本發(fā)明涉及溫度采集裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種工業(yè)熱壁溫度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)即溫度監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低成本、自組織、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、食品加工配送監(jiān)測、建筑安全監(jiān)測等領(lǐng)域，并開始向工業(yè)領(lǐng)域滲透。溫度是一種重要的工業(yè)過程參數(shù)，有效的溫度監(jiān)測能及時(shí)反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，避免設(shè)備過熱等故障的發(fā)生。利用工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)測系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的有線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，可以節(jié)省電纜、降低系統(tǒng)安裝成本。

但是，現(xiàn)有的面向工業(yè)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要采用電池供電，節(jié)點(diǎn)能量、壽命有限。頻繁地更換節(jié)點(diǎn)電池?zé)o疑會增加操作人員的工作量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，節(jié)點(diǎn)的供電問題成為制約工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在設(shè)備監(jiān)測領(lǐng)域推廣應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工業(yè)熱壁溫度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)利用熱電能量采集實(shí)現(xiàn)自供電，供電穩(wěn)定，能有效監(jiān)測工業(yè)熱壁溫度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種工業(yè)熱壁溫度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征在于：包括若干個(gè)熱電能量收集裝置、電能轉(zhuǎn)換電路、溫度傳感器、信號放大電路、啟?？刂齐娐芬约盁o線微控制器模塊，所述熱電能量收集裝置位于工業(yè)熱壁上，用于從工業(yè)熱壁獲取熱能，并將熱能轉(zhuǎn)換為電能，所述熱電能量收集裝置的電能輸出端經(jīng)電能轉(zhuǎn)換電路后與超級電容C7的充電端連接，所述超級電容的放電端與所述啟停控制電路以及無線微控制器模塊的電源輸入端連接，用于為其提供工作電源；所述溫度傳感器的信號輸出端經(jīng)所述信號放大電路與所述無線微控制器模塊的信號輸入端連接，信號放大電路用于對溫度傳感器輸出的信號進(jìn)行放大，所述無線微控制器模塊的控制輸出端經(jīng)所述啟停控制電路與所述信號放大電路的控制端連接，啟?？刂齐娐酚糜诮邮諢o線微控制器模塊發(fā)出的控制指令，實(shí)現(xiàn)放大電路的啟動(dòng)和停止控制；節(jié)點(diǎn)完成工業(yè)熱壁溫度的一次測量和數(shù)據(jù)處理、上傳后進(jìn)入睡眠狀態(tài)，待睡眠周期結(jié)束后，再進(jìn)行下一次溫度測量和數(shù)據(jù)處理、上傳。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述熱電能量收集裝置包括兩個(gè)導(dǎo)熱硅膠墊銅片、氣凝膠氈高溫隔熱膠帶、熱電模塊和散熱板組件，所述熱電模塊內(nèi)嵌在所述隔熱膠帶內(nèi)，兩個(gè)導(dǎo)熱硅膠墊銅片粘貼于所述熱電模塊的左右表面，所述散熱板組件粘接與所述隔熱膠帶的外側(cè)面上，所述隔熱膠帶的內(nèi)側(cè)粘貼于所述熱壁上，熱壁散發(fā)的熱量通過位于內(nèi)側(cè)的導(dǎo)熱硅膠墊銅片傳遞給熱電模塊，熱電模塊將傳遞的熱能轉(zhuǎn)換為電能，熱電模塊散發(fā)的熱量通過外側(cè)的導(dǎo)熱硅膠墊銅片傳遞給所述散熱板組件進(jìn)行散熱。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述熱電模塊使用TMG-287-1.0-1.3型熱電模塊。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述電能轉(zhuǎn)換電路包括升壓模塊和降壓電路，所述升壓電路包括與所述熱電能量收集裝置個(gè)數(shù)相同的升壓電路，所述升壓電路設(shè)有兩個(gè)，熱電能量收集裝置的輸出端與升壓電路的輸入端連接，第一升壓電路的輸出端與第二升壓電路的另一個(gè)輸入端連接，第二升壓電路的輸出端為所述升壓模塊的電源輸出端，升壓模塊的輸出端與所述超級電容C7的充電端連接，超級電容C7的放電端經(jīng)所述降壓電路與所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中需要供電的模塊的電源輸入端連接。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述第一升壓電路包括升壓轉(zhuǎn)換芯片U3，所述第二升壓電路包括升壓轉(zhuǎn)換芯片U1，所述降壓電路包括降壓芯片U2，所述U1和U3使用LTC3108，所述U2使用TPS76801，電容C10并聯(lián)于所述第一升壓電路的輸入端，所述第一升壓電路的輸入端與變壓器T2原邊的一端連接，變壓器T2原邊的另一端與所述U3的15腳連接；變壓器T2次級的一端接地，變壓器T2次級的另一端分為兩路，第一路經(jīng)電容C11與所述U3的13腳連接，第二路經(jīng)電容C12與所述U3的14腳連接；所述U3的1、8-11以及16腳接地；所述U3的2、4以及6腳與所述U1的2腳連接；

