一种无线无源传感器及其无线无源控制器的工作方法与流程

1.本发明涉及无线无源传感器技术领域，具体涉及一种无线无源传感器及其无线无源控制器的工作方法。


背景技术：

2.目前，绝大部分传感器的输出信号均为电流、电压、频率、脉冲、数字接口，这些类型的传感器的使用方法是：将传感器安装于需要测量的位置，用测量线缆将供电及信号输出引出到采集仪(全自动采集仪、无线采发仪、手持读数设备等)。
3.而采用现有的无线无源传感器，相较传统的传感器，虽然可节省大量的线缆材料，还能省去线缆施工的人工费用，提高了安装效率、降低了劳动强度、节省了电量消耗，但其大多使用一次性不可充电电池为传感器提供电源，例如锂亚电池，但是由于传感器和无线模块所涉及的电子元件的耗能都比较大，因此导致需要经常为无线无源传感器更换电池，严重影响使用便捷性，同时还容易因为缺电而造成传感数据遗漏的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种无线无源传感器及其无线无源控制器的工作方法，以解决现有技术中需要经常为无线无源传感器更换电池，严重影响使用便捷性，同时还容易因为缺电而造成传感数据遗漏的问题的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
6.一种无线无源传感器，包括传感端、无线无源控制器和人机交互端；
7.所述传感端由多个不同类型输出信号的传感器组成，且所述传感端的传感器从所述无线无源控制器获取电源并输出传感信号至所述无线无源控制器；
8.所述无线无源控制器包括第一微控制单元、以及与所述第一微控制单元不同引脚连接的第一电池组和第一无线通讯模块，所述无线无源控制器通过第一无线通讯模块将所述传感端的传感信号发送至所述人机交互端进行无线交互，且所述第一电池组分别为所述无线无源控制器的电子器件和所述传感端的多个传感器提供电源；
9.所述人机交互端包括第二微控制单元，以及与所述第二微控制单元不同引脚连接的按键选择器和第二无线通讯模块，所述人机交互端通过第二无线通讯模块与第一无线通讯模块的数据交互接收所述传感端输出的传感信号。
10.作为本发明的一种优选方案，所述无线无源控制器还包括受所述第一微控制单元控制的信号测控接口、程控电源组、定时器和计时时钟，所述信号测控接口用于提供若干个与不同类型输出信号的所述传感器匹配的数据传输接口；
11.所述程控电源组从所述第一电池组获取电量，并为所述信号测控接口、定时器和所述第一无线通讯模块提供需要的不同电源；
12.所述定时器在定时时间完成时输出中断信号给第一微控制单元，用于对所述传感端的定时数据采集；
13.所述计时时钟用于提供实时的日期时间，且将每次接收的传感信号与所述日期时间打包存储并发送至所述人机交互端。
14.为解决上述技术问题，本发明还进一步提供下述技术方案：一种无线无源传感器中的无线无源控制器的工作方法，包括以下步骤：
15.步骤100、区分定义第一微控制单元内用于调控所述无线无源控制器内部电子元件的工作参数的寄存器，以及用于实现与所述传感端和人机交互端进行信息交互的工作参数的寄存器；
16.步骤200、将所述无线无源控制器上电启动，所述第一微控制单元所述第一微控制单元通过设置寄存器的数值完成对无线无源控制器的部分工作参数的初始化操作；
17.步骤300、利用实时在线工作模式安装调试无线无源控制器，且利用定时采发模式自动或者被动唤醒所述无线无源控制器，以实现所述无线无源控制器的数据采集和数据发送工作。
18.作为本发明的一种优选方案，在步骤200中，利用所述第一微控制单元完成对无线无源控制器的部分工作参数的初始化操作的具体实现方法为：
19.选定所述无线无源控制器的控制器地址、第一无线通讯模块的中心频率以及定时采发模式的采发时长；
20.设置所述程控电源组模块对应的寄存器数值，为所述无线无源控制器包含的电子元件和传感端的供电电压；
21.初始化所述第一无线通讯模块，并计算唤醒所述第一无线通讯模块的唤醒码所需时长。
