矿用无线感知终端的制作方法

本发明涉及无线感知技术领域，尤其涉及一种矿用无线感知终端。

背景技术：

现阶段，智能抄表、物流监控、智慧农林牧渔业以及智能穿戴、智慧城市、工业控制等多类行业或领域正推进物联网建设与应用。物联网感知终端提供信息的实时采集与接收系统平台指令，系统平台收集各感知终端上传的数据并下发控制指令，为行业的生产与应用提供数据支撑。

在工业应用领域，感知终端常被用于工况环境恶劣、布线困难、监测点位少、布线成本高的工作场景中，例如矿山开采工作环境中，现场人员、车辆活动频繁，由于施工、作业等活动，采用电源线缆、通信线缆的有线装置面临安装难度大、建设成本高、周期长等问题，使用期间经常发生设备线路损坏、设备受到外力冲击、断网断电等情况，造成感知终端异常而无法保障物联网系统的可靠运行。因此，物联网感知终端作为物联网应用的前端关键节点，其可靠性与能耗问题直接影响系统的稳定性、控制的有效性，并直接关系到系统建设与维护成本。

技术实现要素：

本申请是基于发明人对以下问题的认识和研究做出的：

在相关技术中，不管是低功耗状态监控设备，还是低功耗供电模块，都无法解决自身静态功耗高的问题，并且未对电池的输出电流进行缓冲或保护，电池大电流输出会使电池使用寿命显著下降，电池寿命下降将导致装置免维护期缩短，同时也未对无线通信信号质量进行检测，在出现信号质量差或通信失败情况时，将会产生无效运行功耗，由于无线通信能耗较高，将导致有效运行功耗较高。此外，在运输、贮存、安装等非运行状态会消耗无效功耗，将导致终端全寿命周期功耗较高，大大缩短了运行周期。

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术存在的缺点、不足，本发明提供一种矿用无线感知终端，通过能量缓冲及优化控制，能够降低对电源电流需求幅度、降低静态功耗、降低运行功耗、全寿命周期功耗，实现低能耗运行，提升使用寿命，解决了恶劣环境中终端建设与维护成本高以及终端数据可靠运行难以保障的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明实施例提供的一种矿用无线感知终端，包括：供电单元；能量缓冲单元，所述能量缓冲单元与所述供电单元相连，所述能量缓冲单元用于对所述供电单元的输出电流进行缓冲控制以向终端负载输出稳定供电电压；传感器采集单元，所述传感器采集单元用于采集传感器检测信息；无线通信单元，所述无线通信单元用于建立所述矿用无线感知终端对外通信连接；电量监测单元，所述电量监测单元用于监测所述能量缓冲单元的储能电量；控制单元，所述控制单元分别与所述传感器采集单元、所述无线通信单元和所述电量监测单元相连，所述控制单元采用周期性工作方式对所述传感器检测信息进行采集，并通过主动上报的方式发起无线通信，以便在间歇期控制终端进入低功耗模式，以及根据所述能量缓冲单元的储能电量判断是否对所述传感器采集单元的采集工作和所述无线通信单元的通信工作进行延时。

本发明实施例提出的矿用无线感知终端，通过在供电单元与负载电路之间增加能量缓冲单元，对负载提供稳定供电电压，避免负载直接从电源拉取大电流而降低内部电池性能，从而提升内部电池使用寿命，并且，控制单元采用周期性工作方式对传感器检测信息进行采集，且通过主动上报的方式发起无线通信，从而在间歇期使得终端进入低功耗模式，大大降低运行功耗，同时对传感器检测信息采集、无线通信等瞬时电耗较大的操作，采用间隔、延时执行的方式，避免负载持续从能量缓冲单元拉取大电流或过度拉取电流而间接增大电源负担和降低内部电池性能，进而提升电池使用寿命，实现低能耗运行，提升使用周期。

