CN108534886A - 一种振动传感器及智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器技术领域，公开了一种振动传感器及智能控制系统。其中，振动传感器包括：振动检测单元及与振动检测单元连接的信号转换单元；振动检测单元包括第一电阻和滚珠开关，通过滚珠开关感应物体的振动情况，当滚珠开关感应到物体发生振动时振动检测单元输出第一振动信号，当滚珠开关感应到物体未发生振动时振动检测单元输出第二振动信号，通过信号转换单元将第一振动信号和第二振动信号转换为相应的预设电平信号并输出。由于通过由第一电阻和滚珠开关构成的振动检测单元即可实现对物体振动情况的检测，从而简化了振动传感器的电路结构，降低了振动传感器的功耗和成本。

Description

一种振动传感器及智能控制系统

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种振动传感器及智能控制系统。

背景技术

在智能控制系统中，常常需要通过各种传感器来检测环境中的各种突发情况。振动传感器是一种能够对物体的振动或移动情况进行检测的传感器，其被广泛应用于智能控制系统中。现有的振动传感器包括电感式振动传感器、压电式振动传感器等。但这些振动传感器的电路结构都较为复杂，例如，电感式振动传感器是依据电磁感应原理而设计的，其内部的振动检测单元通常包括磁铁、导磁体、运算放大器等，电路结构复杂，功耗较大，成本较高。

发明内容

本发明实施例提供一种振动传感器及智能控制系统，旨在解决现有的振动传感器所存在的电路结构复杂，功耗较大，成本较高的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种振动传感器，包括：振动检测单元以及与所述振动检测单元的输出端连接的信号转换单元；其中：

所述振动检测单元包括依次连接在电源与地之间的第一电阻和滚珠开关，所述第一电阻和所述滚珠开关的共接点为所述振动检测单元的输出端；所述滚珠开关用于感应物体的振动情况，当所述滚珠开关感应到所述物体发生振动时，所述振动检测单元的输出端输出第一振动信号，当所述滚珠开关感应到所述物体未发生振动时，所述振动检测单元的输出端输出第二振动信号；

所述信号转换单元用于将所述第一振动信号和所述第二振动信号转换为相应的预设电平信号并输出。

进一步的，还包括：与所述信号转换单元的输出端连接的滤波单元；所述滤波单元用于对所述预设电平信号中的杂波信号进行滤除。

进一步的，所述信号转换单元具体用于将所述第一振动信号转换为第一预设电平信号，将所述第二振动信号转换为第二预设电平信号；

所述振动传感器还包括：与所述信号转换单元的输出端连接的报警单元；

所述报警单元用于在接收到所述信号转换单元输出的第一预设电平信号时发出报警信号。

进一步的，还包括：与所述信号转换单元的输出端连接的无线通信单元；所述无线通信单元用于在接收到所述信号转换单元输出的第一预设电平信号时向与所述振动传感器通信连接的智能控制装置发送提示信号；所述提示信号用于提示所述物体发生振动。

进一步的，所述信号转换单元的输入端与所述振动检测单元的输出端连接，所述信号转换单元包括：第一开关管、第二电阻、第二电容、第三电阻、第三电容、第四电阻及第二开关管；

所述第一开关管的高电位端、所述第二电阻的第一端及所述第二开关管的高电位端共接作为所述信号转换单元的输出端，所述第一开关管的低电位端接地，所述第一开关管的控制端与所述第二电阻的第二端共接于所述第二电容的第一端，所述第二电容的第二端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第三电容的第二端共接作为所述信号转换单元的输入端，所述第三电容的第一端与所述第四电阻的第一端共接于所述第二开关管的控制端，所述第四电阻的第二端与所述第一开关管的低电位端共接于地。

进一步的，所述滤波单元包括：第五电阻和第一电容；

所述第一电容的第一端接地，所述第五电阻的第一端接所述电源，所述第一电容的第二端与所述第五电阻的第二端共接于所述信号转换单元的输出端。

进一步的，所述第一开关管为PNP型三极管，所述PNP型三极管的发射极、基极及集电极分别为所述第一开关管的高电位端、控制端及低电位端。

进一步的，所述第二开关管为NPN型三极管，所述NPN型三极管的集电极、基极及发射极分别为所述第二开关管的高电位端、控制端及低电位端。

第二方面，本发明实施例提供了一种智能控制系统，包括智能控制装置，所述智能控制系统还包括与所述智能控制装置进行通信连接的振动传感器，所述振动传感器为上述第一方面所述的振动传感器。

