一种无源温度传感器系统系统及温度计算方法与流程

1.本发明涉及温度传感器领域，具体涉及一种无源温度传感器系统及温度计算方法。


背景技术：

2.目前，现有温度传感器的电源均是将市电进行ac至dc的转换实现温度传感器的供电，或者是通过自备电池，通过对电池输出电压进行稳压后对温度传感器进行供电。
3.采用第一种供电方式的温度传感器不便于移动，其无法适用于更多特殊的环境。
4.采用第二种供电方式的温度传感器的电源是电池，电池的电量是有限的，因此该种供电方式的温度传感器需要经常更换电池。
5.同时，现有温度传感器的温度值容易受到环境的影响，例如，测量电机的温度，容易受到电机振动的影响，导致得到的温度值不够准确。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是：本发明提供的一种无源温度传感器系统及温度计算方法，以解决以下问题：
7.1、采用市电供电的温度传感器不便于移动；
8.2、采用电池供电的温度传感器需要经常更换电池；
9.3、现有温度传感器的温度值容易受到环境的影响，温度值计算不够准确。
10.本发明采用的技术方案为：
11.一种无源温度传感器系统，包括：环状磁感取电器、电源电路、温度传感器和处理器；
12.所述环状磁感取电器由铁氧体磁环及绕匝于铁氧体磁环上的线圈组成，用于套装在输电线上，通过铁氧体磁环高于周边空气环境的导磁率，传导输电线的交流磁场，得到绕匝于铁氧体磁环上的线圈的感应电流，以生成交流电动势，并输出电能；
13.所述电源电路的输入端与环状磁感取电器连接，其输出端分别与温度传感器和处理器的供电端连接，用于为温度传感器和处理器进行供电；所述温度传感器用于采集待测设备的温度数据；所述处理器用于对温度传感器采集的温度数据进行滤波处理，得到温度值。
14.本发明通过环状磁感取电器获取输电线上的交流电，并将获取的交流电传输给电源电路处理，经电源电路处理后，用于对温度传感器和处理器进行供电，本发明所设计的无源温度传感器可以适配更多应用场景，且便于移动。
15.进一步地，所述电源电路包括：电池充电单元、电池和稳压单元；
16.所述电池充电单元的输入端作为电源电路的输入端，其输出端分别与电池和稳压单元的输入端连接；所述稳压单元的输出端作为电源电路的输出端。
17.上述进一步方案的有益效果为：将电源电路分为三部分，电池充电单元、电池和稳
压单元，在输电线上有电时，可通过电池充电单元为电池充电和为稳压单元供电；在输电线上无电时，可通过电池上存储的电量为稳压单元供电，保障温度传感器的正常工作，无需更换电池。
18.进一步地，所述电池充电单元包括：二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、开关管q1、开关管q2和互感线圈t1；
19.所述二极管d1的正极和电阻r1的一端作为电池充电单元的输入端；所述二极管d1的负极分别与电容c1的正极、电阻r2的一端、电阻r3的一端、电容c2的一端和互感线圈t1原边的一端连接；所述开关管q2的集电极分别与开关管q1的基极、电阻r2的一端、二极管d3的负极和电阻r5的一端连接，其发射极分别与电容c1的负极、电阻r1的另一端、电阻r4的一端、电容c3的正极和互感线圈t1第一副边的一端连接，其基极与二极管d3的负极连接；
20.所述开关管q1的集电极分别与二极管d2的正极和互感线圈t1原边的另一端连接，其发射极分别与二极管d3的正极和电阻r4的另一端连接；所述二极管d2的负极分别与电容c2的另一端和电阻r3的另一端连接；所述二极管d3的正极分别与电容c3的负极和二极管d4的正极连接；所述电阻r5的另一端与电容c4的一端连接；所述电容c4的另一端分别与二极管d4的负极和互感线圈t1第一副边的另一端连接；所述互感线圈t1第二副边的一端与二极管d5的正极连接，其另一端与电容c5的负极连接；所述二极管d5的负极与电容c5的正极连接；所述电容c5的两端作为电池充电单元的输出端。
