CN116488625A - 一种反馈切断及误报检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反馈切断及误报检测系统，包括信号触发电路、误触发检测电路、定时电路以及信号合成电路。当空间中没有特定的触发信号存在时，系统处于休眠状态，此时待机功耗几乎为零。当空间中存在触发信号，并且与预偏置电压的和大于总开关开启电压时，电路导通开始工作。误触发检测电路能实现对非特定信号误触发的判断，并能在误触发时切断电路。定时电路能实现电路的定时切断功能，当电路工作时间达到预设时间时切断电路，电路继续休眠。本发明具有低功耗、高灵敏度、低误报率和电路闭环工作稳定的特点。

Description

一种反馈切断及误报检测系统
技术领域
本发明涉及一种信号控制电路，具体涉一种电路无源唤醒结构。
背景技术
随着物联网技术的发展和制作工艺的进步，边远地区无人值守与生物体内微机监测等技术取得了更广泛的应用前景，但同时也将设备的生命周期与电池续航时长紧密关联。目前常用的应对方案有两种，一种是采用可充电电池，这虽然方便，但受环境因素影响；而另一种则是采用无线触发唤醒的传感电路，平时处于休眠状态，仅在接受特定信号后唤醒并进行工作，从而极大减小了功耗，增加了电池工作时长。
近几年内，国内外已经尝试了许多方式来实现与完善无线传感唤醒技术，目前已经实现了一种基于RFMEMS器件的近零功耗的无线传感唤醒电路，电路前端是集成天线阵列，收集特定频段的信号并经过RF电路产生直流信号，该信号使得MEMS开关闭合，从而接通后端电路，商用电池为工作模块供电。这种方法保证了在休眠状态下电路断开，理想状态下的确实现了近零功耗的要求，但是依然存在一些问题。
首先，一旦触发信号消失，后端电路将会直接断开，这就导致工作模块完全缺乏缓冲时间，完整的功能实现会受到影响；其次，如果由于意外而非电平触发导致开关闭合，电路中缺乏恰当的识别与应对机制，因而节点会给出错误的信息。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种近零功耗反馈切断及误报检测系统，以解决现有无源唤醒系统的无法持续工作、定时关闭的技术问题。
技术方案：一种反馈切断及误报检测系统，包括信号触发电路、误触发检测电路、定时电路以及信号合成电路；
所述信号触发电路用于根据触发信号控制开关闭合，使商用电池与商用模块供电回路导通，并且所述开关能够在所述信号合成电路反馈的高电平信号下保持闭合；
所述误触发检测电路用于将所述触发信号或所述信号合成电路反馈的高电平信号与预设信号比较，若所述触发信号或所述信号合成电路反馈的高电平信号大于所述预设信号时，所述误触发检测电路输出高电平信号到所述信号合成电路；
所述定时电路在所述供电回路导通时开始工作，输出一段固定时间长度的高电平到所述信号合成电路；
所述信号合成电路用于将所述信号触发电路以及所述定时电路输出信号进行与逻辑运算，当两路输入信号均为高电平时所述信号合成电路输出高电平信号到所述信号触发电路以及所述误触发检测电路。
进一步的，所述信号触发电路包括预偏置电池以及所述开关；所述预偏置电池的负极作为所述信号触发电路的直流正极输入端，所述预偏置电池的正极连接所述开关的控制端，同时，所述预偏置电池的负极连接所述信号合成电路的输出端。
进一步的，所述误触发检测电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和电压比较器；电压比较器的供电端正极和所述商用电池正极相连，电压比较器的供电端负极和开关的一个端子相连，第一电阻连接在电压比较器的供电端正极和反相输入端之间，第二电阻连接在电压比较器的反相输入端和供电端负极之间，第三电阻连接在电压比较器的同相输入端和供电端负极之间，第四电阻连接在电压比较器的供电端正极和电压比较器输出端之间；同时，所述电压比较器的同相输入端连接所述信号触发电路的直流正极输入端。
