CN103852769A - 一种具有深度节电功能的定位跟踪装置及其节电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有深度节电功能的定位跟踪装置及其节电方法。该定位跟踪装置采用频率不同的双控制模块进行工作，控制模块不需要连续不断地接入和检测数据。只有传感器模块或者电池出现异常时，从控模块才会进入正常模式，当位置数据发送至主控模块后，又会进入睡眠模式。而主控模块被从控模块唤醒，将位置数据发送后，又会进入睡眠模式。本发明最大程度地增加控制模块在睡眠模式下的工作时间，使得整个定位跟踪装置的总能耗最小化，同时也延长了电池的寿命。

Description

一种具有深度节电功能的定位跟踪装置及其节电方法

技术领域

本发明涉及一种定位跟踪装置，尤其涉及一种具有深度节电功能的定位跟踪装置，同时还涉及用于该定位跟踪装置的节电方法。 

背景技术

设备***一般用于集装箱或者火车车皮的监控以及跟踪。常规的电池驱动的设备***，在没有任何发射信号的情况下，最长可以做到待机时间十几天。而当设备***处于工作状态时，***工作模块和传感器的不断耗电难以保证设备***长时间的工作。尤其对于一些长久存放于港口或者仓库的集装箱（火车车皮）而言，现有的设备***无法实现对集装箱（火车车皮）的长时间跟踪和监控。 

现有的设备***采用无操作***的单片机开发，通常只使用一个主控芯片，***接一些工作模块和传感器。而主控芯片工作频率的选择，需满足***工作模块和传感器的最高工作频率。因此主控芯片每次工作的时候都必须以最高频率运行，而且当传感器不停地有状况发生的时候，就会导致主芯片以最高频率不停的运行，使得耗电急剧上升。对于长久放置的集装箱（火车车皮），设备***是无法长时间工作的。因此如何对设备***进行设计，减少电池电量的损耗，实现对集装箱的长时间，甚至超长时间的跟踪、监控以及防盗，是一个亟待解决的问题。 

在公告号为CN202838075U的中国实用新型中，公开了一种微功耗的定位跟踪装置，包括GPRS通信模块、电源电路和CPU，CPU与GPRS通信模块之间线路连接，GPRS通信模块和CPU由电源电路供电，GPRS通信模块连接有降低静态电流的外部电路，GPRS通信模块通过CPU调整、控制动态发射的时间，减少动态大电流的持续时间，GPRS通信模块通过CPU调节、控制静态的工作状态，使之与GPRS通信模块动态状态相互配合，降低静态电流。该实用新型中采用降低的GPRS通信模块的静态耗电和动态耗电，可以达到微功耗的水平。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种具有深度节电功能的定位跟踪装置。 

本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种用于该定位跟踪装置的节电方法。利用该方法可以显著降低定位跟踪装置的功耗。 

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案： 

一种具有深度节电功能的定位跟踪装置，包括主控模块、从控模块、电池、通信模块、GPS定位模块以及至少一个传感模块； 

所述从控模块与所述GPS定位模块、所述传感模块以及所述电池分别连接；所述主控模块与所述通信模块、所述从控模块以及所述电池分别连接。 

其中较优地，所述主控模块的工作频率大于所述从控模块的工作频率。 

其中较优地，所述从控模块采用中断方式或轮询方式唤醒所述主控模块。 

其中较优地，所述GPS定位模块采用上电的工作方式，由所述从控模块控制上电；或者所述通信模块采用上电的工作方式，由所述主控模块控制上电。 

其中较优地，所述传感模块处于低功耗工作模式或断电模式，并在预定条件下以中断或者定时的方式唤醒所述从控模块。 

其中较优地，所述定位跟踪装置包括处于低功耗工作模式的所述传感模块，以及至少一个处于断电模式的所述传感模块。 

本发明还提供一种用于上述定位跟踪装置的节电方法，包括如下的步骤： 

步骤1：定位跟踪装置初始化，配置工作参数； 

步骤2：主控模块和从控模块进入睡眠模式，通信模块和GPS定位模块进入断电模式，传感模块进入低功耗工作模式或断电模式； 

步骤3：所述传感模块在预定条件下唤醒所述从控模块，所述从控模块被唤醒后，判断是否需要唤醒主控模块，在判断为需要唤醒主控模块时，所述从控模块唤醒所述主控模块并使所述GPS定位模块进入工作模式，然后读取所述GPS定位模块的位置信息，并发送至所述主控模块后，最后返回睡眠模式并使所述GPS定位模块进入断电模式，进 入步骤4；在判断为不需要唤醒主控模块时，返回步骤2； 

