CN104344851A - 用于智能交通的多参数组合传感器 - Google Patents

Abstract

一种用于智能交通的多参数组合传感器，包括：集成多功能传感器模块、信号控制及处理模块、电源管理模块、壳体、基板、下垫片、上顶盖、压电单元，其特征在于所述集成多功能传感器模块、信号控制及处理模块、电源管理模块封装在基板上，力传感器的应变片粘贴在壳体上，传感器的外壳为圆柱形，基板安装在外壳上端面的安装槽内，外壳的下端设有一下垫片，上顶盖安装在外壳的上端面之上，上顶盖上设有用于安装压电单元的圆槽，集成多功能传感器模块采集到的数据经无线发送给外围接受设备。本发明的优点是可实现交通流、路况温度湿度、路基受力、路基损失等多方面交通信息测量，能够实现能量自管理和数据无线发送，安装容易，更换方便。

Description

用于智能交通的多参数组合传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器,特别涉及一种用于智能交通的多参数组合传感器。

背景技术

随着国家对物联网技术的重视，我国对智能交通的建设，多参数传感器在交通领域的应用市场正在快速增长。多参数传感器在工业控制，交通运输，物流管理等领域有广泛的应用。而且多参数传感器在智能交通中起着关键性作用。例如交通控制中需要了解道路的交通流量，便于采取相应的管理措施。在道路监测方面，了解路基的受力状况、损伤情况可以对相应的路段进行寿命评估，以便于及时对道路进行维护和保养。

在目前国内将传感器与交通结合的案例有很多，但是大多只是针对某一单个物理量的测量，例如地磅，ETC中的传感器等。而且大多数都需要从外界提供电源和数据传输线，这些不利因素严重的影响了传感器的应用范围和安装，也严重阻碍了我国物联网技术的发展。能够自供能量，而且便于安装和检修的多参数的传感器克服了以上不利因素，将会在智能交通和物联网技术中得到重要应用。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷,提供一种用于智能交通的多参数组合传感器。

用于智能交通的多参数组合传感器用于测量道路的交通流量，路面温度，路基受力状况及道路损伤状况监测。这种用于智能交通的多参数组合传感器通过基于基板的封装技术，将磁通量传感器、温度传感器、湿度传感器、超声波传感器、力传感器、信号调理与转换电路、校准与数字处理电路、SPI接口电路、CAN控制电路、数字控制电路、报警电路、数据存储单元、无线接收发送器、电源、能量收集器、电源管理器通过封装进行集成。力传感器与集成芯片进行系统级封装集成。

本发明的用于智能交通的多参数组合传感器包括:集成多功能传感器模块、信号控制及处理模块、电源管理模块、壳体、基板、下垫片、上顶盖、压电单元，集成多功能传感器模块由力传感器与磁通量传感器、温度传感器、湿度传感器、超声波传感器组成，信号控制及处理模块由信号调理与转换电路、校准与数字处理电路、SPI接口电路、CAN控制电路、数字控制电路、报警电路、数据存储单元、无线接收发送器、能量收集器组成，其特征在于所述集成多功能传感器模块、信号控制及处理模块、电源管理模块封装在基板上，力传感器的应变片粘贴在壳体上，多参数组合传感器的外壳为一薄壁圆柱形，在外壳的上端面设有一安装集成多功能传感器模块的安装槽，基板安装在安装槽内，外壳的下端设有一下垫片，上顶盖安装在外壳的上端面之上，上顶盖上设有用于安装压电单元的圆槽，集成多功能传感器模块采集到的数据经连接导线传递给信号调理与转换电路和校准与数字处理电路，经信号调理与转换电路和校准与数字处理电路处理后的数字信号，输送到SPI接口电路和CAN控制器，经无线接收发送器将检测数据传送给外围接受设备。

所述多参数组合传感器圆柱形外壳的薄壁上设有数个通孔及数个粘贴应变片的槽，力传感器的应变片粘贴在槽内，槽中填充有密封胶，力传感器经导线与信号调理与转换电路的输入输出端口连接。

