一种测量表面温度和热流的无线自动记录仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种测量表面温度和热流的无线自动记录仪，属于测量仪器【技术领域】。包括：热流传感器、温度传感器、信号处理模块，所述的温度传感器置于热流传感器表面中心处，所述的温度传感器、热流传感器经过信号线分别与信号处理模块相连。信号处理模块加入无线模块，使得测试简单、直观、准确。本实用新型克服了现有热流测量仪表的一些问题，能够实现热流与温度的同时测量，测量精度高误差小、可靠性高，电量消耗低，安装及测量成本低，自动记录数据无需人工干预，同时可进行无线数据传输，方便离线监控筛查，进一步减少人为干扰测试数据。可实时远端查看无线数据，从而减少人为测量误差。应用领域十分广泛，市场潜力巨大。
【专利说明】一种测量表面温度和热流的无线自动记录仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测量表面温度和热流的无线自动记录仪，属于测量仪器【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前，市面上已经出现热流测量仪，但测量时需要同时了解表面温度值，而现有仪表无法满足同时测量温度及热流的要求，使得热流测试的难度进一步加大。如测量仪已经安装在用户家里，在用户家外面监控仪表工作情况或者读取数据，就需要进入用户家中，这样会给使用者和测试者带来不便。在测量时，如果可以远距离读取数据将会极大地方便测试者，并可以进行更好的信息化采集和管理。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提出一种测量表面温度和热流的无线自动记录仪，以克服现有技术中存在的缺点，使其可以实现无线传输测量数据，温度与热流测量数据可同时采集。
[0004]本实用新型提出的测量表面温度和热流的无线自动记录仪，包括:热流传感器、温度传感器和信号处理模块，所述的温度传感器置于热流传感器表面中心处，所述的温度传感器、热流传感器通过信号线分别与信号处理模块相连；所述的信号处理模块包括:
[0005]信号采集、放大电路，用于采集温度传感器和热流传感器的温度和热流的模拟信号，并将采集的温度和热流的模拟信号进行放大后发送到中心处理器；
[0006]中心处理器，用于接收放大的温度和热流的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行滤波，将滤波后的数字信号通过液晶驱动显示到液晶显示器上，并将数字信号存储在数据存储器中；
[0007]数据存储器，用于接收中心处理器发送的数字信号，并将测量数据保存在数据存储器中，数据存储器通过信号线与中心处理器相连；
[0008]液晶显示器，用于接收中心处理器的数字信号，并将数字信号显示成数字，实现人机交互功能，中心处理器通过液晶驱动完成对液晶显示器的控制，液晶显示器通过信号线与中心处理器相连；
[0009]外部晶振器，用于为中心处理器提供时钟基准，并使中心处理器的高速时钟和低速时钟轮流运行，外部晶振器通过信号线与中心处理器相连；
[0010]USB转换接口，用于使本无线自动记录仪与外部计算机进行数据交换，USB转换接口通过信号线与中心处理器相连；
[0011]按键，用于人机交互输入对无线自动记录仪的控制信息，按键通过信号线与中心处理器接口 I/o相连，按键的供电由电源直接提供；
[0012]无线模块，用于无线收发数据，将本无线自动记录仪的测量数据传输到另一台仪表上，或者将数据上传至服务器，实现本无线自动记录仪的数据远传或离线监控，无线模块与中心处理器的接口 I/o进行数据交换实现控制，无线模块的供电由电源控制电路提供；[0013]电源控制电路，用于对信号采集放大电路、数据存储器和无线模块进行供电，电源控制电路的电力来源于电源，电源控制电路由中心处理器的接口 I/o控制，电源控制电路通过信号线与中心处理器相连；
