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专利号: 201811140726X
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-07-20
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种评估落石风险的自供电传感器,包括自供电的压电能量收集装置和落石状态检测电路;其特征在于:所述的自供电的压电能量收集装置包括收集板、滑块、滑轨、第一连接弹簧、第二连接弹簧、第一压电悬臂梁和第二压电悬臂梁;所述的收集板上开设有滑槽和两个压电槽;两个压电槽互相平行,且间隔设置;滑槽的两端与两个压电槽的一端连通;收集板的滑槽上固定有滑轨;滑块与滑轨构成滑动副;第一压电悬臂梁、第二压电悬臂梁的安装端与两个压电槽远离滑槽的那端分别固定;滑块位于第一压电悬臂梁与第二压电悬臂梁的自由端之间;第一连接弹簧、第二连接弹簧的一端与滑块的两端分别固定,另一端与第一压电悬臂梁、第二压电悬臂梁的自由端分别固定;

所述的落石状态检测电路包括主控芯片、陀螺仪模块、加速度计模块、气压计模块、充电模块、锂电池、稳压模块和存储卡;所述的充电模块通过整流桥和电压放大器将自供电的压电能量收集装置内第一压电悬臂梁、第二压电悬臂梁输出的电压滤波、整流、放大后为锂电池充电;稳压模块将锂电池输出的电压稳压后为主控芯片、陀螺仪模块、加速度计模块和气压计模块供电;所述的陀螺仪模块通过陀螺仪采集角速度信号并传输给主控芯片;所述的加速度计模块通过加速度计采集加速度信号并传输给主控芯片;所述的气压计模块通过气压计采集气压信号并传输给主控芯片;存储卡与主控芯片相连。

2.根据权利要求1所述的一种评估落石风险的自供电传感器,其特征在于:所述的充电模块包括第一整流桥、第二整流桥和电压放大器;所述第一整流桥和第二整流桥的型号均为MB6S;所述电压放大器的型号为OP07;第一压电悬臂梁的两极与第一整流桥的第一输入端、第二输入端分别相连;第二压电悬臂梁的两极与第二整流桥的第一输入端、第二输入端分别相连;第一整流桥及第二整流桥的正极输出端均接第七电容CE1、第十一电阻RE1的一端及电压放大器的正供电电压端,负极输出端均接第七电容CE1的另一端、第十二电阻RE2的一端、电压放大器的负供电电压端和锂电池BAT1的负极;电压放大器的正相输入端接第十一电阻RE1和第十二电阻RE2的另一端,反相输入端接锂电池正极,输出端接第一场效应管QE1的栅极;第一场效应管QE1的源极接第八电容CE2的一端及锂电池的负极;第八电容CE2的另一端接锂电池的正极及第二场效应管QE2的漏极;第一场效应管QE1的漏极接第二场效应管QE2的栅极及第十三电阻RE3的一端;第二场效应管QE2的源极接第十三电阻RE3的另一端及电压放大器的正供电电压端。

3.根据权利要求1所述的一种评估落石风险的自供电传感器,其特征在于:所述的稳压模块包括稳压芯片;稳压芯片的型号为ADM7170;稳压芯片的1及2引脚均接第十四电阻RW1及第十电容CW2的一端,3引脚接第十四电阻RW1另一端及第十五电阻RW2的一端,4引脚接第十一电容CW3的一端;第十电容CW2、第十一电容CW3及第十五电阻RW2的另一端均接地;稳压芯片U5的6引脚与第九电容CW1的一端相连并接地,7及8引脚均接第九电容CW1的另一端及锂电池的正极;稳压芯片的1及2引脚作为稳压模块的电压输出端。

4.根据权利要求1所述的一种评估落石风险的自供电传感器,其特征在于:所述的陀螺仪模块包括陀螺仪芯片;陀螺仪芯片的型号为ITG-3701;陀螺仪芯片的1引脚接第四电阻RG4的一端以及主控芯片的第一I2C数字通信端;第四电阻RG4的另一端接稳压模块的电压输出端;陀螺仪芯片的3引脚及4引脚均接第一电容CG1的一端和稳压模块的电压输出端;第一电容CG1的另一端接地;陀螺仪芯片的6、7、8引脚与第一电阻RG1、第二电容CG2、第二电阻RG2的一端分别相连;第一电阻RG1、第二电容CG2及第二电阻RG2的另一端均接地;陀螺仪芯片的9引脚接第三电容CG3一端和稳压模块的电压输出端;第三电容CG3的另一端接地;陀螺仪芯片的10引脚接第三电阻RG3的一端和主控芯片的第一I/O口;第三电阻RG3的另一端接稳压模块的电压输出端;陀螺仪芯片的12及14引脚均接地,16引脚接第五电阻RG5的一端和主控芯片的第一I2C时钟端,第五电阻RG5的另一端接稳压模块的电压输出端。

5.根据权利要求1所述的一种评估落石风险的自供电传感器,其特征在于:所述的加速度计模块包括加速度计芯片;加速度计的型号为ADXL001-250Z;加速度计芯片的7、8引脚均接第四电容CA1的一端和稳压模块的电压输出端;加速度计芯片的3引脚和第四电容CA1的另一端均接地;加速度计芯片的6引脚接第五电容CA2的一端;第五电容CA2的另一端接地;

加速度计芯片的6引脚为加速度计模块的加速度信号输出端,与主控芯片的第一I/O口;加速度计模块共有三个;三个加速度计模块的加速度信号输出端与主控芯片的第一数模转换端、第二数模转换端、第三数模转换端分别相连;三个加速度计模块内加速度计芯片的长度方向两两之间相互垂直。

6.根据权利要求1所述的一种评估落石风险的自供电传感器,其特征在于:所述气压计模块包括气压计芯片;气压计芯片的型号为ms5611-01ba03;气压计芯片的1引脚接第六电容CB1和稳压模块的电压输出端;第六电容CB1的另一端接地;气压计芯片的2引脚接第六电阻RB1的一端;第六电阻RB1的另一端接稳压模块的电压输出端;气压计芯片的3引脚接地,4引脚接第七电阻RB2的一端,5引脚接第八电阻RB3的一端;第七电阻RB2及第八电阻RB3的另一端均接地;气压计芯片的7引脚接第十电阻RB5的一端和主控芯片的第二I2C数字通信端;

第十电阻RB5的另一端接稳压模块的电压输出端;气压计芯片的8引脚接第九电阻RB4的一端和主控芯片的第二I2C时钟端,第九电阻RB4的另一端稳压模块的电压输出端。

7.根据权利要求1所述的一种评估落石风险的自供电传感器,其特征在于:本发明还包括壳体;所述的自供电的压电能量收集装置和落石状态检测电路均固定在壳体内。

8.根据权利要求1所述的一种评估落石风险的自供电传感器,其特征在于:所述的落石状态检测电路还包括无线通信模块、蜂鸣器、LED灯、USB插座和GPS模块;GPS模块通过GPS芯片记录落石的运动路径并传输给主控芯片;无线通信模块与主控芯片相连;无线通信模块与上位机进行无线通信;LED灯及蜂鸣器与主控芯片相连。

9.根据权利要求1所述的一种评估落石风险的自供电传感器,其特征在于:所述的主控芯片采用型号为STM32F103C8T6的单片机;所述的第一压电悬臂梁及第二压电悬臂梁均采用型号为PZT-5h的压电陶瓷。