电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块制造技术

本公开涉及电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块。基于自适应算法的电池供电的长距离无线温度和湿度传感器模块。传感器模块使用自适应算法在事件基础上和/或缩减基础上传输数据，以将电池寿命延长到10年以上。它还使用具有小于1GHz的频率和长达250米的有效传输距离的低功率无线发射器、低功率温度和湿度传感器以及具有20年保质期的持久锂电池。

Battery powered wireless long life temperature and humidity sensor module

The present disclosure relates to a battery powered wireless long life temperature and humidity sensor module. Long distance wireless temperature and humidity sensor module for battery powered based on adaptive algorithm. The sensor module uses adaptive algorithms to transmit data on event based and / or reduced basis to extend battery life to over 10 years. It also uses low-power wireless transmitters with a frequency of less than 1GHz and an effective transmission distance of up to 250 meters, a low power temperature and humidity sensor, and a durable lithium battery with a 20 year shelf life.

【技术实现步骤摘要】
电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块
本专利技术涉及传感器和测量，并且更具体地涉及无线空气温度和相对湿度传感器。
技术介绍
空气温度和湿度测量对于关键任务设施中的环境监视和能量管理系统至关重要。这些系统通常在实时测量中需要大量的传感器。有两种传感器用于这些系统，有线的和无线的。常规传感器是有线的，其依靠物理线路来提供持续的电力供应并且传输数据到数据获取系统。然而，有线传感器和系统要花费长时间来安装并且它们的可靠性取决于电力供应。市场上有少量的电池供电的无线温度和湿度传感器。它们使用无线技术，如WIFI，ZigBee或sub-1GMHz系统来传输数据。这些无线传感器具有相对短的传输距离，在开放空间处从20米到100米。它们的电池寿命通常也较短，为1至5年。虽然有若干产品声称它们的电池寿命大于10年，但是这些传感器体积大，并且它们的传输距离短。
技术实现思路
描述的是电池供电的长距离无线温度和湿度传感器模块。这些传感器包括管理传感器的功率需求的自适应算法。在一些实施方式中，传感器模块具有大于5年，大于10年或大于15年的长寿命，而无需更换电池。这些传感器可包括传输数据的自适应算法。该算法可减小基于事件的数据传输和/或以其他方式减小数据传输频率以将电池寿命延长到大于5年，大于10年或大于15年。传感器也可以包括低功率无线发射器，其具有小于1GHz(sub-1GHz)的传输频率和大于100米、大于150米、大于200米和达到250米的有效传输距离。温度和湿度传感器可包括持久的锂电池作为电源。优选地，该电池具有至少15年或大于20年的保质期。它具有小尺寸，优选具有小于80mm长×80mm宽×20mm厚的尺寸且小于90克。优选地，传感器易于安装。在一些实施例中，传感器包括磁体以允许快速附接到金属表面。本专利技术的目的是通过开发一种小尺寸、电池供电的、长寿命的、长距离无线温度和湿度传感器模块来解决这些问题。附图说明当结合随后的详细描述考虑时，通过参考附图可获得对本专利技术的完整理解，其中：图1是电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块的透视图；图2是印刷电路板的方框图的详细视图；图3是自适应算法的工作流程的详细视图；为了清晰和简洁的目的，附图中相同的元件和部件将用相同的标示和编号表示。具体实施方式本专利技术涉及电池供电的无线温度和湿度传感器。该传感器具有长寿命和长传输距离。传感器可以包括自适应算法以在事件基础上传输数据和/或以其他方式减少数据传输频率以将电池寿命延长到大于5年、大于10年或大于15年。传感器可以包括低功率无线发射器，其具有小于1GHz的频率和长达250米的有效传输距离。图1是电池供电的无线长寿命温度和湿度传感器模块100的透视图。该模块包括外壳110，一个或多个气流格栅111，印刷电路板200，电池组202，处理器204，带有天线的无线模块206，温度和湿度传感器208和电力管理电路212。例如，外壳110可以是两个塑料件，用于保持传感器模块的所有部件。它可以具有大约67mm×67mm×26mm的尺寸。优选地，传感器模块100在任何一个维度上都小于100mm，优选地，小于80mm，优选地，小于70mm。优选地，传感器模块的厚度小于50mm，小于30mm，或小于20mm。气流格栅111包括与外壳110集成的一组开口，用于允许空气流入传感器模块，从而使得可以响应地和精确地测量温度和湿度，并且移除由传感器模块生成的热量。