CN220323764U - 一种智能家居设备多维传感监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能家居设备多维传感监测装置，包括监测外壳，所述监测外壳的背面设置开口，并在开口的内侧拐角处对应设置有螺套，监测盖板覆盖开口并通过贯穿的螺栓与螺套啮合，本实用新型具备环境温度、环境湿度、光照强度等物理信号的监测，同时具备人体存在感应监测功能，并且具有Wifi无线数据收发以及本地485通讯功能的智能家居设备多维传感监测，自动化程度高，功能多样化，使用方便，能很好的满足用户的使用需求。

Description

一种智能家居设备多维传感监测装置

技术领域

本实用新型涉及智能家居技术领域，具体为一种智能家居设备多维传感监测装置。

背景技术

智能家居设备是一种集成了电子控制系统以及传感监测技术于一体，实现住宅内的电视、空调、照明灯、门等多种设备智能化物联化的家居设备，这些设备通过传感监测装置对住宅内的各种物理信号(如温度、湿度、人体感应、光强度等)进行采集、分析、处理，并进行集中、高效的管理，用于提升住宅家居的便捷性、安全性和舒适性。智能家居设备的实现，需要多种功能的传感监测装置的支持。

存在以下缺陷：

大多数智能家居设备具备的传感监测装置比较单一，比如常规的空调设备具备温湿度监测功能，但不具备人体存在感应功能，需要用户通过遥控器或者智能手机端App进行空调的控制，常规的智能电视可以通过手机App进行远程控制，但不能根据人是否在观看自动开关机，上述设备智能化程度较低，不能很好的满足用户对智能化设备的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种智能家居设备多维传感监测装置，具有多维度信号的监测功能。通过对人体感应实现使用设备时，降低家居设备的电能；双路通讯模块，避免单路通讯故障丢失数据、自动化程度高满足用户需求的优点，解决了现有技术中不能根据人是否在观看自动开关机，设备智能化程度较低，不能很好的满足用户对智能化设备的需求的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种智能家居设备多维传感监测装置，包括监测外壳，所述监测外壳的背面设置开口，并在开口的内侧拐角处对应设置有螺套，监测盖板覆盖开口并通过贯穿的螺栓与螺套啮合；

所述监测外壳和监测盖板之间形成壳体，监测主机置于壳体内与监测外壳的对角螺柱固定；

所述监测外壳的正面分别设置有菲尼尔透镜窗口和感光传感器窗口，监测盖板上设置有与监测主机连接的接口。

优选的，所述监测主机包括主板、主控单元、热释电红外传感器、微波雷达感应模块、感光传感器、RS485通讯模块、Wifi物联网通讯单元、电源管理单元以及温湿度监测单元，主控单元、热释电红外传感器、微波雷达感应模块、感光传感器、RS485通讯模块、Wifi物联网通讯单元、电源管理单元、接口和温湿度监测单元设置在主板上；

所述热释电红外传感器和感光传感器与菲尼尔透镜窗口和感光传感器窗口对齐设置。

优选的，所述主控单元与热释电红外传感器、微波雷达感应模块、感光传感器、RS485通讯模块、Wifi物联网通讯单元、电源管理单元和温湿度监测单元连接，RS485通讯模块与接口连接；

所述电源管理单元与热释电红外传感器、微波雷达感应模块、感光传感器、RS485通讯模块、Wifi物联网通讯单元和接口连接。

优选的，所述电源管理单元包括充电管理电路、升压电路以及热释电红外传感器、微波雷达感应模块、感光传感器、Wifi物联网通讯单元以及温湿度监测单元的电源控制电路；

充电管理电路的TP4056芯片U3引脚2串联电阻R7和引脚1和3与电容C6一端并联接地，TP4056芯片U3引脚5和电容C6的另一端接电池VBAT，TP4056芯片U3引脚7与电阻R6的一端接在主控单元42的STM32F4芯片U8的引脚22上，TP4056芯片U3引脚6和电阻R5接在STM32F4芯片U8的引脚23上，TP4056芯片U3引脚4和8与接地的电容C4共接充电线正极VCHG；

