CN112254784A - 一种无源无线微型传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源无线微型传感系统，包括：水浸传感器模块、报警模块、数据通讯模块、电池及节能电路模块，所述水浸传感器模块的输出端分别连接至报警模块的输入端、数据通讯单元的输入端，所述数据通讯单元的输出端与外部的上位机通讯连接，所述电池及节能电路模块用于提供水浸传感器模块、报警模块、数据通讯模块工作电源并进行节能控制。本发明通过采用无线的电池及节能模块，克服了需要外接有线电源的缺陷，同时节能电路实现了节电，延长电路的使用寿命，此外通过报警模块能够指示水浸位置报警并进行低压告警。

Description

一种无源无线微型传感系统

技术领域

本发明涉及配电房检测技术领域，更具体地，涉及一种无源无线微型传感系统。

背景技术

配电房数量众多，分布比较分散，给运行维护工作带来很大工作量，智能配电房传感器就是辅助保证配电房正常运行研制的传感器。在影响配电房运行可靠性的因素中，由于水浸导致设备不可逆损坏是不可忽视的一个因素。当前的配电房水浸传感器结构简单、有源有线、尺寸偏大，在使用时或多或少存在缺陷。当前水浸传感器主要存在以下缺点：1、集成度低，已有的水浸传感器普遍是一个简单的传感器单体；2、使用寿命低，导致使用成本高；3、尺寸偏大，放置不便；4、需要外接电源供电；5、传感器耗电量较大。

现有技术中，公开号为CN210346769U的中国实用新型专利，于2020年4月17日公开了一种无线分体式配电房环境状态监测装置，包括无线分体式传感器和与所述无线分体式传感器通过低功耗广域网连接的无线集中器；所述无线分体式传感器包括无线分体式温湿度传感器、无线分体式水浸传感器、无线分体式门开合传感器。该专利虽然采用无线分体式传感器但没有解决传感器的节能。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中配电房传感检测装置多采用外接有线电源，传感器耗电量大，无法对水浸位置报警的缺陷，提供一种无源无线微型传感系统。

本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种无源无线微型传感系统，包括：水浸传感器模块、报警模块、数据通讯模块、电池及节能电路模块，所述水浸传感器模块的输出端分别连接至报警模块的输入端、数据通讯单元的输入端，所述数据通讯单元的输出端与外部的上位机通讯连接，所述电池及节能电路模块用于提供水浸传感器模块、报警模块、数据通讯模块工作电源并进行节能控制。

本方案中，所述水浸传感器模块包括：水浸传感器、AD转换单元、微处理器，所述水浸传感器的输出端通过AD转换单元连接至微处理器的输入端，所述水浸传感器用于获取水浸传感信号，所述微处理器用于对输入的AD转换后的水浸传感信号进行处理。

本方案中，所述微处理器为stm32单片机。

本方案中，所述数据通讯模块包括有数据存储单元、无线传输单元，所述数据存储单元用于存储水浸传感器模块输出的数据，所述无线传输单元用于将水浸传感器模块输出的数据发送至上位机。

本方案中，所述无线传输单元为zigbee无线传输单元。

本方案中，所述电池及节能电路模块包括有：电池BAT、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管，电阻R5、R7、R9、R10、R11、R12、R13、R14，电容C11、C12、C13，比较器U1，电池及节能电路模块具体连接关系为：所述电池BAT的阴极接地，电池BAT的阳极连接至电阻R5的一端、第一MOS管源极，电阻R5的一端的另一端连接至第一MOS管栅极，第一MOS管漏极分别连接至电阻R7的一端、电阻R9的一端、电容C5的一端、比较器U1的VCC接入端，电阻R7的另一端分别连接至电阻R10的一端、电容C11的一端、比较器U1的IN-输入端，电阻R9的另一端分别连接至电阻R14的一端、比较器U1的IN+输入端、电容C13的一端，电容C11的另一端、电阻R14的另一端、电容C13的另一端均接地，电阻R10的另一端连接至第三MOS管的漏极，第三MOS管的栅极分别连接至电阻R13的一端、电容C12的一端，第三MOS管的源极、电阻R13的另一端、电容C12的另一端均接地，电容C5的另一端接地，比较器U1的OUT输出端分别连接至电阻R11的一端、电阻R12的一端、第三MOS管的栅极，电阻R11的另一端分别连接至比较器U1的VCC输入端、第三MOS管的源极，电阻R12的另一端接地，第三MOS管的漏极连接至微处理器的电源接入端。

本方案中，电池BAT为纽扣式锂电池。

本方案中，比较器U1型号为NCX2200GW比较器。

本方案中，报警模块包括有报警信号指示灯。

本方案中，水浸传感器模块、报警模块、数据通讯模块、电池及节能电路模块集成在ABS壳体内。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明通过采用无线的电池及节能模块，克服了需要外接有线电源的缺陷，同时节能电路实现了节电，延长电路的使用寿命，此外通过报警模块能够指示水浸位置报警并进行低压告警。

