CN115489907A - 一种低功耗的无线称重系统及垃圾车 - Google Patents

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尚恩惠
宋朋飞
董社森
黄云鹏
王宗澳
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Abstract

本发明涉及挂桶式垃圾收运行业中质量测量的技术领域，特别是涉及一种低功耗的无线称重系统及垃圾车。方案包括用于安装在升降机构上的无线称重模块和压力传感器，其中无线称重模块包括计算处理单元、无线传输单元和电池，压力传感器用于测量垃圾桶随升降机构上升和下降过程中的压力数据；当垃圾桶随升降机构上升或下降到设定区间内时，无线称重模块在需要采集压力数据、对压力数据进行计算处理，以及向无线传输单元发送数据时，处于正常工作状态，否则，进入处于休眠状态。该方案通过设定采样区间限制了采集压力数据的次数，以及根据任务需求及时调整计算处理单元的运行状态，降低了能量消耗，从而延长了电池的续航时间。

Description

一种低功耗的无线称重系统及垃圾车
技术领域
本发明涉及挂桶式垃圾收运行业中质量测量的技术领域，特别是一种低功耗的无线称重系统及垃圾车。
背景技术
随着社会的发展，为了倡导节约资源、保护环境，多地逐渐开始推行餐厨垃圾计量收费，目前市场上出现了多种挂桶式垃圾车，能够实现对所收的每一桶垃圾的重量进行计量。
传统的挂桶式垃圾车，包括升降机构、提升框架、有线称重系统以及车载显示终端，其中，有线称重系统包括压力传感器、数据处理模块和电池。升降机构安装在提升框架上并可以通过安装在提升框架上的导轨驱动升降机构上升或下降；压力传感器和数据处理模块均固定安装在升降机构上，并通过连接线相连；车载显示终端安装在驾驶舱，并通过连接线和数据处理模块相连。当盛有餐厨垃圾的垃圾桶挂在升降机构上并随升降机构上升过程中，数据处理模块开始采集压力传感器的数据，并将采集或处理后的数据发送到车载显示终端上进行显示。由于有线称重系统中压力传感器和数据处理模块之间、以及车载显示终端和数据处理模块之间都是通过数据线相连，在系统工作过程中，容易出现连接线故障问题，为了避免这一问题，市面上出现了无线称重系统。
现有的无线称重系统包括无线传输模块，且无线称重模块安装在升降机构上，会受到油污侵蚀，不方便取下电池进行充电，需要将供电电池封存在内部；但是升降机构安装空间有限，而且需要避免运动时与车身、框架等撞击撞裂，因此无线称重模块体积不能过大，甚至越小越好，因此电池体积不能过大，也就意味着电池容量不会很大，但是无线传输模块一直处于唤醒状态，功耗比较大，导致电池续航时间比较短，提高了系统的维护成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低功耗的无线称重系统，用以解决现有技术存在的无线称重系统功耗大的问题；还提供了一种垃圾车，用于安装上述无线称重系统，并实现其功能。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种低功耗的无线称重系统，包括用于安装在升降机构上的无线称重模块和压力传感器，其中无线称重模块包括计算处理单元、无线传输单元和电池，
压力传感器通过连接线和计算处理单元相连，用于测量垃圾桶随升降机构上升和下降过程中的压力数据；
当垃圾桶随升降机构上升到设定区间时，计算处理单元开始采集压力传感器测量的压力数据，直至垃圾桶随升降机构上升到设定区间的上边界，计算处理单元停止采集压力数据，并进入休眠状态；
当垃圾桶随升降机构下降到设定区间时，计算处理单元开始采集压力传感器测量的压力数据，直至垃圾桶随升降机构下降到设定区间的下边界，计算处理单元停止采集压力数据，然后对获取的压力数据进行计算处理，并将采集和处理后的数据发送给车载显示终端，然后进入休眠状态；
无线传输单元用于接收计算处理单元采集和处理后的数据，并发送给车载显示终端；
电池用于为计算处理单元和无线传输单元供电。
