自供电式本安型传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种自供电式本安型传感器，包括依次连接的能量获取模块、电源管理模块、微控制器和多源传感器，能量获取模块中包含多个分别针对不同能量类型的能量获取电路，各能量获取电路之间相互独立，且各自通过一套可控开关与电源管理模块的供电端连接，微控制器通过输入输出接口连接电源管理模块的驱动信号输入端和监测信号输出端以及可控开关的控制输入端，所述多源传感器通过多路串口通讯接口与所述微控制器进行通讯。本实用新型专利技术能持续稳定地工作在煤矿井下工况环境中，省去传感器线缆布线的繁琐，而且还避免了传感器线缆故障。障。障。

【技术实现步骤摘要】
自供电式本安型传感器


[0001]本技术涉及一种自供电传感器，尤其是针对煤矿井下机械设备进行状态监测的传感器。

技术介绍

[0002]传统形式的传感器需要另外接供电及通讯线缆，以完成传感器正常工作所需的供电及信号传输。随着煤矿井下设备智能化技术的不断发展，用于检测机电设备及井下工况环境的专用传感器种类及数量急剧增加。传统传感器布置时需要专门针对各种传感器线缆进行处理，但仍然会存在因线缆异常导致传感器出现各种故障的情况。尤其是在煤矿井下应用时，振动、瓦斯、粉尘、水雾等恶劣的工况环境对传统形式的传感器的布设提出了严苛挑战。
[0003]随着物联网技术的发展，具有自供电特点的传感器得到了广泛应用，但现有的自供电传感器还无法持续稳定地工作在井下工况环境中。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是提供一种自供电式本安型传感器，能持续稳定地工作在煤矿井下工况环境中，省去传感器线缆布线的繁琐，而且还避免了传感器线缆故障。
[0005]本技术的主要技术方案有：
[0006]一种自供电式本安型传感器，包括依次连接的能量获取模块、电源管理模块、微控制器和多源传感器，所述微控制器上还连接有无线通讯模块，所述能量获取模块中包含多个分别针对不同能量类型的能量获取电路，各能量获取电路之间相互独立，各能量获取电路各自通过一套可控开关与所述电源管理模块的供电端连接，所述微控制器通过输入输出接口连接所述电源管理模块的驱动信号输入端和监测信号输出端以及所述可控开关的控制输入端，所述多源传感器通过多路串口通讯接口与所述微控制器进行通讯。
[0007]所述能量获取模块中可以包括温差能量获取电路、光能量获取电路、振动能量获取电路以及RF能量获取电路中的至少两种能量获取电路。
[0008]每一种能量获取电路都包含依次电性连接的换能器、整流电路、能量缓冲及稳压电路。
[0009]温差能量获取电路的换能器采用热电发生器，光能量获取电路的换能器采用小型光伏电池板，振动能量获取电路的换能器采用压电器件，RF能量获取电路的换能器采用RF贴片天线。
[0010]所述电源管理模块的主电路采用Boost电路架构，所述电源管理模块设有变压器TX1、MOS管V1、第一二极管D1、第二二极管D2、稳压电路A1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，所述变压器TX1的原边的首端连接第一二极管D1的负极和第一电容C1的正极，第一二极管D1的正极作为所述电源管理模块的电压输入端，第一电容C1的负极接地，所述变压
器TX1的原边的末端连接MOS管V1的漏极，MOS管V1的源极和门极分别经第三电阻R3和第四电阻R4接地，MOS管V1的门极还连接第一电阻R1的一端，MOS管V1的源极还连接第二电阻R2的一端，变压器TX1的副边与第二电容C2并联，同时变压器TX1的副边的首端连接第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极连接稳压电路A1的输入端，稳压电路A1的输出端和接地端之间连接相互并联的第四电容C4和第五电阻R5，其中第四电容C4的正极连接稳压电路A1的输出端，变压器TX1的副边的末端经过第六电阻R6接地，第二二极管D2的负极连接第三电容的正极，第三电容C3的负极接地，所述第一电阻R1的另一端作为所述电源管理模块的驱动信号输入端，所述第二电阻R2的另一端、所述稳压电路A1的输入端和输出端构成所述电源管理模块的监测信号输出端。
[0011]所述第四电容C4采用超级电容。
[0012]所述无线通讯模块内部包含有红外唤醒模块，通过所述红外唤醒模块所述无线通讯模块由睡眠状态切换为工作状态。
[0013]所述无线通讯模块工作状态下有Wi
‑
Fi通讯模式、蓝牙通讯模式和Wi
‑
Fi与蓝牙共同通讯模式三种。
[0014]所述多源传感器优选包括温度传感器、光照度传感器、振动传感器和RF传感器中的至少两种，且多源传感器所包含的传感器种类所涉及的能量类型覆盖但不限于所述能量获取模块所能获取的所有能量类型。
[0015]本技术的有益效果是：
[0016]由于所述自供电式本安型传感器的自供电能量来源有多种，避免单一能量源供电无法满足井下各种典型工况应用需求的问题，易于实现稳定可靠的自供电，因此能持续稳定地工作在煤矿井下环境中，使自供电类型的传感器得以扩展应用于煤矿井下等类似工况的场合，免去了传统的传感器线缆布线操作，也避免了使用过程中的传感器线缆故障。
