CN205028451U - 一种智能烟道两端通信电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能烟道两端通信电路，其特征在于：包括设于智能烟道前端的若干无线网络节点电路和设于智能烟道后端的无线网络基站电路，所述无线网络节点电路包括中央处理器(11)、传感器采集电路(14)、第一接口扩展模块(17)、第一无线通信模块(18)、止回阀检测电路(19)和开关控制电路(10)，所述无线网络基站电路包括处理器模块(21)、第二接口扩展模块(27)、第二无线通信模块(28)、GPRS模块(24)。本实用新型具有体积小、总量轻、通信距离远、通信控制可靠性高、功耗低等优势，便于在有油烟机处安装使用，并且不受传输电缆限制，满足一栋大楼多台抽油烟机同时使用的通信需求。

Description

一种智能烟道两端通信电路

技术领域

本实用新型涉及烟道通信设备领域，尤其是无线传感器网络中用于智能烟道信号采集、无线通信及控制节点和基站的电路。

背景技术

21世纪以来，人们对智能化的追求越来越高，智能家居被人寄予厚望其发展状态趋于多元化，传统的家电抽油烟机简单的抽走油烟的功能已无法满足人们的生活需求，目前的发展方向是提供智能烟道系统，将无线控制及自组网技术引入家庭抽油烟机系统当中，通过对风道的检测、利用无线通信技术集中控制大楼所有抽油烟机，在最低能耗、最低工作噪音的条件下使排油烟达到最佳效果，提高家庭厨房的时代适应性。智能烟道系统要求在客户抽油烟机前端安装烟道探测和控制节点，实现油烟机工作状态、烟道风速等信息采集，并通过无线网络将数据传递到控制中心，并接收控制信号实现对抽油烟机的操作控制，从而实现抽油烟过程的优化并能检测故障和管理烟道设备。由于一栋大楼抽烟烟机数量过多，楼层高度过大，现在缺少类似应用和产品，现有技术难以满足长时低功耗工作要求，并缺乏可靠性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于设计一种小体积、低功耗的智能烟道两端通信电路。

本实用新型采用的技术方案包括一种智能烟道两端通信电路，包括设于智能烟道前端的若干无线网络节点电路和设于智能烟道后端的无线网络基站电路，

所述无线网络节点电路包括中央处理器11、传感器采集电路14、第一接口扩展模块17、第一无线通信模块18、止回阀检测电路19和开关控制电路10，传感器采集电路14、第一接口扩展模块17、止回阀检测电路19、开关控制电路10分别与中央处理器11连接，止回阀检测电路19和开关控制电路10连接，第一接口扩展模块17和第一无线通信模块18连接；

所述无线网络基站电路包括处理器模块21、第二接口扩展模块27、第二无线通信模块28、GPRS模块24，第二接口扩展模块27、GPRS模块24分别与处理器模块21连接，第二接口扩展模块27和第二无线通信模块28连接，

各无线网络节点电路的第一无线通信模块18和分别和无线网络基站电路的第二无线通信模块28建立通信连接。

而且，所述无线网络节点电路包括第一复位电路模块12、第一电源供电模块13、第一显示模块15、第一时钟模块16，第一复位电路模块12、第一电源供电模块13、第一显示模块15、第一时钟模块16分别与中央处理器11连接；所述无线网络基站电路包括第二复位电路模块22、第二电源供电模块23、第二显示模块25、第二时钟模块26，第二复位电路模块22、第二电源供电模块23、第二显示模块25、第二时钟模块26分别与处理器模块21连接。

而且，所述第一无线通信模块18和第二无线通信模块28采用无线传输芯片CC1100。

而且，所述传感器采集电路14包括镇流器和比较器，镇流器和比较器连接，镇流器输出智能烟道前端处节点抽油烟机的抽风电机电流采集结果到比较器，比较器输出转换结果到中央处理器11。

而且，所述止回阀检测电路19包括继电器、光电开关、二极管、三极管、第一电阻和第二电阻，继电器连接智能烟道前端处节点抽油烟机的止回阀；第二电阻连接三级管的基极，第二电阻连接于三级管的基极和发射极之间，三级管的集电极连接二极管的正极，二极管的负极接电源；光电开关为检测止回阀打开或关闭状态的反射传感器，光电开关一端连接二极管的正极，另一端接电源。

