CN106289574A - 一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统，包含监控终端、无线路由器、以及由多个温度传感器节点组成的数据采集终端，所述数据采集终端的输出端连接无线路由器的输入端，所述无线路由器的输出端连接监控终端的输入端；所述温度传感器节点包含温度传感器、模数转换电路、放大电路、滤波电路、微控制器模块、DSP模块、无线收发芯片和电源模块，本发明具有测量精度高、受环境影响小、成本低等优点；由温度传感器将温度采集后输出的模拟信号逐步送往模数转换电路、放大电路、滤波电路，然后在DSP模块的控制下将A/D转换器输出的数字信号传送到无线收发芯片中，进而传输至无线路由器，进而汇总传输至监控终端。

Description

一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统

技术领域

本发明涉及一种姿态传感器，尤其涉及一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统，属于传感器控制领域。

背景技术

在工业生产过程中，温度是最为常见、最为重要的物理工艺参数之一。随着社会的发展，工业中对温度测量的要求也越来越高，测量数据的范围也越来越大。温度采集系统设计时，传感器模块的设计将直接影响着数据的测量效果，随着测量要求的提高，传感器模块电路的复杂程度也会越来越高，无疑带来布线的困难和效率的下降，同时存在着易短路，易老化等隐患，给系统的综合调试和维护带来难度。与传统的有线通信技术相比，无线传输技术具有测量精度高、受环境影响小、成本低等优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统，包含监控终端、无线路由器、以及由多个温度传感器节点组成的数据采集终端，所述数据采集终端的输出端连接无线路由器的输入端，所述无线路由器的输出端连接监控终端的输入端；所述温度传感器节点包含温度传感器、模数转换电路、放大电路、滤波电路、微控制器模块、DSP模块、无线收发芯片和电源模块，温度传感器依次经过模数转换电路、放大电路、滤波电路连接微控制器模块，所述微控制器模块通过DSP模块连接无线收发芯片，所述电源模块分别和温度传感器、模数转换电路、放大电路、滤波电路、微控制器模块、DSP模块、无线收发芯片连接用于提供所需电能；

所述电源模块包含依次连接的温差电能收集器、电源能量管理电路，所述电能管理电路包含MPPT模块、电能输出接口、升压电路和能量缓冲器，所述能量缓冲器包含储能电容、比较器和稳压器，所述MPPT模块的输出端连接电能输出接口的输入端、所述电能输出接口的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接稳压器的输入端，所述比较器和储能电容分别连接在升压电路和稳压器之间。

作为本发明一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统的进一步优选方案，所述微控制器模块采用AVR系列单片机。

作为本发明一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统的进一步优选方案，所述温度传感器的芯片型号为ADC0832。

作为本发明一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统的进一步优选方案，所述模数转换电路的芯片型号为TMS320LF240。

作为本发明一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统的进一步优选方案，所述升压电路包含变换器、电感、稳压管、第一电解电容、第二电解电容、第一电阻和第二电阻，第一电解电容的正极分别连接电感的一端和电能输出接口的输出端，电感的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接稳压管的正极和变换器的输入端，稳压管的负极分别连接第二电解电容的正极、变换器的输出端和开关的常闭端，开关的活动端与第二电阻串联后与能量缓冲器连接，第一电解电容的负极、第二电解电容的负极、变换器的接地端与地连接。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明具有测量精度高、受环境影响小、成本低等优点；

2、本发明由温度传感器将温度采集后输出的模拟信号逐步送往模数转换电路、放大电路、滤波电路，然后在DSP模块的的控制下将A/D转换器输出的数字信号传送到无线收发芯片中，进而传输至无线路由器，进而汇总传输至监控终端；

3、本发明通过高效的能量收集和有效的能量管理实现了无线传感器网络的功能，成为了真正的能量自供给无线传感器系统，同时也顺应了现在我国通信行业绿色无线电的发展要求；

4、本发明以微型温差发电器作为能量源，以德州仪器公司的超低功耗能量管理芯片BQ25504作为DC-DC升压变换器实现了可以从低至80mV的能量源采集能量，并利用外围电路实现对能量源的最大功率点跟踪控制，并结合能量缓冲器在必要时存储能量，然后通过MIC841N双电压比较器和TPS78001超低压差线性稳压器，实现了微型温差能量的有效采集和利用。