步骤4：所述主控模块在被唤醒后，使所述通信模块进入工作模式，并将来自所述GPS定位模块的所述位置信息通过所述通信模块发送出去，然后返回睡眠模式并使所述通信模块断电，返回步骤2。 

其中较优地，在步骤3中，所述传感模块在低功耗工作模式下，检测到异常时以中断方式唤醒所述从控模块；或者， 

所述传感模块在断电模式下，定时唤醒所述从控模块。 

其中较优地，在步骤3中，当所述传感模块检测到的结果达到预设的预警值的时候，所述从控模块判断为需要唤醒主控模块；否则判断为不需要唤醒主控模块。 

其中较优地，所述传感模块监测到电池的电量较低时，所述从控模块可以增加所述传感模块的定时监测的时间间隔。 

本发明采用频率高的主控模块和频率低的从控模块，主控模块只负责数据发送，这样可以保证频率较高的主控模块更多的时间处于睡眠状态，减少了电能的损耗。在此基础上，将***设备按工作频率分配到两个控制模块进行控制，并使控制模块长时间处于睡眠模式。通过传感模块的外部中断或者内部的计时器唤醒控制模块。与单个控制模块的***相比，本发明能够最大程度地增加控制模块在睡眠模式下的工作时间，实现定位跟踪装置总能耗的最小化，延长电池的寿命。另外，本发明中先唤醒的是低频工作的从控模块，经过从控模块的简单逻辑判断后，达到预定条件才唤醒主控模块，使主控模块比从控模块更长时间处于睡眠模式，进一步提升了节电效果。 

附图说明

图1为本发明所提供的定位跟踪装置的第一实施例示意图； 

图2为本发明所提供的定位跟踪装置的第二实施例示意图； 

图3为本发明所提供的定位跟踪装置的工作流程图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。 

参见图1和图2，本发明所提供的定位跟踪装置包括主控模块、从控模块、电池、通信模块、GPS定位模块以及一个或多个传感模块。从控模块连接有GPS定位模块、传感模块以及电池；主控模块连接有 通信模块、从控模块以及电池。图1中的传感模块是低功耗工作模式的传感器，可以长时间低功耗地工作，下文以加速度传感器为例进行说明。图2中的第二实施例比图1中的第一实施例增加了处于断电模式的传感模块。这类传感模块通过定时启动或者从控模块对其上电的方式开始工作。下文以温湿度传感模块为例进行说明。 

本发明所提供的定位跟踪装置包括两个控制模块、电池和GPRS通信模块、GPS定位模块、传感器模块等***设备。其中两个控制模块中一个为主控模块，另一个为从控模块；主控模块分别与GPRS通信模块、从控模块以及电池相连接，用于进行监测数据的发送；从控模块分别与GPS定位模块、温湿度传感模块、加速度传感模块以及电池相连接，用于温湿度、加速度、电池和位置数据的监测与采集。 

主控模块和从控模块为不同工作频率的处理器。从控模块选择频率相对较低的处理器。相对于高频的处理器，监测数据处理的过程采用频率低的处理器是较为省电的。工作频率高的处理器作为主控模块，只负责监测数据的发送。在本发明中，控制模块优选采用PIC系列单片机，主控模块和从控模块的工作频率分别为32MHz和8MHz。主控模块和从控模块之间进行数据交互时，可以采用中断的方式或者轮询方式互相唤醒。本发明中优选中断方式，其相对于轮询的唤醒方式，省电的效果更好，但是根据业务需要，选用轮询方式也是可以很好地实现节电目的。当然控制模块的唤醒需要有确认机制：确认对方可以接收数据的时候才可以进行发送，否则容易丢失数据。 

对于控制模块***设备的选择，需要将工作频率相同或者相近的交由同一个控制模块管理。在本发明中，从控模块控制工作频率相对较低的GPS定位模块、温湿度传感模块和加速度传感模块。而主控模块则控制工作频率较大的GPRS通信模块。一般情况下，控制模块进入睡眠模式时间越长省电的效果越明显。本发明中当从控模块在传感器检测数据或者电池的数据异常时需要进行数据发送时，从控模块才进入工作模式。数据发送完毕后，主控模块又会进入睡眠模式。对频率高的主控模块而言，只负责数据发送，这样可以保证频率较高的主控模块更多的时间处于睡眠状态，减少了电能的损耗。 

