專利名稱：無線溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感設(shè)備，尤其是涉及一種具有自發(fā)電功能的無線溫度傳感器。
背景技術(shù)：
針對(duì)目前無線測(cè)溫技術(shù)，大部分的測(cè)溫產(chǎn)品的電源均采用電池或CT取電模式。電池的使用存在一個(gè)使用壽命的問題，使用一段 時(shí)間以后電池耗盡就需要更換電池，而且電池的漏液和爆炸都會(huì)造成安全隱患。而CT取電存在體積大、安裝不便的問題，并且在超強(qiáng)磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和發(fā)熱，對(duì)電力設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。中華人民共和國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2008年11月05日公開了授權(quán)公告號(hào)為CN201145943Y的專利文獻(xiàn)，名稱是溫差無線紅外溫度傳感器，其設(shè)有半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置、保護(hù)熱電阻、紅外發(fā)射管和散熱裝置。半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置由半導(dǎo)體溫差模塊加熱端導(dǎo)熱底殼和熱端散熱銅板組成，在散熱銅板上設(shè)有散熱器，相互之間由聚四氟乙烯絕緣緊固為一體。散熱器頂部設(shè)有電光轉(zhuǎn)換紅外發(fā)射管。熱保護(hù)電阻設(shè)置在散熱器內(nèi)部，與半導(dǎo)體溫差模塊和紅外發(fā)射管相連接。此方案通過半導(dǎo)體溫差發(fā)電裝置供電，但是供電方式較為單一，在溫差不大的環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)自我供電的目的，適用范圍有一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的使用壽命有限、難以在小溫差環(huán)境工作等技術(shù)問題，提供一種具有較長使用壽命，體積小、可以在小溫差環(huán)境下工作、具有良好適用性的無線溫度傳感器。本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種無線溫度傳感器，包括溫度采集模塊、微處理器模塊、無線通信模塊和為整個(gè)傳感器供電的供電模塊，所述溫度采集模塊與所述微處理器模塊電連接，所述供電模塊包括壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片、整流電路和升壓模塊，所述壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片的一端連接整流電路的輸入端，另一端連接升壓模塊的負(fù)極輸入端，所述整流電路的輸出端連接升壓模塊的正極輸入端，所述升壓模塊的正極輸出端和負(fù)極輸出端與微處理器模塊連接，所述微處理器模塊和所述無線通信模塊之間連接有第二 NMOS管，所述微處理器模塊的控制端連接第二 NMOS管的柵極，所述第
二NMOS管的漏極連接微處理器模塊的電源輸出端，所述第二 NMOS管的源極連接無線通信模塊的電源輸入端，所述無線通信模塊還通過SPI通訊總線與所述微處理器模塊連接。本發(fā)明的無線溫度傳感器主要應(yīng)用在電機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)，電纜觸頭測(cè)溫等環(huán)境中。在電機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)中，由于電機(jī)工作中會(huì)產(chǎn)生一定頻率的振動(dòng)，本發(fā)明采用壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片，通過調(diào)整其大小和重量，使其產(chǎn)生與電機(jī)接近的振動(dòng)頻率(諧振)，發(fā)出電能供整個(gè)傳感器使用。作為優(yōu)選，所述供電模塊還包括繼流電容，所述繼流電容的正極連接升壓模塊的正極輸入端，所述繼流電容的負(fù)極連接升壓模塊的負(fù)極輸入端。繼流電容將前面的微弱電能聚集到一起，以供充電泵使用。
