[发明专利]一种超低功耗的自唤醒微能源系统及自唤醒方法

说明书

本发明公开了属于物联网应用技术领域的一种超低功耗自唤醒微能源系统及自唤醒方法。该装置由电源模块，唤醒模块，被唤醒模块组成，其中唤醒模块直接用导线与被唤醒模块相连，被唤醒模块与系统的电源模块相连，构成整个超低功耗自唤醒微能源系统。当没有外部机械干扰影响唤醒模块，唤醒模块无输出，被唤醒模块处于超低功耗的休眠状态；当轻微触碰导致唤醒模块输出电压时，被唤醒模块的开关元件导通，触发被唤醒模块工作，进行现场环境信号采集和发送。信息采集发送结束后系统重新进入休眠。本发明的唤醒模块具有较高的灵敏度，环境隐蔽以及低功耗的特性，能够大幅度提高供电电源的供电时长，提高网络节点的使用寿命。

技术领域

本发明属于物联网应用技术领域，特别设计一种超低功耗自唤醒微能源系统及自唤醒方法。尤其适用于无人值守电子网络节点和其他难以回收或更换电池装置的无线传感网络的监测。

背景技术

目前，先进的传感器技术都依赖于有源电子器件进行信号采集和处理。为了能够及时捕捉周围环境中有意义的信号，如特定的震动、声音或光谱等，这些传感器必须时刻处于工作状态。这种无论被测信号是否出现都持续耗电的工作特性，极大地减小了单个传感器的寿命，限制了在无法更换电池有潜在危险地区的布置传感器的可能性。为了解决此问题制定了很多电力管理方案，控制网络节点从高功率运行模式转换进入低功率睡眠模式的时间。然而因为网络节点的中央处理器无法感知外部事件，对于从高功率转换到低功耗是一个棘手的问题，因此网络节点很难确切地知道事件发生的确切时间，也就无法很好的进行系统唤醒。为了解决这个问题,许多电源管理方案要求网络节点定期被唤醒，用来判断此节点是否被要求开启此调度方法的缺点在于，需要对不同的节点分析事件发生的频率，调整调度参数，否则网络中的一些节点可能会错过意外事件。其次在大多数唤醒周期中并没有事件发生，节点会再次进入睡眠模式，这也就意味着能量的浪费。一般常见的节点供电方式为微能源供电，由于其输出功率较小，微能源模块在唤醒模块一直工作的情况下，电池更换周期较短，当回收或更换电池无法做到时，那么拥有数千台或更多设备的覆盖系统将会失去作用。因此研究在休眠状态下唤醒装置一直处于无功耗状态，直到唤醒信号到来后唤醒装置再产生信号唤醒后续电路是至关重要的。

发明内容

本发明的目的是提出一种超低功耗的自唤醒微能源系统及自唤醒方法，其特征在于，所述超低功耗的自唤醒电子装置由唤醒模块，被唤醒模块和电源模块组成，其中唤醒模块直接用导线与被唤醒模块相连，被唤醒模块与电源模块相连，构成整个超低功耗自唤醒微能源系统；其中被唤醒模块由控制器分别与开关元件、环境传感器和信号收发装置相连组成；控制器、开关元件分别连接电源模块。

所述唤醒模块是基于摩擦纳米发电机的仿生植物传感器，是无源或无功耗模块；该唤醒模块由触须和底座组成；其中，触须为由纳米导电材料包裹铜丝，形成叶片状结构；底座为纳米导电材料包裹铜片形成的平板状结构；铜丝与铜板连接组成电极，形成仿生植物传感器的输出端口。

所述被唤醒模块具有休眠和工作的两种模式，无唤醒电压触发时功耗远小于工作状态下的电压。所述被唤醒模块中的开关元件为金属-氧化物半导体场效应晶体管；所述被唤醒模块中的信号收发装置将采集到的环境信号发送到远端计算机进行分析。

所述超低功耗的自唤醒微能源系统的自唤醒方法，其特征在于，唤醒模块直接用导线与被唤醒模块相连，被唤醒模块与系统的电源模块相连，当没有微小外部机械干扰影响唤醒模块时，唤醒模块没有输出，被唤醒模块处于超低功耗的休眠状态；当轻微触碰的动作导致唤醒模块中仿生植物传感器输出电压时，被唤醒模块的开关元件导通，触发整个被唤醒模块工作，进行现场环境信号采集和发送。信息采集发送结束后系统重新进入休眠。

本发明的有益效果是本发明为超低功耗的自唤醒电子装置，能显著的降低系统在休眠状态下的功耗，能够大幅度的提高传感器电池的使用寿命，增加整个传感器网络的使用时间；能够明显降低传感器的触发条件，提高超低功耗的自唤醒电子装置的灵敏度；传感器具有形似植物的外表使其具有很高的环境隐蔽性。本发明具有如下特点：