CN211877256U - 嵌入式温度采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了嵌入式温度采集器，属于温度采集设备技术领域，包括外壳、电池、PCB板和温度传感器，所述外壳包括电池盖、电池仓壳和底板，所述电池盖固定在电池仓壳的上端，所述底板固定在电池仓壳的下端，所述电池安装在电池仓壳内部的凹槽中，所述PCB板固定在底板的上端且在电池仓壳和底板之间，PCB板上端集成了SIM卡座和电源开关，所述温度传感器固定在底板的下端。本实用新型结构简单，功耗低，测量精度高，采集的数据可以实时上传，便于使用者进行远程检测。

Description

嵌入式温度采集器

技术领域

本实用新型属于温度采集设备技术领域，涉及嵌入式温度采集器。

背景技术

随着智能城市和物联网的发展，如何安全、有效、科学的控制管道温度成为城市建设的需要。

目前一部分城市通过在供水管道上安装热敏电阻温度传感器，热敏电阻温度传感器通过将温度信号变换为模拟电压信号，再将电压信号放大到单片机可以处理的范围内，及时的反馈当前的室外气温，但是传统的温度采集精度不高，并且功耗高，这就需要一种新型嵌入式温度采集器解决这一问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是嵌入式温度采集器，属于温度采集设备技术领域，结构简单，功耗低，测量精度高，采集的数据可以实时上传，便于使用者进行远程检测。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：嵌入式温度采集器，属于温度采集设备技术领域，包括外壳、电池、PCB板和温度传感器，所述外壳包括电池盖、电池仓壳和底板，所述电池盖固定在电池仓壳的上端，所述底板固定在电池仓壳的下端，所述电池安装在电池仓壳内部的凹槽中，所述PCB板固定在底板的上端且在电池仓壳和底板之间，PCB板上端集成了SIM卡座和电源开关，所述温度传感器固定在底板的下端。

进一步的，所述电池盖和电池仓壳使用卡扣连接和螺丝连接两种固定方式共同固定，所述电池仓壳和底板之间使用螺丝连接固定。

进一步的，还包括FPC天线或棒状天线，所述FPC天线固定在电池仓壳内部的侧面，所述棒状天线固定在电池仓壳外部的侧面。

进一步的，还包括嵌入式温度采集器内部的PCB板上集成的核心处理器、系统供电模块、RTC时钟模块、NB-IOT处理模块、电池电压采集模块、温度采集模块、电压基准模块、恒流源模块和信号放大模块，所述系统供电模块、RTC时钟模块、NB-IOT处理模块、电池电压采集模块和温度采集模块分别与核心处理器连接，所述电压基准模块、恒流源模块和信号放大模块分别与温度采集模块连接。

进一步的，所述核心处理器采用STM32系列核心处理器。

进一步的，所述系统供电模块包括两个并联的电池插座，电池插座的输入端接电池，输出端连接保险丝，保险丝的输出端连接MOS管，MOS管分别连接第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器，核心处理器控制低压差线性稳压器的使能，第一低压差线性稳压器输出3.3V给核心处理器及其周边模块供电，第二低压差线性稳压器是带使能控制的低压差线性稳压器，用来给通信模组供电。

进一步的，所述NB-IOT处理模块和核心处理器通过串口相连。

进一步的，所述电池电压采集模块设有电压跟随模块，通过电压跟随模块连接至核心处理器的输入模拟量端口，所述电压基准模块通过两个高精度的电阻得到一个精准的基准电压，这个电压为恒流源模块提供基准电压，所述信号放大模块通过集成芯片及其增益调整模块接到核心处理器的输入模拟量端口。

进一步的，还包括云服务器，温度传感器通过NB-IOT网络将温度传输到云服务器。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果如下：

