CN214958844U - 一种基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器，包括微光发电模块、升压模块、电源管理模块、玻璃幕墙监测传感器模块、MCU主控芯片模块及无线通信模块。本实用新型的微光发电模块在低照度光源下也具有高效率发电特性，两片微光发电模块相背设置，一片微光发电模块用于接收太阳能带来的能量，另一片第二微光发电模块用于接收日光灯的能量，并通过升压模块进行电压转换，搭配电源管理系统转换成不同电压对系统进行供电，进而减少更换电池的频率，避免制造过多电池废弃物，并大幅度降低人工监控与维持成本，有效让传感器能够透过环境自主供电，保持传感器远程通信功能不因电力不足而被中断，有效延长玻璃幕墙监测传感器使用期限。

Description

一种基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器

技术领域

本实用新型属于玻璃幕墙监测技术领域，具体涉及一种基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器。

背景技术

玻璃幕墙监测传感器是利用先进的传感器网络技术，结合玻璃的实际物化特性，为幕墙远程实时监测提供传感技术支持。我国建筑幕墙从1978年开始起步，目前我国已发展成世界第一幕墙生产大国和使用大国。但随着使用年限的增加及使用量的增多，玻璃幕墙存在的质量问题及安全隐患突出。目前，对这些隐患的监测主要凭借工作人员经验和手持设备，效率和准确率都比较低，不能实时监测每块幕墙的状况。而既有玻璃幕墙的玻璃、胶体及其结构构件等材料的安全使用对保障城市公共安全至关重要，所以需要玻璃幕墙安全系统来预防这些问题。目前，玻璃幕墙传感器和其它无线远传传感器一样，在很多应用场景下只能使用一次性电池提供所需电力，这对系统的低功耗提出了极高的要求。由于玻璃幕墙传感器监测到的信息都要通过MCU并通过射频天线进行远距离传送到客户端，尽管使用了低功耗MCU芯片以及低功耗广域网通信技术中来降低功耗，进而降低耗电量。但使用一次性电池供电依旧难逃电池续航问题，并且这在维修更换上有极大地不便，包括后期追踪置换电池必须支付的维修成本，特别是人力、一次性电池的污染及环保问题，而且传感器供电稳定性也会影响系统的稳定度，即便制造商不断创新研发出更多应用商品，但最终终端客户及整套系统应用仍会大大受限于一次性电池所带来的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题提出一种基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器的系统，实现玻璃幕墙传感器长久高效的工作，满足市场的实际需要。

本实用新型通过以下技术方案解决上述技术问题，

一种基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器，其特征在于，包括微光发电模块、升压模块、电源管理模块、玻璃幕墙监测传感器模块、MCU主控芯片模块及无线通信模块，

所述微光发电模块接收微光并转换为电压信号；

所述升压模块将所述微光发电模块转换的电压信号进行升压，获得升压信号；

所述电源管理模块通过电平转换，将升压信号进行转换为系统各模块的电压，为系统各模块供电；

所述玻璃幕墙监测传感器模块贴在玻璃幕墙上，实时记录玻璃幕墙的温度、振动频率、应力应变、位移状态，并将实时记录信息发送至MCU主控芯片模块；

所述MCU主控芯片模块包括定时器，定时将实时记录信息通过所述无线通信模块发送至上位服务器；

所述无线通信模块通过无线通信信号，将实时记录信息发送至上位服务器。

为了获得更好的技术效果，所述玻璃幕墙监测传感器模块包括MEMS传感器、应变传感器、温湿度传感器；

所述MEMS传感器检测玻璃幕墙的加速度，获取振动频率状态；

所述应变传感器检测玻璃幕墙的应力应变和位移状态；

所述温湿度传感器检测玻璃幕墙的温度状态。

为了获得更好的技术效果，所述MCU主控芯片模块还包括比较模块，所述比较模块将实时记录信息与预设参数进行比较，当实时记录信息大于预设参数时，所述MCU主控芯片模块发出预警信号，并通过所述无线通信模块发送至上位服务器。

为了获得更好的技术效果，所述无线通信模块采用Lora、NB-IoT、ZigBee、蓝牙或WIFI技术。

为了获得更好的技术效果，还包括第二微光发电模块，所述第二微光发电模块与所述微光发电模块相背设置。

为了获得更好的技术效果，还包括电池，所述电池与升压模块连接；

所述升压模块包括电压比较模块，所述升压模块检测所述微光发电模块接收微光并转换为电压信号，并通过电压比较模块与预设电压进行比较，当电压信号小于预设电压时，切换电池供电。