下面结合图3介绍本定位跟踪装置的工作流程及其节电方法的具 体实施步骤。 

步骤1：定位跟踪装置初始化，配置工作参数。首先需要对定位跟踪装置进行初始化。待主控模块和从控模块上电后，开始进行初始化。初始化过程中需要设定主控模块和从控模块的工作参数，并将相应的参数同步到配置的相应***设备中。设置的工作参数包括电池、温湿度和加速度传感器等相关参数。例如电池电压变化的预警值、温湿度的预警值以及加速度的预警值等等。当检测到参数超过预警值，从控模块会进行相应的处理。通过设定工作参数，将预警值设置高，可以使得大部分情况下从控模块工作，而不需要唤醒主控模块。但是，预警值设置应根据业务需要调整，保证在工作参数出现变化时能及时唤醒主控模块。因此，预警值的设定需要在保证业务需要的前提下，尽量让主控模块更多的时间处于休眠的状态，减少电能损耗。 

步骤2：主控模块和从控模块进入睡眠模式，通信模块和GPS定位模块进入断电模式，传感模块进入低功耗工作模式或断电模式。 

步骤3：传感模块在预定条件下唤醒从控模块，从控模块被唤醒后，判断是否需要唤醒主控模块，在判断为需要唤醒主控模块时，从控模块唤醒主控模块并使GPS定位模块进入工作模式，然后读取GPS定位模块的位置信息，并发送至主控模块后，最后返回睡眠模式并使GPS定位模块进入断电模式，进入步骤4；在判断为不需要唤醒主控模块时，返回步骤2； 

步骤4：主控模块在被唤醒后，使通信模块进入工作模式，并将来自GPS定位模块的位置信息通过通信模块发送出去，然后返回睡眠模式并使通信模块断电，返回步骤2。 

具体而言，初始化工作完成后，主控模块和从控模块将GPS定位模块、GPRS通信模块和温湿度传感模块断电。而加速度传感模块进入低功率模式，同时主控模块和从控模块进入睡眠模式。 

加速度传感模块具有低频率以及正常两种工作模式。通常情况下，加速度传感模块处于低功率模式进行数据的采集，这样可以减少耗电量。当监测加速度数据与所配置的工作参数相比异常时，加速度传感模块由低功率模式迅速切换至正常模式，并以外部中断的形式唤醒处于睡眠模式的从控模块。从控模块读取加速度的数据并与初始过程中 配置的工作参数对比分析。如果加速度值在正常的预警范围内，则加速度传感模块切换至低功耗模式，从控模块进入睡眠模式。如果加速度值超过预警值，加速度传感模块切换至低功耗状态后，从控模块需要给GPS定位模块上电。本发明中GPS定位模块采用上电的工作方式，只有从控模块控制上电才能工作，其他的时间均处于断电状态，减少了电池的消耗。GPS定位模块获取定位跟踪装置当前位置数据并发送至从控模块。从控模块接收当前位置数据后，将GPS定位模块断电，同时以中断的形式唤醒主控模块。主控模块唤醒后，从控模块将位置数据发送后，又会进入睡眠模式。 

对于温湿度传感模块的数据采集，从控模块采用轮询的方式进行工作。使用内部时钟定时读取温湿度数据，在不读取数据的时候，进入睡眠模式。计时器以内部中断的方式进行处理，定时监测是否到达设定的读数周期，到达后唤醒从控模块。从控模块读取温湿度数据并根据设定的温湿度预警值进行分析，判断是否需要唤醒主控模块。如果不需要唤醒，主控模块继续处于睡眠模式。如果需要唤醒，从控模块给GPS定位模块上电。GPS定位模块获取定位跟踪装置当前位置数据并发送至从控模块。从控模块接收数据后，GPS定位模块断电，同时以中断的形式唤醒主控模块。 

从控模块被唤醒后，还需要对电池的电压和电量进行定时检测。监测的过程与温湿度传感模块的过程类似，这里不再进行赘述。需要说明的是，当从控模块监测到电池的电量较低时，会增加温湿度传感模块的定时监测的时间间隔。这样可以保证装置在较低电压下，能够减少电量消耗，从而更长时间监控整个跟踪装置的状况。 

主控模块被唤醒后，接收从控模块发送的位置信息后，同时给GPRS通信模块上电。GPRS通信模块与GPS定位模块的工作方式相同，采用上电的工作方式。只有主控模块被唤醒后给GPRS通信模块上电，GPRS通信模块才能开始工作。GPRS通信模块将位置数据通过无线网络传送至远程的设备跟踪监控中心。待GPRS通信模块将数据发送完成后，主控模块将其断电，同时自己进入睡眠模式。 

由于各个模块的工作状况不同，电池的耗电量也是不同。根据电池的耗电情况分为以下几种情况：两个控制模块都处于工作状态，且 外设也处于工作状态，电池的耗电电流会超过100mA甚至更高；只有两个控制模块工作且外设不工作时，耗电电流会超过40mA；只有一个8M的从控模块工作时，耗电电流只有大概10mA；两个控制模块都进入睡眠模式时，耗电电流不超过1mA。因此为了避免两个控制模块同时工作，需要在8M的从控模块中进行严格的逻辑运算，保证32M的主控模块较长时间的处于睡眠模式，从而达到更佳的省电效果。 

