CN108548549A - 一种超低功耗的温湿度智能记录仪 - Google Patents

一种超低功耗的温湿度智能记录仪 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超低功耗的温湿度智能记录仪，属于测温仪器技术领域。所述的温湿度智能记录仪包括微处理器、存储模块、数字温湿度传感器模块、通讯模块、显示模块、时钟模块、按键模块、电池和USB供电切换模块、功耗模式切换模块、FLASH参数存储和读取模块、计算机软件，所述温湿度智能记录仪通过通讯模块与计算机软件连接。本发明外观小巧精致，携带使用方便，功耗极低，可长时间使用，无需充电和更换电池，采用USB通讯，数据上传和下载速度快，稳定性强，采用数字温湿度一体传感器，采集精度和灵敏度高，操作性强。

Description

一种超低功耗的温湿度智能记录仪
技术领域
本发明属于测温仪器技术领域，具体涉及一种超低功耗的温湿度智能记录仪。
背景技术
温湿度记录仪是测温仪器的其中一种设备。根据不同的环境，现有测温仪器有水银温度计、电阻温度计、辐射温度计、酒精温度计等，种类繁多。随着温湿度记录仪的使用范围越来越广泛，传统的温湿度记录仪已很难满足目前工作需求。传统的温湿度记录仪的工作方式较为繁琐，置于所需测试的环境点的传统温湿度记录仪，记录一段时间的检测数据后，需要将记录仪取下来，通过数据线将记录仪中的检测数据传输到电脑上，受工作方式的影响，传统的温湿度记录仪难以看到即时数据，如果想要看到即时数据，需要派专门的人员过去所测试的环境点，查看记录仪上显示的数据，这会对检测数据的准确性造成影响。
另外，现有的温湿度记录仪体积大，使用不方便；温湿度记录仪中温度和湿度为独立采集单元，采用精度和灵敏度较低的模拟传感器，记录仪与计算机实时连接或采用传统的通讯速率极慢的方式收发数据。传统的温湿度记录仪多采用充电的方式对设备进行充电，功耗高，难以长时间运行，此外，还存在通讯方式老旧，通讯速率慢；存储结构单一，操作性差等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种超低功耗的温湿度智能记录仪，以克服上述不足。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种超低功耗的温湿度智能记录仪，包括微处理器、存储模块、数字温湿度传感器模块、通讯模块、显示模块、时钟模块、按键模块、电池和USB供电切换模块、功耗模式切换模块、FLASH参数存储和读取模块、计算机软件；所述存储模块、数字温湿度传感器模块、通讯模块、显示模块、时钟模块、按键模块、电池和USB供电切换模块、功耗模式切换模块、FLASH参数存储和读取模块与所述微处理器模块连接；所述微处理器、存储模块、数字温湿度传感器模块、通讯模块、显示模块、时钟模块、功耗模式切换模块、FLASH参数存储和读取模块均与所述电池和USB供电切换模块连接；所述温湿度智能记录仪通过通讯模块与计算机软件连接；
温湿度智能记录仪的低功耗模式电路为：
电池电源输入端和USB电源输入端连接，电池电源输出端、USB电源输出端分别与记录仪供电电源连接形成双路供电切换电路；所述USB电源断开时，温湿度智能记录仪通过双路供电切换电路到电池供电模块提取到电能；所述USB电源接通时，供电切换电路自动将电池供电模块的输入端断开，电脑提供5V电源并通过3.3V电源芯片7133-1将电源转换为整个系统可以使用的电能；
所述记录仪供电电源与微处理器唤醒信号检测端连接，所述微处理器唤醒信号检测端与按键1信号检测端、按键2信号检测端连接，所述按键1信号检测端和所述按键2信号检测端分别连接两个物理按键，以检测按键是否按下；所述USB电源分别与微处理器唤醒信号检测端、USB插入信号检测端连接，所述微处理器唤醒信号检测端连接微处理器的低功耗模式唤醒检测引脚，所述USB插入信号检测端用来检测是否有USB插入并为记录仪提供电能。
在功耗部分，记录仪在不查看数据的状态下显示屏处于关闭状态，所有芯片均处在未通电或低功耗睡眠模式，各个功能模块在使用时，迅速进入供电工作状态，任务执行结束，迅速进入非耗电状态。同时，在未通讯状态下，记录仪使用内部电池供电，记录仪在通讯的过程中会消耗很多电能，插上USB数据线后，记录仪自动转化为计算机USB供电，几大低功耗模式的设计大大减小了记录仪的功耗，使其可连续工作两年以上。
