专利名称：空间运动传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种空间运动传感器，更具体地，涉及一种内置无线通讯的空间运动传感器。
背景技术：
普通的空间传感器，是通过空间传感器在运动中采集真实世界中的方向、加速度值、加速度保持时间等信息，并通过无线通讯网络实时地将运动数据上传至服务器实时分析。申请日为2010年12月22号，专利号为201020676604. 5的实用新型专利“一种内
置无线通讯模块的空间传感器”，其包括了用于存储运动数据的数据存储器，用于分析压缩运动数据以及对其他模块进行控制的MCU，用于数据实时传输的无线通信模块以及用于测量线性加速度数据的加速度传感器。此类空间传感器主要用于测量线性加速度数据，因此对方向、角度不断变化的运动测量数据误差较大，从而导致基于测量数据分析计算得出的结果也存在较大的误差，限制了应用范围。
实用新型内容本实用新型提供一种添加了陀螺仪传感器和压电传感器的内置无线通讯模块的空间运动传感器，所述空间运动传感器包括MCU、连接到MCU的电源管理模块、数据存储器、MiniUSB接口。所述空间运动传感器还包括加速度传感器、陀螺仪传感器、压电传感器、无线通讯模组。所述加速度传感器、陀螺仪传感器、压电传感器、无线通讯模组均连接到所述MCU 上。优选的是，所述加速度传感器为单轴加速度传感器或双轴加速度传感器或三轴加速度传感器。优选的是，所述陀螺仪传感器为利用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，主要测量角速度数据。优选的是，所述陀螺仪传感器可以为压电陀螺仪传感器，微机械陀螺仪传感器，光纤陀螺仪传感器，激光陀螺仪传感器中任意一种。优选的是，所述压电传感器是一种利用压电效应制作的传感器，主要测量受力数据，可以精确测量出运动频率。优选的是，所述无线通讯模组包括远程无线通讯模块和短程无线通讯模块两者中的至少一种。优选的是，所述远程无线通讯模块为集成式通讯模组和使用SIM卡的通讯模组。[0011 ] 优选的是，所述远程无线通讯模块支持GSM/GPRS/EDGE/3G/4G等通讯制式；优选的是，所述短程无线通讯模块包括Bluet00th、WIFI、ZigBee三者中的至少一种。优选的是，所述电源管理模块包括可反复充电的锂电池。[0014]优选的是，所述MiniUSB接口连接到所述MCU和所述电源管理模块上。优选的是，所述MiniUSB接口与所述电源管理模块相互连接。优选的是，所述MCU连接到电源管理模块，所述电源管理模块包括可反复充电的锂电池。优选的是，所述空间运动传感器还包括连接到所述MCU上的存储器。优选的是，所述MCU提供了一个电子罗盘接口，可以根据客户需求将电子罗盘连接到该接口上，即将电子罗盘集成在空间运动传感器上。优选的是，所述MCU提供了一个GPS定位模块接口，可以根据客户的需求将GPS定位模块连接到该接口上，即将GPS定位模块集成在空间运动传感器上。本实用新型提供的空间运动传感器能够测量的数据类型丰富，其利用不同的传感器来测量多种数据，其中加速度传感器测量线性加速度数据，陀螺仪传感器测量角速度数据，压电传感器测量受力后给出的压电信号，对比数据来源较为单一的其他传感器，丰富的原始数据经分析计算后得出的结果精确度更高，且可以支持更多场景的应用。本实用新型所述的加速度传感器可以测量真实世界中一维、二维或三维的运动状态。加速度传感器通过测量运动状态生成线性加速度数据，包含方向、速度等空间位置信息及时间信息，其采集的数据通过服务器不同算法进行分析，可以支持不同的应用模式，例如运动姿势识别、位移报警以及桥梁监测等应用。本实用新型所述的陀螺仪传感器，利用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动，测量角速度数据。测量数据经分析计算可以得出运动方向、角度的变化等结果。本实用新型所述的压电传感器是利用压电效应制作的传感器，主要用于测量受力，可以精确测量出运动频率。本实用新型所述的无线通讯模组，可以摆脱专用接收器、PC、数据连接线等得以独立工作，并支持运动数据实时上传至服务器保存分析，其中无线通讯模组中的远程通讯模块包括集成式通讯模组，因此具备集成式通讯模组的优点。本实用新型内置MCU (单片机)和数据存储器，可以进行一些简单的数据压缩处理，有效地减低数据传送量。此外，本实用新型所述的空间运动传感器还提供内置锂电池，并支持反复充电。本实用新型所述的内置MCU提供了一个电子罗盘接口，可选地根据用户需求定制电子罗盘，即将电子罗盘集成到本实用新型所述的空间运动传感器上，本实用新型所述的空间运动传感器结合电子罗盘读取的数据可以获知传感器静止时的地理朝向和运动时的地理朝向，由此获得运动的方向(即东西南北)。