CN115065133A - 一种基于自供能的边缘计算节点和门禁系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于自供能的边缘计算节点和门禁系统，边缘计算节点包括压电转换装置和能量管理单元，压电转换装置包括具有腔室的外壳和设置在腔室内的压电片，压电片通过连接杆连接外壳，用于将外壳受力产生的形变转换为电能；能量管理单元连接发电单元，用于对电能进行整流和稳压处理，并输出稳定电源，以为用电设备供电，用电设备包括边缘计算节点中的数据处理单元。以此方式，能够将车辆压过减速带致使减速带产生的形变转换为电能，并供给用电设备使用，具有节约能源的有益效果。
Description
技术领域
本申请涉及边缘计算的领域，尤其是涉及一种基于自供能的边缘计算节点和门禁系统。
背景技术
物联网的快速发展让我们进入了后云时代，在我们的日常生活中会产生大量的数据。边缘计算成为物联网技术的关键一环。边缘计算有广泛的地理分布，其依托于网络边缘的设备。网络边缘的设备具有广阔的地理分布，则边缘计算节点也将覆盖广阔的范围，且数量众多。现阶段，边缘计算在技术上存在诸多问题尚未解决，边缘计算节点的供电就是其中一大问题。目前，边缘计算节点几乎都采用电池供电或者国家电网供电，这带来了巨大的能源消耗。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供一种基于自供能的边缘计算节点和门禁系统。
第一方面，本申请提供一种基于自供能的边缘计算节点，采用如下的技术方案：
一种基于自供能的边缘计算节点，包括：
压电转换装置，包括具有腔室的外壳和设置在所述腔室内的压电片，所述压电片通过连接杆连接所述外壳，用于将所述外壳受力产生的形变转换为电能；
能量管理单元，连接所述发电单元，用于对所述电能进行整流和稳压处理，并输出稳定电源，以为用电设备供电，所述用电设备包括边缘计算节点中的数据处理单元。
可选的，所述连接杆为半刚性连接杆。
可选的，所述外壳为减速带外壳，所述减速带外壳的材质为工程塑料，或者塑料-环氧树脂玻璃纤维。
可选的，所述减速带外壳内还设置有支撑弹簧，所述支撑弹簧一端连接地面，另一端连接所述减速带外壳的内壁，且垂直于地面设置。
可选的，所述减速带外壳的内壁表面设置有金属层或复合材料层。
可选的，所述能量管理单元和所述数据处理单元可以是集成在在电路板上的，所述电路板设置在所述外壳的腔室内，且所述电路板包裹有绝缘硅橡胶套。
可选的，还包括连接所述能量管理单元的储能单元，所述能量管理单元存储部分稳定电源至所述储能单元。
本申请公开的一种基于自供能的边缘计算节点，在外壳内设置压电片和能量管理单元，能够将车辆压过减速带致使减速带产生的形变转换为电能，并供给用电设备使用，一方面节约了电源，另一方面，本申请提供的一种自供能的方式，为边缘计算节点供电，即将车辆本身碾压减速带的机械能转化为电能，该电能可以用来采集车辆信息、控制车辆通行等，在一些不方便布设电线、却有获取车辆信息的情况下，具有重要意义。
第二方面，本申请提供一种门禁系统，采用如下的技术方案：
一种门禁系统，包括如第一方面中任一项所述的一种基于自供能的边缘计算节点，还包括无线通信单元、图像采集装置、主控装置和闸门；
其中，所述无线通信单元、连接数据处理单和能量管理单元，所述图像采集装置朝向所述闸门来车侧，并连接所述能量管理单元和所述数据处理单元，所述能量管理单元用于为所述图像采集装置供电，所述图像采集装置用于采集车辆图像信息，并将车辆图像信息发送至所述数据处理单元；
所述数据处理单元用于根据车辆信息判断车辆是否具有通行权限，并生成控制信息，通过无线通信单元将所述控制信息发送至所述主控装置，所述主控装置用于根据所述控制信息控制所述闸门开启或关闭。
可选的，所述闸门的来车侧设置有停车区，所述减速带设置在停车区内且位于用于停放车辆后轮的区域。
本申请公开的一种门禁系统，可以用过压电转换装置和能量管理单元为门禁系统中的图像采集装置、数据处理单元和无线通信单元供电，将车浪碾压减速带的机械能有效利用，具有节约能源的有益效果。
附图说明
图1是本申请实施例1一种基于自能的边缘计算节点的方框图。
图2是本申请实施例1一种基于自能的边缘计算节点的压电转换装置的结构示意图。