作為優(yōu)選，所述升壓模塊包括自舉升壓電路、充電泵和超級(jí)電容，所述自舉升壓電路的輸入端連接繼流電容的正極，所述自舉升壓電路的輸出端連接超級(jí)電容的正極，所述充電泵的控制端連接自舉升壓電路的控制端，另一端連接超級(jí)電容的負(fù)極，所述超級(jí)電容的正極為升壓模塊的正極輸出端，所述超級(jí)電容的負(fù)極同時(shí)作為為升壓模塊的負(fù)極輸入端和升壓模塊的負(fù)極輸出端，所述自舉升壓電路的輸入端為升壓模塊的正極輸入端。作為優(yōu)選，所述供電模塊還包括穩(wěn)壓保護(hù)電路，所述穩(wěn)壓保護(hù)電路的正極連接超級(jí)電容的正極，所述穩(wěn)壓保護(hù)電路的負(fù)極連接超級(jí)電容的負(fù)極。作為優(yōu)選，所述供電模塊還包括電源閥電路，所述電源閥電路包括第一 NMOS管和電壓檢測(cè)芯片，所述第一 NMOS管的漏極與超級(jí)電容的正極連接，所述第一 NMOS管的源極與微處理器的輸入端連接，所述第一 NMOS管的柵極與電壓檢測(cè)芯片連接，所述電壓檢測(cè)芯片的兩個(gè)檢測(cè)端分別連接的超級(jí)電容的正極和負(fù)極。電源閥電路能在能量收集未滿時(shí)，將系統(tǒng)供電電源與后級(jí)電路完全切斷，使能量收集工作在更高效的狀態(tài)。 作為優(yōu)選，所述供電模塊還包括過壓保護(hù)電路，所述過壓保護(hù)電路包括兩個(gè)負(fù)極 相互連接的單向穩(wěn)壓二極管，所述過壓保護(hù)電路串接在壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片或繞線線圈(當(dāng)供電模塊包括電流感應(yīng)發(fā)電模塊時(shí))的兩個(gè)輸出端之間。傳統(tǒng)的CT取電一般用TVS管連接于繞線線圈兩端來防止由于電流太大(過壓)時(shí)燒壞后級(jí)電路來保護(hù)，本系統(tǒng)采用兩只單向穩(wěn)壓二極管負(fù)端相連組成的保護(hù)系統(tǒng)，將取電電壓鉗位在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的定值，能長時(shí)間穩(wěn)定的工作，工作原理與TVS管截然不同。TVS管不能長時(shí)間工作在穩(wěn)壓(擊穿)狀態(tài)。作為優(yōu)選，所述供電模塊還包括電流感應(yīng)發(fā)電模塊，所述電流感應(yīng)發(fā)電模塊一端連接整流電路的輸入端，另一端連接升壓模塊的負(fù)極輸入端。根據(jù)安培定則，將電流感應(yīng)發(fā)電模塊的繞線線圈放在有電流流過的導(dǎo)體旁，(本設(shè)計(jì)為電流至少大于25安培)，若使導(dǎo)線與繞線線圈垂直相交，則能從繞線線圈感應(yīng)出電能，采用專用的充電泵將電能累積起來，以供整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)使用，取代了傳統(tǒng)的電池供電技術(shù)。本系統(tǒng)采用薄膜合金取代繞線線圈中的鐵芯，利用其特有的磁特性，在超強(qiáng)交變電磁場(chǎng)下的特殊應(yīng)用場(chǎng)合使用，幾乎不會(huì)產(chǎn)生由于鐵磁振蕩產(chǎn)生的振動(dòng)、聲音和發(fā)熱現(xiàn)象，從而解決了 CT取電中CT斷路后的發(fā)熱危險(xiǎn)情況，傳統(tǒng)硅鋼鐵芯不能在此場(chǎng)合應(yīng)用或需要很大的功率(體積)。作為優(yōu)選，所述供電模塊還包括半導(dǎo)體溫差發(fā)電片，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電片的一端連接升壓模塊的正極輸入端，另一端連接升壓模塊的負(fù)極輸入端。電力電纜中有電流時(shí)，由于觸頭處微接觸電阻的存在，電纜接線端處的溫度會(huì)比其周圍的環(huán)境溫度高6 12°C，本系統(tǒng)利用市場(chǎng)上常見的半導(dǎo)體溫差發(fā)電片，將此溫差轉(zhuǎn)換成電能，采用專用的充電泵將電能累積于電容器，以供整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)使用，取代了傳統(tǒng)的電池供電方式。本發(fā)明帶來的實(shí)質(zhì)性效果是，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的長期運(yùn)行，減少了檢修帶來的不便；增強(qiáng)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，可以更密切檢測(cè)可能發(fā)熱點(diǎn)，及時(shí)反饋溫度信息；自身無振動(dòng)和發(fā)熱產(chǎn)生，減少了對(duì)電力設(shè)備的危險(xiǎn)性和設(shè)備損壞；無需電池供電；具有高效的能量收集能力，可以工作在小溫差環(huán)境下。