当两个物理按键按下或者有USB数据线插入，电路会智能的唤醒微处理器，使微处理器从超低功耗模式进入正常工作模式。同时，微处理器会检测是何种操作将其唤醒，并执行相对应的指令。若为按键按下，微处理器从睡眠模式唤醒，微处理器控制显示模块将其液晶屏打开，将传感器采集的温湿度数据显示在液晶屏上，在显示结束后，关闭液晶屏，微处理器再次进入深度低功耗睡眠模式；若为USB数据线插入，记录仪此时已经通过双路供电电路将供电切换至USB数据线模式供电，微处理器从超低功耗模式唤醒后，运转在高速运行模式，保证了通讯的高效性和稳定性。当通讯结束，USB数据线拔出，微处理器会再次超低功耗模式，以节省电路供电，保证了记录仪的长期稳定运行。
优选地，所述微处理器从FLASH参数存储和读取模块中读取运行参数，通过功耗模式切换模块调节记录仪进入低功耗模式。
优选地，所述时钟模块每隔1s将微处理器从低功耗模式下唤醒，微处理器进入正常工作模式；所述微处理器控制温湿度传感器模块每隔5s采集一次环境温湿度数据，当总时间达到FLASH参数存储和读取模块中设置的保存时间时，微处理器将时钟模块中的时间数据提取，与采集的温湿度数据一起处理后存入存储模块中；此后微处理器关闭各个模块的工作，进入超低功耗模式，等待下一秒的唤醒操作来执行数据的采集和存储工作。
优选地，所述微处理器将时钟模块中的时间数据提取并从温湿度传感器模块中提取温湿度数据一并处理后存入存储模块中所需时间为10ms。
微处理器在正常运行模式和超低功耗模式之间循环转换，记录仪在采集温湿度、存储数据时，仅需10ms的的操作时间，设备运行在正常的工作模式下，保证所有操作稳定可靠的执行。当记录仪执行完操作和任务，记录仪停止所有外设功能模块的工作，此时只有微处理器工作在约1.6ua的超低功耗模式下，很好的降低了记录仪的耗电量。
优选地，所述数字温湿度传感器模块定时采集环境温湿度参数，并通过微处理器将环境温湿度参数保存于存储模块中，所述计算机软件通过通讯模块中提取环境温湿度参数进行分析。
优选地，所述计算机软件发送的指令通过通讯模块进入微处理器进行处理，微处理器根据不同的命令修改时钟模块、存储模块、显示模块和FLASH参数存储和读取模块中的相关运行和存储参数，并将操作后的指令执行状态通过通信模块传送回计算机软件显示并处理。
优选地，所述USB智能通讯芯片型号为CH340E；数字温湿度传感器型号为SHT20。
超低功耗的温湿度智能记录仪采用USB2.0智能通讯芯片，大大提高了设备与计算机的通讯速率；采用进口数字温湿度传感器，设备采集和响应速度快，灵敏度和精确度大大提高。
本发明的有益效果是：
1.本发明温湿度智能记录仪可根据需求设置不同的存储数据间隔，将参数保存至FLASH中，记录仪自动采集并记录温湿度和所对应的时间数据，并将其保存在EEPROM中，数据和参数独立保存，保证了数据的可靠性和稳定性；按键的操作和功能、显示屏的显示功能，搭配多种不同的开关机工作模式而使用，功能全面，操作简单，显示状态清晰明了，使记录仪可适应各种工作方式和工作环境需求。
2.本发明在整体功能结构上做了很好的中断嵌套框架的搭建和测试，在执行某些操作或者运行任何工作模式时，都可在指定时间或外部按键、USB触发情况下，精准无误的执行各项任务，而不会因为任务的重叠造成设备的死机或数据丢失，保证系统的执行稳定可靠性。
3.本发明外观小巧精致，携带使用方便，功耗极低，可长时间使用，无需充电和更换电池，采用USB通讯，数据上传和下载速度快，稳定性强，采用数字温湿度一体传感器，采集精度和灵敏度高，操作性强。
4.本发明具有定时定间隔采集和存储功能，并将保存的数据传送至计算机进行处理，绘制图标和数据曲线。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明低功耗模式电路图。
图3是本发明低功耗模式电路图。
图4是本发明低功耗模式电路图。
图5是本发明低功耗模式电路图。
图6是本发明低功耗模式电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明及其具体实施方式作进一步详细说明。
如图1所示，本发明超低功耗的温湿度智能记录仪，包括微处理器、存储模块、数字温湿度传感器模块、通讯模块、显示模块、时钟模块、按键模块、电池和USB供电切换模块、功耗模式切换模块、FLASH参数存储和读取模块、计算机软件；所述存储模块、数字温湿度传感器模块、通讯模块、显示模块、时钟模块、按键模块、电池和USB供电切换模块、功耗模式切换模块、FLASH参数存储和读取模块与所述微处理器模块连接；所述微处理器、存储模块、数字温湿度传感器模块、通讯模块、显示模块、时钟模块、功耗模式切换模块、FLASH参数存储和读取模块均与所述电池和USB供电切换模块连接；所述温湿度智能记录仪通过通讯模块与计算机软件连接；
