一種超低功耗無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低功耗設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種超低功耗無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是將對(duì)人類生活方式產(chǎn)生重大變革的新技術(shù)之一，能夠廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智慧城市、智能家居領(lǐng)域。
[0003]目前興起的無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)系統(tǒng)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的典型應(yīng)用之一，它克服了傳統(tǒng)的地感線圈車輛檢測(cè)器布線復(fù)雜施工難度大問(wèn)題。但因?yàn)橐捎靡淮武囯姵毓╇?，使用壽命就成了關(guān)鍵的制約因素之一。
[0004]目前公知的無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器組成框圖如圖1所示，為了滿足使用壽命的要求主要采用了兩種方式:1、加大體積，使用大容量的鋰電池;2、降低無(wú)線發(fā)射功率。
[0005]采用方法I的方式，會(huì)使得車輛檢測(cè)器體積龐大，安裝維護(hù)不方便，對(duì)路面破壞嚴(yán)重，不便于大面積推廣使用;采用方法2的方式，是以犧牲無(wú)線通信距離和質(zhì)量為代價(jià)達(dá)到降低功耗的目的，安裝時(shí)對(duì)方位和角度要求高，且需要安裝較多信號(hào)中繼器，此種方式增加了安裝調(diào)試難度和陳本，并且在實(shí)際使用過(guò)程中常常難以找到合適的位置加裝信號(hào)中繼器。
[0006]鑒于此，研究無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器的超低功耗控制方法就成了必要而急切的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種超低功耗無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器及其控制方法，根據(jù)無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器的實(shí)際工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)內(nèi)容，不僅對(duì)超低功耗無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器進(jìn)行了硬件改進(jìn)，還對(duì)它的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、工作狀態(tài)和工作模式進(jìn)行了劃分，大大減小了無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器的功耗。
[0008]1、一種超低功耗無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器，包括無(wú)線通信模塊、M⑶處理單元和磁采集模塊，以及為上述三個(gè)模塊供電的一次鋰電池;無(wú)線通信模塊、M⑶處理單元和磁采集模塊兩兩之間實(shí)現(xiàn)信息交互;其特征在于:在一次鋰電池的輸出端設(shè)有可實(shí)現(xiàn)通/斷電的水銀開(kāi)關(guān)，且水銀開(kāi)關(guān)的輸出端連接有低壓差線性穩(wěn)壓電路LD0-0，電流降壓后直接作用于無(wú)線通信模塊和MCU處理單元;在磁采集模塊和電路LDO-O之間，串連有能夠?qū)崿F(xiàn)通/斷電控制的低壓差線性穩(wěn)壓電路LD0-1;
[0009]其中，低壓差線性穩(wěn)壓電路LD0-1由PMOS管SI2302、匪OS管SI2301、電阻R1、電阻R2、電阻R3和電容Cl構(gòu)成;其中，MCU處理單元的供電使能輸出端ENA通過(guò)電阻Rl與SI2302的柵極連接，用于向低壓差線性穩(wěn)壓電路LD0-1發(fā)送的供電使能指令;MCU處理單元的供電使能輸出端ENA還通過(guò)電阻R2接地;SI2302的源極接地，SI2302的漏極與SI2301的柵極連接；SI2301的漏極與磁采集模塊的供電端連接，為磁采集模塊供電；SI2301的源極與LDO-O電路的電壓輸出端VCC連接;SI 2301的源極和柵極通過(guò)電阻R3連接，LDO-O電路的電壓輸出端VCC還通過(guò)電容Cl接地。
[0010]2、如權(quán)利要求1所述的超低功耗無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器，其特征在于，所述無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器的功耗為80微安。
[0011]3、一種基于權(quán)利要求1所述的超低功耗無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器的控制方法，其特征在于，分為入網(wǎng)模式和掉網(wǎng)模式;在入網(wǎng)模式下，又分為正常工作狀態(tài)和調(diào)試工作狀態(tài)以及高頻工作模式和低頻工作模式;具體為:
[0012]在不使用時(shí)，將無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器中無(wú)線通信模塊的天線朝下放置；
