CN110212622A - 具有自供电功能的振动筛监控用组合式传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自供电功能的振动筛监控用组合式传感器，包括微控制器，以及与之相连接的加速度检测电路、红外测温电路、基于ZigBee技术的射频电路，还包括一将电磁能转换为电能的自供电电路，所述自供电电路包括电流互感器、电磁能采集电路、充电控制集成电路和充电电池，所述电磁能采集电路采集由所述电流互感器感应转换的电能，所述充电控制集成电路管理转换的电能给所述充电电池充电，所述充电电池用于给所述微控制器、加速度检测电路、红外测温电路、射频电路供电。本发明可直接安装于380V/220V交流电缆上，能够将电磁能转化为电能来供电实现振动传感器联网输出，可用于振动筛的温度和振动检测以及报警等多个方面。
Description
技术领域
本发明涉及监测传感器技术领域，尤其涉及一种红外测温和振动组合式传感器。
背景技术
煤炭是重要的能源，对煤炭进行分选，除去原煤中的矿物杂质，把它分成不同规格的产品，充分发挥煤炭的价值至关重要，近年来，中国洗煤厂在行业规模、运营服务、技术装备、企业走出去等方面取得长足发展，成为促进城市经济发展的重要手段。推动洗煤厂高质量发展，首先要确保各个工艺环节的稳定可靠，振动筛作为洗煤工艺的关键设备，其性能和可靠性至关重要，因此需要一款智能温度和振动组合传感器来实时监控振动筛的运行状态，对振动筛的振动情况的持续跟踪和反馈，提前告知客户设备的损伤状态，并准备备品备件，避免了设备的非计划停机。
例如中国专利CN201811063747.6所揭示，目前的传感器一般使用的都是电池供电，不仅消耗比较大而且对环境也会造成一定的污染。最主要的是使用不方便，需要及时的更换电池，如果是不易换电池的环境那么这就是个难题。当电池电量不足时，往往需要及时处理的事情，因设备电量不足，而导致事情不能及时处理，损失较大。
中国专利CN201811619670.6提出了一种监测旋转体温度的传感器，其供电模块包括采用纽扣电池供电或者无线充电或者通过传感器旋转运动转化为电能三种供电方式。这三种方式要么具有上述技术问题，要么就是结构较为复杂，不易推广。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种具有自供电功能的红外测温和振动组合式传感器，用于振动筛的状态监控。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种具有自供电功能的振动筛监控用组合式传感器，包括微控制器，以及与之相连接的加速度检测电路、红外测温电路、基于ZigBee技术的射频电路，其特征在于，还包括一将电磁能转换为电能的自供电电路，所述自供电电路包括电流互感器、电磁能采集电路、充电控制集成电路和充电电池，所述电磁能采集电路采集由所述电流互感器感应转换的电能，所述充电控制集成电路管理转换的电能给所述充电电池充电，所述充电电池用于给所述微控制器、加速度检测电路、红外测温电路、射频电路供电。
优选的，所述电流互感器安装至交流电缆上通过电磁感应原理获取交流电缆上的电能。
优选的，所述电磁能采集电路包括设置电路前端的桥式整流电路和滤波电路，所述桥式整流电路的两个输入端分别连接所述电流互感器的二次绕组的两根电极导线。
优选的，所述电流互感器的两根电极导线之间连接有一个继电器开关，所述微控制器通过一比较器来发出开关控制信号至所述继电器开关，所述比较器的第一输入端为所述充电电池的电压值，所述比较器的第二输入端为固定电压值。
优选的，所述电磁能采集电路中包括一储能用电容，与之串联设置的一防倒流二极管。
优选的，所述储能用电容与所述充电电池之间连接有具有稳压功能的充电控制集成电路，所述充电控制集成电路的输入端和输出端均设置有滤波电容，与所述滤波电容均并联有防止自激电容。
优选的，所述充电控制集成电路的CE管脚与所述微控制器连接，当CE管脚为高电压时，所述微控制器发出信号控制所述充电控制集成电路的BAT管脚向所述充电电池输出电流；当CE管脚为低电压时，所述微控制器发出信号控制所述充电控制集成电路的BAT管脚停止向所述充电电池输出电流。
优选的，所述充电控制集成电路的EN1和EN2管脚与所述微控制器连接，来控制充电电流。
优选的，所述充电控制集成电路的TMR管脚连接第一电阻后接地，ISET管脚连接第二电阻后接地，来调整预充电和快速充电两种模式的时间比例以及调整快速充电电流水平。
优选的，所述充电控制集成电路的OUT管脚和CHG管脚之间连接有第三电阻和发光二极管。
