流体能微电源的制作方法

本实用新型涉及管道无线仪表供电技术领域，具体涉及一种流体能微电源。

背景技术：

现在的无线变送器多采用电池供电或太阳能板供电。采用电池供电时为了降低电耗，数据传输频率不能做的太高，无法满足实时性要求；采用太阳能板供电时发电量受天气情况的限制，且无法用于室内、地下管廊等阳光照不到的场所，因此需要一种即节能又可以用于管廊上且不受光照影响的供电设备，使其能够为管道上检测管道内气体或液体的压力、温度等无线远传变送器供电。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种流体能微电源，利用被测介质的流动能量来给无线压力、流量、温度等变送器供电，解决了无线仪表的供电问题，使无线仪表的数据传输频率能满足实时监控的要求，拓宽了应用范围。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种流体能微电源，包括涡轮、交流发电机、整流稳压电路、变压输出电路，所述涡轮设置于管道内部，所述交流发电机固定于管道的外部，所述涡轮输出轴与所述交流发电机输入轴连接，在所述管道内气体或液体的流动下，带动所述涡轮旋转驱动所述交流发电机输出交流电，所述交流发电机的输出端与所述整流稳压电路的输入端连接，由所述整流稳压电路将所述交流电转换为直流电，所述整流稳压电路的输出端与所述变压输出电路的输入端连接，所述变压输出电路的输出端与至少一个负载连接，以向每个所述负载输出对应的供电电压；其中，每个所述负载安装于所述管道上；

所述变压输出电路包括第一电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、滑动变阻器、第二电阻，所述第一电阻的一端与第二电容的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第三三极管的集电极连接，所述第三三极管的基极与滑动变阻器的滑动端连接，所述第一三极管、第二三极管的集电极均与第一电阻的一端连接，所述第一三极管的发射极与第二电阻的一端连接，所述第一三极管的基极与第二三极管的发射极连接，所述第二三极管的基极与第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端与第四二极管的负极连接，所述第二电阻的另一端与滑动变阻器的一端连接，所述滑动变阻器的另一端与第四二极管的正极连接，所述第二电阻的一端接所述负载，以输出电压向所述负载供电。

优选的是，所述整流稳压电路包括二极管组件、第一电容、电感线圈，所述二极管组件包括呈并联连接的第一二极管组、第二二极管组、第三二极管组，所述二极管组件与第一电容并联，所述电感线圈的一端与第一电容的一端连接，所述电感线圈的另一端与第二电容的一端连接，所述第一电容的另一端与第二电容的另一端连接。

在上述任一方案中优选的是，所述第一二极管组包括两个串联的第一二极管，交流发电机的a相连接在两个第一二极管之间；所述第二二极管组包括两个串联的第二二极管，交流发电机的b相连接在两个第二二极管之间；所述第三二极管组包括两个串联的第三二极管，交流发电机的c相连接在两个第三二极管之间。

在上述任一方案中优选的是，所述第一二极管、第二二极管和第三二极管的负极均与第一电容的一端连接，所述第一二极管、第二二极管和第三二极管的正极均与第一电容的另一端连接。

在上述任一方案中优选的是，所述流体能微电源还包括：保护电路，所述保护电路的输入端与所述变压输出电路的输出端连接，所述保护电路包括单片机、电压检测模块、继电器模块、电流检测模块和分压负载输出模块，所述变压输出电路的输出端连接电压检测模块、继电器模块，所述继电器模块包括第一继电器、第二继电器，所述第一继电器和第二继电器的一端均与变压输出电路的输出端连接，所述第一继电器的另一端与第三电阻的一端连接，所述第二继电器的另一端连接电流检测模块的输入端，所述电流检测模块的输出端连接分压负载输出模块，所述单片机的第一输入管脚与电压检测模块的输出端连接，所述单片机的第二输入管脚与电流检测模块的输出端连接，所述单片机的第一输出管脚与第一继电器连接，所述单片机的第二输出管脚与第二继电器连接。

