CN106487525B - 基于125KHz无线唤醒信号的远程唤醒系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于125KHz无线唤醒信号的远程唤醒系统和方法，包括：指挥控制端命令启动模块用于发送唤醒指令给125KHz低频无线唤醒模块；125KHz低频无线唤醒模块根据唤醒指令，产生125KHz的低频无线唤醒信号；混频调制模块对125KHz低频无线唤醒信号进行载波调制；射频发送模块将调制后的无线唤醒信号发送到远程无人工作单元；射频接收模块接收无线唤醒信号；低通滤波模块将接收到的无线唤醒信号进行低通滤波；功率计筛选模块将滤波后的低频信号进行功率筛选，得到125KHz低频无线唤醒信号；远程无人工作单元工作模块根据唤醒信号唤醒远程无人工作单元。本发明信号传输距离远，并解决了无人值守设备功耗过高的问题。

Description

基于125KHz无线唤醒信号的远程唤醒系统和方法

技术领域

本发明涉及无线信号传输技术领域，尤其涉及一种基于125KHz无线唤醒信号的远程唤醒系统和方法。

背景技术

目前，远程无人工作单元工作在人烟稀少，甚至是人类无法到达的地区，远程无人工作单元的工作只能依赖有限电源(如电池)供电。然而，实际应用中通常要求远程无人工作单元能够在艰苦恶劣的环境中工作较长时间，在工作现场对远程无人工作单元经常性地更换电源是不实际的，这给远程无人工作单元的应用带来了非常尖锐的矛盾。可见，电源能量对远程无人工作单元应用的制约非常大。因此，本发明提供一种125KHz无线唤醒信号的远距离传输系统和方法，通过传输唤醒信号的方式，使远程工作单元在由需要时被唤醒，才进入工作流程，如此减少了远程工作单元本身的能量消耗，缓解了电源能量对远程无人工作单元应用的制约。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于125KHz无线唤醒信号的远程唤醒系统和方法，用以解决现有无人值守设备功耗过高的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于125KHz无线唤醒信号的远程唤醒系统，具体包括：

设置在指挥控制端上的指挥控制端命令启动模块、125KHz低频无线唤醒模块、混频调制模块、射频发送模块；

设置在远程无人工作单元上的射频接收模块、低通滤波模块、功率计筛选模块、远程无人工作单元工作模块；

其中，指挥控制端命令启动模块用于发送唤醒指令给125KHz低频无线唤醒模块，以启动125KHz低频无线唤醒模块；

125KHz低频无线唤醒模块，用于根据上述唤醒指令，产生125KHz的低频无线唤醒信号；

混频调制模块，用于对125KHz低频无线唤醒模块产生的125KHz低频无线唤醒信号进行载波调制；

射频发送模块，用于将调制后的无线唤醒信号发送到远程无人工作单元；

射频接收模块，用于接收无线唤醒信号；

低通滤波模块，用于将接收到的无线唤醒信号通过低通滤波器进行低通滤波；

功率计筛选模块，用于将滤波后的低频信号进行功率筛选，得到原始125KHz低频无线唤醒信号；

远程无人工作单元工作模块，用于根据125KHz低频无线唤醒信号唤醒远程无人工作单元。

其中，所述唤醒指令进一步包括唤醒指令报文头、标识、报文尾和校验和信息，其中标识用于标识不同的远程无人工作单元。

所述混频调制模块进一步包括上变频器和带通滤波器；上变频器用于信号调制，实现将信号的频谱频移到所需要的较高载波频率上；带通滤波器用于提取和频信号，滤掉差频信号及干扰信号。

所述射频发送模块进一步包括自动增益控制模块、射频功率放大器。

所述低通滤波模块采用无源低通滤波的方式。

本发明还提供了一种使用上述远程唤醒系统，实现基于125KHz无线唤醒信号的远程唤醒方法，包括步骤：

步骤S1.远距离传输系统上电；

步骤S2.指挥控制端命令启动模块，通过发送唤醒指令，启动125KHz低频无线唤醒模块，由125KHz低频无线唤醒模块产生一个125KHz的低频无线唤醒信号，并发送到混频调制模块；