21.上述进一步方案的有益效果为：在交流电输入电池充电单元后，一端经二极管d1进行半波整流，另一端经过电阻r1，电容c1用于滤波，电阻r1用于保护电路，在后续电路出现故障导致过流时，电阻r1会被烧断，从而避免引起更大的故障，电容c2、二极管d2和电阻r3构成高压吸收电路，当开关管q1关断时，用于吸收互感线圈t1上的感应电压，从而防止高压加到开关管q1上，导致开关管q1击穿的问题。通过控制开关管q1的通断，实现控制互感线圈t1原边和电池充电单元输入端间的通断，当互感线圈t1原边不断的通断时，就会在互感线圈t1中形成变化的磁场，从而在副边中产生感应电压。
22.电阻r2用于为开关管q1的基极提供电流，电阻r4为电流取样电阻，为开关q2提供基极电压，当基极电压大于1.4v时，开关管q2导通，开关管q1基极的电压拉低，限制了开关管q1集电极的电流，防止开关管q1因为电流过大而被烧毁。
23.进一步地，所述稳压单元为线性稳压器。
24.一种无源温度传感器的温度计算方法，包括以下步骤：
25.s1、预采集一组温度数据，计算初始温度数据有效值；
26.s2、采集新温度数据，得到有效温度数据；
27.s3、判断新获取的有效温度数据是否大于有效值，若是，则第一计数单元自加1，并跳转至步骤s4，若否，则跳转至步骤s6；
28.s4、计算待测对象升温阶段的温度值；
29.s5、判断第一计数单元的计数是否大于计数阈值，若是，则采用当前计算的待测对象的温度值去更新有效值，并对第一计数单元的计数清零，并跳转至步骤s2，若否，则直接跳转至步骤s2；
30.s6、判断新获取的有效温度数据是否等于有效值，若是，则当前的有效值作为待测
对象的温度值，若否，则第二计数单元自加1，并跳转至步骤s7；
31.s7、计算待测对象降温阶段的温度值；
32.s8、判断第二计数单元的计数是否大于计数阈值，若是，则采用当前计算的待测对象的温度值去更新有效值，并对第二计数单元的计数清零，并跳转至步骤s2，若否，则直接跳转至步骤s2；
33.s9、根据步骤s4、步骤s6和步骤s7的温度值，得到对应时刻的待测对象的温度值。
34.本发明的有益效果为：本发明先采集一些温度数据，并对温度数据进行筛选，得到一组有效温度数据，针对该组有效温度数据计算初始温度数据有效值，其实，初始温度数据有效值即为该组有效温度数据对应的温度值，将新获得的有效温度数据与当前的有效值进行比较，若是大于的话，则第一计数单元会加1，温度传感器测得的温度处于上升过程中，在第一计数单元计数持续上升过程中，说明温度在持续增加，那么当前的有效值是无法代表当前的温度，所以要对有效值进行更新，使得有效温度数据对比的有效值也增加，在更新后，第一计数单元又重新开始计数，用于下一次对有效值的更新。
35.同时，在温度下降阶段，在第二计数单元计数持续上升过程中，说明温度在持续下降，那么当前的有效值也是无法代表已经下降很多的当前温度，因此需对有效值进行实时更新，保障升温或者降温阶段判断的准确性。
36.本发明对采集到的温度数据先做了基本的筛选，得到有效温度数据，对温度上升或温度下降阶段分别设计了不同的计算过程，保障温度值计算的准确性。
37.进一步地，所述步骤s1包括以下分步骤：
38.s11、采集温度数据；
39.s12、计算当前采集的温度数据与前一时刻采集的温度数据两者间的差值，若差值大于误差值，则去除当前采集的温度数据，并跳转至步骤s11，直到得到一组有效温度数据；
40.s13、根据所述的一组有效温度数据，计算初始温度数据有效值。
41.上述进一步方案的有益效果为：采集温度数据后，要判断前后两次采集的温度数据的差值，若差值太大，超过正常范围，抛弃该异常数据，保障所采用的温度数据均是有效的。
42.进一步地，所述步骤s13计算初始温度数据有效值的计算公式为：
[0043][0044]
