CN110672141A

CN110672141A - 自供电传感器的检测方法及其检测系统

Info

Publication number: CN110672141A
Application number: CN201810719043.3A
Authority: CN
Inventors: 林剑; 何超; 杜博宇; 顾唯兵; 马昌期
Original assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2020-01-10
Anticipated expiration: 2038-07-03
Also published as: CN110672141B

Abstract

本发明公开了一种自供电传感器的检测方法，所述检测方法包括：微处理器的通用输入输出端口接收信号；其中，所述通用输入输出端口与所述自供电传感器的信号输出端直接连接；所述微处理器根据其接收的信号确定是否被触发中断；若是，则所述微处理器确定其接收的信号是所述信号输出端输出的信号。本发明还公开了一种自供电传感器的检测系统。本发明利用微处理器的中断检测自供电传感器的微弱电信号，在不需要昂贵的专业检测设备或者外接信号放大等各种电路的情况下实现对自供电传感器的检测信号进行检测，有效简化自供电传感器的检测电路，提高自供电传感器的实用性。

Description

自供电传感器的检测方法及其检测系统

技术领域

本发明涉及传感器信号检测领域，具体地，涉及一种自供电传感器的检测方法及其检测系统。

背景技术

与电容式、压阻式等工作原理的传感器相比，压电、摩擦电等方法理论上有望成为不需要自带电源的新型自供电(self-powered)传感器，但事实上目前很难做到。关键原因在于其产生的信号虽然具有较好的电压数值，但实际电荷数量很小，因此电流几乎可以忽略不计，实际使用中需要专业的示波器等设备，并配以专门的测试软件。另外若利用单片机等微处理器对自供电传感器的信号进行检测，由于自供电传感器输出的检测信号电流微弱，将检测信号处理转换成单片机可以识别的信号的过程也需要外接信号放大等各种需要外接电源的电路，这与自供电传感器的设计初衷相悖。

因此，在自供电传感器工作时，如何在不需要昂贵的专业检测设备或者外接信号放大等各种电路的情况下对自供电传感器输出的信号进行检测是业内需要解决的问题。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种自供电传感器的检测方法及其检测系统。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

根据本发明的一方面，提供了一种自供电传感器的检测方法，所述检测方法包括：

微处理器的通用输入输出端口接收信号；其中，所述通用输入输出端口与所述自供电传感器的信号输出端直接连接；

所述微处理器根据其接收的信号确定是否被触发中断；

若是，则所述微处理器确定其接收的信号是所述信号输出端输出的信号。

进一步地，所述信号输出端输出的信号为模拟脉冲信号。

进一步地，所述微处理器根据其接收的信号确定是否被触发中断的方法包括：

所述微处理器检测其接收的信号在预定检测时间段内是否存在至少两次上升沿或者至少两次下降沿；

若是，则所述微处理器根据其接收的信号被触发中断。

进一步地，所述微处理器检测其接收的信号在预定检测时间段内是否存在至少两次上升沿或者至少两次下降沿的方法包括：

所述微处理器检测其接收的信号在第一检测时间是否存在至少一次上升沿或者至少一次下降沿；

若是，则所述微处理器检测其接收的信号在第二检测时间是否存在至少一次上升沿或者至少一次下降沿，所述第二检测时间晚于所述第一检测时间，所述第二检测时间与所述第一检测时间的时间差为所述预定检测时间段。

根据本发明的另一方面，还提供了一种自供电传感器的检测系统，包括：微处理器和自供电传感器，所述微处理器的通用输入输出端口与所述自供电传感器的信号输出端直接连接；

其中，所述微处理器用于通过其通用输入输出端口接收信号；所述微处理器还用于根据其接收的信号确定是否被触发中断，若是，则所述微处理器还用于确定其接收的信号是所述信号输出端输出的信号。

进一步地，所述信号输出端输出的信号为模拟脉冲信号。

进一步地，所述通用输入输出端口的数量为N个，所述N个通用输入输出端口至多连接2^N-1个自供电传感器。

进一步地，每个自供电传感器包括至少一个层结构，每个层结构连接一个通用输入输出端口，以向所述通用输入输出端口输出信号，每个自供电传感器的各个层结构连接的通用输入输出端口各不相同。

