CN105657799A - 使用mram的传感网节点模块、传感网节点与传感网 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种传感网节点模块，包括传感网芯片，传感网芯片包括CPU与射频通信模块，使用MRAM运行软件并存储数据；传感网节点模块还包括电源管理模块，在待机状态电源管理模块停止向CPU、射频通信模块与MRAM供电。本发明还提供一种传感网节点与传感网。本发明提供的传感网节点模块、传感网节点及传感网，使用MRAM运行软件并存储数据，重新上电时无需重新加载软件，能够快速启动，有利于降低传感网节点的功耗；在待机状态时电源管理模块停止供电，进一步降低传感网节点的功耗；通过卫星授时信号校准振荡器的频率，能够保证传感网中所有的传感网节点都同时被唤醒，通过自组网的方式将采集到的数据汇集并发送出去。

Description

使用MRAM的传感网节点模块、传感网节点与传感网
技术领域
本发明涉及传感网，具体涉及使用MRAM的传感网节点模块、传感网节点与传感网。
背景技术
目前的物联网/传感网节点的架构，如图1所示，一般射频通信系统会与CPU集成在一个主控芯片上，主控芯片与传感器连接构成传感网节点。
每个传感网节点是低成本的探测装置，能够被大量地部署到野外。传感网节点可以通过自组网的方式传递数据，把收集到的数据汇集到根节点上发送出去。
软件的代码和数据存储在ROM(不可修改)和NOR/NAND闪存(可修改)中。开机以后需要一个初始化过程，利用嵌入在主控芯片的SRAM运行。可能还需要把软件从闪存中加载到RAM里，这个过程耗时比较长。
一般的传感网节点，大部分时间是不需要工作的。只在极小部分时间里需要开启传感器进行测量，必要的情况下开启射频把数据传出去。比如在用于野外监控和国防的系统，把带有振动和红外传感器的节点大面积撒播，只有在探测到疑似入侵者时，才利用自组网的结构把数据发出去。
然而由于软件在SRAM中运行，SRAM中的内容在断电时无法保存，启动时必须重新加载软件和数据，造成启动时间较长，因此整个节点必须随时处于待机但是通电的状态，SRAM限制了传感网节点使用电池的待机时间。
而传感网节点对功耗的要求非常苛刻，一般要求在使用钮扣电池的情况下，能够工作一年甚至多年，目前的技术几乎无法满足这个要求。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种传感网节点模块，使用MRAM运行软件并存储数据，重新上电时无需重新加载软件，采用电源管理模块，在待机状态时停止向CPU、射频通信模块与MRAM供电，从而达到传感网节点对功耗的要求。
本发明提供一种传感网节点模块，包括传感网芯片，传感网芯片包括CPU与射频通信模块，传感网芯片还包括MRAM，MRAM用于运行软件并存储数据；传感网节点模块还包括电源管理模块，在待机状态，电源管理模块停止向CPU、射频通信模块与MRAM供电。整个系统中，只有电源管理模块一直处于上电状态。
使用MRAM取代现有技术中主控芯片的ROM、SRAM和闪存，由于MRAM中的内容在断电时能够保存，在重新上电启动时，无需重新加载软件，能够瞬间启动，在完成数据采集工作和/或数据传输工作后，电源管理模块停止向CPU、射频通信模块与MRAM供电，进入待机状态。
采用这样的传感网节点模块，能够大幅度降低传感网节点的功耗，从而延长电池使用时间，满足实际使用的要求。
进一步地，电源管理模块包括计数器模块，计数器模块计数到时，电源管理模块给CPU、射频通信模块与MRAM上电。
进一步地，CPU、射频通信模块与MRAM上电后，完成数据采集工作和/或数据传输工作，配置计数器设定下一次上电的时间，并发送指令给电源管理模块停止供电。
进一步地，传感网节点模块还包括振荡器，计数器模块利用振荡器进行计数。
进一步地，振荡器为集成于传感网芯片的RC振荡器，或者振荡器为分立式晶振。
进一步地，传感网节点模块还包括卫星授时信号接收器，卫星授时信号用于校准振荡器的频率。
进一步地，卫星授时信号接收器为GPS接收器或北斗接收器。
进一步地，电源管理模块集成于传感网芯片，或者电源管理模块为分立式模块。
本发明还提供一种传感网节点，包括一个或多个传感器以及上述传感网节点模块。
本发明还提供一种传感网，包括至少一个上述传感网节点。
与现有技术相比，本发明提供的传感网节点模块、传感网节点及传感网，具有以下有益效果：
(1)传感网芯片包括MRAM，使用MRAM运行软件并存储数据，重新上电时无需重新加载软件，能够瞬间启动，有利于降低传感网节点的功耗；
(2)在完成数据采集工作和/或数据传输工作后，电源管理模块停止向CPU、射频通信模块与MRAM供电，进入待机状态，而不是像现有技术中处于待机但是通电的状态，能够大幅度降低传感网节点的功耗，从而延长电池使用时间，满足实际使用的要求；
(3)通过卫星授时信号校准振荡器的频率，能够保证传感网中所有的传感网节点都同时被唤醒，通过自组网的方式将采集到的数据汇集并发送出去。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是现有技术中传感网节点的结构示意图；
图2是本发明的一个实施例的使用MRAM的传感网节点的结构示意图；
