一种实现电池供电设备省电的无线通讯系统及方法与流程

本发明属于电器设备控制领域，尤其是涉及一种通过改进无线通讯系统交互方式来实现电池供电设备省电的无线通讯系统及方法。

背景技术：

在智能家居应用领域对用户来说除了使用方式多样便捷、性能可靠是影响体验度的指标外，对系统进行频繁的维护也是一个严重影响客户使用体验的指标。在基于无线通讯技术为基础的智能家居系统领域，有很多产品由于安装位置、受控单元特性等条件的限制无法采用交流电供电方式，而必须采用电池供电方式，因此电池使用时间的长短是影响系统维护频繁程度的一个重要指标。

以电池供电的智能门锁为例，正常使用时一天门锁的开关次数平均不到15次，而为了实现开锁指令的无延时反应，一般采用小于1.5秒休眠唤醒通讯一次查询是否有开锁操作，这样一天的通讯次数就至少有56700次。因此采用电池供电无线通讯智能设备通讯部分的耗电一般要占设备总耗电的70%以上。其中通讯中的发送耗电又是接收耗电的3-4倍，所以通讯发送耗电要占总耗电的50% ，因此需要一种优化通讯方式的方法来减少整个通讯过程的耗电，特别是发送时的耗电。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的电池供电设备经常唤醒后产生的耗电问题，提供一种实现电池供电设备省电的无线通讯系统。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种实现电池供电设备省电的无线通讯系统，所述无线通信系统包括：

- 操控设备，所述操控设备用于发送操作指令给智能主机；所述操控设备一般为包含操作软件的移动控制终端设备；

- 智能主机，所述智能主机接收到操作指令后发送操作指令给目标控制设备；智能主机的供电采用交流常供电的方式；以及

- 电池供电设备；

智能主机控制电池供电设备的控制指令需要在预设的寿命周期中按照一定的间隔时间反复发送，实现电池供电设备定时休眠唤醒后不丢失操作控制指令，其后电池供电设备是否发送操作反馈通讯根据设备特性来确定非必须要求，智能主机在接收到电池供电设备的操作反馈可提前结束寿命周期中的发送，清空相关信息。

优选地，所述无线通信系统还包括常供电设备，智能主机控制常供电设备的控制指令在完成一次发送并接收设备操作反馈后完成通讯交互过程。

本发明的另外一个目的在于，针对现有技术中存在的电池供电设备经常唤醒后产生的耗电问题，提供一种实现电池供电设备省电的无线通讯方法。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种实现电池供电设备省电的无线通讯方法，所述无线通讯方法依次包括如下步骤：

