CN208536909U - 一种低功耗温湿度监测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低功耗温湿度监测设备，属于环境监测领域，解决了现有温湿度监测设备体积大、功耗高、需要外接电源或自身数据无法直接发送到就近设备的问题。包括：电源、CC2541F256蓝牙芯片、温湿度传感器、壳体、顶板、印刷电路板；蓝牙芯片、温湿度传感器集成在印刷电路板上，印刷电路板安装在壳体内部；电源与印刷电路板相连；蓝牙芯片通过数据总线与温湿度传感器相连；壳体与顶板围成一个腔体，壳体上设置有若干通孔。以蓝牙传输的方式发送采集到的数据，以便邻近接收设备进行数据存储和处理；具有充放电保护电路，保障设备使用安全；设备集成化程度高，体积小，功耗低、能够适用于多种工作环境。

Description

一种低功耗温湿度监测设备

技术领域

本实用新型涉及环境监测领域，尤其涉及一种低功耗温湿度监测设备。

背景技术

随着我国实施健康中国战略，空气监测越来越受到国家各级政府、人民的关注，空气温湿度监测，是空气环境监测、建筑性能测试中最基本的监测项目。

目前温湿度监测设备常见有独立式温湿度自记仪类，数据要通过读卡获得，缺乏大规模工程应用的能力，数据的采集、存储、实时应用受限，不利于实时分析和数据预警；也有基于无线通讯的温湿度监测设备，可以显示数据，有些可以通过手机程序查看数据，但是体积比较大、功耗比较高、电池续航时间短、需要外接电源，且依赖于互联网连接。另外，还有一些基于有线通信的方式采集数据，在实际应用时增加了工程施工量，自身数据无法通过近距离传输协议发送给就近设备和网关并储存，必须发送给远端服务器，在与互联网不连通的情况下无法存储数据。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种低功耗温湿度监测设备，用以解决现有温湿度监测设备体积大、功耗高、需要外接电源或自身数据无法直接发送到就近设备的问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

提供了一种低功耗温湿度监测设备，包括：电源、CC2541F256蓝牙芯片、温湿度传感器、壳体、顶板、印刷电路板；所述CC2541F256蓝牙芯片、温湿度传感器集成在印刷电路板上，所述印刷电路板安装在壳体内部；所述电源与所述印刷电路板相连；所述CC2541F256蓝牙芯片通过数据总线与所述温湿度传感器相连；所述壳体与所述顶板围成一个腔体，所述壳体上设置有若干通孔。

本实用新型有益效果如下：

温湿度传感器采集室内外环境数据，可通过配置采集间隔，按照采集间隔时间通过低功耗的蓝牙芯片发送采集到的数据，以便邻近接收设备可通过蓝牙接收的方式进行数据存储和处理，解决了在无法连接互联网时，无法进行数据的近距离传输问题，克服了对网络的连接依赖；同时，设备集成化程度高、体积小、功耗低，能够适用于多种工作环境下的连续作业。

在上述方案的基础上，本实用新型还做了如下改进：

进一步，所述电源包括：充电电池、充电芯片、电池保护电路、DC-DC转换电路；所述充电电池分别与所述DC-DC转换电路、电池保护电路连接；所述充电电池通过充电电路与外部的公共电源连接，所述充电电路包括充电芯片；所述电池保护电路用于防止电池过充/过放电。

