CN106329987B - 自供电无线振动自主报警系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自供电无线振动自主报警系统及方法，可以监测外界环境的机械振动，并在振动幅度高于特定预设阈值时自主无线发送报警/提示信号，属于传感器技术和物联网领域领域。本发明所述的自主报警微系统由振动自感知能量采集器、能量转换与存储单元、控制电路和无线发射电路组成。振动自感知能量采集器具有驱动阈值，在环境振动幅度低于阈值时不发电，只在环境振动幅度高于阈值时将振动的机械能转化成电能。发出的交流电在能量转换与存储单元中转化为直流并存储起来。控制电路检测到电能积攒到一定程度时，控制无线发射电路上电并发射报警/提示信号，报告事件的发生。

Description

自供电无线振动自主报警系统及其方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域和物联网领域，尤其涉及一种自供电无线振动自主报警系统。

背景技术

随着能量采集技术和低功耗电子技术的发展，国际上也提出了多种多样的自供能无线传感节点方案。较早的范例是1992年出现的“智能灰尘”概念。这一概念于1999年由美国加州大学Berkeley分校研制实现。该项目用大量智能传感/运算节点组成网络，每个节点由太阳能供电，通过激光实现网络通讯。由于激光通信对净空的要求以及太阳能受天候的局限，后起的自供能传感节点方案主流的通讯方式是射频收发，而能源方面也在寻求可与太阳能互补或者可以独立使用的供能新方式，振动能量采集就是其中的研究重点。2004年，美国加州大学Berkeley分校的Leland等开发出一种自供能环境监测无线传感节点，可以实现间歇性的温度测量和数据发送。该节点采用一个谐振频率为27Hz的压电悬臂梁式能量采集器供电，在谐振状态、0.05g加速度激励下，能够提供29.3μW的功率。由于采用的是低谐振频率的能量采集器，故整个节点尺寸较大，为70×54×47mm。2009年，IMEC的Elfrink等研制出体积仅1cm³的自供能无线传感节点，能够做到每15秒发送一次当前温度。该节点由一个谐振频率353Hz的压电式能量采集器供电，在谐振状态、0.64g加速度激励下，毛输出功率17μW。电源管理电路效率60％，在间歇工作模式下整个节点的平均功耗低于10μW。南安普顿大学的Beeby研究组于2008年和2011年分别研制出了由电磁式能量采集器和压电式能量采集器供电的无线传感节点。前者能够在0.06g，52Hz的振动驱动下每隔3.28秒发送一次加速度数据，且能够根据能量采集器发电情况调整工作循环时间；而后者则在一张信用卡大小的体积内实现了每隔800秒测量和传输一次温度、加速度和气压数据，其激励振动为0.4g，67Hz。一些传感器企业和新兴的能量采集器企业也推出了一系列自供能无线传感网节点解决方案。MEMSIC和EnOcean都推出了太阳能供电的无线传感节点，用于监测建筑家居环境及微气候变化等。鉴于太阳能供电存在着阴雨天气和室内工作受限的弊端，EnOcean也提供运动能量采集供电的方案，但其能量采集器是按钮式的，即必须专门按下采集器上的按钮才能为传感器供电，虽然这样能够提供较高的功率，但是使用并不方便，仅适用于家居等小空间场合。MicroStrain和Perpetuum提供无人值守的振动能量采集器供电无线传感节点方案，但是由于其能量采集器都是谐振式的，故在出厂时需要针对应用场合的谐振频率预先调谐，因此应用范围主要限制在振动频率比较稳定的机电设备上。总而言之，自供能无线传感节点尚未形成成熟的市场，为了进一步推广，仍有许多科学技术上的问题需要解决。

