CN105375584A - 一种定时低功耗节能装置 - Google Patents
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Abstract
一种定时低功耗节能装置，通过RFID技术，可以使节点模块的耗电量降到最低，用户通过发射板1与发射天线2，发射用户的操作指令，接收天线3接收到发射的数据，这个数据经过接收板4的处理，接通或关闭接收板4输出的电源正极5与电源负极6，确定是否让节点模块7工作与否，达到节约节点模块电池的耗电的功能。
Description
技术领域
本发明属于物联网技术领域，涉及一种物联网节点定时节电方法，具体地说是涉及一种基于RFID发射器控制节点电源的装置。
背景技术
物联网已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点，发展物联网技术对于促进经济发展和社会进步具有重要的现实意义。我国物联网技术在安防、电力、交通、医疗、环保等领域已经得到应用，且应用模式正日益成熟。
在物联网中，网络规模极为庞大，节点较多，大量的节点传感器随机布放。传感器节点电池寿命有限，即使是采用睡眠和侦听技术，电池还是处于连续供电状态，电池的耗电是连续的。
定期更换电池更是无法完成的工作，电池寿命决定了物联网的节点寿命，特别是在自然环境严苛的环境中尤为重要。对于更换电池不仅需要耗费大量的人力、物力、财力，而且在很多情况下，根本无法实现。
如果不更换电池，一旦电池的电压降低到不足以驱动节点电路工作时，节点就处于瘫痪状态，无法工作，必须重新布放节点，造成了比较大的浪费。
为解决这些问题，需发明适用的一种控制节点能耗的装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的物联网节点能耗高等问题，提供了一种新型的控制节点能耗的物联网节点定时低功耗节能装置。
本发明一种定时低功耗节能装置通过下述技术方案予以实现：一种物联网节点低功耗节能装置包括一个发射板、多个接收板和多个节点模块，所述发射板包括用户定时开关电路、与用户定时开关电路双向连接的发射微控制器、与发射微控制器双向连接的发射板电源控制电路、与发射板电源控制电路输出端连接的发射板电源电路、与发射板电源电路输出端连接的发射模块；所述的接收板包括接收模块、与接收模块双向连接的接收微控制器、与接收微控制器输出端和接收板电源电路输出端连接的电源开关电路、与电源开关电路输出端连接的电源输出电路。
本发明一种定时低功耗节能装置公开的控制节点能耗的装置有如下有益效果：本发明极大地降低了节点的能耗，延长了节点的工作时间，提高了工作效率，符合“绿色通信”的理念。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
本发明一种定时低功耗节能装置有如下附图：
图1是本发明一种物联网节点定时低功耗节能装置总体结构示意图；
其中：1、发射板；2、发射天线；3、接收天线；4、接收板；5、接收板输出电源正极；6、接收板输出电源负极；7、节点模块；
图2是本发明一种物联网节点定时低功耗节能装置发射板结构示意图；
其中：8、用户定时开关电路；9、发射微控制器；10、发射模块；11、发射板电源电路；
图3是本发明一种物联网节点定时低功耗节能装置接收板结构示意图；
其中：12、是接收模块；13、接收微控制器；；14、电源开关电路15、接收板电源电路；16、电源输出电路；
图4是本发明一种定时低功耗节能装置对比例PIND1002方案结构示意图；
图5是本发明一种定时低功耗节能装置实施例PIND1003结构示意图；
图6是本发明一种定时低功耗节能装置第一组光照传感器模块本发明实施例PIND1003与对比例PIND1002电压曲线对比图；
图7是本发明一种定时低功耗节能装置第二组光照传感器模块本发明实施例PIND1003与对比例PIND1002电压曲线对比图；
图8是本发明一种定时低功耗节能装置温湿度传感器模块本发明实施例PIND1003与对比例PIND1002电压曲线对比图；
图9是本发明一种定时低功耗节能装置三轴传感器模块本发明实施例PIND1003与对比例PIND1002电压曲线对比图；
图10是本发明一种定时低功耗节能装ds18b20传感器模块本发明实施例PIND1003与对比例PIND1002电压曲线对比图；
图11是本发明一种定时低功耗节能装置第一组雨滴传感器模块本发明实施例PIND1003与对比例PIND1002方案电压曲线对比图；
