埋入式道路传感器系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种埋入式道路传感器系统，包括车辆无线传感器、控制单元、无线通信单元、设置于无线通信单元上的发射天线、压力发电装置和蓄电池，压力发电装置中包括有堆叠方式设置的压电晶体材料以及电能转换单元，压电晶体材料承受道路上过往车辆的压力，并利用所承受压力进行发电；电能转换单元对压电晶体材料所发的电进行变压整流，并利用变压整流后的电对蓄电池进行充电；蓄电池为车辆无线传感器、无线通信单元及控制单元提供工作电源；车辆无线传感器用于检测道路上方的车辆运行状况，并将车辆运行状况信息通知控制单元；在控制单元控制下，无线通信单元通过发射天线发送所检测的车辆运行状况信息；本发明的埋入式道路传感器系统具有稳定的供电来源，工作寿命不受电池容量限制。
【专利说明】埋入式道路传感器系统【技术领域】
[0001]本发明涉及交通传感技术，尤其涉及一种埋入式道路传感器系统。
【背景技术】
[0002]随着近几年私人汽车和道路交通的快速发展，用于探测道路交通情况的传感器也得到快速发展和广泛应用。尤其在交叉路口或道路中，用于检测汽车是否在路口等待或行驶的埋入式传感器得到了广泛的应用。
[0003]目前埋入式传感器一般需要通过很长的电源线为其供电，或者，为埋入式传感器提供一内置电源，一旦电源耗尽，需重新埋入新的传感器或取出传感器为其更换电源，由于传感器还肩负着数据上报的责任，其耗电量还是比较大的，这会导致传感器的工作寿命较低，使维护成本大大提高。并且，目前的埋入式式传感器一般通过有线的方式传输监测数据，这必将埋入数据传输线，这也会限制埋入式传感器的应用。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种埋入式道路传感器系统，能以自发电方式支持道路传感器工作并传输检测数据。
[0005]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
[0006]本发明提供了一种埋入式道路传感器系统，包括车辆无线传感器、设置于所述车辆无线传感器上的发射天线、控制单元、压力发电装置和蓄电池，所述压力发电装置中包括有堆叠方式设置的压电晶体材料、电能积蓄单元以及电能转换单元，所述压电晶体材料承受道路上过往车辆的压力，并利用所承受压力进行发电；所述电能积蓄单元积蓄所述压电晶体材料发电的电能；所述电能转换单元对所述电能积蓄单元积蓄的电能进行变压整流，并利用变压整流后电能对所述蓄电池进行充电；所述蓄电池为所述车辆无线传感器及所述控制单元提供工作电源；所述车辆无线传感器用于检测道路上方的车辆运行状况，并在所述控制单元的控制下通过所述发射天线发送所检测的车辆运行状况信息；所述控制单元用于控制所述车辆无线传感器、所述发射天线、所述压力发电装置及所述蓄电池而协同工作。
[0007]优选地，所述发射天线位于车辆无线传感器上的近地面侧。
[0008]优选地，所述发射天线通过以下方式的一种发送所检测的车辆行驶、停止状况的信息:
[0009]全球移动通信系统(GSM，)方式、通用移动通信系统(UMTS，UniversalMobileTelecommunications System)方式、长期演进(LTE, Long Term Evolution)方式、无线保真(WiFi, Wireless Fidelity)方式、全球微波接入互操作(WiMax, WorldwideInteroperability for Microwave Access)或其他公用移动通信系统标准所支持的方式。
[0010]优选地，所述道路传感器系统还包括管理平台，用于通过GSM方式、或UMTS方式、或LTE方式、或WiFi方式、或WiMax方式、或其他公用移动通信系统标准所支持的方式接收所述发射天线发送的车辆运行状况信息，对车辆运行状况信息进行统计分析，并输出。[0011]本发明的埋入式道路传感器系统包括车辆无线传感器、控制单元、无线通信单元、设置于无线通信单元上的发射天线、压力发电装置和蓄电池，压力发电装置中包括有堆叠方式设置的压电晶体材料以及电能转换单元，压电晶体材料承受道路上过往车辆的压力，并利用所承受压力进行发电；电能转换单元对压电晶体材料所发的电进行变压整流，并利用变压整流后的电对蓄电池进行充电；蓄电池为车辆无线传感器、无线通信单元及控制单元提供工作电源；车辆无线传感器用于检测道路上方的车辆运行状况，并将车辆运行状况信息通知控制单元；在控制单元控制下，无线通信单元通过发射天线发送所检测的车辆运行状况信息；控制单元用于控制车辆无线传感器、无线通信单元、发射天线、压力发电装置及蓄电池而协同工作。