CN106255052A - 一种低功耗模块化智能传感系统及方法 - Google Patents

一种低功耗模块化智能传感系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低功耗模块化的智能传感系统及方法，包括硬件架构和软件架构。硬件架构中，可在系列化的电源模块、传感器模块中选择所需的模块，通过连接器连接到无线SOC模块，无线SOC模块则通过无线信号连接到信息处理模块，信息处理模块为智能终端；软件架构包括无线SOC软件和信息处理软件；通过信息处理软件中的用户界面，用户可以进行无线联接管理、传感器配置，还可以上传、编译、下载、更新无线SOC软件中的传感器驱动程序。本发明实现了低功耗、模块化、智能化的传感系统，用户可根据具体需求，选择合适的传感器模块，快速搭建一个传感系统。

Description

一种低功耗模块化智能传感系统及方法
技术领域
本发明涉及电子信息系统及无线互联技术领域，具体涉及一种低功耗模块化的智能传感系统和方法。
背景技术
随着传感器技术的发展，不断涌现各种各样的传感器，这些传感器体积小、功耗低，能感知不同类型的外界信息，但由于没有统一的标准，这些传感器往往也有不同的输入输出接口、不同的电源功耗要求、不同的驱动程序，在一个系统中集成越多的传感器，体积会随之增大，成本也会越高。为了能测试特定的信息，往往需要专业人员设计各种特定的电路系统、电源以及驱动程序，才能基于特定的传感器或传感器组合，搭建成一个传感系统，这种传感系统通常有以下缺点。
1、更换不同的传感器时，由于接口信号不同，或电源需求不同，或者驱动程序不同，需要重新设计大部分，甚至整个软硬件系统。
2、整个系统经设计人员设计、固化、用户难以施加改变，往往出现部分传感器从未使用，但希望的传感器却没有集成，无法体现智能系统。
3、不支持更换传感器的驱动程序。
4、维修成本高、维护复杂，不利于普通用户使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低功耗、模块化、智能化的传感系统。用户可根据希望感知的信息，选择合适的电源模块、传感器模块，快速搭建一个传感系统。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：提供一种低功耗、模块化、智能化的传感系统，包括硬件架构和软件架构，所述硬件架构包括电源模块、无线SOC模块、信息处理单元模块、传感器模块；所述电源模块、传感器模块通过连接器连接到无线SOC模块；所述无线SOC模块、信息处理单元模块通过无线信号连接；所述电源模块为所述无线SOC模块、传感器模块供应能量；所述信息处理单元模块为智能终端，包括智能手机、PAD、PC电脑等；所述软件架构包括无线SOC软件和信息处理单元软件；所述无线SOC软件包括无线SOC驱动软件、传感器驱动软件、无线协议软件、OS及封装层软件、无线收发及应用层软件；所述信息处理单元软件包括用户界面、无线联接管理、传感器配置、传感器数据处理、驱动管理。
所述硬件架构中的电源模块、无线SOC模块、传感器模块、信息处理单元模块都为系列模块，可以选择使用1个电源模块，1个无线SOC模块， 1个信息处理单元模块，1-多个传感器模块进行组合连接为一个传感器系统，多个传感器系统进而组合成为传感器网络。
所述电源模块为系列电源模块，所述系列电源模块中每种电源模块在正常工作时输出相同的电压范围，但有不同的电流输出能力；所述系列电源模块既可以是包含电路板的电源模块，也可以是单独的电池；所述电池既可以是普通的纽扣电池，也可以是可充电电池；所使用的传感器模块，以及工作时间特性具体确定所选用的电源模块。
所述无线SOC模块为系列无线SOC模块，所述系列无线SOC模块分别支持相同的连接器接口，但有不同的无线通信协议，如WIFI、低功耗蓝牙、NFC，能够与作为信息处理单元的智能终端进行无线连接。
