?；奋囕v一體化無線傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及?；奋囕v一體化無線傳感器，包括敏感元件組、處理單元、電源模塊和ZigBee無線傳輸單元，其中處理單元包括調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路和處理電路，具體連接關(guān)系為：敏感元件組與調(diào)理電路連接，調(diào)理電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接存儲電路，存儲電路連接處理電路，處理電路則與ZigBee無線傳輸單元連接，電源模塊分別與敏感元件組、調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路、處理電路和ZigBee無線傳輸單元連接，該一體化無線傳感器避免了各小信號之間的相互影響和后續(xù)的電路處理，具有低功耗、高可靠性、易組網(wǎng)和穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，能夠節(jié)省安裝時間和安裝費(fèi)用。
【專利說明】?；奋囕v一體化無線傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及?；奋囕v一體化無線傳感器，屬于傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】【背景技術(shù)】
[0002]目前，在危化品物流運(yùn)輸領(lǐng)域，如石油運(yùn)輸領(lǐng)域，對車輛罐體中貨物信息的檢測，大部分采用分立式的、有線式的溫度傳感器儀表、壓力傳感器儀表、液位傳感器儀表。采用有線方式的缺點(diǎn)在于，傳感器儀表需要通過兩條引線從車輛電平取電，傳感器儀表的輸出信號需要通過引線的方式傳輸?shù)杰囕d終端設(shè)備。有線方式增加了車輛上的布線，增加了安全隱患，不利于后期的拆卸、維修維護(hù)，而且容易造成線纜脫落影響數(shù)據(jù)的可靠性傳輸。
[0003]目前，市面上也有無線式的溫度傳感器儀表、壓力傳感器儀表、液位傳感器儀表。但均為獨(dú)立式的儀表，只能單獨(dú)地采集溫度信號、壓力信號、液位信號。例如要針對石油運(yùn)輸車輛，每個罐體在物理結(jié)構(gòu)上是完全獨(dú)立分倉的，為了采集到每個罐體的溫度、壓力、液位信號，則需要使用的傳感器儀表的數(shù)目比較多，在罐體上安裝不方便，成本也比較高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供?；奋囕v一體化無線傳感器，避免了各小信號之間的相互影響和后續(xù)的電路處理，具有低功耗、高可靠性、易組網(wǎng)和穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，能夠節(jié)省安裝時間和安裝費(fèi)用。
[0005]本實(shí)用新型的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0006]?；奋囕v一體化無線傳感器，包括敏感元件組、處理單元、電源模塊和ZigBee無線傳輸單元，其中處理單元包括調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路和處理電路，具體連接關(guān)系為:敏感元件組與調(diào)理電路連接，調(diào)理電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接存儲電路，存儲電路連接處理電路，處理電路則與ZigBee無線傳輸單元連接，電源模塊分別與敏感元件組、調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路、處理電路和ZigBee無線傳輸單元連接，各個模塊的功能如下:
[0007]敏感元件組:采集?；奋囕v罐體中貨物的溫度信號、壓力信號和液位信號，并將所述采集到的信號輸出給調(diào)理電路；
[0008]調(diào)理電路:將敏感元件組采集的溫度信號、壓力信號和液位信號進(jìn)行調(diào)理，即將采集的微弱小信號調(diào)理到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的信號輸入范圍之內(nèi)，并輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；
[0009]模數(shù)轉(zhuǎn)換電路:將從調(diào)理電路接收的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸出給存儲電路；
[0010]存儲電路:用于存儲模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)字信號、壓力數(shù)字信號和液位數(shù)字信號；
[0011]處理電路:從存儲電路中獲取溫度、壓力和液位數(shù)字信號，將所述數(shù)字信號分別轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)和液位數(shù)據(jù)，輸出給ZigBee無線傳輸單元；
