可能量回收的超低功耗物联网井盖监控装置制造方法及图纸

本发明专利技术为一种可能量回收的超低功耗物联网井盖监控装置，在降低功耗方面，利用低泄漏的纳安级低电流电路自主学习休眠策略，降低整体功耗。在控制功耗的同时，本发明专利技术还新增了能量回收系统，可为电池进行充电。能量回收系统由感应模块、储能模块以及蓄电模块组成。感应模块由感应线圈和相关电子线路组成，通常埋设于井盖下方，与储能模块连接。当行驶中的车辆通过井盖时，持续产生的微弱感应电流经储能模块进行收集，达到预定电量后给电池进行放电实现电能回收。能量回收系统在电池与用电部件之间还增加了蓄电模块，当用电部件休眠时，起到蓄电的作用并通过储能模块进行回收。蓄电的作用并通过储能模块进行回收。蓄电的作用并通过储能模块进行回收。

【技术实现步骤摘要】
可能量回收的超低功耗物联网井盖监控装置


[0001]本专利技术涉及低功耗物联网研究领域，尤其涉及一种可能量回收的超低功耗物联网井盖监控装置。

技术介绍

[0002]物联网井盖监控终端大都采用电池供电，如何降低终端的功耗对于电池续航能力的提升起到十分重要的作用。除了主控芯片运行能量损耗外，终端中耗电大户就是传感器及无线通信模块，在固定的电池供电能力的前提下，传感器及无线通信模式的工作电流的大小及工作窗口的长短将密切影响着终端的电池续航能力。
[0003]现有技术通常采用固定采样速率采集传感器输出信号或数据，固定采样率适用于变化缓慢的监测对象的感知场合，对于特定突发事件的捕获存在较大时延，而采用较高采样频率则需要模数转换器及主控模块高频介入处理，缩短主控模块及模数转换器的休眠时间，提高终端的平均功耗，进而影响电池的续航能力。
[0004]无线模块采用固定通信速率、功率将应用数据传输到特定的平台或设备上，对于大规模部署的物联网应用场景，不变的通信速率、类同的发射功率及固定的无线信道，将会增加无线信道的拥挤度，降低数据交互的成功率，提高终端的整体功耗，缩短电池的使用年限。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术中存在的不足之处，本专利技术提出了一种可能量回收的超低功耗物联网井盖监控装置，降低嵌入式系统的功耗，同时新增了能量回收系统，大大延长了物联网井盖监控装置的电池供电时间。
[0006]本专利技术通过以下技术方案来实现：
[0007]一种可能量回收的超低功耗物联网井盖监控装置，其包括能量回收系统、电源模块和用电部件，所述能量回收系统包括感应模块、储能模块和蓄电模块；
[0008]所述感应模块埋设于井盖下方，用于感应车辆通过井盖时产生的感应电流；
[0009]所述储能模块与所述感应模块及所述电源模块连接，用于对产生的感应电流进行收集，达到预定电量后传递给电源模块，以供所述电源模块对所述用电部件进行放电；
[0010]所述蓄电模块连接于所述电源模块和所述用电部件之间，对休眠中的用电部件进行蓄电并通过所述储能模块进行能量回收；
[0011]所述用电部件包括主控模块、通信模块和传感器模块，分别与所述蓄电模块连接；
[0012]所述传感器模块还与所述主控模块连接，所述传感器模块按设定周期间隔启动进行采样，连续采样N次经滑动滤波后输出至主控模块进行本地计算；
[0013]所述主控模块与所述通信模块连接，所述主控模块将计算结果按设定规则确定是否启动通信模块，不启动则进入休眠，启动则待通信模块与后台以自适应信号增益进行数据上传与收取下行配置包，完成与本地参数比对处理后进入休眠。
[0014]进一步的，所述传感器模块包括传感器电源开关，设置于各类传感器的电源输入端，并且与所述蓄电模块及所述主控模块的输出口相连。
[0015]进一步的，所述传感器电源开关的电路中包含有NMOS与PMOS，选取的NMOS开启电压Vgs不大于2.5V，且NMOS的栅极G与主控模块的输出口相连并受其控制；PMOS的栅极G与NMOS的漏极D相连，在PMOS 的源极S与栅极G之间接入电阻，确保接入PMOS源极S的电源与接入漏极D的传感器供电端之间的电气连接启闭可靠，传感器处于间歇式工作模式。
[0016]进一步的，传感器模块的传感器按接口类型分为数字接口传感器、模拟接口传感器和开关量接口传感器。
[0017]进一步的，在所述模拟接口传感器的输出口设置由低功耗比较器或运放搭建的比较电路，并由所述主控模块通过数字接口获取及控制低功耗数字电位器或数模转换器实现比较电路参考电位的动态调整与快速修正，实现感知对象特定事件的快速监测及主控模块的唤醒功能。
[0018]进一步的，所述主控模块采用事件触发及Tickless机制控制系统。