22.作为本发明的一种优选方案，在步骤300中，所述无线无源控制器按照定时采发模式或实时在线工作模式分别与所述传感端和人机交互端进行人机交互，所述定时采发模式是无线无源控制器的正常工作模式，实时在线工作模式用于所述无线无源控制器安装前的参数设置、调试以及工作过程中远程发送指令，且由所述定时采发模式临时切换到所述实时在线工作模式，完成调试工作后在指令控制下重新切换至定时采发工作模式；
23.所述定时采发模式的工作状态分为上电采发状态和掉电休眠状态，所述无线无源控制器在上电采发状态时为所述传感端提供电源并通过传感数据采发且实现与所述传感端和人机交互端进行人机交互；
24.所述无线无源控制器在掉电休眠状态时断开对所述传感端和所述微控制单元的电源，所述第一无线通讯模块处于休眠状态；
25.所述微控制单元具有无线唤醒功能，所述定时采发模式在掉电休眠状态之前通过参数设定调控无线唤醒功能被保留或被关闭，且所述掉电休眠状态在无线唤醒功能被保留或被关闭时的数据采发唤醒方式不同。
26.作为本发明的一种优选方案，调控所述第一微控制单元的寄存器参数关闭无线唤醒功能时，关闭所述定时器的中断输出功能，且所述定时器无法输出中断信号给第一微控制单元；
27.读取所述计时时钟的实时时间，并根据限定的数据采发间隔时间计算出下次采发的时间值，将下次采发的时间值写入所述计时时钟的闹铃寄存器内；
28.所述第一微控制单元的无线唤醒功能被保留时，通过两种方式唤醒所述第一微控
制单元，分别为：所述第一微控制单元通过唤醒侦听时间间隔设置所述定时器的定时参数；所述第一微控制单元根据限定的数据采发间隔时间设置所述计时时钟的闹铃参数，所述定时器到达定时时间点后通过所述定时器中断信号唤醒所述第一微控制单元，所述第一微控制单元被唤醒后监听无线模块收到的唤醒码。
29.作为本发明的一种优选方案，所述第一微控制单元处于掉电休眠状态时，所述第一微控制单元通过外部中断可以将其再次唤醒，具体的实现步骤为：
30.分别将定时器中断输出引脚和计时时钟闹铃中断输出引脚对应连接到第一微控制单元的三个外部中断输入引脚上；
31.所述第一微控制单元在任一个中断发生时被唤醒，所述第一微控制单元判断中断类型并完成工作，处于掉电休眠状态；
32.作为本发明的一种优选方案，所述第一微控制单元判断中断源为所述定时器中断唤醒时，启动所述第一无线通讯模块的接收功能并侦听单个唤醒码的时长，若侦听到了有效的无线唤醒信号则立即启动无线唤醒流程；
33.若未侦听到则再次配置定时器参数，然后进入掉电休眠状态。
34.作为本发明的一种优选方案，所述无线唤醒流程的具体实现方法为：
35.切换第一无线通讯模块为接收状态；
36.保持侦听最大时长，并在此期间判断接收到的无线数据中包含的唤醒码，以及数据中包含的id地址，验证唤醒码和id地址正确后进入真正唤醒状态，并在无任何操作状态下调控所述第一微控制单元再次进入掉电休眠状态；
37.若在侦听最大时长内，验证唤醒码和id地址未正确，则立即设置所述定时器的工作参数以使得所述第一微控制单元进入掉电休眠状态。
38.作为本发明的一种优选方案，第一微控制单元判断中断源为所述计时时钟的闹铃唤醒时，则立即启动一次采发流程；并在一次采发完成后再次进入掉电休眠状态；其中，
39.所述一次采发流程的具体步骤为：
40.切换第一无线通讯模块为接收状态，调控所述程控电源组模块接通所述传感端的电源；
41.所述第一微控制单元控制信号控制接口对所述传感端的传感器进行数据采集，并在此期间读取计时时钟的日期和时间，将采集到的数据数据记录号、实时时间、传感器数据保存至flash芯片；
42.调控所述程控电源组模块断开所述传感端的电源，并切换所述第一无线通讯模块为发送状态，发送包含有控制器id、实时时间、传感数据的数据包；
43.所述第一微控制单元在所述定时器的时间调控下进入掉电休眠状态。
44.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
45.本发明的无线无源控制器可以实现对传感数据的在线实时调试工作和定时数据采发工作，通过一系列寄存器参数及通讯协议逻辑，实现数据访问和参数修改工作，使用定时侦听及长呼叫码实现了控制器长时间处于超低功耗状态且随时可以唤醒，因此保证无线无源传感器的正常数据交互和低功耗超长待机。
附图说明
