基于时间片轮询的单天线无源数据发射系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于时间片轮询的单天线无源数据发射系统及其实现方法，该系统系统包括天线ANT，能量收集单元EC，能量管理单元EM，能量存储单元ES，计时器TIM，晶体振荡器XO，频率综合器FS，射频合成SYN，数字基带DB等部件；该系统复杂度和能耗低。

Single antenna passive data transmission system based on time slice poll and its implementation method

The invention provides a single antenna passive data transmission system based on time slice polling and its implementation method. The system includes antenna ANT, energy collection unit EC, energy management unit EM, energy storage unit ES, timer TIM, crystal oscillator XO, frequency synthesizer FS, radio frequency synthesizer SYN, digital baseband DB and other components. The system has low complexity and low energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
基于时间片轮询的单天线无源数据发射系统及其实现方法
本专利技术涉及电子通信系统领域，更具体地，涉及一种基于时间片轮询的单天线无源数据发射系统及其实现方法。
技术介绍
从技术层面而言，物联网感知层用来感知客观物理世界，获取物理世界的信息量。客观世界的物理量多种多样，不可穷尽。不同的应用场景关心不同的物理量，因此对传感系统和应用系统也有多种多样的要求。背景要求不同，其硬件平台、软件系统和网络协议必然会有很大差别。但近年来的发展趋势表明，低功耗的数据上行传输模块，甚至完全依赖于环境中的射频无线电波信号作为能量来源，对于无线传感器网络的部署具有至关重要的意义。传感器节点体积微小，通常携带能量十分有限的电池。由于传感器节点个数多、成本要求低廉、分布区域广，而且部署区域环境复杂，有些区域甚至人员不能到达，所以传感器节点通过更换电池的方式来补充能源是不现实的。高效使用外界的无线电磁波所携带的能量来最大化网络生命周期，通过自动化和信息化实现无人值守具有重大的实用意义。另一方面，传感器网络节点的数据流量绝大部分以上行为主，而当前的无线传感数据传输模，无论是底层芯片实现，还是协议传输层和应用层的软件部署往往以具备双向数据传输为基本条件。这为无源数据发射系统的控制逻辑优化了留下了巨大的潜在空间。首先，不需要部署复杂的信号接收电路和芯片，实现代价较小的同时功耗也较小；其次，不需要被动监听，仅在数据发射时激活相关电路，系统工作模式从被动变为主动，也可以在降低功耗上有所作为。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于时间片轮询的单天线无源数据发射系统，该系统该系统复杂度和能耗低。本专利技术的又一目的在于提供一种基于时间片轮询的单天线无源数据发射系统的实现方法。为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：一种基于时间片轮询的单天线无源数据发射系统，包括天线ANT，能量收集单元EC，能量管理单元EM，能量存储单元ES，计时器TIM，晶体振荡器XO，频率综合器FS，射频合成器SYN，数字基带DB；所述天线阵列ANT与能量收集单元EC连接，能量收集单元EC还分别与能量管理单元EM和能量存储单元ES连接，能量管理单元EM还与计时器TIM连接，计时器TIM还分别与晶体振荡器XO和能量存储单元ES连接，晶体振荡器XO还与频率综合器FS连接，频率综合器FS还分别与射频合成器SYN和数字基带DB连接，数字基带DB还与射频合成器SYN连接，射频合成器SYN还与天线ANT连接；能量存储单元ES向计时器TIM、晶体振荡器XO、频率综合器FS、射频合成器SYN和数字基带DB系统能量。进一步地，所述能量存储单元ES受计时器TIM的使能信号PSO控制；当PSO为关时，ES不再向数据发射的电路输送能量。进一步地，所述晶体振荡器XO为有源形式，用于产生稳定的低频时钟，并为计时器TIM和频率综合器FS提供低频率的参考时钟CLKREF_LF。进一步地，频率综合器FS根据输入的参考时钟CLKREF_LF生成高频的无偏斜时钟CLKREF_HF，并输入到射频合成器SYN和数字基带DB中。进一步地，能量管理单元EM内置了稳压电路来保证能量存储单元ES输出稳定的电压信号，还向能量存储单元ES征询当前的能量存储状态S，如果S状态从未知变为阈值SL，则能量管理单元EM控制TIM和XO的开启；以及当存储状态S低于阈值SL时，进行计时器TIM和晶体振荡器XO的关断。一种基于时间片轮询的单天线无源数据发射系统的实现方法，包括以下步骤：S1：天线ANT持续稳定地从外界收集能量到能量收集单元EC，并存储到能量存储单元ES中，且能量管理单元EM追踪当前能量水平S；S2：当能量水平S到达阈值SL时，定时器TIM和晶体振荡器XO开启；S3：定时器TIM按照时间片T进行能量水平S的轮询，当能量水平S满足关系SL<S<SH时，返回步骤S3；当能量水平S满足S>SH时，进入步骤S4；S4：频率综合器FS、射频合成器SYN、数字基带DB开始工作，天线ANT停止能量收集，天线ANT进入数据发射模式；能量水平S随着数据发送而持续降低，此时能量水平S满足SL<S<SH，返回步骤S3；S5：如果能量输入中断或异常，能量水平S降低到阈值SL以下，则定时器TIM和晶体振荡器XO断电。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术中，天线阵列ANT持续稳定地从外界收集能量到能量收集单元EC，并存储到能量存储单元ES中，且能量管理单元EM追踪当前能量水平S；当能量水平S到达阈值SL时，定时器TIM和晶体振荡器XO开启；定时器TIM按照时间片T进行能量水平S的轮询，当能量水平S满足关系SL<S<SH时，定时器TIM继续按照时间片T进行能量水平S的轮询；当能量水平S满足S>SH时，频率综合器FS、射频合成器SYN、数字基带DB开始工作，天线ANT停止能量收集，天线ANT进入数据发射模式；能量水平S随着数据发送而持续降低，此时能量水平S满足SL<S<SH。该系统仅依靠简单的时间片轮询以完成数据传输的功能，以降低系统复杂度和能耗。附图说明图1为本专利技术系统的结构图；图2为本专利技术能量收集单元EC结构图；图3本专利技术方法流程图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1如图1所示，一种基于时间片轮询的单天线无源数据发射系统，包括天线ANT，能量收集单元EC，能量管理单元EM，能量存储单元ES，计时器TIM，晶体振荡器XO，频率综合器FS，射频合成器SYN，数字基带DB；所述天线阵列ANT与能量收集单元EC连接，能量收集单元EC还分别与能量管理单元EM和能量存储单元ES连接，能量管理单元EM还与计时器TIM连接，计时器TIM还分别与晶体振荡器XO和能量存储单元ES连接，晶体振荡器XO还与频率综合器FS连接，频率综合器FS还分别与射频合成器SYN和数字基带DB连接，数字基带DB还与射频合成器SYN连接，射频合成器SYN还与天线ANT连接；能量存储单元ES向计时器TIM、晶体振荡器XO、频率综合器FS、射频合成器SYN和数字基带DB系统能量。能量存储单元ES受计时器TIM的使能信号PSO控制；当PSO为关时，ES不再向数据发射的电路输送能量；晶体振荡器XO为有源形式，用于产生稳定的低频时钟，并为计时器TIM和频率综合器FS提供低频率的参考时钟CLKREF_LF；频率综合器FS根据输入的参考时钟CLKREF_LF生成高频的无偏斜时钟CLKREF_HF，并输入到射频合成器SYN和数字基带DB中；能量管理单元EM内置了稳压电路来保证能量存储单元ES输出稳定的电压信号，还向能量存储单元ES征询当前的能量存储状态S，如果S状态从未知变为阈值SL，则能量管理单元EM控制TIM和XO的开启；以及当存储状态S低于阈值SL时，进行计时器TIM和晶体振荡器XO的关断。如图2所示，能源收集电路EC的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时间片轮询的单天线无源数据发射系统，其特征在于，包括天线ANT，能量收集单元EC，能量管理单元EM，能量存储单元ES，计时器TIM，晶体振荡器XO，频率综合器FS，射频合成器SYN，数字基带DB；所述天线阵列ANT与能量收集单元EC连接，能量收集单元EC还分别与能量管理单元EM和能量存储单元ES连接，能量管理单元EM还与计时器TIM连接，计时器TIM还分别与晶体振荡器XO和能量存储单元ES连接，晶体振荡器XO还与频率综合器FS连接，频率综合器FS还分别与射频合成器SYN和数字基带DB连接，数字基带DB还与射频合成器SYN连接，射频合成器SYN还与天线ANT连接；能量存储单元ES向计时器TIM、晶体振荡器XO、频率综合器FS、射频合成器SYN和数字基带DB系统能量。

