CN114167971B - 一种休眠唤醒电路、自动行走设备及其唤醒方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种休眠唤醒电路、自动行走设备及其唤醒方法。本申请的自动行走设备在休眠状态下通过uA级取电模块保障对触摸按键模块的供电，并将休眠状态下整机的电量消耗限制在10uA以下，由此，触摸按键模块能够在自动行走设备深度休眠的状态下保持对用户触控的检测。当检测到触摸信号时，本申请的触摸按键模块可直接同时向自动行走设备的控制系统及其供电模块输出触发信号，唤醒自动行走设备并将其迅速切换至工作状态。本申请可在自动行走设备深度休眠后保持控制系统及其供电模块均断电的低功耗状态下，将触摸按键模块自动切换到单独通过同步降压方式从电池取电，从而保持触摸按键模块始终能够迅速检测到用户的触碰从而触发自动唤醒自动行走设备。

Description

一种休眠唤醒电路、自动行走设备及其唤醒方法

技术领域

本申请涉及花园工具领域，具体而言涉及一种休眠唤醒电路、自动行走设备及其唤醒方法。

背景技术

割草机器人等自动行走设备目前在欧美地区家庭草坪修剪方面应用广泛。作为一种户外作业产品，其长期暴露在室外经受风吹雨打。因此防水，抗老化方面的设计是保证自动行走设备能够安全运行的重要保障。作为自动行走设备的人机交互窗口，设置在设备外壳上的按键不可或缺。触摸按键可直接嵌入机器壳体，通过触点实现交互，因而可有效保证机器外壳完整性，避免设备外壳与开关结构衔接处出现漏水风险。机械按键则需要在外壳上开窗口，需要增设密封结构，而且无论密封结构如何设计，其部件老化后依旧会存在进水风险。

割草机器人是季节性工作产品，冬天一般不需要工作。长期不工作时，设备必须自动进入深度休眠状态，减少电量消耗以保护设备内锂电池不受损伤甚至损坏。进入深度休眠后，机械按键由于直接控制电路通断，因而一旦被按一下触发导通即可唤醒机器。而采用触摸按键的自动行走设备，若需要能够从深度休眠状态被唤醒就必须设置其触摸芯片的电源在深度随眠模式下始终导通不能被断掉。但是这样的设计虽然能够相对机械开关提高设备整体的防水性能，但会增加自动行走设备深度休眠状态下的功耗，还会影响设备中锂电池的使用寿命，甚至出现因过放导致的不可逆的损坏。

发明内容

本申请针对现有技术的不足，提供一种休眠唤醒电路、自动行走设备及其唤醒方法，本申请通过独立的ua级取电模块保障对触摸按键模块的低功耗供电，以在自动行走设备深度睡眠状态下保持对用户触控的检测，迅速将设备唤醒切换至工作状态。本申请具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种休眠唤醒电路，其包括：uA级取电模块，其连接自动行走设备的电池单元，用于在休眠状态下获取并输出电能；触摸按键模块，其供电端连接uA级取电模块的输出端，接收uA级取电模块所输出的电能，其输出端同时连接自动行走设备的控制系统及其供电模块，用于在检测到触摸信号时，同时向自动行走设备的控制系统及其供电模块输出触发信号，唤醒自动行走设备切换至工作状态。

可选的，如上任一所述的休眠唤醒电路，其中，休眠状态下，自动行走设备的控制系统及其供电模块均断电。

可选的，如上任一所述的休眠唤醒电路，其中，还包括：取电切换模块，其连接在uA级取电模块、控制系统供电模块与触摸按键模块之间；休眠状态下，所述取电切换模块连通uA级取电模块为触摸按键模块供电；工作状态下，所述取电切换模块连通控制系统供电模块为触摸按键模块供电。

可选的，如上任一所述的休眠唤醒电路，其中，所述触摸按键模块包括：按键感应盘，其与自动行走设备的外壳连接为一体；按键芯片单元，其设置在自动行走设备内部的电路板上，连接所述取电切换模块、控制系统及其供电模块。

