CN103559535B - 一种矿用定位标签及省电工作方法 - Google Patents

一种矿用定位标签及省电工作方法 Download PDF

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Abstract

一种矿用定位标签及其省电工作方法，适用于煤矿井下使用。包括控制模块、分别与控制模块相连的无线收发模块和电源模块，控制模块收到加速度信号，稳压器上电，晶体振荡器启动，由“PM3模式”切换到“主动模式”;在“主动模式”下，控制模块协调无线收发模块，将标签识别码通过无线信号发送;发送完毕之后，控制模块进入“PM2模式”，同时睡眠定时器开启，睡眠定时器溢出时，控制模块被“唤醒”，判断阈值T内有无加速度信号，如果有，则进入“PM2-主动模式”的循环工作方式；如果没有，则继续睡眠。该装置和工作方法能大幅度节省能量，省电效果好，有效延长了矿用定位标签电源的使用寿命和更换周期。

Description

一种矿用定位标签及省电工作方法
技术领域
本发明涉及一种定位标签及省电工作方法，尤其是一种适用于煤矿井下使用的矿用定位标签及省电工作方法。
技术背景
煤矿井下移动目标定位主要由移动的有源RFID标签和固定位置的读识器两部分组成。读识器由电网变压电源统一供电，不存在因电能消耗而供电不足的问题；而移动目标携带的有源RFID标签由内部电池供电，既方便目标的移动，又具有较大的定位覆盖范围和精度。但是，这种矿用定位标签需要定期地更换电池或者充电，给使用和维护带来了限制。因此，采用省电的工作方法，以有效延长标签电池的更换周期，是定位系统的关键技术问题。
传统的矿用定位有源RFID标签采用的是“睡眠-发送”循环工作模式，定时“睡眠”一段时间后自动“苏醒”，发送标签的识别码到读识器，接着再进入省电的“睡眠”状态，如此周而复始的循环，达到节省电能的目的。但是，按照这种工作模式，标签在移动目标不发生位置变化甚至不工作时，仍然保持工作状态，造成了能量的浪费，缩短了电池的使用寿命。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种能够有效节省电能的矿用定位标签及其省电工作方法。
为实现上述技术目的，本发明的矿用定位标签，包括控制模块、分别与控制模块相连的无线收发模块和电源模块，所述的控制模块的引脚SPI上连接有加速度传感器模块；所述的控制模块和无线收发模块型号为CC2530，加速度传感器模块芯片型号为ADXL345。
一种使用权利要求1所述矿用定位标签的省电工作方法，包括以下步骤：
a．设置矿用定位标签的初始状态为深度睡眠状态，此时控制模块工作模式为PM3模式，即芯片CC2530内的稳压器关闭，所有振荡器均不运行；设置控制模块（2）工作在睡眠模式/PM2模式，此时芯片CC2530内的16MHzRC振荡器和32MHz晶体振荡器不运行，32KHzRC振荡器或32KHz晶体振荡器运行；当芯片CC2530中的复位、外部中断或睡眠定时器过期时，芯片CC2530被激活，即控制模块转为主动模式；此时芯片CC2530内的16MHzRC振荡器或32MHz晶体振荡器开始运行；
b．若加速度传感器模块检测到加速度信息，则加速度传感器模块判断矿用定位标签移动，此时，加速度传感器模块向控制模块发送加速度信息；若加速度传感器模块没有检测加速度信息，则控制模块的芯片CC2530继续处于初始状态即PM3模式；
c．当控制模块接收到加速度传感器模块发送的加速度信号后，控制模块开启芯片CC2530的稳压器，同时启动芯片CC2530内所有晶体振荡器，使芯片CC2530由深度睡眠状态/PM3模式转换到主动模式；
d．在控制模块中的芯片CC2530处于主动模式下，控制模块控制无线收发模块将矿用定位标签内置的识别码通过无线信号发送给预先设定好的接收器中；
e．矿用定位标签的识别码发送完毕之后，控制模块进入PM2模式，其中芯片CC2530内的睡眠定时器开启，预设睡眠时长为T，同时通过计时器开始计时，当控制模块被其内部的睡眠定时器唤醒时，当控制模块通过计时器判断休眠时长小于T时，则控制模块判断睡眠时长T内有加速度信号产生，则重复步骤c，进入主动模式-PM2步骤的循环工作模式；
f．当控制模块（2）判断休眠时长等于T时，则控制模块是由睡眠定时器唤醒，控制模块判断睡眠时间T内没有加速度信号产生，则控制模块关断矿用定位标签的稳压器和所有振荡器，控制模块进入深度睡眠状态，等待加速度信号唤醒。
