一种提供多传感器监测的超低功耗智能感知设备制造技术

本发明专利技术公开了一种提供多传感器监测的超低功耗智能感知设备，包括超低功耗主处理单元、超低功耗电源单元、运动唤醒单元、加速度及姿态监测单元、融合分析告警单元、4G通信及基站定位单元、温湿度监测单元和电量监测单元；本发明专利技术通过选用超低功耗MCU，设计超低功耗电源单元，并创新的二级唤醒机制，最大限度的降低设备功耗，可保证使用一年半时间，对家电物流全生命周期进行监测；并创新的利用6轴陀螺仪检测的3维加速度和3维姿态角度，采用跌落高度算法，计算得出货物跌落时的跌落高度值，该跌落高度值对货物定损追责有重要参考意义。跌落高度值对货物定损追责有重要参考意义。跌落高度值对货物定损追责有重要参考意义。

【技术实现步骤摘要】
一种提供多传感器监测的超低功耗智能感知设备


[0001]本专利技术涉及一种智能感知设备，特别是一种提供多传感器监测的超低功耗智能感知设备。

技术介绍

[0002]据统计家电行业流通营销成本约占总成的47％，其中货损成本占8％，物流监管有巨大的利益管控空间，家电在物流过程中破损比例最高，约占到总货损的70％。目前货物管控痛点：位置状态信息不掌握、装卸运输难监管、追责定损无依据。因此家电行业运输标准和实际运输工况需要大量数据采集、监管分析并进行升级优化。
[0003]家电运输会经过出厂、运输、入库、配送等多个环节，从出厂到配送到用户手中的整个运输生命周期有时会长达一年以上时间，传统物流监测设备功耗高，耗电快，使用时间不到一月，不能够满足整个物流生命周期的监测。传统物流监测设备不能提供当产生货物跌落时的跌落高度值，该跌落高度值对货物定损追责有重要参考意义。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种提供多传感器监测的超低功耗智能感知设备。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种提供多传感器监测的超低功耗智能感知设备，包括超低功耗主处理单元、超低功耗电源单元、运动唤醒单元、加速度及姿态监测单元、融合分析告警单元、4G通信及基站定位单元、温湿度监测单元和电量监测单元；
[0006]所述超低功耗主处理单元是所述智能感知设备的中心单元，智能感知设备中的其他单元均为接入单元，超低功耗主处理单元用于控制所述智能感知设备工作模式及接收处理其它接入单元数据；
[0007]所述超低功耗电源单元提供静态电流典型值为360nA，10uA输出电流时的效率90％以上，1mA以上输出电流时效率95％以上；
[0008]所述运动唤醒单元用于当所述智能感知设备移动时将其从低功耗待机模式下唤醒；唤醒后，超低功耗主处理单元开始接收处理各接入单元数据；
[0009]所述加速度及姿态监测单元采用6轴陀螺仪传感器，基于卡尔曼滤波算法对所述设备的3维加速度和3维姿态角度进行测量；
[0010]所述融合分析告警单元，根据超低功耗主处理单元传入的3维加速度和3维姿态角度的值，融合分析监测的家电货物运输过程中是否发生异常状况，进行异常告警，并将告警信息返回给超低功耗主处理单元；
[0011]所述4G通信及基站定位单元用于提供智能感知设备所处位置及通过无线通信网络将智能感知设备的告警信息传送给后台；
[0012]所述温湿度监测单元监测智能感知设备所处环境的温湿度值，当温度或湿度超过设定阈值后，产生告警，并将告警信息发送给超低功耗主处理单元；
[0013]所述电量监测单元监测智能感知设备剩余电量值，当电量过低时进行告警，并将告警信息发送给超低功耗主处理单元。
[0014]所述融合分析告警单元融合分析监测的家电货物运输过程中是否发生异常状况的方法如下：
[0015]所述异常状况包括：急加速、急减速、倾倒、倒置或跌落；
[0016]判断是否发生急加速或急减速的异常状况的方法为：分析所述监测的家电货物前后方向上的加速度值a
x
，当所述加速度值a
x
从缓慢变化到突然产生跳变时，所述跳变即加速度变化值大于4g时，判断为发生了急加速或急减速的异常状况；
