专利名称：低能耗无线数据传送的传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通讯技术领域。本实用新型涉及一种传感器，其用于将数据从传
感器向基站进行无线传输。
背景技术：
传感器，特别是接近传感器已普遍公开，并应用在自动控制传感器、生产系统和工 艺技术类传感器上。接近传感器使人们能够对流体平面进行测量，或对工件或机械元件的 位置实施测量。接近开关使人们能够对流体、工件或机械元件的接近或远离实施探测。为 了去掉传感器的布线(这一点在传感器很多的情况下有其优势)，传感器通过无线方式无 线地传输其测量数据。 电池驱动的传感器通常都有所谓的休眠模式，来降低自身能耗。在无线通讯系统 中，发送器和接收器在休眠模式下都被关闭，只是被周期性的激活。对于需要将传感器数据 无线地传输给某基站的独立的传感器，则有这样的任务，即要维持传感器在尽可能最低的 能耗下运行，同时又必须保障可靠的传感器数据的传送。 TDMA时分多址通信技术是已经普遍公开的。这一技术能够实现在通讯介质上受控 的和确定性的存取(Zugriff)。 TDMA被应用于例如卫星通讯、移动通讯系统(GSM)和无线 电话中。
实用新型内容本实用新型的任务是实现一种低能耗的将数据从传感器向基站进行无线传输的 传感器，并避免前述缺点。 这一任务是通过一种低能耗的将数据从传感器向基站进行无线传输的传感器而
完成的。所述传感器，用于将数据通过通讯单元从传感器单元向基站进行无线传输，其中通 讯单元具有用于接收调制同步信号和调制肯定应答信号的接收器以及用于发送调制数据
信号的发送器，其中所述接收器和所述发送器都具有激活模式和休眠模式，其特征在于，所
述传感器具有一个用于根据传感器单元的唤醒信号以及接收器的肯定应答信号的指示而
切换接收器和发送器的工作模式的休眠单元，并且所述发送器具有用于根据所述接收器的
否定应答信号的指示而重复发送调制数据信号的装置，且所述接收器具有用于接收调制同
步信号的装置和用于生成使得所述调制数据信号在时域上同步的同步信号的装置。 根据本实用新型，通讯单元由其分属的传感器单元获取一个唤醒信号并从节能的
休眠模式切入到激活模式。由通讯单元的一个接收器接收及探测到从基站发送出的周期性
重复的调制同步信号。在这一信号探测后间隔了一预设的时间间隔之后，由通讯单元的一
个发送器发送一个调制数据信号。所述接收器则等待一个调制肯定应答信号。在接收到一
个此类信号之后，通讯单元再次切入休眠状态。否则，调制数据信号在不断重复的、分属于
该通讯单元的时隙内被不断重复发送，直到接收到调制肯定应答信号为止。 根据本实用新型，所述通讯单元也可由信号从不同的起始时间点切入到激活或休眠模式中去。 本实用新型有以下优点，即所述通讯单元的高能耗运行状态只会在在数据必须被
传送的时候才会出现，而且在一次成功的数据传送之后就会被再次切入到休眠模式中去。 本实用新型进一步的优点是，通讯单元可在传感器数据出现的时候会立刻切入激
活模式，而不需要等待基站的唤醒信号。由于同步信号可被更加频繁的传输(其对于外部
的唤醒信号来说更为合理)，这样就可以使传感器数据被更快地向基站传输。 在本实用新型更进一步的改进方案中，传感器是一个接近传感器或一个接近开
关。传感器优选为电感式、电容式、光电式或超声波传感器或霍尔传感器。
下面将结合附图中示出的本实用新型优选实施例来进一步介绍本实用新型。其
中
图1以示意图方式示出了一个根据本实用新型的传感器； 图2示出了一个信号帧；
图3以示意图方式示出了一次通讯的过程； 图4示出了一个信号帧中一个单独的时隙。
在图中采用的参考标识和其表达的含义都在参考标识列表中总结列出。原则性
的，在附图中相同的部分都采取了相同的参考标识。
具体实施方式图1以示意图方式示出了根据本实用新型的带有通讯单元IO及其分属的传感器 单元15的传感器1的功能结构图。通讯单元10具有用于与发送器12和接收器13连接的 电磁波的天线11，以及休眠单元14。通讯单元10具有用于传送由接收器13到发送器12的 同步信号sync和否定应答信号nACK的信号连接，用于传送由接收器13到休眠单元14的 肯定应答信号ACK的信号连接，用于传送由休眠单元14到发送器12和接收器13的唤醒/ 休眠信号w/s的信号连接，用于传送由传感器单元15到休眠单元14的唤醒信号w的信号 连接，以及用于传送由传感器单元15到发送器12的数据信号d的数据连接。通讯单元10 特别是发送器12和接收器13，具有用于数据传送的激活模式，以及需要极低耗能或不需要 耗能的休眠模式。 