專利名稱：低能耗無(wú)線數(shù)據(jù)傳送的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及通訊技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型涉及一種傳感器，其用于將數(shù)據(jù)從傳
感器向基站進(jìn)行無(wú)線傳輸。
背景技術(shù)：
傳感器，特別是接近傳感器已普遍公開，并應(yīng)用在自動(dòng)控制傳感器、生產(chǎn)系統(tǒng)和工 藝技術(shù)類傳感器上。接近傳感器使人們能夠?qū)α黧w平面進(jìn)行測(cè)量，或?qū)ぜ驒C(jī)械元件的 位置實(shí)施測(cè)量。接近開關(guān)使人們能夠?qū)α黧w、工件或機(jī)械元件的接近或遠(yuǎn)離實(shí)施探測(cè)。為 了去掉傳感器的布線(這一點(diǎn)在傳感器很多的情況下有其優(yōu)勢(shì))，傳感器通過(guò)無(wú)線方式無(wú) 線地傳輸其測(cè)量數(shù)據(jù)。 電池驅(qū)動(dòng)的傳感器通常都有所謂的休眠模式，來(lái)降低自身能耗。在無(wú)線通訊系統(tǒng) 中，發(fā)送器和接收器在休眠模式下都被關(guān)閉，只是被周期性的激活。對(duì)于需要將傳感器數(shù)據(jù) 無(wú)線地傳輸給某基站的獨(dú)立的傳感器，則有這樣的任務(wù)，即要維持傳感器在盡可能最低的 能耗下運(yùn)行，同時(shí)又必須保障可靠的傳感器數(shù)據(jù)的傳送。 TDMA時(shí)分多址通信技術(shù)是已經(jīng)普遍公開的。這一技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在通訊介質(zhì)上受控 的和確定性的存取(Zugriff)。 TDMA被應(yīng)用于例如衛(wèi)星通訊、移動(dòng)通訊系統(tǒng)(GSM)和無(wú)線 電話中。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)一種低能耗的將數(shù)據(jù)從傳感器向基站進(jìn)行無(wú)線傳輸?shù)?傳感器，并避免前述缺點(diǎn)。 這一任務(wù)是通過(guò)一種低能耗的將數(shù)據(jù)從傳感器向基站進(jìn)行無(wú)線傳輸?shù)膫鞲衅鞫?br> 完成的。所述傳感器，用于將數(shù)據(jù)通過(guò)通訊單元從傳感器單元向基站進(jìn)行無(wú)線傳輸，其中通 訊單元具有用于接收調(diào)制同步信號(hào)和調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)的接收器以及用于發(fā)送調(diào)制數(shù)據(jù)
信號(hào)的發(fā)送器，其中所述接收器和所述發(fā)送器都具有激活模式和休眠模式，其特征在于，所
述傳感器具有一個(gè)用于根據(jù)傳感器單元的喚醒信號(hào)以及接收器的肯定應(yīng)答信號(hào)的指示而
切換接收器和發(fā)送器的工作模式的休眠單元，并且所述發(fā)送器具有用于根據(jù)所述接收器的
否定應(yīng)答信號(hào)的指示而重復(fù)發(fā)送調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置，且所述接收器具有用于接收調(diào)制同
步信號(hào)的裝置和用于生成使得所述調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)在時(shí)域上同步的同步信號(hào)的裝置。 根據(jù)本實(shí)用新型，通訊單元由其分屬的傳感器單元獲取一個(gè)喚醒信號(hào)并從節(jié)能的
休眠模式切入到激活模式。由通訊單元的一個(gè)接收器接收及探測(cè)到從基站發(fā)送出的周期性
重復(fù)的調(diào)制同步信號(hào)。在這一信號(hào)探測(cè)后間隔了一預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔之后，由通訊單元的一
個(gè)發(fā)送器發(fā)送一個(gè)調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)。所述接收器則等待一個(gè)調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)。在接收到一
個(gè)此類信號(hào)之后，通訊單元再次切入休眠狀態(tài)。否則，調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)在不斷重復(fù)的、分屬于
該通訊單元的時(shí)隙內(nèi)被不斷重復(fù)發(fā)送，直到接收到調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)為止。 根據(jù)本實(shí)用新型，所述通訊單元也可由信號(hào)從不同的起始時(shí)間點(diǎn)切入到激活或休眠模式中去。 本實(shí)用新型有以下優(yōu)點(diǎn)，即所述通訊單元的高能耗運(yùn)行狀態(tài)只會(huì)在在數(shù)據(jù)必須被