可选地，根据本发明的一个实施例，

所述能量缓冲单元包括蓄能组件和电压转换电路，

所述能量缓冲单元蓄能电量范围为2焦耳至18焦耳，在所述供电单元输出功率低于0.3瓦时，所述能量缓冲单元最大输出功率不低于0.3瓦，

在所述供电单元无输出电流时，所述能量缓冲单元连续输出电量不低于0.05焦耳；

在所述供电单元供电正常或异常时，所述能量缓冲单元至少对控制单元、无线通信单元、传感器采集单元其中一者提供不低于0.3瓦的瞬时功率或不低于0.05焦耳持续电量；

所述供电单元异常包括供电单元无输出电流、输出电流较小、输出功率不稳定其中之一。

或者，

所述能量缓冲单元包括电压监测芯片和蓄能组件，其中，所述能量缓冲单元通过所述电压监测芯片监测到所述供电单元与所述蓄能组件之间出现输入压差大于预设电压阈值时，自动切换至大阻抗电流通道(即电流缓冲通道)，并通过所述电压监测芯片监测到所述供电单元与所述蓄能组件之间出现输入压差小于等于预设电压阈值时，自动切换至小阻抗电流通道，以使所述供电电源在不同工况下均进行连续稳定输出。

可选地，所述能量缓冲单元还包括电压监测电路、开关电路、限流电阻；

由所述电压监测电路、所述开关电路、所述限流电阻组成电流缓冲通道，

所述能量缓冲单元包括2路所述电流缓冲通道和相应预设电压阈值，所述预设电压阈值范围为2.5至6v，通过所述电压监测电路监测到所述供电单元与所述蓄能组件之间出现输入压差大于所述预设电阈值时，通过开关电路自动切换至第一电流缓冲通道，并通过所述电压监测电路监测到所述供电单元与所述蓄能组件之间出现输入压差小于等于所述预设电压阈值时，通过开关电路自动切换至第二电流缓冲通道，所述能量缓冲单元通过自动切换电流缓冲通道通控制供电单元在不同工况下均输出电流范围为3ma至70ma；

第二电流缓冲通道的阻抗小于第一电流缓冲通道的阻抗。

可选地，根据本发明的一个实施例，所述的矿用无线感知终端，还包括电源管理单元，所述电源管理单元用于控制所述能量缓冲单元是否给所述传感器采集单元和所述无线通信单元供电，其中，在所述矿用无线感知终端以低功耗模式进行工作时，所述控制单元通过所述电源管理单元关闭所述传感器采集单元和/或所述无线通信单元的供电。

可选地，根据本发明的一个实施例，所述控制单元在通过所述无线通信单元建立所述矿用无线感知终端对外通信连接时，还获取无线通信信号质量，并根据所述无线通信信号质量控制所述的矿用无线感知终端的无线通信时间间隔和/或信号增益。

可选地，根据本发明的一个实施例，所述的矿用无线感知终端，还包括外部能量输入单元，所述外部能量输入单元与所述能量缓冲单元相连，所述外部能量输入单元用于接入外部电源，以给所述能量缓冲单元供电。

或者，所述供电单元包括内部电池和/或外部能量输入单元，

其中所述外部能量输入单元用于接入外部电源，所述内部电池、所述外部能量输入单元与所述能量缓冲单元相连，以给所述能量缓冲单元供电。

可选地，根据本发明的一个实施例，所述的矿用无线感知终端，还包括人机交互单元，所述人机交互单元与所述控制单元相连，所述控制单元通过所述人机交互单元接收切换指令以控制所述矿用无线感知终端在工厂模式和运行模式之间进行切换，其中，所述矿用无线感知终端在所述工厂模式处于完全静默状态，直至切换到所述运行模式。

