CN110908719A - 一种动态功耗管理和唤醒的方法及其应用系统 - Google Patents

一种动态功耗管理和唤醒的方法及其应用系统 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种动态功耗管理和唤醒的方法及其应用系统，应用于无线秤台组成的系统，包括：初始化，包括设置浅度休眠周期和深度休眠周期；进入正常工作状态，启动浅度休眠计时；在未检测到称重操作，且所述浅度休眠周期未届满，继续检测称重操作；在未检测到称重操作，且所述浅度休眠周期届满，所述无线秤台进入浅度休眠状态，关闭所述无线秤台的通信功能，并开启所述深度休眠周期的计时；如果仍然未检测到称重，且所述深度休眠周期届满，所述无线秤台进入深度休眠状态，关闭除加速度传感器以外的供电；在所述深度休眠状态下，当所述加速度传感器检测到有效振动，开启所述无线秤台的正常工作状态。本发明采用了软硬件协同设计，最大限度降低整个系统的功耗。

Description

一种动态功耗管理和唤醒的方法及其应用系统
技术领域
本发明涉及利用动态功耗自我管理和调节的技术，尤其涉及一种动态功耗管理和唤醒的方法及其应用系统。
背景技术
目前的称重系统功耗管理主要是通过仪表端休眠来达到节能的目的，秤台端的传感器并不进入低功耗模式，这种情况下系统继续保持较高比例的功耗。因此，该方式对需要用电池工作较长时间的系统有很大挑战。另外，在通常的多级别休眠设计中，即使处于最深等级的休眠，由于需要依靠外部操作唤醒，CPU仅处于较深的休眠状态，仍有微小的功耗。同时，系统外围电路中的器件也由于处于上电状态而保持的一定的功耗。这些因素都导致了系统在休眠时功耗增大，电池可用时间的显著减少。
发明内容
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明方法的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
本发明的目的在于为了在电池容量不变的条件下显著提高系统电池使用时间，克服现有功耗管理方案在系统处于休眠模式时仍存在不可忽略的功耗的不足，提供一种利用软硬件结合的设计进行动态功耗管理及系统唤醒的方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种动态功耗管理和唤醒的方法，应用于无线秤台组成的系统，其特征在于，包括：
步骤1，初始化，包括设置浅度休眠周期和深度休眠周期；
步骤2，进入正常工作状态，启动浅度休眠计时；
步骤3，在未检测到称重操作，且所述浅度休眠周期未届满，继续检测称重操作；在未检测到称重操作，且所述浅度休眠周期届满，所述无线秤台进入浅度休眠状态，关闭所述无线秤台的通信功能，并开启所述深度休眠周期的计时；
步骤4，如果仍然未检测到称重，且所述深度休眠周期届满，所述无线秤台进入深度休眠状态，关闭除加速度传感器以外的供电；
步骤5，在所述深度休眠状态下，当所述加速度传感器检测到有效振动，开启所述无线秤台的正常工作状态。
比较好的是，本发明进一步提供了一种动态功耗管理和唤醒的方法，其特征在于，所述步骤3和4中进一步包括：
若检测到称重操作，复位浅度休眠周期的计时，并返回步骤2。
比较好的是，本发明进一步提供了一种动态功耗管理和唤醒的方法，其特征在于，所述步骤4在进入所述深度休眠状态之前，还包括：
步骤41，对所述加速度传感器设置一振动检测参数范围；
所述步骤5中进一步包括：
所述加速度传感器对检测到的所述振动判断是否超出所述振动检测参数范围，若超出则认定为所述有效振动，若未超出则不认定为所述有效振动。
比较好的是，本发明进一步提供了一种动态功耗管理和唤醒的方法，其特征在于，
所述浅度休眠周期和所述深度休眠周期是根据实际称重操作的频度进行设定。
本发明还提供了一种应用系统，包括上述中任一种动态功耗管理和唤醒的方法，其特征在于，所述应用系统包括：
称重传感器，用于感测并获取称重参数；
无线模块，用于传输所述称重参数，在所述浅度休眠状态和所述深度休眠状态下均休眠；
秤台主板，所述秤台主板进一步包括：