1.本实用新型结构简单，功耗低，测量精度高。

2.本实用新型的电池盖和电池仓壳使用卡扣连接和螺丝连接两种固定方式共同固定，电池仓壳和底板之间使用螺丝连接固定，固定牢固，使用时不会松脱。

3.本实用新型的FPC天线固定在电池仓壳内部的侧面，棒状天线固定在电池仓壳外部的侧面，当使用场所信号良好时使用内置FPC天线，当使用场所信号不佳时使用外接棒状天线，满足多种使用场景的需要。

4.本实用新型的核心处理器采用STM32系列核心处理器，功耗低，性能强，成本低。

5.本实用新型的温度传感器通过NB-IOT网络将温度传输到云服务器，采集的数据可以实时上传，便于使用者进行远程检测并及时做出合理的动作，能够满足热力供暖系统对节能减排，降低污染的需求，有着广阔的发展前景。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型嵌入式温度采集器的示意图；

图2是本实用新型嵌入式温度采集器的原理示意图；

图3是本实用新型嵌入式温度采集器的系统供电模块的电路示意图；

图4是本实用新型嵌入式温度采集器的核心处理器的电路示意图；

图5是本实用新型嵌入式温度采集器的RTC时钟模块的电路示意图；

图6是本实用新型嵌入式温度采集器的NB-IOT处理模块的电路示意图；

图7是本实用新型嵌入式温度采集器的电池电压采集模块的电路示意图；

图8是本实用新型嵌入式温度采集器的电压基准模块的电路示意图；

图9是本实用新型嵌入式温度采集器的恒流源模块的电路示意图；

图10是本实用新型嵌入式温度采集器的信号放大模块的电路示意图。

附图标记：

1、外壳；2、电池；3、PCB板；4、温度传感器；5、SIM卡座；6、电源开关；7、FPC天线；8、棒状天线；11、电池盖；12、电池仓壳；13、底板；21、核心处理器；22、系统供电模块；23、RTC时钟模块；24、NB-IOT处理模块；25、电池电压采集模块；26、温度采集模块；27、电压基准模块；28、恒流源模块；29、信号放大模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。

如图1至10所示，本实用新型为嵌入式温度采集器，属于温度采集设备技术领域，包括外壳、电池、PCB板和温度传感器，外壳包括电池盖、电池仓壳和底板，电池盖固定在电池仓壳的上端，底板固定在电池仓壳的下端，电池安装在电池仓壳内部的凹槽中，PCB板固定在底板的上端且在电池仓壳和底板之间，PCB板上端集成了SIM卡座和电源开关，温度传感器固定在底板的下端。

优选地，电池盖和电池仓壳使用卡扣连接和螺丝连接两种固定方式共同固定，电池仓壳和底板之间使用螺丝连接固定，固定牢固，使用时不会松脱。

优选地，FPC天线固定在电池仓壳内部的侧面，棒状天线固定在电池仓壳外部的侧面，当使用场所信号良好时使用内置FPC天线，当使用场所信号不佳时使用外接棒状天线，满足多种使用场景的需要。

优选地，系统供电模块、RTC时钟模块、NB-IOT处理模块、电池电压采集模块和温度采集模块分别与核心处理器连接，电压基准模块、恒流源模块和信号放大模块分别与温度采集模块连接。

优选地，核心处理器采用STM32系列核心处理器，如图4所示，S1是干簧开关，作用是当S1闭合导通时，核心处理器的14脚由低电平变为高电平，可用于唤醒休眠状态下的核心处理器，P2是程序Debug口，通过SWD方式进行在线编程调试，功耗低，性能强，成本低。