可选地，根据本发明的一个实施例，所述运行模式包括活跃模式和低功耗模式，所述活跃模式与所述低功耗模式之间通过事件触发和执行结果进行相互切换。

可选地，根据本发明的一个实施例，所述活跃模式包括交互活跃模式周期活跃模式。所述控制单元还用于，

获取所述矿用无线感知终端的运行状态，并根据所述矿用无线感知终端的运行状态判断所述矿用无线感知终端正常运行时，通过所述传感器采集单元采集传感器检测到的信息；

在预先设置的能量缓冲间隔时间到达时，对无线通信信号质量进行监测，并通过所述无线通信单元对外发送所述传感器检测到的信息和所述矿用无线感知终端的运行状态，以及通过所述无线通信单元接收到外部应答指令时，控制所述矿用无线感知终端进入低功耗模式。

可选地，根据本发明的一个实施例，

所述活跃模式包括交互活跃模式和周期活跃模式，当所述矿用无线感知终端进入周期活跃模式时，所述控制单元还用于，

获取所述矿用无线感知终端的运行状态，并根据所述矿用无线感知终端的运行状态判断所述矿用无线感知终端正常运行时，通过所述传感器采集单元采集传感器检测到的信息；

在预先设置的能量缓冲间隔时间到达时，监测所述能量缓冲单元的储能电量；

当所述能量缓冲单元的储能电量小于预设电量阈值时，控制所述能量缓冲单元进行蓄能延时，直至所述能量缓冲单元的储能电量大于等于预设电量阈值时，对无线通信信号质量进行监测，并通过所述无线通信单元对外发送所述传感器检测到的信息和所述矿用无线感知终端的运行状态，以及通过所述无线通信单元接收到外部的应答指令时，控制所述矿用无线感知终端进入低功耗模式，其中，若无线通信的信号质量差且信息发出后无应答信号的情况连续发生，则自动增大无线通信周期，直至升至周期最大值、或无线通信信号质量恢复并收到应答指令后恢复正常通信周期。

也就是说，当所述矿用无线感知终端进入周期活跃模式时，所述控制单元还用于，获取所述矿用无线感知终端的运行状态，并根据所述矿用无线感知终端的运行状态判断所述矿用无线感知终端正常运行时，通过所述传感器采集单元采集传感器检测信息；根据预设的周期能量缓冲间隔时间，延时监测所述能量缓冲单元的储能电量；当所述能量缓冲单元的储能电量小于预设电量阈值时，控制所述能量缓冲单元进行蓄能延时，直至所述能量缓冲单元的储能电量大于等于预设电量阈值时，对无线通信信号质量进行监测，并通过所述无线通信单元对外发送所述传感器检测信息和所述矿用无线感知终端的运行状态，以及通过所述无线通信单元接收到外部应答指令时，控制所述矿用无线感知终端进入低功耗模式，其中，若无线通信信号质量差且信息发出后无应答信号的情况连续发生，则自动增大无线通信周期，直至升至周期最大值、或无线通信信号质量恢复并收到应答指令后恢复正常通信周期。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明实施例提出的矿用无线感知终端，结构简单、操作方便，通过降低对电源电流需求幅度、降低待机功耗、降低运行功耗、全寿命周期功耗等处理方式，大幅降低综合能耗水平，实现低能耗运行，提升内部电池使用寿命，使得矿用无线感知终端可使用外部微弱电量转换装置实现稳定运行，或采用内部单节电池实现免维护长期运行，提升使用周期。其中：

(1)通过在供电单元与负载电路之间增加能量缓冲单元，实现缓冲电路对负载提供稳定供电电压，避免负载直接从内部电池或外部供电装置拉取大电流而降低内部电池性能，从而提升内部电池使用寿命。

(2)通过设置电源管理单元，实现终端低功耗模式、活跃模式两种运行策略，低功耗模式时电源管理单元自动关断传感器采集单元、无线通信单元的电源，仅保留微控制器及实时时钟低功耗工作，并且低功耗模式时，矿用无线感知终端的状态监测电路、按键输入电路采用中断触发方式，以低能耗方式运行，从而能够降低待机时功耗。