電容C1并聯(lián)于所述第二升壓電路的輸入端，所述第二升壓電路的輸入端與變壓器T1原邊的一端連接，變壓器T1原邊的另一端與所述U1的15腳連接；變壓器T1次級的一端接地，變壓器T1次級的另一端分為兩路，第一路經(jīng)電容C2與所述U1的13腳連接，第二路經(jīng)電容C3與所述U1的14腳連接；所述U1的1、8-10以及16腳接地；所述U1的2腳和11腳經(jīng)電容C5接地；所述U1的6腳經(jīng)電容C6接地；所述U1的3腳經(jīng)電容C4接地；所述U1的4腳與所述超級電容C7的一端連接，超級電容C7的另一端接地；

電容C8與超級電容C7并聯(lián)，超級電容C7的放電端分別與所述U2的3腳和4腳連接；所述U2的1、2腳接地；所述U2的8腳依次經(jīng)電阻R1、電阻R2和電阻R3后接地；所述U2的5、6腳接電阻R1與電阻R2的結(jié)點(diǎn)；所述U2的7腳接電阻R2與電阻R3的結(jié)點(diǎn)；所述接電阻R1與電阻R2的結(jié)點(diǎn)為所述降壓電路的電源輸出端。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述節(jié)點(diǎn)還包括溫度補(bǔ)償模塊，所述溫度補(bǔ)償模塊與所述無線微控制器模塊的信號輸入端連接。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：其特征在于：所述溫度傳感器使用K型熱電偶，溫度補(bǔ)償模塊使用SHT11型溫度傳感芯片U5。

進(jìn)一步的技術(shù)方案在于：所述無線微控制器模塊使用JN5139型控制芯片U4，按鍵S1的一端接地，另一端分為三路，第一路與所述U4的29腳連接，第二路經(jīng)電阻R5接電源，第三路經(jīng)電容C16后接地；所述U5的1腳接地，所述U5的4腳分為兩路，第一路接電源，第二路經(jīng)電阻R4后與所述U5的2腳連接，所述U5的2腳與所述U4的27腳連接，所述U5的3腳與所述U4的28腳連接；信號放大電路使用MC33202型放大芯片U6，所述U6的5腳和6腳分為接所述溫度傳感器的兩個(gè)輸出端，所述U6的7腳分為三路，第一路經(jīng)電阻R6接地，第二路經(jīng)電容C17接地，第三路與所述U4的41腳連接；所述啟停控制電路使用LP2985型穩(wěn)壓芯片U7，所述U7的1腳接電源，所述U7的2腳接地，電容C13連接于所述U7的1腳與2腳之間，所述U7的3腳與所述U4的10腳連接，所述U7的4腳經(jīng)電容C15接地，所述U7的5腳分為兩路，第一路經(jīng)電容C14接地，第二路與所述U6的8腳連接；所述U4的24腳接電源，所述U4的25-26腳接地。

本發(fā)明還公開一種工業(yè)熱壁溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包括若干個(gè)所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)，還包括協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)之間通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)通過USB口與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：所述節(jié)點(diǎn)通過利用熱電能量采集熱量實(shí)現(xiàn)自供電，供電穩(wěn)定，能有效監(jiān)測工業(yè)熱壁溫度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是所述監(jiān)測系統(tǒng)的原理框圖；

圖2是熱電能量收集裝置的分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是熱電模塊中兩熱電偶串聯(lián)熱電模型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是雙熱電模塊輸入電能轉(zhuǎn)換電路的原理圖；

