CN212515439U - 一种带物联网功能的温湿度采集仪 - Google Patents

一种带物联网功能的温湿度采集仪 Download PDF

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林茅雨晴
彭石国
郭伟
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Abstract

本实用新型公开了一种带物联网功能的温湿度采集仪,包括外壳和内部电路,内部电路包括:微控制单元、窄带物联网模块唤醒电路、窄带物联网模块、SIM卡电路、窄带物联网天线、窄带物联网模块开机电路、电平转换电路、温湿度电路、液晶显示屏。微控制单元分别连接窄带物联网模块唤醒电路、窄带物联网模块开机电路、电平转换电路,窄带物联网模块唤醒电路、窄带物联网模块开机电路、电平转换电路并联后均连接至窄带物联网模块,窄带物联网模块分别连接SIM卡电路和窄带物联网天线,微控制单元另外还分别单独连接温湿度电路和液晶显示屏。本实用新型能够提高可靠性、稳定性、工作效率,减少人力资源,具有低功耗、低成本、强覆盖、大连接的特点。

Description

一种带物联网功能的温湿度采集仪
技术领域
本实用新型涉及一种温湿度采集设备,更具体地说,涉及一种带物联网功能的温湿度采集仪。
背景技术
温湿度采集仪主要由温湿度传感器构成,温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。温湿度是自然界中和人类打交道最多的两个物理参数,无论是在生产实验场所,还是在居住休闲场所,温湿度的采集或控制都十分频繁和重要,比如机房、变电站、粮仓、冷库、图书馆、博物馆、药厂等都需要监测环境的温湿度,而且网络化远程采集温湿度并报警是现代科技发展的一个必然趋势。
无线温湿度采集仪是测量记录温度相对湿度的仪器,并且以无线通讯的方式将数据传送到服务器。市面上现有的温湿度采集仪用到的无线技术有WIFI、Lora、蓝牙等。
在北方的冬天,热力公司需要采集用户室内的供暖情况,有时候供暖温度不达标等原因,造成很多用户的不满。此时热力公司就要安排工作人员到各个用户家里测量室内的温湿度,并且需要定期去记录数据,效率低并且极大的造成人力资源的浪费。
物联网以极速进入我们的生活,在无线温湿度采集仪的相关领域,市场上现在有无线技术有WIFI、Lora、蓝牙等。WIFI相对于窄带物联网(Narrow Band-Internet ofThings,NB-IOT),WIFI的功耗高且成本也相对高,对于距离也是有限制;Lora相对于NB-IOT,网关部署位置要求较高,需要考虑因素多;蓝牙相对于NB-IOT,蓝牙传输距离短且功耗会比NB-IOT高。
因此,虽然随着无线技术的发展,如今市面上的无线温湿度采集仪具有以下缺点:网络覆盖不全面导致数据传输不稳、功耗高、成本高。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述问题,本实用新型的目的是提供一种带物联网功能的温湿度采集仪。
为实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
一种带物联网功能的温湿度采集仪,包括外壳和内部电路,内部电路包括:微控制单元、窄带物联网模块唤醒电路、窄带物联网模块、SIM卡电路、窄带物联网天线、窄带物联网模块开机电路、电平转换电路、温湿度电路、液晶显示屏。微控制单元分别连接窄带物联网模块唤醒电路、窄带物联网模块开机电路、电平转换电路,窄带物联网模块唤醒电路、窄带物联网模块开机电路、电平转换电路并联后均连接至窄带物联网模块,窄带物联网模块分别连接SIM卡电路和窄带物联网天线,微控制单元另外还分别单独连接温湿度电路和液晶显示屏。
进一步地,内部电路还包括充电管理电路、锂电池和电源电路。充电管理电路连接锂电池,锂电池分别连接电源电路和窄带物联网模块,电源电路连接至微控制单元。
进一步地,内部电路还包括电池检测电路,电池检测电路连接锂电池和微控制单元。