本发明的有益效果主要体现在：
1、可直接安装于380V/220V交流电缆上，能够将电磁能转化为电能来供电实现振动传感器联网输出，可用于振动筛的温度和振动检测以及报警等多个方面；
2、本发明对自供电电路的全新世界，使其更容易进行电磁能的转化和采集；
3、本发明的自供电电路同时具有预充电和快速充电两种功能。
附图说明
图1是本发明组合式传感器的自供电控制电路示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明揭示了一种基于ZigBee技术的具有自供电功能的红外测温和振动组合传感器，包括微控制器，以及与之相连接的加速度检测电路、红外测温电路、基于ZigBee技术的射频电路，以及指示灯电路和SW接口电路。所述微控制器具有低功耗自动休眠功能的数据处理电路。所述数据处理电路处理来自加速度检测电路和红外测温电路的数据，通过射频电路向外传输数据，通过指示灯电路对外报警，通过SW接口电路更新外部程序。所述射频电路外接2.4G射频天线。所述微控制器采用连接有ZigBee无线收发器，如ST公司的STM32LXXX。STM32LXXX基于高性能的超低功耗微控制器ARM Cortex-M4 32位RISC核心，工作频率高达80MHz，1MB闪存和128KB SRAM存储器，其可以设置休眠、低功耗等工作状态。所述加速度检测电路用于对加速度信号进行采集、滤波并且数字化，采用的ADI公司的ADXL3XX。该加速度传感器可以检测3轴方向±40G的加速度，灵敏度78ug/LSB，且具有低通滤波等功能。
本发明的特点在于还包括一将电磁能转换为电能的自供电电路，所述自供电电路包括电流互感器T1、电磁能采集电路、充电控制集成电路U1和充电电池B，所述电磁能采集电路采集由所述电流互感器感应转换的电能，所述充电控制集成电路管理转换的电能给所述充电电池充电，所述充电电池用于给所述微控制器、加速度检测电路、红外测温电路、射频电路供电，提供整个电路中所需的3.3V电压。
如图1所述，所述电流互感器T1安装至交流电缆上通过电磁感应原理获取交流电缆上的电能。电流互感取电装置是一种利用电磁感应原理获取电能，并实现稳定电压输出的新型电源装置。电流互感取电装置具有体积小、成本低、稳定、便于安装等特点，具有重要的生产应用价值。
所述电磁能采集电路与所述电流互感器连接，用于将所述电流互感器转换的电能通过整流后储存起来，包括设置电路前端的桥式整流电路D1和滤波电路，所述桥式整流电路D1的两个输入端分别连接所述电流互感器的二次绕组的两根电极导线。
所述电流互感器的两根电极导线之间连接有一个继电器开关S1，所述微控制器U2通过一比较器P1来发出开关控制信号至所述继电器开关，所述比较器的第一输入端为所述充电电池的电压值，所述比较器的第二输入端为固定电压值。具体工作过程后文详述。
所述电磁能采集电路中包括一储能用电容，与之串联设置的一防倒流二极管。图1中，电感L1和电容C1组成所述滤波电路，D2为防倒流二极管，C0为储能用电容。
所述储能用电容与所述充电电池之间连接有具有稳压功能的充电控制集成电路，所述充电控制集成电路的输入端和输出端均设置有滤波电容，与所述滤波电容均并联有防止自激电容。其中，图1的C2、C4为滤波电容，C3、C5为防止自激电容。
所述电流互感器T1安装到380V/220V的交流电缆上，通过电磁感应原理获取交流电缆上的电能，供给所述电磁能采集电路的输入Vin，Vin为交流源，经由全桥整流电路D1转换为直流源，电流经过所述防倒流二极管D2后为储能用电容C0充能，在储能用电容C0连贯形成一个并不十分稳定的直流电压，此直流电压经过充电控制集成电路U1的稳压、稳流和滤波电容C4的滤波后即在充电电池B的输入端产生了精度高、稳定性好的直流电压，解决了现有的电流不稳的技术问题。
所述充电控制集成电路的CE管脚与所述微控制器连接，当CE管脚为高电压时，所述微控制器发出信号控制所述充电控制集成电路的BAT管脚向所述充电电池输出电流；当CE管脚为低电压时，所述微控制器发出信号控制所述充电控制集成电路的BAT管脚停止向所述充电电池输出电流。具体操作过程如下：宽范围、不稳定的直流电压通过充电控制集成电路U1的IN接口进入，通过BAT接口输出精度高、稳定性好的4.2V直流电压给所述充电电池充电。比较器P1进行工作，当充电电池的电压小于基准电压3.7V时，所述微控制器U2打开继电器开关S1给储能用电容C0充电，然后拉高所述充电控制集成电路U1的CE管脚，控制给充电电池充电；当充电电池的电压大于基准电压4.2V时，所述微控制器U2发出信号关闭继电器开关S1，将电流互感器T1的二次侧输出短路，停止给储能用电容C0供电，同时拉低所述充电控制集成电路U1的CE管脚，停止给所述充电电池充电。