[0017]所述能量获取模块优选采用温差能量获取电路、光能量获取电路、振动能量获取电路以及RF能量获取电路中的至少两种，使所述自供电式本安型传感器可以直接从煤矿井下工况环境中获取能量，更加便捷的同时也实现了对煤矿井下工况环境中能量的有效利用。
[0018]所述电源管理模块的具体电路结构结合微控制器对电源管理模块的实时监测和控制，实现了传感器内部自带电源的适时供电，内部储能元件的适时充电以及电源输出的稳压。
[0019]优选使各个能量获取电路所涉及的能量类型在所述多源传感器中都有对应，这样，多源传感器可以将实时获取的工况环境信息传输给微控制器，所述微控制器选择供电电路所依据的信息更全面，确定的供电电路或供电电路组合更趋合理，也更有利于提高工况环境内能量的利用率。
附图说明
[0020]图1为本技术的功能原理框图；
[0021]图2为本技术的电源管理模块的功能原理图；
[0022]图3为本技术的工作模式判断逻辑图。
[0023]附图标记：
[0024]1.能量获取模块；2.电源管理模块；3.无线通讯模块；4.多路串口通讯接口；5.多源传感器；6.红外唤醒模块；7.输入输出接口；8.系统功耗；9.工况环境信息；10.能量计算器；11.开关控制表；12.功放。
具体实施方式
[0025]本技术公开了一种自供电式本安型传感器，如图1
‑
3所示，包括依次电性连接的能量获取模块1、电源管理模块2、微控制器和多源传感器5。所述能量获取模块用于多种环境能量的收集，其中包含多个分别针对不同能量类型的能量获取电路，各能量获取电路之间相互独立，各能量获取电路各自通过一套可控开关与所述电源管理模块的供电端连接。所述微控制器上还连接有无线通讯模块3，无线通讯模块使微控制器具有无线通讯功能，可以向外传输无线信号，也可以接收来自上位机的无线信号，例如接收指令和数据。所述微控制器通过输入输出接口7连接所述电源管理模块的驱动信号输入端和监测信号输出端以及所述可控开关的控制输入端，使所述微控制器得以直接完成对电源管理模块的控制和电流监测保护，以及切换不同能量类型的能量获取电路作为供电电路。所述微控制器监测所述电源管理模块可以掌握系统功耗情况，再确定所述能量获取模块中一个或多个能量获取电路作为供电电路，并控制与供电电路相对应的各个可控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自供电式本安型传感器，其特征在于：包括依次连接的能量获取模块、电源管理模块、微控制器和多源传感器，所述微控制器上还连接有无线通讯模块，所述能量获取模块中包含多个分别针对不同能量类型的能量获取电路，各能量获取电路之间相互独立，各能量获取电路各自通过一套可控开关与所述电源管理模块的供电端连接，所述微控制器通过输入输出接口连接所述电源管理模块的驱动信号输入端和监测信号输出端以及所述可控开关的控制输入端，所述多源传感器通过多路串口通讯接口与所述微控制器进行通讯。2.如权利要求1所述的自供电式本安型传感器，其特征在于：所述能量获取模块中包括温差能量获取电路、光能量获取电路、振动能量获取电路以及RF能量获取电路中的至少两种能量获取电路。3.如权利要求2所述的自供电式本安型传感器，其特征在于：每一种能量获取电路都包含依次电性连接的换能器、整流电路、能量缓冲及稳压电路。4.如权利要求3所述的自供电式本安型传感器，其特征在于：温差能量获取电路的换能器采用热电发生器，光能量获取电路的换能器采用小型光伏电池板，振动能量获取电路的换能器采用压电器件，RF能量获取电路的换能器采用RF贴片天线。5.如权利要求4所述的自供电式本安型传感器，其特征在于：所述热电发生器采用TEG半导体温差发电片，所述压电器件采用音叉型结构。6.如权利要求1、2、3、4或5所述的自供电式本安型传感器，其特征在于：所述电源管理模块的主电路采用Boost电路架构，所述电源管理模块设有变压器(TX1)、MOS管(V1)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、稳压电路(A1)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第六电阻(R6)，所述变压器(TX1)的原边的首端连接第一二极管(D1)的负极和第一电容(C1)的正极，第一二极管(D1)的正极作为所述电源管理模块的电压输入端，第一电容(C1)的负极接地，所述变压器(TX1)的原边的末端连接MOS管(V1)的漏极，MOS管(V1)的源极和门极分别经第三电阻(R3)和第四电阻(R4)接地，MOS管(V1)的门极还连接第一电阻(R1)的一端，MOS管(V1)的源极还连接第二电阻(R2)的一端，变压器(TX1)的副边与第二电容(C2)并联，同时变压器(TX1)的副边的首端连接第二二极管(D2)的正极，第二二极管(D2)的负极连接稳压电路(A1)的输入端，稳压电...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄德玉，罗一民，邱锦波，刘宏睿，黎青，罗昆，南鹏飞，郭岱，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司上海分公司，
类型：新型
国别省市：