一种低功耗无线数据采集器制造技术

本发明专利技术涉及无线传感器、无线数据采集器的低功耗设计方法，目的是基于对无线传感器、无线测控设备或无线数据采集器应用特点的分析，提出一种新的动态功率管理方法，在满足应用需求的前提下，使无线传感器、无线数据采集器的无线通信单元尽量处于关闭状态或休眠状态，以降低无线设备的系统功耗，在有限的节点能量下延长设备的运行时间。本发明专利技术提供一种低功耗的无线数据采集器，在不满足所设定的条件时无线通信单元处于关闭状态或休眠状态，在满足所设定的条件时，开启无线通信单元将数据和/或状态参数通过网络传送至其它设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线测控
，特别是涉及无线传感器、无线数据采集器的低功耗设计方法。
技术介绍
随着微电子技术的进步，具有感知、计算和无线网络通信能力的传感器以及由其构成的无线传感器网络得到了迅速发展。无线传感器网络的应用十分广泛。在工业应用方面主要用于涉及危险的火和化学物质的现场监测、机器运行状态监测等；在农业应用领域是收集土地湿度、氮浓缩量和土壤的PH值等；在环境监测和保护领域，可以对工厂废水、废气污染源排放进行实时监测；此夕卜，对森林防火、水文气象数据、水电站大坝的安全运行都可以进行无线实时监测。传感器网络节点一般都由数据采集、数据处理、无线通信和电源等模块组成。处理器通常选用嵌入式处理器，数据传输单元主要由低功耗、短距离的无线通信模块组成。由于无线传感器节点通常设置在户外等难以触及的环境中，采用电池供电，节点能量有限、难以补充，因此降低功耗、延长使用寿命成为无线传感器设计的核心问题，传感器网络的体系结构、通信协议、算法、电路和感知都必须满足能量有效性。对于单个无线传感器节点，除在硬件设计时采用低功耗元件外，动态功率管理(Dynamic Power Management,DPM)和动态电压调节(Dynamic Voltage Supply, DVS)都能有效地降低系统功耗。常用的动态功率管理技术，将处理器设置活动模式、空闲模式和睡眠模式。在活动模式下，时钟、晶振、处理器、存储器正常工作，能量消耗最高；在空闲模式下，内核处理器停止工作，内部寄存器维持他们的当前数据，但是外围电路仍然工作，能量消耗低于活动模式；在睡眠模式下，控制器内核和外围电路停止工作，只有ADC时钟树运行，能量消耗最低。在空闲模式运行时，如果有 数 据发送或转发时，系统切换到活动模式；在睡眠模式运行时，通过reset操作或开关电源，可以使节点重启。一种典型的动态功率管理策略是，平时芯片工作在空闲模式，并关闭ADC模块，只响应RF中断，此时能量消耗非常低；当RF电路接收到数据包后，产生中断，从而切换到活动模式，进行转发或发送，当发送完毕后，再进入空闲模式。现有的这些动态功率管理技术，大多是从芯片、处理器的工作状态和器件功率着手进行底层优化，较少结合无线传感器的应用需求进行分析和优化。
技术实现思路
本专利技术的目的是基于对无线传感器、无线测控设备或无线数据采集器应用特点的分析，提出一种新的动态功率管理方法，以降低无线设备的系统功耗，在有限的节点能量下延长设备的运行时间。一大类用于动态监测的无线传感器网络，具有以下特点:I)需要监测实时数据，但对数据的采样频率要求不高。例如，对于农业土壤指标的监测数据，往往每天提供一次监测数据就足够了。另外一些自动取样分析设备，由于处理和分析一个样品的时间较长，也使数据的采样频率较低。2)需要监测动态数据，但对数据的实时性要求不是非常严格，数据滞后几秒至几分钟是完全可以接受的。例如，对于水文气象数据，如果不是用于实时天气预报，基本并不需要实时，每小时或数小时将监测数据传送到监控中心就完全能满足要求。3)监测数据的目的主要是监控数据是否处于正常范围，而不是用于实时计算处理，因此并不需要全部监测数据的具体数值。例如，对于环境污染源的监控，大多数情况污染源处于达标状态；在控制中心要同时监控大量污染源，某一时刻特定污染源的具体指标往往并不被特别关注，而是用颜色表示数据是否正常。4)监测数据很大概率处于正常状态，处于异常状态的概率很小。对于环境污染源的监控，及大多数监控报警的应用都具有这一特点。