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2024-09-12 发布于湖北
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基于低温差半导体发电的智能示温片.docx

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基于低温差半导体发电的智能示温片

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赵俊霖++刘强+郭珂

摘要：文章结合XH-F241A1117半导体发电片、TPS61200升压芯片、DS18B20传感器以及基于Zigbee通信协议的CC2530芯片设计了一种智能示温片，该智能示温片可以利用被测电力设备与环境的温差进行自发电，所发的电能被存储在超级电容中并为温度检测和无线无联网模块供电，检测的温度将通过无线传输的方式送到电脑进行实时监测。

关键词：半导体发电；TPS61200；温度检测；无线物联网

中图分类号：TM913文献标志码：A文章编号：2095-2945（2018）01-0023-03

Abstract：CombinedwithXH-F241A1117semiconductorchip，TPS61200boosterchip，DS18B20sensorandtheCC2530chipbasedonZigbeecommunicationprotocol，thisresearchhasdesignedanintelligentthermometerchip.Theintelligentthermometercanself-generateelectricityusingthetemperaturedifferencebetweenthemeasuredpowerequipmentandtheenvironment，andthegeneratedelectricenergyisstoredinthesupercapacitorandsuppliedtothetemperaturedetectionandwirelessunconnectedmodule.Themeasuredtemperaturewillbesenttothecomputerbywirelesstransmissionforreal-timemonitoring.

Keywords：semiconductorpowergeneration；TPS61200；temperaturedetection；wirelessInternetofthings

引言

随着国家电网的电力供电负荷日益增加，在持续扩大供电的同时也给电网电器设备带来一系列的安全问题，电力设备的运行状态好坏直接决定电力系统的安全和效益[1]，而温度是反映电力设备运行状态的一个重要参数，因此，及时、准确地监测电力系统设备各个关键点的温度对于发现并排除系统的故障具有重大的实际意义[2]。目前，电力系统采用的测温方法主要有示温片法、红外测温技术、光纤式测温技术以及接触式数字测温技术，但在精确度、可靠性、成本和供电方式上都具有各自的不足。本文介绍的是一种精确度高、可靠性强、成本较低，供电方便并且传输便捷的智能示温片，具有十分广阔的应用前景。

1智能示温片的工作原理

该智能示温片主要由低温差半导体发电模块、电源模块、温度检测模块与无线物联网模块组成，它的工作原理框图如图1所示。各模块之间的协调工作过程如下：首先低温差半导体发电片利用被测电力设备与环境的温差进行发电，再通过电源管理模块（包括微功率能量收集电路和电能储存装置两部分）将此电能收集并储存于超级电容中，为温度检测模块与无线物联网模块供电。温度检测模块主要是利用高精度的温度传感器对设备表面的温度进行检测，并利用無线传输的方式把检测数据发送到网关，网关随后将数据传输至电脑。三个模块通过相互协调工作就可以完成自发电和温度实时监测的功能。

2智能示温片的设计

智能示温片的设计包括三部分，分别是基于XH-F241A1117发电片的低温差半导体发电模块设计、基于TPS61200升压芯片的电源管理模块设计和基于DS18B20传感器和CC2530芯片的温度检测和无线物联网模块设计，下面对各个模块的设计过程进行介绍。

2.1低温差半导体发电模块设计

此智能示温片计划采用4块相同型号的半导体发电片串联组成低温差半导体发电模块，但是为了使发电模块拥有最佳的发电性能和输出功率，需要对半导体发电片进行选型。本次专门搭建了一个实验平台，用来测试不同型号的温差半导体在不同的温差以及不同负载时的输出功率，再通过对比不同型号的温差半导体的发电数据，选择出拥有最佳工作性能的温差半导体发电片。实验平台主要由半导体温差发电片、恒温装置、散热器、测量电路、测温仪器组成。本次试验选取了三种常见的温差半导体发电片，分别为SP1848-27145，TEP1-126T