CN105424889B - 高精度户外co浓度手持监测设备 - Google Patents

Abstract

高精度户外CO浓度手持监测设备，该设备包括设备外壳体、电路主板；所述电路主板包括电源开关、UART接口、USB充电接口、锂电池、LCD显示屏模块、CO浓度采集模块、温湿度传感器。本发明的目的是为了克服现有的CO浓度监测系统体积大，重量大，功耗大，价格高而造成的使用不便，不能满足自然情况下的CO浓度监测的精度。为此本发明完成了一种高精度户外CO浓度手持监测设备。该终端尺寸仅为手掌大小，重量和手机相当，安装有CO气体传感器，可以感应自然情况下户外空气中CO气体的浓度，得到高精度的CO浓度数据，并且可以通过LCD显示屏进行实时显示。

Description

高精度户外CO浓度手持监测设备

技术领域

本发明涉及气体浓度监测领域，特别是涉及高精度户外CO浓度监测的领域。

背景技术

空气质量是环境监测中不可缺少的内容，而一氧化碳是空气质量监测的主要内容。目前，常用的空气监测系统可以安装在固定位置有效监测空气中主要污染物气体的浓度，性能优良。但此类空气监测系统的最大问题是系统体积很大，占用空间；功耗很大，增加了能源的消耗；重量也很大，不便于可移动监测；而且大部分从国外进口，价格昂贵，增加了使用成本。其中针对CO气体浓度来说，国内大部分都是对于工业生产或者监测天然气泄漏方面的监测，都是用于CO浓度较大的环境下，对于精度都不敏感，因而此类设备的精度都较差，不能用于自然情况下的户外监测。

为此，本发明完成了一种高精度户外CO浓度手持监测设备。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的CO浓度监测系统体积大，重量大，功耗大，价格高而造成的使用不便，不能满足自然情况下的CO浓度监测的精度。为此本发明完成了一种高精度户外CO浓度手持监测设备。该终端尺寸仅为手掌大小，重量和手机相当，安装有CO气体传感器，可以感应自然情况下户外空气中CO气体的浓度，得到高精度的CO浓度数据，并且可以通过LCD显示屏进行实时显示。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

高精度户外CO浓度手持监测设备，该设备包括设备外壳体、电路主板；所述电路主板包括电源开关、UART接口、USB充电接口、锂电池、LCD显示屏模块、CO浓度采集模块、温湿度传感器。

设备的电路主板固定在设备外壳体内，所述设备外壳体为一规则长方体；设备外壳体内部上方的电路主板前板面的中间固定有LCD显示屏；外壳体内部电路主板左侧依次设有电源开关、UART接口、USB充电接口；外壳体内部上方的电路板右侧固定CO浓度采集模块；外壳体内部电路主板的底部设有锂电池固定装置。

一种高精度户外CO浓度手持监测设备，该监测终端包括四大部分：电源管理部分、MCU系统控制部分、数据采集传输部分、LCD显示部分。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CO浓度采集模块、温湿度传感器、UART接口组成。系统控制部分由MCU、复位、调试接口等组成。

本设备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USB充电，通过电源开关控制系统供电，系统供电来源于可充电锂电池供电。本设备将单节锂电池输出与电源管理部分相连，目的是为MCU、LCD显示屏、CO传感器模块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，在控制部分MCU的调控下，使得CO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：MCU控制单元、系统复位单元、电池电量采集单元、CO浓度采集模块单元、温湿度传感器单元、充电管理单元、供电管理单元和LCD显示屏单元。其中，MCU控制单元与其他各个单元相连，使得整个设备协调工作，采集数据，并且使LCD显示界面能够显示：监测CO浓度、环境温湿度、当前电池电压、电池剩余电量百分比。

下面对各部分模块单元进行具体说明。

MCU控制单元包括MCU芯片、MCU外接电路、UART接口电路和状态指示LED灯。

系统复位单元包括系统复位按键、复位电阻、复位电容。

电池电量采集单元包括电量采集使能电路和电池电压分压电路。

传感器单元包括温湿度传感器电路和CO浓度采集模块电路。

充电控制单元包括USB接口和USB充电管理电路。

供电控制单元依次包括DC-DC升压电路、3.3V的LDO降压稳压电路、5V LDO降压稳压电路。

LCD显示屏单元包括TFT LCD和LCD背光驱动电路，LCD背光驱动电路驱动TFT LCD。

与现有技术相比本发明可以获得以下有益效果。

本发明与目前各类空气质量监测终端系统相比，可设置USB接口对内置锂电池进行充电，由于锂电池的应用，增加了设备的可移动性和便携性。本发明的电路部分均采用低功耗的芯片设计，整个系统在很低的功耗下运行，节省电池电量的使用，使得设备在单纯电池供电的情况下可以长时间工作。本发明能够实现高精度户外CO浓度的实时监测和显示，空气的温湿度和CO浓度可以通过LCD屏幕显示出来，方便观测。本发明可以作为手持设备，放置在室内或者室外以及其他需要监测的地方。本发明不仅可以在设备的LCD上直接显示采集的数据值，而且还可以通过UART连接计算机，通过显示器显示数据，或者对采集到的数据进行处理。本发明可作为手持监测设备、高精度户外CO监测设备，具有高精度，体积小，重量轻，方便移动监测，低功耗的特点。

附图说明

图1为本发明的电路的结构连接图；

图2为本发明的CO浓度采集模块的结构连接图；

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明的MCU系统控制部分电路原理图，按照所用MCU数据手册的要求，设计相应电路原理图，然后绘制印刷电路板。考虑到以后方便维护和升级替换的问题，在印刷电路板上把MCU控制部分和与MCU关系紧密的其他电子元器件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的其他引脚连接排针，从而使模块有可以与外部电路连接的接口。

图1为本发明的电路的结构连接图。电路各个模块包括：系统复位电路、电池电量采集电路、温湿度传感器电路、USB充电电路、3.3V稳压电路、5V稳压电路、LED显示电路、CO浓度采集模块接口、LCD屏幕接口，以及锂电池和其他接口电路。

复位电路与MCU相连，从而使整个电路系统复位。

电池电量采集电路与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，使其可以采集电池的电压，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充电控制电路一端与USB接口相连，一端和充电选择开关相连，选用低功耗充电芯片，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。

3.3V稳压电路通过开关和锂电池连接，开关控制着电池和稳压电路的连接。当开关打开时，供电LED指示灯发光，表示稳压电路和锂电池连接，开始工作。可以稳定的输出3.3V电压，为MCU、温湿度传感器、LCD显示屏提供稳定的电源。

5V稳压电路通过DC-DC升压后再用LDO降压的方式来提供稳定的5V电压供应。DC-DC升压芯片采用某低功耗芯片，具有低功耗，较大输入范围，可编程输出电压的特点。设计可编程电阻的阻值，使输出电压在5.2V到5.3V左右。DC-DC升压电路输出连接某低功耗LDO芯片，稳定精准的输出5V电压，为气体传感器供电。

LED显示电路提供各个不同状态的LED显示功能。四个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的，可以提供浓度报警功能和指示系统工作是否正常。

CO浓度采集模块接口电路根据采用CO浓度采集模块的特性而设计，提供了3.3V和5V的电源给CO浓度采集模块。CO浓度采集模块采用的高精度CO传感器，精度可达到ppb级。本接口电路为该系列CO浓度采集模块设计有UART接口，CO浓度采集模块采集到的数据通过UART接口发送到电路主板的MCU控制模块。

