CN103532576A - 数据传输方法、设备及*** - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种数据传输方法、设备及***，发射机在预设的发射持续时间内对同一数据帧发射至少两次，而单芯片接收机当进入休眠状态后，若休眠时间达到预设的第一阈值，单芯片接收机从休眠状态切换到唤醒状态以对数据帧进行接收及处理；当进入唤醒状态后，若唤醒时间达到预设的第二阈值时正在接收数据帧，单芯片接收机维持唤醒状态直至接收到完整数据帧，在数据帧完整性检测通过并解码输出后，从唤醒状态切换到休眠状态；若唤醒时间达到第二阈值之前未接收到数据时，单芯片接收机在唤醒时间达到第二阈值的时刻从唤醒状态切换到休眠状态。这样降低了接收机的成本及功耗，简化了接收机开发使用。

Description

数据传输方法、设备及***

 

技术领域

本申请涉及通信领域，尤其涉及一种数据传输方法、设备及***。

 

背景技术

随着家庭、建筑、工业和医疗应用走向无线化，短距离无线数据传输技术成为人们所关注的焦点。短距离无线数据传输设备通常会使用国际通信联盟无线电通信局（International Telecommunications Union-Radio Communications Sector，ITU-R）定义的工业科学医学（Industry Scientific Medical，ISM）频段，ISM频段的无线数据传输可以实现家庭和楼宇等场所的无线自动化控制、报警与安全***、无线测量、无线抄表***、工业监控***网络等应用。

一般的短距离无线接收机设置有接收机芯片以及***微控制单元（Micro Control Unit，MCU）。通过***MCU来控制接收机芯片工作状态的转换，并且读写接收机芯片中的寄存器来配置接收机的功能和性能，提供解码程序等。

由于短距离无线接收机需要***MCU配合来控制和配置接收机，因此，接收机的成本较高且功耗较高，***MCU与接收机芯片需要对接设计，使接收机的开发使用过程变得复杂，开发周期较长，测试成本也会相应增加。

 

发明内容

本申请提供一种数据传输方法、设备及***，以实现一种在唤醒模式及休眠模式之间交替工作的单芯片接收机，降低接收机的成本及功耗，简化接收机开发使用。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种数据传输方法，该方法基于一种数据传输***，该数据传输***包括发射机及单芯片接收机，所述方法包括：

所述发射机在预设的发射持续时间内对同一数据帧发射至少两次；

当所述单芯片接收机进入休眠状态后，若休眠时间达到预设的第一阈值，单芯片接收机从休眠状态切换到唤醒状态以对数据帧进行接收及处理；

当所述单芯片接收机进入唤醒状态后，若唤醒时间达到预设的第二阈值时正在接收数据帧，单芯片接收机维持唤醒状态直至接收到完整数据帧，并在数据帧完整性检测通过并解码输出后，从唤醒状态切换到休眠状态；若唤醒时间达到所述第二阈值之前未接收到数据帧时，单芯片接收机在唤醒时间达到所述第二阈值的时刻从唤醒状态切换到休眠状态，

所述第二阈值指示的时间大于或等于单个数据帧的发射时间以及数据帧发射的时间间隔之和，所述发射持续时间大于或等于所述第一阈值及第二阈值之和。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种单芯片接收机，包括：

    数据帧接收处理电路，用于对所接收的数据帧进行处理；

存储器，用于存储预设的第一阈值及第二阈值；

休眠时钟，用于当所述单芯片接收机进入休眠状态后，启动计时得到休眠时间，若该休眠时间达到所述第一阈值时，触发所述单芯片接收机从休眠状态切换到唤醒状态；

触发模块，用于当所述单芯片接收机进入唤醒状态后，若正在接收数据帧，维持所述单芯片接收机的唤醒状态直至接收到完整数据帧，所述单芯片接收机在数据帧完整性检测通过并解码输出后，触发所述单芯片接收机从唤醒状态切换到休眠状态；

