CN112601272B - 一种物联网智能感知终端无线电唤醒的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种物联网智能感知终端无线电唤醒的实现方法，使用对象是电池供电的传感器采集设备，通过本发明使用的无线电唤醒技术可以极大的减少感知终端本地无线通讯的在线时间，从而降低感知终端的平均功耗，增加感知终端在不更换电池情况下的使用寿命，提高物联网智能感知终端的工程实用性。本发明提供的物联网智能感知终端的无线电唤醒实现方法由超低功耗的带通滤波器、电压放大器、整流稳压单元和比较器组成，在绝大部分时间内，主控单元和通讯模组处于休眠状态时，终端的休眠功耗非常低。通过无线电唤醒的方式，终端在绝大部分时间内处于低功耗的休眠工作模式，正常工作时间的占空比很小，相比无线通讯始终处于监测状态的采集设备，无线功耗大幅降低。

Description

一种物联网智能感知终端无线电唤醒的实现方法
技术领域
本发明涉及一种实现物联网智能感知终端无线电唤醒的方法。
背景技术
物联网智能感知终端是一种实现信息智能采集、异质数据整合、统一资源模型的物联网设备，物联网智能感知终端的出现解决了物联网终端因缺乏统一标准而造成的信息协同困难、软硬件碎片化的问题。
在许多的场景应用中，物联网智能感知终端需要在电池供电的情况下长期稳定工作，同时需要采集大量传感器的无线数据。在受限的供电环境下，想要实现物联网智能感知终端的长期免维护运行，必须降低运行功耗。然而，现有的物联网低功耗设计往往围绕传感器节点展开，目的是降低传感器节点功耗，但在许多场景下，使用无线通讯采集传感器数据的采集设备自身也是由电池供电的功耗敏感设备，因此同样需要针对传感器的采集设备进行低功耗设计。由于物联网智能感知终端需要管理多种传感器，常用的方案是无线通讯始终处于通讯监测状态，因此存在平均能耗高、使用寿命短、需要频繁更换电池的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：物联网智能感知终端的无线通讯始终处于通讯监测状态，存在平均能耗高、使用寿命短、需要频繁更换电池的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种物联网智能感知终端无线电唤醒的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、物联网智能感知终端的主控单元控制无线模组进入休眠模式后，主控单元自身也进入休眠模式；
步骤2、由射频天线持续接收无线电信号；
步骤3、当射频天线接收到无线电信号后，由始终处于工作状态的射频唤醒单元将该无线电信号转换为直流检测信号后，基于该直流检测信号输出唤醒信号，其中，射频唤醒单元由物联网智能感知终端的电池供电；
步骤4、主控单元被射频唤醒单元输出的唤醒信号唤醒后，唤醒无线模组，控制无线模组接收无线数据；
若传感器要向物联网智能感知终端发送测量数据，传感器会先向物联网智能感知终端发送无线唤醒数据，再发送测量数据；
步骤5、被唤醒后的主控单元若通过无线模组未接收到无线唤醒数据，则说明此次唤醒是误唤醒，返回步骤1，否则，进入步骤6；
步骤6、被唤醒的主控单元控制无线模组继续等待传感器后续发送的数据，直到传感器发送的测量数据全部接收完成后，再对测量数据进行处理；
步骤7、主控单元对接收的测量数据处理完成后，返回步骤1。
优选地，步骤3中，所述射频唤醒单元包括始终处于工作状态的带通滤波器、电压放大器、整流稳压单元及比较器；
所述射频天线接收到所述无线电信号后，先由带通滤波器滤除带外的噪声，提取出所需频段的信号，该信号经过电压放大器放大到便于检测的信号幅值后被送入整流稳压单元，由整流稳压单元对放大后的信号进行整流、稳压后转换为所述直流检测信号，所述直流检测信号与比较器的基准电压比较后，产生高电平脉冲的所述唤醒信号。
