CN110320840B - 一种可降低物联网产品电池电量消耗的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可降低物联网产品电池电量消耗的系统，其包括物联网设备，物联网设备包括:检测单元：用于触发物联网设备开机检测信号；定时单元：接收开机检测信号，经过延时处理后输出确认信号；MCU：接收开机检测信号和确认信号后输出物联网设备进入工作模式的信号。检测设备：用于检测异常进入正常工作模式的物联网设备发送的无线广播包，自动连接异常进入工作模式状态的设备，发送异常唤醒设备进入休眠模式请求；异常唤醒设备：接收到检测设备发送的休眠模式请求后，进入休眠模式。本发明中方法在小型化、防水、防尘、抗冲击要求高的物联网产品上实现非正常使用状态电池电量消耗管理具备非常高的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及物联网产品低功耗管理技术领域，具体涉及一种可降低物联网产品非正常使用状态电池电量消耗的方法及系统。
背景技术
采用一次性电池供电的物联网产品，要求低功耗运行，并尽量减少非必要的电池电量消耗，以达到延长电池工作寿命的目的。工业级物联网产品出于小型化、防水、防尘、抗冲击等性能考虑，产品一般不会设置功能按键，并且产品一般会在出厂前进行电池装配和产品密封处理，以满足产品户外使用环境防水、防尘等恶劣环境使用要求。采用传统电池装配并加可抽离绝缘片方式防止产品非正常使用电池电量消耗，已经无法满足产品如IP67等级防水、防尘需求；采用传统的按键开机方式，按键地方降低产品抗冲击性能，将无法满足产品如IK09级抗冲击要求。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种可降低物联网产品电池电量消耗的方法及系统，解决了电池供电类物联网产品在仓储、运输过程中非正常使用电池电量量消耗问题。为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种可降低物联网产品电池电量消耗的系统，包括物联网设备，物联网设备包括：
检测单元：用于触发物联网设备开机检测信号；
定时单元：接收开机检测信号，经过延时处理后输出确认信号；
MCU：接收开机检测信号和确认信号后输出物联网设备进入工作模式的信号。
进一步的，一种可降低物联网产品电池电量消耗的系统还包括：
检测设备：用于检测异常进入正常工作模式的物联网设备发送的无线广播包，自动连接异常进入工作模式状态的设备，发送异常唤醒设备进入休眠模式请求；
异常唤醒设备：接收到检测设备发送的休眠模式请求后，进入休眠模式。
进一步的，检测单元为低功耗霍尔传感器，定时单元为低功耗复位定时器，低功耗霍尔传感器的输出端连接于MCU的GPIO口，以及低功耗复位定时器启动端；低功耗复位定时器的输出端连接MCU的复位端。
进一步的，MCU的输出GPIO口还连接有电源控制电路，电源控制电路的输出端连接有传感器电路；电源控制电路用于控制传感器电路的供电通断。
进一步的，检测设备包括第二MCU以及与第二MCU连接的无线通讯模块。
本方案包含的方法为：一种可降低物联网产品电池电量消耗的方法，其包括以下步骤：
S1.预设物联网设备的工作模式为休眠低功耗状态；
S2.检测物联网设备有无发送无线广播包；
S3.当检测设备检测到无线广播包，自动连接发送无线广播包的异常唤醒设备，发送无线数据请求所述异常唤醒设备进入休眠模式；
进一步的，采集触发物联网设备开机检测信号和定时单元的延时确认信号，经过检测开机检测信号和定时单元的延时确认信号的在预设时间中的触发次数，并与设定值比较，输出物联网设备进入正常工作模式的信号。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明解决当处于仓储或运输状态的物联网产品既休眠低功耗状态，异常唤醒进入工作状态的问题。通过检测设备检测异常唤醒设备发送的广播数据包，并自动连接异常进入工作模式状态的设备，并发送无线数据并请求异常唤醒设备进入休眠模式。本发明中方法在小型化、防水、防尘、抗冲击要求高的物联网产品上实现非正常使用状态电池电量消耗管理具备非常高的应用价值。
附图说明
图1为本发明的硬件系统实现框图示意图；
图2是本发明的软件设计实现流程示意图；
