本實(shí)用新型涉及智能家居領(lǐng)域，尤其涉及無源傳感裝置及一種無源式無線傳感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無線傳感網(wǎng)絡(luò)的興起，使得傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用越來越廣泛，而無源無線傳感器作為一種新型的傳感器，具有極端環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)、自主能源供電、可靠性高等特點(diǎn)。在傳統(tǒng)工業(yè)化生產(chǎn)中，為了實(shí)時(shí)保持正常的工業(yè)化生產(chǎn)，利用溫室壓傳感器測試工業(yè)環(huán)境中的溫度、濕度與氣壓，但在實(shí)際應(yīng)用中高溫高壓的密閉環(huán)境因素改變了傳統(tǒng)有源有線傳感器的電學(xué)特性，導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，影響了工業(yè)生產(chǎn)，易燃易爆強(qiáng)高電壓等一些特殊應(yīng)用場合，現(xiàn)場環(huán)境無法提供安全可靠的電源，導(dǎo)致傳感器無法正常使用。
因此，傳感器的供電問題已在一定程度上阻礙其應(yīng)用的步伐和大規(guī)模的推廣。傳感器采集信息是將被測數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)行傳輸，如果在采集數(shù)據(jù)信息的同時(shí)，將電信號同時(shí)作為傳感器的能源供應(yīng)，可以徹底解決系統(tǒng)的供電難題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的無源化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決前述問題，本實(shí)用新型提出無源傳感裝置及一種無源式無線傳感系統(tǒng)。所述的無線傳感系統(tǒng)的傳感部分采用無源方式，此外，無線傳感系統(tǒng)中的傳感器與控制電路采用分散式電磁耦合方式來進(jìn)行電源能量的交換，減少了目前有源傳感器的對電源要求的局限性，解決了一些惡劣環(huán)境對傳感器的需求。
為達(dá)到前述目的，本實(shí)用新型采用的方案為:無源傳感裝置，其特征在于包括：
無源傳感器，以從外部電磁信號獲取電力的方式感測家居環(huán)境指標(biāo)并轉(zhuǎn)換為數(shù)字化參數(shù)數(shù)據(jù)；
電磁耦接該無源傳感器的傳感器控制電路，用于向該無源傳感器發(fā)射上述電磁信號以及接收上述數(shù)字化參數(shù)數(shù)據(jù)。
可選的，無源傳感器還包括：
天線收發(fā)電路，用于預(yù)設(shè)頻率發(fā)射和接收電磁信號；
耦接該天線收發(fā)電路的第二數(shù)據(jù)調(diào)制電路，用于接收來自傳感器控制電路的電磁信號或向傳感器控制電路發(fā)送電磁信號，并設(shè)定該預(yù)設(shè)頻率；
耦接該天線收發(fā)電路的能量存儲電路，用于接收電磁信號所傳遞的能量并加以存儲；
耦接該能量存儲電路的能量管理電路，用于檢測所傳遞能量的積累；以及
用于感測家居環(huán)境指標(biāo)并轉(zhuǎn)換為數(shù)字化參數(shù)數(shù)據(jù)的傳感電路，所述傳感電路耦接上述的第二數(shù)據(jù)調(diào)制電路和能量存儲電路，以在該能量管理電路設(shè)定的閾值下獲得驅(qū)動電力。
可選的，該第二數(shù)據(jù)調(diào)制電路包括了：
容/頻轉(zhuǎn)換器，用于將無源傳感器感知的物理信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字頻率信號；
耦接該容/頻轉(zhuǎn)換器的分頻器，用于處理轉(zhuǎn)換后的數(shù)字頻率信號。
可選的，該無源傳感裝置是嵌入式安裝在建筑面內(nèi)。
可選的，上述的家居環(huán)境指標(biāo)包含溫度、濕度、壓力值。
另一種方案，一種無源式無線傳感系統(tǒng)，包括：
若干個(gè)按權(quán)利要求1所述的無源傳感裝置；
耦接上述無源傳感裝置的數(shù)據(jù)采集裝置，用于接收該無源傳感裝置發(fā)送的數(shù)字化參數(shù)數(shù)據(jù)；以及
與該數(shù)據(jù)采集裝置通訊的網(wǎng)關(guān)，用于對接收的數(shù)字化參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并可視化顯示。
可選的，所述的傳感器控制電路包括：
振蕩器；用于產(chǎn)生載波信號；
功率放大器；用于將振蕩器產(chǎn)生的載波信號進(jìn)行放大；
天線；用于將放大的載波信號通過其進(jìn)行發(fā)射；
檢波電路；從已調(diào)制的高頻振蕩中恢復(fù)出目標(biāo)調(diào)制信號；
第一數(shù)據(jù)調(diào)制電路；以及
電源電路。
可選的，所述的無源傳感器與傳感器控制電路之間通過分散式電磁耦合的方式來進(jìn)行能量傳輸。
可選的，所述的無源式無線傳感系統(tǒng)基于MESH網(wǎng)絡(luò)，所述的MESH網(wǎng)絡(luò)采用平面距離矢量路由協(xié)議。
