一种自发电人体红外热释感应显示的变送器装置

技术领域

本发明涉及工业生产参数采集及物联网应用领域，具体是一种微型化、室外应用太阳能、风能供电人体感应唤醒显示的无线通讯变送器装置。

背景技术

在水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道、物联网应用行业里，设备处于室外环境且分布距离远，人们要进行生产过程的信息采集及管理时，需要对设备的介质进行压力、温度、介质性能检测等参数采集，需要对变送器布线，需要现场环境布线困难，或环境防爆要求高不适合布线，要能进行数据采集传输把数据传到无线网络中，并且在巡检时能在现场也能观察到参数，这时，就需要一种能够借助蓄电池及风、光等能源，自发电供电的参数采集及显示的变送器。

目前也有太阳能、风能供电的变送器，普遍存在的问题有：其一是太阳能电池板与传感器分离，安装及防护都不方便；其二是太阳能板及风能发电装置太大安装使用不方便；其三，太阳能板与风能发电二者分离，纯太阳能板发电只能白天发电夜晚则无电能输出，遇到连续阴天下雨时，就会出现电能和耗尽，单纯风能发电，微风或无风天气则不能发电；其四，风机发电都是用普通有刷微型发电机发电，如果发电机的体积小，发出的功率低、电压低，不能够给锂电池充电；如果发电机的体积太大，又不适合做变送器表盘的发电配套，成本也高；此外，变送器用电方式也存在问题，但由于显示屏耗电的因素，有设置手动屏幕开关的，但查看时需要按动开关，完后需要手动关闭，如果忘记关闭，夜间不能及时充电补充，蓄电池电量会很快耗尽，系统不能正常工作，因此现场变送器内大多不具备显示功能，而工作中很多问题都是在现场环境解决的，综上所述，迫切需要适合野外使用、不用布线供电、具有较高的防爆等级、体积小、自发电效率高、能现场直读数据并实现无线通讯的变送器装置。

发明内容

本发明旨在于提供一种微型化、一体式太阳能、风能供电人体感应唤醒显示的无线通讯变送器装置。

本发明的技术方案如下：

此种自发电设备介质参数变送器装置，如图1所示，由太阳能电池板、表盘、显示屏、叶片轮罩、前端密封圈、开关、主壳体、发电机护罩、蓄电池、后盖密封圈、微型发电机、叶片轮、后盖、传感器接头、风机空心轴、风机轴承、风机线缆、空腔风机座、叶轮舵、微控器、电路板、红外热释传感器、电源管理模块、无线通讯模块、继电器芯片、螺纹丝堵、传感器、传感器密封圈、外接传感器预留接头组成， 一个圆筒形的主壳体，主壳体的侧面设有一个与筒面垂直的子圆筒，组成T字结构体，在子圆筒的旁边设有外接传感器预留接头，圆筒的前后端面设有母扣螺纹，唇口附近内侧设有密封槽，内设前端盖密封圈，圆筒的后端面设有公扣螺纹，主壳体的子圆筒内设有母扣螺纹；在主壳体前端设有一个表盘，表盘面板上设有太阳能电池板、显示屏、红外热释传感器，表盘面板背面设有圆筒，圆筒开口处设有公扣螺纹，表盘的公扣螺纹与主壳体前端母扣螺纹连接；主壳体的后端公扣螺纹相对设有后盖，后盖的开口处设有母扣螺纹与主壳体后端公扣螺纹连接，后盖的盖板中心设有圆孔，圆孔的壁上设有密封圈；主壳体的侧面的子圆筒开口母扣螺纹设有传感器接头，传感器接头中间段设有六棱，六棱的上下两端分别设有公扣螺纹，传感器接头上端内设有圆筒，圆筒开口处设有母扣螺纹，圆筒下部设有台阶，台阶向下设有孔道，孔道从传感器接头的下部引出，圆筒的圆筒腔内台阶处设有传感器密封圈，传感器密封圈上部设有传感器，由一个中空的公扣螺纹丝堵与传感器接头内母扣螺纹旋紧，将传感器的传感器密封圈与孔道之间压紧密封；主壳体内设有电路板，电路板上设有微控器、电源管理模块、无线通讯模块、继电器芯片、蓄电池；主壳体的靠近后盖的设有空腔风机座，座的顶端设有风机轴承，一个风机空心轴穿在风机轴承中，风机空心轴的顶部设有一个发电机护罩，发电机护罩内设有微型发电机，微型发电机轴从发电机护罩前端孔中引出，孔的四周设有密封圈，微型发电机轴与叶片轮连接，由一个金属的叶片轮罩将叶片轮罩起；太阳能电池板和微型发电机由连接动力线缆分别连接二极管再与电源管理模块连接，显示屏、传感器、无线通讯模块有动力及信号线缆与继电器芯片连接，红外热释传感器、微控器、电源管理模块、继电器芯片、开关与单片机电路板连接，表盘穿线孔道与线缆之间隙由密封胶固死，传感器接头下端公扣螺纹垫上密封圈安装到要检测设备设备的母扣螺纹接口座中，传感器接头下的孔道可以与设备的介质连通接触。