采用上述进一步方案的有益效果是：

采用充电电池供电作为不间断后备电源，设计充放电保护电路，对充电过程进行监控，保障设备使用安全。

进一步，所述壳体的外部还设置采样间隔配置旋钮，所述采样间隔配置旋钮与所述CC2541F256蓝牙芯片相连。

采用上述进一步方案的有益效果是：

通过配置采集间隔，既保证了数据的连续性，又避免了长时间数据传输，造成资源的浪费。

进一步，所述温湿度传感器为盛世瑞恩SHT30。

采用上述进一步方案的有益效果是：

采用体积小，功耗低的温湿度传感器采集室内外环境数据，提高可设备的集成度，降低设备能耗，提高连续工作时长。

进一步，还包括于所述CC2541F256蓝牙芯片相连的显示面板，所述显示面板固定安装在所述顶板外侧。

进一步，所述顶板设置有网状通风口。

采用上述进一步方案的有益效果是：

进一步提高设备的散热能力，适应长时间工作。

进一步，所述电池保护电路包括：芯片DW01、芯片FS8205A、电容C9、电阻R7、电阻R8，所述芯片FS8205A的1脚与充电电池负极相连，所述芯片FS8205A的3脚接地，所述芯片FS8205A的4脚与所述芯片DW01的3脚相连，所述芯片FS8205A的6脚与所述芯片DW01的1脚相连；所述芯片DW01的2脚通过电阻R8接地，所述芯片DW01的6脚分别与充电电池负极、电容C9的一端相连，所述芯片DW01的5脚、电容C9的另一端通过电阻R7与充电电池正极相连。

进一步，所述充电电路包括：芯片TP4056、电阻R9-R10、电容C10、C16-C18、发光二极管D3-D4；所述电容C10、C16并联，所述芯片TP4056的1脚通过并联所述电容C17、C18与充电电池正极相连，2脚通过所述电阻R10接地，3脚直接接地，4脚、8脚并联接5V电源，6脚、7脚分别经所述发光二极管D3、D4连接至电所述阻R9的一端，所述电阻R9的另一端接5V电源；5V电源通过并联所述电容C10和C16接地。

进一步，所述电源还包括无线充电电路，所述无线充电电路与充电电池相连。

采用上述进一步方案的有益效果是：

当设备位置不方便进行充电时，采用无线充电方式，方便快捷。

进一步，所述壳体的外部还设置有电源开关。

本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实用新型实施例中所述低功耗温湿度监测设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中所述低功耗温湿度监测设备连接示意图；

图3为本实用新型实施例中所述充电电路图；

图4为本实用新型实施例中所述电池保护电路图；

图5为本实用新型实施例中所述电量监测电路图。

附图标识：1-壳体；2-顶板；3-印刷电路板；4-通孔；5-显示面板；6-网状通风口；7-电池安装槽。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型的一个具体实施例，公开了一种低功耗温湿度监测设备。如图1、图2所示，包括：电源、CC2541F256蓝牙芯片、温湿度传感器、壳体1、顶板2；温湿度传感器、CC2541F256蓝牙芯片集成在印刷电路板3上，印刷电路板安装在壳体内部；电源与印刷电路板相连；CC2541F256蓝牙芯片通过数据总线与温湿度传感器相连；壳体与顶板围成一个腔体，壳体上设置有用于散热的通孔4。

实施时，温湿度传感器采集室内外的环境数据，并将上述数据传输给CC2541F256蓝牙芯片，CC2541F256蓝牙芯片将接收到的数据发送给外部接收设备(例如，环境监测主机)。

与现有技术相比，本实施例提供的一种低功耗温湿度监测设备，通过集成设备上的温湿度传感器的数据，可通过配置采集间隔，按照采集间隔时间通过CC2541F256蓝牙芯片发送采集到的数据，以便邻近接收设备可通过蓝牙接收的方式进行数据存储和处理，解决了在无法连接互联网时，无法进行数据的近距离传输问题，克服了对网络的连接依赖；同时，设备集成化程度高、体积小、功耗低，能够适用于多种工作环境下的连续作业。

为了实现对室内外空气中温湿度数据进行监测，同时减小设备体积，便于携带，该设备采用体积小、性能优良的温湿度传感器传感器。该温湿度传感器用于采集室内外空气的湿度和温度数据，并通过数据总线将数据传输至CC2541F256蓝牙芯片；示例性地，可以选用盛世瑞恩生产的SHT30温湿度传感器，安装在印刷电路板上。该温湿度传感器性能如表1所示：

表1：SHT30温湿度传感器性能表

为了便于附近接收设备进行数据的接收，本设备采用低功耗蓝牙芯片；将温湿度传感器数据通过蓝牙通信协议向外界发送，外界设备接收到数据后可以进行温湿度数据存储、监测和调节。本实施例中低功耗蓝牙芯片选用德州仪器CC2541F256(8051内核、32MHz主频、256k flash、8k ram)；需要强调的是，该蓝牙芯片除具有蓝牙功能以外，还具有数据处理能力，对温湿度传感器采集的数据进行接收与传输。采用低功耗蓝牙芯片解决了在无法连接互联网时，数据的近距离传输问题，克服了对网络的连接依赖，提高了设备的环境适应性同时降低设备能耗，提高连续工作时长。

