專利名稱：無線壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種無線壓カ傳感器。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國エ業(yè)、農(nóng)業(yè)和技術(shù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展尤其是通訊技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，特別是在壓力傳感器在信息技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的廣泛應(yīng)用，也對壓カ傳感器技術(shù)性能和指標(biāo)提出了更高的要求。從壓カ傳感器和其他測量設(shè)備等模擬和數(shù)字測量単元中采集到的非電量或者電量信號怎么傳送到上位機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理成為了一個難題。傳統(tǒng)的有線傳輸方式的優(yōu)點在于傳輸?shù)馁|(zhì)量比較可靠，實時行好，但是數(shù)據(jù)采集而架設(shè)的有限網(wǎng)絡(luò)的一次性投資較大，而且遇到ー些環(huán)境，地形復(fù)雜的地方很難架設(shè)線路。使有線傳輸?shù)南到y(tǒng)建設(shè)難度大，周期長，造價高，運行成本高，易受到破壞。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中有線傳輸系統(tǒng)建設(shè)難度大、周期長、造價高、運行成本高且易受到破壞的缺陷，提供一種效率高、實時性好、低成本、同時安裝方便、可維護(hù)性好且易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理的無線壓カ傳感器。本實用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的ー種無線壓カ傳感器，其特點在于，其包括ー壓カ探測器、一校準(zhǔn)芯片、一 MCU (微控制單元)和ー無線收發(fā)裝置，其中，該壓カ探測器用于檢測外力對該無線壓カ傳感器的作用并將產(chǎn)生的壓カ數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號；該校準(zhǔn)芯片用于將該電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；該無線收發(fā)裝置用于接收來自一基站的壓力數(shù)據(jù)采集指令以及將該數(shù)字信號發(fā)送至該基站；該MCU用于解析該壓カ數(shù)據(jù)采集指令以啟用該壓カ探測器。優(yōu)選地,該壓カ探測器包括一擴(kuò)散娃芯體，該擴(kuò)散娃芯體包括一外殼、一擴(kuò)散娃壓力敏感芯片、膜片和位于該擴(kuò)散娃壓カ敏感芯片與該膜片之間的娃油，該外殼具有ー開ロ，該擴(kuò)散硅壓カ敏感芯片封裝于該外殼中，該膜片包覆于該擴(kuò)散硅壓カ敏感芯片上并且位于該開ロ處，該擴(kuò)散硅壓カ敏感芯片通過該硅油檢測到作用于該膜片上的外力。優(yōu)選地，該校準(zhǔn)芯片包括差分放大器、A/D (模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器、DSP (DigitalSignal Processing，數(shù)字信號處理)、EEPR0M (電可擦可編程只讀存儲器)和模擬電橋開關(guān)。優(yōu)選地，該校準(zhǔn)芯片通過I2C總線(由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線)與該MCU相連，和/或，該無線收發(fā)裝置通過SPI (串行外設(shè)接ロ)與該MCU相連。優(yōu)選地，該MCU為msp430芯片(MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器(TI) 1996年開始推向市場的ー種16位超低功耗、具有精簡指令集(RISC)的混合信號處理器)。優(yōu)選地，該無線收發(fā)裝置為nRF905芯片URF905單片無線收發(fā)器是挪威Nordic公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片)。在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本實用新型各較佳實例。本實用新型的積極進(jìn)步效果在于本實用新型的無線壓力傳感器相效率高、實時性好、低成本、同時安裝方便、可維護(hù)性好且易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。本無線低功耗壓カ傳感器采用低功耗高精度的數(shù)據(jù)采集校準(zhǔn)芯片和高精度擴(kuò)散硅芯體、低功耗MCU和基站(具有強(qiáng)大處理能力的ARM (ARM是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件)中心處理器)，以及成熟穩(wěn)定的無線傳輸模塊組成，具有精度高，轉(zhuǎn)換速度快，能夠?qū)Χ帱c壓カ數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸及易于集中數(shù)據(jù)管理和分析。同時使用專用芯片，保證了對數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性，高精度及低功耗。這就使得以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集得到了廣泛的應(yīng)用。同時還有維護(hù)簡單，安裝方便，價格便宜等優(yōu)勢。

圖1為本實用新型一實施例的無線壓力傳感器的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本實用新型一實施例的壓カ數(shù)據(jù)采集方法的流程圖。
