CN105449840B - 应用无线充电技术的智能传感器及其应用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能传感器，包括CPU和耦接于CPU的无线发送模块，还包括感应线圈、电源模块、可充电电池、切换开关、采样电路和CPU，感应线圈用以感应配电线路的电压或者电流，输出一感应电量；电源模块耦接于感应线圈接收感应电量，并将其转换成供后级电路的第一供电电压；可充电电池耦接于电源模块接收第一供电电压充电储能，并产生供后级电路的第二供电电压，同时向CPU反馈电量；切换开关用以选择第一供电电压或第二供电电压向后级电路供电；采样电路耦接于感应线圈接收感应电量，并将其转换呈数字量的采样信号给CPU；所述CPU依据对采样信号的运算结果和可充电电池的电量控制切换开关动作。本发明提供的智能传感器，具有较高的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电子电器技术领域，尤其是一种智能传感器及应用该传感器的系统。
背景技术
传统的互感器都是2次互感、有线传输，这样在施工安装过程中会因测量点与检测电表的距离不同而导致施工中布线的长短不同，从而会因线路的损耗导致采样精度下降、数据不准确、偏差较大。因为是有线传输，所以现场施工会非常困难，施工成本也非常高，有时会因距离的远近而导致线缆的价值超过电流互感器本身，这就在无形中增加了成本。因是后期施工，所以会经常受制于布线的要求，从而导致电流互感器的安装位置受到很大的限制，不利于现场施工。
为此，现有公告号为CN103903845A的专利公开了一种无源无线电流互感器，所述无源无线电流互感器包括电流感应线圈、与所述电流感应线圈相连的电流变压器及与所述电流变压器相连的无线发射模块，所述无线发射模块包括与所述电流变压器相连的电源电路、与所述电源电路相连的信号处理模块以及与所述信号处理模块相连的RF无线发送模块。
上述专利中的互感器采用电流感应线圈取电于配电线路，通过变压器和电源电路转换得到供后级电路工作的电压，但是，配电线路中难免存在的纹波电流，经过流感应线圈和变压器后对电源电路输出的电压造成影响，从而对后级电路造成影响。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种应用无线充电技术的智能传感器，配置了可充电电池作为备用电源，为后级电路供电，提高了智能传感器的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种应用无线充电技术的智能传感器，包括CPU和耦接于CPU的无线发送模块，还包括
感应线圈，用以感应配电线路上的电压或电流，输出一感应电量；
电源模块，耦接于感应线圈接收感应电量，并将其转换成供后级电路的第一供电电压；
可充电电池，耦接于电源模块接收第一供电电压充电储能，并产生供后级电路的第二供电电压，同时向CPU反馈电量；
切换开关，用以选择第一供电电压或第二供电电压向后级电路供电；
采样电路，耦接于感应线圈接收感应电量，并将其转换呈数字量的采样信号发送至CPU；
所述CPU依据采样信号的运算结果和可充电电池的电量控制切换开关动作。
本发明进一步设置为：所述CPU包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元在CPU运算采样信号求得配电线路上的电压或电流异常时输出第一控制信号，所述第二控制单元在CPU运算采样信号求得配电线路上的电压或电流异常时延时输出第二控制信号；
所述切换开关包括耦接于电源模块为后级电路供电的供电路径上的开关、以及耦接于可充电电池为后级电路供电的供电路径上的开关，所述开关响应于第一控制信号闭合该开关所在的供电路径，所述开关响应于第二控制信号切断该开关所在的供电路径。
本发明进一步设置为：所述CPU包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一、二控制单元在CPU运算采样信号求得配电线路上的电压或电流异常时分别输出第一控制信号和第二控制信号；
所述切换开关包括耦接于电源模块为后级电路供电的供电路径上的开关、以及耦接于可充电电池为后级电路供电的供电路径上的开关，所述开关响应于第一控制信号闭合该开关所在的供电路径，所述开关响应于第二控制信号延时切断该开关所在的供电路径。
通过采用上述技术方案，采用可充电电池作为备用电源，当配电线路上的电压或者电流出现异常时，CPU控制可充电电池为后级电路供电，同时延时切断电源模块的供电路径，这样当配电线路中的电压或者电流出现异常时，不会影响到后级电路，因此智能传感器能够稳定地工作。