“事件驱动(event-driven)”机制是无线传感网部署中的重要技术。所谓事件驱动，是指仅在某些特定事件(例如地震、火灾、温度/湿度等达到某一阈值)发生时，传感器才被唤醒进行数据传输工作，在其他时刻则保持低功耗休眠状态。这一机制对于有效利用能源、延长传感网寿命、降低使用成本等有着重要意义。所谓“事件”，指的就是“一个变量值的变化”。在传感器的物理层，我们关心的就是一些关键物理量的变化，例如地震一定会引起加速度的巨大变化，火灾则会引起温度的显著变化。这些变化完全可以用于在物理层对传感器进行唤醒，从而进一步减少传感网的能量和网络资源消耗，提高工作效率。更进一步，这些物理量的变化(震动/加速度突变、温度升高)也蕴含着可观的能量，这就为将能量采集和传感功能实现在同一个器件上提供了可能性。这一思路在国际上得到了初步探索。日本国立产业技术综合研究所(AIST)的Itoh等开发出一种直接数字输出的压电式加速度传感器，用于探测禽流感导致的家禽运动状态异常。该传感器在一个悬臂梁结构上制作了多个压电条，每个压电条后级连接阈值电压不同的CMOS开关，因此检测到不同加速度时，开启的是不同数目的CMOS开关，从而实现直接数字输出而不需要模数转换电路。加速度传感器本身并不需要电源，但是后级电路仍需要靠电池供电，并没有完全实现自供能。

在很多“事件驱动”的场合，我们只关心监测的物理量是否达到阈值，比如输油管道受到的冲击是否达到了足以破坏其结构的程度。在这样的背景中，持续、精确的加速度数据显然是冗余的，要维持精确的测量需要消耗较多的能源，增加维护难度和维护成本，而“事件驱动”传感机制则可以压缩信息，节省能源。仍以输油管道为例，将“事件驱动”型能量采集器安装在管道上，管道不受到外界作用时，采集器几乎没有任何输出；当外界破坏行为在管道上造成一定程度的振动/冲击时，达到某一预设阈值时，采集器产生的电能即迅速大幅提升，后级电路只需检测到电能积累到一定程度，即可通过射频发射电路发出一个报警信号。这个信号可以非常简单，在上述例子中，只需包含受破坏管道的位置信息。在这种工作模式下，传感器和能量采集器融为一体，而电路并不需要处理振动频率、幅度等信息，也不需要为传感器单独提供电源，这就大大简化了传感节点的构造。直接利用能量采集器实现“事件驱动”的发电行为，则能够在单个器件上同时做到能量采集和传感，形成传感/能量采集一体的新型自供电传感系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有无线振动传感器架构复杂、不能有效利用环境能源的不足，提供一种自供电无线振动自主报警系统及方法。

该系统包括至少一个利用驱动阈值发电的能量采集器、与所述能量采集器连接用于整流和存储能量的能量转换与存储电路、与能量转换与存储电路连接用于检测并判断所述能量转换与存储电路中电压是否超过其预设电压阈值的控制电路以及与该控制电路连接的无线发射电路；

所述能量转换与存储电路包括整流电路以及存储所述能量采集器输出的储能元件；所述无线发射电路用于发射预存的报警/提示信号；

当外界激励振动阈值达到或高于所述驱动阈值以及所述控制电路检测到储能元件上的电压超过所述预设电压阈值时，所述无线发射电路发出预存报警/提示信号。

作为本发明的优选方案之一，所述能量采集器为排布成阵列的能量采集器。

作为本发明的优选方案之一，所述储能元件为电容或者储能电池。

作为本发明的优选方案之一，所述控制电路和无线发射电路包含用于预存报警/提示信号的随机存取存储器RAM。

作为本发明的优选方案之一，所述能量采集器至少包括：

用于感应外界振动的第一级振子；所述第一级振子自由端上下表面分别固定长方体磁铁和长方体质量块；

用于发电的第二级振子；所述第二级振子自由端上表面固定长方体磁铁；所述第二级振子固定端上表面依次粘接下电极、压电薄膜、上电极；

第一级振子和第二级振子固定端都固定在基座上；

第一级振子磁铁和第二级振子磁铁的间距可调节。

作为本发明的优选方案之一，所述控制电路为包括MCU的间歇检测电路或者无MCU的实时检测电路。

作为本发明的优选方案之一，所述包括MCU的间歇检测电路至少包括：

保证MCU顺利开启的开关电路；该电路有电压检测的功能；该电路所控制的开关控制MCU的地；该电路中电压检测器的阈值电压高于MCU启动并进入低功耗模式的电压；

实现电压检测的超低功耗控制器MCU或专用集成电路ASIP；MCU间歇性地检测电压；MCU间歇工作周期随程序固定或通过检测判断确定；RF模块开关，该开关控制RF模块的电源端。