可选的，如上任一所述的休眠唤醒电路，其中，所述取电切换模块包括分别连接uA级取电模块和控制系统供电模块的两个单向导电通路，两个单向导电通路的输出端同时连接按键芯片单元的供电端，所述按键芯片单元的输出端同时连接控制系统及其供电模块的触发端口。

可选的，如上任一所述的休眠唤醒电路，其中，所述uA级取电模块和控制系统供电模块均分别连接自动行走设备的电池单元；所述取电切换模块中的两个单向导电通路均分别由二极管器件构成：所述uA级取电模块的输出端连接一个二极管器件的正极，通过该二极管器件的负极连接至按键芯片单元的供电端；所述控制系统供电模块的输出端连接另一个二极管器件的正极，通过另一个二极管器件的负极同样连接至按键芯片单元的供电端。

可选的，如上任一所述的休眠唤醒电路，其中，所述控制系统供电模块的触发端口同时连接控制系统触发二极管和按键单元触发二极管的负极，其中，所述控制系统触发二极管的正极连接控制系统的供电控制端口，用于在工作状态下输出控制信号维持控制系统供电模块工作；所述按键单元触发二极管的正极连接按键芯片单元的输出端，用于在触摸按键模块检测到触摸信号时输出触发信号触发控制系统供电模块工作。

可选的，如上任一所述的休眠唤醒电路，其中，所述uA级取电模块包括：同步降压模式的DC-DC降压电路，其电流消耗小于10uA。

同时，为实现上述目的，本申请还提供一种自动行走设备，其包括如上任一所述的休眠唤醒电路。

此外，本申请还提供一种唤醒方法，用于唤醒休眠的自动行走设备，其步骤包括，在休眠状态下：通过uA级取电模块从自动行走设备的电池单元取电并保持向触摸按键模块供电；在触摸按键模块检测到触摸信号时，同时向自动行走设备的控制系统及其供电模块输出触发信号，唤醒自动行走设备切换至工作状态。

可选的，如上任一所述的唤醒方法，其中，唤醒自动行走设备切换至工作状态的步骤包括：由触发信号开启控制系统供电模块工作，为自动行走设备的控制系统上电；由触发信号唤醒上电后的控制系统；控制系统唤醒后输出控制信号维持控制系统供电模块工作。

有益效果

本申请的自动行走设备在休眠状态下通过uA级取电模块保障对触摸按键模块的供电，并将休眠状态下整机的电量消耗限制在10uA以下，由此，触摸按键模块能够在自动行走设备深度休眠的状态下保持对用户触控的检测。当检测到触摸信号时，本申请的触摸按键模块可直接同时向自动行走设备的控制系统及其供电模块输出触发信号，唤醒自动行走设备并将其迅速切换至工作状态。本申请可在自动行走设备深度休眠后保持控制系统及其供电模块均断电的低功耗状态下，将触摸按键模块自动切换到单独通过同步降压方式从电池取电，从而保持触摸按键模块始终能够迅速检测到用户的触碰从而触发自动唤醒自动行走设备。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。

附图说明

附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1是本申请的休眠唤醒电路的示意框图；

图2是本申请的自动行走设备唤醒方法的步骤流程图；

图3是本申请所采用的休眠唤醒电路的原理图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“内、外”的含义指的是相对于自动行走设备本身而言，由其外壳指向内部电路结构的方向为内，反之为外；而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

图1为根据本申请的一种用于自动行走设备的休眠唤醒电路。该自动行走设备外壳上嵌入设置有与设备外壳连接为一体的触摸按键以控制自动行走设备。该触摸按键包括按键感应盘，以及与之相连的按键芯片单元。按键感应盘贴合自动行走设备外壳表面感应用户触碰，按键芯片单元设置在自动行走设备内部的电路板上响应于按键感应盘触碰状态的变化而输出相应的触碰、触发信号，用于向自动行走设备控制系统输出触碰信号实现正常操作状态下的人机界面交互功能。但在本申请中，该按键芯片单元还进一步的用于根据按键感应盘的输出状态，在休眠状态下向自动行走设备控制系统的触发接口输出触发信号实现深度休眠后的唤醒功能。