进一步的，所述定时电路包括第五电阻、第六电阻、第一电容、第二电容和NE555芯片；NE555芯片的第4脚和第8脚相连，并和所述商用电池正极相连；NE555芯片的第1脚和开关的所述端子相连，NE555芯片的第7脚通过第五电阻和NE555芯片的第4脚、第8脚相连，NE555芯片的第2脚和第6脚相连，NE555芯片的第7脚通过第六电阻和NE555芯片的第2脚、第6脚相连，NE555芯片的第2脚、第6脚与第一电容的正极电性相连，第一电容的负极电性通过第二电容和NE555芯片的第5脚相连，NE555芯片的第1脚通过第二电容和NE555芯片的第5脚相连。
进一步的，所述信号合成电路包括第七电阻、第八电阻、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第一二极管；第七电阻一端和第一NMOS管的源极相连，另一端和所述商用电池正极相连，第八电阻一端和第三NMOS管的源极相连，另一端和所述商用电池正极相连，第一NMOS管的漏极和第二NMOS管的源极相连，第二NMOS管的漏极和第三NMOS管的漏极相连，第一二极管的正极和第三NMOS管的源极相连；第一二极管的负极作为所述信号合成电路的输出端，和所述预偏置电池的负极相连，第一NMOS管的漏极和NE555芯片的第3脚相连，第二NMOS管的漏极和所述电压比较器的输出端相连。
进一步的，所述开关为MEMS开关、NMOS管、继电器或BJT晶体管。
有益效果：1、本发明通过采用信号触发电路、多误触发检测电路、定时电路、信号合成电路构成了RF唤醒电路，实现了在接近零功率的模式下(通常可与通用电池泄漏功率相比)实现事件驱动的持续感知工作，即商用模块可以保持休眠状态，此时功耗几乎为零，但仍可实现感兴趣的外部信号触发使其唤醒，仅在感知到该信号且在所需的持续时间内开启高功率有源电子设备，从而克服无线传感系统的能量和寿命限制。
2、本发明通过采用555定时器和电阻、电容的组合构成了单稳态定时电路，启动之后会输出一段设定时长的高电平。这样在触发信号消失后，若后续的商用模块还未完整地实现功能，系统并不会断开电路、强制中断模块工作，仍会保持闭环状态持续供电，直到计时结束才切断电路。
3、本发明通过采用电压比较器构成了误触发检测电路。利用电压比较器，将接收到的信号和预设的基准电压相比，若小于基准电压，则判定为误触发，则输出低电平，系统自动关断。
4、本发明的近零功耗反馈切断及误报检测系统可基于MEMS技术实现，具有低功耗、高检测、低误报、微型化、可调谐唤醒频率、低成本等特点。
附图说明
图1是实施例1提供的输入信号为射频整流信号的反馈切断及误报检测系统电路图；
图2是实施例2提供的输入信号为太阳能板转换信号的反馈切断及误报检测系统电路图；
图3是实施例3提供的输入信号为MCU控制信号的反馈切断及误报检测系统电路图；
图4是实施例4提供的控制开关为继电器的反馈切断及误报检测系统电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
一种反馈切断及误报检测系统，包括信号触发电路2、误触发检测电路3、定时电路4以及信号合成电路5。信号触发电路2用于根据触发信号控制开关22闭合，使商用电池1与商用模块6供电回路导通，并且开关22能够在信号合成电路5反馈的高电平信号下保持闭合。误触发检测电路3用于将触发信号或信号合成电路5反馈的高电平信号与预设信号比较，若触发信号或信号合成电路5反馈的高电平信号大于预设信号时，误触发检测电路3输出高电平信号到信号合成电路5。定时电路4在供电回路导通时开始工作，输出一段固定时间长度的高电平到信号合成电路5。信号合成电路5用于将信号触发电路2以及定时电路4输出信号进行与逻辑运算，当两路输入信号均为高电平时信号合成电路5输出高电平信号到信号触发电路2以及误触发检测电路3。
