專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線監(jiān)測技術(shù)，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置。
背景技術(shù)：
傳感器廣泛應(yīng)用于監(jiān)測領(lǐng)域，通過在機(jī)械設(shè)備、橋梁、建筑物等的關(guān)鍵部位上在線永久安裝傳感器或定期巡檢的方式，獲取監(jiān)測關(guān)鍵部位或設(shè)備運(yùn)行狀況參數(shù)，監(jiān)測關(guān)鍵部位或設(shè)備運(yùn)行狀況，進(jìn)行故障診斷分析或報(bào)警。
對于以巡檢進(jìn)行監(jiān)測的方式，需要監(jiān)測人員定期攜帶傳感器等監(jiān)試工具，在現(xiàn)場對多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)安裝傳感器，逐一進(jìn)行采集，然后把采集的信息記錄并帶回進(jìn)行分析和處理。這種方式，需要監(jiān)測人員具備一定的相關(guān)知識；而且，對于具有很多監(jiān)測點(diǎn)的現(xiàn)場信息采集，完成一次全面的巡檢則需要花費(fèi)較長的時(shí)間，因此巡檢的周期間隔不可能太短，從而不能獲得監(jiān)測點(diǎn)全面的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，不適合進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)較多的情形。
對于在線永久安裝傳感器的方式，傳感器固定在關(guān)鍵部位或設(shè)備上，采集信號通過線纜傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心再對采集的信號進(jìn)行監(jiān)測分析和處理。因此，需要在監(jiān)測現(xiàn)場與監(jiān)控中心之間布設(shè)線纜，如對工業(yè)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，需要通過在工業(yè)現(xiàn)場對線纜進(jìn)行地溝處理；對于橋梁或建筑物，則在施工階段需要預(yù)埋傳輸線纜。這種方式，現(xiàn)場布線施工復(fù)雜，需要數(shù)量眾多的線纜，傳感器安裝極其不方便；而且，一旦傳感器和線纜安裝完成，很難增加或改變監(jiān)測點(diǎn)；同時(shí)，傳感器采集的信號為模擬信號，不適宜長距離傳輸，容易受到干擾，影響測量精度，產(chǎn)生誤報(bào)。
為了解決傳感器模擬信號傳輸問題，常用的改進(jìn)方法是，通過采用光纖，總線等技術(shù)增加信號傳輸距離，但這并不能完全省去傳輸線纜。
隨著無線技術(shù)的發(fā)展，目前利用藍(lán)牙、WI-FI、數(shù)傳電臺等無線傳輸技術(shù)，通過采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸傳感器信號，有效地節(jié)省了現(xiàn)場布線的線纜以及對線纜復(fù)雜的布線施工處理，但與此同時(shí)，由于藍(lán)牙、WI-FI、數(shù)傳電臺等無線傳輸技術(shù)自身存在的一些不足，如功耗大、抗干擾能力差、網(wǎng)絡(luò)容量小、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性較差、成本高，不適合于包括大規(guī)模傳感器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)主要目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置，降低無線監(jiān)測中的功耗。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置，該裝置包括傳感器、數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊、無線通信模塊及電源模塊，其中，傳感器，根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊輸出的觸發(fā)信號，采集監(jiān)測點(diǎn)信息，并將采集信號輸出至數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊；數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊，用于按預(yù)先設(shè)定的周期進(jìn)行自身的觸發(fā)，并向傳感器輸出觸發(fā)信號，觸發(fā)傳感器采集信號；接收傳感器輸出的采集信號，對采集信號進(jìn)行調(diào)理濾波、過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理、以及數(shù)值計(jì)算，并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果不大于設(shè)定的報(bào)警值，將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行存儲后將自身置于休眠狀態(tài)；如果數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值，或所述輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，輸出觸發(fā)信號觸發(fā)無線通信模塊并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果輸出至無線通信模塊；無線通信模塊，采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行傳輸，根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊輸出的觸發(fā)信號，接收數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊輸出的數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果，發(fā)送至外部的中心網(wǎng)關(guān)或路由器，接收中心網(wǎng)關(guān)或路由器發(fā)送的控制參數(shù)，輸出至數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊，對所述數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊預(yù)先設(shè)定的周期和預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行更新，當(dāng)完成接收和發(fā)送任務(wù)后，轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)；電源模塊，用于提供傳感器、數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊及無線通信模塊的工作電壓。
