zwischen 292 Bit/s und 50 Kilobit/s. Verschiedene Betriebsabstufungen bis hin zu einer quasi-kontinuierlichen Downlink-Kommunikation sind möglich, wobei letzteres auf Kosten der Energieeffizienz geht. Die Netz-Architektur ist sternförmig. Endgeräte kommunizieren mit Gateways, welche die Datenpakete an einen Netzwerkserver senden. Der Netzwerkserver verfügt über Schnittstellen, um an loT Plattformen und Applikationen angebunden zu werden. Ein weiterer großer Vorteil ist die Durchdringung von Gebäuden, da hier auch zu einem gewissen Grad unterirdische Räumlichkeiten versorgt werden können. Um eine hohe Effizienz bei Datentransfer und Energieverbrauch zu erreichen, nutzt LoRaWAN Frequenzspreizung. Interferenzen können so weitestgehend vermieden werden. Die Datentransferraten zu den Endgeräten passt der Netzwerkserver der jeweiligen Situation an (ADR = Adaptive Data Rate).Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) is a low-power wireless network protocol. The LoRaWAN specification is asymmetrically geared towards the energy efficiency of loT (Internet of Things) devices and achieves long ranges (> 10 km) for uplink communication, i.e. the sending of the loT device to the network. The data transfer rate ranges between 292 bit / s and 50 kilobit / s. Different operating levels up to quasi-continuous downlink communication are possible, the latter at the expense of energy efficiency. The network architecture is star-shaped. End devices communicate with gateways, which send the data packets to a network server. The network server has interfaces to be connected to loT platforms and applications. Another great advantage is the penetration of buildings, since underground rooms can also be supplied to a certain extent. LoRaWAN uses frequency spreading to achieve high efficiency in data transfer and energy consumption. Interference can be avoided as far as possible. The network server adjusts the data transfer rates to the end devices to the respective situation (ADR = Adaptive Data Rate).
ZigBee ist eine Spezifikation für drahtlose Netzwerke mit geringem Datenaufkommen, wie beispielsweise Hausautomation, Sensornetzwerke, Lichttechnik. Der Schwerpunkt von ZigBee liegt in kurzreichweitigen Netzwerken (bis 100 Meter). Es sind via vermaschtem Netz aber auch Reichweiten von mehreren Kilometern möglich. Die Spezifikation beschreibt ein Framework für Funknetze. ZigBee baut auf dem Standard IEEE 802.15.4 auf und erweitert dessen Funktionalität insbesondere um die Möglichkeit des Routings und des sicheren Schlüsselaustausches. Im IEEE802.15.4-Standard sind die PHY-Schicht und die MAC-Schicht definiert. ZigBee erweitert diesen Protokollstapel um die Schichten NWK und APL. Wobei zu beachten ist, dass es sich bei ZigBee um ein Framework handelt und eine Anwendung in die APL-Schicht eingebettet wird. ZigBee/IEEE 802.15.4 setzt beim Verschlüsseln von Daten auf eine erweiterte Version des CCM Mode-Verfahrens (CCM*). Als Blockverschlüsselungsalgorithmus wird AES-128 eingesetzt, das als kryptografisch sicher eingestuft ist.ZigBee is a specification for wireless networks with low data volume, such as home automation, sensor networks, lighting technology. ZigBee focuses on short-range networks (up to 100 meters). Ranges of several kilometers are also possible via a meshed network. The specification describes a framework for radio networks. ZigBee builds on the IEEE 802.15.4 standard and extends its functionality in particular with the option of routing and secure key exchange. The IEEE802.15.4 standard defines the PHY layer and the MAC layer. ZigBee extends this protocol stack by the layers NWK and APL. It should be noted that ZigBee is a framework and an application is embedded in the APL layer. ZigBee / IEEE 802.15.4 relies on an extended version of the CCM mode (CCM *) when encrypting data. AES-128, which is classified as cryptographically secure, is used as the block encryption algorithm.