作为本发明的优选方案之一，所述无MCU的实时检测电路至少包括：

由电阻分压网络和MOS管组成的高阈值检测电路；该电路通过调节电阻分压网络阻值之比确定最高阈值；当输入电压高于高阈值时，该电路MOS管打开；

由MOS管和电压检测器组成低阈值检测电路；电压检测器的阈值就是低阈值；当输入电压低于于低阈值时，该电路MOS管、电压检测器等关闭；

RF模块开关；该开关控制RF模块的电源端。

本发明还提供一种实现自主报警的方法，该方法包括以下步骤：

利用驱动阈值发电的能量采集器采集外界激励振动幅度；当外界激励振动幅度低于能量采集器的驱动阈值时，所述能量采集器输出功率在所述能量转换和储存电路中消耗完；当外界激励振动幅度达到或高于能量采集器的驱动阈值时，所述整流电路将所述能量采集器输出的交流电进行整流并向储能元件充电；

所述控制电路用于检测所述储能元件上的电压，当电压达到预设电压阈值时，控制电路对所述无线发射电路上电；

所述无线发射电路上电后，无线发送报警/提示信号；

当所述控制电路检测到所述储能元件上的电压下降到不足以支持所述无线发射电路工作时，中止对所述无线发射电路的供电，直到所述储能元件上的电压再次达到预设电压阈值。

本发明涉及一种自供电无线振动自主报警系统及方法，可以监测外界环境的机械振动，并在振动幅度高于特定预设阈值时自主无线发送报警/提示信号，属于传感器技术和物联网领域领域。本发明所述的自主报警微系统由振动自感知能量采集器、能量转换与存储单元、控制电路和无线发射电路组成。振动自感知能量采集器具有驱动阈值，在环境振动幅度低于阈值时不发电，只在环境振动幅度高于阈值时将振动的机械能转化成电能。发出的交流电在能量转换与存储单元中转化为直流并存储起来。控制电路检测到电能积攒到一定程度时，控制无线发射电路上电并发射报警/提示信号，报告事件的发生。

附图说明

图1显示为本发明涉及的的自供电无线振动自主报警微系统的系统框图。

图2a和2b显示为本发明采用的的能量采集器的俯视图(正面和背面)。

图3a和3b显示为本发明采用的的能量采集器的截面图(图2a和2b中所示截面A和截面B)

图4a和4b显示为当外界振动幅度小于预设阈值时，能量采集器的两级振子在平衡位置作小幅度振动的两种振动模式的示意图。

图5显示为当外界振动达到或超过预设阈值时，能量采集器的两级振子的振动模式示意图。

图6a和6b显示为能量采集器两种磁铁安装方式的示意图。

图7显示为本发明能量转换与存储单元的示意图。

图8显示为本发明控制电路中基于MCU的间歇检测电路的示意图。

图9显示为本发明那个控制电路中不依赖MCU的实时检测电路的示意图。

图10显示为本发明基于MCU的系统示意图。

图11显示为本发明不依赖MCU的最简系统示意图。

图12显示为本发明电容和射频模块的电压电流时域图。

图13a和13b显示为本发明能量采集器封装的示意图。

元件符号说明

1 能量采集器

11 第一级振子(又称为感应振子)

111 第一磁铁

112 质量块

12 第二级振子(又称为发电振子)

121 第二磁铁

123 压电薄膜

124 下电极

125 上电极

d 第一磁体与第二磁体的间距

2 能量转换与存储电路

21 整流电桥两输入端

22 二极管

23 电容

24 电容两输出端

3 控制电路

31 基于MCU的间歇检测电路

311 MCU

312 MCU 启动电路

313 RF 模块开关

32 不依赖MCU的实时检测电路

321 高阈值检测电路

322 低阈值检测电路

323 RF 模块开关

4 无线发射电路

41 RF模块

42 天线

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图所示。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明摒弃传统实时监控无线节点的电池供能、传感器监控、MCU判断等冗长环节，实现了一种全新的自供电无线振动自主报警微系统。在振动未达到阈值时，系统休眠(即能量采集器不工作或只产生可忽略的电能)，当振动达到或超过阈值时，系统开始工作(即能量采集器工作，产生可观的电能来触发后续电路工作)。

