CN218035389U - 无线温度监测器 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种无线温度监测器，包括用于实现设备温度数据采集的温度采集电路、用于实现模数信号转换的信号转换电路以及用于实现数据无线传输的蓝牙通信电路，信号转换电路及蓝牙通信电路均集成于一块蓝牙SOC芯片中，温度采集电路包含有用于获取温度传感信号的传感元件以及用于实现信号传输的温度传感器接口，温度采集电路通过其上所设置的温度传感器接口与蓝牙SOC芯片信号连接。本申请中利用了蓝牙SOC芯片的功耗低、成本低的优势，降低了监测器成品的尺寸，在方便了安装操作的同时大幅降低了方案的综合实施成本。同时，本申请中所利用得低功耗蓝牙技术，还极大地拓展了方案的适用性、拓宽了应用场景。

Description

无线温度监测器

技术领域

本申请涉及一种监测设备，具体为一种无线温度监测器，属于设备状态监测技术领域。

背景技术

当机械设备内的旋转部件存在缺陷或出现故障时，因零部件间的摩擦和磨损会导致设备内部温度升高，因此温度监测是现阶段应用最为普遍的工业设备状态监测手段之一。在目前的工业生产领域，为了达到温度监测的目的，通常采用以下两种实现方式，其一是利用有线温度传感器连接数据采集终端进行在线监测，其二是在设备点检过程中采用手持式的红外温度仪进行人工读数监测。

但无论是上述哪种实现方式，在实际应用过程中的缺陷均十分显著：

在第一种实现方式中，有线温度传感器在厂区环境中使用存在着布线安装麻烦的问题。此外，有线温度传感器多为模拟信号输出，需要与数据采集终端以实体线缆的方式进行连接，通过数据采集终端采集信号并进行转换后再上传至在线监测系统。受到自身尺寸和通信端口的数量限制，一台数据采集终端所能连接的传感器数量有限，一般不超过16或24路，这也在一定程度上限制了有线温度传感器的推广使用。

在第二种实现方式中，全程需要人工参与，加重了设备维护人员的作业负担。同时，采用人工操作的方式也使得监测结果受设备维护人员的操作经验影响大，监测的准确性难以保证。

针对上述缺陷，结合近年来无线通讯技术日益成熟的背景，目前本领域内的技术人员也开始尝试将无线传感器等硬件应用于设备温度监测场景，但现有的各种无线传感设备都采用连接后传输的方式进行通讯，对无线通信芯片和软件的要求较高，不仅方案实现成本较高而且整个通信过程较为复杂，又由于需要连接的原因，一台无线数据采集终端所能连接的监测器数目同样有限。

因此，如何提出一种能够在低硬件成本的前提下实现设备温度数据无线传输的技术方案，方便设备维护人员的实际使用，也就成为了本领域内技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为了在低硬件成本的前提下实现设备温度数据的无线传输，本申请提供了一种无线温度监测器。

本申请提供的一种无线温度监测器采用如下的技术方案：

一种无线温度监测器，包括：

用于实现设备温度数据采集的温度采集电路、用于实现模数信号转换的信号转换电路以及用于实现数据无线传输的蓝牙通信电路，所述信号转换电路及所述蓝牙通信电路均集成于一块蓝牙SOC芯片中，所述温度采集电路包含有用于获取温度传感信号的传感元件以及用于实现信号传输的温度传感器接口，所述温度采集电路通过其上所设置的所述温度传感器接口与所述蓝牙SOC芯片信号连接。

通过采用上述技术方案，使得所述无线温度监测器利用了蓝牙SOC芯片功耗极低、成本极低的优点，在低硬件成本的前提下实现了设备温度数据的有效采集和无线传输。

优选地，所述传感元件为热敏电阻、热敏电偶或红外温度传感器中的任意一种。

通过采用上述技术方案，进一步拓展了本方案中对于设备温度采集部分的实现方式，满足了不同应用场景的使用需要。

优选地，所述传感元件为NTC热敏电阻。

优选地，所述温度采集电路还包括运算放大器，所述NTC热敏电阻的第一端电性连接至模拟地，所述NTC热敏电阻的第二端电性连接至所述运算放大器的同向输入端，所述运算放大器的反向输入端及输出端均电性连接至所述温度传感器接口，所述运算放大器的正电压供电端电性连接至电源输入端，所述运算放大器的负电压供电端电性连接至模拟地。

