CN110262314A - 一种垃圾桶状态监测的低功耗控制方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种垃圾桶状态无线监测的功耗控制方法与系统,该系统包括MCU控制模块及分别与之相连接的GPS定位模块、传感器模块、射频收发模块、电源通断开关模块和电池;所述传感器模块用于检测垃圾桶的溢满状态,并根据桶内的溢满情况产生相应的溢满信息,所述溢满信息与GPS位置信息由所述MCU控制模块向上位监控中心反馈。该方法采用MCU控制模块自身休眠机制和根据垃圾桶溢满状态信息来控制系统各个功能模块的通断电切换、工作时长和频率,通过调节垃圾桶溢满次数N、垃圾桶溢满状态检测频率F来控制整个监测系统总能耗,同时根据N和F的大小来确定电池的电量,计算电池续航时间,将电池容量设计与监测过程能耗配比一致,实现高效可靠定量节能。
Description
技术领域
本发明涉及应用于垃圾桶的状态监测技术,具体涉及一种垃圾桶状态监测的低功耗控制方法与系统。
背景技术
当前市场上已经有不少具备装填状态监测系统的智能垃圾桶,但是由于垃圾桶放置的位置不同,人们的生活习惯不同等因素,导致智能垃圾箱耗电量大,这就对智能垃圾箱配备的电池容量提出了更高的要求。针对该问题本发明提出了一种针对垃圾箱智能监测系统的降耗方法。降低监测系统的能量消耗是延迟其正常工作时间的重要技术手段。垃圾桶状态监测系统通常包括多个监测功能模块,主要功耗包括GPS定位模块能耗、垃圾桶状态溢满状态传感器能耗、射频收发模块能耗以及MCU控制模块能耗等,每个功能模块耗电量大小不一,其中GPS定位模块能耗占比最大,依次为射频收发模块能耗、垃圾桶状态溢满状态传感器能耗和MCU控制模块能耗。而垃圾收运主要是根据垃圾满溢状态来收运的,针对这种情况,我们研究发现大概率情况下,同一个垃圾桶在一天内装满的次数一般不会超过3次,更多时间是未满状态。因此,最好的节能方法是根据垃圾桶溢满状态信息来控制监测系统各个功能模块的工作时长和次序,这样便可大幅节省电池的电量。目前现有的智能垃圾箱功耗控制方法主要是采用太阳能供电或周期性定时控制相关模块的通断电动作降低功耗,如专利CN105743167A《一种智能垃圾箱节能控制系统及方法》公开了一种分时长等级的周期性定时控制相关模块的节能方法,即根据蓄电池的电压大小,分为一分钟一次、十分钟一次、一小时一次三个等级控制检测模块的开关。该方法未考虑监测系统各耗电功能模块的相互关系和能耗的大小,也未考虑MCU控制模块自身的能耗的降低方法,且组成的模块太多,成本太高,功耗降低有限。
发明内容
为克服现有技术中存在的缺陷,本发明提出一种垃圾桶状态监测的低功耗控制方法与系统,有效地降低及控制整个监测系统的功耗,其具体技术内容如下:
一种垃圾桶状态监测的低功耗控制系统,其包括:MCU控制模块及分别与之相连接的GPS定位模块、传感器模块、射频收发模块、电源通断开关模块和电池;所述传感器模块用于检测垃圾桶的溢满状态,并根据桶内的溢满情况产生相应的溢满信息,所述溢满信息与GPS位置信息由所述MCU控制模块向上位监控中心反馈,所述电源通断开关模块受控于MCU控制模块实现对GPS定位模块、传感器模块、射频收发模块的供电控制,所述MCU控制模块具有低功耗休眠模式。
于本发明的一个或多个实施例当中,所述MCU控制模块采用STM32L0系列芯片。
于本发明的一个或多个实施例当中,所述射频收发模块选用NB-IoT或LoRa射频芯片。
于本发明的一个或多个实施例当中,所述传感器模块选用超声测距模块。
一种垃圾桶状态监测的低功耗控制方法,其基于上述的垃圾桶状态监测的低功耗控制系统,其包含以下步骤:
步骤一:根据应用需要统计若干定值的大小,其中包括MCU控制模块休眠时功率W0、MCU控制模块工作时功率Wm、传感器模块工作时功率WS、GPS定位模块工作时功率Wg、射频收发模块工作时功率Wr、垃圾桶溢满事件发生后各模块工作时隙T1、检测时长T2、垃圾桶溢满状态检测频率F;
步骤二:通电后系统开启检测模式,MCU控制模块启动检测模式,通过控制所述电源通断开关模块给传感器模块上电使其进入工作状态,开始测距采集垃圾桶的溢满状态,采集完成后MCU控制模块通过控制所述电源通断开关模块给传感器模块断电;
步骤三:所述MCU控制模块根据采集到的状态信息进行判断,若垃圾桶未满,则MCU控制模块进入休眠模式;若垃圾桶已满,则MCU控制模块进入满溢模式,满溢模式完成后也进入休眠模式;
步骤四:所述MCU控制模块到达唤醒时间,休眠模式结束并返回步骤二循环;其中:
所述检测模式是:当MCU控制模块驱动电源通断开关模块给垃圾桶状态溢满状态传感器模块上电工作,检测垃圾桶状态溢满状态,此时系统能耗计算方法为:P2=(Wm+WS)*T2*F;
所述溢满模式是:当MCU控制模块监测到垃圾桶溢满事件发生时,驱动电源通断开关模块给GPS定位模块、射频收发模块上电工作,待GPS定位模块完成定位,射频收发模块将垃圾桶位置、满溢信息无线发射到监测中心后,MCU控制模块又驱动电源通断开关模块给传感器模块、GPS定位模块、射频收发模块断电;此时系统能耗计算方法为:P1=(Wm+WS+Wg+Wr)*T1*N,其中,N为监测到垃圾桶溢满状态的次数;
所述休眠模式是:当MCU控制模块监测到垃圾桶未装满或溢满模式完成时,MCU控制模块驱动电源通断开关模块给传感器模块、GPS定位模块、射频收发模块断电,同时MCU控制模块进入休眠,此时,系统能耗计算方法为:P0=Wo*T3*F,T3为休眠时长;
系统总能耗P为:P=P1+P2+P0,因此,通过调节垃圾桶溢满次数N、垃圾桶溢满状态检测频率F可控制系统总能耗,同时可根据N和F的大小来确定电池的电量,计算电池续航时间,为垃圾桶状态监测和收运提供指导。
于本发明的一个或多个实施例当中,垃圾桶溢满事件发生后各模块工作时隙T1小于3分钟。
本发明的有益效果是:采用MCU控制模块自身休眠机制来降低MCU控制模块自身能耗,同时根据垃圾桶溢满状态信息来系统各个功能模块的通断电切换、工作时长和频率,从而降低系统能耗,通过调节垃圾桶溢满次数N、垃圾桶溢满状态检测频率F来控制整个监测系统总能耗,同时根据N和F的大小来确定电池的电量,计算电池续航时间,将电池容量设计与监测过程能耗配比一致,实现高效可靠定量节能。
附图说明
图1为垃圾桶状态监测的低功耗控制系统的框架示意图。
图2为垃圾桶状态监测的低功耗控制方法的流程图。
附图标号说明:1、MCU控制模块;1-1、MCU低功耗休眠模式;1-2、MCU正常工作模式;2、控制总线,3、电源供电线,4、传感器模块,5、射频收发模块,6、GPS定位模块,7、电源通断开关模块,8、电池;K1为传感器模块的供电开关、K2为射频收发模块的供电开关,K3为GPS定位模块的供电开关。
具体实施方式
如下结合附图,对本申请方案作进一步描述:
参见附图1,一种垃圾桶状态监测的低功耗控制系统,其包括:MCU控制模块1及分别与之相连接的GPS定位模块6、传感器模块4、射频收发模块5、电源通断开关模块7和电池8;所述传感器模块4用于检测垃圾桶的溢满状态,并根据桶内的溢满情况产生相应的溢满信息,所述溢满信息与GPS位置信息由所述MCU控制模块1向上位监控中心反馈,所述电源通断开关模块7受控于MCU控制模块1实现对GPS定位模块6、传感器模块4、射频收发模块5的供电控制,所述MCU控制模块1具有低功耗休眠模式。该系统的通信控制方式是MCU控制模块1通过串口分别与GPS定位模块6、传感器模块4、射频收发模块5相连,实现对垃圾桶的定位和溢满状态信息的采集和控制,并通过射频收发模块5无线传输。判断垃圾桶/箱满,则通过控制电源通断开关模块7给GPS定位模块6、射频收发模块5供电,获取GPS定位位置信息和垃圾桶/箱满溢信息,通过射频收发模块5将信息传输给监控中心,然后MCU控制模块1通过控制电源通断开关模块7给对GPS定位模块6、传感器模块4、射频收发模块5断电,并且MCU控制模块1又进入低功耗睡眠模式,节省电池电量,等待下次从低功耗睡眠模式进入到正常工作模式,如此循环。
本实施例中,所述MCU控制模块1采用STM32L0系列芯片,所述射频收发模块5选用NB-IoT或LoRa射频芯片,所述传感器模块4选用超声测距模块,该超声测距模块安装于垃圾桶的上部或顶端。
参见附图2,一种垃圾桶状态监测的低功耗控制方法,其基于上述的垃圾桶状态监测的低功耗控制系统,其包含以下步骤:
步骤一:根据应用需要统计若干定值的大小,其中包括MCU控制模块1休眠时功率W0、MCU控制模块1工作时功率Wm、传感器模块4工作时功率WS、GPS定位模块6工作时功率Wg、射频收发模块5工作时功率Wr、垃圾桶溢满事件发生后各模块工作时隙T1(一般设置为小于3分钟)、检测时长T2、垃圾桶溢满状态检测频率F;
步骤二:通电后系统开启检测模式,MCU控制模块1启动检测模式,通过控制所述电源通断开关模块7给传感器模块4上电使其进入工作状态,开始测距采集垃圾桶的溢满状态,采集完成后MCU控制模块1通过控制所述电源通断开关模块7给传感器模块4断电;
步骤三:所述MCU控制模块1根据采集到的状态信息进行判断,若垃圾桶未满,则MCU控制模块1进入休眠模式;若垃圾桶已满,则MCU控制模块1进入满溢模式,满溢模式完成后也进入休眠模式;
步骤四:所述MCU控制模块1到达唤醒时间,休眠模式结束并返回步骤二循环;其中:
所述检测模式是:当MCU控制模块1驱动电源通断开关模块7给传感器模块4上电工作,检测垃圾桶状态溢满状态,此时系统能耗计算方法为:P2=(Wm+WS)*T2*F;其中Wm、WS、T2为定值,因此,系统能耗P的大小取决于垃圾桶溢满状态检测频率F,垃圾桶溢满状态检测频率F越小,能耗越小;
所述溢满模式是:当MCU控制模块1监测到垃圾桶溢满事件发生时,驱动电源通断开关模块7给GPS定位模块6、射频收发模块5上电工作,待GPS定位模块完成定位,射频收发模块5将垃圾桶位置、满溢信息无线发射到监测中心后,MCU控制模块1又驱动电源通断开关模块7给传感器模块4、GPS定位模块6、射频收发模块5断电;此时系统能耗计算方法为:P1=(Wm+WS+Wg+Wr)*T1*N,其中,N为监测到垃圾桶溢满状态的次数;其中Wm、WS、Wg、Wr、T1为定值,因此,系统能耗P的大小取决于垃圾桶溢满次数N,发生溢满次数N越少,能耗越小;
所述休眠模式是:当MCU控制模块1监测到垃圾桶未装满或溢满模式完成时,MCU控制模块1驱动电源通断开关模块7给传感器模块4、GPS定位模块6、射频收发模块5断电,同时MCU控制模块1进入休眠,此时,系统能耗计算方法为:P0=Wo*T3*F;其中Wo为定值,休眠时长T3和垃圾桶溢满状态检测频率F成反比,T3*F为定值,因此,系统能耗休眠模式时P0的大小不受影响;
系统总能耗P为:P=P1+P2+P0,因此,通过调节垃圾桶溢满次数N、垃圾桶溢满状态检测频率F可控制系统总能耗,同时可根据N和F的大小来确定电池的电量,计算电池续航时间,为垃圾桶状态监测和收运提供指导。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明,凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等,均应视为本专利的保护范围。
