CN203848949U - 无源无线温度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无源无线温度传感器，以解决恶劣环境下或有特殊要求时的传感器供电问题。本实用新型传感器包括薄膜热电器件、电路保护模块、电源管理模块、中央微处理器、AD转换模块、无线收发模块、电能存储器、数据存储器、温度补偿元件、USB接口。当有温度变化时，薄膜热电器件就会输出电能给传感器供电，使传感器启动工作，中央微处理器接收到薄膜热电器件传送过来的信号，经过数据处理获得温度的信息，然后无线收发模块把温度信息发送给监控中心，从而实现温度的实时测量与监控。本实用新型传感器无需任何内置电池和外部电源，集自供电、温度探测、信号无线传输功能于一身，可应用于远程火灾报警监测及恶劣环境下的温度异常监控。

Description

无源无线温度传感器

技术领域

本实用新型涉及一种温度传感器，特别是一种无需外部电源和电池的无源无线温度传感器。

背景技术

市场现有的温度传感器中，绝大部分需要外接电源或电池，使用不方便。随着物联网的快速发展，以及安全防火的需要，传统的温度传感器已经不再能满足当今的需求。在无电力供应的场合，如野外、森林、易燃易爆有毒危险场所等，电源的布线存在一定的困难；若使用电池，则又由于电池使用寿命有限，需要频繁更换，会造成使用与维护的不便捷，人力、财力等成本居高，甚至还有发送事故的危险。因此，这些场合使用传统的传感器有很多缺点和限制，传感器的供电问题成为了传感器发展应用急需解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种不需要外部电源、不需要内置电池的无源无线温度传感器，实现了温度探测、供电功能集中于一体。

本实用新型提供的无源无线温度传感器通过下述技术方案来实现：

无源无线温度传感器包括薄膜热电器件、电路保护模块、电源管理模块、中央微处理器、AD转换模块、无线收发模块、电能存储器、温度补偿元件、USB接口；

其中，薄膜热电器件与AD转换模块、电路保护模块连接；电路保护模块与电源管理模块、USB接口连接；电源管理模块与中央微处理器、电能存储器、AD转换模块、温度补偿元件、无线收发模块连接，以确保各个部件正常供电；中央微处理器与AD转换模块、无线收发模块、温度补偿元件连接。

薄膜热电器件，同时具有温度探测、发电的功能：当环境温度发生变化时，薄膜热电器件的热端与冷端有温度差，就会输出电能，电流经过电路保护模块、电源管理模块后输入到各个工作部件，传感器的各个部件获得供电后立即开始工作；中央微处理器通过AD转换模块读取薄膜热电器件探测到的环境温度值，通过温度补偿元件对该环境温度值进行修正，然后中央微处理器把修正后的温度信息传送给无线收发模块，并发送到监控终端。薄膜热电器件优选采用纳米薄膜热电材料制作而成，且薄膜热电器件通常包含散热片，该散热片通过导热硅胶贴在薄膜热电器件的冷端。

电路保护模块，其功能是保护传感器的电路安全，避免由于电压过高、电流过大、雷击等而引起的产品损坏和失效；同时，当传感器通过USB接口外接电源或其他外部设备时，电路保护模块可以阻止电流通过薄膜热电器件；此外，电路保护模块可以自动调整输出电源的正负极，不论外部接入电源或薄膜热电器件输出电源的正负极如何，电流经过电路保护模块后，只有一个确定的流向，电流只从中央微处理器、无线收发模块等部件的正极流入、负极流出，避免由于薄膜热电器件电流流向改变、电源正负接反等而引起的部件故障和损坏。

电源管理模块，其功能是调节电压，使输出电压稳定在适当的范围，同时对电能进行合理的分配利用，使各个部件都获得稳定的输入电压；当有过量电能时，把多余的电能存入电能存储器。

中央微处理器，负责管理、协调各个元件的工作，读取、处理AD转换模块传送过来的温度信息，然后传给无线收发模块进行发送，把温度信息发送给监控终端。

无线收发模块，同时具有发送信息和接收信息的功能。

电能存储器，由可充电电池构成，包括锂离子电池、聚合物锂电池等，电能存储器的作用是把多余的电能存储起来，以备应急使用。

温度补偿元件，可以为薄膜热电器件提供温度基准值，对薄膜热电器件的测量值进行修正，实现零点温度补偿的功能。温度补偿元件一般是热敏电阻、数字型温度传感器。

USB接口，可采用标准USB、Micro USB、mini USB接口等，通常采用MicroUSB接口。通过USB接口，可以实现传感器代码程序的输入、产品升级、传感器的设置、数据的读写等，紧急情况或发生故障时，USB接口可以外接电源使传感器继续工作。

