CN208366459U - 一种基于低功耗控制器的加速度信号采集及无线发送系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于低功耗控制器的加速度信号采集及无线发送系统，涉及工业测控技术领域；其包括加速度传感器、控制器和无线通信模块，所述加速度传感器与控制器连接并单向通信，所述控制器与无线通信模块连接并双向通信；其通过加速度传感器、控制器和无线通信模块，实现了对结构的振动自动进行长期、实时监测；测试准确，可靠性高，抗干扰能力强，动态响应速度快；体积小，重量轻，成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业测控技术领域，尤其涉及一种基于低功耗控制器的加速度信号采集及无线发送系统。
背景技术
在现代工业测控领域，结构感知技术已经较初期有了很大的发展，不同原理、不同类型、不同测试结构的传感器得到了广泛应用。目前传统的传感器存在抗扰动能力差、易老化、可靠性差、动态响应速度慢、成本较高等缺点，容易造成测试数据的失真，很难满足目前工业测控领域对结构参数进行长期、实时、在线自动感知的要求。随着传感器技术、嵌入式技术以及低功耗无线通信技术的发展，研制出具备自感应、无线通信以及信息处理能力的无线传感器已成为可能。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于低功耗控制器的加速度信号采集及无线发送系统，其通过加速度传感器、控制器和无线通信模块，实现了对结构的振动自动进行长期、实时监测；测试准确，可靠性高，抗干扰能力强，动态响应速度快；体积小，重量轻，成本低。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：其包括加速度传感器、控制器和无线通信模块，所述加速度传感器与控制器连接并单向通信，所述控制器与无线通信模块连接并双向通信。
进一步的技术方案在于：其还包括电源模块，所述电源模块分别与加速度传感器、控制器和无线通信模块连接。
进一步的技术方案在于：所述电源模块为3.3V的锂电池。
进一步的技术方案在于：其还包括吸球，所述加速度传感器、控制器、无线通信模块和电源模块均设置在吸球上。
进一步的技术方案在于：所述吸球包括空心挤压球和设置在空心挤压球下部的吸盘，在吸盘的内侧设置有设备存储仓，在吸盘的顶部设置有气孔，空心挤压球的内腔经气孔与外界导通；所述加速度传感器、控制器、无线通信模块和电源模块均位于设备存储仓的内部。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
第一，包括加速度传感器、控制器和无线通信模块，所述加速度传感器与控制器连接并单向通信，所述控制器与无线通信模块连接并双向通信。该技术方案，总体功耗低，适于对结构的振动自动进行长期、实时监测；测试准确，可靠性高，抗干扰能力强，动态响应速度快；体积小，重量轻，成本低。
第二，其还包括电源模块，所述电源模块分别与加速度传感器、控制器和无线通信模块连接。该技术方案，适于更长期的监测。
第三，所述电源模块为3.3V的锂电池。该技术方案，锂电池的使用寿命长，其体积更小，其使用及维护更方便，总体成本更低。
第四，其还包括吸球，所述加速度传感器、控制器、无线通信模块和电源模块均设置在吸球上。该技术方案，方便各电子设备的固定和拆卸，各电子设备通过吸球牢固固定在被测结构表面，则测试更准确；各电子设备固定和拆卸便捷，安装方便快捷，则使用更加方便。
第五，所述吸球包括空心挤压球和设置在空心挤压球下部的吸盘，在吸盘的内侧设置有设备存储仓，在吸盘的顶部设置有气孔，空心挤压球的内腔经气孔与外界导通；所述加速度传感器、控制器、无线通信模块和电源模块均位于设备存储仓的内部。该技术方案，成本更低，结构更合理，各电子设备的固定和拆卸更方便。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图；
图2是本实用新型中速度传感器与控制器的电路连接图；
图3是本实用新型中无线通信模块的电路图；
图4是本实用新型中吸球的结构图；
图5是本实用新型中吸球的剖切图。
其中：1空心挤压球、2吸盘、3设备存储仓、4气孔。
具体实施方式
下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-图5所示，本实用新型公开了一种基于低功耗控制器的加速度信号采集及无线发送系统，其包括吸球、加速度传感器U1、控制器U2、无线通信模块U4和电源模块。
所述吸球包括空心挤压球1和固定在空心挤压球1下部的吸盘2，在吸盘2的内侧固定有设备存储仓3，在吸盘2的顶部开有气孔4，空心挤压球1的内腔经气孔4与外界导通。
所述加速度传感器U1、控制器U2、无线通信模块U4和电源模块均位于设备存储仓3的内部，所述加速度传感器U1与控制器U2连接并单向通信，所述控制器U2与无线通信模块U4连接并双向通信，所述电源模块分别与加速度传感器U1、控制器U2和无线通信模块U4连接。
在应用时挤压吸球并将其牢固地吸附在被测结构表面，保证所述加速度传感器U1的感应方向与所关心的结构振动方向一致，加速度传感器U1感知结构的振动加速度信息，振动加速度信息经加速度传感器U1内部处理后以SPI数字形式输出，其信号输出端与控制器U2信号输入端相连；控制器U2为整个传感器的核心，它通过SPI接口分别与加速度传感器U1、无线通信模块U4相连，并控制这些模块的相应动作：对加速度传感器U1所输入的加速度信号进行数据处理；无线通信模块U4与控制器U2相连，接收控制器U2所传达的命令,将控制器U2处理后的数据无线发送至互联网，在空闲时可接收来自其他无线的加速度传感器的数据信息并进行转发；所述电源模块与加速度传感器U1、控制器U2、存储器模块及无线通信模块U4分别相连，为各部分正常工作提供能量。
