CN110505718A - 自发热户外运动服的手机控制式热控制电路 - Google Patents

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周胜
徐继红
江兆银
高见
陈亮
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Abstract

自发热户外运动服的手机控制式热控制电路，涉及服装设计生产技术领域，也涉及对发热元件的控制技术领域，包括主控芯片、电源电路、低功耗运行振荡电路、全速运行振荡电路、蓝牙数据接口电路、工作状态显示电路、温度反馈电路和加热驱动电路，体积小、重量轻、方便人们通过手机对自发热户外运动服发热的控制。

Description

自发热户外运动服的手机控制式热控制电路
技术领域
本发明涉及服装设计生产技术领域，也涉及对发热元件的控制技术领域。
背景技术
当前锂电池技术不断改进，单位体积存储电荷量越来越高，同时得益于微控制芯片飞速发展，使得电池供热的智能加热服装的设计生产成为可能。寒冷冬季，厚重的衣服抵御严寒导致肢体灵活性降低，同时亦不美观，不利于人们在严寒地带作为户外运动服装。
随着人们对发热元件的进一步开发，由传统的电阻丝转变为重量更轻、体积更小的碳纤维材料以后，人们将这种材料或丝或片材或涂层的形式制作在服装的夹层中，使可以借助于此进行发热，以提高人们在户外抵抗严寒的轻薄运动服装制作的可能性。
但是由于供此发热材料进行发热的电源如果还是比较粗大笨，则发热的户外运动服还是不能得能推广生产。
随着手机功能的扩展，手机已成为人们的必备终端设备，因此，如果能将手机应用于对发热的控制中更能使自发热户外运动服实现方便，这也有利于自发热户外运动服得到进一步推广。
发明内容
本发明的目的是提出一种体积小、重量轻、方便人们使用的自发热户外运动服的手机控制式热控制电路。
本发明包括主控芯片、电源电路、低功耗运行振荡电路、全速运行振荡电路、蓝牙数据接口电路、工作状态显示电路、温度反馈电路和加热驱动电路；
所述电源电路设有+5v直流电源接入端、+5v直流电压输出端和+3.3v直流电压输出端；
所述低功耗运行振荡电路主要由低频32.768K晶振和两个电容组成，并接于主控芯片上，供主控芯片工作于低功耗模式；
所述全速运行振荡电路主要由高频32M晶振和两个电容组成，并接于主控芯片上，供主控芯片工作于全速运行模式；
所述蓝牙数据接口电路主要由蓝牙数据发射接收通信电路、电感和PCB天线组成，并接于主控芯片上实现交换数据；
所述工作状态显示电路由LED显示灯和分压电阻串接后一端接地，另一端接主控芯片；
所述温度反馈电路由热敏电阻和分压电阻串联后一端接地，另一端连接+3.3v直流电压输出端，热敏电阻的阻值输出端接入主控芯片；
所述加热驱动电路主要由碳纤维材料和场效应管AS3402组成，场效应管AS3402的栅极通过电阻连接在主控芯片的加热驱动引脚上，场效应管AS3402的源极通过碳纤维材料连接在+5v直流电压输出端，场效应管AS3402的漏极接地；
所述电源电路的+3.3v直流电压输出端通过滤波电路滤波后为主控芯片提供工作电源。
主控芯片为超低功耗的蓝牙射频单片机CC2540。
本发明中，电源电路将一部分接入的+5v直流电压输出供碳纤维材料工作用电压，另一部经变压成+3.3v直流电压为主控芯片工作使用。
低频32.768K晶振X2配合两个电容形成振荡电路供主控芯片工作于低功耗模式。主控芯片的全速运行模式则由高频32M晶振X1配合另两个电容形成的振荡电路提供。
主控芯片通过其加热驱动引脚输出命令使设置在加热驱动电路上的碳纤维材料发热至通过按键设置的不同目标温度。
加热驱动电路中场效应管AS3402作为开关使用，通过其栅极接R20连接加热驱动引脚控制场效应管的源极和漏极的接通与断开。碳纤维材料正负极接入VBAT中，场效应管AS3402接通时碳纤维材料处于通电加热状态，断开时面料停止加热。场效应管AS3402断开与接通与否由主控芯片加热驱动连接的引脚控制，该引脚输出高电平时候接通加热，输出低电平时候断开加热。
碳纤维材料发热达到的温度信息反馈来自于温度反馈电路的热敏电阻，由于热敏电阻在不同温度下的阻值会有对应变化，依此原理通过主控芯片的引脚探测当前温度，从而控制发热引脚输出，保证碳纤维材料的温度维持在设定温度内。
基于此，人们可以通过在预先下载的手机APP软件上进行操控，在手机上可连续设置温度值范围或关，命令数据通过蓝牙数据接口电路传送至主控芯片执行命令，也可将主控芯片获得的反馈温度信息传送至手机上，使人们可以在手机上及时了解碳纤维材料的发热状态。
智能自发热户外运动服可通过本发明实现发热和温度可控条件下的使用，实现较好的保温效果，减轻厚重衣物给人们带来的不适感。发明可提高发热电路效率使得发热时间更加持久，还可根据外界温度湿度环境变化实现自动发热控制，增加舒适性。
