一种带有射频自唤醒功能海洋无线传感浮漂系统技术方案

本实用新型专利技术提出一种带有射频自唤醒功能海洋无线传感浮漂系统。所述系统包括射频能量接收天线阵列、无线传感器模块、射频信号整流放大阵列、固定基板、储能单元、配重质量块和封装外壳。所述系统可收集环境中的射频能量，包括由无人机等数据采集平台发射的射频能量和基站发出的射频能量，并经过射频整流电路后产生唤醒脉冲信号，使休眠中的无线传感系统唤醒工作，从而降低无线传感系统的平均能耗，延长无线传感系统的使用寿命。无线传感系统的使用寿命。无线传感系统的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种带有射频自唤醒功能海洋无线传感浮漂系统


[0001]本技术属于射频能量收集
，特别是涉及一种带有射频自唤醒功能海洋无线传感浮漂系统。

技术介绍

[0002]海洋环境中的无人值守化环境参数感知(如水质参数、气象参数等)对于环境保护、智慧渔业、国防安全等方面具有重要的意义。通过在海洋中布置带有多种传感器和无线通讯模块的智能感知浮漂系统，可以实现对海洋环境参数的分布式监测，具备良好的实时性。智能浮漂中的无线传感系统，由于需要与陆地或卫星进行远距离无线通讯，单次通讯的能耗很高。目前的此类智能浮漂系统普遍采用电池作为电源，其所携带的锂电池容量有限，在若干次无线通讯后，电池的能量会耗尽，此时浮漂系统失效，需要人为更换电池，对于部署在远洋环境中的浮漂系统，频繁地进行能源维护会耗费大量人力、物力资源，会限制智能浮漂系统的推广应用。因此，降低智能浮漂系统的无线通讯频次，可以大幅度降低系统平均能耗，延长电池的使用寿命。在浮漂系统完成环境数据采集后，将数据本地保存，并进入休眠状态。浮漂系统根据设定的环境数据采集频率，不断地采集环境数据，并本地保存后休眠，此时系统由于不使用无线通讯功能，整体能耗很低。根据实际应用的数据回馈频率要求，可以采用无人机平台飞行至传感节点附近，通过向浮漂系统远程发射射频唤醒信号，激活浮漂系统的无线通讯功能，此时浮漂系统将数据无线发送至无人机，无人机返回陆地后将数据上报，完成海洋中浮漂系统的数据上报。由此，浮漂系统的无线传输距离和无线传输频率都会大大缩短，由于无线数据传输带来的能耗也会很大程度地降低，对于延长海洋智能浮漂系统的工作寿命具有重要意义。
[0003]目前，射频能量收集与自唤醒的应用成果较少，大多处于理论研究阶段，尚未发现带有射频能量自唤醒功能的浮漂式无线传感器系统的相关技术。