傳送的時(shí)候才會(huì)出現(xiàn)，而且在一次成功的數(shù)據(jù)傳送之后就會(huì)被再次切入到休眠模式中去。 本實(shí)用新型進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是，通訊單元可在傳感器數(shù)據(jù)出現(xiàn)的時(shí)候會(huì)立刻切入激
活模式，而不需要等待基站的喚醒信號(hào)。由于同步信號(hào)可被更加頻繁的傳輸(其對(duì)于外部
的喚醒信號(hào)來(lái)說(shuō)更為合理)，這樣就可以使傳感器數(shù)據(jù)被更快地向基站傳輸。 在本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)方案中，傳感器是一個(gè)接近傳感器或一個(gè)接近開
關(guān)。傳感器優(yōu)選為電感式、電容式、光電式或超聲波傳感器或霍爾傳感器。

下面將結(jié)合附圖中示出的本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步介紹本實(shí)用新型。其
中
圖1以示意圖方式示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的傳感器； 圖2示出了一個(gè)信號(hào)幀；
圖3以示意圖方式示出了一次通訊的過(guò)程； 圖4示出了一個(gè)信號(hào)幀中一個(gè)單獨(dú)的時(shí)隙。
在圖中采用的參考標(biāo)識(shí)和其表達(dá)的含義都在參考標(biāo)識(shí)列表中總結(jié)列出。原則性
的，在附圖中相同的部分都采取了相同的參考標(biāo)識(shí)。
具體實(shí)施方式圖1以示意圖方式示出了根據(jù)本實(shí)用新型的帶有通訊單元IO及其分屬的傳感器 單元15的傳感器1的功能結(jié)構(gòu)圖。通訊單元10具有用于與發(fā)送器12和接收器13連接的 電磁波的天線11，以及休眠單元14。通訊單元10具有用于傳送由接收器13到發(fā)送器12的 同步信號(hào)sync和否定應(yīng)答信號(hào)nACK的信號(hào)連接，用于傳送由接收器13到休眠單元14的 肯定應(yīng)答信號(hào)ACK的信號(hào)連接，用于傳送由休眠單元14到發(fā)送器12和接收器13的喚醒/ 休眠信號(hào)w/s的信號(hào)連接，用于傳送由傳感器單元15到休眠單元14的喚醒信號(hào)w的信號(hào) 連接，以及用于傳送由傳感器單元15到發(fā)送器12的數(shù)據(jù)信號(hào)d的數(shù)據(jù)連接。通訊單元10 特別是發(fā)送器12和接收器13，具有用于數(shù)據(jù)傳送的激活模式，以及需要極低耗能或不需要 耗能的休眠模式。 所述的通訊是基于時(shí)分多址通信技術(shù)TDMA(Time DivisionMultiple Access)。此 類通信技術(shù)是眾知的，并已被采用在移動(dòng)電話中。在圖2中沿時(shí)間軸t繪出了 TDMA系統(tǒng)中 一次數(shù)據(jù)傳送的時(shí)域流程。基站在每一時(shí)間片段21內(nèi)發(fā)送一次同步信號(hào)，同步信號(hào)例如是 在載波頻率上加調(diào)制所得。TDMA通訊系統(tǒng)的通訊單元10相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)傳感器1接收 調(diào)制同步信號(hào)，并由此識(shí)別出一個(gè)時(shí)域上的信號(hào)幀20的起始時(shí)間點(diǎn)。多個(gè)傳感器1中的每 一個(gè)都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)幀20中的至少一個(gè)時(shí)隙22，也就是對(duì)應(yīng)于一個(gè)由信號(hào)幀20的起始 時(shí)間點(diǎn)(相對(duì)于調(diào)制同步信號(hào)21的接收)與時(shí)隙22的起始時(shí)間點(diǎn)之間的一個(gè)時(shí)域上的延 遲。這一各自時(shí)延的分屬信息，被存儲(chǔ)在傳感器1的通訊單元10內(nèi)以及基站內(nèi)。 圖3示出了發(fā)生的信號(hào)在時(shí)域上的序列。具體的說(shuō)，可先將一個(gè)傳感器1的通訊 單元10設(shè)置在休眠模式。其分屬的傳感器單元15經(jīng)歷一次狀態(tài)變換，因此而將一個(gè)喚醒信號(hào)w發(fā)送到休眠單元14，以及經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)連接將一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)d提供給發(fā)送器12。由于這 一喚醒信號(hào)w，休眠單元14為發(fā)送器12和接收器13生成一個(gè)喚醒信號(hào)w/s，來(lái)將其由休眠 模式切入激活模式。接收器通過(guò)天線ll接收到一個(gè)信號(hào)，例如在已知的載波頻率上，并在 這一信號(hào)中尋找調(diào)制同步信號(hào)21，例如是通過(guò)對(duì)接收到的信號(hào)與已經(jīng)存儲(chǔ)的調(diào)制同步信號(hào) 進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算。