智能除味器--硬件方案：PCBA设计
时间：2022-12-03 18:00:00
基于涂鸦智能开发的低功耗嵌入式蓝牙模块TYBN1设计了超低功耗智能除臭器。整个电路设计分为BLE主控，充电管理电路，稳压电路，升压电路，温湿度检测电路，电量采集电路，负载驱动电路等部分。
注意：由于是电池供电设备，设备选择需要考虑功耗。
1.主控板设计
(1)原理图(点击下载)
（2）PCB(点击下载)
2、灯板设计
(1)原理图(点击下载)
（2）PCB(点击下载)
3、电源分析
(1)充电电路
充电管理电路：XT2051是单芯锂离子电池的恒流/恒压充电电路。该设备包括内部功率晶体管，不需要外部电流检测电阻和阻塞二极管。XT2051需要最少的外部组件，并满足要求USB总线规范，非常适合便携式应用领域。
充电指示灯：红色指示灯亮表示充电；绿色指示灯亮表示充电已完成。
为防止电池温度过高或过低损坏电池，XT2051内置电池集成电路温度监测。 通过测量电池温度监测TEMP当实现引脚电压时，TEMP引脚电压在电池中NTC在热敏电阻和电阻分压器网络中，XT2051的TEMP引脚电压及芯片VLOW和VHIGH比较两个阈值，确认电池温度是否超过正常范围。 XT2051中VLOW固定在30% × VIN中，VHIGH固定在60% × VIN中。 如果TEMP引脚电压VTEMP
(2)稳压电路
通过LDO稳压芯片MD5333使输出电压稳定3.3V，供电模块、温湿度传感器等。MD5333低压差.3V，500mA输入输出压差一般为400mV），超低静态功耗电流(1).2uA），最高工作电压为10V，适用于需要较高耐压性的应用电路。输出具有短路保护功能，有效防止芯片损坏。
选择这种稳压芯片的原因:(1)静态功耗超低(典型值1.2uA），是一种非常适合电池供电设备的芯片；
(2)芯片稳压输出3.3V，输出电流达500mA，能满足模块和温湿度传感器的供电需求。
(3)升压电路
升压电路：通过SY7072AABC芯片（SY7072A是一种高效、同步、升压转换器）将电压升到5V，给风扇、臭氧发生器、负离子发生器供电。
选择这款稳压芯片的原因：（1）静态功耗低（典型值5uA）；
(2)转换效率高(如下图所示)。
(4)电池选型
样机使用的电池是网上购买的锂电池，容量3600mAh，标称电压3.7V，充满电电压为4.2V的一款带NTC三线聚合物锂电池电池。
锂电池接到CN1接口处。
风扇、臭氧发生器、负离子发生器最大工作电流900mA，加上模块(最大工作电流13mA)温湿度传感器芯片(最大1.5mA)等工作电流，总电流小于2A所以选择36000mAh锂电池就够了。
电路中总工作电流理论值(按最大值计算)：Iw=LD0稳压芯片(静消耗电流2).5uA) SY7072AABC升压芯片(静态消耗电流5)uA) SHT30温湿度传感器(最大工作电流1.5mA) 蓝牙模块(最大工作电流13mA） 臭氧发生器(6000工作电流)mA） 负离子发生器(最大工作电流2000mA） 风扇(工作电流1000mA） 3个MOS管（每个MOS管工作电流66mA） 3个LED灯(每个工作电流约为320uA）=1114mA=1.114A
电流理论值(按最大值计算)电路休眠状态下的电流：Is=LD0稳压芯片(静消耗电流最大值2).5uA) SY7072AABC升压芯片(休眠时，升压芯片关闭，静态功耗理想值为0) SHT30温湿度传感器(最大值2.0uA) 模块(低功耗240uA)=244.5uA
理论值(最小值)可持续工作时间：Th=3600mAh/1114mA=3h
智能除臭器在除臭模式下工作：电压输出值3.9V）
一档工作时，电路实际总工作电流大小：Iwork1=816mA
二档工作时，电路实际总工作电流大小：Iwork2=1068mA
三档工作时，电路实际总工作电流大小：Iwork3=1475mA
智能除臭器在保鲜模式下工作：电压输出值3.9V）
电路实际总工作电流：Iwork=204mA
智能除臭器处于低功耗状态:(蓝牙广播一直在打开，此时APP未连接）
电路实际低功耗电流大小：Isleep= 240uA
低功耗智能除臭器(连接APP）
电路实际低功耗电流大小：Isleep= 60uA
除味模式下：(臭氧发生器和负离子发生器同时工作)
实际工作时间值(最小值)可持续设备：Time=3600mA/1475mA 大约2.44h
理论值与实际值略有偏差，属于正常现象。(理论值为平均值，实际值为最小值)
保鲜模式下：(负离子发生器工作，臭氧发生器不工作)
实际工作时间值(最小值)可持续设备：Time=3600mA/204mA 大约17.65h
低功耗模式:(未连接APP)
设备可以待机时间（最小值）：Time=3600mA/240uA=15000h=625天 大约1.7年
低功耗模式:(连接APP)
待机时间(最小值)：Time=3600mA/60uA=60000h=2500天 大约6.85年
注意：由于所用仪器的原因，测试数据可能会有偏差。
4.传感器部分
(1)温湿度传感器
我们使用温湿度检测SHT30-DIS通过温湿度传感器芯片。I2C协议通信，I2C最高时钟频率支持1MHz。芯片工作电压2.4~5.5V，湿度精度±2%RH，温度精度±0.3℃，封装8脚DFN。
湿度对臭氧的灭活率有影响，因此设计中增加了温湿度传感器。(臭氧空气消毒效果如下图所示)
选择这款芯片的原因：（1）低功耗，温湿度精度较高；
温馨提示：文档分为三部分，整体方案概述可参考智能除臭器–总体硬件方案概述；PCBA设计如上；接下来的功能模块设计参考智能除味器——硬件方案：功能模块设计。