可選的，數(shù)據(jù)采集裝置可包括微處理器、電源電路、狀態(tài)指示電路、射頻收發(fā)電路、存儲介質(zhì)。
本實(shí)用新型可達(dá)到如下技術(shù)效果：解決了目前有源傳感網(wǎng)絡(luò)存在的一些弊端，提高了傳感器的適用范圍，特別是惡劣環(huán)境對傳感網(wǎng)絡(luò)的訴求。
本實(shí)用新型的這些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會在下面的具體實(shí)施方式、附圖中詳細(xì)的揭露。本實(shí)用新型最佳的實(shí)施方式或手段將結(jié)合附圖來詳盡表現(xiàn)，但并非是對本實(shí)用新型技術(shù)方案的限制。另外，在每個(gè)下文和附圖中出現(xiàn)的這些特征、要素和組件是具有多個(gè)，并且為了表示方便而標(biāo)記了不同的符號或數(shù)字，但均表示相同或相似構(gòu)造或功能的部件。
【附圖說明】
下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。
圖1為本實(shí)用新型的一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)框圖；
附圖標(biāo)記說明：
1-無源傳感裝置；11-傳感器控制電路；12-無源傳感器；111-電源電路； 112-振蕩器；113-功率放大器；114-第一數(shù)據(jù)調(diào)制電路；115-檢波電路；116- 天線；121-能量管理電路；122-能量存儲電路；123-天線收發(fā)電路；124-傳感電路；125-第二數(shù)據(jù)調(diào)制電路；
2-數(shù)據(jù)采集裝置；201-電源電路；202-狀態(tài)指示電路；203-射頻收發(fā)電路； 204-微處理器；205-RAM；206-FLASH；
3-網(wǎng)關(guān)。
【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例的附圖對本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行解釋和說明，但下述實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并非全部?；趯?shí)施方式中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
在本說明書中引用的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)例”或“例子”意指結(jié)合實(shí)施例本身描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可被包括在本專利公開的至少一個(gè)實(shí)施例中。短語“在一個(gè)實(shí)施例中”在說明書中的各位置的出現(xiàn)不必都是指同一個(gè)實(shí)施例。
在本說明書所附的附圖中示出的處理步驟是由包括硬件(例如電路、專用邏輯單元等)、固件(諸如在通用計(jì)算裝置或?qū)Ｓ脵C(jī)器上運(yùn)行)或這二者的組合的處理邏輯執(zhí)行的。盡管以下各個(gè)實(shí)施例是依據(jù)一些順序操作描述了處理，但應(yīng)該理解的是，某些描述的步驟操作可按不同次序執(zhí)行。此外，一些步驟操作可被并行地執(zhí)行而非順序地執(zhí)行。
實(shí)施例1。
參看圖1，一種無源式無線傳感系統(tǒng)主要可包括無源傳感裝置1、數(shù)據(jù)采集裝置2以及網(wǎng)關(guān)3。
無源傳感裝置1可包括無源傳感器12和傳感器控制電路11。
傳感器控制電路11是通過外部電源供電進(jìn)行工作的，主要包括電源電路 111、振蕩器112；功率放大器113；第一數(shù)據(jù)調(diào)制電路114；檢波電路115；天線116。工作時(shí)，振蕩器112產(chǎn)生的載波信號經(jīng)過功率放大器113放大后，通過天線116發(fā)射，為無源傳感器12提供能量。
無源傳感器12通過與傳感器控制電路間11的非接觸式電磁耦合方式來獲取所需的能量，通過非直接供電，實(shí)現(xiàn)無源化。
無源傳感器12主要包括能量管理電路121；能量存儲電路122；天線收發(fā)電路123；傳感電路124；第二數(shù)據(jù)調(diào)制電路125。第二數(shù)據(jù)調(diào)制電路125包括容/頻轉(zhuǎn)換器和分頻器。
數(shù)據(jù)采集裝置2可包括微處理器204、電源電路201、狀態(tài)指示電路202、射頻收發(fā)電路203、存儲介質(zhì)(例如RAM205、FLASH206)。射頻收發(fā)電路203用于無線傳感器節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行無線通信，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)、數(shù)據(jù)收發(fā)以及智能自組網(wǎng)。
網(wǎng)關(guān)3用于對接收的裝置2的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯示。
