CN106895925A - 电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块 - Google Patents

电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块 Download PDF

Info

Publication number
CN106895925A
CN106895925A CN201611271044.3A CN201611271044A CN106895925A CN 106895925 A CN106895925 A CN 106895925A CN 201611271044 A CN201611271044 A CN 201611271044A CN 106895925 A CN106895925 A CN 106895925A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
battery powered
wireless sensor
powered wireless
sensor module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611271044.3A
Other languages
English (en)
Inventor
谭良才
俞文理
胡欣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Archimedes Automation
Original Assignee
Archimedes Automation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Archimedes Automation filed Critical Archimedes Automation
Publication of CN106895925A publication Critical patent/CN106895925A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q9/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2215/00—Details concerning sensor power supply
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/40—Arrangements in telecontrol or telemetry systems using a wireless architecture
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/80—Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device
    • H04Q2209/82—Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device where the sensing device takes the initiative of sending data
    • H04Q2209/823—Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device where the sensing device takes the initiative of sending data where the data is sent when the measured values exceed a threshold, e.g. sending an alarm
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/80—Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device
    • H04Q2209/84—Measuring functions
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/80—Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device
    • H04Q2209/88—Providing power supply at the sub-station

Abstract

本公开涉及电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块。基于自适应算法的电池供电的长距离无线温度和湿度传感器模块。传感器模块使用自适应算法在事件基础上和/或缩减基础上传输数据，以将电池寿命延长到10年以上。它还使用具有小于1GHz的频率和长达250米的有效传输距离的低功率无线发射器、低功率温度和湿度传感器以及具有20年保质期的持久锂电池。

