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CN102137476A - 一种便携式无线监测终端低功耗实现方法 - Google Patents

一种便携式无线监测终端低功耗实现方法 Download PDF

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缪伟豪
王文修
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Guangzhou HKUST Fok Ying Tung Research Institute
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Guangzhou HKUST Fok Ying Tung Research Institute
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Abstract

一种便携式无线监测系统低功耗实现方法巧妙地运用了数据采集模块的复位功能,由中央处理器根据监测结果发送复位命令经过无线连接传送到采集模块,再适当转化数据采集模块的周期采样信号在复位时的变化,驱动一个可复位的计时器控制电路。这种命令复位的方法,适当配合中央处理器的运算、处理就可以实现无线连接两端的状态转换(工作状态与休眠状态的转换)同步,或者状态转换的阻止。此外,中央处理器还可以通过发送命令的方式改变无线监测终端的工作强度。该发明方案,在不影响监测有效性的前提下,智能化地实现了系统,尤其是便携式无线监测终端功耗降低,延长了工作时长、提高了便携性和可操作性。

Description

一种便携式无线监测终端低功耗实现方法
技术领域
该发明涉及无线监测(测量)系统领域,特别涉及对便携式无线测试终端低功耗的实现方法,该方法有效实现了无线监测系统智能化降低便携式无线监测终端的功耗。
背景技术
随着电子通讯技术的发展,便携式无线监测(测试)系统被广泛应用于地质灾害监测、医疗器械、天文气象、日常生活等领域。由于便携式无线监测系统的便携式终端一般采用可更换电池或者可充电电池,因此对于功耗有着很高的要求。而对于中央处理设备,一般有着稳定的电源供电,对于功耗的要求可以适当放宽。目前许多的便携式无线监测系统还存在着功耗过高、操作繁琐、智能化程度低等缺陷。这样就造成了实际应用中无线测试终端需要经常更换电池或者充电、需要认为操控来合理改变系统工作状态、影响了系统的便携性和操作简单性。
在实际应用中,被监测对象多数情况下是处于正常状态,并且测试数据也很稳定,这种情况下就没有必要进行24小时不间断的测试。此外,如果能够把更多的数据处理放在中央处理器,也可以在一定程度上降低测试终端的功耗。但是由于便携式无线监测系统采用的是无线连接,这就面临着测试终端停止工作(或者进入休眠状态)导致连接中断和采用中央处理器来智能化控制无线测试终端的矛盾。倘若不采用中央处理器的控制,无线监测终端自行周期性间断工作,又会面临在被监测对象出现异常时由于工作中断而无法及时发现危险的矛盾。本专利就是为了解决这些矛盾提出了方案,使得无线监测系统数据的主要运算处理和系统控制由中央处理器完成,能够智能化地在监测对象在正常情况下(信息量较低)自动间歇性地监测以降低功耗;在监测对象有异常或潜在异常(信息量较高)时自动地增加监测强度,和不间断地监测。达到了智能化、降低功耗和有效监测的目的。
发明内容
一种便携式无线监测系统低功耗实现方法,采用数据采集部分与数据处理、结果显示部分分离的设计方法,以无线连接为纽带,巧妙运用数据采集部分——无线监测终端模块具有复位功能,将复位输出信号转化为模块控制部分的驱动信号,从而控制该终端模块的运行状态。控制模块部分以一个计时器电路为核心,在无复位信号驱动情况下周期性输出低(t1时间)电平、高(t2时间)电平,控制无线监测终端可以在工作状态和休眠状态做周期性转换,达到降低功耗的目的。中央处理器可以在无线接通状态下随时通过发送命令的方式复位无线监测终端,如果在t1时间内发送复位命令到无线监测终端,就可以使得无线监测终端的计时器控制部分复位,从而使得终端保持在t1时间内的工作状态,而不会进入休眠状态。中央处理器也可以通过发送命令的方式加强和减弱无线监测终端的数据采集、传输强度,如采样频率,传输码率等。
无线监测终端具备数据采集模块、无线传输模块和计时器控制模块。计时器控制模块的复位驱动来自于数据采集模块的复位输出,数据采集模块的复位动作由中央处理器在一定条件下自动通过无线连接途径发送复位命令经由无线传输模块来完成。当复位命令从无线传输模块到数据采集模块,数据采集模块执行复位。在数据采集模块执行复位时,数据采集模块的周期抽样信号会短暂中断,这个周期抽样信号被引出到一个单稳态触发电路,适当设置单稳态时间(t>tS,t表示单稳态时间,tS表示采样周期)就可以在周期采样信号正常时输出稳定电平,在周期采样信号终端时得到一个脉冲信号输出作为计时器电路部分的复位驱动。
中央处理器执行数据的接受、运算处理、结果显示,根据数据处理结果判定,当无线终端模块信号正常(信息量少)时,中央处理器发送命令减弱无线监测终端模块的数据采集、传输强度,等到无线监测终端经过t1时间工作进入t2时间的休眠状态,无线连接断开,中央处理器也进入t2时间的休眠,之后中央处理器主动重复请求与无线监测终端连接直至连接成功,随后发送一个复位命令到无线监测终端使其复位,以达到无线监测终端与中央处理器状态轮换的同步;当无线终端信号异常(信息量大)时,中央处理器发送命令到无线测试终端增强数据采集、传输强度,并且在小于t1时间段内发送复位命令使得无线监测终端复位,不会进入t2时间的休眠状态,达到系统不间断监测。
作为一种非限定性范例,我们根据以上设计思路设计了一款便携式低功耗无线脉搏监测系统。该系统以手机作为中央处理器,无线监测终端由血氧模块、蓝牙模块、计时器控制模块组成,手机与测试终端采用蓝牙连接方式。并以该系统作为专利的具体设计实例。
附图说明
图1为无线监测系统拓扑图
图2为单稳态电路实现周期采样信号转化图
图3为无线监测系统低功耗功能运行流程图
图4为中央处理器智能化功耗控制流程图
图5为低功耗无线脉搏监测系统拓扑图
图6为低功耗无线脉搏监测系统运行流程图
具体实施方式
如图1所示,无线监测系统包括了一个中央处理器,和无线监测终端。无线监测终端主要包括数据采集模块、数据传输模块和控制模块,无线监测终端通过无线连接的方式与中央处理器进行数据传输。
如图3和图4所示,无线监测系统的低功耗实现具体工作流程是:初始化工作,首先进行T1时间的数据采集和处理,中央处理器根据运算结果判断信息的正确与否。如果被监测对象信息正常,无线监测终端进入T2时间的休眠状态,中央处理器也进入大约T2时间的休眠状态,重新进入工作状态后,中央处理器主动要求与无线监测终端进行无线连接直到连接成功,随后发送一个减弱无线监测终端数据采集和传输强度的命令来降低功耗,并发送复位命令使无线监测终端复位,达到与中央处理器的状态同步,如此循环;如果中央处理器判断被监测对象数据异常,执行报警功能,发送复位命令到无线监测终端使其复位,继续执行新的T1时间的工作,并发送增强无线监测终端数据采集、传输强度的命令,提高监测有效性。这样的方法,既可以使得无线监测系统在正常情况其间歇性监测,适当减弱数据采集、传输强度来降低功耗,又能够在出现异常是不间断高强度监测,有效监测出可能出现的危险。
根据图2,中央处理器发送一个复位命令到无线监测终端,经由传输模块传输到数据采集模块执行复位,此时周期采样信号在执行复位时,会短暂停止采样。周期采样信号输入到单稳态触发器电路,正常周期采样时,单稳态触发器输出稳定的高电平信号,当复位时周期采样信号短暂停,使得单稳态触发器输出一个低平脉冲,这个脉冲信号作为计时器的复位信号,使得计时器控制电路得到复位。
根据以上设计思路,我们设计了一个低功耗无线脉搏监测系统,如图5所示。该系统以一台手机作为中央处理器,终端监测模块包括血氧模块、蓝牙模块和计时器控制模块,与中央处理器由蓝牙方式无线连接。结合图6,系统初始进行工作,首先由手机上的软件开始搜索目标蓝牙设备,然后选定并进行连接,此时手机发送一个复位命令到终端监测模块,执行复位以达到两个模块的状态转换同步,随后无线监测终端进行数据采样、处理和传输,由蓝牙连接方式发送测试数据到手机平台,手机进行算法运算和结果显示,该过程持续T1时间,手机平台上的软件对运算结果进行判断被监测者生理参数是否正常。若被监测者生理参数正常,手机上的软件发送命令使得终端监测模块降低采样频率到75Hz,进入休眠状态,终端模块也进入休眠状态,持续时间大约为T2,然后复苏手机上的软件主动请求与终端连接,直到蓝牙连接成功,随后又发送一个复位命令,实现状态转换同步,进入下一轮测试,如此循环,以一种低功耗模式运行;若被监测者的生理参数异常,手机平台上的软件发送命令增强采样频率到300Hz,执行报警,并发送一个复位信号到终端模块,使得终端模块复位与手机平台状态转换同步,这样就可以实现对潜在异常监测对象进行不间断实时高效监测,及时发现危险情况。

