一种超低功耗智能传感模块集成系统的制作方法

1.本发明涉及智能胎压监测技术领域，具体涉及一种超低功耗智能传感模块集成系统。

背景技术：

2.中国专利cn106994869b公开了一种用于胎压监测系统匹配的方法、装置及系统，该方法包括：在接收到来自手持工具的匹配信号的情况下，向车辆电子控制单元发送设置信号；根据是否接收到来自所述车辆电子控制单元的确认信号，确定所述胎压监测系统的匹配结果，其中，所述确认信号代表当前车辆进入胎压匹配状态，所述匹配结果包括匹配成功或匹配失败；以及，在确定所述胎压监测系统匹配成功的情况下，向所述车辆电子控制单元发送轮胎信息；
3.现有技术中，无法低功耗地通过智能传感模块集成技术，集成压力传感芯片、温度传感芯片、加速度传感芯片，利用传感模块采集汽车轮胎压力、温度、加速度等信号；并以此得到信号对轮胎进行安全等级和轮胎磨损度进行精准有效分析的问题。

技术实现要素：

4.本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题，而提出一种超低功耗智能传感模块集成系统。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种超低功耗智能传感模块集成系统，包括传感采集模块、分析模块、对比模块、处理模块；
7.传感采集模块集成压力传感芯片、温度传感芯片、加速度传感芯片，利用传感模块采集汽车轮胎压力信号、轮胎温度信号、轮胎加速度信号；
8.分析模块将接收到汽车轮胎压力、温度、加速度信号后，将对轮胎进行状态分析，通过分析对应生成轮胎压力风险系数xp、轮胎温度风险系数xt、轮胎加速度风险系数xa；
9.对比模块，接收到轮胎压力分析子模块是对应生成轮胎压力风险系数xp，分析模块生成的轮胎温度风险系数xt，轮胎加速度分析子模块是对应生成轮胎加速度风险系数xa，并将并将其分别代入对应的参照范围fa1、fa2、fa3中进行比对分析，生成优级信号、良级信号、中级信号和差级信号；
10.处理模块将接收到的优级信号、良级信号、中级信号和差级信号进行控制分析处理，一是发送对应的文本字样发送至显示终端进行显示说明，二是根据采集过往的数据信息，计算出轮胎的磨损度。
11.作为本发明进一步的方案：传感采集模块通过分步深硅刻蚀技术和soi片衬底硅与玻璃衬底阳极键合技术，制备传感模块薄膜结构、高深宽比电容结构和密封腔体结构，最终形成压力传感芯片、温度传感芯片、加速度传感芯片的集成结构。
12.作为本发明进一步的方案：传感采集模块的结构，具体包括如下步骤：
13.通过控制干法刻蚀深度，获取气压和温度传感模块的硅薄膜结构；利用离子注入技术降低硅层的电阻率，在硅薄膜结构以及硅层表面生长介质层分别刻蚀压力传感芯片、温度传感芯片的极板形状图形，得到相应介电应变层；
14.在介电应变层和硅层表面分别淀积金属层并腐蚀图形得到压力传感芯片、温度传感芯片以及加速度传感芯片的电极。对硅层完成深硅刻蚀后，利用刻蚀氧化埋层，分别形成加速度传感芯片、压力传感芯片以及温度传感芯片背面腔体结构。将soi片衬底硅与玻璃衬底阳极键合，得到密封键合面，在腔体结构与玻璃衬底间形成密封腔体；
15.最后通过干法刻蚀硅层，形成加速度传感芯片的梳齿电容结构和温度传感芯片的多层悬臂梁结构，并将各传感芯片相互电隔离，得到传感采集模块。
16.作为本发明进一步的方案：该分析模块包括轮胎压力分析子模块、轮胎温度分析子模块、轮胎加速度分析子模块；轮胎压力分析子模块是对应生成轮胎压力风险系数xp，轮胎温度分析子模块是对应生成轮胎温度风险系数xt，轮胎加速度分析子模块是对应生成轮胎加速度风险系数xa。