图3是本发明中产品仓储、运输模式下的流程示意图。
具体实施方式
现结合附图对方案做进一步的说明。
实施列1
一种可降低物联网产品电池电量消耗的系统，包括物联网设备，物联网设备包括:
检测单元：用于触发物联网设备开机检测信号；
定时单元：接收开机检测信号，经过延时处理后输出确认信号；
MCU：接收开机检测信号和确认信号后输出物联网设备进入工作模式的信号。工作模式的信号为高低电平信号，低电平设备唤醒，高电平设备进入休眠状态
进一步的，一种可降低物联网产品电池电量消耗的系统还包括：
检测设备：用于检测异常进入正常工作模式的物联网设备发送的无线广播包，自动连接异常进入工作模式状态的设备，发送异常唤醒设备进入休眠模式请求；
异常唤醒设备：接收到检测设备发送的休眠模式请求后，进入休眠模式。自动连接异常进入工作模式状态的设备的过程为：提取广播数据包中MAC地址信息，并根据MAC地址信息请求连接异常唤醒设备，异常设备收到请求连接后，与检测设备建立无线通信连接。异常进入正常工作模式的物联网设备是指在没有接受到MCU进入工作模式的信号的物联网设备，运用检测设备对在正常唤醒之外处于非低功耗工作模式的物联网设备进行检查，运用于仓储和物流的状态的物联网设备，可以进一步降低电池电量量消耗问题；不采用可抽离绝缘片方式防止产品非正常使用电池电量消耗，提高了设备的封装等级。
如图1所示，检测单元为低功耗霍尔传感器，定时单元为低功耗复位定时器，低功耗霍尔传感器的输出端连接于MCU的GPIO口，以及低功耗复位定时器启动端；低功耗复位定时器的输出端连接MCU的复位端。低功耗霍尔传感器为TI公司的DRV5032，1.8V供电运行功耗0.54uA。
进一步的，MCU的输出GPIO口还连接有电源控制电路，电源控制电路的输出端连接有传感器电路；电源控制电路用于控制传感器电路的供电通断。检测设备包括第二MCU以及与第二MCU连接的无线通讯模块。第二MCU与所述MCU相连。第二MCU与所述MCU使用同一型号的的内置无线传输功能的MCU，相互之间可以通过无线方式通信，如蓝牙、Sub-G、WiFi通信。
系统中实现框图包括低功耗霍尔传感器11、低功耗复位定时器12、低功耗MCU芯片13、MOS电源控制电路14和相关传感器电路15；处于长供电状态的霍尔传感器和复位定时器运行功耗极低，霍尔传感器连接MCU的GPIO和复位定时器检测输入；物联网产品MCU一般内置无线通讯模块，无线通讯模块为蓝牙、Sub-G或者WiFi，并支持非工作状态处于深度休眠模式运行。休眠模式下可检测GPIO电平变化并通过GPIO信号电平信号变化唤醒MCU，MCU唤醒后通过RESET复位操作进一步可保障MCU进入正常工作状态；MCU的一个GPIO连接MOS管控制端，MOS管选用开启电阻极低的PMOS管实现，通过MCU的GPIO控制MOS的开启与关闭，实现传感器电路供电控制MCU唤醒后实现相关传感器电路的电源开启与关闭，并在非工作状态关闭传感器电路供电，降低产品功耗。
物联网产品安装电池并做密封操作后，设备将处于深度休眠状态，此时产品超低功耗运行，运行电流nA级或几uA，电池电量消耗可忽略不计。
霍尔传感器检测到产品上方磁场改变，输出低电平脉冲；复位定时器检测到霍尔传感器输出低电平脉冲并开始计时；只有当霍尔传感器输出低电平脉冲时间长度达到复位定时器预置定时时长时，复位定时器才输出单次复位脉冲到MCU芯片的复位输入管脚；MCU检测到霍尔传感器输出低电平脉冲后，将判定是否为连续两次唤醒开机操作；如非两次连续操作，产品将自动再次进入低功耗休眠状态；MCU判定为连续2次正常唤醒操作后，MCU唤醒并通过GPIO控制MOS电源控制电路开启相关传感器电路供电；MCU唤醒，相关传感器电路供电开启后，产品进入正常工作状态。
实施例2
如图2-3所示，本方案包含的方法为：一种可降低物联网产品电池电量消耗的方法，其包括以下步骤：
S1.预设物联网设备的工作模式为休眠低功耗状态；物联网设备采用电池供电，要求尽量减少不必要的电池电流消耗，延长电池使用寿命；休眠状态为物联网产品低功耗运行状态，电池电量消耗极低的状态，关断MOS，停止对相关传感器和无线单元进行供电；
打开MOS，对相关传感器和无线单元进行供电为正常模式的含义。
S2.检测物联网设备有无发送无线广播包；