[0014]电源，用于对无线温度热流自动记录仪的电源控制电路、按键及中心处理器进行供电。
[0015]本实用新型提出的测量表面温度和热流的无线自动记录仪，其优点是:
[0016]本无线自动记录仪中的热流传感器及温度传感器测量到热流及温度后，经信号采集、放大电路转换成电压信号，然后进入到中心处理器内的ADC中进行AD变换，变换的结果保存到数据存储器中并通过一定算法对数据的合理性做分析，不合理的数据将被删除。由于同时测量热流与温度，解决了测试中两个参数分别采样的问题，增加了数据的相关性与一致性。测量完成后数据会被保存，定时完成测量可以准确的进行热流与温度的定时监测，有效的减少了人为的读数误差与时间误差。通过无线模块，可将数据无线传输到采集器或服务器上。使得产品的应用领域进一步扩大，同时可将多台记录仪数据同时查看分析，十分方便。使用电源控制电路可以降低仪表的功耗。在不进行测量时，仪表处于休眠状态，这将在一定程度上解决仪表功耗大等问题。在电源电压低时，停止测量并提醒用户充电。
[0017]综上所述，本实用新型提出的测量表面温度和热流的无线自动记录仪，其产品的易用性和稳定性得到了大幅度的提高。在实际测试中，有广泛的使用价值及广阔的市场前景。适合使用在建筑节能、数据采集系统、环境测试，实验室测试、墙体维护结构热阻测量等应用场合，同时无线传输且测试可靠性好，测量精度高、误差小，电量消耗低，安装及测量成本低、无需人工记录数据，人为测量误差低等优点。测量精度高，测量者不进入特定测量环境便可以读取实时数据，增大了仪表的使用范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型提出的无线温度热流自动记录仪的结构示意图。
[0019]图2是图1所示的无线温度热流自动记录仪中的信号处理模块的结构框图。
[0020]图3是图2所示的信号处理模块中电源控制电路的电路图。
[0021]图4是图2所示的信号处理模块中信号采集、放大电路的电路图。
[0022]图1中，I是热流传感器，2是温度传感器，3是信号处理模块。
【具体实施方式】
[0023]本实用新型提出的测量表面温度和热流的无线自动记录仪，其结构示意图如图1所示，包括:热流传感器1、温度传感器2和信号处理模块3。温度传感器2置于热流传感器I表面中心处。热流传感器1，温度传感器2经过信号线分别与信号处理模块3相连。用来检测环境参数。
[0024]上述测量表面温度和热流的无线自动记录仪中的信号处理模块，其结构框图如图2所示,包括:
[0025]信号采集、放大电路，用于采集温度传感器和热流传感器的温度和热流的模拟信号，并将采集的温度和热流的模拟信号进行放大后发送到中心处理器；
[0026]中心处理器，用于接收放大的温度和热流的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行滤波，将滤波后的数字信号通过液晶驱动显示到液晶显示器上，并将数字信号存储在数据存储器中；
[0027]数据存储器，用于接收中心处理器发送的数字信号，并将测量数据保存在数据存储器中，数据存储器通过信号线与中心处理器相连；
[0028]液晶显示器，用于接收中心处理器的数字信号，并将数字信号显示成数字，实现人机交互功能，中心处理器通过液晶驱动完成对液晶显示器的控制，液晶显示器通过信号线与中心处理器相连；
[0029]外部晶振器，用于为中心处理器提供时钟基准，并使中心处理器的高速时钟和低速时钟轮流运行，外部晶振器通过信号线与中心处理器相连；
[0030]USB转换接口，用于使本无线自动记录仪与外部计算机进行数据交换，USB转换接口通过信号线与中心处理器相连；
[0031]按键，用于人机交互输入对无线自动记录仪的控制信息，按键通过信号线与中心处理器接口 I/o相连，按键的供电由电源直接提供；
