无线信号能量收集方法、无线传感器唤醒方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种无线信号能量收集方法、无线传感器唤醒方法及其装置，包括无线载波发射器和信号接收装置，所述信号接收装置包括射频感应天线和能量存储与整流电路，所述无线载波发射器用来发射特定频率的无线载波信号，所述射频感应天线负责接收所述无线载波信号，并生成感应电流，所述感应电流通过所述能量存储与整流电路进行存储、和/或放大；当所述感应电流放大后的电压足以驱动CMOS反相器工作时，所述CMOS反相器输出无线传感器唤醒信号，用来触发无线传感器进入工作模式。本发明专利技术不仅能够显著减少无线传感器的耗电量，降低在难以接近或施工的地方更换传感器电池的成本，并且能够显著提高无线传感器响应的实时性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线信号能量收集方法、无线传感器唤醒方法及其装置。
技术介绍
无线传感器已在工业、民用领域广泛应用。在很多应用场合，如野生动物监测，工业小型设备的工作状况监测、安保领域等，受安装位置或被监测对象特点所限，传感器的体积受到限制，只能使用纽扣电池供电。当应用本身对传感器的通信响应要求较快时，目前的几种无线传感器常用的通讯方式如Zigbee、低功耗蓝牙等的工作模式均不能保证传感器自身携带的纽扣电池能够支撑半年以上。在某些应用场合中，人工更换电池的成本，特别是在难以接近的地方更换所需的成本，促使人们不断在探索降低无线传感器电量消耗的方法，避免频繁更换电池。传感器响应外部无线数据请求一般采用以下两种方案：无线接收器始终保持在线：为降低功耗，需要采用极低功率的无线收发器，从目前的通讯技术来看，低功耗蓝牙是各种通讯技术中功耗最低的，当无线接收器保持足够的灵敏度时，平均消耗的功率在2mW左右。采用这种方式，传感器可随时响应外部的无线数据请求。无线接收器定时苏醒：无线传感器周期性打开无线接收器，检查是否存在外部的无线数据请求。目前很多基于Zigbee技术的无线传感器采用的就是这种方式，在传感器对外部数据请求的响应时间要求不高时，该方式的耗电量相对前一种方案要小得多。如果采用无线接收器始终在线的方案，虽然能够提高传感器响应外部无线数据请求的实时性，但即使采用功耗最低的蓝牙通讯技术，使用一块200mAh的纽扣电池，仅考虑无线通讯消耗的电量，也只能维持15天左右。如果采用无线接收器定时苏醒的方案，以采用低功耗蓝牙通讯技术，定时苏醒间隔设为5秒为例，使用一块200mAh的纽扣电池，仅考虑无线通讯消耗的电量，理论上能维持大约750天左右。以上计算还未包括电池的自放电损失以及传感器测量所需的电量，因此实际工作能维持的时间更短。而在很多应用场合中，无线传感器的使用寿命要求保证达到3年甚至更长。当传感器的响应时间缩短时，传感器本身在通信上耗费的电量也会相应增加。当要求传感器响应外部无线数据请求的时间小于5秒时，无论采用上述哪种方案，一块200mAh纽扣电池显然不能满足传感器对电量的需求。而当传感器安装在难以接近的位置时，往往更换电池的人工成本远大于传感器本身的物理价值。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题，提供了如下的技术方案：一种无线信号能量收集方法，包括如下步骤：射频感应天线接收无线载波发射器发射的无线载波信号；所述射频感应天线和能量存储与整流电路形成闭合回路，从而生成感应电流；所述能量存储与感应电路将所述感应电流进行存储、和/或放大。进一步地，所述射频感应天线的固有频率与所述无线载波发射器发射的无线载波信号频率一致。本专利技术还公开了一种无线信号能量收集装置，包括无线载波发射器和信号接收装置，所述信号接收装置包括射频感应天线和能量存储与整流电路，所述无线载波发射器用来发射特定频率的无线载波信号，所述射频感应天线负责接收所述无线载波信号，并生成感应电流，所述感应电流通过所述能量存储与整流电路进行存储、和/或放大。进一步地，所述能量存储与整流电路由若干电容和二极管组成，通过电容的电荷存储效应以及二极管的整流作用，将所述射频感应天线生成的感应电流进行电压放大与直流变换。本专利技术还公开了一种无线传感器唤醒方法，包括如下步骤：射频感应天线接收无线载波发射器发射的无线载波信号；所述射频感应天线和能量存储与整流电路形成闭合回路，从而生成感应电流；所述能量存储与感应电路将所述感应电流进行存储、电压放大；当所述感应电流放大后的电压足以驱动CMOS反相器工作时，所述CMOS反相器输出无线传感器唤醒信号，用来触发无线传感器进入工作模式。进一步地，当所述感应电流放大后的电压足以驱动CMOS反相器工作时，所述CMOS反相器输出逻辑低电平信号，将无线传感器从睡眠模式唤醒。进一步地，所述射频感应天线的固有频率与所述无线载波发射器发射的无线载波信号频率一致。