技术实现思路

[0004]本技术目的是解决现有技术中的问题，提供了一种带有射频自唤醒功能海洋无线传感浮漂系统。所述系统可收集环境中的射频能量，包括由无人机等数据采集平台发射的射频能量和基站发出的射频能量，并经过射频整流电路后产生唤醒脉冲信号，使休眠中的无线传感系统唤醒工作，从而降低无线传感系统的平均能耗，延长无线传感系统的使用寿命。
[0005]本技术是通过以下技术方案实现的，本技术提出一种带有射频自唤醒功能海洋无线传感浮漂系统，所述系统包括射频能量接收天线阵列、无线传感器模块、射频信号整流放大阵列、固定基板、储能单元、配重质量块和封装外壳；
[0006]所述射频能量接收天线阵列固定于固定基板上表面，射频能量接收天线阵列中的每个天线输出端口通过同轴电缆接入固定基板，并且与射频信号整流放大阵列的输入端相连；射频信号整流放大阵列、无线传感器模块固定于固定基板上表面；射频信号整流放大阵
列的输出端与无线传感器模块的唤醒信号输入端相连；固定基板固定于封装外壳的偏上位置；配重质量块固定于封装外壳底部，储能单元固定于配重质量块上表面，输出端通过配重质量块上表面中的线路连接至无线传感器模块，为无线传感器模块提供能量。
[0007]进一步地，所述射频能量接收天线阵列包含4个射频能量收集单元，每个射频能量收集单元表面呈球面结构，与封装外壳的内壁紧密贴合；每个射频能量收集单元包含对称分布的2个微带贴片天线和功分器，一对微带贴片天线通过功分器相连，共同连接至射频能量收集单元的射频输出端口。
[0008]进一步地，所述固定基板表面具备安装孔固定结构，能够为无线传感器模块和射频能量接收天线阵列提供固定和支撑；固定基板的上表面采用PCB工艺制备，具备内联线路和接口，能够为射频整流放大阵列提供线路、结构支撑以及输入输出接口，使其可以接收射频能量接收天线输出的高频交流信号，并转换为唤醒信号输出至无线传感器模块。
[0009]进一步地，所述无线传感器模块具备低功耗休眠的运行模式，并且可以通过中断唤醒源输入唤醒信号后从休眠状态恢复至工作状态；中断唤醒源的输入端连接至射频整流放大阵列的输出端，可以接收由射频能量接收天线阵列产生的唤醒信号。
[0010]进一步地，所述射频信号整流放大阵列包含4个射频整流放大电路，每个射频整流放大电路包括阻抗匹配电路、全波整流电路、储能电容和信号放大电路。
[0011]进一步地，所述无线传感器模块具备两种工作模式，分别是由远程数据基站唤醒工作后的单次数据采集与无线发送模式，和由无人平台唤醒工作后的数据集中无线发送模式。
[0012]进一步地，所述配重质量块的表面覆盖PCB，并预留固定区域，为储能单元提供支撑，并为储能单元提供内部链接线路，能够实现多个储能单元的串联或者并联。
[0013]进一步地，所述储能单元为锂电池或超级电容器储能器件。
[0014]进一步地，所述封装外壳的整体为球形结构。
[0015]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0016]本技术提供了一种针对海洋浮漂式无线传感系统的低功耗解决方案，采用射频能量收集与自唤醒工作的方式，可以实现利用基站或无人平台发射特定频率射频信号，远程唤醒无线传感器模块，并进行短时间的高能耗操作，完成工作流程后，无线传感器系统进入休眠状态。由此可以远程人为控制海洋浮漂式无线传感系统的工作频率，使其做到按需工作，从而大幅度降低系统的平均能耗水平，延长电源的使用寿命。由于海洋浮漂式无线传感系统工作区域往往位于远离陆地的区域，对其能源的维护(如更换电池、充电等)非常困难，维护的成本极高，延长电源的使用寿命对于提升浮漂式无线传感系统的实用性具有重要意义。
附图说明
[0017]图1为本技术提供的一种带有射频自唤醒功能的海洋浮漂式无线传感系统的侧视图；
[0018]图2为本技术提供的一种带有射频自唤醒功能的海洋浮漂式无线传感系统的俯视图；
[0019]图3为技术提供的一种带有射频自唤醒功能的海洋浮漂式无线传感系统的系
统架构图；
[0020]附图标记为：1射频能量接收天线阵列；2为射频信号整流放大阵列；3为无线传感器模块；4为固定基板；5为储能单元；6为配重质量块；7为封装外壳；11、12、13、14均为射频能量收集单元；21、22、23、24均为射频信号整流放大电路；111和113为微带贴片天线；112为功分器；211为阻抗匹配电路；212为全波整流电路；213为储能电容；214为信号放大电路；31传感器；32中央控制器；33中断源；34通讯天线；35无线通讯模块。
具体实施方式
[0021]下面将结合本技术实施例中的附图对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0022]参阅图1
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图3，本技术提供的一种带有射频自唤醒功能海洋无线传感浮漂系统，包括射频能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有射频自唤醒功能海洋无线传感浮漂系统，其特征在于：所述系统包括射频能量接收天线阵列、无线传感器模块、射频信号整流放大阵列、固定基板、储能单元、配重质量块和封装外壳；所述射频能量接收天线阵列固定于固定基板上表面，射频能量接收天线阵列中的每个天线输出端口通过同轴电缆接入固定基板，并且与射频信号整流放大阵列的输入端相连；射频信号整流放大阵列、无线传感器模块固定于固定基板上表面；射频信号整流放大阵列的输出端与无线传感器模块的唤醒信号输入端相连；固定基板固定于封装外壳的偏上位置；配重质量块固定于封装外壳底部，储能单元固定于配重质量块上表面，输出端通过配重质量块上表面中的线路连接至无线传感器模块，为无线传感器模块提供能量。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述射频能量接收天线阵列包含4个射频能量收集单元，每个射频能量收集单元表面呈球面结构，与封装外壳的内壁紧密贴合；每个射频能量收集单元包含对称分布的2个微带贴片天线和功分器，一对微带贴片天线通过功分器相连，共同连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明雪，刘小强，张宇峰，
申请(专利权)人：哈尔滨海微智芯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：