[0032]无线模块，用于无线收发数据，将本无线自动记录仪的测量数据传输到另一台仪表上，或者将数据上传至服务器，实现本无线自动记录仪的数据远传或离线监控，无线模块与中心处理器的接口 I/o进行数据交换实现控制，无线模块的供电由电源控制电路提供；
[0033]电源控制电路，用于对信号采集放大电路、数据存储器和无线模块进行供电，电源控制电路的电力来源于电源，电源控制电路由中心处理器的接口 I/o控制，电源控制电路通过信号线与中心处理器相连；
[0034]电源，用于对无线温度热流自动记录仪的电源控制电路、按键及中心处理器进行供电。
[0035]本实用新型的一个实施例中，热流传感器可以由OMEGA公司生产的型号为HFS-4的热流传感器。
[0036]本实用新型的一个实施例中，信号处理模块中的电源控制电路，其实现电路如图3所示，由晶体管Tl和电阻Rl组成，其中电阻Rl —端与中心处理器相连，另一端与晶体管Tl的基极相连，晶体管Tl的发射极与电池正极相连，晶体管Tl的集电极与相应其它电路相连。电源控制电路是受中心处理器控制，当需要给相应电路供电时，中心处理器使Tl导通便可以为相应电路供电。其中T2的型号是安森美公司的9012或其他可替代型号。
[0037]信号处理模块中无线模块，使用标准433MHZ无线通讯模块，中心处理器的接口 I/O连接无线模块实现模块配置和数据收发。在发送时，不定间隔发送几次数据已达到抗无线干扰的目的，发送数据包尽量简短有效，接收信号需进行数据校验后方可认为数据有效。
[0038]信号处理模块中，信号采集、放大电路的电路图如图4所示，由温敏电阻、放大器、电阻组成。实现电路如图4所示，由放大器Al、温敏电阻RT及电阻R5-R11组成，其中RT、R5-R9组成测量电桥，RlO和Rll与放大器Al形成负反馈电路，RT为温敏电阻。测量电桥输出端连接放大器Al输入端，放大器Al的供电由图3所示的电源控制电路提供，放大器的输出连接中心处理器的ADC。经过ADC转换后，温度信号和热流信号转换成数字信号，存入数据存储器。放大器Al型号为AD605，RT型号为PT100或其他系数传感器。热流传感器和温度传感器在空间中的结构应保持固定。
[0039]信号处理模块中，按键由按键和电阻组成，其中按键的一端与电源正极连接，另一端连接电阻一端，电阻另一端接地。按键和电阻的公共端连接中心处理器的接口 I/o。中心处理器定时扫描电平变化以达到感知按键是否按下的目的。本实施例的按键是通用产品。
[0040]信号处理模块中，液晶显示器与中心处理器内部的液晶驱动电路直接相连，中心处理器内部的液晶驱动直接控制液晶显示器，当仪表处于不同模式时，液晶显示器信息做相应更新。本实施例的液晶显示器是通用产品。
[0041]信号处理模块中，USB转换接口由USB插座和USB转RS232芯片组成，其中USB插座与USB转RS232芯片直接相连，USB转RS232芯片与中心控制器内部的SCI直接相连。本实施例的USB转RS232芯片为市场通用芯片，可实现其数据转换功能即可。
[0042]信号处理模块中，外部晶振器两个信号线直接与中心控制器相连。为中心处理器内部的高速时钟和低速时钟提供参考，中心处理器内部的低速时钟作为计时使用，高速时钟通过中心处理器内部的高速时钟倍频而来。本实施例的外部晶振器的型号为精工公司的32K。
[0043]信号处理模块中，中心处理器的型号为TI公司的MSP430F425，内部含有:CPU、ADC、接口 I/O、电源管理、液晶驱动、SC1、高速时钟及低速时钟组成。
[0044]热流传感器及温度传感器测量到热流及温度后，采集放大后进入到中心处理器内的ADC中进行AD变换，将变换的结果保存到数据存储器中并对保存的数据的合理性做分析，不合理的数据被删除。
[0045]USB转换接口与中心处理器的SCI直接相连，当外部计算机通过USB接口连接仪表时，外部计算机可通过USB 口与中心处理器进行数据传输。同时可以通过USB接口从外部计算机取电，不但节省了电池的消耗，同时可以保证通讯可靠进行。