进一步地，所述微处理器进一步用于检测其接收的信号在预定检测时间段内是否存在至少两次上升沿或者至少两次下降沿，若是，则所述微处理器进一步用于根据其接收的信号被触发中断。

进一步地，所述微处理器进一步用于检测其接收的信号在第一检测时间是否存在至少一次上升沿或者至少一次下降沿；若是，则所述微处理器进一步用于检测其接收的信号在第二检测时间是否存在至少一次上升沿或者至少一次下降沿，所述第二检测时间晚于所述第一检测时间，所述第二检测时间与所述第一检测时间的时间差为所述预定检测时间段。

本发明的有益效果：本发明利用微处理器的中断检测自供电传感器的微弱电信号，在不需要昂贵的专业检测设备或者外接信号放大等各种电路的情况下实现对自供电传感器输出的信号进行检测，有效简化自供电传感器的检测电路，提高自供电传感器的实用性。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的实施例一的自供电传感器的检测方法的流程图；

图2是根据本发明的实施例二的自供电传感器的检测系统的一种实施方式的结构示意图；

图3是根据本发明的实施例二的自供电传感器的检测系统的另一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。

实施例一

图1是根据本发明的实施例一的自供电传感器的检测方法的流程图。

参照图1，本发明的第一实施例提出了一种检测自供电传感器20是否输出信号的方法。具体地，所述方法包括步骤：

S100、微处理器10的通用输入输出端口11接收信号；其中，所述通用输入输出端口11与所述自供电传感器20的信号输出端直接连接；

S200、所述微处理器10根据其接收的信号确定是否被触发中断；

S300、若是，则所述微处理器10确定其接收的信号是所述信号输出端输出的信号。

由背景技术可知，自供电传感器20指的是不需要外界提供能源即可实现自供电的新型传感器。但是自供电传感器20的输出信号由于电流较微弱，在实际应用中，无法被微处理器10直接读取，需要通过转换电路等对自供电传感器20输出的信号进行处理，才可以读取自供电传感器20的输出信号，这与自供电传感器的设计初衷相悖。

作为本发明的一种实施方式，自供电传感器20输出的信号为模拟脉冲信号。即使自供电传感器20输出的信号较微弱，微处理器10也可以检测到输出的信号中的上升沿或者下降沿。利用这一特点，本发明的实施例的步骤S100将微处理器10的通用输入输出端口11直接与自供电传感器20的信号输出端连接，从而接收与自供电传感器20的输出端连接的通用输入输出端口11所接收的信号。通过对其接收的信号进行检测，再进一步判断所接收的信号是否是由自供电传感器20的信号输出端输出的信号。

作为本发明的一种实施方式，可采用导线连接微处理器10的通用输入输出端口11与自供电传感器20的信号输出端。导线可以是银、铜、铝或铁等传统导线，也可以是减材制造法制备的蚀刻铜箔、铝箔形成的线路，又或者是增材制造法的印刷金、银、铜、镍、碳材料或导电聚合物等形成的线路。此外，导线与微处理器10的通用输入输出端口11的连接方式可以是焊接、异方性导电胶，本发明对此不作限制。

步骤S100中，获得了与自供电传感器20的信号输出端连接的通用输入输出端口11所接收的信号，由于自供电传感器20的信号输出端输出的信号为模拟脉冲信号，即自供电传感器20的信号输出端输出的信号为模拟信号且为脉冲信号，模拟脉冲信号中存在上升沿和下降沿，通过设置中断的触发方式，检测所接收的信号是否触发中断，从而判断所接收的信号是否为自供电传感器20输出的信号。

通常微处理器10的外部中断触发方式包括：下降沿和低电平触发、仅上升沿触发、仅下降沿触发等。由于自供电传感器20输出的信号为脉冲信号，电压信号不停上下波动，所以无法通过电平触发方式进行检测。因此，在本实施例中可以通过采用仅上升沿触发方式或仅下降沿触发方式进行检测。