在上述任一方案中优选的是，所述分压负载输出模块包括第一分压电阻、第二分压电阻，所述第一分压电阻的一端与电流检测模块连接，所述第一分压电阻的另一端与第二分压电阻的一端连接，所述第二分压电阻的另一端与第三电阻的另一端连接，所述第一分压电阻的一端连接一个负载以向负载输出第一电压，所述第一分压电阻和第二分压电阻之间的抽头连接另一个负载以向另一个负载输出第二电压。

在上述任一方案中优选的是，所述电流检测模块包括电流采样电阻、电流放大电路，所述电流采样电阻的一端与第二继电器的另一端连接，所述电流采样电阻的另一端分别与电流放大电路的输入端和负载连接，所述电流放大电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的输出端与所述单片机的第二输入管脚连接。

在上述任一方案中优选的是，所述电压检测模块包括电压采样电阻、电压跟随隔离电路，所述电压跟随隔离电路包括第二运算放大器，所述电压采样电阻的一端与所述第二电阻的一端连接，所述电压采样电阻的另一端与第二运算放大器的输入端连接，所述第二运算放大器的输出端与单片机的第一输入管脚连接。

在上述任一方案中优选的是，所述第三电阻的另一端与第四二极管的负极连接。

在上述任一方案中优选的是，所述单片机的型号为msp430f5438a。

与现有技术相比，本实用新型提供的流体能微电源具有以下有益效果：

1、通过在管道内安装涡轮，并使涡轮连接交流发电机，利用管道内气体或液体的流动带动涡轮使交流发电机旋转发电，并通过整流稳压电路、变压输出电路将交流电转换为能为无线仪表供电的直流电，解决了无线仪表的供电问题，使无线仪表的数据传输频率能满足实时监控的要求，拓宽了应用范围；避免使用太阳能电池板或电池带来不便的问题，同时具有节能环保作用；

2、通过保护电路的设置，将检测电压电流信号传送至单片机，单片机通过与预设阈值进行比较控制继电器模块动作，从而实现了负载较小时输出功率的自动调节，以保证交流发电机的稳定运行，同时通过分压负载输出模块的设置，可以同时输出不同电压，比如直流24v和3.3v两种电压，以适于不同负载，即适用于不同仪表，并且单片机控制继电器模块动作实现电能输出回路的自动投运和断开，防止电流电压过大或过小而损坏负载，对负载起到保护作用。

附图说明

图1为本实用新型提供的流体能微电源一优选实施例的整体结构示意图；

图2为图1所示实施例中涡轮和交流发电机在管道上放置的结构示意图；

图3为图1所示实施例的整体电路图；

图4为图3所示实施例中第一电压检测模块的电路图；

图5为图3所示实施例中电流检测模块的电路图。

图中标注说明：1、交流发电机；2、单片机；3、电压检测模块；4、电流检测模块；5、涡轮；6、管道；7、第二运算放大器；8、第一运算放大器；ua、第一相；ub、第二相；uc、第三相；vd1、第一二极管；vd3、第二二极管；vd5、第三二极管；vd7、第四二极管；c1、第一电容；c2、第二电容；c3、第三电容；c4、第四电容；r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻；r4、第一分压电阻；r5、第二分压电阻；rp、滑动变阻；vt1、第一三极管；vt2、第二三极管；vt3、第三三极管；k1、第一继电器；k2、第二继电器。

具体实施方式

为了更进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
，下面将结合具体实施例详细阐述本实用新型。

如图1-5所示，按照本实用新型提供的流体能微电源的一实施例，包括涡轮5、交流发电机1、整流稳压电路、变压输出电路，所述涡轮5设置于管道6内部，所述交流发电机1固定于管道6的外部，所述涡轮输出轴与所述交流发电机1输入轴连接，在所述管道6内气体或液体的流动下，带动所述涡轮旋转驱动所述交流发电机1输出交流电，所述交流发电机1的输出端与所述整流稳压电路的输入端连接，由所述整流稳压电路将所述交流电转换为直流电，所述整流稳压电路的输出端与所述变压输出电路的输入端连接，所述变压输出电路的输出端与至少一个负载连接，以向每个所述负载输出对应的供电电压；其中，每个所述负载安装于所述管道6上；

