CN209605872U - 一种基于Zigbee无线通信的低功耗温湿度计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于Zigbee无线通信的低功耗温湿度计量装置，涉及温湿度计量装置领域；其包括锂电池、控制芯片、Zigbee无线通信模块和集成一体的温湿度传感器，锂电池电性连接控制芯片和Zigbee无线通信模块，温湿度传感器、控制芯片和Zigbee无线通信模块依次连接，控制芯片的I/O口为温湿度传感器供电，实现根据控制芯片内部晶振定时、低功耗主动无线传输温湿度计量数据；本实用新型通过设置Zigbee无线通信模块、温湿度传感器和控制芯片，实现温湿度检测后主动无线传输，监测实时性大大提高，利用低功耗的传输模块、设置装置为节能模式、集成一体的温湿度传感器和控制芯片的I/O口为温湿度传感器供电，大大降低功耗，延长装置的使用寿命。

Description

一种基于Zigbee无线通信的低功耗温湿度计量装置

技术领域

本实用新型涉及温湿度计量装置领域，尤其是一种基于Zigbee无线通信的低功耗温湿度计量装置。

背景技术

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术,主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

ZigBee模块是一种物联网无线数据终端，利用ZigBee网络为用户提供无线数据传输功能；该产品采用高性能的工业级ZigBee方案，提供SMT与DIP接口，可直接连接TTL接口设备，实现数据透明传输功能；低功耗设计，最低功耗小于1mA；提供6路I/O，可实现数字量输入输出、脉冲输出；其中有3路I/O还可实现模拟量采集、脉冲计数等功能，该产品已广泛应用于物联网产业链中的M2M行业，如智能电网、智能交通、智能家居、金融、移动POS终端、供应链自动化、工业自动化、智能建筑、消防、公共安全、环境保护、气象、数字化医疗、遥感勘测、农业、林业、水务、煤矿、石化等领域。

在机房、仓库、药房、厂房等对温湿度有特殊要求的建筑物中，需要对室内的温湿度进行监测，需要在室内安装一台或多台温湿度传感器，通过对温湿度值的计量和采集，实现温湿度的采集监测和异常告警；传统温湿度传感器需要专门敷设线路实现供电和通信，施工复杂且费用较高，安装位置受线路的限制一旦固定就无法调整；日常监测采用被动应答方式传输数据，每轮数据采集都有间隔时间，当温湿度出现异常时无法实时传输异常信息，监测的时效性大打折扣，耗能大，使用寿命大大缩减。因此需要一种低功耗温湿度计量装置可以克服以上问题。

发明内容

本实用新型的目的在于：本实用新型提供了一种基于Zigbee无线通信的低功耗温湿度计量装置，解决了现有温湿度计量采用有线被动传输带来的安装复杂、功耗大、监测实时性差的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于Zigbee无线通信的低功耗温湿度计量装置，包括锂电池、控制芯片、Zigbee无线通信模块和集成一体的温湿度传感器，所述锂电池电性连接控制芯片和Zigbee无线通信模块，所述温湿度传感器、控制芯片和Zigbee无线通信模块依次连接，所述控制芯片的I/O口为温湿度传感器供电，实现根据控制芯片内部晶振定时、低功耗主动无线传输温湿度计量数据。

优选地，所述温湿度传感器与控制芯片的电路连接如下：温湿度传感器U2的SDA引脚连接控制芯片U1的SDA引脚，其SDA引脚还连接电阻R9后连接电源VDD1，温湿度传感器U2的SCL引脚连接控制芯片U1的SCL引脚，其SCL引脚还连接电阻R10后连接电源VDD1，温湿度传感器U2的VDD引脚连接电容C4后接地，其VDD引脚还连接电源VDD1，电源VDD1连接控制芯片U1的PD7引脚，U2的GND引脚连接控制芯片U1的VSSA引脚。

优选地，所述控制芯片和Zigbee无线通信模块的电路连接如下：控制芯片U1的PA5引脚连接Zigbee无线通信模块U3的RST引脚，控制芯片U1的PA6引脚连接Zigbee无线通信模块U3的KEY引脚，控制芯片U1的RXD引脚连接Zigbee无线通信模块U3的TxD引脚，控制芯片U1的TXD引脚连接Zigbee无线通信模块U3的RxD引脚，Zigbee无线通信模块U3的电源引脚连接电源3.3V_VDD，Zigbee无线通信模块U3的GND引脚连接DGND。

