CN210664844U - 一种压力传感器阵列 - Google Patents

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吴天际
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Abstract

一种压力传感器阵列,由至少两个压力传感器串联形成,相邻的所述压力传感器通过握手端口串联,通过级联握手系统获得每个压力传感器的地址及顺序,形成压力传感器阵列。传感器阵列可以获得多个地面压力信息从而将每一个压力传感器信息发送至中央控制器。中央控制器是整个系统的核心节点,系统的时钟节拍由中央控制器发出,从而获得整个传感器阵列的压力数据。通过中央控制器下面串联若干压力传感器,每一个压力传感器和下一个压力传感器通过网线相连接,使用网线可以最大程度上降低通讯硬件成本,解决现有技术问题中的多传感器连接线路复杂,通讯可靠性差等问题。

Description

一种压力传感器阵列
技术领域
本实用新型涉及压力传感器领域,具体涉及一种压力传感器阵列。
背景技术
压力传感器阵列主要用于地面压力检测,通过检测压力最终得到地面各个点的压力值。此技术已经在很多场合应用,例如汽车轴重检测,建筑物压力监测等。这些场合使用压力监测主要的目的都是危害性监测,数值超过多少,会对被压力物造成不可逆的损坏,这部分使用对某一特定压力值具有限制作用,而将压力与地板的实时测量相联系,则将大大提高人居环境的数字化水平,从得到一点的地面压力,变为多点压力测量。此测量技术可以广泛使用在多个场景下。例如可以利用地面压力判断某一个门是否可以打开,具有防盗作用。又例如地面压力可以有效的获得大约是谁在屋内,从而提供相应的服务等。这些都是在多压力传感器测量的基础上而获得的新能力。现有技术方案采用的方案的是将传感器数据分别采集并上传,一般传感器阵列采用RS-485总线进行数据通讯,通讯时采用主问从答的方式进行。压力传感器采集自身数据,等待主机信号;如果接收正确,则直接将数据上传。每一个压力传感器都需要通过此方式上传。现有技术一的缺点,首先,现有技术必须根据具体使用场景设置延时,这就导致系统的延时比较长,且数据分散不容易进行数据整理。当检测频率低时对于检测人居行为是比较不利的。现有技术的检测频率比较低,当传感器阵列有很多节点时,系统的检测频率会进一步降低,系统可用性变差。其次,通讯可靠性,系统总线可靠性较差,当遇到总线问题时可能影响的是全部传感器,现有技术对可靠性设计较差,对现场实际安装来说,现有技术连线相对复杂,不容易大规模安装调试使用。再次,地板在安装前,技术操作人员就要对每一个压力传感器进行地址编码。地址编码后一般情况下不可以变更,且不易变更,对于传感器阵列的变更地址问题。一直影响着施工便捷度,目前压力传感器阵列在地板上的应用很贵,其原因就在于实际操作调试人员的专业化程度高,一般人无法自行安装,成本高也是目前的现有压力传感器的缺点之一。
实用新型内容
针对上述问题,本实用新型的目的提供一种新型的压力传感器阵列,通过中央控制器下面串联若干压力传感器,每一个压力传感器和下一个压力传感器通过网线相连接,使用网线可以最大程度上降低通讯硬件成本,解决现有技术问题中的多传感器连接线路复杂,通讯可靠性差等问题。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种压力传感器阵列,由至少两个压力传感器串联形成,相邻的所述压力传感器通过握手端口串联,通过级联握手系统获得每个压力传感器的地址及顺序,形成压力传感器阵列。传感器阵列可以获得多个地面压力信息从而将每一个压力传感器信息发送至中央控制器。中央控制器是整个系统的核心节点,系统的时钟节拍由中央控制器发出,从而获得整个传感器阵列的压力数据。这些数据可以通过一定的编排方式存储或者分析。中央控制器可以是系统级计算机或者是单片机系统。压力传感器与中央控制器通过CAN总线通讯。
进一步,所述压力传感器由中心处理器、CAN总线收发器、应变式压力传感器,称重差分电路、按键、电源、握手端口组成。所述中央控制器由CPU、内部存储、高速时钟、电源管理、接口I/O、CAN总线控制器组成。