附图说明

图1为本发明一种无源无线微型传感系统框图。

图2为本发明电池及节能电路模块原理图。

图3为本发明电池电压低告警流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

如图1所示，一种无源无线微型传感系统，包括：水浸传感器模块、报警模块、数据通讯模块、电池及节能电路模块，所述水浸传感器模块的输出端分别连接至报警模块的输入端、数据通讯单元的输入端，所述数据通讯单元的输出端与外部的上位机通讯连接，所述电池及节能电路模块用于提供水浸传感器模块、报警模块、数据通讯模块工作电源并进行节能控制。

在本发明中所述水浸传感模块用于获取水浸传感数据并对进行数据处理，更具体的水浸传感数据为水浸传感器的电极采集的电压信号，电压信号通过AD转换后传送至水浸传感器模块的微处理器，所述微处理器对电压信号进行处理，当电压信号的电压值大于预设的水浸电压阈值，则控制报警模块发出水浸报警信号，并将当处理分析结果通过数据通讯单元发送至上位机，上位机进行水浸状态显示，所述电池及节能电路模块一方面用于提供传感系统工作电源，另一方面能够在传感系统浸水时候，有时间间隔地给系统上电工作，并且间隔时间有规律的越来越长，达到节能省电的目的。以免水浸时来不及处理，传感器一直上电报警。

在一个具体的实施例中，可以将水浸传感器模块、报警模块、数据通讯模块、电池及节能电路模块集成在ABS壳体内，更具体的，所述ABS壳体可以采用以下尺寸，φ50*20mm，通过上述尺寸设计实现了传感系统结构微型化。

本方案中，所述水浸传感器模块包括：水浸传感器、AD转换单元、微处理器，所述水浸传感器的输出端通过AD转换单元连接至微处理器的输入端，所述水浸传感器用于获取水浸传感信号，所述微处理器用于对输入的AD转换后的水浸传感信号进行处理。

本方案中，所述微处理器为stm32单片机。

在一个具体的实施例中，stm32单片机通过IIC2串口与水浸传感器电连接，stm32单片机处理水浸传感器检测出来的的电压信号数据，并利用EEPROM存储模块进行数据存储，通过Uart串口与无线传输单元通信连接，然后利用无线数据传输方式将处理过的数据传输至上位机进行监控和分析。

本方案中，所述数据通讯模块包括有数据存储单元、无线传输单元，所述数据存储单元用于存储水浸传感器模块输出的数据，所述无线传输单元用于将水浸传感器模块输出的数据发送至上位机。

本方案中，所述无线传输单元为zigbee无线传输单元。

如图2所示，本方案中，所述电池及节能电路模块包括有：电池BAT、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管，电阻R5、R7、R9、R10、R11、R12、R13、R14，电容C11、C12、C13，比较器U1，电池及节能电路模块具体连接关系为：所述电池BAT的阴极接地，电池BAT的阳极连接至电阻R5的一端、第一MOS管源极，电阻R5的一端的另一端连接至第一MOS管栅极，第一MOS管漏极分别连接至电阻R7的一端、电阻R9的一端、电容C5的一端、比较器U1的VCC接入端，电阻R7的另一端分别连接至电阻R10的一端、电容C11的一端、比较器U1的IN-输入端，电阻R9的另一端分别连接至电阻R14的一端、比较器U1的IN+输入端、电容C13的一端，电容C11的另一端、电阻R14的另一端、电容C13的另一端均接地，电阻R10的另一端连接至第三MOS管的漏极，第三MOS管的栅极分别连接至电阻R13的一端、电容C12的一端，第三MOS管的源极、电阻R13的另一端、电容C12的另一端均接地，电容C5的另一端接地，比较器U1的OUT输出端分别连接至电阻R11的一端、电阻R12的一端、第三MOS管的栅极，电阻R11的另一端分别连接至比较器U1的VCC输入端、第三MOS管的源极，电阻R12的另一端接地，第三MOS管的漏极连接至微处理器的电源接入端。

节能电路的工作原理如下：

过程1：水浸发生时，第一MOS管打开，VCC上电，同时对两个RC网络(R7和C11组成的RC网络，R9//R14和C13组成的RC网络)充电，因为时间常数不同，电容C11电压立即超过电容C13，比较器U1输出低，第二MOS管打开给传感系统上电，微处理器处理告警信息，然后控制第三MOS管将电容C11的电量放空。此时，比较器U1输出高，第二MOS管关闭，整个传感系统断电。

