CN112181121A - 一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统及方法，通过摩擦纳米发电机将人体运动时产生的机械能转化为电能，生成交流电信号，并通过整流电路模块将生成的交流电信号转变为直流电信号，作为单片机的外部中断触发信号输入至单片机控制系统，当人体不运动，不产生中断时，系统处于极低功耗的休眠状态，当人体运动时，外部中断产生，系统唤醒并完成相应检测功能，随后再次进入休眠状态，整个系统实现极低的功耗，利用最便捷的自驱动外部中断触发方式唤醒深度休眠的单片机，达到控制系统最为省电的目的，具有较好的用户友好性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及纳米能源技术领域，具体涉及一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统及方法。
背景技术
已有的单片机中断唤醒包括外部中断、定时器中断、传感器模块中断以及复位等方式。其中定时器中断、传感器模块中断即使在休眠模式下依然需要消耗一定的电量。复位的方式会破坏程序的运行结构。相比较来说，外部中断的方式在不破坏程序运行的基础上，可以实现耗能最小中断的产生。
已有的外部中断唤醒单片机的方式需要用户自发的进行中断的触发行为，这会降低产品使用的便捷性。因此，研究自驱动外部中断唤醒单片机技术，对于实现低功耗、用户友好性具有巨大的价值和意义。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统及方法，以解决现有的单片机中断唤醒方式存在的需要用户自发的进行中断的触发行为，产品使用便捷性低的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提出了一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统，所述系统包括依次连接的外部中断模块、整流电路模块和单片机控制系统；
所述外部中断模块包括摩擦纳米发电机，所述摩擦纳米发电机用于将人体运动时产生的机械能转化为电能，生成交流电信号；
所述整流电路模块用于将生成的所述交流电信号转变为直流电信号，并将所述直流电信号作为单片机的外部中断触发信号输入至单片机控制系统；
所述单片机控制系统用于在接收到所述外部中断触发信号后单片机被唤醒并控制驱动各功能模块，当人体不运动时，系统进入低功耗休眠模式。
进一步地，所述摩擦纳米发电机包括上下相对设置的上电极板和下电极板，所述上电极板固定设置在上基板的下方，所述下电极板固定设置在下基板的上方，所述下电极板上通过双面胶粘接有一层FEP薄膜，当人体运动按压上基板或下基板，FEP薄膜与上电极板接触产生异性电荷，上基板和下基板分离时，上基板电荷被FEP薄膜电荷引诱转移到下基板，在外电路产生交流电信号，通过上基板和下基板的不断接触分离产生接连不断的交流信号。
进一步地，所述上电极板和下电极板均为铝金属薄膜板，所述上基板和下基板均为亚克力板。
进一步地，所述摩擦纳米发电机的尺寸结构大小为40mm×40mm×10mm，所述上基板或下基板的尺寸为40mm×40mm×5mm，所述FEP薄膜的尺寸为40mm×40mm×0.1mm，所述上电极板或下电极板的尺寸为40mm×40mm×0.1mm，所述双面胶的厚度为150μm。
进一步地，所述整流电路模块包括耐高压整流桥。
进一步地，所述单片机控制系统包括低功耗单片机以及与所述单片机连接的多个功能模块，所述单片机通过外部中断引脚连接所述整流电路模块。
进一步地，所述单片机选用STM32L151系列或者MSP430系列单片机。
进一步地，所述功能模块包括计步传感器或GPS定位模块。
根据本发明实施例的第二方面，提出了一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒方法，所述方法包括：
将人体运动时产生的机械能转化为电能，生成交流电信号；
将生成的所述交流电信号转变为直流电信号，并将所述直流电信号作为单片机的外部中断触发信号输入至单片机控制系统；
所述单片机控制系统在接收到所述外部中断触发信号后单片机被唤醒并控制驱动各功能模块，当人体不运动时，系统进入低功耗休眠模式。
本发明实施例具有如下优点：
本发明实施例提出的一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统及方法，通过摩擦纳米发电机将人体运动时产生的机械能转化为电能，生成交流电信号，并通过整流电路模块将生成的交流电信号转变为直流电信号，作为单片机的外部中断触发信号输入至单片机控制系统，当人体不运动，不产生中断时，系统处于极低功耗的休眠状态，当人体运动时，外部中断产生，系统唤醒并完成相应检测功能，随后再次进入休眠状态，整个系统实现极低的功耗，利用最便捷的自驱动外部中断触发方式唤醒深度休眠的单片机，达到控制系统最为省电的目的，具有较好的用户友好性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例1提供的一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统中摩擦纳米发电机的结构示意图；
图3为本发明实施例1提供的一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统中单片机控制系统的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提出了一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统，如图1所示，该系统包括依次连接的外部中断模块110、整流电路模块120和单片机控制系统130。
外部中断模块110包括摩擦纳米发电机，摩擦纳米发电机用于将人体运动时产生的机械能转化为电能，生成交流电信号。摩擦纳米发电机经过人体走路的按压、人体运动的摩擦等方式将机械能转化为交流电信号，摩擦纳米发电机可以利用滑动式以及接触分离式，优选接触分离式。