較佳地，所述數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊包含調(diào)理濾波子模塊、主處理子模塊及定時(shí)子模塊，其中，調(diào)理濾波子模塊，根據(jù)主處理子模塊輸出的觸發(fā)信號進(jìn)行觸發(fā)，用于將傳感器輸出的采集信號濾波，獲得監(jiān)測所需的帶寬，將調(diào)理濾波后信號輸出至主處理子模塊；主處理子模塊，根據(jù)定時(shí)子模塊預(yù)先設(shè)定的周期觸發(fā)，用于對調(diào)理濾波子模塊輸出的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換及將轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果不大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值，將數(shù)值存儲后置于休眠狀態(tài)；如果大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值或是所述輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，輸出觸發(fā)信號觸發(fā)無線通信模塊并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果輸出至無線通信模塊；定時(shí)子模塊，用于按預(yù)先設(shè)定的周期觸發(fā)主處理子模塊，以及，當(dāng)數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值或所述輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，輸出觸發(fā)信號觸發(fā)無線通信模塊。
較佳地，所述傳感器為微機(jī)電系統(tǒng)加速度傳感器，或壓電加速度傳感器，或電荷加速度傳感器，或內(nèi)置電路壓電加速度傳感器。
所述調(diào)理濾波子模塊包括阻容器，用于接收主處理子模塊輸出的觸發(fā)信號進(jìn)行觸發(fā)；將傳感器輸出的采集信號濾波，獲得監(jiān)測所需的帶寬，將調(diào)理濾波后信號輸出至主處理子模塊；所述調(diào)理濾波子模塊進(jìn)一步包括電荷放大轉(zhuǎn)換電路，用于將傳感器的輸出轉(zhuǎn)換為電壓信號并進(jìn)行放大。
所述調(diào)理濾波子模塊包括阻容器，用于接收主處理子模塊輸出的觸發(fā)信號進(jìn)行觸發(fā)；將傳感器輸出的采集信號濾波，獲得監(jiān)測所需的帶寬，將調(diào)理濾波后信號輸出至主處理子模塊；
所述調(diào)理濾波子模塊進(jìn)一步包括恒流電路，用于向傳感器提供恒流源激勵。
較佳地，所述調(diào)理濾波子模塊為一階阻容濾波器或2到8階巴特沃茲濾波器。
所述調(diào)理濾波子模塊包括配橋電阻和橋路激勵電壓電路，其中，配橋電阻，用于將傳感器輸出的采集信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，根據(jù)接收的傳感器輸出的采集信號變化引起自身電阻的變化，使流過該配橋電阻兩臂的電流發(fā)生變化，輸出與電阻變化成比例的電壓信號；橋路激勵電壓電路，用于接收主處理子模塊輸出的觸發(fā)信號進(jìn)行觸發(fā)，為配橋電阻提供恒定的激勵電壓；所述調(diào)理濾波子模塊進(jìn)一步包括放大器，用于接收配橋電阻輸出的電壓信號，進(jìn)行放大，并輸出至主處理子模塊。
較佳地，所述傳感器為溫度傳感器，或應(yīng)變傳感器，或位移傳感器，或壓力傳感器。
較佳地，所述主處理子模塊包含A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)值計(jì)算器，其中，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于對調(diào)理濾波子模塊輸出的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出至數(shù)值計(jì)算器；數(shù)值計(jì)算器，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較。
較佳地，所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速率不小于傳感器有效使用頻率范圍的10倍。
較佳地，所述主處理子模塊進(jìn)一步包含數(shù)字濾波器，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字濾波，進(jìn)一步去除前端調(diào)理濾波子模塊帶入的干擾，輸出至數(shù)值計(jì)算器。
所述數(shù)字濾波器為有限長沖激響應(yīng)濾波器。
較佳地，所述主處理子模塊進(jìn)一步包含一個(gè)或多個(gè)積分子模塊，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換或數(shù)字濾波后的信號進(jìn)行一次或多次積分。
所述數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊進(jìn)一步包含一個(gè)或多個(gè)積分子模塊，用于對調(diào)理濾波子模塊輸出的信號進(jìn)行一次或多次積分。
所述無線通信模塊網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型網(wǎng)絡(luò)、點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、簇狀樹或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
較佳地，所述無線通信模塊進(jìn)一步包含射頻功率放大器和/或低噪聲放大器，用于對收發(fā)信號功率進(jìn)行放大。
較佳地，所述無線通信模塊的收發(fā)天線為印刷電路板天線或貼片天線或鞭狀天線。
較佳地，所述電源模塊提供的直流電壓為3V或3.3V，2.5V，1.8V或5V。
所述電源模塊為微型振動發(fā)電機(jī)，利用壓電原理收集結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動能量，轉(zhuǎn)化為電量并存儲在電容內(nèi)，或?yàn)樘柲茈姵兀糜趯⑻柲苻D(zhuǎn)化為電能并存儲在電容內(nèi)。
由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置，數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定的周期觸發(fā)傳感器采集信號，完成數(shù)據(jù)采集和過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)字信號處理、以及數(shù)值計(jì)算，將相應(yīng)數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果不大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值，則將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行存儲后將自身置于休眠狀態(tài)；如果數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值、或輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊觸發(fā)無線通信模塊，無線通信模塊采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行傳輸，將采集的所有數(shù)值傳輸給中心網(wǎng)關(guān)或路由器，同時(shí)詢問中心網(wǎng)關(guān)或路由器有無需要發(fā)送的控制參數(shù)，若有，接收中心網(wǎng)關(guān)或路由器發(fā)送的控制參數(shù)，輸出至數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊，對數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊預(yù)先設(shè)定的周期及預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行更新，當(dāng)完成接收和發(fā)送任務(wù)后繼續(xù)進(jìn)入休眠狀態(tài)，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)完全不需要傳輸線纜，安裝使用方便；(2)傳感器輸出模擬信號傳輸距離短，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，無線傳輸?shù)囊呀?jīng)是數(shù)字信號，抗干擾能力強(qiáng)；(3)數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊采用過采樣技術(shù)，對數(shù)字信號進(jìn)行有效的數(shù)字濾波，進(jìn)一步增強(qiáng)了抗干擾能力；(4)各模塊采用超低功耗設(shè)計(jì)，在不工作時(shí)置置于休眠狀態(tài)，具有非常低的電流消耗，使用兩節(jié)普通干電池可以工作數(shù)年之久，維護(hù)周期大大延長，降低了維護(hù)成本；(5)無線傳輸滿足IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，傳輸可靠性高，能組成龐大的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；(6)可以使用微型振動發(fā)電機(jī)，利用壓電原理收集結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的微弱振動能量，轉(zhuǎn)化為電量存儲在電容內(nèi)，也可以使用太陽能電池，為各模塊提供電源，做到真正的免維護(hù)。