本发明包含能量采集器、能量转换与存储、控制电路和无线发射电路四个单元。其中能量采集器单元为二级振动式能量采集器，不但能为后续单元提供能量，而且具有振动阈值判断的功能。能量转换与存储单元实现整流和电能储存的功能。控制电路利用电压检测，使储能单元间歇性的为无线发射电路供电，起到阈值开关的作用。无线发射电路能发射特定的信号实现自主报警，如地址编码。

本发明能量采集器单元为二级振动悬臂梁结构的能量采集器，利用磁铁的相互作用，实现两级间力的耦合和能量的传递。感应振子(第一级振子)谐振频率较低，可以有效感应外界低频振动激励。当外界振动激励高于预设阈值时，感应振子越过磁排斥力形成的势垒，自由端产生较大的位移，并利用磁力，使发电振子(第二级振子)产生振动。发电振子以较高的谐振频率自由振动，并利用压电材料，使机械能转化为电能。能量采集器的工作阈值可以通过改变两级振子上磁铁的间距来预先设定。利用磁铁的相互作用，不发生碰撞、摩擦、划拨等接触，提高能量采集器的可靠性和耐久性。

本发明能量转换与存储单元包含整流电桥和储能电容。整流电桥为二极管全波整流电桥，对能量采集器输出的交流电进行整流。储能电容实现了滤波和电能的存储。

本发明控制电路单元实现电压检测阈值开关的功能，包含两种电路方案：基于MCU的间歇检测电路和不依赖MCU的实时检测电路。基于MCU的间歇检测电路需要预先给超低功耗MCU编写监控程序，只有在电容电压高于MCU启动电压才开始工作，所以需要附加开启电路保证MCU顺利启动。电路工作后间歇性地检测电容两端的电压，其余时间工作在低功耗模式下，如果电压高于高阈值MCU控制开关开启，电容放电，当电压下降到低阈值MCU控制开关关闭。电容开始充电，进入下一个循环。不依赖MCU的实时检测电路由分压网络和电压检测电路组成，分别实现对高阈值和低阈值的检测。和基于MCU的电路相似，只有电容电压到达高阈值时电路才能开启，电容放电，反之关闭，电容充电。

本发明无线发射电路单元发射包含该系统特有信息的信号，实现自主报警。该单元的电能由电容提供，电路的启动关闭受控制电路控制，发射的信号需要事先设定(例如地址编码和校验码)。信号很简短，可以减少冗余数据的发送，缩短射频电路工作时间，降低整个无源系统的能耗要求。

请参阅附图所示，本发明提供一种自供电无线振动自主报警系统，请参阅图1，显示为该系统框图，至少包括：能同时从环境振动中获取能量和信息的能量采集器1；该能量采集器不但能为后续电路单元提供能量，而且具有振动阈值判断的功能；与所述能量采集器单元1连接用于实现整流和电能储存的功能的能量转换与存储电路2；与所述能量转换与存储电路2连接并具有电压检测阈值开关的功能的控制电路单元3；与所述控制电路3连接用于可发射包含该系统特有报警信息的无线发射电路单元4。

具体的，本发明的能量采集器1的结构示意图，请参阅图2a、2b和图3a和3b，至少包括：

用于感应外界振动的第一级振子11；所述第一级振子11自由端上下表面分别固定长方体磁铁111和长方体质量块112；

用于发电的第二级振子12；所述第二级振子12自由端上表面固定长方体磁铁121；所述第二级振子12固定端上表面依次粘接下电极124、压电薄膜123、上电极125；

第一级振子11和第二级振子12固定端都固定在基座13上；

第一级振子11磁铁111和第二级振子12磁铁121的间距d可调节；

请参阅图4a和4b以及图5，显示为本发明的能量采集器的工作过程。

本发明的能量采集器1在外界振动小于预设阈值时的振动模式，参阅图3a和3b；在外界振动达到或超过预设阈值时的振动模式，参阅图4a和4b。本发明的能量采集器1工作原理为：

