本发明涉及数据采集领域，尤其涉及一种基于时钟芯片的低功耗数据采集传输系统及实现方法。
背景技术：
数据采集是指从传感器、以及模拟和数字被测单元中自动采集信号，送到上位机中进行分析，处理。被采集数据是被转换为电讯号的各种物理量，例如：温度、湿度、水位、风速、压力、和物料rfid信息等，可以是模拟量，也可以是数字量。在互联网行业快速发展的今天，数据采集已经被广泛应用于互联网及分布式领域，数据采集领域已经发生了重要的变化。
对于很多场合存在供电不便的情况，需要采用电池供电，功耗控制是系统设计中必不可少的组成部分。如何最大限度的降低系统功耗、减少不必要的能源损失、延长电池使用时间已经成为系统设计中研究的重点问题。在嵌入式系统中，其功耗主要由单片机功耗和外围硬件接口设备功耗组成，节省功耗是一个硬件设计与软件控制相互结合的协调过程。
现有的数据采集传输装置一般采用芯片内部提供的各种省电模式进行控制，但是即使芯片进入低功耗模式也需要较多的能耗保持相应的模块工作，以保证能够准确唤醒。系统的低功耗设计，并非是某一方面、某一角度的解决方案，而应当从系统级的设计考虑，目前的设计及应用无法达到用户满意的程度。
技术实现要素：
本发明提供了一种基于时钟芯片的低功耗数据采集传输系统及实现方法，本发明基于微控制器芯片、传感器模块、时钟芯片模块和无线通信模块实现了的数据采集传输功能，解决了在供电不便的情况下保证电池能长时间有效工作，实现数据的有效采集和传输，详见下文描述：
一种基于时钟芯片的低功耗数据采集传输系统，所述数据采集传输系统包括：微控制芯片、时钟芯片模块、传感器模块、无线通信模块、存储电路模块、程序烧写电路模块、晶振电路模块和电源电路模块，
所述微控制芯片通过i2c总线与所述时钟芯片模块通信，所述微控制芯片的中断引脚与所述时钟芯片模块的中断控制引脚相连；所述微控制芯片通过通用接口与所述传感器模块通信；所述微控制芯片通过串行外设接口与所述无线通信模块通信；所述微控制芯片通过串行外设接口与所述存储电路模块通信；所述微控制芯片分别连接所述程序烧写电路模块和所述晶振电路模块；
所述微控制芯片通过所述时钟芯片模块的控制作用能够从节电模式进入工作模式；所述微控制芯片通过所述传感器模块对数据进行定时获取采集；所述微控制芯片通过调用所述无线通信模块将采集的数据传输至外接的采集系统；所述微控制芯片通过所述存储电路模块完成采集数据的存储。
所述传感器模块包括：温度传感器、湿度传感器、水位传感器、风速传感器、压力传感器或rfid信息采集器。
所述通信接口包括：rs485、rs232、spi或i2c接口。
所述电源电路模块包括：电池供电模块和太阳能电池板模块；
电池供电模块实现对整个数据采集传输系统的供电；太阳能电池板模块负责完成对电池供电模块进行充电。
所述微控制芯片具体为型号msp430f2370的低功耗单片机；所述无线通信模块具体为型号hlk-rm04的模块。
所述时钟芯片模块具体为型号bl5372的芯片；所述时钟芯片模块与所述微控制芯片相连；所述时钟芯片模块的第1引脚与第一电阻的一端相连；所述时钟芯片模块的第2引脚与第二电阻的一端相连；所述时钟芯片模块的第3引脚与第三电阻的一端相连；所述时钟芯片模块的第5引脚与第四电阻的一端相连；所述时钟芯片模块的第6引脚和第7引脚之间连接有32.768khz的晶振；所述时钟芯片模块的第8引脚分别与第一电容的一端、第二电容的一端、第一二极管的阴极、第二二极管的阴极相连；所述第一二极管的阳极接电源；所述第二二极管的阳极接电池；所述第一电容和所述第二电容的另一端、所述时钟芯片模块的第4引脚均接地；所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻的另一端、第三电容、第四电容的一端、所述微控制芯片的电源端均连接所述电源；所述第三电容、所述第四电容的另一端接地。