所述的通讯是基于时分多址通信技术TDMA(Time DivisionMultiple Access)。此 类通信技术是众知的，并已被采用在移动电话中。在图2中沿时间轴t绘出了 TDMA系统中 一次数据传送的时域流程。基站在每一时间片段21内发送一次同步信号，同步信号例如是 在载波频率上加调制所得。TDMA通讯系统的通讯单元10相应的一个或多个传感器1接收 调制同步信号，并由此识别出一个时域上的信号帧20的起始时间点。多个传感器1中的每 一个都会对应一个信号帧20中的至少一个时隙22，也就是对应于一个由信号帧20的起始 时间点(相对于调制同步信号21的接收)与时隙22的起始时间点之间的一个时域上的延 迟。这一各自时延的分属信息，被存储在传感器1的通讯单元10内以及基站内。 图3示出了发生的信号在时域上的序列。具体的说，可先将一个传感器1的通讯 单元10设置在休眠模式。其分属的传感器单元15经历一次状态变换，因此而将一个唤醒信号w发送到休眠单元14，以及经过数据连接将一个数据信号d提供给发送器12。由于这 一唤醒信号w，休眠单元14为发送器12和接收器13生成一个唤醒信号w/s，来将其由休眠 模式切入激活模式。接收器通过天线ll接收到一个信号，例如在已知的载波频率上，并在 这一信号中寻找调制同步信号21，例如是通过对接收到的信号与已经存储的调制同步信号 进行相关性计算。在寻找到之后，接收器13即向发送器12传输这一同步信号sync。由已 知的在信号帧20内对应传感器1的时隙22的位置，即可得出预设的调制同步信号21接收 与分配的时隙22之间的时延。在这一时延之后，发送器在属于传感器l的时隙内通过天线 11传输一个数据信号d的调制版本d_m。 在本实用新型更进一步的改进方案中，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扰而没有收到调制同步信号21的时候，用于传输调制数据信号d_m的 时隙22则根据通讯单元10的内部时钟而确定。这一内部时钟根据基站的调制同步信号21 或根据其他时间信号例如是全球定位系统(GPS)的时间信号而被同步。 在基站接收到一个确定的传感器1的调制数据信号d_m的情况下，基站因此发送 一个调制肯定应答信号ACK_m。 在本实用新型更进一步的改进方案中，在基站在第一时隙22内接收到一个调制
数据信号d_m的情况下，基站会将一个相应的调制肯定应答信号ACK_m首先在紧跟在第一
时隙后的第二时隙22之内发出。这一关系在图4中示出-第二调制数据信号d_m(n)被由第二传感器1向基站传送； _之后一个可能的之前第一调制数据信号的第一调制肯定应答信号八0(_111(11-1)
被由基站向第一传感器1传送；-之后第三调制数据信号d_m(n+l)被由第三传感器1向基站传送；-最后第二调制数据信号d_m(n)其接收的第二调制肯定应答信号ACK_m(n)被由
基站向第二传感器l传送。 这一过程有其优点，即基站有足够的时间来判断，是否在时隙22内确实地接收到 一个调制数据信号。在更进一步的改进方案中，调制肯定应答信号是在调制数据信号被接 收到的这一时隙22之后的第k个时隙22内被发送，其中k大于1。 k = 1的情况则对应于 上面陈述的肯定应答信号时延为一个时隙22的持续时间的过程。在一个信号帧20的最后 一个k时隙22内被接收到的数据信号的肯定应答信号，则优选的是在下一个信号帧20的 第一个k时隙22内发送。 在本实用新型进一步的改进方案中，用于所有传感器1的调制肯定应答信号ACK_ m被作为调制肯定应答信号编组而被传输，这样就没有调制数据信号d_m位于各调制肯定 应答信号ACKjii之间。这一信号编组的传输相对于调制同步信号21有一个固定的时间平 移，例如是位于信号帧20的末尾，或紧接着调制同步信号21的传送之后。 在本实用新型更进一步的改进方案中，调制肯定应答信号ACKjii会在另一载波频 率上作为调制数据信号d_m而被传输。 在一个调制数据信号d_m通过一个传感器1的发送器12向基站传送但由于某些 干扰影响而没有成功的时候，数据就丢失了。为了尽管如此而保障可靠的数据传送，通讯单 元10会在后续的信号帧20内不断重复发送其数据，直到收到与其相关的调制肯定应答信 号。在接收到这一肯定应答信号之后，通讯单元10即又切入休眠模式。[0032] 此类过程的一个例子在图3中再次示出在调制数据信号d_m的第一次传输之后， 接收器13没有接收到任何调制肯定应答信号ACK_m。为此，接收器13发送给发送器12 — 个否定应答信号nACK。