Sigfox nutzt ein Funksystem auf Basis von Ultra-Schmalband-Technologie (engl. Ultra Narrow Band), ein Low-Power Wide-Area Network (LPWAN). LPWAN nutzt ein Langstrecken-Signal im ISM-Band (868 Megahertz in Europa, 902 Megahertz in den USA), das auch massive Objekte durchdringen kann. Im freien Gelände sind Distanzen von 30 bis 50 km überbrückbar, in Städten zwischen 3 und 10 km. Sigfox-Basisstation können im Gegensatz zu Mobilfunk-Basisstationen bis zu einer Million Objekte verwalten, wobei ein Tausendstel der Energie der Standard-Mobilfunksysteme benötigt wird. Sigfox-Geräte werden nur aktiv, wenn sie eine Nachricht senden und kehren dann direkt wieder in den Ruhezustand zurück. Geräte im Sigfox-Netz nutzen dazu geringe Datenraten. Sie können maximal zwölf Bytes pro Nachricht und zugleich nicht mehr als 140 Nachrichten pro Gerät und Tag verschicken. Dies bedeutet genug Kapazität, um einfache Nachrichten zu übertragen. Mit zwölf Bytes beispielsweise kann eine Zahl zwischen 1 und 7,9.1028 (79 Quadrilliarden) dargestellt werden, mit welcher wiederum ein Steuercode für Anwendungen wie Tracking oder Geotargeting übertragen werden kann.Sigfox uses a radio system based on ultra-narrow band technology (English: Ultra Narrow Band), a low-power wide-area network (LPWAN). LPWAN uses a long-range signal in the ISM band (868 megahertz in Europe, 902 megahertz in the USA), which can also penetrate massive objects. In open terrain, distances of 30 to 50 km can be bridged, in cities between 3 and 10 km. In contrast to mobile radio base stations, Sigfox base stations can manage up to one million objects, whereby one thousandth of the energy of the standard mobile radio systems is required. Sigfox devices only become active when they send a message and then immediately return to idle status. Devices in the Sigfox network use low data rates for this. You can send a maximum of twelve bytes per message and at the same time no more than 140 messages per device and day. This means enough capacity to carry simple messages. With twelve bytes, for example, a number between 1 and 7.9.1028 (79 quadrillion) can be represented, which in turn can be used to transmit a control code for applications such as tracking or geotargeting.
5G ermöglicht das Internet der Dinge. Im vorliegenden Fall werden die Sensoren in bzw. an der Sanitäranlage zu Netzteilnehmern mit eindeutiger Identifikation. Bei einer Datenrate bis zu 10.000 MBit/s werden Messwerte von Sensoren quasi in Echtzeit an beispielsweise eine zentrale Auswerteeinheit gesendet. Bei extrem niedrigen Latenzzeiten von einem Ping von unter 1 Millisekunde können die Sensoren quasi in Echtzeit ferngesteuert werden bei einem extrem niedrigen Energieverbrauch pro übertragenem Bit.5G enables the Internet of Things. In the present case, the sensors in or on the sanitary facility become network subscribers with unique identification. At a data rate of up to 10,000 Mbit / s, measured values from sensors are sent to a central evaluation unit, for example, in real time. With extremely low latency times of a ping of less than 1 millisecond, the sensors can be remotely controlled in real time with extremely low energy consumption per bit transmitted.
Ferner betrifft die Erfindung ein Kommunikationsnetzwerk aus mindestens einer Netzwerkkomponente und mindestens einer Sanitäranlage mit integrierter Sensorik, wobei das Kommunikationsnetzwerk dazu ausgebildet ist, eine Funkübertragung von Messwerten von Sensoren der integrierten Sensorik an mindestens eine Netzwerkkomponente zu ermöglichen, wobei das Kommunikationsnetzwerk vorzugsweise hierarchisch gegliedert ist, wobei vorzugsweise die Typologie eine Stern-Struktur ist, wobei vorzugsweise die mindestens eine Netzwerkkomponente eine zentrale Einheit ist, wobei vorzugsweise die mindestens eine Netzwerkkomponente als Master fungiert, wobei vorzugsweise die Funkübertragung verschlüsselt erfolgt, wobei vorzugsweise Meldungen bis zur Empfangsbestätigung wiederholt werden, wobei vorzugsweise ein Funkprotokoll ausgewählt ist aus Long Range Wide Area Network (LoRa), ZigBee, SigFox und/oder 5G, wobei mindestens eine Antenne der mindestens einen Sanitäranlage dazu ausgebildet ist, das Funkprotokoll des Kommunikationsnetzwerkes zu unterstützen.Furthermore, the invention relates to a communication network comprising at least one network component and at least one sanitary facility with integrated sensors, the communication network being designed to enable radio transmission of measured values from sensors of the integrated sensors to at least one network component, the communication network preferably being structured hierarchically, wherein The typology is preferably a star structure, the at least one network component preferably being a central unit, the at least one network component preferably functioning as the master, the radio transmission preferably being encrypted, with messages preferably being repeated until confirmation of receipt, preferably a radio protocol is selected from Long Range Wide Area Network (LoRa), ZigBee, SigFox and / or 5G, with at least one antenna of the at least one sanitary facility being designed to control the foot to support the communication network's protocol.
