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自供能無線溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種自供能無線溫度傳感器，用于測(cè)量供熱管線溫度，該自供能無線溫度傳感器包括：溫度傳導(dǎo)平面和熱電發(fā)生器，鑄鋁溫度傳導(dǎo)平面適于將所述供熱管線的熱量傳導(dǎo)給熱電發(fā)生器，熱電發(fā)生器適于利用塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生微小電壓；電能變換存儲(chǔ)模塊，適于接收、變換并存儲(chǔ)所述熱電發(fā)生器產(chǎn)生的能量；溫度測(cè)量傳感模塊，適于測(cè)量所述供熱管線的溫度；無線收發(fā)模塊，適于根據(jù)從外部設(shè)備接收到的啟動(dòng)信號(hào)，將所述供熱管線的溫度發(fā)送到外部設(shè)備；和主控制模塊，由所述電能變換存儲(chǔ)模塊供電，適于控制電能變換存儲(chǔ)模塊為所述無線收發(fā)模塊供電，還適于控制溫度傳感模塊的工作。
【專利說明】自供能無線溫度傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種自供能無線溫度傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]溫度測(cè)量是現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)實(shí)生活中最為常見的一種物理量測(cè)量。測(cè)量對(duì)象千差萬另O，測(cè)量手段也各具特色。但總體是分有源測(cè)溫和利用熱脹冷縮的無源測(cè)溫兩種，近今年出現(xiàn)的被動(dòng)式無源測(cè)溫實(shí)質(zhì)上還得靠外加非接觸的高頻電磁激勵(lì)完成實(shí)測(cè)過程。在大量集群溫度測(cè)量和特殊應(yīng)用場(chǎng)景中，例如:樓宇自動(dòng)化的各樓層供熱管線溫度測(cè)量，針對(duì)分散的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，如果使用外接電源和電池供電會(huì)有諸多不便。但如果低功耗無線傳感器，且不再使用外接電源(市電或電池)，那么安裝、維護(hù)的工作量會(huì)大為減少。
[0003]近些年，新型能量收集技術(shù)的運(yùn)用，使得由局部環(huán)境能量而非電池供電的測(cè)量系統(tǒng)成為可能。本發(fā)明所述自供能無線溫度傳感器正是利用被測(cè)介質(zhì)與環(huán)境的溫差傳導(dǎo)能量來為無線傳感器節(jié)點(diǎn)供電，并且已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化應(yīng)用程度。它完全無需使用電池或供電導(dǎo)線就可向遠(yuǎn)方后臺(tái)傳送被測(cè)介質(zhì)的溫度，以供熱管線測(cè)溫為典型代表，在類似的眾多領(lǐng)域中簡(jiǎn)化了安裝和維護(hù)工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自供能無線溫度傳感器。
[0005]根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，針對(duì)現(xiàn)供熱管線有源測(cè)溫的不足，提供一種依靠被測(cè)介質(zhì)(如供熱管線)自身溫度傳導(dǎo)產(chǎn)生微弱電能的收集存儲(chǔ)，來滿足測(cè)量溫度的電力供應(yīng)，最終通過微型無線模塊遠(yuǎn)傳被測(cè)介質(zhì)及環(huán)境溫度的一種新型溫度傳感裝置。
[0006]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，提供一種自供能無線溫度傳感器，用于測(cè)量供熱管線溫度，該自供能無線溫度傳感器包括:溫度傳導(dǎo)平面和熱電發(fā)生器，鑄鋁溫度傳導(dǎo)平面適于將所述供熱管線的熱量傳導(dǎo)給熱電發(fā)生器，熱電發(fā)生器適于利用塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生微小電壓；電能變換存儲(chǔ)模塊，適于接收、變換并存儲(chǔ)所述熱電發(fā)生器產(chǎn)生的能量；溫度測(cè)量傳感模塊，適于測(cè)量所述供熱管線的溫度；無線收發(fā)模塊，與所述電能變換存儲(chǔ)模塊連接，由所述電能變換存儲(chǔ)模塊供電，適于根據(jù)從外部設(shè)備接收到的啟動(dòng)信號(hào)，將所述供熱管線的溫度發(fā)送到外部設(shè)備；和主控制模塊，分別與所述電能變換存儲(chǔ)模塊、溫度測(cè)量傳感模塊和無線收發(fā)模塊連接，由所述電能變換存儲(chǔ)模塊供電，適于控制電能變換存儲(chǔ)模塊為所述無線收發(fā)模塊供電，還適于控制溫度傳感模塊的工作。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0008]1，由于沒有任何外部電源供應(yīng)，測(cè)溫傳感器的安裝更容易，也沒有定期更換電池的維護(hù)。這對(duì)于封閉在夾層空間的供熱管線測(cè)溫尤為重要。