所述变压输出电路包括第一电阻r1、第一三极管vt1、第二三极管vt2、第三三极管vt3、滑动变阻rp器、第二电阻r2，所述第一电阻r1的一端与第二电容c2的一端连接，所述第一电阻r1的另一端与所述第三三极管vt3的集电极连接，所述第三三极管vt3的基极与滑动变阻rp器的滑动端连接，所述第一三极管vt1、第二三极管vt2的集电极均与第一电阻r1的一端连接，所述第一三极管vt1的发射极与第二电阻r2的一端连接，所述第一三极管的基极与第二三极管vt2的发射极连接，所述第二三极管vt2的基极与第三电容c3的一端连接，所述第三电容c3的另一端与第四二极管vd7的负极连接，所述第二电阻r2的另一端与滑动变阻rp器的一端连接，所述滑动变阻rp器的另一端与第四二极管vd7的正极连接，所述第二电阻r2的一端接所述负载，以输出电压向所述负载供电。

本实施例利用管道内气体或液体的流动带动涡轮旋转，从而使交流发电机1旋转发电，交流发电机1发出的交流电经整流稳压电路转换为直流电，然后经变压输出电路对直流的电压和电流进行调节使其能够为管道上附近的压力、流量、温度等无线远传压力变送器供电。

所述整流稳压电路包括二极管组件、第一电容c1、电感线圈，所述二极管组件包括呈并联连接的第一二极管组、第二二极管组、第三二极管组，所述二极管组件与第一电容c1并联，所述电感线圈的一端与第一电容c1的一端连接，所述电感线圈的另一端与第二电容c2的一端连接，所述第一电容c1的另一端与第二电容c2的另一端连接。

所述第一二极管组包括两个串联的第一二极管vd1和vd2，交流发电机1的第一相ua连接在两个第一二极管vd1和vd2之间；所述第二二极管组包括两个串联的第二二极管vd3和vd4，交流发电机1的第二相ub连接在两个第二二极管vd3和vd4之间；所述第三二极管组包括两个串联的第三二极管vd5和vd6，交流发电机1的第三相uc连接在两个第三二极管vd5和vd6之间。

所述第一二极管vd1、第二二极管vd3和第三二极管vd5的负极均与第一电容c1的一端连接，所述第一二极管vd2、第二二极管vd4和第三二极管vd6的正极均与第一电容c1的另一端连接。

所述流体能微电源还包括保护电路，所述保护电路的输入端与所述变压输出电路的输出端连接，所述保护电路包括单片机2、电压检测模块3、继电器模块、电流检测模块4和分压负载输出模块，所述变压输出电路的输出端连接电压检测模块3、继电器模块，所述继电器模块包括第一继电器k1、第二继电器k2，所述第一继电器k1和第二继电器k2的一端均与变压输出电路的输出端连接，所述第一继电器k1的另一端与第三电阻r3的一端连接，所述第二继电器k2的另一端连接电流检测模块4的输入端，所述电流检测模块4的输出端连接分压负载输出模块，所述单片机2的第一输入管脚与电压检测模块3的输出端连接，所述单片机2的第二输入管脚与电流检测模块4的输出端连接，所述单片机2的第一输出管脚与第一继电器k1连接，所述单片机2的第二输出管脚与第二继电器k2连接。

所述分压负载输出模块包括第一分压电阻r4、第二分压电阻r5，所述第一分压电阻r4的一端与电流检测模块4连接，所述第一分压电阻r4的另一端与第二分压电阻r5的一端连接，所述第二分压电阻r5的另一端与第三电阻r3的另一端连接，所述第一分压电阻r4的一端连接一个负载以向负载输出第一电压，所述第一分压电阻r4和第二分压电阻r5之间的抽头连接另一个负载以向另一个负载输出第二电压。分压负载输出模块的设置，可以同时输出不同大小的电压，比如24v和3.3v两种不同大小的电压，第一分压电阻r4和第二分压电阻r5串联形成24v电压供其中一个负载使用，第二分压电阻r5单个形成3.3v电压供另一个负载使用。