圖5是無線微控制器模塊的電路原理圖；

圖6是所述節(jié)點(diǎn)的控制流程圖；

圖7是所述系統(tǒng)中上位機(jī)控制流程圖；

圖8是當(dāng)節(jié)點(diǎn)睡眠時(shí)間設(shè)定為16秒時(shí)超級電容電壓隨時(shí)間變化曲線；

圖9是節(jié)點(diǎn)睡眠時(shí)間與超級電容電壓值的關(guān)系曲線；

圖10是工業(yè)熱壁溫度監(jiān)測實(shí)時(shí)曲線；

其中：1、工業(yè)熱壁 2、導(dǎo)熱硅膠墊銅片 3、氣凝膠氈高溫隔熱膠帶 4、熱電模塊 5、散熱板組件 6、陶瓷片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例公開了一種工業(yè)熱壁溫度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，包括若干個(gè)熱電能量收集裝置、電能轉(zhuǎn)換電路、溫度傳感器、信號放大電路、啟?？刂齐娐芬约盁o線微控制器模塊。所述熱電能量收集裝置位于工業(yè)熱壁上，用于從工業(yè)熱壁獲取熱能，并將熱能轉(zhuǎn)換為電能，所述熱電能量收集裝置的電能輸出端經(jīng)電能轉(zhuǎn)換電路后與超級電容C7的充電端連接，所述超級電容的放電端與所述啟?？刂齐娐芬约盁o線微控制器模塊的電源輸入端連接，用于為其提供工作電源；所述溫度傳感器的信號輸出端經(jīng)所述信號放大電路與所述無線微控制器模塊的信號輸入端連接，信號放大電路用于對溫度傳感器輸出的信號進(jìn)行放大，所述無線微控制器模塊的控制輸出端經(jīng)所述啟?？刂齐娐放c所述信號放大電路的控制端連接，啟?？刂齐娐酚糜诮邮諢o線微控制器模塊發(fā)出的控制指令，實(shí)現(xiàn)放大電路的啟動(dòng)和停止控制。節(jié)點(diǎn)完成工業(yè)熱壁溫度的一次測量和數(shù)據(jù)處理、上傳后進(jìn)入睡眠狀態(tài)，待睡眠周期結(jié)束后，再進(jìn)行下一次溫度測量和數(shù)據(jù)處理、上傳。通過上述方法，使節(jié)點(diǎn)不需要再使用電池供電，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的自供電。

如圖1所示，本發(fā)明還公開一種工業(yè)熱壁溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包括若干個(gè)所述的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)，還包括協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)之間通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)通過USB口與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

如圖2所示，所述熱電能量收集裝置包括兩個(gè)導(dǎo)熱硅膠墊銅片、氣凝膠氈高溫隔熱膠帶、熱電模塊和散熱板組件，所述熱電模塊內(nèi)嵌在所述隔熱膠帶內(nèi)，兩個(gè)導(dǎo)熱硅膠墊銅片粘貼于所述熱電模塊的左右表面，所述散熱板組件粘接與所述隔熱膠帶的外側(cè)面上，所述隔熱膠帶的內(nèi)側(cè)粘貼于所述熱壁上，熱壁散發(fā)的熱量通過位于內(nèi)側(cè)的導(dǎo)熱硅膠墊銅片傳遞給熱電模塊，熱電模塊將傳遞的熱能轉(zhuǎn)換為電能，熱電模塊散發(fā)的熱量通過外側(cè)的導(dǎo)熱硅膠墊銅片傳遞給所述散熱板組件進(jìn)行散熱。

在本實(shí)施例中，選取科瑞歐斯(Kryotherm)公司生產(chǎn)的TMG-287-1.0-1.3熱電模塊。TMG-287-1.0-1.3的參數(shù)為：長＝40.0mm，寬＝40.0mm，高＝3.6mm，當(dāng)冷端溫度為50℃，熱端溫度為150℃時(shí)，其輸出電壓為4.3V，輸出電流為0.68A，輸出功率為2.9W。TMG-287-1.0-1.3由287個(gè)微型半導(dǎo)體熱電偶串聯(lián)而成，兩熱電偶串聯(lián)熱電模型結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