步骤S3.混频调制模块对125KHz低频无线唤醒信号进行上变频调制；

步骤S4.射频发送模块将经过上述调制的信号，发送到远程无人工作单元；

步骤S5.远程无人工作单元的射频接收模块，对调制后的高频信号进行接收，并传输给低通滤波模块；

步骤S6.低通滤波模块对上述高频信号进行滤波，滤除高频载波，保留低频信号，并将低频信号传输给功率计筛选模块；

步骤S7.功率计筛选模块对低频信号进行功率筛选，保留125KHz低频无线唤醒信号；

步骤S8.远程无人工作单元工作模块根据接收到的125KHz低频无线唤醒信号，唤醒远程无人工作单元，从而进入工作流程。

其中，步骤S3中，信号经过上变频调制后，通过一个带通滤波器，以提取出和频成分，滤掉差频成分及干扰成分。

步骤S4中，所述的射频发送模块进一步包括自动增益控制模块、射频功率放大器；自动增益控制模块用于进行信号强度的调整，射频功率放大器用于对信号进行功率放大。

步骤S6中，所述的低通滤波模块采用无源低通滤波器。

步骤S7中，所述功率计筛选模块通过设置一个功率门限值来滤除噪声。

本发明有益效果如下：

采用混频调制、低通滤波和功率筛选等方法实现125KHz无线唤醒信号的远距离非视距传输，远程唤醒系统构成简单，信号传输距离远，解决了低频无线唤醒信号无法远距离传输的条件限制；此外，远程无人工作单元没有必要时刻保持在高速的工作状态，只需在必要时加以唤醒，这样能减少自身的能量消耗，解决了无人值守设备功耗过高的问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为125KHz无线唤醒信号的远距离传输系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明的一个具体实施例，公开了一种基于125KHz无线唤醒信号的远程唤醒系统，具体包括：指挥控制端命令启动模块、125KHz低频无线唤醒模块、混频调制模块、射频发送模块、射频接收模块、低通滤波模块、功率计筛选模块、远程无人工作单元工作模块。其中，指挥控制端命令启动模块、125KHz低频无线唤醒模块、混频调制模块、射频发送模块设置在指挥控制端；射频接收模块、低通滤波模块、功率计筛选模块、远程无人工作单元工作模块设置在远程无人工作单元上。

其中，指挥控制端命令启动模块用于发送唤醒指令给125KHz低频无线唤醒模块，以启动125KHz低频无线唤醒模块；所述唤醒指令进一步包括唤醒指令报文头、标识、报文尾和校验和信息，其中标识用于标识不同的远程无人工作单元。

125KHz低频无线唤醒模块，用于根据上述唤醒指令，产生125KHz的低频无线唤醒信号。

混频调制模块，用于对125KHz低频无线唤醒模块产生的125KHz低频无线唤醒信号进行载波调制；混频调制模块进一步包括上变频器和带通滤波器；所述上变频器用于信号的上变频调制，实现将信号的频谱频移到所需要的较高载波频率上，实施例中具体采用一个高频信号作为载波，将125KHz频率的信号搬移到该高频频段，信号经过上述调制后，产生一个低频信号和高频信号，该低频信号称为差频信号，该高频信号称为和频信号；所述带通滤波器用于提取和频信号，滤掉差频信号以及其他干扰信号。

射频发送模块，用于将调制后的无线唤醒信号通过天线无线发送到远程无人工作单元。实施例中射频发送模块进行无线发送的功率为5瓦特、传输距离不小于5公里。射频发送模块进一步还可以包括自动增益控制模块、射频功率放大器。具体地，将调制后的信号先经过自动增益控制模块，进行信号强度的调整；再经过射频功率放大器，对信号进行功率放大，然后才进入天线。

射频接收模块，用于通过天线接收无线唤醒信号。

低通滤波模块，用于将接收到的无线唤醒信号通过低通滤波器进行低通滤波；优选的，可以采用无源低通滤波的方式。

功率计筛选模块，用于将滤波后的低频信号进行功率筛选，得到原始125KHz低频无线唤醒信号。

远程无人工作单元工作模块，用于根据125KHz低频无线唤醒信号唤醒远程无人工作单元，从而使得远程无人工作单元进入工作流程。

本发明的另一个具体实施例，公开了一种使用上述远程唤醒系统，实现基于125KHz无线唤醒信号的远程唤醒方法，包括步骤：

步骤S1.远距离传输系统上电；所述远距离传输系统，具体包括：设置在指挥控制端的指挥控制端命令启动模块、125KHz低频无线唤醒模块、混频调制模块、射频发送模块；以及设置在远程无人工作单元上的射频接收模块、低通滤波模块、功率计筛选模块、远程无人工作单元工作模块。

步骤S2.指挥控制端命令启动模块发送唤醒指令，启动125KHz低频无线唤醒模块，由125KHz低频无线唤醒模块产生一个125KHz的低频无线唤醒信号，并发送到混频调制模块；

步骤S3.混频调制模块对125KHz低频无线唤醒信号进行上变频调制，具体地，采用一个高频信号作为载波，将125KHz频率的信号搬移到该高频频段。

混频调制模块中采用上变频器实现上变频调制，具体是：利用两个信号在时域上作相乘来实现频域上的搬移。两个正弦信号输入到乘法器电路中，在输出端可以得到一个和频成分和一个差频成分，如公式1所示：