图3是本申请实施例2一种门禁系统的方框图。
图4是本申请实施例3一种门禁系统的车辆前轮碾压减速带的示意图。
图5是本申请实施例3一种门禁系统的车辆后轮碾压减速带的示意图。
附图标记说明：1、压电转换装置；11、外壳；12、压电片；13、连接杆；14、支撑弹簧；15、电路板；2、能量管理单元；3、数据处理单元；4、储能单元；5、无线通信单元；6、图像采集装置；7、主控装置；8、闸门；9、停车区。
具体实施方式
下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
实施例1：
本申请公开一种基于自能的边缘计算节点，参照图1，包括压电转换装置1、能量管理单元2和数据处理单元3。
其中，压电转换装置1包括具有腔室的外壳11和设置在腔室内的压电片12，压电转换装置1可以设置在车辆经过的路面上，在车辆经过时，能够对压电转换装置1的外壳11造成挤压，以使得外壳11发生形变。压电片12通过连接杆13与外壳11连接，能够在受力形变时将形变产生的机械能转换为电能，在外壳11受外力而发生形变时，连接杆13能够将外壳11的形变传递至压电片12，以使得压电片12能够将外壳11的形变转换为电能；能量管理单元2与压电片12连接，由于压电片12的形变通常是在瞬间地，因此，压电片12转化得到的电能通常是瞬时高压电能，这样的电能并不适于直接供给用电设备，能量管理单元2则能够对压电片12输出的电能进行整流、稳压处理，将瞬时高压电能转换为低压平缓的电流，以便于用电设备实用；能量管理单元2连接数据处理单元3，并为数据处理单元3提供稳定电流。
本申请能够将在车辆压过压电转换装置1时，将压电转换装置1的形变转换为电能，并对不稳定的电能进行整流和稳压处理每一为供电设备提供稳定电流，其中，用电设备包括边缘计算节点中的数据处理单元3。以此方式，可以实现边缘计算节点的自供能，具有节约资源的有益效果。
在本申请实施例中，压电转换装置1设置在有车辆经过的地面上，可以设置有一个也可以设置有多个，具体的可以根据实际需求设置，在此不作限定。
在一种较佳的示例中，参照图2，压电转换装置1可以与减速带配合应用，具体的，压电转换装置1的外壳11可以是减速带外壳，减速带外壳是密闭的，压电片12水平设置在减速带外壳的底部，压电片12的上表面通过连接杆13与减速带外壳的上内壁连接，在有车辆压过减速带时，连接杆13能够将减速带的形变产生的力传递至压电片12，压电片12受力形变进而将形变的机械能转化为电能。
其中，为了使减速带在被中型货车碾过后，可以产生适度的形变，减速带外壳的材质不可以是完全的刚性结构，在本申请实施例中，减速带外壳的材质可以是工程塑料，或者塑料-环氧树脂玻璃纤维，这两种材质可以使减速带外壳在被车辆碾过时，产生弹性形变，并且形变的程度是毫米量级以上的，其形变程度可以传递至压电片12，被压电片12感应并且不至于损坏压电片12。
在一些情况下，存在压过减速带的车辆重量过大而导致减速带外壳形变程度加大的情况，因此，连接杆13可以是半刚性连接杆，半刚性连接杆在减速带外壳形变程度加大的情况下，不会对压电片12造成不可及形变，导致压电片12损坏，起到保护压电片12的作用。具体的，半刚性连接杆的材质可以是铝合金、聚合物塑料或不锈钢。
在本申请实施例中，为了进一步保护减速带腔室内的器件，减速带外壳的腔室内还设置有支撑弹簧14，支撑弹簧14一端连接地面，另一端连接减速带外壳的内壁，支持弹簧垂直于地面设置。支撑弹簧14被配置有较高的劲度系数，以对减速带外壳起到支撑作用，减少减速带外壳因形变程度过大而损坏，进而导致减速带强室内的器件被损坏的情况。
在减速带外壳发生形变时，连接杆13和支撑弹簧14与减速带外壳的连接处承受的压强较大，容易损坏，因此，减速带外壳的内壁的表面设置有金属层或复合材料层，以进一步加强减速带外壳的硬度，分散连接杆13和支撑弹簧14与减速带外壳的连接处的受力，减少弹簧嵌入减速带外壳的塑料结构中导致裂痕产生的情况。需要说明的是，金属层或复合材料层也可以是仅设置在减速带外壳内壁的上表面和下表面，复合材料层可以是环氧树脂与玻璃纤维复合形成的玻璃钢结构。
在本申请实施例中，能量管理单元2和数据处理单元3可以是集成在电路板15上的，电路板15设置在外壳11的腔室内，电路板15外包裹有绝缘硅橡胶套，以起到防水、防潮和减震的作用。
