传感器及信息采集系统论文和设计-多俊军

全文摘要

本实用新型公开了一种传感器及信息采集系统，所述传感器包括控制模块、外围电路模块和供电模块；所述供电模块分别与所述控制模块和所述外围电路模块连接，所述控制模块与所述外围电路模块连接；所述外围电路模块包括检测模块和通信模组；所述控制模块用于切换所述外围电路模块中各个模块的开关状态；所述供电模块用于根据所述开关状态向各个模块提供电能。本实用新型有效解决了现有的传感器功耗过高问题，有效提高传感器效能，特别适用于轨道交通中，有效提高了轨道交通领域中传感器的效能。

主设计要求

1.一种传感器，其特征在于，所述传感器包括控制模块、外围电路模块和供电模块；所述供电模块分别与所述控制模块和所述外围电路模块连接，所述控制模块与所述外围电路模块连接；所述外围电路模块包括检测模块和通信模组；所述控制模块用于切换所述外围电路模块中各个模块的开关状态；所述供电模块用于根据所述开关状态向各个模块和所述控制模块提供电能。

设计方案

2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述控制模块包括互相连接的处理单元和定时器单元；

在所述传感器处于工作状态时，所述定时器单元处于开启状态，所述处理单元用于将所述外围电路模块中各个模块设置为关闭状态；

所述定时器单元的第一定时达到设置的第一时间时，用于触发所述处理单元将所述通讯模组的接收模块设置为开启状态；

所述接收模块用于在接收到信息收集设备的唤醒信号时，用于触发所述处理单元将所述检测模块和所述通信模组的发送模块设置为开启状态。

3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，在所述接收模块为开启状态后，所述处理单元还用于根据第二时间设置所述定时器单元的第二定时；所述定时器单元的第二定时达到所述第二时间，并且未接收到所述巡检器信息收集设备的唤醒信号时，还用于触发所述处理单元将所述通讯模组的接收模块设置为关闭状态。

4.如权利要求3所述的传感器，其特征在于，在所述检测模块和所述通信模组的发送模块为开启状态后，所述接收模块还用于从所述信息收集设备接收更新的第一时间和\/或第二时间，并将所述第一时间和\/或第二时间传输给所述控制单元，所述控制单元还用于在接收到所述第一时间时，设置所述定时器单元的第一定时，在接收到所述第二时间时，设置所述定时器单元的第二定时。

5.如权利要求4所述的传感器，其特征在于，所述控制单元还用于在接收到所述第一时间和\/或第二时间后，将所述外围电路模块中各个模块设置为关闭状态，将所述控制模块中定时器单元以为的单元设置为关闭状态。

6.如权利要求2-5中任意一项所述的传感器，其特征在于，所述外围电路模块还包括信号调理模块；所述检测模块在开启状态用于采集信息，并传输给所述信号调理模块；所述信号调理模块在开启状态用于将所述检测模块采集得到的信息滤波放大，并传输给所述处理单元；所述处理单元还用于将接收的信息通过处于开启状态的所述通信模组与所述巡检器信息收集设备进行交互。

7.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述检测模块为敏感器件，所述通信模组为射频通信模组。

8.一种信息采集系统，其特征在于，所述系统包括信息收集设备和多个如权利要求1-7中任意一项所述的传感器；所述多个传感器之间按照预设距离布设；所述信息收集设备用于接收并展示所述多个传感器采集的信息。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述信息收集设备还用于根据多个传感器的预设地址，向各个传感器分别发送唤醒信号。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述信息收集设备还用于向各个传感器发送第一时间和\/或第二时间。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种传感器及信息采集系统。

背景技术

在轨道交通领域，为了行车安全在夜间设置约5个小时的天窗时段用于改建、检修与维护设备。由于时间非常短，因此无论是改建还是维护都必须高效率完成。而在轨道交通领域一般通过人工巡检传感器的方式，对安装在轨道内的设备进行检修与维护。其中的传感器用于采集温度、湿度、压力等信息。如果传感器电源和信息传递使用电缆，则在工程中需要架设电缆，架设电缆工作量大、成本高，尤其不适用于改扩建型工程。如果使用射频发送传信息，那么需要对这些传感器常使用电池供电，而传感器进行信息的采集与发送都消耗电能，然而电池能量有限，频繁更换电池给工程维护带来了大量工作。

因此，如何提高传感器效能及巡检效率，本领域中未给出有效的解决方案。

发明内容

本实用新型实施例提供一种传感器及信息采集系统，用以至少降低运行过程中传感器的功耗。

本实用新型实施例提供一种传感器，所述传感器包括控制模块、外围电路模块和供电模块；所述供电模块分别与所述控制模块和所述外围电路模块连接，所述控制模块与所述外围电路模块连接；所述外围电路模块包括检测模块和通信模组；所述控制模块用于切换所述外围电路模块中各个模块的开关状态；所述供电模块用于根据所述开关状态向各个模块提供电能。

