一种基于太阳能的撞击检测装置的制作方法

本实用新型属于自动化技术领域，具体涉及一种传感检测技术。

背景技术：

交通护栏在道路交通中起到隔离、防护、警示的作用，在发生交通事故和非正常使用的情况下会遭受撞击，或者受到天气原因发生移动倾倒，影响正常使用，起不到应有的功能，甚至造成交通阻塞。

为了防止交通护栏的副作用，需要经常排查异常，采用传统的方案，如人工巡视、摄像头监控，由于路段长，导致工作量巨大，巡视车辆占用道路，耗费人力和物资，且容易遗漏，交通护栏多，轻微的异常又难以发现，不可能做到实时、精确的定位，带来安全隐患。

为了消除交通护栏在使用中遇到的问题，需要一种能检测位移、撞击的装置，具有实际应用的价值。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有技术存在的问题，提出了一种基于太阳能的撞击检测装置，实用新型采用了以下技术方案。

装置包括供电模块、单片机模块、nbiot模块、传感器模块、sim卡模块、控制电路、转换电路。

单片机通过spi口片选三轴传感器，设置加速度阈值，读取加速度数值，三轴传感器发送中断信号至单片机；单片机通过控制电路启动、唤醒、复位nbiot模块，单片机和nbiot模块通过转换电路实现串口通信，发送at指令集并接收反馈；太阳能板通过充电芯片向可充电电池充电，经过二极管降压和供电分配向单片机模块、传感器模块、nbiot模块供电。

太阳能板将光能转化为电能，经充电芯片和二极管降压，向nbiot、单片机、传感器供电，并向可充电电池充电；若电池未充满，充电芯片使红色发光二极管导通，表示正在充电；若电池充满，充电芯片使绿色发光二极管导通，表示充电完成。

单片机由swim口烧录程序，由rst口复位状态，分别由rest_en口、psm_en口、pwkey_en口输出电平，经过控制电路，调整nbiot芯片的rest口、psm_eint口、pwkey口的电平输入，复位、唤醒、启动nbiot芯片，由spi_cs口片选三轴传感器，由sck口发送时钟，由mosi口设置三轴传感器的加速度阈值，由miso口读取三轴传感器的加速度和角度，由int1口和int2口读取三轴传感器的中断信号，由tx1口和rx1口经过转换电路调整电平，向nbiot芯片的rx口和tx口发送指令和接收反馈。

单片机上电，复位重置，完成初始化，启动nbiot芯片，复位重置，发送指令，初始化nbiot芯片，进入待机模式；片选三轴传感器，设置时钟，初始化三轴传感器，写入加速度阈值；向单片机烧录定时程序，开启中断响应并读取数据功能，进入待机模式。

nbiot芯片由simvcc口、simrst口、simclk口、simdata口向sim卡模块供电、复位、发送时钟、发送数据，由vcc_ext口向转换电路供电，由nb_rf_ant口向天线连接器发送数据。

三轴传感器由mosi口设置加速度阈值，由miso口输出加速度值，感应撞击，检测到三维加速度，采集三维加速度矢量，若加速度或角度大于阈值，则产生中断信号，由int1口和int2口发送至u2单片机。

sim卡模块包括sim卡座、esim芯片、保护电路，由simvcc口、simrst口、simclk口、simdata口接收nbiot芯片的供电、复位、发送时钟、发送数据。

控制电路包括三个三极管实现，基极分别连接单片机的rest_en口、psm_en口、pwkey_en口，集电极分别连接nbiot芯片的rest口、psm_eint口、pwkey口，由单片机的rest_en口控制nbiot芯片的rest口的电平、psm_en口控制nbiot芯片的psm_eint口的电平、pwkey_en口控制nbiot芯片的pwkey口的电平。

转换电路包括三极管，发射极连接单片机的tx1口，集电极连接的nbiot芯片的rx口，单片机的rx1口和nbiot芯片的tx口采用类似连接，单片机和nbiot芯片通过转换电路调整电平，实现串口通信。