需要说明的是，该温湿度监测设备可以通过蓝牙传输的方式按设定时间定时向接收装置推送采集到的温湿度传感器数据。具体地，CC2541F256蓝牙芯片接收到温湿度传感器获得的数值并向外部发送，同时可以对数据采样间隔进行配置。采集间隔默认设定时间可选择为半小时，既保证了数据的连续性，又避免了长时间数据传输，造成资源的浪费。

为了保证设备工作时长，需要对该设备进行供电，供电电源包括：充电电池(优选的，采用一节18650标准可充电锂电池)、充电芯片(优选的，TP4056，其可以提供最大1A的充电电流)、DC-DC转换电路；充电电池分别与DC-DC转换电路、充电芯片连接。

需要说明的是，为了进一步减小设备体积，还可以选取体积更小的纽扣电池，集成安装在印刷电路板上，为设备供电。

DC-DC转换电路用于将电池的输出电压转换为CC2541F256蓝牙芯片、温湿度传感器所需的工作电压。示例性地，DC-DC转换电路采用RT9193-33，将电池输出电压转换至设备工作电压3.3V。

为了保证持续工作，需对电池进行充电，可以采用有线的充电方式和/或无线的充电方式。相应地，当采用有线的充电方式时，该电源还需要包括充电电线，电池通过充电芯片和充电电线与外部的公共电源连接。当采用无线的充电方式时，电源还需要包括无线充电电路，充电电池通过无线充电电路与外部的无线充电发送器连接。需要说明的是，采用何种方式进行充电，主要取决于该温湿度监测设备的放置位置，当该设备的放置位置较容易取放时，可以采用有线的充电方式，这样充电电压较为稳定，且充电用时较短；当该设备的放置位置较难取放时，例如，放置于商场、办公楼的天花板上或室外的高处时，可以采用无线的充电方式，这样可以降低充电的难度，操作方便。

有线充电电路，结构如图3所示。包括芯片TP4056、电阻R9-R10、电容C10、C16-C18、发光二极管D3-D4；其中电容C10(10μF)、C16(0.1μF)并联，TP4056的1脚通过并联电容C17、C18与充电电池正极相连，2脚通过电阻R10(1500Ω)接地，3脚直接接地，4脚、8脚并联接5V电源，6脚、7脚分别经发光二极管D3、D4连接至电阻R9(1500Ω)的一端，电阻R9的另一端接5V电源；5V电源通过并联电容C10和C16接地。

需要说明的是，发光二极管D3和D4分别发出绿光和红光用于指示充电状态。

同时，为了对电池进行保护，延长电池的使用寿命，防止电池过充/过放电，保持电池较佳的工作状态，该设备还设置电池保护电路。电路结构如图4所示，采用芯片DW01和FS8205A，其中，8205A的1脚与电池负极相连、3脚接地、4脚与DW01的3脚相连、6脚与DW01的1脚相连；DW01的2脚通过电阻R8(100Ω)接地，6脚分别与电池负极、电容C9(1μF)的一端相连，5脚、C9的另一端通过电阻R7(100Ω)与电池正极相连。

具体来说，主要具有以下功能：

1、过充电保护：锂离子电池要求的充电方式为恒流/恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压会上升到4.2V(根据正极材料不同，有的电池要求恒压值为4.1V)，转为恒压充电，直至电流越来越小。

电池在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，会使电池电压超过4.2V后继续恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超过4.3V时，电池的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。当保护电路检测到电池电压大于4.2V时，切断充电回路，起到保护电池的作用。

2、过放电保护

电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，当电池电压降至2.5V时，其容量已被完全放光，此时如果让电池继续对负载放电，将造成电池的永久性损坏。在电池放电过程中，当保护电路检测到电池电压低于2.9V时，切断放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护作用。

3、电流保护

由于锂离子电池的化学特性，电池生产厂家规定了其最大放电电流，当电池超过该电流放电时，将会导致电池的永久性损坏或出现安全问题。当保护电路检测到放电电流大于1A时切断放电回路，起到保护电池的作用。