有益效果：本发明矿用定位标签由井下移动目标携带，若移动目标处于位置变化，标签则一直处于“深度睡眠”状态，节能省电；若目标在工作过程中发生位置变化时，产生加速度，由加速度传感器感知信号，传送给控制模块，标签从“深度睡眠”状态苏醒过来进入“睡眠-发送”循环工作运行状态，在阈值T内，如果控制模块都没有收到加速度信号，标签则再次进入“深度睡眠”状态。该工作方法能大幅度节省能量，省电效果好，不仅延长了电源模块的使用寿命和更换周期，还使得矿用定位标签的电源模块更加持久耐用。
附图说明
图1是本发明实施例矿用定位标签的原理结构框图。
图2是本发明实施例矿用定位标签的省电工作方法流程图。
图中：1-加速度传感器模块，2-控制模块，3-无线收发模块，4-电源模块。
具体实现方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步描述：如图1所示，本发明的矿用定位标签，包括控制模块2、分别与控制模块2相连的无线收发模块3和电源模块4，其特征在于：所述的控制模块2的引脚SPI上连接有加速度传感器模块1；所述的控制模块2和无线收发模块3型号为CC2530，加速度传感器模块1芯片型号为ADXL345；所述加速度传感器模块1和控制模块2之间通过SPI口连接；所述电源模块4为其各模块供能。
如图2所述，一种使用权利要求1所述矿用定位标签的省电工作方法，包括以下步骤：
a．设置矿用定位标签的初始状态为深度睡眠状态，此时控制模块2工作模式为PM3模式，即芯片CC2530内的稳压器关闭，所有振荡器均不运行；设置控制模块2工作在睡眠模式/PM2模式，此时芯片CC2530内的16MHzRC振荡器和32MHz晶体振荡器不运行，32KHzRC振荡器或32KHz晶体振荡器运行；当芯片CC2530中的复位、外部中断或睡眠定时器过期时，芯片CC2530被激活，即控制模块2转为主动模式；此时芯片CC2530内的16MHzRC振荡器或32MHz晶体振荡器开始运行；
b．若加速度传感器模块1检测到加速度信息，则加速度传感器模块1判断矿用定位标签移动，此时，加速度传感器模块1向控制模块2发送加速度信息；若加速度传感器模块1没有检测加速度信息，则控制模块2的芯片CC2530继续处于初始状态即PM3模式；
c．当控制模块2接收到加速度传感器模块1发送的加速度信号后，控制模块2开启芯片CC2530的稳压器，同时启动芯片CC2530内所有晶体振荡器，使芯片CC2530由深度睡眠状态/PM3模式转换到主动模式；
d．在控制模块2中的芯片CC2530处于主动模式下，控制模块2控制无线收发模块3将矿用定位标签内置的识别码通过无线信号发送给预先设定好的接收器中；
e．矿用定位标签的识别码发送完毕之后，控制模块2进入PM2模式，其中芯片CC2530内的睡眠定时器开启，预设睡眠时长为T，同时通过计时器开始计时，当控制模块2被其内部的睡眠定时器唤醒时，当控制模块2通过计时器判断休眠时长小于T时，则控制模块2判断睡眠时长T内有加速度信号产生，则重复步骤c，进入主动模式-PM2步骤的循环工作模式；
f．当控制模块2判断休眠时长等于T时，则控制模块2是由睡眠定时器唤醒，控制模块2判断睡眠时间T内没有加速度信号产生，则控制模块2关断矿用定位标签的稳压器和所有振荡器，控制模块2进入深度睡眠状态，等待加速度信号唤醒。
芯片CC2530有五种不同的供电模式，分别是主动模式、空闲模式、PM1、PM2和PM3。其中主动模式TX在1dBm时功耗为29mA，而PM3具有最低的功耗0.4μA。
主动模式：完全功能模式。稳压器开启，16MHzRC振荡器或32MHz晶体振荡器运行，或者两者都运行。32KHzRC振荡器或32KHz晶体振荡器运行。
空闲模式：除了CPU内核停止运行即空闲，其他和主动模式一样。
PM1：稳压器开启。16MHzRC振荡器和32MHz晶体振荡器都不运行。32KHzRC振荡器或32KHz晶体振荡器运行。复位、外部中断或睡眠定时器过期时系统将转到主动模式。
PM2：稳压器关闭。16MHzRC振荡器和32MHz晶体振荡器都不运行。32KHzRC振荡器或32KHz晶体振荡器运行。复位、外部中断或睡眠定时器过期时系统将转到主动模式。
PM3：稳压器关闭。所有振荡器都不运行。复位或外部中断时系统转到主动模式。