[0009]2，由于利用被測(cè)介質(zhì)(如供熱管線)自身溫度與局部環(huán)境傳導(dǎo)產(chǎn)生電能來維持無線傳感器工作，當(dāng)供熱管線內(nèi)無供熱介質(zhì)，即供熱系統(tǒng)沒工作，自然也不需要測(cè)溫，本發(fā)明的自供能無線溫度傳感器因無溫度傳導(dǎo)處于無電閑置狀態(tài)。無需人為關(guān)閉，也避免常規(guī)有源測(cè)溫的在非供熱期測(cè)溫傳感器一直工作的不必要。間接延遲了使用壽命。
[0010]3，對(duì)于公共空間或房間內(nèi)裸露的供熱管線，只要將本發(fā)明的自供能無線溫度傳感器夾在管線上，就可以通過可選的液晶顯示屏直接讀取溫度；遠(yuǎn)程后臺(tái)通過無線方式讀取供熱點(diǎn)的溫度。而此項(xiàng)測(cè)溫過程的優(yōu)勢(shì)在于無線任何外接電源或電池。
[0011]4，針對(duì)現(xiàn)代樓宇各樓層、各房間的供熱溫度與室內(nèi)溫度測(cè)量，本發(fā)明自供能無線溫度傳感器具備廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的自供能溫度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0014]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，提供一種自供能無線溫度傳感器，如圖1所示，包括:
[0015]鑄鋁溫度傳導(dǎo)平面11，熱電發(fā)生器12，電能變換存儲(chǔ)模塊13，溫度測(cè)量傳感模塊14，主控制模塊15，無線收發(fā)模塊16及可選的IXD液晶顯示模塊17。
[0016]鑄鋁溫度傳導(dǎo)平面11，一方面與被測(cè)管線表面緊密配合，作用是使本身溫度與測(cè)溫管線相同，基本是同一等溫體；另一方面其平面部分與熱電發(fā)生器12緊密接觸，將熱量傳導(dǎo)給熱電發(fā)生器12。
[0017]熱電發(fā)生器12也稱TEG，是類似于電制冷片(帕爾帖)的逆過程應(yīng)用，它是利用塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生微小電壓。本發(fā)明實(shí)例所用TEG尺寸為40mmX40mm，厚3.6mm。帕爾貼的另一面是緊密接觸的自然冷卻散熱片。
[0018]進(jìn)一步地，當(dāng)供熱管線的溫度大于環(huán)境溫度5°C以上，由于自然熱傳導(dǎo)(自然熱傳導(dǎo)指不用風(fēng)扇、不用水冷的熱傳遞)，在TEG兩面產(chǎn)生大于1°C的溫差。
[0019]進(jìn)一步地，TEG產(chǎn)生30_200mV的電壓。這一電壓很小，能量通常只有幾個(gè)mW，甚至不足lmW，不足以供電子元件工作。但它的內(nèi)阻較低，經(jīng)過變換存儲(chǔ)可以為間歇工作的電能變換存儲(chǔ)模塊13、溫度測(cè)量傳感模塊14、主控制模塊15和無線收發(fā)模塊16供電。
[0020]電能變換存儲(chǔ)模塊13用于把微小的電能變換并存儲(chǔ)，達(dá)到可以為電子芯片提供能量的作用。
[0021]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，所述電能變換存儲(chǔ)模塊13(例如LTC3108-1)能夠產(chǎn)生
2.2V、3.3V、5V三種不同電壓。如圖1所示，電能變換存儲(chǔ)模塊13輸出3.3V為超低功耗單片機(jī)MSP430F122和溫度傳感器供電。
[0022]如圖1所示，電能變換存儲(chǔ)模塊13輸出可控電壓Vout2為間歇工作的無線模塊Si4432(—種無線收發(fā)芯片的型號(hào))供電。
[0023]溫度測(cè)量傳感模塊14包括兩只單總線數(shù)字溫度傳感器。其中一只用于測(cè)量供熱管線溫度，另一只用于測(cè)量環(huán)境溫度。
