一種低功耗無線儀表實現裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及低功耗無線數據采集儀表領域，具體地說是一種低功耗無線儀表實現裝置和方法。
【背景技術】
[0002]隨著物聯網技術的發(fā)展，傳統的有線儀表逐漸在被無線儀表所替代。但是在無線儀表的設計過程中，儀表整體的功耗成為最大的設計瓶頸。
[0003]因為無線儀表只能通過電池進行供電才能夠達到無線的目的，并且儀表采用的無線發(fā)射接收模塊，在發(fā)送接收數據的過程中消耗的電流很大，通常達到幾十甚至上百mA，這對于電池供電的設備來說，是很大的負擔。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現有技術的不足，本發(fā)明通過對無線儀表主要功能進行合理的劃分，將儀表的功能進行模塊化。在規(guī)定的時間給具體的模塊供電，同時嚴格控制各功能模塊的工作時間，形成了一個系統的功耗降低實現裝置和方法。
[0005]本發(fā)明為實現上述目的所采用的技術方案是:
[0006]一種低功耗無線儀表實現裝置，包括主控模塊、顯示模塊、主變量采集模塊、溫度采集模塊、無線收發(fā)模塊和接口模塊，電源模塊包括依次連接的電池、DC-DC電源芯片和EVM調整電路，為裝置供電；電壓采集模塊連接到主控模塊，采集電池電壓信號。
[0007]所述EVM調整電路通過π型電路進行濾波。
[0008]所述Ji型電路中，電感內阻值為I Ω?3 Ω，電感值為4.7uH。
[0009]所述電池為鋰-亞硫酰氯電池。
[0010]所述電源模塊還包括在EVM調整電路后端連接陶瓷電容。
[0011]所述電壓采集模塊的電路結構為:CM0S開關芯片的VOUT引腳連接至精密電阻分壓電路的輸入端，輸入電壓經分壓電路后輸入到射極跟隨器的同相輸入端，經隔離輸出到CPU 的 AD 端口。
[0012]所述顯示模塊為斷碼屏。
[0013]一種低功耗無線儀表實現方法，首先從控制模塊內部的溫度采集模塊根據溫度采集間隔采集當前溫度值，然后對主變量采集模塊上電，根據主變量采集間隔采集主變量數字量，暫存至緩沖區(qū)，通過顯示模塊顯示；按照發(fā)送周期，通過無線模塊發(fā)送主變量數字量并接收確認信息；
[0014]電壓采集模塊根據電壓采集模塊的采集間隔啟動，首先打開COMS開關供電，控制模塊引腳置位，射極跟隨器電路啟動供電，控制模塊隨后采集當前電壓值，通過顯示模塊顯示，等待主變量發(fā)送間隔到達后，隨主變量數據一起發(fā)送到外部接收單元。
[0015]所述無線收發(fā)模塊的工作過程為:無線收發(fā)模塊每4s偵聽一次網絡路由或中心網關狀態(tài)，確認自己處于在線模式或離線模式；在線模式下，在發(fā)送數據周期屆滿時，啟動發(fā)送數據，進入發(fā)送狀態(tài)，當數據發(fā)送結束后進入接收狀態(tài)，接收確認信息，接收信息結束后，轉入4s休眠狀態(tài),4s休眠時間到后進入偵聽狀態(tài)。
[0016]所述發(fā)送數據周期為5s?24h。
[0017]所述電壓采集模塊的采集間隔為30分鐘，采集時間最大為5ms，且在不工作時候，不帶電。
[0018]所述溫度采集間隔為Is?24h，采集時間最大為3ms。
[0019]所述主變量采集間隔為Is?24h，采集時間最大為3ms。
[0020]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點:
[0021]1.電源電路可最大限度利用單節(jié)電池全部能量(2?3.6VDC)，電源利用效率達96%以上，同時能夠有效抑制DC-DC芯片的開關頻率對射頻信號的干擾(包括低頻和高頻)，保證系統穩(wěn)定、可聞、聞效運打。
[0022]2.電壓采集電路使CMOS開關、分壓電路與射頻跟隨器巧妙連接和有效控制，降低了采集電壓的能量消耗，也提高了電阻分壓采集的精度，電壓采集精度可達到0.5%。
[0023]3.通過設備功能的有效劃分和模塊化管理，再通過工作周期及工作時序的有效控制，大大降低了設備整體功耗，使得設備在單節(jié)電池供電的情況下可穩(wěn)定有效運行數年。在最為惡劣的高溫高寒的沙漠環(huán)境下也可穩(wěn)定運行兩年以上。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的硬件結構圖；
[0025]圖2是本發(fā)明的電源模塊結構框圖；
[0026]圖3是本發(fā)明的電源模塊電路連接圖；
[0027]圖4是本發(fā)明的IXD工作模式圖；
[0028]圖5是本發(fā)明的電壓采集模塊結構連接圖；
[0029]圖6是本發(fā)明的電壓采集模式圖；
[0030]圖7是本發(fā)明的溫度與主變量采集模式圖；
[0031]圖8是本發(fā)明的無線模塊模式狀態(tài)切換圖；
[0032]圖9是本發(fā)明的無線模塊在線模式狀態(tài)時序圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0034]如圖1所示為本發(fā)明的硬件示意圖，主要將無線儀表的功能劃分為的幾個模塊。其中包括:電源模塊、顯示模塊、電壓采集模塊、溫度采集模塊、主變量采集模塊、無線收發(fā)模塊、接口模塊等。主控模塊內部設置有溫度采集模塊，并連接電壓采集模塊、主變量采集模塊、接口模塊、無線收發(fā)模塊以及顯示模塊，電源模塊為上述模塊供電。每個模塊都有具體的供電時間安排，且工作時間受到嚴格的控制，基本上都在幾個ms時間內完成具體工作，然后進入斷電或休眠狀態(tài)。
[0035]如圖2所示為本發(fā)明的電源模塊結構框圖，電源采用高容量鋰-亞硫酰氯電池供電。為提高電源效率，采用DC-DC電源芯片供電(如:TPS63000、TPS63001)。但是DC-DC芯片各易弓丨入開關頻率的干擾，所以后端加上EVM調整電路，這樣可以有效抑制EVM,為射頻收發(fā)模塊提供理想的電源電壓。
[0036]DC-DC芯片靜態(tài)電流指標控制在50uA以內，EVM調整電路使用Π型電路(由L2，C5，C6構成)進行濾波，后端根據系統在低溫時候的電源干擾頻率(700Hz)，增加10uF的陶瓷電容,抑制的低頻干擾。Π型電路中的電感選擇內阻2Ω左右的器件(如:4.7uH，LBC2012T4R7M,太誘公司生產)，有效降低電感自身的電源消耗。
[0037]如圖3所示為本發(fā)明的電源模塊電路連接圖。電源輸入端采用磁珠，進行過流保護，3.6V穩(wěn)壓管實現過壓保護，10uF鉭電容穩(wěn)壓，防止后端負載電路瞬間的波動影響電源系統穩(wěn)定。TPS63001電源調整電路，具有升降壓雙重功能，能夠在2.0?3.6V輸入變動的情況下，穩(wěn)定輸出3.3V，可使電池的電能得到完全利用。L2與C5、C6組成的Π型電路能夠濾除IMHz?1MHz的開關電源雜波。FB2和FB3兩個磁珠的平行結構可有效消除電源和地線的同頻率的干擾信號。