CN203396419U - 危化品车辆一体化无线传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及危化品车辆一体化无线传感器，包括敏感元件组、处理单元、电源模块和ZigBee无线传输单元，其中处理单元包括调理电路、模数转换电路、存储电路和处理电路，具体连接关系为：敏感元件组与调理电路连接，调理电路与模数转换电路连接，模数转换电路连接存储电路，存储电路连接处理电路，处理电路则与ZigBee无线传输单元连接，电源模块分别与敏感元件组、调理电路、模数转换电路、存储电路、处理电路和ZigBee无线传输单元连接，该一体化无线传感器避免了各小信号之间的相互影响和后续的电路处理，具有低功耗、高可靠性、易组网和稳定性好等优势，能够节省安装时间和安装费用。
Description
技术领域
本实用新型涉及危化品车辆一体化无线传感器，属于传感器技术领域
背景技术
目前，在危化品物流运输领域，如石油运输领域，对车辆罐体中货物信息的检测，大部分采用分立式的、有线式的温度传感器仪表、压力传感器仪表、液位传感器仪表。采用有线方式的缺点在于，传感器仪表需要通过两条引线从车辆电平取电，传感器仪表的输出信号需要通过引线的方式传输到车载终端设备。有线方式增加了车辆上的布线，增加了安全隐患，不利于后期的拆卸、维修维护，而且容易造成线缆脱落影响数据的可靠性传输。
目前，市面上也有无线式的温度传感器仪表、压力传感器仪表、液位传感器仪表。但均为独立式的仪表，只能单独地采集温度信号、压力信号、液位信号。例如要针对石油运输车辆，每个罐体在物理结构上是完全独立分仓的，为了采集到每个罐体的温度、压力、液位信号，则需要使用的传感器仪表的数目比较多，在罐体上安装不方便，成本也比较高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供危化品车辆一体化无线传感器，避免了各小信号之间的相互影响和后续的电路处理，具有低功耗、高可靠性、易组网和稳定性好等优势，能够节省安装时间和安装费用。
本实用新型的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
危化品车辆一体化无线传感器，包括敏感元件组、处理单元、电源模块和ZigBee无线传输单元，其中处理单元包括调理电路、模数转换电路、存储电路和处理电路，具体连接关系为：敏感元件组与调理电路连接，调理电路与模数转换电路连接，模数转换电路连接存储电路，存储电路连接处理电路，处理电路则与ZigBee无线传输单元连接，电源模块分别与敏感元件组、调理电路、模数转换电路、存储电路、处理电路和ZigBee无线传输单元连接，各个模块的功能如下：
敏感元件组：采集危化品车辆罐体中货物的温度信号、压力信号和液位信号，并将所述采集到的信号输出给调理电路；
调理电路：将敏感元件组采集的温度信号、压力信号和液位信号进行调理，即将采集的微弱小信号调理到模数转换电路的信号输入范围之内，并输出给模数转换电路；
模数转换电路：将从调理电路接收的模拟信号转换为数字信号，并输出给存储电路；
存储电路：用于存储模数转换电路进行模数转换后的温度数字信号、压力数字信号和液位数字信号；
处理电路：从存储电路中获取温度、压力和液位数字信号，将所述数字信号分别转换为相应的温度数据、压力数据和液位数据，输出给ZigBee无线传输单元；
ZigBee无线传输单元：采用ZigBee无线传输协议将所述温度数据、压力数据和液位数据无线传输；
电源模块：为敏感元件组、调理电路、模数转换电路、存储电路、处理电路和ZigBee无线传输单元进行供电。
在上述危化品车辆一体化无线传感器中，敏感元件组由温度敏感元件、压力敏感元件和液位敏感元件组成，调理电路由温度调理电路、压力调理电路和液位调理电路组成，温度敏感元件连接温度调理电路，将采集的温度信号输出给温度调理电路进行调理；压力敏感元件连接压力调理电路，将采集的压力信号输出给压力调理电路进行调理；液位敏感元件连接液位调理电路，将采集的液位信号输出给液位液位调理电路进行调理。