[0046]中心处理器内部是有高速和低速两个时钟选择，可在处理数据和与外部计算机通讯时使用高速时钟。在大多数情况下使用低速时钟，使整个系统的功耗降低。这样解决了处理速度与功耗之间的矛盾。
[0047]由于实际环境中的热流及温度在不断的变化，这对于测量来说是是不利的，只有通过一段时间平均滤波，才能将热流及温度这两参数从变化数据中精确测量出来。根据实际测量结果自动将不符合条件的数据剔除，并将有效数据显示、保存。
[0048]上述本实用新型的具体实施例只是作为举例说明本实用新型的技术方案，其中各电路的实现电路以及各主要器件的型号均不能用以限定本实用新型的保护范围；例如，将中心处理器中的ADC改为设在中心处理器外的独立芯片；将中心处理器换作功能相似或高级的中心处理器；外部计算机串行的通讯口直接使用RS232接口 ；数据存储器使用FLASH或其它型号；使用中心处理器内部的放大器；温度传感器使用热敏电阻或其他测温元件；热流传感器使用自制或其他厂家生产的热流传感器；液晶显示器使用点阵式液晶或其他形式显示方式；电源控制电路的Tl使用其他型号的芯片；使用无线传输方式将数据显示在其它仪表上而省去液晶显示器；无线模块换用不同厂家或频段的通讯模块；无线模块改用无线模组与中心处理器一同封装的高级整合芯片；诸如一类的技术方案的等同替换都属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种测量表面温度和热流的无线自动记录仪，其特征在于，该记录仪包括:热流传感器、温度传感器和信号处理模块，所述的温度传感器置于热流传感器表面中心处，所述的温度传感器、热流传感器通过信号线分别与信号处理模块相连；所述的信号处理模块包括: 信号采集、放大电路，用于采集温度传感器和热流传感器的温度和热流的模拟信号，并将采集的温度和热流的模拟信号进行放大后发送到中心处理器； 中心处理器，用于接收放大的温度和热流的模拟信号，将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行滤波，将滤波后的数字信号通过液晶驱动显示到液晶显示器上，并将数字信号存储在数据存储器中； 数据存储器，用于接收中心处理器发送的数字信号，并将测量数据保存在数据存储器中，数据存储器通过信号线与中心处理器相连； 液晶显示器，用于接收中心处理器的数字信号，并将数字信号显示成数字，实现人机交互功能，中心处理器通过液晶驱动完成对液晶显示器的控制，液晶显示器通过信号线与中心处理器相连； 外部晶振器，用于为中心处理器提供时钟基准，并使中心处理器的高速时钟和低速时钟轮流运行，外部晶振器通过信号线与中心处理器相连； USB转换接口，用于使本无线自动记录仪与外部计算机进行数据交换，USB转换接口通过信号线与中心处理器相连； 按键，用于人机交互输入对无线自动记录仪的控制信息，按键通过信号线与中心处理器接口 I/O相连，按键的供电由电源直接提供； 无线模块，用于无线收发数据，将本无线自动记录仪的测量数据传输到另一台仪表上，或者将数据上传至服务器，实现本无线自动记录仪的数据远传或离线监控，无线模块与中心处理器的接口 I/O进行数据交换实现控制，无线模块的供电由电源控制电路提供； 电源控制电路，用于对信号采集放大电路、数据存储器和无线模块进行供电，电源控制电路的电力来源于电源，电源控制电路由中心处理器的接口 I/O控制，电源控制电路通过信号线与中心处理器相连； 电源，用于对无线温度热流自动记录仪的电源控制电路、按键及中心处理器进行供电。
【文档编号】G01D21/02GK203758547SQ201420114406
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】张宏涛, 梁强威, 戴自祝 申请人:北京天建华仪科技发展有限公司