無源無線溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種無源無線溫度傳感器，以解決惡劣環(huán)境下或有特殊要求時(shí)的傳感器供電問題。本實(shí)用新型傳感器包括薄膜熱電器件、電路保護(hù)模塊、電源管理模塊、中央微處理器、AD轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、電能存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、溫度補(bǔ)償元件、USB接口。當(dāng)有溫度變化時(shí)，薄膜熱電器件就會輸出電能給傳感器供電，使傳感器啟動工作，中央微處理器接收到薄膜熱電器件傳送過來的信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理獲得溫度的信息，然后無線收發(fā)模塊把溫度信息發(fā)送給監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)測量與監(jiān)控。本實(shí)用新型傳感器無需任何內(nèi)置電池和外部電源，集自供電、溫度探測、信號無線傳輸功能于一身，可應(yīng)用于遠(yuǎn)程火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測及惡劣環(huán)境下的溫度異常監(jiān)控。
【專利說明】無源無線溫度傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種溫度傳感器，特別是一種無需外部電源和電池的無源無線溫 度傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 市場現(xiàn)有的溫度傳感器中，絕大部分需要外接電源或電池，使用不方便。隨著物聯(lián) 網(wǎng)的快速發(fā)展，以及安全防火的需要，傳統(tǒng)的溫度傳感器已經(jīng)不再能滿足當(dāng)今的需求。在無 電力供應(yīng)的場合，如野外、森林、易燃易爆有毒危險(xiǎn)場所等，電源的布線存在一定的困難；若 使用電池，則又由于電池使用壽命有限，需要頻繁更換，會造成使用與維護(hù)的不便捷，人力、 財(cái)力等成本居高，甚至還有發(fā)送事故的危險(xiǎn)。因此，這些場合使用傳統(tǒng)的傳感器有很多缺點(diǎn) 和限制，傳感器的供電問題成為了傳感器發(fā)展應(yīng)用急需解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種不需要外部電源、不需要內(nèi) 置電池的無源無線溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)了溫度探測、供電功能集中于一體。
[0004] 本實(shí)用新型提供的無源無線溫度傳感器通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0005] 無源無線溫度傳感器包括薄膜熱電器件、電路保護(hù)模塊、電源管理模塊、中央微處 理器、AD轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、電能存儲器、溫度補(bǔ)償元件、USB接口；
[0006] 其中，薄膜熱電器件與AD轉(zhuǎn)換模塊、電路保護(hù)模塊連接；電路保護(hù)模塊與電源管 理模塊、USB接口連接；電源管理模塊與中央微處理器、電能存儲器、AD轉(zhuǎn)換模塊、溫度補(bǔ)償 元件、無線收發(fā)模塊連接，以確保各個部件正常供電；中央微處理器與AD轉(zhuǎn)換模塊、無線收 發(fā)模塊、溫度補(bǔ)償元件連接。
[0007] 薄膜熱電器件，同時(shí)具有溫度探測、發(fā)電的功能：當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，薄膜熱 電器件的熱端與冷端有溫度差，就會輸出電能，電流經(jīng)過電路保護(hù)模塊、電源管理模塊后輸 入到各個工作部件，傳感器的各個部件獲得供電后立即開始工作；中央微處理器通過ADR 換模塊讀取薄膜熱電器件探測到的環(huán)境溫度值，通過溫度補(bǔ)償元件對該環(huán)境溫度值進(jìn)行修 正，然后中央微處理器把修正后的溫度信息傳送給無線收發(fā)模塊，并發(fā)送到監(jiān)控終端。薄膜 熱電器件優(yōu)選采用納米薄膜熱電材料制作而成，且薄膜熱電器件通常包含散熱片，該散熱 片通過導(dǎo)熱硅膠貼在薄膜熱電器件的冷端。
