[發明專利]一種微型振動加速度物聯網傳感節點及應用方法

在審

• 申請號: 202011173973.7
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN114422871A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 馬賽;陳維明
• 申請（專利權）人: 通號通信信息集團上海有限公司
• 主分類號: H04Q9/00
• 分類號: H04Q9/00;G16Y20/00;G01D21/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 應小波

本發明涉及一種微型振動加速度物聯網傳感節點及應用方法，該節點與物聯網服務器連接，該節點包括三軸MEMS加速度傳感器、溫濕度傳感器、微處理器、LoRa無線模塊和電池，所述的微處理器分別與三軸MEMS加速度傳感器、溫濕度傳感器、LoRa無線模塊和電池連接，所述的電池分別與三軸MEMS加速度傳感器、溫濕度傳感器、LoRa無線模塊連接；所述的三軸MEMS加速度傳感器、溫濕度傳感器和電池將采集的數據傳輸至微處理器，所述的微處理器對數據分析處理后，通過LoRa無線模塊發送至物聯網服務器，所述的電池為所有模塊提供能量。與現有技術相比，本發明具有以下優點：結構緊湊體積小，顯著降低數據發送量，提高節點電池壽命等。

技術領域

本發明涉及振動加速度采集領域，尤其是涉及一種微型振動加速度物聯網傳感節點及應用方法。

背景技術

振動加速度是自然界廣泛存在的信號，對其采集分析可以獲取很多有用信息，如滾動軸承的振動信號可以分析其摩損等故障；電機的振動信號可以分析其主軸偏心、轉子等故障；地質勘探中利用傳感器陣列的采集信號分析地質構造；在安防領域對地埋振動傳感器收集的信號分析可以獲取經過車輛類型等信息。

當前對振動信號的采集通常采用壓電式或MEMS振動加速度計，連接數據采集儀進行，該方式存在現場布線繁瑣，需提供電源等不便之處。為解決以上缺點已經有采用物聯網無線技術傳輸數據由電池供電的振動加速度計。然而實際應用中為有效提取振動信號中信息，根據奈奎斯特采樣定理采樣頻率需大于信號最高頻率的兩倍，振動信號采樣率通常需達到數千赫茲，單條采集數據中有上百萬個振動加速度值，例如采樣頻率為10KHz時長30秒的三軸振動加速度數據量約為2M比特。物聯網無線傳輸速率通常低于1kbps，每包數據100字節左右，估算發送該條數據需要約2000個數據包，4000秒(50％占空比)。傳輸大量原始振動數據不僅耗時極長，容易造成丟包和數據錯誤，還會消耗很多電量，導致振動加速度計壽命很短。因此，以上振動加速度計在實際應用中存在缺陷。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種微型振動加速度物聯網傳感節點及應用方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種微型振動加速度物聯網傳感節點，該節點與物聯網服務器連接，該節點包括三軸MEMS加速度傳感器、溫濕度傳感器、微處理器、LoRa無線模塊和電池，所述的微處理器分別與三軸MEMS加速度傳感器、溫濕度傳感器、LoRa無線模塊和電池連接，所述的電池分別與三軸MEMS加速度傳感器、溫濕度傳感器、LoRa無線模塊連接；

所述的三軸MEMS加速度傳感器、溫濕度傳感器和電池將采集的數據傳輸至微處理器，所述的微處理器對數據分析處理后，通過LoRa無線模塊發送至物聯網服務器，所述的電池為所有模塊提供能量。

優選地，所述的微處理器包括A/D轉換電路，所述的微處理器將MEMS傳感器輸入的模擬電壓信號按照設定采樣頻率轉換為數字信號，保存到內存中。

優選地，所述的微處理器對采集信號的分析處理包括：提取出極大值、極小值、峰峰值、均值、方差和頻域中峰值處的頻點及強度，然后形成待發數據包。

優選地，所述的節點在發送數據完畢后進入接收模式，所述的微處理器通過LoRa無線模塊接收物聯網服務器發送的數據包，按數據包要求修改采樣頻率和單次采樣時長參數。

優選地，所述的微處理器通過溫濕度傳感器和電池電壓的數據，計算出剩余電量，發送至物聯網服務器。

優選地，所述的節點還包括天線、外殼、電路板和安裝螺母，所述的微處理器、三軸MEMS振動加速度傳感器、LoRa無線模塊和溫濕度傳感器設于電路板上，所述的天線、電池和電路板從上至下依次固定于外殼內，所述的外殼外部下方設有安裝螺母。

優選地，所述的外殼為圓柱形，包括上部外殼和下部外殼，所述的上部外殼和下部外殼通過螺紋固定。