(3)本发明采用能量缓冲控制策略，即控制单元采用周期性工作方式对传感器检测信息进行采集，并通过主动上报的方式发起无线通信，从而终端在间歇期进入低功耗模式，并且对传感器检测信息的采集、无线通信等瞬时电耗较大的操作，采用间隔、延时执行的方式，执行前检测能量缓冲单元的储能电量，若电量较低则延时执行，避免负载持续从能量缓冲单元拉取大电流或过度拉取电流而间接增大电源负担、降低内部电池性能，从而提升内部电池使用寿命，降低工作时功耗。

(4)本发明可使用外部微弱电量转换装置实现稳定运行，或采用内部电池即可实现免维护长期运行。

(5)本发明的矿用无线感知终端在发起无线通信时，首先检测无线通信信号质量，且无线通信时采用应答确认机制，若无线通信信号质量较差且信息发出后无应答信号的情况连续发生，则自动增大无线通信周期，直至升至周期最大值或信号质量恢复并收到应答后恢复正常通信周期，从而减少在无线通信被干扰或网络故障时不必要的能量消耗，降低矿用无线感知终端工作时的功耗。

(6)本发明的矿用无线感知终端支持工厂模式和运行模式，可通过按键输入进行运行模式切换，设备出厂后默认为工厂模式，矿用无线感知终端处于完全静默状态，投入使用后，可通过按键切换至运行模式，减少在运输、贮存、安装过程中不必要的能量消耗，降低矿用无线感知终端全寿命周期功耗。

(7)本发明的矿用无线感知终端，可无需接入电源线缆、通信线缆，实现了无线化安装与使用，降低了安装、维护难度、提升效率、降低成本，减少了因施工、作业等活动而产生供电中断或通信中断的风险。

(8)本发明能够大大降低监测系统的建设与维护难度、降低运维成本、提高生产效率的同时也保障了安全生产可靠进行。

附图说明

图1为根据本发明实施例的矿用无线感知终端的方框示意图；

图2为根据本发明一个实施例的矿用无线感知终端的方框示意图；

图3为根据本发明一个实施例的矿用无线感知终端的工作模式示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本发明实施例提出的矿用无线感知终端，通过在供电单元与负载电路之间增加能量缓冲单元，实现能量缓冲单元对负载提供稳定供电电压，避免负载直接从电源拉取大电流而降低内部电池性能，从而提升内部电池使用寿命，并且，控制单元采用周期性工作方式对传感器检测信息进行采集，且通过主动上报的方式发起无线通信，从而在间歇期使得终端进入低功耗模式，大大降低运行功耗，同时对传感器检测信息采集、无线通信等瞬时电耗较大的操作，采用间隔、延时执行的方式，避免负载持续从能量缓冲单元拉取大电流或过度拉取电流而间接增大电源负担和降低内部电池性能，进而提升内部电池使用寿命，实现低能耗运行，提升使用周期。因此，本发明能够大大降低监测系统的建设与维护难度、降低运维成本、提高生产效率的同时也保障了安全生产可靠进行。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面就参照附图来描述本发明实施例提出的矿用无线感知终端。

图1为根据本发明实施例的矿用无线感知终端的方框示意图。如图1所示，该矿用无线感知终端100包括供电单元10、能量缓冲单元20、传感器采集单元30、无线通信单元40、电量监测单元50和控制单元60。

其中，能量缓冲单元20与供电单元(如内部电池)10相连，能量缓冲单元20用于对供电单元10的输出电流进行缓冲控制以向终端负载输出稳定供电电压。

可选地，供电单元10可以为电池，其中，电池可采用小体积、低容量的符合安全要求的开路电压3.6v的锂亚硫酰氯电池，如saft的ls14500型锂亚硫酰氯电池。

在本发明的一个实施例中，能量缓冲单元20包括电压监测芯片和蓄能组件，其中，能量缓冲单元20通过所述电压监测芯片监测到所述供电单元与所述蓄能组件之间出现输入压差大于预设电压阈值时，自动切换至大阻抗电流通道(即电流缓冲通道)，并通过所述电压监测芯片监测到所述供电单元与所述蓄能组件之间出现输入压差小于等于预设电压阈值时，自动切换至小电流通道，以使所述供电电源在不同工况下均进行涓流输出。