17.作为本发明进一步的方案：轮胎压力分析子模块分析过程包括以下步骤：
18.通过内置的gps模块、计时模块，采集路径s和时间h内，轮胎的平均压力值p以及对应压力值的浮动频率pp；
19.通过公式获取到轮胎压力风险系数xp。
20.作为本发明进一步的方案：轮胎温度分析子模块分析过程包括以下步骤：
21.通过内置的gps模块、计时模块，采集路径s和时间h内，轮胎的平均温度值t以及对应温度值的浮动频率tp；
22.通过公式获取到轮胎温度风险系数xt。
23.作为本发明进一步的方案：轮胎加速度分析子模块分析过程包括以下步骤：
24.通过内置的gps模块、计时模块，采集路径s和时间h内，轮胎的平均加速度值a以及对应加速度值的浮动频率pa；
25.通过公式获取到轮胎压力风险系数xa。
26.作为本发明进一步的方案：对比模块比对分析过程如下：
27.若轮胎压力风险系数xp处于参照范围fa1范围之内时，则生成m+信号，反之，则生成m-信号，若轮胎温度风险系数xt处于参照范围fa2范围之内时，则生成h+信号，反之，则生成h-信号，若轮胎加速度风险系数xa处于参照范围fa3范围之内时，则生成x+信号，反之，则生成x-信号；
28.提取上述的m+和m-、h+和h-与x+和x-，将各类信号进行集合交叉分析，当出现m+∩h+∩x+＝+时，则生成优级信号，当出现m-∩h-∩x-＝-时，则生成差级信号，当出现m+∩h+∩x-＝+-或m+∩h-∩x+＝+-或m-∩h+∩x+＝+-时，则均生成良级信号，当出现m+∩h-∩x-＝-+，m-∩h-∩x+＝-+，m-∩h+∩x-＝-+，则均生成中级信号。
29.作为本发明进一步的方案：当接收到的中级信号和差级信号时，收集汽车过往行
驶过程中的轮胎压力值、轮胎温度值、轮胎加速度值；
30.以自变量时间为x轴，以因变量压力值为y轴构建直角坐标系，构建压力曲线，以自变量时间为x轴，以因变量温度为y轴构建直角坐标系，构建温度曲线，以自变量时间为x轴，以因变量加速度值为y轴构建直角坐标系，构建加速度曲线；
31.将压力曲线的曲线节点进行标记，曲线节点表示为曲线增长斜率或者降低斜率大于斜率阈值的曲线节点；获取各个曲线节点的斜率数值kp，构建压力曲线斜率集合{kp1，kp2，
……
，kpn}，然后通过公式计算得到压力影响系数ykp；
32.将温度曲线的曲线节点进行标记，曲线节点表示为曲线增长斜率或者降低斜率大于斜率阈值的曲线节点；获取各个曲线节点的斜率数值kt，构建温度曲线斜率集合{kt1，kt2，
……
，ktn}，然后通过公式计算得到温度影响系数ykt；
33.将加速度曲线的曲线节点进行标记，曲线节点表示为曲线增长斜率或者降低斜率大于斜率阈值的曲线节点；获取各个曲线节点的斜率数值ka，构建加速度曲线斜率集合{ka1，ka2，
……
，kan}，然后通过公式计算得到加速度影响系数yka；
34.步骤5：将得到温度影响系数ykt、压力影响系数kpt和加速度影响系数yka代入公式计算得到轮胎磨损系数
35.本发明的有益效果：
36.本发明通过智能传感模块集成技术，集成压力传感芯片、温度传感芯片、加速度传感芯片，利用传感模块采集汽车轮胎压力、温度、加速度等信号，结合系统内置的gps模块、计时模块，经运算可进一步获得轮胎磨损数据，在提高系统集成度的同时，降低传感模块功耗，可实现涵盖面更广的新能源汽车轮胎安全监测。
附图说明
