CN108512290A - 一体化装置、传感器监测系统以及车辆 - Google Patents

一体化装置、传感器监测系统以及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及传感技术领域，具体而言，涉及一种一体化装置、传感器监测系统以及车辆。该装置包括：储能模块、第一能量收集模块、第二能量收集模块、无线传输模块以及传感器。第一能量收集模块电连接于储能模块。第二能量收集模块电连接于储能模块。无线传输模块电连接于储能模块。传感器电连接于无线传输模块。通过在该一体化装置内设置第一能量收集模块和第二能量收集模块能够将这两种能量收集模式复合起来，从而提高能量密度，进而能够使得储能模块存储更多的能量，进而为后续能量的利用提供有利的保障。通过无线传输模块能够将储能模块存储的能量传输至传感器，进而实现了不需要额外供电，将环境中能量储存，用于传感器的供电。

Description

一体化装置、传感器监测系统以及车辆
技术领域
本发明涉及传感技术领域，具体而言，涉及一种一体化装置、传感器监测系统以及车辆。
背景技术
传感技术，获取信息靠各类传感器，它们有各种物理量、化学量或生物量的传感器。按照信息论的凸性定理，传感器的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的信息量和信息质量，是高品质传感技术系统的构造第一个关键。信息处理包括信号的预处理、后置处理、特征提取与选择等。识别的主要任务是对经过处理信息进行辨识与分类。它利用被识别(或诊断)对象与特征信息间的关联关系模型对输入的特征信息集进行辨识、比较、分类和判断。因此，传感技术是遵循信息论和系统论的。它包含了众多的高新技术、被众多的产业广泛采用。它也是现代科学技术发展的基础条件，应该受到足够地重视。
现有传感技术中，当能量收集过后无法有效地为后端传感器供电，需要依靠有线方式对其进行供电，传感器需要额外电源供电，传感器的信号需要通过有线传输；有线供电、传输会导致布线复杂。额外电源供电需要定期更换电源，在特定场景下耗费人力物力。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种一体化装置，传感器不需要额外电源供电。
本发明的第二目的在于提供一种传感器监测系统，该传感器监测系统，不需要额外供电，能够将环境中能量储存，用于传感器的供电。
本发明的第三目的在于提供一种车辆，该车辆布线简单，不需要定期更换电源。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
一种一体化装置，包括：储能模块；第一能量收集模块；第一能量收集模块电连接于储能模块；第二能量收集模块；第二能量收集模块电连接于储能模块；无线传输模块；无线传输模块电连接于储能模块；以及传感器，传感器电连接于无线传输模块。
在本发明较佳的实施例中，第一能量收集模块为压电能量收集模块；压电能量收集模块电连接于储能模块；第二能量收集模块为电磁能量收集模块；电磁能量收集模块电连接于储能模块。
在本发明较佳的实施例中，一体化装置还包括电源管理芯片；压电能量收集模块和电磁能量收集模块均电连接于电源管理芯片。
在本发明较佳的实施例中，压电能量收集模块包括压电片。
在本发明较佳的实施例中，电磁能量收集模块包括永磁体和线圈；永磁体设置在压电片的一端，压电片与永磁体形成悬臂梁结构。
在本发明较佳的实施例中，储能模块为电容器。
在本发明较佳的实施例中，无线传输模块为CC2530。
一种传感器监测系统，该传感器检测系统包括如上述的一体化装置；以及接收装置；接收装置通信连接于传感器。
在本发明较佳的实施例中，接收装置包括无线接收模块和监测装置；无线接收模块电连接于监测装置。
一种车辆，包括上述的传感器监测系统。
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种一体化装置，包括：储能模块、第一能量收集模块、第二能量收集模块、无线传输模块以及传感器。其中，第一能量收集模块电连接于储能模块。第二能量收集模块电连接于储能模块。无线传输模块电连接于储能模块。传感器电连接于无线传输模块。通过在该一体化装置内设置第一能量收集模块和第二能量收集模块能够将这两种能量收集模式复合起来，从而提高能量密度，进而能够使得储能模块存储更多的能量，进而为后续能量的利用提供有利的保障。通过无线传输模块能够将储能模块存储的能量传输至传感器，进而实现了不需要额外供电，将环境中能量储存，用于传感器的供电。
