CN114895595A - 一种物联网多传感器自动识别装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种物联网多传感器自动识别装置，所述装置包括核心板及多个控制芯片；每个控制芯片分别电连接一个预设的传感器模块；每个传感器模块还通过预设的电源开关与电源电连接；每个控制芯片均选取一个控制引脚来作为控制其他通道开闭的信号链路开关；当核心板要接收目标传感器模块的数据时，打开电源开关为目标传感器模块上电及选通控制芯片，通过控制信号链路开关来导通相应的控制芯片，从而使核心板仅与目标传感器模块连通。本发明可选择性的接收特定传感器的信号，控制稳定且精准；此时可相应的打开电源开关，使该传感器与电源连接，最终实现对所需传感器的信号接收，而无需为其他传感器通电，有效的降低了整个物联网设备的能耗。

Description

一种物联网多传感器自动识别装置及方法

【技术领域】

本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种物联网多传感器自动识别装置及方法。

【背景技术】

随着物联网的不断发展，越来越多的传感器通过物联网接口集成到设备上，例如智慧路灯、智慧农业、智慧井盖、心率检测、智慧车载、人体感应、智慧烟感、红外测温、智能手势、智慧林园等。然而，随着传感器的种类与数量的增多，当多个传感器工作时，不仅功耗会随之增加，且有些传感器处于闲置状态时还与电源连通，从而导致造成不必要的浪费。另外，随着传感器数量的增多，对每个传感器信号链路的通断控制不够稳定，或会影响到其他传感器。

鉴于此，实有必要提供一种物联网多传感器自动识别装置及方法以克服上述缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种物联网多传感器自动识别装置及方法，旨在解决目前物联网设备因传感器的种类与数量较多而导致能耗较高且信号控制不够稳定与精准的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种物联网多传感器自动识别装置，包括核心板及同时电连接到所述核心板上的多个控制芯片；每个所述控制芯片分别电连接一个预设的传感器模块；每个所述传感器模块还通过预设的电源开关与电源电连接；每个所述控制芯片均选取一个控制引脚来作为控制其他通道开闭的信号链路开关；当所述核心板要接收目标传感器模块的数据时，打开所述目标传感器模块的电源开关为所述目标传感器模块上电及选通所述控制芯片，然后通过控制对应的信号链路开关来导通相应的所述控制芯片，从而使所述核心板仅与所述目标传感器模块连通。

在一个优选实施方式中，所述电源开关与所述信号链路开关集成到一个双通道按键上；当所按键按下时，第一通道接地，第二通道与电源连通，从而启动对应的所述传感器模块；当所述按键松开时，第一通道与电源连通，第二通道接地，从而关闭对应的所述传感器模块。

在一个优选实施方式中，所述电源开关为PNP型三极管；所述三极管的基极与所述按键的cs引脚连接；当所述cs引脚为高电平时，所述三极管截止；当所述cs引脚为低电平时，所述三极管导通；其中，所述cs引脚通过所述按键控制。

在一个优选实施方式中，所述传感器模块包括与所述控制芯片电连接的扩展模块及与所述扩展模块电连接的对应的传感器。

在一个优选实施方式中，所述控制芯片为双向电平转换且带有推挽输出的芯片；当所述控制引脚为为高电平时，所述控制芯片上所有的通道均双向导通推挽输出；当所述控制引脚为低电平时，所述控制芯片上所有的通道均关断，且每个引脚的输入阻抗均为高阻状态。

