CN215218865U - 一种非接触式自发电的转速测量设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种非接触式自发电的转速测量设备。主控模块选用STM32单片机作为主控芯片，主控模块通过串口与无线通信模块连接，实现单片机与终端的通信；主控模块与电源管理模块连接，实现电压生成器对主控模块的供电；主控模块的I/O口与转速信号采集模块连接，实现对转速信号的采集和处理；电压生成模块与能量管理模块连接，实现对采集到的电压进行整理、储存和管理的功能；电压生成模块产生的交流电通过电源管理模块整流和降压后储存到电源管理模块中，为主控模块供电。
Description
技术领域
本实用新型属于自发电技术领域，具体涉及一种非接触式自发电的转速测量设备。
背景技术
目前传统的转速测量设备都需要电池对其进行供电，并且在使用时没有与终端进行通信的功能，而在实际使用过程中往往会遇到电池没电或者无法对之前每时每刻的实时数据进行记录的问题，因此提出了一种除了不需要电池对其进行供电以外，还能与终端进行通信，并且通过终端可记录所需要的数据的自发电的转速测量设备。
实用新型内容
本实用新型提供一种非接触式自发电的转速测量设备，该非接触式自发电的转速测量设备能够摆脱电池限制，还能与终端进行通讯并对数据进行记录。
为此本实用新型提供以下方案：一种非接触式自发电的转速测量设备，包括：
一种非接触式自发电的转速测量设备，包括：主控模块、无线通信模块、电压生成模块、电源管理模块和转速信号采集模块；
所述的主控模块使用STM32单片机，主控模块通过串口与无线通信模块电连接，主控模块的电源端与电源管理模块的VCC和GND电连接，主控模块的I/O口与转速信号采集模块电连接；
电压生成模块与电源管理模块电连接；
电压生成模块，包括：激励模块和磁感应发电模块。
电压生成模块与电源管理模块，实现对采集到的电压进行整理、储存和管理的功能。
激励模块固定在所要测速的物体外表面上随测速物体一起转动，与瞬变磁场发生装置配合工作。激励模块周期性经过电压生成模块，引起电压生成模块内部自身产生瞬变磁场，进而电压生成模块的线圈上通过感应产生电压，产生的交流电通过电源管理模块整流和稳压并储存到电源管理模块中，为主控模块供电。
作为优选，所述的电源管理模块，包括：电源管理芯片U1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电感L1；
电源管理芯片U1的1脚和11脚连接电压生成模块的输出，对电压生成模块输出的交流电压进行整流；电源管理芯片U1的2脚连接电容C1的正极，电容C1的负极连接U1的3脚；电源管理芯片U1的2脚连接电容C3的正极，电容C3的负极连接电源管理芯片U1的7脚；电源管理芯片U1的4脚连接电容C2的正极，电容C2的负极连接电源管理芯片U1的7脚；电源管理芯片U1的5脚连接电源管理芯片U1的4脚；电源管理芯片U1的10脚连接电感L1的一端；电感L1的另一端连接电源管理芯片U1的9脚和电容C4的正极；电容C4的负极连接电源管理芯片U1的7脚。
作为优选，所述的激励模块由永磁体和铁磁底座构成；
激励模块随被测物体旋转所形成的径向侧面一同旋转，与磁感应发电模块之间的间距大于等于1cm；
磁感应发电模块包括：固定外壳；瞬变磁场发生装置通过卡槽设置在固定外壳内。
激励模块随被测物体的旋转接近瞬变磁场发生装置时，瞬变磁场发生装置通过自身内部磁铁机械转动引发瞬变磁场，通过内部软硬磁结合的合金材料的巴克豪森跳变引发瞬变磁场，从而在感应线圈中产生周期性感应电压。
电压生成模块线圈两头接到电源管理芯片U1的1脚和11脚对电容C3进行充电。
作为优选，所述的转速信号采集模块包括一个线圈Q1和一个全桥整流电路D1；线圈Q1的第一端与全桥整流电路D1的第一端电连接，线圈Q1的第二端与全桥整流电路D1的第三端电连接，全桥整流电路D1的第二端接地，全桥整流电路D1的第四端与主控模块的I/O口电连接。
作为优选，所述的瞬变磁场发生装置，包括：转动磁铁和限位盒；
转动磁铁设置在限位盒内；
限位盒，有一对面为磁性材料，其余两面为非磁性材料，限位盒外部缠绕线圈；所述激励模块包括激励磁铁和铁芯，所述激励磁铁放在一铁芯上，由两个极性相反的磁铁组成，两个磁铁极性相反放置。
作为优选，所述的瞬变磁场发生装置，包括：软硬磁合金和限位盒；软硬磁合金设置在限位盒内；软硬磁合金随外部磁场发生反转而内部磁场发生瞬间突变，进而线圈感应产生电流。