图12是本发明一种定时低功耗节能装置第二组雨滴传感器模块本发明实施例PIND1003与对比例PIND1002电压曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明一种定时低功耗节能装置技术方案作进一步描述。
如图1－图12所示，一种定时低功耗节能装置包括一个发射板1、多个接收板4和多个节点模块7，所述发射板1包括用户定时开关电路8、与用户定时开关电路8双向连接的发射微控制器9、与发射板电源控制电路9输出端连接的发射板电源电路11、与发射板电源电路11输出端连接的发射模块10；所述的接收板4包括接收模块12、与接收模块12双向连接的接收微控制器13、与接收微控制器13输出端和接收板电源电路15输出端连接的电源开关电路14、与电源开关电路14输出端连接的电源输出电路16。
进一步地，所述发射板电源电路11输出端与发射微控制器9输入端连接；所述接收板电源电路15输出端与接收微控制器13输入端连接。
进一步地，所述接收板4设置多个，所述节点模块7设置与接收板相对应的多个。
进一步地，所述发射板1的定时开关电路8为多档位的开关电路。
进一步地，所述发射板1负责传输用户指令，多个接收板4负责接收发射板1发出的用户指令，发射板1仅仅是发射用户指令，接收板4接收用户指令并且执行用户指令，发射板1与接收板4之间具备无线通信的功能。
进一步地，发射板1发射的数据中包含密码识别指令，接收板4具有密码识别的功能，以防止同频率的其他信号的干扰。
进一步地，所述装置采用了定时功能，可以设定定时的时间，装置具备定时、计时功能，定时、计时根据节点模块7的需要而设定。
进一步地，所述装置采用了由接收板4的电源输出电路16提供节点模块7的电源，电源输出电路16的输出端可以控制节点电源。
实施例1。
如图1－图12所示，一种物联网节点低功耗节能装置包括一个发射板1、多个接收板4和多个节点模块7，所述发射板1包括用户定时开关电路8、与用户定时开关电路8双向连接的发射微控制器9、与发射微控制器9连接的发射板电源电路11、与发射板电源电路11输出端连接的发射模块10。所述的接收板4包括接收模块12、与接收模块12双向连接的接收微控制器13、与接收微控制器13输出端和接收板电源电路15输出端连接的电源开关电路14、与电源开关电路14输出端连接的电源输出电路16。如图1、图2、图3所示。
优选地，所述发射板电源电路11输出端与发射微控制器9输入端连接；所述接收板电源电路15输出端与接收微控制器13输入端连接。
进一步地，所述接收板4设置多个，所述节点模块7设置与接收板相对应的多个。
优选地，所述发射板1的定时开关电路8为多档位的开关电路。
优选地，所述发射板1负责传输用户指令，多个接收板4负责接收发射板1发出的用户指令，发射板1仅仅是发射用户指令，接收板4接收用户指令并且执行用户指令，发射板1与接收板4之间具备无线通信的功能。
优选地，发射板1发射的数据中包含密码识别指令，接收板4具有密码识别的功能，以防止同频率的其他信号的干扰。
优选地，所述装置采用了定时功能，可以设定定时的时间，装置具备定时、计时功能，定时、计时根据节点模块7的需要而设定。
优选地，所述装置采用了由接收板4的电源输出电路16提供节点模块7的电源，电源输出电路16的输出端可以控制节点电源。
本发明是利用RFID技术，由一个发射板1与一个接收板4组成，采用低功耗技术，发射板1是由用户操作，用户可以操作用户定时开关电路8确定接收板为节点模块7的供电时间。
在用户打开发射板11的电源后，发射板1根据用户的设置通过发射天线2给接收板的接收天线3发送数据，接收板天线3接收到发射板天线2发射的数据，将数据传递到接收板的微控制器13，微控制器13首先判断这个数据是不是特定的发射板发射1发送的数据，如果是执行已经接收到的数据指令，如果不是微控制器13将不会执行。
用户操作定时电路8可以设定定时时间，这个定时时间根据节点模块不同，可以设定不同的时间段，用户根据需要设置定时的时间，例如设置一小时，那么发射板1的微控制器9就可以监测到用户设置的定时时间，微控制器9就向发射模块发射这个数据，经过发射天线2发出数据。
接收天线3接收到数据，发送到接收板的微控制器13，微控制器13经过分析，首先确定是不是该系统的发射端发射的数据，如果是，微控制器解除休眠状态，继续执行下面的指令，如果不是，微控制器处于休眠状态。在解除休眠状态后执行发射端发出的定时时间，开始计时，并且通过开关电路14接通电源，以供节点模块工作。当微控制器13计时结束后，例如达到一小时，马上关闭开关电路14，供节点模块7使用的电源关闭，节点模块7失去电源而停止工作，达到了节省电能的作用。
