無線信號能量收集方法、無線傳感器喚醒方法及其裝置的制造方法
【專利說明】無線信號能量收集方法、無線傳感器喚醒方法及其裝置
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及無線信號能量收集方法、無線傳感器喚醒方法及其裝置。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]無線傳感器已在工業(yè)、民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在很多應(yīng)用場合，如野生動物監(jiān)測，工業(yè)小型設(shè)備的工作狀況監(jiān)測、安保領(lǐng)域等，受安裝位置或被監(jiān)測對象特點(diǎn)所限，傳感器的體積受到限制，只能使用紐扣電池供電。當(dāng)應(yīng)用本身對傳感器的通信響應(yīng)要求較快時，目前的幾種無線傳感器常用的通訊方式如Zigbee、低功耗藍(lán)牙等的工作模式均不能保證傳感器自身攜帶的紐扣電池能夠支撐半年以上。在某些應(yīng)用場合中，人工更換電池的成本，特別是在難以接近的地方更換所需的成本，促使人們不斷在探索降低無線傳感器電量消耗的方法，避免頻繁更換電池。
[0005]傳感器響應(yīng)外部無線數(shù)據(jù)請求一般采用以下兩種方案:
無線接收器始終保持在線:為降低功耗，需要采用極低功率的無線收發(fā)器，從目前的通訊技術(shù)來看，低功耗藍(lán)牙是各種通訊技術(shù)中功耗最低的，當(dāng)無線接收器保持足夠的靈敏度時，平均消耗的功率在2mW左右。采用這種方式，傳感器可隨時響應(yīng)外部的無線數(shù)據(jù)請求。
[0006]無線接收器定時蘇醒:無線傳感器周期性打開無線接收器，檢查是否存在外部的無線數(shù)據(jù)請求。目前很多基于Zigbee技術(shù)的無線傳感器采用的就是這種方式，在傳感器對外部數(shù)據(jù)請求的響應(yīng)時間要求不高時，該方式的耗電量相對前一種方案要小得多。
[0007]如果采用無線接收器始終在線的方案，雖然能夠提高傳感器響應(yīng)外部無線數(shù)據(jù)請求的實(shí)時性，但即使采用功耗最低的藍(lán)牙通訊技術(shù)，使用一塊200 mAh的紐扣電池，僅考慮無線通訊消耗的電量，也只能維持15天左右。
[0008]如果采用無線接收器定時蘇醒的方案，以采用低功耗藍(lán)牙通訊技術(shù)，定時蘇醒間隔設(shè)為5秒為例，使用一塊200 mAh的紐扣電池，僅考慮無線通訊消耗的電量，理論上能維持大約750天左右。
[0009]以上計(jì)算還未包括電池的自放電損失以及傳感器測量所需的電量，因此實(shí)際工作能維持的時間更短。而在很多應(yīng)用場合中，無線傳感器的使用壽命要求保證達(dá)到3年甚至更長。當(dāng)傳感器的響應(yīng)時間縮短時，傳感器本身在通信上耗費(fèi)的電量也會相應(yīng)增加。當(dāng)要求傳感器響應(yīng)外部無線數(shù)據(jù)請求的時間小于5秒時，無論采用上述哪種方案，一塊200mAh紐扣電池顯然不能滿足傳感器對電量的需求。而當(dāng)傳感器安裝在難以接近的位置時，往往更換電池的人工成本遠(yuǎn)大于傳感器本身的物理價值。
[0010]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，提供了如下的技術(shù)方案:
一種無線信號能量收集方法，包括如下步驟:
射頻感應(yīng)天線接收無線載波發(fā)射器發(fā)射的無線載波信號；
所述射頻感應(yīng)天線和能量存儲與整流電路形成閉合回路，從而生成感應(yīng)電流；
所述能量存儲與感應(yīng)電路將所述感應(yīng)電流進(jìn)行存儲、和/或放大。
