CN117749584B - 一种幅移键控式mdfc传感器、系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种幅移键控式MDFC传感器、系统及控制方法。本发明在MDFC传感器中新增了电源管理单元、专用集成电路、开关单元，实现受驱返回信号frn的幅移键控调制。具体为，专用集成电路通过模拟开关实现控制MDFC单元与天线单元的导通，实现了受驱返回信号frn的幅移键控调制，解决了传统MDFC传感器无法实现数字信号传输的问题。进一步的，本申请提供的MDFC传感器系统解决了现有技术受到工作带宽的限制的问题，极大提高了单个系统中布置的传感器数量。
Description
技术领域
本发明涉及无源无线传感技术领域，更具体地，本发明涉及一种幅移键控式MDFC传感器、系统及控制方法。
背景技术
基于微波直驱变频（Microwave Driven Frequency Conversion，MDFC）技术的无源无线传感器，是一种利用传感器端内部的无源晶体振荡器或利用与无源晶体振荡器外接的可变电容或可变电感作为感应元件，将待测传感量转换为电容量或电感量的变化，完成对收到的微波信号的调制，完成对不同传感量类型的无源感知的传感器。该传感器具有受驱后立即响应，变频信号与驱动信号异频、互不干扰且时宽、带宽、重复周期相同的特点，其具体结构原理可参考专利“一种无源变频结构和无源变频方法”（申请号202310112908.0）。
现有MDFC传感器在使用时，其工作原理为由收发机发射驱动信号，MDFC传感器在满足驱动功率时，产生异频的响应信号，收发机对响应信号进行接收并计算出传感量。但传统MDFC传感器无法实现数字信号传输，由同一收发机驱动的传感器仅能依靠不同传感器具有不同的受驱信号频率范围进行区分，导致系统存在探头容量少，无法对信息编码、信道效率低等缺陷。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种幅移键控式MDFC传感器、系统及控制方法，以期望可以解决现有技术中存在的MDFC传感器无法实现数字信号传输，无法对信息编码，信道效率低等问题。
为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：
本发明一方面提供了一种幅移键控式MDFC传感器。
一种幅移键控式MDFC传感器，包括能量收集单元、电源管理单元、专用集成电路、开关单元、MDFC单元、天线单元；
所述能量收集单元与电源管理单元、专用集成电路、开关单元依次连接，开关单元与MDFC单元、天线单元分别连接；
所述能量收集单元对电源管理单元供能；
所述电源管理单元接收能量收集单元的直流能量在分配后提供给专用集成电路；
所述专用集成电路将数字基带信号进行编码，专用集成电路通过模拟开关控制MDFC单元与天线单元的导通，实现MDFC传感器产生数字基带信号调制的受驱返回信号frn。
MDFC传感器工作原理为，MDFC单元接收收发机驱动信号，产生异频的受驱信号，受驱信号通过专用集成电路进行基带编码并控制开关单元实现受驱返回信号frn的幅移键控调制，并将调制后的受驱返回信号frn发送至收发机。
进一步的技术方案为，所述能量收集单元包括，微波能量转换单元、光伏能量转换单元的一种或两种。
对于能量收集单元，可以根据传感器安装位置条件进行选择，由于MDFC传感器为无源传感器，在不安装电池的情况下，可以选择将微波能量或者光伏能量等转化为电能为专用集成电路供电。
更进一步的技术方案为，所述微波能量转换单元包括微波天线、能量转换器；
所述微波天线与能量转换器连接。
由于MDFC传感器在使用时一般都会配合收发机，所以通过使用带微波天线的微波能量转换单元能够实现MDFC传感器的能量收集和供电。
更进一步的技术方案为，所述专用集成电路具体为MCU单元。
更进一步的技术方案为，所述MDFC单元包括，输入匹配网络、微波变频器件、谐振器件和传感元件；
所述输入匹配网络、谐振器件和传感元件与微波变频器件连接；
所述输入匹配网络用于变频网络中的变频芯片输入端口与天线输出端口的阻抗匹配；
所述微波变频器件用于实现将馈入的微波信号与振荡信号在晶体管内混频，从而实现了无源变频；
所述谐振器件用于对馈入的微波信号进行能量汇聚，并将能量汇聚后的微波信号馈入无源压电类谐振器；
所述传感元件将待测传感量转换为电容量或电感量或电阻量的变化，完成对收到的微波信号的调制；本发明提供了一种幅移键控式MDFC传感系统。
一种幅移键控式MDFC传感系统，包括至少一个上述幅移键控式MDFC传感器、收发机；
所述MDFC传感器通过MDFC单元接收收发机驱动信号，产生异频的受驱信号，通过专用集成电路进行基带编码并控制开关单元实现受驱返回信号frn的幅移键控调制，并将调制后的受驱返回信号frn发送至收发机；
所述收发机发射微波驱动信号，并接收分析受驱返回信号frn，计算出基带信号和传感器测试结果。