优选地，包括防接反保护电路，防接反保护电路与安装有锂电池的电池柱连接，其包括MOS管Q1、二极管D1和电容CP1，二极管D1和电容CP1并联连接，并联一端连接电源3.3V_VDD，并联另一端连接DGND，电源还连接MOS管Q1栅极，MOS管Q1漏极连接二极管D1和电容CP1并联连接的另一端，MOS管Q1源极连接电池柱CELL的2引脚，CELL的1引脚连接MOS管Q1栅极。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型通过设置Zigbee无线通信模块、温湿度传感器和控制芯片，实现温湿度检测后利用控制芯片内部晶振主动定时无线传输，监测实时性大大提高，利用低功耗的传输模块、设置装置为节能模式、集成一体的温湿度传感器和控制芯片的I/O口为温湿度传感器供电，大大降低功耗，延长装置的使用寿命，解决了现有温湿度计量采用有线被动传输带来的安装复杂、功耗大、监测实时性差的问题；

2.本实用新型的温湿度计量采用集成一体的温湿度传感器，比起现有的温度、湿度分离检测，降低功耗，延长装置使用寿命，减小装置的体积和连线，成本低；控制芯片的I/O口为温湿度传感器供电，提高装置电源利用率，降低功耗；

3.本实用新型计量温湿度时，设置间隔时间定时传输检测数据，提高监测实时性，各模块工作状态设置为节能模式，大大降低装置的功耗，延长装置的使用寿命；

4.本实用新型设置防接反保护电路，MOS管控制电源关断和导通，防止接反烧坏电路；设置二极管进行防雷保护和断电供电的电容，提高装置的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型控制芯片和温湿度传感器、锂电池的电路图；

图2是本实用新型Zigbee无线通信模块的电路图；

图3是本实用新型的防接反保护电路的电路图；

图4是本实用新型的系统框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请解决的技术问题：解决现有温湿度计量采用有线被动传输带来的安装复杂、功耗大、监测实时性差的问题；

采用的技术手段：一种基于Zigbee无线通信的低功耗温湿度计量装置，包括锂电池、控制芯片、Zigbee无线通信模块和集成一体的温湿度传感器，所述锂电池电性连接控制芯片和Zigbee无线通信模块，所述温湿度传感器、控制芯片和Zigbee无线通信模块依次连接，所述控制芯片的I/O口为温湿度传感器供电，实现根据控制芯片内部晶振定时、低功耗主动无线传输温湿度计量数据。

温湿度传感器与控制芯片的电路连接如下：温湿度传感器U2的SDA引脚连接控制芯片U1的SDA引脚，其SDA引脚还连接电阻R9后连接电源VDD1，温湿度传感器U2的SCL引脚连接控制芯片U1的SCL引脚，其SCL引脚还连接电阻R10后连接电源VDD1，温湿度传感器U2的VDD引脚连接电容C4后接地，其VDD引脚还连接电源VDD1，电源VDD1连接控制芯片U1的PD7引脚，U2的GND引脚连接控制芯片U1的VSSA引脚。

控制芯片和Zigbee无线通信模块的电路连接如下：控制芯片U1的PA5引脚连接Zigbee无线通信模块U3的RST引脚，控制芯片U1的PA6引脚连接Zigbee无线通信模块U3的KEY引脚，控制芯片U1的RXD引脚连接Zigbee无线通信模块U3的TxD引脚，控制芯片U1的TXD引脚连接Zigbee无线通信模块U3的RxD引脚，Zigbee无线通信模块U3的电源引脚连接电源3.3V_VDD，Zigbee无线通信模块U3的GND引脚连接DGND。

