CN107577189B - 一种自动监测系统的精确定时唤醒方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动监测领域，其公开了一种自动监测系统的精确定时唤醒装置及方法，解决传统技术中无法进行精确唤醒、唤醒可靠性低、系统计时误差大的问题。该定时唤醒装置包括电源、MCU、开关模块、带闹钟输出的RTC电路；所述RTC电路直接与电源相连，所述开关模块串联在系统供电回路中，所述RTC电路的闹钟信号输出端与开关模块的控制端相连，所述MCU通过通信接口与RTC电路相连。此外，本发明还公开了另一种精确定时唤醒装置，其在上述装置的基础上增加了逻辑门电路和GPS授时模块，MCU和RTC电路通过逻辑门电路连接到开关模块，MCU通过GPS授时模块获取授时信号对RTC时钟校正。

Description

一种自动监测系统的精确定时唤醒方法

技术领域

本发明涉及自动监测领域，具体涉及一种自动监测系统的精确定时唤醒装置。

背景技术

各种自动监测系统在实际应用中，一般是间隔一定时间采样一次，采样及数据处理所需时间一般远小于两次采样间隔。为了延长电池寿命及减小设备损耗，当系统采样及数据处理完毕后，系统即进入休眠状态，待下一次采样时再定时自动唤醒，进行采样及数据处理工作。

目前，对于自动监测系统的定时唤醒，现有技术采用方案为：当MCU(微控制器)在完成当前监测工作后，进入低功耗的休眠状态，各种外设(如传感器、输入输出接口等)停止工作，待下一次采样时，MCU由内部定时器或外部定时器通过中断唤醒，再进行下一次监测工作；RTC(实时时钟芯片)电路在现有技术中仅提供监测系统的计时功能，不参与唤醒工作。

该定时唤醒方案存在以下缺陷：

1、在MCU休眠后，定时功能由MCU内部定时器或外部定时器提供，而定时器精度一般较低，特别是MCU内部定时器误差极大，很难做到精确定时唤醒。

2、当设备在恶劣环境下使用或存在干扰时，MCU在休眠过程中可能发生死机、无法唤醒、意外唤醒等情况，导致系统异常，因而唤醒可靠性低。

3、RTC电路存在累积误差，随着设备使用时间增加，RTC误差越来越大，导致系统计时误差增大，影响使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种自动监测系统的精确定时唤醒装置及方法，解决传统技术中无法进行精确唤醒、唤醒可靠性低、系统计时误差大的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的方案是：

一种自动监测系统的精确定时唤醒装置，包括电源、MCU、开关模块、带闹钟输出的RTC电路；所述RTC电路直接与电源相连，所述开关模块串联在系统供电回路中，所述RTC电路的闹钟信号输出端与开关模块的控制端相连，所述MCU通过通信接口与RTC电路相连。

此外，作为一种优选方式，本发明还提供了另外一种自动监测系统的精确定时唤醒装置；其包括电源、MCU、开关模块、带闹钟输出的RTC电路，还包括逻辑门电路和GPS授时模块；所述逻辑门电路的一个输入端连接RTC电路的闹钟信号输出端，另一个输入端连接MCU的一个I/O口，其输出端与开关模块的控制端相连；所述MCU还通过通信接口与GPS授时模块和RTC电路相连，以获取授时信号对RTC时钟进行校正。

作为进一步优化，所述开关模块为可控电子开关或带开关控制的供电模块。

作为进一步优化，所述逻辑门为与门或者或门，若所述开关电路的控制端低电平有效，则采用与门，若所述开关电路的控制端高电平有效，则采用或门。

作为进一步优化，RTC电路采用高精度工业级元器件。

作为进一步优化，所述逻辑门采用与门电路，其包括第一二极管、第二二极管、第三二极管；该唤醒装置还包括按钮开关；所述第一二极管、第二二极管、第三二极管的正极均连接开关模块的控制端，所述控制端为低电平有效，并内置上拉电阻，第一二极管的负极连接RTC电路的闹钟信号输出端，第二二极管的负极连接MCU的一个I/O口，第三二极管的负极通过按钮开关接地。

作为进一步优化，所述MCU与RTC电路之间通过I²C接口通信，所述MCU与授时模块之间通过UART接口通信。

此外，本发明基于上述定时唤醒装置，还提出了一种自动监测系统的精确定时唤醒方法，其包括以下步骤：

a.在系统处于休眠状态时，仅有RTC电路能够从电源获取供电，其它组件均处于断电状态；

b.在设定的时间到来时，RTC电路的闹钟输出控制信号，开关模块输出，使得系统得电，MCU开始运行并通过I/O口输出开启电平来维持开关模块输出，从而维持系统得电运行；

c.MCU对RTC电路的闹钟进行复位，复位完成后处理相关监测工作；

d.监测工作处理完成后，MCU读取GPS授时模块的授时信号，利用授时信号对RTC时钟进行校正；

e.MCU判断是否收到对RTC电路的闹钟进行检查或修改的用户输入信号，若收到，则对RTC电路的闹钟进行相应操作，若一定时间内未收到，则通过I/O口输出关闭电平来关断开关模块的输出，系统失电，再次进入休眠状态。

