用于热水容器利用温差发电的智能温度采集与指示系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于饮用水容器技术领域，涉及一种用于热水容器利用温差发电的智能温度采集与指示系统。
【背景技术】
[0002]水是人体健康必备的物质，人体每天需要消耗2升左右的水分，特别是上学的孩子，运动量大，更是缺少不了水的补充。但经常遇到孩子喝水被烫伤的事件，原因就是孩子没有自理能力，拿起水杯就喝，不会尝试水温是否合适。除了孩子，成人也会遇到同样的问题，比如用温度不够的水来泡茶，导致茶叶泡不开等现象。
[0003]目前，现有系统的设计存在以下缺点:
[0004]1、产品的硬件成本偏高，系统集成了多个功能，比如温差发电，超低功率能量收集等功能的实现，需要专业的配件和芯片来实现；
[0005]2、产品的体积不能实现微型化，由于个别配件的参数原因，目前产品的整体体积还是偏大，不能应用于小于50mm直径的热水容器上.
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于热水容器利用温差发电的智能温度采集与指示系统，该系统采用温差发电片，利用热水与环境的自有温度差自行发电并存储，为温度采集和指示系统提供电能，避免了使用电池带来的费用增加和废旧电池对环境的不良影响。系统包括充放电控制及保护电路、温度采集、信号处理以及显示等功能。本发明可应用于水杯、保温瓶等热水容器，为其提供扩展功能。用户直接通过目测该智能系统显示的热水温度，即可避免拿起水杯就喝、容易被热水烫伤的现象。
[0007]其技术方案如下:
[0008]一种用于热水容器利用温差发电的智能温度采集与指示系统，包括温差发电模块、超低功率能量采集模块、充电放电模块、温度采集模块、温度显示模块；
[0009]所述温差发电模块利用两种不同电导体或半导体的温度差异而引起的两种物质之间存在电压差的热电现象，温差发电模块采用高效的温差发电片，发电片的一侧与热水进行间接接触，吸收热水的热量，另一侧为环境温度，这样发电片的两侧就会产生几十摄氏度的温差，从而导致该发电片发电，回路中产生了电流，而且随周围环境和热水水温的不同，回路电流也存在较大的差异；
[0010]所述超低功率能量采集模块用于采集低品位的电量；
[0011]所述充放电模块的作用是将发电片产生的电流通过恒流充电环节存储于电池中；
[0012]所述温度采集模块通过间接接触热水侧，实现热水温度的实时采集。并对信号进行A/D转换和相应的计算，并将信号传递给显示单元；
[0013]所述显示单元包括液晶显示部分和发光二极管显示部分。液晶显示通过数据采集模块送来的实时温度，以数字形式展示给用户，发光二极管则通过不同的色彩，分段显示水温的范围，液晶显示屏还负责显示电池的电量。
[0014]本发明的有益效果:
[0015]1、作为移动设备，无需外接充电电源或配置干电池，而采用热水与外界的温差自行发电供给设备用电；
[0016]2、采用先进的能量收集模块，可以收集到超低功率的能量，能够采集存储0.3-1V，20-1OOmA的直流电量。
【附图说明】
[0017]图1是用于热水容器利用温差发电的智能温度采集与指示系统原理图；
[0018]图2是差发电模块原理示意图；
[0019]图3是超低功率能量采集模块原理示意图；
[0020]图4是充放电模块原理示意图；
[0021]图5是温度米集模块原理不意图；
[0022]图6是温度显示模块原理示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
[0024]本发明为现有的饮用水器皿提供一种智能的温度采集和显示系统，系统的设计思路如下。
[0025]本系统包含温差发电模块、超低功率能量采集模块、充电放电模块、温度采集模块、温度显示模块。该系统结构框图如图1所示:
[0026]1、温差发电模块
[0027]温差发电模块利用两种不同电导体或半导体的温度差异而引起的两种物质之间存在电压差的热电现象。采用赛贝克效应的温差发电模块如图2所示。
[0028]该模块采用高效的温差发电片，发电片的一侧与热水进行间接接触，吸收热水的热量，另一侧为环境温度，这样发电片的两侧就会产生几十摄氏度的温差，从而导致该发电片发电，回路中产生了电流，而且随周围环境和热水水温的不同，回路电流也存在较大的差升。