有益效果：本发明的无线称重系统，一方面，仅在垃圾桶随升降机构上升或下降到设定区间时，计算处理单元才执行采集压力数据的任务，也就是通过设定采样区间限制了采集压力数据的次数，从而减少了能量消耗；另一方面，计算处理单元在完成数据收、发及计算处理任务后就进入休眠状态，进一步降低了能量消耗，从而延长了电池的续航时间。
进一步地，压力传感器有三个，分别为第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，第一压力传感器位于挂桶挑爪下方，用于测量垃圾桶对挑爪的压力，第二压力传感器和第三压力传感器分别位于升降机构两侧，并与同一个压板相连，用于测量压板对垃圾桶的压力。
进一步地，计算处理单元在设定区间内按照设定间隔进行多组压力数据的采集。
有益效果：本发明通过设定采样时间间隔，减少了采集垃圾桶随升降机构上升或下降过程中的压力数据的次数，从而进一步降低了能量消耗，延长了电池的续航时间。
进一步地，计算处理单元还用于将每次采集到的压力数据通过无线传输单元实时上传。
有益效果：将每次采集到的压力数据进行实时上传，便于用户随时查阅和监控压力数据。
进一步地，计算处理单元在将处理后的数据发送给车载显示终端时，需等待车载显示终端应答信号，若无应答则重新发送，直至收到车载显示终端应答信号，之后进入休眠状态。
有益效果：由于计算处理单元所发送的处理后的数据是用户特别关注的重量数据，因此需要接收到应答信号之后才进入休眠状态，这样不仅能够确保重量数据成功发送，又能降低功耗，延长电池使用寿命。
本发明还提供一种垃圾车，包括升降机构、压板和挑抓，升降机构用于安装在提升框架上，压板和挑抓安装在升降机构上，还安装有无线称重系统，无线称重系统包括用于安装在升降机构上的无线称重模块和压力传感器，其中无线称重模块包括计算处理单元、无线传输单元和电池，
压力传感器通过连接线和计算处理单元相连，用于测量垃圾桶随升降机构上升和下降过程中的压力数据；
当垃圾桶随升降机构上升到设定区间时，计算处理单元开始采集压力传感器测量的压力数据，直至垃圾桶随升降机构上升到设定区间的上边界，计算处理单元停止采集压力数据，并进入休眠状态；
当垃圾桶随升降机构下降到设定区间时，计算处理单元开始采集压力传感器测量的压力数据，直至垃圾桶随升降机构下降到设定区间的下边界，计算处理单元停止采集压力数据，然后对获取的压力数据进行计算处理，并将采集和处理后的数据发送给车载显示终端，然后进入休眠状态；
无线传输单元用于接收计算处理单元采集和处理后的数据，并发送给车载显示终端；
电池用于为计算处理单元和无线传输单元供电。
有益效果：本发明的垃圾车通过安装该无线称重系统，一方面，仅在垃圾桶随升降机构上升或下降到设定区间时，计算处理单元才执行采集压力数据的任务，也就是通过设定采样区间限制了采集压力数据的次数，从而减少了能量消耗；另一方面，计算处理单元在完成数据收、发及计算处理任务后就进入休眠状态，进一步降低了能量消耗，从而延长了电池的续航时间。
进一步地，压力传感器有三个，分别为第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，第一压力传感器位于挂桶挑爪下方，用于测量垃圾桶对挑爪的压力，第二压力传感器和第三压力传感器分别位于升降机构两侧，并与同一个压板相连，用于测量压板对垃圾桶的压力。
进一步地，计算处理单元在设定区间内按照设定间隔进行多组压力数据的采集。
有益效果：本发明通过设定采样时间间隔，减少了采集垃圾桶随升降机构上升或下降过程中的压力数据的次数，从而进一步降低了能量消耗，延长了电池的续航时间。
进一步地，计算处理单元还用于将每次采集到的压力数据通过无线传输单元实时上传。
有益效果：将每次采集到的压力数据进行实时上传，便于用户随时查阅和监控压力数据。
进一步地，计算处理单元在将处理后的数据发送给车载显示终端时，需等待车载显示终端应答信号，若无应答则重新发送，直至收到车载显示终端应答信号，之后进入休眠状态。
有益效果：由于计算处理单元所发送的处理后的数据是用户特别关注的重量数据，因此需要接收到应答信号之后才进入休眠状态，这样不仅能够确保重量数据成功发送，又能降低功耗，延长电池使用寿命。
附图说明
图1是实施例的餐厨垃圾车及无线称重模块示意图；