其中，y为初始温度数据有效值，x1为第1个有效温度数据，x2为第2个有效温度数据，xn为第n个有效温度数据，n为有效温度数据的数量。
[0045]
上述进一步方案的有益效果为：根据组内每个有效温度数据不同的占比，对每个有效温度数据赋予不同的权重，计算得到温度数据有效值，用于代表该组有效温度数据的温度值。
[0046]
进一步地，所述步骤s4中计算待测对象升温阶段的温度值的公式为：
[0047]
[0048]
其中，为t时刻的温度值，x
t-j
为t-j时刻的有效温度数据，x
t-j+1
为t-j+时刻的有效温度数据，ω
t-j
为t-j时刻的有效温度数据权重，ω
t-j+1
为t-j+1时刻的有效温度数据权重，x
t-1
为t-1时刻的有效温度数据，ω
t-1
为t-1时刻的有效温度数据权重，j为用于计数的编号，x
t
为t时刻的有效温度数据，ω
t
为t时刻的有效温度数据权重，m为第一计数单元中的计数，m为第一计数单元的计数阈值，a为第一调节参数。
[0049]
上述进一步方案的有益效果为：对每个有效温度数据赋予不同权重后，还通过权重进行修正，使得计算后的温度值更为准确。在上述公式还引入了计数m和计数阈值m，在计数m不断的增长过程中，即温度上升过程中，会逐渐增加x
t
前的权重，使得温度值的增长速度逐渐增大，逼近真实值。
[0050]
进一步地，所述步骤s7中计算待测对象降温阶段的温度值的公式为：
[0051][0052]
其中，为t时刻的温度值，x
t-j
为t-j时刻的有效温度数据，x
t-j+1
为t-j+时刻的有效温度数据，ω
t-j
为t-j时刻的有效温度数据权重，ω
t-j+1
为t-j+1时刻的有效温度数据权重，x
t-1
为t-1时刻的有效温度数据，ω
t-1
为t-1时刻的有效温度数据权重，j为用于计数的编号，x
t
为t时刻的有效温度数据，ω
t
为t时刻的有效温度数据权重，k为第二计数单元中的计数，k为第二计数单元的计数阈值，b为第二调节参数。
[0053]
上述进一步方案的有益效果为：对每个有效温度数据赋予不同权重后，还通过权重进行修正，使得计算后的温度值更为准确。在上述公式还引入了计数k和计数阈值k，在计数k不断的增长过程中，即温度下升过程中，会逐渐增加x
t
前的权重，使得温度值y
t
的下降速度逐渐增大，逼近真实值。
附图说明
[0054]
图1为一种无源温度传感器的系统框图；
[0055]
图2为电池充电单元的电路图；
[0056]
图3为一种无源温度传感器的温度计算方法的流程图。
具体实施方式
[0057]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0058]
如图1所示，一种无源温度传感器系统，包括：环状磁感取电器、电源电路、温度传感器和处理器；
[0059]
所述环状磁感取电器由铁氧体磁环及绕匝于铁氧体磁环上的线圈组成，用于从输电线上取电。使用时，环状磁感取电器套装于输电线上，铁氧体磁环由其高于周边空气环境的导磁率，有效传导输电线的交流磁场，使绕匝于铁氧体磁环上的线圈产生感应电流，从而
生成交流电动势，向后级电路输出电能。
[0060]
电源电路的输入端与环状磁感取电器的线圈连接，其输出端分别与温度传感器和处理器的供电端连接，用于为温度传感器和处理器进行供电；所述温度传感器用于采集待测设备的温度数据；所述处理器用于对温度传感器采集的温度数据进行滤波处理，得到温度值。
[0061]
本发明通过环状磁感取电器获取输电线上的交流电，并将获取的交流电传输给电源电路处理，经电源电路处理后，用于对温度传感器和处理器进行供电，本发明所设计的无源温度传感器可以适配更多应用场景，且便于移动。
[0062]
电源电路包括：电池充电单元、电池和稳压单元；
[0063]
所述电池充电单元的输入端作为电源电路的输入端，其输出端分别与电池和稳压单元的输入端连接；所述稳压单元的输出端作为电源电路的输出端。
[0064]
