震动充电保密传感模块及其蓄电和信息传输方法与流程

本发明属于信息技术领域，主要是涉及震动充电保密传感模块及其蓄电和信息传输方法。

背景技术：

对地下空间设施的信息化和智能化管理，采用的是新一代信息技术产品、利用北斗导航定位系统、地理信息系统，利用物联网、互联网技术，结合GIS、BIM、VR技术、通过应用平台实现信息共享与原场景再造，可直观的对地下空间设施进行“可视化”管理，以便于更快速的发现问题和解决问题，将问题消灭在萌芽状态。

随着技术的进步，对信息采集和传输的要求也越来越高。地下建筑设施所铺种类、方位、走向、深度为国家级秘密，需要从技术上解决现有芯片数据管理对地下空间实施的非保密问题，应对所用电子芯片进行加密处理，防止埋设的位置和空间设施信息数据泄露，避免在智慧城市信息化和智能化建设过程中，由于使用产品不当而带来严重后果发生。同时，由于地下密闭空间潮湿，需对电子产品进行较高水平的防腐处理，因防腐蚀难度大，当前的集成电路各电子元器件的使用寿命远远短于地面以上所用时间。

发明人在深入研究了上述技术问题后，发现这些问题都是可以避免或减轻的。因此，拟提出地下设施专用的震动充电保密传感模块及其蓄电和信息传输方法，通过模块电力自供、实现其无需维护的电力来源；结合传感器与保密措施，实现感知预警震动保密接受与传输。在造价上，将从使用高额的有线传感器年代，进入使用物美价廉的震动传感器时代。从适用范围上，该模块所产生的电力供应，可满足该低能耗模块各单元器件、对地下空间设施出现问题之初进行自动数据采集与发送，解决或避免重大事故的发生，将会为国家降低损失风险、保证人民生命财产安全，具有自供电条件的地域，该模块可以普遍使用。从保密程度上，地下空间设施是国家级秘密，该模块采用了自主指令协议的加密处理技术，从技术上解决了RFID芯片数据管理对地下空间设施的非保密问题，避免了在新型智慧城市信息化和智能化建设过程中，由于使用产品不当而带来严重后果发生。从信息传输深度上，由于该模块属于有源模组，相较于RFID无源射频芯片的单项短距离采集技术，该模块具有更深层的采集与自报功能。就如何解决元器件潮湿短路问题，本发明利用高分子纳米树脂材料纳米微孔特点与技术进行涂覆封装，加强了元器件的防腐能力。

技术实现要素：

为了更好的地下空间设施的信息智能管理，对地下设施进行蓄电和信息保密传输，防止信息泄露，并且解决地下空间潮湿对电子产品防腐要求高的问题，本发明拟提出震动充电保密传感模块及其蓄电和信息传输方法。

本发明的目的在于提供一种震动充电保密传感模块，包括震动充电蓄电器、接收探测电信号识别单元、信息储存发送单元，其中：

所述震动充电蓄电器用于通过震动充电，使蓄电器得到电量供应，给所述接收探测电信号识别单元、信息储存发送单元自动供电保持运行；

所述接收探测电信号识别单元用于接收地面探测器的电信号，通过与自主指令协议信息进行信息比对，如果信息不匹配，则无信息输出；如果信息匹配，则发送授权指令到所述信息储存发送单元；

所述信息储存发送单元用于根据接收到的所述授权指令，控制加密输出储藏信息和地下空间设施感知应发信息。

进一步地，所述震动充电蓄电器包括震动发电单元、一个或一个以上蓄电器，其中，

所述震动发电单元用于通过震动充电，使蓄电器得到电量供应；所述震动发电单元包括发电模块和充电控制模块，所述发电模块用于通过震动产生电流送到充电控制模块；所述充电控制模块用于将所述电流倒入所述蓄电器；

所述蓄电器用于将接收到的电能进行充电储藏。

进一步地，所述震动充电蓄能器还包括多路选择器，蓄电器数量为两个或两个以上时，所述多路选择器用于切换各个蓄电器进行充电储藏。

进一步地，所述发电模块包括线圈、一对共鸣磁铁，所述线圈在所述共鸣磁铁中震动产生电流送到所述充电控制模块。

进一步地，所述发电模块包括敏感震动片、一对磁铁，所述敏感震动片在外界震动源影响下在所述一对磁铁中震动切割磁场线产生电流送到所述充电控制模块。

进一步地，所述接收探测电信号识别单元包括信号接收单元、信号识别单元、驱动电路，所述探测电信号识别线路与地面探测器的通信方式是在传统的RFID信息传输协议中加入握手协议，其中：