图2是实施例的无线称重模块内部结构图；
图3是实施例的称重数据无线传输方法示意图。
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了，以下结合附图及实施例，对本发明技术原理及实际应用进行进一步详细说明。
低功耗的无线称重系统实施例：
本实施例的无线称重系统包括用于安装在升降机构上的一个无线称重模块和三个压力传感器，且无线称重模块和压力传感器均安装在能够避免在升降机构运动过程中与车身、框架等部位发生撞击的位置，以确保无线称重系统能够正常工作。
无线称重模块的内部结构框图，如图2所示，包括MCU(即计算处理单元)、蓝牙模块(即无线传输单元)和电池。其中，蓝牙模块用于接收无线称重模块采集和处理后的数据，并传送给车载显示终端；电池用于为MCU和蓝牙模块供电。
压力传感器包括压力传感器S1、压力传感器S2和压力传感器S3，并分别通过连接线和计算处理单元相连。其中，压力传感器S1位于挂桶挑爪下方，用于测量垃圾桶及其内部的垃圾对挑爪的压力之和，压力传感器S2和压力传感器S3分别位于升降机构两侧，并与同一个压板相连，用于测量压板对垃圾桶的压力。
在垃圾桶随升降机构上升过程中，MCU采集三个压力传感器测量的压力数据，分别用FS1、FS2、FS3表示，并对读取的压力数据进行受力分析，到得G桶+垃圾＝FS1-(FS2+FS3)，进而计算出垃圾桶和垃圾的总重量m桶+垃圾＝G桶+垃圾/g；在垃圾桶随升降机构下降过程中，MCU采集三个压力传感器测量的压力数据，分别用F′S1、F′S2、F′S3表示，并对读取的压力数据进行受力分析，到得G桶＝F′S1-(F′S2+F′S3)，则m桶＝G桶/g，进而计算出垃圾的重量m垃圾＝m桶+垃圾-m桶。
为了实现对MCU的低功耗控制，将MCU的运行状态分为：正常工作状态、休眠状态以及故障状态。其中，在正常工作状态下，MCU处于唤醒状态且执行数据收、发或计算处理任务；在休眠状态下，MCU不执行数据收、发或计算处理任务，但可以被外部触发信息随时唤醒；在故障状态下，无论MCU是否处于唤醒状态，都不能执行任何任务。在升降机构运行时，MCU将根据数据收、发及计算处理任务在不同运行状态之间进行转换。
在一次完整的垃圾倾倒过程中，当垃圾桶随升降机构上升到设定区间时，MCU处于正常工作状态，并按照设定的时间间隔，开始采集压力传感器测量的压力数据，并为这些压力数据添加时间戳，直至垃圾桶随升降机构上升到设定区间的上边界，MCU停止采集压力数据，并跳转至休眠状态；当垃圾桶随升降机构下降到设定区间时，MCU跳转至正常工作状态，并按照设定的时间间隔，开始采集压力传感器测量的压力数据，并为这些数据添加时间戳，直至垃圾桶随升降机构下降到设定区间的下边界，MCU停止采集压力数据，然后对获取的压力数据进行计算处理，并将采集和处理后的数据通过蓝牙模块发送给蓝牙信号接收器，并在车载显示终端上进行显示，然后跳转至休眠状态。在开始执行下一次垃圾倾倒动作时，MCU跳转至正常工作状态，并在倾倒过程中重复同样的数据处理过程及运行状态转换动作。
这里的设定区间指的是从垃圾桶离开地面的高度位置到上升至升降机构顶部位置之间的一段距离，并将该设定区间的下端称为下边界，上端称为上边界。可通过在上边界和下边界处设置接近开关来判断垃圾桶的升降位置。设定的时间间隔可根据实际情况来定，需要保证计算处理单元在上述设定区间内至少采集到三组实时压力数据。为采集的压力数据添加时间戳的目的是便于查询及监控。
本实施例通过控制MCU仅在垃圾桶随升降机构上升或下降到设定区间内采集压力数据，也就是限制了对数据进行采集的区间，并设定了采集时间间隔，也即是限制了对数据进行采集的频率，既能够确保采集到垃圾桶在上升和下降过程的多组压力数据，又限制了采集数据的次数，从而减少了能量消耗。由于MCU是无线称重系统中能耗最大的模块，因此，降低MCU的能量消耗有助于延长电池的续航时间。
MCU除了用于实现上述采集压力数据以及计算各种重量数据以外，还需要将这些数据发送给车载显示终端，便于实时监测并查询每一桶垃圾的重量，以实现餐厨垃圾计量收费。