本实用新型内置的MCU提供了一个GPS定位模块接口，可选地根据用户需求定制GPS定位模块，即将GPS定位模块集成到本实用新型所述的空间运动传感器上，集成了 GPS定位模块以后，本实用新型所述的空间运动传感器结合GPS定位模块可以对传感器进行定位，传感器上传的数据可以绑定位置信息共同上传，在实际应用中可以获知数据来自哪个地理位置的哪个设备，有益于明确数据来源。与传统技术相比，基于物联网技术的空间运动传感器有着鲜明的特征。首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性地采集环境信息，不断更新数据。其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。本实用新型提供一种空间运动传感器，其架设在物联网技术上，可以采集到真实世界中的方向、加速度值、加速度保持时间等信息，也可以采集到方向不断变化，角度不断变化的角速度数据，并通过无线通讯网络实时地将运动数据上传至服务器，便于所述服务器实时地分析。
下面参照附图结合实施例对本实用新型作优选的说明。图1是按照本实用新型的空间运动传感器的结构模块示意图。图2是按照本实用新型的空间运动传感器的工作原理示意图。
具体实施方式
为了更清楚地阐述本实用新型，现在对结合图1和图2所示的本实用新型的实施例进行详细的说明。如图1，本实用新型提供的空间运动传感器包括MCU，及连接到所述MCU的电源管理模块、数据存储器。其还包括加速度传感器、陀螺仪传感器，无线通讯模组，压电传感器。所述加速度传感器、陀螺仪传感器、无线通讯模组、压电传感器均连接到所述MCU上。所述MCU还提供电子罗盘接口和GPS定位模块接口，可以根据用户需要集成在本实用新型所述的空间运动传感器上。所述电源管理模块包括具有充电功能的锂电池；所述无线通讯模组包括远程无线通讯模块和短程无线通讯模块的至少一种，即可以单独为远程无线通讯模块或短程无线通讯模块或两者的结合，所述远程无线通讯模快包括集成式通讯模组和使用SIM卡的通讯模组，所述短程无线通讯模块包括Bluetooth、WIFI、ZigBee其中的至少一种。所述加速度传感器为单轴加速度传感器或双轴加速度传感器或三轴加速度传感器，本实施例中使用三轴加速度传感器，它可以采集真实世界中方向、加速度、时间等数据；所述三轴加速度传感器在加电后会按照预定频率采集自身三个方向的加速度向量值；所述的陀螺仪传感器利用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，主要用于角速度的测量，测量数据经分析计算可以得出运动方向、角度的变化等结果；所述压电传感器主要用于测量受力，可以精确测量出运动频率。所述MCU为计算单元，执行整个系统程序；所述无线通讯模组负责与外界通讯；所述USB接口为MiniUSB接口，是一个充电接口和程序代码烧写的接口，其作为充电接口以及MCU与外界通讯接口，所述MiniUSB接口与所述电源管理模块相互连接，所述MCU连接到电源管理模块，所述电源管理模块包括可反复充电的锂电池；所述电源管理模块负责提供稳定电压，并负责电池的充电控制。所述数据存储器负责存储系统数据及系统程序。如图2所示，本实用新型所述的空间运动传感器的工作原理为步骤一通电启动后，空间运动传感器进入联网阶段。其自动调用无线通讯模组，与通讯网络建立连接。如果成功建立连接则调用无线通讯模组，将数据存储器中的数据传送给数据服务器，并清空数据存储器，然后执行步骤二，否则直接执行步骤二。步骤二 与通讯网络建立连接后，所述空间运动传感器系统进入监听阶段。所述MCU对加速度传感器、陀螺仪传感器、压电传感器进行检测。如果采集到的信息均是长时间处于无运动状态，即各传感模块采集到的均为无效数据时，则本装置进入休眠状态，否则进入步骤三。步骤三当加速度传感器、陀螺仪传感器、压电传感器进入工作状态时，所述空间运动传感器系统进入数据采集阶段。MCU不断地从加速度传感器中取出采集的数据，然后进行判断，如果需要发送数据，则执行步骤四，否则执行步骤五。步骤四1、当所述MCU认为需要立即发送数据后，该MCU直接将数据进行分割压缩打包；2、处理好的数据将被逐包送往无线通讯模组，如果此时可以连接至数据服务器，即网络已经连接，则本实用新型直接通过无线网络发送到数据服务器端，如果此时无法连接至数据服务器，即网络无法连接，则将数据存储至数据存储器；3、回到数据采集阶段。