如图2至图6所示，温湿度智能记录仪的低功耗模式电路为：
电池电源输入端和USB电源输入端连接，电池电源输出端、USB电源输出端分别与记录仪供电电源连接形成双路供电切换电路；所述USB电源断开时，温湿度智能记录仪通过双路供电切换电路到电池供电模块提取到电能；所述USB电源接通时，供电切换电路自动将电池供电模块的输入端断开，电脑提供5V电源并通过3.3V电源芯片7133-1将电源转换为整个系统可以使用的电能；
所述记录仪供电电源与微处理器唤醒信号检测端连接，所述微处理器唤醒信号检测端与按键1信号检测端、按键2信号检测端连接，所述按键1信号检测端和所述按键2信号检测端分别连接两个物理按键，以检测按键是否按下；所述USB电源分别与微处理器唤醒信号检测端、USB插入信号检测端连接，所述微处理器唤醒信号检测端连接微处理器的低功耗模式唤醒检测引脚，所述USB插入信号检测端用来检测是否有USB插入并为记录仪提供电能。
在功耗部分，记录仪在不查看数据的状态下显示屏处于关闭状态，所有芯片均处在未通电或低功耗睡眠模式，各个功能模块在使用时，迅速进入供电工作状态，任务执行结束，迅速进入非耗电状态。同时，在未通讯状态下，记录仪使用内部电池供电，记录仪在通讯的过程中会消耗很多电能，插上USB数据线后，记录仪自动转化为计算机USB供电，几大低功耗模式的设计大大减小了记录仪的功耗，使其可连续工作两年以上。
当两个物理按键按下或者有USB数据线插入，电路会智能的唤醒微处理器，使微处理器从超低功耗模式进入正常工作模式。同时，微处理器会检测是何种操作将其唤醒，并执行相对应的指令。若为按键按下，微处理器从睡眠模式唤醒，微处理器控制显示模块将其液晶屏打开，将传感器采集的温湿度数据显示在液晶屏上，在显示结束后，关闭液晶屏，微处理器再次进入深度低功耗睡眠模式；若为USB数据线插入，记录仪此时已经通过双路供电电路将供电切换至USB数据线模式供电，微处理器从超低功耗模式唤醒后，运转在高速运行模式，保证了通讯的高效性和稳定性。当通讯结束，USB数据线拔出，微处理器会再次超低功耗模式，以节省电路供电，保证了记录仪的长期稳定运行。
优选地，所述微处理器从FLASH参数存储和读取模块中读取运行参数，通过功耗模式切换模块调节记录仪进入低功耗模式。
优选地，所述时钟模块每隔1s将微处理器从低功耗模式下唤醒，微处理器进入正常工作模式；所述微处理器控制温湿度传感器模块每隔5s采集一次环境温湿度数据，当总时间达到FLASH参数存储和读取模块中设置的保存时间时，微处理器将时钟模块中的时间数据提取，与采集的温湿度数据一起处理后存入存储模块中；此后微处理器关闭各个模块的工作，进入超低功耗模式，等待下一秒的唤醒操作来执行数据的采集和存储工作。
优选地，所述微处理器将时钟模块中的时间数据提取所需时间为10ms。
微处理器在正常运行模式和超低功耗模式之间循环转换，记录仪在采集温湿度、存储数据时，仅需10ms的的操作时间，设备运行在正常的工作模式下，保证所有操作稳定可靠的执行。当记录仪执行完操作和任务，记录仪停止所有外设功能模块的工作，此时只有微处理器工作在约1.6ua的超低功耗模式下，很好的降低了记录仪的耗电量。
优选地，所述数字温湿度传感器模块定时采集环境温湿度参数，并通过微处理器将环境温湿度参数保存于存储模块中，所述计算机软件通过通讯模块中提取环境温湿度参数进行分析。
优选地，所述计算机软件发送的指令通过通讯模块进入微处理器进行处理，微处理器根据不同的命令修改时钟模块、存储模块、显示模块和FLASH参数存储和读取模块中的相关运行和存储参数，并将操作后的指令执行状态通过通信模块传送回计算机软件显示并处理。
优选地，所述USB智能通讯芯片型号为CH340E；数字温湿度传感器型号为SHT20。
超低功耗的温湿度智能记录仪采用USB2.0智能通讯芯片，大大提高了设备与计算机的通讯速率；采用进口数字温湿度传感器，设备采集和响应速度快，灵敏度和精确度大大提高。
本发明的有益效果是：