有光照时，装置由太阳能供电，并充满电池，无光照时，装置由电池供电；单片机正常处于待机模式，尚未到时自动唤醒；三轴传感器检测到三维加速度，采集加速度矢量值，和阈值比对，若超过阈值，产生中断信号，发送至单片机，单片机读取加速度值或角度，确认超过阈值，唤醒nbiot模块，发送at指令至nbiot模块报警；nbiot模块和sim卡模块、天线发送报警信息，装置返回待机状态。

本实用新型针对交通护栏的露天使用的特点，利用太阳能和充电电池，无需接电，既节省了能源，又无需铺设电缆施工；采用三轴传感器感应加速度和角度变化的原理，适合全方位的撞击检测；采用单片机，能耗低运算快，不占用空间，安装方便；采用nbiot和sim卡，无线通信，发送报警，实现远程监控的功能。

附图说明

图1是原理框架，图2是供电模块，图3是单片机模块，图4是nbiot模块，图5是传感器模块，图6是sim卡模块，图7是控制电路，图8是转换电路，图9是单片机工作流程，图10是装置工作流程。

附图标记：j1太阳能板，j2可充电电池，j3调试口，j4天线连接器，u1充电芯片，u2单片机，u3三轴传感器，d1红色发光二极管，d2绿色发光二极管，p1sim卡座，p2esim芯片，p3保护电路，

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案做具体的说明。

装置包括供电模块、单片机模块、nbiot模块、传感器模块、sim卡模块、控制电路、转换电路。

装置结构如图1所示，单片机通过spi口设置、控制、读取三轴传感器，三轴传感器发送中断信号至单片机；单片机通过控制电路启动、唤醒、复位nbiot模块，单片机和nbiot模块通过转换电路实现串口通信；太阳能板通过充电芯片向可充电电池充电，经过二极管降压和供电分配向单片机和nbiot模块供电。

供电模块结构如图2所示，j1太阳能板的svin口向u1充电芯片的管脚4作为vin口供电，u1充电芯片的管脚5作为bat口向j2可充电电池的vbat口充电；若电池未充满，u1充电芯片的管脚7作为chrg口为低电平，u1充电芯片的管脚6作为done口为高电平，d1红色发光二极管导通，d2绿色发光二极管截止；若电池充满，u1充电芯片的chrg口为高电平，u1充电芯片的done口为低电平，d1红色发光二极管截止，d2绿色发光二极管导通；节点vbat_nb向nbiot模块供电，节点v33向单片机模块和传感器模块供电。

单片机模块结构如图3所示，节点v33经过j3调试口向u2单片机的管脚8供电，u2单片机的管脚3作为swim口连接j3调试口，u2单片机的管脚4作为rst口经过电阻r3连接j3调试口，u2单片机的管脚11作为rest_en口经过控制电路连接nbiot模块，u2单片机的管脚12作为psm_en口经过控制电路连接nbiot模块，u2单片机的管脚13作为pwkey_en口经过控制电路连接nbiot模块，u2单片机的管脚14作为spi_cs口连接三轴传感器，u2单片机的管脚15作为sck口连接三轴传感器，u2单片机的管脚16作为mosi口连接三轴传感器，u2单片机的管脚17作为miso口连接三轴传感器，u2单片机的管脚18作为int1口连接三轴传感器，u2单片机的管脚19作为int2口连接三轴传感器，u2单片机的管脚20作为rx1口连接转换电路，u2单片机的管脚1作为tx1口连接转换电路。

nbiot模块结构如图4所示，节点vbat_nb向nbiot芯片的管脚42供电，nbiot芯片的管脚7作为pwkey口经过控制电路连接单片机，nbiot芯片的管脚15作为rest口经过控制电路连接单片机，nbiot芯片的管脚19作为psm_eint口经过控制电路连接单片机，nbiot芯片的管脚11作为simdata口连接sim卡模块，nbiot芯片的管脚12作为simrst口连接sim卡模块，nbiot芯片的管脚13作为simclk口连接sim卡模块，nbiot芯片的管脚14作为simvcc口向sim卡模块供电，nbiot芯片的管脚24作为vcc_ext口向转换电路供电，nbiot芯片的管脚35作为nb_rf_ant口连接j4天线连接器，nbiot芯片的管脚17作为tx口连接转换电路，nbiot芯片的管脚18作为rx口连接转换电路。

