一種低功耗無(wú)線儀表實(shí)現(xiàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及低功耗無(wú)線數(shù)據(jù)采集儀表領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種低功耗無(wú)線儀表實(shí)現(xiàn)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(wú)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(diào)整電路，為裝置供電；電壓采集模塊連接到主控單元，采集電池電壓信號(hào)。本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)無(wú)線儀表主要功能進(jìn)行合理的劃分，將儀表的功能進(jìn)行模塊化，在規(guī)定的時(shí)間給具體的模塊供電，同時(shí)嚴(yán)格控制各功能模塊的工作時(shí)間，形成了一個(gè)系統(tǒng)的功耗降低實(shí)現(xiàn)裝置。
【專利說(shuō)明】一種低功耗無(wú)線儀表實(shí)現(xiàn)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及低功耗無(wú)線數(shù)據(jù)采集儀表領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種低功耗無(wú)線儀表實(shí)現(xiàn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的有線儀表逐漸在被無(wú)線儀表所替代。但是在無(wú)線儀表的設(shè)計(jì)過(guò)程中，儀表整體的功耗成為最大的設(shè)計(jì)瓶頸。
[0003]因?yàn)闊o(wú)線儀表只能通過(guò)電池進(jìn)行供電才能夠達(dá)到無(wú)線的目的，并且儀表采用的無(wú)線發(fā)射接收模塊，在發(fā)送接收數(shù)據(jù)的過(guò)程中消耗的電流很大，通常達(dá)到幾十甚至上百mA，這對(duì)于電池供電的設(shè)備來(lái)說(shuō)，是很大的負(fù)擔(dān)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)無(wú)線儀表主要功能進(jìn)行合理的劃分，將儀表的功能進(jìn)行模塊化。在規(guī)定的時(shí)間給具體的模塊供電，同時(shí)嚴(yán)格控制各功能模塊的工作時(shí)間，形成了一個(gè)系統(tǒng)的功耗降低實(shí)現(xiàn)裝置。
[0005]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種低功耗無(wú)線儀表實(shí)現(xiàn)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(wú)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(diào)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(hào)。
[0007]所述EVM調(diào)整電路通過(guò)π型電路進(jìn)行濾波。
[0008]所述Ji型電路中，電感內(nèi)阻值為I Ω?3Ω，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(diào)整電路后端連接陶瓷電容。
[0011]所述電壓采集模塊的電路結(jié)構(gòu)為:CM0S開(kāi)關(guān)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(jīng)分壓電路后輸入到射極跟隨器的同相輸入端，經(jīng)隔離輸出到CPU 的 AD 端口。
[0012]所述顯示模塊為斷碼屏。
[0013]本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0014]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(dá)96%以上，同時(shí)能夠有效抑制DC-DC芯片的開(kāi)關(guān)頻率對(duì)射頻信號(hào)的干擾(包括低頻和高頻)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、可聞、聞效運(yùn)行。
[0015]2.電壓采集電路使CMOS開(kāi)關(guān)、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(dá)到0.5%。
[0016]3.通過(guò)設(shè)備功能的有效劃分和模塊化管理，再通過(guò)工作周期及工作時(shí)序的有效控制，大大降低了設(shè)備整體功耗，使得設(shè)備在單節(jié)電池供電的情況下可穩(wěn)定有效運(yùn)行數(shù)年。在最為惡劣的高溫高寒的沙漠環(huán)境下也可穩(wěn)定運(yùn)行兩年以上。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型的電源模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖3是本實(shí)用新型的電源模塊電路連接圖；
