[发明专利]一种自发电式道路寿命检测无线传感系统及其检测方法

说明书

本发明公开了一种自发电式道路寿命检测无线传感系统及其检测方法，通过在道路下方埋设压电换能器，车辆经过路面时会对路面产生应力，路面结构与压电换能器会产生协同变形，压电换能器内部的正负电荷中心发生相对位移，导致其表面上出现异号极化电荷，进而产生电势差，从而产生电能以供应单片机、传感器和RFID标签，利用传感器采集到的道路数据准确判断道路的寿命，以达到提前检修道路的目的；本发明能够连续进行路面结构的动态应变检测和数据储存，实现对检测路面的疲劳寿命预测，减少对交通的干扰，节约成本，降低能源损耗，解决了以往不能监测道路结构对道路寿命预测的不准确性，为道路养护和损伤修复提供有效的科学的决策支持。

技术领域

本发明属于道路寿命检测过程中结构层的状态信息收发技术领域，涉及道路在运营及养护过程中的道路自发电技术、微能量收集及管理技术和超高频RFID无线传输技术对道路结构内部信息的检测,特别涉及一种自发电式道路寿命检测无线传感系统及其检测方法。

背景技术

为了防止由于路面问题导致的交通事故，我国道路寿命一般是根据道路铺设时间长短来定期的翻新道路，然而由于其车流量、载重等原因，每条公路的使用寿命不尽相同，有的道路由于车流量大，载重超标等原因使得道路寿命迅速减少，从而导致大量交通事故的发生，因此检测道路寿命显得尤为重要。车辆对路面会产生应力、应变和振动，这些能量最终会通过热能的方式散发到外界中。因此压电效应可以利用这些能量来为道路寿命检测提供电能，并且对促进公路交通建设领域绿色清洁能源利用、保护环境具有重要的社会效益。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于，提供一种自发电式道路寿命检测无线传感系统及其检测方法，能够准确判断道路寿命，以达到提前检修的目的，防止由于道路寿命问题所导致的交通事故的发生。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自发电式道路寿命检测无线传感系统，包括压电换能器和传感器，压电换能器埋设在道路下方，压电换能器连接整流电路，整流电路连接能量收集电路，能量收集电路通过第一开关电路连接单片机，所述传感器连接单片机，单片机还连接RFID标签；所述无线传感系统还包括RFID阅读器，RFID阅读器连接PC机；

当车辆经过压电换能器上方的道路时，压电换能器用于将车辆对道路产生的激励转换为交流电；

整流电路用于将压电换能器产生的交流电转换成直流电；

能量收集电路用于将直流电转换成恒定电压；

第一开关电路用于存储电能，并为单片机、传感器和RFID标签供电；

所述传感器用于采集道路数据，并将采集到的道路数据传送给单片机进行存储；

单片机用于控制第一开关电路的连通和断开，控制传感器和RFID标签的开启，并将存储的道路数据传送给RFID标签。

具体地，所述整流电路包括第一整流电路和第二整流电路，第一整流电路包括第一全桥整流器和第二开关电路，第二整流电路包括降压变压器和第二全桥整流器；当第二开关电路导通时，压电换能器产生的电压经由第一全桥整流器和第二开关电路输送到能量收集电路，当第二开关电路断开时，压电换能器产生的电压经由降压变压器和第二全桥整流器输送到能量收集电路。

具体地，所述第二开关电路包括稳压管、第一PMOS管、第二PMOS管和NMOS管，其中，稳压管的输出端连接第二PMOS管的源极，第二PMOS管的漏极连接NMOS管的栅极，NMOS管的源极接公共地，NMOS管的漏极连接第一PMOS管的栅极。

具体地，所述压电换能器的两端分别连接所述第一全桥整流器的两个输入端AC，所述压电换能器的两端还连接所述降压变压器的输入端；所述第一全桥整流器的输出正端连接第一PMOS管的源极、第二PMOS管的栅极和稳压管的输入端；稳压管的公共端接公共地；所述第一全桥整流器的输出负端接公共地；