本發(fā)明涉及工業(yè)監(jiān)測領(lǐng)域，特別涉及一種用于進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的射頻裝置以及采用該種射頻裝置的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

時間同步是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要支撐技術(shù)之一。如系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、協(xié)同休眠、時分多址等基于傳感器的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，都需要傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點(diǎn)的時鐘保持同步。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多數(shù)節(jié)點(diǎn)是無人值守的，僅攜帶有少量有限能源，為了延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用期限，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在大部分時間內(nèi)都處于休眠狀態(tài)。為了能夠協(xié)同完成工作任務(wù)，各個節(jié)點(diǎn)必須協(xié)同休眠，這就要求各個節(jié)點(diǎn)均能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行時間同步。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時間同步的裝置是其所使用的射頻模塊(裝置)，目前常見的射頻模塊，采用射頻信號處理器內(nèi)部的低頻RC(Resistance-Capacitance，電阻電容)振蕩器作為同步參考時鐘。而低頻RC振蕩器受環(huán)境溫度變化的影響較大，會導(dǎo)致低頻RC振蕩器的同步精度差，進(jìn)而無法實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高精度同步數(shù)據(jù)采集、協(xié)同休眠等任務(wù)。

另外現(xiàn)有的射頻信號處理器內(nèi)部看門狗(看門狗就是定期的查看芯片內(nèi)部的情況，一旦發(fā)生錯誤就向芯片發(fā)出重啟信號的電路)的延時周期較短，通常最長只有幾毫秒，所以射頻信號處理器只能通過頻繁喚醒看門口以防止看門狗定時器溢出。而頻繁喚醒增加了整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)功耗，從而縮減了工作時間。

再者，現(xiàn)有常見的射頻模塊的射頻信號處理器內(nèi)部使用非易失存儲器來存儲系統(tǒng)重要參數(shù)，其內(nèi)部存儲器沒有寫保護(hù)措施，存在系統(tǒng)參數(shù)丟失的風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種射頻裝置以及采用該射頻裝置的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步精度并降低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)功耗。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種射頻裝置，包括：

射頻信號處理器，所述射頻信號處理器連接于外部設(shè)備，并通過射頻天線收發(fā)信息，以建立所述外部設(shè)備的無線射頻通信連接；

外部晶體振蕩器，所述外部晶體振蕩器連接于所述射頻信號處理器，以向所述射頻信號處理器提供時鐘頻率；

RTC電路，所述RTC電路連接于所述射頻信號處理器，以在預(yù)設(shè)的時間喚醒所述射頻信號處理器工作，并在所述射頻信號處理器工作完成后使得所述射頻信號處理器進(jìn)入休眠；

看門狗電路，所述看門狗電路連接于所述射頻信號處理器，以向所述射頻信號處理器發(fā)送復(fù)位信號，使所述射頻信號處理器重新啟動；以及，

外部非易失存儲器，所述外部非易失存儲器連接于所述射頻信號處理器，以保存所述射頻裝置的參數(shù)。

進(jìn)一步，所述外部晶體振蕩器為帶有外部晶體的低頻振蕩器。

進(jìn)一步，在-40℃至85℃范圍內(nèi)，所述外部晶體振蕩器的頻率變化小于30ppm。

進(jìn)一步，所述RTC電路的工作電流為1uA。

進(jìn)一步，所述看門狗電路的延時周期為244微秒至4小時15分鐘。

進(jìn)一步，所述外部非易失存儲器為具有寫保護(hù)功能的非易失存儲器。

一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括：

監(jiān)控子網(wǎng)絡(luò)以及至少一個傳感器采集子網(wǎng)絡(luò)；其中，

每個所述傳感器采集子網(wǎng)絡(luò)包括：

至少一個傳感器，所述傳感器安裝于數(shù)據(jù)采集位置，以在所述數(shù)據(jù)采集位置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