在不同的MDFC传感器中，专用集成电路将不同的数字基带信号进行编码，所述数字基带信号包括但不限于ID信息，传感值等，通过模拟开关控制MDFC传感器与天线单元的导通，实现MDFC传感器产生数字基带信号调制的受驱返回信号frn。
在收发机收到受驱返回信号frn后，通过计算得出基带信号和传感器测试结果，最终实现了基于MDFC技术的数字信息幅移键控异频传输。
本发明提供了一种幅移键控式MDFC传感器控制方法。
一种幅移键控式MDFC传感器控制方法，包括以下步骤，
S1：收发机发射微波驱动信号；
S2：传感器接收空间中的微波信号，能量收集将射频能量转化为直流电压通过电源管理模块向专用集成电路供电；
S3：传感器内的专用集成电路进行基带信息编码；
S4：传感器内的专用集成电路根据基带信息，驱动模拟开关，实现幅移键控调制受驱返回信号frn；
S5：收发机对被调制的受驱返回信号frn进行接收分析，计算出基带信号。
进一步的技术方案为，S5具体包括以下步骤：
S51：收发机接收受驱返回信号frn；
S52：收发机带通滤波器对信号进行滤波，并将信号传输至整流器；
S53：整流器对信号进行整流，并传输至低通滤波器；
S54：低通滤波器对信号进行过滤，并传输至抽样判决器；
S55：收发机抽样判决器对信号进行判决，恢复出基带信号。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明通过在MDFC传感器中新增电源管理单元、专用集成电路、开关单元，通过了受驱信号基带编码，实现了受驱返回信号frn的幅移键控调制，解决了传统MDFC传感器无法实现数字信号传输的问题。进一步的，本申请提供的MDFC传感器系统解决了现有技术受到工作带宽的限制的问题，极大提高了单个系统中布置的传感器数量。
附图说明
图1为实施例一幅移键控式MDFC传感器结构示意图；
图2为MDFC单元结构示意图；
图3为实施例二幅移键控式MDFC传感器系统示意图；
图4为实施例二中MDFC传感器A信号调制示意图；
图5为实施例三流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
一种幅移键控式MDFC传感器，参见图1，包括能量收集单元、电源管理单元、专用集成电路、开关单元、MDFC单元、天线单元；
所述能量收集单元与电源管理单元、专用集成电路、开关单元依次连接，开关单元与MDFC单元、天线单元分别连接；
所述能量收集单元对电源管理单元供能，所述能量收集单元包括，微波能量转换单元、光伏能量转换单元的一种或两种。
在本实施例中，能量收集单元为微波能量转换单元，所述微波能量转换单元包括微波天线、能量转换器；
所述微波天线与能量转换器连接。
所述电源管理单元接收能量收集单元的直流能量在分配后提供给专用集成电路；
在本实施例中，电源管理单元为AEM30940；
所述专用集成电路将数字基带信号进行编码，专用集成电路通过模拟开关控制MDFC单元与天线单元的导通，实现MDFC传感器产生数字基带信号调制的受驱返回信号frn。
在本实施例中，专用集成电路具体为MCU单元，具体为PIC16LF1509。
所述MDFC单元包括，参见图2，输入匹配网络、微波变频器件、谐振器件和传感元件；
所述输入匹配网络、谐振器件和传感元件与微波变频器件连接；
所述输入匹配网络用于变频网络中的变频芯片输入端口与天线输出端口的阻抗匹配；
在本实施例中，输入匹配网络具体由一个3nH的电感L1和一个5pF的电容C1组成；
所述微波变频器件用于实现将馈入的微波信号与振荡信号在晶体管内混频，从而实现了无源变频；
所述谐振器件用于谐振器的谐振匹配，在本实施例中，谐振器件具体由一个3.3uH的电感L2和一个10pF的电容C2组成；
所述传感元件将待测传感量转换为电容量或电感量或电阻量的变化，完成对收到的微波信号的调制；
在本实施例中传感元件具体为SFELF10M7GA00-B0。
实施例二：
一种幅移键控式MDFC传感系统，包括至少一个上述幅移键控式MDFC传感器、收发机；
在本实施例中，MDFC传感器数量为3个，参见图3；
所述MDFC传感器通过MDFC单元接收收发机驱动信号，产生异频的受驱信号，通过专用集成电路进行基带编码并控制开关单元实现受驱返回信号frn的幅移键控调制，并将调制后的受驱返回信号frn发送至收发机；
MDFC传感器1（Tag1）具体为：ID信息:0x8000；传感器类型信息:0x0A；
MDFC传感器2（Tag2）具体为：ID信息:0x8001；传感器类型信息:0x0B；
MDFC传感器3（Tag3）具体为：ID信息:0x8002；传感器类型信息:0x0C；
在本实施例中，信号传输系统使用ASK调制，通过专用集成电路控制单端口模拟开关来实现。
专用集成电路将不同的数字基带信号进行编码，包括但不限于ID信息，传感值等。在本实施例中，具体为MDFC传感器1、MDFC传感器2、MDFC传感器3将ID信息进行编码，具体步骤为：
将MDFC传感器1的十六进制ID信息：0x8000和传感器类型信息：0x0A转化为二进制信息，当码元为0时，专用集成电路输出低电平关闭开关单元端口，MDFC传感器1无法产生受驱返回信号frn。当码元为1时，专用集成电路输出高电平打开开关单元端口，MDFC传感器将产生受驱返回信号frn，参见图4。