[0008] 電路保護(hù)模塊，其功能是保護(hù)傳感器的電路安全，避免由于電壓過高、電流過大、 雷擊等而引起的產(chǎn)品損壞和失效；同時(shí)，當(dāng)傳感器通過USB接口外接電源或其他外部設(shè)備 時(shí)，電路保護(hù)模塊可以阻止電流通過薄膜熱電器件；此外，電路保護(hù)模塊可以自動調(diào)整輸出 電源的正負(fù)極，不論外部接入電源或薄膜熱電器件輸出電源的正負(fù)極如何，電流經(jīng)過電路 保護(hù)模塊后，只有一個確定的流向，電流只從中央微處理器、無線收發(fā)模塊等部件的正極流 入、負(fù)極流出，避免由于薄膜熱電器件電流流向改變、電源正負(fù)接反等而引起的部件故障和 損壞。
[0009] 電源管理模塊，其功能是調(diào)節(jié)電壓，使輸出電壓穩(wěn)定在適當(dāng)?shù)姆秶?，同時(shí)對電能進(jìn) 行合理的分配利用，使各個部件都獲得穩(wěn)定的輸入電壓；當(dāng)有過量電能時(shí)，把多余的電能存 入電能存儲器。
[0010] 中央微處理器，負(fù)責(zé)管理、協(xié)調(diào)各個元件的工作，讀取、處理AD轉(zhuǎn)換模塊傳送過來 的溫度信息，然后傳給無線收發(fā)模塊進(jìn)行發(fā)送，把溫度信息發(fā)送給監(jiān)控終端。
[0011] 無線收發(fā)模塊，同時(shí)具有發(fā)送信息和接收信息的功能。
[0012] 電能存儲器，由可充電電池構(gòu)成，包括鋰離子電池、聚合物鋰電池等，電能存儲器 的作用是把多余的電能存儲起來，以備應(yīng)急使用。
[0013] 溫度補(bǔ)償元件，可以為薄膜熱電器件提供溫度基準(zhǔn)值，對薄膜熱電器件的測量值 進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋囟妊a(bǔ)償元件一般是熱敏電阻、數(shù)字型溫度傳感器。
[0014] USB接口，可采用標(biāo)準(zhǔn)USB、Micro USB、mini USB接口等，通常采用 MicroUSB接口。 通過USB接口，可以實(shí)現(xiàn)傳感器代碼程序的輸入、產(chǎn)品升級、傳感器的設(shè)置、數(shù)據(jù)的讀寫等， 緊急情況或發(fā)生故障時(shí)，USB接口可以外接電源使傳感器繼續(xù)工作。
[0015] 本實(shí)用新型還可以增加數(shù)據(jù)存儲器，與電源管理模塊、中央微處理器及無線收發(fā) 模塊連接，用于保存?zhèn)鞲衅鞯母鞣N信息，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀、寫。數(shù)據(jù)存儲器根據(jù)實(shí)際情況 選擇使用。
[0016] 本實(shí)用新型的薄膜熱電器件，優(yōu)選采用如下方案：包括P型碲化鉍薄膜、N型碲化 鉍薄膜、電極、上基板、下基板；其中上、下基板一般采用陶瓷基板，如石英玻璃、氮化鋁等； 電極可以采用鈦、銅、鋁、銀、鎳薄膜等。該薄膜熱電器件的加工方法優(yōu)選方案為：利用磁控 濺射、真空蒸鍍等方法，結(jié)合掩膜板技術(shù)，首先，在上基板先沉積鈦、銅等電極材料，再沉積P 型碲化鉍薄膜；然后，在下基板先沉積鈦、銅等電極材料，再沉積N型碲化鉍薄膜；最后，把 上基板、下基板組合在一起，焊接銅導(dǎo)線或銅片作為器件的正極或負(fù)極。
[0017] 本實(shí)用新型提供的無源無線溫度傳感器，無需外接電源和電池、無需布線，集自供 電、溫度探測、信號無線傳輸功能于一體，可應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、樓宇自控、安防消防、 森林防火、林園管理等遠(yuǎn)程火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測上，也可用于電力輸送、煉油化工、油氣輸送、冶金 礦業(yè)、碼頭、易燃易爆有毒危險(xiǎn)品倉庫等惡劣環(huán)境的溫度異常監(jiān)控。將極大節(jié)約社會經(jīng)濟(jì)成 本，最低限度降低火災(zāi)帶來的財(cái)產(chǎn)損失，社會效益顯著。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本實(shí)用新型無源無線溫度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0020] 本實(shí)用新型的最優(yōu)實(shí)施例如下：根據(jù)圖1所示，本實(shí)用新型的無源無線溫度傳感 器，包括薄膜熱電器件、電路保護(hù)模塊、電源管理模塊、中央微處理器、AD轉(zhuǎn)換模塊、無線收 發(fā)模塊、電能存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、溫度補(bǔ)償元件、USB接口。