本发明实施例提供的振动传感器包括振动检测单元及与振动检测单元连接的信号转换单元；振动检测单元包括第一电阻和滚珠开关，通过滚珠开关感应物体的振动情况，当滚珠开关感应到物体发生振动时振动检测单元输出第一振动信号，当滚珠开关感应到物体未发生振动时振动检测单元输出第二振动信号，通过信号转换单元将第一振动信号和第二振动信号转换为相应的预设电平信号并输出。由于通过由第一电阻和滚珠开关构成的振动检测单元即可实现对物体振动情况的检测，从而简化了振动传感器的电路结构，降低了振动传感器的功耗和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种振动传感器的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的一种振动传感器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种振动传感器的电路原理图；

图4是本发明实施例提供的一种智能控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种振动传感器的结构示意图。如图1所示，一种振动传感器1，包括：振动检测单11以及与振动检测单元11的输出端连接的信号转换单元12；其中：

振动检测单元11包括依次连接在电源VCC与地之间的第一电阻R1和滚珠开关S1，第一电阻R1和滚珠开关S1的共接点为振动检测单元11的输出端；滚珠开关S1用于感应物体的振动情况，当滚珠开关S1感应到物体发生振动时，振动检测单元11的输出端输出第一振动信号，当滚珠开关S1感应到物体未发生振动时，振动检测单元11的输出端输出第二振动信号。

信号转换单元12用于将第一振动信号和第二振动信号转换为相应的预设电平信号并输出。

在实际应用中，电源VCC具体可以为干电池或蓄电池。

在本实施例中，第一振动信号为脉冲信号，第二振动信号为高电平信号或低电平信号。具体的，当待检测的目标物体发生振动时，由于目标物体的振动使得滚珠开关S1处于频繁通断状态，此时振动检测单元11的输出端输出脉冲信号；当目标物体未发生振动时，滚珠开关S1处于常开状态或常闭状态，当滚珠开关S1处于常开状态时，振动检测单元11的输出端输出高电平信号，当滚珠开关S1处于常闭状态时，振动检测单元11的输出端输出低电平信号。

在本实施例中，信号转换单元12具体用于将第一振动信号转换为第一预设电平信号，将第二振动信号转换为第二预设电平信号。其中，第一预设电平信号为低电平信号，第二预设电平信号为高电平信号。当信号转换单元12输出低电平信号时，表示物体发生振动，当信号转换单元12输出高电平信号时，表示物体未发送振动。

请参阅图2，图2是本发明另一实施例提供的一种振动传感器的结构示意图。如图2所示，相对于上一实施例，本实施例中的振动传感器1还包括：与信号转换单元12的输出端连接的滤波单元13；滤波单元13用于对预设电平信号中的杂波信号进行滤除。

作为本发明一实施例，振动传感器1还包括：与信号转换单元12的输出端连接的报警单元15；报警单元15用于在接收到信号转换单元12输出的第一预设电平信号时发出报警信号。

在实际应用中，报警单元15具体可以包括蜂鸣器和/或报警指示灯，以通过蜂鸣器发出声信号和/或通过报警指示灯发出光信号来进行报警。

作为本发明一实施例，振动传感器1还包括：与信号转换单元12的输出端连接的无线通信单元14；无线通信单元14用于在接收到信号转换单元12输出的第一预设电平信号时向与振动传感器1通信连接的智能控制装置2发送提示信号，该提示信号用于提示待检测物体发生振动。

在实际应用中，无线通信单元14可以是基于无线保真(Wireless-Fidelity，WiFi)技术的无线通信单元，也可以是基于紫峰协议(ZigBee)的无线通讯单元，或者还可以是基于Z-wave技术的无线通信单元，具体根据实际需求设置，此处不做限制。

在实际应用中，振动传感器1可以安装于摩托车或汽车上，用于对摩托车或汽车的振动情况进行检测。当摩托车被推动或者由于放鞭炮导致摩托车发生振动时，安装于摩托车上的振动传感器1会检测到该振动情况进而发出报警信号。同时，振动传感器1向与其通信连接的智能控制装置2发送提示信号，用户接收到该提示信号后，可以通过智能控制装置2控制摩托上的振动传感器1停止发出报警信号。

或者，振动传感器1还可以安装于水位检测器中，用于对水位检测器的振动或移动情况进行检测。当水位检测器被人移动或被水流冲走时，安装于水位检测器中的振动传感器1会检测到水位检测器发生移动进而发出报警信号。同时，振动传感器1向与其通信连接的智能控制装置2发送提示信号，用户接收到该提示信号后，便可获知水位检测器被移动或被水流冲走。

请参阅图3，图3是本发明实施例提供的一种振动传感器的电路原理图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。如图3所示，在本实施例中，信号转换单元12的输入端与振动检测单元11的输出端连接，信号转换单元12包括：第一开关管Q1、第二电阻R2、第二电容C2、第三电阻R3、第三电容C3、第四电阻R4及第二开关管Q2。