可选地，所述控制模块包括互相连接的处理单元和定时器单元；

在所述传感器处于工作状态时，所述定时器单元处于开启状态，所述处理单元用于将所述外围电路模块中各个模块设置为关闭状态；

所述定时器单元的第一定时达到设置的第一时间时，用于触发所述处理单元将所述通讯模组的接收模块设置为开启状态；

所述接收模块用于在接收到信息收集设备的唤醒信号时，用于触发所述处理单元将所述检测模块和所述通信模组的发送模块设置为开启状态。

可选地，在所述接收模块为开启状态后，所述处理单元还用于根据第二时间设置所述定时器单元的第二定时；所述定时器单元的第二定时达到所述第二时间，并且未接收到所述巡检器信息收集设备的唤醒信号时，还用于触发所述处理单元将所述通讯模组的接收模块设置为关闭状态。

可选地，在所述检测模块和所述通信模组的发送模块为开启状态后，所述接收模块还用于从所述信息收集设备接收更新的第一时间和\/或第二时间，并将所述第一时间和\/或第二时间传输给所述控制单元，所述控制单元还用于在接收到所述第一时间时，设置所述定时器单元的第一定时，在接收到所述第二时间时，设置所述定时器单元的第二定时。

可选地，所述控制单元还用于在接收到所述第一时间和\/或第二时间后，将所述外围电路模块中各个模块设置为关闭状态，将所述控制模块中定时器单元以为的单元设置为关闭状态。

可选地，所述外围电路模块还包括信号调理模块；所述检测模块在开启状态用于采集信息，并传输给所述信号调理模块；所述信号调理模块在开启状态用于将所述检测模块采集得到的信息滤波放大，并传输给所述处理单元；所述处理单元还用于将接收的信息通过处于开启状态的所述通信模组与所述巡检器信息收集设备进行交互。

可选地，所述检测模块为敏感器件，所述通信模组为射频通信模组。

本实用新型实施例还提供一种信息采集系统所述系统包括信息收集设备和多个如上任意一项所述的传感器；所述多个传感器之间按照预设距离布设；所述信息收集设备用于接收并展示所述多个传感器采集的信息。

可选地，所述信息收集设备还用于根据多个传感器的预设地址，向各个传感器分别发送唤醒信号。

可选地，所述信息收集设备还用于向各个传感器发送第一时间和\/或第二时间。

本实用新型各个实施例通过控制处于工作状态的传感器的各个模块的开关状态，从而在传感器在信息采集过程中，可以根据需求来给向相应的模块提供电能，由此解决了现有的传感器功耗过高的问题，有效提高了传感器效能，特别适用于轨道交通领域中，有效提高了轨道交通领域中传感器的效能，取得了积极的技术效果。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例中传感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中信息采集系统的布设示意图；

图3为本实用新型实施例中传感器的信息采集的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

本实用新型实施例提供一种传感器，如图1所示，所述传感器包括控制模块1、外围电路模块2和供电模块3；所述供电模块3分别与所述控制模块1和所述外围电路模块2连接，所述控制模块1与所述外围电路模块2连接；所述外围电路模块2包括检测模块和通信模组；所述控制模块1用于切换所述外围电路模块2中各个模块的开关状态；所述供电模块3用于根据所述开关状态向所述各个模块和控制模块提供电能。

本实用新型中传感器可以用于轨道交通中的信息(参数)的采集(测量)，这些信息也可以称之为传感信息，包括温度、湿度、压力等信息。如图2所示，通过本实用新型实施例中的传感器与信息收集设备可以构成一个信息采集系统，在这个信息采集系统中，传感器负责测量信号，用以采集信息，信息收集设备一种可以接收传感器信息的器件，用于接收信息并展现数据给维护人员，当然可以具有一定的移动功能；例如信息收集设备为巡检器。

又如，传感器可以包括检测模块、信号调理模块、控制模块、通信模组以及给上述这些模块提供电能的供电模块；检测模块可以为敏感器件，通信模组为射频通信模组，供电模块还可以包括电池和电源电路；检测模块可以包括相互连接的存储单元、处理单元和定时器单元(定时器)等。处于关闭状态的模块，不需要从供电模块获取能量，处于开启状态的模块从供电模块获取能量；信号调理模块、控制模块、通信模组构成传感器的外围电路模块，其中供电模块属于常开模块，也就是说在任何模式中供电模块都属于开启状态。