将电源电路分为三部分，电池充电单元、电池和稳压单元，在输电线上有电时，可通过电池充电单元为电池充电和为稳压单元供电；在输电线上无电时，可通过电池上存储的电量为稳压单元供电，保障温度传感器的正常工作，无需更换电池。稳压单元为线性稳压器。
[0065]
如图2所示，电池充电单元包括：二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、开关管q1、开关管q2和互感线圈t1；
[0066]
所述二极管d1的正极和电阻r1的一端作为电池充电单元的输入端；所述二极管d1的负极分别与电容c1的正极、电阻r2的一端、电阻r3的一端、电容c2的一端和互感线圈t1原边的一端连接；所述开关管q2的集电极分别与开关管q1的基极、电阻r2的一端、二极管d3的负极和电阻r5的一端连接，其发射极分别与电容c1的负极、电阻r1的另一端、电阻r4的一端、电容c3的正极和互感线圈t1第一副边的一端连接，其基极与二极管d3的负极连接；
[0067]
所述开关管q1的集电极分别与二极管d2的正极和互感线圈t1原边的另一端连接，其发射极分别与二极管d3的正极和电阻r4的另一端连接；所述二极管d2的负极分别与电容c2的另一端和电阻r3的另一端连接；所述二极管d3的正极分别与电容c3的负极和二极管d4的正极连接；所述电阻r5的另一端与电容c4的一端连接；所述电容c4的另一端分别与二极管d4的负极和互感线圈t1第一副边的另一端连接；所述互感线圈t1第二副边的一端与二极管d5的正极连接，其另一端与电容c5的负极连接；所述二极管d5的负极与电容c5的正极连接；所述电容c5的两端作为电池充电单元的输出端。
[0068]
在交流电输入电池充电单元后，一端经二极管d1进行半波整流，另一端经过电阻r1，电容c1用于滤波，电阻r1用于保护电路，在后续电路出现故障导致过流时，电阻r1会被烧断，从而避免引起更大的故障，电容c2、二极管d2和电阻r3构成高压吸收电路，当开关管q1关断时，用于吸收互感线圈t1上的感应电压，从而防止高压加到开关管q1上，导致开关管q1击穿的问题。通过控制开关管q1的通断，实现控制互感线圈t1原边和电池充电单元输入端间的通断，当互感线圈t1原边不断的通断时，就会在互感线圈t1中形成变化的磁场，从而在副边中产生感应电压。
[0069]
电阻r2用于为开关管q1的基极提供电流，电阻r4为电流取样电阻，为开关q2提供基极电压，当基极电压大于1.4v时，开关管q2导通，开关管q1基极的电压拉低，限制了开关
管q1集电极的电流，防止开关管q1因为电流过大而被烧毁。
[0070]
如图3所示，一种无源温度传感器系统的温度计算方法，包括以下步骤：
[0071]
s1、预采集一组温度数据，计算初始温度数据有效值；
[0072]
所述步骤s1包括以下分步骤：
[0073]
s11、采集温度数据；
[0074]
s12、计算当前采集的温度数据与前一时刻采集的温度数据两者间的差值，若差值大于误差值，则去除当前采集的温度数据，并跳转至步骤s11，直到得到一组有效温度数据；
[0075]
s13、根据所述的一组有效温度数据，计算初始温度数据有效值。
[0076]
本发明采集温度数据后，要判断前后两次采集的温度数据的差值，若差值太大，超过正常范围，抛弃该异常数据，保障所采用的温度数据均是有效的。
[0077]
步骤s13计算初始温度数据有效值的计算公式为：
[0078][0079]
其中，y为初始温度数据有效值，x1为第1个有效温度数据，x2为第2个有效温度数据，xn为第n个有效温度数据，n为有效温度数据的数量。
[0080]
本发明根据组内每个有效温度数据不同的占比，对每个有效温度数据赋予不同的权重，计算得到温度数据有效值，用于代表该组有效温度数据的温度值。
[0081]
s2、采集新温度数据，得到有效温度数据；
[0082]
步骤s2中采集的新温度数据，同理采用步骤s12的方法去除异常值，得到有效温度数据。
[0083]