37.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
38.图1是本发明的系统框图。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
40.请参阅图1所示，本发明为一种超低功耗智能传感模块集成系统，包括传感采集模块、分析模块、对比模块、处理模块；
41.该传感采集模块集成压力传感芯片、温度传感芯片、加速度传感芯片，利用传感模块采集汽车轮胎压力信号、轮胎温度信号、轮胎加速度a信号；
42.通过分步深硅刻蚀技术和soi片衬底硅与玻璃衬底阳极键合技术，制备传感模块薄膜结构、高深宽比电容结构和密封腔体结构，最终形成压力传感芯片、温度传感芯片、加速度传感芯片的集成结构，具体包括如下步骤：通过控制干法刻蚀深度，获取气压和温度传感模块的硅薄膜结构；利用离子注入技术降低硅层的电阻率，在硅薄膜结构以及硅层表面生长介质层分别刻蚀压力传感芯片、温度传感芯片的极板形状图形，得到相应介电应变层。在介电应变层和硅层表面分别淀积金属层并腐蚀图形得到压力传感芯片、温度传感芯片以及加速度传感芯片的电极。对硅层完成深硅刻蚀后，利用刻蚀氧化埋层，分别形成加速度传感芯片、压力传感芯片以及温度传感芯片背面腔体结构。将soi片衬底硅与玻璃衬底阳极键合，得到密封键合面，在腔体结构与玻璃衬底间形成密封腔体。最后通过干法刻蚀硅层，形成加速度传感芯片的梳齿电容结构和温度传感芯片的多层悬臂梁结构，并将各传感芯片相互电隔离，得到基于低功耗集成的智能胎压传感模块；
43.智能传感采集模块生成汽车轮胎压力信号、轮胎温度信号、轮胎加速度信号并将汽车轮胎压力信号、轮胎温度信号、轮胎加速度信号发送至分析模块，分析模块将接收到汽车轮胎压力、温度、加速度信号后，将对轮胎进行状态分析，通过分析对应生成轮胎压力风险系数xp、轮胎温度风险系数xt、轮胎加速度风险系数xa；
44.具体地，该分析模块包括轮胎压力分析子模块、轮胎温度分析子模块、轮胎加速度分析子模块；轮胎压力分析子模块是对应生成轮胎压力风险系数xp，轮胎温度分析子模块是对应生成轮胎温度风险系数xt，轮胎加速度分析子模块是对应生成轮胎加速度风险系数xa；
45.该分析过程具体如下：
46.其一，轮胎压力分析子模块分析过程包括以下步骤：
47.通过内置的gps模块、计时模块，采集路径s和时间h内，轮胎的平均压力值p以及对应压力值的浮动频率pp；
48.通过公式获取到轮胎压力风险系数xp，其中，a1、a2均为预设比例系数，且a1＞a2＞0，β1为误差修正因子，取值为1.65；
49.其二，轮胎温度分析子模块分析过程包括以下步骤：
50.通过内置的gps模块、计时模块，采集路径s和时间h内，轮胎的平均温度值t以及对应温度值的浮动频率tp；
51.通过公式获取到轮胎温度风险系数xt，其中，a3、a4均为预设比例系数，且a3＞a4＞0，β2为误差修正因子，取值为1.72；
52.其三，轮胎加速度分析子模块分析过程包括以下步骤：
53.通过内置的gps模块、计时模块，采集路径s和时间h内，轮胎的平均加速度值a以及对应加速度值的浮动频率pa；
54.通过公式获取到轮胎压力风险系数xa，其中，a5、a6均为预设比例系数，且a5＞a6＞0，β3为误差修正因子，取值为1.61；
55.对比模块，接收到轮胎压力分析子模块是对应生成轮胎压力风险系数xp，分析模块生成的轮胎温度风险系数xt，轮胎加速度分析子模块是对应生成轮胎加速度风险系数xa，并将并将其分别代入对应的参照范围fa1、fa2、fa3中进行比对分析；
