TWI739338B - 環境感知智慧觸發省電方法 - Google Patents

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陳淵琮
蔡哲民
王文信
陳冠穎
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崑山科技大學
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Abstract

一種環境感知智慧觸發省電方法，包含：一端點上的一感知模組取得一感知資訊；該端點上的一控制模組比對該感知資訊及該端點儲存之一平均值；當該感知資訊及該平均值的差異超過一閾值時，該端點之一通訊模組開啟；該端點藉由該通訊模組將該感知資訊傳送至一閘道；以及該通訊模組在一預設條件下關閉。藉由採用事件觸發的電源控制方式，平常該通訊模組維持關閉，只有當該感知資訊及該平均值的差異超過該閾值時，才開啟該通訊模組，可以大幅節省電力。

Description

環境感知智慧觸發省電方法
本發明係關於一種環境感知智慧觸發省電方法。
隨著智慧農業的發展，在無全球行動通訊系統(Global System for Mobile Communications,GSM)訊號，且架設實體網路線不易的農業場域中，使用無線科技逐漸成為物聯網訊號傳遞的主流方式。
LoRa(Long Range)是應用在物聯網的低功耗廣域網路傳輸技術(LPWAN)，具體例如有中華民國專利公告號M590748揭露一種基於LoRa通訊的農場管理裝置，係包括：生態訊息收集器、連接該生態訊息收集器的物聯網收集器、伺服器、連接該物聯網收集器與該伺服器以向該伺服器發送由該生態訊息收集器檢測出之生態資料並接收該伺服器發出之指令訊息且支援LoRa通訊方式的通訊模組、連接該通訊模組的物聯網控制器、以及連接該物聯網控制器以用於透過該通訊模組與該物聯網控制器接收該指令訊息並進行農場設備運行狀態之管理的生態控制設備。應用前述專利案所提供的農場管理裝置，可降低農場的管理成本，且提高農場的管理效率。前述專利案還提供一種包括該農場管理裝置的農場，其具有相對應之功效。
然而，前述專利案中，通訊模組在實際實施時會持續且不間斷的運行，長期下來，累積的電量消耗頗為驚人。
爰此，本發明人提出一種環境感知智慧觸發省電方法，包含：一端點上的一感知模組取得一感知資訊；該端點上的一控制模組比對該感知資訊及該端點儲存之一平均值；當該感知資訊及該平均值的差異超過一閾值時，該端點之一通訊模組開啟；該端點藉由該通訊模組將該感知資訊傳送至一閘道；以及該通訊模組在一預設條件下關閉。
進一步，該控制模組比對該感知資訊及該平均值之前，該控制模組將該感知資訊編碼為一代碼。
其中，該代碼具有16位元。
進一步，該端點將該感知資訊傳送至該閘道之前，有一校時模組對該端點及該閘道校時。
進一步，該控制模組比對該感知資訊及該平均值之前，該閘道對該端點派發該閾值。
其中，該預設條件係該控制模組判斷該通訊模組開啟後，於一時間區段內有無訊號傳輸，當該通訊模組在該時間區段內有訊號傳輸時，該控制模組控制該通訊模組維持開啟；當該通訊模組在該時間區段內無訊號傳輸時，該控制模組控制該通訊模組關閉。
其中，該控制模組為一單板電腦或一單晶片。
其中，該通訊模組使用LoRa通訊系統。
其中，該通訊模組為一雙工通訊模組。
根據上述技術特徵可達成以下功效：
1.採用事件觸發的電源控制方式，當感知資訊無異常時，通訊模組維持關閉，只有當感知資訊異常時，才開啟通訊模組，可以大幅節省電力。
2.控制模組會先將感知資訊編碼為16位元的代碼，可以節省後續比對及傳送所需的運算能力。
3.16位元的代碼可以依照需求控制16個繼電器，或是5組顏色。
4.藉由校時模組，可以讓端點及閘道彼此之間利用時間差進行雙向通訊。
5.端點設置雙工通訊模組，當閘道損壞時，可以將其中一端點做為新的閘道，無需擔心感知資訊的傳遞會受影響。
1:端點
11:控制模組
12:感知模組
13:通訊模組
14:校時模組
2:閘道
21:閘道通訊模組
211:網路模組
22:閘道校時模組
23:記憶模組
A:電源開關
B:廣域網路
C:訊息頻道伺服器
C1:資料庫
t1:第一區間
t2:第二區間
t3:第三區間
t4:第四區間
t5:第五區間
[第一圖]係本發明實施例之系統方塊圖。
[第二圖]係本發明實施例之實施示意圖。
[第三圖]係本發明實施例之流程圖一。
[第四圖]係本發明實施例之消耗電流、電源開關開啟及感知資訊發射分別對時間的關係示意圖。
[第五圖]係本發明實施例之流程圖二。
綜合上述技術特徵，本發明環境感知智慧觸發省電方法的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
請參閱第一圖及第二圖，係揭示本發明實施例環境感知智慧觸發省電方法，主要係以一端點(1)及一閘道(2)進行。
該端點(1)電性連接一電源開關(A)，該端點(1)包含一控制模組(11)、一感知模組(12)、一通訊模組(13)及一校時模組(14)。該控制模組(11)可以是一單板電腦或一單晶片。該感知模組(12)可以使用GPIO訊號連接適當的一感 應器(未繪出)，以取得一感知資訊，該感知資訊包含但不限於：影像、土壤濕度、水中含氧量、澆水機構是否開啟、抽水馬達是否開啟或魚塭打氣設備是否開啟等等。在本發明之實施方式中，以影像做為該感知資訊進行說明。