（1）智能主机接收到操控设备的控制指令后根据控制常供电设备还是电池供电设备，来选择不同的命令协议格式并转发控制指令；

（2）常供电设备接收相应控制指令后执行操作，并根据下发的命令协议格式反馈状态给智能主机；

（3）电池供电设备周期休眠唤醒后，监控无线通讯数据，在监控的时间片中根据接收的情况执行操作或时间片到退出监听重新进入休眠中。

优选地，所述步骤（1）中依次包括如下步骤：

（101）智能主机接收到对电池供电设备的控制命令后，设置目标发送标识和寿命时间片定时器，然后判定当时是否还有未发送完成的设备控制命令；

（102）还有未完成发送的设备控制指令，对原命令协议格式通讯帧进行变换，变成包含原设备控制信息和相关电池供电设备控制信息的扩展协议格式通讯帧进行发送；

（103）没有其他未完成发送的设备控制指令时，直接组成包含相关电池供电设备控制信息的扩展协议格式通讯帧进行发送；

（104）判断扩展协议格式通讯帧的发送寿命时间是否结束；寿命时间结束后进入步骤（106），寿命时间没有结束进入步骤（105）；

（105）判断扩展协议格式通讯帧的周期发送时间是否到，时间到重新进入步骤（103），再次发送扩展协议格式通讯帧；时间不到继续等待；

（106）目标对象寿命时间片结束，清除目标对象发送标志，结束扩展协议格式通讯帧的发送，进入其他处理程序；

（107）智能主机接收到对常供电设备的控制命令后，使用一般协议格式对控制命令进行通讯打包；

（108）发送一般协议格式下的控制命令指令；

（109）等待接收常供电设备的反馈信息后进入步骤（106）。

优选地，所述步骤（2）中依次包括如下步骤：

（201）常供电设备接收智能主机的控制命令，进行解析匹配，确定需要执行的操作行为；

（202）常供电设备进行相关操作行为；

（203）根据步骤（201）的解析判断是否是扩展协议格式通讯帧；

（204）明确接收的命令为扩展协议格式通讯帧，反馈执行状态也采用扩展协议格式进行发送；

（205）明确接收的命令为一般协议格式通讯帧，反馈执行状态也采用一般协议格式进行发送。

优选地，所述步骤（3）中依次包括如下步骤：

（301）电池供电设备定时休眠时间到唤醒，重新设置下次休眠的时间；

（302）监听无线通讯，并判断是否监听到一个完整的通讯帧；监听到完整通讯帧后转入步骤（303）；没有监听到完整的通讯帧转入步骤（305）；

（303）在监听到完整的通讯帧后判断是否和自身有关；

（304）再和自身相关情况下执行相应的操作，并更新下次的休眠时间，本次休眠时间不同于普通休眠周期时间，时间数值需要大于扩展协议格式通讯帧的寿命时间片数值，确保下次休眠唤醒时本次操作命令已经终结，不必重复进行操作，转入步骤（306）；

（305）判断监听检测周期是否结束，如果结束进入步骤（306）；监听检测周期没有结束转入步骤（302）；

（306）重新进入休眠。

优选地，所述通讯帧格式包括命令字段、目标地址字段、帧长字段和数据内容；一般协议格式通讯帧变化为扩展协议格式通讯帧采用的是对特定字段内容进行变换的方法。

优选地，选择对命令字段进行变化，包括：首先，对命令字节内容增加一个常量，产生一个新的命令字节，此命令字节数值是一般协议格式下不存在的命令字节数值；常供电设备在接收通讯帧后，如果检测到此命令字节数值超过了协议规定的最大数值后就减去常量后即可以获得正确的命令字节数值；其次，在命令字节后面插入扩展命令字节，扩展命令字节的高位指对电池供电设备的地址，低位指对需要操作的状态信息，每扩展一个命令字节对应一个电池供电设备，如果同时有多个电池供电设备被命令操作，则通讯帧中就有多个扩展命令字节。

优选地，扩展命令字节的数量和当时被操作的电池供电设备数量相一致，每产生一个对电池供电设备的新操作就会产生一个新的扩展命令字节。

优选地，每个产生的扩展命令字节都有一个对应是寿命时间片，寿命时间片包括起始时刻和寿命时间长度。当寿命时间长度消耗完后相应扩展命令字节从无线通讯命令指令中被删除。当删除最后一个扩展命令字节后，无线通讯系统指令从扩展协议格式调整为一般协议格式。

优选地，所述寿命时间片时间长度需要略大于电池供电设备定时休眠周期长度，以确保电池供电设备每次定时休眠唤醒时不丢失操作状态命令。

优选地，当无线通讯系统指令采用扩展命令格式时需要进行周期发送相应指令，发送周期时间长度需要略小于电池供电设备无线通讯监听周期时间长度，确保电池供电设备监听时不丢失操作状态命令。

优选地，无线通讯系统既有对电池供电设备操作命令，也有对交流常供电设备操作命令时发送的扩展协议格式是在控制交流常供电设备的一般协议格式基础上扩展的，同时交流常供电设备完成操作反馈执行状态的通讯帧也采用了相同的扩展协议格式进行发送。在没有交流常供电设备操作命令时无线通讯系统发送的扩展协议格式是专属于电池供电设备的数据通讯协议格式。

优选地，操控设备下达的对电池供电设备的操作命令由智能主机或专门指定服务于电池供电设备的其他设备在相应的扩展协议格式寿命期限内按相应的发送频度进行无线通讯系统指令的发送，并在相应寿命期限结束后退出发送恢复初始状态。