56.若轮胎压力风险系数xp处于参照范围fa1范围之内时，则生成m+信号，反之，则生成m-信号，若轮胎温度风险系数xt处于参照范围fa2范围之内时，则生成h+信号，反之，则生成h-信号，若轮胎加速度风险系数xa处于参照范围fa3范围之内时，则生成x+信号，反之，则生成x-信号；
57.提取上述的m+和m-、h+和h-与x+和x-，将各类信号进行集合交叉分析，当出现m+∩h+∩x+＝+时，则生成优级信号，当出现m-∩h-∩x-＝-时，则生成差级信号，当出现m+∩h+∩x-＝+-或m+∩h-∩x+＝+-或m-∩h+∩x+＝+-时，则均生成良级信号，当出现m+∩h-∩x-＝-+，m-∩h-∩x+＝-+，m-∩h+∩x-＝-+，则均生成中级信号；
58.处理模块将接收到的优级信号、良级信号、中级信号和差级信号进行控制分析处理，具体的操作步骤如下：
59.当接收到优级信号时，则据此生成一级信号，并以“汽车轮胎压力、轮胎温度、轮胎加速度，状态良好”的文本字样发送至显示终端进行显示说明；
60.当接收到良级信号时，则据此生成二级信号，并以“汽车轮胎压力、轮胎温度、轮胎加速度，状态正常”的文本字样发送至显示终端进行显示说明；
61.当接收到中级信号时，则据此生成三级信号，并以“汽车轮胎压力、轮胎温度、轮胎加速度，状态欠佳”的文本字样发送至显示终端进行显示说明；
62.当接收到差级信号时，则据此生成四级预警信号，并以“汽车轮胎压力、轮胎温度、轮胎加速度，状态很差”的文本字样发送至显示终端进行显示说明；
63.以及，当接收到的中级信号和差级信号时，收集汽车过往行驶过程中的轮胎压力值、轮胎温度值、轮胎加速度值；
64.以自变量时间为x轴，以因变量压力值为y轴构建直角坐标系，构建压力曲线，以自变量时间为x轴，以因变量温度为y轴构建直角坐标系，构建温度曲线，以自变量时间为x轴，以因变量加速度值为y轴构建直角坐标系，构建加速度曲线；
65.将压力曲线的曲线节点进行标记，曲线节点表示为曲线增长斜率或者降低斜率大于斜率阈值的曲线节点；获取各个曲线节点的斜率数值kp，构建压力曲线斜率集合{kp1，kp2，
……
，kpn}，然后通过公式计算得到压力影响系数ykp；
66.将温度曲线的曲线节点进行标记，曲线节点表示为曲线增长斜率或者降低斜率大于斜率阈值的曲线节点；获取各个曲线节点的斜率数值kt，构建温度曲线斜率集合{kt1，kt2，
……
，ktn}，然后通过公式计算得到温度影响系数ykt；
67.将加速度曲线的曲线节点进行标记，曲线节点表示为曲线增长斜率或者降低斜率大于斜率阈值的曲线节点；获取各个曲线节点的斜率数值ka，构建加速度曲线斜率集合{ka1，ka2，
……
，kan}，然后通过公式计算得到加速度影响系数yka；
68.步骤5：将得到温度影响系数ykt、压力影响系数kpt和加速度影响系数yka代入公式计算得到轮胎磨损系数x、y和z均为比例系数，且x、y和z均大于0，e为自然常数。
69.本发明的工作原理：本发明通过智能传感采集模块集成压力传感芯片、温度传感芯片、加速度传感芯片，利用传感模块采集汽车轮胎压力信号、轮胎温度信号、轮胎加速度信号，分析模块将接收到汽车轮胎压力、温度、加速度信号后，将对轮胎进行状态分析，通过分析对应生成轮胎压力风险系数xp、轮胎温度风险系数xt、轮胎加速度风险系数xa；对比模块，接收到轮胎压力分析子模块是对应生成轮胎压力风险系数xp，分析模块生成的轮胎温度风险系数xt，轮胎加速度分析子模块是对应生成轮胎加速度风险系数xa，并将并将其分别代入对应的参照范围fa1、fa2、fa3中进行比对分析，生成优级信号、良级信号、中级信号和差级信号；处理模块将接收到的优级信号、良级信号、中级信号和差级信号进行控制分析处理，一是发送对应的文本字样发送至显示终端进行显示说明，二是根据采集过往的数据信息，计算出轮胎的磨损度；