該閘道(2)包含一閘道通訊模組(21)、一閘道校時模組(22)及一記憶模組(23)，該閘道通訊模組(21)包含一網路模組(211)。該閘道(2)的該網路模組(211)藉由一廣域網路(B)訊號連接一訊息頻道伺服器(C)，且該訊息頻道伺服器(C)包含一資料庫(C1)。該閘道通訊模組(21)及該端點(1)的該通訊模組(13)都可以使用LoRa通訊系統，並且是一雙工通訊模組。該訊息頻道伺服器(C)例如MQTT伺服器。該記憶模組(23)預先儲存有一閾值，舉例來說，該閾值可以是一使用者事先輸入，並由該訊息頻道伺服器(C)經由該廣域網路(B)及該網路模組(211)傳送至該記憶模組(23)儲存，或是以讀卡機及記憶卡的方式寫入該記憶單元(23)，並在該閘道(2)啟動後，該閾值先經由該閘道通訊模組(21)及該通訊模組(13)派發至該端點(1)儲存。
請參閱第一圖至第三圖，該環境感知智慧觸發省電方法包含以下步驟：
該端點(1)的該感知模組(12)從該感應器(未繪出)取得該感知資訊後，先由該控制模組(11)對該感知資訊進行判斷，而將該感知資訊編碼為16位元的一代碼，該代碼可以依照需求控制16個繼電器或是5組顏色(RGB)，該代碼並儲存在該端點(1)中。預先累積一定數量的該代碼後，例如十筆該代碼，該端點(1)的該控制模組(11)會計算已儲存之該代碼的一平均值。下一次該感知模組(12)取得該感知資訊時，該控制模組(11)會比對該感知資訊及該平均值，當該感知資訊異常，也就是該感知資訊及該平均值的差異超過該端點(1)已儲存之該閾 值時，該控制模組(11)才控制該端點(1)之該通訊模組(13)開啟，更明確的說，是使該電源開關(A)可以從外部供電給該通訊模組(13)；當該感知資訊無異常，也就是該感知資訊及該平均值的差異未超過一閾值時，該通訊模組(13)則維持關閉，可以大幅節省電力。由於該感知資訊已預先編碼為該代碼，可以節省後續比對及傳送所需的運算能力。不同種類的該感知資訊會對應不同的該閾值，該控制模組(11)根據該感知資訊的種類取得適當的該閾值以進行判斷。
該通訊模組(13)開啟後，該端點(1)的該校時模組(14)及該閘道(2)的該閘道校時模組(22)先校時，舉例來說，可以使用GPS系統的同步校時方式，接著該端點(1)的該校時模組(14)及該閘道(2)的該閘道校時模組(22)再利用時間差以達成雙向通訊的功能。該感知資訊經由該校時模組(14)及該閘道校時模組(22)傳輸後，再經由該廣域網路(B)傳送至該訊息頻道伺服器(C)的該資料庫(C1)儲存，或是藉由適當的一提示裝置(未繪出)通知該使用者。當該感知資訊傳送完畢後，該控制模組(11)再控制該通訊模組(13)關閉。
請參閱第四圖，並請搭配第一圖及第二圖，實際以型號為18650的鋰電池供電，量測該端點(1)的消耗電流，其中縱軸為該電源開關(A)開啟及該感知資訊發射時，0分別代表該電源開關(A)關閉及該感知資訊未發射，1則分別代表該電源開關(A)開啟及該感知資訊發射。在一第一區間(t1)中，該通訊模組(13)處在休眠狀態，消耗電流約為每秒1.53毫安培；在約3秒的一第二區間(t2)中，該通訊模組(13)處在初始化狀態，消耗電流約為每秒26.70毫安培；在約2秒的一第三區間(t3)中，該通訊模組(13)處在待機狀態，消耗電流約為每秒14.76毫安培；在約0.3秒的一第四區間(t4)中，該通訊模組(13)處在發射狀態，消耗電流約為每秒89.80毫安培；在約1秒的一第五區間(t5)中，該通訊模組(13)處在待機狀態， 消耗電流約為每秒14.76毫安培；由第一區間(t1)至第五區間(t5)形成一次循環，接著又回到該第一區間(t1)，該通訊模組(13)重新回到休眠狀態，等待下一次的循環。
以每600秒發出一次該感知資訊做為一次循環，也就是扣除該第二區間(t2)、該第三區間(t3)、該第四區間(t4)及該第五區間(t5)後，剩餘的該第一區間(t1)為593秒，藉由該環境感知智慧觸發省電方法，總消耗電流為該第一區間(t1)的每秒1.53毫安培乘上593秒、該第二區間(t2)的每秒26.70毫安培乘上3秒、該第三區間(t3)的每秒14.76毫安培乘上2秒、該第四區間(t4)的每秒89.80毫安培乘上0.3秒及該第五區間(t5)的每秒14.76毫安培乘上1秒的總和，計算後總消耗電流得到1044毫安培的結果。
未使用該環境感知智慧觸發省電方法時，該通訊模組(13)無休眠狀態，而是直接由待機狀態進入約3秒的初始化狀態，再由約0.3秒的發射狀態回到待機狀態，在每一次循環中，待機狀態總共維持596秒，總消耗電流為初始化狀態的每秒26.70毫安培乘上3秒、發射狀態的每秒89.80毫安培乘上0.3秒及待機狀態的每秒14.76毫安培乘上596秒的總和，計算後總消耗電流得到8904毫安培的結果。由以上1044毫安培及8904毫安培的差異，可以清楚對比出該環境感知智慧觸發省電方法對該通訊模組(13)的省電效果，本發明確實具有良好的功效。
請參閱第五圖，並請搭配第一圖，該通訊模組(13)與該閘道(2)通訊後，該通訊模組(13)在一預設條件下關閉。該預設條件係該控制模組(11)判斷該通訊模組(13)開啟後，於一時間區段內有無訊號傳輸，當該通訊模組(13)在該時間區段內有訊號傳輸時，該控制模組(11)控制該通訊模組(13)維持開啟；當該 通訊模組(13)在該時間區段內無訊號傳輸時，該控制模組(11)控制該通訊模組(13)關閉，可以節省電力。
復請參閱第一圖及第二圖，當該閘道(2)損壞時，由於該端點(1)的該通訊模組(13)是該雙工通訊模組，可以直接在其中一個該端點(1)上寫入可以與該廣域網路(B)通訊的該網路模組(211)，將該端點(1)做為新的該閘道(2)使用，節省更換該閘道(2)以及重新配對該閘道(2)與該端點(1)的時間。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
1:端點
11:控制模組
12:感知模組
13:通訊模組
14:校時模組
2:閘道
21:閘道通訊模組
211:網路模組
22:閘道校時模組
23:記憶模組