本实用新型还可以增加数据存储器，与电源管理模块、中央微处理器及无线收发模块连接，用于保存传感器的各种信息，可以进行数据的读、写。数据存储器根据实际情况选择使用。

本实用新型的薄膜热电器件，优选采用如下方案：包括P型碲化铋薄膜、N型碲化铋薄膜、电极、上基板、下基板；其中上、下基板一般采用陶瓷基板，如石英玻璃、氮化铝等；电极可以采用钛、铜、铝、银、镍薄膜等。该薄膜热电器件的加工方法优选方案为：利用磁控溅射、真空蒸镀等方法，结合掩膜板技术，首先，在上基板先沉积钛、铜等电极材料，再沉积P型碲化铋薄膜；然后，在下基板先沉积钛、铜等电极材料，再沉积N型碲化铋薄膜；最后，把上基板、下基板组合在一起，焊接铜导线或铜片作为器件的正极或负极。

本实用新型提供的无源无线温度传感器，无需外接电源和电池、无需布线，集自供电、温度探测、信号无线传输功能于一体，可应用在物联网、智能家居、楼宇自控、安防消防、森林防火、林园管理等远程火灾报警监测上，也可用于电力输送、炼油化工、油气输送、冶金矿业、码头、易燃易爆有毒危险品仓库等恶劣环境的温度异常监控。将极大节约社会经济成本，最低限度降低火灾带来的财产损失，社会效益显著。

附图说明

图1是本实用新型无源无线温度传感器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型的最优实施例如下：根据图1所示，本实用新型的无源无线温度传感器，包括薄膜热电器件、电路保护模块、电源管理模块、中央微处理器、AD转换模块、无线收发模块、电能存储器、数据存储器、温度补偿元件、USB接口。

其中，薄膜热电器件与AD转换模块、电路保护模块连接；电路保护模块与电源管理模块、Micro USB接口连接；电源管理模块与中央微处理器、数据存储器、电能存储器、AD转换模块、温度补偿元件、无线收发模块都有连接，以确保各个部件正常供电；中央微处理器与数据存储器、AD转换模块、无线收发模块、温度补偿元件连接。

本实用新型的薄膜热电器件，优选采用纳米薄膜热电材料制作而成，且包含散热片，该散热片通过导热硅胶贴在薄膜热电器件的冷端；本薄膜热电器件包括P型碲化铋薄膜、N型碲化铋薄膜、电极、上基板、下基板；其中上、下基板采用陶瓷基板，电极采用钛、铜、铝、银、镍薄膜等。该薄膜热电器件的加工方法优选方案为：利用磁控溅射、真空蒸镀等方法，结合掩膜板技术，首先，在上基板先沉积钛、铜等电极材料，再沉积P型碲化铋薄膜；然后，在下基板先沉积钛、铜等电极材料，再沉积N型碲化铋薄膜；最后，把上基板、下基板组合在一起，焊接铜导线或铜片作为器件的正极或负极。

本实用新型不限于上述实施例，一切采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种无源无线温度传感器，其特征是，包括薄膜热电器件、电路保护模块、电源管理模块、中央微处理器、AD转换模块、无线收发模块、电能存储器、温度补偿元件、USB接口；其中，薄膜热电器件与AD转换模块、电路保护模块连接；电路保护模块与电源管理模块、USB接口连接；电源管理模块与中央微处理器、电能存储器、AD转换模块、温度补偿元件、无线收发模块连接；中央微处理器与AD转换模块、无线收发模块、温度补偿元件连接；

薄膜热电器件，负责探测环境温度，并根据环境的温度变化输出电能，为传感器的各个部件供电；薄膜热电器件采用纳米薄膜热电材料制成；

电路保护模块，为传感器提供过压保护、过流保护、浪涌保护、电源正负极自动转换、阻止外部电流输入薄膜热电器件；

电源管理模块，负责调节、稳定电压，使输出电压稳定在合理范围，同时把多余的电能存入电能存储器；

中央微处理器，负责管理、协调各个元件的工作，读取、处理AD转换模块传送过来的温度信息，然后传给无线收发模块进行发送，把温度信息发送给监控终端；

无线收发模块，负责发送信息和接收信息；

电能存储器，由可充电电池构成，负责把多余的电能存储起来，以备应急使用；

温度补偿元件，负责为薄膜热电器件提供温度基准值，对薄膜热电器件的测量值进行修正，实现零点温度补偿；

USB接口，负责传感器代码程序的输入、产品升级、传感器的设置、数据的读写。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于：还包括数据存储器，该数据存储器与电源管理模块、中央微处理器及无线收发模块连接，负责存储传感器的信息，并进行数据的读、写。

3.根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于：所述薄膜热电器件包括P型碲化铋薄膜、N型碲化铋薄膜、电极、上基板、下基板；其中上、下基板采用陶瓷基板。

4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于：所述薄膜热电器件还包含散热片，该散热片通过导热硅胶贴在薄膜热电器件的冷端。