专利名称：无线温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感设备，尤其是涉及一种具有自发电功能的无线温度传感器。
背景技术：
针对目前无线测温技术，大部分的测温产品的电源均采用电池或CT取电模式。电池的使用存在一个使用寿命的问题，使用一段 时间以后电池耗尽就需要更换电池，而且电池的漏液和爆炸都会造成安全隐患。而CT取电存在体积大、安装不便的问题，并且在超强磁场中会产生振动和发热，对电力设备产生严重的危害。中华人民共和国国家知识产权局于2008年11月05日公开了授权公告号为CN201145943Y的专利文献，名称是温差无线红外温度传感器，其设有半导体温差发电装置、保护热电阻、红外发射管和散热装置。半导体温差发电装置由半导体温差模块加热端导热底壳和热端散热铜板组成，在散热铜板上设有散热器，相互之间由聚四氟乙烯绝缘紧固为一体。散热器顶部设有电光转换红外发射管。热保护电阻设置在散热器内部，与半导体温差模块和红外发射管相连接。此方案通过半导体温差发电装置供电，但是供电方式较为单一，在温差不大的环境下难以实现自我供电的目的，适用范围有一定的限制。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的使用寿命有限、难以在小温差环境工作等技术问题，提供一种具有较长使用寿命，体积小、可以在小温差环境下工作、具有良好适用性的无线温度传感器。本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种无线温度传感器，包括温度采集模块、微处理器模块、无线通信模块和为整个传感器供电的供电模块，所述温度采集模块与所述微处理器模块电连接，所述供电模块包括压电陶瓷振动发电片、整流电路和升压模块，所述压电陶瓷振动发电片的一端连接整流电路的输入端，另一端连接升压模块的负极输入端，所述整流电路的输出端连接升压模块的正极输入端，所述升压模块的正极输出端和负极输出端与微处理器模块连接，所述微处理器模块和所述无线通信模块之间连接有第二 NMOS管，所述微处理器模块的控制端连接第二 NMOS管的栅极，所述第
二NMOS管的漏极连接微处理器模块的电源输出端，所述第二 NMOS管的源极连接无线通信模块的电源输入端，所述无线通信模块还通过SPI通讯总线与所述微处理器模块连接。本发明的无线温度传感器主要应用在电机测温系统，电缆触头测温等环境中。在电机测温系统中，由于电机工作中会产生一定频率的振动，本发明采用压电陶瓷振动发电片，通过调整其大小和重量，使其产生与电机接近的振动频率(谐振)，发出电能供整个传感器使用。作为优选，所述供电模块还包括继流电容，所述继流电容的正极连接升压模块的正极输入端，所述继流电容的负极连接升压模块的负极输入端。继流电容将前面的微弱电能聚集到一起，以供充电泵使用。
作为优选，所述升压模块包括自举升压电路、充电泵和超级电容，所述自举升压电路的输入端连接继流电容的正极，所述自举升压电路的输出端连接超级电容的正极，所述充电泵的控制端连接自举升压电路的控制端，另一端连接超级电容的负极，所述超级电容的正极为升压模块的正极输出端，所述超级电容的负极同时作为为升压模块的负极输入端和升压模块的负极输出端，所述自举升压电路的输入端为升压模块的正极输入端。作为优选，所述供电模块还包括稳压保护电路，所述稳压保护电路的正极连接超级电容的正极，所述稳压保护电路的负极连接超级电容的负极。作为优选，所述供电模块还包括电源阀电路，所述电源阀电路包括第一 NMOS管和电压检测芯片，所述第一 NMOS管的漏极与超级电容的正极连接，所述第一 NMOS管的源极与微处理器的输入端连接，所述第一 NMOS管的栅极与电压检测芯片连接，所述电压检测芯片的两个检测端分别连接的超级电容的正极和负极。电源阀电路能在能量收集未满时，将系统供电电源与后级电路完全切断，使能量收集工作在更高效的状态。 作为优选，所述供电模块还包括过压保护电路，所述过压保护电路包括两个负极 相互连接的单向稳压二极管，所述过压保护电路串接在压电陶瓷振动发电片或绕线线圈(当供电模块包括电流感应发电模块时)的两个输出端之间。传统的CT取电一般用TVS管连接于绕线线圈两端来防止由于电流太大(过压)时烧坏后级电路来保护，本系统采用两只单向稳压二极管负端相连组成的保护系统，将取电电压钳位在系统设计的定值，能长时间稳定的工作，工作原理与TVS管截然不同。TVS管不能长时间工作在稳压(击穿)状态。作为优选，所述供电模块还包括电流感应发电模块，所述电流感应发电模块一端连接整流电路的输入端，另一端连接升压模块的负极输入端。根据安培定则，将电流感应发电模块的绕线线圈放在有电流流过的导体旁，(本设计为电流至少大于25安培)，若使导线与绕线线圈垂直相交，则能从绕线线圈感应出电能，采用专用的充电泵将电能累积起来，以供整个测温系统使用，取代了传统的电池供电技术。