本实用新型实施例通过控制处于工作状态的传感器的各个模块的开关状态，从而在传感器在信息采集过程中，可以根据需求来给向相应的模块提供电能，而不需要一直从供电模块获取能量，由此解决了现有的传感器功耗过高的问题，有效提高传感器效能，特别适用于轨道交通领域中，有效提高了轨道交通领域中传感器的效能，取得了积极的技术效果。

详细地，在所述传感器处于工作状态时，所述定时器单元处于开启状态，所述处理单元用于将所述外围电路模块中各个模块设置为关闭状态；所述定时器单元的第一定时达到设置的第一时间时，用于触发所述处理单元将所述通讯模组的接收模块设置为开启状态，即，所述处理单元在所述定时单元的本次触发下，还用于将所述通讯模组的接收模块设置为开启状态；所述接收模块用于在接收到信息收集设备的唤醒信号时，用于触发所述处理单元将所述检测模块和所述通信模组的发送模块设置为开启状态，即所述处理单元在所述接收模块的本次触发下，还用于将所述检测模块和所述通信模组的发送模块设置为开启状态。

可选地，在所述接收模块为开启状态后，所述处理单元还用于根据第二时间设置所述定时器单元的第二定时；所述定时器单元的第二定时达到所述第二时间，并且未接收到所述巡检器信息收集设备的唤醒信号时，还用于触发所述处理单元将所述通讯模组的接收模块设置为关闭状态，即所述处理单元在所述定时单元的本次触发下，还用于将所述通讯模组的接收模块设置为关闭状态。

进一步地，在所述检测模块和所述通信模组的发送模块为开启状态后，所述接收模块还用于从所述信息收集设备接收更新的第一时间和\/或第二时间，并将所述第一时间和\/或第二时间传输给所述控制单元，所述控制单元还用于在接收到所述第一时间时，根据所述第一时间设置所述定时器单元的第一定时，在接收到所述第二时间时，根据所述第二时间设置所述定时器单元的第二定时。

当然，为了使得传感器有效提高效能，进一步降低功耗，在本实用新型实施例中可以在传感器中预设多个工作模式；然后，处理单元还可以用于根据预设的各个工作模式，切换传感器的各个模块的开关状态。进一步地，处理单元还可以用于根据预设的巡检时间，设置所述各个工作模式中各个模块的开关状态；或者，从信息收集设备接收模式设置指令，根据所述模式设置指令设置所述各个工作模式中各个模块的开关状态。其中巡检时间指代用于改建、检修与维护目标设备的时间。

为了进一步有效降低传感器的功耗，在一些实施方式中，可以在传感器中设置三种工作模式，其中功耗从小到大的顺序依次为第一工作模式、第二工作模式及第三工作模式。例如第一工作模式属于深睡眠模式，此时模式下传感器外围电路模块全部关闭，仅保留微控制器的定时器模块继续运转，此时功耗最低，最节约电能。

第二工作模式属于浅睡眠模式，此种模式下微控制器的定时器和通信模组中接收模块打开工作，射频接收电路进入低功耗唤醒状态，此时电路除微控制器的定时器单元和接收模块消耗能量，其它电路与模块均不工作，消耗功耗较低。

第三种工作模式属于正常工作模式，电路所有模块全部工作，射频电路进入收发状态，此时功耗较高。

也就是说，传感器投入运行后传感器进入深睡眠模式，当定时时间T1(第一时间)到后，启动传感参数(信息)的测量，测量完毕后进入浅睡眠模式。在浅睡眠模式下待接收到巡检射频信号后传感器进入到第三种正常工作模式；如果在浅睡眠模式下长时间T2(第二时间)到后未被射频唤醒，则返回到深睡眠模式。在正常工作模式下，连续进行传感器参数测量，并且完成与信息收集设备的数据通讯功能。

在每一次测量后，如果传感器设置有参数预警值并且传感器表面有指示灯，那么指示灯点亮以方便巡检人员现场观察传感器状态。

在传感器正常运行模式下，信息收集设备对每个传感器的地址进行依次呼叫，传感器接收到呼叫本机后，发送本机传感器测量参数给信息收集设备。信息收集设备在接收到该传感器数据后，发送下次射频唤醒时间，传感器接收到信息收集设备下发的唤醒时间后进入深睡眠模式。

基于此，在一些实施方式中，在所述定时器单元的第一定时达到预设的或预先从信息收集设备接收的第一时间后，所述处理单元还用于将所述第一工作模式切换到所述第二工作模式；

在所述第二工作模式中，所述接收模块接收到所述信息收集设备的唤醒信号时，所述处理单元还用于将所述第二工作模式切换到所述第三工作模式；

在所述第三工作模式中，将所述采集模块在采集得到的信息传输给所述信息收集设备后，所述处理单元还用于将所述第三工作模式切换到所述第一工作模式。其中的唤醒信号可以是射频信号。