圖I是本發(fā)明的一種電路 圖2是本發(fā)明的一種包括電流感應(yīng)模塊的電路圖；圖3是本發(fā)明的一種包括半導(dǎo)體溫差發(fā)電片的電路 圖4是本發(fā)明的一種同時(shí)包括電流感應(yīng)模塊和半導(dǎo)體溫差發(fā)電片的電路圖。圖中1、壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片，2、半導(dǎo)體溫差發(fā)電片，3、電流感應(yīng)發(fā)電模塊，4、自舉升壓電路，5、穩(wěn)壓保護(hù)電路，6、電壓檢測(cè)芯片，7、微處理器模塊，8、溫度采集模塊，9、無線通信模塊。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。實(shí)施例I :本實(shí)施例的一種無線溫度傳感器，如圖I所示，包括溫度采集模塊8、微處理器模塊7、無線通信模塊9和為整個(gè)傳感器供電的供電模塊。溫度采集模塊8與微處理器模塊7電連接，供電模塊包括壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片I、整流電路、過壓保護(hù)電路、繼流電 容Cl、升壓模塊和電源閥電路，整流電路為整流二極管D1。壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片I的一端連接整流電路的輸入端，另一端連接升壓模塊的負(fù)極輸入端，整流電路的輸出端連接升壓模塊的正極輸入端。微處理器模塊7和無線通信模塊9之間連接有第二 NMOS管T2，微處理器模塊7的控制端連接第二 NMOS管T2的柵極，第二 NMOS管T2的漏極連接微處理器模塊7的電源輸出端，第二 NMOS管T2的源極連接無線通信模塊9的電源輸入端，無線通信模塊9還通過SPI通訊總線與微處理器模塊7連接。壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片I設(shè)置在電機(jī)上，通過電機(jī)的振動(dòng)采集能源。升壓模塊包括自舉升壓電路4、充電泵K、超級(jí)電容C2和穩(wěn)壓保護(hù)電路5，自舉升壓電路4是一個(gè)自激振蕩電路，自舉升壓電路4的輸入端連接繼流電容Cl的正極，自舉升壓電路4的輸出端連接超級(jí)電容C2的正極，充電泵K的控制端連接自舉升壓電路4的控制端，另一端連接超級(jí)電容C2的負(fù)極，超級(jí)電容C2的正極為升壓模塊的正極輸出端，超級(jí)電容C2的負(fù)極同時(shí)作為為升壓模塊的負(fù)極輸入端和升壓模塊的負(fù)極輸出端，自舉升壓電路4的輸入端為升壓模塊的正極輸入端。繼流電容Cl的正極連接升壓模塊的正極輸入端，繼流電容的負(fù)極連接升壓模塊的負(fù)極輸入端。穩(wěn)壓保護(hù)電路5的正極連接超級(jí)電容C2的正極，負(fù)極連接超級(jí)電容C2的負(fù)極。電源閥電路包括第一 NMOS管Tl和電壓檢測(cè)芯片6，第一 NMOS管Tl的漏極與超級(jí)電容C2的正極連接，第一 NMOS管Tl的源極與微處理器模塊7的正極輸入端連接，第一NMOS管Tl的柵極與電壓檢測(cè)芯片6連接，電壓檢測(cè)芯片6的兩個(gè)檢測(cè)端分別連接的超級(jí)電容C2的正極和負(fù)極。微處理器模塊7的負(fù)極輸入端連接超級(jí)電容C2的負(fù)極。過壓保護(hù)電路包括兩個(gè)負(fù)極相互連接的單向穩(wěn)壓二極管D2和D3，單相穩(wěn)壓二極管D2和D3的正極分別連接壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片的兩個(gè)輸入端。本實(shí)施例采用高精度(±0.5°C)、寬量程(-55°C +150°C)的溫度采樣芯片，以滿足電力行業(yè)無線測(cè)溫要求。