一種用于監(jiān)測無線終端的喚醒電路和方法與流程

本發(fā)明涉及工程監(jiān)測領(lǐng)域，尤其是一種用于監(jiān)測無線終端的喚醒電路和方法。

背景技術(shù)：

工程監(jiān)測領(lǐng)域中，傳感器應(yīng)用非常廣泛，涉及到軸力監(jiān)測、內(nèi)力監(jiān)測、應(yīng)變監(jiān)測、水位監(jiān)測、土壓力監(jiān)測及位移等監(jiān)測參數(shù)。而該部分項目，廣泛存在與基坑開挖、隧道施工、高邊坡監(jiān)測、房屋健康監(jiān)測、高支模、塔吊、起重設(shè)備等各種工程監(jiān)測項目。而傳統(tǒng)監(jiān)測中，該類項目需人工現(xiàn)場測量，隨著監(jiān)測成本的日益增加及自動化技術(shù)的成熟，自動化監(jiān)測逐步應(yīng)用，而與該類傳感器配套使用的自動讀數(shù)模塊開始越來越廣泛使用。

由于監(jiān)測布點往往設(shè)置在工程關(guān)鍵部位，點多位置復(fù)雜，現(xiàn)有解決方案待機功耗高，導(dǎo)致需人工頻繁更換電池，從而會對監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定性及及時性造成一定影響，造成操作繁復(fù)、效率低下以及不環(huán)保等系列問題。現(xiàn)有技術(shù)中往往只能通過低功耗單片機實現(xiàn)功耗的降低，但是該方法實現(xiàn)功耗降低的效果并不明顯，而且成本高，不利于大規(guī)模使用和推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是：提供一種用于監(jiān)測無線終端的超低功耗喚醒電路。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的另一目的是：提供一種用于監(jiān)測無線終端的超低功耗喚醒方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種用于監(jiān)測無線終端的喚醒電路，包括有電路保護殼以及設(shè)置于保護殼內(nèi)的電路板，所述電路板上設(shè)置有控制模塊、振弦信號拾取模塊、433M無線模塊、外部低頻晶振和電源，所述控制模塊包括有處理芯片、看門狗電路、切換開關(guān)、供電開關(guān)模塊和內(nèi)部高頻晶振，所述電源連接至控制模塊的供電端，所述振弦信號拾取模塊的輸出端通過處理芯片連接至433M無線模塊的輸入端，所述處理芯片的輸出端連接至供電開關(guān)模塊，所述供電開關(guān)模塊分別連接至振弦信號拾取模塊的控制端和433M無線模塊的控制端，所述處理芯片還與切換開關(guān)連接，所述內(nèi)部高頻晶振和外部低頻晶振均連接至切換開關(guān)，所述切換開關(guān)的輸出端連接至看門狗電路，所述看門狗電路的輸出端連接至處理芯片的輸入端。

進一步，所述振弦信號拾取模塊包括有電源升壓子模塊和振弦信號獲取子模塊。

進一步，所述電路保護殼為密封盒，所述密封盒兩端分別設(shè)置有金屬密封頭，其中一個金屬密封頭用于接入振弦信號拾取模塊的待測信號，另一個金屬密封頭用于引出433M無線模塊的天線。

進一步，所述密封盒為鋁制全密封結(jié)構(gòu)的密封盒。

本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是：一種用于監(jiān)測無線終端的喚醒方法，包括有以下步驟：

A、根據(jù)看門狗電路的復(fù)位周期和喚醒時間設(shè)置看門狗電路內(nèi)部的間歇緩存計數(shù)器閾值；

B、初始化間歇緩存計數(shù)器，由處理芯片控制外圍設(shè)備的供電電路斷開，并通過切換開關(guān)切換為外部低頻晶振工作；

C、當(dāng)處理芯片檢測到看門狗電路復(fù)位信號時，檢測間歇緩存計數(shù)器內(nèi)的數(shù)值是否超過間歇緩存計數(shù)器閾值：

C1、若否，則立即進入待機狀態(tài)并等待下一個看門狗電路的復(fù)位信號；

C2、若是，則控制外圍設(shè)備中無線通訊模塊的供電電路連通，并通過切換開關(guān)切換為內(nèi)部高頻晶振工作，持續(xù)檢測無線通訊模塊：

C21、若接收到有效通訊信號，則控制外圍設(shè)備中振弦信號拾取電路的供電電路連通，讀取振弦信號拾取電路獲取的振弦信號并通過無線通訊模塊發(fā)送至服務(wù)器，然后重置間歇緩存計數(shù)器、控制外圍設(shè)備的供電電路斷開，然后進入待機狀態(tài)等待下一個看門狗電路的復(fù)位信號；

