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    一种 无源 无线 测温 传感器 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201610157755.1

    申请日:

    2016.03.18

    公开号:

    CN105606236A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01K 1/02申请日:20160318|||公开
    IPC分类号: G01K1/02; G01K7/21; H02N11/00 主分类号: G01K1/02
    申请人: 西安交通大学
    发明人: 张国钢; 陈前; 刘竞存; 耿英三; 王建华
    地址: 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路28号
    优先权:
    专利代理机构: 西安通大专利代理有限责任公司 61200 代理人: 陆万寿
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610157755.1

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.06.26|||2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种无源无线测温传感器及测温方法,测温传感器由电源???、控制???、温度测量??楹秃焱馐菔辗⒛?樽槌?,电源??橛砂氲继逦虏罘⒌缙?、均压环及热管等组成,温差发电片热端贴于高压大电流电力导线表面,利用均压环支架将其固定在电力导线上,利用电流通过电力导线发热产生的温差实现发电收集能量;通过能量收集芯片将半导体温差发电片输出的直流进行升压、整流,存储在电容器中给后续电路供电;基于铂电阻实现高精度温度测量,利用红外光编码方式传送温度数据。本发明可用于监测高压输配电系统设备的温升,无需供电、精度高、稳定性好、抗电磁干扰能力强,便于在高电压、可运动部件上的安装和应用。

    权利要求书

    1.一种无源无线测温传感器,其特征在于,包括电源???、控制器、温度测
    量??橐约笆菔辗⒛??;电源??榘ò诘缌Φ枷?1)外侧的若干半导
    体温差发电片(3),半导体温差发电片(3)两端设置散热器,半导体温差发电
    片(3)的两极为输出电源,并与能量收集电路相连;
    能量收集电路,用于将半导体温差发电片(3)输出的直流电进行逆变、升
    压、整流和稳压,然后给后续电路供电并将电能存储在电容器中;
    数据收发???,包括红外数据发送??楹秃焱馐萁邮漳??;
    控制器,通过A/D数模转换电路采集温度测量??槭涑龅牡缪?,并将其换为
    对应的温度数据,由红外数据发送??橄蚝焱馐萁邮漳?榉⑺?;
    温度测量???,采用铂电阻Rt,并通过非线性补偿和放大电路将采集到的信
    号输出至控制器。
    2.根据权利要求1所述的无源无线测温传感器,其特征在于,所述半导体温
    差发电片(3)采用环形布置的结构将电力导线(1)包裹,采用6个同型号串联
    的半导体温差发电片,半导体温差发电片在空间上组成环状结构。
    3.根据权利要求1或2所述的无源无线测温传感器,其特征在于,所述散热
    器包括套设在半导体温差发电片(3)两端的支架环(5),支架环(5)的外侧设
    置均压环(7),且均压环(7)通过带有热管(6)的支架与支架环(5)相连;
    半导体温差发电片(3)的内外两侧均涂覆有导热硅胶(4);热管(6)的内部充
    有工作液体,内部有吸液芯,由毛细多孔材料构成,热管(6)在热源的一端为
    蒸发端,另一端为冷凝端。
    4.根据权利要求3所述的无源无线测温传感器,其特征在于,所述半导体温
    差发电片(3)为平板结构,一面为散热面,另一面为吸热面;吸热面贴在承载
    高压大电流的电力导线表面,散热面与均压环和热管组成的散热器接触;半导体
    温差发电片(3)与电力导线(1)之间设置有铜质导热层(2)。
    5.根据权利要求4所述的无源无线测温传感器,其特征在于,所述铜质导热
    层(2)的内表面加工为用于适应不同电力导线形状的圆形或矩形,外表面加工
    为圆形。
    6.根据权利要求3所述的无源无线测温传感器,其特征在于,所述均压环(7)
    采用能够增大散热表面积同时改善周围电场分布的圆环形结构。
    7.根据权利要求1所述的无源无线测温传感器,其特征在于,所述能量收集
    电路包括逆变升压电路、整流稳压电路以及电容器。
    8.根据权利要求1所述的无源无线测温传感器,其特征在于,所述非线性补
    偿和放大电路包括3个运算放大器以及3个可变电阻;铂电阻Rt的两端分别接在
    运算放大器A1的输出端和反相输入端上;运算放大器A2的输出端通过可变电阻
    W3连接到运算放大器A1的反相输入端上;运算放大器A3的反相输入端与运算
    放大器A1的输出端相连;运算放大器A1、运算放大器A2和运算放大器A3的正
    向输入端均接地;运算放大器A3的输出端为输出电压VO;
    可变电阻W3设置在正反馈支路,用于调整使输出线性化;可变电阻W1设
    置在偏置支路,用于在温度为0℃时,调整可变电阻W1使输出电压VO为零;可
    变电阻W2在放大支路上,用于在温度为最大量程时,调整可变电阻W2使输出
    电压VO为满量程。
    9.根据权利要求1所述的无源无线测温传感器,其特征在于,所述控制器采
    用间歇式工作方式的低功耗单片机。
    10.一种采用权利要求1所述的无源无线测温传感器的测温方法,其特征在
    于,包括以下步骤:
    1)当储能电容器上的电压超过其系统工作电压,控制器自动复位开机,对
    控制器及其外围电路进行初始化设置;
    2)若控制器是刚开机上电状态,则进入测温模式,然后执行步骤4);
    3)若控制器是从休眠状态唤醒,则需要对系统配置重新初始化,进入测温
    模式;
    4)设置采样配置参数,对温度测量??榈氖涑龅缪菇胁裳?;
    5)将采样电压数据计算成对应的温度值;
    6)通过红外数据发送??榉⑺臀露仁?;
    7)设置外部寄存器的值,将时钟切换到外部低功耗时钟,控制器进入低功
    耗休眠模式,所有程序停止运行;当定时时间到时,控制器被自动唤醒,返回步
    骤3)。