该格栅可以刚性地模制为外壳110的一部分。图2示出了印刷电路板200的方框图的详细视图。印刷电路板200可将传感器模块的所有电子部件连接在一起，并且可以刚性地螺丝固定到所述外壳110。印刷电路板可包括电池202，一个电池的示例是锂离子电池，例如EnergizerL91。电池组202是两个AA锂电池的固体封装件，具有20年的保质期，用于给传感器模块提供电力，并刚性地焊接到所述印刷电路板200。印刷电路板可包括一个或多个处理器204。处理器204是微控制器单元，用于处理所有的输入和输出请求并执行自适应算法以便用最小的能量传输数据，并刚性地焊接到所述印刷电路板200。处理器204的一个示例是低功率微控制器，例如TIMSP430系列处理器。电路板200还包括无线模块206。无线模块206可具有天线，具有小于1GHz的频率，并且具有在开放空间处长达250米的传输距离，用于将数据传输到传感器控制器。无线模块206的示例是高性能无线模块，诸如带有天线66089-0406的Anaren集成无线电(AIR)A1101R04C和带有天线66089-8906的AIRA110LR09C。无线模块206可刚性地焊接到所述印刷电路板200。温度和湿度传感器208是高精度、低功率用途的传感器，用于感测空气温度和相对湿度，并发送数据到处理器204，该传感器刚性地焊接到所述印刷电路板200。温度和湿度传感器208由用于测量温度的负温度系数(NTC)热敏电阻和用于测量相对湿度的聚合物电介质电容传感元件组成。它包括混合信号专用集成电路(ASIC)，以便通过数字串行接口提供测量信息。温度和湿度传感器208的示例是低功率数字温度和湿度传感器，诸如STHTS221和TIHDC1000传感器。传感器优选地在数据获取模式中使用小于2微安(μA)并且在休眠或关机模式中使用小于0.5μA，以节约能量。电力管理电路212测量电池电压并在其小于2.4V时关断电力。该电路可以刚性地焊接到印刷电路板200。电路板200还包括存储装置214，诸如电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，和/或非易失性存储器，诸如闪速存储器装置。电路板200还包括调试模块216，调试模块可以是用于在制造之后编写固件、验证设计和测试印刷电路板的联合测试行动组(JTAG)连接器。电路板200还可以包括除温度和湿度传感器之外的其他传感器。这些传感器的示例包括气压传感器、二氧化碳传感器、颗粒物传感器和光度水平传感器。图3示出了包括自适应算法的使用的过程的详细视图。如图3所示，最初将先前温度(PT)和先前相对湿度(PRH)测量设置为0。温度容差设置点(TTS)是可调节的并且通常设置为0.5℃。相对湿度容差设置点(RHTS)是可调节的并且通常设置为5％。持续小时(LH)是从上次数据传输起的时间量，其最初被设置为0。最大小时MH是可调节的并且通常设为2小时。MH是自上次发送数据以来的最大时间量。MH也可以是一个2分钟到24小时之间的随机数。然后测量当前温度(CT)和当前相对湿度(CRH)。然后确定从当前温度减去先前温度和从当前相对湿度减去先前相对湿度的绝对值是否分别小于它们的设置点。如果任意一个是“否”，数据被发送到传感器控制器并且先前温度和先前相对湿度被设置为当前温度和当前相对湿度。如果当前温度和当前相对湿度的绝对值都小于它们各自的设置点，则然后确定持续小时(LH)是否小于最大小时(MH)。如果LH＜MH，则不发送数据，并且LH增加时间步长值。如果LH≥MH，则发送数据到传感器控制器并且LH被设置为0。对于每个时间步长，先前温度和先前相对湿度被设置为当前温度和当前相对湿度。为了解释的目的，已经参考具体实施方式描述了前述描述。上述说明性的讨论不意图是穷尽的或将本专利技术限制到所公开的精确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池供电的无线传感器模块，用于测量空气温度和相对湿度，并且将数据无线地传输到传感器控制器，所述电池供电的无线传感器模块包括：保持所述传感器模块的部件的塑料外壳；允许空气流进所述传感器模块的气流格栅；在所述外壳内的电路板；一个或多个锂电池；无线模块，所述无线模块具有小于1GHz的传输频率，具有大于100米的传输距离；微控制器单元处理器，所述微控制器单元处理器用于执行自适应算法以用于控制来自所述无线传感器模块的数据的传输；温度和湿度传感器，所述温度和湿度传感器用于感测空气温度和相对湿度并且发送数据到所述处理器；电力管理电路，所述电力管理电路用于测量电池电压并且在该电池电压低于阈值电压时关断电力；以及存储器，所述存储器包括自适应算法，所述自适应算法用于基于温度或相对湿度的改变来控制来自所述无线传感器模块的数据的传输。

【技术特征摘要】
2015.12.18 US 62/269,9021.一种电池供电的无线传感器模块，用于测量空气温度和相对湿度，并且将数据无线地传输到传感器控制器，所述电池供电的无线传感器模块包括：保持所述传感器模块的部件的塑料外壳；允许空气流进所述传感器模块的气流格栅；在所述外壳内的电路板；一个或多个锂电池；无线模块，所述无线模块具有小于1GHz的传输频率，具有大于100米的传输距离；微控制器单元处理器，所述微控制器单元处理器用于执行自适应算法以用于控制来自所述无线传感器模块的数据的传输；温度和湿度传感器，所述温度和湿度传感器用于感测空气温度和相对湿度并且发送数据到所述处理器；电力管理电路，所述电力管理电路用于测量电池电压并且在该电池电压低于阈值...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭良才，俞文理，胡欣，
申请(专利权)人：阿基米德自动控制公司，
类型：发明
国别省市：美国,US