唤醒时钟，用于当所述单芯片接收机进入唤醒状态后，启动计时得到唤醒时间，若该唤醒时间达到预设的第二阈值，触发所述单芯片接收机从唤醒状态切换到休眠状态，

所述触发模块较唤醒时钟具有更高的触发优先级。

根据本申请的第三方面，本申请提供一种数据传输***，包括：

发射机，用于在预设的发射持续时间内对同一数据帧发射至少两次；

单芯片接收机，用于当进入休眠状态后，若休眠时间达到预设的第一阈值，从休眠状态切换到唤醒状态以对数据帧进行接收及处理；当进入唤醒状态后，若唤醒时间达到预设的第二阈值时正在接收数据帧，维持唤醒状态直至接收到完整数据帧，并在数据帧完整性检测通过并解码输出后，从唤醒状态切换到休眠状态；若唤醒时间达到所述第二阈值之前未接收到数据帧时，在唤醒时间达到所述第二阈值的时刻从唤醒状态切换到休眠状态。

所述第二阈值指示的时间大于或等于单个数据帧的发射时间以及数据帧发射的时间间隔之和，所述发射持续时间大于或等于所述第一阈值及第二阈值之和。

本申请的有益效果是：

通过提供一种数据传输方法、设备及***，发射机在预设的发射持续时间内对同一数据帧发射至少两次，而单芯片接收机按照如下方式工作：当进入休眠状态后，若休眠时间达到预设的第一阈值，单芯片接收机从休眠状态切换到唤醒状态以对数据帧进行接收及处理；当进入唤醒状态后，若唤醒时间达到预设的第二阈值时正在接收数据帧，单芯片接收机维持唤醒状态直至接收到完整数据帧，并在数据帧完整性检测通过并解码输出后，触发单芯片接收机从唤醒状态切换到休眠状态；若唤醒时间达到第二阈值之前未接收到数据帧时，单芯片接收机在唤醒时间达到第二阈值的时刻从唤醒状态切换到休眠状态。这样，就实现了一种在唤醒模式及休眠模式之间自动交替工作的单芯片接收机，由于接收机仅采用单芯片即可实现与发射机之间的数据传输，降低了接收机的成本及功耗，简化了接收机开发使用。

 

附图说明

图1为本申请实施例一的数据传输***的结构示意图；

图2为本申请实施例一的单芯片接收机102的结构示意图；

图3为本申请实施例一中CMT2100A芯片202的结构示意图；

图4为本申请实施例一的数据传输方法的时序图；

图5为本申请实施例一的数据传输方法的总体流程图。

 

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

实施例一：

请参考图1，本实施例提供了一种数据传输***，包括发射机101及单芯片接收机102。发射机101向单芯片接收机102发送数据帧，而单芯片接收机102在唤醒状态与休眠状态之间交替工作，且称为周期工作模式，并且在唤醒状态下完成数据的接收。发射机101与单芯片接收机102之间通过无线方式连接。

发射机101包括按键模块及发射模块。按键模块由若干按键组成，操作者依次按压不同按键或长按某一按键后，可产生触发发射数据帧的按键信号。而发射模块接收到按键信号后，即可根据预设规则发射数据帧。预设规则可以是在按键信号的触发下，发射模块在预设的发射持续时间内对同一数据帧发射至少两次。这样，当单芯片接收机102在唤醒状态下错过前一数据帧时，其仍可在唤醒状态下接收到下一完整数据帧。当然，发射持续时间也需要满足一定的要求，这在后文中有相关说明。发射机采用按键模块触发发射模块进行数据帧发射，发射机无需额外的MCU辅助发射模块完成数据帧发射，从而在发射机一端也可只采用单芯片完成发射模块的功能，降低了发射机的功耗及成本，简化了发射机的开发使用。