具体而言，能量缓冲单元20可包括法拉电容、电阻、二极管、mos管和电压监测芯片，例如选用0.5f、6v的法拉电容和限流电阻作为电量缓冲器件即蓄能组件，选用s-80850cnua电压监测芯片、2ω限流电阻、mos管si2301构成输入压差过大时的电流自动切换通道。这样，当供电单元10的电源与蓄能组件间出现输入压差过大情况时，自动切换至大阻抗电流通道，当供电单元10的电源与蓄能组件间出现输入压差在预设电压阈值内时，自动切换至小阻抗电流通道(即电流缓冲通道)，以保证电源在不同工况下均能够连续稳定输出，实现对负载提供稳定供电电压，从而通过在电源与负载电路之间增加能量缓冲单元，实现缓冲电路对负载提供稳定供电电压，避免负载直接从内部电池或外部供电装置拉取大电流而降低内部电池性能，进而提升电池使用寿命。

在本发明的实施例中，传感器采集单元30用于采集传感器检测信息。

其中，传感器采集单元30包括电源接口、通信接口、激励电路、采样电路，用于产生传感器激励信号、采集传感器信号，实现传感器检测信息的采集。例如选用正弦模组实现正弦传感器的激励与采集，可采用串行接口与通信协议，对模组执行读指令与写指令操作，根据反馈协议获取传感器检测信息。

无线通信单元40用于建立终端与外部之间的无线通信连接。无线通信单元40可包括无线通信模组、天线匹配电路、电源滤波电路，还用于监测无线通信信号强度，对外发送数据信息，接收外部的控制指令。其中，无线通信模组可采用非蜂窝网络型模组，如选用semtech的sx1276型lora模组或aw516zigbee模组，天线匹配电路可选用1个电阻与2个电容构成π型匹配电路，电源滤波电路可选用多个不同容值的电容组成。

电量监测单元50用于监测能量缓冲单元20的储能电量。电量监测50可包括分压电阻、电压监测芯片，可用于采集能量缓冲单元20中的储能元件电压，评估能量缓冲单元20的储能电量。其中，电压监测芯片可选用如bl8506-32，实现储能元件电压下降超限触发报警事件、采用分压电阻接入ad采集电路，从而电量监测单元50可精确获取能量缓冲单元10的储能电量。

如图1所示，控制单元60分别与传感器采集单元30、无线通信单元40和电量监测单元50相连，控制单元60采用周期性工作方式对传感器检测信息进行采集，并通过主动上报的方式发起无线通信，以便在间歇期控制终端进入低功耗模式，以及根据能量缓冲单元20的储能电量判断是否对传感器采集单元30的采集工作和无线通信单元40的通信工作进行延时。

其中，如图2所示，控制单元60可以是微控制器。微控制器作为处理器通过模数转换器、数字输入输出接口、总线接口与各部分连接，执行控制程序，通过传感器采集单元30感知、采集数据信息，通过电量监测单元50监测能量缓冲单元的运行状态例如储能电量，通过电源管理单元控制各部分电源供给，并通过无线通信单元40监测无线通信信号质量以及对位发送感知信息、接收外部的控制指令。在图2中示出的是电路，其和单元的含义是一致的。

具体地，微控制器可以采用mcu控制器，如stm32l031k6，其内部配备12路adc通道、1024字节的eeprom、32kb的flash、独立看门狗、实时时钟，配置1路iic、1路spi、2路uart总线及串行数据接口，用于完成设置实时时间、启动监测、响应触发事件、执行电源管理、数据存储、通信等操作。

