CN105652744A - 一种智能终端的传感器扩展平台 - Google Patents

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张振荣
罗涛洋
胡思凤
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Guangxi University
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Guangxi University
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25341—Single chip programmable controller

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Abstract

一种智能终端的传感器扩展平台，包括智能终端、单片机、电源模块以及传感器扩展接口，所述电源模块包括音频接口取电电路、电源管理单元以及电池；智能终端的音频接口与单片机连接，智能终端的音频接口依次通过音频接口取电电路和电源管理单元与单片机连接，电池经过电源管理单元与单片机连接，传感器扩展接口与单片机连接。本发明为能量收集效率较高，硬件实现简单，负载能力较强，通用性更好。本发明通过智能终端的音频接口通信技术丰富了智能终端的传感器资源，针对电源模块的最大功率频点在音频范围外的情况，将负载获得的最大输出功率时对信号源频率的需求降低到音频频谱范围内，通过自适应最大功率匹配算法，完成最大输出功率的匹配。

Description

一种智能终端的传感器扩展平台
技术领域
本发明涉及电子设备设计制造领域，尤其涉及一种智能终端的传感器扩展平台。
背景技术
由于智能终端的音频接口最大输出功率存在差异性，而且绝大部分收集输出信号非常微弱，要收集、管理这部分能量并用于驱动外部电路，必须将其升压到足够高的电压，同时还需要将升压后的交流信号整流为可用的直流信号，因此智能终端传感器的扩展离不开硬件平台的支持。目前，关于微弱信号的能力收集电路有标准能量收集电路、倍压能量收集电路、电荷同步获取电路等。Hijack平台虽然为智能终端音频口数据通信方面提供了蓝本，但在综合考虑能量收集效率、硬件实现复杂度、负载能力几个方面，还能进一步提出更好的优化方案。
发明内容
鉴于现有技术存在的以上不足，本发明提供了一种智能终端的传感器扩展平台。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种智能终端的传感器扩展平台，包括智能终端、单片机、电源模块以及传感器扩展接口，所述电源模块包括音频接口取电电路、电源管理单元以及电池；
智能终端的音频接口与单片机连接，智能终端的音频接口依次通过音频接口取电电路和电源管理单元与单片机连接，电池经过电源管理单元与单片机连接，传感器扩展接口与单片机连接。
所述音频接口取电电路包括标准能量收集电路和倍压整流电路。
所述传感器扩展接口与单片机的标准协议接口和通用接口连接。
所述音频接口取电电路经过微型变压器与连接电源管理单元，并且在微型变压器的输入端并联有电容器。
所述电源管理单元与单片机之间连接有模/数转换器。
与现有技术相比较，本发明具备的有益效果：
1、本发明为能量收集效率较高，硬件实现简单，负载能力较强，通用性更好。
2、本发明通过智能终端的音频接口通信技术丰富了智能终端的传感器资源，针对电源模块的最大功率频点在音频范围外的情况，将负载获得的最大输出功率时对信号源频率的需求降低到音频频谱范围内，通过自适应最大功率匹配算法，完成最大输出功率的匹配。
附图说明
图1为所述智能终端的传感器扩展平台的硬件构架，其中，单线箭头表示能量流向，双线箭头表示数据流向。
图2为音频接口取电电路的电路图。
具体实施方式
实施例1
一种智能终端的传感器扩展平台，包括智能终端、单片机、电源模块以及传感器扩展接口，所述电源模块包括音频接口取电电路、电源管理单元以及电池；
智能终端的音频接口与单片机连接，智能终端的音频接口依次通过音频接口取电电路和电源管理单元与单片机连接，电池经过电源管理单元与单片机连接，传感器扩展接口与单片机连接。
所述音频接口取电电路包括标准能量收集电路和倍压整流电路。
所述传感器扩展接口与单片机的标准协议接口和通用接口连接。
所述音频接口取电电路经过微型变压器与连接电源管理单元，并且在微型变压器的输入端并联有电容器。针对标准能量收集电路最大输出功率频点不在音频范围内的问题，利用LC谐振原理来实现音频频域内最大功率的输出。
所述电源管理单元与单片机之间连接有模/数转换器。
上述智能终端的传感器扩展平台需要实现的功能包括：从智能终端的音频接口获取电能来为单片机供电以及为电池充电、电源路径管理、智能终端的音频接口与单片机之间的数据通信以及单片机与外部传感器的数据通信。
本实施例的单片机采用TI公司MSP430F1612系列单片机，这是一款超低功耗的微控制器。
如图2所示，所述音频接口取电电路包括标准能量收集电路和倍压整流电路，前级通过跳冒自由选择能量收集电路，后级通过二极管的连接保证各能量收集模块独立性。音频接口取电电路用于从智能终端的音频接口获取电能，针对现今的CTIA和OMTP双标准，在输出端放置一个偏置电压，检测音插头第三和第四个触电上的电压值是麦克风还是地，并采用飞兆半导体公司推出的FSA8049MIC/GND交叉点开关来进行低功耗情况下的数据采集工作。
电源模块具有两种供电模式，并采用电源管理单元对两种供电模式的切换以及电池的充电。在低功耗模式时，从智能终端的音频接口获取能量；在传输量大时，通过电源管理单元自动切换为由电池供电，同时，电池也作为高性能数据传输的主电源，最大供电电压在3V～3.3V。
传感器扩展接口与单片机的标准协议接口和通用接口连接，具有标准协议接口的传感器通过标准接口将数据传输给单片机，不具备标准传输接口的传感器通过通用接口将数据传输给单片机。
使用时，选择需要的外部传感器并安装在传感器扩展接口上，由外部传感器采集数据，数据经过单片机和音频接口传输至智能终端。
由于电源模块的最大功率频点在音频范围外，而当负载一定时，随着信号频率的升高，负载上的输出功率也随之升高，在相同工作频率下，负载越小，获得的功率越大。因此，所述音频接口取电电路经过微型变压器与连接电源管理单元，并且在微型变压器的输入端并联有一个2.2μF的电容器，将负载获得的最大输出功率时对信号源频率的需求降低到音频频谱范围内。
对于一个设计完成的电源模块来说，电路元器件的参数是固定不变的，而不同的智能终端音频左右声道对地的阻抗是变化的。为了实现阻抗匹配，控制信号输出频率，在电源管理单元与单片机之间连接有模/数转换器，智能终端会输出一个默认的信号频率，通过模/数转换器采集当前电源模块的输出电压来自动匹配阻抗，实现最大功率输出。

Claims (5)

1.一种智能终端的传感器扩展平台，其特征在于，包括智能终端、单片机、电源模块以及传感器扩展接口，所述电源模块包括音频接口取电电路、电源管理单元以及电池；
智能终端的音频接口与单片机连接，智能终端的音频接口依次通过音频接口取电电路和电源管理单元与单片机连接，电池经过电源管理单元与单片机连接，传感器扩展接口与单片机连接。
2.如权利要求1所述智能终端的传感器扩展平台，其特征在于，所述音频接口取电电路包括标准能量收集电路和倍压整流电路。
3.如权利要求1所述智能终端的传感器扩展平台，其特征在于，所述传感器扩展接口与单片机的标准协议接口和通用接口连接。
4.如权利要求1所述智能终端的传感器扩展平台，其特征在于，所述音频接口取电电路经过微型变压器与连接电源管理单元，并且在微型变压器的输入端并联有电容器。
5.如权利要求1所述智能终端的传感器扩展平台，其特征在于，所述电源管理单元与单片机之间连接有模/数转换器。
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