充電式便攜無線氣體監(jiān)測終端的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空氣質(zhì)量監(jiān)測領(lǐng)域，特別是涉及充電式便攜無線氣體監(jiān)測終端。
【背景技術(shù)】
[0002]空氣質(zhì)量是環(huán)境監(jiān)測中不可缺少的內(nèi)容，目前，常用的空氣監(jiān)測系統(tǒng)可以安裝在固定位置有效監(jiān)測空氣中主要污染物氣體的濃度，性能優(yōu)良。但此類空氣監(jiān)測系統(tǒng)的最大問題是系統(tǒng)體積很大，需要布線傳輸數(shù)據(jù)，占用空間；功耗很大，增加了能源的消耗；重量也很大，不便于可移動監(jiān)測；而且大部分從國外進口，價格昂貴，增加了使用成本。
[0003]為此，本發(fā)明完成了一種充電式便攜無線氣體監(jiān)測終端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)體積大，重量大，功耗大，布線復雜度高，價格高而造成的使用不便，為此本發(fā)明完成了一種充電式便攜無線氣體監(jiān)測終端。該終端尺寸僅為手掌大小，重量和手機相當，插上待監(jiān)測氣體的氣體傳感器可以感應空氣中該氣體的濃度，可以通過LCD顯示屏進行實時顯示，與此同時還可以通過無線進行數(shù)據(jù)的發(fā)送。多個終端連接不同種類氣體傳感器可以組成氣體監(jiān)測網(wǎng)絡。
[0005]本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]充電式便攜無線氣體監(jiān)測終端是基于相應檢測設備實現(xiàn)的，該檢測設備包括設備外殼體、電源開關(guān)、UART接口、USB充電接口、太陽能充電接口、鋰電池、IXD顯示屏、氣體傳感器、溫濕度傳感器、太陽能電池板、充電選擇開關(guān)、供電選擇開關(guān)。兩塊電路板固定在外殼體內(nèi)。以上設備各部分均固定安裝在電路板上。特征在于，外殼體為一規(guī)則長方體；外殼體內(nèi)部上方的電路板前版面的中間固定LCD顯示屏；外殼體內(nèi)部上方的電路板左側(cè)設有電源開關(guān)、UART接口、USB充電接口充電選擇開關(guān)、供電選擇開關(guān)；外殼體內(nèi)部上方的電路板右側(cè)固定氣體傳感器；外殼體內(nèi)部下方的電路板設有太陽能充電接口、鋰電池固定裝置。
[0007]一種空氣質(zhì)量無線監(jiān)測終端，該監(jiān)測終端包括四大部分:IXD顯示部分、電源管理部分、數(shù)據(jù)采集傳輸部分、系統(tǒng)控制部分。其中LCD顯示部分由TFTLCD和LCD背光驅(qū)動電路組成。電源管理部分由充電管理電路、供電管理電路和電池電壓監(jiān)測電路組成。數(shù)據(jù)采集傳輸部分由傳感器、UART接口和天線組成。系統(tǒng)控制部分由MCU、復位、功能選擇開關(guān)組成。
[0008]本發(fā)明采用單節(jié)鋰電池作為電能的存儲和供應核心，以MCU為控制核心，能夠通過充電選擇開關(guān)選擇充電方式為USB充電或者太陽能板，通過供電選擇開關(guān)選擇系統(tǒng)供電，系統(tǒng)供電來源于USB配合鋰電池或者太陽能配合鋰電池。本發(fā)明將單節(jié)鋰電池輸出或者外部充電部分的輸出與電源管理部分相連，目的是為MCU、LCD顯示屏、傳感器以及其他各個電路部分提供可用的高品質(zhì)供電。滿足了供電要求，在控制部分MCU的調(diào)控下，使得氣體傳感器感應到的待測氣體的信息得到采集、讀取、傳輸和顯示。
[0009]實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的各單元模塊分別為:控制和數(shù)據(jù)傳輸單元、系統(tǒng)復位單元、電池電量采集單元、傳感器單元、充電控制單元、供電控制單元和LCD顯示屏單元。其中控制部分與數(shù)據(jù)傳輸單元和LCD顯示屏單元相連，使得LCD顯示界面能夠顯示:監(jiān)測氣體濃度、環(huán)境溫濕度、當前電池電壓、電池剩余電量百分比。
[0010]下面對各部分模塊單元進行具體說明。
[0011]系統(tǒng)復位單元包括系統(tǒng)復位按鍵。
[0012]電池電量采集單元包括電量采集使能電路和電池電壓分壓電路。
[0013]傳感器單元包括溫濕度傳感器電路和氣體傳感器電路。
[0014]充電控制單元包括USB充電控制電路、太陽能電池板充電控制電路和充電方式選擇電路。
[0015]控制和數(shù)據(jù)傳輸單元包括MCU控制電路、天線電路、UART接口電路和狀態(tài)指示LED燈。
[0016]供電控制單元包括DC-DC升壓電路、3.3V的LDO降壓穩(wěn)壓電路、5V LDO降壓穩(wěn)壓電路和供電選擇電路。
[0017]IXD顯示屏單元包括TFT IXD和IXD背光驅(qū)動電路。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明可以獲得以下有益效果。