本发明进一步设置为：所述CPU包括第三控制单元，所述第三控制单元接收电量、上限参考电量和下限参考电量，并在电量小于下限参考电量时输出第三控制信号，在电量大于上限参考电量时停止输出第三控制信号；
所述电源模块为可充电电池充电的充电路径上耦接有开关，开关响应于第三控制信号闭合充电路径。
通过采用上述技术方案，CPU读取可充电电池的电量信息，并与CPU内部的预设参考值比对，当电量大于上限参考电量时视可充电电池为不需要充电状态，电量小于下限参考电量时视可充电电池为需要充电状态，这样，可保证可充电电池电量充足。
本发明进一步设置为：所述无线发送模块的输出端与天线相连。
本发明的另一目的在于提供一种监测系统，包括带无线接收模块的计量仪表和上述的智能传感器，所述计量仪表的无线接收模块与所述智能传感器的无线发送模块匹配。
通过采用上述技术方案，本发明不受安装环境和布线要求的限制，无需接线、无需断电就可以安装，同时还能方便快捷的实现数据的传输、成本较低。
本发明进一步设置为：还包括与智能传感器通讯的交换机，与交换机通讯的云服务器和显示终端；
所述交换机通过网络系统采集智能传感器的数据，并通过该网络系统将数据存储至云服务器，所述显示终端可通过该网络系统调取数据；
所述显示终端可通过网络系统采集智能传感器的数据并实时显示。
通过采用上述技术方案，本监测系统通过显示终端实时显示智能传感器采集的数据；同时，由于智能传感器采集的数据还存储至云服务器，也可通过显示终端调取存储于云服务器的数据，这样，可显示智能传感器采集的过往的数据。
附图说明
图1为智能传感器的总框图；
图2为智能传感器的分框图一；
图3为智能传感器的分框图二；
图4为监测系统的视图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施例进行说明。
参照图1，一种智能传感器，包括感应线圈、采样电路、CPU、电源模块、可充电电池、切换开关、无线发送模块和天线，其中，由感应线圈、电源模块、可充电电池、切换开关以及相应的线路构成了为CPU以及后级电路供电的两条供电路径。具体地，感应线圈，用以感应配电线路的电压或者电流，输出一感应电量uL；电源模块，耦接于感应线圈接收感应电量uL，并将其转换成供后级电路的第一供电电压V1；可充电电池，耦接于电源模块接收第一供电电压V1充电储能，并产生供后级电路的第二供电电压V2，同时向CPU反馈电量Q；切换开关，用以选择第一供电电压V1或第二供电电压V2向后级电路供电；CPU依据对采样信号dig的运算结果和可充电电池的电量Q控制切换开关动作。图中的控制信号ctrl包括下文提及的第一控制信号c1、第二控制信号c2和第三控制信号c3。
参照图2，CPU包括第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元在CPU对采样信号dig运算求得配电线路上的电压或者电流异常时输出第一控制信号c1，第二控制单元在CPU对采样信号dig运算求得配电线路上的电压或者电流异常时延时输出第二控制信号c2；
切换开关包括耦接于电源模块为后级电路供电的供电路径上的开关S1、以及耦接于可充电电池为后级电路供电的供电路径上的开关S2，开关S1响应于第一控制信号c1导通该开关所在的供电路径，开关S2响应于第二控制信号c2切断该开关所在的供电路径。
这样设置，当配电线路上的电压或者电流正常时，感应线圈输出感应电量uL，经电源模块转换成后输出第一供电电压V1，为后级电路供电，同时电源模块为可充电电池充电；当配电线路上的电压或者电流异常时，此处表现为谐波电流或者其他形式的异常状况，通过采样电路采样并由CPU进行判断，最终由CPU控制切换开关将电源模块切断，将可充电电池连通，使可充电电池对后级电路进行供电，这样，后级电路不受配电线路上的谐波电流影响。其中，第一控制信号c1和第二控制信号c2输出的时间不同，第二控制信号c2滞后于第一控制信号c1，表现为开关S1导通的瞬间，开关S2延时关断；这样，即可避免切换开关动作时后级电路失电。
参照图2，也可是，CPU包括第一控制单元和第二控制单元，第一、二控制单元在CPU对采样信号dig运算求得配电线路上的电压或者电流异常时分别输出第一控制信号c1和第二控制信号c2；
切换开关包括耦接于电源模块为后级电路供电的供电路径上的开关S1、以及耦接于可充电电池为后级电路供电的供电路径上的开关S2，开关S1响应于第一控制信号c1导通该开关所在的供电路径，开关S2响应于第二控制信号c2延时切断该开关所在的供电路径。
