具有振动能量回收功能的无线传感器及其数据传输方法与流程

文档序号:20699095发布日期:2020-05-12 15:25阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种具有振动能量回收功能的无线传感器,包括机械模块和电路控制模块,机械模块同电路控制模块相连,所述的机械模块包括压电晶体和封装壳体,其特征在于,所述的电路控制模块包括能量回收单元、判断单元、控制单元、发射单元、电池单元和采样单元,压电晶体和能量回收单元的输入端连接,封装壳体和采样单元的输入端连接,能量回收单元的输出端同时连接电池单元和判断单元的输入端,电池单元的输出端同时连接判断单元、采样单元、控制单元和发射单元,判断单元和采样单元的输出端与控制单元的输入端连接,控制单元的输出端连接发射单元的输入端。

2.如权利要求1所述的具有振动能量回收功能的无线传感器,其特征在于,所述的能量回收单元采用的是基于essh技术的接口电路,包括带电感的电子开关、全波整流电路、超级电容、稳压电路和极值检测电路,压电晶体分别与带电感的电子开关和极值检测电路的输入端连接,极值检测电路的输出端连接带电感的电子开关的控制输入端,带电感的电子开关的输出端依次通过全波整流电路、超级电容连接稳压电路的输入端。

3.如权利要求2所述的具有振动能量回收功能的无线传感器,其特征在于,所述的判断单元包括延迟比较器、恒值比较器和逻辑或门电路,延迟比较器包括延迟电路和第一比较电路,能量回收单元通过其稳压电路分别接入延迟电路和第一比较电路的输入端,延迟电路的输出端连接第一比较电路的另一输入端,恒值比较器包括电阻分压恒压源和第二比较电路,能量回收单元通过其稳压电路接入第二比较电路的输入端,电阻分压恒压源的输出端连接第二比较电路的另一输入端,第一和第二比较电路的输出端分别连接逻辑或门电路的输入端。

4.如权利要求3所述的具有振动能量回收功能的无线传感器,其特征在于,所述的控制单元由超低功耗armcortex-m4核的32位浮点处理器stm32l496rgt3构成的最小系统组成。

5.如权利要求4所述的具有振动能量回收功能的无线传感器,其特征在于,所述的电池单元是基于ltc4071和两个串联的可充电锂电池设计的可充电回路。

6.如权利要求5所述的具有振动能量回收功能的无线传感器,其特征在于,所述的发射单元采用的是基于安信可科技开发的esp-07swifi模块,该模块采用uart口进行数据传输,并支持标准的ieee802.11b/g/n协议,有完整的tcp/ip协议栈,并可以通过gpio口在睡眠/唤醒模式之间的快速切换。

7.如权利要求6所述的具有振动能量回收功能的无线传感器,其特征在于,所述的采样单元采用的是基于kionix公司的三轴数字加速度mems传感器设计的采集模块,通过spi总线进行控制和数据获取。

8.一种无线传感器的数据传输方法,其特征在于,包含如权利要求1-7之一的具有振动能量回收功能的无线传感器,且数据传输的步骤如下:

s1、将传感器安装到设备的指定位置;

s2、传感器正常工作,能量回收单元持续输出电能对电池单元进行充电,控制单元处于低功耗的深度睡眠模式,且采样单元和发射单元均不工作;

s3、实时进行第一比较电路和第二比较电路的判断,若第一比较电路获取的实时电压值ureal和延迟电路输出电压值unomal满足条件:ureal>nunomal,n为设定的参数,且n>1,则第一比较电路输出为高电平,否则输出低电平,若第二比较电路获取的实时电压值ureal和恒压源的基准值ubasic满足条件:ureal>ubasic,则第二比较电路输出为高电平,否则输出低电平;

s4、实时获取逻辑或门电路的输出值,若逻辑或门电路输出产生上升沿跳变,控制单元产生故障中断,将其从休眠状态唤醒,控制单元启动采样单元进行数据采集,并通过发射单元将数据传输出去,警示有故障产生,并对振动数据进行分析,此过程中不断检测逻辑或门电路输出,如果持续为高电平,将持续采样振动数据并传输;

s5、当逻辑或门电路的输出值为低电平时,控制单元停止采样和传输数据,回到正常的低功耗休眠状态。

9.如权利要求8所述的一种无线传感器的数据传输方法,其特征在于,n的取值为1.2~1.5。


技术总结
本申请公开了一种具有振动能量回收功能的无线传感器及其数据传输方法,该无线传感器包括机械模块和电路控制模块,机械模块同电路控制模块相连,机械模块包括压电晶体和封装壳体,其特征在于,所述的电路控制模块包括能量回收单元、判断单元、控制单元、发射单元、电池单元和采样单元,压电晶体和能量回收单元的输入端连接,封装壳体和采样单元的输入端连接,能量回收单元的输出端同时连接电池单元和判断单元的输入端,电池单元的输出端同时连接判断单元、采样单元、控制单元和发射单元,判断单元和采样单元的输出端与控制单元的输入端连接,控制单元的输出端连接发射单元的输入端。本申请能够提高数据传输的有效性,并且大大降低系统的功耗。

技术研发人员:吕开亮;王之敏;李家兴;董业鹏;白恒旺
受保护的技术使用者:南京凯奥思数据技术有限公司
技术研发日:2020.02.09
技术公布日:2020.05.12
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