[發明專利]物聯網終端輕量級操作系統的能量管理方法和系統

有效

• 申請號: 202011557882.3
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112732062B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 王宏宇;曹敏;沈峻;仲偉;嚴洪峰;詹利群;劉斯揚;聶永杰;趙娜;盛黎明;湯嘯雷
• 申請（專利權）人: 江蘇金智科技股份有限公司
• 主分類號: G06F1/3206
• 分類號: G06F1/3206;G06F1/3234;G06F1/329;G06F1/3296;G06F1/30;H02J9/06;H02J9/00
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 樊文紅;尹妍

本發明涉及物聯網終端輕量級操作系統的能量管理方法和系統，在系統執行空閑任務時使能Tickless機制，通過BMS模塊檢測異質取能模塊狀態，當異質取能模塊存儲能量滿足終端休眠模式的工作需求時，將終端切換為異質取能模塊供電，終端進入休眠工作模式；BMS模塊持續檢測異質取能模塊電壓，當達到設置的睡眠時間或異質取能模塊供電異常時，切回內置電池供電。本發明的方法和系統結合物聯網終端輕量級操作系統的任務調度管理機制，在同時配置有內置電池和異質取能供電部分的物聯網終端上實現供電方式的智能切換，能有效避免各類終端應用任務各自獨立調控電源管理模塊可能帶來的相互沖突和效率低下，盡可能延長內置電池供能時長，減少電池更換維護成本。

技術領域

本發明涉及物聯網終端的能量管理接口領域，具體涉及適用于物聯網終端輕量級操作系統的能量管理方法和系統。

背景技術

物聯網終端是物聯網應用系統組成中的最前端。隨著應用領域的不斷開拓，越來越多的智慧城市應用系統需要在環保、交通、安防等不同民生領域進行物聯網終端的部署。這些應用系統所廣泛部署的物聯網終端需要處理緩變物理量數據(如環境溫/濕度、水質、空氣質量參數、土壤成分、城市橋梁設施應力參數、消防栓水壓等)，通常采用間歇工作模式，即在單次數據處理后會進行較長時間休眠，因此終端工作模式分為休眠模式和數據處理模式。由于物聯網終端布置分散，數量眾多，采用有線方式提供電能會導致接線復雜，施工難度大，維護困難等問題，因此大多采用終端內置電池供能，但電池供能存在電池續航時間與電池更換的問題。

目前，大部分物聯網終端所采用的硬件微控制器（MCU）技術支持低功耗運行能力，在軟件配合下MCU可以進入待機模式，通過降低時鐘頻率，屏蔽部分輸入輸出，屏蔽內部中斷來達到極低功耗運行狀態。因此，物聯網終端在休眠工作模式下，可以通過使其核心MCU進入待機模式，這樣理想情況下僅需微瓦級電能供能即可持續工作。

微能量收集供電技術近年來獲得了廣泛的研究和顯著的進展。目前，通過機械振動收集的能量可為毫瓦級，通過收集空間電磁波獲得的能量等級為微瓦級。該種供能方式雖然無法滿足大部分物聯網終端數據處理模式時的能耗要求，但基本能夠達到休眠模式下的供能要求。

我們將多個不同物理形式微能量收集綜合為一體來進行電能供能的方式稱為異質取能。基于異質取能的復合供電技術已經獲得應用。CN101752899A公開一種復合微能源電源輸出管理控制系統，系統接入多種微能源為兩個超級電容充電，分為主儲能和備用儲能，根據負載工況和兩個儲能電容能量情況進行供電切換；CN105515147A公開系統中使用能量收集單元收集外部能源提供的電能進行臨時存儲，如果收集的電能達到預設閾值，則由能量收集單元供電，當能量收集單元電能供電時低于預設閾值，則切換到充電電池供電；CN110289746A公開一種基于折疊懸臂梁的電磁式振動供電方法，該方法收集機械設備特定頻率的振動能量為微小型電子系統供電；CN202711324U公開一種節能檢票機，將檢票過程中推桿轉動的能量進行收集存儲，當蓄電池電壓足夠時使用蓄電池供電，當蓄電池電壓不足時使用外接電源供電。

本發明結合物聯網終端輕量級操作系統的任務調度低功耗管理（Tickless）機制，給具備內置電池供能的物聯網終端，同時配置異質取能模塊。通過能量管理軟件動態管理終端電能接口，在物聯網終端進入休眠模式和異質取能滿足終端電能供能功耗時，使用異質取能供電，實現供電方式的智能切換。從而有效避免各類終端應用任務各自獨立調控電源管理模塊可能帶來的相互沖突和效率低下，延長物聯網終端內置電池使用時長，降低物聯網終端電池更換維護成本。

發明內容

本發明的目的在于提供針對物聯網終端輕量級操作系統的能量管理方法和系統。針對維護復雜、休眠模式待機耗能占總耗能比例較高的物聯網終端，本發明采用復合供能方案，盡可能延長內置電池供能時長，減少電池更換維護成本。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種物聯網終端輕量級操作系統的能量管理方法，包括：