C22、否則重置間歇緩存計數(shù)器、控制外圍設(shè)備的供電電路斷開，然后進入待機狀態(tài)等待下一個看門狗電路的復(fù)位信號。

進一步，所述外部低頻晶振的工作頻率為32kHz。

進一步，所述內(nèi)部高頻晶振的工作頻率為24.5MHz。

進一步，所述處理芯片通過切換開關(guān)切換為內(nèi)部高頻晶振工作后，持續(xù)檢測無線通訊模塊的時間為3秒。

進一步，所述步驟A中間歇緩存計數(shù)器閾值Time_IDN的計算公式為：

其中t為設(shè)定的喚醒時間，T為設(shè)定的看門狗電路的復(fù)位周期。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明電路通過看門狗電路配合內(nèi)部高頻晶振和外部低頻晶振的切換，實現(xiàn)在未采集數(shù)據(jù)的工作狀態(tài)時減少外圍設(shè)備供電，保證高頻采樣的情況下實現(xiàn)超低功耗休眠，尤其是其中的處理芯片可采用普通芯片實現(xiàn)，極大地降低硬件成本；同時，采樣頻率可自行調(diào)節(jié)，使用不同的采集要求。

本發(fā)明的另一有益效果是：本發(fā)明方法通過看門狗電路配合內(nèi)部高頻晶振和外部低頻晶振的切換，實現(xiàn)在未采集數(shù)據(jù)的工作狀態(tài)時減少外圍設(shè)備供電，保證高頻采樣的情況下實現(xiàn)超低功耗休眠；同時，采樣頻率可自行調(diào)節(jié)，使用不同的采集要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電路的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明電路的振弦信號拾取模塊的電路原理圖；

圖3為本發(fā)明方法的步驟流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明：

一種用于監(jiān)測無線終端的喚醒電路，包括有電路保護殼以及設(shè)置于保護殼內(nèi)的電路板，參照圖1，所述電路板上設(shè)置有控制模塊、振弦信號拾取模塊、433M無線模塊、外部低頻晶振和電源，所述控制模塊包括有處理芯片、看門狗電路、切換開關(guān)、供電開關(guān)模塊和內(nèi)部高頻晶振，所述電源連接至控制模塊的供電端，所述振弦信號拾取模塊的輸出端通過處理芯片連接至433M無線模塊的輸入端，所述處理芯片的輸出端連接至供電開關(guān)模塊，所述供電開關(guān)模塊分別連接至振弦信號拾取模塊的控制端和433M無線模塊的控制端，所述處理芯片還與切換開關(guān)連接，所述內(nèi)部高頻晶振和外部低頻晶振均連接至切換開關(guān)，所述切換開關(guān)的輸出端連接至看門狗電路，所述看門狗電路的輸出端連接至處理芯片的輸入端。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述振弦信號拾取模塊包括有電源升壓子模塊和振弦信號獲取子模塊。

參照圖2，本發(fā)明一具體實施例的振弦信號拾取模塊具體電路原理圖，該電路主要包括芯片U1、芯片U2，芯片U5，以及電容C14、電感L1和電阻R22。U1和U2為芯片ST1026，芯片U5為UL7439芯片，處理芯片可采用STM5449芯片。電路的芯片U5通過電容C14電感L1和電阻R22升壓產(chǎn)生+9V電壓，9V電壓給振弦波形成電路的芯片U1和U2的8腳供電；處理芯片引腳Mag給芯片U1的3腳一個脈沖，再通過芯片U1的U1A部分進行1級放大，放大后的振弦波激勵傳感器，傳感器返回的振弦波再通過芯片U2進行1級放大，通過芯片U1的U1B部分進行2級放大，放大后的波形通過芯片U1的7腳發(fā)送給處理芯片進行處理。

