工业热壁温度无线传感器网络节点及温度监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种工业热壁温度无线传感器网络节点及温度监测系统，涉及温度采集装置技术领域。所述节点包括若干个热电能量收集装置、电能转换电路、温度传感器、信号放大电路、启停控制电路以及无线微控制器模块。所述热电能量收集装置位于工业热壁上，用于从工业热壁获取热能，并将热能转换为电能，所述热电能量收集装置的电能输出端经电能转换电路后与超级电容C7的充电端连接，所述超级电容的放电端与所述启停控制电路以及无线微控制器模块的电源输入端连接。所述节点利用热电能量采集实现自供电，供电稳定，能有效监测工业热壁温度。

【技术实现步骤摘要】
工业热壁温度无线传感器网络节点及温度监测系统
本专利技术涉及温度采集装置
，尤其涉及一种工业热壁温度无线传感器网络节点即温度监测系统。
技术介绍
无线传感器网络以其低成本、自组织、便于安装等优点，被广泛应用于环境监测、食品加工配送监测、建筑安全监测等领域，并开始向工业领域渗透。温度是一种重要的工业过程参数，有效的温度监测能及时反映设备运行状态，避免设备过热等故障的发生。利用工业无线传感器网络温度监测系统替代传统的有线温度监测系统，可以节省电缆、降低系统安装成本。但是，现有的面向工业设备状态监测的无线传感器网络节点主要采用电池供电，节点能量、寿命有限。频繁地更换节点电池无疑会增加操作人员的工作量，费时费力。因此，节点的供电问题成为制约工业无线传感器网络在设备监测领域推广应用的关键技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种工业热壁温度无线传感器网络节点，所述节点利用热电能量采集实现自供电，供电稳定，能有效监测工业热壁温度。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种工业热壁温度无线传感器网络节点，其特征在于：包括若干个热电能量收集装置、电能转换电路、温度传感器、信号放大电路、启停控制电路以及无线微控制器模块，所述热电能量收集装置位于工业热壁上，用于从工业热壁获取热能，并将热能转换为电能，所述热电能量收集装置的电能输出端经电能转换电路后与超级电容C7的充电端连接，所述超级电容的放电端与所述启停控制电路以及无线微控制器模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；所述温度传感器的信号输出端经所述信号放大电路与所述无线微控制器模块的信号输入端连接，信号放大电路用于对温度传感器输出的信号进行放大，所述无线微控制器模块的控制输出端经所述启停控制电路与所述信号放大电路的控制端连接，启停控制电路用于接收无线微控制器模块发出的控制指令，实现放大电路的启动和停止控制；节点完成工业热壁温度的一次测量和数据处理、上传后进入睡眠状态，待睡眠周期结束后，再进行下一次温度测量和数据处理、上传。进一步的技术方案在于：所述热电能量收集装置包括两个导热硅胶垫铜片、气凝胶毡高温隔热胶带、热电模块和散热板组件，所述热电模块内嵌在所述隔热胶带内，两个导热硅胶垫铜片粘贴于所述热电模块的左右表面，所述散热板组件粘接与所述隔热胶带的外侧面上，所述隔热胶带的内侧粘贴于所述热壁上，热壁散发的热量通过位于内侧的导热硅胶垫铜片传递给热电模块，热电模块将传递的热能转换为电能，热电模块散发的热量通过外侧的导热硅胶垫铜片传递给所述散热板组件进行散热。进一步的技术方案在于：所述热电模块使用TMG-287-1.0-1.3型热电模块。进一步的技术方案在于：所述电能转换电路包括升压模块和降压电路，所述升压电路包括与所述热电能量收集装置个数相同的升压电路，所述升压电路设有两个，热电能量收集装置的输出端与升压电路的输入端连接，第一升压电路的输出端与第二升压电路的另一个输入端连接，第二升压电路的输出端为所述升压模块的电源输出端，升压模块的输出端与所述超级电容C7的充电端连接，超级电容C7的放电端经所述降压电路与所述网络节点中需要供电的模块的电源输入端连接。