    说明书

    一种无源无线测温传感器及测温方法

    【技术领域】

    本发明属于高压输配电系统电力设备状态监测领域,涉及一种无源无线测温
    传感器及测温方法。

    【背景技术】

    高压输配电系统中,电力设备是高压输配电系统中的重要组成部分,电力设
    备的健康状况关系着供电的安全和稳定。长时间过载运行或者载流量过大引起局
    部温度过高是电力设备故障的主要原因之一。电力设备局部温度过高轻者影响设
    备的使用寿命,严重时会引发设备故障,引起停电事故,甚至造成电力系统的崩
    溃和瘫痪,从而造成严重的经济损失。因此,温度监测已成为高压电力设备运行
    状态监测中必不可少的一项内容。由于电力设备在运行过程中通常承载高压或者
    通过大电流,不便于直接测量,目前采用的红外测温方式可以实现非接触测温但
    其精度有限且对操作人员的要求较高。另外,输配电系统非常庞大,电力设备数
    量非常多,需要借助智能化的温度传感器,在设备运行过程中,将采集到的温度
    数据实时发送到监测中心,这样可以提高数据的时效性和采集效率。

    在现有技术中,对于智能化的温度传感器多为电池供电或者需要额外的供电
    电路。采用电池供电方式的温度传感器受到电池寿命的影响,一旦电池的使用寿
    命临近,需要更换传感器或者是电池,造成使用上的不方便,而且增加了成本。
    其他的供电方式,比如感应取电,虽然能够提供实时的温度检测,而且不会受到
    电池寿命影响,但传感器在高电压应用场合时,传感器的供电电路结构由于绝缘
    问题而变得复杂,需要电磁屏蔽和?;さ缏?。温差发电是一种新的供能方式,其
    体积小、重量轻,无须维护,使用寿命长,更加节能环保。同时现有的技术,多
    采用带屏蔽的信号电缆传输数据,屏蔽电缆在高电压强磁场环境下抗干扰能力
    弱,容易受到电磁干扰。采用光纤传输数据虽然不会受到强磁场的干扰,但增加
    了光路传输部分,结构较为复杂。而采用红外传输数据的方式,不仅结构简单,
    而且不受电磁环境的影响,可以应用在高电压等场合中,尤其是安装在可运动的
    高电压部件上具有独特的优势。

