CN210181439U - 一种宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器 - Google Patents

一种宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器 Download PDF

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陈锐
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许坤
Xibo Shen
沈习波
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武文杰
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    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Abstract

一种宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器,其特征在于,设置控制模块,控制模块通过电源管理芯片控制能量收集系统给温度压力传感器供电,温度压力传感器将信号实时传送给控制模块,并通过连接在控制模块上的无线通讯系统对外输出,所述的能量收集系统包括并联的超级电容、电池和太阳能光伏电池板。实现了压力温度等远距离测量和传输。降低了电力消耗,保证了设备的长时间运行。无论晴天阴天,优化的电力采集和消耗管理模式,合理利用了电源,拓展了设备的使用环境。

Description

一种宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器
技术领域
属于电力监测技术领域,具体是宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器。
背景技术
当前在电力监测、石油化工等领域通常要对油压和温度状态进行监测。传统温度压力传感器采用有线供电、有线通讯的技术方法。有线供电、有线通讯技术虽然使产品功能的实现较为容易,但增加了现场施工难度,包括为其铺设电源线和通讯线,现场合理美观地走线,不仅如此,长距离的线缆也会带来引入干扰等问题,考验着产品的可靠性。
为了规避有线供电、有线通讯技术带来的不便,当前可以采用无线供电、无线通讯的技术来设计产品。采用无线供电的思路往往是采用太阳能+蓄电池的解决方案。常见的蓄电池包括锂电池和铅酸电池。锂电池虽然能量密度大,但低温时性能急剧下降;而铅酸电池则大且笨重,存在明显弊端;宽温度、高能量密度锂亚硫酰氯电池则无法反复使用,因此当前没有占绝对优势的电池方案。
无线通讯可以大大简化工程现场的布线,但相较于有线通讯,无线通讯将消耗更多的能量,这将加重采用能量收集方案后原本能量有限产品的能量开销。
通过有线的方式为传感器提供电源,虽然可以保证传感器可以获取持续稳定、源源不断的电能,但在一些场合为传感器铺设电源线并不容易实现。与之类似的是有线通讯虽然使通讯结构简单、实现成本更低,但无论是电源线或通讯线,若距离较长,也会随之带来电磁干扰、雷击浪涌等风险。且增大整个系统的施工难度、增加产品的不稳定性。通过太阳能、感应取电、温差取电等技术实现的能量收集,再配合蓄电池、超级电容是当前主流的能量收集方式,但当前技术在能量收集和供给也存在缺陷。纯太阳能发电获得的能源受四季、昼夜及阴晴等气象条件的影响等缺点;纯太阳能+蓄电池的方案,选用蓄电池的类型非常受限。若选用锂电池,锂电池在低于0℃时,其充放电性能将显著下降,使的产品在高纬度地区、在冬季的使用将明显受限。若选用铅酸电池/胶体电池则同样能量的前提下体积大、质量大,且需要排气。若选用高能量密度的一次性电池,则供电方式单一,一旦电池能量耗尽,产品也将无法工作。即产品的寿命完全取决于电池的寿命。
针对上述两种技术自身的不足,需采用一种合理的方式,结合不同能量收集和能量供给器件的优势,为产品长寿命的工作提供更持久的能量。且通过更低功耗的硬件设计和更智能的软件策略实现产品的低功耗工作,帮助用户实现对温度和压力的高精度、智能化、简洁化的监测,为用户创造价值。因此一种复合供电的方案才能满足宽温度范围、高能量密度、具备能量收集功能的需求,而且可以将智能传感器做到更加小巧,并实现IP68的密封结构。通过采用无线通讯技术替代有线通讯,虽然可以使产品的使用更简洁方便,但无线通讯技术也存在缺陷。无线通讯在接收和发射信号时,相较于有线通讯会消耗更多的能量,这将加重原本通过能量收集而收获的能量开销。因此当前成熟的MCU+无线收发器+射频电路方案因为较大的能量开销而必须进行优化。
实用新型内容
本实用新型为了克服上述技术问题,提供一种宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器,设置控制模块,控制模块通过电源管理芯片控制能量收集系统给温度压力传感器供电,温度压力传感器将信号实时传送给控制模块,并通过连接在控制模块上的无线通讯系统对外输出,所述的能量收集系统包括并联的超级电容、电池和太阳能光伏电池板。
优选的,控制模块是包括数据处理和无线通讯系统部分支持2.4GHz频段IEEE802.15.4e标准的SOC系统级芯片或MCU单片机。无线通讯系统是中心频率2.4GHz的天线。电源管理芯片是指支持MPPT和充电管理的极低能量收集PMU芯片。超级电容是1.5F 5.5V的超级电容。电池是1.7Ah3.6V的锂亚硫酰氯电池。太阳能光伏电池板是1W的单晶硅光伏板。温度压力传感器采用一个基于MEMS工艺的温度压力一体传感器,且采用316钢材的材质,额定量程1000kpa,最大承受100倍额定量程,采用温度补偿的修正算法,精度达到±2.5kpa,通过IIC接口与MCU通讯,满量程工作时的功耗<1mA。
所有器件的工作温度范围不窄于-20~70℃,所有器件封装在直径40mm,厚度70mm的腔体结构件内,并实现IP68的防护等级。
使用时,在光照充足时,光伏板产生电量并通过电源管理芯片为超级电容充电,超级电容通过电源管理芯片为系统级芯片提供能量,系统级芯片通过用户预设的模式而控制微机电系统传感器是否接收来自电源管理芯片的电能而上电工作,系统级芯片同时采用用户预设的模式通过天线定期向服务器上送采集的温度和压力数据。
在光照不足时,光伏板无法产生能量,则电源管理芯片会优先消耗超级电容存储的能量,若超级电容的能量消耗殆尽,则电源管理芯片无缝切换至采用电池为整个智能传感器提供能量。通过电源管理芯片光伏板、超级电容、电池的配合,在智能传感器长久的工作时间内,充分收集了外界能量,减少了对电池的依赖,有效地提高了电池的工作寿命,延长了智能传感器的寿命。
用户可以向本实施例的智能传感器预设温度和压力告警阈值,当智能传感器采集到温度或压力高于用户设定的阈值时,将增加采集和上送服务器数据的次数和频率,实现了对异常状态的密集监测。
有益效果
1.实现了压力温度等远距离测量和传输。
2.降低了电力消耗,保证了设备的长时间运行。
3.无论晴天阴天,优化的电力采集和消耗管理模式,合理利用了电源,拓展了设备的使用环境。
附图说明
图1是本实用新型的示意图
1是控制模块,2是电源管理芯片,3是温度压力传感器,4是太阳能光伏电池板,5是超级电容,6是电池,7是无线通讯系统。
具体实施方式
一种宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器,设置控制模块1,控制模块1通过电源管理芯片2控制能量收集系统给温度压力传感器3供电,温度压力传感器3将信号实时传送给控制模块1,并通过连接在控制模块1上的无线通讯系统7对外输出,所述的能量收集系统包括并联的超级电容5、电池6和太阳能光伏电池板4。
控制模块是包括数据处理和无线通讯系统部分支持2.4GHz频段IEEE 802.15.4e标准的SOC系统级芯片或MCU单片机。无线通讯系统是中心频率2.4GHz的天线。电源管理芯片是指支持MPPT和充电管理的极低能量收集PMU芯片。超级电容是1.5F 5.5V的超级电容。电池是1.7Ah3.6V的锂亚硫酰氯电池。太阳能光伏电池板是1W的单晶硅光伏板。温度压力传感器采用一个基于MEMS工艺的温度压力一体传感器,且采用316钢材的材质,额定量程1000kpa,最大承受100倍额定量程,采用温度补偿的修正算法,精度达到±2.5kpa,通过IIC接口与MCU通讯,满量程工作时的功耗<1mA。
所有器件的工作温度范围不窄于-20~70℃,所有器件封装在直径40mm,厚度70mm的腔体结构件内,并实现IP68的防护等级。