所述系列无线SOC模块包含电源升压、降压、稳压转换电路，并通过连接器为所述传感器模块提供所需的工作电压，无线SOC模块可以通过软件对未使用的电压控制关闭。
所述系列无线SOC模块的接口连接器包含复用或单独的I2C、UART、SPI、PWM、GPIO、ADC输入信号，及为传感器提供的电源电压。
所述系列无线SOC模块，通过无线连接接受信息处理单元的配置，并按照配置读取传感器模块上的传感器数据，再把数据发送给信息处理单元。
所述信息处理单元模块为系列信息处理单元模块，所述系列信息处理单元模块为智能终端，可以为智能手机、PAD或PC，能够与所述系列无线SOC模块进行无线连接。
所述信息处理单元模块，根据用户设置，对所述传感器模块上的传感器进行信息处理。
所述信息处理单元模块，根据用户设置，对所述传感器模块上的传感器进行信息显示、提示。
所述系列信息处理单元，根据用户设置，对所述传感器模块上的传感器的驱动程序进行更新。
所述传感器模块为系列传感器模块，所述系列传感器模块中每种传感器模块分别集成不同的传感器或传感器组合及其附属电路，所选的传感器模块通过连接器连接到无线SOC模块。
所述无线SOC软件、所述传感器驱动软件位于所述无线SOC模块中的分配好的存储空间位置，驱动所在模块的功能。
所述信息处理单元软件为APP应用程序，或网页程序，位于信息处理单元模块中。
所述信息处理单元软件位于信息处理单元模块中，支持与所述无线SOC的连接，按照用户的配置，提供所述传感器的驱动更新、所述传感器的配置、所述传感器的信息接收、处理、报警，以及数据信息的分享。
本发明提出一种低功耗模块化的智能传感方法，通过作为信息处理单元的智能终端读取传感器感知的信息并以多种方式显示，具体步骤包括。
步骤一：用户选择所需的电源模块、传感器模块并通过连接器连接到无线SOC模块上。
步骤二：无线SOC模块与信息处理单元建立无线连接，用户通过信息处理单元的用户界面可以对连接进行参数配置。
步骤三：用户通过信息处理单元的用户界面，在设置选项中选择所选传感器，并设置数据处理选项，信息处理单元将对应的传感器驱动程序下载到无线SOC中。
步骤四：无线SOC模块读取传感器数据，并通过无线连接，将传感器数据发送给信息处理单元。
步骤五：信息处理单元接收传感器数据，并按照设置进行数据处理、显示、或发出提示、报警信息，以及数据信息的分享。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果。
1、本发明使用了模块化的电源、无线SOC、传感器，可以根据用户的需求，快速搭建一个传感系统。
2、本发明使用了智能终端作为信息处理单元，用户可以对联接特性进行智能配置，对使用的传感器模块下载更新对应的驱动程序。
3、本发明通过无线SOC模块上的电源变换、最佳匹配的驱动软件，高度集成的SOC芯片，使得联接实现低功耗。
4、本发明通过电源模块、无线SOC模块、传感器模块、信息处理单元模块的组合联接，可以实现分布式感知系统。
附图说明
图1是本发明的硬件架构框图。
图2是本发明的硬件接口图。
图3是本发明的软件架构框图。
图4是本发明的实施实例。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种低功耗模块化智能传感系统，包括硬件和软件。图1是该传感系统的硬件架构，所述硬件架构包括电源模块、无线SOC模块、信息处理单元模块、传感器模块；所述电源模块、传感器模块通过连接器连接到无线SOC模块；所述无线SOC模块、信息处理单元模块通过无线信号连接；图2是连接器硬件接口，可以为所连接的传感器提供多种电源选择。
电源模块为系列电源模块，在正常工作时输出电压范围相同，但有不同的电流输出能力，电源模块输出的直流电压可通过图2中任一个连接器连接到无线SOC模块的VIN和GND。
以下为系列电源模块的一个实施方案。
选用BQ255xx作为电源处理芯片，芯片内包含能量采集电路、充放电电路、控制电路、保护电路等，外部连接能量源、储能器件。能量源可使用小型、低压的太阳能电池板。储能器件可使用超级电容或可充电电池。