[0020]圖4是本實(shí)用新型的IXD工作模式圖；
[0021]圖5是本實(shí)用新型的電壓采集模塊結(jié)構(gòu)連接圖；
[0022]圖6是本實(shí)用新型的電壓采集模式圖；
[0023]圖7是本實(shí)用新型的溫度與主變量采集模式圖；
[0024]圖8是本實(shí)用新型的無(wú)線模塊模式狀態(tài)切換圖；
[0025]圖9是本實(shí)用新型的無(wú)線模塊在線模式狀態(tài)時(shí)序圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]如圖1所示為本實(shí)用新型的硬件示意圖，主要將無(wú)線儀表的功能劃分為的幾個(gè)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(wú)線收發(fā)模塊、接口模塊等。主控模塊內(nèi)部設(shè)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(wú)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(gè)模塊都有具體的供電時(shí)間安排，且工作時(shí)間受到嚴(yán)格的控制，基本上都在幾個(gè)ms時(shí)間內(nèi)完成具體工作，然后進(jìn)入斷電或休眠狀態(tài)。
[0028]如圖2所示為本實(shí)用新型的電源模塊結(jié)構(gòu)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芯片容易引入開(kāi)關(guān)頻率的干擾，所以后端加上EVM調(diào)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。
[0029]DC-DC芯片靜態(tài)電流指標(biāo)控制在50uA以內(nèi)，EVM調(diào)整電路使用π型電路，由L2、C5、C6構(gòu)成，進(jìn)行濾波，后端根據(jù)系統(tǒng)在低溫時(shí)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(nèi)阻2Ω左右的器件(如:4.7uH，LBC2012T4R7M,太誘公司生產(chǎn))，有效降低電感自身的電源消耗。
[0030]如圖3所示為本實(shí)用新型的電源模塊電路連接圖。電源輸入端采用磁珠，進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，3.6V穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)，10uF鉭電容穩(wěn)壓，防止后端負(fù)載電路瞬間的波動(dòng)影響電源系統(tǒng)穩(wěn)定。TPS63001電源調(diào)整電路，具有升降壓雙重功能，能夠在2.0?3.6V輸入變動(dòng)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?yàn)V除IMHz?1MHz的開(kāi)關(guān)電源雜波。FB2和FB3兩個(gè)磁珠的平行結(jié)構(gòu)可有效消除電源和地線的同頻率的干擾信號(hào)。10uF陶瓷電容能夠?yàn)V除IMHz以下的低頻雜波干擾。
[0031]顯示模塊:為降低功耗，IXD采用斷碼方式顯示，與點(diǎn)陣顯示相比較，可大大降低功耗，工作狀態(tài)的電流消耗只有1uA大小。顯示過(guò)程采用間隔顯示方式，間隔時(shí)間為8s。如圖4所示為L(zhǎng)CD工作模式圖。
[0032]電池電壓采集模塊:圖6為電池電壓采集模式圖，電池電壓每30分鐘采集一次，可及時(shí)提醒用戶更換電池。電池電壓從電路供電到采集完成，在5毫秒內(nèi)完成。
[0033]如圖5所示為電壓采集模塊結(jié)構(gòu)連接圖，CMOS開(kāi)關(guān)芯片的VOUT弓丨腳連接至精密電阻分壓電路的輸入端，輸入電壓經(jīng)分壓電路后輸入到射極跟隨器的同相輸入端，經(jīng)隔離輸出到CPU的AD端口。電壓采集電路在不工作時(shí)候，均不帶電。分壓電阻R1、R2的電流及電壓受Ul控制，Ul為CMOS開(kāi)關(guān)器件，功耗只有2uA左右。U2的電源由VCC_CTL提供，U2工作電流最大只有幾個(gè)mA，所以可以直接由CPU的I/O驅(qū)動(dòng)。電池工作電壓在2.0?3.6VDC之間，所以，射極跟隨器的輸入電壓經(jīng)過(guò)30(^、10(^分壓后為0.5?0.9VDC之間，單片機(jī)AD輸入同樣為0.5?0.9VDCο
[0034]電池滿電量時(shí)電壓為3.6V。設(shè)定顯不模式為:> 3.3V電池電量顯不滿格(四格)；
3.2?3.3V顯示三格；3.1?3.2V顯示兩格；3.0?3.1V顯示一格；< 3.0V顯示空格。
