CN112504460A - 一种集成有害气体检测功能的电子测温盒 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成有害气体检测功能的电子测温盒，属于微型防疫电子设备领域，包括主控制器、电压转换模块、气体检测模块、温度检测模块、充电模块以及显示模块、按键模块和声音模块；气体检测模块和温度检测模块分别通过IIC接口与主控制器连接；显示模块、按键模块和声音模块分别通过I/O口与主控制器连接；电压转换模块分别与所述主控制器、气体检测模块、温度检测模块、显示模块、按键模块、声音模块的供电口相连；主控制器用于处理从气体检测模块、温度检测模块和按键模块中获取的原始数据，处理后发送到显示模块和声音模块。所述电子测温盒集气体检测和温度检测于一体，测试精度高，小巧、便携、使用场景广泛，具有大量的市场需求。

Description

一种集成有害气体检测功能的电子测温盒
技术领域
本发明属于微型防疫电子设备技术领域，具体地，涉及一种集成有害气体检测功能的电子测温盒。
背景技术
由于大部分病毒和包括细菌、乃至有害气体等主要是通过空气传播，所以时刻检测周围空气质量是否达标，满足健康人群的呼吸要求成为了突出的问题。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种集成有害气体检测功能的电子测温盒。所述电子测温盒集气体检测和温度检测于一体，可对周围空气进行检测的同时，还可以实时地检测人体体温。该发明设备为盒状外观，测试精度高、尺寸小，其小巧、便携、使用场景广泛、测试灵活的优点使其预计具有大量的市场需求。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
一种集成有害气体检测功能的电子测温盒，包括用于接收、处理、发送数据的主控制器、用于将锂电池输出电压转为各个模块所需要电压的电压转换模块、用于检测空气有害气体浓度的气体检测模块、用于测量人体体温的温度检测模块、充电模块以及用于人机交互的显示模块、按键模块和声音模块；
所述气体检测模块和温度检测模块分别通过IIC接口与所述主控制器连接；所述显示模块、按键模块和声音模块分别通过I/O口与所述主控制器连接；所述电压转换模块分别与所述主控制器、所述气体检测模块、所述温度检测模块、所述显示模块、所述按键模块、所述声音模块的供电口相连；所述主控制器基于arduino系统，用于处理从所述气体检测模块、温度检测模块和按键模块中获取的原始数据，处理后发送到所述显示模块和声音模块；所述显示模块显示参数，所述按键模块选择参数，所述声音模块发出信号，用于人机交互。
作为对上述方案的进一步优化，所述电压转换模块由7.4V可充电锂电池、7.4V转1.8V电压转换电路、7.4V转3.3V电压转换电路和7.4V转5V电压转换电路组成。
作为对上述方案的进一步优化，所述气体检测模块采用湿度、气体和液体流量测控用数字气体传感器。
作为对上述方案的进一步优化，所述温度检测模块采用非接触式热电堆红外测温传感器。
作为对上述方案的进一步优化，所述显示模块采用0.96寸128×64点阵OLED显示器。
作为对上述方案的进一步优化，所述声音模块采用无源蜂鸣器。
有益效果：
本发明针对空气质量检测和体外测温，设计了一种功能集成式的便携式测温盒。本发明空气检测精度高，可以迅速感知周围空气质量，本发明采用非接触式体外测温，可以精确、及时的测量人体体温，锂电池的供电方式，可以保证本发明的工作时间长，降低个人的室外安全隐患。此外在结构上，本研发设备为小型可手握盒状外观，尺寸小，放置方便。具有小巧、便携、测试灵活、使用场景广泛的优点。
附图说明
图1是本发明的集成有害气体检测功能的电子测温盒电路原理框图；图中：1、MLX90614A热电堆测温传感器，2、SGP30气体传感器，3、按键模块，4、0.96"128×64点阵OLED显示器，5、无源蜂鸣器；
图2是本发明的集成有害气体检测功能的便携式电子测温电路原理图；
图3是本发明的主控制器电路原理图；
图4是本发明的电压转换模块电路原理图；
图5是本发明的气体检测模块电路原理图；
图6是本发明的温度检测模块电路原理图；
图7是本发明的显示模块电路原理图；
图8是本发明的按键模块电路原理图；
图9是本发明的声音模块电路原理图；
图10是本发明的锂电池充电模块电路原理图；
图11是本发明的集成有害气体检测功能的电子测温盒的程序流程图；
