無源無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種無源無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)，以解決惡劣環(huán)境下或有特殊要求時(shí)的系統(tǒng)供電問題。本系統(tǒng)包括無源無線溫度傳感器、無源無線溫度中繼器、監(jiān)控中心。無源無線溫度傳感器由內(nèi)置的熱電器件供電，無源無線溫度中繼器由外置太陽能電池供電。當(dāng)有外界溫度變化時(shí)，熱電器件就會(huì)輸出電能，使無源無線溫度傳感器開始工作，并把溫度信息通過無線收發(fā)模塊發(fā)送到無源無線溫度中繼器，無源無線溫度中繼器再把溫度信息轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)溫度的監(jiān)控。本系統(tǒng)的特點(diǎn)是測(cè)溫終端無需任何內(nèi)置電池和外部電源、無需布線，集自供電、溫度探測(cè)、信號(hào)無線傳輸功能于一身?？蓱?yīng)用于遠(yuǎn)程火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測(cè)及惡劣環(huán)境下的溫度異常監(jiān)控。
【專利說明】無源無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種溫度監(jiān)控系統(tǒng)，特別是一種無需外部電源、無需布線的無源無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]大多數(shù)市場(chǎng)現(xiàn)有的溫度監(jiān)控系統(tǒng)需要外接電源或電池，使用不方便。外接電源時(shí)，需要有供電網(wǎng)和布置電源線，然而很多場(chǎng)合比如野外、森林、易燃易爆場(chǎng)所等，電源布線有困難、成本高。如果使用電池，但電池使用壽命有限，需要頻繁更換，不方便、成本高、甚至有危險(xiǎn)。這些缺點(diǎn)限制了傳統(tǒng)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)的使用。隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，以及各個(gè)領(lǐng)域的安全防火的迫切需求，傳統(tǒng)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決溫度監(jiān)控系統(tǒng)的供電問題，本實(shí)用新型提供一種無源無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)，采用了如下技術(shù)方案:
[0004]一種無源無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)，包括無源無線溫度傳感器、監(jiān)控中心；
[0005]監(jiān)控中心包括計(jì)算機(jī)、無線數(shù)據(jù)接收器，負(fù)責(zé)接收并整理、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警溫度信息；
[0006]無源無線溫度傳感器作為系統(tǒng)的測(cè)溫終端，包括薄膜熱電器件、電路保護(hù)模塊、電源管理模塊、中央微處理器、AD轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、電能存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、溫度補(bǔ)償元件、USB接口 ；薄膜熱電器件與AD轉(zhuǎn)換模塊、電路保護(hù)模塊連接；電路保護(hù)模塊與電源管理模塊、USB接口連接；電源管理模塊與中央微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、電能存儲(chǔ)器、AD轉(zhuǎn)換模塊、溫度補(bǔ)償元件、無線收發(fā)模塊連接；中央微處理器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、AD轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、溫度補(bǔ)償元件連接。
[0007]薄膜熱電器件，同時(shí)具有溫度探測(cè)、發(fā)電的功能:當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，薄膜熱電器件的熱端與冷端有溫度差，就會(huì)輸出電能，電流經(jīng)過電路保護(hù)模塊、電源管理模塊后輸入到各個(gè)工作部件，傳感器的各個(gè)部件獲得供電后立即開始工作；中央微處理器通過AD轉(zhuǎn)換模塊讀取薄膜熱電器件探測(cè)到的環(huán)境溫度值，通過溫度補(bǔ)償元件對(duì)該環(huán)境溫度值進(jìn)行修正，然后中央微處理器把修正后的溫度信息傳送給無線收發(fā)模塊，并發(fā)送到監(jiān)控終端。薄膜熱電器件優(yōu)選采用納米薄膜熱電材料制作而成，且薄膜熱電器件通常包含散熱片，該散熱片通過導(dǎo)熱硅膠貼在薄膜熱電器件的冷端；本薄膜熱電器件包括P型碲化鉍薄膜、N型碲化鉍薄膜、電極、上基板、下基板；其中上、下基板采用陶瓷基板，電極采用鈦、銅、鋁、銀、鎳薄月旲等。
[0008]電路保護(hù)模塊，為傳感器提供過壓保護(hù)、過流保護(hù)、浪涌保護(hù)、電源正負(fù)極自動(dòng)轉(zhuǎn)換、阻止外部電流輸入薄膜熱電器件；
[0009]電源管理模塊，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)、穩(wěn)定電壓，使輸出電壓穩(wěn)定在合理范圍，同時(shí)把多余的電能存入電能存儲(chǔ)器；
[0010]中央微處理器，負(fù)責(zé)管理、協(xié)調(diào)各個(gè)元件的工作，讀取、處理AD轉(zhuǎn)換模塊傳送過來的溫度信息，然后傳給無線收發(fā)模塊進(jìn)行發(fā)送，把溫度信息發(fā)送給監(jiān)控終端；
[0011]無線收發(fā)模塊，負(fù)責(zé)發(fā)送信息和接收信息；
[0012]電能存儲(chǔ)器，由可充電電池構(gòu)成，包括鋰離子電池、聚合物鋰電池等，電能存儲(chǔ)器的作用是把多余的電能存儲(chǔ)起來，以備應(yīng)急使用；