46.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
47.图1为本发明实施例提供的无线无源传感器的结构框图；
48.图2为本发明实施例提供的无线无源控制器的寄存器分布图；
49.图3为本发明实施例提供的无线无源控制器的工作方法流程图。
50.图中的标号分别表示如下：
[0051]1‑
传感端；2
‑
无线无源控制器；3
‑
人机交互端；
[0052]
21
‑
第一微控制单元；22
‑
第一电池组；23
‑
第一无线通讯模块；24
‑
信号测控接口；25
‑
程控电源组；26
‑
定时器；27
‑
计时时钟。
具体实施方式
[0053]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0054]
如图1所示，本发明提供了一种无线无源传感器及其无线无源控制器的工作方法，本实施方式的无线无源控制器可以实现对传感数据的在线实时采发和定时采发，通过一系列寄存器参数及通讯协议逻辑，实现数据访问和参数修改工作，使用定时侦听及长呼叫码实现了控制器长时间处于超低功耗状态且随时可以唤醒，因此保证无线无源传感器的正常数据交互和低功耗超长待机。
[0055]
其中，无线无源传感器包括传感端1、无线无源控制器2和人机交互端3。
[0056]
传感端1由多个不同类型输出信号的传感器组成，且传感端1的传感器从无线无源控制器2获取电源并输出传感信号至无线无源控制器2。
[0057]
无线无源控制器2包括第一微控制单元21、以及与第一微控制单元21不同引脚连接的第一电池组22和第一无线通讯模块23，无线无源控制器2通过第一无线通讯模块23将传感端1的传感信号发送至人机交互端3进行无线交互，且第一电池组22分别为无线无源控制器2的电子器件和传感端1的多个传感器提供电源。
[0058]
无线无源控制器2还包括受第一微控制单元21控制的信号测控接口24、程控电源组25、定时器26和计时时钟27，信号测控接口24用于提供若干个与不同类型输出信号的传感器匹配的数据传输接口。
[0059]
程控电源组25从第一电池组22获取电量，并为信号测控接口24、定时器26和第一无线通讯模块23提供需要的不同电源。
[0060]
定时器26在定时时间完成时输出中断信号给第一微控制单元21，用于对传感端1的定时数据采集。
[0061]
计时时钟27用于提供实时的日期时间，并结合定时器26确定每次数据采集的时间点，且将每次接收的传感信号与日期时间打包存储并发送至人机交互端3。
[0062]
人机交互端3包括第二微控制单元31，以及与第二微控制单元31不同引脚连接的按键选择器32和第二无线通讯模块33，人机交互端3通过第二无线通讯模块33与第一无线通讯模块23的数据交互接收传感端1输出的传感信号。
[0063]
在本实施方式中，多个不同类型输出信号的传感器通过短线缆与无线无源控制器2的不同信号测控接口连接，实现对多种信号类型的兼容性，增强适用性。
[0064]
为了进一步的解释无线无源控制器(2)实现与传感端1以及人机交互端3之间的信息交互方式，如图3所示，本实施方式还提供了一种无线无源传感器中的无线无源控制器的工作方法，包括以下步骤：
[0065]
步骤100、区分定义第一微控制单元内用于调控无线无源控制器内部电子元件的工作参数的寄存器，以及用于实现与传感端和人机交互端进行信息交互的工作参数的寄存器。
[0066]
众所周知，第一微控制单元用于实现无线无源控制器所有工作逻辑、电流控制、信息交互，在程序控制下对程控电源组、定时器、第一无线通讯模块以及信号测控接口进行控制和采样，而工作参数寄存器是第一微控制单元内部定义的用来负责数据采发工作流程和逻辑的若干参数，如图2所示，本实施方式特提供无线无源控制器工作参数寄存器定义列表。
[0067]
第一微控制单元在这些参数控制下完成各部分硬件的控制并协调工作，即工作参数寄存器的分类分别用于控制定时器、计时时钟、第一无线通讯模块和程控电源组的工作。
[0068]
步骤200、将无线无源控制器上电启动，第一微控制单元通过设置寄存器的数值完成对无线无源控制器的部分工作参数的初始化操作。