70.所以本发明通过智能传感模块集成技术，集成压力传感芯片、温度传感芯片、加速度传感芯片，利用传感模块采集汽车轮胎压力、温度、加速度等信号，结合系统内置的gps模块、计时模块，经运算可进一步获得轮胎磨损数据，在提高系统集成度的同时，降低传感模块功耗，可实现涵盖面更广的新能源汽车轮胎安全监测。
71.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

技术特征：

1.一种超低功耗智能传感模块集成系统，其特征在于，包括传感采集模块、分析模块、对比模块、处理模块；传感采集模块集成压力传感芯片、温度传感芯片、加速度传感芯片，利用传感模块采集汽车轮胎压力信号、轮胎温度信号、轮胎加速度信号；分析模块将接收到汽车轮胎压力、温度、加速度信号后，将对轮胎进行状态分析，通过分析对应生成轮胎压力风险系数xp、轮胎温度风险系数xt、轮胎加速度风险系数xa；对比模块，接收到轮胎压力分析子模块是对应生成轮胎压力风险系数xp，分析模块生成的轮胎温度风险系数xt，轮胎加速度分析子模块是对应生成轮胎加速度风险系数xa，并将并将其分别代入对应的参照范围fa1、fa2、fa3中进行比对分析，生成优级信号、良级信号、中级信号和差级信号；处理模块将接收到的优级信号、良级信号、中级信号和差级信号进行控制分析处理，一是发送对应的文本字样发送至显示终端进行显示说明，二是根据采集过往的数据信息，计算出轮胎的磨损度。2.根据权利要求1所述的一种超低功耗智能传感模块集成系统,其特征在于，传感采集模块通过分步深硅刻蚀技术和soi片衬底硅与玻璃衬底阳极键合技术，制备传感模块薄膜结构、高深宽比电容结构和密封腔体结构，最终形成压力传感芯片、温度传感芯片、加速度传感芯片的集成结构。3.根据权利要求2所述的一种超低功耗智能传感模块集成系统,其特征在于，传感采集模块的结构，具体包括如下步骤：通过控制干法刻蚀深度，获取气压和温度传感模块的硅薄膜结构；利用离子注入技术降低硅层的电阻率，在硅薄膜结构以及硅层表面生长介质层分别刻蚀压力传感芯片、温度传感芯片的极板形状图形，得到相应介电应变层；在介电应变层和硅层表面分别淀积金属层并腐蚀图形得到压力传感芯片、温度传感芯片以及加速度传感芯片的电极。对硅层完成深硅刻蚀后，利用刻蚀氧化埋层，分别形成加速度传感芯片、压力传感芯片以及温度传感芯片背面腔体结构；将soi片衬底硅与玻璃衬底阳极键合，得到密封键合面，在腔体结构与玻璃衬底间形成密封腔体；最后通过干法刻蚀硅层，形成加速度传感芯片的梳齿电容结构和温度传感芯片的多层悬臂梁结构，并将各传感芯片相互电隔离，得到传感采集模块。4.根据权利要求1所述的一种超低功耗智能传感模块集成系统,其特征在于，分析模块包括轮胎压力分析子模块、轮胎温度分析子模块、轮胎加速度分析子模块；轮胎压力分析子模块是对应生成轮胎压力风险系数xp，轮胎温度分析子模块是对应生成轮胎温度风险系数xt，轮胎加速度分析子模块是对应生成轮胎加速度风险系数xa。5.根据权利要求4所述的一种超低功耗智能传感模块集成系统,其特征在于，轮胎压力分析子模块分析过程包括以下步骤：通过内置的gps模块、计时模块，采集路径s和时间h内，轮胎的平均压力值p以及对应压力值的浮动频率pp；通过公式获取到轮胎压力风险系数xp。