在本實(shí)施例中，與TMG 287-1.0-1.3配接的散熱器采用銅質(zhì)材料，其尺寸參數(shù)為：長＝88mm，寬＝88mm，高＝23mm；底面臺階：長＝45mm，寬＝45mm，高＝2mm。在本實(shí)施例中，散熱片對熱電模塊冷端起到降溫的作用，最大限度的吸收熱電模塊冷端的熱量，并且將熱量排放到周圍空氣中去。熱電模塊工作時(shí)候，其熱端與冷端溫度差由散熱部件與隔熱材料保證，散熱片與隔熱材料確保了熱電模塊可以有較高的工作效率。

如圖1所示，所述電能轉(zhuǎn)換電路包括升壓模塊和降壓電路，所述升壓電路包括與所述熱電能量收集裝置個(gè)數(shù)相同的升壓電路，所述升壓電路設(shè)有兩個(gè)。熱電能量收集裝置的輸出端與升壓電路的輸入端連接，第一升壓電路的輸出端與第二升壓電路的另一個(gè)輸入端連接，第二升壓電路的輸出端為所述升壓模塊的電源輸出端，升壓模塊的輸出端與所述超級電容C7的充電端連接，超級電容C7的放電端經(jīng)所述降壓電路與所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中需要供電的模塊的電源輸入端連接。

如圖4所示，所述第一升壓電路包括升壓轉(zhuǎn)換芯片U3，所述第二升壓電路包括升壓轉(zhuǎn)換芯片U1，所述降壓電路包括降壓芯片U2，所述U1和U3使用LTC3108，所述U2使用TPS76801，電容C10并聯(lián)于所述第一升壓電路的輸入端，所述第一升壓電路的輸入端與變壓器T2原邊的一端連接，變壓器T2原邊的另一端與所述U3的15腳連接；變壓器T2次級的一端接地，變壓器T2次級的另一端分為兩路，第一路經(jīng)電容C11與所述U3的13腳連接，第二路經(jīng)電容C12與所述U3的14腳連接；所述U3的1、8-11以及16腳接地；所述U3的2、4以及6腳與所述U1的2腳連接；

電容C1并聯(lián)于所述第二升壓電路的輸入端，所述第二升壓電路的輸入端與變壓器T1原邊的一端連接，變壓器T1原邊的另一端與所述U1的15腳連接；變壓器T1次級的一端接地，變壓器T1次級的另一端分為兩路，第一路經(jīng)電容C2與所述U1的13腳連接，第二路經(jīng)電容C3與所述U1的14腳連接；所述U1的1、8-10以及16腳接地；所述U1的2腳和11腳經(jīng)電容C5接地；所述U1的6腳經(jīng)電容C6接地；所述U1的3腳經(jīng)電容C4接地；所述U1的4腳與所述超級電容C7的一端連接，超級電容C7的另一端接地；

電容C8與超級電容C7并聯(lián)，超級電容C7的放電端分別與所述U2的3腳和4腳連接；所述U2的1、2腳接地；所述U2的8腳依次經(jīng)電阻R1、電阻R2和電阻R3后接地；所述U2的5、6腳接電阻R1與電阻R2的結(jié)點(diǎn)；所述U2的7腳接電阻R2與電阻R3的結(jié)點(diǎn)；所述接電阻R1與電阻R2的結(jié)點(diǎn)為所述降壓電路的電源輸出端。

電路中的升壓變壓器選用LPR6235-253ML(升壓比設(shè)為1:20)，電容C2的電容值取0.01nF。TPS76801降壓芯片輸入電壓的范圍為2.7V-10V，輸出電壓為1.5V-5.0V可選。外部電阻R1、R3為固定的大小，隨著R2的變化，輸出電壓有對應(yīng)1.5V-5.0V。本發(fā)明中，輸出電阻R2的阻值取43.2K，V_{OUT_EN}輸出大小為2.88V，該電壓值適合工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)使用。

在本實(shí)施例中，選取超級電容(圖4中C7)作為電能存儲元件，電容值取4F，其最大充電電壓為5.5V。

在本實(shí)施例中，基于熱電能量采集的自供電工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)熱壁溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要包括終端節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)。終端節(jié)點(diǎn)是由K型熱電偶、信號放大電路、信號放大電路啟停控制電路、無線微控制器模塊Jennic JN5139等組成。終端節(jié)點(diǎn)測得的熱壁溫度，經(jīng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)上傳至上位機(jī)顯示。圖5為所述節(jié)點(diǎn)的信號放大電路、啟?？刂齐娐芬约盁o線微控制器模塊的電路原理圖。為了使測量的溫度信息更準(zhǔn)確，所述節(jié)點(diǎn)還包括溫度補(bǔ)償模塊，所述溫度補(bǔ)償模塊與所述無線微控制器模塊的信號輸入端連接。此外，需要說明的是，本實(shí)施例中，優(yōu)選的，所述溫度傳感器使用K型熱電偶。

