一种超低功耗的无线遥测遥控系统和方法技术方案

超低功耗的无线遥测遥控系统和方法，是让受控端平常处于一种周期性睡眠苏醒后监听信号一瞬间的超低功耗状态。当需要向受控端发送工作指令时，控制端将在一段短的时间内连续不间断向受控端发射指令信号，受控端在苏醒的瞬间，先仅只接收1个或有限几个比特位的数据信号并核对其射频特征，特别是扩频编码特征。只有在射频特征吻合后，才延时接收并解析整个数据信号包。在大大降低受控端功耗的同时，在控制端和受控设备之间维持了一个的快速无线通道。从而为传感器数据的无线采集和传输，设备的无线遥测遥控在物联网市场中的广阔应用打开了大门。本发明专利技术还提供了一种不依赖无线移动公网的远距离GPS定位系统和简单有效的近距离物件搜寻方法。

Ultra low power consumption wireless telemetry remote control system and method

Ultra low power wireless telemetry remote control system and method is to allow the control end is usually in a periodic sleep wake up, listen to the signal in an instant the ultra low power consumption status. When you need to send the controlled end work instructions, control terminal in a short period of time continuous emission instruction signal to the controlled end, the controlled end in the wake of the moment, only to receive a data signal 1 or a limited number of bits and check its RF characteristics, especially the characteristics of spread spectrum encoding. Only when the radio frequency characteristics are in agreement, can the delay and reception of the whole data packet be delayed. While reducing the power consumption of the controlled terminal, a fast wireless channel is maintained between the control end and the controlled device. Thus wireless sensor telemetry and telecontrol for wireless data acquisition and transmission of devices have opened the door to the wide application in the Internet of things market. The invention also provides a long-distance GPS positioning system without relying on the wireless mobile public network and a simple and effective short-range object searching method.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感器数据采集和传输，无线遥控设备等的控制技术和节电方法，及其在定位搜寻中的应用。
技术介绍
物联网是远比互联网影响更加深远的一场新的信息革命。而千千万万关于物的各种信息的采集和传输，必然涉控制计算机，以及远端的传感器，GPS等受控设备等，以及与它们连接的低成本低功耗的无线传输设备。我们今后将与控制计算机连接的无线收发机称为控制端，而与受控设备连接的无线收发机称为受控端。如何使受控端在需要工作时能迅速进入工作状态，而在不需要工作时不向外发射任何信号，同时耗电又非常低，无疑是当前物联网信息革命中一个十分重要的课题。为了防止环境电磁污染以及保证其它无线通信设备能够正常工作，按需工作(在需要的时间和需要的地点才向外发射无线信号)是对所有这些受控端的基本要求。在需要它们工作时能够让它们能很快接收到控制端的无线指令信号的最简单的方法，无疑就是让受控端始终处于一种等待接收控制端无线指令信号的接收状态。这就意味着受控端必须处于一种始终开启无线接收机的高耗电状态，而目前现有的单芯片无线收发机开启时的最低耗电都在20mA左右，因而使用一个一般常用的500mAh的锂电池，最多也就只能支持一天。 为了解决这个问题，工程师们想了各种办法1.控制端采用连续不间断地发射指令信号，而受控端采用周期性睡眠苏醒后再监听指令信号一段时间的方式。一个完整的指令信号包应该包括包头，数据位，效验位等各种内容，因而一般都需要20个字节左右(为了方便起见，我们以后都统一按照20个字节计算)。而由于受控端苏醒监听的时间是随机的，而不可能与控制端发射信号的时间同步(参见附图一)，因而，为了保证在无干扰的情况下每次苏醒后都能接收到一个完整的数据信号包，受控端苏醒后监听接收信号的时间就必须要两倍于控制端发射信号的时间。这里还没有考虑由于干扰的原因，效验位通不过时重新发射所需的时间。这样，每次监听至少需要接收到40个字节所需的时间。以后我们统一使用501ApS的速率来计算，这就需要6. 4mS的时间。如果按照每秒钟醒来一次计算，受控端工作的占空比就是0.0064。也就是说半年不到的时间，如果考虑干扰重发，实际工作所需的其它耗电以及电池漏电等因素，受控端的实际电池寿命还会短得多。这与实际要求的电池寿命相差甚远。因而，工程师们往往不得不采用更长的睡眠苏醒周期来降低工作占空比的方法，这自然也就降低了受控端对控制端指令的反应速度。使用这种方法来延长电池使用寿命显然在许多时候无法使用。2.