在尋找到之后，接收器13即向發(fā)送器12傳輸這一同步信號(hào)sync。由已 知的在信號(hào)幀20內(nèi)對(duì)應(yīng)傳感器1的時(shí)隙22的位置，即可得出預(yù)設(shè)的調(diào)制同步信號(hào)21接收 與分配的時(shí)隙22之間的時(shí)延。在這一時(shí)延之后，發(fā)送器在屬于傳感器l的時(shí)隙內(nèi)通過(guò)天線 11傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)d的調(diào)制版本d_m。 在本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)方案中，在接收器13在休眠模式切入激活模式之 后例如是由于遭受干擾而沒(méi)有收到調(diào)制同步信號(hào)21的時(shí)候，用于傳輸調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)d_m的 時(shí)隙22則根據(jù)通訊單元10的內(nèi)部時(shí)鐘而確定。這一內(nèi)部時(shí)鐘根據(jù)基站的調(diào)制同步信號(hào)21 或根據(jù)其他時(shí)間信號(hào)例如是全球定位系統(tǒng)(GPS)的時(shí)間信號(hào)而被同步。 在基站接收到一個(gè)確定的傳感器1的調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)d_m的情況下，基站因此發(fā)送 一個(gè)調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)ACK_m。 在本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)方案中，在基站在第一時(shí)隙22內(nèi)接收到一個(gè)調(diào)制
數(shù)據(jù)信號(hào)d_m的情況下，基站會(huì)將一個(gè)相應(yīng)的調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)ACK_m首先在緊跟在第一
時(shí)隙后的第二時(shí)隙22之內(nèi)發(fā)出。這一關(guān)系在圖4中示出-第二調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)d_m(n)被由第二傳感器1向基站傳送； _之后一個(gè)可能的之前第一調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)的第一調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)八0(_111(11-1)
被由基站向第一傳感器1傳送；-之后第三調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)d_m(n+l)被由第三傳感器1向基站傳送；-最后第二調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)d_m(n)其接收的第二調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)ACK_m(n)被由
基站向第二傳感器l傳送。 這一過(guò)程有其優(yōu)點(diǎn)，即基站有足夠的時(shí)間來(lái)判斷，是否在時(shí)隙22內(nèi)確實(shí)地接收到 一個(gè)調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)。在更進(jìn)一步的改進(jìn)方案中，調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)是在調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)被接 收到的這一時(shí)隙22之后的第k個(gè)時(shí)隙22內(nèi)被發(fā)送，其中k大于1。 k = 1的情況則對(duì)應(yīng)于 上面陳述的肯定應(yīng)答信號(hào)時(shí)延為一個(gè)時(shí)隙22的持續(xù)時(shí)間的過(guò)程。在一個(gè)信號(hào)幀20的最后 一個(gè)k時(shí)隙22內(nèi)被接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)的肯定應(yīng)答信號(hào)，則優(yōu)選的是在下一個(gè)信號(hào)幀20的 第一個(gè)k時(shí)隙22內(nèi)發(fā)送。 在本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)方案中，用于所有傳感器1的調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)ACK_ m被作為調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)編組而被傳輸，這樣就沒(méi)有調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)d_m位于各調(diào)制肯定 應(yīng)答信號(hào)ACKjii之間。