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例一實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例二實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例三實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的方法流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置，主要是通過數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊按照預(yù)先設(shè)定的周期觸發(fā)傳感器采集信號，完成數(shù)據(jù)采集和過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)字信號處理、以及數(shù)值計(jì)算，將并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果不大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值，將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果存儲后繼續(xù)回到休眠狀態(tài)；如果大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值或是輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊觸發(fā)無線通信模塊，無線通信模塊將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果無線傳輸給中心網(wǎng)關(guān)或路由器。由于傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，提高了信號的抗干擾能力；各模塊選用超低功耗的元器件，并采用了定時(shí)觸發(fā)機(jī)制，使得各模塊在不工作時(shí)，處于休眠狀態(tài)，從而降低了各模塊的功耗。
參見圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包含傳感器10、數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11、無線通信模塊12和電源模塊13；傳感器10，根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11輸出的觸發(fā)信號，采集監(jiān)測點(diǎn)的現(xiàn)場信息，并將采集信號輸出至數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11。
數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11，負(fù)責(zé)按預(yù)先設(shè)定的周期進(jìn)行自身的觸發(fā)，并向傳感器10輸出觸發(fā)信號，觸發(fā)傳感器10采集信號；接收傳感器10輸出的采集信號，對采集信號進(jìn)行調(diào)理濾波、過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理、以及數(shù)值計(jì)算，并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果不大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值，則將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行存儲后將自身置于休眠狀態(tài)，等待下次的觸發(fā)；如果數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值、或輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，則輸出觸發(fā)信號觸發(fā)無線通信模塊12，并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果輸出至無線通信模塊12。
無線通信模塊12，采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行傳輸，根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11輸出的觸發(fā)信號觸發(fā)，接收數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11輸出的數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果，通過無線發(fā)送至外部的中心網(wǎng)關(guān)或路由器，接收外部的中心網(wǎng)關(guān)或路由器發(fā)送的控制參數(shù)，輸出至數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11，對數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11預(yù)先設(shè)定的周期及預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行更新，當(dāng)完成接收和發(fā)送任務(wù)后，轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。
電源模塊13，負(fù)責(zé)為傳感器10、數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11及無線通信模塊12提供工作電源。
傳感器10、數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11、無線通信模塊12和電源模塊13組成一個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)，不同的無線傳感器節(jié)點(diǎn)通過中心網(wǎng)關(guān)或路由器形成一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