具體實施方式
下面通過實施例的方式進(jìn)ー步說明本實用新型，但并不因此將本實用新型限制在所述的實施例范圍之中。參考圖1和圖2，本實用新型所述的無線壓カ傳感器1，包括ー壓カ探測器11、一校準(zhǔn)芯片12、一 MCU13和ー無線收發(fā)裝置14，其中，該壓カ探測器11用于檢測外力對該無線壓カ傳感器的作用并將產(chǎn)生的壓カ數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號；該校準(zhǔn)芯片12用于將該電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；該無線收發(fā)裝置14用于接收來自一基站的壓力數(shù)據(jù)采集指令以及將該數(shù)字信號發(fā)送至該基站；該MCU13用于解析該壓カ數(shù)據(jù)采集指令以啟用該壓カ探測器11。具體來說，該壓力探測器11包括一擴(kuò)散娃芯體，該擴(kuò)散娃芯體包括一外殼、一擴(kuò)散硅壓カ敏感芯片、膜片和位于該擴(kuò)散硅壓カ敏感芯片與該膜片之間的硅油，該外殼具有ー開ロ，該擴(kuò)散硅壓カ敏感芯片封裝于該外殼中，該膜片包覆于該擴(kuò)散硅壓カ敏感芯片上并且位于該開ロ處，該擴(kuò)散硅壓カ敏感芯片通過該硅油檢測到作用于該膜片上的外力。其中，該校準(zhǔn)芯片12包括差分放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、DSP、EEPROM和模擬電橋開關(guān)。并且，該校準(zhǔn)芯片12通過I2C總線與該MCU13相連，該無線收發(fā)裝置14通過SPI與該MCU13相連。較為常用的，該MCU13為msp430芯片。且該無線收發(fā)裝置14為nRF905芯片。參考圖2，本實用新型所述的壓力數(shù)據(jù)采集方法，采用如圖1所示的無線壓カ傳感器I實現(xiàn)，該壓力數(shù)據(jù)采集方法包括以下步驟步驟S1、該基站發(fā)送該壓カ數(shù)據(jù)采集指令至該無線壓カ傳感器；步驟S2、該MCU解析該壓カ數(shù)據(jù)采集指令；[0032]步驟S3、該壓力探測器檢測外力對該無線壓カ傳感器的作用并將該外力產(chǎn)生的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號；步驟S4、該校準(zhǔn)芯片將該電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；步驟S5、該無線收發(fā)裝置將該數(shù)字信號發(fā)送至該基站。下面，舉ー個應(yīng)用實例，結(jié)合安裝、使用角度，再次闡述本實用新型的無線壓カ傳感器及壓カ數(shù)據(jù)采集方法。本實用新型所述的無線壓カ傳感器包括擴(kuò)散硅芯體、(擴(kuò)散硅芯體是由膜片、不銹鋼外殼、硅片、引線和硅油構(gòu)成的)校準(zhǔn)芯片、MCU、和無線收發(fā)模塊URF905)，在使用中，該壓カ傳感器與一基站(ARM核心的STM32芯片)通信。擴(kuò)散硅芯體安裝在快速專用的快速接頭內(nèi)，用擋圈和孔用彈性擋圈把擴(kuò)散硅芯體固定好，電路支架安放在孔用彈性擋圈上，擴(kuò)散硅芯體的輸出被接入校準(zhǔn)芯片，校準(zhǔn)芯片使用I2C總線與低功耗MCU相連，無線收發(fā)模塊通過SPI與低功耗MCU相連，基站通過SPI與無線收發(fā)模塊相連。擴(kuò)散娃芯體為擴(kuò)散娃壓カ敏感芯片(以下簡稱敏感芯片)封裝到316L (316L是一種不銹鋼材料牌號)不銹鋼外殼中得到，外加壓カ通過不銹鋼膜片、內(nèi)部密封的硅油傳遞到敏感芯片上，敏感芯片不直接接觸被測介質(zhì)，形成壓カ測量的全固態(tài)結(jié)構(gòu)，因此可以應(yīng)用于各種場合，包括惡劣的腐蝕性介質(zhì)環(huán)境。校準(zhǔn)芯片上集成了差分放大器，高精度A/D轉(zhuǎn)換器，高速數(shù)據(jù)處理器DSP，EEPROM以及模擬電橋開關(guān)。可以把壓力量化成對應(yīng)的數(shù)字信號，而且在待機(jī)模式電流消耗為2iiA以下。低功耗MCU采用的是msp430系列，具有極低的功耗，STM32(STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的內(nèi)核)采用的是ARM內(nèi)核，具有速度快、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)且價格便宜的優(yōu)點。無線收發(fā)裝置采用單片射頻收發(fā)器nRF905，nRF905是挪威Nordic VLSI公司的產(chǎn)品，工作電壓為1. 9 3. 6V,32引腳QFN (方形扁平無引腳封裝)封裝(5 X 5mm)，工作于433MHz (エ業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻道。nRF905適用于無線數(shù)據(jù)通信、無線報警及安全系統(tǒng)、無線開鎖、無線監(jiān)測、家庭自動化和玩具等諸多領(lǐng)域。nRF905是ー塊集成度較高的無線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片，片內(nèi)包含電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器功率放大器等模塊，可實現(xiàn)自動處理字頭、CRC循環(huán)冗余碼校驗和曼徹斯特編碼/解碼等功能，使用非常方便。該無線壓カ傳感器，就是采用當(dāng)前比較好的擴(kuò)散硅芯體作為感知壓カ器件，它是通過壓阻效應(yīng)的原理，把壓カ轉(zhuǎn)化成可以測量的直流電信號。校準(zhǔn)芯片在輸出模式輸出當(dāng)前對應(yīng)的壓カ的數(shù)字信號。這種模塊式的結(jié)構(gòu)，減少了外圍元件，提高了數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性。