Claims (1)

1.一种矿用定位标签的省电工作方法，使用矿用定位标签，矿用定位标签包括控制模块（2）、分别与控制模块（2）相连的无线收发模块（3）和电源模块（4），其特征在于：所述的控制模块（2）的引脚SPI上连接有加速度传感器模块（1）；所述的控制模块（2）和无线收发模块（3）型号为CC2530，加速度传感器模块（1）芯片型号为ADXL345；其特征在于包括以下步骤：
a．设置矿用定位标签的初始状态为深度睡眠状态，此时控制模块（2）工作模式为PM3模式，即芯片CC2530内的稳压器关闭，所有振荡器均不运行；设置控制模块（2）工作在睡眠模式（PM2模式），此时芯片CC2530内的16MHzRC振荡器和32MHz晶体振荡器不运行，32KHzRC振荡器或32KHz晶体振荡器运行；当芯片CC2530中的复位、外部中断或睡眠定时器过期时，芯片CC2530被激活，即控制模块（2）转为主动模式；此时芯片CC2530内的16MHzRC振荡器或32MHz晶体振荡器开始运行；
b．若加速度传感器模块（1）检测到加速度信息，则加速度传感器模块（1）判断矿用定位标签移动，此时，加速度传感器模块（1）向控制模块（2）发送加速度信息；若加速度传感器模块（1）没有检测加速度信息，则控制模块（2）的芯片CC2530继续处于初始状态即PM3模式；
c．当控制模块（2）接收到加速度传感器模块（1）发送的加速度信号后，控制模块（2）开启芯片CC2530的稳压器，同时启动芯片CC2530内所有晶体振荡器，使芯片CC2530由深度睡眠状态/PM3模式转换到主动模式；
d．在控制模块（2）中的芯片CC2530处于主动模式下，控制模块（2）控制无线收发模块（3）将矿用定位标签内置的识别码通过无线信号发送给预先设定好的接收器中；
e．矿用定位标签的识别码发送完毕之后，控制模块（2）进入PM2模式，其中芯片CC2530内的睡眠定时器开启，预设睡眠时长为T，同时通过计时器开始计时，当控制模块（2）被其内部的睡眠定时器唤醒时，当控制模块（2）通过计时器判断休眠时长小于T时，则控制模块（2）判断睡眠时长T内有加速度信号产生，则重复步骤c，进入主动模式-PM2模式的循环工作模式；
f．当控制模块（2）判断休眠时长等于T时，则控制模块（2）是由睡眠定时器唤醒，控制模块（2）判断睡眠时间T内没有加速度信号产生，则控制模块（2）关断矿用定位标签的稳压器和所有振荡器，控制模块（2）进入深度睡眠状态，等待加速度信号唤醒。
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