图3是本发明的另一个实施例的使用MRAM的传感网节点的结构示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明的一个实施例的传感网节点，包括传感器1、传感器2以及传感网节点模块。
传感网节点模块包括传感网芯片、电源管理模块以及晶振。
传感网芯片包括CPU、射频通信模块与MRAM，MRAM用于运行软件并存储数据，使用MRAM取代现有技术中主控芯片的ROM、SRAM和闪存，由于MRAM中的内容在断电时能够保存，在重新上电启动时，无需重新加载软件，因而能够快速启动。
本实施例中传感网节点模块，在待机状态，电源管理模块停止向CPU、射频通信模块与MRAM供电，而不是像现有技术中处于待机但是通电的状态，进一步降低传感网节点的功耗。因此采用这样的传感网节点模块，能够大幅度延长电池的使用时间，从而达到传感网节点对功耗的要求。
需要持续供电的计数器电路和振荡器耗电在微安量级，而传统的方法待机电流在几百微安到毫安的量级。实际使用中，真正需要给整个系统上电的时间只在总时间的千分之几甚至更短，平均使用电流有望降到几十微安的水平。采用钮扣电池供电，传感网节点模块使用一年以上有望实现。
电源管理模块包括计数器模块，计数器模块计数到时，电源管理模块给CPU、射频通信模块与MRAM上电。CPU、射频通信模块与MRAM上电后，完成数据采集工作和/或数据传输工作，配置计数器设定下一次上电的时间，并发送指令给电源管理模块停止供电。
传感网节点模块还包括振荡器，计数器模块利用振荡器进行计数。
本实施例中，振荡器是分立式晶振，如图2所示。
传感网节点模块还包括卫星授时信号接收器，卫星授时信号用于校准振荡器的频率。
整个传感网的时间同步需要保证，每一个传感网节点都是按自己的振荡器计算时间进行唤醒的。而每一个振荡器的周期都会有小的差异，如果没有一个时间校准机制，就无法保证传感网中所有的传感网节点都同时被唤醒。如果不能同时唤醒，传感网采集到的数据就无法及时发送出去。
最简单的振荡器校准方法是：每一个传感网节点模块中包括一个卫星授时信号接收器，可以采用GPS接收器或北斗接收器，使用卫星授时的方法校准每一个节点振荡器的频率。本实施例中采用GPS接收器。
本实施例中，电源管理模块集成于传感网芯片，如图2所示。
在另一个是实施例中，电源管理模块集成于传感网芯片，如图3所示，电源管理模块控制向CPU、射频通信模块与MRAM供电，CPU向电源管理模块发送指令，停止向CPU、射频通信模块与MRAM供电。
本实施例中，振荡器是集成于传感网芯片的RC振荡器。
采用一个或多个上述传感网节点，可以组成传感网。
在一个传感网内，配置所有的传感网节点同时被唤醒。每一个节点完成数据采集后，如果需要上报数据，使用射频通信模块发送数据。每一个传感网节点同时打开射频通信模块的接收器，如果接收到需要帮助传递的数据包，则传递此数据包。
本发明提供的传感网节点模块、传感网节点及传感网，传感网芯片包括MRAM，使用MRAM运行软件并存储数据，重新上电时无需重新加载软件，能够瞬间启动，有利于降低传感网节点的功耗；在完成数据采集工作和/或数据传输工作后，电源管理模块停止向CPU、射频通信模块与MRAM供电，进入待机状态，而不是像现有技术中处于待机但是通电的状态，降低传感网节点的功耗，从而延长电池使用时间，满足实际使用的要求；通过卫星授时信号校准振荡器的频率，能够保证传感网中所有的传感网节点都同时被唤醒，通过自组网的方式将采集到的数据汇集并发送出去。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种传感网节点模块，包括传感网芯片，所述传感网芯片包括CPU与射频通信模块，其特征在于，所述传感网芯片还包括MRAM，所述MRAM用于运行软件并存储数据；所述传感网节点模块还包括电源管理模块，在待机状态，所述电源管理模块停止向所述CPU、所述射频通信模块与所述MRAM供电。
2.如权利要求1所述的传感网节点模块，其特征在于，所述电源管理模块包括计数器模块，所述计数器模块计数到时，所述电源管理模块给所述CPU、所述射频通信模块与所述MRAM上电。
3.如权利要求2所述的传感网节点模块，其特征在于，所述CPU、所述射频通信模块与所述MRAM上电后，完成数据采集工作和/或数据传输工作，配置所述计数器设定下一次上电的时间，并发送指令给所述电源管理模块停止供电。
4.如权利要求2所述的传感网节点模块，其特征在于，所述传感网节点模块还包括振荡器，所述计数器模块利用所述振荡器进行计数。
5.如权利要求4所述的传感网节点模块，其特征在于，所述振荡器为集成于所述传感网芯片的RC振荡器，或者所述振荡器为分立式晶振。
6.如权利要求4所述的传感网节点模块，其特征在于，所述传感网节点模块还包括卫星授时信号接收器，所述卫星授时信号用于校准所述振荡器的频率。
7.如权利要求6所述的传感网节点模块，其特征在于，所述卫星授时信号接收器为GPS接收器或北斗接收器。
8.如权利要求1所述的传感网节点模块，其特征在于，所述电源管理模块集成于所述传感网芯片，或者所述电源管理模块为分立式模块。
9.一种传感网节点，其特征在于，所述传感网节点包括一个或多个传感器以及权利要求1-8所述的传感网节点模块。
10.一种传感网，其特征在于，所述传感网包括至少一个权利要求9所述的传感网节点。
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