在上述危化品车辆一体化无线传感器中，电源模块包括电源管理电路和电池，其中电源管理电路对传感器中各模块的电源进行划分和管理，电源管理电路采用电池监测专用芯片DS2438，所述专用芯片由温度测量单元、电压测量单元、电流测量单元三部分组成，分别用于测量温度、电压和电流；电池根据电源管理电路对传感器中各模块进行供电。
在上述危化品车辆一体化无线传感器中，温度敏感元件、压力敏感元件和液位敏感元件集成在一块电路板上。
在上述危化品车辆一体化无线传感器中，ZigBee无线传输单元采用TI公司的第二代支持ZigBee/IEEE802.15.4协议的片上集成芯片CC2530。
在上述危化品车辆一体化无线传感器中，模数转换电路、存储电路和处理电路采用TI公司的超低功耗系列处理器MSP430F1611实现。
本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：
（1）本实用新型传感器采用一体化的设计，利用温度、压力、液位传感器技术，将温度、压力、液位三种敏感元件集成在一块电路板上，作为前端信号的采集电路，在电路板的设计过程中，充分考虑这三种敏感元件的摆放位置，以及各敏感元件的输出信号，避免各小信号之间的相互影响和后续的电路处理；
（2）本实用新型传感器选用低功耗的处理器，在处理单元，尽可能地选择低功耗的存储芯片，处理芯片降低整体功耗，设计过程中，为了降低功耗，电路设计方面均采用微功耗设计方式，并通过精确电源管理关闭不用的模块，使传感器处于低功耗状态；
（3）本实用新型传感器采用ZigBee无线通信技术，利用现有的低功耗ZigBee无线传感集成芯片，实现温度、压力、液位信号的无线传输，最大限度地延长电池的使用寿命；ZigBee技术的显著特点是成本低、功耗小、应用领域广等；
（4）本实用新型传感器采用ZigBee技术，能够在危化品车辆上通过无线通信方式形成一个自组织的网络系统，协作感知、采集和处理网络覆盖区域中罐体中货物的信息，并发送给车载终端，因此本实用新型传感器的无线传输方式相比与有线传输方式，可以不必铺设电缆，具有低功耗、高可靠性、易组网和稳定性好等优势，能够节省安装时间和安装费用；
（5）本实用新型传感器采用高性能的大容量纽扣锂电池供电，缩小模块的体积，电路设计上采用电源管理电路，对电路中各功能模块的电源进行划分和管理，由处理器进行实时控制，通过精确电源管理，关闭不用的模块，使传感器处于低功耗状态；
附图说明
图1为本实用新型危化品车辆一体化无线传感器原理框图；
图2为本实用新型危化品车辆一体化无线传感器的主板结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述：
如图1所示为本实用新型危化品车辆一体化无线传感器原理框图，由图可知本实用新型一体化无线传感器包括敏感元件组、处理单元、电源模块和ZigBee无线传输单元，其中处理单元是危化品车辆传感器的核心单元，包括调理电路、模数转换电路、存储电路和处理电路，具体连接关系为：敏感元件组与调理电路连接，调理电路与模数转换电路连接，模数转换电路连接存储电路，存储电路连接处理电路，处理电路则与ZigBee无线传输单元连接，电源模块分别与敏感元件组、调理电路、模数转换电路、存储电路、处理电路和ZigBee无线传输单元连接。
如图1所示，敏感元件组由温度敏感元件、压力敏感元件和液位敏感元件组成，调理电路由温度调理电路、压力调理电路和液位调理电路组成，温度敏感元件连接温度调理电路，压力敏感元件连接压力调理电路，液位敏感元件连接液位调理电路。