图12是本发明的外观示意图；图中：1、按键模块的按键安装孔，2、显示模块的OLED显示屏安装孔，3、声音模块的扬声器安装孔，4、与锂电池连接的USB充电口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种集成有害气体检测功能的电子测温盒，其电路原理图如图2所示。所述电子测温盒包括主控制器、电压转换模块、气体检测模块、温度检测模块、显示模块、按键模块、声音模块；所述主控制器与所述气体检测模块、温度检测模块通过IIC接口相连，所述主控制器分别与所述显示模块、按键模块、声音模块通过I/O口相连；所述电压转换模块分别与所述主控制器、气体检测模块、温度检测模块、显示模块、按键模块、声音模块的供电口相连。
如图3所示，所述主控制器基于arduino系统，用于处理从所述气体检测模块、温度检测模块和按键模块中获取的原始数据，处理后发送到所述显示模块和声音模块；所述主控制器包括J2和J3，所述J2为微控制器ISP程序烧录端，用于下载产品的引导程序也可用于下载程序，所述J3为微控制器的串口程序烧录端，用于产品的控制程序下载。
所述电压转换模块由7.4v可充电锂电池、7.4v转1.8v电压转换电路、7.4v转3.3v电压转换电路和7.4v转5v电压转换电路组成，三种电压转换电路的电路图如图4所示。
所述气体检测模块用于感知工作环境的气体中一些有害气体浓度，如有机气体、二氧化碳、氢气、酒精。为气体浓度传感器芯片，该芯片与所述主控制器通过IIC接口相连，由于其电压水平低于所述主控制器的工作电压，故需要通过MOS管进行电压匹配，所述主控制器的IIC接口与NMOS管的漏极相连，NMOS管的栅极直接接在1.8V的电压上，NMOS管的导通电压是1.5V左右。所述气体检测模块的电路原理图如图5所示。在所述气体浓度传感器芯片作为信息接收端时，所述气体浓度传感器芯片的IIC总线是处于上拉(1.8V)状态，当所述主控制器给NMOS管漏极高电平(3.3V)时NMOS管处于截至状态，使得所述气体浓度传感器芯片的IIC总线上可以得到高电平，当所述主控制器给NMOS管漏极低电平时(0V)，NMOS处于接近饱和的线性区，所述气体浓度传感器芯片的IIC总线上得到低电平(0.2V)，这是完成所述主控制器对所述气体浓度传感器芯片的通讯的过程；反之，在所述主控制器作为信息接收端时，所述主控制器的IIC总线是处于上拉(3.3V)状态，当所述气体浓度传感器芯片给NMOS管源级高电平时(1.8V)，NMOS管处于截至状态，所述主控制器的IIC总线上得到高电平(3.3V)，当所述气体浓度传感器芯片NMOS管源级低电平时(0V)，NMOS管处于饱和状态，所述主控制器的IIC总线上得到低电平(0.4V)，这是完成所述气体浓度传感器芯片对所述主控制器的通讯的过程。
所述温度检测模块采用非接触式温度传感器，用于获取人体表面温度。所述温度检测模块为非接触式热电堆测温模块，其通过IIC通讯受微控制器控制，由于微控制器的IIC接口已经外接上拉电阻，故其与所述主控制器的IIC接口直接相连，通过IIC接口与所述主控制器通讯。所述温度检测模块的电路原理图如图6所示。
所述显示模块显示参数，所述按键模块选择参数，所述声音模块发出信号，用于人机交互。
所述按键模块的电路原理图如图7所示。按键电路与所述主控制器的I/O口直接相连，当按键按下时，所述主控制器的I/O口会直接短接在电路地(0V)，所述主控制器检测到对应按键按下后会执行相应的指令。
如图8所示，所述显示模块为0.96寸单色显示屏的接口电路，其与所述主控制器的I/O口直接相连接，CS为片选端，RST为硬件复位端，D/C为数据/命令选择端，D0(所述主控制器D6)、D1(所述主控制器D5)分别为SPI接口的SCK(串行时钟)，MOSI(或称为SDA，主出从入端或串行数据端)，所述主控制器通过SPI通讯控制屏幕的显示内容。
如图2和9所示，所述声音模块为蜂鸣器控制电路，NPN管的基极通过一个1KΩ的电鱼与所述主控制器的D10 I/O口相连，当所述主控制器控制该口输出高电平时，NPN管导通，当输出低电平时，NPN管截止，进而控制蜂鸣器S1的通断。
由此，便于输入用户的操作指令，以及通过所述显示模块和所述声音模块获取信息。