所述驱动电路用于驱动所述信号接收单元、信号识别单元工作；

所述信号接收单元用于接收地面探测器的电信号送到所述信号识别单元；

所述信号识别单元用于接收所述电信号，通过与自主指令协议信息进行信息比对，如果信息不匹配，则无信息输出；如果信息匹配，则发送授权指令到所述信息储存发送单元。

进一步地，所述震动充电保密传感模块还包括传感器组，所述传感器组由震动充电蓄电器自动供电保持运行，用于采集地下空间设施的信息，在信息发生微量变化时，自动报送相关信息送到所述信息储存发送单元；所述传感器组包括温度传感器、湿度传感器、气体识别传感器，其中：

所述温度传感器用于采集地下空间设施的温度，在温度发生微量变化时，自动报送相关温度信息送到所述信息储存发送单元；

所述湿度传感器用于采集地下空间设施的湿度，在湿度发生微量变化时，自动报送相关湿度信息送到所述信息储存发送单元；

所述气体识别传感器用于采集地下空间设施的气体类别，在气体类别发生微量变化时，自动报送相关气体类别信息送到所述信息储存发送单元，其所能识别的气体包括甲烷气体、丙烷气体、丁烷气体、氧气、氢气和一氧化碳；

所述震动充电保密传感模块的线路板上的器件及衔接部采用纳米树脂流延涂覆进行防腐处理。

本发明还提供一种利用所述的震动充电保密传感模块进行蓄电和信息传输的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，利用震动充电蓄电器进行震动充电，使蓄电器得到电量供应，给接收探测电信号识别单元、信息储存发送单元自动供电保持运行；

步骤S2，利用所述接收探测电信号识别单元接收地面探测器的电信号，通过与预存的自主指令协议信息进行比对，如果信息不匹配，则无信息输出；如果信息匹配，发送授权指令到所述信息储存发送单元；

步骤S3，利用所述信息储存发送单元接收所述授权指令，控制加密输出地下空间设施的所述各类信息。

进一步地，步骤S1中：所述震动充电蓄能器进行发电的方式包括如下步骤A1、A2的一个：

步骤A1，利用震动发电单元的发电模块的线圈在一对共鸣磁铁中震动产生电流送到充电控制模块；所述充电控制模块用于将所述电流倒入所述蓄电器；

步骤A2，利用震动发电单元的发电模块的敏感震动片在外界震动源影响下在一对磁铁中震动切割磁场线产生电流送到所述充电控制模块；所述充电控制模块用于将所述电流倒入所述蓄电器。

进一步地，步骤S1中，所述蓄电器用于将接收到的电能进行充电储藏，蓄电器数量为两个或两个以上时，则当正在使用的蓄电器失去蓄电功能时，利用多路选择器自动切换另一个蓄电器进行充电储藏；

步骤S2中：所述接收探测电信号识别单元进行信息比对的方式包括如下步骤：

利用所述驱动电路驱动所述信号接收单元、信号识别单元工作；

利用所述信号接收单元接收地面探测器的电信号送到所述信号识别单元；

利用所述信号识别单元接收所述电信号，通过与自主指令协议信息进行信息比对，如果信息不匹配，则无信息输出；如果信息匹配，则发送授权指令到所述信息储存发送单元；

步骤S3中：地下空间设施在运行过程中，利用传感器组采集信息的地下管线一旦出现破损或冒漏现象时，所述震动充电保密传感模块将会进入自启动模式，利用信息储存发送单元加密传输报警信号至地面信号采集系统，通过该系统进入管控中心。