这个发射板的定时开关电路8是一种多档位的自锁的开关电路，用户可以根据需要确定定时的时间。根据节点模块不同，这种多档位的开关也是不同的，因此设置的定时范围实际上是根据节点模块的需要，设置档位的多少以及定时段的设置。
定时功能在这个发明中是一个亮点，用户操作定时开关电路8可以适用在各种应用之中，例如长定时后，可以重新操作转换为短定时，这时如果重新设置的短定时时间不足已经计时的时间，将继续计时，在达到短时间定时后，再关闭节点电源；如果重新设置的短定时时间已经达到或超过已经计时的时间，将立即关闭节点模块的电源。又如重新定时的时间大于原来设定的定时时间，那么将继续计时，在达到后面设定的定时时间后，再关闭节点模块的电源。这里需要说明的是如果重新设置定时时间，原来已经计时的时间不会清零，将累计计时，从而达到了用户设置与计时的一致性。
这个发明采用了低功耗的RFID模块，利用RFID模块的无线传输功能，实现节点模块省电的目的。另外在实施中也减少了开发的成本，节约了开发的时间，使开发这种电路缩短了开发周期。采用低功耗的微控制器，这种微控制器具有休眠与唤醒的功能，它的的耗电非常低，在唤醒时仅仅十几个毫安的电流，在休眠时只有十几个微安的电流。在电路中微控制器休眠的时间远远大于唤醒的时间，因此，微控制器与RFID模块的耗电是非常低的。
下面通过本发明实施例和对比例两组试验进一步描述本发明的优点，本发明和对比例每组设置7个传感器节点、一个汇聚节点、一个媒体网关A8组成；软件设计成点击A8屏幕上的相应传感器图标时传感器从睡眠中唤醒，开始采集数据并将采集到的数据传输到A8，点击结束延时5s后进入睡眠。
实验中，本发明一种定时低功耗节能装置实施例为PIND1003方案，使用了一个发射板1，7个接收板4，接收板4分别连接采集模块；发射板1采用了微功耗芯片，使用一节3.6伏的利亚电池供电，接收板4同样采用了微功耗芯片，使用一节3.6伏的利亚电池为接收模块及微控制器供电，使用二节1.5伏的5#南孚电池串联为开关电路14及电源输出电路16，以提供物联网模块的供电。如图5所示。
对比例为PIND1002方案，物联网模块同样使用二节1.5伏的5#南孚电池串联供电，没有发射板与接收板，直接连接传感器采集模块，这一组进行耗电对比。如图4所示。
图6至图12分别光照1、光照2、温湿度、三轴、ds18b20、雨滴1、雨滴2传感器在本发明实施例PIND1003方案和对比例PIND1002方案中的电压与时间对比曲线图。需要说明的是参与对比的每对传感器均是同型号的相同产品，使用的5#南孚电池均为同一批次的产品，PIND1002方案与PIND1003方案中A8安装的的采集软件均相同。
测试时间是从2015年7月14日开始至2015年9月14日结束，历时63天，实验中每天同时采集数据5次，每次采用15分钟定时。在7月14日，二组系统的南孚电池的电压均为3.66V，测试至9月14日时，对比例PIND1002方案中的电池电压已经不足于使传感器模块进行工作了，电压下降到2伏或2伏以下；而本发明实施例PIND1003方案中的电池电压均保持在3.2伏左右，仅仅下降了0.07伏，最低也在3.18伏，下降了0.09伏，电池电压几乎没有下降。特别是在传感器耗电比较大时，对比例PIND1002系统的电池电压下降特别快，例如三轴传感器，在7月22日已经下降到2.0伏，传感器已经无法工作了，而本发明实施例PIND1003系统的电压依然是2.25伏，仅仅下降了0.02伏。
节能比较：
表1为PIND1003方案接收电路供电的3.6伏电池的耗电表单位：V
| 传感器 | 7月14 | 7月30 | 8月15 | 8月30 | 9月14 | 下降电压 |
| 光照1传感器 | 3.65 | 3.62 | 3.60 | 3.56 | 3.50 | 0.15 |
| 光照2传感器 | 3.65 | 3.62 | 3.58 | 3.52 | 3.44 | 0.21 |
| 三轴传感器 | 3.66 | 3.63 | 3.59 | 3.53 | 3.45 | 0.20 |
| 温湿度传感器 | 3.66 | 3.63 | 3.60 | 3.56 | 3.48 | 0.18 |
| ds18b20传感器 | 3.66 | 3.63 | 3.58 | 3.54 | 3.46 | 0.20 |