敏感元件组通过温度敏感元件、压力敏感元件、液位敏感元件的探头分别采集危化品车辆罐体中货物的温度信号、压力信号、液位信号，并将采集到的信号输出给调理电路。其中温度敏感元件、压力敏感元件和液位敏感元件集成在一块电路板上，作为前端信号的采集电路，在电路板的设计过程中，充分考虑这三种敏感元件的摆放位置，以及各敏感元件的输出信号，避免各小信号之间的相互影响和后续的电路处理。
调理电路通过温度调理电路、压力调理电路和液位调理电路分别将敏感元件组采集的温度信号、压力信号和液位信号进行调理，即将采集的微弱小信号调理到后续模数转换电路的信号输入范围之内，并输出给模数转换电路。
模数转换电路将从调理电路接收的模拟信号转换为数字信号，并输出给存储电路。
存储电路用于存储模数转换电路进行模数转换后的温度数字信号、压力数字信号和液位数字信号。
处理电路从存储电路中获取温度、压力和液位数字信号并进行处理，将该数字信号分别转换为相应的温度数据、压力数据和液位数据，输出给ZigBee无线传输单元。
ZigBee无线传输单元完成传感器与外部设备的信息交互，采用ZigBee无线传输协议将接收的温度数据、压力数据和液位数据无线传输。
电源模块包括电源管理电路和电池，主要为敏感元件组、调理电路、模数转换电路、存储电路、处理电路和ZigBee无线传输单元进行供电。
如图2所示为本实用新型危化品车辆一体化无线传感器的主板结构图，首先电源管理电路对电路中各功能模块的电源进行划分和管理，由处理器进行实时控制，通过精确电源管理，关闭不用的模块，使车辆传感器处于低功耗状态。电源管理电路采用电池监测专用芯片DS2438，该芯片内部由温度测量单元、电压测量单元、电流测量单元三部分组成。温度测量单元内置温度传感器，采用13位ADC，最高位表示温度值的正负。测量范围为-55～125°C；分辨力维0.03125°C。电压测量单元包含10位ADC，输入范围为0～10V，分辨力为10mV。电流测量单元内包含11位ADC，最高位为电流测量符号位，分辨力为0.2441mA，全量程电流为±250mA。此外本实用新型采用电池监测专用芯片监测电池电量，当电池电量不足时，可通过电池接口及时更换电池，传感器能够正常工作2年以上时间。
处理单元中的模数转换电路、存储电路和处理电路采用TI公司的超低功耗系列处理器MSP430F1611实现。该处理器是16位RISC混合信号处理器，工作电压在1.8V～3.6V之间；功耗极小，在活动模式下工作电流为280μA，在休眠模式下为116μA，在关闭状态下为11μA；具有丰富的外设，包含有8路12位的模数转换器；丰富的外围接口，包括标准串口、SPI接口、I2C接口等。单片机内部具有3个时钟信号，灵活的时钟选择能够使得系统可以工作在最合理的时钟下，从而大大降低系统功耗。
敏感元件组采用温度、压力、液位传感器技术，将温度、压力、液位三种敏感元件集成在一块电路板上，充分考虑每种敏感元件的摆放位置，以及各敏感元件的输出信号，避免小信号之间的相互影响和后续的调理电路。
调理电路中的温度调理电路、压力调理电路、液位调理电路均采用高度集成、低功耗的放大芯片和滤波芯片。
ZigBee无线传输单元采用TI公司推出的第二代支持ZigBee/IEEE802.15.4协议的片上集成芯片CC2530，该芯片集成了一个高性能射频收发器和一个工业标准增强型低功耗8051微控制器，8KB的RAM，32KB/64KB/128KB/256KB的可编程FLASH ROM，8路输入可配置的12位模数转换器，128位AES加密解密安全协处理器，看门狗定时器，32KHz晶振的休眠模式定时器，2个USART接口，21个通用I/O接口，具有电池监测、温度感测等功能。具有五种工作模式，且切换时间短，可以较好地满足超低功耗系统的要求。
本实用新型传感器利用温度、压力、液位传感器技术，结合ZigBee技术，实现对危化品物流运输领域车辆的货物信息的无线实时感知与监控。填补了现阶段危化品物流运输领域车辆货物信息的无线实时感知与监控的空白。
本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (6)