一处理器，接收并处理所述称重传感器提供的所述称重参数，提供给所述无线模块进行传输；
一加速度传感器，在所述深度休眠状态下感测并获取振动参数，当检测到有效振动，开启所述无线秤台的正常工作状态；
一控制模块，根据所述两种休眠状态，控制所述处理器、所述称重传感器和所述无线模块的工作状态。
比较好的是，本发明还进一步提供了一种应用系统，其特征在于，
在所述浅度休眠状态下，所述处理器通过所述控制模块关断所述无线模块，在所述深度休眠状态下，所述加速度传感器脱离所述处理器独立运行，检测振动状态。比较好的是，本发明还进一步提供了一种应用系统，其特征在于，所述控制模块进一步包括：
一开关机电路，电连接一供电单元；
一系统电源控制模块，与所述开关机电路电连接，控制所述无线模块、所述称重传感器和所述处理器的通断。
比较好的是，本发明还进一步提供了一种应用系统，其特征在于，所述系统进一步包括：
A/D模块，设置在所述称重传感器和所述处理器之间，受所述系统电源控制模块的控制，用于转换所述称重参数并传输给所述处理器。
比较好的是，本发明还进一步提供了一种应用系统，其特征在于，所述加速度传感器开启所述无线秤台的正常工作状态包括：发出一控制信号给所述控制模块，所述控制信号通过所述开关机电路导通所述供电单元至所述系统电源控制模块，为所述秤台主板，所述称重传感器和所述无线模块供电。
本发明最大限度降低整个系统的功耗。针对现有系统功耗管理方案的不足，提出了利用分级功耗管理的思路，在进入深度休眠状态后切断系统电源，仅通过独立工作的加速度传感器检测振动来唤醒整个系统的做法，以达到极低功耗和最佳节能效果。这种方法具有较普遍适用性，对于原系统的功耗水平没有要求，均可达到最大程度降低功耗的要求。
附图说明
现在将详细参考附图描述本公开的实施例。现在将详细参考本公开的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本公开中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本公开说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本公开。
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
图1为本发明的一种动态功耗管理和唤醒的方法的应用系统组成框图；
图2为图1的系统中所应用的动态功耗管理和唤醒的方法流程图。
附图标记
1――无线秤台
2――仪表
10――秤台主板
100――CPU
101――加速度传感器
102――开关机电路
103――系统电源控制模块
104――A/D模块
11――无线模块
12――称重传感器
13――供电单元
21――无线模块
具体实施方式
本说明书公开了结合本发明特征的一或多个实施例。所公开的实施例仅仅例示本发明。本发明的范围不限于所公开的实施例。本发明由所附的权利要求是来限定。
说明书中引用的“一个实施例”、“一实施例”、“一示例性实施例”等等表明所述的实施例可以包括特殊特征、结构或特性，但所有实施例不必包含该特殊特征、结构或特性。此外，这些短语不必涉及相同的实施例。此外，在联系一实施例描述特殊特征、机构或特性时，就认为联系其他实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性在本领域的技术人员的知识范围之内。
此外，应理解，这里使用的空间描述(例如，之上、之下、上方、左边、右边、下方、顶部、底部、垂直、水平等等)仅用于说明的目的，且这里所描述的结构的实际实现方式可以是按任何定向或方式来在空间上排列。
请参见图1所示，本发明的动态功耗管理和唤醒方法的应用系统包括无线秤台1和仪表2两部分组成。其中，无线秤台1内包括传统组成中的秤台主板10、无线模块11、称重传感器12和供电单元13四个组成部分，其中，无线模块11、称重传感器12和供电单元13都是传统结构。
供电单元13可以采用电池，或外接220V电源方式供电。