Claims (8)

  1. 一種環境感知智慧觸發省電方法，包含：一端點上的一感知模組取得一感知資訊；該端點上的一控制模組比對該感知資訊及該端點儲存之一平均值；當該感知資訊及該平均值的差異超過一閾值時，該端點之一通訊模組開啟；該端點藉由該通訊模組將該感知資訊傳送至一閘道；以及該通訊模組在一預設條件下關閉，該預設條件係該控制模組判斷該通訊模組開啟後，於一時間區段內有無訊號傳輸，當該通訊模組在該時間區段內有訊號傳輸時，該控制模組控制該通訊模組維持開啟；當該通訊模組在該時間區段內無訊號傳輸時，該控制模組控制該通訊模組關閉。
  2. 如請求項1所述之環境感知智慧觸發省電方法，進一步，該控制模組比對該感知資訊及該平均值之前，該控制模組將該感知資訊編碼為一代碼。
  3. 如請求項2所述之環境感知智慧觸發省電方法，其中，該代碼具有16位元。
  4. 如請求項1所述之環境感知智慧觸發省電方法，進一步，該端點將該感知資訊傳送至該閘道之前，有一校時模組對該端點及該閘道校時。
  5. 如請求項1所述之環境感知智慧觸發省電方法，進一步，該控制模組比對該感知資訊及該平均值之前，該閘道對該端點派發該閾值。
  6. 如請求項1所述之環境感知智慧觸發省電方法，其中，該控制模組為一單板電腦或一單晶片。
  7. 如請求項1所述之環境感知智慧觸發省電方法，其中，該通訊模組使用LoRa通訊系統。
  8. 如請求項1所述之環境感知智慧觸發省電方法，其中，該通訊模組為一雙工通訊模組。
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