无线SOC模块为系列无线SOC模块，所述系列无线SOC模块分别支持的外部接口相同，但有不同的无线通信协议，如WIFI，低功耗蓝牙，能够与智能终端进行连接。所述系列无线SOC模块包含电源升压、降压、稳压转换电路，并通过连接器为所述传感器模块和执行器模块提供所需的工作电压。所述系列无线SOC模块的接口连接器包含复用或单独的I2C、UART、SPI、PWM、GPIO、ADC输入信号，及为传感器、执行器提供的电源电压。
以下为系列无线SOC模块的一个实施方案。
选用CC254x作为低功耗无线SOC芯片，芯片内包含RAM、FLASH存储器以及UART、SPI、I2C、GPIO、ADC等外设资源，所使用的管脚功能可通过驱动软件配置选择。将管脚分组连接到图2所示的硬件接口连接器，通过无线SOC驱动软件的配合，支持UART、SPI、I2C、PWM、模拟接口类型的传感器和执行器。
选用TPS6273x构成降压电路，将VIN电压转换为CC254x的VDD电压，通过GPIO管脚控制TPS6273x的开关。在进入睡眠前或不需要降压转换时，软件控制GPIO，关闭降压电路。
选用TPS6303x构成稳压电路，将VIN电压转换为1.2~5.5V电压，用于传感器工作电压，通过GPIO管脚控制TPS6303x的开关。在进入睡眠前或不需要稳压转换时，软件控制GPIO，关闭稳压电路。
选用TPS6104x构成升压电路，将VIN电压转换为最高为28V的电压，用于驱动需要高压的传感器，通过GPIO管脚控制TPS6104x的开关。在进入睡眠前或不需要升压转换时，软件控制GPIO，关闭升压电路。
传感器模块为系列传感器模块，所述系列传感器模块中每种传感器模块分别集成不同的传感器或传感器组合及其附属电路。传感器模块通过1个或2个连接器中的全部或部分信号与无线SOC模块连接。传感器模块通过模块上的选择电阻选择接口连接器中适合的电压作为电源。可以使用的传感器数量、种类很多，用户可以自行设计符合图2接口信号的传感器模块，或者选购已有的传感器模块。本实施例使用一个传感器组合模块，包括环境光亮度、温度、湿度、气压、热电堆温度传感器。
选用支持低功耗蓝牙的智能手机作为信息处理单元，本实施例选用联想A936智能手机。鉴于智能终端的广泛应用，以及其处理器强大的计算能力，以其作为信息处理单元，方便实现，易于使用。
图4是本实施例联接实例。包括1个电源模块，1个无线SOC模块，1个传感器模块， 1个信息处理单元。电源模块1为BQ255xx电源模块。
所述无线SOC软件、所述传感器驱动软件位于所述无线SOC模块中的分配好的存储空间位置，驱动所在模块的功能。
所述信息单元软件位于信息单元模块中，为APP应用，支持与所述无线SOC的连接，提供所述传感器的驱动更新、所述传感器的配置、所述传感器的信息收集与处理。
图4实施例中的软件执行过程为无线SOC模块1、智能手机分别启动各自的软件。无线SOC模块执行SOC初始化，启动无线通信协议，并与智能手机建立连接。
根据所使用的传感器类型，在智能手机用户界面中选择对应的驱动程序，下载并传输给无线SOC模块，此步骤只在更换传感器后第一次启动时需要。
智能手机接收传感器数据并进行处理，并按照用户在界面中的设置，将传感器信息进行显示，并发出提示信息。
用户可以更换传感器模块，例如更换为甲醛传感器模块2，此时电源模块1、无线SOC模块1、传感器模块2、智能手机可以就可以形成一个甲醛测试系统。
