本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)線傳感器。

背景技術(shù)：

與傳統(tǒng)的傳感器相比，無(wú)線傳感器不需要電纜，具有靈活、低功耗、低成本、自組網(wǎng)等特點(diǎn)，在實(shí)際中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在一些結(jié)構(gòu)件的模態(tài)試驗(yàn)以及一些旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，急需使用無(wú)線傳感器，可以極大地提高試驗(yàn)效率。現(xiàn)有的無(wú)線傳感器體積和重量均較大，在某些試驗(yàn)件上安裝這些無(wú)線傳感器，可能會(huì)影響試驗(yàn)件自身的力學(xué)特性。另外，傳統(tǒng)傳感器體積較大，內(nèi)部可以安裝較大容量電池，減小傳感器體積之后，必然影響內(nèi)部電池體積，從而影響到電池的功耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決現(xiàn)有無(wú)線傳感器存在體積大，影響試驗(yàn)件自身的力學(xué)特性的問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種無(wú)線傳感器，包括自下而上依次疊放設(shè)置的數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、射頻模塊和電源模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊分別與所述數(shù)據(jù)采集模塊和所述射頻模塊連接，以接收所述數(shù)據(jù)采集模塊獲得的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)通過(guò)所述射頻模塊發(fā)送至無(wú)線基站，所述電源模塊分別與所述數(shù)據(jù)采集模塊、所述數(shù)據(jù)處理模塊和所述射頻模塊連接并供電。

其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括一個(gè)三軸MEMS加速度傳感器和三條采集通路，每條所述采集通路均包括依次連接的信號(hào)調(diào)理電路、濾波電路和AD采集芯片，每個(gè)所述信號(hào)調(diào)理電路均與所述三軸MEMS加速度傳感器連接，各所述AD采集芯片以菊花鏈方式依次連接后再與所述數(shù)據(jù)處理模塊連接。

其中，每個(gè)所述AD采集芯片上均設(shè)有SPI接口，所述AD采集芯片通過(guò)所述SPI接口進(jìn)行菊花鏈方式連接。

其中，所述AD采集芯片為16位低功耗AD芯片。

其中，所述濾波電路為二階有源低通濾波器。

其中，所述電源模塊包括鋰電池、充電電路、電源調(diào)理電路和控制電路組成，所述鋰電池通過(guò)外部接口充電，所述鋰電池通過(guò)所述電源調(diào)理電路將電源調(diào)理成數(shù)字電源和模擬電源。

其中，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括CPU和FLASH，所述CPU分別與所述數(shù)據(jù)采集模塊、所述射頻模塊和所述FLASH連接。

其中，所述射頻模塊工作在2.4GHz的ISM頻段。

(三)有益效果

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明無(wú)線傳感器將數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、射頻模塊和電源模塊采用自下而上的方式安裝在傳感器底板上，通過(guò)這種安裝方式可以極大地減小傳感器的體積。數(shù)據(jù)處理模塊將數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)通過(guò)射頻模塊發(fā)送至無(wú)線基站，同時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以防止在惡劣的電磁環(huán)境下無(wú)線數(shù)據(jù)丟包導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙保險(xiǎn)。本發(fā)明的模塊化設(shè)計(jì)可以通過(guò)更換不同的數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)不同的參數(shù)測(cè)量功能，更換射頻模塊實(shí)現(xiàn)其他頻段的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)，具有非常大的靈活性。在非常小的體積內(nèi)集成了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、無(wú)線收發(fā)、充電供電等功能模塊，達(dá)到了通用傳感器要求的同時(shí)，也使傳感器體積小巧、重量輕，適合模態(tài)試驗(yàn)等對(duì)體積重量敏感的應(yīng)用場(chǎng)合。與現(xiàn)有加速度傳感器相比，本發(fā)明不需要電纜，具有體積小、重量輕、功耗低、存儲(chǔ)容量大、工作時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于模態(tài)試驗(yàn)、加速度測(cè)量、橋梁狀態(tài)監(jiān)測(cè)、風(fēng)電葉片監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。

除了上面所描述的本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題、構(gòu)成的技術(shù)方案的技術(shù)特征以及有這些技術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明的其他技術(shù)特征及這些技術(shù)特征帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，將結(jié)合附圖作出進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例無(wú)線傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)處理模塊的工作原理圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例無(wú)線傳感器的數(shù)據(jù)采集模塊的構(gòu)成示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例無(wú)線傳感器的電源模塊的構(gòu)成示意圖。