其中，商用模块6例如：微控制单元、RF收发系统、组网通信系统、物理量传感器等。
实施例1
如图1所示，一种输入信号为射频整流信号的反馈切断及误报检测系统，包括商用电池1、信号触发电路2、误触发检测电路3、定时电路4、信号合成电路5和商用模块6。
信号触发电路2包括MEMS开关22、天线、整流电路、预偏置电池21。天线的馈线与整流电流的输入端相连接，整流电路输出的负极和MEMS开关22的一个端子S相连，整流电路输出的正极与预偏置电池21的负极相连，预偏置电池21的正极与MEMS开关22的控制端G相连，MEMS开关22的另一个端子D和商用电池1的负极相连。本实施例中，触发信号为天线收到的视频信号经整流电路后生成，当触发信号到来时，与预偏置电池21提供的预偏置电压的叠加大于MEMS开关22的开启电压，此时电路导通开始工作。
误触发检测电路3包括第一电阻31、第二电阻32、第三电阻33、第四电阻34和电压比较器35。电压比较器35的供电端正极和商用电池1正极相连，电压比较器35的供电端负极和MEMS开关22的源极相连，第一电阻31连接在电压比较器35供电端正极和电压比较器35反相输入端之间，第二电阻32连接在电压比较器35反相输入端和电压比较器35供电端负极之间，第三电阻33连接在电压比较器35同相输入端和电压比较器35供电端负极之间，第四电阻34连接在电压比较器35供电端正极和电压比较器35输出端之间。电压比较器35的同相输入端与整流电路输出的正极连接。通过修改第一电阻31和第二电阻32的大小，来控制电压比较器35反相输入端的预设电压，若触发信号并不能达到预设电压值，则电压比较器35输出低电平，切断电路，系统停止工作。
定时电路4包括第五电阻41、第六电阻42、第一电容44、第二电容45和NE555芯片43。NE555芯片43的第4脚和第8脚相连，NE555芯片43的第4脚和第8脚和商用电池1正极相连，NE555芯片43的第1脚和MEMS开关22的源极相连，NE555芯片22的第7脚通过第五电阻41和NE555芯片43的第4脚、第8脚相连，NE555芯片43的第2脚和第6脚相连，NE555芯片43的第7脚通过第六电阻42和NE555芯片43的第2脚、第6脚相连，NE555芯片43的第2脚、第6脚与第一电容44的正极电性相连，第一电容44的负极电性通过第二电容45和NE555芯片43的第5脚相连，NE555芯片43的第1脚通过第二电容45和NE555芯片43的第5脚相连。NE555芯片43工作在定时电路4的工作模式下，通过连线实现上电即开始计时的功能，即输出一段固定时间长度的高电平，其中计时时间τ＝1.1(R5+R6)*C1。
信号合成电路5包括第七电阻51、第八电阻52、第一NMOS管53、第二NMOS管54、第三NMOS管55、第一二极管56。第七电阻51一端和第一NMOS管53的源极相连，另一端和商用电池1正极相连，第八电阻52一端和第三NMOS管55的源极相连，另一端和商用电池1正极相连，第一NMOS管53的漏极和第二NMOS管54的源极相连，第二NMOS管54的漏极和第三NMOS管55的漏极相连，第一二极管56的正极和第三NMOS管55的源极相连，第一二极管56的负极和预偏置电池21的负极相连，第一NMOS管53的漏极和NE555芯片43的第3脚相连，第二NMOS管54的漏极和电压比较器35的输出端相连。信号合成电路5将电压比较器35的输出端和NE555芯片43的输出端进行与逻辑运算，只有当二者均为高电平时，才会产生高电平信号反馈给MEMS开关22。
实施例2
如图2所示，一种输入信号为太阳能板转换信号的反馈切断及误报检测系统，与实施例1的区别在于，信号触发电路2中没有天线和整流电路，增加了太阳能电池板，且开关22采用NMOS管。由于其他结构与实施例1完全一致，在此仅对实施例2中的信号触发电路2进行说明。