因此，在本发明的实施例中，微控制器采用能量缓冲控制策略，即言，采用周期性工作方式对传感器检测信息进行采集，并通过主动上报的方式发起无线通信，使得终端在间歇期进入低功耗模式。并且，对传感器采集、无线通信等瞬时电耗较大的操作，采用间隔、延时执行的方式，执行前检测能量缓冲单元的储能电量，若电量较低则延时执行，避免负载持续从能量缓冲单元拉取大电流或过度拉取电流而间接增大电源负担、降低内部电池性能，从而提升内部电池使用寿命，降低终端工作时的功耗。

可选地，在本发明的一个实施例中，如图2所示，上述的矿用无线感知终端还包括电源管理单元(电源管理电路)70，电源管理单元70用于控制能量缓冲单元20是否给传感器采集单元(传感器采集电路)30和无线通信单元40供电，其中，在终端以低功耗模式进行工作时，控制单元60通过电源管理单元70关闭传感器采集单元30和无线通信单元40的供电。

其中，电源管理单元包括电压转换电路、电容、mos管，用于向终端提供主电源，并将电源电压转换为各部分所需的合适电压以控制各部分电源供给。例如，电压转换电路可采用低压差线性稳压器，如选用ht7333、输入电容、输出电容实现，可保障稳定输出电压3.3v、电流最大250ma。

在本实施例中，低功耗模式时，电源管理单元70自动关断传感器采集单元30和无线通信单元40的电源，仅保留微控制器及实时时钟低功耗工作。低功耗模式时，终端的状态监测电路、按键输入电路采用中断触发方式，以低能耗方式运行，从而降低终端待机时的功耗。

作为一个实施例，控制单元60在通过无线通信单元40建立终端与外部之间的无线通信连接时，还获取无线通信信号质量，并根据所述无线通信信号质量控制无线通信周期。

即言，本发明实施例的矿用无线感知终端通过无线通信单元(无线通信电路)40发起无线通信时，首先检测无线通信信号质量，通信时采用应答确认机制，若无线通信信号质量较差且信息发出后无应答信号的情况连续发生，控制单元60将自动增大无线通信周期，直至升至周期最大值、或信号质量恢复并收到应答后恢复正常通信周期，从而减少在无线通信被干扰或网络故障时不必要的能量消耗，降低终端活跃运行时功耗。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，上述的矿用无线感知终端还包括外部能量输入单元(即外部能量转换装置输入电路)80，外部能量输入单元80与传感器采集电路30相连，外部能量输入单元80用于接入外部电源，以给能量缓冲单元(即能量缓冲电路)20供电。

其中，外部能量输入单元80可包括外部接口、保险丝、二极管、稳压管保护元件，用于接入外部电源为能量缓冲单元20、电源管理单元(电源管理电路)70提供电能。例如可采用肖特基二极管、保险丝、限流电阻、稳压管，构成限流保护与输入防接反电路。

在本实施例中，由于本发明对电源无需大电流输出能力，使得终端可使用外部微弱电量转换装置实现稳定运行，或采用内部单节锂亚硫酰氯电池即可实现免维护长期运行。

进一步地，如图2所示，上述的矿用无线感知终端还包括人机交互单元90，人机交互单元90与控制单元60相连，控制单元60通过人机交互单元90接收切换指令以控制矿用无线感知终端在工厂模式和运行模式之间进行切换，其中，所述终端在所述工厂模式处于完全静默状态，直至切换到所述运行模式。

其中，人机交互单元(人机交互电路)90包括操作输入电路、指示输出电路。操作输入电路可采用按键、电阻、电容构成具有去抖动功能的按键响应电路，配合微控制器的中断输入与定时器计时，可实现键值识别，用于切换终端的工作模式，例如在工厂模式和运行模式之间进行切换。指示输出电路可采用双色led、电阻构成具有三种颜色指示灯电路，配合微控制器中的定时器计时，可实现单色或多色短亮、单色或多色循环闪烁，实现矿用无线感知终端在本地对按键响应、运行状态的直观反映。