在调制肯定应答信号ACKjii在时隙22内被等待的情况下，(这一时 隙是紧跟在调制数据信号d_m之后)，否定应答信号nACK可以在这一时隙22之后已被生 成，如图3中示出。在本实用新型上述另一种发展方案中，其中调制肯定应答信号ACKjii被 等待多晚，也会多晚生成否定应答信号nACK。而在任何一种发展方案中，发送器12都会在 下一个信号帧20中分属于这一传感器10的时隙22中再一次发送调制数据信号d_m。接收 器13在接收到一个调制肯定应答信号ACK_m的时候，如图3中所示，由此而传输给休眠单 元14 一个肯定应答信号ACK，休眠单元14由此而为发送器12和接收器13生成一个休眠信 号w/s，通过这一信号使其由激活模式切入休眠模式。 在上文中描述的，调制数据信号d_m的重复发送，其相对应的时隙的起始时间点
有优势地根据在每一信号帧中已有的调制同步信号21确定下来。在一个这样的调制同步
信号21没有被接收到的情况下，可将时隙22的起始时间点有优势地根据通讯单元10的内
部时钟确定下来。这一内部时钟可通过接收调制同步信号21而被同步。 在本实用新型一种有利的实施方式中，传感器为一个接近传感器或一个接近开
关，传感器单元的功能实现基于例如电感式、电容式、光电式工作原理或基于霍尔效应或基
于超声波。 优选的，本实用新型可采用取样周期为1Hz至4KHz之间，载波频率在100KHz至 5GHz范围之内，数据传输率为1000比特/秒至10M比特/秒。 特别是载波频率可优选为在ISM(工业、科学及医疗)频段之内，因为这样就不需
要频率许可证，例如可采用大约为(mindestens annahernd) 2. 4GHz的载波频率。优
选的，传感器信号取样率大约为lKHz，一个信号帧20其帧长度大约为1.25微秒或大约为5 微秒，一个时隙22的时间间隔大约为39微秒。 在本实用新型进一步的改进方案中，包含有多个基站，各自拥有不同的传感器(1) 分组。为了避免相互之间的干扰，优选地，这些不同的传感器分组采用不同的频带或/或不 同的同步信号序列。参考标识l传感器10通讯单元11天线12发送器Tx13接收器Rx14休眠单元CHRR15传感器单元S20信号帧21调制同步信号22时隙w唤醒信号w/s唤醒/休眠信号[0051] synch同步信号 d数据信号 cLm调制数据信号 ACK肯定应答信号 nACK否定应答信号 ACK_m调制肯定应答信号 t时间轴。
权利要求一种无线数据传送的传感器，用于将数据通过通讯单元(10)从传感器单元(15)向基站进行无线传输，其中通讯单元(10)具有用于接收调制同步信号(21)和调制肯定应答信号的接收器(13)以及用于发送调制数据信号的发送器(12)，其中所述接收器(13)和所述发送器(12)都具有激活模式和休眠模式，其特征在于，所述传感器具有一个用于根据传感器单元(15)的唤醒信号以及接收器(13)的肯定应答信号的指示而切换接收器(13)和发送器(12)的工作模式的休眠单元(14)，并且所述发送器(12)具有用于根据所述接收器的否定应答信号的指示而重复发送调制数据信号的装置，且所述接收器(13)具有用于接收调制同步信号(21)的装置和用于生成使得所述调制数据信号在时域上同步的同步信号的装置。
2. 根据权利要求l所述的传感器，其特征在于，所述传感器在所述调制同步信号(21) 的接收和所述调制数据信号的发送之间分配有预设的时延。
3. 根据权利要求l所述的传感器，其特征在于，所述传感器单元(15)为一个接近传感 器或一个接近开关。
专利摘要根据本实用新型无线数据传送的传感器，传感器(1)的通讯单元(10)由其分属的一个传感器(15)获得一个唤醒信号(w)，并由节能的休眠模式切入激活模式。通讯单元(10)的接收器(13)探测的周期性重复的基站的调制同步信号，在其后由一个发送器(12)在预设的时间段内发送一个调制数据信号。接收器(13)等待接收一个调制肯定应答信号。在接收到这样的信号之后，通讯单元(10)切入休眠模式。否则调制数据信号就继续在不断重复的、分配给传感器(1)的时隙内重复发送，直到接收到一个调制肯定应答信号。本实用新型有以下优点，即所述通讯单元的高能耗运行状态只会在数据必须被传送的时候才会出现，而且在一次成功的数据传送之后就会被再次切入到休眠模式中去。
文档编号H04L29/08GK201527704SQ20092014714
公开日2010年7月14日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者克里斯托弗·阿普尼塞思, 哈拉尔德·费夫林, 斯塔凡·拉姆塞耶尔, 斯诺尔·谢斯布, 达克费·祖翁 申请人:Abb股份有限公司