本发明提供的一种传感器监测系统，该传感器检测系统包括如上述的一体化装置；以及接收装置；接收装置通信连接于传感器。该传感器监测系统通过上述的一体化装置中的传感器对环境中的信息进行监测后，将信息发送出去，进而通过接收装置接收到到环境信息，从而实现对环境的监测。该装置一体化程度高，信息传递准确无误，不需要额外供电，不需要复杂布线，因此能够适用于各种场景，应用范围极广。
本发明提供的一种车辆，该车辆包括上述的传感器监测系统。通过在这种车辆上安装上述的传感器监测系统，，避免了复杂布线和定期电源更换，具有很广泛的适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的一体化装置的工作流程图；
图2为本发明第一实施例提供的一体化装置，在20Hz振动条件下，为1mF的电容进行充电时，电容两端的电压变化情况图；
图3为图2中Ⅲ处的放大图；
图4为本发明第二实施例提供的传感器监测系统的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一实施例
请参照图1-图3，本实施例提供一种一体化装置，其包括储能模块、第一能量收集模块、第二能量收集模块、无线传输模块以及传感器。
第一能量收集模块和第二能量收集模块分别电连接于储能模块。储能模块电连接于无线传输模块，传感器电连接于无线传输模块。进一步地，无线传输模块不仅能够为传感器提供电源，而且能够将传感器检测到的信息发射出去。
通过在该一体化装置内设置第一能量收集模块和第二能量收集模块能够将这两种能量收集模式复合起来，从而提高能量密度，进而能够使得储能模块存储更多的能量，进而为后续能量的利用提供有利的保障。通过无线传输模块能够将储能模块存储的能量传输至传感器，进而实现了不需要额外供电，将环境中能量储存，用于传感器的供电。
进一步地，上述的第一能量收集模块为压电能量收集模块；压电能量收集模块电连接于储能模块。
上述的第二能量收集模块为电磁能量收集模块；电磁能量收集模块电连接于储能模块。
具体地，上述的压电能量收集模块包括压电片。
上述的电磁能量收集模块包括永磁体和线圈；永磁体设置在压电片的一端，压电片与永磁体形成悬臂梁结构。
进一步地，在本实施例中，压电片选择压电陶瓷制成的压电片。
压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应，压电陶瓷除具有压电性外，还具有介电性、弹性等。已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，具有敏感的特性，压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等，除了用于高科技领域，它更多的是在日常生活中为人们服务，为人们创造更美好的生活而努力。
进一步可选地，上述的压电陶瓷制成的压电片选择锆钛酸铅压电陶瓷，即PZT压电片。
通过在上述的压电能量收集模块中设置PZT压电片，当该一体化装置的使用环境中，存在振动时，即能够将机械能转换为电能，从而产生第一电流。
进一步地，将压电能量收集模块的PZT压电片制作成悬臂梁结构，与电磁能量收集模块中的永磁体相互配合。即，将永磁铁作为悬臂梁的重物块，同时与铜线圈一起工作作为电磁能量收集模块。从而电磁能量收集模块中能够因为电磁感应原理产生第二电流。
进一步地，前述压电能量收集模块中产生的第一电流和电磁能量收集模块中产生的第二电流，能够相互叠加，从而增大了整个一体化装置内的电流密度。进而为后续为整个一体化装置体系内提供充足的电能。该一体化装置巧妙利用永磁铁，实现了压电能量收集模块和电磁能量收集模块两种能量收集方式，有效实现了提高能量密度。
进一步地，整个一体化装置还包括电源管理芯片。
具体地上述的电源管理芯片电连接于电磁能量收集模块和压电能量收集模块。
通过设置电源管理芯片能够有效地对前述电磁能量收集模块和压电能量收集模块产生的第一电流和第二电流进行充电管理，从而有效地控制输出电压，为后续对电容的充放电提供了有效地可控性。
进一步地，在本实施例中，上述的电源管理芯片选择Linear Technology公司具有开关功能的LTC3588-1芯片作为电源管理芯片。
利用芯片作为充电管理，可以控制输出电压，更有效地提高电容的充电效率，延长电容的使用寿命，同时也为后端的发射模块进行了有效保护。
进一步地，该一体化装置储能模块为电容器。
通过选择电容器作为储能模块，对于电压的输出的控制更加地简单，整个一体化装置的适用性更强。
在本发明其他可选的实施例中，也可以选择本领域其他可适用的能量存储装置。