步骤五1、当所述MCU认为不需要立即发送数据后，该MCU直接将数据进行分割压缩打包；2、处理好的数据将被保存至数据存储器中；3、当存储的数据量或采集时间达到预定的传输条件时，所述MCU从数据存储器中取出积累的数据包，并逐包送往无线通讯模组，通过无线网络发送到服务器端；4、回到数据采集阶段；6.重复上面的过程回到监听阶段或关闭电源停止运行。本实用新型通过陀螺仪传感器，压电传感器与加速度传感器相结合，可以准确侦测到物体在真实世界中的方向、加速度值、加速度保持时间、受力状态、震动频率等信息，所以本实用新型所采集的数据类型较为丰富，通过服务器的不同算法分析可以产生不同的应用模式，例如对运动数据地采集、运动姿态的捕捉、位移侦测等。而且本实用新型包含无线通讯模组，通过与运营商的无线通讯网络的有效结合使本实用新型可以摆脱专用接收器、PC、数据连接线等，得以独立工作，并支持采集到的运动数据实时上传至服务器。本实用新型采用的无线通讯模组包含集成式通讯模组(详见专利申请号为201120272566. 1的专利申请)，集成式通讯模组使用专用集成芯片代替SIM卡，有效减小通讯模组的体积，且集成芯片通过焊接固定，使本实用新型不会因为震动磨损导致通讯模组无法正常工作，且集成芯片的材质决定了其更加抗氧化、耐腐蚀、耐高/低温，可以使本实用新型的通讯模组在一些极端条件下仍可正常工作。本实用新型所述的集成式通讯模组，能够抗震、耐磨损、耐腐蚀、耐氧化、且具有全球唯一性，并能在振动、高温、低温、潮湿等极端环境下正常工作。为实现上述目的，本实用新型提供一种集成式通讯模组，包括载体、通信模块和通用集成电路芯片。通信模块和通用集成电路芯片的针脚均焊接固定在载体上。优选的是，通用集成电路芯片内存有用户标识和密钥。优选的是，通用集成电路芯片的体积小于或等于5mmX6mmX0. 8mm。优选的是，通信模块可选用GSM模块、GPRS模块、EDGE模块、3G模块或4G模块。优选的是，载体可以是同一载体。优选的是，通信模块和通用集成电路芯片也可以分别焊接固定在不同载体上。优选的是，通信模块和通用集成电路芯片分别焊接固定在不同载体上时，通过排线相互连接。本领域技术人员不难看出，本实用新型包括了上述本实用新型的基本方案和各优选方案的任意组合。按照本实用新型，通用集成电路芯片是用焊接的方法把其针脚来固定在载体上的。这样载体上的通用集成电路芯片就不能随意的拆卸下来，因此其就可以有较强的抗冲击和震动能力，不会因为震动或拆卸导致磨损或变形损坏。而且由于通用集成电路芯片不可随意更换且其中还存有用户标识，因此还能有效地避免用户转网或将通讯卡挪为他用时导致的欠费等情况，保障了企业或运营商对用户和业务的有效管控，并保证了用户忠诚度。通用集成电路芯片里面存储的内容是不可擦写的且具有全球唯一标识，所以在物联网应用中，所有使用本集成通讯模组的设备或者终端在全球范围内都具有唯一识别性。在本实用新型中，通用集成电路芯片代替了传统的塑料卡体的SIM卡、USIM卡或ISIM卡等用户识别卡。传统用户识卡不计卡槽体积为24mmX 14mmX 1mm，而通用集成电路芯片的体积小于或等于5mmX6mmX0. 8mm，不到传统的用户识别卡的体积的十分之一，这样的小体积能有效地促进产品的小型化和工业化生产。由于通用集成电路芯片主要是由硅、锗等材质制成，比用塑料制成传统的用户识别卡有更强的抗氧化、抗腐蚀、耐高低温、耐潮湿能力，所以在极端环境下也能正常工作。按照本实用新型所述的集成通讯模组能搭配不同的通信模块通信模块可选用GSM模块、GPRS模块、EDGE模块、3G模块或4G模块。在产品的通讯制式升级换代的过程中，本集成通讯模组不用更换通用集成电路芯片，只需更换与升级后的通讯制式相对应的通信模块即可。因为无需更换通用集成电路芯片，可以进一步保证设备或终端的全球通讯唯一性。将本集成通讯模组内置到设备或终端机中，并开启设备或终端机。此时，通信模块向通用集成电路芯片索取用户标识和密钥，并通过通讯基站将用户标识和密钥发送至运营商后台管理系统。运营商后台管理系统对用户标识和密钥进行验证，如果验证通过就会为该用户标识和密钥赋予通讯号码；此时本集成式通讯模组与通讯网络将建立联系并保持实时连接。如果验证失败，本集成通讯模组则无法与通讯网络建立连接，即无通讯信号。当设备或终端机之间需要进行短信、彩信、语音、数据或其他内容的通讯时，发送方的设备与接收方的设备或终端机首先均要成功建立与通讯网络的连接。通信模块将要需要发送的内容与发送方的设备的用户标识和密钥以及接收方的设备或终端机的通讯号码打包并通过通讯基站发送至运营商的后台管理系统；运营商的后台管理系统对其进行解析得到要发送的内容和发送方的设备的用户标识与密钥以及接收方的设备或终端机的通讯号码，之后运营商后台管理系统将发送方的设备的用户标识和密钥对应的通讯号码与要发送的内容进行打包，并通过接收方的设备或终端机的通讯号码对应的用户标识所连接的通讯信道将要发送的内容发到接收方的设备或终端上。