自动行走设备长期无触发信号或到达设定的休眠时段后会进入深度休眠状态。深度休眠状态下，自动行走设备的控制系统电源关闭，MCU等控制模块断电，关闭对外界信号的响应以节约休眠状态下的电能损耗。为保证自动行走设备休眠状态下触摸按键依旧能够工作，使按键芯片单元在自动行走设备休眠状态下依旧能够通过检测用户触碰，而唤醒设备，本申请将触摸按键的休眠唤醒电路设置为包括：

uA级取电模块，其连接自动行走设备的电池单元，用于在休眠状态下获取并输出电能；

触摸按键模块，其供电端连接uA级取电模块的输出端，接收uA级取电模块所输出的电能，其输出端同时连接自动行走设备的控制系统及该控制系统的供电模块。

由此，本申请的自动行走设备能够在休眠状态下，通过uA级取电模块从自动行走设备的电池单元取电并保持向触摸按键模块供电，使得触摸按键模块能够以较小的电流输入和能耗，通过直接从设备电池单元取电而保持对用户触碰的检测，进而在检测到用户的触摸信号时，同时向自动行走设备的控制系统及该控制系统的供电模块输出触发信号，唤醒自动行走设备切换至工作状态。

本申请中，uA级取电模块可由直接搭载于芯片中的uA级取电模块通过uA级DC-DC同步降压方式直接从自动行走设备的电池单元取电以保持触摸按键模块对用户触碰的响应。当触摸按键模块检测到用户触碰信号后，其可同时向自动行走设备的控制系统及其供电模块输出触发信号，由触发信号开启控制系统供电模块工作，使其从自动行走设备的电池单元取电并为自动行走设备的控制系统上电。自动行走设备的控制系统上电后可继续由触发信号触发而切换至唤醒状态。自动行走设备的控制系统唤醒后，可直接输出控制信号维持控制系统供电模块工作，由此，控制系统MCU重新上电，同步检测按键触摸功能。

图2显示了上述自动行走设备的工作状态切换过程：唤醒状态下自动行走设备常工作，当其完成作业任务并长时间未接收到任何触控指令后，设备自动关闭其控制系统、其供电模块以及其他功能电路和作业器件以尽可能降低设备能耗，进入休眠状态。为保持休眠状态下对用户触碰信号的响应，本申请通过uA级取电模块直接从电池单元取电单独为触摸按键模块供电，此过程中，自动行走设备LI电池单元的电流消耗小于10uA，因此并不会显著影响电池单元储能和寿命。深度休眠状态下，当触摸按键模块检测到触摸信号时，触摸按键输出触发信号启动自动行走设备控制系统的供电模块工作，供电模块由触发信号启动后将给控制系统重新上电，同时，触摸按键输出的触发信号也作为使能唤醒启动信号进入控制系统，控制系统接收到供电模块供电上电瞬间将检测到唤醒信号，由此，控制系统将被唤醒从而正常输出控制信号来维持控制供电模块恢复工作状态，由此使得整个自动行走设备由深度休眠状态下被唤醒，切换至正常工作状态。

在一些实现方式下，本申请可在自动行走设备唤醒切换至工作状态后，恢复由控制系统的供电模块提供对触摸按键模块的供电，从而在工作状态下关闭uA级取电模块的信号输出。此方式下，需要在uA级取电模块、控制系统供电模块与触摸按键模块之间连接一取电切换模块。将触摸按键模块的按键芯片单元设置在自动行走设备内部的电路板上，连接所述取电切换模块、控制系统及其供电模块。由此，休眠状态下，自动行走设备可通过取电切换模块连通uA级取电模块与触摸按键模块，由uA级取电模块为触摸按键模块供电；工作状态下，ua级DC-DC输出功率很小，不足以给整个控制系统供电，因此当控制系统的电源模块工作后，本申请的取电切换模块会主动切换连通控制系统供电模块以及触摸按键模块，将系统从由uA级取电模块供电的状态改为由控制系统供电模块向触摸按键模块供电的状态。