[0029]2、超低功率能量采集模块
[0030]由于温差发电模块是根据被测物质与外界的温度差来实现电荷运动，产生电能，所以随着温差的变化，电荷的运动也会随之变化，每个发电片产生的电压在O-1V之间，电压水平很低，为了能采集这些低品位的电量，系统专门采用了能量采集模块来实现上述功會K:
[0031]3、充放电模块
[0032]充放电模块的作用是将发电片产生的电流通过恒流充电环节存储于电池中。该模块原理图如图4所示。
[0033]由于本系统的电能来源是由温差发电片供给，温差发电片的电能输出特性是与器件两面的温差相耦合，故VA特性都是非线性输出。
[0034]4、温度采集模块
[0035]温度采集模块通过间接接触热水侧，实现热水温度的实时采集。并对信号进行A/D转换和相应的计算，并将信号传递给显示单元。该模块原理如图5所示:
[0036]5、温度显示模块
[0037]显示单元包括液晶显示部分和发光二极管显示部分。液晶显示通过数据采集模块送来的实时温度，以数字形式展示给用户，发光二极管则通过不同的色彩，分段显示水温的范围。另外液晶显示屏还负责显示电池的电量。该模块的原理图如图6所示。
[0038]本发明采用电子技术，利用液晶屏和发光二极管指示的方法来实现，这种处理方法的优势在于，一般人特别是幼儿，对色彩的敏感度会远高于对数字的敏感度，通过不同的色彩，会让使用者一目了然的得知目前的温度范围，对自己的影响将会什么结果，是太凉或是太热，他们可以通过色彩的指示。同时，为了延长产品的使用寿命，还能起到节能环保等效益，我们采用自发电技术，避免频繁更换电池给用户带来的费用的增加，也减少了废旧电池的产生。
[0039]系统集成了温差发电技术，超低功率能量收集技术，恒流充电技术，放电保护技术，温度采集技术和显示技术。同时，系统在安全性能、防水性能等方面做了充分的考量。
[0040]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种用于热水容器利用温差发电的智能温度采集与指示系统，其特征在于:包括温差发电模块、超低功率能量采集模块、充电放电模块、温度采集模块、温度显示模块； 所述温差发电模块利用两种不同电导体或半导体的温度差异而引起的两种物质之间存在电压差的热电现象，温差发电模块采用高效的温差发电片，发电片的一侧与热水进行间接接触，吸收热水的热量，另一侧为环境温度，这样发电片的两侧就会产生几十摄氏度的温差，从而导致该发电片发电，回路中产生了电流，而且随周围环境和热水水温的不同，回路电流也存在较大的差异； 所述超低功率能量采集模块用于采集低品位的电量； 所述充放电模块的作用是将发电片产生的电流通过恒流充电环节存储于电池中； 所述温度采集模块通过间接接触热水侧，实现热水温度的实时采集；并对信号进行A/D转换和相应的计算，并将信号传递给显示单元； 所述显示单元包括液晶显示部分和发光二极管显示部分；液晶显示通过数据采集模块送来的实时温度，以数字形式展示给用户，发光二极管则通过不同的色彩，分段显示水温的范围，液晶显示屏还负责显示电池的电量。
【专利摘要】本发明公开了一种用于热水容器利用温差发电的智能温度采集与指示系统，包括温差发电模块、超低功率能量采集模块、充电放电模块、温度采集模块、温度显示模块；该系统采用温差发电片，利用热水与环境的自有温度差自行发电并存储，为温度采集和指示系统提供电能，避免了使用电池带来的费用增加和废旧电池对环境的不良影响。系统包括充放电控制及保护电路、温度采集、信号处理以及显示等功能。本发明可应用于水杯、保温瓶等热水容器，为其提供扩展功能。用户直接通过目测该智能系统显示的热水温度，即可避免拿起水杯就喝、容易被热水烫伤的现象。
【IPC分类】H02J7/32, G01K13/00, H02N11/00
【公开号】CN105021312
【申请号】CN201510350723
【发明人】吴娜, 卫永琴, 樊淑娴, 郭银景, 吕文红, 李学华, 卫阿盈, 白星振, 梁泉泉, 陆翔, 孙红雨, 丁庆安, 张瑞, 王正杰
【申请人】山东科技大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年6月23日