[0019]进一步的，所述通信模块为无线通信模块，所述主控包括通过数字接口获取及设置无线通信模块的信道、发射功率、通信速率、接收信号强度及信噪比参数，根据所述参数加载特定算法协议实现无线信道及通信链路的忙闲感知及切换，发射功率及速率自适应调整，确保无线通信数据交互的成功率，降低功耗。
[0020]进一步的，所述主控模块对于传感器感知的特定事件进行识别后，通过无线模块将数据发送到用户指定装置或平台，或根据用户需求，定时将数据进行压缩并打包，再进行数据传输；在没有数据发送请求的时间点内，所述无线通信模块将进入休眠状态。
[0021]由于采用上述技术方案，使得本专利技术取得的有益效果是：
[0022]本专利技术的井盖监控装置利用多种创新的方法降低嵌入式系统的功耗，同时新增了能量回收系统，大大延长了物联网井盖监控装置的电池供电时间。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术实施例提供的可能量回收的超低功耗物联网井盖监控装置的模块图。
[0025]图2为本专利技术实施例提供的低功耗系统原理图。
[0026]图3为本专利技术实施例提供的开关电路的原理图。
[0027]图4为本专利技术实施例提供的比较电路的原理图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029]本专利技术提出一种可能量回收的超低功耗物联网井盖监控装置的实现方法，如图1所示，图2给出低功耗系统原理，涉及到的传感器控制原理，重点在对传感器电源开关、控制电路及触发电路进行了低功耗方案设计，并成功用于井盖传感器设计与实现中，下面对实现方法进行详细阐述。
[0030]在降低功耗方面，利用低泄漏的纳安级低电流电路自主学习休眠策略，降低整体功耗。主要技术路线如下：采样按设定周期间隔启动，连续采样N(N表示正整数)次经滑动滤波后输出至主控模块(MCU)进行本地计算，计算结果按设定规则确定是否启动通信模块，不启动则整体进入休眠，启动则待通信部分与后台以自适应信号增益进行数据上传与收取下行配置包，完成与本地参数比对处理后整体进入休眠，主控模块采用事件触发及Tickless机制调度各子任务，保证尽可能处于休眠以降低功耗。
[0031]在控制功耗的同时，本专利技术还新增了能量回收系统，可为电源模块 (如电池)进行充电，由电源模块为主控模块、通信模块及传感器模块进行供电。能量回收系统由感应模块、储能模块以及蓄电模块组成。感应模块由感应线圈和相关电子线路组成，通常埋设于井盖下方，与储能模块连接。当行驶中的车辆通过井盖时，持续产生的微弱感应电流经储能模块进行收集，达到预定电量后给电池进行放电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可能量回收的超低功耗物联网井盖监控装置，其特征在于，包括能量回收系统、电源模块和用电部件，所述能量回收系统包括感应模块、储能模块和蓄电模块；所述感应模块埋设于井盖下方，用于感应车辆通过井盖时产生的感应电流；所述储能模块与所述感应模块及所述电源模块连接，用于对产生的感应电流进行收集，达到预定电量后传递给电源模块，以供所述电源模块对所述用电部件进行放电；所述蓄电模块连接于所述电源模块和所述用电部件之间，对休眠中的用电部件进行蓄电并通过所述储能模块进行能量回收；所述用电部件包括主控模块、通信模块和传感器模块，分别与所述蓄电模块连接；所述传感器模块还与所述主控模块连接，所述传感器模块按设定周期间隔启动进行采样，连续采样N次经滑动滤波后输出至主控模块进行本地计算；所述主控模块与所述通信模块连接，所述主控模块将计算结果按设定规则确定是否启动通信模块，不启动则进入休眠，启动则待通信模块与后台以自适应信号增益进行数据上传与收取下行配置包，完成与本地参数比对处理后进入休眠。2.根据权利要求1所述的可能量回收的超低功耗物联网井盖监控装置，其特征在于，所述传感器模块包括传感器电源开关，设置于各类传感器的电源输入端，并且与所述蓄电模块及所述主控模块的输出口相连。3.根据权利要求2所述的可能量回收的超低功耗物联网井盖监控装置，其特征在于，所述传感器电源开关的电路中包含有NMOS与PMOS，选取的NMOS开启电压Vgs不大于2.5V，且NMOS的栅极G与主控模块的输出口相连并受其控制；PMOS的栅极G与NMOS的漏极D相连，在PMOS的源极S与栅极G...

【专利技术属性】
技术研发人员：张革，胡家盛，田犇，
申请(专利权)人：上海电信科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：