本发明的称重系统在硬件结构上改进之处体现在：无线模块11位于无线秤台1内部，但外置于秤台主板10，通过串行通信接口与秤台主板10相连，即与秤台主板10内的CPU100进行数据传输。此外，在仪表2一端，无线模块21也外置于仪表2，通过串行通信接口与仪表2相连。上述无线秤台1中的无线模块11和仪表2中的无线模块21之间通过低功耗蓝牙方式通信进行数据传输。
秤台主板10内包括CPU100、系统电源控制模块103和A/D模块104，本案的另一个重要改进之处在于，该主板10内进一步设置了加速度传感器101和开关机电路102。
进一步了解到，供电单元13为开关机电路102供电，该开关机电路102是对系统电源控制模块103的工作电源控制实行开关机控制，或者说，开关机电路102控制系统电源控制模块103为无线模块11、称重传感器12、CPU100、A/D模块104等供电，且，CPU100还可以进一步控制加速度传感器101和开关机电路102，加速度传感器101还可以对开关机电路102进行控制。很重要的一点是，加速度传感器101不受开关机电路102的控制，而直接由供电单元13供电。
结合图2所示的工作流程图，介绍本发明的动态功耗管理和唤醒方法的工作过程如下：
步骤1，系统上电，初始化，系统上电后进入正常工作状态，各系统组件均处于全速工作的正常功耗状态；
该初始化过程包括，根据用户实际进行称重操作的频度，由CPU100设置系统进入浅度休眠周期和深度休眠周期。举例来说，如果用户平均每5分钟称重一次，每天工作8小时，可以设置浅度休眠周期为2分钟，深度休眠周期为30分钟。这样，正常工作时间约有60％时间处于浅休眠状态，若长时间不进行称重操作或在夜间不工作时，无线秤台1进入最大程度节能的深度休眠状态。
初始化后，无线秤台1的无线模块11、称重传感器12和秤台主板10各个部分均处于工作状态下；
步骤2，无线秤台1进入正常工作状态，浅度休眠计时器开始计时；
步骤3，判断是否检测到有称重操作？
具体是由CPU100通过检测设置在无线秤台1的称重传感器12通过A/D模块104的输出信号变化来判断是否有称重操作发生，如果有，转入步骤4；如果没有则跳转至步骤5。
步骤4，如果有称重操作，则不做任何休眠操作，复位浅度休眠计时，即将浅度休眠计时器设置为零，然后返回步骤2；
步骤5,如果步骤3检测到没有称重操作，则继续浅度休眠计时，如果浅度休眠计时未达到设定值，返回步骤3，不断重复检测是否有称重操作；
步骤6，如果无线秤台1于步骤3没有称重操作，且浅度休眠计时达到设定值，例如达到了上述示例中的2分钟，此时判断仪表2是否处于菜单设置状态，如果处于菜单设置状态，仪表2将不允许秤台1进入休眠，转入步骤3；如果未处于菜单设置状态，进入步骤7；
步骤7，在浅度休眠周期届满且仪表2未处于菜单设置状态的前提下，无线秤台1进入浅度休眠状态；
结合图1所示，在此步骤中，秤台主板10上的CPU100没有检测到无线秤台1中的称重传感器12通过A/D模块104传输信号变化，该CPU100向开关机电路102发出指令，由该电路102通过系统电源控制模块103关闭无线模块11的供电，随即关闭该无线模块11的无线通信功能；除此之外，CPU100此时还启动深度休眠计时器开始计时。在浅度休眠状态中，秤台1的无线模块11关闭，与仪表2的通信中断，但秤台主板10的其他模块，包括CPU100、加速度传感器101、开关机电路102、系统电源控制模块103和A/D模块104仍然在工作；
步骤8，CPU100继续通过检测称重传感器12通过A/D模块104称重的输出信号变化来判断是否有称重操作；
步骤9，如果步骤8中秤台主板10上的CPU100通过A/D模块104检测到称重传感器12的重量信号变化，表明检测到称重操作，进而通过系统电源控制模块103开启无线模块11的供电，无线秤台1快速恢复与仪表2之间的通信并通过无线模块11将相关称重数据上传至仪表2，同时，复位浅度休眠计时，即将浅度休眠计时器设置为零，并回到步骤2的正常工作状态；
步骤10，如果步骤8未检测到称重操作，再进一步判断是否达到深度休眠时间，换句话说，判断步骤7中开始计时的深度休眠周期是否达到？如果没有达到，返回步骤8，继续判断无线秤台1是否有称重操作；如果达到，进入下一步骤；
步骤11，在深度休眠周期届满时，譬如未检测到有称重操作且30分钟的深度休眠周期届满，该系统进入深度休眠状态；