[0013]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，與電源管理模塊、中央微處理器及無線收發(fā)模塊連接，用于保存?zhèn)鞲衅鞯母鞣N信息，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀、寫。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器根據(jù)實(shí)際情況選擇使用。
[0014]溫度補(bǔ)償元件，負(fù)責(zé)為薄膜熱電器件提供溫度基準(zhǔn)值，對(duì)薄膜熱電器件的測(cè)量值進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)溫度補(bǔ)償；
[0015]USB接口，可采用標(biāo)準(zhǔn)USB、Micro USB,mini USB接口等，通常采用 Micro USB接口。通過USB接口，可以實(shí)現(xiàn)傳感器代碼程序的輸入、產(chǎn)品升級(jí)、傳感器的設(shè)置、數(shù)據(jù)的讀寫等，緊急情況或發(fā)生故障時(shí)，USB接口可以外接電源使傳感器繼續(xù)工作。
[0016]還可以在無源無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)中增設(shè)無源無線溫度中繼器，無源無線溫度中繼器的具體數(shù)量根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)木嚯x進(jìn)行設(shè)置，負(fù)責(zé)將無源無線溫度傳感器的溫度信息發(fā)送給遠(yuǎn)端的監(jiān)控中心。中繼器是由太陽能電池供電，無需外部電源、無需布線。中繼器內(nèi)部包含電能存儲(chǔ)器，陽光充足時(shí)把太陽能存儲(chǔ)起來，夜晚、陰雨天時(shí)中繼器就可以依靠電能存儲(chǔ)器供電繼續(xù)工作。
[0017]本實(shí)用新型提供的無源無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理是:
[0018](I)當(dāng)外界有溫度變化時(shí)，無源無線溫度傳感器中的薄膜熱電器件就會(huì)輸出電能，給傳感器供電，傳感器開始工作，把探測(cè)到的溫度信息通過無線收發(fā)模塊發(fā)送出去；
[0019](2)無源無線溫度中繼器是信息傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站，接收來自無源無線溫度傳感器的溫度信息，然后再把溫度信息發(fā)送給遠(yuǎn)端的監(jiān)控中心。溫度信息可以只需經(jīng)過一級(jí)中繼器傳輸，也可以經(jīng)過二級(jí)、三級(jí)、甚至更多級(jí)的中繼器傳輸，需要根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)木嚯x決定；
[0020](3)監(jiān)控中心接收來自無源無線溫度中繼器的溫度信息，并負(fù)責(zé)對(duì)溫度信息進(jìn)行整理、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警等。
[0021]本實(shí)用新型提供的無源無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)，特點(diǎn)是除了監(jiān)控中心之外，無源無線溫度傳感器、無源無線溫度中繼器都是自供電，不需要外接電源或內(nèi)置電池，集自供電、信號(hào)無線傳輸功能于一身?？蓱?yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、樓宇自控、安防消防、森林防火、林園管理等遠(yuǎn)程火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測(cè)上，也可用于電力輸送、煉油化工、油氣輸送、冶金礦業(yè)、碼頭、易燃易爆有毒危險(xiǎn)品倉庫等惡劣環(huán)境的溫度異常監(jiān)控。將極大節(jié)約社會(huì)經(jīng)濟(jì)成本，最低限度降低火災(zāi)帶來的財(cái)產(chǎn)損失，社會(huì)效益顯著。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是不使用中繼器的溫度監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是使用中繼器的溫度監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3是無源無線溫度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖1與圖2中，部件之間的實(shí)線連接代表信號(hào)的無線傳輸。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0027]實(shí)施例1:不使用中繼器的溫度監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)包括無源無線溫度傳感器和監(jiān)控中心；無源無線溫度傳感器由內(nèi)置的薄膜熱電器件供電；監(jiān)控中心包括計(jì)算機(jī)、無線數(shù)據(jù)接收器，負(fù)責(zé)接收并整理、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警溫度信息；系統(tǒng)工作時(shí)，傳感器發(fā)出溫度信號(hào)，信號(hào)直接到達(dá)監(jiān)控中心。
