CN114827770A - 基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法，所述方法步骤如下：步骤一：在传感器主电路基础上增加一条辅助电路，用以连接协处理芯片及相关外围元件；步骤二、将主电路与辅助电路的电源芯片更换为低功耗、高效率的Buck电源芯片，协处理芯片使用IO引脚连接主电路Buck电源芯片的ON/OFF引脚，通过引脚的高低电平状态控制主电路的开启与关闭；主控芯片使用IO引脚连接辅助电路Buck电源芯片的ON/OFF引脚，通过引脚的高低电平状态控制辅助电路的开启与关闭；步骤三：通过程序控制主控芯片与协处理芯片协同工作，交替开启与关闭主电路与辅助电路。本发明所需电子元件数量少，结构简单，性能稳定，成本低廉。

Description

基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法

技术领域

本发明属于土木工程结构运营安全智能监测领域，涉及一种无线传感器低功耗处理方法，具体涉及一种基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法。

背景技术

随着“新基建”战略的进一步实施，各行各业对传感产品的智能化、信息化、网络化方向的发展提出了更高要求。在传感器功能日趋完善的同时，传感器功耗也有了明显的增加。一个监测项目中往往是多传感器协同工作，传感器布置数量庞大，降低传感器功耗不仅关系到监控系统的后期运行成本，同时也关系到供电线路的安全。对于某些情况下只能使用电池供电的传感设备，低功耗显得更为重要，电池的容量是有限的，为了延长电池供电传感设备的运行时间而增大电池容量，势必会导致电池体积的增大，携带、安装不方便的同时也会增加监测系统的成本。如何做到低功耗、小体积、长寿命是电池供电设备必须考虑的一个问题。

监测领域内大多数传感器的采集频率并不高，因此并不需要一直处于正常工作状态，传感器可以在正常工作状态与低功耗状态之间来回切换。在正常采集流程过后，控制传感器的主控芯片开启低功耗模式，可以有效的降低待机电流。目前进入低功耗的主要技术手段是通过调整主控芯片的运行频率与工作模式来实现的，大多数的传感器主控芯片往往具备低功耗模式，然而，这针对只有少量芯片的传感器主板往往是有效的，当主板上包含较多芯片时，这种方法虽然可以有效的降低主控芯片的功耗，其他芯片却无法进入低功耗模式，仍然处于正常运转状态，主板整体的功耗并不能有效降低。对于有联网需求的传感设备，网络模块正常运行时的功耗很大，导致主板整体功耗无法降到最低水平。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法。本发明通过在传感器主电路的基础上增加辅助电路，用以连接低功耗协处理芯片及相关外围元件的方式，在不改变主电路结构的基础上，采用低功耗、高效率的Buck电源芯片，通过主控芯片与协处理芯片的协同工作，控制主电路与辅助电路的交替导通，从而有效的降低了无线传感器的功耗。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法，包括如下步骤：

步骤一：在传感器主电路基础上增加一条辅助电路，用以连接协处理芯片及相关外围元件，在不改变原电路结构的前提下，实现低功耗的目标；

步骤二、将主电路与辅助电路的电源芯片更换为通断可控的低功耗、高效率Buck电源芯片，主电路通过Buck电源芯片进行降压处理后，为主控芯片及其他芯片供电，保证系统的正常运转；辅助电路通过Buck电源芯片降压后，为协处理芯片供电；辅助电路与主电路共用同一电源，两者之间通过控制线相互连接；协处理芯片使用IO引脚连接主电路Buck电源芯片的ON/OFF引脚，可以通过引脚的高低电平状态控制主电路的开启与关闭；主控芯片使用IO引脚连接辅助电路Buck电源芯片的ON/OFF引脚，同样可以通过引脚的高低电平状态控制辅助电路的开启与关闭；

步骤三：通过程序控制主控芯片与协处理芯片协同工作，交替开启与关闭主电路与辅助电路，从而有效降低传感设备的运转功耗。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明不需要复杂的硬件电路结构，在现有的电路结构基础上稍作修改即可实现，所需电子元件数量少，结构简单，性能稳定。