具體工作時(shí)：
傳感器控制電路11中的振蕩器112產(chǎn)生的載波信號經(jīng)過功率放大器113放大后，通過天線116發(fā)射，無源傳感器12的天線收發(fā)電路123將載波信號所傳遞的能量通過能量存儲電路122進(jìn)行存儲，當(dāng)儲存的能量滿足使用閾值后，將驅(qū)動第二數(shù)據(jù)調(diào)制電路125對傳感信息進(jìn)行采集。第二數(shù)據(jù)調(diào)制電路125中的容/頻轉(zhuǎn)換器，將傳感電路124感知的物理信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字頻率信號；利用分頻器，通過反向散射調(diào)制將數(shù)據(jù)幀加載到載波中。傳感器控制電路11利用檢波電路115、第一數(shù)據(jù)調(diào)制電路114，得到最終的傳感器信息。
傳感器控制電路11將獲取的數(shù)據(jù)通過外圍接口電路傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集裝置2 中。傳感器信息的輸出格式是多參數(shù)的混合輸出，并且是一段連續(xù)的矩形波。數(shù)據(jù)輸出格式是從同步信號開始，然后依次為溫度、濕度、壓力值信息；無源傳感器的輸出信號決定了其采集方式是基于定時(shí)計(jì)數(shù)原理的信號采集；根據(jù)同步信號和采樣周期以及定時(shí)器的計(jì)數(shù)可以實(shí)現(xiàn)傳感器信息溫度、濕度、壓力值信息的分離，將采集到的經(jīng)過信號分離的數(shù)據(jù)再次做發(fā)送前的處理工作，包括數(shù)據(jù)幀格式、WSN協(xié)議，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集裝置2中的無線發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)。
在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集過程中，如果采集數(shù)據(jù)沒有進(jìn)入無線發(fā)送緩沖區(qū)，則數(shù)據(jù)采集失敗，重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，直至緩沖區(qū)有待發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生；對待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送處理，若狀態(tài)指示電路202未閃爍，則表明數(shù)據(jù)未發(fā)送出去。對發(fā)送故障進(jìn)行處理，并且對出現(xiàn)故障的數(shù)據(jù)采集裝置2重新初始化，直至數(shù)據(jù)發(fā)送成功。
在無源式無線傳感系統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊過程中，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間傳輸基于平面距離矢量路由協(xié)議。平面距離矢量路由協(xié)議使用路由請求、路由應(yīng)答和路由出錯作為控制信息。如果終端節(jié)點(diǎn)要與目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，如果路由表中已經(jīng)存在目的節(jié)點(diǎn)通信的路由路徑時(shí)，不進(jìn)行任何操作；當(dāng)與新目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，就會引起路由發(fā)現(xiàn)功能，通過廣播路由請求消息來搜索路徑。目的節(jié)點(diǎn)通過原路返回給源節(jié)點(diǎn)一個(gè)路由應(yīng)答信息來確定路由的可用性。當(dāng)出現(xiàn)鏈路斷開時(shí)，節(jié)點(diǎn)就會使用路由出錯消息來通知上級節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都保留一個(gè)前驅(qū)列表來幫助完成錯誤報(bào)告。
網(wǎng)關(guān)3收到數(shù)據(jù)后，進(jìn)行進(jìn)一步的可視化顯示和處理。
如果網(wǎng)關(guān)3的接收緩沖區(qū)內(nèi)未接收到數(shù)據(jù)，則應(yīng)檢查通信協(xié)議，排除故障，直至接收緩沖區(qū)內(nèi)有數(shù)據(jù)產(chǎn)生，并且將數(shù)據(jù)在網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)3中進(jìn)行分析和處理，顯示傳感器的數(shù)據(jù)信息給目標(biāo)用戶。
實(shí)施例2。
如圖1，源傳感裝置1可包括無源傳感器12和傳感器控制電路11。