Description

电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块
技术领域
本发明涉及传感器和测量，并且更具体地涉及无线空气温度和相对湿度传感器。
背景技术
空气温度和湿度测量对于关键任务设施中的环境监视和能量管理系统至关重要。这些系统通常在实时测量中需要大量的传感器。有两种传感器用于这些系统，有线的和无线的。常规传感器是有线的，其依靠物理线路来提供持续的电力供应并且传输数据到数据获取系统。然而，有线传感器和系统要花费长时间来安装并且它们的可靠性取决于电力供应。市场上有少量的电池供电的无线温度和湿度传感器。它们使用无线技术，如WIFI，ZigBee或sub-1G MHz系统来传输数据。这些无线传感器具有相对短的传输距离，在开放空间处从20米到100米。它们的电池寿命通常也较短，为1至5年。虽然有若干产品声称它们的电池寿命大于10年，但是这些传感器体积大，并且它们的传输距离短。
发明内容
描述的是电池供电的长距离无线温度和湿度传感器模块。这些传感器包括管理传感器的功率需求的自适应算法。在一些实施方式中，传感器模块具有大于5年，大于10年或大于15年的长寿命，而无需更换电池。这些传感器可包括传输数据的自适应算法。该算法可减小基于事件的数据传输和/或以其他方式减小数据传输频率以将电池寿命延长到大于5年，大于10年或大于15年。传感器也可以包括低功率无线发射器，其具有小于1GHz(sub-1GHz)的传输频率和大于100米、大于150米、大于200米和达到250米的有效传输距离。温度和湿度传感器可包括持久的锂电池作为电源。优选地，该电池具有至少15年或大于20年的保质期。
它具有小尺寸，优选具有小于80mm长×80mm宽×20mm厚的尺寸且小于90克。优选地，传感器易于安装。在一些实施例中，传感器包括磁体以允许快速附接到金属表面。
本发明的目的是通过开发一种小尺寸、电池供电的、长寿命的、长距离无线温度和湿度传感器模块来解决这些问题。
附图说明
当结合随后的详细描述考虑时，通过参考附图可获得对本发明的完整理解，其中：
图1是电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块的透视图；
图2是印刷电路板的方框图的详细视图；
图3是自适应算法的工作流程的详细视图；
为了清晰和简洁的目的，附图中相同的元件和部件将用相同的标示和编号表示。
具体实施方式
本发明涉及电池供电的无线温度和湿度传感器。该传感器具有长寿命和长传输距离。传感器可以包括自适应算法以在事件基础上传输数据和/或以其他方式减少数据传输频率以将电池寿命延长到大于5年、大于10年或大于15年。传感器可以包括低功率无线发射器，其具有小于1GHz的频率和长达250米的有效传输距离。
图1是电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块100的透视图。该模块包括外壳110，一个或多个气流格栅111，印刷电路板200，电池组202，处理器204，带有天线的无线模块206，温度和湿度传感器208和电力管理电路212。
例如，外壳110可以是两个塑料件，用于保持传感器模块的所有部件。它可以具有大约67mm×67mm×26mm的尺寸。优选地，传感器模块100在任何一个维度上都小于100mm，优选地，小于80mm，优选地，小于70mm。优选地，传感器模块的厚度小于50mm，小于30mm，或小于20mm。
气流格栅111包括与外壳110集成的一组开口，用于允许空气流入传感器模块，从而使得可以响应地和精确地测量温度和湿度，并且移除由传感器模块生成的热量。该格栅可以刚性地模制为外壳110的一部分。
图2示出了印刷电路板200的方框图的详细视图。印刷电路板200可将传感器模块的所有电子部件连接在一起，并且可以刚性地螺丝固定到所述外壳110。
印刷电路板可包括电池202，一个电池的示例是锂离子电池，例如Energizer L91。电池组202是两个AA锂电池的固体封装件，具有20年的保质期，用于给传感器模块提供电力，并刚性地焊接到所述印刷电路板200。
印刷电路板可包括一个或多个处理器204。处理器204是微控制器单元，用于处理所有的输入和输出请求并执行自适应算法以便用最小的能量传输数据，并刚性地焊接到所述印刷电路板200。处理器204的一个示例是低功率微控制器，例如TI MSP430系列处理器。
电路板200还包括无线模块206。无线模块206可具有天线，具有小于1GHz的频率，并且具有在开放空间处长达250米的传输距离，用于将数据传输到传感器控制器。无线模块206的示例是高性能无线模块，诸如带有天线66089-0406的Anaren集成无线电(AIR)A1101R04C和带有天线66089-8906的AIR A110LR09C。无线模块206可刚性地焊接到所述印刷电路板200。
温度和湿度传感器208是高精度、低功率用途的传感器，用于感测空气温度和相对湿度，并发送数据到处理器204，该传感器刚性地焊接到所述印刷电路板200。温度和湿度传感器208由用于测量温度的负温度系数(NTC)热敏电阻和用于测量相对湿度的聚合物电介质电容传感元件组成。它包括混合信号专用集成电路(ASIC)，以便通过数字串行接口提供测量信息。温度和湿度传感器208的示例是低功率数字温度和湿度传感器，诸如ST HTS221和TI HDC1000传感器。传感器优选地在数据获取模式中使用小于2微安(μA)并且在休眠或关机模式中使用小于0.5μA，以节约能量。
电力管理电路212测量电池电压并在其小于2.4V时关断电力。该电路可以刚性地焊接到印刷电路板200。
电路板200还包括存储装置214，诸如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，和/或非易失性存储器，诸如闪速存储器装置。
电路板200还包括调试模块216，调试模块可以是用于在制造之后编写固件、验证设计和测试印刷电路板的联合测试行动组(JTAG)连接器。
电路板200还可以包括除温度和湿度传感器之外的其他传感器。这些传感器的示例包括气压传感器、二氧化碳传感器、颗粒物传感器和光度水平传感器。
图3示出了包括自适应算法的使用的过程的详细视图。如图3所示，最初将先前温度(PT)和先前相对湿度(PRH)测量设置为0。温度容差设置点(TTS)是可调节的并且通常设置为0.5℃。相对湿度容差设置点(RHTS)是可调节的并且通常设置为5％。持续小时(LH)是从上次数据传输起的时间量，其最初被设置为0。最大小时MH是可调节的并且通常设为2小时。MH是自上次发送数据以来的最大时间量。MH也可以是一个2分钟到24小时之间的随机数。
然后测量当前温度(CT)和当前相对湿度(CRH)。然后确定从当前温度减去先前温度和从当前相对湿度减去先前相对湿度的绝对值是否分别小于它们的设置点。如果任意一个是“否”，数据被发送到传感器控制器并且先前温度和先前相对湿度被设置为当前温度和当前相对湿度。如果当前温度和当前相对湿度的绝对值都小于它们各自的设置点，则然后确定持续小时(LH)是否小于最大小时(MH)。如果LH＜MH，则不发送数据，并且LH增加时间步长值。如果LH≥MH，则发送数据到传感器控制器并且LH被设置为0。对于每个时间步长，先前温度和先前相对湿度被设置为当前温度和当前相对湿度。
为了解释的目的，已经参考具体实施方式描述了前述描述。上述说明性的讨论不意图是穷尽的或将本发明限制到所公开的精确形式。在上述教导下可能有很多修改和变形。选择和描述实施方式是为了最好地解释技术的原理和其实际应用。本领域技术人员能够最好地使用该技术和具有适合于预想的特定用途的各种修改的各种实施方式。
虽然已经参考附图完整地描述了本公开和示例，但是应当注意，各种改变和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。这种改变和修改被理解为被包括在权利要求所限定的公开和示例的范围之内。