基于圖1，下面舉三個(gè)實(shí)施例，對在實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置中使用本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例一圖2為本發(fā)明實(shí)施例一實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖2，該裝置包含傳感器10、數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11、無線通信模塊12和電源模塊13，其中，傳感器10，根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11輸出的觸發(fā)信號，采集監(jiān)測點(diǎn)的現(xiàn)場信息，并將采集信息輸出至數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11進(jìn)行處理。
實(shí)際應(yīng)用中，傳感器10可以是對機(jī)械設(shè)備或橋梁等建筑物進(jìn)行振動監(jiān)測的振動加速度傳感器，如微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS，Micro Electron MechanicalSystem)加速度傳感器，或壓電加速度傳感器，或者是其它類型如電荷或內(nèi)置電路壓電(ICP，Integrated-Circuit Piezoelectric)加速度振動傳感器；還可以是進(jìn)行溫度、應(yīng)變、位移或壓力監(jiān)測的溫度傳感器、應(yīng)變傳感器、位移傳感器及壓力傳感器。傳感器輸出和監(jiān)測物理量成等比例的電壓信號。
本實(shí)施例中，傳感器10選用振動加速度傳感器，為了降低功耗，傳感器10可進(jìn)一步選用超低功耗的產(chǎn)品，如AD公司、FREESCALE公司、MSI公司等生產(chǎn)的適合于低頻監(jiān)測的具有零頻響應(yīng)、功耗低、體積小、成本低的MEMS或壓電加速度傳感器芯片系列產(chǎn)品，由電源模塊13提供電源，其輸出連接到數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11。傳感器芯片休眠管腳連接到數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11控制端，由數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11在不采集的時(shí)候置入休眠模式。
傳感器10還可以是適合于中高頻監(jiān)測的電荷或內(nèi)置電路壓電加速度傳感器系列產(chǎn)品，電荷型傳感器是無源元器件，不需要提供工作電源，ICP壓電加速度傳感器由調(diào)理濾波子模塊21提供恒流源激勵，ICP傳感器在不采集的時(shí)候通過關(guān)斷工作電源置于休眠模式。
數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11，包含調(diào)理濾波子模塊21、主處理子模塊24及定時(shí)子模塊25，其中，調(diào)理濾波子模塊21，根據(jù)主處理子模塊24輸出的觸發(fā)信號進(jìn)行觸發(fā)，用于將傳感器10輸出的采集信號進(jìn)行調(diào)理濾波，獲得監(jiān)測所需的帶寬，該調(diào)理濾波子模塊21也可以由阻容濾波器構(gòu)成，如果傳感器10為ICP壓電加速度傳感器，則進(jìn)一步向ICP壓電加速度傳感器提供恒流源激勵，由主處理子模塊24在不采集的時(shí)候關(guān)掉電源置于休眠模式。
本實(shí)施例中，調(diào)理濾波子模塊21采用一階阻容濾波器，通過調(diào)節(jié)阻容值獲得監(jiān)測所需的帶寬；也可以采用2到8階的巴特沃茲濾波器，對輸入濾波器的信號進(jìn)行抗混疊濾波。
如果傳感器10為電荷加速度傳感器，則調(diào)理濾波子模塊21中還包含電荷放大轉(zhuǎn)換電路(圖中未示出)，將傳感器10的輸出轉(zhuǎn)換為電壓信號并進(jìn)行放大，也就是將傳感器10輸出的采集信號中包含的電荷量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
主處理子模塊24，根據(jù)定時(shí)子模塊25的預(yù)先設(shè)定的周期觸發(fā)，預(yù)先設(shè)定的周期可以根據(jù)采樣周期或?qū)嶋H監(jiān)測的需要進(jìn)行設(shè)定，如果傳感器10有休眠管腳，通過休眠管腳觸發(fā)傳感器。包含A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器240，用于對調(diào)理濾波子模塊21輸出的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)值計(jì)算器243，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果不大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值，則表明沒有異常，將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行存儲后由定時(shí)子模塊25將主處理子模塊24觸發(fā)置于休眠狀態(tài)；如果數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值、或是輸出給傳感器10的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果輸出至無線通信模塊12。
A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器240，可以使用主處理子模塊24自帶的12位A/D，如果需要更高的轉(zhuǎn)換精度，也可以使用低功耗的16或24位A/D芯片，在不進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)候置于休眠模式。本實(shí)施例中，設(shè)置A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器240進(jìn)行過采樣，即采樣速率高于傳感器有效使用頻率范圍10倍以上，以提高A/D有效分辨率和抗干擾能力，降低被測頻帶內(nèi)的噪聲電壓。
實(shí)際應(yīng)用中，在調(diào)理濾波子模塊21及A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器240之間還可以包括積分子模塊22(圖中用虛線示出)，如硬件積分電路，用于將采集和調(diào)理濾波后的振動加速度值進(jìn)行積分，得到振動速度值，將振動速度值再進(jìn)行積分，得到振動位移值，用于后續(xù)的數(shù)值比較。
實(shí)際應(yīng)用中，主處理子模塊24還可以包含數(shù)字濾波器241，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字濾波，進(jìn)一步去除前端調(diào)理濾波子模塊21階數(shù)較低而帶入的干擾，可以采用有限長沖激響應(yīng)(FIR，F(xiàn)inite ImpulseResponse)濾波器。
本實(shí)施例中，主處理子模塊24采用TI公司的MSP430系列單片機(jī)。MSP430系列單片機(jī)是16位精簡指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)(RISC，Reduced InstructionSet Computer)單片機(jī)，工作電流和休眠電流非常低，同時(shí)具備了強(qiáng)大的運(yùn)算能力。調(diào)理濾波子模塊21輸出的信號，或硬件積分電路輸出的信號，直接輸出至主處理子模塊24自帶的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器240轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。