傳感器控制電路11是通過外部電源供電進(jìn)行工作的，主要包括電源電路 111、振蕩器112；功率放大器113；第一數(shù)據(jù)調(diào)制電路114；檢波電路115；天線116。工作時(shí)，振蕩器112產(chǎn)生的載波信號經(jīng)過功率放大器113放大后，通過天線116發(fā)射，為無源傳感器12提供能量。
無源傳感器12通過與傳感器控制電路間11的非接觸式電磁耦合方式來獲取所需的能量，通過非直接供電，實(shí)現(xiàn)無源化。
無源傳感器12主要包括能量管理電路121；能量存儲電路122；天線收發(fā)電路123；傳感電路124；第二數(shù)據(jù)調(diào)制電路125。第二數(shù)據(jù)調(diào)制電路125包括容/頻轉(zhuǎn)換器和分頻器。
傳感器控制電路11中的振蕩器112產(chǎn)生的載波信號經(jīng)過功率放大器113放大后，通過天線116發(fā)射，無源傳感器12的天線收發(fā)電路123將載波信號所傳遞的能量通過能量存儲電路122進(jìn)行存儲，當(dāng)儲存的能量滿足使用閾值后，將驅(qū)動第二數(shù)據(jù)調(diào)制電路125對傳感信息進(jìn)行采集。第二數(shù)據(jù)調(diào)制電路125中的容/頻轉(zhuǎn)換器，將傳感電路124感知的物理信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字頻率信號；利用分頻器，通過反向散射調(diào)制將數(shù)據(jù)幀加載到載波中。傳感器控制電路11利用檢波電路115、第一數(shù)據(jù)調(diào)制電路114，得到最終的傳感器信息。
傳感器控制電路11將獲取的數(shù)據(jù)通過外圍接口電路傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集裝置2 中。傳感器信息的輸出格式是多參數(shù)的混合輸出，并且是一段連續(xù)的矩形波。數(shù)據(jù)輸出格式是從同步信號開始，然后依次為溫度、濕度、壓力值信息；無源傳感器的輸出信號決定了其采集方式是基于定時(shí)計(jì)數(shù)原理的信號采集；根據(jù)同步信號和采樣周期以及定時(shí)器的計(jì)數(shù)可以實(shí)現(xiàn)傳感器信息溫度、濕度、壓力值信息的分離，將采集到的經(jīng)過信號分離的數(shù)據(jù)再次做發(fā)送前的處理工作，包括數(shù)據(jù)幀格式、WSN協(xié)議，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集裝置2中的無線發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)。
在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集過程中，如果采集數(shù)據(jù)沒有進(jìn)入無線發(fā)送緩沖區(qū)，則數(shù)據(jù)采集失敗，重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，直至緩沖區(qū)有待發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生；對待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行打包發(fā)送處理，若狀態(tài)指示電路202未閃爍，則表明數(shù)據(jù)未發(fā)送出去。對發(fā)送故障進(jìn)行處理，并且對出現(xiàn)故障的數(shù)據(jù)采集裝置2重新初始化，直至數(shù)據(jù)發(fā)送成功。
另外，如在本申請中使用的，術(shù)語“模塊”、“系統(tǒng)”是指下面各項(xiàng)的全部：
(1)僅硬件的電路實(shí)施方式(諸如以僅模擬和/或數(shù)字電路設(shè)備的實(shí)施方式)；
(2)電路和軟件的組合，諸如：(i)控制電路的組合或(ii)控制電路/軟件(包括數(shù)字信號控制電路)、軟件和存儲器的部分，其共同工作以引起諸如移動電話或服務(wù)器之類的設(shè)備執(zhí)行各種功能；以及
(3)諸如微控制電路或微控制電路部分之類的電路，其需要用于操作的軟件或固件，即使軟件或固件并沒有物理地呈現(xiàn)。
“單元”或“裝置”的定義適用于所有在以上實(shí)施例中(包括在任何權(quán)利要求中)對該術(shù)語的使用。作為另一示例，術(shù)語“模塊”也可以涵蓋僅一個(gè)控制電路或控制電路部分以及它的附屬的軟件和/或固件的實(shí)施例方式。術(shù)語“裝置”還可涵蓋例如類集成電路、蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的基帶集成電路或應(yīng)用控制電路集成電路。
本實(shí)用新型是參照根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中的功能的裝置。
盡管已描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實(shí)施例做出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本實(shí)用新型范圍的所有變更和修改。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。