其中，A为本地高频震荡信号的振幅，B为125KHz低频无线唤醒信号的振幅，ω1是本地高频震荡信号的频率，ω2是125KHz低频无线唤醒信号的频率。由式1可以看到，经过混频后得到了一个(ω1－ω2)的差频成分和一个(ω1+ω2)的和频成分。经过上述过程即完成了频率转换，幅度上不会产生失真。

信号经过上变频器的调制后，产生一个低频信号和高频信号，低频信号叫差频信号，高频信号叫和频信号。

优选的，信号经过上变频调制后，通过一个带通滤波器，该带通滤波器用于提取出需要的和频成分，滤掉差频成分以及其他的干扰成分。

步骤S4.射频发送模块将经过上述调制的信号，通过天线发送到远程无人工作单元。

优选的，射频发送模块进一步包括自动增益控制模块、射频功率放大器。在信号发送之前：上述调制的信号先经过自动增益控制模块，用于进行信号强度的调整，提高信噪比，防止信号失真；然后经过射频功率放大器，该模块用于对信号进行功率放大，接着经过上述处理的信号进入天线。

步骤S5.远程无人工作单元的射频接收模块，对调制后的高频信号进行接收，并传输给低通滤波模块。

具体地，通过无线环境，电磁波的入射电场到达远程无人工作单元接收天线上各个分布点。沿天线导体表面的电场分量在天线上激起电流，在这个切向分量的作用下，天线元段产生感应电动势，这个感应电动势将在负载上产生电流。此时，远程无人工作单元天线才能够及时地捕捉到调制后的特定频段无线信号。

步骤S6.低通滤波器滤波模块对上述高频信号进行滤波，通过滤波把高频载波滤除，仅保留低频信号，并将低频信号传输给功率计筛选模块。

优选的，低通滤波器滤波模块采用无源低通滤波器，该无源低通滤波器允许信号中的低频或直流分量通过，抑制高频分量或干扰和噪声。所述无源低通滤波器由无源器件组成，实施例中无源器件具体采用无源电阻和电容并联。无源器件利用电容和电感元件的电抗随频率的变化而变化的原理构成的，具有电路简单，不需要直流电源供电(低功耗)、可靠性高等特点。利用上述无源低通滤波器的特性对接收到的高频信号进行无源低通滤波，把高频载波滤除，仅保留低频信号。

步骤S7.功率计筛选模块对低频信号进行功率筛选。由于125KHz低频无线唤醒信号的功率是有一定范围的，因此通过功率计筛选模块后，可以把功率范围之外的低频信号滤除，仅留下125KHz低频无线唤醒信号。

步骤S6中通过低通滤波器后的信号有125KHz信号，也有低频噪声信号，由于125KHz信号的功率要大于低频噪声的功率，因此功率计筛选模块通过设置一个功率门限值来滤除不需要的低频波段的噪声，只保留125KHz信号。将经过功率计筛选模块的功率筛选后，将得到的125KHz低频无线唤醒信号传输到远程无人工作单元工作模块。

步骤S8.远程无人工作单元工作模块根据接收到的125KHz低频无线唤醒信号，在识别出上述唤醒指令中的标识与接收信号的远程无人工作单元的标识相匹配后，唤醒远程无人工作单元，从而进入工作流程。

需要说明的是，在未对远程无人工作单元进行唤醒时，其工作在休眠模式；或者可以在完成指定工作后自动转入休眠模式。远程无人工作单元在在进入睡眠状态时，工作在微电流(毫安甚至微安级)监听状态，以避免过大的功耗。远程无人工作单元在接收到正确的唤醒信号后，能够迅速的从睡眠状态转换到工作状态。

当远程无人工作单元没有接收到射频唤醒信号的时候，远程无人工作单元不会自发地从睡眠状态转换到工作状态，而且也不会被其他无线信号“误”唤醒。

综上所述，本发明实施例提供了一种125KHz无线唤醒信号的远距离传输系统和方法，采用混频调制、低通滤波和功率筛选等方法实现125KHz无线唤醒信号的远距离非视距传输，可以应用于远程无人工作单元唤醒控制领域，且系统构成简单，信号传输距离远，解决了低频无线唤醒信号无法远距离传输的条件限制。此外，远程无人工作单元没有必要时刻保持在高速的工作状态，平时让远程无人工作单元处于休眠状态，甚至完全关闭，必要时加以唤醒是一种有效的节能方案，能减少自身的能量消耗，解决了无人值守设备功耗过高的问题，实现了低功耗。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于125KHz无线唤醒信号的远程唤醒系统，包括：