[0012]ZigBee無線傳輸單元:采用ZigBee無線傳輸協(xié)議將所述溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)和液位數(shù)據(jù)無線傳輸；
[0013]電源模塊:為敏感元件組、調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路、處理電路和ZigBee無線傳輸單元進(jìn)行供電。
[0014]在上述?；奋囕v一體化無線傳感器中，敏感元件組由溫度敏感元件、壓力敏感元件和液位敏感元件組成，調(diào)理電路由溫度調(diào)理電路、壓力調(diào)理電路和液位調(diào)理電路組成，溫度敏感元件連接溫度調(diào)理電路，將采集的溫度信號輸出給溫度調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理；壓力敏感元件連接壓力調(diào)理電路，將采集的壓力信號輸出給壓力調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理；液位敏感元件連接液位調(diào)理電路，將采集的液位信號輸出給液位液位調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理。
[0015]在上述?；奋囕v一體化無線傳感器中，電源模塊包括電源管理電路和電池，其中電源管理電路對傳感器中各模塊的電源進(jìn)行劃分和管理，電源管理電路采用電池監(jiān)測專用芯片DS2438，所述專用芯片由溫度測量單元、電壓測量單元、電流測量單元三部分組成，分別用于測量溫度、電壓和電流；電池根據(jù)電源管理電路對傳感器中各模塊進(jìn)行供電。
[0016]在上述危化品車輛一體化無線傳感器中，溫度敏感元件、壓力敏感元件和液位敏感元件集成在一塊電路板上。
[0017]在上述?；奋囕v一體化無線傳感器中，ZigBee無線傳輸單元采用TI公司的第二代支持ZigBee/IEEE802.15.4協(xié)議的片上集成芯片CC2530。
[0018]在上述危化品車輛一體化無線傳感器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路和處理電路采用TI公司的超低功耗系列處理器MSP430F1611實(shí)現(xiàn)。
[0019]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果:
[0020](I)本實(shí)用新型傳感器采用一體化的設(shè)計(jì)，利用溫度、壓力、液位傳感器技術(shù)，將溫度、壓力、液位三種敏感元件集成在一塊電路板上，作為前端信號的采集電路，在電路板的設(shè)計(jì)過程中，充分考慮這三種敏感元件的擺放位置，以及各敏感元件的輸出信號，避免各小信號之間的相互影響和后續(xù)的電路處理；
[0021](2)本實(shí)用新型傳感器選用低功耗的處理器，在處理單元，盡可能地選擇低功耗的存儲芯片，處理芯片降低整體功耗，設(shè)計(jì)過程中，為了降低功耗，電路設(shè)計(jì)方面均采用微功耗設(shè)計(jì)方式，并通過精確電源管理關(guān)閉不用的模塊，使傳感器處于低功耗狀態(tài)；
[0022](3)本實(shí)用新型傳感器采用ZigBee無線通信技術(shù)，利用現(xiàn)有的低功耗ZigBee無線傳感集成芯片，實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、液位信號的無線傳輸，最大限度地延長電池的使用壽命；ZigBee技術(shù)的顯著特點(diǎn)是成本低、功耗小、應(yīng)用領(lǐng)域廣等；
[0023](4)本實(shí)用新型傳感器采用ZigBee技術(shù)，能夠在危化品車輛上通過無線通信方式形成一個自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，協(xié)作感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中罐體中貨物的信息，并發(fā)送給車載終端，因此本實(shí)用新型傳感器的無線傳輸方式相比與有線傳輸方式，可以不必鋪設(shè)電纜，具有低功耗、高可靠性、易組網(wǎng)和穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，能夠節(jié)省安裝時間和安裝費(fèi)用；
[0024](5)本實(shí)用新型傳感器采用高性能的大容量紐扣鋰電池供電，縮小模塊的體積，電路設(shè)計(jì)上采用電源管理電路，對電路中各功能模塊的電源進(jìn)行劃分和管理，由處理器進(jìn)行實(shí)時控制，通過精確電源管理，關(guān)閉不用的模塊，使傳感器處于低功耗狀態(tài)；
【專利附圖】

【附圖說明】[0025]圖1為本實(shí)用新型?；奋囕v一體化無線傳感器原理框圖；
[0026]圖2為本實(shí)用新型?；奋囕v一體化無線傳感器的主板結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述:
[0028]如圖1所示為本實(shí)用新型危化品車輛一體化無線傳感器原理框圖，由圖可知本實(shí)用新型一體化無線傳感器包括敏感元件組、處理單元、電源模塊和ZigBee無線傳輸單元，其中處理單元是?；奋囕v傳感器的核心單元，包括調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路和處理電路，具體連接關(guān)系為:敏感元件組與調(diào)理電路連接，調(diào)理電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接存儲電路，存儲電路連接處理電路，處理電路則與ZigBee無線傳輸單元連接，電源模塊分別與敏感元件組、調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路、處理電路和ZigBee無線傳輸單元連接。
[0029]如圖1所示,敏感元件組由溫度敏感元件、壓力敏感元件和液位敏感元件組成,調(diào)理電路由溫度調(diào)理電路、壓力調(diào)理電路和液位調(diào)理電路組成，溫度敏感元件連接溫度調(diào)理電路，壓力敏感元件連接壓力調(diào)理電路，液位敏感元件連接液位調(diào)理電路。
[0030]敏感元件組通過溫度敏感元件、壓力敏感元件、液位敏感元件的探頭分別采集危化品車輛罐體中貨物的溫度信號、壓力信號、液位信號，并將采集到的信號輸出給調(diào)理電路。其中溫度敏感元件、壓力敏感元件和液位敏感元件集成在一塊電路板上，作為前端信號的采集電路，在電路板的設(shè)計(jì)過程中，充分考慮這三種敏感元件的擺放位置，以及各敏感元件的輸出信號，避免各小信號之間的相互影響和后續(xù)的電路處理。
[0031 ] 調(diào)理電路通過溫度調(diào)理電路、壓力調(diào)理電路和液位調(diào)理電路分別將敏感元件組采集的溫度信號、壓力信號和液位信號進(jìn)行調(diào)理，即將采集的微弱小信號調(diào)理到后續(xù)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的信號輸入范圍之內(nèi)，并輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
[0032]模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將從調(diào)理電路接收的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸出給存儲電路。
[0033]存儲電路用于存儲模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)字信號、壓力數(shù)字信號和液位數(shù)字信號。
[0034]處理電路從存儲電路中獲取溫度、壓力和液位數(shù)字信號并進(jìn)行處理，將該數(shù)字信號分別轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)和液位數(shù)據(jù)，輸出給ZigBee無線傳輸單元。
[0035]ZigBee無線傳輸單元完成傳感器與外部設(shè)備的信息交互，采用ZigBee無線傳輸協(xié)議將接收的溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)和液位數(shù)據(jù)無線傳輸。
[0036]電源模塊包括電源管理電路和電池，主要為敏感元件組、調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路、處理電路和ZigBee無線傳輸單元進(jìn)行供電。
[0037]如圖2所示為本實(shí)用新型?；奋囕v一體化無線傳感器的主板結(jié)構(gòu)圖，首先電源管理電路對電路中各功能模塊的電源進(jìn)行劃分和管理，由處理器進(jìn)行實(shí)時控制，通過精確電源管理，關(guān)閉不用的模塊，使車輛傳感器處于低功耗狀態(tài)。電源管理電路采用電池監(jiān)測專用芯片DS2438，該芯片內(nèi)部由溫度測量單元、電壓測量單元、電流測量單元三部分組成。溫度測量單元內(nèi)置溫度傳感器，采用13位ADC，最高位表示溫度值的正負(fù)。測量范圍為-55?125° C ;分辨力維0.03125° C。電壓測量單元包含10位ADC，輸入范圍為O?10V，分辨力為10mV。電流測量單元內(nèi)包含11位ADC，最高位為電流測量符號位，分辨力為0.2441mA,全量程電流為土 250mA。此外本實(shí)用新型采用電池監(jiān)測專用芯片監(jiān)測電池電量，當(dāng)電池電量不足時，可通過電池接口及時更換電池，傳感器能夠正常工作2年以上時間。
[0038]處理單元中的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路和處理電路采用TI公司的超低功耗系列處理器MSP430F1611實(shí)現(xiàn)。該處理器是16位RISC混合信號處理器，工作電壓在1.8V?