实时压力数据和接近开关实时状态均属于非可靠交付类数据，实时压力数据用于方便用户随时查阅和监控，接近开关实时状态用于随时检测垃圾桶的升降位置。
计算处理单元处理后的数据属于可靠交付类数据，此类数据需要准确可靠地传输到车载显示终端，因此发送后需要等待应答信号，若没有接收到应答信号则重新发送，发送的每一个数据包都有一个特定的数据编号，若重发的数据与已经发送的数据编号相同，表示同一个数据。例如：将某个垃圾桶随升降机构上升过程中该垃圾桶和其内的垃圾的总重量、该垃圾桶随升降机构下降过程中该垃圾桶的重量以及该垃圾桶垃圾的重量作为一个数据包。
由于数据传输过程同样需要消耗能量，因此我们基于上述两种类型的数据，设计出了一种能够在数据传输过程中进一步降低能量消耗的数据传输方式，如图3所示。
当MCU发送数据时，判断所发送的数据的类型，若发送的是由实时压力数据转换得到的实时重量值或接近开关实时状态，则通过蓝牙模块向蓝牙模块接收器发送数据，无需等待应答信号；若发送的数据是计算出的垃圾桶随升降机构上升过程中垃圾桶和垃圾的总重量(即本桶提升动作测量值)、垃圾桶随升降机构下降过程中垃圾桶的重量(即本桶下降动作测量值)或垃圾的重量(即本桶计算重量结果)，则先通过蓝牙模块向蓝牙模块接收器发送一个或连续发送多个数据包，再等待车载显示终端应答，若无应答则重新发送，直至循环到数据发送成功，然后MCU进入休眠状态。这里的一个数据包指的是一桶垃圾所对应的垃圾桶和垃圾的总重量、垃圾桶的重量以及垃圾的重量。所有的数据包共同组成称重及运行数据集。
本实施例的数据传输方式对于不同数据类型采用不同的传输策略，对于实时压力数据，由于其传输的目的仅仅是便于查阅和监控，大部分情况下，用户不太关注此类信息，属于非可靠交付类，因此只执行发送动作之后便进入休眠状态，以降低功耗；对于计算出的与垃圾重量相关的数据，是用户特别关注的信息，属于可靠交付类，因此需要保证此类数据成功发送，只有接收到应答之后才能进入休眠状态。如此，既能够确保MCU及时完成数据收、发及计算处理任务，又能够使得MCU在执行数据收、发及计算处理任务之后进入休眠状态，以降低功耗，延长电池使用寿命。
由于无线传输系统的安装位置长期受到油污侵蚀，而且周围环境都是金属架构，以至于形成了一个阻碍信号传输的屏蔽罩，本实例在应用中将蓝牙信号接收器安装在车身靠近无线称重模块的位置，这样能够增强传输信号的强度，增强数据传输的时效性。
本实施例为了满足设计空间需求以及提高续航时间，特别选用了一个电池容量为3.6V/19000mAh，重量为100g，高度为61.5mm，直径为34.2mm的高容量小体积的电池；一个工作电流为88μA，待机电流为0.29μA的超低功耗MCU；一个发射时功率可以自适应，深度睡眠时可将电流降至1.7μA的超低功耗蓝牙模块。目前续航可长达数年，有效解决了供电续航问题。
垃圾车实施例：
本实施例的垃圾车，如图1所示，包含无线称重系统，以及用于接收无线称重系统发送的数据的蓝牙信号接收器，无线称重系统安装在垃圾车升降机构上，蓝牙信号接收器安装在车身靠近无线称重系统的位置。
无线称重系统包括用于安装在升降机构上的一个无线称重模块和三个压力传感器，且无线称重模块和压力传感器均安装在能够避免在升降机构运动过程中与车身、框架等部位发生撞击的位置，以确保无线称重系统能够正常工作。
无线称重模块的内部结构框图，如图2所示，包括MCU(即计算处理单元)、蓝牙模块(即无线传输单元)和电池。其中，蓝牙模块用于接收无线称重模块采集和处理后的数据，并传送给车载显示终端；电池用于为MCU和蓝牙模块供电。
压力传感器包括压力传感器S1、压力传感器S2和压力传感器S3，并分别通过连接线和计算处理单元相连。其中，压力传感器S1位于挂桶挑爪下方，用于测量垃圾桶及其内部的垃圾对挑爪的压力之和，压力传感器S2和压力传感器S3分别位于升降机构两侧，并与同一个压板相连，用于测量压板对垃圾桶的压力。
MCU用于采集在垃圾桶随升降机构升降过程中压力传感器测量的压力数据并对采集的压力数据进行处理，以及将采集和处理后的数据通过蓝牙模块发送给蓝牙模块接收器，并在车载显示终端进行显示。