进一步地，本发热控制电路还包括电源电压监测电路，所述电源电压监测电路的一端接电源电路，另一端接主控芯片。可用于以接入的直流电源进行及时监测，当直流电源即将耗尽时，主控芯片检测到的电压降低到阈值，主控芯片作出相应信号提醒用户电池电量即将耗尽。
另外，本发明还可设置手动温度控制及开关电路，所述手动温度控制及开关电路由按键组成，按键一端接地，另一端接主控芯片。通常状况下，人们可以通过手机进行温度控制，如当手机不能控制时，则可启用按键进行控制。而发热温度档位以及开关则通过按键设置，分为高中低三挡发热，按动按键如此循环，同时通过工作状态显示电路对应显示。
附图说明
图1为本发明的主控芯片及其外围电路图。
图2为本发明的蓝牙数据接口电路。
图3为本发明的电源电路。
图4、5、6、7分别为发明的四组温度反馈电路。
图8、9、10、11分别为发明的四组加热驱动电路。
图12为发明的电源电压监测电路。
具体实施方式
如图1至图12所示，本发明由主控芯片、电源电路、低功耗运行振荡电路、全速运行振荡电路、蓝牙数据接口电路、温度控制及开关电路、工作状态显示电路、温度反馈电路和加热驱动电路组成。
主控芯片CC2540 U1是一个超低功耗的蓝牙射频单片机。
电源电路的SPX3819M5-3.3芯片U7负责把外接的+5V电源电压转化为供单片机使用的并经过稳定的+3.3V电源电压，保证单片机正常工作。另外，还以+5V电源电压作为四组碳纤维材料发热电源。电源电路设有直流电源接入端、+5v直流电压输出端和+3.3v直流电压输出端。
低功耗运行振荡电路主要由低频32.768K晶振X2和两个电容C20和C21组成，并接于主控芯片CC2540 U1上，供主控芯片U1工作于低功耗模式。
全速运行振荡电路主要由高频32M晶振X1和两个电容C17、C18组成，并接于主控芯片U1上，供主控芯片U1工作于全速运行模式。
主控芯片U1工作电压为+3.3v直流电压，电容C1，C2，C3，C4，C5，C8，C15，C19分别工作于Vcc和地之间起滤波电源作用。
蓝牙数据接口电路由电容C6，C7，C9，C10，C11，电感L1，L2，L3，L4和PCB天线组成。电容C6 串联电感L1，连接中点处接电容C7再接地，电容C9 串联电容C10，连接中点处接电感L4再接地。在电感L1和电容C10的连接端串接电感L2、L3，在电感L2、L3之间接电容C11，电容C11另一端接地，形成П型振荡电路，电感L3另一端接PCB天线，通过PCB天线将无线发射信号出去。
蓝牙数据接口电路的C6，C9端分别接于主控芯片的RF_N和RF_P之间，以实现数据的交换。
温度档位的控制以及开关通过按键S1手动设置，分为高中低三挡发热，按动按键如此循环。同时配合LED0显示灯对相应的碳纤维材料的工作状态采用红、黄、蓝三色进行显示。工作状态显示电路由LED显示灯D1和分压电阻R6串接后一端接地，另一端接主控芯片U1的引脚9。
加热驱动电路分设为四路，对应主控芯片U1引脚分别为P1_2，P1_3，P1_4，P1_5。可以分别控制四块碳纤维材料加热至不同温度。各路的温度反馈来自于热敏电阻，由于热敏电阻在不同温度下的阻值会有对应变化，依此原理通过P0_4、P0_5、P0_6、P0_7主控芯片U1引脚探测当前温度，从而控制发热引脚输出，保证碳纤维材料温度维持在各自的设定温度范围内。
四路碳纤维材料R1、R2、R3和R4的温度控制原理相同，现以一路举例说明：加热驱动电路由碳纤维材料R1、场效应管AS3402 V1和分压电阻R20组成，场效应管AS3402 V1的栅极通过分压电阻R20连接在单片机的加热驱动引脚P1_5上，场效应管AS3402 V1的源极通过碳纤维材料R1连接在电源电路的+5v直流电压输出端，场效应管AS3402 V1的漏极接地。场效应管AS3402 V1作为开关使用，通过其栅极接R20连接加热驱动引脚控制场效应管的源极和漏极的接通与断开。场效应管AS3402 V1接通时碳纤维材料R1处于通电加热状态，断开时碳纤维材料R1停止加热。场效应管AS3402 V1断开与接通与否由主控芯片U1加热驱动连接的引脚P1_5控制，该引脚输出高电平时候接通加热，输出低电平时候断开加热。
四路碳纤维材料的温度反馈原理相同，现以一路举例说明：温度反馈电路由热敏电阻R8和分压电阻R10串联后一端接地，另一端连接+3.3v直流电压输出端，热敏电阻R8的电压输出接入主控芯片U1引脚15。热敏电阻R8嵌入碳纤维材R1中，热敏电阻R8通过主控芯片U1引脚15接入加热检测处，不同的温度下热敏电阻具有不同的电阻值，不同温度下R8输出对应电压值，连接主控芯片U1引脚15加热检测，通过AD转换测得电压，程序换算后得知当前碳纤维材料温度，从而与设定温度比较，低设定温度时继续接通场效应管加热，高于设定温度则切断场效应管停止加热，这样可将碳纤维材料维持在设定值内。
电源电压监测电路中，VBAT接电源电路的正极，地接充电电池负极。电阻R4、R5连接中点电压分压值接主控芯片U1引脚19监测电池电压变化情况，电池电量即将耗尽时，主控芯片U1检测到引脚19电压降低到阈值，用于提醒用户电池电量即将耗尽。