外界振动没有达到振动阈值时，第一级振子11振动的能量不足以克服相互作用的磁力势垒，只能在静态平衡位置附近做小幅振动，振动频率为外界振动激励的频率。第二级振子12受到磁力作用，同样产生受迫振动，频率和第一级振子11一样。该频率远小于第二级振子12的谐振频率，所以弹性系数很大的第二级振子12自由端位移很小。压电薄膜上应力也很小，能够用于转化的机械能很少，顾可以认为能量采集器不发电。第一级振子11有两个静态平衡位置，只有外界振动达到或超过预设阈值时，第一级振子11的振动才会经过两个静态平衡位置。由于此时第一级振子11的振幅显著增加，对第二级振子12的磁力作用的最终效果可以等效成周期脉冲激励。第二级振子12在每次脉冲激励后，保持有阻尼的自由振动。阻尼包括机械阻尼、空气阻尼和电阻尼，电阻尼表示机械能向电能的转换。

本发明使用的第一级振子11频率约为50Hz，第二级振子12频率约为300Hz；

本发明第一磁体与第二磁体间距(0.4mm-0.8mm)的增加使得振动阈值单调地减小(4.5g-1g)。

根据磁极朝向不同，磁铁安装有两种不同的方式，请参阅图6a和6b。本发明采用第一种方式。第二种方式同样有上述功能。

本发明采用的压电薄膜材料为PZT。PVDF除了发电效率稍低，同样有上述功能。

本发明的能量转换与存储电路2，请参阅图7，至少包括：

和上电极124、下电极125直接相连的整流电桥两输入端21；

构成全波整流桥的四个整流二极管22；二极管22宜使用高速、低导通压降、低反向漏电流的二极管；本发明使用的二极管是二极管1N4148；

储存能量的电容23；电容23宜使用大容值、低漏电流、低短路电阻的电容；本发明使用的电容是TAJ系列钽电容；本发明使用电容的容值为470μF，除了该阻值电容漏电流相对低、充电效率高，而且充分利用了射频模块工作电压范围宽的特点(1.8V-3.6V)，还减少电容上无法利用能量的比例(电容<1.8V的能量)；

为后续电路提供电能的电容两输出端23；

本发明的控制电路3，有基于MCU的间歇检测电路31和不依赖MCU的实时检测电路32两种电路方案，请分别参阅图8和图9。

基于MCU的间歇检测电路31至少包括：

保证MCU能顺利开启的开关电路；该电路有电压检测的功能；该电路所控制的开关控制MCU的地；该电路中电压检测器的阈值电压高于MCU启动并进入低功耗模式的电压；本发明使用的电压检测器是XE61C系列芯片；

实现电压检测的超低功耗控制器MCU(或专用集成电路ASIP)；MCU间歇性地检测电压，；MCU间歇工作周期可以随程序固定也可以通过检测判断确定；MCU正常工作模式下的功耗尽量小，电流应在mA量级；MCU低功耗模式功耗尽量小，低功耗模式下电流宜小于1μA；本发明使用MCU为MSP430系列单片机；

RF模块开关313；该开关控制RF模块的电源端；

电路中电阻应选较大阻值电阻，宜大于1MΩ；本发明使用的电阻都是2MΩ；

MOS管为增强型场效应晶体管，宜选漏电流小的；本发明使用的MOS管都是SI2302；

不依赖MCU的实时检测电路32至少包括：

由电阻分压网络和MOS管组成的高阈值检测电路321；该电路通过调节电阻分压网络阻值之比确定最高阈值；当输入电压高于高阈值时，该电路MOS管打开；

由MOS管和电压检测器组成低阈值检测电路；电压检测器的阈值就是低阈值；当输入电压低于于低阈值时，该电路MOS管、电压检测器等关闭；

MOS管为增强型场效应晶体管，宜选漏电流小的；本发明使用的NMOS管都是SI2302；本发明使用的PMOS管都是SI2303；

本发明使用的电压检测器是XE61C系列芯片；

RF模块开关323；该开关控制RF模块的电源端；

本发明的无线发射电路4至少包括：

RF模块41；本发明使用CC1110f系列RF模块；

天线42；本发明使用的天线为PCB板级天线；

本发明的能量采集器的整个系统，包括基于MCU的系统和不依赖MCU的最简系统，请分别参阅图10和图11。

本发明的自供电无线振动自主报警微系统正常工作时，储能电容两端和RF模块的电压电流时域图，请参阅图12。

本发明的能量采集器封装的示意图，请参阅图13a和13b。能量采集器封装在壳体13中。壳体13由夹具131通过螺丝132和螺母133栓接紧固而成。

本发明还提供一种实现自主报警的方法，该方法包括以下步骤：

利用驱动阈值发电的能量采集器采集外界激励振动幅度；当外界激励振动幅度低于能量采集器的驱动阈值时，所述能量采集器输出功率在所述能量转换和储存电路中消耗完；当外界激励振动幅度达到或高于能量采集器的驱动阈值时，所述整流电路将所述能量采集器输出的交流电进行整流并向储能元件充电；