需要说明的是，为了保障设备使用安全，对外接大容量锂电池或充电电源进行实时监控，该温湿度监测设备还可以包括：电量监测电路，如图5所示，该电路包括电阻R5(1MΩ)、R6(1MΩ)、电容C19(0.1μF)，其中电阻R6与C19并联，并联的一端接地，另一端分别与电阻R5的一端、ADC转换电路一端相连，R5的另一端与电池正极相连、ADC转换电路另一端与CC2541F256蓝牙芯片相连。

考虑到实际工作环境，顶板与壳体通过螺栓或者卡扣连接，形成密闭的腔体，避免内部电路和器件直接暴露在外部环境中，保证了设备工作的稳定性。

印刷电路板经螺栓可拆卸的安装于所述壳体内部，壳体内部设置有螺栓孔，印刷电路板上设置有与所述螺栓孔的位置相对应的安装孔。

需要说明的是，为了方便使用人员能够实时了解该设备的工作情况，顶板外侧设置有显示面板5，显示面板与CC2541F256蓝牙芯片相连，用于显示该设备的工作参数(工作温度、工作时长、电源电量、传感器标号等)。

为了提高设备的散热能力，延长设备使用寿命，顶板设置有网状通风口6。

壳体的后侧还设置有电源开关及采样间隔配置旋钮。采样间隔配置旋钮与CC2541F256蓝牙芯片相连。

考虑到充电电池安装便捷，该设备壳体上设置有电池安装槽7。

需要说明的是，本实用新型提供的低功耗温湿度监测设备中，CC2541F256蓝牙芯片所涉及的软件方法均为现有技术常见的方法，仅需要将各个具有相应功能的装置通过本实用新型实施例所给出的连接关系进行连接，即可得到本实用新型的技术方案，其中并不涉及任何软件方面的改进。而至于各个相应功能的装置之间的连接方式，均是本领域技术人员可以采用现有技术实现的，在此不做详细说明。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低功耗温湿度监测设备，其特征在于，包括：电源、CC2541F256蓝牙芯片、温湿度传感器、壳体、顶板、印刷电路板；所述CC2541F256蓝牙芯片、温湿度传感器集成在印刷电路板上，所述印刷电路板安装在壳体内部；所述电源与所述印刷电路板相连；所述CC2541F256蓝牙芯片通过数据总线与所述温湿度传感器相连；所述壳体与所述顶板围成一个腔体，所述壳体上设置有若干通孔。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电源包括：充电电池、充电芯片、电池保护电路、DC-DC转换电路；所述充电电池分别与所述DC-DC转换电路、电池保护电路连接；所述充电电池通过充电电路与外部的公共电源连接，所述充电电路包括充电芯片；所述电池保护电路用于防止电池过充/过放电。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述壳体的外部还设置采样间隔配置旋钮，所述采样间隔配置旋钮与所述CC2541F256蓝牙芯片相连。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述温湿度传感器为盛世瑞恩SHT30。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，还包括与所述CC2541F256蓝牙芯片相连的显示面板，所述显示面板固定安装在所述顶板的外侧。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述顶板设置有网状通风口。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述电池保护电路包括：芯片DW01、芯片FS8205A、电容C9、电阻R7、电阻R8，所述芯片FS8205A的1脚与充电电池负极相连，所述芯片FS8205A的3脚接地，所述芯片FS8205A的4脚与所述芯片DW01的3脚相连，所述芯片FS8205A的6脚与所述芯片DW01的1脚相连；所述芯片DW01的2脚通过电阻R8接地，所述芯片DW01的6脚分别与充电电池负极、电容C9的一端相连，所述芯片DW01的5脚、电容C9的另一端通过电阻R7与充电电池正极相连。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述充电电路包括：芯片TP4056、电阻R9-R10、电容C10、C16-C18、发光二极管D3-D4；所述电容C10、C16并联，所述芯片TP4056的1脚通过并联所述电容C17、C18与充电电池正极相连，2脚通过所述电阻R10接地，3脚直接接地，4脚、8脚并联接5V电源，6脚、7脚分别经所述发光二极管D3、D4连接至电所述阻R9的一端，所述电阻R9的另一端接5V电源；5V电源通过并联所述电容C10和C16接地。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述电源还包括无线充电电路，所述无线充电电路与充电电池相连。

10.根据权利要求1-9之一所述的设备，其特征在于，所述壳体的外部还设置有电源开关。