在本发明中，控制模块进入睡眠模式以后，在睡眠模式的时间越长省电的效果越明显。控制模块配置的相应外设则进入低功耗或者休眠或者断电模式。在睡眠模式下，内部时钟或者外部中断可以将从控模块唤醒。被中断唤醒后的从控模块，仅需进行简单快速的逻辑判断，如果不需要工作，马上回到睡眠模式。如果需要工作，待位置信息处理完后，继续进入睡眠模式。而主控模块则待位置信息发送完成后，进入睡眠模式。因此，本发明可以使定位跟踪装置具有深度节电的功能，保证了长时间的监控工作。 

综上，本发明所提供的定位跟踪装置采用双控制模块，并按工作频率的高低将外设配置到控制模块。主控模块控制频率较高的外设，并尽量保证在不需要主控模块工作的情况下，处于空闲或者休眠模式。而从控模块只有传感器类的模块或者电池的数据异常时，才会被唤醒进行数据发送。其他时间处于空闲或者休眠模式。与单个控制模块的定位跟踪装置相比，本发明采用的双控制模块，不需要连续不断地接入和检测数据；根据工作频率为控制模块分配外设，避免了控制模块以最高频率不断运行的状态。本发明通过设定外设的工作方式使得控制模块尽量处于睡眠模式下的时间加长，显著降低了定位跟踪装置的总能耗，从而大大延长了该装置的有效工作时间。 

上面对本发明所提供的具有深度节电功能的定位跟踪装置及其节电方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。 

Claims (10)

1.一种具有深度节电功能的定位跟踪装置，其特征在于包括主控模块、从控模块、电池、通信模块、GPS定位模块以及至少一个传感模块；

所述从控模块与所述GPS定位模块、所述传感模块以及所述电池分别连接；所述主控模块与所述通信模块、所述从控模块以及所述电池分别连接。

2.如权利要求1所述的定位跟踪装置，其特征在于：

所述主控模块的工作频率大于所述从控模块的工作频率。

3.如权利要求1或2所述的定位跟踪装置，其特征在于：

所述从控模块采用中断方式或轮询方式唤醒所述主控模块。

4.如权利要求1所述的定位跟踪装置，其特征在于：

所述GPS定位模块采用上电的工作方式，由所述从控模块控制上电；或者所述通信模块采用上电的工作方式，由所述主控模块控制上电。

5.如权利要求1所述的定位跟踪装置，其特征在于：

所述传感模块处于低功耗工作模式或断电模式，并在预定条件下以中断或者定时的方式唤醒所述从控模块。

6.如权利要求5所述的定位跟踪装置，其特征在于：

所述定位跟踪装置包括处于低功耗工作模式的所述传感模块，以及至少一个处于断电模式的所述传感模块。

7.一种节电方法，用在权利要求1～6中任意一项所述的定位跟踪装置中，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：定位跟踪装置初始化，配置工作参数；

步骤2：主控模块和从控模块进入睡眠模式，通信模块和GPS定位模块进入断电模式，传感模块进入低功耗工作模式或断电模式；

步骤3：所述传感模块在预定条件下唤醒所述从控模块，所述从控模块被唤醒后，判断是否需要唤醒主控模块，在判断为需要唤醒主控模块时，所述从控模块唤醒所述主控模块并使所述GPS定位模块进入工作模式，然后读取所述GPS定位模块的位置信息，并发送至所述主控模块后，最后返回睡眠模式并使所述GPS定位模块进入断电模式，进入步骤4；在判断为不需要唤醒主控模块时，返回步骤2；

步骤4：所述主控模块在被唤醒后，使所述通信模块进入工作模式，并将来自所述GPS定位模块的所述位置信息通过所述通信模块发送出去，然后返回睡眠模式并使所述通信模块断电，返回步骤2。

8.如权利要求7所述的节电方法，其特征在于：

在步骤3中，所述传感模块在低功耗工作模式下，检测到异常时以中断方式唤醒所述从控模块；或者，

所述传感模块在断电模式下，定时唤醒所述从控模块。

9.如权利要求8所述的节电方法，其特征在于：

在步骤3中，当所述传感模块检测到的结果达到预设的预警值的时候，所述从控模块判断为需要唤醒主控模块；否则判断为不需要唤醒主控模块。

10.如权利要求7所述的节电方法，其特征在于：

所述传感模块监测到电池的电量较低时，所述从控模块增加所述传感模块的定时监测的时间间隔。

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