优选地，系统供电模块包括两个并联的电池插座，电池插座的输入端接电池，输出端连接保险丝，保险丝的输出端连接MOS管，MOS管分别连接第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器，核心处理器通过“NB_POW_CRL”控制低压差线性稳压器的使能，第一低压差线性稳压器输出3.3V给核心处理器及其周边模块供电，第二低压差线性稳压器是带使能控制的低压差线性稳压器，用来给通信模组供电，系统供电模块为其它各个模块单元提供合适的供电电压，RTC时钟模块，NB-IOT处理模块，电池电压采集模块，温度采集模块分别连接核心处理器，系统供电模块如图3所示，P1，P6是两个并联的电池插座，使用时接电池，F1是保险丝，用来进行过压和过流保护，D1是TVS管，用来防止静电，Q1是一个P沟道的MOSFET，用来防止电源反接，利用MOSFET的导通沟道实现几乎为0的电压降，可以更充分的利用电池的电量。

优选地，RTC时钟模块由核心处理器通过“I2C1_SCL”、“I2C1_SDA”和“RTC_IRQ_SYS_WAK”跟RTC时钟芯片相连，“I2C1_SCL”用于核心处理器与RTC时钟芯片之间的通讯同步，“I2C1_SDA”用于核心处理器与RTC时钟之间的数据交互，“RTC_IRQ_SYS_WAK”用于定时唤醒处于休眠状态的核心处理器。

优选地，NB-IOT处理模块由核心处理器通过串口UART“NB_TXD”和“NB_RXD”以及“NB_RESET”和“NB_RI”跟核心处理器相连，用特定的AT指令实现核心处理器与通信模组之间的通信；核心处理器通过“NB_POW_CRL”信号线，启动通信模组，核心处理器通过“NB_RESET”信号线，重新启动通信模组，核心处理器通过“NB_RI”信号线，来唤醒处于休眠状态下的通信模组，通信模组的“RXD”串口接收信号通过二极管连接到核心处理器的“NB_RXD”串口发送信号端，通信模组的“RXD”串口接收信号没有直接连接到核心处理器的“NB_RXD”串口发送信号端，而是增加了一个二极管D3，当“NB_RXD”是高电平时，二极管D3处于反向偏置状态，所以不导通，这时通信模组的“RXD”端由于有R6上拉到“VDD_EXT”，所以也是高电平，与此时核心处理器端的“NB_RXD”电平状态一致，当“NB_RXD”是低电平时，二极管D3处于正向偏置状态，所以导通，同时会把通信模组端的“RXD”拉低，与此时核心处理器端的“NB_RXD”电平一致，从而保证了信号的一致性实现了核心处理器与通信模组之间的电平转换，降低了系统的功耗。

优选地，电池电压采集模块设有电压跟随模块，如图7所示，电池电压“Vbat”先通过电阻R12与R13分压，再经过由运算放大器U9组成的电压跟随模块，接到核心处理器的串口发送信号端，增加了一级电压跟随模块，利用电压跟随模块的高输入阻抗，低输出阻抗的特性，可以有效的避免核心处理器的串口发送信号端对所采集电压的影响，使得电池电压能够实时准确的被核心处理器的串口发送信号端采集到，优选地，如图8所示，电压基准模块通过两个高精度的电阻R28和R29得到一个精准的基准电压，这个电压为恒流源模块提供基准电压，优选地，如图9所示，恒流源模块通过运算放大器U10和基准电压以及电阻R30实现恒流输出，利用运算放大的特性实现了输出的恒流，P4接温度传感器PT1000，PT1000是正温度系数热敏电阻，其阻值的大小随温度的变化而线性变化，根据V＝R*I(其中的I就是上述恒流源的恒流值)，可以得到电压V与温度的线性对应关系，此电压V再通过下述的信号放大电路放大，接到核心处理器的串口发送信号端，再通过核心处理器的计算及查表就可以得到当前的温度数据，优选地，如图10所示，信号放大模块通过集成芯片U6及其增益调整电路(由电阻R19和电阻R21组成)得到一个合适的放大倍数，把上述电路中的电压V放大后送到核心处理器的串口发送信号端。

优选地，温度传感器通过NB-IOT网络将温度传输到云服务器，采集的数据可以实时上传，便于使用者进行远程检测并及时做出合理的动作，能够满足热力供暖系统对节能减排，降低污染的需求，有着广阔的发展前景。

