[发明专利]无线信号能量收集方法、无线传感器唤醒方法及其装置

说明书

本发明提供了一种无线信号能量收集方法、无线传感器唤醒方法及其装置，包括无线载波发射器和信号接收装置，所述信号接收装置包括射频感应天线和能量存储与整流电路，所述无线载波发射器用来发射特定频率的无线载波信号，所述射频感应天线负责接收所述无线载波信号，并生成感应电流，所述感应电流通过所述能量存储与整流电路进行存储、和/或放大；当所述感应电流放大后的电压足以驱动CMOS反相器工作时，所述CMOS反相器输出无线传感器唤醒信号，用来触发无线传感器进入工作模式。本发明不仅能够显著减少无线传感器的耗电量，降低在难以接近或施工的地方更换传感器电池的成本，并且能够显著提高无线传感器响应的实时性。

技术领域

本发明涉及无线信号能量收集方法、无线传感器唤醒方法及其装置。

背景技术

无线传感器已在工业、民用领域广泛应用。在很多应用场合，如野生动物监测，工业小型设备的工作状况监测、安保领域等，受安装位置或被监测对象特点所限，传感器的体积受到限制，只能使用纽扣电池供电。当应用本身对传感器的通信响应要求较快时，目前的几种无线传感器常用的通讯方式如Zigbee、低功耗蓝牙等的工作模式均不能保证传感器自身携带的纽扣电池能够支撑半年以上。在某些应用场合中，人工更换电池的成本，特别是在难以接近的地方更换所需的成本，促使人们不断在探索降低无线传感器电量消耗的方法，避免频繁更换电池。

传感器响应外部无线数据请求一般采用以下两种方案：

无线接收器始终保持在线：为降低功耗，需要采用极低功率的无线收发器，从目前的通讯技术来看，低功耗蓝牙是各种通讯技术中功耗最低的，当无线接收器保持足够的灵敏度时，平均消耗的功率在2mW左右。采用这种方式，传感器可随时响应外部的无线数据请求。

无线接收器定时苏醒：无线传感器周期性打开无线接收器，检查是否存在外部的无线数据请求。目前很多基于Zigbee技术的无线传感器采用的就是这种方式，在传感器对外部数据请求的响应时间要求不高时，该方式的耗电量相对前一种方案要小得多。

如果采用无线接收器始终在线的方案，虽然能够提高传感器响应外部无线数据请求的实时性，但即使采用功耗最低的蓝牙通讯技术， 使用一块200 mAh 的纽扣电池，仅考虑无线通讯消耗的电量，也只能维持15天左右。

如果采用无线接收器定时苏醒的方案，以采用低功耗蓝牙通讯技术，定时苏醒间隔设为5秒为例，使用一块200 mAh 的纽扣电池，仅考虑无线通讯消耗的电量，理论上能维持大约750天左右。

以上计算还未包括电池的自放电损失以及传感器测量所需的电量，因此实际工作能维持的时间更短。而在很多应用场合中，无线传感器的使用寿命要求保证达到3年甚至更长。当传感器的响应时间缩短时，传感器本身在通信上耗费的电量也会相应增加。当要求传感器响应外部无线数据请求的时间小于5秒时，无论采用上述哪种方案，一块200mAh纽扣电池显然不能满足传感器对电量的需求。而当传感器安装在难以接近的位置时，往往更换电池的人工成本远大于传感器本身的物理价值。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了如下的技术方案：

一种无线信号能量收集方法，包括如下步骤：

射频感应天线接收无线载波发射器发射的无线载波信号；

所述射频感应天线和能量存储与整流电路形成闭合回路，从而生成感应电流；

所述能量存储与感应电路将所述感应电流进行存储、和/或放大。

进一步地，所述射频感应天线的固有频率与所述无线载波发射器发射的无线载波信号频率一致。