进一步地,内部电路还包括复位电路,复位电路连接微控制单元和窄带物联网模块。
进一步地,内部电路还包括下载口,下载口连接微控制单元。
进一步地,外壳包括前壳、后壳、按钮、透明塑料面板。前壳为大致正方形的壳体,其表面镂空并安装透明塑料面板,前壳的侧面设有按钮,后壳覆盖于前壳的背面。
进一步地,外壳还包括通风孔和充电口,通风孔和充电口设置于前壳的侧面。
进一步地,外壳还包括挂钩槽,挂钩槽设置于后壳的中央。
进一步地,外壳还包括挂钩座,挂钩座大致呈椭圆形,其中央部分向外凸出形成挂钩扣,挂钩扣与挂钩槽相适配。
进一步地,外壳还包括螺丝孔,挂钩座的两侧各设有一个螺丝孔。
在上述技术方案中,本实用新型能够提高可靠性、稳定性、工作效率,减少人力资源,具有低功耗、低成本、强覆盖、大连接的特点。
附图说明
图1是温湿度采集仪内部电路图;
图2是温湿度采集仪的外壳的结构示意图;
图3是外壳后壳的结构示意图;
图4是温湿度采集仪液晶显示的示意图;
图5是温湿度采集仪的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。
参照图1和图2,本实用新型公开一种带物联网功能的温湿度采集仪,其主要包括外壳和内部电路两部分构成。其中,外壳包括按钮1-1、前壳1-2、通风孔1-3、充电口1-4、透明塑料面板1-5、后壳1-6、挂钩槽1-7、螺丝孔1-8、1-9和挂钩座1-10等部件,而内部电路主要包括:充电管理电路2-1、锂电池2-2、电池检测电路2-3、电源电路2-4、电平转换电路2-5、窄带物联网模块2-6、窄带物联网模块唤醒电路2-7、微控制单元2-8、下载口2-9、温湿度电路2-10、液晶显示屏2-11、窄带物联网模块开机电路2-12、复位电路2-13、SIM卡电路2-14、窄带物联网天线2-15等元器件或电路组件。
图1示出了内部电路的具体连接关系。如图1所示,微控制单元(MCU)2-8的输出接口分别连接窄带物联网(NB-IOT)模块唤醒电路2-7、窄带物联网模块开机电路2-12、电平转换电路2-7、液晶显示屏2-11和复位电路2-13,并且窄带物联网模块唤醒电路2-7、窄带物联网模块开机电路2-12、电平转换电路2-7、复位电路2-13并联后均连接至窄带物联网模块2-6。窄带物联网模块2-6的输出接口分别连接SIM卡电路2-14和窄带物联网(NB-IOT)天线2-15。微控制单元2-8的输入端连接温湿度电路2-10、下载口2-9、电池检测电路2-3和电源电路2-4。充电管理电路2-1连接锂电池2-2,锂电池2-2分别连接电源电路2-4和窄带物联网模块2-6。电池检测电路2-3连接锂电池2-2和微控制单元2-8。复位电路2-13连接微控制单元2-8和窄带物联网模块2-6。
电平转换电路2-5、微控制单元2-8、下载口2-9、温湿度电路2-10、窄带物联网模块唤醒电路2-7均由3V电源电路2-4供电。3V电源电路2-4采用低功耗LDO芯片XC6206P302MR,将锂电池2-2的电压转换成3V。由于微控制单元2-8和窄带物联网模块2-6的串口通讯逻辑电平不匹配,电平转换电路2-5使得微控制单元2-8和窄带物联网模块2-6之间正确的识别对方的信号,从而得到有效的通讯。
在锂电池2-2给窄带物联网模块2-6供电后,窄带物联网模块开机电路2-12实现由微控制单元2-8控制窄带物联网模块2-6开机。通过拉低窄带物联网模块2-6的PWRKEY_N开机引脚并保持2s以上,可触发窄带物联网模块2-6开机。窄带物联网模块2-6开机后再将PWRKEY_N开机拉高电平,开机成功。
SIM卡电路2-14实现设备入网连接服务器并传送数据。作为本实用新型的一种优选实施方式,SIM卡电路2-14安装的物联网卡兼容移动、联通、电信三大运营商。本领域的技术人员应当理解,本实用新型的这种实施方式只是众多选择中的一种,其他的SIM卡电路2-14的选型均可以成为本实用新型的实施方式之一。
在窄带物联网模块2-6正常工作状态下,利用复位电路2-13通过微控制单元2-8对窄带物联网模块2-6的RESET_N复位管脚输入超过1s的低电平脉冲,即可触发窄带物联网模块2-6的复位。
