CN111405640B - 一种低功耗无线组网通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低功耗无线组网通信方法，方法包括：开机入网同步时间，各终端设备SU10开机后通过命令确认与中心设备T3000进行时间同步；状态确定完成指令，在入网后，确定是否进入低功耗状态或高功耗状态，在确定进入低功耗状态后，终端设备在整点绝对时刻唤醒，在确定不分配低功耗状态后，终端设备进入高功耗状态，并在接收到相应的命令后完成初始配置、召测或演示模式，各终端设备重新进行确定是否进入低功耗状态。本方法和对应***多个同频终端设备通过中心设备时隙调度机制与中心设备进行可靠、稳定通信无线传输不需布线；终端设备大部分时间处于休眠低功耗状态，定时唤醒之后，进行高功耗完成任务上传数据。

Description

一种低功耗无线组网通信方法
技术领域
本发明涉及局放检测技术，尤其涉及一种低功耗无线组网通信方法。
背景技术
泛在物联网无线局放检测***主要适用于110kV及以上电压等级的数字化变电站的改造项目的局放在线监测、分析、远程报警等功能，实现变电站检修数字化。***包含中心设备(T3000)和终端设备(SU10)。一个中心设备可以附带多个终端设备。终端设备由电池供电，为节省功耗，工作在低功耗模式下。在低功耗模式下，中心设备和终端设备无法实时通信。目前现有的局放检测***中，终端设备是通过RS485和中心设备有线通信，需要外部提供电源来供电。每个终端需要连接电源线，RS485等若干条线。终端设备一直处于工作状态。组网方式通过有线485实现。由于设备安装在高压变电站，现有设备对于安装布线和后期的维护极不方便，后期***升级设备也极不方便。终端设备同频干扰，终端设备的上传和接收不准确不可靠。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低功耗无线组网通信方法，可以用于泛在物联网无线局放检测***中以解决上述问题。
设计原理：泛在物联网无线局放检测***开机后终端设备用配置好的发送频点发送入网请求给中心设备，中心设备根据配置表中终端的SN号，对终端设备的入网请求进行确认或拒绝，并发送时间戳给终端设备。终端设备同步RTC，根据下一个绝对唤醒时刻设置休眠，进入低功耗。绝对唤醒时刻，中心设备和终端设备同步时间戳，中心设备根据***设置，发送命令给终端设备，并带有每个终端设备应答的时隙。终端设备根据中心设备分配的时隙表，查询对应自己的时隙，逐个对中心设备进行响应。终端设备没有任务时，自动进入低功耗模式，直到下一个绝对时刻唤醒。
技术方案：本发明的目的采用以下技术方案实现。
一种低功耗泛在物联网无线局放检测运行方法，运行方法包括：
(1)开机入网同步时间，各终端设备SU10开机后，向中心设备T3000发送入网申请，发送时间随机间隔，发送次数不超过n次；中心设备T3000发送入网申请结果中，携带ms级的时间戳，终端设备SU10进行时间同步；
(2)状态确定完成指令，在入网后，确定是否进入低功耗状态；
在确定进入低功耗状态后，终端设备SU10的MCU在整点绝对时刻醒来，唤醒LORA(一种低功耗局域网无线标准，是指远距离无线电Long Range Radio，此处及下文中的LORA指远距离无线电模块、即LORA模块)，中心设备T3000发送广播校时命令，终端设备SU10校时，并根据对应分配本时间片功耗状态，重新进行确定是否进入低功耗状态；
在确定不分配低功耗状态后，终端设备SU10进入高功耗状态，并等待进入初始配置、召测或演示模式，并在接收到相应的命令后完成初始配置、召测或演示模式，随后，各终端设备SU10重新进行确定是否进入低功耗状态。
优选的，在入网申请时，终端设备SU10发射的入网请求命令0x00次数不超过5次；终端设备SU10的LORA苏醒的绝对时刻的默认周期为15分钟。
优选的，所述终端设备SU10的所有LORA周期性的在绝对时刻醒来帧测，包括：2a)终端设备SU10帧测到数据，则唤醒MCU，进行数据处理；处理完成后，终端设备SU10根据当前时间和下次醒来时刻，设置LCP(链路检测周期)和MCU唤醒时间；2b)到下一个醒来时刻，帧测到数据，则按2a)流程处理；没有数据，则设置LCP＝900，MCU唤醒时间设为下一个整点时刻；2c)醒来的时间保持2s。
优选的，在终端设备SU10唤醒过程中，中心设备T3000设置发送前导码为0xffff，按设定次数发送广播校时命令唤醒终端设备SU10。优选的，发送广播校时命令的次数设定为连续三次。
优选的，中心设备T3000需要对单个或多个终端设备SU10进行召测时，在下一个LORA帧测时隙，中心设备T3000下发进入召测状态，终端设备SU10不进入低功耗，等待召测；当召测完成，终端设备SU10完成数据上传，中心设备T3000下发退出召测状态命令，或者下一个LORA帧测时隙结束后，终端设备SU10进入低功耗模式。
优选的，终端设备SU10数据上传包括：7a)中心设备T3000解析需要上传的包数量；7b)正常模式需重传，演示模式不重传；7c)正常模式：将数据传完，中心设备T3000统一回复需要重传的包序号。
