(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221047040 3.7 (22)申请日 2022.04.28 (71)申请人 南通大学 地址 226019 江苏省南 通市崇川区啬园路9 号 (72)发明人 杨永杰　朱桐　许鹏　居高峰　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 张俊俊 (51)Int.Cl. G05B 19/042(2006.01) G01M 99/00(2011.01) G01D 21/02(2006.01) H04W 4/38(2018.01) (54)发明名称 一种节能型新 风机监测系统及监测方法 (57)摘要 本发明提供了一种节能型新风机监测系统 及监测方法， 属于电子工业监测技术领域。 解决 了现有监测方法的非实时性及满负荷工作状态 下无线通信模块、 传感器、 单片机的高功耗的问 题。 其技术方案为： 监测系统由单片机、 电源管理 模块、 无线通信模块、 终端设备、 温湿度传感器、 空气质量传感器、 风速传感器和供电控制电路组 成； 监测方法为： 根据外界条件变化自动切换单 片机的工作模式。 本发明的有益效果为： 本发明 提供的实现不同的工作模式下开关电源管理模 块对传感器和无线通信模块的供电， 并仅在需要 时才供电工作， 这有利于解决用于满负荷工作状 态下无线通信模块、 传感器、 单片机的高功耗问 题。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114967537 A 2022.08.30 CN 114967537 A 1.一种节能型新风机监测系统， 其特征在于， 包括单片机、 电源管理模块、 无线通信模 块、 终端设备、 温湿度传感器、 空气质量传感器、 风速传感器和供电控制电路； 所述单片机、 温湿度传感器、 空气质量传感器以及供电控制电路电源电压VCC端分别与 电源管理模块连接， 由电源管理模块进行 供电； 所述供电控制电路的控制输入端与 单片机的输入输出管脚连接， 所述供电控制电路的 控制输出端分别与风速传感器和无线通信模块连接， 所述单片 机通过控制供电控制电路的 通断来开启或关闭电源管理模块对风速传感器和无线通信模块的供电； 当单片机处于停止模式时， 单片机的通用输入输出管脚GPIO1输出为低电平， 关闭供电 控制电路， 由于供电控制电路未打开， 电源管理模块切断对风速传感器和无线通信模块进 行供电； 在停止模式中， 电源管理模块对温湿度传感器、 空气质量传感器进行供电， 温湿度传感 器、 空气质量传感器正常工作， 当环 境条件变化时， 温湿度传感器或空气质量传感器检测到 目标数据并触发外部中断将单片机从停止模式唤醒为工作模式， 提前设置闹钟时间， 闹钟 中断模块周期性唤醒单片机进入工作模式， 单片机进入工作模式后， 单片机的通用输入输 出管脚GPIO1输出为高电平打开供电控制电路， 电源管理模块对无线通信模块和风速传感 器进行供电， 风速传感器和无线通信模块正常工作， 并将所有数据从无线通信模块上传到 终端设备， 单片机 完成上传数据步骤后， 进入低功耗的停止模式， 等待下一次唤醒。 2.根据权利要求1所述的节能型新风机监测系统， 其特征在于， 所述供电控制电路包含 电阻R1、 电阻R2、 电阻R3、 电阻R4、 电阻R5、 电阻R6、 外部电源1、 外部电源2、 外部电源3、 NPN型 三极管Q1、 PNP型三极管T1、 光电耦合器U1、 二极管D1、 TVS二极管D2和电磁继电器K1； 所述电阻R5的一端与单片机的输入输出管脚GPIO1连接， 另一端与NPN型三极管Q1的基 极连接； 所述光电耦合器U1由发光器和受光器组成； 所述电阻R4的一端与外部电源1连接， 另一端与所述光电耦合器中发光器的输入端连接； 所述光电耦合器中发光器的另一端与 NPN型三极管Q1的集电极连接， 所述NPN型三极管Q1的发射极接地； 电阻R3的一端与光电耦 合器中受光器的输出端连接， 另一端与PNP型三极管T1的基 极连接； 光电耦合器中受光器的 另一端接地； 电阻R1的一端与外部电源2连接， 另一端与PNP型三极管T1的发射极连接； 电磁 继电器K1的一端与PNP型三极管T1的集电极连接， 另一端接地； 二极管D1、 TVS二极管D2的负 极与PNP型三极管T1的集电极连接， 正极接地； 所述供电控制电路与单片机连接的通用输入输出管脚GPIO1用于控制电源管理模块里 的外部电源1、 外部电源2、 外部电源3的通断； 在单片机处于工作模式时， 单片 机将通用输入 输出管脚GPIO1设为推挽输出的高电平， NPN型三极管Q1导通， PNP型三极管T1的基 极为低电 平， PNP型三极管T1的发射极和集电极导通， 电磁继电器K1的4脚和5脚之间有一个正向的压 差， 当达到电磁继电器K1开关的条件， 电磁继电器K1的1脚和3脚连通， 此时风速传感器和无 线通信模块得电， 在系统进入低功耗的停止模式时， 通用输入输出管脚GPIO1被下拉电路R6 下拉， PNP型三极管T1和NPN型三极管Q1都截止， 电磁继电器K1的1脚和2脚连通， 风速传感器 断电， 电源管理模块切断对风速传感器和无线通信模块 通电。 3.根据权利要求2所述的节能型新风机监测系统， 其特征在于， 所述电磁继电器K1放置 在PNP型三极管T1的集电极一侧， 用于切断强在PNP型三极管T1 强压侧的损耗。 4.根据权利要求2所述的节能型新风机监测系统， 其特征在于， 所述光电耦合器U1将正权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114967537 A 2在工作的传感器和单片机的功能管脚隔离 。 5.根据权利要求2所述的节能型新风机监测系统， 其特征在于， 所述电阻R3与PNP型三 极管T1的基极相连， 用于限流的作用； 所述电阻R5与NPN型三极管Q1的基极相连， 用于限流的作用； 所述电阻R6一端与电阻R5连接， 另一端接地， 用于下拉电阻的作用； 下拉电阻将一个不 确定的信号与地GND相连， 固定在低电平。 6.根据权利要求2所述的节能型新风机监测系统， 其特征在于， 所述TVS二极管D2为瞬 变电压消除器； 所述TVS二极管D2为固态二极管， 用于防止ESD 瞬态电压破坏敏感的半导体 器件。 7.根据权利要求2所述的节能型新风机监测系统， 其特征在于， 所述电磁继电器K1的4 脚和5脚之间有一个正向的压差， 达到电磁继电器K1开关的条件， 电磁继电器的1脚和3脚连 通； 当电磁继电器K1未达 到开关条件时， 电磁继电器K1的1脚和2脚连通。 8.根据权利要求2所述的节能型新风机监测系统， 其特征在于， 所述二极管D1用于给电 磁继电器K1在开关过程中产生的尖峰电压进行限幅。 9.一种基于权利要求1 ‑8任一项所述的节能型新风机监测系统的监测方法， 其特征在 于， 所述监测方法包括以下步骤： S101： 单片机上电之后进入工作模式状态； 对单片机的通用输入输出进行初始化， 开启 复用时钟， 设置映射关系； 设置外部中断的中断条件； 分配中断向量控制器， 并使能编写外 部中断服务函数， 完成外部中断初始化； 根据所需目标配置传感器数据， 完成传感器初始 化； S102： 单片机上电之后， 与供电控制电路连接的通用输入输出管脚由低电平转换为高 电平， 电源管理模块对供电控制电路进行 供电； S103： 当电源管理模块对供电控制电路进行供电时， 供电控制电路的电磁继电器电控 驱动端分别与无线通信模块控制端和风速传感器输出端连接， 并将所有传感器监测到的数 据通过无线通信模块上传到终端设备； 单片机完成数据上传后， 单片机进入低功耗的停止 模式， 在停止模式中， 电源 管理模块对温湿度传感器和空气质量传感器进 行供电； 由于供电 控制电路未打开， 电源管理模块切断对风速传感器和无线通信模块进行 供电。 S104： 单片机等待外 部中断； S105： 如果温湿度传感其或空气质量传感器监测到目标数据， 将触发外部中断； 如果温 湿度传感器或空气质量传感器未监测到目标 数据， 单片机等待外 部中断； S106： 温湿度传感器或空气质量传感器监测到目标数据， 触发外部中断， 外部中断唤醒 单片机， 单片机进入工作模式； S107： 配置RTC寄存器， 设置闹钟时间； S108： 如果闹钟时间达 到， 闹钟中断唤醒 单片机； S109： 闹钟中断模块定时唤醒 单片机； S110： 单片机处于停止模式， 外 部中断和闹钟中断都能唤醒 单片机。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114967537 A 3