    【发明内容】

    本发明的目的是为克服现有技术中的不足之处,提出一种测量精度高、抗干
    扰能力强、温差发电供能的无源无线测温传感器及测温方法。

    为了达到以上目的,本发明采用以下技术方案予以实现:

    一种无源无线测温传感器,包括电源???、控制器、温度测量??橐约笆?br />收发???;电源??榘ò诘缌Φ枷咄獠嗟娜舾砂氲继逦虏罘⒌缙?,半导体
    温差发电片两端设置散热器,半导体温差发电片的两极为输出电源,并与能量收
    集电路相连;

    能量收集电路,用于将半导体温差发电片输出的直流电进行逆变、升压、整
    流和稳压,然后给后续电路供电并将电能存储在电容器中;

    数据收发???,包括红外数据发送??楹秃焱馐萁邮漳??;

    控制器,通过A/D数模转换电路采集温度测量??槭涑龅牡缪?,并将其换为
    对应的温度数据,由红外数据发送??橄蚝焱馐萁邮漳?榉⑺?;

    温度测量???,采用铂电阻Rt,并通过非线性补偿和放大电路将采集到的信
    号输出至控制器。

    本发明进一步的改进在于:

    所述半导体温差发电片采用环形布置的结构将电力导线包裹,采用6个同型
    号串联的半导体温差发电片,半导体温差发电片在空间上组成环状结构。

    所述散热器包括套设在半导体温差发电片两端的支架环,支架环的外侧设置
    均压环,且均压环通过带有热管的支架与支架环相连;半导体温差发电片的内外
    两侧均涂覆有导热硅胶;热管的内部充有工作液体,内部有吸液芯,由毛细多孔
    材料构成,热管在热源的一端为蒸发端,另一端为冷凝端。

    所述半导体温差发电片为平板结构,一面为散热面,另一面为吸热面;吸热
    面贴在承载高压大电流的电力导线表面,散热面与均压环和热管组成的散热器接
    触;半导体温差发电片与电力导线之间设置有铜质导热层。

    所述铜质导热层的内表面加工为用于适应不同电力导线形状的圆形或矩形,
    外表面加工为圆形。

    所述均压环采用能够增大散热表面积同时改善周围电场分布的圆环形结构。

    所述能量收集电路包括逆变升压电路、整流稳压电路以及电容器。

    所述非线性补偿和放大电路包括3个运算放大器以及3个可变电阻;铂电阻
    Rt的两端分别接在运算放大器A1的输出端和反相输入端上;运算放大器A2的输
    出端通过可变电阻W3连接到运算放大器A1的反相输入端上;运算放大器A3的
    反相输入端与运算放大器A1的输出端相连;运算放大器A1、运算放大器A2和运
    算放大器A3的正向输入端均接地;运算放大器A3的输出端为输出电压VO;

    可变电阻W3设置在正反馈支路,用于调整使输出线性化;可变电阻W1设
    置在偏置支路,用于在温度为0℃时,调整可变电阻W1使输出电压VO为零;可
    变电阻W2在放大支路上,用于在温度为最大量程时,调整可变电阻W2使输出
    电压VO为满量程。

    所述控制器采用间歇式工作方式的低功耗单片机。

    一种采用无源无线测温传感器的测温方法,包括以下步骤:

    1)当储能电容器上的电压超过其系统工作电压,控制器自动复位开机,对
    控制器及其外围电路进行初始化设置;

    2)若控制器是刚开机上电状态,则进入测温模式,然后执行步骤4);

    3)若控制器是从休眠状态唤醒,则需要对系统配置重新初始化,进入测温
    模式;

    4)设置采样配置参数,对温度测量??榈氖涑龅缪菇胁裳?;

    5)将采样电压数据计算成对应的温度值;

    6)通过红外数据发送??榉⑺臀露仁?;