本发明获得了非常明显的益处：

地下空间设施运行信息会得到有效保障，防止了非经授权获取地下数据行为；

实现了在无源的情况下，通过模块自供电将地下空间设施所需信息进行较长期有效传输，延长了在地下特殊环境下专用模块电子元器件的通信寿命；

在防腐处理上，为保证线路板上各器件及衔接部能够达到在地下密闭潮湿空间长期工作的防腐要求，采用纳米树脂流延涂覆，利用纳米材料纳米微孔特点有效保护线路和各器件，对树脂材料增加了防腐密度，起到了增韧作用，延长了模块内各集成电路及电子元器件的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例系统组成示意图。

图2A是本发明第一实施例发电模块组成示意图。

图2B是本发明第二实施例发电模块组成示意图。

图2C是本发明第三实施例发电模块组成示意图。

图3是本发明实施例探测电信号识别单元组成示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

图1是本发明实施例的系统组成示意图。如图1所示，一种震动充电保密传感模块，为地下空间设施专用，包括震动充电蓄电器1、接收探测电信号识别单元2、信息储存发送单元3，其中：所述震动充电蓄电器1用于通过震动充电，使蓄电器得到电量供应，给所述接收探测电信号识别单元2、信息储存发送单元3自动供电保持运行；所述接收探测电信号识别单元2用于接收地面探测器的电信号，通过与自主指令协议信息进行信息比对，如果信息不匹配，则无信息输出；如果信息匹配，则发送授权指令到所述信息储存发送单元3；所述信息储存发送单元3用于根据接收到的所述授权指令，控制加密输出储藏信息和地下空间设施感知应发的温度、湿度、气体种类信息。所述信息储存发送单元3进行信息输出传输时要进行加密。

所述震动充电蓄电器1包括震动发电单元11、一个或一个以上蓄电器，其中，所述震动发电单元11用于通过震动充电，使蓄电器得到电量供应；所述震动发电单元11包括发电模块111和充电控制模块112，所述发电模块111用于通过震动产生电流送到充电控制模块112；所述充电控制模块112用于将所述电流倒入所述蓄电器；所述蓄电器用于将接收到的电能进行充电储藏，实现信息发送时能够送达至接收站点。

为了较长期电力供应，所述蓄电器数量可能为一个或一个以上，当数量为两个或两个以上时，所述震动充电蓄能器1还包括多路选择器13，例如，当正在使用的第一蓄电器121一旦失去蓄电功能时，所述多路选择器14会自动切换到第二蓄电器122进行充电储藏。

所述发电模块111有两种结构和发电方式，其中一种是包括线圈、一对共鸣磁铁，利用所述线圈在所述共鸣磁铁中震动产生电流送到所述充电控制模块112。另外一种是所述发电模块111包括敏感震动片、一对磁铁，利用所述敏感震动片在外界震动源影响下在所述一对磁铁中震动切割磁场线产生电流送到所述充电控制模块112。所述发电模块111的发电方式为低功耗发电方式。

图3是本发明实施例接收探测电信号识别单元的组成示意图。如图3所示，所述接收探测电信号识别单元2包括信号接收单元21、信号识别单元22、驱动电路23，所述探测电信号识别线路与地面探测器的通信方式是在传统的RFID信息传输协议中加入握手协议，其中：所述驱动电路23用于驱动所述信号接收单元21、信号识别单元工作22；所述信号接收单元21用于接收地面探测器的电信号送到所述信号识别单元22；所述信号识别单元22用于接收所述电信号，通过与自主指令协议信息进行信息比对，如果信息不匹配，则无信息输出；如果信息匹配，则发送授权指令到所述信息储存发送单元3。

所述震动充电保密传感模块还包括传感器组4，所述传感器组4由震动充电蓄电器1自动供电保持运行，根据地下空间设施安防要求，用于采集地下空间设施的信息，有针对性的将所需感知的内容，如流量、温度、湿度、应力变化、不同气体识别、声波等，通过对接震动充电保密传感模块预留接口，在地下空间设施发生信息发生微量变化时，传感器组4能够自动报送相关信息至所述信息储存发送单元3。

所述传感器组4包括温度传感器41、湿度传感器42、气体识别传感器43，其中：所述温度传感器41用于采集地下空间设施的温度，在温度发生微量变化时，自动报送相关温度信息送到所述信息储存发送单元3；所述湿度传感器42用于采集地下空间设施的湿度，在湿度发生微量变化时，自动报送相关湿度信息送到所述信息储存发送单元3；所述气体识别传感器43用于采集地下空间设施的气体类别，在气体类别发生微量变化时，自动报送相关气体类别信息送到所述信息储存发送单元3，其所能识别的气体包括甲烷气体、丙烷气体、丁烷气体、氧气、氢气和一氧化碳。