在一个优选实施方式中，所述核心板上还通过网络标号的形式连接有液晶控制信号和/或麦克风采集接口信号。

本发明还提供一种物联网多传感器自动识别方法，包括以下步骤：

S11，启动物联网多传感器自动识别装置，并初始化i2c接口以及初始化按键检测；

S12，检测按键引脚是否按下，如果按下则通过i2c接口获取扩展模块的 eeprom设备地址；如果没有按下则循环步骤S12；

S13，运行获取所述扩展模块中的对应任务。

在一个优选实施方式中，在步骤S11中还包括以下步骤：

获取所述按键的按键值，并根据所述按键值判断所述核心板是否开始自动识别传感器模块，若结果为是，则开始自动识别；若结果为否，则重新获取所述按键的按键值。

在一个优选实施方式中，步骤S12后还包括步骤：

判断是否成功获取所述eeprom设备地址，若结果为是，则读取eeprom数据；若结果为否，则判断自动识别超时；

判断是否成功读取所述eeprom数据，若结果为是，校验所述eeprom数据；若结果为否，则判断自动识别超时；

判断所述eeprom数据是否校验成功，若结果为是，则获取扩展模块对应的模块ID；若结果为否，则判断自动识别超时；

判断所述模块ID是否合法，若结果为是，则进入到所述步骤S13；若结果为否，则判断自动识别超时。

在一个优选实施方式中，所述步骤S13中包括以下步骤：

重新检测所述扩展模块是否存在，若结果为是，则获取所有的扩展模块的启动情况；若结果为否，则启动自动识别定时器；

判断是否已有扩展模块任务启动，若结果为是，则停止已运行任务；若结果为否，则运行并获取相应的扩展模块对应的任务。

本发明提供的物联网多传感器自动识别装置及方法，在每个传感器与核心板之间都设有控制芯片与电源开关，控制芯片可通过一个控制引脚来控制其他通道的开闭，从而可选择性的接收特定传感器的信号，控制稳定且精准；此时可相应的打开电源开关，使该传感器与电源连接，最终实现对所需传感器的信号接收，而无需为其他传感器通电，有效的降低了整个物联网设备的能耗。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的物联网多传感器自动识别装置中核心板的接口示意图；

图2为本发明提供的物联网多传感器自动识别装置中液晶控制信号的接口示意图；

图3为本发明提供的物联网多传感器自动识别装置中麦克风采集接口信号的接口示意图；

图4为本发明提供的物联网多传感器自动识别装置中控制芯片的接口示意图；

图5为本发明提供的物联网多传感器自动识别装置以智慧农业电源开关为例的电路图；

图6为本发明提供的物联网多传感器自动识别装置中双通道按键的电路图；

图7为本发明提供的物联网多传感器自动识别方法的流程图；

图8为本发明提供的物联网多传感器自动识别方法另一实施例的流程图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本发明的实施例中，提供一种物联网多传感器自动识别装置，用于控制物联网设备的多个传感器，从而采集相应的感应信号。特别的，除了传统的安卓、 iOS等操作系统，本装置还可基于开源鸿蒙系统(OpenHarmony)进行应用。

物联网多传感器自动识别装置包括核心板及同时电连接到核心板上的多个控制芯片。如图1所示，核心板包括J3、J4、J5与J6四个接口部分，其他所有的模块均基于以上接口进行连接。其中，J3与J4用于从核心板上通过控制芯片引入相应的传感器模块的控制信号，即核心板通过控制芯片发送和获取传感器模块的相应信号。控制芯片与对应的传感器模块连接以实现单独的信号通断控制效果。具体的，传感器模块包括与控制芯片电连接的扩展模块及与扩展模块电连接的对应的传感器。在一个实施例中，扩展模块可以为E53模块。

进一步的，核心板上还通过网络标号的形式连接有液晶控制信号和/或麦克风采集接口信号。具体的，如图1与图2所示，液晶控制信号通过J5引到核心板上，J1通过网络标号的形式与J5相连接(比如J1上的5脚与J5的5脚相连接，通过网络标号GPIO0_C0连接)，故可将液晶模块直接插入到J1的接口上，核心板进而可以驱动相应的液晶屏工作。如图1与图3所示，麦克风采集接口信号已经通过J6引到了核心板上，故可直接在物联网设备上设计麦克风采集电路，麦克风信号输出信号通过网络标号与J6连接。

因此，核心板上对外的接口信号通过J3-J6引入到了物联网设备，核心板需对以上信号进行分配，从而实现整个硬件功能的实现。需要说明的是，基于相同的原理，核心板上还可通过现有接口或另设接口来接入其他硬件模块的信号，包括但不限于：智慧路灯接口电路、智慧农业接口电路、智慧井盖接口电路、心率检测接口电路、智慧车载接口电路、人体感应接口电路、智慧烟感接口电路、红外测温接口电路、智能手势接口电路、智慧林园接口电路、兼容模块接口电路、医疗心电图仪接口电路、电子秤模块接口电路等。