优选地，所述温度采集电路还包括第一电阻及第一电容；

所述第一电阻的第一端分别电性连接至所述NTC热敏电阻的第二端及所述运算放大器的同向输入端，所述第一电阻的第二端电性连接至电源输入端；

所述第一电容的第一端分别电性连接至电源输入端及所述运算放大器的正电压供电端，所述第一电容的第二端电性连接至模拟地。

通过采用上述技术方案，明确了本方案中所述温度采集电路的具体构成，从硬件层面保证了设备温度采集过程的可靠性和结果的准确性。

优选地，所述蓝牙SOC芯片包含一块用于实现中枢控制的核心板以及一组用于下载和调试相关程序的程序调用接口，所述核心板借助所述程序调用接口与外部终端设备信号连接。

优选地，所述程序调用接口中至少包含指示发送端口、指示接收端口、双向数据端口以及时钟端口，所述发送端口、所述指示接收端口、所述双向数据端口、所述时钟端口以及所述温度传感器接口均与所述核心板的一路引脚信号连接。

通过采用上述技术方案，明确了本方案中所述蓝牙SOC芯片的设置及连接关系，为方案实现过程中将所采集的设备温度数据以BLE Beacon广播方式进行发送提供了硬件基础。

优选地，所述外部终端设备为无线数据采集终端或移动终端；

当所述外部终端设备为无线数据采集终端时，所述无线温度监测器通过所述外部终端设备信号连接至在线监测系统或工业互联网云平台；

当所述外部终端设备为移动终端时，所述无线温度监测器通过所述外部终端设备信号连接至点检系统或点检云平台。

通过采用上述技术方案，从硬件层面展示了本方案的两种实际应用场景，满足了线上连续不间断的温度监测及按需点检形式的温度监测的使用需要。

综上所述，本申请至少包含如下有益效果：

本申请中所使用的蓝牙SOC芯片，具有功耗极低和成本极低的优点，适合大规模推广应用，可以取代相关技术中各类有线、无线形式的温度采集方案；且无线温度监测器成品的尺寸极小、便于安装，综合实施成本远低于其他相关技术。

同时，本申请利用低功耗蓝牙技术，将所采集的设备温度数据以BLE Beacon广播方式进行发送，不仅免除了通信线缆排布的相关问题，而且也使得所有支持BLE蓝牙协议的终端设备都可以作为数据接收方，极大地拓展了方案的适用性、拓宽了应用场景。

附图说明

图1是本申请实施例中的一种无线温度监测器的硬件结构示意图；

图2是本申请实施例中的蓝牙SOC芯片部分的硬件结构示意图；

图3是本申请实施例中的配套软件部分的架构示意图；

图4是将本申请实施例中的无线温度监测器应用于在线监测场景中的拓扑示意图；

图5是将本申请实施例中的无线温度监测器应用于点检场景中的拓扑示意图。

其中：1、温度采集电路；101、温度传感器接口；102、NTC热敏电阻； 103、运算放大器；104、第一电阻；105、第一电容；2、蓝牙SOC芯片； 201、核心板；202、程序调用接口。

具体实施方式

本申请提供了一种无线温度监测器，为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施方式作进一步地详细说明。

以下结合说明书附图对本申请的一具体实施例作进一步详细描述。

一种无线温度监测器，如图1所示，包括用于实现设备温度数据采集的温度采集电路1、用于实现模数信号转换的信号转换电路(ADC)以及用于实现数据无线传输的蓝牙通信电路，考虑到技术实现的便捷性，在本方案中所述信号转换电路及所述蓝牙通信电路均集成于一块蓝牙SOC芯片2 中，且所述信号转换电路实质上是所述蓝牙SOC芯片2中的一项基础功能。