升压电路的LY9899芯片U1的引脚2接电感L1和二极管D1的正极，电感L1的另一端与电源极TP1、电容C5、LY9899芯片U1的引脚1,4并联接在电池VBAT上；LY9899芯片U1的引脚3与电阻R2、电容C1、电容C2和电容C3一端并联接地，电阻R2的另一端与LY9899芯片U1的引脚5和电阻R1并联，电阻R1、电容C1、电容C2和电容C3的另一端与二极管D1的负极接在5V电压上。

优选的，所述热释电红外传感器的HTPA芯片U2的引脚1与STM32F4芯片U8的引脚29并联接在电阻R3的一端上，HTPA芯片U2的引脚4与STM32F4芯片U8的引脚30接在电阻R4的一端上，电阻R3和电阻R4另一端接3V3电压上。

优选的，所述微波雷达感应模块的RADA芯片P1的引脚3与STM32F4芯片U8的引脚42并联接在电阻R9的一端，RADA芯片P1的引脚4与STM32F4芯片U8的引脚43并联接在电阻R8的一端，电阻R8和电阻R9的另一端接3V3电压。

优选的，所述感光传感器中的感光二极管D2的正极与STM32F4芯片U8的引脚52和电阻R20并联。

优选的，所述RS485通讯模块的芯片U13的引脚3和4分别接在STM32F4芯片U8的引脚35和36上，芯片U13的引脚3的引脚1和7接标头接口J2的引脚1和2。

优选的，所述Wifi物联网通讯单元中DX-REX3L芯片U7的引脚3接电阻R18、线排P3引脚2和芯片U10的引脚4的并联接口，电阻R18的另一端接STM32F4芯片U8的引脚17，DX-REX3L芯片U7的引脚4接电阻R19、线排P3引脚1和芯片U10的引脚3的并联接口；

DX-REX3L芯片U7的引脚9与电容C20、电容C19一端并联接在3.3V电压上，DX-REX3L芯片U7的引脚10与电容C20、电容C19另一端并联接地；

芯片U10的引脚7和线排P3的引脚3接在STM32F4芯片U8的引脚20上。

优选的，所述温湿度监测单元中芯片J1的接地的引脚4接电容C36的一端，芯片J1的引脚3接电阻R28和STM32F4芯片U8的引脚59的并联接口，芯片J1引脚2接电阻R27和STM32F4芯片U8的引脚58的并联接口，电阻R27、电阻R28、电容C36与芯片J1的引脚1共接3.3V电压。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型通过搭载的热释电红外传感器、微波雷达感应模块、感光传感器、温湿度监测单元等多种类信号采集，然后通过RS485通讯模块以及Wifi物联网通讯单元进行数据上传，实现了智能家居设备对多维度信号的监测功能。监测传感信号多样化；双鉴人体存在监测更精确，降低误报率，通过对人体感应实现使用设备时，降低家居设备的电能；双路通讯模块，避免单路通讯故障丢失数据、自动化程度高，功能多样化，使用方便，能很好的满足用户的使用需求。

附图说明

图1为本实用新型的装置分解图；

图2为本实用新型的装置结构图；

图3为本实用新型的模块连接图；

图4为本实用新型的感光传感器和主控单元原理图

图5为本实用新型的充电管理电路原理图；

图6为本实用新型的升压电路原理图；

图7为本实用新型的热释电红外传感器的电路原理图；

图8为本实用新型的微波雷达感应模块的电路原理图；

图9为本实用新型的RS485通讯模块的电路原理图；

图10为本实用新型的Wifi物联网通讯单元的电路原理图；

图11为本实用新型的温湿度监测单元的电路原理图。

图中：1、监测外壳；11、菲尼尔透镜窗口；12、感光传感器窗口；2、螺套；3、监测盖板；4、监测主机；41、主板；42、主控单元；43、热释电红外传感器；44、微波雷达感应模块；45、感光传感器；46、RS485通讯模块；47、Wifi物联网通讯单元；48、电源管理单元；49、温湿度监测单元；5、接口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了解决现有技术中，需要用户通过遥控器或者智能手机端App进行空调的控制，常规的智能电视可以通过手机App进行远程控制，但不能根据人是否在观看自动开关机，上述设备智能化程度较低，不能很好的满足用户对智能化设备的需求，给出以下技术方案，请参阅图1-图11；