包括防接反保护电路，防接反保护电路与安装有锂电池的电池柱连接，其包括MOS管Q1、二极管D1和电容CP1，二极管D1和电容CP1并联连接，并联一端连接电源3.3V_VDD，并联另一端连接DGND，电源还连接MOS管Q1栅极，MOS管Q1漏极连接二极管D1和电容CP1并联连接的另一端，MOS管Q1源极连接电池柱CELL的2引脚，CELL的1引脚连接MOS管Q1栅极。

达到的技术效果：本实用新型通过设置Zigbee无线通信模块、温湿度传感器和控制芯片，实现温湿度检测后利用控制芯片内部晶振主动定时无线传输，监测实时性大大提高，利用低功耗的传输模块、设置装置为节能模式、集成一体的温湿度传感器和控制芯片的I/O口为温湿度传感器供电，大大降低功耗，延长装置的使用寿命，解决了现有温湿度计量采用有线被动传输带来的安装复杂、功耗大、监测实时性差的问题；温湿度计量采用集成一体的温湿度传感器，比起现有的温度、湿度分离检测，降低功耗，延长装置使用寿命，减小装置的体积和连线，成本低；控制芯片的I/O口为温湿度传感器供电，提高装置电源利用率，降低功耗；计量温湿度时，设置间隔时间定时传输检测数据，提高监测实时性，各模块工作状态设置为节能模式，大大降低装置的功耗，延长装置的使用寿命；设置防接反保护电路，MOS管控制电源关断和导通，防止接反烧坏电路；设置二极管进行防雷保护和断电供电的电容，提高装置的使用寿命。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

传统温湿度传感器需要专门敷设线路实现供电和通信，施工复杂且费用较高，安装位置受线路的限制一旦固定就无法调整；因此本申请采用近距离、低复杂度、低功耗的无线通信ZigBee模块进行无线通信，避免现有采用有线传输布线、安装的麻烦，实现轻松安装，无线传输；同时为了避免现有技术中长期待机工作、连续传输带来功耗大的问题，本申请采用集成一体的温湿度传感器、控制芯片的I/O口为温湿度传感器供电、各模块设置节能模式，并定时传输，降低功耗，具体如下：

一种基于Zigbee无线通信的低功耗温湿度计量装置，包括锂电池、控制芯片、Zigbee无线通信模块和集成一体的温湿度传感器，所述锂电池电性连接控制芯片和Zigbee无线通信模块，所述温湿度传感器、控制芯片和Zigbee无线通信模块依次连接，所述控制芯片的I/O口为温湿度传感器供电，实现根据控制芯片内部晶振定时、低功耗主动无线传输温湿度计量数据，如图4所示。

控制芯片和Zigbee无线通信模块的电路连接如下：控制芯片U1的PA5引脚连接Zigbee无线通信模块U3的RST引脚，控制芯片U1的PA6引脚连接Zigbee无线通信模块U3的KEY引脚，控制芯片U1的RXD引脚连接Zigbee无线通信模块U3的TxD引脚，控制芯片U1的TXD引脚连接Zigbee无线通信模块U3的RxD引脚，Zigbee无线通信模块U3的电源引脚连接电源3.3V_VDD，Zigbee无线通信模块U3的GND引脚连接DGND。

温湿度传感器与控制芯片的电路连接如下：温湿度传感器U2的SDA引脚连接控制芯片U1的SDA引脚，其SDA引脚还连接电阻R9后连接电源VDD1，温湿度传感器U2的SCL引脚连接控制芯片U1的SCL引脚，其SCL引脚还连接电阻R10后连接电源VDD1，温湿度传感器U2的VDD引脚连接电容C4后接地，其VDD引脚还连接电源VDD1，电源VDD1连接控制芯片U1的PD7引脚，U2的GND引脚连接控制芯片U1的VSSA引脚。

控制芯片U1的型号采用STM8L151K4T6，Zigbee无线通信模块U3的型号为DRF1609H，温湿度传感器U2的型号为S17021。本领域的技术人员根据器件的型号以及附图1-3即可清楚、完整地实现本申请记载的技术方案对应的电路连接。