在本申请实施例中，继续参照图1，还包括与能量管理单元2连接的储能单元4，能量管理单元2在对压电片12输出的电能进行处理后，可以将部分稳定电流分配至用电设备，并将剩余的部分存储至储能单元4，以在压电片12无法发电，而用电设备需要用电的情况下，为用电设备功能。能量管理单元2在分配电能时，可以依据用电设备的功率分配，而用电设备的功率可以是预先存储在能量管理单元2中的，也可以是通过功率检测装置采集的，在此不作限定。
在一些实施例中，能量管理单元2也可以是将处理后的稳定电流全部存储在储能单元4中，用电设备均与储能单元4连接，并由储能单元4为用电设备供电。
在本申请实施例中，数据处理单元3可以是低功耗MCU，其型号可以是STM32L053C8，能量管理单元2的型号可以是LTC3588-1，无线通信单元5的型号可以是CC2530，当然，这只是一种较佳的实施方式，数据处理单元3、能量管理单元2和无线通信单元5均可以采用其他型号的器件，在此不作限定。
本申请实施例公开的一种基于自供能的边缘计算节点，在减速带外壳内设置压电片12和能量管理单元2，能够将车辆压过减速带致使减速带产生的形变转换为电能，并供给用电设备使用，一方面节约了电源，另一方面，本申请提供的一种自供能的方式，为边缘计算节点供电，即将车辆本身碾压减速带的机械能转化为电能，该电能可以用来采集车辆信息、控制车辆通行等，在一些不方便布设电线、却有获取车辆信息的情况下，具有重要意义。
实施例2：
本申请实施例公开一种门禁系统，参照图3，与实施例1的区别在于，还包括：无线通信单元5、图像采集装置6、主控装置7和闸门8；其中，无线通信单元5、连接数据处理单3和能量管理单元2；闸门8设置在车辆通道处，用于管理车辆的进出，图像采集装置6朝向车辆的来车侧设置，并且图像采集装置6与能量管理单元2和数据处理单元3连接，图像采集装装置能够采集车辆图像信息，并将车辆图像信息发送至数据处理单元3。数据处理单元3能够根据车辆图像信息判断该车辆是否具有通行权限，并生成控制信息，再通过无线通信单元5将控制信息发送至主控装置7，主控装置7能够根据控制信息控制闸门8开启或关闭，需要说明的是，主控装置7同样连接有无线通信单元5。
在一个具体的示例中，数据处理单元3判断车辆图像信息是否具有通行权限包括：
步骤S1：根据车辆图像信息确定车牌信息；
步骤S2：将车牌信息和预设数据库中的车牌信息匹配；
步骤S3；若匹配成功，则输出通行信号；若匹配失败，则输出禁行信号。
根据车辆图像信息判断车牌信息以及判断车辆是否具有通行权限为本领域的常用技术手段，在此不作赘述。
在本申请实施例中，控制信号包括通信信号和禁行信号，主控装置7在接收到通行信号后，控制闸门8开启，在接收到禁行信号后，控制闸门8关闭。
能量管理单元2则用于为图像采集装置6供电，图像采集装置6可以是灰度相机，灰度相机即能够清晰的拍摄得到车牌信息，还具有节能的特点，使得压电转换装置1只需产生少量电能，便足够供给灰度相机使用，若产生有盈余的电能，则可以存储在储能单元4中备用。
本申请公开的一种门禁系统，可以用过压电转换装置1和能量管理单元2为门禁系统中的图像采集装置6、数据处理单元3和无线通信单元5供电，将车辆碾压减速带的机械能有效利用，具有节约能源的有益效果。
实施例3：
本申请实施例公开一种门禁系统，与实施例2的区别在于，闸门8的来车侧设置有停车区9，至少一条减速带设置在停车区9内且位于用于停放车辆后轮的区域，在没有车辆经过时，数据处理单元3和灰度相机均处于休眠状态。
参照图4和图5，车辆在进入停车区9的过程中，首先前轮碾过减速带，此时压电转换转换装置受俺也产生电能，并由能量管理单元2向数据处理单元3供电，数据处理单元3在得电后被唤醒，通过无线通信单元5向灰度相机发送唤醒信号，以唤醒休眠中的灰度相机，在车辆后轮碾压减速带时，此时车辆停止，并且停止在最佳拍摄位置，数据处理单元3再一次得电，并向灰度相机发送拍摄信号，灰度相机接收到拍摄信号后对车牌进行拍摄，生成车辆图像信息，并发送至数据处理单元3，使得数据处理单元3能够根据车辆图像信息向主控装置7发送开启或关闭闸门8的控制信号。
