[發明專利]一種基于無人機喚醒和數據采集的無線傳感系統及其運行方法

在審

• 申請號: 202110813297.3
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113490175A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 張宇峰;劉小強;李明雪;楊睿陌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W4/40;H04W52/02;H04Q9/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明公開了一種基于無人機喚醒和數據采集的無線傳感系統及其運行方法，屬于無線傳感技術領域。一種基于無人機喚醒和數據采集的無線傳感系統，包括無人機和多個無線傳感節點，無人機包括無人機主體和無線收發裝置，無線收發裝置安裝在無人機主體上，無線收發裝置用于通過向任一無線傳感節點發送射頻能量，從而喚醒無線傳感節點并采集數據。本發明提出了射頻喚醒用無人機的結構和被喚醒的無線傳感節點的結構，無線收發裝置與無人機互不干擾，具有即插即用的優勢；使用無人機喚醒不受地形限制；使用射頻喚醒極大降低了兩次喚醒間的待機功耗；通過喚醒信號與MCU取或保證了數據傳輸和能量精細控制，通過負載開關的加入降低了系統功耗。

技術領域

本發明涉及一種基于無人機喚醒和數據采集的無線傳感系統及其運行方法，屬于無線傳感技術領域。

背景技術

近年來隨著微電子、無線通信和低功耗傳感器的發展，無線傳感網絡技術得到了極大的發展。

無線傳感網絡由大量廉價傳感器節點組成，節點是同構的，成本低，體積小，且大部分節點不移動。用來監測節點周圍的環境數據，并通過無線的方式發出。節點體積較小，通常攜帶能量十分有線的電池，且部署環境復雜，無法通過換電池的方式補充能量。

可以通過喚醒的方式實現無線傳感節點的采集和發射控制，目前常見的喚醒方式有無線傳感節點周期性自喚醒(使用定時器或RTC)，遠程連接喚醒等。以上方式在兩次喚醒之間，都需要MCU或無線通信模塊工作以響應下次喚醒信號的到來，造成了大量的不必要的待機功耗。

通過在無線傳感節點上加入接收天線，使用射頻能注入的方式，可以實現外界能量注入類型的喚醒，在兩次喚醒之間無需無線傳感節點耗能等待，減少了兩次喚醒之間的待機功耗。

無人機不受地域限制，且具有一定的荷載能力，若在無人機上掛載射頻發射天線和信息接收單元，并設計帶有射頻接收天線的可由射頻能量喚醒的無線傳感節點，則可由無人機控制無線傳感節點的數據采集和發送周期，極大的提升無線傳感節點的使用壽命。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于無人機喚醒和數據采集的無線傳感系統及其運行方法，解決了現有技術中，兩次喚醒之間會造成大量的不必要的待機功耗的問題。

一種基于無人機喚醒和數據采集的無線傳感系統，包括無人機和多個無線傳感節點，無人機包括無人機主體和無線收發裝置，無線收發裝置安裝在無人機主體上，無線收發裝置用于通過向任一無線傳感節點發送射頻能量，從而喚醒無線傳感節點并采集數據。

進一步的，無線收發裝置包括無線發射器、無線通信模塊、信號處理單元和電源模塊，信號處理單元和無線通信模塊雙向連接，與無人機主體雙向連接，還與無線發射器連接，電源模塊為無線收發裝置供電。

進一步的，無線發射器，用于向任一無線傳感節點發送射頻能量；

信號處理單元，用于受無人機主體的命令控制無線發射器發射射頻能量，通過無線通信模塊與對應的無線傳感節點進行數據的收發，并處理收發數據；

無線通信模塊，用于與對應的無線傳感節點無線連接及數據傳輸。

進一步的，每個無線傳感節點均包括射頻能量輸入模塊、PMIC、或門、鋰電池、第一負載開關、第二負載開關、傳感器、MCU和第二無線通信模塊，其中，射頻能量輸入模塊與PMIC連接，PMIC與或門連接，或門與第一負載開關連接，第一負載開關同時與MCU和第二無線通信模塊連接，MCU同時與或門和第二負載開關連接，MCU同時與傳感器和無線通信模塊雙向連接。

進一步的，在每個無線傳感節點中，

PMIC，用于將無線發射器輸入的射頻能量轉換為高電平信號至或門；

或門，用于受PMIC控制輸出高電平信號至第一負載開關；