[0024]主控制模塊15是由超低功耗單片機(jī)MSP430F122(—種單片機(jī)的型號(hào))完成，它是自供能無線溫度傳感器的控制核心。主控制模塊15電源來自電能變換存儲(chǔ)模塊13的3.3V輸出。主控制模塊15通過控制線Vout2_EN控制電能變換存儲(chǔ)模塊13是否為無線收發(fā)模塊16供電。主控制模塊15控制溫度傳感模塊14的工作，包括:溫度傳感模塊14由兩只數(shù)字溫度傳感器DS18B20組成，每個(gè)DS18B20有“地”、“電源”和“信號(hào)”三根線。單信號(hào)線一直為高電平時(shí)，傳感器不工作，此時(shí)耗電小于2uA，當(dāng)按單總線協(xié)議通訊時(shí)，便實(shí)現(xiàn)了溫度轉(zhuǎn)換和讀取結(jié)果。主控制模塊15連接可選的液晶顯示模塊17，實(shí)時(shí)顯示被測(cè)管線的溫度和環(huán)境溫度。
[0025]無線收發(fā)模塊16是以Si4432為核心的短程無線收發(fā)模塊。睡眠狀態(tài)下只消耗2uA的電流。接收靈敏度-1lOdB,發(fā)送功率13dB。可滿足樓宇內(nèi)無線信息傳遞。
[0026]液晶顯示模塊17是一個(gè)可選的模塊?？筛鶕?jù)安裝部位確定是否需要顯示。液晶顯示模塊17為串行接口，在3.3V的3位顯示中，耗電電流小于40uA。
[0027]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，自供能無線溫度傳感器的工作過程如下:
[0028]所述供熱管線內(nèi)沒有供熱介質(zhì)時(shí)，由于沒有熱量傳導(dǎo)，熱電發(fā)生器并不產(chǎn)生電壓，整個(gè)自供能無線溫度傳感器處于閑置狀態(tài)。
[0029]當(dāng)所述供熱管線內(nèi)的溫度高于環(huán)境溫度5°C以上時(shí)，由于自然熱傳導(dǎo)，所述熱電發(fā)生器12兩面產(chǎn)生大于1°C的溫差。
[0030]根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，所述熱電發(fā)生器12的線產(chǎn)生大于30mV的直流電壓。此電壓連接電能變換存儲(chǔ)模塊13，通過電能變換存儲(chǔ)模塊13的諧振變壓器將電壓提升到
3.3V。
[0031]進(jìn)一步地，TEG產(chǎn)生ImW左右的能量不斷積累，當(dāng)Vout輸出達(dá)到3.3V時(shí)，多余能量存儲(chǔ)到電能變換存儲(chǔ)模塊內(nèi)部的儲(chǔ)能電容(即也稱法拉電容)上。
[0032]所述主控制模塊15得到電能開始工作，首先選擇低頻晶振，只啟動(dòng)定時(shí)器中斷系統(tǒng)，把無線收發(fā)模塊16設(shè)置在睡眠狀態(tài)，關(guān)閉其他功能使本身處于低功耗狀態(tài)。定時(shí)器定時(shí)I分鐘，產(chǎn)生定時(shí)中斷后，啟動(dòng)溫度傳感器I和溫度傳感器2進(jìn)行溫度測(cè)量、轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存于主控制模塊15內(nèi)部寄存器。測(cè)量轉(zhuǎn)換期間為I秒，耗電3mA。接著主控制模塊15再次回到低功耗狀態(tài)。
[0033]進(jìn)一步地，遠(yuǎn)程后臺(tái)無線呼叫自供能無線溫度傳感器，所述無線收發(fā)模塊16由睡眠狀態(tài)被激活，讓所述主控制模塊15產(chǎn)生中斷，所述主控制模塊15立即把原來的測(cè)量結(jié)果傳給所述無線收發(fā)模塊16，同時(shí)，所述主控制模塊15啟動(dòng)所述無線收發(fā)模塊16，使之處于發(fā)送狀態(tài)。整個(gè)發(fā)送過程持續(xù)60mS，耗電28mA。
[0034]進(jìn)一步地，通過合理分配無線呼叫周期和溫度測(cè)量周期，使能量積累能夠滿足測(cè)量需求。
[0035]應(yīng)該注意到并理解，在不脫離后附的權(quán)利要求所要求的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠?qū)ι鲜鲈敿?xì)描述的本發(fā)明做出各種修改和改進(jìn)。