[发明专利]一种水声唤醒电路

说明书

本发明提供了一种水声唤醒电路，接收换能器将声信号转换为电信号后，输入至唤醒电路模块，唤醒电路模块中，首先电信号经过前置放大电路进行信号放大，再经过带通滤波器滤出目标带宽的信号，利用检波器解调信号，解调出来的唤醒信号分为两路，一路输出至节点的CPU，通过模数转换进行采样和数字化；另一路信号通过检测器来判决是否为唤醒信号。本发明实现按需休眠机制，减少了无数据的活跃时间，增加了节点的休眠时间，从而可以降低通信系统的节点能耗，芯片成本较低，因此降低了电路的实施成本，本发明可实现不同传输距离下对水下节点的唤醒，这尤其对实现对水下平台远程唤醒具有重要的价值与意义。

技术领域

本发明涉及水声通信技术领域，尤其是一种水声环境下的唤醒电路，适合于水声环境下的通信和网络节点系统。

背景技术

海洋中蕴藏着丰富的资源，实现海洋观测、资源勘探与开发是当前各海洋国家最为关注的问题之一。近年来，水声通信与水声网络由于在海洋信息应用领域的不断扩大而取得了很大的进步，在海洋军事、海洋环境与气象研究、海洋资源开发等方面具有重要的应用。

但是，在水声环境下通信和网络节点存在的一个重要问题是：节点的能量有限，因为节点是由电池供电并且计划长期部署，所以更换节点或补充电源是比较困难的。因此降低节点的能耗，延长整个通信和网络系统的生存周期是水声通信与网络研究的热点及难点问题之一。针对这个问题，可通过设计节点的唤醒休眠策略来尽可能地增加节点的休眠时间，从而降低节点的能耗。

节点的唤醒休眠技术主要包括两部分内容：MAC协议和硬件实现。MAC协议的唤醒休眠机制分为循环休眠和按需休眠，对于循环休眠，节点的休眠时间固定，周期性地醒来和休眠，但是在数据较少的情况下，节点不必要的周期性醒来会造成大量的能量损失；而按需休眠意味着节点只需要在有数据时醒来，如此可以减少节点不必要的活跃时间，增加节点的休眠时间。节点的唤醒休眠机制通过MAC协议来表现机制的性能，而唤醒休眠机制需要硬件来实现这个过程。

现代微控制器通常提供多种工作模式，根据性能需求在不同的模式之间切换，以最大限度地降低功耗。在操作模式中，休眠模式可以通过关掉CPU将能耗降到最低，同时尽可能的连接设备。当对通信和流量要求很低时，可以利用休眠模式来最大限度的减小能耗。但是在此模式下，消息不能被发送和接收，因此需要唤醒模式来唤醒微处理器的正常活动。

循环休眠的硬件电路十分简单，时间同步可以利用实时时钟(RTC芯片)甚至计时器来保持。这种硬件很常见，功耗很低。而按需休眠是令主节点处于休眠状态，当有数据收发时，需要一种唤醒电路将主节点唤醒来处理数据。唤醒电路相对来说比较复杂，因为节点必须能够对某些刺激做出反应。这种电路的功耗必须尽可能的低，因为无论是微控制器的休眠模式还是活跃模式，它都需要时刻保持活跃。唤醒电路消耗的额外能量是有价值的，因为已经有文献证明按需休眠在降低系统功耗方面优于循环休眠。

然而，就目前来说，对于声音唤醒这方面所做的工作并不多。在2011年的时候，ITACA研究所设计出一种基于陆地RFID技术改进的声音唤醒电路，但是这种唤醒电路的缺点是移植性差，只能工作在85kHz频率，这种频率在水声环境下过高，导致通信距离只有100m，这种通信距离无法满足大部分的系统要求。

基于以上研究背景，可以得知，研究唤醒休眠技术的硬件实现技术尤其是基于水声环境的工作很少，因此应借助于水声环境的特点，加强对水声唤醒电路的研究。

发明内容

为了克服现有方法中唤醒电路移植性差的缺点，本发明提出一种用于水声环境的通信和网络节点唤醒电路，给出一种适用范围广泛且低成本、低功耗的唤醒电路，使唤醒电路可以应用于水声环境中不同通信距离的节点，同时在实现按需休眠机制的过程中，降低唤醒电路的能量和成本开销，从而提高整个系统的能量利用率，。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：