所述温度采集电路1包含有用于获取温度传感信号的传感元件以及用于实现信号传输的温度传感器接口101，所述温度采集电路1通过其上所设置的所述温度传感器接口101与所述蓝牙SOC芯片2信号连接。

为了进一步拓展了本方案中对于设备温度采集部分的实现方式，满足了不同应用场景的使用需要，所述传感元件为热敏电阻、热敏电偶或红外温度传感器中的任意一种。

在本实施例中，所述传感元件优选为一颗NTC热敏电阻102。基于此，以下便对本实施例中所述温度采集电路1的具体构成进行详细说明。

所述温度采集电路1还包括运算放大器103，所述NTC热敏电阻102 的第一端电性连接至模拟地(AGND)，所述NTC热敏电阻102的第二端电性连接至所述运算放大器103的同向输入端，所述运算放大器103的反向输入端及输出端均电性连接至所述温度传感器接口101，所述运算放大器 103的正电压供电端电性连接至电源输入端(VDD IN)，所述运算放大器 103的负电压供电端电性连接至模拟地；本实施例中所使用的所述运算放大器103型号为OPA340。

所述温度采集电路1还包括第一电阻104及第一电容105；所述第一电阻104的第一端分别电性连接至所述NTC热敏电阻102的第二端及所述运算放大器103的同向输入端，所述第一电阻104的第二端电性连接至电源输入端；所述第一电容105的第一端分别电性连接至电源输入端及所述运算放大器103的正电压供电端，所述第一电容105的第二端电性连接至模拟地。

如图2所示，所述蓝牙SOC芯片2包含一块用于实现中枢控制的核心板201以及一组用于下载和调试相关程序的程序调用接口202，所述核心板201借助所述程序调用接口202与外部终端设备信号连接。

所述程序调用接口202主要用于实现设备间的交互，其中包含多个端口，至少包含指示发送端口(TX0)、指示接收端口(RX0)、双向数据端口(SWIO)以及时钟端口(SWCK)，在本实施例中还包含有电源端口(VDD) 及接地端口(GND)。

所述发送端口、所述指示接收端口、所述双向数据端口、所述时钟端口以及所述温度传感器接口101均与所述核心板201的一路引脚信号连接，所述电源端口电性连接至电源、所述接地端口电性连接至数字地 (DGND)。

与本方案中的一种无线温度监测器相配套的软件系统架构如图3所示，软件系统主要由数据采集模块、加密模块和发送模块组成。其中，数据采集模块被配置为采集经过ADC转换后的温度数据；加密模块被配置为将温度数据进行加密；发送模块被配置为将加密后的温度数据利用BLE Beacon 广播包以广播形式进行发送。

此外，在本实施例中，根据应用场景的不同，所述外部终端设备可以是无线数据采集终端或移动终端。

当所述外部终端设备为无线数据采集终端时，如图4所示，所述无线温度监测器通过所述外部终端设备信号连接至在线监测系统或工业互联网云平台。

当所述外部终端设备为移动终端时，如图5所示，所述无线温度监测器通过所述外部终端设备信号连接至点检系统或点检云平台。

结合上述两种应用场景可以看出，本方案中的一种无线温度监测器在使用过程中可以由两种温度监测的方法，一种是通过无线数据采集终端，连接到在线监测系统或工业互联网云平台，进行连续不间断的设备温度在线监测；另一种是通过移动终端、如智能手机，接收数据以后直接在终端本机展示或通过移动终端上传到点检系统或点检云平台，进行按需点检形式的设备温度监测。