[0012]進(jìn)一步地，所述射頻感應(yīng)天線的固有頻率與所述無線載波發(fā)射器發(fā)射的無線載波信號頻率一致。
[0013]本發(fā)明還公開了一種無線信號能量收集裝置，包括無線載波發(fā)射器和信號接收裝置，所述信號接收裝置包括射頻感應(yīng)天線和能量存儲與整流電路，所述無線載波發(fā)射器用來發(fā)射特定頻率的無線載波信號，所述射頻感應(yīng)天線負(fù)責(zé)接收所述無線載波信號，并生成感應(yīng)電流，所述感應(yīng)電流通過所述能量存儲與整流電路進(jìn)行存儲、和/或放大。
[0014]進(jìn)一步地，所述能量存儲與整流電路由若干電容和二極管組成，通過電容的電荷存儲效應(yīng)以及二極管的整流作用，將所述射頻感應(yīng)天線生成的感應(yīng)電流進(jìn)行電壓放大與直流變換。
[0015]本發(fā)明還公開了一種無線傳感器喚醒方法，包括如下步驟:
射頻感應(yīng)天線接收無線載波發(fā)射器發(fā)射的無線載波信號；
所述射頻感應(yīng)天線和能量存儲與整流電路形成閉合回路，從而生成感應(yīng)電流；
所述能量存儲與感應(yīng)電路將所述感應(yīng)電流進(jìn)行存儲、電壓放大；
當(dāng)所述感應(yīng)電流放大后的電壓足以驅(qū)動CMOS反相器工作時，所述CMOS反相器輸出無線傳感器喚醒信號，用來觸發(fā)無線傳感器進(jìn)入工作模式。
[0016]進(jìn)一步地，當(dāng)所述感應(yīng)電流放大后的電壓足以驅(qū)動CMOS反相器工作時，所述CMOS反相器輸出邏輯低電平信號，將無線傳感器從睡眠模式喚醒。
[0017]進(jìn)一步地，所述射頻感應(yīng)天線的固有頻率與所述無線載波發(fā)射器發(fā)射的無線載波信號頻率一致。
[0018]本發(fā)明還公開了一種無線傳感器喚醒裝置，包括無線信號能量收集裝置，還包括CMOS反相器，所述CMOS反相器與所述能量存儲與整流電路電連接；所述感應(yīng)電流經(jīng)過能量存儲與整流電路變換為符合CMOS電平的直流信號。
[0019]進(jìn)一步地，所述CMOS反相器具有2個輸出引腳，其中一個引腳接無線傳感器的信號地，另一個引腳接無線傳感器的喚醒引腳；在無線傳感器內(nèi)部，喚醒引腳和MCU控制器的一個引腳相連，并通過電阻上拉到高電平，MCU配置為低電平或下降沿觸發(fā)喚醒。
[0020]本發(fā)明具有以下有益效果:
(1)配合無線傳感器使用，可在無電源供電的條件下收集、存儲特定頻率的無線載波信號的能量，當(dāng)能量累計(jì)到一定程度時，可驅(qū)動內(nèi)部的電子元件輸出CMOS邏輯電平，該電平可用來觸發(fā)無線傳感器進(jìn)入工作狀態(tài)。因此，能夠讓無線傳感器平時無需打開接收器以檢測是否有外部的數(shù)據(jù)請求，從而一直保持睡眠狀態(tài)以節(jié)省功耗。一塊200mAh紐扣電池的電量理論上可以讓無線傳感器持續(xù)工作10年以上。對于安裝在難以接近位置的傳感器，無需再考慮更換電池以及相應(yīng)的人工成本。
[0021](2)能量存儲與整流電路可在極短時間內(nèi)收集足夠的能量并轉(zhuǎn)換為足夠驅(qū)動CMOS反相器工作的電壓，在無線載波發(fā)射器和信號接收裝置距離10米時，信號接收裝置在200ms內(nèi)即可產(chǎn)生驅(qū)動電壓，輸出喚醒信號，相比采用定時蘇醒方案的無線傳感器，極大縮短了響應(yīng)外部數(shù)據(jù)請求的時間。
[0022]
【附圖說明】
[0023]圖1示出了本發(fā)明無線傳感器喚醒裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。