Claims (7)

1.一种电池供电的无线传感器模块，用于测量空气温度和相对湿度，并且将数据无线地传输到传感器控制器，所述电池供电的无线传感器模块包括：
保持所述传感器模块的部件的塑料外壳；
允许空气流进所述传感器模块的气流格栅；
在所述外壳内的电路板；
一个或多个锂电池；
无线模块，所述无线模块具有小于1GHz的传输频率，具有大于100米的传输距离；
微控制器单元处理器，所述微控制器单元处理器用于执行自适应算法以用于控制来自所述无线传感器模块的数据的传输；
温度和湿度传感器，所述温度和湿度传感器用于感测空气温度和相对湿度并且发送数据到所述处理器；
电力管理电路，所述电力管理电路用于测量电池电压并且在该电池电压低于阈值电压时关断电力；以及
存储器，所述存储器包括自适应算法，所述自适应算法用于基于温度或相对湿度的改变来控制来自所述无线传感器模块的数据的传输。
2.如权利要求1所述的电池供电的无线传感器模块，其中所述传感器模块在使用期间具有大于10年的电池寿命。
3.如权利要求1所述的电池供电的无线传感器模块，其中所述模块包括两个AA锂离子电池。
4.如权利要求1所述的电池供电的无线传感器模块，其中所述模块在任何一个维度上都小于100mm。
5.如权利要求1所述的电池供电的无线传感器模块，其中所述模块在任何一个维度上都小于80mm。
6.如权利要求1所述的电池供电的无线传感器模块，其中所述模块具有小于20mm的厚度。
7.如权利要求1所述的电池供电的无线传感器模块，其中所述模块包括将传感器附接到金属表面的磁体。
CN201611271044.3A 2015-12-18 2016-12-16 电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块 Pending CN106895925A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562269902P 2015-12-18 2015-12-18
US62/269,902 2015-12-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106895925A true CN106895925A (zh) 2017-06-27

Family

ID=59086925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611271044.3A Pending CN106895925A (zh) 2015-12-18 2016-12-16 电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块

Country Status (2)