本发明中，所述充电控制集成电路的EN1和EN2管脚与所述微控制器U2连接，来控制充电电流。所述微控制器U2接收到EN1和EN2管脚的数据辛苦，进而来控制BAT管脚输出的充电电流的大小，例如：
本发明的自供电电路同时具有预充电和快速充电两种功能，因为直接快充会影响到充电电池的寿命。所述充电控制集成电路的TMR管脚连接第一电阻R1后接地，ISET管脚连接第二电阻R2后接地，来调整预充电和快速充电两种模式的时间比例。例如：预充电时间Tp＝R2*48s/kΩ；快充时间Tm＝10*R2*48s/kΩ。同时，也可以通过第二电阻R2来调整快速充电电流水平，例如：充电电流Iset＝890AΩ/R2。
所述充电控制集成电路的OUT管脚和CHG管脚之间连接有第三电阻R3和发光二极管D3，所述发光二极管D3作为充电指示，灯亮表示正在充电，灯灭表示充电结束。
本发明利用电流互感器通过电磁感应原理获取电缆上的电能；再通过电磁能采集电路与电流互感器连接，将采集到的能量通过充电控制集成电路，利用所述电流互感器转化的电能对可充电电池进行充电，通过稳压转化为3.3V后连接到数据处理电路和加速度检测电路、红外测温电路。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有自供电功能的振动筛监控用组合式传感器，包括微控制器，以及与之相连接的加速度检测电路、红外测温电路、基于ZigBee 技术的射频电路，其特征在于，还包括一将电磁能转换为电能的自供电电路，所述自供电电路包括电流互感器、电磁能采集电路、充电控制集成电路和充电电池，所述电磁能采集电路采集由所述电流互感器感应转换的电能，所述充电控制集成电路管理转换的电能给所述充电电池充电，所述充电电池用于给所述微控制器、加速度检测电路、红外测温电路、射频电路供电。
2.根据权利要求1所述的具有自供电功能的振动筛监控用组合式传感器，其特征在于，所述电流互感器安装至交流电缆上通过电磁感应原理获取交流电缆上的电能。
3.根据权利要求1所述的具有自供电功能的振动筛监控用组合式传感器，其特征在于，所述电磁能采集电路包括设置电路前端的桥式整流电路和滤波电路，所述桥式整流电路的两个输入端分别连接所述电流互感器的二次绕组的两根电极导线。
4.根据权利要求3所述的具有自供电功能的振动筛监控用组合式传感器，其特征在于，所述电流互感器的两根电极导线之间连接有一个继电器开关，所述微控制器通过一比较器来发出开关控制信号至所述继电器开关，所述比较器的第一输入端为所述充电电池的电压值，所述比较器的第二输入端为固定电压值。
5.根据权利要求1所述的具有自供电功能的振动筛监控用组合式传感器，其特征在于，所述电磁能采集电路中包括一储能用电容，与之串联设置的一防倒流二极管。
6.根据权利要求1至5任一所述的具有自供电功能的振动筛监控用组合式传感器，其特征在于，所述储能用电容与所述充电电池之间连接有具有稳压功能的充电控制集成电路，所述充电控制集成电路的输入端和输出端均设置有滤波电容，与所述滤波电容均并联有防止自激电容。
7.根据权利要求6所述的具有自供电功能的振动筛监控用组合式传感器，其特征在于，所述充电控制集成电路的CE管脚与所述微控制器连接，当CE管脚为高电压时，所述微控制器发出信号控制所述充电控制集成电路的BAT管脚向所述充电电池输出电流；当CE管脚为低电压时，所述微控制器发出信号控制所述充电控制集成电路的BAT管脚停止向所述充电电池输出电流。
8.根据权利要求6所述的具有自供电功能的振动筛监控用组合式传感器，其特征在于，所述充电控制集成电路的EN1和EN2管脚与所述微控制器连接，来控制充电电流。
9.根据权利要求6所述的具有自供电功能的振动筛监控用组合式传感器，其特征在于，所述充电控制集成电路的TMR管脚连接第一电阻后接地，ISET管脚连接第二电阻后接地，来调整预充电和快速充电两种模式的时间比例以及调整快速充电电流水平。
10.根据权利要求6所述的具有自供电功能的振动筛监控用组合式传感器，其特征在于，所述充电控制集成电路的OUT管脚和CHG管脚之间连接有第三电阻和发光二极管。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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