本系统采用薄膜合金取代绕线线圈中的铁芯，利用其特有的磁特性，在超强交变电磁场下的特殊应用场合使用，几乎不会产生由于铁磁振荡产生的振动、声音和发热现象，从而解决了 CT取电中CT断路后的发热危险情况，传统硅钢铁芯不能在此场合应用或需要很大的功率(体积)。作为优选，所述供电模块还包括半导体温差发电片，所述半导体温差发电片的一端连接升压模块的正极输入端，另一端连接升压模块的负极输入端。电力电缆中有电流时，由于触头处微接触电阻的存在，电缆接线端处的温度会比其周围的环境温度高6 12°C，本系统利用市场上常见的半导体温差发电片，将此温差转换成电能，采用专用的充电泵将电能累积于电容器，以供整个测温系统使用，取代了传统的电池供电方式。本发明带来的实质性效果是，可以实现设备的长期运行，减少了检修带来的不便；增强测温数据的实时性，可以更密切检测可能发热点，及时反馈温度信息；自身无振动和发热产生，减少了对电力设备的危险性和设备损坏；无需电池供电；具有高效的能量收集能力，可以工作在小温差环境下。
图I是本发明的一种电路 图2是本发明的一种包括电流感应模块的电路图；图3是本发明的一种包括半导体温差发电片的电路 图4是本发明的一种同时包括电流感应模块和半导体温差发电片的电路图。图中1、压电陶瓷振动发电片，2、半导体温差发电片，3、电流感应发电模块，4、自举升压电路，5、稳压保护电路，6、电压检测芯片，7、微处理器模块，8、温度采集模块，9、无线通信模块。
具体实施例方式下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例I :本实施例的一种无线温度传感器，如图I所示，包括温度采集模块8、微处理器模块7、无线通信模块9和为整个传感器供电的供电模块。温度采集模块8与微处理器模块7电连接，供电模块包括压电陶瓷振动发电片I、整流电路、过压保护电路、继流电 容Cl、升压模块和电源阀电路，整流电路为整流二极管D1。压电陶瓷振动发电片I的一端连接整流电路的输入端，另一端连接升压模块的负极输入端，整流电路的输出端连接升压模块的正极输入端。微处理器模块7和无线通信模块9之间连接有第二 NMOS管T2，微处理器模块7的控制端连接第二 NMOS管T2的栅极，第二 NMOS管T2的漏极连接微处理器模块7的电源输出端，第二 NMOS管T2的源极连接无线通信模块9的电源输入端，无线通信模块9还通过SPI通讯总线与微处理器模块7连接。压电陶瓷振动发电片I设置在电机上，通过电机的振动采集能源。升压模块包括自举升压电路4、充电泵K、超级电容C2和稳压保护电路5，自举升压电路4是一个自激振荡电路，自举升压电路4的输入端连接继流电容Cl的正极，自举升压电路4的输出端连接超级电容C2的正极，充电泵K的控制端连接自举升压电路4的控制端，另一端连接超级电容C2的负极，超级电容C2的正极为升压模块的正极输出端，超级电容C2的负极同时作为为升压模块的负极输入端和升压模块的负极输出端，自举升压电路4的输入端为升压模块的正极输入端。继流电容Cl的正极连接升压模块的正极输入端，继流电容的负极连接升压模块的负极输入端。稳压保护电路5的正极连接超级电容C2的正极，负极连接超级电容C2的负极。电源阀电路包括第一 NMOS管Tl和电压检测芯片6，第一 NMOS管Tl的漏极与超级电容C2的正极连接，第一 NMOS管Tl的源极与微处理器模块7的正极输入端连接，第一NMOS管Tl的栅极与电压检测芯片6连接，电压检测芯片6的两个检测端分别连接的超级电容C2的正极和负极。微处理器模块7的负极输入端连接超级电容C2的负极。过压保护电路包括两个负极相互连接的单向稳压二极管D2和D3，单相稳压二极管D2和D3的正极分别连接压电陶瓷振动发电片的两个输入端。本实施例采用高精度(±0.5°C)、宽量程(-55°C +150°C)的温度采样芯片，以满足电力行业无线测温要求。本实施例采用业内流行的超低功耗MCU设计，并在程序上做电源和低功耗管理，只需很小的绕线线圈就能给整个系统稳定供电。本实施例采用高频无线电数据传输技术，数据接收装置与被测点无需任何物理连接，电气隔离更安全可靠。本实施例采用循环冗余码校验技术，数据接收端对收到的数据进行CRC校验，进一步提高测量的可靠性，避免了数据错报和误报。实施例2 :本实施例的一种无线温度传感器，如图2所示，除与实施例I相同的结构以外，还包括一个电流感应发电模块3，电流感应发电模块3与压电陶瓷振动发电片可以并联发电，两者一起为无线温度传感器供电，在一些振动不大的环境也正常工作。将电流感应发电模块3中的绕线线圈放在有电流流过的导体旁，使导体中的电流与绕线线圈垂直相交，则能从绕线线圈感应出电能，采用专用的充电泵将电能累积起来，以供整个测温系统使用。实施例3 :本实施例的一种无线温度传感器，如图3所示，除与实施例I相同的结构以外，还包括半导体温差发电片2，半导体温差发电片2的一端连接升压模块的正极输入端，另一端连接升压模块的负极输入端。