信号触发电路2包括NMOS管开关22和太阳能电池板、预偏置电池21。太阳能电池板输出的负极和NMOS管开关22的源极相连，太阳能电池板输出的正极与预偏置电池21的负极相连，预偏置电池21的正极与NMOS管开关22的栅极相连，NMOS管开关22的漏极和商用电池1的负极相连。触发信号为太阳能电池板输出的直流信号，当触发信号到来时，与预偏置电压的叠加大于NMOS管开关22的开启电压，此时电路导通开始工作。
实施例3
如图3所示，一种输入信号为MCU控制信号的反馈切断及误报检测系统，与实施例1的区别在于，信号触发电路2中没有天线和整流电路，增加了微控制单元，且开关22采用BJT晶体管。由于其他结构与实施例1完全一致，在此仅对实施例3中的信号触发电路2进行说明。
信号触发电路2包括BJT晶体管开关22和微控制单元、预偏置电池21。微控制单元输出的负极和BJT晶体管开关22的发射极相连，微控制单元输出的正极与预偏置电池21的负极相连，预偏置电池21的正极与BJT晶体管开关22的基极相连，BJT晶体管开关22的集电极和商用电池1的负极相连。触发信号为控制单元输出的直流信号，当触发信号到来时，与预偏置电压的叠加大于BJT晶体管开关22的开启电压，此时电路导通开始工作。
实施例4
如图4所示，一种输入信号为射频整流信号的反馈切断及误报检测系统，与实施例1的区别在于，信号触发电路2中开关22采用采用继电器。由于其他结构与实施例1完全一致，在此仅对方案一中的信号触发电路2进行补充，说明信号触发电路2的结构。
信号触发电路2包括可选的继电器开关22、天线和整流电路、预偏置电池21。天线的馈线与整流电流的输入端相连接，整流电路输出的负极和继电器开关22线圈的负极相连，继电器开关22的负极和触点2相连，整流电路输出的正极与预偏置电池21的负极相连，预偏置电池21的正极与继电器开关22线圈的正极相连，继电器开关22的触点1和商用电池1的负极相连，继电器开关22的触点2和电压比较器35的供电端负极相连。当触发信号到来时，与预偏置电压的叠加大于继电器开关22的开启电压，此时电路导通开始工作。
以上四个实施例的核心工作原理均相同，先具体阐述如下：
如图1-4所示，当外界输入的直流电平触发信号(包括RF整流信号、太阳能板电平信号、微控制单元输出信号)与预偏置电压相加的值达到开关22的开启电压时，开关22将会闭合，此时商用电池5和商用模块6之间的供电电路导通，系统开始工作；与此同时，在误触发检测电路3中，电压比较器35输入端将接收到的触发信号与预设的基准电压进行比较，若小于预设的基准电压，则判定为误触发，输出低电平，此时，在开关22误触发闭合后会被关闭；反之，则判定为非误触发，输出高电平。当系统开始工作后，由于供电回路的导通，定时电路4上电即开始计时，输出固定时间的高电平，信号合成电路5将定时电路4的输出和误触发检测电路3的输出进行与运算，并将合成的结果反馈至开关22和电压比较器35的同相输入端，以保证电路闭环稳定工作，不再受后续直流电平信号的影响。当计时结束时，信号合成电路5输出低电平，此时开关22断开，系统停止工作，实现了计时功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种反馈切断及误报检测系统，其特征在于，包括信号触发电路(2)、误触发检测电路(3)、定时电路(4)以及信号合成电路(5)；
所述信号触发电路(2)用于根据触发信号控制开关(22)闭合，使商用电池(1)与商用模块(6)供电回路导通，并且所述开关(22)能够在所述信号合成电路(5)反馈的高电平信号下保持闭合；
所述误触发检测电路(3)用于将所述触发信号或所述信号合成电路(5)反馈的高电平信号与预设信号比较，若所述触发信号或所述信号合成电路(5)反馈的高电平信号大于所述预设信号时，所述误触发检测电路(3)输出高电平信号到所述信号合成电路(5)；