本发明的埋入式道路传感器系统具有稳定的供电来源，工作寿命不受电池容量限制；由于供电充足，可使本发明的传感器直接接入公用无线接入网，简化了信息采集构成。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明实施例的埋入式道路传感器系统的组成结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0014]图1为本发明实施例的埋入式道路传感器系统的组成结构示意图，如图1所示，本发明实施例的埋入式道路传感器系统包括车辆无线传感器10、控制单元12、无线通信单元15、设置于无线通信单元15上的发射天线11、压力发电装置13和蓄电池14，压力发电装置中包括有堆叠方式设置的压电晶体材料130以及电能转换单元131，压电晶体材料130承受道路上过往车辆的压力，并利用所承受压力进行发电；电能转换单元131对压电晶体材料130所发的进行变压整流，并利用变压整流后电对蓄电池14进行充电；蓄电池14为车辆无线传感器10、无线通信单元15及控制单元12提供工作电源；车辆无线传感器10用于检测道路上方的车辆运行状况如车辆行驶、停止状况，并将车辆运行状况信息通知控制单元12，在控制单元12的控制下，无线通信单元15通过发射天线11发送所检测的车辆行驶、停止状况的信息；控制单元12用于控制车辆无线传感器10、无线通信单元15、发射天线11、压力发电装置13及蓄电池14而协同工作。本发明中，压电晶体材料优选为压电陶瓷，也可以是能够利用所承受压力发电的其他材料。
[0015]本发明中，压力发电装置13的压力发电原理是，利用堆叠的压电晶体材料130在受到道路上行驶的车辆的施加的垂直压力(重力或冲击力)时，会产生一个微小的电压差，从而将压力(冲击力)转换为电能。电能转换单元131对积蓄的电能进行直流-直流变换，将低电压电能升压成较高的电压，并为蓄电池14充电。
[0016]本发明中，由于压力发电装置13的压力发电不连续，且发电电能电压及电流不稳定，不适宜直接作为工作电源为本实施例的埋入式道路传感器系统中其他处理单元供电，因此，需对压电晶体材料130所发电能进行积蓄并进行电压电流转换，并对蓄电池14充电，由蓄电池14为本实施例的埋入式道路传感器系统中其他处理单元供电。
[0017]本发明中，发电装置13中没有任何运动部件，也就是说，本发明的发电装置13无需依靠部件的大幅度运动而发电；发电装置13 —般被安装于密封的系统内的上表面或下表面，直接承受车辆经过时的压力；安装发电装置13的系统的外壳虽然是密闭的，但是在纵向上可在压力下有轻微的变形，并传递压力到内部的压电晶体材料130，压电晶体材料130将所受压力转换为电能，实现发电。
[0018]压力发电装置13连接于控制单元12 ;控制单元12检测发电装置13的工作情况，如压力发电装置13的发电量、发电效率、工作温度的参数，并通过无线通信单元15的发射天线11发送所检测的参数，这样，管理平台通过这些信息确定埋入式道路传感器系统的蓄电池的剩余电量和预期电能寿命，进行管理和故障定位，并控制无线通信单元15的发射周期或发射数据量等，以实现整个系统的寿命最大化。
[0019]本发明中，压力发电装置13的压力发电的转换效率较低，但是对于仅需要少量电力的车辆无线传感器10而言，其发电量已经足够使用。压电晶体材料130 —般可输出电压5?20伏，电流为毫安级，功率达到几十毫瓦级，能满足车辆无线传感器10等低耗能电子产品的供能需求。
[0020]本发明实施例的车辆无线传感器10通过向上发射无线信号，然后接受反射的无线信号来检测车辆的运行状况；同样地，压力发电装置13也受到车轮碾压而产生上下的轻微变形，即可在外界压力下产生电能。本发明实施例的埋入式道路传感器系统完全不需要外界其他能源进行供电，被埋入地下后几乎不会被磨损或受损害，大幅降低了故障率。
[0021]本发明中，发射天线11在所述埋入式道路传感器系统被埋入后位于所述埋入式道路传感器系统上的近地面侧。这是因为，本发明的发射天线11需将检测到的车辆运行状况信息如车辆行驶、停止状况的信息、以及压力发电装置13的检测参数等信息发送至管理平台以进行道路车辆状况监测等，因此，发射天线11应尽量设置于靠近地表的一侧，以免影响无线信号的发送。发射天线11埋入地面的深度不宜过深，过深易导致信号发送不佳，也不宜过浅，过浅易被过往车辆损毁；发射天线11 一般埋入地下距地表越10厘米至20厘米之间。具体深度视道路材质及实际信号发射需求确定。