第一开关管Q1的高电位端、第二电阻R2的第一端及第二开关管Q2的高电位端共接作为信号转换单元12的输出端，第一开关管Q1的低电位端接地，第一开关管Q1的控制端与第二电阻R2的第二端共接于第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端与第三电容C3的第二端共接作为信号转换单元12的输入端，第三电容C3的第一端与第四电阻R4的第一端共接于第二开关管Q2的控制端，第四电阻R4的第二端与第一开关管Q1的低电位端共接于地。

在本实施例中，滤波单元13包括：第五电阻R5和第一电容C1。

第一电容C1的第一端接地，第五电阻R5的第一端接电源VCC，第一电容C1的第二端与第五电阻R5的第二端共接于信号转换单元12的输出端。

在本发明实施例中，第一开关管Q1可以为PNP型三极管，PNP型三极管的发射极、基极及集电极分别为第一开关管Q1的高电位端、控制端及低电位端。第二开关管Q1可以为NPN型三极管，NPN型三极管的集电极、基极及发射极分别为第二开关管Q2的高电位端、控制端及低电位端。

在实际应用中，第一开关管Q1还可以为PMOS管，PMOS管的源极、栅极及漏极分别为第一开关管Q1的高电位端、控制端及低电位端。第二开关管Q2还可以为NMOS管，NMOS管的漏极、栅极及源极分别为为第二开关管Q2的高电位端、控制端及低电位端。当然，第一开关管Q1和第二开关管Q2还可以为其他类型的开关管，此处不做限制。

以下结合具体工作原理对本发明实施例提供的振动传感器进行详细说明，具体如下：

如图3所示，当滚珠开关S1断开时，第一电阻R1的第二端(即振动检测单元11的输出端)为高电平，即此时电源VCC通过第一电阻R1向第三电容C3充电，第二开关管Q2导通，第二开关管Q2的高电位端(即信号转换单元12的输出端)为低电平，当第三电容C3充满电时，第二开关管Q2由导通状态变为截止状态，即第二开关管Q2的高电位端由低电平转为高电平。

当滚珠开关S2闭合时，第一电阻R1的第二端为低电平，此时第三电阻R3向第二电容C2充电，第一开关管Q1导通，第一开关管Q1的高电位端(即信号转换单元12的输出端)为低电平，当第二电容C2充满电时，第一开关管Q1由导通状态变为截止状态，即第一开关管Q1的高电位端由低电平转为高电平。

在实际应用时，可以将振动传感器1安装于待测物体上，当待测物体发生振动或被移动时，滚珠开关S1会处于频繁通断状态，即滚珠开关S1会不停地导通和关断，振动检测单元11的输出端会输出高低交替的脉冲信号(即交流信号)，由于高低脉冲信号的交替周期通常短于第二电容C2和第三电容C3的充电时间，因此，第二电容C2和第三电容C3会被交替充电，这样，第一开关管Q1和第二开关管Q2会交替导通，即无论振动检测单元11输出高脉冲信号还是低脉冲信号，信号转换单元12均会输出低电平信号。当无线通信单元14检测到信号转换单元12输出低电平时即表示待测物体发生振动。

当待测物体未发生振动或未被移动时，滚珠开关S1处于常开状态或常闭状态。当滚珠开关S1处于常开状态时，第三电容C3充满电后，第一开关管Q1和第二开关管Q2则均处于截止状态；当滚珠开关S1处于常闭状态时，第二电容C2充满电后，第一开关管Q1和第二开关管Q2则均处于截止状态；此时，电源VCC通过第五电阻R5对第一电容C1进行充电，第一电容C1的第一端(即信号转换单元12的输出端)为高电平。当无线通信单元14检测到信号转换单元12输出高电平时即表示待测物体未发生振动。

在图3所示的电路中，第四电阻R4为第二开关管Q2的负偏置电阻，当滚珠开关S1闭合时，第四电阻R4、第三电容C3及滚珠开关S1组成放电回路，对第三电容C3进行放电，以为下次高电平触发做准备。第二电阻R2为第一开关管Q1的正偏置电阻，当滚珠开关S1断开时，第一电阻R1、第三电阻R3、第二电容C2、第二电阻R2及第五电阻R5组成放电回路，对第二电容C2进行放电，为下次低电平触发做准备。

当滚珠开关S1振动太快时，信号转换单元12输出的电平信号中会携带杂波信号，第五电阻R5和第一电容C1构成积分滤波器，用于对信号转换单元12输出的电平信号中的杂波信号进行滤除。

本发明实施例提供的振动传感器不会对滚珠开关S1的当前开关状态进行记录，即不受滚珠开关S1的当前开关状态的影响，只记录由于振动而产生的脉冲信号，并将该脉冲信号转换为可被单片机等识别的低电平信号，从而使得振动传感器能够稳定可靠的工作，而不受滚珠开关S1的当前开关状态的影响。