作为本实用新型的一种优选实施方式,NB-IOT天线2-15采用弹簧天线,并且SIM卡电路2-14使用翻盖式的SIM卡。本领域的技术人员应当理解,本实用新型的这种实施方式只是众多选择中的一种,其他的NB-IOT天线2-15以及SIM卡电路2-14的选型均可以成为本实用新型的实施方式之一。
作为本实用新型的一种优选实施方式,锂电池2-2用的是单节4.2V可充电电池18650的2880mAh电池,给窄带物联网模块2-6以及3V电源电路2-4供电2-4。本领域的技术人员应当理解,本实用新型的这种实施方式只是众多选择中的一种,其他的锂电池2-2的选型均可以成为本实用新型的实施方式之一。
作为本实用新型的一种优选实施方式,充电管理电路2-1由充电管理芯片MCP73831T-2ATI、充电保护芯片DW01和MOS管UMW 8205A组成,给锂电池2-2提供适当的充电电流可以通过充电管理芯片MCP73831T-2ATI的采样电阻来配置。为了避免锂电池2-2因过充电、过放电、电流过大导致电池寿命缩短或者电池被损坏,可通过充电保护芯片DW01和MOS管UMW 8205A组成的电路对可充电锂电池2-2起到保护作用。本领域的技术人员应当理解,本实用新型的这种实施方式只是众多选择中的一种,其他的充电管理电路2-1的选型、以及充电管理电路2-1的内部架构均可以成为本实用新型的实施方式之一。
作为本实用新型的一种优选实施方式,电池检测电路2-3用来采集锂电池2-2的电压,并以格数的形式显示在液晶显示屏2-11上。锂电池2-2电压小于3.5V,液晶显示屏2-11的电池框没有格数且闪烁提示;锂电池2-2电压在3.5V-3.7V之间显示一格电;锂电池2-2电压在3.7V-3.8V之间显示两格电;锂电池2-2电压在3.8V-3.9V之间显示三格电;锂电池2-2电压大于3.9V显示满格电。本领域的技术人员应当理解,本实用新型的这种实施方式只是众多选择中的一种,其他的电池检测电路2-3的选型以及锂电池电量的显示方式均可以成为本实用新型的实施方式之一。
作为本实用新型的一种优选实施方式,为了使得环境温湿度定时上传和温湿度突变用户手动控制按钮上传、方便查询历史数据和实时数据,本实用新型的窄带物联网模块2-6采用低功耗有方NB21模块,能够有效地将环境温湿度数据进行远程传送云端。本领域的技术人员应当理解,本实用新型的这种实施方式只是众多选择中的一种,其他的窄带物联网模块2-6的选型均可以成为本实用新型的实施方式之一。
作为本实用新型的一种优选实施方式,为了减少天线、射频、信号处理等功耗消耗,窄带物联网模块2-6引入PSM,即低功耗模式。窄带物联网模块唤醒电路2-7用来唤醒进入PSM状态的窄带物联网模块2-6。当窄带物联网模块2-6进入PSM模式时,如果用户需要发送数据,则需要主动把wakeup管脚拉高1s以上唤醒窄带物联网模块2-6。本领域的技术人员应当理解,本实用新型的这种实施方式只是众多选择中的一种,其他的窄带物联网模块2-6的唤醒方式和/或功耗模式均可以成为本实用新型的实施方式之一。
作为本实用新型的一种优选实施方式,微控制单元2-8采用的是低功耗STM8L052R8T6,可以在待机的时候降低静态电路消耗。本领域的技术人员应当理解,本实用新型的这种实施方式只是众多选择中的一种,其他的微控制单元2-8的选型均可以成为本实用新型的实施方式之一。
作为本实用新型的一种优选实施方式,下载口2-9利用SWIM接口对微控制单元2-8下载程序。本领域的技术人员应当理解,本实用新型的这种实施方式只是众多选择中的一种,其他的下载口2-9的选型均可以成为本实用新型的实施方式之一。
作为本实用新型的一种优选实施方式,为了能够精确采集到空气中的温湿度,本实用新型的温湿度电路2-10采用高精度的SHT20温湿度模块,SHT20温湿度模块和微控制单元2-8的通过I^2C进行通讯。本领域的技术人员应当理解,本实用新型的这种实施方式只是众多选择中的一种,其他的温湿度电路2-10的选型,以及温湿度电路2-10与微控制单元2-8的其他通讯方式均可以成为本实用新型的实施方式之一。