[0013]檢測(cè)器準(zhǔn)備工作時(shí):將檢測(cè)器正放;車輛檢測(cè)器上電后通過(guò)無(wú)線通信模塊定時(shí)向母節(jié)點(diǎn)發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求，未成功組網(wǎng)前，處于斷網(wǎng)模式;一旦入網(wǎng)成功，則進(jìn)入入網(wǎng)模式，喚醒MCU處理單元;入網(wǎng)后，無(wú)線通信模塊實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)車輛檢測(cè)器掉線，進(jìn)入掉網(wǎng)模式；
[0014]M⑶處理單元在初始狀態(tài)下，處于正常工作狀態(tài):此時(shí)，MCT處理單元按采集頻率，發(fā)送供電使能指令給LDO-1電路，LDO-1電路導(dǎo)通，使從LDO-O電路中輸出的電壓為磁采集模塊供電，進(jìn)而控制磁采集模塊進(jìn)行采集，并將采集獲得的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送至M⑶處理單元進(jìn)行判斷;在采集過(guò)程中，對(duì)于首次采集來(lái)說(shuō)，MCU處理單元將磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得當(dāng)前車輛狀態(tài)信息，并通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送至母節(jié)點(diǎn)；對(duì)于非首次采集來(lái)說(shuō)，M⑶處理單元對(duì)本次采集到的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得當(dāng)前車輛狀態(tài)信息，并判斷當(dāng)前獲得的車輛狀態(tài)信息是否與上一次獲得的車輛狀態(tài)發(fā)生改變，一旦發(fā)生改變，則將當(dāng)前車輛狀態(tài)信息通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送至母節(jié)點(diǎn)后，繼續(xù)按采集頻率采集；
[00?5] M⑶處理單元一旦接收到來(lái)自母節(jié)點(diǎn)發(fā)送的調(diào)試指令，則M⑶處理單元切換到調(diào)試工作狀態(tài)下工作:M⑶處理單元按采集頻率，發(fā)送供電使能指令給LD0-1電路，使從LDO-O電路中輸出的電壓為磁采集模塊供電，進(jìn)而控制磁采集模塊進(jìn)行采集;并將采集到的信息通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送至母節(jié)點(diǎn)；
[0016]無(wú)論M⑶處理單元處于正常工作狀態(tài)還是調(diào)試工作狀態(tài)，只要在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，磁采集模塊采集到的數(shù)據(jù)內(nèi)容，即當(dāng)前車位狀態(tài)都未發(fā)生改變，則MCU處理單元啟動(dòng)低頻工作模式;一旦當(dāng)前車位狀態(tài)都發(fā)生改變，立即進(jìn)入高頻工作模式;在進(jìn)入高頻工作模式后，若在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，磁采集模塊采集到的數(shù)據(jù)內(nèi)容，顯示當(dāng)前車位狀態(tài)都未發(fā)生改變，則MCU處理單元返回低頻工作模式。
[0017]4、如權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述低頻工作模式的采集頻率為1Hz;所述高頻工作模式的采集頻率為50Hz。
[0018]5、如權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述M⑶處理單元在調(diào)試工作狀態(tài)下時(shí):磁采集模塊采集的信息包括各軸當(dāng)前磁場(chǎng)數(shù)據(jù)、各軸背景磁場(chǎng)數(shù)據(jù)、車輛檢測(cè)器編號(hào)、車輛狀態(tài)信息、程序運(yùn)行狀態(tài)、無(wú)線信號(hào)質(zhì)量和電池電壓信息。
[0019]6、如權(quán)利要求3所述的超低功耗無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器的控制方法，其特征在于，所述無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器的功耗為80微安。
[0020]有益效果:
[0021]1、為了避免無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中白白消耗電能，本發(fā)明在電池和電路板間串入了水銀開(kāi)關(guān)，這樣一來(lái)，在不使用時(shí)，將無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器倒置，即可實(shí)現(xiàn)斷電，實(shí)現(xiàn)零耗電的效果。此外，本發(fā)明加入了LDO-O電路，降低了無(wú)線通信模塊、MCU處理單元和磁采集模塊的供電電壓，減小了整個(gè)無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器的工作電流;此夕卜，由于無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器在工作時(shí)，只有MCU處理單元和無(wú)線通信模塊必須持續(xù)工作，而磁采集模塊不需要一直工作，故加入LD0-1電路，通過(guò)MCU處理單元控制磁采集模塊間斷供電，在磁場(chǎng)采集前供電，磁場(chǎng)采集結(jié)束后斷電。