定時(shí)子模塊25，用于按預(yù)先設(shè)定的采樣周期觸發(fā)平時(shí)處于深度休眠的主處理子模塊24，以及，當(dāng)數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值、或輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，觸發(fā)無線通信模塊12將采集的所有數(shù)值傳輸給中心網(wǎng)關(guān)或路由器，并接收無線通信模塊12輸出的控制參數(shù)，對自身預(yù)先設(shè)定的周期和預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行更新。
實(shí)際應(yīng)用中，定時(shí)子模塊25可以采用具有高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC，RealTime Clock)和事件計(jì)數(shù)器的鐵電存儲器(FRAM，F(xiàn)erroelectric RandomAccess Memory)存貯芯片，用以存貯系統(tǒng)參數(shù)和臨時(shí)采樣數(shù)據(jù)，其RTC調(diào)整后的精度可達(dá)2.17ppm，觸發(fā)信號分別接入到主處理子模塊24和無線通信模塊12的相應(yīng)管腳，按事件計(jì)數(shù)器設(shè)定的周期觸發(fā)平時(shí)處于深度休眠的主處理子模塊24和無線通信模塊12，該芯片讀寫數(shù)據(jù)期間工作電流僅500微安，空閑時(shí)僅1微安。
無線通信模塊12，采用基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)主要針對工業(yè)、家庭自動化、傳感器的無線數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控、油田、電力、礦山及物流管理等領(lǐng)域，具有功耗低、傳輸可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)容量大、能夠自動組網(wǎng)等特點(diǎn)，非常適合于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，包括802.15.4物理層協(xié)議控制與數(shù)據(jù)收發(fā)芯片和802.15.4MAC層協(xié)議解析芯片。
802.15.4物理層協(xié)議控制與數(shù)據(jù)收發(fā)芯片，用于收發(fā)信機(jī)的擴(kuò)頻、編解碼、正交移相鍵控(O-QPSK，Offset-Quadrature Phase Shift Keying)調(diào)制/解調(diào)、基帶信號處理、信號上/下變頻、數(shù)據(jù)射頻發(fā)送與射頻接收等。
802.15.4MAC層協(xié)議解析芯片，用于802.15.4MAC層協(xié)議解析，包括建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接；實(shí)現(xiàn)MAC層數(shù)據(jù)打包與解包功能；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備通過Coordinator、Router和End Device點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)互傳；防止信號碰撞；對傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)理器和基站設(shè)備間數(shù)據(jù)鏈路的無縫接口；對數(shù)據(jù)實(shí)施保密控制等。
本實(shí)施例中，802.15.4物理層協(xié)議控制與數(shù)據(jù)收發(fā)芯片可以采用MC13192，802.15.4MAC層協(xié)議解析芯片采用MC9S08GT60；也可以將802.15.4物理層協(xié)議控制與數(shù)據(jù)收發(fā)芯片與802.15.4MAC層協(xié)議解析芯片進(jìn)行集成，如采用TI公司的802.15.4協(xié)議集成芯片CC2430。
無線通信模塊12的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可采用星型網(wǎng)絡(luò)、點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、簇狀樹或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等連接方式，同一網(wǎng)絡(luò)可以容納65000個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，采用多跳的傳輸方式，從而覆蓋廣闊的范圍；也可根據(jù)用戶具體需要，定制適合的網(wǎng)絡(luò)連接。
實(shí)際應(yīng)用中，無線通信模塊12進(jìn)行無線收發(fā)時(shí)，在發(fā)送通道和接收通道上還可以設(shè)置射頻功率放大器及低噪聲放大器，對收發(fā)功率進(jìn)行放大，以增大節(jié)點(diǎn)間的通信距離。其發(fā)射接收天線可采用印刷電路板天線，也可以采用貼片天線或鞭狀天線。
無線通信模塊12在不工作時(shí)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)主處理子模塊24出現(xiàn)異常數(shù)值或輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，由定時(shí)子模塊25觸發(fā)，將主處理子模塊24輸出的異常信息和數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果傳輸至中心網(wǎng)關(guān)或路由器，同時(shí)詢問中心網(wǎng)關(guān)或路由器有無其它的控制參數(shù)，如果接收到中心網(wǎng)關(guān)或路由器發(fā)送的控制參數(shù)，輸出至定時(shí)子模塊25，對定時(shí)子模塊25內(nèi)預(yù)先設(shè)定的周期及預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行更新，定時(shí)子模塊25根據(jù)更新的周期開始定時(shí)；如果沒有控制參數(shù)接收，由定時(shí)子模塊25觸發(fā)置于休眠狀態(tài)。
電源模塊13，用于提供傳感器10、數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11及無線通信模塊12所需的直流電壓。
實(shí)際應(yīng)用中，電源模塊13可以采用普通干電池或鋰電池，也可以采用太陽能電池，用于將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并存儲在電容內(nèi)，還可以采用微型振動發(fā)電機(jī)，利用壓電原理收集結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的微弱振動能量，轉(zhuǎn)化為電量，存儲在電容內(nèi)。
本實(shí)施例中，電源模塊13提供的直流電壓為3V，實(shí)際應(yīng)用中，也可以根據(jù)傳感器10、數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊11及無線通信模塊12的工作電壓，提供不同的直流電壓，如3.3V，2.5V，1.8V或5V。
實(shí)施例二在實(shí)施例一中，調(diào)理濾波子模塊21包括積分子模塊22，對調(diào)理濾波后的加速度值進(jìn)行積分，得到速度值，將速度值再進(jìn)行積分，得到位移值。實(shí)際應(yīng)用中，如果應(yīng)用于振動監(jiān)測領(lǐng)域，也可以在主處理子模塊24內(nèi)設(shè)置積分子模塊32(圖中用虛線示出)，如軟件積分算法。圖3為本發(fā)明實(shí)施例二實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖3，與圖2不同的是，從傳感器10采集的信號，經(jīng)過調(diào)理濾波子模塊21進(jìn)行調(diào)理濾波，輸出至A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器240進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)數(shù)字濾波器241進(jìn)行數(shù)字濾波，進(jìn)一步去除前端調(diào)理濾波子模塊21階數(shù)較低而帶入的干擾，濾波后的信號輸出至積分子模塊32，也就是利用軟件積分算法進(jìn)行一次積分或兩次積分，得到振動的相關(guān)數(shù)值，輸出至數(shù)值計(jì)算器243進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。