以上所述仅为本发明的一个实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低功耗模块化智能传感系统，包括硬件架构和软件架构，其特征在于：所述硬件架构包括电源模块、无线SOC模块、信息处理模块、传感器模块；所述电源模块、传感器模块、通过连接器连接到无线SOC模块；所述无线SOC模块通过无线信号连接到信息处理模块；所述电源模块为所述无线SOC模块、传感器模块供应能量；所述信息处理单元模块为智能终端；所述软件架构包括无线SOC软件和信息处理单元软件；所述无线SOC软件包括无线SOC驱动软件、传感器驱动软件、无线协议软件、OS及封装层软件、无线收发及应用层软件；所述信息处理软件包括用户界面、无线联接管理、传感器配置、数据处理与显示，可以为APP应用程序或网页应用程序。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗模块化智能传感系统，其特征在于：所述硬件架构中的电源模块、无线SOC模块、传感器模块、信息处理单元模块都为系列模块，可以选择使用1个电源模块，1个无线SOC模块， 1个信息处理单元模块，1-多个传感器模块进行组合连接为一个传感器系统，多个传感器系统进而组合成为传感器网络。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗模块化智能传感系统，其特征在于所述电源模块，包括：
所述电源模块为系列电源模块，每种电源模块在正常工作时输出相同的电压范围，但有不同的电流输出能力，可以是包含电路板的电源模块，也可以是单独的电池；所述电池既可以是普通的纽扣电池，也可以是可充电电池。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗模块化智能传感系统，其特征在于所述无线SOC模块，包括：
所述无线SOC模块为系列无线SOC模块，每种无线SOC模块有相同的连接器接口，接口连接器包含可连接外设接口的管脚信号，及经升压、降压、稳压转换后的电源电压，能够与电源模块、传感器模块连接；每种无线SOC模块支持至少一种智能终端所支持的无线通信协议，包括WIFI、低功耗蓝牙、NFC等，能够与作为信息处理单元的智能终端进行无线连接，接受信息处理单元的配置，并按照配置驱动传感器。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗模块化智能传感系统，其特征在于所述信息处理单元模块，包括：
所述信息处理单元模块为系列信息处理单元模块，每种信息处理单元模块为智能终端，包括智能手机、PAD、PC等，与所述系列无线SOC模块进行无线连接，下载更新传感器的驱动程序，接收、处理、显示传感器信息，并产生提示报警信息。
6.根据权利要求1所述的一种低功耗模块化智能传感系统，其特征在于所述传感器模块，包括：
所述传感器模块为系列传感器模块，每种传感器模块集成不同的传感器或传感器组合及其附属电路，通过连接器连接到无线SOC模块。
7.一种低功耗模块化智能传感方法，其特征在于：系统中包含信息处理单元与无线SOC软件，所述信息处理单元软件为APP或网页应用，通过作为信息处理单元的智能终端读取传感器感知的信息并以多种方式显示，具体步骤包括：
步骤一：用户选择所需的电源模块、传感器模块，并通过连接器连接到无线SOC模块上；
步骤二：无线SOC模块与信息处理单元建立无线连接，用户通过信息处理单元的用户界面可以对连接进行参数配置；
步骤三：用户通过信息处理单元的用户界面，在设置选项中选择所选传感器，并设置数据处理选项，信息处理单元将对应的传感器驱动程序下载到无线SOC；
步骤四：无线SOC模块读取传感器数据，并通过无线连接，将传感器数据发送给信息处理单元；
步骤五：信息处理单元接收传感器数据，并按照设置进行数据处理、显示、或发出提示、报警信息、以及数据信息的分享。
8.根据权利要求7所述的一种低功耗模块化智能传感方法，其特征在于：所述步骤一~三，在执行一次后，相应的配置被保存在信息处理单元模块中，而不需要每次连接都要执行，除非更换新的传感器模块；所述步骤四和五，根据用户设置，在信息处理单元的用户界面中实时显示联接状态信息，传感器数据信息。
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