进一步的技术方案在于：所述第一升压电路包括升压转换芯片U3，所述第二升压电路包括升压转换芯片U1，所述降压电路包括降压芯片U2，所述U1和U3使用LTC3108，所述U2使用TPS76801，电容C10并联于所述第一升压电路的输入端，所述第一升压电路的输入端与变压器T2原边的一端连接，变压器T2原边的另一端与所述U3的15脚连接；变压器T2次级的一端接地，变压器T2次级的另一端分为两路，第一路经电容C11与所述U3的13脚连接，第二路经电容C12与所述U3的14脚连接；所述U3的1、8-11以及16脚接地；所述U3的2、4以及6脚与所述U1的2脚连接；电容C1并联于所述第二升压电路的输入端，所述第二升压电路的输入端与变压器T1原边的一端连接，变压器T1原边的另一端与所述U1的15脚连接；变压器T1次级的一端接地，变压器T1次级的另一端分为两路，第一路经电容C2与所述U1的13脚连接，第二路经电容C3与所述U1的14脚连接；所述U1的1、8-10以及16脚接地；所述U1的2脚和11脚经电容C5接地；所述U1的6脚经电容C6接地；所述U1的3脚经电容C4接地；所述U1的4脚与所述超级电容C7的一端连接，超级电容C7的另一端接地；电容C8与超级电容C7并联，超级电容C7的放电端分别与所述U2的3脚和4脚连接；所述U2的1、2脚接地；所述U2的8脚依次经电阻R1、电阻R2和电阻R3后接地；所述U2的5、6脚接电阻R1与电阻R2的结点；所述U2的7脚接电阻R2与电阻R3的结点；所述接电阻R1与电阻R2的结点为所述降压电路的电源输出端。进一步的技术方案在于：所述节点还包括温度补偿模块，所述温度补偿模块与所述无线微控制器模块的信号输入端连接。进一步的技术方案在于：其特征在于：所述温度传感器使用K型热电偶，温度补偿模块使用SHT11型温度传感芯片U5。进一步的技术方案在于：所述无线微控制器模块使用JN5139型控制芯片U4，按键S1的一端接地，另一端分为三路，第一路与所述U4的29脚连接，第二路经电阻R5接电源，第三路经电容C16后接地；所述U5的1脚接地，所述U5的4脚分为两路，第一路接电源，第二路经电阻R4后与所述U5的2脚连接，所述U5的2脚与所述U4的27脚连接，所述U5的3脚与所述U4的28脚连接；信号放大电路使用MC33202型放大芯片U6，所述U6的5脚和6脚分为接所述温度传感器的两个输出端，所述U6的7脚分为三路，第一路经电阻R6接地，第二路经电容C17接地，第三路与所述U4的41脚连接；所述启停控制电路使用LP2985型稳压芯片U7，所述U7的1脚接电源，所述U7的2脚接地，电容C13连接于所述U7的1脚与2脚之间，所述U7的3脚与所述U4的10脚连接，所述U7的4脚经电容C15接地，所述U7的5脚分为两路，第一路经电容C14接地，第二路与所述U6的8脚连接；所述U4的24脚接电源，所述U4的25-26脚接地。本专利技术还公开一种工业热壁温度监测系统，其特征在于：包括若干个所述的网络节点作为无线传感器网络终端节点，还包括协调节点和上位机，所述网络节点与协调节点之间通过无线网络进行数据交互，协调节点通过USB口与上位机进行数据交互。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述节点通过利用热电能量采集热量实现自供电，供电稳定，能有效监测工业热壁温度。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是所述监测系统的原理框图；图2是热电能量收集装置的分解结构示意图；图3是热电模块中两热电偶串联热电模型结构示意图；图4是双热电模块输入电能转换电路的原理图；图5是无线微控制器模块的电路原理图；图6是所述节点的控制流程图；图7是所述系统中上位机控制流程图；图8是当节点睡眠时间设定为16秒时超级电容电压随时间变化曲线；图9是节点睡眠时间与超级电容电压值的关系曲线；图10是工业热壁温度监测实时曲线；其中：1、工业热壁2、导热硅胶垫铜片3、气凝胶毡高温隔热胶带4、热电模块5、散热板组件6、陶瓷片。