在深度休眠状态下，秤台主板10上CPU100通过开关机电路102控制系统电源控制模块103将除加速度传感器101外的其他部分，包括CPU100、开关机电路102、系统电源控制模块103和A/D模块104等各个模块的电源关闭，此时，整个系统的功耗仅仅是加速度传感器101；
从前述流程步骤中可以了解到，当满足浅度休眠状态、无称重操作、且持续时间达到深度休眠周期等条件的情况下，无线秤台1将直接进入深度休眠状态。在进入深度休眠状态的过程中，无线秤台1的主板CPU100首先初始化主板10上的加速度传感器101并设置振动检测参数，然后利用开关机电路102关断对秤台主板10自身以及称重传感器12的供电，这样，整个系统中只有加速度传感器101在供电单元13的供电下独立工作，包括CPU100、开关机电路102、系统电源控制模块103和A/D电路104，以及无线模块11和称重传感器12均处于断电状态，整个系统的工作电流从几百毫安大幅降低至微安级别，最大限度地减少了系统的功耗。
在这个状态下，系统几乎处于关机状态，加速度传感器101处于低功耗工作状态，上述步骤中，CPU100关闭系统电源之前对加速度传感器101进行振动检测参数设置，该过程的具体做法是：CPU100通过开关机电路102关断系统电源控制模块103之前将振动检测参数写入加速度传感器101中，由加速度传感器101独立工作的时候判断其接收到的振动是否超出该参数范围，如果超出范围则判定为有效振动，如果未超出该范围，则判定检测到的是轻微振动，并不作为正常有效称重振动。加速度传感器101的输出信号接至开关机电路102，在检测到有效称重振动后输出信号控制开关机电路102接入来自供电单元13的电源，并通过系统电源控制模块103开启秤台主板10内的其他模块。
步骤12，在深度休眠状态下，加速度传感器101检测振动状态，如果没有检测到振动，继续返回步骤12，循环检测，一旦检测到有效称重振动，转入下一步骤13；
步骤13，一旦当加速度传感器101检测到有振动发生且振动引起的信号变化超出CPU100设置的振动检测参数时，即表明为有效称重振动的情况下，加速度传感器101将输出一控制信号给开关机电路102，直接接通系统电源；
在称重系统处于深度休眠状态时，如果出现称重操作，操作人员将重物放到秤台1上引起秤台1的振动，加速度传感器101检测到无线秤台1的振动后发出一个控制信号，该控制信号通过开关机电路102接通来自供电单元13的电源至系统电源控制模块103，进而为秤台主板10，称重传感器12和无线模块11供电。
从上述整个流程中可以了解到，本发明的动态功耗管理和唤醒的方法是由开关机电路102从两方面进行控制：一方面，在浅度休眠状态下，由CPU100件控制开关机电路102对系统电源控制模块103的通断控制；另一方面，在系统深度休眠状态下，由加速度传感器101的输出信号直接控制开关机电路102。前一方面中，秤台主板10的CPU100在上电运行后，通过软件控制开关机电路102，维持供电单元13通过开关机电路102供电给系统电源控制模块103，进而该模块103再为秤台主板10的其他模块、称重传感器12和无线模块11供电。
同时，CPU100指令加速度传感器101撤销其在深度休眠状态下对开关机电路102的控制，以允许系统在下次准备进入深度休眠状态时能够控制自我关断。上电完成后，系统重新进入正常工作状态。
上述这一软硬件结合的功耗管理方式在深度休眠时能够比较彻底地控制整个系统功耗处于极低的水平，而不是像传统系统主要控制CPU的工作状态，忽视了系统其他部分的功耗。在唤醒的过程中，巧妙地利用了系统操作的特点，不增加操作步骤，直接通过称重操作引起的振动唤醒系统。这其中的开关机电路102是较关键的部分。这部分电路可以被系统CPU控制，实现关断系统自身供电的功能，也可以由加速度传感器101的输出信号直接控制，为系统上电。而加速度传感器101是直接由供电单元13供电的，在系统电源关断的情况下仍可独立工作检测振动。加速度传感器101的数据线接至CPU100，一旦系统恢复上电后CPU100迅速控制开关机电路102维持住电源并复位加速度传感器101的输出信号，系统进入下一个正常工作到休眠的循环。