Country Link
US (2) US10171893B2 (zh)
CN (1) CN106895925A (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106899497A (zh) * 2015-12-18 2017-06-27 阿基米德自动控制公司 智能多通道无线数据获取网关
CN106895547A (zh) 2015-12-18 2017-06-27 阿基米德自动控制公司 自适应自动计算机机房空调crac主控制方法及系统
US11815504B2 (en) * 2016-07-11 2023-11-14 Quipip, Llc Sensor device, and systems and methods for obtaining measurements of selected characteristics of a concrete mixture
CN209326840U (zh) 2018-12-27 2019-08-30 热敏碟公司 压力传感器及压力变送器
KR20220061111A (ko) * 2019-08-06 2022-05-12 오비탈 시스템즈 에이비 누출 감지 시스템

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2751534Y (zh) * 2004-09-07 2006-01-18 贺冬仙 温室环境监控装置
CN102387519A (zh) * 2011-08-04 2012-03-21 南京三宝通信技术实业有限公司 基于数据通信频率自适应调节技术的智能节能型监测节点装置
CN102395183A (zh) * 2011-12-18 2012-03-28 上海集成通信设备有限公司 ZigBee无线传感器节电方法
CN102401671A (zh) * 2010-09-17 2012-04-04 北京航空航天大学 带网络测试与显示功能的无线温湿度自适应传感器
CN103228031A (zh) * 2013-05-02 2013-07-31 黄晓峰 一种低功耗无线数据采集器
CN203133918U (zh) * 2013-03-29 2013-08-14 浙江农林大学 小型无线温湿度标签
CN203274929U (zh) * 2013-05-13 2013-11-06 徐秀峰 电力系统高压设备温度遥测装置
CN105517204A (zh) * 2014-10-08 2016-04-20 上海科斗电子科技有限公司 物联网传感器数据集中处理系统

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005522164A (ja) 2002-03-28 2005-07-21 ロバートショー コントロールズ カンパニー エネルギー管理システム及び方法
WO2009114626A2 (en) * 2008-03-11 2009-09-17 The Regents Of The University Of California Wireless sensors and applications
US10599106B2 (en) 2008-11-12 2020-03-24 Bravo Zulu International Ltd. “Cloud capable” battery device command and control management system with an artificial intelligence means
US8760293B2 (en) * 2009-03-27 2014-06-24 Lutron Electronics Co., Inc. Wireless sensor having a variable transmission rate
US10690540B2 (en) 2015-10-06 2020-06-23 View, Inc. Multi-sensor having a light diffusing element around a periphery of a ring of photosensors
US9329579B2 (en) * 2010-11-05 2016-05-03 Scanimetrics Inc. Wireless sensor device
US9250962B2 (en) 2011-01-10 2016-02-02 International Business Machines Corporation Optimizing energy use in a data center by workload scheduling and management
US20130098593A1 (en) 2011-10-19 2013-04-25 International Business Machines Corporation Independent computer system zone cooling responsive to zone power consumption
MX354903B (es) * 2012-06-27 2018-03-23 Treefrog Dev Inc Seguimiento y control de efectos personales.
US9147013B2 (en) * 2012-09-01 2015-09-29 Texas Instruments Incorporated Wireless sensor with FRAM
US20150134123A1 (en) 2013-11-14 2015-05-14 Ces Group, Llc Predictive monitoring and control of an environment using cfd
KR20150118278A (ko) 2014-04-11 2015-10-22 엘지전자 주식회사 원격 관리 서버, 이를 포함한 원격 관리 시스템 및 이의 원격 관리 방법
US10168676B2 (en) 2014-04-29 2019-01-01 Cox Communications, Inc. Systems and methods for intelligent customization of an automation control service
US10506054B2 (en) * 2014-07-07 2019-12-10 Sq Mind Inc Building occupancy sensor network
US20170018042A1 (en) 2015-07-14 2017-01-19 Pavan Pudipeddi Method and system for enhanced smart automation management facilitating social cookery
US9445270B1 (en) 2015-12-04 2016-09-13 Samsara Authentication of a gateway device in a sensor network
CN106899497A (zh) 2015-12-18 2017-06-27 阿基米德自动控制公司 智能多通道无线数据获取网关
CN106895547A (zh) 2015-12-18 2017-06-27 阿基米德自动控制公司 自适应自动计算机机房空调crac主控制方法及系统
US20170176033A1 (en) 2015-12-18 2017-06-22 Archimedes Controls Corp. Intelligent mission critical environmental monitoring and energy management system
US20170177762A1 (en) 2015-12-18 2017-06-22 Archimedes Controls Corp. Data center three dimension temperature and humidity contour generator and method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2751534Y (zh) * 2004-09-07 2006-01-18 贺冬仙 温室环境监控装置
CN102401671A (zh) * 2010-09-17 2012-04-04 北京航空航天大学 带网络测试与显示功能的无线温湿度自适应传感器
CN102387519A (zh) * 2011-08-04 2012-03-21 南京三宝通信技术实业有限公司 基于数据通信频率自适应调节技术的智能节能型监测节点装置
CN102395183A (zh) * 2011-12-18 2012-03-28 上海集成通信设备有限公司 ZigBee无线传感器节电方法
CN203133918U (zh) * 2013-03-29 2013-08-14 浙江农林大学 小型无线温湿度标签
CN103228031A (zh) * 2013-05-02 2013-07-31 黄晓峰 一种低功耗无线数据采集器
CN203274929U (zh) * 2013-05-13 2013-11-06 徐秀峰 电力系统高压设备温度遥测装置
CN105517204A (zh) * 2014-10-08 2016-04-20 上海科斗电子科技有限公司 物联网传感器数据集中处理系统

