[发明专利]充电式便携无线气体监测终端

摘要

充电式便携无线气体监测终端，该电源采用单节锂电池作为电能存储器件，USB充电和太阳能充电两种充电模式，以MCU为控制核心，本发明可以作为便携式设备，放置在室内或者室外以及其他需要监测的地方，在室内可以连接USB充电配合锂电池使用，在室外可以连接太阳能电池板充电配合锂电池使用。本发明不仅可以在设备的LCD上直接显示采集的数据值，而且还可以作为ZigBee终端设备通过ZigBee协议无线发送到ZigBee协调器节点，从而具有远程监控的功能。本发明可作为手持监测终端、远程监测终端使用，具有体积小、重量轻、方便携带、低功耗的特点。

主权项

1.充电式便携无线气体监测终端，其特征在于：该监测终端包括四大部分：LCD显示部分、电源管理部分、数据采集传输部分、系统控制部分；其中LCD显示部分由TFT LCD和LCD背光驱动电路组成；电源管理部分由充电管理电路、供电管理电路和电池电压监测电路组成；数据采集传输部分由传感器、UART接口和天线组成；系统控制部分由MCU、复位、功能选择开关组成；采用单节锂电池作为电能的存储和供应核心，以MCU为控制核心，能够通过充电选择开关选择充电方式为USB充电或者太阳能板，通过供电选择开关选择系统供电，系统供电来源于USB配合锂电池或者太阳能配合锂电池；将单节锂电池输出或者外部充电部分的输出与电源管理部分相连，目的是为MCU、LCD显示部分、传感器以及其他各个电路部分提供可用的高品质供电；满足了供电要求，在MCU的调控下，使得气体传感器感应到的待测气体的信息得到采集、读取、传输和显示；实现整个系统功能的各单元模块分别为：控制和数据传输单元、系统复位电路、电池电量采集电路、传感器电路、充电控制单元、供电控制单元和LCD显示部分；其中控制和数据传输单元和LCD显示部分相连，使得LCD显示部分的界面能够显示：监测气体浓度、环境温湿度、当前电池电压、电池剩余电量百分比；系统复位电路包括系统复位按键；电池电量采集电路包括电量采集使能电路和电池电压分压电路；传感器电路包括温湿度传感器电路和气体传感器电路；充电控制单元包括USB充电控制电路、太阳能电池板充电控制电路和充电方式选择电路；控制和数据传输单元包括MCU、天线、UART接口电路和状态指示LED灯；供电控制单元包括DC‑DC升压电路、3.3V的LDO降压稳压电路、5V LDO降压稳压电路和供电选择电路；LCD显示部分包括TFT LCD和LCD背光驱动电路；考虑到天线数据收发的抗干扰问题，在印刷电路板上把MCU和天线绘制成一个电路模块，其中也包括与MCU关系紧密的其他电子元器件；把MCU的其他引脚与排针相连接从而引出电路模块；上方电路板的电路包括系统复位电路(1)、电池电量采集电路(2)、传感器电路(3)、USB充电控制电路(4)、供电电路(5)、气体传感器接口电路(6)、LED显示电路(7)，以及其他接口电路(8)；复位电路(1)与MCU相连，从而使整个电路系统复位；电池电量采集电路(2)与MCU和电池正极相连，电池电量采集电路具有使能端，由MCU控制，当MCU的控制端为高电平时，使能电池电量采集电路采集电池的电压，通过电阻分压后，输入到MCU的端口；MCU具有内置AD转换器，可以读取电压的数值，经过计算后，得到电池的当前电量；传感器电路(3)为温湿度传感器，该温湿度传感器采用低功耗的SHT10，该传感器有两条线与MCU相连，分别是DATA数据线和SCK时钟线；在MCU的控制下，根据该传感器的数据手册，按照相应时序，读取温湿度的值，通过DATA数据线，传输给MCU；USB充电控制电路(4)一端与USB接口相连，一端和充电选择开关相连，选用低功耗芯片MCP73831T，参考芯片数据手册，调节可编程端口的电阻，匹配合适的电容，使其可以为单节锂电池充电；供电电路(5)由供电选择电路、3.3V稳压电路，DC‑DC升压电路、5V稳压电路构成，从而为系统提供稳定的电源；供电电路(5)能够通过单刀双掷开关选择两种供电模式，模式一：USB充电配合锂电池工作，模式二：太阳能充电配合锂电池工作；当电路处于模式一时，拨动充电选择开关选择USB输入端并且拨动供电选择开关选择USB充电与锂电池端，如果USB充电可以提供正常工作电压，PMOS管Q5截止，即供电部分与锂电池断开连接，由USB充电电路为系统供电，从而减少电池电量的损耗，如果USB充电电路不能提供正常工作电压，PMOS管Q5导通，即供电部分与锂电池连接，由锂电池为系统供电；当电路处于模式二时，拨动充电选择开关选择太阳能充电输入端并且拨动供电选择开关选择太阳能充电与锂电池端，如果太阳能充电电路可以提供正常工作电压，PMOS管Q4截止，即供电部分与锂电池断开连接，由太阳能充电电路为系统供电，从而减少电池电量的损耗，如果太阳能充电电路不能提供正常工作电压，PMOS管Q4导通，即供电部分与锂电池连接，由锂电池为系统供电；供电选择开关是单刀双掷开关，其单刀端连接有供电控制开关，控制3.3V和5V供电；当开关打开时，供电LED指示灯发光，表示3.3V和5V电压能够供电；LED显示电路(7)提供各个不同状态的LED显示功能；两个LED灯的负极连接MCU不同的端口，从而使显示的信息是可以编程扩展。