附图说明

图1是本发明的结构原理图；

图2是本发明温度传感器节点结构原理图；

图3是本发明温度传感器节点电源模块升压电路电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统，包含监控终端、无线路由器、以及由多个温度传感器节点组成的数据采集终端，所述数据采集终端的输出端连接无线路由器的输入端，所述无线路由器的输出端连接监控终端的输入端，所述数据采集终端用于实时采集社区的温度参数进而经过无线路由器汇总传输至监控终端。

如图2所示，所述温度传感器节点包含温度传感器、模数转换电路、放大电路、滤波电路、微控制器模块、DSP模块、无线收发芯片和电源模块，温度传感器依次经过模数转换电路、放大电路、滤波电路连接微控制器模块，所述微控制器模块通过DSP模块连接无线收发芯片，所述电源模块分别和温度传感器、模数转换电路、放大电路、滤波电路、微控制器模块、DSP模块、无线收发芯片连接用于提供所需电能；所述温度传感器用于实时采集社区环境温度参数，所述模数转换模块用于将温度传感器采集的模拟信号转换成数字信号，进而经过放大电路进行放大处理，进而经过滤波电路进行滤波处理，传输至微控制器模块，进而经过DSP模块通过无线收发芯片传输至无线路由器。

所述电源模块包含依次连接的温差电能收集器、电源能量管理电路，所述电能管理电路包含MPPT模块、电能输出接口、升压电路和能量缓冲器，所述能量缓冲器包含储能电容、比较器和稳压器，所述MPPT模块的输出端连接电能输出接口的输入端、所述电能输出接口的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接稳压器的输入端，所述比较器和储能电容分别连接在升压电路和稳压器之间。所述微控制器模块采用AVR系列单片机，所述温度传感器的芯片型号为ADC0832，所述模数转换电路的芯片型号为TMS320LF240。

如图3所示，所述升压电路包含变换器、电感、稳压管、第一电解电容、第二电解电容、第一电阻和第二电阻，第一电解电容的正极分别连接电感的一端和电能输出接口的输出端，电感的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接稳压管的正极和变换器的输入端，稳压管的负极分别连接第二电解电容的正极、变换器的输出端和开关的常闭端，开关的活动端与第二电阻串联后与能量缓冲器连接，第一电解电容的负极、第二电解电容的负极、变换器的接地端与地连接。

本发明具有测量精度高、受环境影响小、成本低等优点；本发明由温度传感器将温度采集后输出的模拟信号逐步送往模数转换电路、放大电路、滤波电路，然后在单片机的控制下将A/D转换器输出的数字信号传送到无线收发芯片中，并通过芯片的调制处理后由芯片内部的天线发送到主控制器模块，在主控制器模块中，发送来的数据由单片机控制的无线收发芯片接收并解调进行显示和处理。

温度采集模块的主要功能是对模拟量进行数字化，这里选用逐次逼近型模数转换电路ADC0832芯片，该芯片具有8位分辨率，转换范围为0~5 V，由于数据的输入和输出不在同一时间进行，所以DI和D0可以接到同一个引脚上。ADC0832使用SPI 串行接口与单片机进行通信，电源电压为+5 V,去耦电容C 为0.1 μF。

本发明通过高效的能量收集和有效的能量管理实现了无线传感器网络的功能，成为了真正的能量自供给无线传感器系统，同时也顺应了现在我国通信行业绿色无线电的发展要求，本发明以微型温差发电器作为能量源，以德州仪器公司的超低功耗能量管理芯片BQ25504作为DC-DC升压变换器实现了可以从低至80mV的能量源采集能量，并利用外围电路实现对能量源的最大功率点跟踪控制，并结合能量缓冲器在必要时存储能量，然后通过MIC841N双电压比较器和TPS78001超低压差线性稳压器，实现了微型温差能量的有效采集和利用。

微型温差发电器供电的无线传感器网络节点的发射端结构由温差电能收集器、具有MPPT功能的升压电路、能量缓冲器和系统负载组成。温差电能收集器是由热电转换芯片组成的，可以根据实际的应用场所的大小和所需电能的多少决定热电转换芯片表面积大小和叠加的层数，用以满足不同的应用环境。