Also Published As

Publication number Publication date
US10715885B2 (en) 2020-07-14
US10171893B2 (en) 2019-01-01
US20190098379A1 (en) 2019-03-28
US20170188121A1 (en) 2017-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106895925A (zh) 电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块
EP3855555A3 (en) Battery pack
CN105548889A (zh) 用于估计电池的膨胀的方法和系统及自适应充电技术
CN203324211U (zh) 一种测量电池比热容及发热量的装置
WO2007108851A3 (en) Power supply temperature sensor and system
CN104553843A (zh) 控制燃料电池汽车的冷起动的方法和设备
US9766296B2 (en) Method for correcting voltage sensor included in battery rack
CN110495046A (zh) 用于估计电池的温度的装置和方法
US8756025B2 (en) Temperature sensing of electric batteries
Ramirez et al. Thermal environment sensor array: Part 1 development and field performance assessment
CN207541236U (zh) 一种锂离子电池循环寿命的检测装置
KR20110003477A (ko) 물리적 양들의 측정된 값들을 로그화 및 전송하기 위한 장비와, 이런 장비를 위한 측정 센서
CN203481335U (zh) 一种自监测智能蓄电池组
KR102497448B1 (ko) 배터리 셀 이상 판단 장치 및 방법
CN113748438A (zh) 电量预测方法和设备
CN111366850A (zh) 精确电池能量测量系统
CN104330181A (zh) 一种采用多个传感器克服误差的温度测量方法
EP3647804B1 (en) Apparatus for estimating a resistance of a battery
Diaconu et al. Research on achieving a meteorological monitoring system to increase efficiency in the execution and operation of solar installations and to reduce environmental pollution
Huang et al. Low Power Design of a Wireless Sensor Node to Monitor Electric Car Batteries
CN209069433U (zh) 一种智能温度检测装置
CN207732051U (zh) 一种输电电路覆冰在线监测保温电池箱电路
CN209561574U (zh) 一种耐受低温的电池
CN211699182U (zh) 一种基于LoRa技术的温湿度远程采集电路
CN206056782U (zh) 一种锂电池包内部温度采集装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1237865

Country of ref document: HK

SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170627

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication