一种基于智能手机音频接口的空气质量感知套件.pdf

本发明公开了一种基于智能手机音频接口的空气质量感知套件，包括：主控制单元、音频接口单元、扩展接口单元、数据存储单元、第一传感设备、第二传感设备、智能手机；本发明以智能手机平台，以手机APP为人机交互接口，配套环境感知套件实现了对用户周围空气环境的感知。本发明采用智能手机音频接口作为数据接口，即插即用。此外，本发明提供的手机平台的空气质量监测套件，能进一步降低能耗，且有利于降低构建整个空气质量监测设备的成本；采用扩展接口连接传感设备，增强了平台的通用性，具有较高的可扩展性；扩展接口单元可支持多种不同的传感器模块，有利于提高平台的应用领域。

权利要求书
1.  一种基于智能手机音频接口的空气质量感知套件，其特征在于，该基于智能手机音频接口的空气质量感知套件包括：主控制单元、音频接口单元、扩展接口单元、数据存储单元、第一传感设备、第二传感设备、智能手机；
主控制单元，用于控制传感器采集信号，对信号进行编码调制，以及对电路其他模块的控制；
音频接口单元，与主控制单元连接，用于搭建智能手机与主控制单元的数据指令和电能的传输通道，具体包括从手机收集电能给主控制单元和其他电路提供能量，两种不同麦克风和地线标准的自动检测和切换；
扩展接口单元，与主控制单元连接，用于扩展不同的传感器单元，具有通用的GPIO接口，以及2个UART，1个I2C和1个SPI接口；
数据存储单元，与主控制单元连接，用于为主控制单元的MCU芯片提供存储空间；
第一传感设备和第二传感设备，通过串行通信方式与扩展接口单元连接，用于提供环境的温度、湿度、甲醛、一氧化碳等空气质量监测信息，由传感设备获得描述空气质量的模拟点信号，通过串行接口传递给主控制单元进行信号的曼彻斯特编码调制，然后通过手机音频接口传递给智能手机APP程序进行图像化的处理和显示，使用户能感知周围的空气质量。

2.  如权利要求1所述的基于智能手机音频接口的空气质量感知套件，其特征在于，主控制单元采用NXP812的低功耗32位处理器。

3.  如权利要求1所述的基于智能手机音频接口的空气质量感知套件，其特征在于，扩展接口单元提供GPIO、UART、SPI以及I2C串行接口。

4.  如权利要求1所述的基于智能手机音频接口的空气质量感知套件，其特征在于，音频接口单元通过GPIO串行通信方式与主控制单元的MCU芯片连接。

5.  如权利要求1所述的基于智能手机音频接口的空气质量感知套件，其特征在于，套件电路模块包括用于将从手机音频接口收集并产生3.3V稳定电压的 电源单元，电源单元包括一型号为LD6806TD的电压调节器，由电压调节器及外围电路实现电源转换为3.3V电源。

6.  如权利要求1所述的基于智能手机音频接口的空气质量感知套件，其特征在于，第一传感设备包括甲醛传感器和多个标量传感器，标量传感器为温度传感器、湿度传感器或者空气质量监测传感器。

7.  如权利要求1所述的基于智能手机音频接口的空气质量感知套件，其特征在于，异常触发是指当第二传感设备检测到空气中一氧化碳等有害气体浓度超过标准阈值触发手机APP产生报警提示。

说明书一种基于智能手机音频接口的空气质量感知套件
技术领域
本发明属于智能手机配件技术领域，尤其涉及一种基于智能手机音频接口的空气质量感知套件。
背景技术
智能手机作为信息收发、处理的中心，成为消费者必不可少的随身携带品。以手机平板配件为例，移动电源、贴膜、外壳、耳机等已经成为手机用户的必备配件。
然而，现如今的智能手机虽然配有一系列传感器，但不具备对周围环境的感知功能。基于智能手机的环境感知套件定位于普通手机用户，以智能手机为核心，手机APP为人机交互界面，配套系列便携式环境感知模块，如温湿度、空气质量(CO2浓度)、有害气体(PM2.5、甲醛、CO等)。旨在使用户能随时、随地、随意感知周围环境参数，让人们的生活更加健康美好。
音频接口的数据应用，最早应该算是耳机的线控耳机了。耳机口可以做很多事情，利用手机的音频接口，可以遥控硬件、发送信号指令等，手机音频接口具有无限的应用潜力。
为了绕开iOS手机MFI高昂的入门费，欧美厂商率先采用音频口数据通信开发iOS和Android的数据接口，在移动健康应用、个人消费电子产品方面有着广泛应用。
基于手机音频接口的外设研发，被业内人士看好的方向，音频口数据通信，实现音频口双向通信，实现与外接设备的通信，基于Android音频接口的双向数据通信技术，与硬件和软件结合开发出广阔的应用空间。
通用的音频口数据通信方案解决ios和android硬件接口开发兼容问题， 目前较多应用的是：微型pos刷卡器、智能手机血压计和智能手机血糖仪等应用，只要带音频口移动通信终端可以用音频口数据通信方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于智能手机音频接口的空气质量感知套件，旨在解决现有的智能手机不具备对周围环境感知功能的问题。
本发明是这样实现的，一种基于智能手机音频接口的空气质量感知套件，该基于智能手机音频接口的空气质量感知套件包括：主控制单元、音频接口单元、扩展接口单元、数据存储单元、第一传感设备、第二传感设备、智能手机；
主控制单元，用于控制传感器采集信号，对信号进行编码调制，以及对电路其他模块的控制；
音频接口单元，与主控制单元连接，用于搭建智能手机与主控制单元的数据指令和电能的传输通道，具体包括从手机收集电能给主控制单元和其他电路提供能量，两种不同麦克风和地线标准的自动检测和切换；
扩展接口单元，与主控制单元连接，用于扩展不同的传感器单元，具有通用的GPIO接口，以及2个UART，1个I2C和1个SPI接口；
数据存储单元，与主控制单元连接，用于为主控制单元的MCU芯片提供存储空间；
第一传感设备和第二传感设备，通过串行通信方式与扩展接口单元连接，用于提供环境的温度、湿度、甲醛、一氧化碳等空气质量监测信息，由传感设备获得描述空气质量的模拟点信号，通过串行接口传递给主控制单元进行信号的曼彻斯特编码调制，然后通过手机音频接口传递给智能手机APP程序进行图像化的处理和显示，使用户能感知周围的空气质量。
进一步，主控制单元采用NXP812的低功耗32位处理器。
进一步，扩展接口单元提供GPIO、UART、SPI以及I2C串行接口。
进一步，音频接口单元通过GPIO串行通信方式与主控制单元的MCU芯片连 接。
进一步，套件电路模块包括用于将从手机音频接口收集并产生3.3V稳定电压的电源单元，电源单元包括一型号为LD6806TD的电压调节器，由电压调节器及外围电路实现电源转换为3.3V电源。
进一步，第一传感设备包括甲醛传感器和多个标量传感器，标量传感器为温度传感器、湿度传感器或者空气质量监测传感器。
进一步，异常触发是指当第二传感设备检测到空气中一氧化碳等有害气体浓度超过标准阈值触发手机APP产生报警提示。
本发明提供的基于智能手机音频接口的空气质量感知套件，以智能手机平台，以手机APP为人机交互接口，配套环境感知套件实现了对用户周围空气环境的感知。本发明在外形设计方面符合大众化用户的口味，时尚美观，同时，本发明的绚丽时尚的外表也可以应用于手机的装饰，可体现用户个性。本发明采用智能手机音频接口作为数据接口，即插即用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的手机平台的空气质量监测套件，能进一步降低能耗，且有利于降低构建整个空气质量监测设备的成本；
(2)本发明提供的电路板采用扩展接口连接传感设备，增强了平台的通用性，具有较高的可扩展性；
(3)扩展接口单元可支持多种不同的传感器模块，有利于提高平台的应用领域。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于智能手机音频接口的空气质量感知套件原理框图；
