CN113395754A - 一种高精度低功耗的守时模块以及守时方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高精度低功耗的守时模块以及守时方法，守时模块包括MCU、UWB模块、由低频晶振组成的低频时钟以及由高频晶振组成的高频时钟，通过同时使用高频时钟以及低频时钟，使得该守时模块可以通过高频时钟来保证精度，又可以因为大部分时候都是低频时钟在工作而保证低功耗，从而能够实现保证高精度的同时又降低了功耗的设计目的。另外在实际使用中，还通过使用PID算法来使得守时模块实现高精度守时的效果。

Description

一种高精度低功耗的守时模块以及守时方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种高精度低功耗的守时模块以及守时方法。
背景技术
当前，室内定位技术发展迅猛，各式各样的室内定位技术也层出不穷，而其中的UWB室内定位技术具有功耗低，精度高，覆盖范围广，鲁棒性强等特点，从而相比其他室内定位技术能够更具优势。
然而，UWB是一种时分复用的***，在同一个时间，两个UWB守时模块不能一起发射信号，否则会影响接收时刻的判断。在室内定位场景中，往往一个区域会有很多的标签需要定位。这些标签为了延长续航时间，一般在一次定位之后，就会进入休眠状态，然而休眠时采用的低频率晶振无法守住高精度的时钟基准，在下一次发射定位申请时，就有可能和其他标签的定位申请互相干扰，导致测距异常或失败。如果标签为了守住高精度的时钟基准，一直使用高频率的晶振，又增加了功耗，导致续航时间大大缩短。
在专利CN202010894315.0中，该文中提出了可通过使用功率相对更低的无线设备，诸如蓝牙组件等来与基站连接，从而通过该无线设备来和基站确定定位的时间，从而使得UWB守时模块能够在不定位的时候休眠，这样就能够降低功耗。
但是在实际的工作中，部分定位机构可能并不具有其它的无线组件，另外无线组件一直连接导致其本身也非常耗电，如何能够不依赖其它的无线设备，只靠UWB本身实现高精度低功耗就成为了一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种在保证高精度的同时又降低了功耗的的高精度低功耗的守时模块以及守时方法。
本发明提出一种高精度低功耗的守时模块，包括MCU、UWB模块、由低频晶振组成的低频时钟以及由高频晶振组成的高频时钟；UWB模块、低频时钟以及高频时钟分别与MCU电连；UWB模块的定时发射时间拆分成两部分并分别由所述低频时钟和所述高频时钟负责，并通过MCU通过算法来进行动态分配，从而达到高精度守时的效果。
优选地，所述算法为PID算法，通过将守时模块发射定位申请帧时的***发射时刻以及基站接收定位申请帧时的实际发射时刻的误差间隔带入到PID算法中来得到下一次的***发射时刻，并以此往复不断的进行时间校正，从而达到高精度守时的效果。
一种高精度低功耗的守时模块守时方法，本方法需要应用上面提到的守时模块，步骤如下：
1）所述守时模块开机后先为所述低频时钟设定一个初始计数值，然后开始运行所述低频时钟，然后发送一条定位申请帧到基站，并得到***发射时刻；
2）所述基站收到定位申请帧后会回复一条回复帧，回复帧中有所述基站接收到标签定位申请帧时的实际发射时刻；
3）通过所述守时模块在***中设定的***发射时刻和所述基站返回的实际发射时刻，计算出本次的实际发射时刻与设定的***发射时刻的误差间隔，并将所述误差间隔带入到PID算法中，并通过PID算法计算得到本次***发送时刻和下一次***发送时刻的差值控制参数T1；
4）将所述差值控制参数T1分为低频定时参数a1和高频定时参数b1，并将其分别写入到所述低频时钟和所述高频时钟中；
5）等所述低频时钟经过a1时间中断触发以及所述高频时钟经过b1时间中断触发后再次发送定位申请帧到基站并重复步骤2到步骤4的过程并得到新的差值控制参数T2，以此往复不断的进行时间校正，从而达到高精度守时的效果。
优选地，后续通过PID算法得到的差值控制参数Tn，需要加上上一个差值控制参数Tn-1的高频定时参数bn-1。
优选地，所述低频时钟中断触发后需要将所述低频时钟的计数器清零。
优选地，所述高频晶振的晶振频率要高于所述守时模块的***时间单位下的频率。
优选地，所述低频晶振的晶振频率要低于所述守时模块的***时间单位下的频率。
本发明的高精度低功耗的守时模块以及守时方法的有益效果为：
本发明的高精度低功耗的守时模块以及守时方法，守时模块包括MCU、UWB模块、由低频晶振组成的低频时钟以及由高频晶振组成的高频时钟，通过同时使用高频时钟以及低频时钟，使得该守时模块可以通过高频时钟来保证精度，又可以因为大部分时候都是低频时钟在工作而保证低功耗，从而能够实现保证高精度的同时又降低了功耗的设计目的。另外在实际使用中，还通过使用PID算法来使得守时模块实现高精度守时的效果。
附图说明
图1为本发明的高精度低功耗的守时模块以及守时方法的流程图。
图2为本发明的高精度低功耗的守时模块以及守时方法的硬件连接示意图。