一种基于时钟芯片的低功耗数据采集传输系统的实现方法，所述实现方法包括以下步骤：
(1)微控制芯片完成上电初始化设置，将实时数据时间、定时开关机时间和周期性定时时间写入时钟芯片模块，然后执行步骤(2)；
(2)微控制芯片使能时钟芯片模块的周期性定时中断，然后执行步骤(3)；
(3)微控制芯片切断除微控制芯片以外的其余模块的供电，微控制芯片关闭除中断唤醒模块之外的其他内部模块，执行步骤(4)；
(4)微控制芯片通过程序控制自身进入节电模式，执行步骤(5)；
(5)当微控制芯片接收到中断唤醒时，判断该中断唤醒是否是周期性中断，如果是则进入步骤(6)，如果否，则判断该中断唤醒是开机中断或关机中断，如果是开机中断则执行步骤(7)；如果是关机中断则执行步骤(8)；
(6)微控制芯片打开除中断唤醒模块之外的其他内部模块，微控制芯片给除微控制芯片以外的其余模块上电，将传感器模块设置为采集模式，将无线传输模块设置为收发工作模式，然后执行步骤(9)；
(7)微控制芯片使能时钟芯片模块的周期性定时中断，执行步骤(4)；
(8)微控制芯片禁能时钟芯片模块的周期性定时中断，执行步骤(4)；
(9)微控制芯片通过传感器模块采集数据信息，并存储至存储电路模块，进入步骤(10)；
(10)微控制芯片通过无线传输模块将采集到的数据信息发送至外接的采集系统，进入步骤(11)；
(11)微控制芯片确认数据发送成功，进入步骤(12)，否则继续执行步骤(10)；
(12)微控制芯片清空存储电路模块中的数据，返回步骤(3)。
本发明提供的技术方案的有益效果是：该数据采集传输系统通过采用微控制芯片、传感器模块、时钟芯片模块和无线通信模块实现各种数据信息的采集和无线传输；通过时钟芯片模块来实现对微控制芯片的控制，从而实现微控制芯片的自动开关机、以及定时唤醒工作模式的切换，达到使数据采集传输系统低功耗化的目的，不仅实现了节能处理，而且还增强了数据采集传输系统的智能控制能力。该低功耗设计解决了功耗的问题，保证了数据采集传输系统能够长时间持续工作，提高了产品的使用寿命，降低了维护费用，提高了产品的市场竞争力，满足了用户的各种使用要求；而且低功耗设计延长了电池的使用寿命，大大减少了废旧电池对生态环境的污染，保护了自然生态环境。
附图说明
图1为一种基于时钟芯片的低功耗数据采集传输系统的结构示意图；
图2为时钟电路模块示意图；
图3为电源电路模块示意图；
图4为时钟电路模块的电路原理图；
图5为一种基于时钟芯片的低功耗数据采集传输系统实现方法的流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1：微控制芯片；2：时钟芯片模块；
3：传感器模块；4：无线wifi通信模块；
5：存储电路模块；6：程序烧写电路模块；
7：晶振电路模块；8：电源电路模块；
r0：第一电阻；r1：第二电阻；
r2：第三电阻；r3：第四电阻；
c0：第一电容；c1：第二电容；
c3：第三电容；c4：第四电容；
d0：第一二极管；d1：第二二极管；
vcc：电源；batt：电池。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
本发明实施例提供了一种基于时钟芯片的低功耗数据采集传输系统，参见图1，该数据采集传输系统包括：微控制芯片1、时钟芯片模块2、传感器模块3、无线通信模块4、存储电路模块5、程序烧写电路模块6、晶振电路模块7和电源电路模块8。