图2是本发明实施例提供的基于智能手机音频接口的空气质量感知套件结构示意图；
图中：1、空气质量感知套件；11、主控制单元；12、音频接口单元；13、扩展接口单元；14、数据存储单元；2、第一传感设备；3、第二传感设备；4、智能手机。
图3是本发明实施例提供的电源模块电路示意图；
图4是本发明实施例提供的主控制单元结构示意图；
图5是本发明实施例提供的音频接口电路示意图；
图中：(a)手机接口电路；(b)能量收集电路；(c)自动检测和切换电路。
图6是本发明实施例提供的传感设备电路示意图；
图中：(a)温湿度传感器电路；(b)甲醛传感器电路；(c)空气质量传感器电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，感知平台通过智能手机音频接口收集电能并进行信号的传输。由传感设备获得描述空气质量的模拟点信号，通过串行接口传递给主控单元LPC812进行信号的曼彻斯特编码调制，然后通过手机音频接口传递给智能手机APP程序进行图像化的处理和显示，使用户能感知周围的空气质量。
如图2所示，本发明实施例的基于智能手机音频接口的空气质量感知套件主要包括：主控制单元11、音频接口单元12、扩展接口单元13、数据存储单元14、第一传感设备2、第二传感设备3、智能手机4；
主控制单元11，用于控制传感器采集信号，对信号进行编码调制，以及对电路其他模块的控制；
音频接口单元12，与主控制单元11连接，用于搭建智能手机与主控制单 元的数据指令和电能的传输通道，具体包括从手机收集电能给主控制单元和其他电路提供能量，两种不同麦克风和地线标准的自动检测和切换；
扩展接口单元13，与主控制单元11连接，用于扩展不同的传感器单元，具有通用的GPIO接口，以及2个UART，1个I2C和1个SPI接口；
数据存储单元14，与主控制单元11连接，用于为主控制单元11的MCU芯片提供存储空间；
第一传感设备2和第二传感设备3，通过串行通信方式与扩展接口单元13连接，用于提供环境的温度、湿度和空气质量等监测信息。
主控制单元11包括基于ARM Cortex-M0+内核的MCU芯片，在实际应用中，该MCU芯片可采用型号为NXP812的低功耗32位处理器，该MCU芯片集成有4KB的SRAM存储器和16KB的FLASH存储器，为防止MCU芯片自身的存储空间不足，外接了数据存储单元14，可根据实际需要决定是否需要外加数据存储单元14，若MCU芯片自身的存储空间已足够，则无需数据存储单元14。
扩展接口单元13用于通过串行通信方式分别与第一传感设备2以及异常触发和第二传感设备3连接；主控制单元11、扩展接口单元13以及音频接口单元12均集成在一块电路板上。扩展接口单元13提供GPIO、UART、SPI以及I2C串行接口，可适用于连接多种不同类型的传感设备，在实际应用中，扩展接口可同时接入第一传感设备2和第二传感设备3。
如图5所示，音频接口单元12包括能量收集电路，稳压电路，自动检测和切换电路。在本实施例中，采用型号为BAT721的6个二极管电压倍增器进行电能的收集，自动检测和切换电路采用NX3L4053模拟开关集成芯片，但不限于此，可根据所需选择其他不同类型的集成芯片。其中，引脚1-7通过GPIO串行通信方式与MCU芯片连接。
如图3所示，本实施例提供的感知平台还包括电源单元：用于将手机音频接口收集的能量转化为3.3V电源。在本实施例中，电源单元包括一型号为LD6806TD的电压调节器，由该电压调节器及其外围电路实现电源转换为3.3V 电源。
本实施例提供的感知平台的使用方法及工作原理如下：
将外部的第一传感设备2和第二传感设备3同时接入感知平台，其中，周期监测第一传感设备2包括甲醛传感器和若干标量传感器。其中，标量传感器可以是温度传感器、湿度传感器或者空气质量监测传感器等，传感器的数量可以根据实际需要进行选择。
一般情况下，第一传感设备2按预设的周期进行物理量的数据采集，并将采集到的监测数据通过扩展接口单元13发送给主控制单元11；此时，异常触发第二传感设备3是不工作的。主控制单元11将监测数据存储在自身的存储空间或数据存储单元14中；同时，主控制单元11对监测数据进行分析。第一传感设备2和第二传感设备3采集到的监测数据均由音频接口单元12通过音频接口由智能手机APP处理以及显示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。