這一信號(hào)編組的傳輸相對(duì)于調(diào)制同步信號(hào)21有一個(gè)固定的時(shí)間平 移，例如是位于信號(hào)幀20的末尾，或緊接著調(diào)制同步信號(hào)21的傳送之后。 在本實(shí)用新型更進(jìn)一步的改進(jìn)方案中，調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)ACKjii會(huì)在另一載波頻 率上作為調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)d_m而被傳輸。 在一個(gè)調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)d_m通過(guò)一個(gè)傳感器1的發(fā)送器12向基站傳送但由于某些 干擾影響而沒(méi)有成功的時(shí)候，數(shù)據(jù)就丟失了。為了盡管如此而保障可靠的數(shù)據(jù)傳送，通訊單 元10會(huì)在后續(xù)的信號(hào)幀20內(nèi)不斷重復(fù)發(fā)送其數(shù)據(jù)，直到收到與其相關(guān)的調(diào)制肯定應(yīng)答信 號(hào)。在接收到這一肯定應(yīng)答信號(hào)之后，通訊單元10即又切入休眠模式。[0032] 此類過(guò)程的一個(gè)例子在圖3中再次示出在調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)d_m的第一次傳輸之后， 接收器13沒(méi)有接收到任何調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)ACK_m。為此，接收器13發(fā)送給發(fā)送器12 — 個(gè)否定應(yīng)答信號(hào)nACK。在調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)ACKjii在時(shí)隙22內(nèi)被等待的情況下，(這一時(shí) 隙是緊跟在調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)d_m之后)，否定應(yīng)答信號(hào)nACK可以在這一時(shí)隙22之后已被生 成，如圖3中示出。在本實(shí)用新型上述另一種發(fā)展方案中，其中調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)ACKjii被 等待多晚，也會(huì)多晚生成否定應(yīng)答信號(hào)nACK。而在任何一種發(fā)展方案中，發(fā)送器12都會(huì)在 下一個(gè)信號(hào)幀20中分屬于這一傳感器10的時(shí)隙22中再一次發(fā)送調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)d_m。接收 器13在接收到一個(gè)調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)ACK_m的時(shí)候，如圖3中所示，由此而傳輸給休眠單 元14 一個(gè)肯定應(yīng)答信號(hào)ACK，休眠單元14由此而為發(fā)送器12和接收器13生成一個(gè)休眠信 號(hào)w/s，通過(guò)這一信號(hào)使其由激活模式切入休眠模式。 在上文中描述的，調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)d_m的重復(fù)發(fā)送，其相對(duì)應(yīng)的時(shí)隙的起始時(shí)間點(diǎn)
有優(yōu)勢(shì)地根據(jù)在每一信號(hào)幀中已有的調(diào)制同步信號(hào)21確定下來(lái)。在一個(gè)這樣的調(diào)制同步
信號(hào)21沒(méi)有被接收到的情況下，可將時(shí)隙22的起始時(shí)間點(diǎn)有優(yōu)勢(shì)地根據(jù)通訊單元10的內(nèi)
部時(shí)鐘確定下來(lái)。這一內(nèi)部時(shí)鐘可通過(guò)接收調(diào)制同步信號(hào)21而被同步。 在本實(shí)用新型一種有利的實(shí)施方式中，傳感器為一個(gè)接近傳感器或一個(gè)接近開
關(guān)，傳感器單元的功能實(shí)現(xiàn)基于例如電感式、電容式、光電式工作原理或基于霍爾效應(yīng)或基
于超聲波。 優(yōu)選的，本實(shí)用新型可采用取樣周期為1Hz至4KHz之間，載波頻率在100KHz至 5GHz范圍之內(nèi)，數(shù)據(jù)傳輸率為1000比特/秒至10M比特/秒。 特別是載波頻率可優(yōu)選為在ISM(工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)療)頻段之內(nèi)，因?yàn)檫@樣就不需
要頻率許可證，例如可采用大約為(mindestens annahernd) 2. 4GHz的載波頻率。優(yōu)