传感器模块结构如图5所示，节点v33经过电阻r4和r5分别向u3三轴传感器的管脚1和6供电，u3三轴传感器的管脚7作为spi_cs口连接单片机，u3三轴传感器的管脚8作为int1口连接单片机，u3三轴传感器的管脚9作为int2口连接单片机，u3三轴传感器的管脚12作为miso口连接单片机，u3三轴传感器的管脚13作为mosi口连接单片机，u3三轴传感器的管脚14作为sck口连接单片机。

sim卡模块结构如图6所示，simvcc口向p1sim卡座的管脚1、p2esim芯片的管脚8、p3保护电路的管脚5供电，simdata口经过电阻r10连接p1sim卡座的管脚7、p2esim芯片的管脚2和3、p3保护电路的管脚6，simrst口经过电阻r8连接p1sim卡座的管脚2、p2esim芯片的管脚7、p3保护电路的管脚4，simclk口经过电阻r9连接p1sim卡座的管脚3、p2esim芯片的管脚6、p3保护电路的管脚3。

控制电路结构如图7所示，由三个三极管实现，基极分别连接单片机的rest_en口、psm_en口、pwkey_en口，集电极分别连接nbiot芯片的rest口、psm_eint口、pwkey口，由单片机的rest_en口控制nbiot芯片的rest口的电平、psm_en口控制nbiot芯片的psm_eint口的电平、pwkey_en口控制nbiot芯片的pwkey口的电平。

转换电路结构如图8所示，由三极管实现，vcc_ext口向三极管供电，发射极连接单片机的tx1口，集电极连接的nbiot芯片的rx口，单片机的rx1口和nbiot芯片的tx口采用类似连接，单片机和nbiot芯片通过转换电路调整电平，实现串口通信。

j1太阳能板将光能转化为电能，通过u1充电芯片的管脚4输入、管脚5输出，向j2可充电电池充电，u1充电芯片的管脚7拉低电平，d1红色发光二极管亮，表示正在充电；j2可充电电池充满电后，u1充电芯片的管脚6拉低电平，d2绿色发光二极管，表示充电完成；u1充电芯片的管脚5经过二极管d3和d4两次降压，分别作为供电节点vbat_nb和供电节点v33。

通过j3调试口的rst口重置u2单片机，通过j3调试口的swim口向u2单片机烧录程序；u2单片机由rx1口和tx1口，经过转换电路调整电平，和nbiot芯片的tx口和rx口，实现串口通信，发送at指令集并接收反馈；u2单片机由rest_en口输出电平，经过控制电路，调整nbiot芯片的rest口的输入电平，重置nbiot芯片，根据类似原理，由psm_en口调整psm_eint口，唤醒nbiot芯片，由pwkey_en口调整pwkey口，启动nbiot芯片；u2单片机由由spi_cs口片选u3三轴传感器，sck口设置时钟，由mosi口向u3三轴传感器写入预设的加速度的矢量阈值，由miso口从u3三轴传感器读取加速度的矢量值。

撞击使u3三轴传感器检测到三维加速度，采集三维加速度矢量，若加速度或角度大于阈值，则产生中断信号，由int1口和int2口发送至u2单片机。

nbiot芯片由simvcc口、simdata口、simrst、simclk口控制sim模块工作，由nb_rf_ant口经过j4天线连接器发射信号。

单片机的工作流程如图7所示，单片机上电，重置完成初始化，启动nbiot芯片，重置复位，发送at指令集，初始化nbiot芯片进入待机模式；片选三轴传感器，设置时钟，初始化三轴传感器，写入加速度阈值；向单片机烧录定时程序，开启中断响应并读取数据功能，进入待机模式。

装置的工作流程如图8所示，有光照时，装置由太阳能供电，并充满电池，无光照时，装置由电池供电；单片机正常处于待机模式，尚未到时自动唤醒；三轴传感器检测到三维加速度，采集加速度矢量值，和阈值比对，若超过阈值，产生中断信号，发送至单片机，单片机读取加速度值或角度，确认超过阈值，唤醒nbiot模块，发送at指令至nbiot模块报警；nbiot模块和sim卡模块、天线发送报警信息，装置返回待机状态。

上述作为本实用新型的实施例，并不限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。