图2和图3示出了外壳的具体形状及其部件的位置。如图2所示,前壳1-2为大致正方形的壳体,其表面镂空并安装透明塑料面板1-5,前壳1-2的侧面设有按钮1-1,通风孔1-3和充电口1-4设置于前壳1-2的侧面。
作为本实用新型的一种优选实施方式,前壳1-2侧壁有通风管孔1-3,顶部有按钮1-1,底部有TYPE-C充电接口1-4。内部温湿度电路2-10要采集温湿度数据,必须保证有空气流入才可采集得到室外的温湿度,因此前壳的侧壁设置通风口1-3,而前壳的底部有type-c充电口1-4,主要用来充电。本实用新型地温湿度采集仪地内部是由可充电锂电池2-2给整个系统供电,锂电池2-2耗光的时候可用type-c充电口1-4给锂电池2-2充电。本领域的技术人员应当理解,本实用新型的这种实施方式只是众多选择中的一种,其他的通风管孔1-3、按钮1-1、TYPE-C充电接口1-4均可以成为本实用新型的实施方式之一。
作为本实用新型的一种优选实施方式,前壳的顶部按钮1-1有多个功能,本实用新型的温湿度采集仪处于关机状态长按3-4秒可使采集仪开机。同样地,采集仪处于开机状态长按3-4秒可使采集仪关机。按钮1-1短按一次,会立马唤醒微控制单元(MCU)2-8进行温湿度采集,按钮1-1短按两次,立即唤醒微控制单元(MCU)2-8进行温湿度采集并且立即连接服务器传回数据。
如图3所示,后壳1-6覆盖于前壳1-2的背面,挂钩槽1-7设置于后壳1-6的中央。挂钩座1-10大致呈椭圆形,其中央部分向外凸出形成挂钩扣1-11,挂钩扣1-11与挂钩槽1-7相适配。挂钩座1-10的两侧各设有一个螺丝孔1-8和1-9。
作为本实用新型的一种优选实施方式,挂钩座1-10表面有双面胶且有两个螺丝孔1-8和1-9,可将挂钩座1-10以双面胶或者打螺丝的方式贴于合适的位置,再将挂钩扣1-11挂在挂钩座1-10上,使得整个温湿度采集仪可通过挂钩槽1-7和挂钩扣1-11相吻合而挂在墙上。本领域的技术人员应当理解,本实用新型的这种实施方式只是众多选择中的一种,其他的挂钩座1-10的固定方式均可以成为本实用新型的实施方式之一。
图4示出了温湿度采集仪液晶显示的示意图。作为本实用新型的一种优选实施方式,为了保证有良好的显示效果,液晶显示屏2-11采用FSTN膜式LCD液晶屏,FSTN膜式的LCD液晶屏功耗小,视觉宽。本领域的技术人员应当理解,本实用新型的这种实施方式只是众多选择中的一种,其他的液晶显示屏2-11的选型均可以成为本实用新型的实施方式之一。
如图4所示,液晶显示屏2-11的整个显示参数包括天线的信号强度3-1、日期3-2、时间3-3、电池电量3-4、温度示数3-5、湿度示数3-6。
天线的信号强度3-1一共有四格,即满格情况下是四格,可以随时查看所在地的信号情况。日期3-2和时间3-3是由服务器传送的,日期3-2显示是月和日,时间3-3显示的是时和分,可以随时查看此时的时间。电池电量3-4的格数有四格,电池电压处于3.5V以下开始闪烁表示电量耗光提醒用户需要充电。充电的时候,电池图标出现闪电标志。电池电压处于3.5V-3.7V显示一格电;电池电压处于3.7V-3.8V之间显示两格电;电池电压处于3.8V-3.9V之间显示三格电;大于3.9V显示满格电。温度示数3-5的范围在-20~70℃,显示误差在±0.3℃,湿度示数3-6的范围在0~99%,显示误差在±3℃。
图5示出了温湿度采集仪的工作流程图。如图5所示,本使用细心的温湿度采集仪在工作时执行的主要采集步骤包括:
(1)由电池给整个系统供电,初始化硬件。
(2)初始化硬件后进入任务循环,每次任务结束后进去休眠状态。处于休眠状态,此时要判断按键是否按下,按下一次会立马唤醒MCU进行温湿度的采样并且更新液晶屏温湿度的示数;按下两次会立马唤醒MCU进行温湿度的采用同时更新液晶屏温湿度的示数,并且立马连接服务器传送数据。