所述电子测温盒还设有锂电池充电模块，如图10所示，所述锂电池充电模块为7.4V锂电池充电电路，该电路最低支持5V/100mA的5V电源适配器对7.4V锂电池进行充电，并在充电完成后，即锂电池电压达到满电状态后自动停止防止过度充电，该模块采用TypeC接口，使其可以支持现有的充电方式。还设有电池供电开关模块控制电池电压的输出，当检测到电池电压达到预设值时，才输出电池电压，否则不输出，以防止过低的电压造成电路器件运行不稳定；本发明分析了各种使用场景下的工作状态，保证了本发明测量结果的稳定性。
图1示意性地显示了所述集成气体检测功能的便携式电子测温盒的电路原理框图。图中方框标出的是系统中所使用的模块。其中1、2、3为信息输入模块：标注为1的为温度检测模块，采用MLX90614A热电堆测温传感器，其职责是在通过I²C总线收到微控制器的信息采集的请求后，将外界的温度信息采集并转化成微控制器可识别的数字信息发送给微控制器；标注为2的为气体检测模块，采用SGP30气体传感器，其职责是在通过I²C总线收到微控制器的信息采集的请求后，将外界的挥发性有机气体以及二氧化碳的浓度信息采集并转化成微控制器可识别的数字信息发送给微控制器；标注为3的模块是按键模块，由5个独立按键组成，其职责是当按下其中一个按键后向微控制器发送一个键值；4、5、6模块为信息输出模块：标注为4的为显示模块，该模块为0.96"128×64点阵OLED显示器，其职责是在通过SPI总线接收到微控制器的指令后，将微控制器通过SPI总线发送的点阵图像数据显示在屏幕上；标注为5的为声音模块，该模块为无源蜂鸣器，其职责是接受微控制器的一定点评的频率信号后发出特定频率的声响。
所述电子测温盒的程序流程图如图11所示。
采用本发明所述电子测温盒测定了多种场景下的温度和气体指标，具体如下：
1、26℃室内：
有害气体检测：有机气体（5ppb）、二氧化碳（401ppm）；
手掌温度：35.27℃。
2、燃气灶烧水：
测量距离：10cm；
有害气体检测：有机气体（215ppb）、二氧化碳(456ppm)；
测量温度：107.83℃。
3、低温冷冻室：
测量距离：5cm；
有害气体检测：有机气体（127ppb）、二氧化碳(417ppm)；
测量温度：-1.22℃。
本发明所述电子测温盒的其它参数如下：
产品工作温度：-20℃~120℃；
测量目标温度：-40℃~380℃；
测温精度：0.01℃；
可检测有害气体种类：有机气体、二氧化碳、氢气、酒精；
有机气体浓度检测范围：0~60000ppb；
二氧化碳浓度检测范围：0~60000ppm；
氢气浓度检测范围：0~1000ppm；
酒精浓度检测范围：0~1000ppm；
OLED屏幕尺寸：25*15mm；
按键数量：6按键；
是否可拆卸：否。
需要说明的是，以上所述的实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种集成有害气体检测功能的电子测温盒，包括用于接收、处理、发送数据的主控制器、用于将锂电池输出电压转为各个模块所需要电压的电压转换模块、用于检测空气有害气体浓度的气体检测模块、用于测量人体体温的温度检测模块、充电模块以及用于人机交互的显示模块、按键模块和声音模块；
所述气体检测模块和温度检测模块分别通过IIC接口与所述主控制器连接；所述显示模块、按键模块和声音模块分别通过I/O口与所述主控制器连接；所述电压转换模块分别与所述主控制器、所述气体检测模块、所述温度检测模块、所述显示模块、所述按键模块、所述声音模块的供电口相连；所述主控制器基于arduino系统，用于处理从所述气体检测模块、温度检测模块和按键模块中获取的原始数据，处理后发送到所述显示模块和声音模块；所述显示模块显示参数，所述按键模块选择参数，所述声音模块发出信号，用于人机交互。
2.根据权利要求1所述的一种集成有害气体检测功能的电子测温盒，其特征在于：所述电压转换模块由7.4V可充电锂电池、7.4V转1.8V电压转换电路、7.4V转3.3V电压转换电路和7.4V转5V电压转换电路组成。
3.根据权利要求1所述的一种集成有害气体检测功能的电子测温盒，其特征在于：所述气体检测模块采用湿度、气体和液体流量测控用数字气体传感器。
4.根据权利要求1所述的一种集成有害气体检测功能的电子测温盒，其特征在于：所述温度检测模块采用非接触式热电堆红外测温传感器。
5.根据权利要求1所述的一种集成有害气体检测功能的电子测温盒，其特征在于：所述显示模块采用0.96寸128×64点阵OLED显示器。
6.根据权利要求1所述的一种集成有害气体检测功能的电子测温盒，其特征在于：所述声音模块采用无源蜂鸣器。
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