优选的，若终端设备SU10已开机，中心设备T3000关机重启之后，在下一个LORA帧测时隙，中心设备T3000下发广播查询在线状态指令，终端设备SU10上传状态。
优选的，中心设备T3000在发送召测或采样上传广播消息前，对终端设备SU10在线状态进行一次广播查询，以减少对不在线的终端设备SU10分配上传时间开销。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：①多个同频终端设备通过中心设备时隙调度机制与中心设备进行可靠、稳定通信。②多个终端设备在很短的唤醒时间内组网进行通信。③***的安装不需要布线；***的扩展简单，只需在中心设备添加增加终端设备的SN号即可。④终端设备充电一次，可以使用3-5年。⑤终端设备大部分时间处于休眠低功耗状态，定时唤醒之后，很短的时间内多个同频终端设备通过中心设备时隙调度，准确、可靠、无同频干扰的与中心设备无线通信。
附图说明
图1为本发明一种低功耗无线组网通信方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种低功耗无线组网通信方法的流程图，方法包括以下内容。
1)开机后SU10和T3000时间同步。
1a)各终端设备SU10开机后，向中心设备T300发送入网申请，入网请求命令的前导码为0x00，发送时间随机间隔，发送次数最多不超过5次。中心设备T3000发送入网申请结果中，携带ms级的时间戳，并发动确认入网命令(0xF0)，终端设备SU10入网并进行时间同步。
1b)终端设备SU10的MCU(微控制单元Micro Controller Unit)在整点绝对时刻醒来，唤醒LORA模块(无线局域网/远距离无线电/无线透传网关，属于LORA模块)，中心设备T3000发送广播校时命令(0xE7)，终端设备SU10校时。
1c)终端设备SU10在准备采样前，中心设备T3000发送广播校时命令(0xE7)，终端设备SU10校时。
2)所有LORA周期性的在绝对时刻醒来帧测(周期默认设为15分钟，终端设备SU10实现可配置)：
2a)帧测到数据，则唤醒MCU，进行数据处理。处理完成后，终端设备SU10根据当前时间和下次醒来时刻，设置LCP(链路检测周期器)和MCU唤醒时间。
2b)到下一个醒来时刻，帧测到数据，则按a)流程处理。没有数据，则设置LCP＝900，MCU唤醒时间设为下一个整点时刻。
2c)醒来的时间保持2s。
3)中心设备T3000设置发送前导码为0xffff(对应图1流程图中收到校时命令0XE7，是一种被动唤醒机制，流程图中未单独体现)，发送广播校时命令唤醒终端设备SU10(必要时连发三次)。
4)中心设备T3000发送完校时命令之后，切换发送前导码为0x08，发送召测命令，进入召测状态。
5)终端设备SU10已开机，中心设备T3000关机重启之后，在下一个LORA帧测时隙，中心设备T3000下发广播查询在线状态指令，终端设备SU10上传状态。
6)中心设备T3000需要对单个或多个终端设备SU10进行召测时，在下一个LORA帧测时隙，中心设备T3000下发进入召测状态，终端设备SU10不进入低功耗，等待召测。当召测完成，中心设备T3000下发退出召测状态命令，或者下一个LORA帧测时隙结束后，终端设备SU10进入低功耗模式。
7)终端设备SU10数据上传：
7a)中心设备T3000解析需要上传的包数量。
7b)正常模式需要重传，演示模式不重传。
7c)正常模式：将数据传完，中心设备T3000统一回复需要重传的包序号。
8)为节省终端设备SU10的功耗，中心设备T3000给终端设备SU10消息尽量采用广播形式，避免点对点多次唤醒其他终端设备SU10，发生不必要的功耗消耗。
9)为防止多个终端设备SU10同时发送数据，引起同频干扰，终端设备SU10在开机后毫秒级的随机延时发送入网请求成功后，不再主动发送数据给中心设备T3000。
10)中心设备T3000下发广播消息，需要终端设备SU10发送消息或上传数据时，在广播消息中对所挂载的终端设备SU10动态分配上传开始时间和上传时长的配置表。配置表中每个终端设备SU10配置信息占4个字节
SN号ADDRL SN号ADDRH 上传开始时间 上传时长
11)中心设备T3000在发送召测或者采样上传广播消息前，对终端设备SU10在线状态进行一次广播查询，减少对不在线的终端设备SU10分配上传时间开销。
12)在确定进入低功耗状态后，终端设备SU10的MCU在整点绝对时刻醒来，唤醒LORA，中心设备T3000发送广播校时命令，终端设备SU10校时，并根据对应分配本时间片功耗状态，重新进行确定是否进入低功耗状态。
在确定不分配低功耗状态后，终端设备SU10进入高功耗状态，并等待进入初始配置、召测或演示模式，并在接收到相应的命令后完成初始配置、召测或演示模式，随后，各终端设备SU10重新进行确定是否进入低功耗状态。
其中，所述初始配置的命令前导码为0x07，召测或采样的命令前导码为0x08，演示模式的命令前导码为0x09。