所述上顶盖设有均匀分布的用于安装压电单元的圆槽，圆槽内设有一用于压电单元与能量收集器的电路连接的通孔，上顶盖的下表面边缘设有一圈凸边。

所述下垫片的边缘凸起一圈起定位和保护作用的圆环。

所述集成多功能传感器模块、信号控制及处理模块、电源管理模块集成在一起，以芯片的形式被COB封装在基板上，作为基板上芯片封装的衬底为FR4材料或陶瓷衬底，集成多功能传感器模块、信号控制及处理模块、电源管理模块在基板的框架上成阵列分布，各传感器和集成电路通过金凸点焊球与框架链接。

所述数据存储单元与无线接收发送器连接，实现测量信号和控制信号的无线发送与接收。

所述能量收集器与电源管理器互联，实现对整个传感器的能量管理与控制。

所述多参数传感器被安装在一路面的安装孔内，安装孔处于需要收集交通流、监测道路信息的路段路面上，孔径及深度与多参数传感器外壳相匹配，多参数传感器的下垫片与安装孔底相抵，上顶盖与路面平齐，让压电单元能与车胎接触。

本发明的优点是可实现交通流、路况温度湿度、路基受力、路基损失等多方面交通信息测量，能够实现能量自管理和数据无线发送，安装容易，更换方便。

附图说明

图1本发明的外形结构示意图；

图2本发明下垫片的结构示意图；

图3本发明安装集成多功能传感器模块的结构示意图；

图4本发明基板上集成芯片的结构示意图；

图5本发明的多参数组合传感器结构阵列分布框图；

图6本发明上顶盖和压电单元分布的结构示意图；

图7本发明上顶盖的反面结构示意图。

图中：101下垫片、102壳体、103集成多参数组合传感器封装芯片、104上顶盖、105压电单元、201圆环、301椭形通孔、302肋柱、303应变槽、304上端面、305安装槽、401基板、402多功能传感器模块、403电源管理模块、404信号控制及处理模块、502磁通量传感器、503温度传感器、504湿度传感器、505超声波传感器、506力传感器的输入输出接口、507电源、508电源管理器、509能量收集器、510CAN控制器、511SPI接口电路、512无线接收发送器、513数据存储单元、514校准与数字处理电路、515报警电路、516数字控制电路、517信号调理与转换电路、518数字处理电路、701通孔、702凸边。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：

参见1，本实施例的结构由壳体102、集成多参数组合传感器封装芯片103、上顶盖104和嵌入上顶盖的压电单元105、下垫片101组成。

参见图2，用于调节多参数传感器安装的下垫片101，在边缘凸起一圈起定位和保护作用的圆环201，对安装完成后的多参数组合传感器起定位和保护作用。

参见图3，是整个传感器的力传感器部分，其作用是监测道路上的载荷信息，为传感器芯片提供安装位置，支撑与保护传感器芯片，是整个多参数传感器的骨架部分。壳体的薄壁上开有数个通孔，这样可以提高力传感器的测量精度，亦可减轻整个多参数传感器的重量。本实施例开有6个椭形通孔301，在肋柱302上加工出应变槽303，力传感器的应变片粘贴其中，并做好密封防水的等保护措施。壳体的上端面304上加工有用于安放基板401的方形安装槽305，大小与基板401相匹配。基板401安装在方形安装槽305内。

参见图4，经COB封装的集成多参数组合传感器封装芯片103，其组成部分为基板401、多功能传感器模块402，电源管理模块403，信号控制及处理模块404。基板上芯片封装的衬底为FR4环氧玻纤布基板或陶瓷衬底，本实施例为FR4环氧玻纤布基板，集成多功能传感器模块402、信号控制及处理模块404、电源管理模块403在基板401的框架上成阵列分布，各传感器和集成电路通过金凸点焊球与框架链接。

参见图5，集成多功能传感器模块包括磁通量传感器502、温度传感器503、湿度传感器504、超声波传感器505、力传感器的输入输出接口506。信号控制及处理模块包括CAN控制电路510、SPI接口电路511、无线接收发送器512、数据存储单元513、校准与数字处理电路514、报警电路515、数字控制电路516、信号调理与转换电路517。电源管理模块包括电源管理器508、电源507和能量收集器509。能量收集器509将收集得到的能量和电源507提供的能量，通过电源管理器508调度分配给每一个传感器单元和集成电路，保证各个单元正常工作。磁通量传感器502、温度传感器503、湿度传感器504、超声波传感器505、将采集得到的数据直接传递给信号调理与转换电路517和校准与数字处理电路514，力传感器的应变片通过基板上的力传感器输入输出接口505与信号调理与转换电路517和校准与数字处理电路514互联。通过信号调理与转换电路517和校准与数字处理电路518处理后的数字信号，输送到SPI接口电路511和CAN控制器510，交由无线接收发送器512、数据存储单元513。最后通过无线接收发送器512将检测数据传送给外围接受设备。