本實(shí)施例采用業(yè)內(nèi)流行的超低功耗MCU設(shè)計(jì)，并在程序上做電源和低功耗管理，只需很小的繞線線圈就能給整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定供電。本實(shí)施例采用高頻無線電數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)接收裝置與被測(cè)點(diǎn)無需任何物理連接，電氣隔離更安全可靠。本實(shí)施例采用循環(huán)冗余碼校驗(yàn)技術(shù)，數(shù)據(jù)接收端對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，進(jìn)一步提高測(cè)量的可靠性，避免了數(shù)據(jù)錯(cuò)報(bào)和誤報(bào)。實(shí)施例2 :本實(shí)施例的一種無線溫度傳感器，如圖2所示，除與實(shí)施例I相同的結(jié)構(gòu)以外，還包括一個(gè)電流感應(yīng)發(fā)電模塊3，電流感應(yīng)發(fā)電模塊3與壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片可以并聯(lián)發(fā)電，兩者一起為無線溫度傳感器供電，在一些振動(dòng)不大的環(huán)境也正常工作。將電流感應(yīng)發(fā)電模塊3中的繞線線圈放在有電流流過的導(dǎo)體旁，使導(dǎo)體中的電流與繞線線圈垂直相交，則能從繞線線圈感應(yīng)出電能，采用專用的充電泵將電能累積起來，以供整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)使用。實(shí)施例3 :本實(shí)施例的一種無線溫度傳感器，如圖3所示，除與實(shí)施例I相同的結(jié)構(gòu)以外，還包括半導(dǎo)體溫差發(fā)電片2，半導(dǎo)體溫差發(fā)電片2的一端連接升壓模塊的正極輸入端，另一端連接升壓模塊的負(fù)極輸入端。半導(dǎo)體溫差發(fā)電片2設(shè)置在有較大發(fā)熱的地方，在一些有較大發(fā)熱量的設(shè)備的環(huán)境也可以采用溫差發(fā)電作為供電手段。實(shí)施例4 :本實(shí)施例的一種無線溫度傳感器，如圖4所示，除與實(shí)施例2相同的結(jié) 構(gòu)以外，還包括半導(dǎo)體溫差發(fā)電片2，半導(dǎo)體溫差發(fā)電片2的一端連接升壓模塊的正極輸入端，另一端連接升壓模塊的負(fù)極輸入端。這樣無線溫度傳感器同時(shí)具有溫差發(fā)電、電流感應(yīng)發(fā)電和振動(dòng)發(fā)電三種供電方式，可以適用于各種環(huán)境，只要有振動(dòng)或者有較強(qiáng)電流或者有較大發(fā)熱量的設(shè)備三個(gè)條件中的任何一個(gè)或者多個(gè)，都可以使本實(shí)施例正常工作。并且在振動(dòng)幅度不大、發(fā)熱量也不大、電流也不大的環(huán)境，通過三者配合也可以為微處理器模塊和無線通信模塊提供足夠的電能。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了供電模塊、升壓模塊等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權(quán)利要求
1.一種無線溫度傳感器，包括溫度采集模塊、微處理器模塊、無線通信模塊和為整個(gè)傳感器供電的供電模塊，其特征在于，所述溫度采集模塊與所述微處理器模塊電連接，所述供電模塊包括壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片、整流電路和升壓模塊，所述壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片的一端連接整流電路的輸入端，另一端連接升壓模塊的負(fù)極輸入端，所述整流電路的輸出端連接升壓模塊的正極輸入端，所述升壓模塊的正極輸出端和負(fù)極輸出端與微處理器模塊連接，所述微處理器模塊和所述無線通信模塊之間連接有第二 NMOS管，所述微處理器模塊的控制端連接第二 NMOS管的柵極，所述第二 NMOS管的漏極連接微處理器模塊的電源輸出端，所述第二 