    7)设置外部寄存器的值,将时钟切换到外部低功耗时钟,控制器进入低功
    耗休眠模式,所有程序停止运行;当定时时间到时,控制器被自动唤醒,返回步
    骤3)。

    与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

    本发明无源无线测温传感器,包括电源???、控制???、铂电阻测温??楹?br />红外数据收发???。电源??橛砂氲继逦虏罘⒌缙?、散热器和能量收集电路组成,
    当温差发电片的热端的温度高于冷端温度时,温差发电片就可以输出电压,其输
    出的电压的大小与温差直接相关。本发明的测温??椴捎酶呔炔缱?。因为铂
    电阻与温度是非正比例的关系。本发明采用引入正反馈的方法使输出线性化,即
    输出电压与温度成正比例的关系。本发明的红外数据收发??椴捎煤焱夥⑸涠?br />管发射信号??刂破鹘⑺偷亩剖莸髦莆幌盗械穆龀宕藕?,通过红
    外发射二极管发射红外信号。在接收端,通过红外接收电路进行解调为温度数据。

    进一步的,本发明半导体温差发电片为平板结构,一面为散热面,另一面为
    吸热面,在传感器制造时,吸热面贴在承载高压大电流的电力导线(用于电力传
    输的圆形或矩形截面的大电流母排/导电杆)表面,散热面与均压环和热管组成的
    散热器接触。

    进一步的,本发明散热面与电力导线表面之间增加铜质导热层,其一方面是
    利用铜材料的高导热性使因通过电流在导线上产生热量快速传递到温差发电片
    的吸热面,另一方面,其内表面加工为圆形或矩形以适应不同的电力导线形状,
    外表面为圆形便于传感器的标准化。在半导体温差发电片的两端涂上导热硅胶,
    使热传导更快速和均匀。

    进一步的,本发明采用6个同型号的半导体温差发电片串联的方式以获得较
    高的输出电压,温差发电片在空间上组成环状结构。

    进一步的,本发明散热器主要采用热管来实现快速导热。为了使温差发电片
    的两端维持较高的温差,使用热管来实现快速地导热。热管是一种导热元件,它
    利用热传导原理与相变介质的快速热传导性质,实现将热源的热量快速地传递到
    其它部分,达到快速散热的目的。热管的内部充有工作液体,其内部有吸液芯,
    是由毛细多孔材料构成。热管在热源的一端为蒸发端,另一端称为冷凝端。工作
    液体在蒸发端吸收热量由液态变为汽态,在冷凝端冷却为液态,释放热量,实现
    热量的传导,冷却的工作液通过吸液芯回流回蒸发端。

    进一步的,本发明热管安装在均压环的支架上,即热管的蒸发端与半导体温
    差发电片的散热面接触,冷凝端与均压环接触,目的是将半导体温差发电片的冷
    端的热量快速地传导到外部均压环和空气中,降低冷端的温度,提高温差发电片
    的端面的温差,获得更高的发电电压。

    进一步的,本发明电源??橹胁捎镁够芬环矫嬗糜诟纳频枷咧芪У牡绯》?br />布,避免电场集中而产生局部放电;另一方面,利用其表面积增加散热功率,降
    低热管冷凝端的问题,增大温差,从而提高温差发电片的输出电压。

    【附图说明】

    图1是本发明的整体结构示意图;

    图2是塞贝克效应示意图;

    图3是本发明传感器温差发电??榻峁雇?;

    图4是本发明传感器能量收集电路示意图;

    图5的本发明铂电阻非线性补偿和放大电路图;

    图6是本发明传感器数据发送端硬件结构图;

    图7是本发明传感器数据接收端的硬件结构图;

    图8是本发明传感器软件的算法流程图;

    图9是本发明传感器红外数据调制和解调示意图。

    其中,1-电力导线;2-铜质导热层;3-半导体温差发电片;4-导热硅胶;5-
    支架环;6-热管;7-均压环。

    【具体实施方式】

    下面结合附图对本发明做进一步详细描述:

    参见图1,本发明包括电源???、控制器、温度测量??橐约笆菔辗⒛??;
    控制器采用间歇式工作方式的低功耗单片机。电源??榘ò诘缌Φ枷?外
    侧的若干半导体温差发电片3,半导体温差发电片3两端设置散热器,半导体温
    差发电片3的两极为输出电源,并与能量收集电路相连;

    半导体温差发电片3采用环形布置的结构将电力导线1包裹,采用6个同型
    号串联的半导体温差发电片,半导体温差发电片在空间上组成环状结构。半导体
    温差发电片3为平板结构,一面为散热面,另一面为吸热面;吸热面贴在承载高
    压大电流的电力导线表面,散热面与均压环和热管组成的散热器接触;半导体温
    差发电片3与电力导线1之间设置有铜质导热层2。铜质导热层2的内表面加工
    为用于适应不同电力导线形状的圆形或矩形,外表面加工为圆形。

    散热器包括套设在半导体温差发电片3两端的支架环5,支架环5的外侧设
    置均压环7,且均压环7通过带有热管6的支架与支架环5相连;均压环7采用
    能够增大散热表面积同时改善周围电场分布的圆环形结构。半导体温差发电片3
    的内外两侧均涂覆有导热硅胶4;热管6的内部充有工作液体,内部有吸液芯,
    由毛细多孔材料构成,热管6在热源的一端为蒸发端,另一端为冷凝端。

    能量收集电路,用于将半导体温差发电片3输出的直流电进行逆变、升压、
    整流和稳压,然后给后续电路供电并将电能存储在电容器中;能量收集电路包括
    逆变升压电路、整流稳压电路以及电容器。

    数据收发???,包括红外数据发送??楹秃焱馐萁邮漳??;

    控制器,通过A/D数模转换电路采集温度测量??槭涑龅牡缪?,并将其换为
    对应的温度数据,由红外数据发送??橄蚝焱馐萁邮漳?榉⑺?;

    温度测量???,采用铂电阻Rt,并通过非线性补偿和放大电路将采集到的信
    号输出至控制器。非线性补偿和放大电路包括3个运算放大器以及3个可变电阻;
    铂电阻Rt的两端分别接在运算放大器A1的输出端和反相输入端上;运算放大器
    A2的输出端通过可变电阻W3连接到运算放大器A1的反相输入端上;运算放大
    器A3的反相输入端与运算放大器A1的输出端相连;运算放大器A1、运算放大器
    A2和运算放大器A3的正向输入端均接地;运算放大器A3的输出端为输出电压
    VO;

    可变电阻W3设置在正反馈支路,用于调整使输出线性化;可变电阻W1设
    置在偏置支路,用于在温度为0℃时,调整可变电阻W1使输出电压VO为零;可
    变电阻W2在放大支路上,用于在温度为最大量程时,调整可变电阻W2使输出
    电压VO为满量程。

    本发明的结构及工作原理:

    参见图2,本发明电源??椴捎玫陌氲继逦虏罘⒌缙腔谌纯诵в?。塞
    贝克效应是指在P型和N型所构成的回路中,如果在半导体的两个接触面出现温
    差,则在P、N半导体所构成的回路中就会产生电动势。温差发电片的基本单元
    是一对P型和N型半导体热电材料串联构成的。当温差发电片的热端的温度高于
    冷端温度时,温差发电片就可以输出电压。其输出的电压的大小与温差直接相关。
    如图2所示,热端有一个热源,由于热激发作用,P型半导体的热端空穴浓度高
    于冷端,N型半导体的电子浓度热端高于冷端,因此在这种浓度梯度的驱动下,
    空穴和电子就开始向低温端扩散,从而形成电动势。这样热电材料就通过高低温
    端的温差完成了将高温端输入的热能直接转化成电能的过程。