图3为本发明的高精度低功耗的守时模块以及守时方法的控制流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1至图3，提出本发明的高精度低功耗的守时模块以及守时方法的一实施例：
一种高精度低功耗的守时模块包括MCU、UWB模块、由低频晶振组成的低频时钟以及由高频晶振组成的高频时钟。UWB模块、低频时钟以及高频时钟分别与MCU电连。高频晶振的晶振频率要高于守时模块的***时间单位下的频率，低频晶振的晶振频率要低于守时模块的***时间单位下的频率。
守时模块内所使用的守时方法步骤如下：
1）守时模块开机后先为所述低频时钟设定一个初始计数值，然后开始运行低频时钟，低频时钟中断触发后需要将低频时钟的计数器清零，然后发送一条定位申请帧到基站，并得到***发射时刻；
2）基站收到定位申请帧后会回复一条回复帧，回复帧中有基站接收到标签定位申请帧时的实际发射时刻；
3）通过守时模块在***中设定的***发射时刻和基站返回的实际发射时刻，计算出本次的实际发射时刻与设定的***发射时刻的误差间隔，并将误差间隔带入到PID算法中，并通过PID算法计算得到第一次***发送时刻和第二次***发送时刻的差值控制参数T1，第一次的时候实际控制参数K1等于差值控制参数T1；
4）将差值控制参数T1分为低频定时参数a1和高频定时参数b1，并将其分别写入到低频时钟和高频时钟中；
5）等低频时钟经过a1时间中断触发以及所述高频时钟经过b1时间中断触发后再次发送定位申请帧到基站并重复步骤2到步骤4的过程并得到新的差值控制参数T2，因为低频时钟虽然计数清零了，但还是一直在运行，因此除了第一次的实际控制参数K1之外，后续的实际控制参数Kn需要先通过PID算法得到的差值控制参数Tn，然后需要加上上一个差值控制参数Tn-1的高频定时参数bn-1，才能得到最终的实际控制参数Kn，并以此往复不断的进行时间校正，从而达到高精度守时的效果。
实际控制参数Kn：
Figure 693829DEST_PATH_IMAGE002
其中Tn=an+bn
通过同时使用高频时钟以及低频时钟，使得该守时模块可以通过高频时钟来保证精度，又可以因为大部分时候都是低频时钟在工作而保证低功耗，从而能够实现保证高精度的同时又降低了功耗的设计目的。另外在实际使用中，还通过使用PID算法来使得守时模块实现高精度守时的效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种高精度低功耗的守时模块，其特征在于，包括MCU、UWB模块、由低频晶振组成的低频时钟以及由高频晶振组成的高频时钟；UWB模块、低频时钟以及高频时钟分别与MCU电连；UWB模块的定时发射时间拆分成两部分并分别由所述低频时钟和所述高频时钟负责，并通过MCU通过算法来进行动态分配，从而达到高精度守时的效果。
2.根据权利要求1所述的高精度低功耗的守时模块守时方法，所述算法为PID算法，通过将守时模块发射定位申请帧时的***发射时刻以及基站接收定位申请帧时的实际发射时刻的误差间隔带入到PID算法中来得到下一次的***发射时刻，并以此往复不断的进行时间校正，从而达到高精度守时的效果。
3.一种高精度低功耗的守时模块守时方法，其特征在于，应用权利要求1或2的守时模块完成，步骤如下：
所述守时模块开机后先为所述低频时钟设定一个初始计数值;然后开始运行所述低频时钟，然后发送一条定位申请帧到基站，并得到***发射时刻；
所述基站收到定位申请帧后会回复一条回复帧，回复帧中有所述基站接收到标签定位申请帧时的实际发射时刻；
通过所述守时模块在***中发射所述定位申请帧的的***发射时刻和所述基站返回的实际发射时刻，计算出本次的实际发射时刻与设定的***发射时刻的误差间隔，并将所述误差间隔带入到PID算法中，并通过PID算法计算得到本次***发送时刻和下一次***发送时刻的差值控制参数T1；
将所述差值控制参数T1分为低频定时参数a1和高频定时参数b1，并将其分别写入到所述低频时钟和所述高频时钟中；
等所述低频时钟经过a1时间中断触发以及所述高频时钟经过b1时间中断触发后再次发送定位申请帧到基站并重复步骤2到步骤4的过程并得到新的差值控制参数T2，并以此往复不断的进行时间校正，从而达到高精度守时的效果。
4.根据权利要求3所述的高精度低功耗的守时模块守时方法，其特征在于，后续通过PID算法得到的差值控制参数Tn，需要加上上一个差值控制参数Tn-1的高频定时参数bn-1。
5.根据权利要求3所述的高精度低功耗的守时模块守时方法，其特征在于，所述低频时钟中断触发后需要将所述低频时钟的计数器清零。
6.根据权利要求3所述的高精度低功耗的守时模块守时方法，其特征在于，所述高频晶振的晶振频率要高于所述守时模块的***时间单位下的频率。
7.根据权利要求3所述的高精度低功耗的守时模块守时方法，其特征在于，所述低频晶振的晶振频率要低于所述守时模块的***时间单位下的频率。
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