所述电流检测模块包括电流采样电阻、电流放大电路，所述电流采样电阻的一端与第二继电器的另一端连接，所述电流采样电阻的另一端分别与电流放大电路的输入端和负载连接，所述电流放大电路包括第一运算放大器8，所述第一运算放大器8的输出端与所述单片机2的第二输入管脚连接。电流采样电阻将经过第二继电器k2的电流转换成微电压经第一运算放大器8进行放大，然后输入单片机2与预设电流值进行比较，单片机2控制第一继电器k1和第二继电器k2动作，如果电流的数值高于预设值2a时，第二继电器k2断开，如果电流的数值在0.3a-2a时，第一继电器k1和第二继电器k2均处于闭合状态，如果电流的数值小于0.3a时，第一继电器k1断开。

所述电压检测模块包括电压采样电阻、电压跟随隔离电路，所述电压跟随隔离电路包括第二运算放大器7，所述电压采样电阻的一端与所述第二电阻的一端连接，所述电压采样电阻的另一端与第二运算放大器7的输入端连接，所述第二运算放大器7的输出端与单片机2的第一输入管脚连接。电压采样电阻将输入端的电压采样输入至电压跟随隔离器内，经第二运算放大器7放大后由单片机2的第一输入管脚进入单片机2内与预设电压值进行比较，预设阈值的区间为17v-30v，如果电压的数值不在预设阈值范围内时，单片机2控制第二继电器k2断开。

所述第三电阻r3的另一端与第四二极管vd7的负极连接。

所述第一运算放大器8、第二运算放大器7的型号均为lm358；所述单片机2的型号为msp430f5438a。

本实施例的工作原理：涡轮由管道内的气体或液体流动的能量使其旋转，从而带动交流发电机1旋转发电，交流发电机1产生的交流电经整流稳压电路转换为直流电，然后经变压输出电路进行调压，将变压输出电路输出端的初始电压经电压采样电阻的采集，然后将采集到的电压信号送入至电压跟随隔离电路，由电压跟随隔离电路对该信号进行隔离跟随，以得到可被单片机2捕捉到的电信号。然后将放大的电压信号发送至单片机2，以与单片机2内的预设电压阈值进行比较；

在本实用新型的实施例中，预设电压阈值的区间为17v-30v。需要说明的是，该电压阈值的区间不限于上述举例，还可以根据负载所需的驱动电压进行调整选取，由用户进行设定。

如果单片机2接收到的电压处于17v-30v之间，则判断为正常范围，此时第二继电器k2处于闭合状态；反之，如果单片机2接收到的电压在17v-30v范围之外，则判断该电压数值不符合要求，由单片机2控制第二继电器k2断开，然后由电流检测模块4中电流采样电阻对输入的电流进行采集，再将采集得到的电流发送至包括第一运算放大器的电流放大电路内进行放大，然后将放大的电流信号发送至单片机2内与预设电流值进行比较，然后单片机2控制第一继电器k1和第二继电器k2动作，如果电流的数值高于预设值2a时，第二继电器k2断开，整流稳压电路和变压输出电路与负载断开，如果电流的数值在0.3a-2a时，第一继电器k1和第二继电器k2均处于闭合状态，此时，第三电阻r3具有电流分流作用，使电流检测模块4检测的电流数值符合要求，如果电流的数值小于0.3a时，第一继电器k1断开，第三电阻r3无需分流，使交流发电机1产生的电压完全用于为负载供电。

与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：

通过在管道内安装涡轮，并使涡轮连接交流发电机，利用管道内气体或液体的流动带动涡轮使交流发电机旋转发电，并通过整流稳压电路、变压输出电路将交流电转换为能为无线仪表供电的直流电，解决了无线仪表的供电问题，使无线仪表的数据传输频率能满足实时监控的要求，拓宽了应用范围；避免使用太阳能电池板或电池带来不便的问题，同时具有节能环保作用。

本领域技术人员不难理解，本实用新型包括上述说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。