振弦信號拾取電路包含電源升壓部分和振弦信號形成和獲取部分，具體結(jié)構(gòu)如下：電源升壓部分為電阻R18一端接CPU的PWR-M腳一端接芯片U5的3腳，芯片U5的1腳和4腳地之間串入電阻R17和電容C11，芯片U5的6、7腳相連并與5腳之間串入電感L1，電容C12和C13的一端接芯片U5的6腳，另一端接地，芯片U5的2腳接R11的一端，R11的另一端與R12的一端相連，相連處為產(chǎn)生的9V電壓，R12的另一端接地，芯片U5的5腳也與+V相連；產(chǎn)生的9V分別送至芯片U1和芯片U2的8腳，振弦信號形成為CPU的Mag腳接電容C1的一端，另一端接芯片U1的3腳和電阻R1的一端，R1的另一端接地，電阻Rf1的兩端分別接C1的一端和芯片U1的2腳，芯片U1的1腳通過電容Cf1反饋給芯片U1的2腳，C2一端接地一端接芯片U1的4腳，C3一端接+V一端接地，芯片U1的1腳接R2一端，R2的另一端接繼電器Relay1的6腳，Cf1的一端接Relay1的8腳，繼電器的1腳和3腳與工作電壓3V之間分別串入電阻R9和R10，CPU的LoadON腳電阻R8的一端，R8的另一端接TR3的基極，TR3的發(fā)射極接地，TR3的集電極接繼電器的2、4腳，傳感器的頻率輸入端接繼電器的5腳和7腳，形成的振弦信號通過繼電器切換至激勵傳感器；振弦信號獲取為傳感器頻率線，一根接電阻R26的一端，另一根接R29的一端，R28的一端接R29,一端接地，R26的另一端接芯片U2的2腳，R29的另一端接芯片U2的3腳，+V與地之間串入C19，芯片U2的1腳和2腳之間串入電阻R27和電容C16，芯片U2的1腳與芯片U1的6腳之間串入電容C18和電阻R30，芯片U1的7腳和6腳之間串入R31和C20，芯片U1的7腳出來的信號經(jīng)過C21和R34到CPU的P_CLK腳，CPU進行信號分析。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述電路保護殼為密封盒，所述密封盒兩端分別設(shè)置有金屬密封頭，其中一個金屬密封頭用于接入振弦信號拾取模塊的待測信號，另一個金屬密封頭用于引出433M無線模塊的天線；鑄鋁密封盒機械強度較高，可承受工地上一般性的撞擊或跌落。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述密封盒底部留有掛腿，可安裝于墻上或地面，也可能掛在立桿上，方便工地上各種工況的安裝。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述密封盒為鋁制全密封結(jié)構(gòu)的密封盒，密封蓋蓋緊后允許可浸入水中，可在室外環(huán)境下使用，無需另加防護。

參照圖3，一種用于監(jiān)測無線終端的喚醒方法，包括有以下步驟：

A、根據(jù)看門狗電路的復(fù)位周期和喚醒時間設(shè)置看門狗電路內(nèi)部的間歇緩存計數(shù)器閾值；

B、初始化間歇緩存計數(shù)器，由處理芯片控制外圍設(shè)備的供電電路斷開，并通過切換開關(guān)切換為外部低頻晶振工作；

C、當(dāng)處理芯片檢測到看門狗電路復(fù)位信號時，檢測間歇緩存計數(shù)器內(nèi)的數(shù)值是否超過間歇緩存計數(shù)器閾值：

C1、若否，則立即進入待機狀態(tài)并等待下一個看門狗電路的復(fù)位信號；

C2、若是，則控制外圍設(shè)備中無線通訊模塊的供電電路連通，并通過切換開關(guān)切換為內(nèi)部高頻晶振工作，持續(xù)檢測無線通訊模塊：

C21、若接收到有效通訊信號，則控制外圍設(shè)備中振弦信號拾取電路的供電電路連通，讀取振弦信號拾取電路獲取的振弦信號并通過無線通訊模塊發(fā)送至服務(wù)器，然后重置間歇緩存計數(shù)器、控制外圍設(shè)備的供電電路斷開，然后進入待機狀態(tài)等待下一個看門狗電路的復(fù)位信號；