Claims (10)

1.一种宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器,其特征在于,设置控制模块,控制模块通过电源管理芯片控制能量收集系统给温度压力传感器供电,温度压力传感器将信号实时传送给控制模块,并通过连接在控制模块上的无线通讯系统对外输出,所述的能量收集系统包括并联的超级电容、电池和太阳能光伏电池板。
2.根据权利要求1所述的宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器,其特征在于,所述的控制模块是包括数据处理和无线通讯系统部分支持2.4GHz频段IEEE 802.15.4e标准的SOC系统级芯片或MCU单片机。
3.根据权利要求2所述的宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器,其特征在于,所述的无线通讯系统是中心频率2.4GHz的天线。
4.根据权利要求3所述的宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器,其特征在于,所述的电源管理芯片, 是指支持MPPT和充电管理的极低能量收集PMU芯片。
5.根据权利要求4所述的宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器,其特征在于,所述的超级电容是1.5F 5.5V的超级电容。
6.根据权利要求5所述的宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器,其特征在于,所述的电池是1.7Ah3.6V的锂亚硫酰氯电池。
7.根据权利要求6所述的宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器,其特征在于,所述的太阳能光伏电池板是1W的单晶硅光伏板。
8.根据权利要求7所述的宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器,其特征在于,所述的温度压力传感器采用一个基于MEMS工艺的温度压力一体传感器,且采用316钢材的材质,额定量程1000kpa,最大承受100倍额定量程,采用温度补偿的修正算法,精度达到±2.5kpa,通过IIC接口与MCU通讯,满量程工作时的功耗<1mA。
9.根据权利要求8所述的宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器,其特征在于,所述的所有器件的工作温度范围不窄于-20~70℃。
10.根据权利要求9所述的宽温度、长寿命、支持无线通讯的智能传感器,其特征在于,所述的所有器件封装在直径40mm,厚度70mm的腔体结构件内,并实现IP68的防护等级。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111487449A (zh) * 2020-04-10 2020-08-04 北京迈驰电气技术有限公司 一种无线智能低压测量终端
CN114184234A (zh) * 2021-12-14 2022-03-15 苏州长风航空电子有限公司 一种温压组合式传感器

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