實(shí)施例三
實(shí)施例一和實(shí)施例二中，傳感器10為振動加速度傳感器，實(shí)際應(yīng)用中，傳感器10也可以是進(jìn)行溫度、應(yīng)變、位移或壓力監(jiān)測的溫度傳感器、應(yīng)變傳感器、位移傳感器及壓力傳感器。圖4為本發(fā)明實(shí)施例三實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。參見圖4，與圖2、圖3不同的是，由于傳感器10采用的是溫度傳感器、應(yīng)變傳感器、位移傳感器或壓力傳感器，不再需要調(diào)理濾波子模塊41和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器240之間的積分子模塊22，或數(shù)字濾波器241和數(shù)值計(jì)算器243之間的積分子模塊32；同時(shí)，調(diào)理濾波子模塊41在結(jié)構(gòu)和功能上也稍有不同，用于調(diào)理溫度、應(yīng)變、位移等橋路傳感器并把測量物理量轉(zhuǎn)換為電壓信號。下面對調(diào)理濾波子模塊41進(jìn)行說明。
調(diào)理濾波子模塊41，包含配橋電阻411、橋路激勵電壓電路412和放大器413，其中，配橋電阻411，用于將傳感器10輸出的采集信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，根據(jù)接收的傳感器10輸出的采集信號變化引起自身電阻的變化，使流過該配橋電阻411兩臂的電流發(fā)生變化，亦即引起該配橋電阻411兩臂電壓差變化，輸出與電阻變化成比例，也就是與電壓差變化成比例的電壓信號至放大器413；橋路激勵電壓電路412，用于接收主處理子模塊24輸出的觸發(fā)信號進(jìn)行觸發(fā)，為配橋電阻411提供恒定的激勵電壓；放大器413，用于接收配橋電阻411輸出的電壓信號，進(jìn)行放大，并輸出至主處理子模塊412。
由上述實(shí)施例可見，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置，通過定時(shí)子模塊控制主處理子模塊及無線通信模塊的工作狀態(tài)，主處理子模塊控制傳感器的工作狀態(tài)，調(diào)理濾波子模塊對傳感器采集的信號進(jìn)行調(diào)理濾波，或者再進(jìn)一步利用積分子模塊，獲得振動加速度值、速度值及位移值，輸出至A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，變?yōu)閿?shù)字信號，在數(shù)字濾波器中進(jìn)一步去除干擾后由數(shù)值計(jì)算器計(jì)算出有效數(shù)值；或者，采集的信號經(jīng)調(diào)理濾波，輸出至A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，變?yōu)閿?shù)字信號，在數(shù)字濾波器中進(jìn)一步去除干擾，再進(jìn)一步利用積分算法，獲得振動加速度值、速度值及位移值后由數(shù)值計(jì)算器計(jì)算出有效數(shù)值，并與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果沒有異常，將數(shù)值存儲后由定時(shí)子模塊觸發(fā)將裝置置于休眠狀態(tài)。如果數(shù)值異?；蚨〞r(shí)子模塊輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，定時(shí)子模塊觸發(fā)無線通信模塊，無線通信模塊將采集的所有數(shù)值傳輸給中心網(wǎng)關(guān)或路由器，同時(shí)詢問中心網(wǎng)關(guān)有無其它的控制或采集命令，如果沒有收到中心網(wǎng)關(guān)的命令，它將繼續(xù)進(jìn)入休眠狀態(tài)，降低了裝置的功耗，無線通信模塊傳輸?shù)臑閿?shù)字信號，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸可靠性高，安裝使用方便。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的方法流程示意圖。參見圖5，該流程包括步驟501，無線監(jiān)測裝置上電，加入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置監(jiān)測參數(shù)；本步驟中，無線監(jiān)測裝置上電后，無線通信模塊負(fù)責(zé)與中心網(wǎng)關(guān)或路由器通信，加入到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，中心網(wǎng)關(guān)或路由器將控制參數(shù)，如采樣周期、采樣間隔及預(yù)先設(shè)定值等參數(shù)，也就是定時(shí)子模塊預(yù)先設(shè)定的周期參數(shù)及預(yù)先設(shè)定值參數(shù)傳輸給無線通信模塊，無線通信模塊輸出至定時(shí)子模塊。
步驟502，數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊進(jìn)入休眠模式；步驟503，無線通信模塊進(jìn)入休眠模式；步驟502～503中，定時(shí)子模塊接收無線通信模塊輸出的控制參數(shù)，開始定時(shí)，將數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊及無線通信模塊置于休眠狀態(tài)，以降低功耗。
步驟504，定時(shí)子模塊定時(shí)判斷如果定時(shí)子模塊定時(shí)到預(yù)先設(shè)定的周期，執(zhí)行步驟505，如果定時(shí)子模塊輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，執(zhí)行步驟507，否則，返回步驟502；步驟505，定時(shí)子模塊觸發(fā)數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊，數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊觸發(fā)傳感器，完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理計(jì)算；本步驟中，定時(shí)子模塊輸出觸發(fā)信號觸發(fā)數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊中的主處理子模塊，主處理子模塊觸發(fā)傳感器，傳感器根據(jù)不同的監(jiān)測目標(biāo)和監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行選擇，開始信號采集，采集的信號經(jīng)過調(diào)理濾波、積分、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波以及數(shù)值計(jì)算，得到監(jiān)測的相關(guān)數(shù)值。