每个压力传感器包括四个应变式压力传感器,组成一个称重差分电路,通过电桥连接,称重差分电路可以去除误差,使系统重复测量压力更准确。系统通过反复计算电压变化量(△U)最终得到稳定的压力数值。
所述电源为中心处理器、称重差分电路、按键供电。
所述CAN总线收发器通过接收中心处理器内的CAN总线控制器信号与外部其他模块进行通讯,从而将称重获得的压力数据上传。
所述握手端口将所有的压力传感器串联并一一握手。通过级联握手系统可以得知每一个压力传感器的地址及排序顺序。此方式可以大规模串联压力传感器,从而形成传感器阵列。
所述握手端口包括入握手端口、出握手端口,所述CAN总线、电源、入握手端口、出握手端口通过电缆线汇总至八端口网口。物理连接上是通过一根网线串联两个压力传感器的八端口网口。
压力数值每次上报都是报告三个数值。分别是在未通讯时间内的最大值、最小值、当前最后的实时值,这样做的好处,可以减少干扰。可以让中央控制器快速获得谁曾经有过巨大的变化量,快速获得压力相关的有效信息。此过程比实时传输当前实测压力数据更有意义。中央控制器可以获得每一个压力传感器的最大值、最小值、当前最后的实时值,对通讯和数据有效性更有实际分析价值。这样就可以更好的解决频率低和数据实时性的问题。此过程在本专利中应当重点保护。在检测数据的过程中加入了统计学数值。这对于压力等敏感多变参数而言具有很强的数据价值和分析价值。
本实用新型的优点在于:
1、可以有效降低安装成本,可以快速提高安装的不确定性,每一个传感器之间采用串联结构连接布局,使安装的速度提升,安装的专业难度下降。
2、传感器阵列采用CAN总线通讯,最大程度上提高了系统的稳定性,而CAN总线的防冲突机制可以让通讯变得更加可靠快捷,采用一次呼叫全部上传的通讯方式,使通讯效率进一步提高,且更加高效。CAN总线本身具有很强的抗干扰能力。用在地板项目可以,对总线有很高的机制。容量大,采集和传输频率高。具体讲,容量大指阵列中一个中央控制器可以带数百个节点。传输频率高指在连接数百个节点的情况下,对于压力的实时传输仍可达到10Hz频率,这个频率可以采集到人体活动产生的大部分信号(行走、跑步、站立、跳跃、卧倒等等)。
3、通过一个压力传感器一个网线的串联方式,可以有效的减少线缆布置,节省费用的同时提高了布线利用率。与此同时,线缆在实际布线时减少了交叉也进一步提高了安装可靠性。
4、通过每一次通讯的数据帧,传输多次测量中的最大值,最小值和最后实时值可以有效的提高系统的监测能力。最大的压力值和最小压力值都可以在数据分析中起到避免因为通讯频率不够,导致丢失峰值数据的方式。当个传感器的采样频率很高,可以捕捉更加丰富的数据,但通讯频率受到总线速率的限制,因此需要把最有效的信息传递,本质上是一种压缩。。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的系统框图。
图2为本实用新型压力传感器的阵列关系示意图。
图3为本实用新型称重差分电路图。
其中:1、中心处理器;2、CAN总线收发器;3、应变式压力传感器;4、称重差分电路;5、按键;6、电源;7、握手端口;8、CPU;9、内部存储;10、高速时钟;11、电源管理;12、接口I/O;13、CAN总线控制器;
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,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。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
一种压力传感器阵列,由至少两个压力传感器串联形成,相邻的所述压力传感器通过握手端口7串联,通过级联握手系统获得每个压力传感器的地址及顺序,形成压力传感器阵列。传感器阵列可以获得多个地面压力信息从而将每一个压力传感器信息发送至中央控制器。中央控制器是整个系统的核心节点,系统的时钟节拍由中央控制器发出,从而获得整个传感器阵列的压力数据。这些数据可以通过一定的编排方式存储或者分析。中央控制器可以是系统级计算机或者是单片机系统。压力传感器与中央控制器通过CAN总线通讯。