圖中：1：數(shù)據(jù)采集模塊；2：數(shù)據(jù)處理模塊；3：射頻模塊；4：電源模塊；11：三軸MEMS加速度傳感器；12：信號(hào)調(diào)理電路；13：濾波電路；14：AD采集芯片；21：CPU；22：FLASH；41：鋰電池；42：充電電路；43：電源調(diào)理電路；44：控制電路；45：外部接口。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”、“多根”、“多組”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，“若干個(gè)”、“若干根”、“若干組”的含義是一個(gè)或一個(gè)以上。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的無(wú)線傳感器，包括自下而上依次疊放設(shè)置的數(shù)據(jù)采集模塊1、數(shù)據(jù)處理模塊2、射頻模塊3和電源模塊4，數(shù)據(jù)處理模塊2分別與數(shù)據(jù)采集模塊1和射頻模塊3連接，以接收數(shù)據(jù)采集模塊1獲得的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)通過(guò)射頻模塊3發(fā)送至無(wú)線基站，電源模塊4分別與數(shù)據(jù)采集模塊1、數(shù)據(jù)處理模塊2和射頻模塊3連接并供電。

本發(fā)明無(wú)線傳感器將數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、射頻模塊和電源模塊采用自下而上的方式安裝在傳感器底板上，通過(guò)這種安裝方式可以極大地減小傳感器的體積。數(shù)據(jù)處理模塊將數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)通過(guò)射頻模塊發(fā)送至無(wú)線基站，同時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以防止在惡劣的電磁環(huán)境下無(wú)線數(shù)據(jù)丟包導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙保險(xiǎn)。本發(fā)明的模塊化設(shè)計(jì)可以通過(guò)更換不同的數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)不同的參數(shù)測(cè)量功能，更換射頻模塊實(shí)現(xiàn)其他頻段的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)，具有非常大的靈活性。在非常小的體積內(nèi)集成了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、無(wú)線收發(fā)、充電供電等功能模塊，達(dá)到了通用傳感器要求的同時(shí)，也使傳感器體積小巧、重量輕，適合模態(tài)試驗(yàn)等對(duì)體積重量敏感的應(yīng)用場(chǎng)合。與現(xiàn)有加速度傳感器相比，本發(fā)明不需要電纜，具有體積小、重量輕、功耗低、存儲(chǔ)容量大、工作時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于模態(tài)試驗(yàn)、加速度測(cè)量、橋梁狀態(tài)監(jiān)測(cè)、風(fēng)電葉片監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。

其中，如圖3所示，數(shù)據(jù)采集模塊1包括一個(gè)三軸MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))加速度傳感器11和三條采集通路，每條采集通路均包括依次連接的信號(hào)調(diào)理電路12、濾波電路13和AD采集芯片14，每個(gè)信號(hào)調(diào)理電路12均與三軸MEMS加速度傳感器11連接，各AD采集芯片14以菊花鏈方式依次連接后再與數(shù)據(jù)處理模塊2連接。其中，每個(gè)AD采集芯片14上均設(shè)有SPI(串行外設(shè)接口)接口，AD采集芯片14通過(guò)SPI接口進(jìn)行菊花鏈方式連接。三軸MEMS加速度傳感器X軸、Y軸和Z軸的三通道數(shù)據(jù)分別進(jìn)行獨(dú)立信號(hào)調(diào)理和AD采集，采用模擬信號(hào)輸出三軸MEMS加速度傳感器，三軸加速度信號(hào)同步進(jìn)行濾波與AD采集，每一路信號(hào)首先進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，將三軸MEMS加速度傳感器輸出的信號(hào)調(diào)理成0V-2.5V電壓信號(hào)，使其滿足AD采集芯片的輸入范圍。采用SPI接口的AD采集芯片，三個(gè)AD采集芯片通過(guò)菊花鏈方式連接，以減少IO管腳，最終通過(guò)其中一個(gè)AD采集芯片的SPI接口輸出與數(shù)據(jù)處理模塊連接，數(shù)據(jù)采集模塊還可采用三個(gè)單軸MEMS加速度傳感器分別連接三個(gè)采集通路。

其中，AD采集芯片14為16位低功耗AD芯片。其中，濾波電路13為二階有源低通濾波器。AD采集芯片采用SPI接口的16位低功耗AD芯片，AD采集位數(shù)為16位，與數(shù)字式MEMS傳感器相比，保證了采樣的準(zhǔn)確性與數(shù)據(jù)同步性，精度更高、可靠性更高。濾波電路采用二階有源低通濾波器，濾波頻率根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置。