第一射頻裝置，所述第一射頻裝置電連接于所述至少一個傳感器；

所述監(jiān)控子網(wǎng)絡(luò)包括：

監(jiān)控主機(jī)；

第二射頻裝置，所述第二射頻裝置電連接于所述監(jiān)控主機(jī)；

所述監(jiān)控主機(jī)和至少一個傳感器之間通過所述第一射頻裝置和第二射頻裝置進(jìn)行無線通信；其中，

所述第一射頻裝置和第二射頻裝置均采用如上任一項所述的射頻裝置。

從上述方案可以看出，本發(fā)明的射頻裝置和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，采用了外部晶體振蕩器，相比于傳統(tǒng)射頻信號處理器內(nèi)部的低頻RC振蕩器來說，外部晶體振蕩器擁有更高的精度，進(jìn)而使用外部晶體振蕩器可以有效提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的同步精度。本發(fā)明采用RTC電路實現(xiàn)了長時間休眠定時喚醒功能，使射頻模塊在不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時一直保持低功耗休眠狀態(tài)，當(dāng)設(shè)定時間到了后RTC喚醒射頻模塊，使其正常工作，可以有效降低模塊功耗。本發(fā)明中添加外部長延時周期看門狗電路，使看門狗延時周期最長可以設(shè)置到幾個小時，可以減少射頻信號處理器喚醒喂狗的頻率，降低系統(tǒng)功耗，增加了系統(tǒng)工作時間。同時外置看門狗電路具有自己的時鐘源，不會受到射頻信號處理器內(nèi)部時鐘故障的影響，在出現(xiàn)射頻信號處理器硬件故障時，外置的看門狗電路依舊可以正常工作，可以重新復(fù)位停止的射頻信號處理器，重新激勵射頻信號處理器的晶振起振，使系統(tǒng)恢復(fù)工作，提高系統(tǒng)魯棒性。另外本發(fā)明中，射頻裝置添加外部具有寫保護(hù)功能的非易失存儲器，可以減小系統(tǒng)參數(shù)丟失風(fēng)險，提高系統(tǒng)魯棒性，當(dāng)系統(tǒng)上電或復(fù)位時外部非易失存儲器默認(rèn)處于寫保護(hù)狀態(tài)，即射頻信號處理器不能向外部非易失存儲器進(jìn)行寫操作，可以避免系統(tǒng)電源不穩(wěn)定等情況下的誤操作。綜合上述整體的效果，本發(fā)明提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步精度并降低了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)功耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的射頻裝置實施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實施例組成結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明的射頻裝置1的實施例包括射頻信號處理器11、外部晶體振蕩器12、RTC(Real-Time Clock，實時時鐘)電路13、看門狗電路14和外部非易失存儲器15。其中，所述射頻信號處理器11連接于外部設(shè)備2，并通過射頻天線16收發(fā)信息，以建立所述外部設(shè)備2的無線射頻通信連接。所述外部晶體振蕩器12連接于所述射頻信號處理器11，以向所述射頻信號處理器11提供時鐘頻率。所述RTC電路13連接于所述射頻信號處理器11，以在預(yù)設(shè)的時間喚醒所述射頻信號處理器11工作，并在所述射頻信號處理器11工作完成后使得所述射頻信號處理器11進(jìn)入休眠。所述看門狗電路14連接于所述射頻信號處理器11，以向所述射頻信號處理器11發(fā)送復(fù)位信號，使所述射頻信號處理器11重新啟動。所述外部非易失存儲器15連接于所述射頻信號處理器11，以保存所述射頻裝置1的參數(shù)。

本發(fā)明實施例中，所述外部晶體振蕩器12為帶有外部晶體的低頻振蕩器，在-40℃至85℃范圍內(nèi)，所述外部晶體振蕩器12的頻率變化小于30ppm(parts per million，每百萬單位)。本發(fā)明實施例中，外部晶體振蕩器12為帶有外部晶體的低頻振蕩器，相比于現(xiàn)有的在射頻信號處理器內(nèi)部的低頻RC振蕩器，外部晶體振蕩器擁有更高的精度。RC振蕩器能夠快速啟動，但是通常在整個溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差，通常會在標(biāo)稱輸出頻率的百分之幾到百分之十幾的范圍內(nèi)變化，RC振蕩器的性能受環(huán)境條件的影響較大，而本發(fā)明實施例采用的外部晶體振蕩器在整個工作溫度范圍(-40～85℃)內(nèi)頻率變化小于30ppm，進(jìn)而采用該外部晶體振蕩器來實現(xiàn)低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步，能夠有效地提高同步精度。

本發(fā)明實施例中，所述RTC電路13的工作電流為1uA。本發(fā)明實施例使用RTC電路，可以實現(xiàn)長時間休眠定時喚醒功能，使得射頻信號處理器11在不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時能夠一直保持低功耗休眠狀態(tài)，當(dāng)設(shè)定時間到了后RTC喚醒射頻信號處理器11，使其正常工作，可以有效降低模塊功耗。本發(fā)明實施例中，所述RTC電路13的工作電流只有1uA左右，當(dāng)射頻裝置1的無線傳感器節(jié)點(diǎn)不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候設(shè)置RTC電路13讓其在某一個特定時間喚醒，然后進(jìn)入休眠狀態(tài)減少系統(tǒng)功耗，當(dāng)所設(shè)置的時間到了后，RTC電路13喚醒射頻信號處理器11以使得該無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或傳輸?shù)热蝿?wù)，任務(wù)完成后再次進(jìn)入休眠狀態(tài)，如此循環(huán)，降低系統(tǒng)功耗。