所述震动充电保密传感模块的线路板上的器件及衔接部采用纳米树脂流延涂覆进行防腐处理。在防腐处理上，为保证线路板上各器件及衔接部能够达到在地下密闭潮湿空间长期工作的防腐要求，采用纳米树脂流延涂覆，利用纳米材料纳米微孔特点有效保护线路和各器件，对树脂材料增加了防腐密度，起到了增韧作用，延长了模块内各集成电路及电子元器件的使用寿命。

利用所述的震动充电保密传感模块进行蓄电和信息传输的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，利用震动充电蓄电器1进行震动充电，使蓄电器得到电量供应，给接收探测电信号识别单元2、信息储存发送单元3自动供电保持运行；

步骤S2，利用所述接收探测电信号识别单元2接收地面探测器的电信号，通过与预存的自主指令协议信息进行比对，如果信息不匹配，则无信息输出；如果信息匹配，发送授权指令到所述信息储存发送单元3；

步骤S3，利用所述信息储存发送单元3接收所述授权指令，控制加密输出地下空间设施的所述各类信息。

步骤S1中：所述震动充电蓄能器1进行发电的方式包括如下步骤A1、A2的一个：步骤A1，利用震动发电单元11的发电模块111的线圈放置在一对共鸣磁铁中，通过固定震动或非固定震动，使线圈在共鸣磁铁中随着震动，产生电流送到充电控制模块112；所述充电控制模块112用于将所述电流倒入所述蓄电器；

步骤A2，利用震动发电单元11的发电模块111的敏感震动片放置在一对磁铁间，当震动片受到外界震动源影响下，在该对磁铁中震动切割磁场线产生电流送到所述充电控制模块112；所述充电控制模块112用于将所述电流倒入所述蓄电器。

步骤S1中，所述蓄电器用于将接收到的电能进行充电储藏，蓄电器数量为两个或两个以上时，则当正在使用的蓄电器失去蓄电功能时，利用多路选择器13自动切换另一个蓄电器进行充电储藏；

步骤S2中：所述接收探测电信号识别单元2进行信息比对的方式包括如下步骤：利用所述驱动电路23驱动所述信号接收单元21、信号识别单元22工作；利用所述信号接收单元21接收地面探测器的电信号送到所述信号识别单元22；利用所述信号识别单元22接收所述电信号，通过与自主指令协议信息进行信息比对，如果信息不匹配，则无信息输出；如果信息匹配，则发送授权指令到所述信息储存发送单元3；

步骤S3中：地下空间设施在运行过程中，利用传感器组4采集信息的地下管线一旦出现破损或冒漏现象时，所述震动充电保密传感模块将会进入自启动模式，利用信息储存发送单元加密传输报警信号至地面信号采集系统，通过该系统进入管控中心。

第一实施例

所述发电模块111有多种实施方式，图2A是本发明第一实施例发电模块组成示意图。

如图2A所示，发电模块111包括线圈1111、一对共鸣磁铁1112，利用所述线圈1111在所述共鸣磁铁1112中固定震动产生电流送到所述充电控制模块112。

其他部分如具体实施方式所述，不再赘述。

第二实施例

所述发电模块111有多种实施方式，图2B是本发明第二实施例发电模块组成示意图。

如图2B所示，发电模块111包括线圈1113、一对共鸣磁铁1114，利用所述线圈1113在所述共鸣磁铁1114中产生非固定震动产生电流送到所述充电控制模块112。

其他部分如具体实施方式所述，不再赘述。

第三实施例

所述发电模块111有多种实施方式，图2C是本发明第三实施例发电模块组成示意图。

如图2C所示，发电模块111包括敏感震动片1115、一对磁铁1116、利用所述敏感震动片1115在外界震动源影响下在该对磁铁1116中震动切割磁场线产生电流送到所述充电控制模块112。

其他部分如具体实施方式所述，不再赘述。

最后应说明的是：上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于在上述说明的基础上做出其它不同形式的变化或变动，仍处于本发明的保护范围之中。