Claims (5)

1.一种便携式无线监测终端低功耗实现方法,其特征是:基于终端模块内部具有复位功能,利用复位信号初始化一个计时器模块,由计时器模块控制整个便携式无线终端,在信息量很低时实现休眠状态间断性地进行监测;也可以利用短时间内的复位驱动,使得无线终端能够在进入休眠状态之前,初始化计时器,以达到无线终端在信息异常情况下跳过休眠状态进行不间断监测;这样就可以实现在没有固定休眠状态的无线终端在特定条件下降低功耗;
2.权利要求1的方法,还包含了前述的休眠状态模式与其他一种或多种降低功耗模式的结合(比如通过改变采样频率),从而根据信息率需求进一步优化系统功耗;
3.一种便携式无线监测终端智能化低功耗实现方法,通过无线方式与一个中央处理设备连接,根据中央处理设备完成数据的处理和显示结果设置系统工作状态,以中央处理器发送命令的方式决定无线终端的复位、采样频率、链接状态等,结合权利要求1和权利要求2,系统便能实现无线终端的智能化自动控制,同时实现了无线监测终端的低功耗;
4.基于权利要求3,设计一个无线脉搏监测系统,以手机为中央处理设备,手机平台上的软件能够在搜寻到目标终端的无线(如蓝牙或WiFi)模块后,记录无线信息,在运行中可以自动实现与目标无线终端的接通、断开和命令发送;
5.基于权利要求4,利用血氧传感器模块的采样信号,实现一个智能化低功耗便携式无线心脉监测系统,在手机上集成软件,对心脉数据进行有效分析,并且在必要时,发出实时报警信息,使用户得到及时救助。
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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110727