[0017]判断是否发生倾倒或倒置的异常状况的方法为：记所述智能感知设备前后方向的翻转角度为α，α的取值范围为
‑
180
°
,180
°
，记所述智能感知设备左右方向的翻转角度为β，β的取值范围为
‑
180
°
,180
°
，实时记录分析翻转角度α及β的变化趋势，当翻转角度α的值变换90
°±5°
，并稳定在90
°±5°
不变时，判定所述监测的家电货物发生了倾倒的异常状况，根据转角度α此时为90
°±5°
或
‑
90
°±5°
，判定为向前倾倒或向后倾倒，当转角度α变化180
°±5°
，则判定为所述监测的家电货物发生了倒置的异常状况；
[0018]根据左右方向的翻转角度β的变化同理判定所述监测的家电货物发生左右方向上的倾倒或倒置的异常状况；
[0019]判断是否发生跌落的异常状况方法为：分析所述监测的家电货物在垂直于地面方向上的加速度分量是否小于0.1g并保持阈值时间后产生跳变，则判定所述监测的家电货物发生了跌落的异常状况。
[0020]所述融合分析告警单元中计算跌落高度值的方法为：忽略空气阻力作用影响，利用自由落体公式，计算得出跌落高度值，具体方法包括以下步骤：
[0021]步骤1，将所述智能感知设备平放于水平面上，所述6轴陀螺仪传感器测得垂直于水平面的加速度记为a
z
，测得与水平面平行，前后方向上的加速度记为a
y
，测得与水平面平行，左右方向上的加速度记为a
y
；
[0022]步骤2，记智能感知设备前后方向的翻转角度为α，α的取值范围为
‑
180
°
,180
°
，记智能感知设备左右方向的翻转角度为β，β的取值范围为
‑
180
°
,180
°
；
[0023]步骤3，计算垂直于水平面的加速度分量a
′
，分以下情况：
[0024]记a
x
在垂直于水平面上的加速度分量为a
x
′
，a
y
在垂直于水平面上的加速度分量为a
y
′
，a
z
在垂直于水平面上的加速度分量为a
z
′
；
[0025]若智能感知设备平放于水平面上，a
x
和a
y
在垂直于水平面上的加速度分量为0，因此a
′
＝a
z
′
＝a
z
；
[0026]若智能感知设备前后方向翻转α，左右方向未翻转，a
y
在垂直于水平面上的加速度分量为0，a
x
和a
z
在垂直于水平面上有加速度分量，则：
[0027]当|α|≤90
°
时：a
′
＝a
x
′
+a
z
′
＝a
x
sin(|α|)+a
z
cos(|α|)
[0028]当|α|>90
°
时：a
′
＝a
x
′
+a
z
′
＝a
x
cos(|α|
‑
90
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提供多传感器监测的超低功耗智能感知设备，其特征在于，包括超低功耗主处理单元、超低功耗电源单元、运动唤醒单元、加速度及姿态监测单元、融合分析告警单元、4G通信及基站定位单元、温湿度监测单元和电量监测单元；所述超低功耗主处理单元是所述智能感知设备的中心单元，智能感知设备中的其他单元均为接入单元，超低功耗主处理单元用于控制所述智能感知设备工作模式及接收处理其它接入单元数据；所述超低功耗电源单元提供静态电流典型值为360nA，10uA输出电流时的效率90％以上，1mA以上输出电流时效率95％以上；所述运动唤醒单元用于当所述智能感知设备移动时将其从低功耗待机模式下唤醒；唤醒后，超低功耗主处理单元开始接收处理各接入单元数据；所述加速度及姿态监测单元采用6轴陀螺仪传感器，基于卡尔曼滤波算法对所述设备的3维加速度和3维姿态角度进行测量；所述融合分析告警单元，根据超低功耗主处理单元传入的3维加速度和3维姿态角度的值，融合分析监测的家电货物运输过程中是否发生异常状况，进行异常告警，并将告警信息返回给超低功耗主处理单元；所述4G通信及基站定位单元用于提供智能感知设备所处位置及通过无线通信网络将智能感知设备的告警信息传送给后台；所述温湿度监测单元监测智能感知设备所处环境的温湿度值，当温度或湿度超过设定阈值后，产生告警，并将告警信息发送给超低功耗主处理单元；所述电量监测单元监测智能感知设备剩余电量值，当电量过低时进行告警，并将告警信息发送给超低功耗主处理单元。2.根据权利要求1所述的一种提供多传感器监测的超低功耗智能感知设备，其特征在于，所述融合分析告警单元融合分析监测的家电货物运输过程中是否发生异常状况的方法如下：所述异常状况包括：急加速、急减速、倾倒、倒置或跌落；判断是否发生急加速或急减速的异常状况的方法为：分析所述监测的家电货物前后方向上的加速度值a