过程2：由于水浸依然存在，上述过程1再次进行，由于电容C13的电量没有放空，VCC对两个RC网络((R7和C11组成的RC网络，R9//R14和C13组成的RC网络))充电时间要比第一次长，但电容C11的充电时间短，所以再次超过电容C13电压，重复过程1。

如果水浸一直没有处理，上述过程2重复进行，直到电容C13充满电(具体的实施过程需要4-5分钟)到1.8V，此后电容C11一直要充电超过1.8V，传感系统才上电报警，这个时间固定，不需要程序或者人为去处理。时间间隔的存在，避免报警指示灯时刻闪烁，可以节约电池的电量。

在一个具体的实施例中，所述电池BAT可以采用CR2032纽扣式锂电池，所述比较器U1型号可以采用NCX2200GW比较器。

本方案中，报警模块包括有报警信号指示灯。

在一个具体的实施例中，报警模块可以水浸报警、电池电压低报警，所述报警信号指示灯可以设置在所述ABS壳体外部，当发生水浸报警时，报警信号指示灯可以确定水浸位置，方便对传感系统中的模块进行检测或更换。如图3所示为电池电压低告警流程示意图，当传感系统上电初始化后，微处理器获取电池电压值，若电池电压值小于2.3V，则微处理器控制水浸传感器断电休眠同时发出电池电压低报警信息，数据通讯模块通过无线传输单元可以将电池电压低报警信息发送给上位机，同时报警模块的报警信号指示灯闪烁，需要说明的是，水浸报警时，报警信号指示灯闪烁频率大于电池电压低报警时报警信号指示灯闪烁频率。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无源无线微型传感系统，其特征在于，包括：水浸传感器模块、报警模块、数据通讯模块、电池及节能电路模块，所述水浸传感器模块的输出端分别连接至报警模块的输入端、数据通讯单元的输入端，所述数据通讯单元的输出端与外部的上位机通讯连接，所述电池及节能电路模块用于提供水浸传感器模块、报警模块、数据通讯模块工作电源并进行节能控制。

2.根据权利要求1所述的一种无源无线微型传感系统，其特征在于，所述水浸传感器模块包括：水浸传感器、AD转换单元、微处理器，所述水浸传感器的输出端通过AD转换单元连接至微处理器的输入端，所述水浸传感器用于获取水浸传感信号，所述微处理器用于对输入的AD转换后的水浸传感信号进行处理。

3.根据权利要求2所述的一种无源无线微型传感系统，其特征在于，所述微处理器为stm32单片机。

4.根据权利要求1所述的一种无源无线微型传感系统，其特征在于，所述数据通讯模块包括有数据存储单元、无线传输单元，所述数据存储单元用于存储水浸传感器模块输出的数据，所述无线传输单元用于将水浸传感器模块输出的数据发送至上位机。

5.根据权利要求4所述的一种无源无线微型传感系统，其特征在于，所述无线传输单元为zigbee无线传输单元。

6.根据权利要求2所述的一种无源无线微型传感系统，其特征在于，所述电池及节能电路模块包括有：电池BAT、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管，电阻R5、R7、R9、R10、R11、R12、R13、R14，电容C11、C12、C13，比较器U1，电池及节能电路模块具体连接关系为：所述电池BAT的阴极接地，电池BAT的阳极连接至电阻R5的一端、第一MOS管源极，电阻R5的一端的另一端连接至第一MOS管栅极，第一MOS管漏极分别连接至电阻R7的一端、电阻R9的一端、电容C5的一端、比较器U1的VCC接入端，电阻R7的另一端分别连接至电阻R10的一端、电容C11的一端、比较器U1的IN-输入端，电阻R9的另一端分别连接至电阻R14的一端、比较器U1的IN+输入端、电容C13的一端，电容C11的另一端、电阻R14的另一端、电容C13的另一端均接地，电阻R10的另一端连接至第三MOS管的漏极，第三MOS管的栅极分别连接至电阻R13的一端、电容C12的一端，第三MOS管的源极、电阻R13的另一端、电容C12的另一端均接地，电容C5的另一端接地，比较器U1的OUT输出端分别连接至电阻R11的一端、电阻R12的一端、第三MOS管的栅极，电阻R11的另一端分别连接至比较器U1的VCC输入端、第三MOS管的源极，电阻R12的另一端接地，第三MOS管的漏极连接至微处理器的电源接入端。

7.根据权利要求6所述的一种无源无线微型传感系统，其特征在于，电池BAT为纽扣式锂电池。

8.根据权利要求6所述的一种无源无线微型传感系统，其特征在于，比较器U1型号为NCX2200GW比较器。

9.根据权利要求1所述的一种无源无线微型传感系统，其特征在于，报警模块包括有报警信号指示灯。

10.根据权利要求1所述的一种无源无线微型传感系统，其特征在于，水浸传感器模块、报警模块、数据通讯模块、电池及节能电路模块集成在ABS壳体内。

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