单芯片接收机102可自动在唤醒状态与休眠状态之间切换工作。当工作于休眠状态时，整个接收机功耗降低，而工作于唤醒状态时，接收机可接收到相应的数据帧。唤醒状态与休眠状态均具有一定的触发条件。其中，从休眠状态切换到唤醒状态的条件是：当接收机进入休眠状态后，随即启动本次休眠计时，若计时所得休眠时间达到预设并保存在接收机中的第一阈值，接收机从休眠状态切换到唤醒状态以对数据帧进行接收及处理。从唤醒状态切换到休眠状态的条件有二：其一，当接收机进入唤醒状态后，随机启动本次唤醒计时，若计时所得唤醒时间达到预设并保存在接收机中的第二阈值时正在接收数据帧，接收机维持唤醒状态直至接收到完整数据帧，并在数据帧完整性检测通过并对数据帧进行解码输出后，接收机从唤醒状态切换到休眠状态。这个条件至少可分为两种情形，第一种情形是：在唤醒时间达到第二阈值之前，接收机已接收到完整数据帧，此时数据帧完整性检测通过，接收机从唤醒状态直接切换到休眠状态。第二种情形是：在唤醒时间达到第二阈值时，接收机正在接收数据帧，且接收到的不是完整数据帧，而是数据帧中的一部分数据，此时为了能接收到完整数据帧，接收机不会从唤醒状态切换到休眠状态，而保持唤醒状态，从而继续接收下一相同数据帧直至接收到完整数据帧以通过数据帧完整性检测后，从唤醒状态切换到休眠状态。其二，若计时所得唤醒时间达到上述第二阈值之前未接收到数据帧时，在唤醒时间达到第二阈值的时刻，接收机从唤醒状态切换到休眠状态。

为保证数据帧能被完整地接收，需要满足至少两个条件：上述第二阈值指示的时间大于或等于单个数据帧的发射时间以及数据帧发射的时间间隔之和，而发射持续时间需要大于或等于上述第一阈值及第二阈值之和。若考虑到休眠状态切换到唤醒状态的切换时间，发射持续时间大于或等于第一阈值、第二阈值以及接收机从休眠状态切换到唤醒状态的切换时间之和，是个更优的选择。

在一种应用实例中，单芯片接收机102可包括如图2所示的结构：天线201、CMT2100A芯片202、受控元件203以及相关的***电路。接收机仅包含一个CMT2100A芯片202。受控元件203为四个发光二极管（Light Emitting Diode，LED）灯。当CMT2100A芯片202对接收到的完整数据帧处理后，将数据指令输出到LED灯，LED灯即会依据这些数据对应进行发光工作。而CMT2100A芯片202主要可实现将从天线201接收的数据进行中频数字信号变换、再进行解调及数据帧完整性检测，当数据帧完整性检测通过后，对解调所得信号进行解码，得到数据并输出。

如图3所示，CMT2100A芯片202可包括如下电路组成：数据帧接收处理电路301、存储器302、休眠时钟303、触发模块304及唤醒时钟305。

数据帧接收处理电路301用于对从天线201传来的数据帧进行接收及处理。具体地，数据帧接收处理电路301可包括模拟电路、模拟电路自动控制环路、解调电路、解码电路、输入接口以及数据输出控制及驱动模块。模拟电路用于根据存储器302中存储的模拟电路配置信息进行初始配置，并将天线201接收到的信号变换成中频数字信号输出到解调电路。模拟电路自动控制环路用于对模拟电路进行自动控制。解调电路中可集成触发模块304，从而不仅能完成触发模块304的功能也还能完成解调功能，即对中频数字信号进行解调，并将解调后的数据进行触发模块304的数据帧完整性检测。解码电路用于在触发模块304的数据完整性检测通过时，对解调所得数据进行解码。输入接口为串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）接口，用于在接收机出厂时，将接收机的配置信息以烧录的方式输入存储器302中保存。数据输出控制及驱动模块用于将解码所得数据输出到受控元件203以指示该受控元件203依据解码所得数据进行工作。当然，数据输出控制及驱动模块中包括有LED驱动电路以实现LED灯的驱动。

存储器302可为非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM），从而可存储接收机的配置信息，配置信息可包括上述第一阈值、上述第二阈值、数据调制信息、编码格式信息、工作频率及模拟电路配置信息。其中，第一阈值可为休眠时钟所用，第二阈值可为唤醒时钟所用，数据调制信息可为解调电路所用，编码格式信息可为解码电路所用，模拟电路配置信息可为模拟电路自动控制环路所用，工作频率可为整个接收机所用。