[0028]其中，無源無線溫度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括薄膜熱電器件、電路保護(hù)模塊、電源管理模塊、中央微處理器、AD轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、電能存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、溫度補(bǔ)償元件、USB接口。薄膜熱電器件與AD轉(zhuǎn)換模塊、電路保護(hù)模塊連接；電路保護(hù)模塊與電源管理模塊、Micro USB接口連接；電源管理模塊與中央微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、電能存儲(chǔ)器、AD轉(zhuǎn)換模塊、溫度補(bǔ)償元件、無線收發(fā)模塊都有連接，以確保各個(gè)部件正常供電；中央微處理器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、AD轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、溫度補(bǔ)償元件連接。薄膜熱電器件，優(yōu)選采用納米薄膜熱電材料制作而成，且包含散熱片，該散熱片通過導(dǎo)熱硅膠貼在薄膜熱電器件的冷端；本薄膜熱電器件包括P型碲化鉍薄膜、N型碲化鉍薄膜、電極、上基板、下基板；其中上、下基板采用陶瓷基板，電極采用鈦、銅、鋁、銀、鎳薄膜等。該薄膜熱電器件的加工方法優(yōu)選方案為:利用磁控濺射、真空蒸鍍等方法，結(jié)合掩膜板技術(shù)，首先，在上基板先沉積鈦、銅等電極材料，再沉積P型碲化鉍薄膜；然后，在下基板先沉積鈦、銅等電極材料，再沉積N型碲化鉍薄膜；最后，把上基板、下基板組合在一起，焊接銅導(dǎo)線或銅片作為器件的正極或負(fù)極。
[0029]在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，還可以在系統(tǒng)中增加無源無線溫度中繼器(如圖2所示)，該中繼器的數(shù)量根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)木嚯x進(jìn)行設(shè)置，負(fù)責(zé)將無源無線溫度傳感器的溫度信息發(fā)送給遠(yuǎn)端的監(jiān)控中心。無源無線溫度中繼器由太陽能電池供電。
[0030]本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施例，一切采用等同替換或等效替換形成的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種無源無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)置有監(jiān)控中心，所述監(jiān)控中心內(nèi)設(shè)計(jì)算機(jī)、無線數(shù)據(jù)接收器，負(fù)責(zé)接收并處理測(cè)溫終端采集到的溫度信息，其特征是，所述系統(tǒng)的測(cè)溫終端采用無源無線溫度傳感器，該傳感器包括如下部件:薄膜熱電器件、電路保護(hù)模塊、電源管理模塊、中央微處理器、AD轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、電能存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、溫度補(bǔ)償元件、USB接口 ；其中，薄膜熱電器件與AD轉(zhuǎn)換模塊、電路保護(hù)模塊連接；電路保護(hù)模塊與電源管理模塊、USB接口連接；電源管理模塊與中央微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、電能存儲(chǔ)器、AD轉(zhuǎn)換模塊、溫度補(bǔ)償元件、無線收發(fā)模塊連接；中央微處理器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、AD轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、溫度補(bǔ)償元件連接； 薄膜熱電器件，負(fù)責(zé)探測(cè)環(huán)境溫度，并根據(jù)環(huán)境的溫度變化輸出電能，為傳感器的各個(gè)部件供電；薄膜熱電器件采用納米薄膜熱電材料制成； 電路保護(hù)模塊，為傳感器提供過壓保護(hù)、過流保護(hù)、浪涌保護(hù)、電源正負(fù)極自動(dòng)轉(zhuǎn)換、阻止外部電流輸入薄膜熱電器件； 電源管理模塊，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)、穩(wěn)定電壓，使輸出電壓穩(wěn)定在合理范圍，同時(shí)把多余的電能存入電能存儲(chǔ)器； 中央微處理器，負(fù)責(zé)管理、協(xié)調(diào)各個(gè)元件的工作，讀取、處理AD轉(zhuǎn)換模塊傳送過來的溫度信息，然后傳給無線收發(fā)模塊進(jìn)行發(fā)送，把溫度信息發(fā)送給監(jiān)控終端； 無線收發(fā)模塊，負(fù)責(zé)發(fā)送信息和接收信息； 電能存儲(chǔ)器，由可充電電池構(gòu)成，負(fù)責(zé)把多余的電能存儲(chǔ)起來，以備應(yīng)急使用； 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)傳感器的信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀、寫； 溫度補(bǔ)償元件，負(fù)責(zé)為薄膜熱電器件提供溫度基準(zhǔn)值，對(duì)薄膜熱電器件的測(cè)量值進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)溫度補(bǔ)償； USB接口，負(fù)責(zé)傳感器代碼程序的輸入、產(chǎn)品升級(jí)、傳感器的設(shè)置、數(shù)據(jù)的讀寫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:還包括無源無線溫度中繼器，由太陽能電池供電，負(fù)責(zé)將無源無線溫度傳感器采集的溫度信息發(fā)送給遠(yuǎn)端的監(jiān)控中心；所述無源無線溫度中繼器的具體數(shù)量根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)木嚯x進(jìn)行設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述薄膜熱電器件包括P型碲化鉍薄膜、N型碲化鉍薄膜、電極、上基板、下基板；其中上、下基板采用陶瓷基板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述薄膜熱電器件還包含散熱片，該散熱片通過導(dǎo)熱硅膠貼在薄膜熱電器件的冷端。
【文檔編號(hào)】G01K1/02GK203838552SQ201420263065
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】鄧元, 史永明, 祝薇, 崔長(zhǎng)偉, 葉慧紅 申請(qǐng)人:南京清航新材料科技有限公司