一种智能家居设备多维传感监测装置，包括监测外壳1，监测外壳1的背面设置开口，并在开口的内侧拐角处对应设置有螺套2，监测盖板3覆盖开口并通过贯穿的螺栓与螺套2啮合；

监测外壳1和监测盖板3之间形成壳体，监测主机4置于壳体内与监测外壳1的对角螺柱固定；

监测外壳1的正面分别设置有菲尼尔透镜窗口11和感光传感器窗口12，监测盖板3上设置有与监测主机4连接的接口5。

具体的，监测外壳1四角设有四个螺套2，用于与监测盖板3通过螺栓固定，监测主机4也通过螺栓固定在监测外壳1固定，设置的螺栓方便装置拆卸和安装。

监测主机4包括主板41、主控单元42、热释电红外传感器43、微波雷达感应模块44、感光传感器45、RS485通讯模块46、Wifi物联网通讯单元47、电源管理单元48以及温湿度监测单元49，主控单元42、热释电红外传感器43、微波雷达感应模块44、感光传感器45、RS485通讯模块46、Wifi物联网通讯单元47、电源管理单元48、接口5和温湿度监测单元49设置在主板41上；

热释电红外传感器43和感光传感器45与菲尼尔透镜窗口11和感光传感器窗口12对齐设置，菲尼尔透镜窗口11对应于感应人体存在的热释电红外传感器43，感光传感器窗口12对应于吸收光线强度的感光传感器45。

主控单元42与热释电红外传感器43、微波雷达感应模块44、感光传感器45、RS485通讯模块46、Wifi物联网通讯单元47、电源管理单元48和温湿度监测单元49连接，RS485通讯模块46与接口5连接；

电源管理单元48与热释电红外传感器43、微波雷达感应模块44、感光传感器45、RS485通讯模块46、Wifi物联网通讯单元47和接口5连接。

主板为41整个监测主机2的载体，以主控单元42为核心，主控单元42包括ArmCotex-M4微处理器最小系统，RS485通讯模块46对外提供标准的RS485接口；

电源管理单元48包括充电管理电路、升压电路以及热释电红外传感器43、微波雷达感应模块44、感光传感器45、Wifi物联网通讯单元47以及温湿度监测单元49的电源控制电路；

充电管理电路、升压电路以及热释电红外传感器43、微波雷达感应模块44、感光传感器45、Wifi物联网通讯单元47以及温湿度监测单元49各自的电源控制电路独立设置且与STM32F4芯片U8的引脚连接；

接口5包括的RS485通讯的通讯接口、电源管理单元48的可充电电池的充充电电源接口。

可充电电池为锂聚合物电池，充电管理电路用来对可充电电池进行充电保护，各功能模块电源控制电路通过主控单元42控制各功能模块的电源。

监测装置通过接口5与外部电源相连时，外部智能家居设备电源接口可直接给监测主机2供电，同时外部智能家居设备电源通过电源管理单元48给可充电电池充电，此时监测装置进入工作状态，当监测装置与外部电源断开时，包括室内停电，可充电电池作为备用电源直接给监测主机2供电，使监测装置具有停电监测功能。

充电管理电路的TP4056芯片U3引脚2串联电阻R7和引脚1和3与电容C6一端并联接地，TP4056芯片U3引脚5和电容C6的另一端接电池VBAT，TP4056芯片U3引脚7与电阻R6的一端接在主控单元42的STM32F4芯片U8的引脚22上，TP4056芯片U3引脚6和电阻R5接在STM32F4芯片U8的引脚23上，TP4056芯片U3引脚4和8与接地的电容C4共接充电线正极VCHG；