S3.当检测设备检测到无线广播包，自动连接发送无线广播包的异常唤醒设备，发送无线数据使所述异常唤醒设备进入休眠模式；无线数据加入了请求异常设备进入休眠状态字段的数据包；异常唤醒设备的含义为：无线广播包具有特定的传输格式，检测设备接收特定格式的广播包并采用现有技术做解析，判定收到广播包格式和预置的唤醒设备发送广播包格式一致时，判定为设备异常唤醒。
进一步的，采集触发物联网设备开机检测信号和定时单元的延时确认信号，经过检测开机检测信号和定时单元的延时确认信号的在预设时间中的触发次数，并与设定值比较，输出物联网设备进入正常工作模式的信号。
本方法利用霍尔传感器检测霍尔传感器上方磁场变化时输出低电平特性，连接霍尔传感器的GPIO检测到连续两次低电平输入后，配合复位定时器输出复位信号，唤醒MCU进入正常工作状态。软件设计采用连续两次检测机制可有效避MCU免误唤醒；定时复位器持续检测霍尔传感器输出低电平信号并内部计时，只有当霍尔传感器输出低电平信号达到一定时长，复位定时器才输出复位信号对MCU进行复位，该方式可以有效避免对MCU的误复位操作。物联网产品一般具备无线发射功能，为降低物联网产品非正常使用电池电量消耗，本发明还在产品成品包装箱内放入检测设备，当产品在仓储或运输过程中，产品因为不可抗拒因素误唤醒后，产品将发射无线广播数据包，检测设备检测到无线广播数据包后，将自动请求连接误唤醒设备，并设置误唤醒设备进入低功耗休眠状态，休眠状态产品将不再发射无线广播数据包。
本发明采用硬件设计与软件设计相结合实现电池供电物联网产品非正常使用状态电池电量消耗，并采用多次检测机制减少误唤醒开机电量消耗，采用唤醒开机后复位MCU机制可保障产品进入正常工作状态；当产品在仓储或运输过程中，同产品一起放置检测设备，可规避因为产品因不可抗拒因素误唤醒开机后后电池电流消耗。采用本发明中方法设计的产品可最大限度降低非正常使用电池电流消耗，延长电池工作寿命，采用无接触式唤醒开机操作并可满足产品特定工业级应用环境需求。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种可降低物联网产品电池电量消耗的系统，其特征在于，包括物联网设备，物联网设备包括:
检测单元：用于触发物联网设备开机检测信号；
定时单元：接收开机检测信号，经过延时处理后输出确认信号；
MCU：接收开机检测信号和确认信号后输出物联网设备进入工作模式的信号；
检测设备：用于检测异常进入正常工作模式的物联网设备发送的无线广播包，自动连接异常进入工作模式状态的设备，向异常唤醒设备发送进入休眠模式请求；
异常唤醒设备：接收到检测设备发送的休眠模式请求后，进入休眠模式；
检测单元为低功耗霍尔传感器，定时单元为低功耗复位定时器，低功耗霍尔传感器的输出端连接于MCU的GPIO口，以及低功耗复位定时器启动端；低功耗复位定时器的输出端连接MCU的复位端；
低功耗霍尔传感器检测到产品上方磁场改变，输出低电平脉冲；复位定时器检测到低功耗霍尔传感器输出低电平脉冲并开始计时；只有当低功耗霍尔传感器输出低电平脉冲时间长度达到复位定时器预置定时时长时，复位定时器才输出单次复位脉冲到MCU芯片的复位输入管脚。
2.如权利要求1所述的一种可降低物联网产品电池电量消耗的系统，其特征在于MCU的输出GPIO口连接有电源控制电路，电源控制电路的输出端连接有传感器电路；电源控制电路用于控制传感器电路的供电通断。
3.如权利要求1所述的一种可降低物联网产品电池电量消耗的系统，其特征在于，检测设备包括第二MCU以及与第二MCU连接的无线通讯模块。
4.一种可降低物联网产品电池电量消耗的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.预设物联网设备的工作模式为休眠低功耗状态；
S2.检测物联网设备有无发送无线广播包；
S3.当检测设备检测到无线广播包，自动连接发送无线广播包的异常唤醒设备，发送无线数据请求所述异常唤醒设备进入休眠模式。
5.如权利要求4所述的一种可降低物联网产品电池电量消耗的方法，其特征在于，采集触发物联网设备开机检测信号和定时单元的延时确认信号，经过检测开机检测信号和定时单元的延时确认信号的在预设时间中的触发次数，并与设定值比较，输出物联网设备进入正常工作模式的信号。
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