C22、否則重置間歇緩存計數(shù)器、控制外圍設(shè)備的供電電路斷開，然后進入待機狀態(tài)等待下一個看門狗電路的復(fù)位信號。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述外部低頻晶振的工作頻率為32kHz。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述內(nèi)部高頻晶振的工作頻率為24.5MHz。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述處理芯片通過切換開關(guān)切換為內(nèi)部高頻晶振工作后，持續(xù)檢測無線通訊模塊的時間為3秒。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟A中間歇緩存計數(shù)器閾值Time_IDN的計算公式為：

其中t為設(shè)定的喚醒時間，T為設(shè)定的看門狗電路的復(fù)位周期。

以下以喚醒時間t＝10分鐘為例，說明本發(fā)明方法的具體工作流程：

首先，根據(jù)看門狗電路的復(fù)位周期和喚醒時間設(shè)置看門狗電路內(nèi)部的間歇緩存計數(shù)器閾值；

看門狗的最大復(fù)位周期為10秒,因此我們將系統(tǒng)的間歇復(fù)位設(shè)置為10秒,并且在內(nèi)部設(shè)置了一個間歇緩存計數(shù)器；當(dāng)喚醒時間為10分鐘時，間歇緩存計數(shù)器閾值Time_IDN＝10min/10s＝60。

然后，初始化間歇緩存計數(shù)器的值為0，由處理芯片控制外圍設(shè)備的供電電路斷開，即無線模塊、位移傳感器和壓力傳感器等各種外設(shè)的供電部分完全切斷,然后處理芯片通過切換開關(guān)切換為外部低頻晶振工作，并關(guān)掉除外部低頻晶振外的所有內(nèi)部設(shè)備，包括定時器、AD轉(zhuǎn)換器、內(nèi)部基準(zhǔn)、內(nèi)部晶振等，此時電路只需要電源提供2μA左右的電流便可以維持32kHz晶振頻率進行工作，等待看門狗的喚醒工作。

處理芯片可通過復(fù)位源的狀態(tài)判斷系統(tǒng)復(fù)位方式，當(dāng)處理芯片檢測到看門狗電路復(fù)位信號時，檢測間歇緩存計數(shù)器內(nèi)的數(shù)值是否超過間歇緩存計數(shù)器閾值Time_IDN：

若沒有超過60，則立即進入待機狀態(tài)并等待下一個看門狗電路的復(fù)位信號；此時系統(tǒng)的間歇的復(fù)位啟動的電流在20μA左右,持續(xù)時間在20mS左右。

若檢測間歇緩存計數(shù)器內(nèi)的數(shù)值超過60，則控制外圍設(shè)備中無線通訊模塊的供電電路連通，并通過切換開關(guān)切換為24.5MHz內(nèi)部高頻晶振工作，持續(xù)檢測無線通訊模塊，持續(xù)時間為3秒：

若3秒內(nèi)接收到有效通訊信號，則控制外圍設(shè)備中振弦信號拾取電路的供電電路連通，同時還連通其他外設(shè)的供電電路；讀取振弦信號拾取電路獲取的振弦信號并通過無線通訊模塊發(fā)送至服務(wù)器，此時正常工作，工作電流約為45mA；然后重置間歇緩存計數(shù)器、控制外圍設(shè)備的供電電路斷開，然后進入待機狀態(tài)等待下一個看門狗電路的復(fù)位信號；

若3秒內(nèi)沒有接收到有效通訊信號，重置間歇緩存計數(shù)器為0、控制外圍設(shè)備的供電電路斷開，然后進入待機狀態(tài)等待下一個看門狗電路的復(fù)位信號；在喚醒通訊模塊工作的3秒內(nèi),系統(tǒng)的總體耗電流在15mA左右。

經(jīng)過實際測算,在未喚醒時的平均電流約為72μA,一塊容量為5000mAh的鋰電池，按照有效容量為3000mAh計算,可以待機1736天,時間超過4.5年；有效減少在低頻率或間歇性監(jiān)測采樣過程中的終端待機時間和采樣時間，極大的減少了監(jiān)測人員的工作量，也減少了物理開關(guān)故障問題。

以上是對本發(fā)明的較佳實施進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可以作出種種的等同變換或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。