3.6V之間；功耗極小，在活動模式下工作電流為280μΑ，在休眠模式下為116μΑ，在關(guān)閉狀態(tài)下為11 μ A ;具有豐富的外設(shè)，包含有8路12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；豐富的外圍接口，包括標(biāo)準(zhǔn)串口、SPI接口、I2C接口等。單片機(jī)內(nèi)部具有3個時鐘信號，靈活的時鐘選擇能夠使得系統(tǒng)可以工作在最合理的時鐘下，從而大大降低系統(tǒng)功耗。
[0039]敏感元件組采用溫度、壓力、液位傳感器技術(shù)，將溫度、壓力、液位三種敏感元件集成在一塊電路板上，充分考慮每種敏感元件的擺放位置，以及各敏感元件的輸出信號，避免小信號之間的相互影響和后續(xù)的調(diào)理電路。
[0040]調(diào)理電路中的溫度調(diào)理電路、壓力調(diào)理電路、液位調(diào)理電路均采用高度集成、低功耗的放大芯片和濾波芯片。
[0041]ZigBee無線傳輸單元采用TI公司推出的第二代支持ZigBee/IEEE802.15.4協(xié)議的片上集成芯片CC2530，該芯片集成了一個高性能射頻收發(fā)器和一個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型低功耗8051微控制器，8KB的RAM，32KB/64KB/128KB/256KB的可編程FLASH ROM，8路輸入可配置的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，128位AES加密解密安全協(xié)處理器，看門狗定時器，32KHz晶振的休眠模式定時器，2個USART接口，21個通用I/O接口，具有電池監(jiān)測、溫度感測等功能。具有五種工作模式，且切換時間短，可以較好地滿足超低功耗系統(tǒng)的要求。
[0042]本實(shí)用新型傳感器利用溫度、壓力、液位傳感器技術(shù)，結(jié)合ZigBee技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對?；肺锪鬟\(yùn)輸領(lǐng)域車輛的貨物信息的無線實(shí)時感知與監(jiān)控。填補(bǔ)了現(xiàn)階段?；肺锪鬟\(yùn)輸領(lǐng)域車輛貨物信息的無線實(shí)時感知與監(jiān)控的空白。
[0043]本實(shí)用新型說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.危化品車輛一體化無線傳感器，其特征在于:包括敏感元件組、處理單元、電源模塊和ZigBee無線傳輸單元，其中處理單元包括調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路和處理電路，具體連接關(guān)系為:敏感元件組與調(diào)理電路連接，調(diào)理電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接存儲電路，存儲電路連接處理電路，處理電路則與ZigBee無線傳輸單元連接，電源模塊分別與敏感元件組、調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路、處理電路和ZigBee無線傳輸單元連接，各個模塊的功能如下: 敏感元件組:采集?；奋囕v罐體中貨物的溫度信號、壓力信號和液位信號，并將所述采集到的信號輸出給調(diào)理電路； 調(diào)理電路:將敏感元件組采集的溫度信號、壓力信號和液位信號進(jìn)行調(diào)理，即將采集的微弱小信號調(diào)理到模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的信號輸入范圍之內(nèi)，并輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路； 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路:將從調(diào)理電路接收的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸出給存儲電路； 存儲電路:用于存儲模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)字信號、壓力數(shù)字信號和液位數(shù)字信號； 處理電路:從存儲電路中獲取溫度、壓力和液位數(shù)字信號，將所述數(shù)字信號分別轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)和液位數(shù)據(jù)，輸出給ZigBee無線傳輸單元； ZigBee無線傳輸單元:采用ZigBee無線傳輸協(xié)議將所述溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)和液位數(shù)據(jù)無線傳輸； 電源模塊:為敏感元件組、調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路、處理電路和ZigBee無線傳輸單元進(jìn)行供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的?；奋囕v一體化無線傳感器，其特征在于:所述敏感元件組由溫度敏感元件、壓力敏感元件和液位敏感元件組成，調(diào)理電路由溫度調(diào)理電路、壓力調(diào)理電路和液位調(diào)理電路組成，溫度敏感元件連接溫度調(diào)理電路，將采集的溫度信號輸出給溫度調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理；壓力敏感元件連接壓力調(diào)理電路，將采集的壓力信號輸出給壓力調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理；液位敏感元件連接液位調(diào)理電路,將采集的液位信號輸出給液位液位調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的危化品車輛一體化無線傳感器，其特征在于:所述電源模塊包括電源管理電路和電池，其中電源管理電路對傳感器中各模塊的電源進(jìn)行劃分和管理，電源管理電路采用電池監(jiān)測專用芯片DS2438，所述專用芯片由溫度測量單元、電壓測量單元、電流測量單元三部分組成，分別用于測量溫度、電壓和電流；電池根據(jù)電源管理電路對傳感器中各模塊進(jìn)行供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的?；奋囕v一體化無線傳感器，其特征在于:所述溫度敏感元件、壓力敏感元件和液位敏感元件集成在一塊電路板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的?；奋囕v一體化無線傳感器，其特征在于:所述ZigBee無線傳輸單元采用TI公司的第二代支持ZigBee/IEEE802.15.4協(xié)議的片上集成芯片CC2530。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的危化品車輛一體化無線傳感器，其特征在于:所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路和處理電路采用TI公司的超低功耗系列處理器MSP430F1611實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號】G08C17/02GK203396419SQ201320362151
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月24日
【發(fā)明者】吳佳妮, 程相昱, 王健, 鄒光南 申請人:航天恒星科技有限公司