升压电路的LY9899芯片U1的引脚2接电感L1和二极管D1的正极，电感L1的另一端与电源极TP1、电容C5、LY9899芯片U1的引脚1,4并联接在电池VBAT上；LY9899芯片U1的引脚3与电阻R2、电容C1、电容C2和电容C3一端并联接地，电阻R2的另一端与LY9899芯片U1的引脚5和电阻R1并联，电阻R1、电容C1、电容C2和电容C3的另一端与二极管D1的负极接在5V电压上。

热释电红外传感器43的HTPA芯片U2的引脚1与STM32F4芯片U8的引脚29并联接在电阻R3的一端上，HTPA芯片U2的引脚4与STM32F4芯片U8的引脚30接在电阻R4的一端上，电阻R3和电阻R4另一端接3V3电压上。

热释电红外传感器43感应人体存在传感器，对外输出数字信号。

微波雷达感应模块44的RADA芯片P1的引脚3与STM32F4芯片U8的引脚42并联接在电阻R9的一端，RADA芯片P1的引脚4与STM32F4芯片U8的引脚43并联接在电阻R8的一端，电阻R8和电阻R9的另一端接3V3电压。

微波雷达感应模块44为毫米波雷达模块，可用来监测静态人体存在状态，对外输出数字信号，以串口TTL电平方式与STM32F4芯片U8连接，同时可通过STM32F4芯片U8配置微波雷达感应模块44的感测距离、感测灵敏度等信息。

感光传感器45中的感光二极管D2的正极与STM32F4芯片U8的引脚52和电阻R20并联，感光传感器45对外通过I/O口与STM32F4芯片U8连接，同时输出模拟信号供STM32F4芯片U8进行采集分析处理。

RS485通讯模块46的芯片U13的引脚3和4分别接在STM32F4芯片U8的引脚35和36上，芯片U13的引脚3的引脚1和7接标头接口J2的引脚1和2，为本地端有线RS485通讯，通过串口TTL电平方式与STM32F4芯片U8进行数据交互通讯，并通过标准RS485总线与外部设备连接及数据交互通讯。

Wifi物联网通讯单元47中DX-REX3L芯片U7的引脚3接电阻R18、线排P3引脚2和芯片U10的引脚4的并联接口，电阻R18的另一端接STM32F4芯片U8的引脚17，DX-REX3L芯片U7的引脚4接电阻R19、线排P3引脚1和芯片U10的引脚3的并联接口；

DX-REX3L芯片U7的引脚9与电容C20、电容C19一端并联接在3.3V电压上，DX-REX3L芯片U7的引脚10与电容C20、电容C19另一端并联接地；

芯片U10的引脚7和线排P3的引脚3接在STM32F4芯片U8的引脚20上。

STM32F4芯片U8通过Wifi物联网通讯单元47接入到互联网。

监测装置配备两种通讯方式，即RS485通讯模块46以及Wifi物联网通讯单元47，两种通讯方式同时工作，RS485通讯模块46作为本地通讯方式，摒弃传统RS485通讯电路分离器件的复杂性，采用集成隔离型通讯模块，使系统电路更加简洁高效，避免Wifi断网状态下数据不能及时更新控制智能家居设备的情况。Wifi物联网通讯单元47，通过Wifi模块进行一键配置。一键配置成功后，监测装置通过无线路由器接入到互联网，联网成功后，监测装置的测量温湿度值、光强信号和人体存在信息通过互联网更新并保存至云服务器中，用于后续的数据分析。

温湿度监测单元49中芯片J1的接地的引脚4接电容C36的一端，芯片J1的引脚3接电阻R28和STM32F4芯片U8的引脚59的并联接口，芯片J1引脚2接电阻R27和STM32F4芯片U8的引脚58的并联接口，电阻R27、电阻R28、电容C36与芯片J1的引脚1共接3.3V电压。