作为进一步优化，该方法还包括：

在系统处于休眠状态时，如需手动唤醒系统，则按下按钮开关，开关模块输出，使得系统得电运行，MCU运行后通过I/O口输出开启电平，来维持开关模块输出，从而维持系统得电运行；此时，若松开按钮开关，则系统仍然会继续运行，直到MCU的I/O口输出关闭电平关来断开关模块的输出，系统失电，再次进入休眠状态。

本发明的有益效果是：

1、由MCU获取GPS的授时信号对RTC时钟进行校正，使得计时精度大大提高，实现了系统的精确定时唤醒；

2、系统的唤醒仅由RTC电路控制，与MCU无关，避免了恶劣条件下MCU唤醒异常，提高了唤醒的可靠性；RTC电路采用高精度工业级元器件，进一步提升了唤醒的可靠性与计时的精确性。

3、系统休眠时仅有RTC电路工作，其余电路没有供电，休眠功耗较低。

附图说明

图1为本发明中的一种精确定时唤醒装置示意图；

图2为本发明中的另一种精确定时唤醒装置示意图；

图3为自动监测系统的精确定时唤醒方法流程图；

图4为实施例中的精确定时唤醒装置示意图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种自动监测系统的精确定时唤醒装置及方法，解决传统技术中无法进行精确唤醒、唤醒可靠性低、系统计时误差大的问题。

如图1所示，作为本发明中精确定时唤醒装置的一种实现方式，其包括：

电源、MCU、可控电子开关(也可采用带开关控制的供电模块)、带闹钟输出的RTC电路；所述RTC电路直接与电源相连，所述开关模块串联在系统供电回路中，所述RTC电路的闹钟信号输出端与开关模块的控制端相连，所述MCU通过通信接口与RTC电路相连。

对于本实施例来说，由带闹钟输出的RTC电路提供计时及唤醒功能，并且在系统供电回路串联一个可控电子开关，可控电子开关控制整个系统除RTC电路之外的供电(包括MCU、传感器的供电等)，可控电子开关由RTC电路的闹钟输出控制；当电路处于休眠状态时，整个系统仅有RTC电路有供电，其他组件均处于断电状态。在设定的时间到来时，RTC电路的闹钟输出控制信号，可控电子开关打开，整个系统得电运行，系统可按照设定完成相关监测工作，在完成相关监测工作后，MCU通过与RTC电路相连的通信接口控制RTC电路的闹钟复位，可控电子开关断电，系统即可再次进入休眠状态。

如图2所示，作为本发明中精确定时唤醒装置的另一种实现方式，其在图1所示的装置基础上增加了逻辑门电路和GPS授时模块；所述逻辑门电路的一个输入端连接RTC电路的闹钟信号输出端，另一个输入端连接MCU的一个I/O口，其输出端与可控电子开关的控制端相连；所述MCU通过一个通信接口与RTC电路连接，还通过另一个通信接口与GPS授时模块连接。

采用逻辑门电路是为了便于完成对RTC电路的时钟和闹钟进行修改，在修改的时候也能保证可控电子开关的持续开启。

本实施例中的逻辑门电路可以采用与门实现，也可以采用或门实现，具体根据可控电子开关的控制开启信号需求而定：当可控电子开关的控制开启控制信号为高电平有效时，逻辑门电路采用或门；当可控电子开关的控制开启控制信号为低电平有效时，逻辑门电路采用与门。

此外，为了提高计时精度，并实现精确定时唤醒，在系统工作时，MCU通过通讯接口读取GPS模块提供的授时信号，对RTC时钟进行校正。

而本发明中的RTC电路可采用高精度工业级元器件，以增强稳定性和环境适应性，确保计时及唤醒的可靠性。

基于上述自动监测系统的精确定时唤醒装置，本发明实现的精确定时唤醒方法如图3所示，其包括以下实现步骤：

1、在系统处于休眠状态时，仅有RTC电路能够从电源获取供电，其它组件均处于断电状态；

2、在设定的时间到来时，RTC电路的闹钟输出控制信号，开关模块输出，使得系统得电，MCU开始运行并通过I/O口输出开启电平来维持开关模块输出，从而维持系统得电运行；

3、MCU对RTC电路的闹钟进行复位，复位完成后处理相关监测工作；

4、监测工作处理完成后，MCU读取GPS授时模块的授时信号，利用授时信号对RTC时钟进行校正；

5、MCU判断是否收到对RTC电路的闹钟进行检查或修改的用户输入信号，若收到，则对RTC电路的闹钟进行相应操作，若一定时间内未收到，则通过I/O口输出关闭电平来关断开关模块的输出，系统失电，再次进入休眠状态。