该步骤中,先判断MCU是否在休眠的状态,如果MCU处于休眠的状态会让整个设备功耗大大降低,直接开启低功耗模式,此时只保留了电池对MCU的供电,即断开所有不必要的耗电。这时要是有按键按下,会判断按键按的次数。按下一次会立马唤醒MCU进行温湿度的采样并且更新液晶屏温湿度的示数;按下两次会立马唤醒MCU进行温湿度的采用同时更新液晶屏温湿度的示数,并且立马连接服务器传送数据。
(3)定时器开启倒计时唤醒MCU,唤醒后记录服务器重新下发的实时时钟、同时采集空气的温湿度及系统的电池电量,并刷新液晶的数据显示。设备每个半小时连接一次服务器,将数据送出,但在采集的过程中一旦温湿度超过设定的范围,立即连接服务器发送数据及报警信号。
该步骤中,如果没有进入休眠状态且判断按键没有按下,这时会记录服务器重新下发的实时时钟,同时采集空气中温湿度以及系统的电池电量。设备每半个小时会连接服务器,发送采集温湿度的数据。但在半小时内采集的温湿度超过设定值,则连接服务器发送数据及报警信号并且更新LCD数据显示,没有超过设定值则不发送数据及报警信号到服务器,直接更新LCD数据显示。
(4)电池电量低于阈值,屏幕电池图标框闪烁,提醒用户需对此设备进行充电。充电过程中,电池图标出现闪电标志,充满后闪电标志消失且电量格数为满格。
(5)用户可手动对数据的处理,如果用户按下一次前壳顶部的按键,立即唤醒MCU进行温湿度采样,如果连按两下,则立即唤醒MCU采样温湿度后连接服务器并传送数据。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本实用新型,而并非用作为对本实用新型的限定,只要在本实用新型的实质精神范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种带物联网功能的温湿度采集仪,包括外壳和内部电路,其特征在于,所述内部电路包括:
微控制单元、窄带物联网模块唤醒电路、窄带物联网模块、SIM卡电路、窄带物联网天线、窄带物联网模块开机电路、电平转换电路、温湿度电路、液晶显示屏;
所述微控制单元分别连接窄带物联网模块唤醒电路、窄带物联网模块开机电路、电平转换电路,所述窄带物联网模块唤醒电路、窄带物联网模块开机电路、电平转换电路并联后均连接至所述窄带物联网模块;
所述窄带物联网模块分别连接SIM卡电路和窄带物联网天线;
所述微控制单元另外还分别单独连接温湿度电路和液晶显示屏。
2.如权利要求1所述的带物联网功能的温湿度采集仪,其特征在于,所述内部电路还包括:
充电管理电路、锂电池和电源电路;
所述充电管理电路连接锂电池,所述锂电池分别连接电源电路和窄带物联网模块,所述电源电路连接至所述微控制单元。
3.如权利要求2所述的带物联网功能的温湿度采集仪,其特征在于,所述内部电路还包括:
电池检测电路,所述电池检测电路连接锂电池和微控制单元。
4.如权利要求1所述的带物联网功能的温湿度采集仪,其特征在于,所述内部电路还包括:
复位电路,所述复位电路连接微控制单元和窄带物联网模块。
5.如权利要求1所述的带物联网功能的温湿度采集仪,其特征在于,所述内部电路还包括:
下载口,所述下载口连接所述微控制单元。
6.如权利要求1所述的带物联网功能的温湿度采集仪,其特征在于,所述外壳包括:
前壳、后壳、按钮、透明塑料面板;
所述前壳为大致正方形的壳体,其表面镂空并安装所述透明塑料面板,前壳的侧面设有所述按钮;
所述后壳覆盖于前壳的背面。
7.如权利要求6所述的带物联网功能的温湿度采集仪,其特征在于,所述外壳还包括:
通风孔和充电口,所述通风孔和充电口设置于前壳的侧面。
8.如权利要求6所述的带物联网功能的温湿度采集仪,其特征在于,所述外壳还包括:
挂钩槽,所述挂钩槽设置于后壳的中央。
9.如权利要求8所述的带物联网功能的温湿度采集仪,其特征在于,所述外壳还包括:
挂钩座,所述挂钩座大致呈椭圆形,其中央部分向外凸出形成挂钩扣,所述挂钩扣与所述挂钩槽相适配。
10.如权利要求9所述的带物联网功能的温湿度采集仪,其特征在于,所述外壳还包括:
螺丝孔,所述挂钩座的两侧各设有一个螺丝孔。
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