微控制芯片1通过i2c总线与时钟芯片模块2通信，微控制芯片1的中断引脚与时钟芯片模块2的中断控制引脚相连；微控制芯片1通过通用接口(采用通用的rs485、rs232、spi或i2c接口)与传感器模块3通信；微控制芯片1通过串行外设接口(采用通用的uart接口)与无线通信模块4通信；微控制芯片1通过串行外设接口(采用通用的spi接口)与存储电路模块5通信；微控制芯片1分别连接程序烧写电路模块6和晶振电路模块7。
微控制芯片1通过时钟芯片模块2的控制作用能够从节电模式进入工作模式；微控制芯片1通过传感器模块3对数据进行定时获取采集。微控制芯片1通过调用无线通信模块4将采集的数据传输至外接的采集系统。微控制芯片1通过存储电路模块5完成采集数据的存储。
综上所述，本发明实施例通过采用微控制芯片1、时钟芯片模块2、传感器模块3和无线通信模块4，实现各种数据信息的采集和无线传输；通过时钟芯片模块2来实现对微控制芯片1的控制，从而实现mcu的自动开关机、以及定时唤醒工作模式的切换，达到使数据采集传输系统低功耗化的目的。
实施例2
下面结合图1、图2、图3对实施例1中的方案进行详细的介绍，详见下文描述：
参见图1，时钟芯片模块2用于实现对微控制芯片1的控制，从而实现微控制芯片的自动开关机、以及定时唤醒工作模式的切换。
传感器模块3包括：温度传感器、湿度传感器、水位传感器、风速传感器、压力传感器、或rfid信息采集器。传感器模块3的通信接口可分为：rs485、rs232、spi或i2c接口。
存储电路模块5用来实现采集信息的存储和读取。当设备网络无连接时采集到的数据需要调用存储电路模块5进行存储，网络连接成功时，微控制芯片1读取存储电路模块5中的数据发送出去。存储电路模块5也存储每个数据采集装置自身特定的身份信息。
程序烧写电路模块6用于实现对微控制芯片1的固件下载。晶振电路模块7用于为微控制芯片1提供正常工作所需要的时钟。
参见图2，电源电路模块8包括：电池供电模块81和太阳能电池板模块82。电池供电模块81实现对整个数据采集装置的供电。太阳能电池板模块82负责完成对电池供电模块81进行充电。
其中，本发明中微控制芯片1采用型号为msp430f2370的低功耗单片机来实现。
进一步地，该时钟芯片模块2采用型号为bl5372的芯片来实现。
进一步地，该无线通信模块4采用型号为hlk-rm04的模块来实现。
本发明实施例对微控制芯片1、时钟芯片模块2、无线通信模块4的型号不做限定。
参见图1和图3，在数据采集传输系统中，微控制芯片1为主设备，时钟芯片模块2为从设备，使用i2c总线的sda(数据)线相连接并实现数据通信，i2c总线的sda数据线，scl为时钟线。
时钟芯片模块2包括：振荡器模块、存储模块、分频模块、接口模块和中断控制模块。振荡器模块，用于依预定频率产生振荡信号。常用的32.768khz，并向外引出芯片的两个引脚6和7，即oscin和oscout，作为振荡器单元的输入输出口。存储模块，在其中设置包括有年、月、日、时、分、秒的计时寄存器，并用于根据振荡信号走时依次写入或读取对应的实时数据；其中，振荡器模块与存储模块之间设置有分频器模块，用于同时向时钟芯片外输出时钟信号；接口模块，控制连接总线接口和地址寄存器，用于根据该总线接口接收的来自总线的实时请求，控制地址寄存器从相应的计时寄存器中写入或读取实时数据，外引出引脚2和引脚3，即scl和sda。中断控制模块，用于控制时钟芯片的周期性中断和闹钟告警的输出，向外引出的外部中断引脚1和5，即intrb和intra。引脚4为接地引脚，引脚8为供电引脚。
系统初始化时，微控制芯片1通过i2c总线对时钟芯片模块2写入实时数据时间、定时开关机时间和周期性定时时间的操作。
