一种无线通信装置、无线通信设备以及数据交互系统的制作方法

本实用新型涉及无线通信
技术领域：
，具体而言，涉及一种无线通信装置、无线通信设备以及数据交互系统。
背景技术：
：无线通信是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。无线通信模块是无线通信技术的常见应用方式之一，无线通信模块通常包括成对使用的无线发射模块和无线接收模块，分别安装在发射端设备和接收端设备上，用于实现发射端设备与接收端设备之间的数据交互。目前，无线通信模块已经被广泛地运用在监控、遥控、遥测、数据采集、智能家居、智能感应等
技术领域：
中，其成本低廉，使用简单，大大增加了各设备之间数据交互的灵活性和便利性。然而，现有的无线通信模块缺乏良好的功耗控制设计，不适于在很多低功耗应用场景下使用。技术实现要素：有鉴于此，本实用新型提供一种无线通信装置、无线通信设备以及数据交互系统，以改善现有技术中无线通信模块缺乏低功耗设计，不适于在低功耗场景下使用的问题。为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一方面，本实用实施例提供一种无线通信装置，包括控制模块、设置于控制模块上的模式设置单元以及与控制模块连接的通信模块；模式设置单元与终端设备连接，模式设置模块用于接收终端设备发送的控制信号；控制模块用于从模式设置单元获取控制信号，控制信号包括第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号，并基于第一控制信号将无线通信装置设置于唤醒模式，以使控制模块生成唤醒码，以唤醒与无线通信装置连接的其他与无线通信装置相同的无线通信装置，或者，基于第二控制信号将无线通信装置设置于省电模式，以使控制模块关闭与终端设备之间的除控制信号以外的数据交互功能以及关闭通信模块的数据交互功能，或者，基于第三控制信号将无线通信装置设置于休眠模式，以开启无线通信装置的工作参数的设置功能。可选的，模式设置单元包括第一端口以及第二端口，第一端口与第二端口与终端设备连接，用于接收终端设备发送的控制信号。可选的，无线通信装置还包括供电模块，供电模块分别与控制模块与通信模块连接，供电模块用于向控制模块与通信模块供电。可选的，供电模块与外部电源连接，供电模块包括稳压器，稳压器用于当外部电源的输入电压在第一预设范围内变化时，使输出电压稳定在第一预设电压值附近。可选的，稳压器为低压差线性稳压器。可选的，无线通信装置还包括与控制模块连接的串口，串口与终端设备连接，串口用于控制模块与终端设备进行数据交互。可选的，通信模块包括与控制模块连接的射频收发单元以及与射频收发单元连接的射频天线；射频收发单元用于从控制模块获取第一数据信号并通过射频天线发送第一数据信号至其他无线通信装置，或者，从射频天线接收其他无线通信装置发送的第二数据信号并将第二数据信号发送至控制模块。可选的，射频收发单元包括与控制模块连接的射频子单元以及与射频子单元连接的滤波匹配子单元，滤波匹配子单元与射频天线连接；射频子单元用于从控制模块获取第三数据信号，基于第三数据信号生成第一调制信号，并将第一调制信号发送至滤波匹配子单元，或者，从滤波匹配子单元获取第二调制信号，基于第二调制信号生成第四数据信号，并将第四数据信号发送至控制模块；滤波匹配子单元用于实现射频子单元与射频天线之间的阻抗匹配以及将第一调制信号去除噪声后发送至射频天线，或者，从射频天线接收第二调制信号并去除噪声。第二方面，本实用新型的实施例提供一种无线通信设备，包括两个上述无线通信装置，作为第一无线通信装置以及第二无线通信装置；当第一无线通信装置设置于唤醒模式，第二无线通信装置设置于省电模式时，第一无线通信装置用于唤醒第二无线通信装置，以使第二无线通信装置开启第二无线通信装置的控制模块和与第二无线通信装置连接的终端设备之间的数据交互功能以及开启第二无线通信装置的通信模块的数据交互功能。第三方面，本实用新型的实施例提供一种数据交互系统，包括第一终端设备、第二终端设备以及上述无线通信设备，无线通信设备的第一无线通信装置与第一终端设备连接，无线通信设备的第二无线通信装置与第二终端设备连接，第一终端设备与第二终端设备通过无线通信设备进行数据交互。