使用时，先将自发电变送器装置安装在表盘能在太阳光能长时照射的方向，在室外环境放置一段时间，白天在太阳光的照射及风力作用下，片状的叶轮舵可以带动风机护罩及风机空心轴绕风机轴承转动，使得叶片轮方向总是正对风向，叶片轮带动微型发电机轴旋转，使得微型发电机发电，太阳能电池板发出电能及微型发电机通过电源管理模块控制给蓄电池充电，当充满后，停止充电，在夜晚或无风时，太阳能电池板和微型发电机不发电，这时单流二极管控制电流反向流动，防止其消耗蓄电池电能；工作时先开起开关给电路板供电，电路板上的低功耗设计微控器，具有休眠和唤醒功能，休眠状态消耗功率极小，微控器内设时间定时器，设置成定时唤醒；微控器控制系统有三种工作状态：休眠状态、定时器唤醒发送数据状态、红外热释传感器唤醒显示数据状态；系统在待机休眠状态时，通过继电器芯片关闭传感器、显示屏、无线模块的供电，电路板微控器具有时间唤醒、串口通讯唤醒和红外热释传感器中断唤醒功能，但微控器休眠中断唤醒单元仍在工作；微控器定时器到达采集发射参数的时间时，通过继电器芯片给传感器、无线模块和显示屏加电，但微控器不点亮显示屏，将传感器采集的数据通过无线模块发送给远程的无线网络设备，微控器通过继电器芯片关闭传感器、显示屏、无线模块的供电，然后微控器转入休眠状态；当用户在工作巡检时，人体一旦接近变送器，人体发出的红外光透过变送器罩上的玻璃片传送到红外热释传感器，红外热释传感器输出端产生电平变化，触发唤醒单片机电路板上的微控器，微控器先是通过继电器芯片给传感器、无线模块和显示屏重新供电，控制采集传感器的参数，然后启动显示屏，将采集的结果在显示屏上显示出来，当人离开变送器后，微控器感应到人离开，立即控制继电器芯片关闭无线数传、显示屏及传感器的供电，微控器重新进入休眠状态；有风天或阳光日，太阳光照射到变送器上的太阳能晶片，风吹动叶片轮片转动，使得太阳能电池板及微型大电机发电，并通过电源管理模块给蓄电池充电，补充装置用电消耗。

本发明装置解决了在设备性能参数采集时由于环境及安全因素电源布线难的问题，装置一体化布局紧凑、体积小、发电成本低、功率相对较大，便于安装使用，避免了单纯太阳能或风力发电的局限性，人体红外热释传感器感应触发显示屏现场直读数据，同时微功耗电路及无线通讯设计节省了对蓄电池电能消耗，适合工业物联网应用要求。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的外观立体示意图。