所述控制电路用于检测所述储能元件上的电压，当电压达到预设电压阈值时，控制电路对所述无线发射电路上电；

所述无线发射电路上电后，无线发送报警/提示信号；

当所述控制电路检测到所述储能元件上的电压下降到不足以支持所述无线发射电路工作时，中止对所述无线发射电路的供电，直到所述储能元件上的电压再次达到预设电压阈值。

发明的自供电无线振动自主报警微系统具有以下有益效果：(1)能量采集器是磁耦合二级振动悬臂梁结构，具有可设定的振动阈值。第一级感应振子感应外界振动激励并以较低频率振动，第二级发电振子受到感应振子的磁力作用以高频振动并产生电能。(2)系统在外界振动低于阈值时处于休眠状态，只有外界振动到达或超过阈值时，能量采集器才产生足量电能，使系统激活，实现自供能的“事件驱动”传感功能。(3)控制电路起到了电压检测带阈值特性开关的功能。当电容电压到达高阈值时，控制电路导通，电容放电，发射电路发射报警信号。当电容电压下降到低阈值时，控制电路关闭，发射电路关闭。电容开始充电，进入下一个循环。(4)基于MCU的间歇检测电路，利用超低功耗MCU间歇性地检测电压并判断是否启动射频模块。(5)不依赖MCU的实时检测电路通过改变电路元件参数，调节阈值范围，以极低的功耗实现系统的报警。(6)发射电路间歇性地发射自主无线报警信号，该信号很简短，通常只包含该系统特有信息(例如输油管道的地址编码)。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.自供电无线振动自主报警系统，其特征在于：该系统包括至少一个利用驱动阈值发电的能量采集器、与所述能量采集器连接用于整流和存储能量的能量转换与存储电路、与能量转换与存储电路连接用于检测并判断所述能量转换与存储电路中电压是否超过其预设电压阈值的控制电路以及与该控制电路连接的无线发射电路；

所述能量采集器为二级振动式能量采集器，其在为所述能量转换与存储电路、所述控制电路及所述无线发射电路提供能量的同时，还进行振动阈值判断，以实现对外界振动的检测及判断；所述能量转换与存储电路包括整流电路以及存储所述能量采集器输出的储能元件；

所述控制电路为包括MCU的间歇检测电路或者无MCU的实时检测电路；其中，

所述包括MCU的间歇检测电路至少包括：保证MCU顺利开启的开关电路，该电路有电压检测的功能，该电路所控制的开关控制MCU的地，该电路中电压检测器的阈值电压高于MCU启动并进入低功耗模式的电压；实现电压检测的超低功耗控制器MCU或专用集成处理器ASIP，MCU间歇性地检测电压，MCU间歇工作周期随程序固定或通过检测判断确定；RF模块开关，该开关控制RF模块的电源端；其中，所述开关电路包括：电压检测器、第一电阻、第二电阻、第三电阻及第一MOS管，所述电压检测器的正输入端和负输入端分别与所述能量转换与存储电路的两个输出端连接，所述第一电阻的一端与所述电压检测器的正输入端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，同时与所述超低功耗控制器MCU或专用集成处理器ASIP的直流输入端连接，所述第二电阻的另一端与所述第一MOS管的第一连接端连接，所述第三电阻的一端与所述电压检测器的正输入端连接，所述第三电阻的另一端与所述电压检测器的输出端连接，同时与所述第一MOS管的栅极端连接，所述第一MOS管的第一连接端与所述超低功耗控制器MCU或专用集成处理器ASIP的负输入端连接，所述第一MOS管的第二连接端与所述电压检测器的负输入端连接；所述RF模块开关包括第二MOS管，所述第二MOS管的第一连接端与所述超低功耗控制器MCU或专用集成处理器ASIP的正输入端连接，所述第二MOS管的栅极端与所述超低功耗控制器MCU或专用集成处理器ASIP的输出端连接，所述第二MOS管的第二连接端作为输出端；