为了获得更好的技术效果，所述电池包括一次性电池或可充电电池。

为了获得更好的技术效果，所述MCU主控芯片模块为STM32单片机。

本实用新型对现有玻璃幕墙监测传感器进行改进，本实用新型的微光发电模块在低照度光源下也具有高效率发电特性，两片微光发电模块相背设置，一片微光发电模块用于接收太阳能带来的能量，另一片第二微光发电模块用于接收日光灯的能量，并通过升压模块进行电压转换，搭配电源管理系统转换成不同电压对系统进行供电，即可取代或结合一次性电池或充电电池以延长传感器使用期限，进而减少更换电池的频率，避免制造过多电池废弃物，并大幅度降低人工监控与维持成本，有效让传感器能够透过环境自主供电，保持传感器远程通信功能不因电力不足而被中断，有效延长玻璃幕墙监测传感器使用期限。

附图说明

图1为本实用新型实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步详细阐述本实用新型的内容。

一种基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器，包括微光发电模块、第二微光发电模块、电池、升压模块、电源管理模块、玻璃幕墙监测传感器模块、 MCU主控芯片模块及无线通信模块，如图1所示；

所述微光发电模块和第二微光发电模块接收微光并转换为电压信号；

所述第二微光发电模块与所述微光发电模块相背设置；

所述升压模块将所述微光发电模块转换的电压信号进行升压，获得升压信号；

所述电池与升压模块连接；

所述升压模块包括电压比较模块，所述升压模块检测所述微光发电模块接收微光并转换为电压信号，并通过电压比较模块与预设电压进行比较，当电压信号小于预设电压时，切换电池供电；

所述电池包括一次性电池或可充电电池；

所述电源管理模块通过电平转换，将升压信号进行转换为系统各模块的电压，为系统各模块供电；

所述玻璃幕墙监测传感器模块贴在玻璃幕墙上，实时记录玻璃幕墙的温度、振动频率、应力应变、位移状态，并将实时记录信息发送至MCU主控芯片模块；

所述玻璃幕墙监测传感器模块包括MEMS传感器、应变传感器、温湿度传感器；

所述MEMS传感器检测玻璃幕墙的加速度，获取振动频率状态；

所述应变传感器检测玻璃幕墙的应力应变和位移状态；

所述应变传感器采用高精度模-数转换芯片搭配栅式电阻应变片进行数据的采集；

所述温湿度传感器检测玻璃幕墙的温度状态；

所述MCU主控芯片模块包括定时器，定时将实时记录信息通过所述无线通信模块发送至上位服务器；

所述MCU主控芯片模块还包括比较模块，所述比较模块将实时记录信息与预设参数进行比较，当实时记录信息大于预设参数时，所述MCU主控芯片模块发出预警信号，并通过所述无线通信模块发送至上位服务器；

本实施例中，所述MCU主控芯片模块优选为STM32单片机，STM32单片机是意法半导体推出的高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex内核的系列单片机；

所述无线通信模块通过无线通信信号，将实时记录信息发送至上位服务器；

所述无线通信模块采用Lora、NB-IoT、ZigBee、蓝牙或WIFI技术。

所述微光发电模块理论上在24小时有日光照及太阳能的环境下，可在无需电池的状况下用于低功耗传感器供电。本实用新型中，客户在使用微光发电模块给玻璃幕墙传感器供电时，升压模块中的升压转换器进行能量收集及升压，并通过电源管理芯片为系统供电。实际上，由于传感器功耗限制及光照偏弱的情况下，微光发电模块应与电池结合使用，则可延长电池使用的续航力，大大提高了玻璃幕墙传感器系统的工作稳定性及电池使用率。

本实用新型方法具体实施方式如下：

本实施例提供一种基于微光发电的玻璃幕墙传感器无线传输系统，所述基于微光发电的玻璃幕墙传感器实施例模块包括：无线通信模块、电源管理模块、玻璃幕墙监测各传感器模块及MCU主控芯片模块。本实用新型固定在玻璃幕墙上，其中一片微光发电模块紧贴玻璃，第二微光发电模块面向室内，通过两片微光发电模块收集幕墙外的阳光、月光或星光，并通过面向室内的第二微光发电模块收集室内日光灯、LED灯等各种光源发出的光线，并将这些光线转换为电能供系统各模块使用。

本实用新型中无线通信可使用NB、ZigBee、WIFI等通信模块，可根据具体情况选择使用。本实用新型中基本方案采用Lora远距离无线传输技术，利用Lora 芯片和射频天线结合来实现。采用Lora技术，按理论来说，可以使用150MHz 到1GHz频段中的任何频率(中国主要使用470-518MHz)，无需申请即可进行网络的建设。Lora与4G和其他付费网络不同的是它在全球免费ISM频段上运行，如470等，另外Lora在电池供电和低成本方面是更有优势的。