在本发明的实施例中，每个控制芯片分别电连接一个预设的传感器模块。即核心板通过控制芯片来控制对应的传感器模块的信号是否接收。其中，每个控制芯片均选取一个控制引脚来作为控制其他通道开闭的信号链路开关。

在本实施例中，可将核心板上的部分信号均同时连接到多个控制芯片上，从而方便做信号选择；控制芯片的选通引脚可控制信号引脚的通断，因此，通过开关手动控制。如图4所示，控制芯片左侧引脚与核心板信号相连，右侧接口与相应的传感器模块相连，通过开关控制信号链路通断(即A1与B1是否连通)，从而使核心板可以控制到各个传感器模块。其中，图4中E12为模块接口座子，模块上有VCC_3V3_CM*或者VCC_5V_CM*，该信号为模块供电，也单独设计电源开关电路，当选择该模块时电源才会导通，避免所有模块同时工作带来额外的损耗。

需要说明的是，虽然是简单的信号链路通断控制，但是实际设计中需要考虑的不仅仅是信号通断的控制，还需要考虑到信号的方向、GPIO(General-purpose input/output，通用输入输出)的驱动能力以及信号的串扰等等。由于物联网设备 (例如实验箱)比较大，走线跨度可能超过30cm，若直接采用普通的关断开关控制信号链路的通断，GPIO的驱动能力不足会造成信号衰减，导致控制不稳定甚至完全控制不了，故需要采用驱动能力较大的芯片来做信号转换。然后常规的驱动芯片有一定的输入阻抗，多个传感器模块并联时，会存在输入阻抗降低问题，从而可能会出现导致GPIO驱动不了的问题。另外，现有技术中该类型的芯片基本是单向的。因此，在本发明的实施例中，控制芯片为双向电平转换且带有推挽输出的芯片，该芯片仅需使用一个引脚(作为控制引脚)即可控制芯片上其他的通道开关，当该引脚为为高电平时，所有的通道均双向导通推挽输出；当该引脚为低电平时，所有的通道均关断，并且每个引脚的输入阻抗均为高阻状态，不会对其他引脚产生任何的影响，故只需要一个控制信号即可实现信号链路通断的控制。

在本发明的实施例中，每个传感器模块还通过自身的电源开关与电源电连接，即通过电源开关来实现单独对每个传感器模块的电源通断的控制。进一步的，电源开关为PNP型三极管，因此，控制三极管的导通截止即可实现，PNP型三级管为低电平导通，故只需要一个控制信号即可实现电源的控制。具体的，如图 5所示，为智慧农业电源开关的电路图，三极管的基极与按键的cs引脚连接；当 cs引脚为高电平时，三极管截止；当cs引脚为低电平时，三极管导通；其中， cs引脚通过按键控制。

进一步的，电源开关与信号链路开关集成到一个双通道按键上。即，通过设计一个双通道按键开关同时控制传感器模块的电源导通(降低功耗，若不加电源开关控制，板上的传感器模块均同时开机等待控制信号被选通)与信号链路的通断，从而能够保证工作模块与其他模块的隔离，防止信号衰减，影响稳定性。其中，当按键按下时，第一通道接地(GND)，第二通道与电源连通，从而启动对应的传感器模块；当按键松开时，第一通道与电源连通，第二通道接地，从而关闭对应的传感器模块。

具体的，当核心板要接收目标传感器模块的数据时，打开目标传感器模块的电源开关为目标传感器模块上电及选通控制芯片，然后通过控制对应的信号链路开关来导通相应的控制芯片，从而使核心板仅与目标传感器模块连通。结合图5 与图6所示，以智慧农业模块为例子，开关默认状态(未按下)下2脚与1脚连接、5脚与6脚连接，即IA_POWER_CS浮空，IA_CS也浮空，此时电源未导通，控制芯片也未导通；当开关按下2脚与3脚连接、5脚与4脚连接，即 IA_POWER_CS接地，IA_CS接到电源，此时三极管导通，模块通电，控制芯片导通，核心板可以控制模块并读取相应数据。同理，其他模块也是这样的控制方式，需要说明的是，多个模块一次只能选择单个模块工作，多个模块会导致总线 (即下文中的i2c)冲突，从而无法控制。