具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业热壁温度无线传感器网络节点，其特征在于：包括若干个热电能量收集装置、电能转换电路、温度传感器、信号放大电路、启停控制电路以及无线微控制器模块，所述热电能量收集装置位于工业热壁上，用于从工业热壁获取热能，并将热能转换为电能，所述热电能量收集装置的电能输出端经电能转换电路后与超级电容C7的充电端连接，所述超级电容的放电端与所述启停控制电路以及无线微控制器模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；所述温度传感器的信号输出端经所述信号放大电路与所述无线微控制器模块的信号输入端连接，信号放大电路用于对温度传感器输出的信号进行放大，所述无线微控制器模块的控制输出端经所述启停控制电路与所述信号放大电路的控制端连接，启停控制电路用于接收无线微控制器模块发出的控制指令，实现放大电路的启动和停止控制；节点完成工业热壁温度的一次测量和数据处理、上传后进入睡眠状态，待睡眠周期结束后，再进行下一次温度测量和数据处理、上传。

【技术特征摘要】
1.一种工业热壁温度无线传感器网络节点，其特征在于：包括若干个热电能量收集装置、电能转换电路、温度传感器、信号放大电路、启停控制电路以及无线微控制器模块，所述热电能量收集装置位于工业热壁上，用于从工业热壁获取热能，并将热能转换为电能，所述热电能量收集装置的电能输出端经电能转换电路后与超级电容C7的充电端连接，所述超级电容的放电端与所述启停控制电路以及无线微控制器模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源；所述温度传感器的信号输出端经所述信号放大电路与所述无线微控制器模块的信号输入端连接，信号放大电路用于对温度传感器输出的信号进行放大，所述无线微控制器模块的控制输出端经所述启停控制电路与所述信号放大电路的控制端连接，启停控制电路用于接收无线微控制器模块发出的控制指令，实现放大电路的启动和停止控制；节点完成工业热壁温度的一次测量和数据处理、上传后进入睡眠状态，待睡眠周期结束后，再进行下一次温度测量和数据处理、上传。2.如权利要求1所述的工业热壁温度无线传感器网络节点，其特征在于：所述热电能量收集装置包括两个导热硅胶垫铜片、气凝胶毡高温隔热胶带、热电模块和散热板组件，所述热电模块内嵌在所述隔热胶带内，两个导热硅胶垫铜片粘贴于所述热电模块的左右表面，所述散热板组件粘接与所述隔热胶带的外侧面上，所述隔热胶带的内侧粘贴于所述热壁上，热壁散发的热量通过位于内侧的导热硅胶垫铜片传递给热电模块，热电模块将传递的热能转换为电能，热电模块散发的热量通过外侧的导热硅胶垫铜片传递给所述散热板组件进行散热。3.如权利要求2所述的工业热壁温度无线传感器网络节点，其特征在于：所述热电模块使用TMG-287-1.0-1.3型热电模块。4.如权利要求1所述的工业热壁温度无线传感器网络节点，其特征在于：所述电能转换电路包括升压模块和降压电路，所述升压电路包括与所述热电能量收集装置个数相同的升压电路，所述升压电路设有两个，热电能量收集装置的输出端与升压电路的输入端连接，第一升压电路的输出端与第二升压电路的另一个输入端连接，第二升压电路的输出端为所述升压模块的电源输出端，升压模块的输出端与所述超级电容C7的充电端连接，超级电容C7的放电端经所述降压电路与所述网络节点中需要供电的模块的电源输入端连接。5.如权利要求4所述的工业热壁温度无线传感器网络节点，其特征在于：所述第一升压电路包括升压转换芯片U3，所述第二升压电路包括升压转换芯片U1，所述降压电路包括降压芯片U2，所述U1和U3使用LTC3108，所述U2使用TPS76801，电容C10并联于所述第一升压电路的输入端，所述第一升压电路的输入端与变压器T2原边的一端连接，变压器T2原边的另一端与所述U3的15脚连接；变压器T2次级的一端接地，变压器T2次级的另一端分为两路，第一路经电容C11与所述U3的13脚连接，第二路经...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯立群，谭树东，杨磊，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13