如圖5所示，所述無線微控制器模塊使用JN5139型控制芯片U4，按鍵S1的一端接地，另一端分為三路，第一路與所述U4的29腳連接，第二路經(jīng)電阻R5接電源，第三路經(jīng)電容C16后接地；所述U5的1腳接地，所述U5的4腳分為兩路，第一路接電源，第二路經(jīng)電阻R4后與所述U5的2腳連接，所述U5的2腳與所述U4的27腳連接，所述U5的3腳與所述U4的28腳連接；信號放大電路使用MC33202型放大芯片U6，所述U6的5腳和6腳分為接所述溫度傳感器的兩個(gè)輸出端，所述U6的7腳分為三路，第一路經(jīng)電阻R6接地，第二路經(jīng)電容C17接地，第三路與所述U4的41腳連接；所述啟?？刂齐娐肥褂肔P2985型穩(wěn)壓芯片U7，所述U7的1腳接電源，所述U7的2腳接地，電容C13連接于所述U7的1腳與2腳之間，所述U7的3腳與所述U4的10腳連接，所述U7的4腳經(jīng)電容C15接地，所述U7的5腳分為兩路，第一路經(jīng)電容C14接地，第二路與所述U6的8腳連接；所述U4的24腳接電源，所述U4的25-26腳接地。

信號放大電路選取美國ON Semiconductor公司的MC33201運(yùn)算放大器芯片，該芯片具有輸出電壓和輸入電壓(電流)的隔離功能。為了降低終端節(jié)點(diǎn)的功耗，當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)時(shí)，JN5139的數(shù)字量輸入輸出口DIO0發(fā)出控制信號，該控制信號連接到美國德州儀器生產(chǎn)的控制芯片LP2985的啟動(dòng)/停止(ON/OFF)端，將放大電路關(guān)閉。當(dāng)終端節(jié)點(diǎn)處于數(shù)據(jù)采集模式時(shí)，再通過LP2985將放大電路啟動(dòng)。

冷端補(bǔ)償電路采用瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的溫濕度傳感器SHT11。該傳感器可測量相對濕度和溫度，具有超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)施例中，利用SHT11獲得環(huán)境(冷端)溫度，利用計(jì)算法實(shí)現(xiàn)熱電偶冷端補(bǔ)償。

在本實(shí)施例中，選取Jennic JN5139作為無線微控制器模塊。JN5139是一款為IEEE802.15.4以及ZigBee應(yīng)用設(shè)計(jì)的低功耗、低價(jià)位無線微處理器芯片，它集成了32位RISC處理器，192kB的ROM，96kB的RAM，模塊有21路通用I/O口(部分和UART復(fù)用)，四路12-bit ADC，全功能的2.4GHz IEEE802.15.4收發(fā)天線，能夠滿足本實(shí)施例的要求。JN5139終端節(jié)點(diǎn)的程序流程結(jié)構(gòu)如圖6所示。程序啟動(dòng)后，按流程初始化各部分參數(shù)，這里包括網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、外部硬件參數(shù)以及睡眠參數(shù)等。初始化完成后，節(jié)點(diǎn)會嘗試加入指定的無線網(wǎng)絡(luò)，待加入網(wǎng)絡(luò)后，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并根據(jù)擬合溫度曲線計(jì)算測得電壓所對應(yīng)的溫度值。得到被測溫度后，將熱壁溫度及環(huán)境溫度打包發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)中，待確定數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，進(jìn)入休眠模式，經(jīng)過指定時(shí)間后，從休眠狀態(tài)蘇醒，重復(fù)上述程序流程。

在本實(shí)施例中，選取LabVIEW作為搭建上位機(jī)監(jiān)測軟件的軟件平臺，LabVIEW是由NI公司開發(fā)的一款基于圖形化編程語言的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，依托計(jì)算機(jī)的軟硬件條件，結(jié)合各種通訊接口，方便實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的開發(fā)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)采集和儀器控制。