選的，傳感器信號(hào)取樣率大約為lKHz，一個(gè)信號(hào)幀20其幀長(zhǎng)度大約為1.25微秒或大約為5 微秒，一個(gè)時(shí)隙22的時(shí)間間隔大約為39微秒。 在本實(shí)用新型進(jìn)一步的改進(jìn)方案中，包含有多個(gè)基站，各自擁有不同的傳感器(1) 分組。為了避免相互之間的干擾，優(yōu)選地，這些不同的傳感器分組采用不同的頻帶或/或不 同的同步信號(hào)序列。參考標(biāo)識(shí)l傳感器10通訊單元11天線12發(fā)送器Tx13接收器Rx14休眠單元CHRR15傳感器單元S20信號(hào)幀21調(diào)制同步信號(hào)22時(shí)隙w喚醒信號(hào)w/s喚醒/休眠信號(hào)[0051] synch同步信號(hào) d數(shù)據(jù)信號(hào) cLm調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào) ACK肯定應(yīng)答信號(hào) nACK否定應(yīng)答信號(hào) ACK_m調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào) t時(shí)間軸。
權(quán)利要求一種無(wú)線數(shù)據(jù)傳送的傳感器，用于將數(shù)據(jù)通過(guò)通訊單元(10)從傳感器單元(15)向基站進(jìn)行無(wú)線傳輸，其中通訊單元(10)具有用于接收調(diào)制同步信號(hào)(21)和調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)的接收器(13)以及用于發(fā)送調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)送器(12)，其中所述接收器(13)和所述發(fā)送器(12)都具有激活模式和休眠模式，其特征在于，所述傳感器具有一個(gè)用于根據(jù)傳感器單元(15)的喚醒信號(hào)以及接收器(13)的肯定應(yīng)答信號(hào)的指示而切換接收器(13)和發(fā)送器(12)的工作模式的休眠單元(14)，并且所述發(fā)送器(12)具有用于根據(jù)所述接收器的否定應(yīng)答信號(hào)的指示而重復(fù)發(fā)送調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置，且所述接收器(13)具有用于接收調(diào)制同步信號(hào)(21)的裝置和用于生成使得所述調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)在時(shí)域上同步的同步信號(hào)的裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器在所述調(diào)制同步信號(hào)(21) 的接收和所述調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)送之間分配有預(yù)設(shè)的時(shí)延。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器單元(15)為一個(gè)接近傳感 器或一個(gè)接近開關(guān)。
專利摘要根據(jù)本實(shí)用新型無(wú)線數(shù)據(jù)傳送的傳感器，傳感器(1)的通訊單元(10)由其分屬的一個(gè)傳感器(15)獲得一個(gè)喚醒信號(hào)(w)，并由節(jié)能的休眠模式切入激活模式。通訊單元(10)的接收器(13)探測(cè)的周期性重復(fù)的基站的調(diào)制同步信號(hào)，在其后由一個(gè)發(fā)送器(12)在預(yù)設(shè)的時(shí)間段內(nèi)發(fā)送一個(gè)調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)。接收器(13)等待接收一個(gè)調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)。在接收到這樣的信號(hào)之后，通訊單元(10)切入休眠模式。否則調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)就繼續(xù)在不斷重復(fù)的、分配給傳感器(1)的時(shí)隙內(nèi)重復(fù)發(fā)送，直到接收到一個(gè)調(diào)制肯定應(yīng)答信號(hào)。本實(shí)用新型有以下優(yōu)點(diǎn)，即所述通訊單元的高能耗運(yùn)行狀態(tài)只會(huì)在數(shù)據(jù)必須被傳送的時(shí)候才會(huì)出現(xiàn)，而且在一次成功的數(shù)據(jù)傳送之后就會(huì)被再次切入到休眠模式中去。
文檔編號(hào)H04L29/08GK201527704SQ20092014714
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者克里斯托弗·阿普尼塞思, 哈拉爾德·費(fèi)夫林, 斯塔凡·拉姆塞耶爾, 斯諾爾·謝斯布, 達(dá)克費(fèi)·祖翁 申請(qǐng)人:Abb股份有限公司