而且，所述中央处理器11采用msp430g2553芯片。

而且，所述处理器模块21采用STM32F103芯片。

而且，所述GPRS模块24采用GTM900模块。

本实用新型提供的智能烟道两端通信电路，包括分布设置在各节点抽油烟机处的无线网络节点电路和设在总抽油烟机处的无线网络基站电路，支持通过传感器采集电路对节点抽油烟机的电流变化进行采集，获得其工作状态信息，利用止回阀检测电路对抽油烟过程的排风进行检测和控制。本实用新型具有低功耗、高可靠性、控制能力强、小型化易安装、通信抗干扰等性能优点。与现有烟道传感器节点相比，本实用新型有体积小，总量轻，通信距离远，通信控制可靠性高、功耗低等优势，便于在有油烟机处安装使用，并且不受传输电缆限制，采用无线通信方式，接入点数多，满足一栋大楼多台抽油烟机同时使用的通信需求。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型实施例的传感器采集电路图；

图3是本实用新型实施例的止回阀检测电路图。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

参见图1，本实用新型实施例提供一种智能烟道两端通信电路，包括智能烟道前端的无线网络节点电路和后端的无线网络基站电路，实际应用场景一般是在一栋楼内，每层楼都有多台抽烟机（节点油烟机，一般就是客户油烟机），每个抽油烟机处作为智能烟道前端设置一个无线网络节点电路；在楼顶有一个无线网络基站电路，放在楼顶的烟囱最大的抽风机（总抽风机）处。所述智能烟道前端的无线网络节点电路包括中央处理器11、复位电路模块12（记为第一复位电路模块）、电源供电模块13（记为第一电源供电模块）、传感器采集电路14、显示模块15(记为第一显示模块)、时钟模块16(记为第一时钟模块)、接口扩展模块17(记为第一接口扩展模块)、无线通信模块18(记为第一无线通信模块)、止回阀检测电路19、开关控制电路10；智能烟道的无线网络基站电路包括处理器模块21、复位电路模块22（记为第二复位电路模块）、电源供电模块23（记为第二电源供电模块）、显示模块25(记为第二显示模块)、时钟模块26(记为第二时钟模块)、接口扩展模块27(记为第二接口扩展模块)、无线通信模块28(记为第二无线通信模块)、GPRS模块24。无线网络节点电路和无线网络基站电路通过无线通信模块基于433MHZ频段进行通信，无线网络节点电路负责前端数据采集和开关阀门控制，无线网络基站电路搜集所有节点电路的采集数据集中管理，并可通过GPRS模块将数据汇集到远程的服务器处存储。

复位电路模块12、电源供电模块13、传感器采集电路14、显示模块15、时钟模块16、接口扩展模块17、止回阀检测电路19、开关控制电路10分别与中央处理器11连接，止回阀检测电路19和开关控制电路10连接，接口扩展模块17和无线通信模块18连接；复位电路模块22、电源供电模块23、GPRS模块24、显示模块25、时钟模块26、接口扩展模块27、分别与处理器模块21连接，接口扩展模块27和无线通信模块28连接，各无线网络节点电路的第一无线通信模块18和分别和无线网络基站电路的第二无线通信模块28建立通信连接。

具体实施时，各部分可采用市场上所售的现有芯片产品，具体连接可参考产品说明书。例如：各无线网络节点电路内中央处理器11采用TI的16位超低功耗高速处理器MSP430G2553，具有低功耗并且控制能力强等优点；无线网络基站电路的处理器模块21中，处理器采用72MHz的高时钟频率的“增强型”系列STM32F103，内部集成嵌入式Flash和SRAM存储器的ARMCortex-M3内核；GPRS模块24可采用华为公司的GTM900模块；无线通信模块18和28采用无线传输芯片CC1100。