进一步地，整个一体化装置还包括无线传输模块。
具体地，上述的无线传输模块电连接于电磁能量收集模块和压电能量收集模块。
通过设置无线传输模块，使得该一体化装置的能量收集、储存、无线传感一体集成，避免复杂布线和电源更替。
进一步地，在本实施例中，无线传输模块为CC2530。
进一步可选地，上述的无线传输模块选择网蜂CC2530ZigBee。
通过选用网蜂CC2530ZigBee，可以更换成其他低耗无线发射模块，来配合各种传感器的使用。
进一步地，该一体化装置中，传感器类型可以根据实际需求进行更换，具有广泛的适用性。
进一步地，在本实施例的一个应用中，上述的传感器选择温湿度无线传感器。
将该温湿度无线传感器连接于网蜂CC2530ZigBee，网蜂CC2530ZigBee连接于电容器，电容器连接于LTC3588-1芯片，压电能量收集模块和电磁能量收集模块分别连接于LTC3588-1芯片。然后将连接好的整个装置放置在振动环境下，对电容进行充电。
具体地，请参照图2和图3，在20Hz振动条件下，为1mF的电容进行充电，电容两端连接有一个温湿度无线传感器。图2表示的是在20Hz振动条件下，发电模块通过电源管理模块为1mF的电容进行充电，电容两端的电压变化图。当电压接近3.5V时，传感器开始周期性工作，消耗电能，致使电压曲线开始周期性变化。图3是图2中III部分的放大图，详细描述了充电和耗电过程中的电压曲线变化。其中深色部分为传感器工作一次的电压变化，即一个周期的电压变化。
根据图2和图3可以得出，该一体化装置能够通过无线传输模块能够将储能模块存储的能量传输至传感器，进而实现了不需要额外供电，将环境中能量储存，用于传感器的供电。
第二实施例
请参照图4，本实施例提供一种传感器监测系统，该传感器检测系统包括第一实施例提供的一体化装置以及接收装置。
其中，接收装置通信连接于传感器。
进一步地，接收装置包括无线接收模块和监测装置；无线接收模块电连接于监测装置。
具体地，在本实施例中，上述的监测装置选择PC端或移动端的监测装置。
需要说明的是，在PC端或移动端的监测装置安装相匹配的无线接收模块，来接收传感器所测得的信息。
该传感器监测系统能够应用于各种具有振动的场景，如列车、汽车上等，避免了复杂布线和定期电源更换，具有很广泛的适用性。
需要说明的是，上述的传感器监测系统还可以应用于其他各种环境中，不限于车辆。
第三实施例
本实施例提供一种车辆，该车辆包括第二实施例提供的传感器监测系统。
在该车辆中安装第二实施例提供的传感器监测系统，避免了复杂布线和定期电源更换，具有很广泛的适用性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种一体化装置，其特征在于，包括：
储能模块；
第一能量收集模块；所述第一能量收集模块电连接于所述储能模块；
第二能量收集模块；所述第二能量收集模块电连接于所述储能模块；
无线传输模块；所述无线传输模块电连接于所述储能模块；以及
传感器，所述传感器电连接于所述无线传输模块。
2.如权利要求1所述的一体化装置，其特征在于，包括：
所述第一能量收集模块为压电能量收集模块；所述压电能量收集模块电连接于所述储能模块；
所述第二能量收集模块为电磁能量收集模块；所述电磁能量收集模块电连接于所述储能模块。
3.如权利要求2所述的一体化装置，其特征在于，
所述一体化装置还包括电源管理芯片；
所述压电能量收集模块和所述电磁能量收集模块均电连接于所述电源管理芯片。
4.如权利要求2所述的一体化装置，其特征在于，
所述压电能量收集模块包括压电片。
5.如权利要求4所述的一体化装置，其特征在于，
所述电磁能量收集模块包括永磁体和线圈；所述永磁体设置在所述压电片的一端，所述压电片与所述永磁体形成悬臂梁结构。
6.如权利要求1所述的一体化装置，其特征在于，
所述储能模块为电容器。
7.如权利要求1所述的一体化装置，其特征在于，
所述无线传输模块为CC2530。
8.一种传感器监测系统，其特征在于，
所述传感器检测系统包括如权利要求1-7任一项所述的一体化装置；以及
接收装置；所述接收装置通信连接于所述传感器。
9.如权利要求8所述的传感器监测系统，其特征在于，
所述接收装置包括无线接收模块和监测装置；所述无线接收模块电连接于所述监测装置。
10.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求8所述的传感器监测系统。
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