进一步,所述压力传感器由中心处理器1、CAN总线收发器2、应变式压力传感器3,称重差分电路4、按键5、电源6、握手端口7组成。所述中央控制器1由CPU8、内部存储9、高速时钟10、电源6管理、接口I/O12、CAN总线控制器13组成。
每个压力传感器包括四个应变式压力传感器3,组成一个称重差分电路4,通过电桥连接,称重差分电路4可以去除误差,使系统重复测量压力更准确。系统通过反复计算电压变化量(△U)最终得到稳定的压力数值。
所述电源6为中心处理器1、称重差分电路4、按键5供电。
所述CAN总线收发器2通过接收中心处理器1内的CAN总线控制器13信号与外部其他模块进行通讯,从而将称重获得的压力数据上传。
所述握手端口7将所有的压力传感器串联并一一握手。通过级联握手系统可以得知每一个压力传感器的地址及排序顺序。此方式可以大规模串联压力传感器,从而形成传感器阵列。
所述握手端口7包括入握手端口、出握手端口,所述CAN总线、电源6、入握手端口、出握手端口通过电缆线汇总至八端口网口。物理连接上是通过一根网线串联两个压力传感器的八端口网口。
每一个压力传感器都是由一套完整的电路原理实现,每一个压力传感器都由中心处理器1、CAN总线收发器2、应变式压力传感器3,称重差分电路4、按键5、电源6、握手端口7组成。
每一个中心处理器1内部又包含CPU8、内部存储9、高速时钟10、电源6管理、接口I/O12、CAN总线控制器13组成。
称重传感器用来精密感知重力,而称重差分电路可以去除误差,使系统重复测量压力更准确。其中的R3电阻为应变式压力传感器,当图中的A、C两点加以一定的电压(U)时,B、D两点会在R3变化的情况下产生电压变化从而将压力转化为电压变化量。系统通过反复计算电压变化量(△U)最终得到稳定的压力数值,如图3所示。
电源模块可以为中心处理器,称重差分电路、按键供电。
CAN总线收发器通过接收中心处理器内的CAN总线控制器信号与外部其他模块进行通讯。从而将称重数据上传。
另握手端口是可以将所有的压力传感器串联并一一握手。通过级联握手系统可以得知每一个压力传感器的地址及排序顺序。此方式可以大规模串联压力传感器,从而形成传感器阵列。
压力传感器阵列排布顺序为中央控制器下面串联若干压力传感器,每一个压力传感器和下一个压力传感器通过网线相连接,使用网线可以最大程度上降低通讯硬件成本。
其中的CAN总线、供电电源、入握手端口、出握手端口都会通过网口的八根电缆线进行汇总。形成标准的接口,通过插接方式完成模块和模块间的串联插接。其中的连接关系具有创新性可快速形成压力传感器阵列,并可以实现自动排序编址,需特别说明,具体的阵列关系的示意图如图2所示。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种压力传感器阵列,其特征在于:由至少两个压力传感器级联和一个中央控制器,相邻的所述压力传感器通过握手端口串联,通过级联握手系统获得每个压力传感器的地址及顺序,形成压力传感器阵列。
2.根据权利要求1所述的一种压力传感器阵列,其特征在于:所述压力传感器由中心处理器、CAN总线收发器、应变式压力传感器,称重差分电路、按键、电源、握手端口组成。
3.根据权利要求1所述的一种压力传感器阵列,其特征在于:所述中央控制器由CPU、内部存储、高速时钟、电源管理、接口I/O、CAN总线控制器和以太网组成。
4.根据权利要求2所述的一种压力传感器阵列,其特征在于:所述握手端口包括入握手端口、出握手端口,CAN总线、电源、入握手端口、出握手端口通过电缆线汇总至连接器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112669590A (zh) * 2020-12-10 2021-04-16 浙江理工大学 串联式即插即用智能传感通信系统及其自动编址方法

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