本实用新型实施例的智能烟道两端通信电路各部分详细说明如下：

分别以无线网络节点电路内中央处理器11和无线网络基站电路的处理器模块21为中心，设置的常见外围电路如下：

1、复位电路模块，负责节点电路和基站电路的中央处理器复位功能，产生系统复位信号；

2、电源供电模块：电源供电模块为各电路提供12V、5V、3.3V共3种供电电压工作电压；

3、显示模块：提供LCD显示功能，显示系统运行状态、主要参数值等信息；

4、时钟模块：提供系统所需的时钟信号；

5、接口扩展模块：SPI接口资源扩展，作为与无线射频通信模块的通信接口；

传感器采集电路14如图2所示，包括镇流器和比较器，家庭厨房的抽油烟机在工作时产生信号，采集到抽油烟机的信号交给节点部分中央处理器11进行处理，控制止回阀检测电路19使止回阀的状态做出相应的变化。实施例中，镇流器采用小型精密电流互感器ZMCT10，比较器采用双电压比较器集成电路LM393（工作电压为3.3），镇流器和比较器连接，采集电路由镇流器ZMCT103采集到电流信号（在4~20MA的范围）交给比较器LM393将电流信号转换为电压信号（State），这种电压是控制电路可以直接处理的信号。这样，传感器采集电路通过电流互感器采集到抽油烟机中抽风电机处电流的变化，将抽油烟机输出的大电流转化为小电流信号，并且将电流信号转换为电压信号作为LM393比较器的正端输入信号与负端基准电压进行比较，将模拟电压信号转化为二值信号，可由中央处理器11的单片机I/O口直接处理。

止回阀是抽油烟机的一个部件，它的作用就是在抽油烟机不工作的时候关闭，防止烟道气体倒灌进入家庭，在抽油烟机工作的时候打开，才能将油烟排除到主烟道内，本实施例设计由无线网络节点电路检测及控制止回阀打开或者关闭。止回阀检测电路19的设计如图3所示，所述止回阀检测电路19包括继电器K1、光电开关RPR220、二极管D1、三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2。具体实施时，继电器K1可采用JZC-32F-005-HS3，可经接口Header2连接智能烟道前端处节点抽油烟机的止回阀；三级管Q1可采用2N3904，第二电阻R2连接三级管Q1的基极，第二电阻R2连接于三级管Q1的基极和发射极之间，三级管Q1的集电极连接二极管D1的正极，二极管D1的负极接电源（5v）；光电开关RPR220为检测止回阀打开或关闭状态（物理位置变化）的反射传感器，光电开关RPR220一端连接二极管D1的正极，另一端连接电源（5v）。烟机工作时，中央处理器11根据传感器采集电路14的采集结果，通过开关控制电路10进行功率放大后给出相应控制信号（记为EM1信号）给继电器K1，将止回阀打开，油烟从止回阀排向烟道，烟机停止工作时同样由EM信号控制将止回阀关闭。止回阀检测电路19与抽油烟机烟筒相接，止回阀打开或关闭位置将改变图3中D3上加载的电压，检测电路（图3左侧电路）中EM2信号随止回阀的打开或关闭改变。中央处理器11可通过检测信号（即EM2信号）状态判断止回阀的动作是否正确，即止回阀关闭或打开状态，如果动作没有正确做出，中央处理器11将会再次触发关闭或打开止回阀的动作直到完全动作完成为止。

无线通信模块18、28所采用的射频通信电路，分别与接口扩展模块17、27的SPI接口进行通信，具体实施时可采用主机输入-从机输出MISO的工作模式工作，是一种全双工的通信方式，设备之间直连物理连接简单，通信速率较快，射频通信电路后面通常外接一个功率放大电路，由于高楼层烟道距离较长，需要较大的输出功率以保证通信距离，实施例选用433MHZ进行通信是因为433MHZ在我国是一种免费的ISM频段，并且433MHZ技术穿墙能力较强，符合烟道复杂的通信环境。信号从标准的433MHZ的天线发射出去。具体实施时，射频通信电路可采用射频芯片依次加上一级放大电路和二级放大电路相串联的形式。实施例的射频芯片采用的是TI公司生产的CC1100芯片，两级放大均采用BLT53A芯片，该芯片具有1dB高压缩点，两级放大可实现30db的功放效果。

本实用新型实施例的各无线网络节点电路发射出来的信号穿过烟道由楼顶处的总抽风机处接收；本实用新型实施例的智能烟道的无线网络基站电路，与无线网络节点电路部分类似，负责接收所用节点电路的无线射频信号，实现与节点的通信功能。同时无线网络基站电路将得到的数据送给GPRS模块24进行远程传输，无线网络基站与GPRS电路之间用串口进行通信。实施例的GPRS模块24采用华为公司的GTM900模块，只需通过AT指令从串口输入输出，就能达到无线数据透明传输的效果。GTM900模块采用12V电源供电，在联网瞬间电流达到2A，通信指令是采用对应GPRS模块的AT指令，这种指令通信效率高使用简单，可配有专门的GSM天线将信号发送给远程服务器。为了提高整个通信过程的高效性和可靠性，具体实施时本领域技术人员可自行设置节点基站自组网协议，将同一网络内的节点和基站自动加入到该网络中，能够很好的解决了通信碰撞问题和数据丢失问题，同时在解决此类通信问题中有较好的扩展性。

