[實(shí)用新型]基于無線傳感網(wǎng)的高精度熱電偶無線溫度傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020231494.1
• 申請日: 2010-06-18
• 公開（公告）號: CN201707145U
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳瑞杰
• 申請（專利權(quán)）人: 陳瑞杰
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;G01K7/22;G08C17/02;G01K1/08;G01K1/20
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技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種無線溫度傳感器，特別是一種基于無線傳感網(wǎng)的高精度熱電偶無線溫度傳感器。

背景技術(shù)

熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單、適用溫度范圍廣、使用方便、承受熱與機(jī)械沖擊能力強(qiáng)以及響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，常用于工業(yè)領(lǐng)域中需要高溫測量的場合。目前熱電偶測溫多采用有線的方式，將隨溫度變化的毫伏電壓信號通過長距離的導(dǎo)線接入溫度變送器或直接接入廠方自動化系統(tǒng)，而在信號的長距離傳輸、變送等環(huán)節(jié)中，不可避免地引入了各種誤差與干擾，并且在現(xiàn)場安裝過程中很繁瑣，特別是對于一些不方便布線的場合，不能安裝溫度測點(diǎn)，造成測量盲區(qū)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless?Sensor?Networks，WSN)是綜合了傳感器、低功耗、通信以及微機(jī)電等技術(shù)，由許多集傳感與驅(qū)動控制能力、計(jì)算能力、通信能力于一身的資源受限的嵌入式節(jié)點(diǎn)互連起來的網(wǎng)絡(luò)，目前已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)測、智能電網(wǎng)、智能家居、智能交通、公共安全、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)等社會各行各業(yè)中，相對于有線通信網(wǎng)絡(luò)而言，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般采用電池供電系統(tǒng)，免于布線，安裝維護(hù)方便。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述的問題，本實(shí)用新型提供了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高精度一體化熱電偶無線溫度傳感器。

本實(shí)用新型的高精度熱電偶無線溫度傳感器由高精度熱電阻溫度檢測單元、高精度溫度傳感單元、高精度熱電偶溫度檢測單元、微弱信號檢測電路、微控制器電路、射頻收發(fā)電路、電源電路組成，上述各主要組成電路部分被封裝在一個一體化的密閉殼體內(nèi)，以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的防水、防塵、抗干擾要求，系統(tǒng)通過高精度熱電偶溫度檢測單元感知介質(zhì)工作溫度信號，通過高精度熱電阻溫度檢測單元或高精度溫度傳感單元感知環(huán)境溫度信號以實(shí)現(xiàn)熱電偶冷端溫度補(bǔ)償，通過射頻收發(fā)電路以無線方式實(shí)現(xiàn)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)或其它自動化系統(tǒng)的通信功能。

上述的高精度熱電阻溫度檢測單元由高精度鉑薄膜溫度傳感器或高精度熱敏電阻溫度傳感器構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫度的高精度測量。

上述的高精度溫度傳感單元由高精度溫度傳感器集成芯片構(gòu)成，它在內(nèi)部集成了溫度檢測單元、微弱信號處理單元、可選的A/D轉(zhuǎn)換單元，一般可以直接輸出溫度的數(shù)字信號，出廠時經(jīng)過標(biāo)定，并且測溫精度高。高精度溫度傳感單元與高精度熱電阻溫度檢測單元都用來實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫度的測量功能，以實(shí)現(xiàn)對熱電偶信號的冷端補(bǔ)償，一般情況下，高精度熱電阻溫度檢測單元的測溫精度更高一些，在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇一種測溫單元作為環(huán)境溫度測量單元。

上述的高精度熱電偶溫度檢測單元由高精度熱電偶溫度傳感器構(gòu)成，直接輸出隨溫度變化的毫伏電壓信號。

上述的微弱信號檢測電路由具有關(guān)斷功能的可控激勵源與電壓基準(zhǔn)源、高精密電阻、濾波電路、精密運(yùn)放、高精度A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。高精度熱電阻溫度檢測單元實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫度信號的檢測功能，高精度熱電阻溫度檢測單元與高精密電阻構(gòu)成由可控激勵源供電的半橋或全橋檢測電路，上述檢測電路產(chǎn)生的差分電壓信號經(jīng)濾波電路與精密運(yùn)放處理后進(jìn)入高精度A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號采集，然后輸出給微控制器；高精度熱電偶溫度檢測單元實(shí)現(xiàn)對介質(zhì)工作溫度信號的檢測功能，熱電偶產(chǎn)生的差分電壓信號經(jīng)濾波電路與精密運(yùn)放處理后進(jìn)入高精度A/D轉(zhuǎn)換器以電壓基準(zhǔn)源作為參考進(jìn)行信號采集，然后輸出給微控制器。

上述的微控制器電路由集成大容量FLASH與SRAM的低功耗微控制器、晶體諧振器或晶體振蕩器構(gòu)成。微控制器內(nèi)集成的大容量FLASH存儲主控程序與無線傳感網(wǎng)協(xié)議程序，主控程序完成溫度信號的采集與處理，無線傳感網(wǎng)協(xié)議程序完成與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)或其它自動化系統(tǒng)的通信功能，通過射頻收發(fā)電路的射頻載體，將溫度信號以無線的方式傳送出去，無線傳感網(wǎng)協(xié)議程序可支持ZigBee協(xié)議、WirelessHART協(xié)議、ISA100.11a協(xié)議或其它無線傳感網(wǎng)協(xié)議。微控制器電路包括支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)同步的時鐘晶振，微控制器采用同步算法，定時被從低功耗模式喚醒，與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行時鐘同步，以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的同步收發(fā)功能，通過無線傳感網(wǎng)通信的同步收發(fā)功能，系統(tǒng)得以在支持無線溫度傳感器低功耗特性的同時，也支持多個或多種無線溫度傳感器的組網(wǎng)應(yīng)用與無線溫度傳感器業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸功能。

上述的射頻收發(fā)電路由無線射頻收發(fā)集成電路、晶體諧振器或晶體振蕩器、天線構(gòu)成，微控制器與射頻收發(fā)電路典型通過串行總線的方式進(jìn)行連接。

上述的電源電路由一次性鋰亞電池構(gòu)成，提供整個傳感器產(chǎn)品在至少5年以上全生命周期內(nèi)的能量來源。