步驟506，將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果沒有異常，主處理子模塊將數(shù)值存儲在數(shù)值計(jì)算器后，返回步驟502，否則，執(zhí)行步驟507；本步驟中，根據(jù)不同的監(jiān)測目標(biāo)和監(jiān)測參數(shù)，預(yù)先設(shè)定相應(yīng)的報(bào)警值，具體來說，如果用于振動監(jiān)測，預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值可以是振動加速度值，也可以是振動速度值，還可以是振動位移值，如果預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值為振動加速度值，則調(diào)理濾波后的信號不需要經(jīng)過積分運(yùn)算，如果預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值為振動速度值或振動位移值，則調(diào)理濾波后的信號需要進(jìn)行一次或兩次積分運(yùn)算；如果用于溫度或壓力或應(yīng)變或位移監(jiān)測，預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值則為溫度或壓力或應(yīng)變或位移相關(guān)參數(shù)；將計(jì)算得到的數(shù)值與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果不大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值，則表明沒有異常，主處理子模塊將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果存儲在數(shù)值計(jì)算器后，進(jìn)入休眠模式，以降低功耗。
步驟507，定時(shí)子模塊觸發(fā)無線通信模塊，發(fā)送和接收相應(yīng)數(shù)據(jù)；本步驟中，當(dāng)步驟506中數(shù)值比較出現(xiàn)異?；蚴嵌〞r(shí)子模塊輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，定時(shí)子模塊輸出觸發(fā)信號，觸發(fā)無線通信模塊，無線通信模塊接收主處理子模塊輸出的異常信息和數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果，輸出至中心網(wǎng)關(guān)或路由器，同時(shí)詢問中心網(wǎng)關(guān)或路由器有無其它的控制參數(shù)，如果接收到中心網(wǎng)關(guān)或路由器發(fā)送的控制參數(shù)，更新定時(shí)子模塊中的定時(shí)參數(shù)，即預(yù)先設(shè)定的周期和預(yù)先設(shè)定值，定時(shí)子模塊根據(jù)更新的定時(shí)參數(shù)控制數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊及無線通信模塊的工作模式；如果沒有收到中心網(wǎng)關(guān)或路由器的命令，發(fā)送完畢后將繼續(xù)進(jìn)入休眠狀態(tài)。
以上舉較佳實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置，其特征在于，該裝置包括傳感器、數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊、無線通信模塊及電源模塊，其中，傳感器，根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊輸出的觸發(fā)信號，采集監(jiān)測點(diǎn)信息，并將采集信號輸出至數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊；數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊，用于按預(yù)先設(shè)定的周期進(jìn)行自身的觸發(fā)，并向傳感器輸出觸發(fā)信號，觸發(fā)傳感器采集信號；接收傳感器輸出的采集信號，對采集信號進(jìn)行調(diào)理濾波、過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理、以及數(shù)值計(jì)算，并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果不大于設(shè)定的報(bào)警值，將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行存儲后將自身置于休眠狀態(tài)；如果數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值，或所述輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，輸出觸發(fā)信號觸發(fā)無線通信模塊并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果輸出至無線通信模塊；無線通信模塊，采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行傳輸，根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊輸出的觸發(fā)信號，接收數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊輸出的數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果，發(fā)送至外部的中心網(wǎng)關(guān)或路由器，接收中心網(wǎng)關(guān)或路由器發(fā)送的控制參數(shù)，輸出至數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊，對所述數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊預(yù)先設(shè)定的周期和預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行更新，當(dāng)完成接收和發(fā)送任務(wù)后，轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)；電源模塊，用于提供傳感器、數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊及無線通信模塊的工作電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊包含調(diào)理濾波子模塊、主處理子模塊及定時(shí)子模塊，其中，調(diào)理濾波子模塊，根據(jù)主處理子模塊輸出的觸發(fā)信號進(jìn)行觸發(fā)，用于將傳感器輸出的采集信號濾波，獲得監(jiān)測所需的帶寬，將調(diào)理濾波后信號輸出至主處理子模塊；主處理子模塊，根據(jù)定時(shí)子模塊預(yù)先設(shè)定的周期觸發(fā)，用于對調(diào)理濾波子模塊輸出的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換及將轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果不大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值，將數(shù)值存儲后置于休眠狀態(tài)；如果大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值或是所述輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，輸出觸發(fā)信號觸發(fā)無線通信模塊并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果輸出至無線通信模塊；定時(shí)子模塊，用于按預(yù)先設(shè)定的周期觸發(fā)主處理子模塊，以及，當(dāng)數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值或所述輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，輸出觸發(fā)信號觸發(fā)無線通信模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述傳感器為微機(jī)電系統(tǒng)加速度傳感器，或壓電加速度傳感器，或電荷加速度傳感器，或內(nèi)置電路壓電加速度傳感器。