参见图6，上顶盖104安装在外壳的上端面之上，用于放置压电单元105的圆槽均匀分布在上顶盖104上，压电单元105半球形凸起，充分与车胎受力，增大能量转换效率。

图7是上顶盖的背面部分，圆槽内设有一用于压电单元与能量收集器的电路连接的通孔701，上顶盖104的下表面边缘设有一圈凸边702。凸边702起定位和保护作用。

多参数传感器主要是针对智能交通中，测量道路的交通流量，路面温度，路基受力状况及道路损伤状况监测。主要安装在需要检测以上参数的交通路段或高速公路。安装时将路面钻出与传感器外部尺寸大小相当的安装孔，安装孔的深度与多参数传感器外壳相匹配，多参数传感器的下垫片与安装孔底相抵。要求路面与上顶盖平齐，既可以保护路面有可以充分发挥传感器的检测功能，让压电单元能与车胎接触。

Claims (8)

1.一种用于智能交通的多参数组合传感器,包括:集成多功能传感器模块、信号控制及处理模块、电源管理模块、壳体、基板、下垫片、上顶盖、压电单元，集成多功能传感器模块由力传感器与磁通量传感器、温度传感器、湿度传感器、超声波传感器组成，信号控制及处理模块由信号调理与转换电路、校准与数字处理电路、SPI接口电路、CAN控制电路、数字控制电路、报警电路、数据存储单元、无线接收发送器、能量收集器组成，其特征在于所述集成多功能传感器模块、信号控制及处理模块、电源管理模块封装在基板上，力传感器的应变片粘贴在壳体上，多参数组合传感器的外壳为一薄壁圆柱形，在外壳的上端面设有一安装集成多功能传感器模块的安装槽，基板安装在安装槽内，外壳的下端设有一下垫片，上顶盖安装在外壳的上端面之上，上顶盖上设有用于安装压电单元的圆槽。

2.根据权利要求1所述的用于智能交通的多参数组合传感器，其特征在于所述多参数组合传感器圆柱形外壳的薄壁上设有数个通孔及数个粘贴应变片的槽，力传感器的应变片粘贴在槽内，槽中填充有密封胶，力传感器经导线与信号调理与转换电路的输入输出端口连接。

3.根据权利要求1所述的用于智能交通的多参数组合传感器，其特征在于所述上顶盖设有均匀分布的用于安装压电单元的圆槽，圆槽内设有一用于压电单元与能量收集器的电路连接的通孔，上顶盖的下表面边缘设有一圈凸边。

4.根据权利要求1所述的用于智能交通的多参数组合传感器，其特征在于所述下垫片的边缘凸起一圈起定位和保护作用的圆环。

5.根据权利要求1所述的用于智能交通的多参数组合传感器，其特征在于所述集成多功能传感器模块、信号控制及处理模块、电源管理模块集成在一起，以板上芯片封装（COB）形式集成在基板上，作为基板上芯片封装的衬底为环FR4环氧玻纤布基板或陶瓷衬底，集成多功能传感器模块、信号控制及处理模块、电源管理模块在基板框架上成阵列分布，各传感器和集成电路通过金凸点焊球与基板框架链接。

6.根据权利要求1所述的用于智能交通的多参数组合传感器，其特征在于所述数据存储单元与无线接收发送器连接，实现测量信号和控制信号的无线发送与接收。

7.根据权利要求1所述的多用于智能交通的多参数组合传感器，其特征在于所述能量收集器与电源管理器互联，实现对整个传感器的能量管理与控制。

8.根据权利要求1所述的用于智能交通的多参数组合传感器，其特征在于所述多参数传感器被安装在一路面的安装孔内，安装孔处于需要收集交通流、监测道路信息的路段路面上，孔径及深度与多参数传感器外壳相匹配，多参数传感器的下垫片与安装孔底相抵，上顶盖与路面平齐，让压电单元能与车胎接触。