进一步的，在其他实施例中，按键自带指示灯，结合图5与图6所示，当按键按下(6脚未低电平)时，按键上方的渲染灯会亮，进而优化客户的体验感。

本发明还提供一种物联网多传感器自动识别方法，基于上述的物联网多传感器自动识别装置来自动识别所要读取数据的传感器模块，实现在多传感器物联网设备中对每个传感器模块的单独控制，降低能耗，保证工作模块与其他模块的隔离，防止信号衰减，影响稳定性。需要说明的是，物联网多传感器自动识别方法中涉及到的相关部件的原理可参考对物联网多传感器自动识别装置的描述，故以下不再赘述。

如图7与图8所示，物联网多传感器自动识别方法包括以下步骤S11-S13。

S11，启动物联网多传感器自动识别装置，并初始化i2c接口以及初始化按键检测。

在本步骤中，先启动物联网设备及其中的鸿蒙(OpenHarmony)等系统，并初始化i2c(Inter-Integrated Circuit，两线式串行总线，主器件用于启动总线传送数据，并产生时钟以开放传送的器件)和按键设备(例如双通道按键)。

进一步的，步骤S11中或之后还包括步骤：读取按键的按键值，并根据按键值判断核心板是否开始自动识别传感器模块，若结果为是，则开始自动识别(即进入到步骤S12)；若结果为否，则重新获取按键的按键值。其中，每隔预设时间重新执行依次本步骤。

S12，检测按键引脚是否按下，如果按下则通过i2c接口获取扩展模块的 eeprom设备地址；如果没有按下则循环步骤S12。

具体的，通过i2c读取模块的设备地址，并校验读取的设备地址是否正确。其中，eeprom(Electrically Erasable Programmable read onlymemory)是指带电可擦可编程只读存储器，一种掉电后数据不丢失的存储芯片。在本实施例中，扩展模块可以是E53模块。

进一步的，一个实施例中，如图8所示，步骤S12后还包括一下步骤：

首先，判断是否成功获取eeprom设备地址，若结果为是，则读取eeprom数据；若结果为否，则判断自动识别超时；

其次，判断是否成功读取eeprom数据，若结果为是，校验eeprom数据；若结果为否，则判断自动识别超时；

再次，判断eeprom数据是否校验成功，若结果为是，则获取扩展模块对应的模块ID；若结果为否，则判断自动识别超时；

最后，判断模块ID是否合法，若结果为是，则进入到步骤S13；若结果为否，则判断自动识别超时。

S13，运行获取扩展模块中的对应任务，即执行传感器模块的相应功能。其中，在本步骤中，停止自动识别定时器，自动识别定时器定时器用于记录自动识别过程中所花费的时长。

进一步的，在一个实施例中，如图8所示，步骤S13中包括以下步骤：

每隔预定时间重新检测扩展模块是否存在，若结果为是，则获取所有的扩展模块的启动情况；若结果为否，则启动自动识别定时器；

判断是否已有扩展模块任务启动，若结果为是，则停止已运行任务；若结果为否，则运行并获取相应的扩展模块对应的任务。

需要说明的是，停止自动识别定时器后以及运行并获取相应的扩展模块对应的任务之后，均定时或不定时的重新检测扩展模块是否存在，若结果为否，则停止该模块的运行，并启动自动识别定时器来获取执行自动识别扩展模块这一过程所花费的时长。进一步的，判断该时长是否超过预设的阈值，即判断自动识别扩展模块这一过程是否超时，若结果为是，则重新开始执行步骤S12。