本专利技术还公开了一种无线传感器唤醒装置，包括无线信号能量收集装置，还包括CMOS反相器，所述CMOS反相器与所述能量存储与整流电路电连接；所述感应电流经过能量存储与整流电路变换为符合CMOS电平的直流信号。进一步地，所述CMOS反相器具有2个输出引脚，其中一个引脚接无线传感器的信号地，另一个引脚接无线传感器的唤醒引脚；在无线传感器内部，唤醒引脚和MCU控制器的一个引脚相连，并通过电阻上拉到高电平，MCU配置为低电平或下降沿触发唤醒。本专利技术具有以下有益效果：（1）配合无线传感器使用，可在无电源供电的条件下收集、存储特定频率的无线载波信号的能量，当能量累计到一定程度时，可驱动内部的电子元件输出CMOS逻辑电平，该电平可用来触发无线传感器进入工作状态。因此，能够让无线传感器平时无需打开接收器以检测是否有外部的数据请求，从而一直保持睡眠状态以节省功耗。一块200mAh纽扣电池的电量理论上可以让无线传感器持续工作10年以上。对于安装在难以接近位置的传感器，无需再考虑更换电池以及相应的人工成本。（2）能量存储与整流电路可在极短时间内收集足够的能量并转换为足够驱动CMOS反相器工作的电压，在无线载波发射器和信号接收装置距离10米时，信号接收装置在200ms内即可产生驱动电压，输出唤醒信号，相比采用定时苏醒方案的无线传感器，极大缩短了响应外部数据请求的时间。附图说明图1示出了本专利技术无线传感器唤醒装置的电路结构示意图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。本专利技术无线信号能量收集装置包括无线载波发射器和信号接收装置，所述信号接收装置包括射频感应天线和能量存储与整流电路，所述无线载波发射器用来发射特定频率的无线载波信号，所述射频感应天线负责接收所述无线载波信号，并生成感应电流，所述感应电流通过所述能量存储与整流电路实现电压放大。射频感应天线的固有频率应调整至和无线载波发射器发射的无线载波信号频率一致，以提高电波能量转化的效率。射频感应天线和能量存储与整流电路构成低阻抗的封闭回路，当射频感应天线接收到和自身固有频率一致的无线载波信号时能够在回路中生成感应电流。能量存储与整流电路由一系列电容和二极管组成，通过电容的电荷存储效应以及二极管的整流作用，将射频感应天线生成的感应电流进行电压放大与直流变换。本专利技术无线传感器唤醒装置包括上述无线信号能量收集装置，还包括CMOS反相器，所述CMOS反相器与所述能量存储与整流电路电连接。所述感应电流经过能量存储与整流电路变换为符合CMOS电平的直流信号，当所述感应电流放大至能够驱动所述CMOS反相器输出低电平信号时，所述CMOS反相器输出无线传感器唤醒信号，用来触发无线传感器进入工作模式。所述无线传感器唤醒装置需要配合能通过CMOS反相器电平或边沿触发从睡眠状态到唤醒状态的无线传感器使用。无线传感器只需要提供一个可通过CMOS逻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线信号能量收集方法，其特征在于：包括如下步骤：    射频感应天线接收无线载波发射器发射的无线载波信号；    所述射频感应天线和能量存储与整流电路形成闭合回路，从而生成感应电流；    所述能量存储与感应电路将所述感应电流进行存储、和/或放大。

【技术特征摘要】
1.一种无线信号能量收集方法，其特征在于：包括如下步骤：
射频感应天线接收无线载波发射器发射的无线载波信号；
所述射频感应天线和能量存储与整流电路形成闭合回路，从而生成感应电流；
所述能量存储与感应电路将所述感应电流进行存储、和/或放大。
2.根据权利要求1所述的无线信号能量收集方法，其特征在于：所述射频感应天线的固有频率与所述无线载波发射器发射的无线载波信号频率一致
一种无线信号能量收集装置，其特征在于：包括无线载波发射器和信号接收装置，所述信号接收装置包括射频感应天线和能量存储与整流电路，所述无线载波发射器用来发射特定频率的无线载波信号，所述射频感应天线负责接收所述无线载波信号，并生成感应电流，所述感应电流通过所述能量存储与整流电路进行存储、和/或放大。
3.根据权利要求3所述的无线信号能量收集装置，其特征在于：所述能量存储与整流电路由若干电容和二极管组成，通过电容的电荷存储效应以及二极管的整流作用，将所述射频感应天线生成的感应电流进行电压放大与直流变换。
4.一种无线传感器唤醒方法，其特征在于：包括如下步骤：
射频感应天线接收无线载波发射器发射的无线载波信号；
所述射频感应天线和能量存储与整流电路形成闭合...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊光亚，曹翊军，蓝彦，李桂平，罗孝兵，华涛，景波云，安保庆，吕敏，
申请(专利权)人：南京南瑞集团公司，国网电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32