NMOS管的源極連接無線通信模塊的電源輸入端，所述無線通信模塊還通過SPI通訊總線與所述微處理器模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線溫度傳感器，其特征在于，所述供電模塊還包括繼流電容，所述繼流電容的正極連接升壓模塊的正極輸入端，所述繼流電容的負(fù)極連接升壓模塊的負(fù)極輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線溫度傳感器，其特征在于，所述升壓模塊包括自舉升壓電路、充電泵和超級(jí)電容，所述自舉升壓電路的輸入端連接繼流電容的正極，所述自舉升壓電路的輸出端連接超級(jí)電容的正極，所述充電泵的控制端連接自舉升壓電路的控制端，另一端連接超級(jí)電容的負(fù)極，所述超級(jí)電容的正極為升壓模塊的正極輸出端，所述超級(jí)電容的負(fù)極同時(shí)作為為升壓模塊的負(fù)極輸入端和升壓模塊的負(fù)極輸出端，所述自舉升壓電路的輸入端為升壓模塊的正極輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線溫度傳感器，其特征在于，所述升壓模塊還包括穩(wěn)壓保護(hù)電路，所述穩(wěn)壓保護(hù)電路的正極連接超級(jí)電容的正極，所述穩(wěn)壓保護(hù)電路的負(fù)極連接超級(jí)電容的負(fù)極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線溫度傳感器，其特征在于，所述供電模塊還包括電源閥電路，所述電源閥電路包括第一 NMOS管和電壓檢測(cè)芯片，所述第一 NMOS管的漏極與超級(jí)電容的正極連接，所述第一 NMOS管的源極與微處理器模塊的輸入端連接，所述第一 NMOS管的柵極與電壓檢測(cè)芯片連接，所述電壓檢測(cè)芯片的兩個(gè)檢測(cè)端分別連接的超級(jí)電容的正極和負(fù)極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線溫度傳感器，其特征在于，所述供電模塊還包括過壓保護(hù)電路，所述過壓保護(hù)電路包括兩個(gè)負(fù)極相互連接的單向穩(wěn)壓二極管，所述過壓保護(hù)電路串接在壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片的兩個(gè)輸出端之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線溫度傳感器，其特征在于，所述供電模塊還包括電流感應(yīng)發(fā)電模塊，所述電流感應(yīng)發(fā)電模塊一端連接整流電路的輸入端，另一端連接升壓模塊的負(fù)極輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的無線溫度傳感器，其特征在于，所述供電模塊還包括半導(dǎo)體溫差發(fā)電片，所述半導(dǎo)體溫差發(fā)電片的一端連接升壓模塊的正極輸入端，另一端連接升壓模塊的負(fù)極輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線溫度傳感器，旨在提供一種具有自發(fā)電功能的無線溫度傳感器。其包括溫度采集模塊、微處理器模塊、無線通信模塊和為整個(gè)傳感器供電的供電模塊。溫度采集模塊與微處理器模塊電連接，供電模塊包括壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片、電流感應(yīng)發(fā)電模塊、整流電路、過壓保護(hù)電路、繼流電容、升壓模塊和電源閥電路，整流電路為整流二極管。壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片的一端連接整流電路的輸入端，另一端連接升壓模塊的負(fù)極輸入端，整流電路的輸出端連接升壓模塊的正極輸入端。電流感應(yīng)發(fā)電模塊和壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片并聯(lián)。通過壓電陶瓷振動(dòng)發(fā)電片和電流感應(yīng)發(fā)電模塊收集能量為整個(gè)傳感器供電。本發(fā)明適用于電機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)、電纜觸頭測(cè)溫等環(huán)境中。
文檔編號(hào)G01K7/00GK102680125SQ201210122418
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者黨臻, 吳孝兵, 涂衍軍, 滕明茂 申請(qǐng)人:杭州休普電子技術(shù)有限公司