[0069]
在此步骤中，利用第一微控制单元完成对无线无源控制器的部分工作参数的初始化操作的具体实现方法为：
[0070]
1、选定无线无源控制器的控制器地址、第一无线通讯模块的中心频率以及定时采发模式的采发时长，读取三个旋转开关的档位，并根据档位初始化控制器地址id、无线模块中心频率、定时采发模式时间间隔，这三个参数分别对应于图2中标号为[addr]、[sx_ch]、[time_inte]的寄存器。
[0071]
2、设置程控电源组模块对应的寄存器数值，如图2中的寄存器[vsen]，为无线无源控制器包含的电子元件和传感端的供电电压，如定时器和第一无线通讯模块。
[0072]
3、初始化第一无线通讯模块，并计算唤醒第一无线通讯模块的唤醒码所需时长，如根据图2中的sx_rf]、[sx_cr]、[sx_bw]三个寄存器的参数初始化第一无线通讯模块。
[0073]
步骤300、利用实时在线工作模式安装调试无线无源控制器，且利用定时采发模式自动或者被动唤醒所述无线无源控制器，以实现所述无线无源控制器的数据采集和数据发送工作。
[0074]
在步骤300中，无线无源控制器按照定时采发模式或实时在线工作模式分别与传感端和人机交互端进行人机交互。
[0075]
需要补充说明的是，实时在线工作模式一般用于安装前的参数设置、调试以及工作过程中远程发送指令，一般由定时采发模式临时切换到这一模式。
[0076]
定时采发模式是控制器的正常工作模式，在此模式下控制器大部分时间处于掉电(省电)模式，仅当定时时间到达时自动唤醒完成一次传感器采集及无线数据发送工作。
[0077]
在无线无源控制器在定时采发模式工作时，根据按照图2提供的寄存器分类，寄存器[time_fre]用于设置空闲多长时间后自动进入掉电状态，主要为了省电；使用寄存器[time_inte]设置每间隔多长时间自动唤醒并采发一次数据，还可通过寄存器[time_wut]设置进入掉电状态后是否保留被随时被人机交互端无线唤醒的功能。
[0078]
需要补充说明的是，读数仪发出唤醒信号的具体操作方式为：
[0079]
向第二微控制单元的uart接口发送特殊的指令，可使第二无线通讯模块发送具有唤醒功能的唤醒信号和数据；唤醒信号的发送持续时长应大于等于处于休眠状态的无线无源控制器的侦听时间间隔时长，即(无线无源控制器休眠后每间隔多长时间侦听依次是否接受到唤醒码)。例如：唤醒地址为2的无线模块，则发送唤醒指令“@@002”即可。指令中的“@@”为唤醒码，必须与被唤醒的无线无源控制器的唤醒透传码定义相同。当模块被唤醒后，会立即回发应答信息“002@@”。
[0080]
以唤醒码(默认为“@@”)或者唤醒透传码(默认为“##”)做为前缀发送无线数据时，均会发送较长的前导码，较长前导码可以用于唤醒处于休眠状态的控制器。这两种指令的区别在于后者在实际发送的内容不包含唤醒透传码。
[0081]
例如##123，实际发送的数据内容为“123”，利用这一特性，可以向休眠状态的设备发送任意指令，且读数仪向处于唤醒状态的控制器发送任意指令均会得到响应。
[0082]
其中，定时采发模式的工作状态分为上电采发状态和掉电休眠状态，无线无源控制器在上电采发状态时为传感端提供电源并通过传感数据采发且实现与传感端和人机交互端进行人机交互。
[0083]
且无线无源控制器在掉电休眠状态时断开对传感端和微控制单元的电源，第一无线通讯模块处于休眠状态，从而起到省电的作用。
[0084]
微控制单元具有无线唤醒功能且无线唤醒功能可以保留或者关闭，定时采发模式在掉电休眠状态之前通过参数设定调控无线唤醒功能被保留或被关闭，且掉电休眠状态在无线唤醒功能被保留或被关闭时的数据采发唤醒方式不同。
[0085]
第一微控制单元的无线唤醒功能被关闭时，即关闭人机交互端对无线无源控制器的无线唤醒功能，则关闭定时器的中断输出功能，且定时器无法输出中断信号给第一微控制单元，读取所述计时时钟的实时时间，并根据限定的数据采发间隔时间计算出下次采发的时间值，将下次采发的时间值写入所述计时时钟的闹铃寄存器内。
[0086]
需要补充说明的是，在无线唤醒功能被关闭时，无线无源控制器无法随时被人机交互端无线唤醒进行数据采发工作，第一微控制单元进入掉电休眠状态的流程具体为：