这样设置，当配电线路上的电压或者电流正常时，感应线圈输出感应电量uL，经电源模块转换成后输出第一供电电压V1，为后级电路供电，同时电源模块为可充电电池充电；当配电线路上的电压或者电流异常时，此处表现为谐波电流或者其他形式的异常状况，通过采样电路采样并由CPU进行判断，最终由CPU控制切换开关将电源模块切断，将可充电电池连通，使可充电电池对后级电路进行供电，这样，后级电路不受配电线路上的谐波电流影响。其中，第一控制信号c1和第二控制信号c2同时输出，开关S1立即响应于第一控制信号c1，开关S2延时响应于第二控制信号c2。表现为开关S1导通的瞬间，开关S2延时关断；这样，即可避免切换开关动作时后级电路失电。
参照图3，CPU包括第三控制单元，第三控制单元接收电量Q、上限参考电量Qref1和下限参考电量Qref2，并在电量Q小于下限参考电量Qref2时输出第三控制信号c3，在电量Q大于上限参考电量Qref1时停止输出第三控制信号c3；电源模块为可充电电池充电的充电路径上耦接有开关S3，开关S3响应于第三控制信号c3闭合充电路径。
这样设置，CPU读取可充电电池的电量信息，并与CPU内部的预设参考值比对，当电量大于上限参考电量时视可充电电池为不需要充电状态，电量小于下限参考电量时视可充电电池为需要充电状态，这样，可保证可充电电池电量充足。
参照图4，一种监测系统，包括带无线接收模块的计量仪表和图1至图3中叙述的智能传感器，计量仪表的无线接收模块与所述智能传感器的无线发送模块匹配。这样设置，本发明的无线智能传感器不受安装环境和布线要求的限制，无需接线、无需断电就可以安装，同时还能方便快捷的实现数据的传输、成本较低。
另外，本监测系统还包括与智能传感器通讯的交换机，与交换机通讯的云服务器和显示终端；交换机通过网络系统采集智能传感器的数据，并通过该网络系统将数据存储至云服务器，显示终端可通过该网络系统调取数据；显示终端可通过网络系统采集智能传感器的数据并实时显示。这样设置，本监测系统通过显示终端实时显示智能传感器采集的数据；同时，由于智能传感器采集的数据还存储至云服务器，也可通过显示终端调取存储于云服务器的数据显示，这样，可显示智能传感器采集的过往的数据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种应用无线充电技术的智能传感器，包括CPU和耦接于CPU的无线发送模块，其特征在于：还包括
感应线圈，用以感应配电线路上的电压或电流，输出一感应电量（uL）；电源模块，耦接于感应线圈接收感应电量（uL），并将其转换成供后级电路的第一供电电压（V1）；
可充电电池，耦接于电源模块接收第一供电电压（V1）充电储能，并产生供后级电路的第二供电电压（V2），同时向CPU反馈电量（Q）；
切换开关，用以选择第一供电电压（V1）或第二供电电压（V2）向后级电路供电；采样电路，耦接于感应线圈接收感应电量（uL），并将其转换呈数字量的采样信号（dig）发送至CPU；所述CPU依据采样信号（dig）的运算结果和可充电电池的电量（Q）控制切换开关动作；
所述CPU包括第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元和第二控制单元在CPU对采样信号dig运算求得配电线路上的电压或者电流异常时分别输出第一控制信号c1和第二控制信号c2；
切换开关包括耦接于电源模块为后级电路供电路径上的开关S1、以及耦接于可充电电池为后级电路供电的供电路径上的开关S2，开关S1响应于第一控制信号c1导通该开关所在的供电路径，开关S2响应于第二控制信号c2延时切断该开关所在的供电路径；
其中，第一控制信号c1和第二控制信号c2同时输出，开关S1立即响应第一控制信号c1，开关S2延时响应于第二控制信号c2，表现为开关S1导通的瞬间，开关S2延时关断，以使得在切换开关动作时，后级电路不会失电；
所述CPU还包括第三控制单元，所述第三控制单元接收电量（Q）、上限参考电量（Qref1）和下限参考电量（Qref2），并在电量（Q）小于下限参考电量（Qref2）时输出第三控制信号（c3），在电量（Q）大于上限参考电量（Qref1）时停止输出第三控制信号（c3）；
所述电源模块为可充电电池充电的充电路径上耦接有开关（S3），开关（S3）响应于第三控制信号（c3）闭合充电路径。
2.根据权利要求1所述的智能传感器，其特征在于：所述无线发送模块的输出端与天线相连。
3.一种应用系统，包括带无线接收模块的计量仪表，包括带无线接收模块的计量仪表和如权利要求1-2任一项所述的智能传感器，所述计量仪表的无线接收模块与所述智能传感器的无线发送模块匹配；还包括与智能传感器通讯的交换机、与交换机通讯的云服务器和显示终端；所述交换机通过网络系统采集智能传感器的数据，并通过该网络系统将数据存储至云服务器，所述显示终端可通过该网络系统调取数据，所述显示终端可通过网络系统采集智能传感器的数据并且实时显示。
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