CN107995601A - 超低功耗加速度传感报警*** - Google Patents

超低功耗加速度传感报警*** Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种超低功耗加速度传感报警***，包括：电源模块、数据存储模块、加速度传感器模块、信号处理模块、无线传输模块、按键与编码器模块；所述数据存储模块与无线传输模块连接，加速度传感器模块通过与无线传输模块连接，所述按键与编码器模块与无线传输模块连接，所述电源模块向各模块供电。本发明能够定向加速度检测，自动对比设定的阀值，迅速判断是一般震动还是有害撞击，快速反应，即时上报，支持无线远距离传输，免去大量施工布线的工作，利用RFID通讯方式，不占用任何网络及语音通讯带宽资源，采用超低功耗设计，电池部分可以做的很小，以节约成本和安装体积，对防水防尘以及散热装置的设计难度大大降低。

Description

超低功耗加速度传感报警***
技术领域
本发明涉及报警技术领域，尤其是一种超低功耗加速度传感报警***。
背景技术
我国幅员辽阔，地大物博，在高压电力线监测、施工工地远程工程监理、国土资源土地执法、水利防汛、数字农业/智慧大棚、矿山许多重要设施安放在条件恶劣的户外环境下，需要监控保护，但监控一般是事后人工查看的时候才有用，当这些设备遇到撞击、崩塌、损坏的时候，需要能够第一时间的获知情报，并将情报迅速自动上传的装置，才能及时通知执法及养护维修部门赶往现场排除故障。
在现有技术中，报警***主要是利用电力网络能够达到的范围，来保证监控设备的日常运行，但在野外环境下，电力网络并非处处都有适合民用设备使用的低压电网，另一方面还有更多的环境下是没有电力网络供应的，使得监控设备无法安装运行。通常的解决方案是用太阳能配合蓄电池供电，但一般的民用监控设备功耗较大，完全依靠太阳能难以支撑24小时不间断的运行。
因此，现有技术需要改进。
发明内容
本发明实施例所要解决的一个技术问题是：提供一种超低功耗加速度传感报警***，包括：
电源模块、数据存储模块、加速度传感器模块、信号处理模块、无线传输模块、按键与编码器模块；
所述电源模块与所述数据存储模块、加速度传感器模块、信号处理模块、无线传输模块、按键与编码器模块连接并提供电源；
所述数据存储模块与所述无线传输模块连接，用于存储无线传输模块设置的编码信息；
所述加速度传感器模块与所述信号处理模块连接，所述加速度传感器模块通过将设备撞击时产生的加速度数据转化为电压数据，并将电压值发送至信号处理模块；
所述信号处理模块通过将加速度传感器模块发送的微弱电压值进行放大处理，以提高灵敏度，并将处理后的电压信号发送至无线传输模块；
所述按键与编码器模块与所述无线传输模块连接，所述按键与编码模块用于设置无线传输模块的工作参数、工作状态，并由数据存储模块存储无线传输模块的工作参数数据；
所述无线传输模块根据数据存储模块存储的工作参数，将信号处理模块发送的加速度传感器模块采集的撞击信号发送至远程接收端。
在基于本发明上述超低功耗加速度传感报警***的另一个实施例中，所述电源模块包括直流电源、防反接单元、DC-DC转换单元；
所述直流电源为一块18650锂电池；
所述防反接单元为低损耗的PMOS管；
所述直流电源经过防反接单元防反接处理后，经过DC-DC转换单元实现电压转换后输出。
在基于本发明上述超低功耗加速度传感报警***的另一个实施例中，所述数据存储模块包括Flash芯片。
在基于本发明上述超低功耗加速度传感报警***的另一个实施例中，所述信号处理模块包括同相放大器、电压比较器、基准电压参考器；
所述同相放大器的电路由运算放大器和电阻组成，用于产生固定倍数；
所述电压比较器的电路由运算放大器组成；
所述基准电压参考器的电路由运算放大器和可调电位器组成；
所述电压比较器与所述同相放大器、基准电压参考器连接。
在基于本发明上述超低功耗加速度传感报警***的另一个实施例中，所述无线传输模块包括MCU单元和发射电路；
所述MCU单元与所述发射单元连接，所述MCU单元用于设定发射电路工作参数、工作方式或从数据存储模块读取已经设置好的工作参数，并接收数据处理模块发送的加速度传感器模块采集的信号，并将信号发送至发射电路；
所述发射电路按照所述MCU单元设定的工作参数、工作方式工作，并与远程接收端通讯，将加速度传感器模块采集的信号发送至远程接收端。
在基于本发明上述超低功耗加速度传感报警***的另一个实施例中，所述无线传输模块通过SPI总线与所述数据存储模块、信号处理模块、按键与编码器模块连接。