本發(fā)明實施例中，所述看門狗電路14的延時周期為244微秒至4小時15分鐘?？撮T狗電路是一種計數(shù)器，它需要在一定的看門狗延時周期內(nèi)被清零，如果沒有清零動作，看門狗電路將產(chǎn)生一個復(fù)位信號使系統(tǒng)重新啟動。現(xiàn)有的單片機(jī)內(nèi)置看門狗(如射頻信號處理器內(nèi)置的看門狗)，只能解決軟件程序?qū)е碌南到y(tǒng)跑飛，而一旦外部晶振停止振動，單片機(jī)將喪失時鐘，導(dǎo)致內(nèi)置看門狗也無法計時，系統(tǒng)將徹底停止。而在出現(xiàn)上述硬件故障下，外置的看門狗(如本發(fā)明實施例中的看門狗電路14)具有自己的時鐘源，能夠依舊正常工作，可以重新復(fù)位停止的單片機(jī)，重新激勵外部晶振起振，使系統(tǒng)恢復(fù)工作，提高系統(tǒng)魯棒性。其次，本發(fā)明實施例中使用長延時周期的看門狗電路，可以將延時周期設(shè)置為244us至4小時15分鐘，在一些特殊應(yīng)用場合中可以使射頻信號處理器長時間休眠以減少醒來喂狗的頻率，降低功耗。

本發(fā)明實施例中，所述外部非易失存儲器15為具有寫保護(hù)功能的非易失存儲器。本發(fā)明實施例通過添加具有寫保護(hù)功能的外部非易失存儲器，以保存系統(tǒng)參數(shù)，增加了系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全可靠性。而目前現(xiàn)有的射頻裝置都是采用單片機(jī)內(nèi)部存儲器存儲系統(tǒng)配置參數(shù)等數(shù)據(jù)，這種現(xiàn)有的方式存在一定的數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險，當(dāng)程序魯棒性做的不好，程序跑飛時有可能出現(xiàn)系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)丟失問題。這在高可靠性系統(tǒng)中是不允許出現(xiàn)的。本發(fā)明實施例使用具有寫保護(hù)功能的外部非易失存儲器可以有效降低系統(tǒng)參數(shù)丟失的可能，提高系統(tǒng)的魯棒性。當(dāng)系統(tǒng)上電或復(fù)位時外部非易失存儲芯片默認(rèn)處于寫保護(hù)狀態(tài)，即射頻信號處理器不能向外部非易失存儲進(jìn)行寫操作，可以避免系統(tǒng)電源不穩(wěn)定等情況下的誤操作。

本發(fā)明實施例還同時是提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用了如上介紹的射頻裝置。

如圖2所示，本發(fā)明實施例的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括監(jiān)控子網(wǎng)絡(luò)10以及至少一個傳感器采集子網(wǎng)絡(luò)20。

其中，每個所述傳感器采集子網(wǎng)絡(luò)20包括至少一個傳感器201和一個第一射頻裝置202。各個所述傳感器201分別安裝于各自的數(shù)據(jù)采集位置，以在各自的數(shù)據(jù)采集位置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。例如，傳感器類型可包括壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等等，各種傳感器根據(jù)各自的功能以及需要監(jiān)控的位置或區(qū)域分別安裝于所要安裝的位置，以進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的采集。所述第一射頻裝置202電連接于所述至少一個傳感器201，以將所連接的傳感器采集的數(shù)據(jù)通過無線射頻的方式發(fā)送出去，并且，通過無線射頻的方式接收設(shè)置傳感器的指令、數(shù)據(jù)等信息，并發(fā)送至對應(yīng)的傳感器以實現(xiàn)對傳感器的設(shè)置。