即言，可通过按键输入进行运行模式切换。终端出厂后默认为工厂模式，处于完全静默状态，消耗电流低于10微安，投入使用后，可通过按键切换至运行模式，减少在运输、贮存、安装过程中不必要的能量消耗，降低矿用无线感知终端全寿命周期功耗。

具体地，如图3所示，运行模式包括活跃模式和低功耗模式，活跃模式与低功耗模式之间通过事件触发和执行结果进行相互切换。并且，活跃模式包括交互活跃模式周期活跃模式。

也就是说，本发明实施例的矿用无线感知终端按照运行方式可分为工厂模式和运行模式，出厂后默认为工厂模式，终端处于完全静默状态，可通过按键切换至运行模式。终端处于运行模式时，采用低功耗模式、活跃模式两种运行策略，其中，活跃模式又分为交互活跃模式和周期活跃模式。

在本发明的实施例中，矿用无线感知终端处于低功耗模式时电源管理单元自动关断传感器采集单元、无线通信单元的电源，仅保留微控制器及实时时钟低功耗工作。并且，低功耗模式时，矿用无线感知终端的状态监测电路、按键输入电路采用中断触发方式，以低能耗方式运行，从而降低矿用无线感知终端待机时的功耗。终端通过按键手动触发、周期定时中断自动唤醒为活跃模式。

可选地，在本发明的一个实施例中，当所述矿用无线感知终端进入交互活跃模式时，控制单元60还用于，获取所述矿用无线感知终端的运行状态，并根据所述矿用无线感知终端的运行状态判断所述矿用无线感知终端正常运行时，通过所述传感器采集单元采集传感器检测信息；在手动设置的能量缓冲间隔时间到达时，对无线通信信号质量进行监测，并通过所述无线通信单元对外发送所述传感器检测信息和所述矿用无线感知终端的运行状态，以及通过所述无线通信单元接收到外部应答指令时，控制所述终端进入低功耗模式。

也就是说，本发明实施例的矿用无线感知终端通过按键识别电路，以发生超过有效按键时长的按键事件为有效中断，微控制器检测中断发生触发交互活跃模式。矿用无线感知终端处于交互活跃模式时，首先对矿用无线感知终端状态信息与传感器检测信息进行采集，采集完成后识别电量状态、运行状态，并通过指示输出电路的led指示矿用无线感知终端运行状态，若运行状态正常，按设定的手动能量缓冲间隔时间，可选参数0-2秒，以极短延时或无延时主动发起无线通信信号质量监测，并上报数据信息，启动应答接收服务，同时通过指示输出电路的led指示无线通信信号质量，若收到外部应答，矿用无线感知终端自动转入低功耗模式。

可选地，在本发明的另一个实施例中，当所述矿用无线感知终端进入周期活跃模式时，控制单元60还用于，获取所述矿用无线感知终端的运行状态，并根据所述矿用无线感知终端的运行状态判断所述矿用无线感知终端正常运行时，通过所述传感器采集单元采集传感器检测信息；根据预设的周期能量缓冲间隔时间，延时监测所述能量缓冲单元的储能电量；当所述能量缓冲单元的储能电量小于预设电量阈值时，控制所述能量缓冲单元进行蓄能延时，直至所述能量缓冲单元的储能电量大于等于预设电量阈值时，对无线通信信号质量进行监测，并通过所述无线通信单元对外发送所述传感器检测信息和所述矿用无线感知终端的运行状态，以及通过所述无线通信单元接收到外部应答指令时，控制所述矿用无线感知终端进入低功耗模式，其中，若无线通信信号质量差且信息发出后无应答信号的情况连续发生，则自动增大无线通信周期，直至升至周期最大值、或无线通信信号质量恢复并收到应答指令后恢复正常通信周期。