电源管理集成电路主要是由最大功率点跟踪模块、电能输出接口、升压电路、能量缓冲器构成。其中能量缓冲器电路由储能电容、比较器电路和稳压器电路构成。负载主要包括处理传感器采集到的数据，并通过无线发射模块发射出去。

BQ25504电源管理芯片主要实现了从热能转换模块中以超低功耗汲取能量。BQ25504是一个16个引脚的、3mm*3mm分装的高效率能量管理芯片，16个引脚依次逆时针分布，本发明通过合理地应用这些引脚的相应的功能，实现了微型能量的高效管理。除此之外，该芯片的一个显著优点是拥有超低的工作启动电压，这使得它可以在稳定工作时从低至80mv的能量源提取能量，并对超低电压进行升压转换，以便后续电路进行存储使用。搭配合适的外围电路实现了从超低功率能量源采集电能的最大功率点跟踪，这对于微型温差能量自供给系统有着至关重要的作用。同时通过外围电路设定过压和欠压的电路保护，保证芯片的稳定工作。

MIC841N是一个超低功耗的具有内部参考电压的双电压比较器。在本发明通过设置其电压比较的上限和下限来驱动后面的线性稳压器。其工作的特点是，通过不断的检测引脚VDD上的电压，并与引脚LTH和HTH上设定的工作电压进行比较，从而确定输出的电压(即引脚OUT的输出信号)的高低，进而控制稳压器TPS78001的工作状态。

TPS78001是TI生产的超低功耗稳压器，它可以实现电路输出电压的稳压作用，通过设置相应的外围电路的电阻参数，可以使输出得到一个稳定的电压，这样就可以稳定地驱动后面的无线传感器发射节点。

本发明通过高效的能量收集和有效的能量管理实现了无线传感器网络的功能，成为了真正的能量自供给无线传感器系统，同时也顺应了现在我国通信行业绿色无线电的发展要求。

综上所述，本发明只保护硬件之间的连接关系及整体结构，不保护硬件所涉及的具体算法，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统，其特征在于：包含监控终端、无线路由器、以及由多个温度传感器节点组成的数据采集终端，所述数据采集终端的输出端连接无线路由器的输入端，所述无线路由器的输出端连接监控终端的输入端；所述温度传感器节点包含温度传感器、模数转换电路、放大电路、滤波电路、微控制器模块、DSP模块、无线收发芯片和电源模块，温度传感器依次经过模数转换电路、放大电路、滤波电路连接微控制器模块，所述微控制器模块通过DSP模块连接无线收发芯片，所述电源模块分别和温度传感器、模数转换电路、放大电路、滤波电路、微控制器模块、DSP模块、无线收发芯片连接用于提供所需电能；

所述电源模块包含依次连接的温差电能收集器、电源能量管理电路，所述电能管理电路包含MPPT模块、电能输出接口、升压电路和能量缓冲器，所述能量缓冲器包含储能电容、比较器和稳压器，所述MPPT模块的输出端连接电能输出接口的输入端、所述电能输出接口的输出端连接升压电路的输入端，所述升压电路的输出端连接稳压器的输入端，所述比较器和储能电容分别连接在升压电路和稳压器之间。

2.根据权利要求1所述的一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统，其特征在于：所述微控制器模块采用AVR系列单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统，其特征在于：所述温度传感器的芯片型号为ADC0832。

4.根据权利要求1所述的一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统，其特征在于：所述模数转换电路的芯片型号为TMS320LF240。

5.根据权利要求1所述的一种基于温度传感器的社区环境温度采集系统，其特征在于：所述升压电路包含变换器、电感、稳压管、第一电解电容、第二电解电容、第一电阻和第二电阻，第一电解电容的正极分别连接电感的一端和电能输出接口的输出端，电感的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接稳压管的正极和变换器的输入端，稳压管的负极分别连接第二电解电容的正极、变换器的输出端和开关的常闭端，开关的活动端与第二电阻串联后与能量缓冲器连接，第一电解电容的负极、第二电解电容的负极、变换器的接地端与地连接。