此处需要强调的是，本方案的应用场景或方式不限于上述几种形式，本申请的方案还可以适用于通用型BLE蓝牙芯片终端，利用广播信道发送温度或其他简单的采集数据。

综上所述，结合以上具体的方案细节可以看出，与现有技术相比，本申请的方案具有如下优点：

1、本方案利用了集成化的SOC芯片，具有功耗极低和成本极低的优点，适合大规模应用，可取代PT100或其他有线温度采集方案；

2、方案成品的无线温度监测器尺寸极小，便于安装，实施成本大大低于有线采集方式，综合成本比有线和其他任何无线方式都低；

3、设备温度数据采用BLE Beacon广播方式进行发送，无需进行特定连接，所有支持BLE蓝牙协议的终端设备都可以作为接收端对数据进行接收，因此适用性强，应用场景极广；

4、采用无线数据采集终端进行在线监测时，由于无需连接，一台数据采集终端可以采集无数的监测器数据，可以采集的监测器数量仅受无线采集终端的硬件和软件资源限制，且由于Beacon广播包的数据字段短，因此一般的无线数据采集终端即可实现1000只以上的监测器数据采集；

5、方案支持当前市面上任何带有BLE蓝牙功能的移动终端，利用提供的解密SDK，可以支持任何点检App或其他温度检测App。

最后应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A 和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无线温度监测器，其特征在于，包括：用于实现设备温度数据采集的温度采集电路(1)、用于实现模数信号转换的信号转换电路以及用于实现数据无线传输的蓝牙通信电路，所述信号转换电路及所述蓝牙通信电路均集成于一块蓝牙SOC芯片(2)中，所述温度采集电路(1)包含有用于获取温度传感信号的传感元件以及用于实现信号传输的温度传感器接口(101)，所述温度采集电路(1)通过其上所设置的所述温度传感器接口(101)与所述蓝牙SOC芯片(2)信号连接。

2.根据权利要求1所述的无线温度监测器，其特征在于：所述传感元件为热敏电阻、热敏电偶或红外温度传感器中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的无线温度监测器，其特征在于：所述传感元件为NTC热敏电阻(102)。

4.根据权利要求3所述的无线温度监测器，其特征在于：所述温度采集电路(1)还包括运算放大器(103)，所述NTC热敏电阻(102)的第一端电性连接至模拟地，所述NTC热敏电阻(102)的第二端电性连接至所述运算放大器(103)的同向输入端，所述运算放大器(103)的反向输入端及输出端均电性连接至所述温度传感器接口(101)，所述运算放大器(103)的正电压供电端电性连接至电源输入端，所述运算放大器(103)的负电压供电端电性连接至模拟地。

5.根据权利要求4所述的无线温度监测器，其特征在于：所述温度采集电路(1)还包括第一电阻(104)及第一电容(105)；所述第一电阻(104)的第一端分别电性连接至所述NTC热敏电阻(102)的第二端及所述运算放大器(103)的同向输入端，所述第一电阻(104)的第二端电性连接至电源输入端；所述第一电容(105)的第一端分别电性连接至电源输入端及所述运算放大器(103)的正电压供电端，所述第一电容(105)的第二端电性连接至模拟地。

6.根据权利要求1所述的无线温度监测器，其特征在于：所述蓝牙SOC芯片(2)包含一块用于实现中枢控制的核心板(201)以及一组用于下载和调试相关程序的程序调用接口(202)，所述核心板(201)借助所述程序调用接口(202)与外部终端设备信号连接。

7.根据权利要求6所述的无线温度监测器，其特征在于：所述程序调用接口(202)中至少包含指示发送端口、指示接收端口、双向数据端口以及时钟端口，所述发送端口、所述指示接收端口、所述双向数据端口、所述时钟端口以及所述温度传感器接口(101)均与所述核心板(201)的一路引脚信号连接。

8.根据权利要求6所述的无线温度监测器，其特征在于：所述外部终端设备为无线数据采集终端或移动终端；当所述外部终端设备为无线数据采集终端时，所述无线温度监测器通过所述外部终端设备信号连接至在线监测系统或工业互联网云平台；当所述外部终端设备为移动终端时，所述无线温度监测器通过所述外部终端设备信号连接至点检系统或点检云平台。

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