其具体实现的电路结构可参考图3所示。图3中，取电切换模块包括分别连接uA级取电模块和控制系统供电模块的两个单向导电通路，两个单向导电通路可由图3中D4、D5两个二极管器件构成，也可由其他电路器件实现。两个单向导电通路的输出端同时连接按键芯片单元的供电端，以保证任意一路供电信号均可直接输入至触摸按键模块实现触碰检测。以二极管器件实现导电通路为例，uA级取电模块和控制系统供电模块的输入端可分别连接自动行走设备的电池单元分别独立取电，uA级取电模块的输出端可直接连接一个二极管器件的正极，通过该二极管器件的负极连接至按键芯片单元的供电端实现深度休眠模式下对按键芯片单元的供电，而控制系统供电模块的输出端可连接另一个二极管器件的正极，通过另一个二极管器件的负极同样连接至按键芯片单元的供电端，实现唤醒工作状态下对按键芯片单元的供电。所述按键芯片单元的输出端同时连接控制系统及其供电模块的触发端口，实现休眠到唤醒的触发。

下面以图3所示电路具体说明本发明休眠唤醒电路的工作过程。

当自动行走设备处于唤醒状态（正常工作状态）时，触摸按键模块、MCU等器件所构成的控制系统都是由控制系统电源模块来供电的。控制系统中MCU的IO1使能控制系统供电模块工作。此时由MCU的IO2来检测触摸按键模块的touch_out，实现常规的触摸响应功能。当设备长时间不工作也没有接收到任何操作指令时，自动行走设备将自动进入深度休眠状态。此过程中，MCU的IO1将关闭控制系统供电模块，由此，MCU将失去电源供电，此时，机器的控制系统以及作业部件全部关闭，触摸按键模块的电源将通过D5自动连通uA级取电模块，接收来自于uA级DC-DC模块的低功率供电信号，将整机电流消耗控制在10uA以下。该DC-DC模块可采用同步降压模式以降低LI电池端的电流消耗。当有人按下或触碰触摸按键时，触摸按键模块的touch_out将作为power_en信号来开启控制系统供电模块工作，控制系统供电模块将给MCU重新上电，touch_out同时也作为wake_en信号进入MCU的IO2，由此，控制系统MCU上电瞬间将检测到wake_en的唤醒信号切换至唤醒工作状态。此后，控制系统MCU的IO1将正常发出控制信号来维持控制系统供电模块工作，通过取电切换模块使自动行走设备切换为由控制系统供电模块供电从而完全由休眠状态切换进入正常工作状态。该取电切换模块可以图3电路中R11、R12、Q1组成。当控制系统电源模块工作时，VDD+0.3V是有电压的，比如是3.3V，这将导致三极管Q1开通，使U3的第4脚EN变成0V，EN变成0V后，U3输出为0V，电源关闭。而当MCU通过IO1变成低电平，使控制系统供电模块关闭时，控制系统供电模块的输出电压变成0V，即VDD+0.3V这个网络编号处的电压是0V。此时三极管Q1关闭，使U3的第4脚EN电压变成高，即电池电压，电源使能，触发uA级取电模块开启。

参考图3所示，上述控制系统供电模块的触发端口同时连接控制系统触发二极管D2和按键单元触发二极管D3的负极。其中，所述控制系统触发二极管D2的正极连接控制系统的供电控制端口IO1管脚，用于在工作状态下输出控制信号维持控制系统供电模块工作；而所述按键单元触发二极管D3的正极连接按键芯片单元的输出端touch_out，用于在触摸按键模块检测到触摸信号时输出触发信号触发控制系统供电模块工作为MCU提供初始上电电压以唤醒控制单元。uA级DC-DC电源输出VDD电压，控制系统电源输出VDD+0.3V电压，比uA级DC-DC电压高0.3V。这里，VDD和VDD+0.3V这两个电压值都是可以根据各自电路参数来调整的：比如，uA级DC-DC电源的电源VDD可通过调整R9和R10设计成3V，控制系统电源的电压可通过调整R3和R4设计成3.3V。VDD和VDD+0.3是两个相对值，其可让控制系统供电模块输出电压比uA级取电模块的电压略高。这样当控制系统供电模块工作时，因控制系统电源输出电压VDD+0.3大于VDD，因此二极管D4会处于导通状态，而二极管D5不导通，由此，使得触摸电路直接接受控制系统供电而自动关闭uA级DC-DC电源的影响。而当控制系统电源模块被关闭时，uA级DC-DC电源自动打开。