| 雨滴1传感器 | 3.65 | 3.63 | 3.60 | 3.58 | 3.55 | 0.10 |
| 雨滴2传感器 | 3.65 | 3.63 | 3.59 | 3.54 | 3.51 | 0.14 |
| 平均电压 | 3.66 | 3.63 | 3.59 | 3.55 | 3.48 | 0.17 |
表2传感器模块电流测试数据单位mA
| 传感器 | 睡眠 | 唤醒采集 |
| 光照1传感器 | 1.9 | 5.6 |
| 光照2传感器 | 1.9 | 6.5 |
| 三轴传感器 | 1.9 | 21 |
| 温湿度传感器 | 1.6 | 13.7 |
| ds18b20传感器 | 1.6 | 7.8 |
| 雨滴1传感器 | 1.6 | 6.1 |
| 雨滴2传感器 | 1.6 | 6.4 |
| 平均电流 | 1.73 | 9.59 |
表3PIND1003方案功耗：（测试时间为63天）
表4PIND1002方案功耗：（测试时间为63天）
结论：PPIND1003=1245.79J；PPIND1002=12425.75J；
节电率=[1-（1245.79/(12425.75-1245.79)））]*100%=88.86%
PIND1003方案是PIND1002方案电池使用寿命的：12425.75/1245.79=9.97倍。
如果按PIND1003方案5#南孚电池二节串联电压下降到2伏，理论使用的天数是：9.97*63=628.11天，如果按PIND1002方案应该已经更换了近10次电池了。
因此本发明的《一种定时低功耗节能装置》的节能效果是非常明显的，根据测试数据结果结合理论估算，本发明实施例PIND1003系统中使电压下降到2.0伏左右最少也需要近2年左右的时间。如果采用大容量的电池，那么电池的使用时间会更长。根据理论计算，如果使用3.6伏容量为8500mAh的锂亚电池，其使用寿命可达15年左右。解决了大量随机布放物联网节点电池电源工作时间短这一问题。
本发明提出的控制节点能耗的装置有如下有益效果：极大地降低了节点的能耗，延长了节点的工作时间，提高了工作效率，符合“绿色通信”的理念。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种定时低功耗节能装置，包括一个发射板（1）、多个接收板（4）和多个节点模块（7），其特征是：所述发射板（1）包括用户定时开关电路（8）、与用户定时开关电路（8）双向连接的发射微控制器（9）、与发射微控制器（9）双向连接的发射板电源控制电路（11）、与发射板电源控制电路（9）输出端连接的发射板电源电路（11）、与发射板电源电路（11）输出端连接的发射模块（10）；所述的接收板（4）包括接收模块（12）、与接收模块（12）双向连接的接收微控制器（13）、与接收微控制器（13）输出端和接收板电源电路（14）输出端连接的电源开关电路（14）、与电源开关电路（14）输出端连接的电源输出电路（15）。
2.根据权利要求1所述定时低功耗节能装置，其特征在于：所述发射板电源电路（11）输出端与发射微控制器（9）输入端连接；所述接收板电源电路（15）输出端与接收微控制器（13）输入端连接。
3.根据权利要求1所述定时低功耗节能装置，其特征在于：所述接收板（4）设置多个，所述节点模块（7）设置与接收板（4）相对应的多个。
4.根据权利要求1所述定时低功耗节能装置，其特征在于：所述发射板（1）的定时开关电路（8）为多档位的开关电路。
5.根据权利要求1所述定时低功耗节能装置，其特征在于：所述发射板（1）负责传输用户指令，多个接收板（4）负责接收发射板（1）发出的用户指令，发射板（1）仅仅是发射用户指令，接收板（4）接收用户指令并且执行用户指令，发射板（1）与接收板（4）之间具备无线通信。
6.根据权利要求1所述定时低功耗节能装置，其特征在于：发射板（1）发射的数据中包含密码识别指令，接收板（4）具有密码识别的功能，以防止同频率的其他信号的干扰。
7.根据权利要求1所述定时低功耗节能装置，其特征在于：所述装置采用了定时功能，可以设定定时的时间，装置具备定时、计时功能，定时、计时根据节点模块（7）的需要而设定。
8.根据权利要求1所述定时低功耗节能装置，其特征在于：所述装置采用了由接收板（4）的电源输出电路（14）提供节点模块（7）的电源，电源输出电路（14）的输出端可以控制节点电源。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160302 |