也就是说，所述矿用无线感知终端进入运行模式时启动rtc及设定rtc闹钟工作中断输出模式、设定rtc中断时间间隔，以周期性rtc中断事件作为活跃模式触发标志，触发周期活跃模式。所述矿用无线感知终端处于周期活跃模式时，首先对所述矿用无线感知终端状态信息与传感器检测信息进行采集，采集完成后通识别所述矿用无线感知终端电量状态、运行状态，若所述矿用无线感知终端运行状态正常，按设定的周期能量缓冲间隔时间，延时检测能量缓冲单元的储能电量，若储能电量较低则优先执行蓄能延时，之后主动发起无线通信信号质量监测，并上报数据信息，完成信息上报后，启动应答接收服务，若收到外部应答，终端自动转入低功耗模式。其中，矿用无线感知终端处于周期活跃模式时，若无线通信信号质量较差且信息发出后无应答信号的情况连续发生，矿用无线感知终端将自动增大无线通信周期，直至升至周期最大值、或信号质量恢复并收到应答后恢复正常通信周期，从而减少在无线通信被干扰或网络故障时不必要的能量消耗，降低矿用无线感知终端工作时的功耗。

综上所述，本发明实施例提出的矿用无线感知终端，结构简单、操作方便，通过降低对电源电流需求幅度、降低待机功耗、降低运行功耗、全寿命周期功耗等处理方式，大幅降低综合能耗水平，实现低能耗运行，提升电池使用寿命，使得矿用无线感知终端可使用外部微弱电量转换装置实现稳定运行，或采用内部单节电池实现免维护长期运行，提升使用周期。并且，还包括以下有益效果：

(1)通过在供电单元与负载电路之间增加能量缓冲单元，实现缓冲电路对负载提供稳定供电电压，避免负载直接从内部电池或外部供电装置拉取大电流而降低内部电池性能，从而提升内部电池使用寿命。

(2)通过设置电源管理单元，实现矿用无线感知终端低低功耗模式、活跃模式两种运行策略，低功耗模式时电源管理单元自动关断传感器采集单元、无线通信单元的电源，仅保留微控制器及实时时钟低功耗工作，并且低功耗模式时，矿用无线感知终端低的状态监测电路、按键输入电路采用中断触发方式，以低能耗方式运行，从而能够降低待机时功耗。

(3)本发明采用能量缓冲控制策略，即控制单元采用周期性工作方式对传感器检测信息进行采集，并通过主动上报的方式发起无线通信，从而终端在间歇期进入低功耗模式，并且对传感器检测信息的采集、无线通信等瞬时电耗较大的操作，采用间隔、延时执行的方式，执行前检测能量缓冲单元的储能电量，若电量较低则延时执行，避免负载持续从能量缓冲单元拉取大电流或过度拉取电流而间接增大电源负担、降低内部电池性能，从而提升内部电池使用寿命，降低工作时功耗。

(4)本发明对电源无需大电流输出能力，从而可使用外部微弱电量转换装置实现稳定运行，或采用内部电池即可实现免维护长期运行。

(5)本发明的矿用无线感知终端在发起无线通信时，首先检测无线通信信号质量，且无线通信时采用应答确认机制，若无线通信信号质量较差且信息发出后无应答信号的情况连续发生，则自动增大无线通信周期，直至升至周期最大值或信号质量恢复并收到应答后恢复正常通信周期，从而减少在无线通信被干扰或网络故障时不必要的能量消耗，降低终端工作时的功耗。

(6)本发明的矿用无线感知终端采用工厂模式和运行模式进行切换，可通过按键输入进行运行模式切换，设备出厂后默认为工厂模式，终端处于完全静默状态，投入使用后，可通过按键切换至运行模式，减少在运输、贮存、安装过程中不必要的能量消耗，降低终端全寿命周期功耗。

(7)本发明的矿用无线感知终端，可无需接入电源线缆、通信线缆，实现了无线化安装与使用，降低了安装、维护难度、提升效率、降低成本，减少了因施工、作业等活动而产生供电中断或通信中断的风险。

(8)本发明能够大大降低监测系统的建设与维护难度、降低运维成本、提高生产效率的同时也保障了安全生产可靠进行。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。

此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。