由于环境中存在的扰动会影响待测信号的判断，因此，作为本发明的一种实施方式，步骤S200具体包括：

微处理器10检测其接收的信号在预定检测时间段内是否存在至少两次上升沿或者至少两次下降沿；若是，则微处理器10根据其接收的信号被触发中断。

具体地，作为本发明的一种实施方式，微处理器10检测其接收的信号在第一检测时间是否存在至少一次上升沿或者至少一次下降沿；若是，则微处理器10检测其接收的信号在第二检测时间是否存在至少一次上升沿或者至少一次下降沿。其中，第二检测时间晚于第一检测时间，第二检测时间与第一检测时间的时间差为预定检测时间段。在微处理器10中，在第一检测时间检测到至少一次上升沿或至少一次下降沿时，可以通过设置延迟程序，延迟时间的大小等于预定检测时间段的大小，延迟一段时间后，再检测所接收的信号是否存在至少一次上升沿或者至少一次下降沿，若是，则微处理器10被触发中断。延迟程序的延迟时间可以根据实际需要进行调整，通过调整延迟时间可以实现不同信号的解读。

若微处理器10根据其接收的信号被触发中断，则微处理器10确定其接收的信号是自供电传感器20信号输出端输出的信号。

作为本发明的一种实施方式，微处理器10为单片机，当然本发明并不限制于此，作为本发明的实施方式，微处理器10还可以采用其它可以对自供电传感器20输出的信号进行检测的微处理器。

本发明利用微处理器的中断检测自供电传感器的微弱电信号，在不需要昂贵的专业检测设备或者外接信号放大等各种电路的情况下实现对自供电传感器的检测信号进行检测，有效简化自供电传感器的检测电路，提高自供电传感器的实用性。

实施例二

本发明的第二实施例提出了一种自供电传感器的检测系统。所述系统包括：微处理器10及自供电传感器20。其中，微处理器10的通用输入输出端口11与自供电传感器20的信号输出端直接连接。

具体地，微处理器10的通用输入输出端口11直接与自供电传感器20的信号输出端连接，从而接收与自供电传感器20的输出端连接的通用输入输出端口11所接收的信号。通过对其接收的信号进行检测，再进一步判断所接收的信号是否是由自供电传感器20的信号输出端输出的信号。

若微处理器10根据其接收的信号被触发中断，则微处理器10确定其接收的信号是信号输出端输出的信号。

图2是根据本发明的实施例二的自供电传感器的检测系统的一种实施方式的结构示意图。

如图2所示，作为本发明的一种实施方式，本发明的实施例二的检测系统可以仅包括一个自供电传感器20，自供电传感器20的信号输出端与微处理器10的其中一个通用输入输出端口11连接。

在实际使用中，微处理器10的通用输入输出端口11资源有限，当系统中存在多个自供电传感器20需要检测时，微处理器10需要检测较多的输入信号，如果采用传统的连接方式，微处理器10的通用输入输出端口11往往无法满足需求。现有技术中，为了提高微处理器10通用输入输出端口11资源的利用效率，通常采用与矩阵键盘类似的原理，以达到少数通用输入输出端口11控制更多种输入状态的目的。但是矩阵键盘所能扩展的输入状态还是十分有限，例如4X4的矩阵键盘需要8个通用输入输出端口11，也仅能达到控制16种输入状态。

由于自供电传感器20可以通过增材制造的方式进行制造，通过增材制造的方式自供电传感器20的结构可制造成包括至少一个层结构。每个层结构都可以输出一个信号，将每个层结构连接一个通用输入输出端口11，可向通用输入输出端口11输出信号，每个自供电传感器20的各个层结构连接的通用输入输出端口11各不相同，按压自供电传感器20时，自供电传感器20的各个层结构同时输出互不影响的信号。作为本发明的一种实施方式，利用自供电传感器20制造方式及各个层结构同时输出互不影响的信号的独特性，提出了一种可提高微处理器10通用输入输出端口11资源利用效率的连接方式。在微处理器10包括N个通用输入输出端口11时，微处理器10可以同时连接最多2^N-1个自供电传感器20，下面将进行具体阐述。

参照图3所示，根据本发明的另一种实施方式，微处理器10包括4个通用输入输出端口11，即微处理器10包括4个通用输入输出端口11，包括第一通用输入输出端口11a、第二通用输入输出端口11b、第三通用输入输出端口11c及第四通用输入输出端口11d。则此时，微处理器10可以同时连接最多15个自供电传感器20。

