Проектирование устройств автономного электропитания сенсорной телекоммуникационной системы мониторинга состояния газотранспортных сетей

Цель: повышение энергоэффективности беспроводных сенсорных телекоммуникационных систем мониторинга технического состояния газотранспортных сетей за счет разработки метода проектирования и алгоритмов функционирования устройств автономного электропитания её беспроводных модулей.Проведен обзор состояния предметной области и, исходя из особенностей функционирования автономных устройств электропитания сенсорной телекоммуникационной системы мониторинга состояния газотранспортных сетей и предъявляемых к ним требованиям, поставлена научная задача исследования. На основании сравнительного анализа существующих решений в области использования автономных источников энергии предложены рекомендации по их использованию для автономных источников энергии устройств электропитания сенсорной телекоммуникационной системы мониторинга состояния газотранспортных сетей. Предложен метод проектирования устройств электропитания элементов беспроводной сенсорной сети с применением альтернативных источников энергии, позволяющий учесть влияние географического положения и метеорологических факторов. Приведена математическая модель автономной системы электропитания, позволяющая исследовать распределение потоков энергии от источников к нагрузке, и разработан алгоритм обеспечения требований по надежности, который позволяет в процессе проектирования учесть особенности топологии и алгоритма функционирования беспроводной сенсорной телекоммуникационной сети, а также схемотехнических решений ее компонентов и параметров безотказности канала передачи данных. Разработан комплекс алгоритмов функционирования модуля сенсорной телекоммуникационной сети. Предложена методика, которая на основе разработанных методов, моделей и алгоритмов позволяет проектировать энергоэффективные беспроводные сенсорные телекоммуникационные системы за счет разработки адаптивных устройств автономного электропитания их модулей. Проведены апробация и экспериментальная проверка результатов на примере исследования разработанного с использованием предложенного ПК WPM-Design устройства автономного электропитания и беспроводной телекоммуникационной системы. Предложен метод проектирования УАЭ БСТС технического состояния ГТС, который отличается от известных учетом значений параметров детектора утечки газа, географического положения, метеорологических факторов и возможностью применения альтернативных источников энергии, позволяющий повысить энергоэффективность беспроводных модулей до 30%. Предложена математическая модель УАЭ БСТС, которая, в отличие от известных, позволяет исследовать распределение потоков электроэнергии от источников к нагрузке и рассчитать интервалы выхода в эфир беспроводного модуля БСТС в зависимости от условий окружающей среды и режима работы устройства. Разработан алгоритм обеспечения требований по надежности, который позволяет в процессе проектирования учесть особенности топологии и алгоритма функционирования БСТС, а также схемотехнических решений ее компонентов и параметров безотказности канала передачи данных. Разработан комплекс алгоритмов функционирования модуля БСТС. Предложена методика, которая на основе разработанных метода, моделей и алгоритмов позволяет проектировать энергоэффективные беспроводных сенсорных телекоммуникационных систем за счет разработки устройства автономного электропитания их беспроводных модулей. Результаты внедрены в АО «НИИхиммаш», АО «МРТИ РАН», используются в учебном процессе Московского института электроники и математики НИУ ВШЭ.