Das Gesamtsystem besteht aus der Gesamtheit der Messeinrichtungen, die an den mobilen sanitären Einheiten angebracht sind, sowie aus einer oder mehreren Antennen, die das verwendete Funkprotokoll unterstützen. Im Fall von LoRa kann es sich dabei um eine proprietäre Antennenanlage handeln. im Fall von 5G oder Zigbee handelt es sich um ein privates oder öffentliches Netzwerk aus Sendemasten. Allen Antennen ist gemeinsam, dass sie das Signal über eine Internetverbindung an einen zentralen Rechner übertragen. Der zentrale Rechner verarbeitet die Daten und stellt die Daten oder bestimmte Auswertungen dem Nutzer zur Verfügung. Der zentrale Rechner und die darauf installierte Software ist ebenfalls Bestandteil des Systems.The overall system consists of the entirety of the measuring devices that are attached to the mobile sanitary units, as well as one or more antennas that the used Support radio protocol. In the case of LoRa, this can be a proprietary antenna system. in the case of 5G or Zigbee, it is a private or public network of transmission towers. All antennas have in common that they transmit the signal to a central computer via an Internet connection. The central computer processes the data and makes the data or certain evaluations available to the user. The central computer and the software installed on it are also part of the system.
Ebenso betrifft die Erfindung eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes, wobei die Netzwerkkomponente dazu ausgebildet ist, Messwerte von Sensoren einer integrierten Sensorik von mindestens einer Sanitäranlage und/oder weitere Daten bezüglich der mindestens einen Sanitäranlage über mindestens eine Antenne der mindestens einen Sanitäranlage zu empfangen, zu verarbeiten und zur Verfügung zu stellen, wobei die Netzwerkkomponente vorzugsweise eine zentrale Einheit des Kommunikationsnetzwerkes ist, wobei die Netzwerkkomponente vorzugsweise als Master fungiert.The invention also relates to a network component of a communication network, the network component being designed to receive and process measured values from sensors of an integrated sensor system from at least one sanitary facility and / or further data relating to the at least one sanitary facility via at least one antenna of the at least one sanitary facility to provide, the network component is preferably a central unit of the communication network, the network component preferably functioning as a master.
Die Erfindung betrifft ferner ein computerimplementiertes Verfahren zur Übertragung von Messwerten von Sensoren einer integrierten Sensorik von mindestens einer Sanitäranlage und/oder weitere Daten bezüglich der mindestens einen Sanitäranlage über mindestens eine Antenne der mindestens einen Sanitäranlage an mindestens eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes, wobei die Sensoren einen ersten magnetischen Sensor umfassen, wobei der erste magnetische Sensor einen ersten Reed Sensor, eine erste Hallsonde, einen ersten AMR Sensor, einen ersten GMR Sensor und/oder einen ersten TMR Sensor umfasst, wobei die Sensoren ferner einen Drucksensor, einen kapazitiven Sensor, mindestens eine Wägezelle, ein Gyrometer und/oder einen Gassensor umfassen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- - ein An- und/oder Ausschalten der Sensoren der integrierten Sensorik der mindestens einen Sanitäranlage durch einen Mikrocontroller der mindestens einen Sanitäranlage und/oder durch ein gesendetes Signal der mindestens einen Netzwerkkomponente;
- - ein Messen von Signalen durch die Sensoren der integrierten Sensorik der mindestens einen Sanitäranlage;
- - ein Empfangen der Signale der Sensoren der integrierten Sensorik der mindestens einen Sanitäranlage durch den Mikrocontroller der mindestens einen Sanitäranlage;
- - ein Verarbeiten der Signale der Sensoren der integrierten Sensorik der mindestens einen Sanitäranlage durch den Mikrocontroller der mindestens einen Sanitäranlage zu weiteren Daten und/oder Information;
- - ein Verschlüsseln der weiteren Daten und/oder Information;
- - eine Übertragung der verschlüsselten weiteren Daten und/oder Information per Funkverbindung über das Kommunikationsnetzwerk zu der mindestens einen Netzwerkkomponente;
- - ein Empfangen der verschlüsselten weiteren Daten und/oder Information durch die mindestens eine Netzwerkkomponente;
- - ein Entschlüsseln der verschlüsselten weiteren Daten und/oder Information durch die mindestens eine Netzwerkkomponente; und
- - ein Zurverfügungstellen der entschlüsselten weiteren Daten und/oder Information durch die mindestens eine Netzwerkkomponente.