2、本发明的实现所需元件体积小，价格便宜，对于现有传感设备，使用该方法可以在不更改现有传感器外形的情况下，用较小的成本轻松实现低功耗目标。

3、本发明可以有效降低传感设备的待机功耗，保证供电线路的安全，对于电池供电传感设备，可以延长设备的使用时间。

附图说明

图1为基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法的结构拓扑示意图；

图2为基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法，如图1和图2所示，所述方法包括如下步骤：

步骤一：在传感器主电路基础上增加一条辅助电路，用以连接协处理芯片及相关外围元件，在不改变原电路结构的前提下，实现低功耗的目标。新增加的协处理芯片用来协助主控芯片控制传感器的运行，保证传感设备正常运转的同时降低设备待机功耗。协处理芯片采用主频较低的低功耗芯片，正常运行时功耗较低，进入低功耗模式后，待机电流可以达到微安级别，待机功耗极低。

本步骤中，在传感器主电路基础上增加一条辅助电路，用以连接协处理芯片及相关外围元件的具体步骤如下：

在传感器主电路基础上，从电源处引出一条旁路，经过Buck电源芯片进行降压处理后，连接协处理芯片，协处理芯片通过引脚连接晶振等相关外围元件，保证自身的正常工作。协处理芯片不需要同主控芯片拥有一样的处理速度，因此可以采用主频较低的低功耗MCU，既可以有效的降低功耗，同时也不会影响设备整体的运转。

步骤二：将主电路与辅助电路的电源芯片更换为通断可控的低功耗、高效率Buck电源芯片，实现降压功能的同时，还可以由程序控制电路的通断。主电路通过Buck电源芯片进行降压处理后，为主控芯片及其他芯片供电，保证系统的正常运转。辅助电路通过Buck电源芯片降压后，为协处理芯片供电。辅助电路与主电路共用同一电源，但两个电路采用分离式设计，两者之间通过控制线相互连接：协处理芯片使用IO引脚连接主电路Buck电源芯片的ON/OFF引脚，可以通过引脚的高低电平状态控制主电路的开启与关闭。主控芯片使用IO引脚连接辅助电路Buck电源芯片的ON/OFF引脚，同样可以通过引脚的高低电平状态控制辅助电路的开启与关闭。

本步骤中，主电路与辅助电路通过低功耗Buck电源芯片进行分离式管理的具体步骤如下：

步骤二一、将主电路与辅助电路的降压芯片更换为通断可控的低功耗、高效率Buck电源芯片，实现降压功能的同时，还可以由程序控制每一路电路的导通与断开。Buck电源芯片具备ON/OFF引脚，通过芯片的IO引脚控制电源芯片的ON/OFF引脚电平状态，实现对Buck电源芯片工作状态的控制，从而实现控制电路的导通与断开。

步骤二二、主电路通过Buck电源芯片进行降压后，为主控芯片及其他传感芯片供电，保证系统的正常运转。辅助电路通过Buck电源芯片降压后，为协处理芯片供电，协处理芯片引出IO引脚连接主电路的Buck电源芯片ON/OFF引脚，同时该引脚通过上拉电阻连接到电源正极，这样可以使ON/OFF引脚初始化电平为高电平，保证设备首次上电时主电路是导通状态，可以通过协处理器IO引脚输出高低电平控制主电路Buck电源芯片的开启与关闭。主控芯片引出IO引脚连接辅助电路Buck电源芯片ON/OFF引脚，将该引脚通过上拉电阻连接到电源正极，保证设备首次上电时辅助电路是导通状态，可以通过主控芯片的IO引脚控制辅助电路导通与断开。

步骤三：通过程序控制主控芯片与协处理芯片协同工作，交替开启与关闭主电路与辅助电路，从而有效降低传感设备的运转功耗。

本步骤中，通过程序控制芯片协同工作，交替开启主电路与辅助电路，降低传感设备的运转功耗的具体步骤如下：

步骤三一：设备启动时，主电路与辅助电路同时上电，传感设备开始正常工作。主控芯片首先控制连接辅助电路Buck电源芯片ON/OFF引脚的IO引脚电平状态，关闭辅助电路，降低正常采集时的工作电流。主控芯片关闭辅助电路后，控制主电路各芯片协同工作，通过采集指令控制传感芯片采集数据，将采集到的数据进行收集、处理与分析，通过发送指令将数据经由无线模块发送到目标服务器，经过一系列的操作后，主控芯片完成一次数据采集工作，此时主控芯片通过控制与辅助电路Buck电源芯片ON/OFF引脚相连的IO引脚电平状态，控制辅助电路开启，等待协处理芯片的运行。

步骤三二：协处理芯片恢复运行后，通过控制连接主电路Buck电源芯片ON/OFF引脚的IO引脚电平状态关闭主电路，主电路完全断电，功耗近乎为0。此时协处理芯片根据程序设定的采集时间间隔设置自身闹钟事件，钟事件设置完毕后，协处理芯片进入低功耗模式，此时整个电路功耗达到最低，所有的功耗均来自于协处理芯片的低功耗模式，主电路与辅助电路的总待机电流可以达到微安级别。