假设微处理器10同时连接15个自供电传感器20，则15个自供电传感器20中有4个仅具有一个层结构的自供电传感器20，即当自供电传感器20检测到感应信号，如受到按压时，每个自供电传感器20输出一个信号。每个自供电传感器20的信号输出端分别与一个通用输入输出端口10连接，即第一自供电传感器20a与第一通用输入输出端口11a连接、第二自供电传感器与第二通用输入输出端口11b连接、第三自供电传感器与第三通用输入输出端口11c连接以及第四自供电传感器与第四通用输入输出端口11d连接。当第一通用输入输出端口11a检测到输出信号同时第二通用输入输出端口11b、第三通用输入输出端口11c、第四通用输入输出端口11d没有检测到输出信号，则此时微处理器10检测到的输出信号来自第一自供电传感器20a。

具体地，15个自供电传感器20中还包括6个具有两个层结构的自供电传感器，即当自供电传感器20检测到感应信号，如受到按压时，每个自供电传感器20的每个层结构输出一个信号，即每个自供电传感器输出两个互不干扰的信号。每个自供电传感器的每个层结构的输出端分别与一个通用输入输出端口10连接，即第五自供电传感器20b与第一通用输入输出端口11a连接、第二通用输入输出端口11b连接，当第一通用输入输出端口11a检测到输出信号同时第二通用输入输出端口11b检测到输出信号，同时第三通用输入输出端口11c、第四通用输入输出端口11d没有检测到输出信号，则此时微处理器20检测到的输出信号来自第五自供电传感器20b。第六自供电传感器、第七自供电传感器、第八自供电传感器、第九自供电传感器、第十自供电传感器以此类推。

具体地，15个自供电传感器11中还包括4个具有三个层结构的自供电传感器，即当自供电传感器20检测到感应信号，如受到按压时，每个自供电传感器20的每个层结构输出一个信号，即每个自供电传感20器输出三个互不干扰的信号。每个自供电传感器20的每个层结构的输出端分别与一个通用输入输出端口11连接，即第十一自供电传感器20c与第一通用输入输出端口11a连接、第二通用输入输出端口11b连接及第三通用输入输出端口11c连接，当第一通用输入输出端口11a检测到输出信号，同时第二通用输入输出端口11b检测到输出信号，同时第三通用输入输出端口11c检测到输出信号，并且同时第四通用输入输出端口11d没有检测到输出信号，则此时微处理器20检测到的输出信号来自第十一自供电传感器11c。第十二自供电传感器、第十三自供电传感器、第十四自供电传感器以此类推。

具体地，15个自供电传感器20中还包括1个具有四个层结构的自供电传感器20，即当自供电传感器20检测到感应信号，如受到按压时，每个自供电传感器20的每个层结构输出一个信号，即每个自供电传感器20输出四个互不干扰的信号。每个自供电传感器20的每个层结构的输出端分别与一个通用输入输出端口11连接，即第十五自供电传感器20d与第一通用输入输出端口11a连接、第二通用输入输出端口11b连接、第三通用输入输出端口11c连接及第四通用输入输出端口11d连接。当第一通用输入输出端口11a检测到输出信号，同时第二通用输入输出端口11b检测到输出信号，同时第三通用输入输出端口11c检测到输出信号，并且同时第四通用输入输出端口11d检测到输出信号，则此时微处理器10检测到的输出信号来自第十五自供电传感器11d。

本发明的实施例利用自供电传感器的制造方式及各个层结构同时输出互不影响的信号的独特性，提出了一种可提高微处理器通用输入输出端口资源利用效率的连接方式，在微处理器具有2N个通用输入输出端口时，可达到最多同时对2^2N-1个自供电传感器进行检测，相对于传统的连接放大，极大地提高了微处理器通用输入输出端口资源利用效率。

实施例三

本发明的第三实施例提出一种上述自供电传感器的检测方法或自供电传感器的检测系统控制LED灯闪烁的一种应用方式。

具体地，微处理器10采用控制芯片为STM8S103F3P6的单片机，单片机的PD4端口用作输入，用于接收自供电传感器20发出的信号。在主程序开始时先完成通用输入输出端口10的配置。将PB5引脚配置成控制LED亮灭的引脚，并把I/O口配置为推挽输出，将PD4引脚作为电信号的采集端口，配置为中断上拉输入。时钟配置启用内部高速晶振且无分频16MHz。在主程序中使PB5端口快速取反，以达到使LED不停闪烁的效果。