半导体温差发电片2设置在有较大发热的地方，在一些有较大发热量的设备的环境也可以采用温差发电作为供电手段。实施例4 :本实施例的一种无线温度传感器，如图4所示，除与实施例2相同的结 构以外，还包括半导体温差发电片2，半导体温差发电片2的一端连接升压模块的正极输入端，另一端连接升压模块的负极输入端。这样无线温度传感器同时具有温差发电、电流感应发电和振动发电三种供电方式，可以适用于各种环境，只要有振动或者有较强电流或者有较大发热量的设备三个条件中的任何一个或者多个，都可以使本实施例正常工作。并且在振动幅度不大、发热量也不大、电流也不大的环境，通过三者配合也可以为微处理器模块和无线通信模块提供足够的电能。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。尽管本文较多地使用了供电模块、升压模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
权利要求
1.一种无线温度传感器，包括温度采集模块、微处理器模块、无线通信模块和为整个传感器供电的供电模块，其特征在于，所述温度采集模块与所述微处理器模块电连接，所述供电模块包括压电陶瓷振动发电片、整流电路和升压模块，所述压电陶瓷振动发电片的一端连接整流电路的输入端，另一端连接升压模块的负极输入端，所述整流电路的输出端连接升压模块的正极输入端，所述升压模块的正极输出端和负极输出端与微处理器模块连接，所述微处理器模块和所述无线通信模块之间连接有第二 NMOS管，所述微处理器模块的控制端连接第二 NMOS管的栅极，所述第二 NMOS管的漏极连接微处理器模块的电源输出端，所述第二 NMOS管的源极连接无线通信模块的电源输入端，所述无线通信模块还通过SPI通讯总线与所述微处理器模块连接。
2.根据权利要求I所述的无线温度传感器，其特征在于，所述供电模块还包括继流电容，所述继流电容的正极连接升压模块的正极输入端，所述继流电容的负极连接升压模块的负极输入端。
3.根据权利要求2所述的无线温度传感器，其特征在于，所述升压模块包括自举升压电路、充电泵和超级电容，所述自举升压电路的输入端连接继流电容的正极，所述自举升压电路的输出端连接超级电容的正极，所述充电泵的控制端连接自举升压电路的控制端，另一端连接超级电容的负极，所述超级电容的正极为升压模块的正极输出端，所述超级电容的负极同时作为为升压模块的负极输入端和升压模块的负极输出端，所述自举升压电路的输入端为升压模块的正极输入端。
4.根据权利要求3所述的无线温度传感器，其特征在于，所述升压模块还包括稳压保护电路，所述稳压保护电路的正极连接超级电容的正极，所述稳压保护电路的负极连接超级电容的负极。
5.根据权利要求4所述的无线温度传感器，其特征在于，所述供电模块还包括电源阀电路，所述电源阀电路包括第一 NMOS管和电压检测芯片，所述第一 NMOS管的漏极与超级电容的正极连接，所述第一 NMOS管的源极与微处理器模块的输入端连接，所述第一 NMOS管的栅极与电压检测芯片连接，所述电压检测芯片的两个检测端分别连接的超级电容的正极和负极。
6.根据权利要求5所述的无线温度传感器，其特征在于，所述供电模块还包括过压保护电路，所述过压保护电路包括两个负极相互连接的单向稳压二极管，所述过压保护电路串接在压电陶瓷振动发电片的两个输出端之间。
7.根据权利要求6所述的无线温度传感器，其特征在于，所述供电模块还包括电流感应发电模块，所述电流感应发电模块一端连接整流电路的输入端，另一端连接升压模块的负极输入端。
8.根据权利要求6或7所述的无线温度传感器，其特征在于，所述供电模块还包括半导体温差发电片，所述半导体温差发电片的一端连接升压模块的正极输入端，另一端连接升压模块的负极输入端。
全文摘要
本发明公开了一种无线温度传感器，旨在提供一种具有自发电功能的无线温度传感器。其包括温度采集模块、微处理器模块、无线通信模块和为整个传感器供电的供电模块。温度采集模块与微处理器模块电连接，供电模块包括压电陶瓷振动发电片、电流感应发电模块、整流电路、过压保护电路、继流电容、升压模块和电源阀电路，整流电路为整流二极管。压电陶瓷振动发电片的一端连接整流电路的输入端，另一端连接升压模块的负极输入端，整流电路的输出端连接升压模块的正极输入端。电流感应发电模块和压电陶瓷振动发电片并联。通过压电陶瓷振动发电片和电流感应发电模块收集能量为整个传感器供电。本发明适用于电机测温系统、电缆触头测温等环境中。
文档编号G01K7/00GK102680125SQ201210122418
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者党臻, 吴孝兵, 涂衍军, 滕明茂 申请人:杭州休普电子技术有限公司