在按照本实用新型所述的集成通讯模组中，通用集成电路芯片内有用户标识和密钥；通信模块和通用集成电路芯片是通过焊接在载体上来实现连接的，它们可以焊接在同一个载体上，也可以分别焊接在不同的载体上通过排线连接。通用集成电路芯片代替了传统的SIM卡、USIM卡或ISIM卡等用户识别卡，无需卡槽固定且不能随意更换，保障了设备或终端的全球唯一性；由于通用集成电路芯片主要是由硅、锗等材质制成且它是直接焊接在载体上，比用塑料制成传统的用户识别卡直接镶嵌在卡槽中具有更强的耐氧化、耐腐蚀、抗震、耐磨损、耐高低温、耐潮湿能力，所以在极端环境下也能正常工作。同时，本实用新型支持使用SIM的通讯模组，具有很好的兼容性。本实用新型预留了电子罗盘和GPS定位模块接口，可在用户需要或业务需要时进行定制。以上所述，仅为本实用新型的优选实施例，不能依此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围内。
权利要求1.一种空间运动传感器，包括MCU，连接到所述MCU的电源管理模块、数据存储器、MiniUSB接口，其特征在于所述空间运动传感器还包括加速度传感器、陀螺仪传感器、压电传感器、无线通讯模组，所述加速度传感器、所述陀螺仪传感器、所述压电传感器、所述无线通讯模组均连接到所述MCU上，所述MiniUSB接口与所述电源管理模块相互连接。
2.根据权利要求1所述的空间运动传感器，其特征在于所述加速度传感器为单轴加速度传感器或双轴加速度传感器或三轴加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的空间运动传感器，其特征在于所述陀螺仪传感器为利用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置，用于角速度的测量。
4.根据权利要求1或3所述的空间运动传感器，其特征在于所述陀螺仪传感器可以为压电陀螺仪传感器、微机械陀螺仪传感器、光纤陀螺仪传感器、激光陀螺仪传感器中任意一种。
5.根据权利要求1所述的空间运动传感器，其特征在于所述压电传感器为利用电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。
6.根据权利要求1所述的空间运动传感器，其特征在于所述无线通讯模组包括远程无线通讯模块和短程无线通讯模块两者中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的空间运动传感器，其特征在于所述远程无线通讯模块包括集成式通讯模组和含有SIM卡的通讯模组。
8.根据权利要求7所述的空间运动传感器，其特征在于远程无线通讯模组支持GSM/GPRS/EDGE/3G/4G 通讯制式。
9.根据权利要求6所述的无线通讯模组，其特征在于所述短程无线通讯模块包括Bluetooth、WIFI、ZigBee 三者中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的空间运动传感器，其特征在于所述MCU连接到电源管理模块，所述电源管理模块包括可反复充电的锂电池。
11.根据权利要求1所述的空间运动传感器，其特征在于所述MiniUSB接口连接到所述MCU和所述电源管理模块。
12.根据权利要求1所述的空间运动传感器，其特征在于所述MCU还提供电子罗盘接□。
13.根据权利要求1所述的空间运动传感器，其特征在于所述MCU还提供GPS定位模块接口。
专利摘要本实用新型提供了一种空间运动传感器，包括MCU，连接到所述MCU的加速度传感器、陀螺仪传感器、压电传感器、电子罗盘、GPS定位模块、无线通讯模组、电源管理模块、数据存储器和MiniUSB接口。所述的空间运动传感器利用加速度传感器、陀螺仪传感器、压电传感器来测量线性加速度数据、角速度数据以及压电脉冲信号，并通过无线通讯模组，将采集到的数据经MCU简单处理后上传至服务器，可以满足各种方向、角度不断变化的多种运动状态的测量应用。所述的空间运动传感器主要承担运动状态侦测、数据采集、数据处理、数据存储、数据传输的作用。
文档编号G08C17/02GK202339354SQ20112048431
公开日2012年7月18日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者于辉, 林晓明 申请人:福建物联天下信息科技有限公司