设置在指挥控制端上的指挥控制端命令启动模块、125KHz低频无线唤醒模块、混频调制模块、射频发送模块；

设置在远程无人工作单元上的射频接收模块、低通滤波模块、功率计筛选模块、远程无人工作单元工作模块；

其中，指挥控制端命令启动模块用于发送唤醒指令给125KHz低频无线唤醒模块，以启动125KHz低频无线唤醒模块；

125KHz低频无线唤醒模块，用于根据上述唤醒指令，产生125KHz的低频无线唤醒信号；

混频调制模块，用于对125KHz低频无线唤醒模块产生的125KHz低频无线唤醒信号进行载波调制；利用两个信号在时域上作相乘来实现频域上的搬移；两个正弦信号输入到乘法器电路中，在输出端可以得到一个和频成分和一个差频成分，公式为：

其中，A为本地高频震荡信号的振幅，B为125KHz低频无线唤醒信号的振幅，ω1是本地高频震荡信号的频率，ω2是125KHz低频无线唤醒信号的频率；经过混频后得到了一个(ω1－ω2)的差频成分和一个(ω1+ω2)的和频成分；

射频发送模块，用于将调制后的无线唤醒信号发送到远程无人工作单元；

射频接收模块，用于接收无线唤醒信号；

低通滤波模块，用于将接收到的无线唤醒信号通过低通滤波器进行低通滤波，所述低通滤波模块采用无源低通滤波的方式；

功率计筛选模块，用于将滤波后的低频信号进行功率筛选，得到原始125KHz低频无线唤醒信号；

远程无人工作单元工作模块，用于根据125KHz低频无线唤醒信号唤醒远程无人工作单元。

2.根据权利要求1所述的远程唤醒系统，其特征在于，所述唤醒指令进一步包括唤醒指令报文头、标识、报文尾和校验和信息，其中标识用于标识不同的远程无人工作单元。

3.根据权利要求1所述的远程唤醒系统，其特征在于，所述混频调制模块进一步包括上变频器和带通滤波器；上变频器用于信号调制，实现将信号的频谱频移到所需要的较高载波频率上；带通滤波器用于提取和频信号，滤掉差频信号及干扰信号。

4.根据权利要求1所述的远程唤醒系统，其特征在于，所述射频发送模块进一步包括自动增益控制模块、射频功率放大器。

5.一种使用权利要求1-4所述的远程唤醒系统，实现基于125KHz无线唤醒信号的远程唤醒方法，其特征在于，包括步骤：

步骤S1.远距离传输系统上电；

步骤S2.指挥控制端命令启动模块，通过发送唤醒指令，启动125KHz低频无线唤醒模块，由125KHz低频无线唤醒模块产生一个125KHz的低频无线唤醒信号，并发送到混频调制模块；

步骤S3.混频调制模块对125KHz低频无线唤醒信号进行上变频调制；利用两个信号在时域上作相乘来实现频域上的搬移； 两个正弦信号输入到乘法器电路中，在输出端可以得到一个和频成分和一个差频成分，公式为：

其中，A为本地高频震荡信号的振幅，B为125KHz低频无线唤醒信号的振幅，ω1是本地高频震荡信号的频率，ω2是125KHz低频无线唤醒信号的频率；经过混频后得到了一个(ω1－ω2)的差频成分和一个(ω1+ω2)的和频成分；

步骤S4.射频发送模块将经过上述调制的信号，发送到远程无人工作单元；

步骤S5.远程无人工作单元的射频接收模块，对调制后的高频信号进行接收，并传输给低通滤波模块；

步骤S6.低通滤波模块对上述高频信号进行滤波，滤除高频载波，保留低频信号，并将低频信号传输给功率计筛选模块，所述的低通滤波模块采用无源低通滤波器；

步骤S7.功率计筛选模块对低频信号进行功率筛选，保留125KHz低频无线唤醒信号；

步骤S8.远程无人工作单元工作模块根据接收到的125KHz低频无线唤醒信号，唤醒远程无人工作单元，从而进入工作流程。

6.根据权利要求5所述的远程唤醒方法，其特征在于，步骤S3中，信号经过上变频调制后，通过一个带通滤波器，以提取出和频成分，滤掉差频成分及干扰成分。

7.根据权利要求5所述的远程唤醒方法，其特征在于，步骤S4中所述的射频发送模块进一步包括自动增益控制模块、射频功率放大器；自动增益控制模块用于进行信号强度的调整，射频功率放大器用于对信号进行功率放大。

8.根据权利要求5所述的远程唤醒方法，其特征在于，步骤S7中所述功率计筛选模块通过设置一个功率门限值来滤除噪声。