采用无源唤醒的方式即受控端平常处于掉电状态，受控端中安装有一个可得利用一定频率范围电磁场中能量的检波电路。另外在需要受控端工作的地方安装有一个连续不断向外发射唤醒信号的唤醒器。只有在受控端进入到发射唤醒信号的唤醒器的唤醒范围时，受控端中的检波电路利用唤醒器电磁场中的能量产生一个足以启动受控端的启动电压，从而使受控端进入可与控制端通信的状态。这种方式的优点是，除了可能使用一个非常小的检波偏置电流外，受控端平常并不消耗其它电能，因而非常省电。然而，这种方式的唤醒距离非常短，一般只有几米，而且唤醒器连续发射唤醒信号的功率往往非常大，因而适用范围非常有限。3.传感器唤醒的方式受控端本身与某种传感器(例如干簧管，地感线圈等)相连接。受控端平常处于关机或睡眠状态，只有当传感器探测到某种信号而启动电源开关，或产生一个中断信号来开启受控端收发机，使其进入与控制端的通信状态。这种方式的缺点是能够使用传感器激活唤醒受控端收发机的应用场景非常有限。4.控制端使用相对简单而不带指令的专门用于唤醒受控端的唤醒信号，例如使用简单的方波信号等，通过连续不间断发射的方式，先将处于周期性睡眠苏醒后监听信号一瞬间低功耗状态的受控端唤醒，使其进入连续接收的状态，等待接收控制端在结束连续发射唤醒信号之后，再转回来向受控端发送的工作指令信号。这种做法虽然能够缩短受控端每次睡眠苏醒后的监听时间，但却降低了受控端的反应速度，而且，由于受控端在唤醒后需要在高耗电的状态下等待一定时间后才能接收控制端发来的指令信息，因而还会缩短电池的使用寿命，特别是需要受控端频繁工作的应用场景。(参阅IS0-18000-7标准及附图二)5.受控端平常也处于周期性睡眠苏醒后监听信号一瞬间的低功耗状态，然后利用具有一定强度的射频信号(RSSI)来唤醒受控端，当所探测到的信号强度值超过预先规定的门限时，受控端才会延长监听接收时间，继续接收更多的信号，以对数据信号包做进一步的判断。参阅专利文件CN101533480A以及CN 101236611A。这种做法虽然大大缩短了每次苏醒后监听信号的时间，但由于RSSI可以是来自任何信号源的射频信号强度的叠加，而且波动较大，因而，很容易出现误判断，从而消耗大量的电池能量，特别是在环境噪声较大的环境中。尽管以上的这些方法在在一定程度上，满足了一些特定的应用场景的需要，然而， 它们都存在相当的缺陷，因而无法满足当前市场急迫需要的，在物联网应用的各种场景中都能使受控端在需要工作的时候迅速进入工作状态，而在不工作的时候耗电又非常低的功能要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是针对现有一般方法无法满足物联网普遍应用场景的需要，提供了一种通过“DNA检测”的简单，准确，快速鉴别无线数据信号包的方法，这种方法不仅大大地缩短了受控端每次周期性睡眠苏醒后监听鉴别控制端指令信号的时间，从根本上解决了受控端电池寿命问题，而且控制端不需要重新向受控端发射工作指令，而只需要在“DNA检测”完之后继续接收一个完整的指令信号包就可以了。从而为传感器数据的无线采集和传输，各种设备的无线遥测遥控，以及有源电子标签等在物联网这个更加广泛市场中的应用打开了大门。"DNA检测”方法，是指我们只对一个完整信号包中任意一个比特位或有限的几个比特位，而不是对整个信号包的检测，来鉴别该信号包是否是我们需要接收的信号包的方法。因为任何一个无线数据信号包的每一个比特位，都是在给定的工作频道上，使用给定的调制方式，传输速率和编码方式来传输和表示的。也就是说，数据信号包中的每一个比特位，都必须要具有这样的基本特征，与我们人体每个细胞都具有某种基因特征类似。这就是说，我们只需要对指令信号包中任意一个比特位信号进行分析，就能判断出所接收的信号是否是受控端可以识别的信号，而不需要每次必须接收一个完整的信号包，并对其加以解析后才能决定是否需要丢弃所接收的信号包。因而我们只需要求受控端在每次睡眠苏醒时，先只花非常短的时间(一般不超过100旧)，读取一个或有限的几个比特位进行射频基本特征的检测比对，就可以完成对该信号包的鉴别。对采用直序扩频通信方式的数据信号， 我们只需通过对代表每一个比特位的若干个码片的相关性的进行比对，就可以判断该信号是否是受控端需要接收的信号。如果是，才继续接收。反之，则在IOOuS的监听时间结束后不再延时，立即进入睡眠状态并等待下一次监听信号的机会。这里到底使用一个或几个比特位来进行DNA检测，取决于每个比特位所所包含的射频特征信息量。例如在前述的直序扩频通信中，我们可以使用64个PN码片来代表一个比特位，也可以使用4个码片来代表一个比特位。显然在进行DNA检测时，对与64个码片代表一个比特位的情况，我们只需要读取一个比特本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．超低功耗的无线遥测遥控系统涉及如下几个最基本硬件组成部分：控制计算机，与计算机连接的控制端，受控设备以及与受控设备连接的受控端；控制计算机是指具有数字信息输入功能的ＰＣ机或具有相同功能的其它手持设备，它们通过有线的方式与控制端无线收发机连接，并可通过控制端向外发射所输入的数字信息，需要时还可接收，处理和显示通过控制端传回来的信息；控制端和受控端都是由低成本的无线单芯片收发机制成，相互间可以进行无线通信，它们都有属于自己的独一无二的身份编号；受控端通过有线的方式与各种受控设备连接，并可通过受控端单片机中的预置程序对受控设备进行控制管理；受控端平常处于周期性睡眠苏醒后监听信号一瞬间的低功耗状态，而控制端则采用在一段短的时间内连续不间断地向受控端发射工作指令信号的方式，以便受控端在苏醒的瞬间能够接收到控制端发射的指令信号；而受控端在苏醒的瞬间，采用先仅只花足以接收来自控制端指令信号中的１个或有限几个比特位的时间，完成相关的“ＤＮＡ检测”，受控端只有在接收到信号，而且所接收的信号合符“ＤＮＡ检测”匹配条件的情况下，才会延长接收时间继续接收一个完整的指令信号包以进行解析，并根据解析结果来执行指令信号包所要求的动作；如果受控端在苏醒监听的瞬间没有接收到任何信号，或所接收的信号不能通过ＤＮＡ检测时，将立即返回到周期性睡眠苏醒后监听信号一瞬间的低功耗状态。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖应成，
申请(专利权)人：成都西谷曙光数字技术有限公司，
类型：发明
国别省市：90