    本发明中采用的半导体温差发电片为平板结构,一面为散热面,另一面为吸
    热面,在传感器制造时,吸热面贴在承载高压大电流的电力导线(用于电力传输
    的圆形或矩形截面的大电流母排/导电杆)表面,散热面与均压环和热管组成的散
    热器接触。为了使导热更均匀,散热面与电力导线表面之间增加铜质导热层,其
    一方面是利用铜材料的高导热性使因通过电流在导线上产生热量快速传递到温
    差发电片的吸热面,另一方面,其内表面加工为圆形或矩形以适应不同的电力导
    线形状,外表面为圆形便于传感器的标准化。在半导体温差发电片的两端涂上导
    热硅胶,使热传导更快速和均匀。该型号的半导体温差发电片的工作温度为-50℃
    至200℃。为了获得更高的电压,本发明采用6个同型号的半导体温差发电片串
    联的方式以获得较高的输出电压,温差发电片在空间上组成环状结构。

    参见图3,本发明传感器温差发电??榘氲继逦虏罘⒌缙蜕⑷绕?。散
    热器由均压环和热管等组成。其中半导体温差发电片利用温差直接输出直流电
    压;均压环用于改善周围电场分布,起到?;ぷ饔?;热管用于实现快速地热传导,
    维持半导体温差发电片两端有较高的温差。如图3所示,电力导线是承载高压大
    电流的圆形或矩形截面的大电流母排/导电杆,其在通过电流后由于存在欧姆电
    阻、接触电阻等产生焦耳热以及受到其他部件的热传导作用发热,是本发明中的
    热源。铜质导热层和导热硅胶则用于增减散热效率和使热传导更加均匀。热量由
    电力导线外表面向外传导,经过铜质导热层、半导体温差发电片和热管,传递到
    均压环和周围空气介质中。上述过程使温差发电片的两面维持较高的温差,可以
    输出稳定的直流电压。

    本发明电源??橹械纳⑷绕髦饕捎萌裙芾词迪挚焖俚既?,为了使温差发电
    片的两端维持较高的温差,使用热管来实现快速地导热。热管是一种导热元件,
    它利用热传导原理与相变介质的快速热传导性质,实现将热源的热量快速地传递
    到其它部分,达到快速散热的目的。热管的内部充有工作液体,其内部有吸液芯,
    是由毛细多孔材料构成。热管在热源的一端为蒸发端,另一端称为冷凝端。工作
    液体在蒸发端吸收热量由液态变为汽态,在冷凝端冷却为液态,释放热量,实现
    热量的传导,冷却的工作液通过吸液芯回流回蒸发端。这个过程一直在进行直至
    热管的两端不存在温差,所以热管的导热能力非常好。热管安装在均压环的支架
    上,即热管的蒸发端与半导体温差发电片的散热面接触,冷凝端与均压环接触,
    这样安装的作用是将半导体温差发电片的冷端的热量快速地传导到外部均压环
    和空气中,降低冷端的温度,提高温差发电片的端面的温差,获得更高的发电电
    压。

    本发明电源??橹胁捎镁够芬环矫嬗糜诟纳频枷咧芪У牡绯》植?,避免电
    场集中而产生局部放电;另一方面,利用其表面积增加散热功率,降低热管冷凝
    端的问题,增大温差,从而提高温差发电片的输出电压。本发明中两端分别采用
    1个圆环形均压环,通过支架固定,同时支架将半导体温差发电片紧箍在电力导
    线上,起到加固的作用。而且均压环支架内装有热管,将半导体温差发电片散热
    面的热量快速传导到金属均压环上,起到增加散热的作用。

    参见图4,本发明传感器的能量收集电路采用能量收集芯片将半导体温差发
    电片输出的直流进行逆变、升压、整流和稳压,然后给后续电路供电以及将电能
    存储在电容器中。由于半导体温差发电片输出的电压与温差直接相关,在使用过
    程中,温差可能发生变化,而且输出的直流电压与后续电路的工作电压不符,需
    要将输出的直流进行逆变和升压,然后再整流、稳压。本发明采用一个1:100
    的外部升压器和一个小耦合电容器与能量收集芯片内部的一个耗尽型N沟道
    MOSFET开关形成一个谐振升压振荡器。经过芯片内部的整流和稳压之后,芯片
    输出3.3V电压为后续电路供电。本发明传感器采用间歇式工作方式,在后续电
    路无消耗电能时,能量收集芯片会自动向电容充电。当半导体温差发电片输出不
    足或者是后续电路需要较大的工作电流时,利用电容器存储的电能向后续电路供
    电。