因此，要求保護(hù)的技術(shù)方案的范圍不受所給出的任何特定示范教導(dǎo)的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種自供能無線溫度傳感器，用于測(cè)量供熱管線溫度，該自供能無線溫度傳感器包括: 溫度傳導(dǎo)平面和熱電發(fā)生器，鑄鋁溫度傳導(dǎo)平面適于將所述供熱管線的熱量傳導(dǎo)給熱電發(fā)生器，熱電發(fā)生器適于利用塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生微小電壓； 電能變換存儲(chǔ)模塊，適于接收、變換并存儲(chǔ)所述熱電發(fā)生器產(chǎn)生的能量； 溫度測(cè)量傳感模塊，適于測(cè)量所述供熱管線的溫度； 無線收發(fā)模塊，與所述電能變換存儲(chǔ)模塊連接，由所述電能變換存儲(chǔ)模塊供電，適于根據(jù)從外部設(shè)備接收到的啟動(dòng)信號(hào)，將所述供熱管線的溫度發(fā)送到外部設(shè)備；和 主控制模塊，分別與所述電能變換存儲(chǔ)模塊、溫度測(cè)量傳感模塊和無線收發(fā)模塊連接，由所述電能變換存儲(chǔ)模塊供電，適于控制電能變換存儲(chǔ)模塊為所述無線收發(fā)模塊供電，還適于控制溫度傳感模塊的工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供能無線溫度傳感器，其中，所述溫度傳導(dǎo)平面一方面與所述供熱管線的表面緊密配合，另一方面與所述熱電發(fā)生器緊密接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供能無線溫度傳感器，其中，所述電能變換存儲(chǔ)模塊產(chǎn)生2.2V、3.3V、5V三種不同電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供能無線溫度傳感器，還包括: 顯示模塊，與所述主控制模塊連接，所述主控制模塊還適于將所述溫度測(cè)量傳感模塊的測(cè)量結(jié)果顯示在顯示模塊上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供能無線溫度傳感器，其中，所述主控制模塊控制溫度傳感模塊的工作包括: 所述主控制模塊首先選擇低頻晶振，只啟動(dòng)其內(nèi)部的定時(shí)器中斷系統(tǒng)，把所述無線收發(fā)模塊設(shè)置在睡眠狀態(tài)，定時(shí)器定時(shí)第一時(shí)間片段，產(chǎn)生定時(shí)中斷后，啟動(dòng)所述溫度測(cè)量傳感模塊進(jìn)行溫度測(cè)量，測(cè)量結(jié)果存于主控制模塊內(nèi)部寄存器，測(cè)量期間為第二時(shí)間片段，然后主控制模塊再次回到低功耗狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自供能無線溫度傳感器，其中，所述無線收發(fā)模塊根據(jù)從外部設(shè)備接收到的啟動(dòng)信號(hào)，將所述供熱管線的溫度發(fā)送到外部設(shè)備包括: 外部設(shè)備呼叫所述自供能無線溫度傳感器，所述無線收發(fā)模塊由睡眠狀態(tài)被激活，讓所述主控制模塊產(chǎn)生中斷，所述主控制模塊把保存的測(cè)量結(jié)果發(fā)送給所述無線收發(fā)模塊，并且所述主控制模塊啟動(dòng)所述無線收發(fā)模塊使之將所述供熱管線的溫度發(fā)送到外部設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供能無線溫度傳感器，其中，所述溫度測(cè)量傳感模塊包括兩只單總線數(shù)字溫度傳感器，一只用于測(cè)量所述供熱管線溫度，另一只用于測(cè)量環(huán)境溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供能無線溫度傳感器，其中，所述熱電發(fā)生器產(chǎn)生30-200mV的電壓，該電壓經(jīng)過變換存儲(chǔ)用于為所述電能變換存儲(chǔ)模塊、溫度測(cè)量傳感模塊、主控制模塊和無線收發(fā)模塊供電。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供能無線溫度傳感器，其中，當(dāng)所述供熱管線內(nèi)的溫度高于環(huán)境溫度5°C以上時(shí)，由于自然熱傳導(dǎo)，所述熱電發(fā)生器兩面產(chǎn)生大于1°C的溫差。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自供能無線溫度傳感器，其中，所述主控制模塊包括超低功耗單片機(jī)MSP430F122，所述無線收發(fā)模塊是包括Si4432的短程無線收發(fā)模塊。
【文檔編號(hào)】G01K7/00GK104048772SQ201410283218
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】任景龍, 薛汝才, 劉紅超, 張學(xué)深, 李海, 呂志來 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 北京許繼電氣有限公司