本实用新型通过设置Zigbee无线通信模块、温湿度传感器和控制芯片，实现温湿度检测后主动无线传输，在此基础上降低装置的功耗，利用低功耗的传输模块、设置装置为节能模式、集成一体的温湿度传感器和控制芯片的I/O口为温湿度传感器供电降低功耗：单片机可以内部直接设置为节能模式，定时只读取数据，发现数据异常时才触发通信模块进行上报；主动传输数据根据具体环境需求设置定时功能，根据单片机内部晶振设定间隔时间(间隔时间为1-10分钟)；集成一体的温湿度传感器减少供电，降低功耗；通信模块为低功耗模块，ZigBee为短距离、低速率、无线传输网络技术，具有低成本、低功耗、低速率、低时延、数据安全等特性；控制芯片的I/O口(图1中U1的PD7引脚)为温湿度传感器供电，提高电源利用率；以上保证了装置的低功耗，平时消耗只有几uA电流，大大降低锂电池功耗，将锂电池寿命延长至三年以上，维护成本低。

实施例2

本实施例还优化装置的安全性和延长使用寿命，通过设置防接反电路，保护电路，避免接反烧坏电路，延长装置的使用寿命，具体如下：

包括防接反保护电路，防接反保护电路与安装有锂电池的电池柱连接，其包括MOS管Q1、二极管D1和电容CP1，二极管D1和电容CP1并联连接，并联一端连接电源3.3V_VDD，并联另一端连接DGND，电源还连接MOS管Q1栅极，MOS管Q1漏极连接二极管D1和电容CP1并联连接的另一端，MOS管Q1源极连接电池柱CELL的2引脚，CELL的1引脚连接MOS管Q1栅极，具体器件的型号和取值如图4所示。

通过MOS管的特性，接反时电压值不满足导通条件，通过MOS管截止关断锂电池提供的电源；未接反时，MOS管导通，装置正常供电。设置MOS管控制电源关断和导通，防止接反烧坏电路；设置二极管D1进行防雷保护和断电供电的电容CP1，提高装置的使用寿命。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于Zigbee无线通信的低功耗温湿度计量装置，其特征在于：包括锂电池、控制芯片、Zigbee无线通信模块和集成一体的温湿度传感器，所述锂电池电性连接控制芯片和Zigbee无线通信模块，所述温湿度传感器、控制芯片和Zigbee无线通信模块依次连接，所述控制芯片的I/O口为温湿度传感器供电，实现根据控制芯片内部晶振定时、低功耗主动无线传输温湿度计量数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee无线通信的低功耗温湿度计量装置，其特征在于：所述温湿度传感器与控制芯片的电路连接如下：温湿度传感器U2的SDA引脚连接控制芯片U1的SDA引脚，其SDA引脚还连接电阻R9后连接电源VDD1，温湿度传感器U2的SCL引脚连接控制芯片U1的SCL引脚，其SCL引脚还连接电阻R10后连接电源VDD1，温湿度传感器U2的VDD引脚连接电容C4后接地，其VDD引脚还连接电源VDD1，电源VDD1连接控制芯片U1的PD7引脚，U2的GND引脚连接控制芯片U1的VSSA引脚。

3.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee无线通信的低功耗温湿度计量装置，其特征在于：所述控制芯片和Zigbee无线通信模块的电路连接如下：控制芯片U1的PA5引脚连接Zigbee无线通信模块U3的RST引脚，控制芯片U1的PA6引脚连接Zigbee无线通信模块U3的KEY引脚，控制芯片U1的RXD引脚连接Zigbee无线通信模块U3的TxD引脚，控制芯片U1的TXD引脚连接Zigbee无线通信模块U3的RxD引脚，Zigbee无线通信模块U3的电源引脚连接电源3.3V_VDD，Zigbee无线通信模块U3的GND引脚连接DGND。

4.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee无线通信的低功耗温湿度计量装置，其特征在于：包括防接反保护电路，防接反保护电路与安装有锂电池的电池柱连接，其包括MOS管Q1、二极管D1和电容CP1，二极管D1和电容CP1并联连接，并联一端连接电源3.3V_VDD，并联另一端连接DGND，电源还连接MOS管Q1栅极，MOS管Q1漏极连接二极管D1和电容CP1并联连接的另一端，MOS管Q1源极连接电池柱CELL的2引脚，CELL的1引脚连接MOS管Q1栅极。