温湿度监测单元49与STM32F4芯片U8微处理器连接，STM32F4芯片U8查询当前环境中温湿度数据，温湿度监测单元49采集当前环境中的温度和湿度信息，同时更新ModBus协议以及MQTT数据报文中环境温度和环境湿度数据信息，按间隔10分钟时间定时通过ModBus协议上报到本地设备直接显示和通过MQTT数据报文上报到物联网平台，并通过物联网平台推送数据到移动端App显示，便于通过手机等移动设备进行数据查看。

工作原理：

热释电红外传感器43与微波雷达感应模块44共同协作，形成双鉴检测机制对人体存在进行探测，通过STM32F4芯片U8固化的算法对热释电红外传感器43与微波雷达感应模块44的信号进行处理，当热释电红外传感器43到红外信号变化时，开启微波雷达感应模块44对人体微动动作以及静止存在状态进行探测，同时间隔一定时间采集热释电红外传感器43信号，以确保探测范围内有人体存在状态，避免窗帘、风扇等机械动作对微波雷达感应模块44产生干扰。STM32F4芯片U8通过算法分析，检测到人体存在或无人体存在状态时，产生并更新相应的人体存在状态数据报文，并控制RS485通讯模块46、Wifi物联网通讯单元47，通过RS485通讯模块46发送ModBus协议数据给到本地智能家居设备，同时通过Wifi物联网通讯单元47发送MQTT数据报文到互联网平台，并转发到移动端手机App进行数据监测情况展示。如当检测到有人在观看智能电视时，保持智能电视的正常工作状态，当检测到环境中没有人存在并且超过30分钟，认为人没有观看电视，此时智能电视收到监测装置的无人状态信号时，切换智能电视至休眠状态，以降低家庭电能损耗。

需要说明的是，在本文中，诸如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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种智能家居设备多维传感监测装置，包括监测外壳(1)，其特征在于，所述监测外壳(1)的背面设置开口，并在开口的内侧拐角处对应设置有螺套(2)，监测盖板(3)覆盖开口并通过贯穿的螺栓与螺套(2)啮合；

所述监测外壳(1)和监测盖板(3)之间形成壳体，监测主机(4)置于壳体内与监测外壳(1)的对角螺柱固定；

所述监测外壳(1)的正面分别设置有菲尼尔透镜窗口(11)和感光传感器窗口(12)，监测盖板(3)上设置有与监测主机(4)连接的接口(5)。

2.根据权利要求1所述的一种智能家居设备多维传感监测装置，其特征在于，所述监测主机(4)包括主板(41)、主控单元(42)、热释电红外传感器(43)、微波雷达感应模块(44)、感光传感器(45)、RS485通讯模块(46)、Wifi物联网通讯单元(47)、电源管理单元(48)以及温湿度监测单元(49)，主控单元(42)、热释电红外传感器(43)、微波雷达感应模块(44)、感光传感器(45)、RS485通讯模块(46)、Wifi物联网通讯单元(47)、电源管理单元(48)、接口(5)和温湿度监测单元(49)设置在主板(41)上；

所述热释电红外传感器(43)和感光传感器(45)与菲尼尔透镜窗口(11)和感光传感器窗口(12)对齐设置。

3.根据权利要求2所述的一种智能家居设备多维传感监测装置，其特征在于，所述主控单元(42)与热释电红外传感器(43)、微波雷达感应模块(44)、感光传感器(45)、RS485通讯模块(46)、Wifi物联网通讯单元(47)、电源管理单元(48)和温湿度监测单元(49)连接，RS485通讯模块(46)与接口(5)连接；

所述电源管理单元(48)与热释电红外传感器(43)、微波雷达感应模块(44)、感光传感器(45)、RS485通讯模块(46)、Wifi物联网通讯单元(47)和接口(5)连接。