在基于本发明上述超低功耗加速度传感报警***的另一个实施例中，所述MCU单元包括RFID通讯控制芯片。
所述按键与编码器模块包括按键单元、编码单元；
所述按键单元与无线传输模块连接；
所述按键单元包括模拟撞击按键、***复位按键，参数设置存储按键；
所述模拟撞击按键用于模拟测试撞击发生，测试调试***完整性；
所述***复位按键用于复位整个***，使其回到初始状态；
所述参数设置存储按键是与编码单元配合，当需要改变无线传输模块的工作参数时，由编码单元进行设置完毕后，按下所述参数设置存储按键将设置的参数信息保存到数据存储模块；
所述编码单元为旋转编码器，包括设备ID编码器、调节发射功率旋钮；
所述设备ID编码器用于对无线传输模块的地址进行编码，所述无线传输模块地址编码为唯一码；
所述调节发射功率旋钮用于调节无线传输模块的发射功率。
在基于本发明上述超低功耗加速度传感报警***的另一个实施例中，所述编码单元的编码有效值最大为256位，编码方式为BCD码格式。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明能够支持定向的加速度检测，并自动对比设定的阀值，迅速判断是一般震动还是有害撞击，快速反应，即时上报，支持无线远距离传输，免去大量施工布线的工作，利用RFID通讯方式，不占用任何网络及语音通讯带宽资源，由于采用超低功耗设计，本***的电池部分可以做的很小，以节约成本和安装体积，对防水防尘以及散热装置的设计难度大大降低。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同描述一起用于解释本发明的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：
图1为本发明的超低功耗加速度传感报警***的一个实施例的结构示意图。
图2为本发明的超低功耗加速度传感报警***的另一个实施例的结构示意图。
图3为本发明的超低功耗加速度传感报警***的又一个实施例的结构示意图。
图4为本发明的超低功耗加速度传感报警***的又一个实施例的结构示意图。
图中：1电源模块、11直流电源、12防反接单元、13DC-DC转换单元、2数据存储模块、3加速度传感器模块、4信号处理模块、41同相放大器、42电压比较器、43基准电压参考器、5无线传输模块、6按键与编码器模块。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1为本发明的超低功耗加速度传感报警***的一个实施例的结构示意图，如图1所示，该实施例的超低功耗加速度传感报警***包括：
电源模块1、数据存储模块2、加速度传感器模块3、信号处理模块4、无线传输模块5、按键与编码器模块6；
所述电源模块1与所述数据存储模块2、加速度传感器模块3、信号处理模块4、无线传输模块5、按键与编码器模块6连接并提供电源；
所述数据存储模块2与所述无线传输模块5连接，用于存储无线传输模块5设置的编码信息；
所述加速度传感器模块3与所述信号处理模块4连接，所述加速度传感器模块3通过将设备撞击时产生的加速度数据转化为电压数据，并将电压值发送至信号处理模块4；
所述信号处理模块4通过将加速度传感器模块3发送的微弱电压值进行放大处理，以提高灵敏度，并将处理后的电压信号发送至无线传输模块5；
所述按键与编码器模块6与所述无线传输模块5连接，所述按键与编码模块6用于设置无线传输模块5的工作参数、工作状态，并由数据存储模块2存储无线传输模块5的工作参数数据；
所述无线传输模块5根据数据存储模块2存储的工作参数，将信号处理模块4发送的加速度传感器模块3采集的撞击信号发送至远程接收端。
图2为本发明的超低功耗加速度传感报警***的另一个实施例的结构示意图，如图2所示，所述电源模块包括直流电源11、防反接单元12、DC-DC转换单元13；
所述直流电源11为一块18650锂电池；
所述防反接单元12为低损耗的PMOS管；
所述直流电源11经过防反接单元12防反接处理后，经过DC-DC转换单元13实现电压转换后输出。