6.根据权利要求4所述的一种超低功耗智能传感模块集成系统,其特征在于，轮胎温度分析子模块分析过程包括以下步骤：通过内置的gps模块、计时模块，采集路径s和时间h内，轮胎的平均温度值t以及对应温度值的浮动频率tp；通过公式获取到轮胎温度风险系数xt。7.根据权利要求4所述的一种超低功耗智能传感模块集成系统,其特征在于，轮胎加速度分析子模块分析过程包括以下步骤：通过内置的gps模块、计时模块，采集路径s和时间h内，轮胎的平均加速度值a以及对应加速度值的浮动频率pa；通过公式获取到轮胎压力风险系数xa。8.根据权利要求1所述的一种超低功耗智能传感模块集成系统,其特征在于，对比模块比对分析过程如下：若轮胎压力风险系数xp处于参照范围fa1范围之内时，则生成m+信号，反之，则生成m-信号，若轮胎温度风险系数xt处于参照范围fa2范围之内时，则生成h+信号，反之，则生成h-信号，若轮胎加速度风险系数xa处于参照范围fa3范围之内时，则生成x+信号，反之，则生成x-信号；提取上述的m+和m-、h+和h-与x+和x-，将各类信号进行集合交叉分析，当出现m+∩h+∩x+＝+时，则生成优级信号，当出现m-∩h-∩x-＝-时，则生成差级信号，当出现m+∩h+∩x-＝+-或m+∩h-∩x+＝+-或m-∩h+∩x+＝+-时，则均生成良级信号，当出现m+∩h-∩x-＝-+，m-∩h-∩x+＝-+，m-∩h+∩x-＝-+，则均生成中级信号。9.根据权利要求8所述的一种超低功耗智能传感模块集成系统,其特征在于，当接收到的中级信号和差级信号时，收集汽车过往行驶过程中的轮胎压力值、轮胎温度值、轮胎加速度值；以自变量时间为x轴，以因变量压力值为y轴构建直角坐标系，构建压力曲线，以自变量时间为x轴，以因变量温度为y轴构建直角坐标系，构建温度曲线，以自变量时间为x轴，以因变量加速度值为y轴构建直角坐标系，构建加速度曲线；将压力曲线的曲线节点进行标记，曲线节点表示为曲线增长斜率或者降低斜率大于斜率阈值的曲线节点；获取各个曲线节点的斜率数值kp，构建压力曲线斜率集合{kp1，kp2，
……
，kpn}，然后通过公式计算得到压力影响系数ykp；将温度曲线的曲线节点进行标记，曲线节点表示为曲线增长斜率或者降低斜率大于斜率阈值的曲线节点；获取各个曲线节点的斜率数值kt，构建温度曲线斜率集合{kt1，kt2，
……
，ktn}，然后通过公式计算得到温度影响系数ykt；将加速度曲线的曲线节点进行标记，曲线节点表示为曲线增长斜率或者降低斜率大于斜率阈值的曲线节点；获取各个曲线节点的斜率数值ka，构建加速度曲线斜率集合{ka1，
ka2，
……
，kan}，然后通过公式计算得到加速度影响系数yka；步骤5：将得到温度影响系数ykt、压力影响系数kpt和加速度影响系数yka代入公式计算得到轮胎磨损系数

技术总结

本发明公开了一种超低功耗智能传感模块集成系统，智能传感采集模块集成压力传感芯片、温度传感芯片、加速度传感芯片，利用传感模块采集汽车轮胎压力信号、轮胎温度信号、轮胎加速度信号，分析模块对轮胎进行状态分析，通过分析对应生成风险系数；对比模块将接收到风险系数与对应的参照范围进行比对分析，生成优级信号、良级信号、中级信号和差级信号；处理模块将接收到的优级信号、良级信号、中级信号和差级信号进行控制分析处理；本发明通过智能传感模块集成技术，结合系统内置的GPS模块、计时模块，获得轮胎磨损数据，在提高系统集成度的同时，降低传感模块功耗，可实现涵盖面更广的新能源汽车轮胎安全监测。新能源汽车轮胎安全监测。