所述加速度传感器U1的型号为SCA830。综合考虑结构的低频振动特性及传感器芯片的测试精度、频率测试范围、占空比等因素，采用VTI公司的一款基于3D-MEMS（微机械加工系统）电容传感器技术的高精度、低功耗、低成本的单轴加速度传感器芯片SCA830-D06，其主要是由一个高精度微机电加速度传感元件和一个灵活的SPI数字接口组成，工作电压范围为+3.0V～+3.6V，带宽范围为50Hz，工作温度范围为-40℃～+125℃，最大功耗为20mW，测量结果以数字SPI形式输出。SCA830的引脚4(AVDD)与引脚3（AVSS）之间串联一100nF的贴片电容C4，引脚1、2、3之间相连，引脚10（DVDD）与引脚11（DVSS）之间串联一个100nF的贴片电容C5，引脚11、引脚12相连，引脚4(AVDD)与引脚3（AVSS）之间串联一个10uF的贴片电容C6与C4并联，10欧姆的电阻R1与引脚4（AVDD）及引脚10（DVDD）分别串联，电感L1与电阻R1串联后与VDD相连。引脚12（EGND）与在PCB电路板设计时，将模拟地AVSS及数字地DVSS分开，并在靠近芯片的一点单点公地。上述电路形成稳定的供电滤波电路，并将模拟供电部分与数字供电部分相隔离，具有较强的抗电磁干扰能力。VDD为电源输入端，其电压范围可为3.0-3.6V。引脚5、6、7、8为加速度芯片的SPI接口，与微控制器MSP430F249的SPI接口相连。
控制器U2采用TI公司的超低功耗的混合信号控制器MSP430F249，MSP430F249能够在低电压下以超低功耗状态工作，具有强大的处理能力和丰富的片内外设置。片内有三个基础时钟模块，灵活的时钟选择使得控制器可在最合理的时种下进行工作，大大降低了芯片的功耗。MSP430F249具有丰富的外围接口，包括标准串口、SPI接口、I2C接口等，方便连接多种设备。
无线通信模块U4采用TI下属Chipcon公司生产的CC2430 芯片，它是一种符合ZigBee技术的2.4GHz射频系统单芯片，此单芯片上整合了ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器。它采用高性能和低功耗的8051微控制器核；集成符合IEEES02.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机；具有优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性；在休眠模式时仅0.9μA的流耗，外部的中断或RTC能唤醒系统，在待机模式时少于0.6μA的流耗，外部的中断能唤醒系统；适应较宽的电压范围（2.0V～3.6V）；集成AES安全协处理器。
CC2430的引脚P1.2、P1.3、P1.4、P1.5分别与MSP430F249的引脚P5.0、P5.3、P5.1、P5.2相连，形成CC2430与微控制器MSP430F249之间通过SPI通信接口方式，其中MSP430F249作为主设备，CC2430作为从设备。CC2430的引脚11、12、13、14、15分别与MSP430F249的引脚P4.4、P4.3、P4.2、P4.1、P4.0相连，表示收发数据的状态。C15、C16为22pF的电容，连接32MHz的晶振电路，此石英晶体用于正常工作使用。C10、C11为15pF的电容，连接32.768kHz的晶振电路，用于休眠时工作，以降低功耗。C17为0.1uF与6.8K欧的电阻R10相连后连接至RESET端，防止单片机错误复位。C13、C14、C18、C19分别为220nF、10nF、100nF、220nF用作滤波，去除杂波干扰使电压更稳定。
所述电源模块为3.3V的可充电的锂电池，其为加速度传感器U1、控制器U2及无线通信模块U4提供能量供给，同时设计了外接电源供电接口，在条件允许的情况下采用外接电源供电，可以延长锂电池的使用寿命。
所选用的MEMS加速度传感器U1、控制器U2以及无线通信模块U4均选用超低功耗芯片，总体功耗很低，适于对结构进行长期振动监测；可同时对结构进行双轴方向振动监测，加速度传感器U1输出为数字量，可靠性高、抗干扰能力强；体积小、重量轻、安装方便快捷。
Claims (2)
1.一种基于低功耗控制器的加速度信号采集及无线发送系统，其特征在于：包括加速度传感器、控制器和无线通信模块，所述加速度传感器与控制器连接并单向通信，所述控制器与无线通信模块连接并双向通信；其还包括电源模块和吸球，所述电源模块分别与加速度传感器、控制器和无线通信模块连接，所述加速度传感器、控制器、无线通信模块和电源模块均设置在吸球上，所述吸球包括空心挤压球（1）和设置在空心挤压球（1）下部的吸盘（2），在吸盘（2）的内侧设置有设备存储仓（3），在吸盘（2）的顶部设置有气孔（4），空心挤压球（1）的内腔经气孔（4）与外界导通；所述加速度传感器、控制器、无线通信模块和电源模块均位于设备存储仓（3）的内部。
2.根据权利要求1所述的一种基于低功耗控制器的加速度信号采集及无线发送系统，其特征在于：所述电源模块为3.3V的锂电池。
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| CN113124923A (zh) * | 2019-12-30 | 2021-07-16 | 中国石油天然气股份有限公司 | 设备状态的监测装置 |
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