[0022]本发明中，发射天线11通过以下方式的一种发送所检测的车辆运行状况的信息及所述压力发电装置的检测参数:
[0023]GSM/UMTS/LTE/ffiMAX/ffiFi方式或其他公用移动通信系统标准所支持的方式。
[0024]本发明的埋入式道路传感器系统还包括管理平台(图1中未示出)，用于通过GSM/UMTS/LTE/ffiMAX/ffiFi方式或其他公用移动通信系统标准所支持的方式接收所述发射天线发送的车辆行驶、停止状况的信息，对车辆行驶、停止状况的信息进行统计分析，并输出。管理平台通过压力发电装置13的发电参数，确定埋入式道路传感器系统的蓄电池的剩余电量和预期电能寿命，并能对压力发电装置13进行管理和故障定位，并控制无线通信单元15的发射周期或发射数据量等，以实现整个系统的寿命最大化。
[0025]当发射天线11通过GSM/UMTS/LTE/WiMAX/WiFi方式或其他公用移动通信系统标准所支持的方式发送车辆运行状况信息时，可将管理平台设置于核心网网侧，车辆运行状况信息通过基站等上传至管理平台。当发射天线11通过GSM/UMTS/LTE/WiMAX/WiFi方式或其他公用移动通信系统标准所支持的方式发送车辆运行状况信息时，可将管理平台设置于电信运营商侧，车辆运行状况信息通过无线接入点等上传至管理平台。当然，也可以在埋放本发明实施例的埋入式道路传感器系统的附近设置无线接入点，再通过无线接入点将车辆运行状况信息汇集到管理平台。
[0026]本发明的埋入式道路传感器系统具有稳定的供电来源，工作寿命不受电池容量限制；由于供电充足，可使本发明的车辆无线传感器直接接入公用无线接入网，简化了信息采集构成。
[0027]本发明中，发射天线11周期性发送所检测的车辆运行状况的信息及所述压力发电装置的检测参数。发射周期可事先确定，也可在工作期间根据具体情况重新设定。
[0028]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种埋入式道路传感器系统，其特征在于，所述道路传感器系统包括车辆无线传感器、控制单元、无线通信单元、设置于所述无线通信单元上的发射天线、压力发电装置和蓄电池，所述压力发电装置中包括有堆叠方式设置的压电晶体材料以及电能转换单元，所述压电晶体材料承受道路上过往车辆的压力，并利用所承受压力进行发电；所述电能转换单元对所述压电晶体材料所发的电进行变压整流，并利用变压整流后的电对所述蓄电池进行充电；所述蓄电池为所述车辆无线传感器、所述无线通信单元及所述控制单元提供工作电源；所述车辆无线传感器用于检测道路上方的车辆运行状况，并将车辆运行状况信息通知所述控制单元；在所述控制单元控制下，所述无线通信单元通过所述发射天线发送所检测的车辆运行状况信息；所述控制单元用于控制所述车辆无线传感器、所述无线通信单元、所述发射天线、所述压力发电装置及所述蓄电池而协同工作。
2.根据权利要求1所述的道路传感器系统，其特征在于，所述发射天线在所述埋入式道路传感器系统被埋入后位于所述埋入式道路传感器系统上的近地面侧。
3.根据权利要求1所述的道路传感器系统，其特征在于，所述压力发电装置受到道路上过往车辆的碾压时，产生上下轻微变形，并将所承受压力传递至所述压电晶体材料，所述压电晶体材料产生电能。
4.根据权利要求1所述的道路传感器系统，其特征在于，所述压力发电装置连接于所述控制单元；所述控制单元检测所述压力发电装置的发电量、发电效率、工作温度的参数，并通过所述无线通信单元的发射天线发送所检测的参数。
5.根据权利要求1至3任一项所述的道路传感器系统，其特征在于，所述发射天线通过以下方式的一种发送所检测的车辆运行状况的信息及所述压力发电装置的检测参数: 全球移动通信系统GSM方式、通用移动通信系统UMTS方式、长期演进LTE方式、无线保真WiFi方式、全球微波接入互操作WiMax方式或其他公用移动通信系统标准所支持的方式。
6.根据权利要求5所述的道路传感器系统，其特征在于，所述道路传感器系统还包括管理平台，用于通过GSM/UMTS/LTE/WiMAX/WiFi方式或其他公用移动通信系统标准所支持的方式接收所述发射天线发送的车辆运行状况信息，对车辆运行状况信息进行统计分析，并输出。
7.根据权利要求6所述的道路传感器系统，其特征在于，所述发射天线周期性发送所检测的车辆运行状况的信息及所述压力发电装置的检测参数。
【文档编号】G08G1/02GK103914987SQ201210591500
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年12月31日 优先权日:2012年12月31日
【发明者】陈奎林 申请人:中国移动通信集团公司