本发明的有益效果是，通过改变无线通讯方式，利用智能主机周期发送含有电池供电设备控制信息的通讯指令，使得电池供电设备在每次休眠唤醒后不再需要通过发送查询的方式了解自身的操作命令，只需要在单位时间内监听环境中的无线通讯帧即可了解自身操作命令。减少了电池供电设备在通讯中最耗电的发送动作，实现了在产品反应速度不变的情况下的大幅节电，延长设备电池更换的时间，提升客户使用的满意度。使用本发明的技术方案开发的产品，具有扩展性强，使用环境条件广的优点，市场前景广阔。

附图说明

图1为本发明所提供的一种实现电池供电设备省电的无线通讯系统的拓扑示意图；

图2为电池供电智能设备的休眠唤醒后的传统通讯步骤示意图；

图3为本发明所提供的电池供电设备的休眠唤醒后的通讯步骤示意图；

图4为本发明所提供的智能主机的通讯处理流程示意图；

图5为本发明所提供的常供电智能设备的通讯处理流程示意图；

图6为本发明所提供的电池供电智能设备的通讯处理流程示意图；

图7为本发明所提供的一般协议格式通讯帧和扩展协议格式通讯帧的示意图；

图中，1-包含操作软件的移动控制终端设备；2-智能主机；30、31、32-常供电智能设备；40、41-电池供电智能设备。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

如图1所示，图1为本发明所提供的一种实现电池供电设备省电的无线通讯系统的拓扑示意图，包括含操作软件的移动控制终端设备1，智能主机2，常供电智能设备30、31、32，电池供电智能设备40、41。

在传统的无线通讯系统通讯交互方式中操控设备发送操作指令给智能主机，智能主机接收到操作指令后根据受控设备是电池供电设备还是常供电设备分别处理。如果是控制常供电设备，智能主机直接发送控制指令和常供电设备进行交互完成控制过程。如果是控制电池供电设备，智能主机记录信息等待电池供电设备休眠唤醒后，主动发起通讯来获取操作信息。在改进后的无线通讯方式中智能主机在接收到对电池供电设备的操作命令时，使用扩展协议格式通讯帧发送操作指令，并且在预设的寿命周期中按一定的间隔时间反复发送，实现电池供电设备定时休眠唤醒后通过监听无线通讯信息即可知道对自身的操作控制指令。其后电池供电设备是否发送操作反馈通讯可以根据设备特性来确定非必须要求，智能主机在接收到电池供电设备的操作反馈可提前结束寿命周期中的发送，清空相关信息。

在图2中表示了传统通讯模式下电池供电设备休眠唤醒后的工作步骤：

步骤410：电池供电智能设备休眠唤醒；

步骤411：电池供电智能设备向智能主机发送查询命令；

步骤412：电池供电智能设备接收智能主机反馈的动作执行信息；

步骤413：电池供电智能设备根据反馈的动作执行信息确定操作行为；如果执行了相应动作，可进入步骤414反馈执行后的状态，如无需反馈执行状态可直接进入步骤415；如果无执行动作，直接进入步骤415；

步骤414：电池供电智能设备反馈执行动作后的状态；

步骤415：电池供电智能设备重新进入休眠，等待下一个定时周期完成后的唤醒动作。

在图3中表示了改进通讯流程后电池供电设备休眠唤醒后的工作步骤：

步骤420：电池供电智能设备休眠唤醒；

步骤421：电池供电智能设备初始化定时参数后，开始监听无线通讯并记录监听时长。在监听到一个完整的无线通讯帧后进入步骤422，在监听时长结束时进入步骤424；

步骤422：根据监听到的无线通讯指令执行相关动作后转入步骤423，如无需反馈执行状态可直接进入步骤424；或在无关自身情况下进入步骤424；

步骤423：电池供电智能设备反馈执行动作后的状态；

步骤424：电池供电智能设备重新进入休眠，等待下一个定时周期完成后的唤醒动作。

改进后的无线通讯方式让电池供电智能设备在休眠唤醒后无需主动发送通讯去获取自身的执行状态，通过监听就可以获得自身的执行状态。利用接收状态耗电比发送状态远小的特性达到省电的目的。同时原通讯方式下每次唤醒都必须进行一次发送和接收的通讯过程，采用改进后的监听模式有一定概率在无线通讯系统静默下连接收模式也不需要进入，达到更省电的目的。