所述定时电路(4)在所述供电回路导通时开始工作，输出一段固定时间长度的高电平到所述信号合成电路(5)；
所述信号合成电路(5)用于将所述信号触发电路(2)以及所述定时电路(4)输出信号进行与逻辑运算，当两路输入信号均为高电平时所述信号合成电路(5)输出高电平信号到所述信号触发电路(2)以及所述误触发检测电路(3)。
2.根据权利要求1所述的反馈切断及误报检测系统，其特征在于，所述信号触发电路(2)包括预偏置电池(21)以及所述开关(22)；所述预偏置电池(21)的负极作为所述信号触发电路(2)的直流正极输入端，所述预偏置电池(21)的正极连接所述开关(22)的控制端，同时，所述预偏置电池(21)的负极连接所述信号合成电路(5)的输出端。
3.根据权利要求2所述的反馈切断及误报检测系统，其特征在于，所述误触发检测电路(3)包括第一电阻(31)、第二电阻(32)、第三电阻(33)、第四电阻(34)和电压比较器(35)；电压比较器(35)的供电端正极和所述商用电池(1)正极相连，电压比较器(35)的供电端负极和开关(22)的一个端子相连，第一电阻(31)连接在电压比较器(35)的供电端正极和反相输入端之间，第二电阻(32)连接在电压比较器(35)的反相输入端和供电端负极之间，第三电阻(33)连接在电压比较器(35)的同相输入端和供电端负极之间，第四电阻(34)连接在电压比较器(35)的供电端正极和电压比较器(35)输出端之间；同时，所述电压比较器(35)的同相输入端连接所述信号触发电路(2)的直流正极输入端。
4.根据权利要求3所述的反馈切断及误报检测系统，其特征在于，所述定时电路(4)包括第五电阻(41)、第六电阻(42)、第一电容(44)、第二电容(45)和NE555芯片(43)；NE555芯片(43)的第4脚和第8脚相连，并和所述商用电池(1)正极相连；NE555芯片(43)的第1脚和开关(22)的所述端子相连，NE555芯片(43)的第7脚通过第五电阻(41)和NE555芯片(43)的第4脚、第8脚相连，NE555芯片(43)的第2脚和第6脚相连，NE555芯片(43)的第7脚通过第六电阻(42)和NE555芯片(43)的第2脚、第6脚相连，NE555芯片(43)的第2脚、第6脚与第一电容(44)的正极电性相连，第一电容(44)的负极电性通过第二电容(45)和NE555芯片(43)的第5脚相连，NE555芯片(43)的第1脚通过第二电容(45)和NE555芯片(43)的第5脚相连。
5.根据权利要求4所述的反馈切断及误报检测系统，其特征在于，所述信号合成电路(5)包括第七电阻(51)、第八电阻(52)、第一NMOS管(53)、第二NMOS管(54)、第三NMOS管(55)、第一二极管(56)；第七电阻(51)一端和第一NMOS管(53)的源极相连，另一端和所述商用电池(1)正极相连，第八电阻(52)一端和第三NMOS管(55)的源极相连，另一端和所述商用电池(1)正极相连，第一NMOS管(53)的漏极和第二NMOS管(54)的源极相连，第二NMOS管(54)的漏极和第三NMOS管(55)的漏极相连，第一二极管(56)的正极和第三NMOS管(55)的源极相连；第一二极管(56)的负极作为所述信号合成电路(5)的输出端，和所述预偏置电池(21)的负极相连，第一NMOS管(53)的漏极和NE555芯片(43)的第3脚相连，第二NMOS管(54)的漏极和所述电压比较器(35)的输出端相连。
6.根据权利要求1-5任一所述的反馈切断及误报检测系统，其特征在于，所述开关(22)为MEMS开关、NMOS管、继电器或BJT晶体管。
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