综上，本申请通过休眠唤醒电路切换触摸按键模块的供电方式具有以下优势：

一：使用触摸按键作为人机交互接口，无需破坏机器外壳，不再担心室外风吹雨打而导致机器进水而失效；

二：长时间无操作机器自动进入深度休眠模式，控制系统电源和MCU控制器电源都关闭，触摸按键无动作一定时间后只有uA电流，uA级DC-DC电路只有几uA电流通过以保证休眠后电量消耗小于10uA，长期休眠放置电量消耗不大，能够有效保护LI电池不受损害，并实现明显的节能效果。

以上仅为本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种休眠唤醒电路，其特征在于，包括：

uA级取电模块，其连接自动行走设备的电池单元，用于在休眠状态下获取并输出电能；

触摸按键模块，其供电端连接uA级取电模块的输出端，接收uA级取电模块所输出的电能，其输出端同时连接自动行走设备的控制系统及其供电模块，用于在检测到触摸信号时，同时向自动行走设备的控制系统及其供电模块输出触发信号，唤醒自动行走设备切换至工作状态；

取电切换模块，其连接在uA级取电模块、控制系统供电模块与触摸按键模块之间；

休眠状态下，所述取电切换模块连通uA级取电模块为触摸按键模块供电；

工作状态下，所述取电切换模块连通控制系统供电模块为触摸按键模块供电；

所述取电切换模块包括分别连接uA级取电模块和控制系统供电模块的两个单向导电通路，两个单向导电通路的输出端同时连接按键芯片单元的供电端，所述按键芯片单元的输出端同时连接控制系统及其供电模块的触发端口。

2.如权利要求1所述的休眠唤醒电路，其特征在于，休眠状态下，自动行走设备的控制系统及其供电模块均断电。

3.如权利要求2所述的休眠唤醒电路，其特征在于，所述触摸按键模块包括：按键感应盘，其与自动行走设备的外壳连接为一体；

按键芯片单元，其设置在自动行走设备内部的电路板上，连接所述取电切换模块、控制系统及其供电模块。

4.如权利要求3所述的休眠唤醒电路，其特征在于，所述uA级取电模块和控制系统供电模块均分别连接自动行走设备的电池单元；

所述取电切换模块中的两个单向导电通路均分别由二极管器件构成：所述uA级取电模块的输出端连接一个二极管器件的正极，通过该二极管器件的负极连接至按键芯片单元的供电端；

所述控制系统供电模块的输出端连接另一个二极管器件的正极，通过另一个二极管器件的负极同样连接至按键芯片单元的供电端。

5.如权利要求4所述的休眠唤醒电路，其特征在于，所述控制系统供电模块的触发端口同时连接控制系统触发二极管和按键单元触发二极管的负极，其中，所述控制系统触发二极管的正极连接控制系统的供电控制端口，用于在工作状态下输出控制信号维持控制系统供电模块工作；

所述按键单元触发二极管的正极连接按键芯片单元的输出端，用于在触摸按键模块检测到触摸信号时输出触发信号触发控制系统供电模块工作。

6.如权利要求2所述的休眠唤醒电路，其特征在于，所述uA级取电模块包括：同步降压模式的DC-DC降压电路，其电流消耗小于10uA。

7.一种自动行走设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述的休眠唤醒电路。

8.一种唤醒方法，用于唤醒权利要求7所述的自动行走设备，其特征在于，步骤包括在休眠状态下：通过uA级取电模块从自动行走设备的电池单元取电并保持向触摸按键模块供电；

在触摸按键模块检测到触摸信号时，同时向自动行走设备的控制系统及其供电模块输出触发信号，唤醒自动行走设备切换至工作状态。

9.如权利要求8所述的唤醒方法，其特征在于，唤醒自动行走设备切换至工作状态的步骤包括：由触发信号开启控制系统供电模块工作，为自动行走设备的控制系统上电；

由触发信号唤醒上电后的控制系统；

控制系统唤醒后输出控制信号维持控制系统供电模块工作。