x
，当所述加速度值a
x
从缓慢变化到突然产生跳变时，所述跳变即加速度变化值大于4g时，判断为发生了急加速或急减速的异常状况；判断是否发生倾倒或倒置的异常状况的方法为：记所述智能感知设备前后方向的翻转角度为α，α的取值范围为
‑
180
°
，180
°
，记所述智能感知设备左右方向的翻转角度为β，β的取值范围为
‑
180
°
，180
°
，实时记录分析翻转角度α及β的变化趋势，当翻转角度α的值变换90
°±5°
，并稳定在90
°±5°
不变时，判定所述监测的家电货物发生了倾倒的异常状况，根据转角度α此时为90
°±5°
或
‑
90
°±5°
，判定为向前倾倒或向后倾倒，当转角度α变化180
°±5°
，则判定为所述监测的家电货物发生了倒置的异常状况；根据左右方向的翻转角度β的变化同理判定所述监测的家电货物发生左右方向上的倾倒或倒置的异常状况；判断是否发生跌落的异常状况方法为：分析所述监测的家电货物在垂直于地面方向上的加速度分量是否小于0.1g并保持阈值时间后产生跳变，则判定所述监测的家电货物发生了跌落的异常状况。
3.根据权利要求2所述的一种提供多传感器监测的超低功耗智能感知设备，其特征在于，所述融合分析告警单元中计算跌落高度值的方法为：忽略空气阻力作用影响，利用自由落体公式，计算得出跌落高度值。4.根据权利要求3所述的一种提供多传感器监测的超低功耗智能感知设备，其特征在于，所述融合分析告警单元中计算跌落高度值的具体方法包括以下步骤：步骤1，将所述智能感知设备平放于水平面上，所述6轴陀螺仪传感器测得垂直于水平面的加速度记为a
z
，测得与水平面平行，前后方向上的加速度记为a
x
，测得与水平面平行，左右方向上的加速度记为a
y
；步骤2，记智能感知设备前后方向的翻转角度为α，α的取值范围为
‑
180
°
，180
°
，记智能感知设备左右方向的翻转角度为β，β的取值范围为
‑
180
°
，180
°
；步骤3，计算垂直于水平面的加速度分量a
′
，分以下情况：记a
x
在垂直于水平面上的加速度分量为a
x
′
，a
y
在垂直于水平面上的加速度分量为a
y
′
，a
z
在垂直于水平面上的加速度分量为a
z
′
；若智能感知设备平放于水平面上，a
x
和a
y
在垂直于水平面上的加速度分量为0，因此a
′
＝a
z
′
＝a
z
；若智能感知设备前后方向翻转α，左右方向未翻转，a
y
在垂直于水平面上的加速度分量为0，a
x
和a
z
在垂直于水平面上有加速度分量，则：当|α|≤90
°
时：a
′
＝a
x
′
+a
z
′
＝a
x
sin(|α|)+a
z
cos(|α|)当|α|＞90
°
时：a
′
＝a
x
′
+a
z
′
＝a
x
cos(|α|
‑
90
°
)+a
z
sin(|α|
‑
90
°
)若智能感知设备左右方向翻转β，前后方向未翻转，a
x
在垂直于水平面上的加速度分量为0，a
y
和a
z
在垂直于水平面上有加速度分量，则：当|β|≤90
°
时：a
′
＝a
y
′
+a
z
′
＝a
y
sin(|β|)+a
z
cos(...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔建顺，姜鑫，何加浪，周豪，王宏善，陈铭鹤，任婉婷，
申请(专利权)人：中电科数智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：