最后，在中断服务子程序中，当时间间隔为51.75微秒两次判断下降沿成立时，使得PB5引脚置零，表现效果为LED常亮，并延时3秒左右回到主程序断点处，以区别主程序LED一直闪烁的状态。

实施例四

本发明的第四实施例提出一种利用上述自供电传感器的检测方法或自供电传感器的检测系统控制单片机与Usart—GPU串口液晶模块进行通讯，以达到切换照片的应用。

具体地，在串口液晶模块中存入三张照片并且依次编号为1、2、3，选取PD2、PD3、PD4三个通用输入输出端口作为信号的输入端，分别连接三个自供电传感器件20。

当用手敲击PD2处的自供电传感器20时，此处的通用输入输出端口11会感应到下降沿信号，经过两次判断有下降沿信号，确认有信号输入，单片机进入中断服务子程序，通过UART通信向串口通信模块发送字符串。串口液晶模块根据字符串中的关键字调出编号为1的图片显示出来。相同的，当依次敲击PD3、PD4对应的自供电传感器时，以此类推，单片机确认信号输入，依次调出编号为2或3的图片。从而实现对不同的自供电传感器20输出信号进行识别并且控制单片机与串口液晶模块通信实现照片的切换。

实施例五

本发明的第五实施例提出一种上述自供电传感器的检测方法或自供电传感器的检测系统控制单片机与电脑进行通信，以达到控制不同的自供电传感器20向电脑输入不同字母的效果，模拟键盘向电脑输入字母的一种应用方式。

本实施例中通过单片机与电脑进行通信，以达到控制不同的自供电传感器20向电脑输入不同字母的效果，模拟键盘向电脑输入字母。具体地，选择PD2、PD4两个通用输入输出端口作为信号的输入端，分别连接两个自供电传感器20，利用串口通信线连接单片机与电脑。USB一端连接电脑，另一端的四根线分别连接单片机的电源、地、TX、RX端口。当用手敲击PD2处的自供电传感器20时，此处的通用输入输出端口会感应到下降沿信号，经过两次判断，确认有信号输入，单片机进入中断服务子程序，通过UART通信向电脑发送16进制数0X0A，可以在电脑的串口助手处看到接收到的0X0A。以此类推，用手敲击PD4处的自供电传感器20时，可以在串口助手中看到接收到的0X0B。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims

1.一种自供电传感器的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：

所述微处理器根据其接收的信号确定是否被触发中断；

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述信号输出端输出的信号为模拟脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述微处理器根据其接收的信号确定是否被触发中断的方法包括：

若是，则所述微处理器根据其接收的信号被触发中断。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述微处理器检测其接收的信号在预定检测时间段内是否存在至少两次上升沿或者至少两次下降沿的方法包括：

5.一种自供电传感器的检测系统，其特征在于，包括：微处理器和自供电传感器，所述微处理器的通用输入输出端口与所述自供电传感器的信号输出端直接连接；

6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述信号输出端输出的信号为模拟脉冲信号。

7.根据权利要求5或6所述的检测系统，其特征在于，所述通用输入输出端口的数量为N个，所述N个通用输入输出端口至多连接2^N-1个自供电传感器。

8.根据权利要求7所述的检测系统，其特征在于，每个自供电传感器包括至少一个层结构，每个层结构连接一个通用输入输出端口，以向所述通用输入输出端口输出信号，每个自供电传感器的各个层结构连接的通用输入输出端口各不相同。

9.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述微处理器进一步用于检测其接收的信号在预定检测时间段内是否存在至少两次上升沿或者至少两次下降沿，若是，则所述微处理器进一步用于根据其接收的信号被触发中断。

10.根据权利要求9所述的检测系统，其特征在于，所述微处理器进一步用于检测其接收的信号在第一检测时间是否存在至少一次上升沿或者至少一次下降沿；若是，则所述微处理器进一步用于检测其接收的信号在第二检测时间是否存在至少一次上升沿或者至少一次下降沿，所述第二检测时间晚于所述第一检测时间，所述第二检测时间与所述第一检测时间的时间差为所述预定检测时间段。