[0021] 其中，薄膜熱電器件與AD轉(zhuǎn)換模塊、電路保護(hù)模塊連接；電路保護(hù)模塊與電源管 理模塊、Micro USB接口連接；電源管理模塊與中央微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、電能存儲器、AD 轉(zhuǎn)換模塊、溫度補(bǔ)償元件、無線收發(fā)模塊都有連接，以確保各個部件正常供電；中央微處理 器與數(shù)據(jù)存儲器、ad轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、溫度補(bǔ)償元件連接。
[0022] 本實(shí)用新型的薄膜熱電器件，優(yōu)選采用納米薄膜熱電材料制作而成，且包含散熱 片，該散熱片通過導(dǎo)熱硅膠貼在薄膜熱電器件的冷端；本薄膜熱電器件包括P型碲化鉍薄 膜、N型碲化鉍薄膜、電極、上基板、下基板；其中上、下基板采用陶瓷基板，電極采用鈦、銅、 鋁、銀、鎳薄膜等。該薄膜熱電器件的加工方法優(yōu)選方案為：利用磁控濺射、真空蒸鍍等方 法，結(jié)合掩膜板技術(shù)，首先，在上基板先沉積鈦、銅等電極材料，再沉積P型碲化鉍薄膜；然 后，在下基板先沉積鈦、銅等電極材料，再沉積N型碲化鉍薄膜；最后，把上基板、下基板組 合在一起，焊接銅導(dǎo)線或銅片作為器件的正極或負(fù)極。
[0023] 本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施例，一切采用等同替換或等效替換形成的技術(shù)方案均 屬于本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種無源無線溫度傳感器，其特征是，包括薄膜熱電器件、電路保護(hù)模塊、電源管理 模塊、中央微處理器、AD轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、電能存儲器、溫度補(bǔ)償元件、USB接口；其 中，薄膜熱電器件與AD轉(zhuǎn)換模塊、電路保護(hù)模塊連接；電路保護(hù)模塊與電源管理模塊、USB 接口連接；電源管理模塊與中央微處理器、電能存儲器、AD轉(zhuǎn)換模塊、溫度補(bǔ)償元件、無線 收發(fā)模塊連接；中央微處理器與AD轉(zhuǎn)換模塊、無線收發(fā)模塊、溫度補(bǔ)償元件連接； 薄膜熱電器件，負(fù)責(zé)探測環(huán)境溫度，并根據(jù)環(huán)境的溫度變化輸出電能，為傳感器的各個 部件供電；薄膜熱電器件采用納米薄膜熱電材料制成； 電路保護(hù)模塊，為傳感器提供過壓保護(hù)、過流保護(hù)、浪涌保護(hù)、電源正負(fù)極自動轉(zhuǎn)換、阻 止外部電流輸入薄膜熱電器件； 電源管理模塊，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)、穩(wěn)定電壓，使輸出電壓穩(wěn)定在合理范圍，同時(shí)把多余的電能 存入電能存儲器； 中央微處理器，負(fù)責(zé)管理、協(xié)調(diào)各個元件的工作，讀取、處理AD轉(zhuǎn)換模塊傳送過來的溫 度信息，然后傳給無線收發(fā)模塊進(jìn)行發(fā)送，把溫度信息發(fā)送給監(jiān)控終端； 無線收發(fā)模塊，負(fù)責(zé)發(fā)送信息和接收信息； 電能存儲器，由可充電電池構(gòu)成，負(fù)責(zé)把多余的電能存儲起來，以備應(yīng)急使用； 溫度補(bǔ)償元件，負(fù)責(zé)為薄膜熱電器件提供溫度基準(zhǔn)值，對薄膜熱電器件的測量值進(jìn)行 修正，實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)溫度補(bǔ)償； USB接口，負(fù)責(zé)傳感器代碼程序的輸入、產(chǎn)品升級、傳感器的設(shè)置、數(shù)據(jù)的讀寫。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于：還包括數(shù)據(jù)存儲器，該數(shù)據(jù)存儲器與 電源管理模塊、中央微處理器及無線收發(fā)模塊連接，負(fù)責(zé)存儲傳感器的信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的 讀、寫。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其特征在于：所述薄膜熱電器件包括P型碲化 鉍薄膜、N型碲化鉍薄膜、電極、上基板、下基板；其中上、下基板采用陶瓷基板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于：所述薄膜熱電器件還包含散熱片，該散 熱片通過導(dǎo)熱硅膠貼在薄膜熱電器件的冷端。
【文檔編號】G01K7/04GK203848949SQ201420261839
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】鄧元, 史永明, 祝薇, 崔長偉, 葉慧紅 申請人:南京清航新材料科技有限公司