[0087]
(1)第一无线通讯模块进入休眠模式；
[0088]
(2)调控程控电源组断开对传感端的供电电源；
[0089]
(3)关闭定时器；
[0090]
(4)根据采发时间段计算出下次采发的时间值，并将下次采发的时间值设置为计时时钟的闹铃参数；
[0091]
(5)第一微控制单元进入掉电状态。
[0092]
所述第一微控制单元的无线唤醒功能被保留时，也就是说保留人机交互端对无线无源控制器的无线唤醒功能，且同时无线无源控制器也可以通过定时采发的方式唤醒进行数据采发。
[0093]
因此通过两种方式唤醒所述第一微控制单元，分别为：所述第一微控制单元通过唤醒侦听时间间隔设置所述定时器的定时参数；所述第一微控制单元根据限定的数据采发间隔时间设置所述计时时钟的闹铃参数，所述定时器到达定时时间点后通过所述定时器中断信号唤醒所述第一微控制单元，所述第一微控制单元被唤醒后监听无线模块收到的唤醒码。
[0094]
而同样的，需要补充说明的是，在无线唤醒功能被保留时，第一微控制单元进入掉电休眠状态的流程具体为：
[0095]
(i)第一无线通讯模块进入休眠模式；
[0096]
(ii)调控程控电源组断开对传感端的供电电源；
[0097]
(iii)根据唤醒侦听时间间隔设置定时器参数
[0098]
(iv)根据采发时间间隔计算出下次采发的时间值，并将下次采发的时间值设置为计时时钟的闹铃参数；
[0099]
(v)第一微控制单元进入掉电状态。
[0100]
第一微控制单元处于掉电休眠状态时，第一微控制单元通过外部中断可以将其再次唤醒，具体的实现步骤为：
[0101]
分别将定时器中断输出引脚、计时时钟闹铃中断输出引脚和脉冲中断输出引脚对应连接到第一微控制单元的外部中断输入引脚上。
[0102]
第一微控制单元在任一个中断发生时被唤醒，第一微控制单元判断中断类型并完成工作后，再次处于掉电休眠状态。
[0103]
第一微控制单元判断中断源分为以下两种情况：
[0104]
(一)如果第一微控制单元判断中断源为定时器中断唤醒时，也就是说，人机交互端通过无线模块唤醒无线无源控制器进行数据采集工作，此时启动无线通讯模块的接收功能并侦听单个唤醒码的时长，若侦听到了有效的无线唤醒信号则立即启动无线唤醒流程。
[0105]
若未侦听到则再次配置定时器参数，然后进入掉电休眠状态。
[0106]
其中，无线唤醒流程的具体实现方法为：
[0107]
切换第一无线通讯模块为接收状态。
[0108]
保持侦听最大时长，并在此期间判断接收到的无线数据中包含的唤醒码，以及数据中包含的id地址，验证唤醒码和id地址正确后，即唤醒码为预先设定的且数据中包含的id地址与寄存器保存的人机交互端id相同，将第一微控制单元进入真正唤醒状态。
[0109]
第一微控制单元在唤醒状态的工作流程完成后，在无任何操作状态下调控第一微控制单元再次进入掉电休眠状态。
[0110]
若在侦听最大时长内，验证唤醒码和id地址未正确，则立即设置定时器的工作参数以使得第一微控制单元进入掉电休眠状态。
[0111]
(二)第一微控制单元判断中断源为计时时钟的闹铃唤醒时，即无线无源控制器在间隔时间到达是自动唤醒自身进行数据采发，则立即启动一次采发流程，并在一次采发完成后再次进入掉电休眠状态；其中，一次采发流程的具体步骤为：
[0112]
切换第一无线通讯模块为接收状态，调控程控电源组模块接通传感端的电源；
[0113]
第一微控制单元控制信号控制接口对传感端的传感器进行数据采集，并在此期间读取计时时钟的日期和时间，将采集到的数据数据记录号、实时时间、传感器数据保存至
flash芯片；
[0114]
调控程控电源组模块断开传感端的电源，并切换第一无线通讯模块为发送状态，发送包含有控制器id、实时时间、传感数据的数据包；
[0115]
第一微控制单元在定时器的时间调控下进入掉电休眠状态。
[0116]
(三)脉冲信号唤醒：
[0117]
脉冲计数值自增1，继续进入掉电状态。
[0118]
以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。