LCD屏幕接口为LCD显示屏模块与电路板的接口，方便其升级或更换，通过这个接口给该模块供电和传输数据。

锂电池和其他接口电路包括JTAG调试接口、外部UART接口、锂电池接口。使得电路的其他元器件方便连接到电路板上，方便以后的调试和系统维护。

图2为本发明的CO浓度采集模块电路原理图。CO浓度采集模块电路包括MCU控制单元、CO传感器滤波分压电路、JTAG调试接口、电路主板连接接口。

CO浓度采集模块的MCU控制单元1由MCU、晶振、滤波电容组成，由电路主板提供3.3V电源和复位信号，因此为MCU提供了基本运行的最小电路系统。

CO传感器滤波分压电路由插槽、滤波电容和分压电阻组成。它的一端连接传感器，一端连接MCU。把传感器传进来的数据经过滤波、分压处理后，传输到MCU。由于高精度传感器对于系统抗干扰的能力要求较高，所以设计接口电路完成滤波、分压功能。该接口有5V电源线，来自电路主板的供电电路，为CO传感器供电。

JTAG调试接口与MCU连接，为该模块提供了程序下载、升级维护和调试功能。

电路主板接口提供了来自电路主板的3.3V电源、5V电源、控制信号、复位信号和UART连接线。与MCU、滤波分压电路连接。通过该接口，电路主板可以为该模块提供必要的电源和复位信号，还有电路主板对该模块的控制信号。在电路主板的控制下，可以通过UART接口和该模块通信。

Claims (1)

1.高精度户外CO浓度手持监测设备，其特征在于：该设备包括设备外壳体、电路主板；所述电路主板包括电源开关、UART接口、USB充电接口、锂电池、LCD显示屏模块、CO浓度采集模块、温湿度传感器；

设备的电路主板固定在设备外壳体内，所述设备外壳体为一规则长方体；设备外壳体内部上方的电路主板前板面的中间固定有LCD显示屏；外壳体内部电路主板左侧依次设有电源开关、UART接口、USB充电接口；外壳体内部上方的电路板右侧固定CO浓度采集模块；外壳体内部电路主板的底部设有锂电池固定装置；

监测设备的监测终端包括四大部分：电源管理部分、MCU系统控制部分、数据采集传输部分、LCD显示部分；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CO浓度采集模块、温湿度传感器、UART接口组成；系统控制部分由MCU、复位、调试接口组成；

本设备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USB充电，通过电源开关控制系统供电，系统供电来源于可充电锂电池供电；本设备将单节锂电池输出与电源管理部分相连，目的是为MCU、LCD显示屏、CO传感器模块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，在控制部分MCU的调控下，使得CO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：MCU控制单元、系统复位单元、电池电量采集单元、CO浓度采集模块单元、温湿度传感器单元、充电管理单元、供电管理单元和LCD显示屏单元；其中，MCU控制单元与其他各个单元相连，使得整个设备协调工作，采集数据，并且使LCD显示界面能够显示：监测CO浓度、环境温湿度、当前电池电压、电池剩余电量百分比；

其中，MCU控制单元包括MCU芯片、MCU外接电路、UART接口电路和状态指示LED灯；

系统复位单元包括系统复位按键、复位电阻、复位电容；

电池电量采集单元包括电量采集使能电路和电池电压分压电路；

传感器单元包括温湿度传感器电路和CO浓度采集模块电路；

充电控制单元包括USB接口和USB充电管理电路；

供电控制单元依次包括DC-DC升压电路、3.3V的LDO降压稳压电路、5V LDO降压稳压电路；

LCD显示屏单元包括TFT LCD和LCD背光驱动电路，LCD背光驱动电路驱动TFT LCD；

其中，MCU分别连接3.3V稳压电路、温湿度传感器、LED显示、调试接口、UART接口、复位电路、LCD屏幕接口、CO传感器模块接口以及电池电压检测电路，而电池电压检测电路又依次连接有锂电池以及USB充电电路；锂电池和CO传感器模块接口之间连接有5V稳压电路；3.3V稳压电路又与锂电池连接；温湿度传感器、LED显示以及LCD屏幕接口又分别与3.3V稳压电路连接。