在具体的电路设计中，直流电源11以一颗18605锂电池供电，在电池的接入端设置TVS管作为保护，防止电池瞬间因接触不良造成电压过高，有效吸引电压波动。在电路中通过防反接单元12的PMOS管，防止电池反接造成电路伤害，该PMOS有电流大，导通电压低特点，以减少电能在此处的消耗。在防反接单元12的PMOS管的输出再一个接TVS管作为二次保护，防止器件损坏产生毛刺电压，然后通电容吸收波动电压，使用电池电压平稳，进入到电压监测器和DC-DC转换单元13，电压监测器的作用是检测电池的电量，保证电池不被过度放电，如果电池电压少3.0V,DC-DC转换单元13就会停止工作。电压监测器和DC-DC转换单元13都是超低功耗器件，电压监测器典型消耗电流是0.7uA,DC-DC转换单元13的静态电流只有1uA。通过DC-DC转换单元13后，供电到全***。
所述数据存储模块2包括Flash芯片。所述Flash芯片支持16Mbit数据容量。电源模块1与数据存储模块2的连接电路之间为实现低功耗设置PMOS管作为开关，在无线传输模块5深度休眠待机的情况，PMOS管断开，Flash芯片上的数据内容并不会丢失。当无线传输模块5需要从Flash芯片上读写时，PMOS管导通，读写完成后，PMOS管断开，实现功耗最少化。
图3为本发明的超低功耗加速度传感报警***的又一个实施例的结构示意图，如图3所示，所述信号处理模块4包括同相放大器41、电压比较器42、基准电压参考器43；
所述同相放大器41的电路由运算放大器和电阻组成，用于产生固定倍数；
所述电压比较器42的电路由运算放大器组成；
所述基准电压参考器43的电路由运算放大器和可调电位器组成；
所述电压比较器42与所述同相放大器41、基准电压参考器43连接。
在具体的实施例中，加速度传感器模块3采用应变片结构，当应变片瞬间受力时，其发生形变从而使自身电阻发生变化，在应变片上施加激励源，就可以转换电压变化，完成信号转换，从而检测撞击或震动的发生，应变片为一边设置固定安装针位，另一边有配重块，在安装完成后，在应变片正面施加一个方向的力，配重块就会发生与力相同方向的加速度，并使应变片发生形变。形变发生后，电压随之变化；加速度传感器模块3采集的电压变化是非常微弱的，因此需要信号处理模块4对加速度传感器模块3采集的电压变化数据进行处理，首先，加速度传感器模块3采集的电压变化数据首先发送至同相放大器41，同相放大器41将这种微弱电压变化数据放大数十倍后输出到电压比较器42，通过电压比较器42与基准电压作比较，同相放大器41的信号输出到电压比较器42的副相极，电压比较器42的正相极连接基准电压参考器43，基准电压参考器43的输入电压作为电压比较器42的基准电压，所述基准电压参考器43设置可调电位器，可以实现基准电压可调，从而达到提高***灵敏度的目的。由于采集的电压变化信号是接在电压比较器42的负相，在没有任何撞击或震动发生的情况下，电压比较器42会输出高电平到无线传输模块5，无线传输模块5不被唤醒，当电压比较器42副相输入的电压变化信号大于正相的基准电压参考器43的基准电压大时，电压比较器42输出一个低电平,唤醒正在休眠待机的无线传输模块5，无线传输模块5从数据存储模块2读取参数，按照设置好的发射功率和参数发送数据，当数据发送完毕后，无线传输模块5立即休眠。
图4为本发明的超低功耗加速度传感报警***的又一个实施例的结构示意图，如图4所示，所述无线传输模块5包括MCU单元51和发射电路52；
所述MCU单元51与所述发射单元52连接，所述MCU单元51用于设定发射电路工作参数、工作方式或从数据存储模块读取已经设置好的工作参数，并接收数据处理模块4发送的加速度传感器模块3采集的信号，并将信号发送至发射电路52；
所述发射电路52按照所述MCU单元51设定的工作参数、工作方式工作，并与远程接收端通讯，将加速度传感器模块3采集的信号发送至远程接收端。
所述MCU单元51整合了RFID无线通讯***及片上DC-DC转换器的芯片，在无线传输模块5被唤醒后，MCU单元51读取数据存储模块2设置的参数，在内部控制发射电路52将撞击信号发送到远程接收端，实现撞击信号的远距离传输后，无线传输模块5进入休眠待机状态，以实现低功耗待机。
所述无线传输模块5通过SPI总线与所述数据存储模块2、信号处理模块4、按键与编码器模块6连接。
所述MCU单元包括RFID通讯控制芯片。
所述按键与编码器模块6包括按键单元、编码单元；
所述按键单元与无线传输模块5连接；
所述按键单元包括模拟撞击按键、***复位按键，参数设置存储按键；
所述模拟撞击按键用于模拟测试撞击发生，测试调试***完整性；
所述***复位按键用于复位整个***，使其回到初始状态；
所述参数设置存储按键是与编码单元配合，当需要改变无线传输模块5的工作参数时，由编码单元进行设置完毕后，按下所述参数设置存储按键将设置的参数信息保存到数据存储模块2；