低功耗MCU讀取的數(shù)字信號，通過無線收發(fā)模塊把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。在接收基站，基站的無線收發(fā)模塊接收來自無線壓カ傳感器傳回的壓カ值，轉(zhuǎn)發(fā)到一 PC (個人計算機(jī))機(jī)。PC機(jī)可以根據(jù)這些壓カ數(shù)據(jù)，對其他設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，同時顯示這些壓カ值在PC機(jī)上。同時可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，在對其他設(shè)備進(jìn)行調(diào)整等。該無線低功耗壓カ傳感器的工作原理如下當(dāng)有壓力作用與擴(kuò)散硅芯體上的膜片時，膜片發(fā)生形變，擠壓擴(kuò)散硅芯體里的硅油，由于娃油不能被壓縮，以同樣的壓カ施加在擴(kuò)散娃的敏感芯片上，擴(kuò)散娃制成的電橋發(fā)生不平衡，在橫流源的激勵下，輸出mV級的差分電信號，此電信號進(jìn)入專用芯片里的高精度AD (模數(shù))轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，在經(jīng)過專用芯片的DSP數(shù)據(jù)處理和變換輸出對應(yīng)的數(shù)字信號。基站的通過掃描的方式，與每過壓カ傳感器進(jìn)行通訊。首先基站發(fā)出采集命令信號，采集命令經(jīng)過數(shù)據(jù)收發(fā)模塊調(diào)制到433MHz電磁波，無線低功耗傳感器的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊把無線電波解調(diào)出來得到數(shù)字信號，然后單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的采集命令。讀取I2C的壓カ數(shù)字信號，把數(shù)字信號傳發(fā)送到數(shù)據(jù)發(fā)送模塊調(diào)制發(fā)送，基站接收無線電波解調(diào)讀取數(shù)據(jù)，上傳到PC如此循環(huán)，就會把數(shù)據(jù)不斷采集到上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和分析。雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本實用新型的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本實用新型的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.ー種無線壓カ傳感器，其特征在于，其包括ー壓カ探測器、一校準(zhǔn)芯片、一 MCU和一無線收發(fā)裝置，其中， 該壓カ探測器用于檢測外力對該無線壓カ傳感器的作用并將產(chǎn)生的壓カ數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號； 該校準(zhǔn)芯片用于將該電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 該無線收發(fā)裝置用于接收來自一基站的壓力數(shù)據(jù)采集指令以及將該數(shù)字信號發(fā)送至該基站; 該MCU用于解析該壓カ數(shù)據(jù)采集指令以啟用該壓カ探測器。
2.如權(quán)利要求1所述的無線壓カ傳感器，其特征在于，該壓力探測器包括一擴(kuò)散硅芯體，該擴(kuò)散硅芯體包括一外殼、一擴(kuò)散硅壓カ敏感芯片、膜片和位于該擴(kuò)散硅壓カ敏感芯片與該膜片之間的硅油，該外殼具有ー開ロ，該擴(kuò)散硅壓カ敏感芯片封裝于該外殼中，該膜片包覆于該擴(kuò)散硅壓カ敏感芯片上并且位于該開ロ處，該擴(kuò)散硅壓カ敏感芯片通過該硅油檢測到作用于該膜片上的外力。
3.如權(quán)利要求1或2所述的無線壓カ傳感器，其特征在干，該校準(zhǔn)芯片包括差分放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、DSP、EEPROM和模擬電橋開關(guān)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的無線壓カ傳感器，其特征在干，該校準(zhǔn)芯片通過I2C總線與該MCU相連。
5.如權(quán)利要求1或2所述的無線壓カ傳感器，其特征在干，該無線收發(fā)裝置通過SPI與該MCU相連。
6.如權(quán) 利要求1或2所述的無線壓カ傳感器，其特征在于，該MCU為msp430芯片。
7.如權(quán)利要求1或2所述的無線壓カ傳感器，其特征在于，該無線收發(fā)裝置為nRF905芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種無線壓力傳感器，該無線壓力傳感器包括一壓力探測器、一校準(zhǔn)芯片、一MCU和一無線收發(fā)裝置，該壓力探測器用于檢測外力對該無線壓力傳感器的作用并將產(chǎn)生的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號；該校準(zhǔn)芯片用于將該電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；該無線收發(fā)裝置用于接收來自一基站的壓力數(shù)據(jù)采集指令以及將該數(shù)字信號發(fā)送至該基站；該MCU用于解析該壓力數(shù)據(jù)采集指令以啟用該壓力探測器。本實用新型的無線壓力傳感器相效率高、實時性好、低成本、同時安裝方便、可維護(hù)性好且易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。
文檔編號G01L9/06GK202916029SQ20122062901
公開日2013年5月1日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者李鳳奎, 伍正輝, 劉榮彬, 陳明 申請人:上海朝輝壓力儀器有限公司