    图5是本发明的铂电阻非线性补偿和放大电路。其中采用3个运算放大器
    A1、A2、A3和3个可变电阻W1、W2、W3。运算放大器A1设置在铂电阻Rt所在
    的支路,运算放大器A2设置在正反馈支路,运算放大器A3设置在放大支路???br />变电阻W3设置在正反馈支路,用于调整使输出线性化;可变电阻W1设置在偏
    置支路,目的是当温度为0℃时,调整W1使输出电压为零;可变电阻W2在放大
    支路上,目的是当温度为最大量程时,调整W2使输出电压也为满量程。

    本发明采用“三点线性设计法”调整电路的可变电阻的阻值,使输出电压在
    温度量程范围内成线性关系。当温度为0℃时,电路的电压输出为0mV;当温度
    为最大量程的一半时,电压输出也为最大电压输出的一半;当温度为最大量程,
    电压输出也为最大输出电压。

    图6是本发明传感器硬件总体结构。其中的电源由图3和图4所示的结构提
    供。其中的控制器是以低功耗单片机为核心的控制电路,其主要任务是通过单片
    机内部的数模(A/D)转换电路采集铂电阻测温电路输出的电压,利用软件算法
    转换为对应的温度数据后,由红外数据发送??橄蚴萁邮斩朔⑺?。本发明的控
    制??椴捎靡缘凸牡テ诵牡目刂频缏?。为了节省能耗,控制器采用间歇
    式工作,周期性的进行温度测量,并将测量结果发送给接收器。在测温期间,控
    制器处于正常模式,控制器采用内部高速时钟,对高精度铂电阻测温电路输出电
    压进行采样,计算对应的温度值。然后将数据通过红外接口??槭涑?。在接收端
    的红外接收头接收数据,解调之后得到温度数据。完成数据发送之后,控制器进
    入休眠状态,同时,设置外部低速时钟进行定时,定时时间到时,自动唤醒控制
    器,完成一个周期的工作流程。采用间歇式的工作方式可以有效地节省传感器消
    耗的电能。

    图7为数据接收端的硬件结构图。其电源由外部供给,数据接收端所处位置
    远离高压端(或可动端),可以采用普通的供电方式。其中的控制器的主要任务
    是接收解调的温度数据。

    图8是本发明传感器软件的算法流程图??刂破鞑捎眉湫降墓ぷ鞣绞?,其
    软件执行流程如下:

    1)当储能电容器上的电压超过其系统工作电压,单片自动复位开机,软件
    开始运行,对单片机及其外围电路进行初始化设置。然后到步骤2)。

    2)如果是刚开机上电后,控制器此时进入测温模式。若是从休眠状态唤醒,
    则需要对部分系统配置重新初始化,进入测温模式。然后到步骤3)。

    3)设置采样配置参数,对铂电阻测温电路的输出电压进行采样。然后到步
    骤4)。

    4)将采样电压数据计算成对应的温度值。然后到步骤5)。

    5)通过红外数据发送??榉⑺臀露仁?。然后到步骤6)。

    6)设置外部寄存器的值,将时钟切换到外部低功耗时钟,控制器进入低功
    耗休眠模式,所有程序停止运行。当定时时间到时,控制器被自动唤醒,然后到
    步骤2)。

    图8图9是本发明传感器红外数据调制和解调示意图。其中(a)是数据调
    制过程,(b)是数据解调过程。数据调制的过程是将二进制信号与调制波叠加,
    数据解调过程是将数据从信号中分离出来。通过红外发送数据,可以避免在强电
    场和强磁场环境下的干扰,数据传输更稳定,推荐调制频率38kHz。

    以上内容仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的?;し段?,凡
    是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发
    明权利要求书的?;し段е?。

    关于本文
    本文标题:一种无源无线测温传感器及测温方法.pdf
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