综上所述，本发明采用了软硬件协同设计，最大限度降低整个系统的功耗。针对现有系统功耗管理方案的不足，提出了利用分级功耗管理的思路，在进入深度休眠状态后切断系统电源，秤台主板10、无线模块11及称重传感器12均停止工作，仅通过独立工作的加速度传感器101检测振动来唤醒整个系统的做法，以达到极低功耗和最佳节能效果。这种方法具有较普遍适用性，对于原系统的功耗水平没有要求，均可达到最大程度降低功耗的要求。
本发明的上述技术方案，在不改变现有系统结构及称重传感器参数(仍使用常用的350欧姆阻抗的传感器，而不是高阻传感器)的情况下，大幅提升系统电池的使用时间，按正常每天工作8小时计算，新方案电池使用时间提升至原方案的20倍。原方案可使用20天，新方案可使用>400天。
前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。

Claims (9)

1.一种动态功耗管理和唤醒的方法，应用于无线秤台组成的系统，其特征在于，包括：
步骤1，初始化，包括设置浅度休眠周期和深度休眠周期；
步骤2，进入正常工作状态，启动浅度休眠计时；
步骤3，在未检测到称重操作，且所述浅度休眠周期未届满，继续检测称重操作；在未检测到称重操作，且所述浅度休眠周期届满，所述无线秤台进入浅度休眠状态，关闭所述无线秤台的通信功能，并开启所述深度休眠周期的计时；
步骤4，如果仍然未检测到称重，且所述深度休眠周期届满，所述无线秤台进入深度休眠状态，关闭除加速度传感器以外的供电；
步骤5，在所述深度休眠状态下，当所述加速度传感器检测到有效振动，开启所述无线秤台的正常工作状态。
2.根据权利要求1所述的动态功耗管理和唤醒的方法，其特征在于，所述步骤3和4中进一步包括：
若检测到称重操作，复位浅度休眠周期的计时，并返回步骤2。
3.根据权利要求2所述的动态功耗管理和唤醒的方法，其特征在于，所述步骤4在进入所述深度休眠状态之前，还包括：
步骤41，对所述加速度传感器设置一振动检测参数范围；
所述步骤5中进一步包括：
所述加速度传感器对检测到的所述振动判断是否超出所述振动检测参数范围，若超出则认定为所述有效振动，若未超出则不认定为所述有效振动。
4.根据权利要求3所述的动态功耗管理和唤醒的方法，其特征在于，
所述浅度休眠周期和所述深度休眠周期是根据实际称重操作的频度进行设定。
5.一种应用系统，包括权利要求1～4中任一种动态功耗管理和唤醒的方法，其特征在于，所述应用系统包括：
称重传感器，用于感测并获取称重参数；
无线模块，用于传输所述称重参数，在所述浅度休眠状态和所述深度休眠状态下均休眠；
秤台主板，所述秤台主板进一步包括：
一处理器，接收并处理所述称重传感器提供的所述称重参数，提供给所述无线模块进行传输；
一加速度传感器，在所述深度休眠状态下感测并获取振动参数，当检测到有效振动，开启所述无线秤台的正常工作状态；
一控制模块，根据所述两种休眠状态，控制所述处理器、所述称重传感器和所述无线模块的工作状态。
6.根据权利要求5所述的应用系统，其特征在于，
在所述浅度休眠状态下，所述处理器通过所述控制模块关断所述无线模块，在所述深度休眠状态下，所述加速度传感器脱离所述处理器独立运行，检测振动状态。
7.根据权利要求6所述的应用系统，其特征在于，所述控制模块进一步包括：
一开关机电路，电连接一供电单元；
一系统电源控制模块，与所述开关机电路电连接，控制所述无线模块、所述称重传感器和所述处理器的通断。
8.根据权利要求7所述的应用系统，其特征在于，所述系统进一步包括：
A/D模块，设置在所述称重传感器和所述处理器之间，受所述系统电源控制模块的控制，用于转换所述称重参数并传输给所述处理器。
9.根据权利要求8所述的应用系统，其特征在于，所述加速度传感器开启所述无线秤台的正常工作状态包括：发出一控制信号给所述控制模块，所述控制信号通过所述开关机电路导通所述供电单元至所述系统电源控制模块，为所述秤台主板，所述称重传感器和所述无线模块供电。
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