[0035]溫度與主變量采集模式:如圖7所示為溫度與主變量采集模式圖，溫度與主變量采集基本上是同時(shí)的，首先采集當(dāng)前溫度值，然后采集主變量，并進(jìn)行溫度補(bǔ)償。其采集間隔在Is?24h之間可以任意設(shè)置。隨著采集間隔的擴(kuò)大，儀表整體功耗隨之降低。溫度及主變量的采集時(shí)間均可在3ms內(nèi)結(jié)束。
[0036]無(wú)線收發(fā)模塊工作模式:如圖8所示為無(wú)線模塊模式狀態(tài)切換圖無(wú)線收發(fā)模塊主要工作在兩種模式，包括離線模式、在線模式；三種狀態(tài)，包括偵聽(tīng)(接收)狀態(tài)、休眠狀態(tài)和發(fā)送狀態(tài)。
[0037]無(wú)線模塊每4s偵聽(tīng)一次網(wǎng)絡(luò)路由或中心網(wǎng)關(guān)狀態(tài)，確認(rèn)自己是在線或離線。如果連續(xù)3次未偵聽(tīng)到網(wǎng)絡(luò)，說(shuō)明路由或網(wǎng)關(guān)未開(kāi)通，進(jìn)入離線狀態(tài)，休眠30分鐘；如果每次都能夠偵聽(tīng)到網(wǎng)絡(luò)，說(shuō)明數(shù)據(jù)鏈路信號(hào)正常，為在線狀態(tài)。在發(fā)送數(shù)據(jù)間隔定時(shí)到來(lái)時(shí)刻，即可啟動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，然后接收確認(rèn)信息，再轉(zhuǎn)入4s休眠狀態(tài)，休眠狀態(tài)的電流消耗為55uA。如圖9所示為本實(shí)用新型的無(wú)線模塊在線模式狀態(tài)時(shí)序圖，無(wú)線模塊的發(fā)送周期可進(jìn)行設(shè)置，區(qū)間為5s?24h可選，周期越長(zhǎng)，消耗的電流越小。
[0038]在本實(shí)用新型所述方法下設(shè)計(jì)的儀表在單節(jié)ER34615電池供電下，其常溫工作平均電流控制在230uA左右。在最惡劣的條件下，一節(jié)3.6V的ER34615電池可工作兩年以上。將儀表的功耗在3.6V電池供電的情況下，平均功耗降至兩百多uA。
【權(quán)利要求】
1.一種低功耗無(wú)線儀表實(shí)現(xiàn)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(wú)線收發(fā)模塊和接口模塊，其特征在于:電源模塊包括依次連接的電池、DC-DC電源芯片和EVM調(diào)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(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗無(wú)線儀表實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于:所述EVM調(diào)整電路通過(guò)π型電路進(jìn)行濾波。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低功耗無(wú)線儀表實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于:所述π型電路中，電感內(nèi)阻值為I Ω?3 Ω，電感值為4.7uH。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗無(wú)線儀表實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于:所述電池為鋰-亞硫酰氯電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗無(wú)線儀表實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于:所述電源模塊還包括在EVM調(diào)整電路后端連接陶瓷電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗無(wú)線儀表實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于:所述電壓采集模塊的電路結(jié)構(gòu)為=CMOS開(kāi)關(guān)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(jīng)分壓電路后輸入到射極跟隨器的同相輸入端，經(jīng)隔離輸出到CPU的AD端口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗無(wú)線儀表實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于:所述顯示模塊為斷碼屏。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK204115742SQ201420565653
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】張二鵬, 杜方, 孫金, 王同賓, 尚霜霜, 于曉白, 鄭耘, 金廣柱, 倪玉寒 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)中科奧維科技股份有限公司