1.本发明温湿度智能记录仪可根据需求设置不同的存储数据间隔，将参数保存至FLASH中，记录仪自动采集并记录温湿度和所对应的时间数据，并将其保存在EEPROM中，数据和参数独立保存，保证了数据的可靠性和稳定性；按键的操作和功能、显示屏的显示功能，搭配多种不同的开关机工作模式而使用，功能全面，操作简单，显示状态清晰明了，使记录仪可适应各种工作方式和工作环境需求。
2.本发明在整体功能结构上做了很好的中断嵌套框架的搭建和测试，在执行某些操作或者运行任何工作模式时，都可在指定时间或外部按键、USB触发情况下，精准无误的执行各项任务，而不会因为任务的重叠造成设备的死机或数据丢失，保证系统的执行稳定可靠性。
3.本发明外观小巧精致，携带使用方便，功耗极低，可长时间使用，无需充电和更换电池，采用USB通讯，数据上传和下载速度快，稳定性强，采用数字温湿度一体传感器，采集精度和灵敏度高，操作性强。
4.本发明具有定时定间隔采集和存储功能，并将保存的数据传送至计算机进行处理，绘制图标和数据曲线。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种超低功耗的温湿度智能记录仪，其特征在于，所述温湿度智能记录仪包括微处理器、存储模块、数字温湿度传感器模块、通讯模块、显示模块、时钟模块、按键模块、电池和USB供电切换模块、功耗模式切换模块、FLASH参数存储和读取模块、计算机软件；所述存储模块、数字温湿度传感器模块、通讯模块、显示模块、时钟模块、按键模块、电池和USB供电切换模块、功耗模式切换模块、FLASH参数存储和读取模块与所述微处理器模块连接；所述微处理器、存储模块、数字温湿度传感器模块、通讯模块、显示模块、时钟模块、功耗模式切换模块、FLASH参数存储和读取模块均与所述电池和USB供电切换模块连接；所述温湿度智能记录仪通过通讯模块与计算机软件连接；
温湿度智能记录仪的低功耗模式电路为：
电池电源输入端和USB电源输入端连接，电池电源输出端、USB电源输出端分别与记录仪供电电源连接形成双路供电切换电路；所述USB电源断开时，温湿度智能记录仪通过双路供电切换电路到电池供电模块提取到电能；所述USB电源接通时，供电切换电路自动将电池供电模块的输入端断开，电脑提供5V电源并通过3.3V电源芯片7133-1将电源转换为整个系统可以使用的电能；
所述记录仪供电电源与微处理器唤醒信号检测端连接，所述微处理器唤醒信号检测端与按键1信号检测端、按键2信号检测端连接，所述按键1信号检测端和所述按键2信号检测端分别连接两个物理按键，以检测按键是否按下；所述USB电源分别与微处理器唤醒信号检测端、USB插入信号检测端连接，所述微处理器唤醒信号检测端连接微处理器的低功耗模式唤醒检测引脚，所述USB插入信号检测端用来检测是否有USB插入并为记录仪提供电能。
2.根据权利要求1所述的超低功耗的温湿度智能记录仪，其特征在于：所述微处理器从FLASH参数存储和读取模块中读取运行参数，通过功耗模式切换模块调节记录仪进入低功耗模式。
3.根据权利要求1所述的超低功耗的温湿度智能记录仪，其特征在于：所述时钟模块每隔1s将微处理器从低功耗模式下唤醒，微处理器进入正常工作模式；所述微处理器控制温湿度传感器模块每隔5s采集一次环境温湿度数据，当总时间达到FLASH参数存储和读取模块中设置的保存时间时，微处理器将时钟模块中的时间数据提取，与采集的温湿度数据一起处理后存入存储模块中，此后微处理器关闭各个模块的工作，进入超低功耗模式，等待下一秒的唤醒操作来执行数据的采集和存储工作。
4.根据权利要求3所述的超低功耗的温湿度智能记录仪，其特征在于：所述微处理器将时钟模块中的时间数据提取并从温湿度传感器模块中提取温湿度数据一并处理后存入存储模块中所需时间为10ms。
5.根据权利要求1所述的超低功耗的温湿度智能记录仪，其特征在于：所述数字温湿度传感器模块定时采集环境温湿度参数，并通过微处理器将环境温湿度参数保存于存储模块中，所述计算机软件通过通讯模块中提取环境温湿度参数进行分析。
6.根据权利要求1所述的超低功耗的温湿度智能记录仪，其特征在于：所述计算机软件发送的指令通过通讯模块进入微处理器进行处理，微处理器根据不同的命令修改时钟模块、存储模块、显示模块和FLASH参数存储和读取模块中的相关运行和存储参数，并将操作后的指令执行状态通过通信模块传送回计算机软件显示并处理。
7.根据权利要求1所述的超低功耗的温湿度智能记录仪，其特征在于：所述USB智能通讯芯片型号为CH340E；数字温湿度传感器型号为SHT20。
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