优选地，步骤4中，若当前一次唤醒是误唤醒，则在返回所述步骤1之间，主控单元调低所述电压放大器的放大倍数，以达到降低所述射频唤醒单元灵敏度的目的。
优选地，步骤7中，主控单元对接收的测量数据处理完成后，先根据本次唤醒时接收到的无线信号的信号强度适应性地调大或调小所述电压放大器的放大倍数，完成所述射频唤醒单元灵敏度的自适应调节，其中，若本次唤醒时接收到的无线信号的信号强度较弱，则调大所述电压放大器的放大倍数，若本次唤醒时接收到的无线信号的信号强度较强，则调小所述电压放大器的放大倍数；完成所述射频唤醒单元灵敏度调节后，再返回所述步骤1。
优选地，对所述射频唤醒单元的灵敏度调节时，设置所述电压放大器的放大倍数使得放大后的所述直流检测信号幅值是所述基准信号幅值的1.5-2.5倍。
本发明提出了一种物联网智能感知终端无线电唤醒的实现方法，使用对象不再是物联网传感器节点，而是电池供电的传感器采集设备，通过本发明使用的无线电唤醒技术可以极大的减少感知终端本地无线通讯的在线时间，从而降低感知终端的平均功耗，增加感知终端在不更换电池情况下的使用寿命，提高物联网智能感知终端的工程实用性。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明提供的物联网智能感知终端的无线电唤醒实现方法由超低功耗的带通滤波器、电压放大器、整流稳压单元和比较器组成，在绝大部分时间内，主控单元和通讯模组处于休眠状态时，终端的休眠功耗非常低。
(2)通过无线电唤醒的方式，终端在绝大部分时间内处于低功耗的休眠工作模式，正常工作时间的占空比很小，相比无线通讯始终处于监测状态的采集设备，无线功耗大幅降低。
(3)通过动态调节电压放大器的放大倍数，终端可以滤除无线电噪声干扰，避免频繁地被无线电噪声误唤醒，同时确保终端在无线数据传输时能够被唤醒，不会漏掉无线数据包。
本发明提出的一种物联网智能感知终端无线电唤醒的实现方法，可大大减少本地无线通讯运行时间，从而降低感知终端的平均功耗，延长电池使用寿命。
附图说明
图1为物联网智能感知终端的无线电唤醒原理框图；
图2为物联网智能感知终端无线通信工作流程。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，本发明提供的一种物联网智能感知终端无线电唤醒的实现方法基于的硬件主要包含射频天线001、射频唤醒单元002、比较器006、主控单元007、无线模组008、电源管理单元009和电池010，其中，射频唤醒单元002包含带通滤波器003、电压放大器004和整流稳压单元005。
当空间中没有无线电信号传输时，主控单元007和无线模组008都处于休眠状态，只有超低功耗的带通滤波器003、电压放大器004、比较器006处在工作状态，用于检测空间中的无线电信号，此时物联网智能感知终端的功耗非常低。当传感器通过无线发送数据时，首先发送一小段特定数据用于唤醒物联网智能感知终端，射频天线001接收到无线电信号后，先由带通滤波器003滤除带外的噪声，提取出所需频段的信号，经过电压放大器004放大到便于检测的信号幅值后送入整流稳压单元005。整流稳压单元005对放大后的信号进行整流、稳压后转换为直流检测信号，直流检测信号与比较器006的基准电压比较后，产生高电平脉冲的唤醒信号，将主控单元007唤醒。主控单元007被唤醒后立即唤醒无线模组008，控制无线模组008接收无线数据。主控单元007确认收到唤醒数据后，等待接收传感器后续发送的测量数据，接收并处理完传感器发送的无线数据后，主控单元007控制无线模组008再次进入休眠状态，同时主控单元007自己也进入休眠状态，等待下一次的无线电唤醒。
物联网智能感知终端主要由电池010供电，电源管理单元009将电池电压转换成主控单元007、无线模组008和射频唤醒单元002所需的供电电压，同时输出基准电压给比较器006，用于产生唤醒信号。
如图2所示为物联网智能感知终端的低功耗工作流程图，物联网智能感知终端在初始化完成后进入休眠状态，有两种方式会唤醒物联网智能感知终端：一是无线电经过射频唤醒单元002和比较器006产生唤醒信号唤醒物联网智能感知终端的主控单元007；另一种是无线心跳定时器的定时唤醒信号。