Claims (4)

1.自发热户外运动服的手机控制式热控制电路，其特征在于包括主控芯片、电源电路、低功耗运行振荡电路、全速运行振荡电路、蓝牙数据接口电路、工作状态显示电路、温度反馈电路和加热驱动电路；
所述电源电路设有+5v直流电源接入端、+5v直流电压输出端和+3.3v直流电压输出端；
所述低功耗运行振荡电路主要由低频32.768K晶振和两个电容组成，并接于主控芯片上，供主控芯片工作于低功耗模式；
所述全速运行振荡电路主要由高频32M晶振和两个电容组成，并接于主控芯片上，供主控芯片工作于全速运行模式；
所述蓝牙数据接口电路主要由蓝牙数据发射接收通信电路、电感和PCB天线组成，并接于主控芯片上实现交换数据；
所述工作状态显示电路由LED显示灯和分压电阻串接后一端接地，另一端接主控芯片；
所述温度反馈电路由热敏电阻和分压电阻串联后一端接地，另一端连接+3.3v直流电压输出端，热敏电阻的阻值输出端接入主控芯片；
所述加热驱动电路主要由碳纤维材料和场效应管AS3402组成，场效应管AS3402的栅极通过电阻连接在主控芯片的加热驱动引脚上，场效应管AS3402的源极通过碳纤维材料连接在+5v直流电压输出端，场效应管AS3402的漏极接地；
所述电源电路的+3.3v直流电压输出端通过滤波电路滤波后为主控芯片提供工作电源。
2.根据权利要求1所述自发热户外运动服的手机控制式发热控制电路，其特征在于所述主控芯片为超低功耗的蓝牙射频单片机CC2540。
3.根据权利要求1或2所述自发热户外运动服的手机控制式热控制电路，其特征在于所述发热控制电路还包括电源电压监测电路，所述电源电压监测电路的一端接电源电路，另一端接主控芯片。
4.根据权利要求1所述自发热户外运动服的手机控制式热控制电路，其特征在于所述发热控制电路还包括手动温度控制及开关电路，所述手动温度控制及开关电路由按键组成，按键一端接地，另一端接主控芯片。
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