作为优选，所述的限位盒内设置有一中轴，转动磁铁设置在中轴上，转动磁铁被中轴限位并只能围绕中轴转动；
转动磁铁通过轴承与中轴转动连接。
作为优选，所述的电压生成模块为复用模块，复用转速信号采集模块的功能。
作为优选，所述的磁感应发电模块，卡槽形状设置为L型，瞬变磁场发生装置置于固定外壳内的卡槽中以便固定，卡槽外的空间有利于将瞬变磁场发生装置取出和放入。
作为优选，所述的无线通信模块为CC2530芯片，芯片内存为256K。
本实用新型的有益效果是：
1、可以在测量时自行供电，不需要浪费其余的能量资源便能够测的被测物体的转速，不需要再为电池没电或者没有电池而操心；
2、拥有自带的通讯模块，能够与终端取得联系，并在终端上取得数据和记录数据，更加便捷；
3、发电过程中不需要接触被测物体，避免为了获取能量而影响被测物体转动的现象，安装简单，通用性强，不仅仅针对特定的转动物体。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构图。
图2是电源管理模块电路图。
图3是转速信号采集模块电路图。
图4是设备电压生成模块的放置示意图。
图5为电压生成模块的示意图。
图6是电压生成模块的内部立体图。
图7为瞬变磁场发生装置激励模块的示意图。
图8为瞬变磁场发生装置激励模块的立体图。
图9是电压生成模块的外部立体图。
图中：1、线圈，2、转动磁铁，3、磁性材料，4、限位盒，5、铁芯，6、激励磁铁，7、外壳，8、磁感应发电模块，9、激励模块，10、中轴，11、轴承，12、卡槽，13、被测物体，14、电压生成模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
实施例1
如图1所示，包括主控模块、无线通信模块、电压生成模块、电源管理模块、转速信号采集模块；其特征是：所述的主控模块选用STM32单片机作为主控芯片，主控模块通过串口与无线通信模块连接，实现单片机与终端的通信；主控模块的VCC和GND与电源管理模块的VCC与GND连接，实现电压生成器对主控模块的供电；主控模块的I/O口与转速信号采集模块连接，实现对转速信号的采集和处理；电压生成模块与能量管理模块连接，实现对采集到的电压进行整理、储存和管理的功能；电压生成模块包括外部移动磁场模块和电压生成模块，外部移动磁场模块包含一个永磁体，固定在所要测转速的物体外表面上，物体带动磁铁进行转动，周期性经过电压生成模块，引起电压生成模块内部自身产生瞬变磁场，进而电压生成模块的线圈上通过感应产生电压，产生的交流电通过电源管理模块整流和稳压并储存到电源管理模块中，为主控模块供电。
所述的电源管理模块包括电源管理芯片U1，电源管理芯片U1选用LTC3588-1芯片；电源管理芯片U1的1脚和11脚连接电压生成模块的输出，对电压生成模块输出的交流电压进行整流；电源管理芯片U1的2脚连接电容C1的正极，电容C1的负极连接U1的3脚；电源管理芯片U1的2脚连接电容C3的正极，电容C3的负极连接电源管理芯片U1的7脚；电源管理芯片U1的4脚连接电容C2的正极，电容C2的负极连接电源管理芯片U1的7脚；电源管理芯片U1的5脚连接电源管理芯片U1的4脚；电源管理芯片U1的10脚连接电感L1的一端；电感L1的另一端连接电源管理芯片U1的9脚和电容C4的正极；电容C4的负极连接电源管理芯片U1的7脚。
所述的电压生成模块包括一个线圈和一个瞬变磁场发生装置，外部移动磁场模块随被测物体的旋转接近瞬变磁场发生装置时，瞬变磁场发生装置通过自身内部磁铁机械转动引发瞬变磁场，也可以通过内部软硬磁结合的合金材料的巴克豪森跳变引发瞬变磁场，从而在感应线圈中产生周期性感应电压。外部移动磁场模块的磁铁随被测物体的旋转所形成的径向侧面，与电压生成模块对应侧面相距优选小于等于1cm。电压生成模块线圈两头接到电源管理芯片U1的1脚和11脚对电容C3进行充电，C3的电容大小可根据实际进行替换。
所述的转速信号采集模块包括一个线圈Q1和一个全桥整流电路D1，线圈Q1的两端接在全桥整流电路D1的上下两个端口，全桥整流电路D1的左边端口接地，右边端口接入STM32单片机的I/O口，STM32单片机对电压信号ADC采集后计算出相应的转速。
所述的无线通信模块可以是一片德州仪器公司生产的CC2530的芯片；CC2530芯片选用256K的内存；CC2530芯片由主控模块供电，并与主控模块的STM32通过串口进行通讯。