所述编码单元为旋转编码器，包括设备ID编码器、调节发射功率旋钮；
所述设备ID编码器用于对无线传输模块5的地址进行编码，所述无线传输模块5地址编码为唯一码；
所述调节发射功率旋钮用于调节无线传输模块5的发射功率。
所述编码单元的编码有效值最大为256位，编码方式为BCD码格式。
本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于***实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种超低功耗加速度传感报警***，其特征在于，包括：
电源模块、数据存储模块、加速度传感器模块、信号处理模块、无线传输模块、按键与编码器模块；
所述电源模块与所述数据存储模块、加速度传感器模块、信号处理模块、无线传输模块、按键与编码器模块连接并提供电源；
所述数据存储模块与所述无线传输模块连接，用于存储无线传输模块设置的编码信息；
所述加速度传感器模块与所述信号处理模块连接，所述加速度传感器模块通过将设备撞击时产生的加速度数据转化为电压数据，并将电压值发送至信号处理模块；
所述信号处理模块通过将加速度传感器模块发送的微弱电压值进行放大处理，以提高灵敏度，并将处理后的电压信号发送至无线传输模块；
所述按键与编码器模块与所述无线传输模块连接，所述按键与编码模块用于设置无线传输模块的工作参数、工作状态，并由数据存储模块存储无线传输模块的工作参数数据；
所述无线传输模块根据数据存储模块存储的工作参数，将信号处理模块发送的加速度传感器模块采集的撞击信号发送至远程接收端。
2.根据权利要求1所述的超低功耗加速度传感报警***，其特征在于，所述电源模块包括直流电源、防反接单元、DC-DC转换单元；
所述直流电源为一块18650锂电池；
所述防反接单元为低损耗的PMOS管；
所述直流电源经过防反接单元防反接处理后，经过DC-DC转换单元实现电压转换后输出。
3.根据权利要求1所述的超低功耗加速度传感报警***，其特征在于，所述数据存储模块包括Flash芯片。
4.根据权利要求1所述的超低功耗加速度传感报警***，其特征在于，所述信号处理模块包括同相放大器、电压比较器、基准电压参考器；
所述同相放大器的电路由运算放大器和电阻组成，用于产生固定倍数；
所述电压比较器的电路由运算放大器组成；
所述基准电压参考器的电路由运算放大器和可调电位器组成；
所述电压比较器与所述同相放大器、基准电压参考器连接。
5.根据权利要求1所述的超低功耗加速度传感报警***，其特征在于，所述无线传输模块包括MCU单元和发射电路；
所述MCU单元与所述发射单元连接，所述MCU单元用于设定发射电路工作参数、工作方式或从数据存储模块读取已经设置好的工作参数，并接收数据处理模块发送的加速度传感器模块采集的信号，并将信号发送至发射电路；
所述发射电路按照所述MCU单元设定的工作参数、工作方式工作，并与远程接收端通讯，将加速度传感器模块采集的信号发送至远程接收端。
6.根据权利要求1所述的超低功耗加速度传感报警***，其特征在于，所述无线传输模块通过SPI总线与所述数据存储模块、信号处理模块、按键与编码器模块连接。
7.根据权利要求5所述的超低功耗加速度传感报警***，其特征在于，所述MCU单元包括RFID通讯控制芯片。
8.根据权利要求1所述的超低功耗加速度传感报警***，其特征在于，所述按键与编码器模块包括按键单元、编码单元；
所述按键单元与无线传输模块连接；
所述按键单元包括模拟撞击按键、***复位按键，参数设置存储按键；
所述模拟撞击按键用于模拟测试撞击发生，测试调试***完整性；
所述***复位按键用于复位整个***，使其回到初始状态；
所述参数设置存储按键是与编码单元配合，当需要改变无线传输模块的工作参数时，由编码单元进行设置完毕后，按下所述参数设置存储按键将设置的参数信息保存到数据存储模块；
所述编码单元为旋转编码器，包括设备ID编码器、调节发射功率旋钮；
所述设备ID编码器用于对无线传输模块的地址进行编码，所述无线传输模块地址编码为唯一码；
所述调节发射功率旋钮用于调节无线传输模块的发射功率。
9.根据权利要求8所述的超低功耗加速度传感报警***，其特征在于，所述编码单元的编码有效值最大为256位，编码方式为BCD码格式。
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