上述各个单元模块的工作原理已在用于挂桶式垃圾车的无线称重系统实施例中详细介绍，此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种低功耗的无线称重系统，其特征在于，包括用于安装在升降机构上的无线称重模块和压力传感器，其中无线称重模块包括计算处理单元、无线传输单元和电池，
所述压力传感器通过连接线和计算处理单元相连，用于测量垃圾桶随升降机构上升和下降过程中的压力数据；
当垃圾桶随升降机构上升到设定区间时，所述计算处理单元开始采集压力传感器测量的压力数据，直至垃圾桶随升降机构上升到设定区间的上边界，计算处理单元停止采集压力数据，并进入休眠状态；
当垃圾桶随升降机构下降到设定区间时，所述计算处理单元开始采集压力传感器测量的压力数据，直至垃圾桶随升降机构下降到设定区间的下边界，计算处理单元停止采集压力数据，然后对获取的压力数据进行计算处理，并将采集和处理后的数据发送给车载显示终端，然后进入休眠状态；
所述无线传输单元用于接收计算处理单元采集和处理后的数据，并发送给车载显示终端；
所述电池用于为计算处理单元和无线传输单元供电。
2.根据权利要求1所述的低功耗的无线称重系统，其特征在于，所述压力传感器有三个，分别为第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，第一压力传感器位于挂桶挑爪下方，用于测量垃圾桶对挑爪的压力，第二压力传感器和第三压力传感器分别位于升降机构两侧，并与同一个压板相连，用于测量压板对垃圾桶的压力。
3.根据权利要求1或2所述的低功耗的无线称重系统，其特征在于，所述计算处理单元在所述设定区间内按照设定间隔进行多组压力数据的采集。
4.根据权利要求3所述的低功耗的无线称重系统，其特征在于，所述计算处理单元还用于将每次采集到的压力数据通过无线传输单元实时上传。
5.根据权利要求3所述的低功耗的无线称重系统，其特征在于，所述计算处理单元在将处理后的数据发送给车载显示终端时，需等待车载显示终端应答信号，若无应答则重新发送，直至收到车载显示终端应答信号，之后进入休眠状态。
6.一种垃圾车，包括升降机构、压板和挑抓，升降机构用于安装在提升框架上，压板和挑抓安装在升降机构上，其特征在于，安装有无线称重系统，所述无线称重系统包括用于安装在升降机构上的无线称重模块和压力传感器，其中无线称重模块包括计算处理单元、无线传输单元和电池，
所述压力传感器通过连接线和计算处理单元相连，用于测量垃圾桶随升降机构上升和下降过程中的压力数据；
当垃圾桶随升降机构上升到设定区间时，所述计算处理单元开始采集压力传感器测量的压力数据，直至垃圾桶随升降机构上升到设定区间的上边界，计算处理单元停止采集压力数据，并进入休眠状态；
当垃圾桶随升降机构下降到设定区间时，所述计算处理单元开始采集压力传感器测量的压力数据，直至垃圾桶随升降机构下降到设定区间的下边界，计算处理单元停止采集压力数据，然后对获取的压力数据进行计算处理，并将采集和处理后的数据发送给车载显示终端，然后进入休眠状态；
所述无线传输单元用于接收计算处理单元采集和处理后的数据，并发送给车载显示终端；
所述电池用于为计算处理单元和无线传输单元供电。
7.根据权利要求6所述的垃圾车，其特征在于，所述压力传感器有三个，分别为第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，第一压力传感器位于挂桶挑爪下方，用于测量垃圾桶对挑爪的压力，第二压力传感器和第三压力传感器分别位于升降机构两侧，并与同一个压板相连，用于测量压板对垃圾桶的压力。
8.根据权利要求6或7所述的垃圾车，其特征在于，所述计算处理单元在所述设定区间内按照设定间隔进行多组压力数据的采集。
9.根据权利要求8所述的垃圾车，其特征在于，所述计算处理单元还用于将每次采集到的压力数据通过无线传输单元实时上传。
10.根据权利要求8所述的垃圾车，其特征在于，所述计算处理单元在将处理后的数据发送给车载显示终端时，需等待车载显示终端应答信号，若无应答则重新发送，直至收到车载显示终端应答信号，之后进入休眠状态。
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