13)在高功耗状态时，当接收到初始配置命令时，进行初始配置，随后，各终端设备SU10重新进行确定是否进入低功耗状态；当接收到召测或采样命令时，启动ADC，分时进行采样上传数据，完成召测或采样，随后，各终端设备SU10重新进行确定是否进入低功耗状态；当接收到演示模式命令时，启动ADC，实时进行采样上传，完成演示模式，随后，各终端设备SU10重新进行确定是否进入低功耗状态。
14)在终端设备SU10向中心设备T300发送入网申请时，若入网请求命令发送次数超过预定次数，如5次，则进入低功耗状态，若未超过，则继续发送。
一种实施上述方法的组网***或检测***，包括中心设备T3000和多个终端设备SU10，中心设备与各个终端设备之间通过无线通信并进行命令传送和数据传输，所述终端设备由电池供电并可被控切换的在低功耗和高功耗模式下运行。
此外，本发明中的低功耗模式无线组网通信模式，可以应用到物联网及其他行业中供电不方便的***中，如低功耗泛在物联网无线局放检测***的运行方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种低功耗无线组网通信方法，其特征在于，方法包括：
(1)开机入网同步时间，各终端设备SU10开机后，向中心设备T3000发送入网申请，发送时间随机间隔，发送次数不超过5次；中心设备T3000发送入网申请结果中，携带ms级的时间戳，终端设备SU10进行时间同步；
(2)状态确定完成指令，在入网后，确定是否进入低功耗状态；
在确定进入低功耗状态后，终端设备SU10的MCU在整点绝对时刻醒来，唤醒LORA，中心设备T3000发送广播校时命令，终端设备SU10校时，并根据对应分配本时间片功耗状态，重新进行确定是否进入低功耗状态；
在确定不分配低功耗状态后，终端设备SU10进入高功耗状态，并等待进入初始配置、召测或演示模式，并在接收到相应的命令后完成初始配置、召测或演示模式，随后，各终端设备SU10重新进行确定是否进入低功耗状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在入网申请时，终端设备SU10发射的入网请求命令0x00次数不超过5次；终端设备SU10的LORA苏醒的绝对时刻的默认周期为15分钟。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述终端设备SU10的所有LORA周期性的在绝对时刻醒来帧测，包括：
2a)终端设备SU10帧测到数据，则唤醒MCU，进行数据处理；处理完成后，终端设备SU10根据当前时间和下次醒来时刻，设置LCP链路检测周期和MCU唤醒时间；
2b)到下一个醒来时刻，帧测到数据，则按2a)流程处理；没有数据，则设置LCP＝900，MCU唤醒时间设为下一个整点时刻；
2c)醒来的时间保持2s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在终端设备SU10唤醒过程中，中心设备T3000设置发送前导码为0xffff，按设定次数发送广播校时命令唤醒终端设备SU10。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，发送广播校时命令的次数设定为连续三次。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始配置的命令前导码为0x07，召测或采样的命令前导码为0x08，演示模式的命令前导码为0x09。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，中心设备T3000需要对单个或多个终端设备SU10进行召测时，在下一个LORA帧测时隙，中心设备T3000下发进入召测状态，终端设备SU10不进入低功耗，等待召测；当召测完成，终端设备SU10完成数据上传，中心设备T3000下发退出召测状态命令，或者下一个LORA帧测时隙结束后，终端设备SU10进入低功耗模式。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，终端设备SU10数据上传包括：
7a)中心设备T3000解析需要上传的包数量；
7b)正常模式需重传，演示模式不重传；
7c)正常模式：将数据传完，中心设备T3000统一回复需要重传的包序号。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，若终端设备SU10已开机，中心设备T3000关机重启之后，在下一个LORA帧测时隙，中心设备T3000下发广播查询在线状态指令，终端设备SU10上传状态。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，中心设备T3000在发送召测或采样上传广播消息前，对终端设备SU10在线状态进行一次广播查询，以减少对不在线的终端设备SU10分配上传时间开销。
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