s3、判断新获取的有效温度数据是否大于有效值，若是，则第一计数单元自加1，并跳转至步骤s4，若否，则跳转至步骤s6；
[0084]
s4、计算待测对象升温阶段的温度值；
[0085]
s5、判断第一计数单元的计数是否大于计数阈值，若是，则采用当前计算的待测对象的温度值去更新有效值，并对第一计数单元的计数清零，并跳转至步骤s2，若否，则直接跳转至步骤s2；
[0086]
s6、判断新获取的有效温度数据是否等于有效值，若是，则当前的有效值作为待测对象的温度值，若否，则第二计数单元自加1，并跳转至步骤s7；
[0087]
s7、计算待测对象降温阶段的温度值；
[0088]
s8、判断第二计数单元的计数是否大于计数阈值，若是，则采用当前计算的待测对象的温度值去更新有效值，并对第二计数单元的计数清零，并跳转至步骤s2，若否，则直接跳转至步骤s2；
[0089]
s9、根据步骤s4、步骤s6和步骤s7的温度值，得到对应时刻的待测对象的温度值。
[0090]
本发明先采集一些温度数据，并对温度数据进行筛选，得到一组有效温度数据，针对该组有效温度数据计算初始温度数据有效值，其实，初始温度数据有效值即为该组有效温度数据对应的温度值，将新获得的有效温度数据与当前的有效值进行比较，若是大于的话，则第一计数单元会加1，温度传感器测得的温度处于上升过程中，在第一计数单元计数持续上升过程中，说明温度在持续增加，那么当前的有效值是无法代表当前的温度，所以要对有效值进行更新，使得有效温度数据对比的有效值也增加，在更新后，第一计数单元又重
新开始计数，用于下一次对有效值的更新。
[0091]
同时，在温度下降阶段，在第二计数单元计数持续上升过程中，说明温度在持续下降，那么当前的有效值也是无法代表已经下降很多的当前温度，因此需对有效值进行实时更新，保障升温或者降温阶段判断的准确性。
[0092]
本发明对采集到的温度数据先做了基本的筛选，得到有效温度数据，对温度上升或温度下降阶段分别设计了不同的计算过程，保障温度值计算的准确性。
[0093]
步骤s4中计算待测对象升温阶段的温度值的公式为：
[0094][0095]
其中，为t时刻的温度值，x
t-j
为t-j时刻的有效温度数据，x
t-j+1
为t-j+时刻的有效温度数据，ω
t-j
为t-j时刻的有效温度数据权重，ω
t-j+1
为t-j+1时刻的有效温度数据权重，x
t-1
为t-1时刻的有效温度数据，ω
t-1
为t-1时刻的有效温度数据权重，j为用于计数的编号，x
t
为t时刻的有效温度数据，ω
t
为t时刻的有效温度数据权重，m为第一计数单元中的计数，m为第一计数单元的计数阈值，a为第一调节参数。
[0096]
本发明对每个有效温度数据赋予不同权重后，还通过权重进行修正，使得计算后的温度值更为准确。在上述公式还引入了计数m和计数阈值m，在计数m不断的增长过程中，即温度上升过程中，会逐渐增加x
t
前的权重，使得温度值y
t
的增长速度逐渐增大，逼近真实值。
[0097]
步骤s7中计算待测对象降温阶段的温度值的公式为：
[0098][0099]
其中，为t时刻的温度值，x
t-j
为t-j时刻的有效温度数据，x
t-j+
1为t-j+时刻的有效温度数据，ω
t-j
为t-j时刻的有效温度数据权重，ω
t-j+1
为t-j+1时刻的有效温度数据权重，x
t-1
为t-1时刻的有效温度数据，ω
t-1
为t-1时刻的有效温度数据权重，j为用于计数的编号，x
t
为t时刻的有效温度数据，ω
t
为t时刻的有效温度数据权重，k为第二计数单元中的计数，k为第二计数单元的计数阈值，b为第二调节参数。
[0100]
本发明对每个有效温度数据赋予不同权重后，还通过权重进行修正，使得计算后的温度值更为准确。在上述公式还引入了计数k和计数阈值k，在计数k不断的增长过程中，即温度下升过程中，会逐渐增加x
t
前的权重，使得温度值y
t
的下降速度逐渐增大，逼近真实值。