1.危化品车辆一体化无线传感器，其特征在于：包括敏感元件组、处理单元、电源模块和ZigBee无线传输单元，其中处理单元包括调理电路、模数转换电路、存储电路和处理电路，具体连接关系为：敏感元件组与调理电路连接，调理电路与模数转换电路连接，模数转换电路连接存储电路，存储电路连接处理电路，处理电路则与ZigBee无线传输单元连接，电源模块分别与敏感元件组、调理电路、模数转换电路、存储电路、处理电路和ZigBee无线传输单元连接，各个模块的功能如下：
敏感元件组：采集危化品车辆罐体中货物的温度信号、压力信号和液位信号，并将所述采集到的信号输出给调理电路；
调理电路：将敏感元件组采集的温度信号、压力信号和液位信号进行调理，即将采集的微弱小信号调理到模数转换电路的信号输入范围之内，并输出给模数转换电路；
模数转换电路：将从调理电路接收的模拟信号转换为数字信号，并输出给存储电路；
存储电路：用于存储模数转换电路进行模数转换后的温度数字信号、压力数字信号和液位数字信号；
处理电路：从存储电路中获取温度、压力和液位数字信号，将所述数字信号分别转换为相应的温度数据、压力数据和液位数据，输出给ZigBee无线传输单元；
ZigBee无线传输单元：采用ZigBee无线传输协议将所述温度数据、压力数据和液位数据无线传输；
电源模块：为敏感元件组、调理电路、模数转换电路、存储电路、处理电路和ZigBee无线传输单元进行供电。
2.根据权利要求1所述的危化品车辆一体化无线传感器，其特征在于：所述敏感元件组由温度敏感元件、压力敏感元件和液位敏感元件组成，调理电路由温度调理电路、压力调理电路和液位调理电路组成，温度敏感元件连接温度调理电路，将采集的温度信号输出给温度调理电路进行调理；压力敏感元件连接压力调理电路，将采集的压力信号输出给压力调理电路进行调理；液位敏感元件连接液位调理电路，将采集的液位信号输出给液位液位调理电路进行调理。
3.根据权利要求1所述的危化品车辆一体化无线传感器，其特征在于：所述电源模块包括电源管理电路和电池，其中电源管理电路对传感器中各模块的电源进行划分和管理，电源管理电路采用电池监测专用芯片DS2438，所述专用芯片由温度测量单元、电压测量单元、电流测量单元三部分组成，分别用于测量温度、电压和电流；电池根据电源管理电路对传感器中各模块进行供电。
4.根据权利要求2所述的危化品车辆一体化无线传感器，其特征在于：所述温度敏感元件、压力敏感元件和液位敏感元件集成在一块电路板上。
5.根据权利要求1所述的危化品车辆一体化无线传感器，其特征在于：所述ZigBee无线传输单元采用TI公司的第二代支持ZigBee/IEEE802.15.4协议的片上集成芯片CC2530。
6.根据权利要求1所述的危化品车辆一体化无线传感器，其特征在于：所述模数转换电路、存储电路和处理电路采用TI公司的超低功耗系列处理器MSP430F1611实现。
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|---|---|---|---|---|
| CN110044413A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-23 | 五冶集团上海有限公司 | 基于物联网的危化品运输预警与辅助决策系统 |
| CN110646058A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-03 | 深圳市迈姆斯科技有限公司 | 一种测量液位的数字压力传感器及其工作方法 |
| CN111220213A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-02 | 江苏智冷物联技术有限公司 | 一种复合传感器 |
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