另一方面，根据无线传感器、无线测控设备或无线数据采集器的不同用途，信号采集单元、信号转换单元、控制处理单元的设计各有差异，所采用的无线通信单元的硬件设计、网络模式和通讯协议也不相同。但是，用于收发数据的无线通信单元的功耗往往都很高，通常要达到整机功耗的40 90%。本专利技术所述的技术问题，根据无线传感器网络的应用特点，提出一种新的动态功率管理方法，在满足应用需求的前提下，使无线传感器或无线数据采集器的无线通信单元尽量处于关闭状态或休眠状态，以降低无线设备的系统功耗。本专利技术提供一种低功耗的无线数据采集器，包括无线通信单元。 通常，所述低功耗无线数据采集器还包括电源、数据采集单元、数据处理单元。由于用途的不同，无线数据采集器还可以包括其它功能单元或功能模块，例如:无线传感器是带有传感器单元的无线数据采集器，无线检测设备是带有检测单元的无线数据采集器，无线测控设备是带有无线测控设备的无线数据采集器，无线路由器是带有网络路由单元的无线数据采集器。因此，无线传感器、无线检测设备、无线监测设备、无线测控设备、无线路由器也都具有本专利技术所述无线数据采集器的功能，是本专利技术的具体应用。所述低功耗无线数据采集器在不满足所设定的条件时，无线通信单元处于关闭状态或休眠状态；所述无线数据采集器在满足所设定的条件时，开启无线通信单元，将数据和/或状态参数通过网络传送至其它设备。在完成所述的将数据通过网络传送至其它设备之后，无线通信单元进入关闭状态或休眠状态。所述的数据，可以是传感器、变送器或其它设备传送到无线数据采集器的数据或信号；也可以是无线数据采集器将传感器、变送器或其它设备所传送的一次数据或信号进行变换或计算处理后得到的数据。例如，处理器将由传感器所传送的数据进行加权平均、滤波处理、取最大值之后得到的数据，再按照所设定的条件进行判断。所述的状态参数，可以检测器件发送给无线数据传感器的被检测对象的运行状态参数，例如设备运行状态为正常状态、异常状态等；也可以是无线数据采集器对由传感器所传送的数据进行分析处理后得到的数据的状态参数，如安全状态、警告状态、危险状态等；还可以是无线数据采集器自身的工作状态参数，如低电压报警、网络状态参数等。所述低功耗的无线数据采集器开启无线通信单元的设定条件，可以包括以下一项或多项规则的组合:1、当前时间达到所设定的通讯时间。通常是一种定时开启网络通讯的模式，如在每天的固定时刻开启，或每隔一定时间段开启无线通信单元。采用定时开启模式，可以是只针对无线通信单元的定时开启，即在定时时钟未触发时无线通信单元处于关闭或休眠状态，无线数据采集器的其它单元仍处于正常工作状态；也可以是针对包括无线通信单元在内的多个功能单元的定时开启，如:在定时时钟未触发时无线通信单元、数据采集单元、数据存储单元都处于休眠状态，只有定时时钟处于工作状态。2、无线数据采集器所采集的数据处于异常状态。当无线数据采集器所采集或接受的数据是状态参数，通常包括正常状态和异常状态。被监测对象是否处于异常状态由检测单元和处理单元进行判断，无线数据采集器接收到的状态参数为“异常状态”时，即符合设定条件，开启无线通信单元。当无线数据采集器采集或接受的数据是某项数值，如温度、湿度、浓度等，由无线数据采集器判断数据是否处于异常状态，判断条件通常包括以下一项或多项条件的组合:(I)采集的数据超出设定的上限或下限；(2)采集的数据的变化值超出设定的变化值阈值；(3)采集的数据的变化速率超出设定的变化速率阈值。当无线数据采集器的处理器根据所采集的数据，按上述条件判断数据超出设定的限值，则判定数据处于异常状态，开启无线通信单元，传送数据和/或状态参数。3、无线数据采集器的电源电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低功耗无线数据采集器，包括无线通信单元，其特征在于：所述无线数据采集器在不满足所设定的条件时，无线通信单元处于关闭状态或休眠状态；所述数据数据采集器在满足所设定的条件时，开启无线通信单元，将数据和/或状态参数通过网络传送至其它设备。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张友能，黄晓峰，
申请(专利权)人：黄晓峰，
类型：发明
国别省市：