与此同理，MDFC传感器1（Tag1）发出受驱返回信号frn1，并由收发机接收；MDFC传感器2（Tag2）发出受驱返回信号frn2，并由收发机接收；MDFC传感器3（Tag3）发出受驱返回信号frn3，并由收发机接收。
所述收发机发射微波驱动信号，并接收分析受驱返回信号frn，计算出MDFC传感器1、MDFC传感器2、MDFC传感器3的基带信号和传感器测试结果。
收发机可通过不同的基带信号识别出MDFC传感器1、MDFC传感器2、MDFC传感器3的信号，而无需受系统工作带宽的限制。
实施例三：
一种幅移键控式MDFC传感器控制方法，参见图5，包括以下步骤。
S1：收发机发射微波驱动信号f0；
S2：传感器接收空间中的微波信号，能量收集将射频能量转化为直流电压通过电源管理模块向专用集成电路供电；
S3：传感器内的专用集成电路进行基带信息编码；
S4：传感器内的专用集成电路根据基带信息，驱动模拟开关，实现幅移键控调制受驱返回信号frn；
S5：收发机对被调制的受驱返回信号frn进行接收分析，计算出基带信号。
S5具体包括以下步骤：
S51：收发机接收受驱返回信号frn；
S52：收发机带通滤波器对信号进行滤波，并将信号传输至整流器；
S53：整流器对信号进行整流，并传输至低通滤波器；
S54：低通滤波器对信号进行过滤，并传输至抽样判决器；
S55：收发机抽样判决器对信号进行判决，恢复出基带信号。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (7)
1.一种幅移键控式MDFC传感系统，其特征在于，包括至少一个幅移键控式MDFC传感器、收发机；
所述收发机发射微波驱动信号，并接收分析受驱返回信号frn，计算出基带信号和传感器测试结果；
所述幅移键控式MDFC传感器，包括能量收集单元、电源管理单元、专用集成电路、开关单元、MDFC单元、天线单元；
所述能量收集单元与电源管理单元、专用集成电路、开关单元依次连接，开关单元与MDFC单元、天线单元分别连接；
所述能量收集单元对电源管理单元供能；
所述电源管理单元接收能量收集单元的直流能量在分配后提供给专用集成电路；
所述专用集成电路对数字基带信号进行二进制编码，具体为，专用集成电路根据数字基带信号的二进制编码控制开关单元控制MDFC单元与天线单元的导通或断开，实现MDFC传感器产生数字基带信号调制的受驱返回信号frn；
所述MDFC单元通过接收收发机驱动信号，产生异频的受驱信号。
2.如权利要求1所述的一种幅移键控式MDFC传感系统，其特征在于，所述能量收集单元包括，微波能量转换单元、光伏能量转换单元的一种或两种。
3.如权利要求2所述的一种幅移键控式MDFC传感系统，其特征在于，所述微波能量转换单元包括微波天线、能量转换器；
所述微波天线与能量转换器连接。
4.如权利要求1所述的一种幅移键控式MDFC传感系统，其特征在于，所述专用集成电路具体为MCU单元。
5.如权利要求1-4任意一项所述的一种幅移键控式MDFC传感系统，其特征在于，所述MDFC单元包括，输入匹配网络、微波变频器件、谐振器件和传感元件；
所述匹配网络、谐振器件和传感元件与微波变频器件连接；
所述匹配网络用于变频网络中的变频芯片输入端口与天线输出端口的阻抗匹配；
所述微波变频器件用于实现将馈入的微波信号与振荡信号在晶体管内混频，从而实现了无源变频；
所述谐振器件用于对馈入的微波信号进行能量汇聚，并将能量汇聚后的微波信号馈入无源压电类谐振器；
所述传感元件将待测传感量转换为电容量或电感量或电阻量的变化，完成对收到的微波信号的调制。
6.一种幅移键控式MDFC传感器控制方法，其特征在于，使用如权利要求1-5任意一项所述的幅移键控式MDFC传感器系统，包括以下步骤，
S1：收发机发射微波驱动信号；
S2：传感器接收空间中的微波信号，能量收集将射频能量转化为直流电压通过电源管理模块向专用集成电路供电；
S3：传感器内的专用集成电路进行基带信息编码；
S4：传感器内的专用集成电路根据基带信息，通过控制开关单元控制MDFC单元与天线单元的导通，对MDFC单元产生的异频受驱信号按照基带信息进行调制，产生经过幅移键控调制的受驱返回信号frn；
S5：收发机对被调制的受驱返回信号frn进行接收分析，计算出基带信号。
7.如权利要求6所述的一种幅移键控式MDFC传感器控制方法，其特征在于，S5具体包括以下步骤：
S51：收发机接收受驱返回信号frn；
S52：收发机带通滤波器对信号进行滤波，并将信号传输至整流器；
S53：整流器对信号进行整流，并传输至低通滤波器；
S54：低通滤波器对信号进行过滤，并传输至抽样判决器；
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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