Claims (6)
1.一种垃圾桶状态监测的低功耗控制系统,其特征在于,包括:MCU控制模块及分别与之相连接的GPS定位模块、传感器模块、射频收发模块、电源通断开关模块和电池;所述传感器模块用于检测垃圾桶的溢满状态,并根据桶内的溢满情况产生相应的溢满信息,所述溢满信息与GPS位置信息由所述MCU控制模块向上位监控中心反馈,所述电源通断开关模块受控于MCU控制模块实现对GPS定位模块、传感器模块、射频收发模块的供电控制,所述MCU控制模块具有低功耗休眠模式。
2.根据权利要求1所述的垃圾桶状态监测的低功耗控制系统,其特征在于:所述MCU控制模块采用STM32L0系列芯片。
3.根据权利要求1所述的垃圾桶状态监测的低功耗控制系统,其特征在于:所述射频收发模块选用NB-IoT或LoRa射频芯片。
4.根据权利要求1所述的垃圾桶状态监测的低功耗控制系统,其特征在于:所述传感器模块选用超声测距模块。
5.一种垃圾桶状态监测的低功耗控制方法,其基于权利要求1至4任一项所述的垃圾桶状态监测的低功耗控制系统,其包含以下步骤:
步骤一:根据应用需要统计若干定值的大小,其中包括MCU控制模块休眠时功率W0、MCU控制模块工作时功率Wm、传感器模块工作时功率WS、GPS定位模块工作时功率Wg、射频收发模块工作时功率Wr、垃圾桶溢满事件发生后各模块工作时隙T1、检测时长T2、垃圾桶溢满状态检测频率F;
步骤二:通电后系统开启检测模式,MCU控制模块启动检测模式,通过控制所述电源通断开关模块给传感器模块上电使其进入工作状态,开始测距采集垃圾桶的溢满状态,采集完成后MCU控制模块通过控制所述电源通断开关模块给传感器模块断电;
步骤三:所述MCU控制模块根据采集到的状态信息进行判断,若垃圾桶未满,则MCU控制模块进入休眠模式;若垃圾桶已满,则MCU控制模块进入满溢模式,满溢模式完成后也进入休眠模式;
步骤四:所述MCU控制模块到达唤醒时间,休眠模式结束并返回步骤二循环;其中:
所述检测模式是:当MCU控制模块驱动电源通断开关模块给垃圾桶状态溢满状态传感器模块上电工作,检测垃圾桶状态溢满状态,此时系统能耗计算方法为:P2=(Wm+WS)*T2*F;
所述溢满模式是:当MCU控制模块监测到垃圾桶溢满事件发生时,驱动电源通断开关模块给GPS定位模块、射频收发模块上电工作,待GPS定位模块完成定位,射频收发模块将垃圾桶位置、满溢信息无线发射到监测中心后,MCU控制模块又驱动电源通断开关模块给传感器模块、GPS定位模块、射频收发模块断电;此时系统能耗计算方法为:P1=(Wm+WS+Wg+Wr)*T1*N,其中,N为监测到垃圾桶溢满状态的次数;
所述休眠模式是:当MCU控制模块监测到垃圾桶未装满或溢满模式完成时,MCU控制模块驱动电源通断开关模块给传感器模块、GPS定位模块、射频收发模块断电,同时MCU控制模块进入休眠,此时,系统能耗计算方法为:P0=Wo*T3*F,T3为休眠时长;
系统总能耗P为:P=P1+P2+P0,因此,通过调节垃圾桶溢满次数N、垃圾桶溢满状态检测频率F可控制系统总能耗,同时可根据N和F的大小来确定电池的电量,计算电池续航时间,为垃圾桶状态监测和收运提供指导。
6.根据权利要求5所述的垃圾桶状态监测的低功耗控制方法,其特征在于:垃圾桶溢满事件发生后各模块工作时隙T1小于3分钟。
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