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)理濾波子模塊包括阻容器，用于接收主處理子模塊輸出的觸發(fā)信號進(jìn)行觸發(fā)；將傳感器輸出的采集信號濾波，獲得監(jiān)測所需的帶寬，將調(diào)理濾波后信號輸出至主處理子模塊；所述調(diào)理濾波子模塊進(jìn)一步包括電荷放大轉(zhuǎn)換電路，用于將傳感器的輸出轉(zhuǎn)換為電壓信號并進(jìn)行放大。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)理濾波子模塊包括阻容器，用于接收主處理子模塊輸出的觸發(fā)信號進(jìn)行觸發(fā)；將傳感器輸出的采集信號濾波，獲得監(jiān)測所需的帶寬，將調(diào)理濾波后信號輸出至主處理子模塊；所述調(diào)理濾波子模塊進(jìn)一步包括恒流電路，用于向傳感器提供恒流源激勵。
6.如權(quán)利要求2或4或5所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)理濾波子模塊為一階阻容濾波器或2到8階巴特沃茲濾波器。
7.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)理濾波子模塊包括配橋電阻和橋路激勵電壓電路，其中，配橋電阻，用于將傳感器輸出的采集信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，根據(jù)接收的傳感器輸出的采集信號變化引起自身電阻的變化，使流過該配橋電阻兩臂的電流發(fā)生變化，輸出與電阻變化成比例的電壓信號；橋路激勵電壓電路，用于接收主處理子模塊輸出的觸發(fā)信號進(jìn)行觸發(fā)，為配橋電阻提供恒定的激勵電壓；所述調(diào)理濾波子模塊進(jìn)一步包括放大器，用于接收配橋電阻輸出的電壓信號，進(jìn)行放大，并輸出至主處理子模塊。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述傳感器為溫度傳感器，或應(yīng)變傳感器，或位移傳感器，或壓力傳感器。
9.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述主處理子模塊包含A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)值計(jì)算器，其中，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于對調(diào)理濾波子模塊輸出的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出至數(shù)值計(jì)算器；數(shù)值計(jì)算器，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣速率不小于傳感器有效使用頻率范圍的10倍。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述主處理子模塊進(jìn)一步包含數(shù)字濾波器，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字濾波，進(jìn)一步去除前端調(diào)理濾波子模塊帶入的干擾，輸出至數(shù)值計(jì)算器。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)字濾波器為有限長沖激響應(yīng)濾波器。
13.如權(quán)利要求9或11所述的裝置，其特征在于，所述主處理子模塊進(jìn)一步包含一個(gè)或多個(gè)積分子模塊，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換或數(shù)字濾波后的信號進(jìn)行一次或多次積分。
14.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊進(jìn)一步包含一個(gè)或多個(gè)積分子模塊，用于對調(diào)理濾波子模塊輸出的信號進(jìn)行一次或多次積分。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述無線通信模塊網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型網(wǎng)絡(luò)、點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、簇狀樹或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，采用IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述無線通信模塊進(jìn)一步包含射頻功率放大器和/或低噪聲放大器，用于對收發(fā)信號功率進(jìn)行放大。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述無線通信模塊的收發(fā)天線為印刷電路板天線或貼片天線或鞭狀天線。
18.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電源模塊提供的直流電壓為3V或3.3V，2.5V，1.8V或5V。
19.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電源模塊為微型振動發(fā)電機(jī)，利用壓電原理收集結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動能量，轉(zhuǎn)化為電量并存儲在電容內(nèi)，或?yàn)樘柲茈姵?，用于將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并存儲在電容內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)低功耗無線監(jiān)測的裝置，包括傳感器、數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊、無線通信模塊及電源模塊，數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊根據(jù)自身預(yù)先設(shè)定的周期觸發(fā)傳感器采集信號，完成數(shù)據(jù)采集和過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理、以及數(shù)值計(jì)算，并將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較，如果不大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值，將數(shù)值計(jì)算得到的結(jié)果存儲后將自身置于休眠狀態(tài)；如果大于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值或輸出給傳感器的觸發(fā)信號次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值，數(shù)據(jù)調(diào)理采集處理模塊觸發(fā)無線通信模塊，無線通信模塊將采集的所有數(shù)值傳輸給中心網(wǎng)關(guān)或路由器后繼續(xù)進(jìn)入休眠狀態(tài)。應(yīng)用本發(fā)明能夠有效降低裝置的功耗，提高傳輸信號的抗干擾能力和傳輸可靠性。
文檔編號H04L12/28GK101075374SQ200710117948
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者唐智斌, 張俊輝 申請人:北京必創(chuàng)科技有限公司