实施例的无线网络基站电路的处理器模块21采用STM32F103系列芯片，使用Cortex内核，该内核含硬件调试模块，支持复杂的调试操作，采用C语言编程，支持多种平台多线程编程。具体实施时，处理器模块21可控制无线通信模块28进行信道查询来接收联网信息，联网成功后可对节点发来的信息进行应答，同时与节点处保持一定的心跳，处理器模块21控制显示模块25的数码管显示当前有用信号数目，根据当前数据信息来提供总抽风机的档位变化判定结果，基站能同时处理多个节点的信息，使得通信信息高效可靠，同时处理器模块21在得到有效信息后驱动GTM900模块将有效数据传至远端。对于智能油烟系统，总抽风机可以工作在不同功率上，排风能力也不同，当节点油烟机工作的少，烟道内油烟少，抽风机就低功率工作，当油烟节点工作多，油烟大，就需要加大功率排出，使用本实用新型所提供两端通信电路时，可以支持根据前端接点采集结果选择档位，调节总烟道排烟能力的大小。

具体实施时，本领域技术人员利用本实用新型所提供装置产品可以自行设置实现使用，本实用新型仅提供硬件方面的改进方案。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种智能烟道两端通信电路，其特征在于：包括设于智能烟道前端的若干无线网络节点电路和设于智能烟道后端的无线网络基站电路，

所述无线网络节点电路包括中央处理器(11)、传感器采集电路(14)、第一接口扩展模块(17)、第一无线通信模块(18)、止回阀检测电路(19)和开关控制电路(10)，传感器采集电路(14)、第一接口扩展模块(17)、止回阀检测电路(19)、开关控制电路(10)分别与中央处理器(11)连接，止回阀检测电路(19)和开关控制电路(10)连接，第一接口扩展模块(17)和第一无线通信模块(18)连接；

所述无线网络基站电路包括处理器模块(21)、第二接口扩展模块(27)、第二无线通信模块(28)、GPRS模块(24)，第二接口扩展模块(27)、GPRS模块(24)分别与处理器模块(21)连接，第二接口扩展模块(27)和第二无线通信模块(28)连接，

各无线网络节点电路的第一无线通信模块(18)分别和无线网络基站电路的第二无线通信模块(28)建立通信连接。

2.根据权利要求1所述智能烟道两端通信电路，其特征在于：所述无线网络节点电路包括

第一复位电路模块(12)、第一电源供电模块(13)、第一显示模块(15)、第一时钟模块(16)，第一复位电路模块(12)、第一电源供电模块(13)、第一显示模块(15)、第一时钟模块(16)分别与中央处理器(11)连接；所述无线网络基站电路包括第二复位电路模块(22)、第二电源供电模块(23)、第二显示模块(25)、第二时钟模块(26)，第二复位电路模块(22)、第二电源供电模块(23)、第二显示模块(25)、第二时钟模块(26)分别与处理器模块(21)连接。

3.根据权利要求1或2所述智能烟道两端通信电路，其特征在于：所述第一无线通信模块(18)和第二无线通信模块(28)采用无线传输芯片CC1100。

4.根据权利要求1或2所述智能烟道两端通信电路，其特征在于：所述传感器采集电路(14)包括镇流器和比较器，镇流器和比较器连接，镇流器输出智能烟道前端处节点抽油烟机的抽风电机电流采集结果到比较器，比较器输出转换结果到中央处理器(11)。

5.根据权利要求1或2所述智能烟道两端通信电路，其特征在于：所述止回阀检测电路(19)包括继电器、光电开关、二极管、三极管、第一电阻和第二电阻，继电器连接智能烟道前端处节点抽油烟机的止回阀；第二电阻连接三级管的基极，第二电阻连接于三级管的基极和发射极之间，三级管的集电极连接二极管的正极，二极管的负极接电源；光电开关为检测止回阀打开或关闭状态的反射传感器，光电开关一端连接二极管的正极，另一端接电源。

6.根据权利要求1或2所述智能烟道两端通信电路，其特征在于：所述中央处理器(11)采用msp430g2553芯片。

7.根据权利要求1或2所述智能烟道两端通信电路，其特征在于：所述处理器模块(21)采用STM32F103芯片。

8.根据权利要求1或2所述智能烟道两端通信电路，其特征在于：所述GPRS模块(24)采用GTM900模块。