在实际工作过程中，温度传感器内设有核心处理器，系统供电模块，RTC时钟模块，NB-IOT处理模块，电池电压采集模块，温度采集模块，电压基准模块，恒流源模块和信号放大模块组成，核心处理器和NB-IOT窄带物联网及外围模块实现了低功耗、高精度测量，同时能够将采集到温度和电压数据通过窄带物联网传输到服务器，便于管理人员远程监测被监测点的温度数据，及时做出合理的动作。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.嵌入式温度采集器，其特征在于：包括外壳(1)、电池(2)、PCB板(3)和温度传感器(4)，所述外壳(1)包括电池盖(11)、电池仓壳(12)和底板(13)，所述电池盖(11)固定在电池仓壳(12)的上端，所述底板(13)固定在电池仓壳(12)的下端，所述电池(2)安装在电池仓壳(12)内部的凹槽中，所述PCB板(3)固定在底板(13)的上端且在电池仓壳(12)和底板(13)之间，PCB板(3)上端集成了SIM卡座(5)和电源开关(6)，所述温度传感器(4)固定在底板(13)的下端。

2.根据权利要求1所述的嵌入式温度采集器，其特征在于：所述电池盖(11)和电池仓壳(12)使用卡扣连接和螺丝连接两种固定方式共同固定，所述电池仓壳(12)和底板(13)之间使用螺丝连接固定。

3.根据权利要求1和2任一项所述的嵌入式温度采集器，其特征在于：还包括FPC天线(7)或棒状天线(8)，所述FPC天线(7)固定在电池仓壳(12)内部的侧面，所述棒状天线(8)固定在电池仓壳(12)外部的侧面。

4.根据权利要求1和2任一项所述的嵌入式温度采集器，其特征在于：还包括嵌入式温度采集器内部的PCB板(3)上集成的核心处理器(21)、系统供电模块(22)、RTC时钟模块(23)、NB-IOT处理模块(24)、电池电压采集模块(25)、温度采集模块(26)、电压基准模块(27)、恒流源模块(28)和信号放大模块(29)，所述系统供电模块(22)、RTC时钟模块(23)、NB-IOT处理模块(24)、电池电压采集模块(25)和温度采集模块(26)分别与核心处理器(21)连接，所述电压基准模块(27)、恒流源模块(28)和信号放大模块(29)分别与温度采集模块(26)连接。

5.根据权利要求4所述的嵌入式温度采集器，其特征在于：所述核心处理器(21)采用STM32系列核心处理器(21)。

6.根据权利要求4所述的嵌入式温度采集器，其特征在于：所述系统供电模块(22)包括两个并联的电池插座，电池插座的输入端接电池(2)，输出端连接保险丝，保险丝的输出端连接MOS管，MOS管分别连接第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器，核心处理器(21)控制低压差线性稳压器的使能，第一低压差线性稳压器输出3.3V给核心处理器(21)及其周边模块供电，第二低压差线性稳压器是带使能控制的低压差线性稳压器，用来给通信模组供电。

7.根据权利要求4所述的嵌入式温度采集器，其特征在于：所述NB-IOT处理模块(24)和核心处理器(21)通过串口相连。

8.根据权利要求4所述的嵌入式温度采集器，其特征在于：所述电池电压采集模块(25)设有电压跟随模块，通过电压跟随模块连接至核心处理器(21)的输入模拟量端口，所述电压基准模块(27)通过两个高精度的电阻得到一个精准的基准电压，这个电压为恒流源模块(28)提供基准电压，所述信号放大模块(29)通过集成芯片及其增益调整模块接到核心处理器(21)的输入模拟量端口。

9.根据权利要求4所述的嵌入式温度采集器，其特征在于：还包括云服务器，温度传感器(4)通过NB-IOT网络将温度传输到云服务器。

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