所述監(jiān)控子網(wǎng)絡(luò)10包括監(jiān)控主機(jī)101和第二射頻裝置102。其中，所述監(jiān)控主機(jī)101用于設(shè)置各個傳感器201并收集各個傳感器201所采集到的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析等工作。所述第二射頻裝置102電連接于所述監(jiān)控主機(jī)101，以通過無線射頻的方式接收各個傳感器201通過第一射頻裝置202發(fā)送來的監(jiān)測數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控主機(jī)101，同時，所述第二射頻裝置102還將監(jiān)控主機(jī)101對傳感器201進(jìn)行設(shè)置的指令、數(shù)據(jù)等信息通過無線射頻的方式進(jìn)行發(fā)送。所述監(jiān)控主機(jī)101和至少一個傳感器201之間通過所述第一射頻裝置202和第二射頻裝置102進(jìn)行無線通信。其中，所述第一射頻裝置202和第二射頻裝置102均采用如上述說明的射頻裝置1。

由于采用了本發(fā)明實施例中的射頻裝置1，使得第二射頻裝置102和每個第一射頻裝置202之間的時間同步精度大大提升，同時也降低了整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功耗。

本發(fā)明的射頻裝置和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，采用了外部晶體振蕩器，相比于傳統(tǒng)射頻信號處理器內(nèi)部的低頻RC振蕩器來說，外部晶體振蕩器擁有更高的精度，進(jìn)而使用外部晶體振蕩器可以有效提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的同步精度。本發(fā)明采用RTC電路實現(xiàn)了長時間休眠定時喚醒功能，使射頻模塊在不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時一直保持低功耗休眠狀態(tài)，當(dāng)設(shè)定時間到了后RTC喚醒射頻模塊，使其正常工作，可以有效降低模塊功耗。本發(fā)明中添加外部長延時周期看門狗電路，使看門狗延時周期最長可以設(shè)置到幾個小時，可以減少射頻信號處理器喚醒喂狗的頻率，降低系統(tǒng)功耗，增加了系統(tǒng)工作時間。同時外置看門狗電路具有自己的時鐘源，不會受到射頻信號處理器內(nèi)部時鐘故障的影響，在出現(xiàn)射頻信號處理器硬件故障時，外置的看門狗電路依舊可以正常工作，可以重新復(fù)位停止的射頻信號處理器，重新激勵射頻信號處理器的晶振起振，使系統(tǒng)恢復(fù)工作，提高系統(tǒng)魯棒性。另外本發(fā)明中，射頻裝置添加外部具有寫保護(hù)功能的非易失存儲器，可以減小系統(tǒng)參數(shù)丟失風(fēng)險，提高系統(tǒng)魯棒性，當(dāng)系統(tǒng)上電或復(fù)位時外部非易失存儲器默認(rèn)處于寫保護(hù)狀態(tài)，即射頻信號處理器不能向外部非易失存儲器進(jìn)行寫操作，可以避免系統(tǒng)電源不穩(wěn)定等情況下的誤操作。綜合上述整體的效果，本發(fā)明提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步精度并降低了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)功耗。

從上述方案可以看出，本發(fā)明的射頻裝置和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，采用了外部晶體振蕩器，相比于傳統(tǒng)射頻信號處理器內(nèi)部的低頻RC振蕩器來說，外部晶體振蕩器擁有更高的精度，進(jìn)而使用外部晶體振蕩器可以有效提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的同步精度。本發(fā)明采用RTC電路實現(xiàn)了長時間休眠定時喚醒功能，使射頻模塊在不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時一直保持低功耗休眠狀態(tài)，當(dāng)設(shè)定時間到了后RTC喚醒射頻模塊，使其正常工作，可以有效降低模塊功耗。本發(fā)明中添加外部長延時周期看門狗電路，使看門狗延時周期最長可以設(shè)置到幾個小時，可以減少射頻信號處理器喚醒喂狗的頻率，降低系統(tǒng)功耗，增加了系統(tǒng)工作時間。同時外置看門狗電路具有自己的時鐘源，不會受到射頻信號處理器內(nèi)部時鐘故障的影響，在出現(xiàn)射頻信號處理器硬件故障時，外置的看門狗電路依舊可以正常工作，可以重新復(fù)位停止的射頻信號處理器，重新激勵射頻信號處理器的晶振起振，使系統(tǒng)恢復(fù)工作，提高系統(tǒng)魯棒性。另外本發(fā)明中，射頻裝置添加外部具有寫保護(hù)功能的非易失存儲器，可以減小系統(tǒng)參數(shù)丟失風(fēng)險，提高系統(tǒng)魯棒性，當(dāng)系統(tǒng)上電或復(fù)位時外部非易失存儲器默認(rèn)處于寫保護(hù)狀態(tài)，即射頻信號處理器不能向外部非易失存儲器進(jìn)行寫操作，可以避免系統(tǒng)電源不穩(wěn)定等情況下的誤操作。綜合上述整體的效果，本發(fā)明提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步精度并降低了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)功耗。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。