为了提高传感器的效能，而在一些实施方式中，可以在传感器的第二种工作模式中进行一次信息的采集，例如，在所述第一工作模式中达到所述第一时间时，所述采集模块用于进行一次信息的采集；

在完成本次采集后，所述处理单元还用于将所述第一工作模式切换到所述第二工作模式。

在一些实施方式中，传感器从第二工作模式向第三工作模式切换的过程中，可以通过第二时间来确定是否继续等待切换，从而进一步降低传感器的功耗，例如，在所述第二工作模式中达到预设的或预先从所述信息收集设备接收的第二时间，并且未接收到所述信息收集设备的唤醒信号时，所述处理单元还用于将所述第二工作模式切换到所述第一工作模式。

在上述各个实施方式中，所述检测模块在开启状态用于采集信息，并传输给所述信号调理模块；所述信号调理模块在开启状态用于将所述检测模块采集得到的信息滤波放大，并传输给所述处理单元；所述处理单元还用于将接收的信息通过处于开启状态的所述通信模组与所述巡检器信息收集设备进行交互，以及通过处于开启状态的通信模组接收信息收集设备的指令；该指令可以携带第一时间、第二时间，从而设置定时器单元的第一定时、第二定时。当然，控制模块还可以用于对接收的信息进行分析处理。所述控制模块为微控制器，所述检测模块为敏感器件，所述通信模组为射频通信模组。具体地，检测模块在采集信息过程中，将温度、湿度或者其他指标转换为电信息。

其中，接收模块还用于根据传感器的预设地址，接收所述信息收集设备的唤醒信号；在接收到唤醒信号后，触发采集模块将测量到的信息传输给所述信息收集设备。

也就是说，在传感器正常运行模式下，信息收集设备对每个传感器的地址进行依次呼叫，传感器接收到呼叫本机后，发送本机传感器测量参数给信息收集设备。信息收集设备在接收到该传感器数据后，发送下次射频唤醒时间，传感器接收到信息收集设备下发的唤醒时间后进入深睡眠模式。

并且，传感器可以通过通信模组与信息收集设备进行通信，从而可以使得用户(巡检人员)通过信息收集设备获得信息，而不需要用户采用人工巡检的方式获取信息，从而有效提高用户获取信息的准确率，并有效提高信息的采集效率。并且在工程中，传感器相隔一定距离布置在轨道中，信息收集设备安装在巡检车中。由于射频信号有通信距离限制，因此传感器与信息收集设备距离近的能被射频唤醒，远距离的仍然处于浅睡眠模式，这样避免轨道上全部传感器被唤醒，节省了电能。

例如，目前在接触网固定支架的牢固度监测中，巡检人员采用目视、敲击等方式进行，费事费力，而且无法获取准确的数据。而在一些实施方式中，可以在接触网固定支架上增加独立力学的传感器来监测牢固度，该传感器执行本实用新型实施例中方法，并且采用电池供电，采用射频信号的方式传递信息，无需外部接电源线与信号线，省去工程铺设线缆的工作，节约了人力物力成本；而且传感器能够把牢固度给数字化，为评估的精准性提供了依据；采用射频方式不用用户接触接触网固定支架即可完成信息的搜集；同时通过射频(属于无线数字化传输)方式，为数据存储与传递提供了必要性。

简述本实用新型实施例中传感器的信息采集过程，如图3所示，采集过程包括：

步骤1，在传感器投入运行后，定时器T1启动；

步骤2，传感器处于深睡眠模式；

步骤3，判断T1时间是否到？若到执行步骤4，若否执行步骤2；

步骤4，进行传感测量；

步骤5，定时器2启动；

步骤6，传感器处于浅睡眠模式；

步骤7，判断T2时间是否到？若到执行步骤1，若否执行步骤8；

步骤8，判断是否接收到有效射频信号；若否执行步骤6，若是执行步骤9；

步骤9，正常工作模式；

步骤10，发送信息；

步骤11，更新T1和\/或T2定时时间。

基于以上步骤，可以有效提高传感器的效能。

实施例二

本实用新型实施例提供一种信息采集系统，如图2所示，所述系统包括信息收集设备和多个如实施例一中任意所述的传感器；所述多个传感器之间按照预设距离布设；所述信息收集设备用于接收并展示所述多个传感器采集的信息。

其中，所述信息收集设备还用于根据多个传感器的预设地址，向各个传感器分别发送唤醒信号。

其中，所述信息收集设备还用于向各个传感器发送第一时间和\/或第二时间。

需要说明的是，实施例二在具体实现过程中，可以参阅实施例一，具有相应的技术效果。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM\/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

设计图

传感器及信息采集系统论文和设计

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