[发明专利]一种振动式自供能地面监控系统

说明书

技术领域

本发明属于区域监控领域，尤其涉及一种用于区域内大型机动车辆通过的实时辅助监控的，振动式自供能地面监控系统。

背景技术

现今常用的区域监控措施主要包括：视频监控、卫星监控等。视频监控可以直观有效的展示区域状况，然而其过度依赖于人力资源，且很难实现全天24小时实时监控；卫星监控是通过卫星传输数据以达到监视和控制目标的一种新途径，然而其依赖于相当强大的监控软件且在恶劣天气状况下很难发挥其作用，且其无法用于民用。考虑现有监控系统的诸多不足，研发一种新型辅助监控系统变得尤为重要。

近年来，无线传感器网络与通讯节点网络的发展受到了广泛的关注。这些节点的潜在应用包括构建民用基础设施的状态检测系统、环境控制系统以及国家边境的地面监控等。然而，网络数目的增加以及器件尺寸的缩小使得高效电源对于强大的智能传感器体系来说格外重要。因此，要将如此庞大的网络付诸实现，首先需要面临的问题是如何解决众多网络节点的功耗管理问题。

和定期充电的移动电话与便携式电脑不同，植入式器件需要依靠自身的电池持续工作。电池不仅增加了传感器的尺寸与数量，而且工作时间有限。此外，定期更换电池是一项艰巨的任务，需要大量的花费。在很多情况下，电池更换也是系统结构所不允许的。要解决这一问题，需要从环境中收集能量。

振动能是自然界中广泛存在的能量，例如大型机动车辆行驶在时所产生的振动、柴油机工作时由于气缸内压力所引起的轴系振动、风速过大时所导致的高层建筑设施的微振动等等。振动能可以通过压电换能器、电磁换能器、电容换能器等转化为电能，其量级虽然小，然而低功耗电子器件设计加工技术的发展降低了单个节点的功耗要求，为智能器件通过收集周围环境中的振动能实现自供电提供了可能。

专利授权公告号CN201788581U设计了一种远程无线振动监测系统，可对一些现场运行的设备进行远程无线监控。该发明采用GPRS进行数据通信，并由振动检测节点系统和GPRS数据传输模块组成分布式系统。然而该装置无法实现自供能，必须采用外部能源持续功能，此外该装置很难实现大范围监控且不具备根据探测到的振动信号判断振源特性的功能。

专利申请公布号CN104836476A公开了一种压电式振动能量采集器，把环境中振动所产生的机械能转化成电能。然而尽管压电式能量采集器输出电压很高，因其材料电阻极大，导致其输出电流很小，在自供能领域的实际应用受到很大的局限。

发明内容

本发明的目的是提供一种能源自给、维修费用低、可靠性高的，振动式自供能地面监控系统。

一种振动式自供能地面监控系统，包括N个节点、M个分基站、一个主基站和一台计算机，

节点包括振动式电磁能量收集装置、储能元件、检测模块、微控制器、收发器和天线，振动式电磁能量收集装置采集振动能量和振动信号，将振动能量传送给储能元件，储能元件给微控制器和收发器供电，振动式电磁能量收集装置将振动信号传送给检测模块，检测模块判断当前振动信号的强弱及类型，如果当前振动信号达到检测强度，则微控制器控制收发器经由天线发出入侵信号；

分基站接收与其对应节点发出的入侵信号，并发送给主基站，主基站将信号传送给计算进行信号处理。

本发明一种振动式自供能地面监控系统，还可以包括：

1、分基站包括振动式电磁能量收集装置、储能元件、微控制器、收发器和天线，振动式电磁能量收集装置采集振动能量，将振动能量传送给储能元件，储能元件给微控制器和收发器供电，天线接收节点发送来的入侵信号，微控制器控制收发器将接收到的入侵信号转发给主基站。

2、振动式电磁能量收集装置，包括两块定磁铁、一块动磁铁、线圈、外壳和内壳，内壳位于外壳内部，线圈位于内壳和外壳之间，两块定磁铁固定在内壳内部的上下端部，动磁铁位于两块定磁铁之间，并且与上下定磁铁极性相反。

3、整数N＝1,2,···,n；M＝1,2,···,n。

有益效果：

1、电磁式振动能量收集装置使得节点在监测振动的同时可通过收集周围环境中的振动能实现自供电，这一点可以大大减少系统的维护费用；

2、当有大型机动车辆靠近监控节点时，系统可以自动检测到该信号、发出警报并显示出相应位置，在减少人力防护的同时可以大大加强大区域内大型机动车辆的实时监控防护能力；

3、所设计监控节点内置微控制器，可以通过再编程调整检测到的振动信号临界值，实现系统监控级别的调整。

附图说明

图1为本发明的监控网络示意图；