本实用新型中MCU主控芯片模块的选择不仅需要考虑系统功能的实现，更需要考虑对功耗的降低，通过低功耗设计以降低系统耗电量，在保证功能实现下采用相关低功耗系列的MCU均可。本实用新型中基本方案以STM32为基础来实现基于微光发电的玻璃幕墙传感器各功能控制，STM32单片机是意法半导体推出的高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex内核的系列单片机，它种类繁多，功能强大，完全可实现需求。

本实用新型中为了监测玻璃幕墙的变化状况以判断玻璃幕墙是否产生裂变等破坏，其中采用了多个传感器。MEMS传感器为加速度传感器，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度，这就涉及到振动测倾角技术，振动的监测用以实现对瞬时冲击或者幕墙破裂的实时识别，而且本实用新型中的 MEMS传感器不受外界加速度的影响，可精准测量计算出来的角度；应变传感器用以监测玻璃幕墙在内应力与外力的作用中产生的形变，可采用高精度模-数转换芯片搭配栅式电阻应变片进行数据的采集；温湿度传感器测量外部温湿度情况进而检测玻璃幕墙因温湿度产生的变化，这些传感器都是监测玻璃幕墙状况的重要传感器元件。

本实用新型中最重要的是电源模块，离开了电源的支持，传感器也就没有用处。与普通无线传输通信不同，本实用新型采用微光发电以取代或结合一次性电池作为整个系统的电力来源，微光发电薄膜在低照度光源具有高效率发电特性的 DSC光动能模块，作为环境光能源采集装置，搭配专用电源管理系统，如图1 框图所示，两片微光发电模块分别置于传感器前后面用于吸收光照能量，通过升压模块与一次性锂电池结合使用作为系统电源，再通过电源管理模块与MCU相连，而且电源管理芯片可储存多余电量已备电量不足时使用。有效让传感器能够通过环境自主供电，保持传感器通信功能不因电力不足而中断。

通过以上方式，微光发电模块将取代或结合一次性电池为玻璃幕墙监测传感器系统提供电源，这为玻璃幕墙监测的远程通信实现了一种最好的自供电解决方案，只要有光的地方即可提供足够的电力来源。而稳定便利的装置供电已成为产业发展的关键要素，未来基于微光发电的玻璃幕墙监测传感器的市场潜力是相当值得期待的。

Claims (8)

1.一种基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器，其特征在于，包括微光发电模块、升压模块、电源管理模块、玻璃幕墙监测传感器模块、MCU主控芯片模块及无线通信模块，

所述微光发电模块接收微光并转换为电压信号；

所述升压模块将所述微光发电模块转换的电压信号进行升压，获得升压信号；

所述电源管理模块通过电平转换，将升压信号进行转换为系统各模块的电压，为系统各模块供电；

所述玻璃幕墙监测传感器模块贴在玻璃幕墙上，实时记录玻璃幕墙的温度、振动频率、应力应变、位移状态，并将实时记录信息发送至MCU主控芯片模块；

所述MCU主控芯片模块包括定时器，定时将实时记录信息通过所述无线通信模块发送至上位服务器；

所述无线通信模块通过无线通信信号，将实时记录信息发送至上位服务器。

2.如权利要求1所述基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器，其特征在于，所述玻璃幕墙监测传感器模块包括MEMS传感器、应变传感器、温湿度传感器；

所述MEMS传感器检测玻璃幕墙的加速度，获取振动频率状态；

所述应变传感器检测玻璃幕墙的应力应变和位移状态；

所述温湿度传感器检测玻璃幕墙的温度状态。

3.如权利要求1所述基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器，其特征在于，所述MCU主控芯片模块还包括比较模块，所述比较模块将实时记录信息与预设参数进行比较，当实时记录信息大于预设参数时，所述MCU主控芯片模块发出预警信号，并通过所述无线通信模块发送至上位服务器。

4.如权利要求1所述基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器，其特征在于，所述无线通信模块采用Lora、NB-IoT、ZigBee、蓝牙或WIFI技术。

5.如权利要求1所述基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器，其特征在于，还包括第二微光发电模块，所述第二微光发电模块与所述微光发电模块相背设置。

6.如权利要求1所述基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器，其特征在于，还包括电池，所述电池与升压模块连接；

所述升压模块包括电压比较模块，所述升压模块检测所述微光发电模块接收微光并转换为电压信号，并通过电压比较模块与预设电压进行比较，当电压信号小于预设电压时，切换电池供电。

7.如权利要求6所述基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器，其特征在于，所述电池包括一次性电池或可充电电池。

8.如权利要求1所述基于微光发电的小型玻璃幕墙监测传感器，其特征在于，所述MCU主控芯片模块为STM32单片机。

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