- switching the sensors of the integrated sensor system of the at least one sanitary facility on and / or off by a microcontroller of the at least one sanitary facility and / or by a transmitted signal from the at least one network component;
- - Measuring signals by the sensors of the integrated sensor system of the at least one sanitary facility;
- receiving the signals of the sensors of the integrated sensor system of the at least one sanitary facility by the microcontroller of the at least one sanitary facility;
- a processing of the signals of the sensors of the integrated sensor system of the at least one sanitary facility by the microcontroller of the at least one sanitary facility for further data and / or information;
- - encrypting the further data and / or information;
- - A transmission of the encrypted further data and / or information via radio connection over the communication network to the at least one network component;
- - Receiving the encrypted further data and / or information by the at least one network component;
- decrypting the encrypted further data and / or information by the at least one network component; and
- - The decrypted further data and / or information is made available by the at least one network component.
Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Fernmessung (Telemetrie) von physikalischen und/oder chemischen Parametern bezüglich einer räumlich entfernten Sanitätsanlage durchgeführt werden. Erweitert man diese Verfahrensschritte um einen (Rück-)Wirkungspfad zum erfassenden Sensor, so kann man auf gelieferte Messwerte mit geeigneten Maßnahmen reagieren (Fernsteuerung).As a result, remote measurement (telemetry) of physical and / or chemical parameters can advantageously be carried out with respect to a physically distant sanitary facility. If you extend these process steps with a (back) action path to the sensing sensor, you can respond to the measured values with suitable measures (remote control).
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das computerimplementierte Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- - ein Auswerten eines von einem GPS-Modul der mindestens einen Sanitäranlage gesendeten GPS-Signals;
- - ein Auslesen eines QR-Codes mittels einer Applikation;
- - ein elektronisches Öffnen einer Tür der mindestens einen Sanitäranlage;
- - ein Wiegen der mindestens einen gesamten Sanitäranlage durch die mindestens eine Wägezelle; und/oder
- - ein Messen von Signalen von mindestens einem zweiten Magnetsensor, wobei der mindestens eine zweite Magnetsensor einen zweiten Reed Sensor, eine zweite Hallsonde, einen zweiten AMR Sensor, einen zweiten GMR Sensor und/oder einen zweiten TMR Sensor umfasst.
- an evaluation of a GPS signal sent by a GPS module of the at least one sanitary facility;
- - reading a QR code using an application;
- - An electronic opening of a door of the at least one sanitary facility;
- - weighing the at least one entire sanitary facility by the at least one load cell; and or
- measuring signals from at least one second magnetic sensor, the at least one second magnetic sensor comprising a second reed sensor, a second Hall probe, a second AMR sensor, a second GMR sensor and / or a second TMR sensor.
Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Zugangskontrolle zur mobilen Sanitäranlage realisiert werden, wobei ein Türschloss elektrisch gesteuert wird. Außen an der mobilen Sanitäranlage wird sichtbar ein QR-Code angebracht, welcher in Verbindung mit einer den Code auslesenden mobilen App als Schließmechanismus dient. Um das tatsächliche Betreten der mobilen Sanitäranlage zu verifizieren, kann die komplette Sanitäranlege vor und nach dem Betreten mittels Wägezellen gewogen werden. Gleichzeitig können Magnetsensoren an magnetischen Türkontakten ein Öffnen und Schließen der Tür der Sanitäranlage durch Messung einer Veränderung des Magnetfeldes indizieren.In this way, access control to the mobile sanitary facility can advantageously be implemented, with a door lock being controlled electrically. A QR code is visibly attached to the outside of the mobile sanitary facility, which serves as a locking mechanism in conjunction with a mobile app that reads the code. To the actual To verify access to the mobile sanitary facility, the complete sanitary facility can be weighed using load cells before and after entering. At the same time, magnetic sensors on magnetic door contacts can indicate opening and closing of the sanitary facility door by measuring a change in the magnetic field.
Ein elektrisch gesteuertes Türschloss kann z.B. erforderlich sein, wenn die Nutzung der Sanitäranlage nur zu bestimmten Zeiten oder nur für einen bestimmten Personenkreis freigegeben werden soll. Weiterhin ist ein elektrisch gesteuertes Türschloss eine Voraussetzung für verschiedene Abrechnungsmodelle.An electrically controlled door lock can e.g. be necessary if the use of the sanitary facility should only be released at certain times or only for a certain group of people. Furthermore, an electrically controlled door lock is a prerequisite for various accounting models.
Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt umfassend ausführbaren Programmcode, wobei der Programmcode bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung das computerimplementierte Verfahren ausführt.The invention further relates to a computer program product comprising executable program code, the program code executing the computer-implemented method when executed by a data processing device.
Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung von Sensoren einer integrierten Sensorik von mindestens einer Sanitäranlage zur Übertragung von Messwerten der Sensoren und/oder weiterer Daten bezüglich der mindestens einen Sanitäranlage über mindestens eine Antenne der mindestens einen Sanitäranlage an mindestens eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes, wobei die Sensoren einen ersten magnetischen Sensor umfassen, wobei der erste magnetische Sensor einen ersten Reed Sensor, eine erste Hallsonde, einen ersten AMR Sensor, einen ersten GMR Sensor und/oder einen ersten TMR Sensor umfasst, wobei die Sensoren ferner einen Drucksensor, einen kapazitiven Sensor, mindestens eine Wägezelle, ein Gyrometer, einen Gassensor und/oder einen Temperatursensor umfassen.The invention further relates to the use of sensors of an integrated sensor system from at least one sanitary facility for transmitting measured values of the sensors and / or further data relating to the at least one sanitary facility via at least one antenna of the at least one sanitary facility to at least one network component of a communication network, the sensors being one comprise first magnetic sensor, the first magnetic sensor comprising a first reed sensor, a first Hall probe, a first AMR sensor, a first GMR sensor and / or a first TMR sensor, the sensors further comprising a pressure sensor, a capacitive sensor, at least one Load cell, a gyrometer, a gas sensor and / or a temperature sensor.
In vorteilhafter Weise sind die Sensoren eindeutig identifizierbare Netzwerkteilnehmer, die selbst nach Art einer Machine-to-Machine (M2M) Kommunikation untereinander und miteinander kommunizieren können. Dies impliziert auch die Möglichkeit einer gegenseitigen Kontrolle und Steuerung der Sensoren untereinander, was letztlich zu einem gewissen Automatismus führt.Advantageously, the sensors are clearly identifiable network participants who can communicate with one another and with one another even in the manner of machine-to-machine (M2M) communication. This also implies the possibility of mutual checking and control of the sensors with one another, which ultimately leads to a certain degree of automation.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken. Kurze Beschreibung der Figuren
-
1 zeigt eine mobile Sanitäranlage mit Antenne und Solarmodul auf dem Dach. -
2 zeigt einen Fäkalientank. -
3 zeigt eine Messeinrichtung. -
4 zeigt ein Zigbee Netzwerk.
-
1 shows a mobile sanitary facility with antenna and solar module on the roof. -
2 shows a holding tank. -
3 shows a measuring device. -
4 shows a Zigbee network.
Ausführliche Beschreibung der Figuren:Detailed description of the figures:
In einer weiteren Ausführungsform befindet sich direkt unter dem Fäkalientank
Die mobile Sanitäranlage
Die Solarzelle
Die mobile Sanitäranlage
Ferner steuert der Mikrocontroller
Der Mikrokontroller
Ferner ist der Mikrocontroller
Die Antenne
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Sanitäranlagesanitary facilities
- 22
- Wägezelleload cell
- 3a3a
- RaumluftsensorRoom air sensor
- 3b3b
- MethangassensorMethane gas sensor
- 44
- Antenneantenna
- 55
- Solarzellesolar cell
- 66
- Schwimmerswimmer
- 77
- Magnetsensormagnetic sensor
- 88th
- kapazitiver Sensorcapacitive sensor
- 99
- Mikrocontrollermicrocontroller
- 1010
- Messeinrichtungmeasuring device
- 1111
- Gehäusecasing
- 1212
- Gatewaygateway
- 1313
- mobile Vorrichtungmobile device
- 1414
- InternetInternet
- 1515
- FäkalientankHolding tank
Claims (18)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018118987.7A DE102018118987A1 (en) | 2018-08-06 | 2018-08-06 | Sensor network for the management of mobile sanitary facilities |
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---|---|
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Family Applications (1)
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DE102018118987.7A Withdrawn DE102018118987A1 (en) | 2018-08-06 | 2018-08-06 | Sensor network for the management of mobile sanitary facilities |
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---|---|
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2018
- 2018-08-06 DE DE102018118987.7A patent/DE102018118987A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
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Norm IEEE 802.15.4 2003-10-01. IEEE Standard for Information Technology .... - Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs). S. 1-679. - ISBN 0-7381-3686-7 (P); 0-7381-3677-5 (E). * |
Schnell, Gerhard (Hrsg).: Sensoren in der Automatisierungstechnik . 2., Überarbeitete und erweiterte Auflage. Wiesbaden : Vieweg+Teubner Verlag, 1993. S. 222 - 239 . Kapitel 13 (Köhler W., Adolphs P.: Füllstandsmeßsensoren). - ISBN Print: 978-3-528-13370-2, Online: 978-3-663-13943-0 [- https://doi.org/10.1007/978-3-663-13943-0_13 -] * |
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