当物联网智能感知终端的主控单元007被比较器006唤醒后，首先唤醒无线模组008，控制无线模组008接收无线数据。若无线模组008未接收到无线唤醒数据，则说明此次唤醒是空间噪声等干扰信号引起的误唤醒，于是主控单元007调小放大倍数，降低射频唤醒单元002的灵敏度，以避免经常性地被空间噪声等干扰信号唤醒。若无线模组008接收到无线唤醒数据，则说明此次唤醒是传感器发送数据前的唤醒数据，传感器在发送完唤醒数据后，将继续发送测量数据。被唤醒的主控单元007控制无线模组008继续等待传感器后续发送的数据，直到传感器发送的测量数据全部接收完成后，再对测量数据进行处理，最后根据接收无线信号的信号强度，调整电压放大器004的放大倍数，保证经过电压放大器004放大后的直流检测信号幅度足够检测到唤醒信号，但又不会因为放大倍数太大而经常被噪声信号误唤醒。一般而言，设置放大倍数使得放大后的直流检测信号幅值是基准信号幅值的1.5-2.5倍左右比较合适。数据处理完成后，主控单元007控制无线模组008进入休眠模式，同时自己也进入休眠模式，等待下一次的唤醒信号。
通过以上步骤，本发明用一种基于无线电唤醒的方法，极大地减少物联网智能感知终端本地无线通讯的在线时间，从而大大降低终端的平均功耗，增加终端在不更换电池情况下的使用寿命，提高了物联网智能感知终端的工程实用性。

Claims (2)

1.一种物联网智能感知终端无线电唤醒的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、物联网智能感知终端的主控单元控制无线模组进入休眠模式后，主控单元自身也进入休眠模式；
步骤2、由射频天线持续接收无线电信号；
步骤3、当射频天线接收到无线电信号后，由始终处于工作状态的射频唤醒单元将该无线电信号转换为直流检测信号后，基于该直流检测信号输出唤醒信号，其中，射频唤醒单元由物联网智能感知终端的电池供电，其中，所述射频唤醒单元包括始终处于工作状态的带通滤波器、电压放大器、整流稳压单元及比较器；
所述射频天线接收到所述无线电信号后，先由带通滤波器滤除带外的噪声，提取出所需频段的信号，该信号经过电压放大器放大到便于检测的信号幅值后被送入整流稳压单元，由整流稳压单元对放大后的信号进行整流、稳压后转换为所述直流检测信号，所述直流检测信号与比较器的基准电压比较后，产生高电平脉冲的所述唤醒信号；
步骤4、主控单元被射频唤醒单元输出的唤醒信号唤醒后，唤醒无线模组，控制无线模组接收无线数据；
若传感器要向物联网智能感知终端发送测量数据，传感器会先向物联网智能感知终端发送无线唤醒数据，再发送测量数据；
步骤5、被唤醒后的主控单元若通过无线模组未接收到无线唤醒数据，则说明此次唤醒是误唤醒，主控单元调低所述电压放大器的放大倍数，以达到降低所述射频唤醒单元灵敏度的目的，返回步骤1，否则，进入步骤6；
步骤6、被唤醒的主控单元控制无线模组继续等待传感器后续发送的数据，直到传感器发送的测量数据全部接收完成后，再对测量数据进行处理；
步骤7、主控单元对接收的测量数据处理完成后，先根据本次唤醒时接收到的无线信号的信号强度适应性地调大或调小所述电压放大器的放大倍数，完成所述射频唤醒单元灵敏度的自适应调节，其中，若本次唤醒时接收到的无线信号的信号强度较弱，则调大所述电压放大器的放大倍数，若本次唤醒时接收到的无线信号的信号强度较强，则调小所述电压放大器的放大倍数；完成所述射频唤醒单元灵敏度调节后，返回步骤1。
2.如权利要求1所述的一种物联网智能感知终端无线电唤醒的实现方法，其特征在于，对所述射频唤醒单元的灵敏度调节时，设置所述电压放大器的放大倍数使得放大后的所述直流检测信号幅值是所述基准信号幅值的1.5-2.5倍。
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