在本申请实施例中，数据处理单元3可以是FPGA模块，其中嵌入了用于低功耗车牌识别的CNN算法，由于车牌的数字较为规整，这将很大程度上减小识别的难度，识别一张图片消耗的能量可控制在1mJ~10mJ左右，而整个减速带理想状态下能产生100mJ的能量，这使得这样的识别系统有足够的能量供应，从照片拍摄到识别，最后还能剩下能量存入储能单元4中用于FPGA睡眠状态下消耗。
在数据数据处理单元3发送控制信号后，开始计时，若预设时间内没有车辆经过停车区9，则数据处理单元3和灰度相机进入休眠状态。
本申请实施例公开的一种门禁系统，在没有车辆经过停车区9使，数据处理单元3和图形采集装置均处于休眠状态，具有节能的有益效果，并且在车辆前轮经过减速带时，压电转换装置1产生电能唤醒数据处理单元3和灰度相机，在车辆后轮碾压减速带时，数据处理单元3和灰度相机均已处于待命状态，可以快速反应对车牌信息进行识别并对车牌信息进行处理，并控制闸门8开启或关闭，在车辆通过后，数据处理单元3和灰度相机再一次进入休眠状态，以此方式，即节约能源，设备又能够迅速响应，具有较佳的实用意义。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于自供能的边缘计算节点，其特征在于，包括：
压电转换装置(1)，包括具有腔室的外壳(11)和设置在所述腔室内的压电片(12)，所述压电片(12)通过连接杆(13)连接所述外壳(11)，用于将所述外壳(11)受力产生的形变转换为电能；
能量管理单元(2)，连接所述发电单元，用于对所述电能进行整流和稳压处理，并输出稳定电源，以为用电设备供电，所述用电设备包括边缘计算节点中的数据处理单元(3)。
2.根据权利要求1所述的一种基于自供能的边缘计算节点，其特征在于，所述连接杆(13)为半刚性连接杆(13)。
3.根据权利要求1所述的一种基于自供能的边缘计算节点，其特征在于，所述外壳(11)为减速带外壳，所述减速带外壳的材质为工程塑料或者塑料-环氧树脂玻璃纤维。
4.根据权利要求3所述的一种基于自供能的边缘计算节点，其特征在于，所述减速带外壳内还设置有支撑弹簧(14)，所述支撑弹簧(14)一端连接地面，另一端连接所述减速带外壳的内壁，且垂直于地面设置。
5.根据权利要求4所述的一种基于自供能的边缘计算节点，其特征在于，所述减速带外壳的内壁表面设置有金属层或复合材料层。
6.根据权利要求1所述的一种基于自供能的边缘计算节点，其特征在于，所述能量管理单元(2)和所述数据处理单元(3)可以是集成在在电路板(15)上的，所述电路板(15)设置在所述外壳(11)的腔室内，且所述电路板(15)包裹有绝缘硅橡胶套。
7.根据权利要求1所述的一种基于自供能的边缘计算节点，其特征在于，还包括连接所述能量管理单元(2)的储能单元(4)，所述能量管理单元(2)存储部分稳定电源至所述储能单元(4)。
8.一种门禁系统，包括如权利要求1-7中任一项所述的一种基于自供能的边缘计算节点，其特征在于，还包括无线通信单元(5)、图像采集装置(6)、主控装置(7)和闸门(8)；
其中，所述无线通信单元(5)、连接数据处理单(3)和能量管理单元(2)，所述图像采集装置(6)朝向所述闸门(8)来车侧，并连接所述能量管理单元(2)和所述数据处理单元(3)，所述能量管理单元(2)用于为所述图像采集装置(6)供电，所述图像采集装置(6)用于采集车辆图像信息，并将车辆图像信息发送至所述数据处理单元(3)；
所述数据处理单元(3)用于根据车辆信息判断车辆是否具有通行权限，并生成控制信息，通过无线通信单元(5)将所述控制信息发送至所述主控装置(7)，所述主控装置(7)用于根据所述控制信息控制所述闸门(9)开启或关闭。
9.根据权利要求8所述的一种门禁系统，其特征在于，所述闸门(8)的来车侧设置有停车区(9)，所述减速带设置在停车区(9)内且位于用于停放车辆后轮的区域。
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2022
- 2022-06-10 CN CN202210655432.0A patent/CN115065133A/zh active Pending
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