步骤三三：当下一次采集时间到来时，协处理芯片设定的闹钟事件生效，协处理芯片被闹钟事件唤醒并进入中断处理程序，通过中断程序控制与主电路Buck电源芯片ON/OFF引脚相连的IO引脚电平状态反转，使主电路导通，并等待主控芯片的运行。主电路开始供电后，主控芯片及主电路其他芯片上电后自动复位，开始为新一次的采集工作做准备。

步骤三四：重复步骤三一到步骤三三，实现数据定时采集与降低功耗的目的。

Claims (5)

1.一种基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一：在传感器主电路基础上增加一条辅助电路，用以连接协处理芯片及相关外围元件，在不改变原电路结构的前提下，实现低功耗的目标；

步骤二、将主电路与辅助电路的电源芯片更换为通断可控的低功耗、高效率Buck电源芯片，主电路通过Buck电源芯片进行降压后，为主控芯片及其他芯片供电，保证系统的正常运转；辅助电路通过Buck电源芯片降压后，为协处理芯片供电；辅助电路与主电路共用同一电源，两者之间通过控制线相互连接；协处理芯片使用IO引脚连接主电路Buck电源芯片的ON/OFF引脚，可以通过引脚的高低电平状态控制主电路的开启与关闭；主控芯片使用IO引脚连接辅助电路Buck电源芯片的ON/OFF引脚，同样可以通过引脚的高低电平状态控制辅助电路的开启与关闭；

步骤三：通过程序控制主控芯片与协处理芯片协同工作，交替开启与关闭主电路与辅助电路，从而有效降低传感设备的运转功耗。

2.根据权利要求1所述的基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法，其特征在于所述步骤一的具体步骤如下：

在传感器主电路基础上，从电源处引出一条旁路，经过Buck电源芯片进行降压处理后，连接协处理芯片，协处理芯片通过引脚连接相关外围元件，保证自身的正常工作。

3.根据权利要求1或2所述的基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法，其特征在于所述协处理芯片采用主频较低的低功耗MCU。

4.根据权利要求1所述的基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法，其特征在于所述步骤二的具体步骤如下：

步骤二一、将主电路与辅助电路的降压芯片更换为通断可控的低功耗、高效率Buck电源芯片；

步骤二二、主电路通过Buck电源芯片进行降压后，为主控芯片及其他传感芯片供电，保证系统的正常运转；辅助电路通过Buck电源芯片降压后，为协处理芯片供电；协处理芯片引出IO引脚连接主电路的Buck电源芯片ON/OFF引脚，同时该引脚通过上拉电阻连接到电源正极；主控芯片引出IO引脚连接辅助电路Buck电源芯片ON/OFF引脚，同样将该引脚通过上拉电阻连接到电源正极。

5.根据权利要求1所述的基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法，其特征在于所述步骤三的具体步骤如下：

步骤三一：设备启动时，主电路与辅助电路同时上电，传感设备开始正常工作；主控芯片首先控制连接辅助电路Buck电源芯片ON/OFF引脚的IO引脚电平状态，关闭辅助电路；主控芯片关闭辅助电路后，控制主电路各芯片协同工作，通过采集指令控制传感芯片采集数据，将采集到的数据进行收集、处理与分析，通过发送指令将数据经由无线模块发送到目标服务器，经过一系列的操作后，主控芯片完成一次数据采集工作，此时主控芯片通过控制与辅助电路Buck电源芯片ON/OFF引脚相连的IO引脚电平状态，控制辅助电路开启，等待协处理芯片的运行；

步骤三二：协处理芯片恢复运行后，通过控制连接主电路Buck电源芯片ON/OFF引脚的IO引脚电平状态关闭主电路，主电路完全断电，此时协处理芯片根据程序设定的采集时间间隔设置自身闹钟事件；闹钟事件设置完毕后，协处理芯片进入低功耗模式；

步骤三三：当下一次采集时间到来时，协处理芯片设定的闹钟事件生效，协处理芯片被闹钟事件唤醒并进入中断处理程序，通过中断程序控制与主电路Buck电源芯片ON/OFF引脚相连的IO引脚电平状态反转，使主电路导通，并等待主控芯片的运行；主电路开始供电后，主控芯片及主电路其他芯片上电后自动复位，开始为新一次的采集工作做准备；

步骤三四：重复步骤三一到步骤三三，实现数据定时采集与降低功耗的目的。

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