休眠时钟303用于当单芯片接收机进入休眠状态后，休眠时钟303重置并启动本次休眠计时得到休眠时间，若该休眠时间达到上述第一阈值时，发送第一触发信号到数据帧接收处理电路中的各个模块以通知这些模块从休眠状态切换到唤醒状态，从而触发单芯片接收机从休眠状态切换到唤醒状态，这样，接收机就会从功耗低的休眠状态切换到唤醒状态以接收并处理数据帧。接收机上电开机后进入休眠状态，此时休眠时钟303就会启动计时，得到休眠时钟。

触发模块304集成于解调电路中。触发模块304用于当单芯片接收机进入唤醒状态后，若接收机接收到数据，触发模块304会收到数据并进行数据帧完整性检测，并向数据帧接收处理电路中的各个模块发送维持信号，以维持接收机的唤醒状态直至接收到完整数据帧，触发接收机在数据帧完整性检测通过并解码输出后从唤醒状态切换到休眠状态。

唤醒时钟305用于当接收机进入唤醒状态后，唤醒时钟305重置并启动本次唤醒计时得到唤醒时间，若该唤醒时间达到上述第二阈值，触发接收机从唤醒状态切换到休眠状态。

在接收机中必须设定：触发模块304较唤醒时钟305具有更高的触发优先级。这是由于：当接收机进入唤醒状态时就开始计时唤醒时间，当唤醒时间达到第二阈值时，由于在唤醒时间达到第二阈值之前所接收到的数据并非完整数据帧，而此时唤醒时钟向数据帧接收处理电路中各模块发送第二触发信号以指示这些模块从唤醒状态切换到休眠状态。为了保证接收到完整数据帧，此时接收机必须保持唤醒状态从而接收下一数据帧，因此必须设定触发模块304较唤醒时钟305具有更高的触发优先级，这样，触发模块304发送的维持信号较唤醒时钟305发送的第二触发信号具有更高的优先级，这样数据帧接收处理电路中各模块不会在第二触发信号触发下从唤醒状态切换到休眠状态，而是继续维持唤醒状态直至接收到下一完整数据帧，当接收到该完整数据帧后，触发模块304才会触发数据帧接收处理电路中各模块从唤醒状态切换到休眠状态。

相应地，本实施例还提供了一种数据传输方法，该方法基于上述数据传输***。该方法具体可包括两方面：

第一方面，发射机在预设的发射持续时间内对同一数据帧发射至少两次。发射持续时间包含数据帧的实际发射时间，以及数据帧发射的间隔时间。

第二方面，接收机在休眠状态及唤醒状态之间交替工作。接收机上电开启后进入休眠状态并启动计时，得到休眠时间。当接收机进入休眠状态后，若休眠时间达到预设的第一阈值，接收机从休眠状态切换到唤醒状态以对数据帧进行接收及处理。处理的内容可包括：接收机接收初始信号，将接收到的初始信号变换成中频数字信号，对该中频数字信号进行解调后进行数据帧完整性检测，当数据帧完整性检测通过后，对解调所得数据进行解码。当接收机进入唤醒状态后，若唤醒时间达到预设的第二阈值时正在接收数据帧，单芯片接收机维持唤醒状态直至接收到完整数据帧，并在数据帧完整性检测通过并解码输出后，从唤醒状态切换到休眠状态；若唤醒时间达到第二阈值之前未接收到数据帧时，单芯片接收机在唤醒时间达到第二阈值的时刻从唤醒状态切换到休眠状态。

上述方法需要满足如下条件：上述第二阈值指示的时间大于或等于单个数据帧的发射时间以及数据帧发射的时间间隔之和，而发射持续时间大于或等于所述第一阈值及第二阈值之和。同样，若考虑到休眠状态切换到唤醒状态的切换时间，发射持续时间大于或等于第一阈值、第二阈值以及接收机从休眠状态切换到唤醒状态的切换时间之和，是个更优的选择。