[0022]2、本發(fā)明根據(jù)無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器的實(shí)際工作狀態(tài)和要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容，對(duì)無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、工作狀態(tài)和工作模式進(jìn)行了劃分，大大減小了無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器的功耗。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為公知的無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器組成框圖；
[0024]圖2為本發(fā)明無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器組成框圖；。
[0025]圖3為L(zhǎng)D0-1電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0027]本發(fā)明提供了一種超低功耗無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器及其控制方法，本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行改進(jìn)，具體為，如圖2所示:在一次鋰電池的輸出端設(shè)有可實(shí)現(xiàn)通/斷電的水銀開(kāi)關(guān);且水銀開(kāi)關(guān)與低壓差線性穩(wěn)壓電路(LD0-0電路)連接，用于將一次鋰電池輸出的3.6V電壓轉(zhuǎn)換為3V電壓給M⑶處理單元、無(wú)線通信模塊和磁采集模塊供電；由于無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器在工作時(shí)，只有M⑶處理單元和無(wú)線通信模塊持續(xù)工作，而磁采集模塊不需要持續(xù)工作，故可通過(guò)MCU處理單元控制磁采集模塊間斷供電，在磁場(chǎng)采集模塊采集前供電，磁場(chǎng)采集模塊采集后斷電。這樣磁采集模塊不工作時(shí)能耗為零。為此，在磁采集模塊和電路LDO-O之間，串連有能夠?qū)崿F(xiàn)通/斷電控制的電路LD0-1 ;M⑶處理單元中的M⑶處理單元選用MSP430系列超低功耗單片機(jī)，MCU處理單元中的外部時(shí)鐘選擇32K的低時(shí)鐘。
[0028]其中，如圖3所示，低壓差線性穩(wěn)壓電路LD0-1由PMOS管SI2302、NM0S管SI2301、電阻Rl、電阻R2、電阻R3和電容Cl構(gòu)成；其中，M⑶處理單元的供電使能輸出端ENA通過(guò)電阻Rl與SI2302的柵極連接，用于向低壓差線性穩(wěn)壓電路LD0-1發(fā)送的供電使能指令;MCU處理單元的供電使能輸出端ENA還通過(guò)電阻R2接地;SI2302的源極接地，SI2302的漏極與SI2301的柵極連接;S12301的漏極與磁采集模塊的供電端連接，為磁采集模塊供電；S12301的源極與LDO-O電路的電壓輸出端VCC連接;S12301的源極和柵極通過(guò)電阻R3連接，LDO-O電路的電壓輸出端VCC還通過(guò)電容Cl接地。
[0029]所述無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器的功耗為80微安。
[0030]基于上述裝置，本發(fā)明將無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器的工作模式分為以下幾類:
[0031]1、入網(wǎng)模式和掉網(wǎng)模式；由于地磁式車輛檢測(cè)器只有在入網(wǎng)的情況下，工作才有意義;故本發(fā)明設(shè)計(jì)了入網(wǎng)模式和掉網(wǎng)模式;車輛檢測(cè)器上電后開(kāi)始請(qǐng)求組網(wǎng)，未成功組網(wǎng)前，處于斷網(wǎng)模式。在此模式下，M⑶處理單元深度休眠，磁采集模塊始終不上電也不工作，大大節(jié)省了功耗。同時(shí)，車輛檢測(cè)器的無(wú)線通信模塊會(huì)定時(shí)向母節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求入網(wǎng)，直到入網(wǎng)成功，則進(jìn)入入網(wǎng)模式。入網(wǎng)后，無(wú)線通信模塊實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)車輛檢測(cè)器掉線，也會(huì)進(jìn)入掉網(wǎng)模式。
[0032]2正常工作狀態(tài)和調(diào)試工作狀態(tài):在入網(wǎng)后，根據(jù)使用者的要求，可分為正常工作狀態(tài)和調(diào)試工作狀態(tài);其中，
[0033]所述的正常工作狀態(tài)是指:無(wú)線地磁式車輛檢測(cè)器只有在檢測(cè)出當(dāng)前車輛狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，才通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)給母節(jié)點(diǎn)。并且此時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)只包含車輛狀態(tài)信息，其信息輸出量小，功耗低。
[0034]所述的調(diào)試工作狀態(tài)是指:在需要進(jìn)行磁場(chǎng)數(shù)