其中，如圖4所示，電源模塊4包括鋰電池41、充電電路42、電源調(diào)理電路43和控制電路44組成，鋰電池41通過(guò)外部接口45充電，鋰電池41通過(guò)電源調(diào)理電路43將電源調(diào)理成數(shù)字電源和模擬電源。電源模塊由鋰電池、充電電路、電源調(diào)理電路以及低功耗控制電路組成，可通過(guò)外部接口為鋰電池充電，通過(guò)電源調(diào)理電路將鋰電池電源調(diào)理成數(shù)字電源和模擬電源，分別為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和射頻模塊供電。本實(shí)施例采用3.7V鋰電池供電，使用專用充電芯片通過(guò)外部充電接口進(jìn)行充電，并采用電池管理芯片將3.7V穩(wěn)壓成3.0V電源為系統(tǒng)供電。在休眠模式下，電源模塊僅僅為數(shù)據(jù)處理模塊的CPU供電，其它設(shè)備均處于關(guān)閉狀態(tài)，可以極大降低系統(tǒng)的功耗。

其中，如圖2所示，數(shù)據(jù)處理模塊2包括CPU21和FLASH22，CPU21分別與數(shù)據(jù)采集模塊1、射頻模塊3和FLASH22連接。數(shù)據(jù)處理模塊的核心器件為超低功耗CPU，CPU讀取SPI接口的三通道AD采集數(shù)據(jù)，并將其按照指定的數(shù)據(jù)幀格式通過(guò)射頻模塊發(fā)送至遠(yuǎn)程無(wú)線基站，同時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至大容量FLASH中，以防止在惡劣的電磁環(huán)境下無(wú)線數(shù)據(jù)丟包導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)“雙保險(xiǎn)”，這種雙備份的方式保證了數(shù)據(jù)的可靠性，采用大容量FLASH存儲(chǔ)芯片，在無(wú)線傳輸?shù)耐瑫r(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn)可以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的可靠性。由此配合數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)了三軸加速度信號(hào)的調(diào)理、采集、存儲(chǔ)以及無(wú)線發(fā)射。采用超低功耗CPU，功耗很低，并且能夠以微安級(jí)的功耗進(jìn)入休眠狀態(tài)，延長(zhǎng)了傳感器的工作時(shí)間和待機(jī)時(shí)間。

其中，射頻模塊3工作在2.4GHz的ISM頻段。優(yōu)選的，射頻模塊工作在2.4GHz的ISM頻段，該頻段為全球免費(fèi)的無(wú)線通信頻段，可以降低設(shè)計(jì)和使用成本。

使用時(shí)，本發(fā)明因?yàn)閷?shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器的模塊化，所以通過(guò)簡(jiǎn)單更換數(shù)據(jù)采集模塊的類型，可以實(shí)現(xiàn)其它物理參數(shù)的測(cè)量，如溫度、壓力、應(yīng)變等，無(wú)需大幅更改設(shè)計(jì)，也可以通過(guò)更換射頻模塊，實(shí)現(xiàn)其它頻段的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)功能。本模塊化設(shè)計(jì)權(quán)利不僅限于無(wú)線加速度傳感器，也包含應(yīng)變、電壓、電流、溫度、電荷、壓力、角速率等其它無(wú)線測(cè)量的領(lǐng)域。通過(guò)選用低功耗的電子元器件和低功耗控制策略，系統(tǒng)的工作電流很低，并且休眠電流達(dá)到了微安級(jí)，可以延長(zhǎng)無(wú)線傳感器的續(xù)航時(shí)間，采用時(shí)間同步算法，采樣同步精度達(dá)到微秒級(jí)。

綜上所述，本發(fā)明無(wú)線傳感器將數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、射頻模塊和電源模塊采用自下而上的方式安裝在傳感器底板上，通過(guò)這種安裝方式可以極大地減小傳感器的體積。數(shù)據(jù)處理模塊將數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)通過(guò)射頻模塊發(fā)送至無(wú)線基站，同時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以防止在惡劣的電磁環(huán)境下無(wú)線數(shù)據(jù)丟包導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙保險(xiǎn)。本發(fā)明的模塊化設(shè)計(jì)可以通過(guò)更換不同的數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)不同的參數(shù)測(cè)量功能，更換射頻模塊實(shí)現(xiàn)其他頻段的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)，具有非常大的靈活性。在非常小的體積內(nèi)集成了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、無(wú)線收發(fā)、充電供電等功能模塊，達(dá)到了通用傳感器要求的同時(shí)，也使傳感器體積小巧、重量輕，適合模態(tài)試驗(yàn)等對(duì)體積重量敏感的應(yīng)用場(chǎng)合。與現(xiàn)有加速度傳感器相比，本發(fā)明不需要電纜，具有體積小、重量輕、功耗低、存儲(chǔ)容量大、工作時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于模態(tài)試驗(yàn)、加速度測(cè)量、橋梁狀態(tài)監(jiān)測(cè)、風(fēng)電葉片監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟(jì)效益。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。