[0019]本發(fā)明與目前各類空氣質(zhì)量監(jiān)測終端系統(tǒng)相比，可設置利用太陽能電池板或者USB接口對內(nèi)置鋰電池進行充電。本發(fā)明的電路部分均采用低功耗的芯片設計，整個系統(tǒng)在很低的功耗下運行，節(jié)省電池電量的使用，使得設備在單純電池供電的情況下可以長時間工作。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時顯示，空氣的溫濕度和待監(jiān)測氣體的濃度可以通過LCD屏幕顯示出來，方便觀測。本發(fā)明可以作為便攜式設備，放置在室內(nèi)或者室外以及其他需要監(jiān)測的地方，在室內(nèi)可以連接USB充電配合鋰電池使用，在室外可以連接太陽能電池板充電配合鋰電池使用。本發(fā)明不僅可以在設備的LCD上直接顯示采集的數(shù)據(jù)值，而且還可以作為ZigBee終端設備通過ZigBee協(xié)議無線發(fā)送到ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點，從而具有遠程監(jiān)控的功能。多個設備連接不同種類的氣體傳感器可以組成ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡，采集多個氣體數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)空氣質(zhì)量的監(jiān)測。本發(fā)明可作為手持監(jiān)測終端、遠程監(jiān)測終端使用，具有體積小，重量輕，方便攜帶，低功耗的特點。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的上方電路板的電路原理圖；
[0022]圖3為本發(fā)明的下方電路板的電路原理圖；
[0023]圖4為本發(fā)明的上方電路板結(jié)構(gòu)框圖。
[0024]圖中:1、系統(tǒng)復位電路，2、電池電量采集電路，3、傳感器電路，4、USB充電控制電路，5、供電電路，6、氣體傳感器接口電路，7、LED顯示電路，8、其他接口電路。
【具體實施方式】
[0025]以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0026]圖1為為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖，本發(fā)明所用的MCU為TI公司的CC2530芯片。本發(fā)明按照該MCU數(shù)據(jù)手冊的要求，設計相應電路原理圖，然后繪制印刷電路板?？紤]到天線數(shù)據(jù)收發(fā)的抗干擾問題，在印刷電路板上把MCU控制部分和天線部分繪制成一個電路模塊，其中也包括與MCU關(guān)系緊密的其他電子元器件。把MCU的其他引腳與排針相連接從來引出模塊。
[0027]圖2為本發(fā)明的上方電路板的電路原理圖。上方電路板的電路包括系統(tǒng)復位電路1、電池電量采集電路2、傳感器電路3、USB充電控制電路4、供電電路5、氣體傳感器接口電路6、LED顯示電路7，以及其他接口電路8。整個結(jié)構(gòu)的框圖如圖4所示。
[0028]復位電路I與MCU相連，從而使整個電路系統(tǒng)復位。
[0029]電池電量采集電路2與MCU和電池正極相連，電池電量采集電路具有使能端，由MCU控制，當MCU的控制端為高電平時，使能電池電量采集電路，使其可以采集電池的電壓，通過電阻分壓后，輸入到MCU的端口。MCU具有內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器，可以讀取電壓的數(shù)值，經(jīng)過計算后，得到電池的當前電量。
[0030]傳感器電路3為溫濕度傳感器，該溫濕度傳感器采用低功耗的SHT10，該傳感器有兩條線與MCU相連，分別是DATA數(shù)據(jù)線和SCK時鐘線。在MCU的控制下，根據(jù)該傳感器的數(shù)據(jù)手冊，按照相應時序，讀取溫濕度的值，通過DATA數(shù)據(jù)線，傳輸給MCU。
[0031]USB充電控制電路4 一端與USB接口相連，一端和充電選擇開關(guān)相連，選用低功耗芯片MCP73831T，參考芯片數(shù)據(jù)手冊，調(diào)節(jié)可編程端口的電阻，匹配合適的電容，使其可以為單節(jié)鋰電池充電。
[0032]供電電路5由供電選擇電路、3.3V穩(wěn)壓電路，DC-DC升壓電路、5V穩(wěn)壓電路構(gòu)成，從而為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源；供電電路5能夠通過單刀雙擲開關(guān)選擇兩種供電模式，模式一:USB充電配合鋰電池工作，模式二:太陽能充電配合鋰電池工作。
[0033]當電路處于模式一時，撥動充電選擇開關(guān)選擇USB輸入端并且撥動供電選擇開關(guān)選擇USB充電與鋰電池端，如果USB充電可以提供正常工作電壓，PMOS管Q5截止，即供電部分與鋰電池斷開連接，由USB充電電路為系統(tǒng)供電，從而減少電池電量的損耗，如果USB充電電路不能提供正常工作電壓，PMOS管Q5導通，即供電部分與鋰電池連接，由鋰電池為系統(tǒng)供電。
[0034]當電路處于模式二時，撥動充電選擇開關(guān)選擇太陽能充電輸入端并且撥動供電選擇開關(guān)選擇太陽能充電與鋰電池端，如果太陽能充電電路可以提供正常工作電壓，PMOS管Q4截止，即供電部分與鋰電池斷開連接，由太陽能充電電路為系統(tǒng)供電，從而減少電池電量的損耗，如果太陽能充電電路不能提供正常工作電壓，PMOS管Q4導通，即供電部分與鋰電池連接，由鋰電池為系統(tǒng)供電。
[0035]供電選擇開關(guān)是單刀雙擲開關(guān)，其單刀端連接有供電控制開關(guān)，控制3.3V和5V供電。當開關(guān)打開時，供電LED指示燈發(fā)光，表示3.3V和5V電壓能夠供電。3.3V穩(wěn)壓電路采用TI公司的低功耗LDO芯片MCP1700T-3302E，穩(wěn)定的輸出3.3V電壓，為MCU、溫濕度傳感器