实施例：

如图4所示，在本实施例中，电池正极与带开关控制的供电模块输入端连接，电池负极接地。供电模块输出稳定的直流电压，为MCU、GPS、传感器等供电。此外，为了保障RTC电路在系统休眠时也能够工作，由电池直接给RTC电路供电。供电模块的开关控制脚EN为低电平有效，内置上拉电阻。本实施例中，RTC电路采用工业级DS3231，内置晶振，带温度补偿，带闹钟输出，具有精度高、工作温度范围广、适应性强的优点。GPS模块采用u-blox neo-6m。MCU为AVR、STM等常用单片机，带I²C和UART通讯接口。二极管D1、D2、D3构成与门，DS3231的INT(闹钟输出)引脚连接二极管D1负极，MCU的某个I/O口连接二极管D2负极，D3负极与按钮开关的一端连接，按钮开关的另一端接地。D1、D2、D3正极连接在一起并连接供电模块的开关控制脚EN。MCU与DS3231之间采用I²C进行通讯，MCU与GPS模块采用UART进行通讯。

其工作流程为：系统上电后，供电模块的开关控制引脚EN处于高电平状态，供电模块无输出，系统仅有RTC电路(DS3231)工作。RTC电路已事先编程设定好了时间及闹钟。当到达设定的时间时，DS3231的INT引脚由高电平转为低电平，并持续输出低电平(直到闹钟被复位)，供电模块的开关控制引脚EN被拉低，供电模块输出，系统得电运行。MCU运行后，与D2连接的I/O口输出低电平，维持系统开启。接下来，MCU通过I²C通讯接口对DS3231的闹钟进行复位(复位后，DS3231的INT引脚为高电平)，以便下一次闹钟启动。完成上述工作后，MCU开始处理相关监测工作。待监测工作处理完成后，MCU通过UART通讯接口读取GPS模块的授时数据，并通过I²C通讯接口对DS3231的时钟进行校正。下一步，MCU根据需要(由用户进行按键输入或者程序自动判定)，对DS3231的闹钟设置进行检查或修改。当所有工作完成后，MCU与D2连接的I/O口输出高电平，供电模块关闭，系统失电，再次进入休眠状态。

如需手动唤醒系统，按下按钮开关K，拉低供电模块EN脚，系统得电运行，MCU运行后，与D2连接的I/O口输出低电平，维持系统开启，此时松开按钮开关，系统仍然会继续运行，直到MCU与D2连接的I/O口输出高电平，供电模块关闭，系统失电，再次进入休眠状态。

Claims (2)

1.一种自动监测系统的精确定时唤醒方法，应用于自动监测系统的精确定时唤醒装置，所述自动监测系统的精确定时唤醒装置包括电源、MCU、开关模块、带闹钟输出的RTC电路、逻辑门电路、GPS授时模块；所述RTC电路直接与电源相连，所述开关模块串联在系统供电回路中；所述逻辑门电路的一个输入端连接RTC电路的闹钟信号输出端，另一个输入端连接MCU的一个I/O口，其输出端与开关模块的控制端相连；所述MCU还通过通信接口与GPS授时模块和RTC电路相连，以获取授时信号对RTC时钟进行校正；

其特征在于，该方法包括以下步骤：

a.在系统处于休眠状态时，仅有RTC电路能够从电源获取供电，其它组件均处于断电状态；

b.在设定的时间到来时，RTC电路的闹钟输出控制信号，开关模块输出，使得系统得电，MCU开始运行并通过I/O口输出开启电平来维持开关模块输出，从而维持系统得电运行；

c.MCU对RTC电路的闹钟进行复位，复位完成后处理相关监测工作；

d.监测工作处理完成后，MCU读取GPS授时模块的授时信号，利用授时信号对RTC时钟进行校正；

e.MCU判断是否收到对RTC电路的闹钟进行检查或修改的用户输入信号，若收到，则对RTC电路的闹钟进行相应操作，若一定时间内未收到，则通过I/O口输出关闭电平来关断开关模块的输出，系统失电，再次进入休眠状态。

2.如权利要求1所述的一种自动监测系统的精确定时唤醒方法，其特征在于，所述自动监测系统的精确定时唤醒装置还包括按钮开关，装置中的逻辑门采用与门，其包括第一二极管、第二二极管、第三二极管；所述第一二极管、第二二极管、第三二极管的正极均连接开关模块的控制端，所述控制端为低电平有效，并内置上拉电阻，第一二极管的负极连接RTC电路的闹钟信号输出端，第二二极管的负极连接MCU的一个I/O口，第三二极管的负极通过按钮开关接地；

该方法还包括：

在系统处于休眠状态时，如需手动唤醒系统，则按下按钮开关，开关模块输出，使得系统得电运行，MCU运行后通过I/O口输出开启电平，来维持开关模块输出，从而维持系统得电运行；此时，若松开按钮开关，则系统仍然会继续运行，直到MCU的I/O口输出关闭电平关来断开关模块的输出，系统失电，再次进入休眠状态。