图3为本发明的传感器接头爆炸拆分图。

图4为本发明的独立太阳能板发电结构示意图。

图5为本发明的独立太阳能板发电第二种结构示意图。

图6为本发明的独立太阳能板发电第三种结构示意图。

具体实施方式：以下结合附图对本发明的实施作进一步说明。

如图1所示，本发明一种自发电变送器装置，由太阳能电池板1、表盘2、显示屏3、叶片轮罩4、前端密封圈5、开关6、主壳体7、发电机护罩8、蓄电池9、后盖密封圈10、微型发电机11、叶片轮12、后盖13、传感器接头14、风机空心轴15、风机轴承16、风机线缆17、风机空心管座18、叶轮舵19、微控器20、电路板21、红外热释传感器22、电源管理模块23、无线通讯模块24、继电器芯片25、螺纹丝堵26、传感器27、传感器密封圈28、外接传感器预留接头29组成。

其中：

开关6是电源开关，变送器在出厂时蓄电池9预充满电，由于储藏及运输过程周期长，电源与电器持续接通会很快耗尽，使用时需再充电很不方便，因此，设置出厂时充电后先断开电源，到用户安装好后，再启用变送器。

微型发电机11为微型步进电机及普通有刷电机二者之一，使用时将其的电机动力输入端做作为发电机的输出端使用，通过外力带动电机轴转动，内部的线圈及磁铁作用，从电机的动力接线端发出电流来；使用微型步进电机先将其A、B两组线圈分别经过整流桥整流变成直流后，再将整流后的两组直流电串联起来使用，利用用叶片轮12带动微型发电机11旋转发电，这样发出的电压高、功率大，较小尺寸的叶片轮12在微风下就产生较大的功率，产生足以给蓄电池9充电的电压及电能。

主壳体6、表盘2、后盖13、发电机护罩8、均有塑料、金属材料制成，达到不同的安全防爆等级要求。

叶片轮12由非金属的塑料、碳纤维材质制成，重量轻，极小的风力可实现转动，同时即使脱落也不会因与金属摩擦产生火花，安全防爆效果好。

无线通讯模块24可为数传模块、无线蓝牙模块、GPRS无线传输模块三者之一，当为无线蓝牙模块时，用户可以通过无线蓝牙模块读取软件，现场用手机直接读取设置变送器参数，即使在网络环境不好的环境下，也能读取多点数据，应用更加灵活；无线通讯模块24的天线由连线连接到金属壳体上，克服金属壳体对无线信号产生的屏蔽效应。

继电器芯片25为微型继电器、三极管芯片、光耦固态继电器芯片三者中的一种。

传感器27为压力传感器、温度传感器、PH值传感器、气液性能检测传感器其中之一。

发电机护罩8、叶片轮13、微型发电机11和叶片轮罩4组成的风电机构，风电机构与太阳能电池板1为二者组合使用，或二者选一使用，除去其中一种，如只选风电发电时，表盘2可设计小一些，盘面上除去太阳能电池板1只保留显示屏3和红外热释传感器16。

外接传感器预留接头29为其它传感器预设的接口，接口为防爆设计的接口，如果不启用时，可设置一个盲堵连接；启用时，用标准的防爆接头连接，接口内可由动力及信号线缆，接口的动力线可连接到继电器芯片25上，信号线缆可连接到电路板21上，可通过修改单片机电路板程序，实现微功耗及显示屏3功能显示。

如图4所示，为本发明的独立太阳能板发电结构，在图1所示结构上除去风电部分，保留太阳能发电部分。

如图5所示，为本发明的独立太阳能板发电第二种结构，在图1所示结构上除去风电部分，保留太阳能发电部分，其上设有的附加太阳能电池板30直接镶嵌在主壳体6上，结构紧凑。

如图6所示，为本发明的独立太阳能板发电第三种结构，在图1所示结构上除去风电部分，保留太阳能发电部分，其在主壳体6上增加了一个金属护罩32，附加太阳能电池板30封装在金属护罩32内，上面由透明防护介质31罩在太阳能电池板30上，可防止恶劣环境下的撞击附加太阳能电池板30，避免其短路放电产生火花，使得变送器能够适应油井、矿山等防爆等级要求高的环境下使用，透明防护介质31为钢化玻璃或高透明的亚克力塑料二者之一，附加太阳能电池板30由导线穿过主壳体6侧壁的孔与电路板21上的电源管理模块23连接。