[发明专利]一种Zigbee物联网模块及其低功耗控制方法

说明书

本发明公开了一种Zigbee物联网模块及其低功耗控制方法，所述物联网模块包括主芯片，天线、匹配网络、巴伦平衡电路、接收端口及发射端口；其中，巴伦平衡电路连接接收端口及发射端口；天线、匹配网络、巴伦平衡电路顺序串联连接；接收数据通过天线、匹配网络、巴伦平衡电路，连接到接收端口；发射数据通过发射端口、巴伦平衡电路、匹配网络，馈送到天线进行发射。本发明还公开了一种Zigbee物联网模块的低功耗控制方法。本发明可应用于单火线供电、电池供电的无线物联网主控模块的设计，并满足了其超低功耗的要求。

技术领域

本发明涉及一种可应用于单火线供电、电池供电等超低功耗的无线物联网设备及其低功耗控制方法，尤其涉及一种Zigbee物联网模块及其低功耗控制方法。

背景技术

无线网络具有免连接线、安装位置不受空间限制等优点，但无线网络的可靠性依赖于供电方式、抗干扰能力等因素，特别是野外无线传感网络、电池供电的近场无线系统、智能家居中采用单火线取电技术作为电子系统供电方式的设备等，如单火线开关、智能家居中采用电池供电的门磁、门铃、RF遥控器、RFID卡、无线智能系统的主控模块等。系统功耗大其电池续航能力差导致无线网络寿命缩短；在单火线工作的电子系统中，由于电子系统和负载串联，功耗大则流经负载的电流大，容易引起负载的误动作，如单火线开关中功耗大引起负载LED灯的爆闪、荧光灯微亮等现象。因此大多数物联网系统必须采用超低功耗设计。作为无线物联网的核心模块，其超低功耗电路和控制软件的设计是整个系统的关键技术。

发明内容

现有Zigbee模块普遍采用Zigbee通用协议栈进行无线组网和网络通信，工作和待机时均存在功耗过大，导致无线网络寿命短、控制误动作增加、单火线开关控制的LED灯出现爆闪、荧光灯微亮等现象。因此，物联网主控模块必须在硬件和组网以及通信协议的软件设计上进行超低功耗设计，才能满足上述应用场景主控模块的需求。

针对现有Zigbee模块设计中存在功耗过大的软硬件问题，本发明提出一种低功耗Zigbee物联网模块，包括主芯片，天线、匹配网络(L1、C12、C13)、巴伦平衡电路(C21、C22、C23、C24、C25、L3、L4)、接收端口(RF_P)及发射端口(RF_N)；其中，巴伦平衡电路(C21、C22、C23、C24、C25、L3、L4)连接接收端口(RF_P)及发射端口(RF_N)；天线、匹配网络(L1、C12、C13)、巴伦平衡电路(C21、C22、C23、C24、C25、L3、L4)顺序串联连接；接收数据通过天线、匹配网络(L1、C12、C13)、巴伦平衡电路(C21、C22、C23、C24、C25、L3、L4)，连接到接收端口(RF_P)；发射数据通过发射端口(RF_N)、巴伦平衡电路(C21、C22、C23、C24、C25、L3、L4)、匹配网络(L1、C12、C13)，馈送到天线进行发射。

其中，接收端口(RF_P)及发射端口(RF_N)耦合至主芯片的输入输出引脚。

其中，所述模块的工作频段为2394MHz-2507MHz，接收灵敏度为-97dbm，使用速率为250kbps，工作温度为-20℃～+85℃，电源电压为DC+2.0V～+3.6V，瞬间最大发射工作电流为30mA，瞬间最大接收工作电流为24mA；所述模块的输出功率可调；所述模块使用的空旷最大距离为200m。

其中，所述模块的待机电流为：若使用于单火线开关类产品，接收端待机电流<1mA；若使用于遥控器，门磁、RFID卡，接收端待机电流<2μA。

其中，所述模块采用低功耗的控制方式：提高通信速率以缩短通信时间，每帧使用时间不到5mS；主芯片设置为睡眠模式，并设置为RF模块触发唤醒的工作方式；设置RF模块按一定比例执行休眠与工作，即RF模块用不到10％的时间用于扫描RF模块是否接收到数据，如果没有接收到有效数据则RF进入休眠模式，减少工作电流；当收到有效数据时，自动唤醒主芯片处理，待处理完后主芯片自动进入睡眠模式。