本實(shí)施例中的上位機(jī)監(jiān)測軟件流程結(jié)構(gòu)如圖7所示。啟動(dòng)程序后，軟件按流程初始化各部分參數(shù)，使能串口回調(diào)機(jī)制，完成上述工作后，繼而開始等待前界面控件事件以及串口接受數(shù)據(jù)事件，通過事件響應(yīng)機(jī)制完成對相關(guān)事件的響應(yīng)。但接受到前界面的控件事件后，完成響應(yīng)的控件事件，如打開串口，關(guān)閉串口，退出程序等。當(dāng)接受到串口數(shù)據(jù)事件，則進(jìn)入串口回調(diào)函數(shù)，讀取串口數(shù)據(jù)，提取熱壁溫度等數(shù)據(jù)，保存到程序數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，然后由主程序負(fù)責(zé)熱壁溫度等曲線的選擇和顯示。

為了進(jìn)一步分析本發(fā)明所提方法的效果，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。驗(yàn)證過程中采用恒溫器加熱板對金屬壁加熱的方式模擬工業(yè)熱壁。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)在本發(fā)明所設(shè)計(jì)的熱電收集裝置中，熱電模塊冷熱端在自然冷卻散熱的情況下可以保持較好的溫差；電能轉(zhuǎn)換電路可以有效進(jìn)行升壓并進(jìn)行能量存儲。例如，當(dāng)室溫為28℃，恒溫加熱板分別設(shè)為50℃、80℃、110℃，熱電模塊冷熱端的溫差，分別穩(wěn)定在4±1℃、8±1℃、14±1℃，DC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓VOUT_TEG分別穩(wěn)定在50±5mV、110±5mV、180±5mV。

(2)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的能量采集系統(tǒng)所獲取的能量可以維持工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的自供電。例如，當(dāng)室內(nèi)溫度為19℃，恒溫器加熱板溫度為110℃，熱壁溫度為67℃，熱電模塊的冷端溫度為53℃，工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)睡眠模式間隔設(shè)定為16s時(shí)，超級電容電壓值如圖8所示，超級電容電壓初始值為3.0V。每隔16s節(jié)點(diǎn)發(fā)送一組溫度測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳送期間超級電容電壓下降。數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，超級電容電壓很快升高。實(shí)驗(yàn)表明，節(jié)點(diǎn)運(yùn)行40分鐘后，超級電容電壓仍保持在3.0V不變?？梢?，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的睡眠模式為16s時(shí)，所設(shè)計(jì)的熱電能量采集裝置為節(jié)點(diǎn)提供的能量等于節(jié)點(diǎn)工作消耗的能量，節(jié)點(diǎn)能量達(dá)到平衡，實(shí)現(xiàn)了自供電。圖9中為節(jié)點(diǎn)睡眠模式間隔分別為2s、5s、10s、16s、20s、30s、60s時(shí)，超級電容電壓的變化值，電壓初始值為3.0V。結(jié)果表明，當(dāng)節(jié)點(diǎn)睡眠時(shí)間為2s、5s、10s時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間后，超級電容電壓會下降到2.8V，能量采集系統(tǒng)獲取的能量不足以維持節(jié)點(diǎn)正常運(yùn)行。當(dāng)節(jié)點(diǎn)睡眠時(shí)間為20s、30s、60s時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間后超級電容電壓會上升到3.28V；說明能量采集系統(tǒng)采集的能量足以維持節(jié)點(diǎn)正常運(yùn)行，并有能量剩余。當(dāng)節(jié)點(diǎn)睡眠時(shí)間為16s時(shí)，超級電容電壓維持在3.0V不變，說明此時(shí)熱電能量采集裝置為節(jié)點(diǎn)提供的能量等于節(jié)點(diǎn)工作消耗的能量，節(jié)點(diǎn)能量正好達(dá)到平衡，實(shí)現(xiàn)了自供電。

(3)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)方案可行，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的測量出熱壁溫度和室內(nèi)溫度。例如，當(dāng)恒溫加熱板為110℃，LabVIEW記錄了熱壁和室內(nèi)溫度值，熱壁和室內(nèi)溫度穩(wěn)定值分別為65℃和16℃，具體如圖10所示。