在图4中表示了改进通讯方式下智能主机的通讯工作步骤：

步骤200：智能主机接收到对电池供电设备的控制命令后，设置目标对象发送标志和寿命时间片定时器，然后判定当时是否还有未发送完成的设备控制指令，如有进入步骤201，没有进入步骤202；

步骤201：对原命令协议格式通讯帧进行变换，变成包含原设备控制信息和相关电池供电设备控制信息的扩展协议格式通讯帧进行发送，然后进入步骤204；

步骤202：直接组成包含相关电池供电设备控制信息的扩展协议格式通讯帧进行发送，然后进入步骤203；

步骤203：判断扩展协议格式通讯帧的发送寿命时间是否结束；寿命时间结束后进入步骤205，寿命时间没有结束进入步骤204；

步骤204：判断扩展协议格式通讯帧的周期发送时间是否到，时间到重新进入步骤202，再次发送扩展协议格式通讯帧；时间不到继续等待；

步骤205：目标对象寿命时间片结束，清除目标对象发送标志，结束扩展协议格式通讯帧的发送，进入其他处理程序；

步骤206：智能主机接收到对常供电设备的控制命令后，使用一般协议格式对控制命令进行通讯打包；

步骤207：发送一般协议格式下的控制命令指令；

步骤208：等待接收常供电设备的反馈信息后进入步骤205。

在图5中表示了改进通讯方式下常供电设备的通讯工作步骤：

步骤300：常供电设备接收智能主机的控制命令，进行解析匹配，确定需要执行的操作行为；

步骤301：常供电设备进行相关操作行为；

步骤302：根据步骤300的解析结果选择步骤303或步骤304执行；

步骤303：明确接收的命令为扩展协议格式通讯帧，反馈执行状态也采用扩展协议格式进行发送，然后退出通讯处理过程；

步骤304：明确接收的命令为一般协议格式通讯帧，反馈执行状态也采用一般协议格式进行发送，然后退出通讯处理过程。

在图6中表示了改进通讯方式下电池供电设备的通讯工作步骤：

步骤400：电池供电设备定时休眠时间到唤醒，重新设置下次休眠的时间；

步骤401：监听无线通讯，并判断是否监听到一个完整的通讯帧；监听到完整通讯帧后转入步骤402；没有监听到完整的通讯帧转入步骤404；

步骤402：通讯帧数据内容判断是否和自身有关，不相关转入步骤405，相关进入步骤403；

步骤403：执行相应的操作，并更新下次的休眠时间，本次休眠时间不同于普通休眠周期时间，时间数值需要大于扩展协议格式通讯帧的寿命时间片数值，确保下次休眠唤醒时本次操作命令已经终结。然后转入步骤405；

步骤404：判断监听检测周期是否结束，如结束进入步骤405；监听检测周期没有结束转入步骤401；

步骤405：重新进入休眠。

在图7中表示了无线通讯系统的命令协议格式，本发明通过两种不同的命令格式来区分对单纯对常供电设备的命令和附带对电池供电设备的命令。本发明提供的方法是改变其中某一特定字段的内容来实现两种命令格式的区分。在本实例中通过改变命令字段的内容来表现。在本发明中单纯对常供电设备的命令采用一般协议格式，附带对电池供电设备的命令采用扩展协议格式。本发明实例中一般协议格式通讯帧变化为扩展协议格式通讯帧采用的是对命令字段进行变化的方法。首先对命令字节内容增加一个常量，产生一个新的命令字节，此命令字节数值是一般协议格式下不存在的命令字节数值，常供电设备在接收通讯帧后，如果检测到此命令字节数值超过了协议规定的最大数值后就减去常量后可获取正确的命令字节数值。其次在命令字节后面插入扩展命令字节，扩展命令字节的高位指对电池供电设备的地址，低位指对需要操作的状态信息；每一个扩展命令字节对应一个电池供电设备，如果同时有多个电池供电设备被命令操作，则通讯帧中有多个扩展命令字节。同时由于常供电设备的地址和电池供电设备的地址进行了区间分割因此常供电设备和电池供电设备能在通讯帧中准确的解析出各自的数据，不会因为加入了扩展命令字节产生数据解析错误。

前述对发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。