所述无MCU的实时检测电路至少包括：由电阻分压网络和MOS管组成的高阈值检测电路；该电路通过调节电阻分压网络阻值之比确定最高阈值，当输入电压高于高阈值时，该电路MOS管打开；由MOS管和电压检测器组成低阈值检测电路，电压检测器的阈值就是低阈值，当输入电压低于于低阈值时，该电路MOS管、电压检测器等关闭；RF模块开关，该开关控制RF模块的电源端；其中，所述高阈值检测电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻及第一MOS管，所述第一电阻的一端与所述能量转换与存储电路的第一输出端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，同时与所述第一MOS管的栅极端连接，所述第二电阻的另一端与所述能量转换与存储电路的第二输出端连接，所述第一MOS管的第一连接端与所述第三电阻的一端连接，同时分别与所述低阈值检测电路及RF模块开关连接，所述第一MOS管的第二连接端与所述第二电阻的另一端连接，所述第三电阻的另一端与所述第一电阻的一端连接；所述低阈值检测电路包括：第二MOS管及电压检测器，所述第二MOS管的栅极端与所述高阈值检测电路连接，所述第二MOS管的第一连接端与所述能量转换与存储电路的第一输出端连接，所述第二MOS管的第二连接端与所述电压检测器的正输入端连接，所述电压检测器的负输入端接地，所述电压检测器的输出端与所述RF模块开关连接；所述RF模块开关包括：第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管及第四电阻，所述第三MOS管的第一连接端与所述高阈值检测电路连接，所述第三MOS管的第二连接端与所述能量转换与存储电路的第二输出端连接，所述第三MOS管的栅极端与所述第四MOS管的栅极端连接，同时与所述低阈值检测电路的输出端连接，所述第四MOS管的第一连接端与所述第五MOS管的栅极端连接，同时与所述第四电阻的一端连接，所述第四MOS管的第二连接端与所述第三MOS管的第二连接端连接，所述第五MOS管的第一连接端与所述第四电阻的另一端连接，同时与所述能量转换与存储电路的第一输出端连接，所述第五MOS管的第二连接端作为输出端；

所述无线发射电路用于发射预存的报警/提示信号；

当外界激励振动阈值达到或高于所述驱动阈值以及所述控制电路检测到储能元件上的电压超过所述预设电压阈值时，所述无线发射电路发出预存报警/提示信号。

2.根据权利要求1所述的自供电无线振动自主报警系统，其特征在于：所述能量采集器为排布成阵列的能量采集器。

3.根据权利要求1所述的自供电无线振动自主报警系统，其特征在于：所述储能元件为电容或者储能电池。

4.根据权利要求1所述的自供电无线振动自主报警系统，其特征在于：所述控制电路和无线发射电路包含用于预存报警/提示信号的随机存取存储器RAM。

5.根据权利要求1所述的自供电无线振动自主报警系统，其特征在于：所述能量采集器至少包括：

用于感应外界振动的第一级振子；所述第一级振子自由端上下表面分别固定长方体磁铁和长方体质量块；

用于发电的第二级振子；所述第二级振子自由端上表面固定长方体磁铁；所述第二级振子固定端上表面依次粘接下电极、压电薄膜、上电极；

第一级振子和第二级振子固定端都固定在基座上；

第一级振子磁铁和第二级振子磁铁的间距可调节。

6.一种采用权利要求1-5中任意一项所述的自供电无线振动自主报警系统实现自主报警的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

利用驱动阈值发电的能量采集器采集外界激励振动幅度；当外界激励振动幅度低于能量采集器的驱动阈值时，所述能量采集器输出功率在所述能量转换和储存电路中消耗完；当外界激励振动幅度达到或高于能量采集器的驱动阈值时，所述整流电路将所述能量采集器输出的交流电进行整流并向储能元件充电；

所述控制电路用于检测所述储能元件上的电压，当电压达到预设电压阈值时，控制电路对所述无线发射电路上电；

所述无线发射电路上电后，无线发送报警/提示信号；

当所述控制电路检测到所述储能元件上的电压下降到不足以支持所述无线发射电路工作时，中止对所述无线发射电路的供电，直到所述储能元件上的电压再次达到预设电压阈值。