【技术特征摘要】
1.一种基于时间片轮询的单天线无源数据发射系统，其特征在于，包括天线ANT，能量收集单元EC，能量管理单元EM，能量存储单元ES，计时器TIM，晶体振荡器XO，频率综合器FS，射频合成器SYN，数字基带DB；所述天线阵列ANT与能量收集单元EC连接，能量收集单元EC还分别与能量管理单元EM和能量存储单元ES连接，能量管理单元EM还与计时器TIM连接，计时器TIM还分别与晶体振荡器XO和能量存储单元ES连接，晶体振荡器XO还与频率综合器FS连接，频率综合器FS还分别与射频合成器SYN和数字基带DB连接，数字基带DB还与射频合成器SYN连接，射频合成器SYN还与天线ANT连接；能量存储单元ES向计时器TIM、晶体振荡器XO、频率综合器FS、射频合成器SYN和数字基带DB系统能量。2.根据权利要求1所述的基于时间片轮询的单天线无源数据发射系统，其特征在于，所述能量存储单元ES受计时器TIM的使能信号PSO控制；当PSO为关时，ES不再向数据发射的电路输送能量。3.根据权利要求2所述的基于时间片轮询的单天线无源数据发射系统，其特征在于，所述晶体振荡器XO为有源形式，用于产生稳定的低频时钟，并为计时器TIM和频率综合器FS提供低频率的参考时钟CLKREF_LF。4.根据权利要求3所述的基于时间片轮询的单天线无源数据发射系统，其特征在于，频率综合器FS根据输入的参考时钟CLKREF_LF生成高频的无偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：路崇，谭洪舟，区俊辉，曾淼旺，吴华灵，李宇，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44