4.根据权利要求2所述的一种智能家居设备多维传感监测装置，其特征在于，所述电源管理单元(48)包括充电管理电路、升压电路以及热释电红外传感器(43)、微波雷达感应模块(44)、感光传感器(45)、Wifi物联网通讯单元(47)以及温湿度监测单元(49)的电源控制电路；

充电管理电路的TP4056芯片U3引脚2串联电阻R7和引脚1和3与电容C6一端并联接地，TP4056芯片U3引脚5和电容C6的另一端接电池VBAT，TP4056芯片U3引脚7与电阻R6的一端接在主控单元(42)的STM32F4芯片U8的引脚22上，TP4056芯片U3引脚6和电阻R5接在STM32F4芯片U8的引脚23上，TP4056芯片U3引脚4和8与接地的电容C4共接充电线正极VCHG；

充电管理电路、升压电路以及热释电红外传感器(43)、微波雷达感应模块(44)、感光传感器(45)、Wifi物联网通讯单元(47)以及温湿度监测单元(49)各自的电源控制电路独立设置且与STM32F4芯片U8的引脚连接；

升压电路的LY9899芯片U1的引脚2接电感L1和二极管D1的正极，电感L1的另一端与电源极TP1、电容C5、LY9899芯片U1的引脚1,4并联接在电池VBAT上；LY9899芯片U1的引脚3与电阻R2、电容C1、电容C2和电容C3一端并联接地，电阻R2的另一端与LY9899芯片U1的引脚5和电阻R1并联，电阻R1、电容C1、电容C2和电容C3的另一端与二极管D1的负极接在5V电压上。

5.根据权利要求2所述的一种智能家居设备多维传感监测装置，其特征在于，所述热释电红外传感器(43)的HTPA芯片U2的引脚1与STM32F4芯片U8的引脚29并联接在电阻R3的一端上，HTPA芯片U2的引脚4与STM32F4芯片U8的引脚30接在电阻R4的一端上，电阻R3和电阻R4另一端接3V3电压上。

6.根据权利要求2所述的一种智能家居设备多维传感监测装置，其特征在于，所述微波雷达感应模块(44)的RADA芯片P1的引脚3与STM32F4芯片U8的引脚42并联接在电阻R9的一端，RADA芯片P1的引脚4与STM32F4芯片U8的引脚43并联接在电阻R8的一端，电阻R8和电阻R9的另一端接3V3电压。

7.根据权利要求2所述的一种智能家居设备多维传感监测装置，其特征在于，所述感光传感器(45)中的感光二极管D2的正极与STM32F4芯片U8的引脚52和电阻R20并联。

8.根据权利要求2所述的一种智能家居设备多维传感监测装置，其特征在于，所述RS485通讯模块(46)的芯片U13的引脚3和4分别接在STM32F4芯片U8的引脚35和36上，芯片U13的引脚3的引脚1和7接标头接口J2的引脚1和2。

9.根据权利要求2所述的一种智能家居设备多维传感监测装置，其特征在于，所述Wifi物联网通讯单元(47)中DX-REX3L芯片U7的引脚3接电阻R18、线排P3引脚2和芯片U10的引脚4的并联接口，电阻R18的另一端接STM32F4芯片U8的引脚17，DX-REX3L芯片U7的引脚4接电阻R19、线排P3引脚1和芯片U10的引脚3的并联接口；

DX-REX3L芯片U7的引脚9与电容C20、电容C19一端并联接在3.3V电压上，DX-REX3L芯片U7的引脚10与电容C20、电容C19另一端并联接地；

芯片U10的引脚7和线排P3的引脚3接在STM32F4芯片U8的引脚20上。

10.根据权利要求2所述的一种智能家居设备多维传感监测装置，其特征在于，所述温湿度监测单元(49)中芯片J1的接地的引脚4接电容C36的一端，芯片J1的引脚3接电阻R28和STM32F4芯片U8的引脚59的并联接口，芯片J1引脚2接电阻R27和STM32F4芯片U8的引脚58的并联接口，电阻R27、电阻R28、电容C36与芯片J1的引脚1共接3.3V电压。