所述的电压生成模块线圈内可以有铁磁体，这个铁磁体可以是永磁体，可以通过转动来改变线圈磁通量。
电压生成模块为复用模块，复用转速信号采集模块的功能，即当电压生成模块的输出波形规律时，既可以充当电源又能够充当转速信号。
图1为本实用新型的磁感应发电模块8的示意图。在图1中，磁感应发电模块8包括一个转动磁铁2，转动磁铁2放在限位盒4中，所述限位盒4的一对侧面为磁性材料3面，其余一对侧面为非磁性材料面，限位盒4外部缠绕线圈1。
在图2中，转动磁铁2内部放置一个轴承11，可有效避免因为转动磁铁2转动对中轴10造成的磨损。中轴10穿过轴承11内部。当激励磁铁6转到转动磁铁2附近时，转动磁铁2就会只能围绕中轴进行相应的翻转。
本实施例中，线圈1为铜线圈，绕在限位盒4上，线圈1两端接负载。
本实施例中，转动磁铁2磁化方向为径向。
本实施例中，限位盒侧面为磁性材料3。
图3为本实用新型的激励模块9的示意图。在图3所示实施例中，所述激励模块9包括激励磁铁6和铁芯5，所述激励磁铁6放在一铁芯5上。激励磁铁6由两个极性相反的磁铁组成，两个磁铁极性相反放置，分别N极和S极与铁芯5固定。当激励磁铁6转到转动磁铁2附近时，转动磁铁2就会根据激励磁铁6的不同极性进行两次相反方向转动，当激励磁铁6远离转动磁铁2，转动磁铁2会向限位盒磁铁3面再一次转动。由于转动磁铁2运动时改变了线圈1的磁通量，从而线圈1内产生感应电流，可以对设备供电。
在图4中以线圈形式展示电压生成模块14，两个激励磁铁6之间的距离可设置为1cm，但需说明的是，根据不同的需求，激励磁铁6的间距可做适当调节。
在图5中，磁感应发电模块8放置在外壳内7，由外壳内7的卡槽12将其固定，卡槽12形状设置为类似L型，卡槽12外的空间有利于将磁感应发电模块8取出和放入。
以上所述仅为本实用新型专利的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型专利，凡在本实用新型专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型专利的保护范围之内。
工作原理和过程如下：将两块磁铁贴在被测物体侧面，磁铁随着被测物体做圆周运动，电压生成模块中的线圈由于磁场的瞬变导致线圈内磁通量的变换而产生电压。电压通过电源管理模块向电容C3充电，电源管理模块输出标准的3、3V电压给后面的主控模块STM32单片机供电。转速信号采集模块也由于磁铁的转动产生电压，经过全桥整流电路后将信号输送给主控模块STM32单片机进行处理，处理后的STM32单片机控制无线通信模块进行发送数据操作，终端接收到无线通信模块发送到的数据将显示在终端。
以上所述仅为本实用新型专利的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型专利，凡在本实用新型专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型专利的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种非接触式自发电的转速测量设备，其特征在于，包括：主控模块、无线通信模块、电压生成模块、电源管理模块和转速信号采集模块；
所述的主控模块使用STM32单片机，主控模块通过串口与无线通信模块电连接，主控模块的电源端与电源管理模块的VCC和GND电连接，主控模块的I/O口与转速信号采集模块电连接；
电压生成模块与电源管理模块电连接；
电压生成模块，包括：激励模块和磁感应发电模块。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式自发电的转速测量设备，其特征在于，所述的电源管理模块，包括：电源管理芯片U1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电感L1；
电源管理芯片U1的1脚和11脚连接电压生成模块的输出，对电压生成模块输出的交流电压进行整流；电源管理芯片U1的2脚连接电容C1的正极，电容C1的负极连接U1的3脚；电源管理芯片U1的2脚连接电容C3的正极，电容C3的负极连接电源管理芯片U1的7脚；电源管理芯片U1的4脚连接电容C2的正极，电容C2的负极连接电源管理芯片U1的7脚；电源管理芯片U1的5脚连接电源管理芯片U1的4脚；电源管理芯片U1的10脚连接电感L1的一端；电感L1的另一端连接电源管理芯片U1的9脚和电容C4的正极；电容C4的负极连接电源管理芯片U1的7脚。