上述过程的发射及接收时序可如图4所示。单芯片接收机工作的具体流程可如下例所述：

（1）接收机芯片在出厂前，用电脑客户端通过SPI接口把芯片的配置信息烧录在芯片的NVM中，配置信息包括数据调制信息和编码格式、工作频率、模拟电路相关配置、休眠时钟与唤醒时钟的阈值等。

（2）接收机芯片实现工作状态的转换：当芯片上电时，NVM的内容写到芯片的寄存器里，从而配置好整个芯片的功能和性能，然后芯片随即进入休眠状态，接收机大部分电路是关闭的，以节省功耗，同时休眠时钟复位并开始计时，当到达NVM设置的时间阈值（即第一阈值）时，就会触发芯片从休眠状态转入唤醒状态。此时接收机电路全部打开，唤醒时钟复位并开始计时。

（3）在唤醒状态下，模拟电路自动控制环路开始控制相关的模拟电路。信号从天线接收下来经模拟电路处理变成中频数字信号。中频数字信号首先会输入到解调电路进行解调，接着数据包会进入解码电路，最后输出控制电路把解码后的数据分配到不同的输出接口，并由LED驱动电路提供足够的驱动电流来控制***LED亮或灭。

（4）当唤醒时钟到达NVM设置的时间阈值（即第二阈值）时，或者当接收机接收到完整数据帧时，就会触发芯片从唤醒状态转入休眠状态，休眠时钟复位并开始计时。如此循环，芯片不停地在休眠状态和唤醒状态之间自行切换，实现无需***或内置MCU的单芯片工作。

而本实施例的总体过程可如图5所示：接收机CMT2100A芯片202上电开启后进入休眠状态，休眠时钟定时触发CMT2100A芯片202进入唤醒状态以接收、处理及输出数据，唤醒时钟定时或触发模块接收到完整数据帧时，触发CMT2100A芯片202进入休眠状态。

在本实施例中，由于采用单芯片接收机，因而接收机芯片无需MCU的辅助就可以实现数据帧接收功能，因而由于芯片数量的减少，使得接收机的成本以及功耗得以降低，并且降低了芯片之间的开发与使用复杂度。另外，由于接收机在上电之后，在休眠状态与唤醒状态之间交替工作，在保证唤醒状态下能够接收到完整数据帧的前提下，使接收机能有足够长时间的休眠时间，保证了接收机在低功耗状态下运行的时间足够长，因而进一步降低了接收机的功耗，节约了能源。

实施例二：

本实施例与实施例一区别主要在于：发射机101与单芯片接收机102通过有线方式连接。这样，发射机101与单芯片接收机102均无需无线发射功能模块。有线方式可以是RS485网线连接等。

实施例三：

本实施例与实施例一区别主要在于：发射机101无需按键触发数据帧的发送，其可通过程序设定自主发射数据帧，当然，在一个发射持续时间（发射周期）内，所发射的数据帧相同。

实施例四：

本实施例与实施例一区别主要在于：单芯片接收机102所采用芯片信号除了CMT2100A之外，还可以是其他型号的芯片。芯片类型可以是现场可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array，FPGA）或可编程逻辑控制器（(Programmable Logic Controller，PLC）等。

实施例五：

本实施例与实施例一区别主要在于：触发模块304还可以置于接收机其他功能电路中，例如可单独于解调电路设置。

实施例六：

本实施例与实施例一区别主要在于：存储器302还可以采用其他类型的存储介质。

实施例七：

本实施例与实施例一区别主要在于：接收机上电开启时即进入唤醒状态。实施例一较本实施例功耗更小。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种数据传输方法，该方法基于一种数据传输***，该数据传输***包括发射机及单芯片接收机，其特征在于，所述方法包括：

所述发射机在预设的发射持续时间内对同一数据帧发射至少两次；

当所述单芯片接收机进入休眠状态后，若休眠时间达到预设的第一阈值，单芯片接收机从休眠状态切换到唤醒状态以对数据帧进行接收及处理；

当所述单芯片接收机进入唤醒状态后，若唤醒时间达到预设的第二阈值时正在接收数据帧，单芯片接收机维持唤醒状态直至接收到完整数据帧，在数据帧完整性检测通过并解码输出后，从唤醒状态切换到休眠状态；若唤醒时间达到第二阈值之前未接收到数据帧时，单芯片接收机在唤醒时间达到第二阈值的时刻从唤醒状态切换到休眠状态，