本实施例中采用接触分离起电原理，如图2所示，摩擦纳米发电机包括上下相对设置的上电极板111和下电极板112，上电极板111固定设置在上基板113的下方，下电极板112固定设置在下基板114的上方，下电极板112上通过双面胶115粘接有一层FEP(Fluorinatedethylene propylene，氟化乙烯丙烯共聚物(全氟乙烯丙烯共聚物))薄膜115，当人体运动按压上基板113或下基板114，FEP薄膜115与上电极板111接触产生异性电荷，上基板113和下基板114分离时，上基板113电荷被FEP薄膜115电荷引诱转移到下基板114，在外电路产生交流电信号，通过上基板113和下基板114的不断接触分离产生接连不断的交流信号。上电极板111和下电极板112均为平整的铝金属薄膜板，上基板113和下基板114均为造价便宜、化学性能稳定的亚克力板，同时可以承受一定的人体压力。
该摩擦纳米发电机的尺寸结构大小为40mm×40mm×10mm，上基板113或下基板114的尺寸为40mm×40mm×5mm，FEP薄膜115的尺寸为40mm×40mm×0.1mm，上电极板111或下电极板112的尺寸为40mm×40mm×0.1mm，双面胶115的厚度为150μm。
整流电路模块120用于将生成的交流电信号转变为直流电信号，并将直流电信号作为单片机的外部中断触发信号输入至单片机控制系统130。整流电路模块120包括耐高压整流桥。接触分离产生的电信号经过整流桥完成交流—直流信号的转变，整流后的直流信号进入到单片机的中断引脚。
如图3所示，单片机控制系统130包括低功耗单片机以及与单片机连接的多个功能模块，单片机通过外部中断引脚连接整流电路模块120，功能模块如计步传感器或GPS定位模块等。单片机选用STM32L151系列或者MSP430系列单片机，根据应用场景搭载计步传感器、GPS定位模块或其他传感器集成具有一定功能的控制系统。单片机控制系统130用于在接收到外部中断触发信号后单片机被唤醒并控制驱动各功能模块，当人体不运动时，系统进入低功耗休眠模式。当长时间没有应用需求时，单片机进入最低功耗的休眠模式，消耗最低的系统功耗；当用户运动时，触发单片机的外部中断并唤醒控制系统，完成相应的传感功能，当传感功能执行完毕时，视用户需求重新进入休眠模式，维持低功耗运行。典型的外部中断触发时间视休眠模式于0.3—300μs不等。
本实施例通过摩擦纳米发电机完成人体机械能—电能的转化，通过电能整流模块完成电信号的调整，达到单片机外部中断触发电信号的要求，电信号输入到休眠单片机的外部中断引脚，实现单片机控制系统130的唤醒，利用最便捷的自驱动外部中断触发方式唤醒深度休眠的单片机，达到控制系统最为省电的目的，具有较好的用户友好性。
实施例2
与上述实施例相对应的，本实施例提出了一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒方法，该方法包括：
将人体运动时产生的机械能转化为电能，生成交流电信号；
将生成的交流电信号转变为直流电信号，并将直流电信号作为单片机的外部中断触发信号输入至单片机控制系统130；
单片机控制系统130在接收到外部中断触发信号后单片机被唤醒并控制驱动各功能模块，当人体不运动时，系统进入低功耗休眠模式。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的外部中断模块、整流电路模块和单片机控制系统；
所述外部中断模块包括摩擦纳米发电机，所述摩擦纳米发电机用于将人体运动时产生的机械能转化为电能，生成交流电信号；
所述整流电路模块用于将生成的所述交流电信号转变为直流电信号，并将所述直流电信号作为单片机的外部中断触发信号输入至单片机控制系统；
所述单片机控制系统用于在接收到所述外部中断触发信号后单片机被唤醒并控制驱动各功能模块，当人体不运动时，系统进入低功耗休眠模式。
2.根据权利要求1所述的一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统，其特征在于，所述摩擦纳米发电机包括上下相对设置的上电极板和下电极板，所述上电极板固定设置在上基板的下方，所述下电极板固定设置在下基板的上方，所述下电极板上通过双面胶粘接有一层FEP薄膜，当人体运动按压上基板或下基板，FEP薄膜与上电极板接触产生异性电荷，上基板和下基板分离时，上基板电荷被FEP薄膜电荷引诱转移到下基板，在外电路产生交流电信号，通过上基板和下基板的不断接触分离产生接连不断的交流信号。
3.根据权利要求2所述的一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统，其特征在于，所述上电极板和下电极板均为铝金属薄膜板，所述上基板和下基板均为亚克力板。
4.根据权利要求2所述的一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统，其特征在于，所述摩擦纳米发电机的尺寸结构大小为40mm×40mm×10mm，所述上基板或下基板的尺寸为40mm×40mm×5mm，所述FEP薄膜的尺寸为40mm×40mm×0.1mm，所述上电极板或下电极板的尺寸为40mm×40mm×0.1mm，所述双面胶的厚度为150μm。
5.根据权利要求1所述的一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统，其特征在于，所述整流电路模块包括耐高压整流桥。
6.根据权利要求1所述的一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统，其特征在于，所述单片机控制系统包括低功耗单片机以及与所述单片机连接的多个功能模块，所述单片机通过外部中断引脚连接所述整流电路模块。
7.根据权利要求1所述的一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统，其特征在于，所述单片机选用STM32L151系列或者MSP430系列单片机。
8.根据权利要求1所述的一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒系统，其特征在于，所述功能模块包括计步传感器或GPS定位模块。
9.一种自驱动外部中断休眠单片机唤醒方法，其特征在于，所述方法包括：
将人体运动时产生的机械能转化为电能，生成交流电信号；
将生成的所述交流电信号转变为直流电信号，并将所述直流电信号作为单片机的外部中断触发信号输入至单片机控制系统；
所述单片机控制系统在接收到所述外部中断触发信号后单片机被唤醒并控制驱动各功能模块，当人体不运动时，系统进入低功耗休眠模式。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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