综上所述，本发明提供的物联网多传感器自动识别装置及方法，在每个传感器与核心板之间都设有控制芯片与电源开关，控制芯片可通过一个控制引脚来控制其他通道的开闭，从而可选择性的接收特定传感器的信号，控制稳定且精准；此时可相应的打开电源开关，使该传感器与电源连接，最终实现对所需传感器的信号接收，而无需为其他传感器通电，有效的降低了整个物联网设备的能耗。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统或装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统或装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.一种物联网多传感器自动识别装置，其特征在于，包括核心板及同时电连接到所述核心板上的多个控制芯片；每个所述控制芯片分别电连接一个预设的传感器模块；每个所述传感器模块还通过预设的电源开关与电源电连接；每个所述控制芯片均选取一个控制引脚来作为控制其他通道开闭的信号链路开关；当所述核心板要接收目标传感器模块的数据时，打开所述目标传感器模块的电源开关为所述目标传感器模块上电及选通所述控制芯片，然后通过控制对应的信号链路开关来导通相应的所述控制芯片，从而使所述核心板仅与所述目标传感器模块连通。

2.如权利要求1所述的物联网多传感器自动识别装置，其特征在于，所述电源开关与所述信号链路开关集成到一个双通道按键上；当所按键按下时，第一通道接地，第二通道与电源连通，从而启动对应的所述传感器模块；当所述按键松开时，第一通道与电源连通，第二通道接地，从而关闭对应的所述传感器模块。

3.如权利要求2所述的物联网多传感器自动识别装置，其特征在于，所述电源开关为PNP型三极管；所述三极管的基极与所述按键的cs引脚连接；当所述cs引脚为高电平时，所述三极管截止；当所述cs引脚为低电平时，所述三极管导通；其中，所述cs引脚通过所述按键控制。

4.如权利要求1所述的物联网多传感器自动识别装置，其特征在于，所述传感器模块包括与所述控制芯片电连接的扩展模块及与所述扩展模块电连接的对应的传感器。

5.如权利要求1所述的物联网多传感器自动识别装置，其特征在于，所述控制芯片为双向电平转换且带有推挽输出的芯片；当所述控制引脚为为高电平时，所述控制芯片上所有的通道均双向导通推挽输出；当所述控制引脚为低电平时，所述控制芯片上所有的通道均关断，且每个引脚的输入阻抗均为高阻状态。

6.如权利要求1-5任一项所述的物联网多传感器自动识别装置，其特征在于，所述核心板上还通过网络标号的形式连接有液晶控制信号和/或麦克风采集接口信号。

7.一种物联网多传感器自动识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11，启动物联网多传感器自动识别装置，并初始化i2c接口以及初始化按键检测；

S12，检测按键引脚是否按下，如果按下则通过i2c接口获取扩展模块的eeprom设备地址；如果没有按下则循环步骤S12；

S13，运行所述扩展模块中的对应任务。

8.如权利要求7所述的物联网多传感器自动识别方法，其特征在于，在步骤S11中还包括以下步骤：

获取所述按键的按键值，并根据所述按键值判断所述核心板是否开始自动识别传感器模块，若结果为是，则开始自动识别；若结果为否，则重新获取所述按键的按键值。

9.如权利要求7所述的物联网多传感器自动识别方法，其特征在于，步骤S12后还包括步骤：

判断是否成功获取所述eeprom设备地址，若结果为是，则读取eeprom数据；若结果为否，则判断自动识别超时；

判断是否成功读取所述eeprom数据，若结果为是，校验所述eeprom数据；若结果为否，则判断自动识别超时；

判断所述eeprom数据是否校验成功，若结果为是，则获取扩展模块对应的模块ID；若结果为否，则判断自动识别超时；

判断所述模块ID是否合法，若结果为是，则进入到所述步骤S13；若结果为否，则判断自动识别超时。

10.如权利要求7所述的物联网多传感器自动识别方法，其特征在于，所述步骤S13中包括以下步骤：

重新检测所述扩展模块是否存在，若结果为是，则获取所有的扩展模块的启动情况；若结果为否，则启动自动识别定时器；

判断是否已有扩展模块任务启动，若结果为是，则停止已运行任务；若结果为否，则运行并获取相应的扩展模块对应的任务。

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