所述第二阈值指示的时间大于或等于单个数据帧的发射时间以及数据帧发射的时间间隔之和，所述发射持续时间大于或等于所述第一阈值及第二阈值之和。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收机开机时进入休眠状态。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射持续时间大于或等于所述第一阈值、第二阈值以及接收机从休眠状态切换到唤醒状态的切换时间之和。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述接收机接收初始信号，将接收到的初始信号变换成中频数字信号，对该中频数字信号进行解调后进行数据帧完整性检测，当数据帧完整性检测通过后，对解调所得数据帧进行解码并输出数据。

5.一种单芯片接收机，其特征在于，包括：

    数据帧接收处理电路，用于对所接收的数据帧进行处理；

存储器，用于存储预设的第一阈值及第二阈值；

休眠时钟，用于当所述单芯片接收机进入休眠状态后，启动计时得到休眠时间，若该休眠时间达到所述第一阈值时，触发所述单芯片接收机从休眠状态切换到唤醒状态；

触发模块，用于当所述单芯片接收机进入唤醒状态后，若正在接收数据帧 ，维持所述单芯片接收机的唤醒状态直至接收到完整数据帧，所述单芯片接收机在数据帧完整性检测通过并解码输出后，触发所述单芯片接收机从唤醒状态切换到休眠状态；

唤醒时钟，用于当所述单芯片接收机进入唤醒状态后，启动计时得到唤醒时间，若该唤醒时间达到预设的第二阈值 ，触发所述单芯片接收机从唤醒状态切换到休眠状态，

所述触发模块较唤醒时钟具有更高的触发优先级。

6.如权利要求5所述的单芯片接收机，其特征在于，所述数据帧接收处理电路包括：

    模拟电路，用于将接收机天线接收到的信号变换成中频数字信号；

解调电路，用于对中频数字信号进行解调并将解调后的数据帧发送到触发模块进行数据帧完整性检测；

解码电路，用于当数据帧完整性检测通过时，对解调所得数据帧进行解码。

7.如权利要求6所述的单芯片接收机，其特征在于，该数据帧接收处理电路还包括：

输入接口，用于将单芯片接收机的配置信息输入所述存储器，该配置信息包括所述第一阈值、第二阈值、数据调制信息、编码格式信息、工作频率及模拟电路配置信息；

数据输出控制及驱动模块，用于将解码所得数据输出到受控元件以指示该受控元件依据所述数据进行工作。

8.一种数据传输***，其特征在于，包括：

发射机，用于在预设的发射持续时间内对同一数据帧发射至少两次；

单芯片接收机，用于当进入休眠状态后，若休眠时间达到预设的第一阈值，从休眠状态切换到唤醒状态以对数据帧进行接收及处理；当进入唤醒状态后，若唤醒时间达到预设的第二阈值时正在接收数据帧，维持唤醒状态直至接收到完整数据帧，并在数据帧完整性检测通过并解码输出后，从唤醒状态切换到休眠状态；若唤醒时间达到所述第二阈值之前未接收到数据帧时，在唤醒时间达到所述第二阈值的时刻从唤醒状态切换到休眠状态，

所述第二阈值指示的时间大于或等于单个数据帧的发射时间以及数据帧发射的时间间隔之和，所述发射持续时间大于或等于所述第一阈值及第二阈值之和。

9.如权利要求8所述的***，其特征在于，所述发射持续时间大于或等于所述第一阈值、第二阈值以及接收机从休眠状态切换到唤醒状态的切换时间之和。

10.如权利要求8所述的***，其特征在于，所述发射机包括：

按键模块，用于产生触发发射数据帧的按键信号；

发射模块，用于根据所述按键信号，在预设的发射持续时间内对同一数据帧发射至少两次。

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