以上可以看出，本实施例提供的一种振动传感器包括振动检测单元及与振动检测单元连接的信号转换单元；振动检测单元包括第一电阻和滚珠开关，通过滚珠开关感应物体的振动情况，当滚珠开关感应到物体发生振动时振动检测单元输出第一振动信号，当滚珠开关感应到物体未发生振动时振动检测单元输出第二振动信号，通过信号转换单元将第一振动信号和第二振动信号转换为相应的预设电平信号并输出。由于通过由第一电阻和滚珠开关构成的振动检测单元即可实现对物体振动情况的检测，通过开关管即可完成对信号的转换，整体电路结构简单，从而简化了振动传感器的电路结构，降低了振动传感器的功耗和成本，这样，当振动传感器采用电池供电时，能够延长电池的使用时间，即延长整个传感器的待机时间。

需要说明的是，本发明实施例提供的振动传感器主要适用于采用电池供电的低成本低功耗的振动检测应用中。

本发明实施例还提供一种智能控制系统，请参阅图4，图4是本发明实施例提供的一种智能控制系统的结构示意图。如图4所示，一种智能控制系统100，包括智能控制装2，还包括与智能控制装置2进行通信连接的振动传感器1。其中，振动传感器1为上述实施例中的振动传感器1。

需要说明的是，由于此处的振动传感器1在上述实施例中已经详细说明，因此，此处不再对其结构及工作原理进行详述。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种振动传感器，其特征在于，包括：振动检测单元以及与所述振动检测单元的输出端连接的信号转换单元；其中：

所述振动检测单元包括依次连接在电源与地之间的第一电阻和滚珠开关，所述第一电阻和所述滚珠开关的共接点为所述振动检测单元的输出端；所述滚珠开关用于感应物体的振动情况，当所述滚珠开关感应到所述物体发生振动时，所述振动检测单元的输出端输出第一振动信号，当所述滚珠开关感应到所述物体未发生振动时，所述振动检测单元的输出端输出第二振动信号；

所述信号转换单元用于将所述第一振动信号和所述第二振动信号转换为相应的预设电平信号并输出。

2.根据权利要求1所述的振动传感器，其特征在于，还包括：与所述信号转换单元的输出端连接的滤波单元；所述滤波单元用于对所述预设电平信号中的杂波信号进行滤除。

3.根据权利要求1或2所述的振动传感器，其特征在于，所述信号转换单元具体用于将所述第一振动信号转换为第一预设电平信号，将所述第二振动信号转换为第二预设电平信号；

所述振动传感器还包括：与所述信号转换单元的输出端连接的报警单元；

所述报警单元用于在接收到所述信号转换单元输出的第一预设电平信号时发出报警信号。

4.根据权利要求3所述的振动传感器，其特征在于，还包括：与所述信号转换单元的输出端连接的无线通信单元；所述无线通信单元用于在接收到所述信号转换单元输出的第一预设电平信号时向与所述振动传感器通信连接的智能控制装置发送提示信号；所述提示信号用于提示所述物体发生振动。

5.根据权利要求1所述的振动传感器，其特征在于，所述信号转换单元的输入端与所述振动检测单元的输出端连接，所述信号转换单元包括：第一开关管、第二电阻、第二电容、第三电阻、第三电容、第四电阻及第二开关管；

所述第一开关管的高电位端、所述第二电阻的第一端及所述第二开关管的高电位端共接作为所述信号转换单元的输出端，所述第一开关管的低电位端接地，所述第一开关管的控制端与所述第二电阻的第二端共接于所述第二电容的第一端，所述第二电容的第二端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第三电容的第二端共接作为所述信号转换单元的输入端，所述第三电容的第一端与所述第四电阻的第一端共接于所述第二开关管的控制端，所述第四电阻的第二端与所述第一开关管的低电位端共接于地。

6.根据权利要求2所述的振动传感器，其特征在于，所述滤波单元包括：第五电阻和第一电容；

所述第一电容的第一端接地，所述第五电阻的第一端接所述电源，所述第一电容的第二端与所述第五电阻的第二端共接于所述信号转换单元的输出端。

7.根据权利要求5所述的振动传感器，其特征在于，所述第一开关管为PNP型三极管，所述PNP型三极管的发射极、基极及集电极分别为所述第一开关管的高电位端、控制端及低电位端。

8.根据权利要求5所述的振动传感器，其特征在于，所述第二开关管为NPN型三极管，所述NPN型三极管的集电极、基极及发射极分别为所述第二开关管的高电位端、控制端及低电位端。

9.一种智能控制系统，包括智能控制装置，其特征在于，所述智能控制系统还包括与所述智能控制装置进行通信连接的振动传感器，所述振动传感器为如权利要求1至8任一项所述的振动传感器。