时钟芯片模块2到设定的定时开机时间时，会从intra产生闹钟告警中断，将微控制芯片1从节电模式唤醒进入工作模式；时钟芯片模块2到设定的定时关机时间时，会从intra产生闹钟告警中断，将微控制芯片1从工作模式进入节电模式。
时钟芯片模块2到设定的周期性定时中断时，则会从intrb产生闹钟周期性定时中断信号从节电模式唤醒进入工作模式。
这样就可以使该微控制芯片1大部分时间都均处在节电模式下，从而使整个数据采集装置的功耗达到最低。
综上所述，本发明实施例通过采用微控制芯片1、时钟芯片模块2、传感器模块3和无线通信模块4，实现各种数据信息的采集和无线传输；通过时钟芯片模块2来实现对微控制芯片1的控制，从而实现微控制芯片的自动开关机、以及定时唤醒工作模式的切换，达到使数据采集传输系统低功耗化的目的。
实施例3
参见图4，时钟芯片模块2与微控制芯片1相连(即第1引脚tntrb、第2引脚scl、第3引脚sda和第5引脚tntra与微控制芯片1相连)；时钟芯片模块2的第1引脚tntrb与第一电阻r0的一端相连；时钟芯片模块2的第2引脚scl与第二电阻r1的一端相连；时钟芯片模块2的第3引脚sda与第三电阻r2的一端相连；时钟芯片模块2的第5引脚tntra与第四电阻r3的一端相连；时钟芯片模块2的第6引脚oscout和第7引脚oscin之间连接有32.768khz的晶振；时钟芯片模块2的第8引脚vdd分别与第一电容c0的一端、第二电容c1的一端、第一二极管d0的阴极、第二二极管d1的阴极相连；第一二极管d0的阳极接电源vcc；第二二极管d1的阳极接电池batt；第一电容c0和第二电容c1的另一端、时钟芯片模块2的第4引脚gnd均接地；第一电阻r0、第二电阻r1、第三电阻r2、第四电阻r3的另一端、第三电容c3、第四电容c4的一端、微控制芯片1的电源端vdd均连接电源vcc；第三电容c3、第四电容c4的另一端接地。
实施例4
参见图5，一种基于时钟芯片的低功耗数据采集传输系统实现方法，具体实现步骤如下：
(1)微控制芯片1完成上电初始化设置，将实时数据时间、定时开关机时间和周期性定时时间写入时钟芯片模块2，然后执行步骤(2)；
(2)微控制芯片1使能时钟芯片模块2的周期性定时中断，然后执行步骤(3)；
(3)微控制芯片1切断除微控制芯片1以外的其余模块的供电，微控制芯片1关闭除中断唤醒模块之外的其他内部模块，执行步骤(4)；
(4)微控制芯片1通过程序控制自身进入节电模式，执行步骤(5)；
(5)当微控制芯片1接收到中断唤醒时，判断该中断唤醒是否是周期性中断，如果是则进入步骤(6)，如果否，则判断该中断唤醒是开机中断或关机中断，如果是开机中断则执行步骤(7)；如果是关机中断则执行步骤(8)；
(6)微控制芯片1打开除中断唤醒模块之外的其他内部模块，微控制芯片1给除微控制芯片1以外的其余模块上电，将传感器模块3设置为采集模式，将无线传输模块4设置为收发工作模式，然后执行步骤(9)；
(7)微控制芯片1使能时钟芯片模块2的周期性定时中断，执行步骤(4)；
(8)微控制芯片1禁能时钟芯片模块2的周期性定时中断，执行步骤(4)；
(9)微控制芯片1通过传感器模块3采集数据信息，并存储至存储电路模块5，进入步骤(10)；
(10)微控制芯片1通过无线传输模块4将采集到的数据信息发送至外接的采集系统，进入步骤(11)；
(11)微控制芯片1确认数据发送成功，进入步骤(12)，否则继续执行步骤(10)；
(12)微控制芯片1清空存储电路模块5中的数据，返回步骤(3)。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。