一种适用于智能物联网的微功耗嵌入式传感器休眠电路

本发明是关于一种适用于智能物联网的微功耗嵌入式传感器休眠电路及控制方法，涉及智能物联网传感器领域。

背景技术：

1、智能物联网是指通过物联网实现物体与物体之间的智能互联与信息交互，可以被广泛应用于各种工业领域。在典型的智能物联网应用中，大量的传感器需要长时间稳定运行，但是由于传感器的电池容量十分有限，无法在实际应用中频繁更换电池，传统常开传感器设计存在功耗高、运行时长短的问题，因此对传感器进行节能降耗设计至关重要。

2、在物理传感器实际工作中，由于应用场景和数据采集频率等要求，物理传感器工作在秩序化的调度安排中，因此物理传感器存在无数据发送的无效活跃状态，造成能量的损耗。在此背景下，为传感器引入休眠电路和控制方法，能够在保障数据数据可靠性的基础上，降低传感器在无效活跃状态下的功耗。

3、目前传统的物理传感器休眠方式大都采用硬调电或软复位等方式，但是在传感器复位启动时需要进行初始化和参数下载，也造成较大的能量和时间消耗，影响传感器启动速度，无法保障传感器数据采集的及时性。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高设备能效，延长各种电池类供电传感器使用寿命的适用于智能物联网的微功耗嵌入式传感器休眠电路及控制方法。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供的适用于智能物联网的微功耗嵌入式传感器休眠电路，该电路包括微控制器、物理传感器、通讯模组、磁感模组和电源电路；

4、所述物理传感器，用于检测物理量，并将检测的物理量转换为数字信号；

5、所述磁感模组，用于检测磁场变化，并将磁场变化转换为数字信号；

6、所述电源电路，用于为各用电设备进行供电；

7、所述通讯模组，用于实现电子设备之间的数据传输和通信；

8、所述微控制器，用于通过所述通讯模组连接所述物理传感器和磁感模组，并通过动态控制算法控制所述磁感模组、通讯模组和物理传感器的工作。

9、一些可能的实施方式中， 通过动态控制算法控制所述磁感模组、通讯模组和物理传感器的工作，包括：

10、当有触发动作时，所述磁感模组及供电工作、所述通信模组及供电工作，所述物理传感器及供电停止工作；

11、当有触发事件时，所述物理传感器及供电工作、所述通信模组及供电工作，所述磁感模组及供电停止工作。

12、一些可能的实施方式中，所述触发动作为人为操作引发所述磁感模组中电磁感应产生数字信号；所述触发事件为系统任务或约定时间周期处理所述物理传感器数据时发生。

13、一些可能的实施方式中，所述电源电路包括电源管理控制电路、微控制器电源电路、传感器供电电路、通讯模组供电电路和磁感模组供电电路；

14、所述微控制器电源电路，用于为所述微控制器进行供电；

15、所述传感器供电电路，用于为所述物理传感器进行供电；

16、所述通讯模组供电电路，用于为所述通讯模组进行供电；

17、所述磁感模组供电电路，用于为所述磁感模组进行供电；其中，

18、所述微控制器电源电路还通过所述电源管理控制电路分别连接所述传感器供电电路、通讯模组供电电路和磁感模组供电电路，所述微控制器根据触发动作或触发事件通过动态控制算法控制相应供电电路工作。

19、一些可能的实施方式中，所述磁感模组包括磁传感器、信号处理电路，模数转换器和通信接口；

20、所述磁传感器，用于检测磁场的变化，感知外部磁场并将其转换为电信号；

21、所述信号处理电路，用于对所述传感器输出的原始信号进行放大、滤波处理；

22、所述模数转换器，用于将所述信号处理电路输出的模拟信号转换为数字信号；

23、所述通信接口，用于使得所述磁传感器连接所述微控制器。

24、第二方面，本发明还提供一种微功耗嵌入式传感器休眠电路的控制方法，该方法包括：

25、根据具体应用场景、传感器类型和物理传感器采集频率设定工作周期调度算法；

26、智能判断传感器工作状态；

27、通过动态控制算法调控传感器的休眠时间和唤醒时间；

28、根据物理传感器数据上传的实时需求并结合物联网通信协议，选择最优的数据上传策略。

29、一些可能的实施方式中，传感器工作周期调度算法根据现场工作需求进行设计，保障工作最小间隔，以此为基础设定物理传感器、物理传感器供电电路、通讯模组、通讯模组供电电路、磁感模组和磁感模组供电电路的工作时间，包括：

30、关闭磁感模组供电电路；

31、打开物理传感器供电电路，物理传感器采集信号，并转化数据信号；

32、关闭物理传感器供电电路，打开通信模组供电电路，通过通讯模组完成数据传送；

33、切断通信模组及通信模组供电电路，等待下次触发。

34、一些可能的实施方式中，智能判断传感器工作状态，包括：通过扫描各个电子设备在微控制器记录状态，减少刚关闭又要供电带来的能量消耗，保障所有电子设备在合理时间周期内休眠和唤醒机制。

35、一些可能的实施方式中，通过动态控制算法调控传感器的休眠时间和唤醒时间，包括：

36、动态控制算法是微控制器根据计算工作量的不同分别设置工作在不同的频率，在计算量较大时微控制器工作在高频状态，在计算量较低的休眠状态时微控制器工作在低频状态；

37、当配置设备时有触发动作时，磁感模组及供电工作，通信模组及供电工作，物理传感器停止工作及相应供电也停止，完成配制后，磁感模组及供电停止工作，通信模组及供电电源工作，物理传感器工作及相应供电正常工作。

38、一些可能的实施方式中，根据物理传感器数据上传的实时需求并结合物联网通信协议，选择最优的数据上传策略，包括：

39、物联网通信协议分为两大类，根据需要选择相应的物联网通信协议获得最优的数据上传策略，两大类物联网通信协议为：

40、主动上传型策略：保障工作需求最小上传周期后对物理传感器、物理传感器供电电路、通讯模组、通讯模组供电电路、磁感模组和磁感模组供电电路进行供电配制；

41、一问一答型策略：保障最小功耗只对微控制器电源电路供电，当有采集信号时，微控制器依次对物理传感器、物理传感器供电电路、通讯模组、通讯模组供电电路、磁感模组和磁感模组供电电路进行供电配制。

42、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下特点：

43、1、本发明的微功耗嵌入式传感器休眠电路可以在需要时进入休眠状态，从而降低功耗，延长使用寿命，并提高整个系统的性能和效率，在智能物联网系统的终端侧应用中，休眠电路可以有效地降低系统的用户设备能耗，延长电池供电类系统的运行时间，降低用户设备的能耗并延长电池寿命，能够实现智能物联网系统的最佳功耗消耗和系统性能。

44、2、本发明的物理传感器可以动态地调整休眠状态，以实现最佳功耗消耗和系统性能，控制算法可以根据多种因素进行实时调整，从而提高智能物联网系统的整体性能和用户体验。

45、3、本发明可以应用于智能物联网系统的终端侧，具有显著的环保和节约能源效果,同时也可以提高智能物联网系统的整体性能和用户体验。

46、4、本发明采用新型的休眠电路设计，低功耗休眠模式为当采集任务密集或采集间隔短，物理传感器进入低功耗休眠，这样可以快速进入下轮采集任务，实现物理传感器在空闲状态下根据采集任务紧急程度进入低功耗休眠模式，节约能量消耗 。

47、综上，本发明可以广泛应用于智能物联网系统。