3.根据权利要求1所述的一种非接触式自发电的转速测量设备，其特征在于，所述的激励模块由永磁体和铁磁底座构成；
激励模块随被测物体旋转所形成的径向侧面一同旋转，与磁感应发电模块之间的间距大于等于1cm；
磁感应发电模块包括：固定外壳；瞬变磁场发生装置通过卡槽设置在固定外壳内。
4.根据权利要求1所述的一种非接触式自发电的转速测量设备，其特征在于，所述的转速信号采集模块包括一个线圈Q1和一个全桥整流电路D1；线圈Q1的第一端与全桥整流电路D1的第一端电连接，线圈Q1的第二端与全桥整流电路D1的第三端电连接，全桥整流电路D1的第二端接地，全桥整流电路D1的第四端与主控模块的I/O口电连接。
5.根据权利要求3所述的一种非接触式自发电的转速测量设备，其特征在于，所述的瞬变磁场发生装置，包括：转动磁铁和限位盒；
转动磁铁设置在限位盒内；
限位盒，有一对侧面为磁性材料，其余一对侧面和顶面均为非磁性材料，限位盒外部缠绕线圈；
所述激励模块包括激励磁铁和铁芯，所述激励磁铁放在一铁芯上，由两个极性相反的磁铁组成，两个磁铁极性相反放置。
6.根据权利要求3所述的一种非接触式自发电的转速测量设备，其特征在于，所述的瞬变磁场发生装置，包括：软硬磁合金和限位盒；
软硬磁合金设置在限位盒内；软硬磁合金随外部磁场发生反转而内部磁场发生瞬间突变，进而线圈感应产生电流。
7.根据权利要求5所述的一种非接触式自发电的转速测量设备，其特征在于，所述的限位盒内设置有一中轴，转动磁铁设置在中轴上，转动磁铁被中轴限位并只能围绕中轴转动；
转动磁铁通过轴承与中轴转动连接。
8.根据权利要求4所述的一种非接触式自发电的转速测量设备，其特征在于，所述的电压生成模块为复用模块，复用转速信号采集模块的功能。
9.根据权利要求3所述的一种非接触式自发电的转速测量设备，其特征在于，所述的磁感应发电模块，卡槽形状设置为L型，瞬变磁场发生装置置于固定外壳内的卡槽中以便固定，卡槽外的空间有利于将瞬变磁场发生装置取出和放入。
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| CN202121624124.9U CN215218865U (zh) | 2021-07-16 | 2021-07-16 | 一种非接触式自发电的转速测量设备 |
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| CN202121624124.9U CN215218865U (zh) | 2021-07-16 | 2021-07-16 | 一种非接触式自发电的转速测量设备 |
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| CN (1) | CN215218865U (zh) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113687092A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-11-23 | 杭州电子科技大学 | 一种非接触式自发电的转速测量设备 |
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2021
- 2021-07-16 CN CN202121624124.9U patent/CN215218865U/zh active Active
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| CN113687092A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-11-23 | 杭州电子科技大学 | 一种非接触式自发电的转速测量设备 |
| CN113687092B (zh) * | 2021-07-16 | 2024-05-24 | 杭州电子科技大学 | 一种非接触式自发电的转速测量设备 |
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