本实用新型实现的有益效果：本实用新型实施例提供的无线通信装置、无线通信设备以及数据交互系统，通过在无线通信装置中设置模式设置单元于控制模块，控制模块与通信模块连接，模式设置单元与终端设备连接，模式设置单元用于接收终端设备发送的包括第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号的控制信号，控制模块用于从模式设置单元获取该控制信号，并基于第一控制信号将该无线通信装置设置于唤醒模式，以使控制模块生成唤醒码，以唤醒其他与该无线通信装置相同的无线通信装置，或者，基于第二控制信号将该无线通信装置设置于省电模式，以使控制模块关闭与该终端设备之间的除控制信号以外的数据交互功能以及关闭通信模块的数据交互功能，或者，基于第三控制信号将该无线通信装置设置于休眠模式，以开启该无线通信装置的工作参数的设置功能。无线通信装置处于睡眠或休眠模式时，功耗显著降低，可以解决现有无线通信模块不适于在低功耗场景下使用的问题。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本实用新型第一实施例提供的数据交互系统的结构示意图；图2是本实用新型第一实施例提供的第一无线通信装置的结构示意图；图3是本实用新型第一实施例提供的供电模块的结构示意图；图4是本实用新型第一实施例提供的数据交互系统的省电原理示意图。图中：1-数据交互系统；10-第一终端设备；20-第二终端设备；30-无线通信设备；300-第一无线通信装置；310-控制模块；320-模式设置单元；330-串口；340-通信模块；342-射频收发单元；342a-射频子单元；342b-滤波匹配子单元；344-射频天线；350-供电模块；351-稳压器；400-第二无线通信装置。具体实施方式现有的无线通信模块缺乏良好的功耗控制设计，不适于在低功耗应用场景下使用，其使用范围受到很大限制。鉴于上述情况，发明人经过长期的研究和大量的实践，提供了一种无线通信装置、无线通信设备以及数据交互系统以改善现有问题。下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。第一实施例：参照图1，本实施例提供的数据交互系统1包括第一终端设备10、第二终端设备20以及无线通信设备30。无线通信设备30包括结构完全相同的第一无线通信装置300和第二无线通信装置400，第一无线通信装置300设置在第一终端设备10上，第二无线通信装置400设置在第二终端设备20上，第一无线通信装置300与第二无线通信装置400无线通信连接。第一终端设备10和第二终端设备20可以分别通过第一无线通信装置300和第二无线通信装置400进行数据交互。在本实施例中，数据可以从第一终端设备10内部，例如第一终端设备10的微处理器，发送至第一无线通信装置300，第一无线通信装置300再将数据以无线通信的方式发送至第二无线通信装置400，第二无线通信装置400将接收到的数据发送至第二终端设备20内部，例如第二终端设备20的微处理器。或者，数据可以从第二终端设备20内部，发送至第二无线通信装置400，第二无线通信装置400再将数据以无线通信的方式发送至第一无线通信装置300，第一无线通信装置300将接收到的数据发送至第一终端设备10内部。参照图2，以第一无线通信装置300为例阐述其结构以及功能，第二无线通信装置400的结构以及所具有的功能与第一无线通信装置300完全相同，因此对第一无线通信装置300的结构或功能的阐述可以等同于或等效于对第二无线通信装置400的结构或功能的阐述。第一无线通信装置300包括控制模块310、设置于控制模块310上的模式设置单元320、与控制模块310连接的串口330、与控制模块310连接的通信模块340以及供电模块350。控制模块310用于控制无线通信装置工作，通过串口330和第一终端设备10进行数据交互以及和通信模块340进行数据交互。控制模块310可以是，但不限于本实施例采用的STM8L151G6单片机，控制模块310支持低功耗模式运行。串口330可以是任意一种常见的串口330，包括但不限于RS232、RS422或RS484串口，串口330的RXD端口连接控制模块310的PA3引脚(图未示出)，用于接收第一终端设备10的数据，TXD端口连接控制模块310的PA2引脚(图未示出)，用于向第一终端设备10发送数据。可以理解，本实施中对于控制模块310引脚的选择，其方式不是唯一的，并不构成对本实用新型实施方式的限制。模式设置单元320包括第一端口MD0和第二端口MD1，分别连接控制模块310的PC5引脚(图未示出)和PC6引脚(图未示出)，同时第一端口MD0和第二端口MD1还与第一终端设备10连接，可以接收第一终端设备10发送的控制信号，将第一无线通信装置300设置于不同的工作模式，在后文详细阐述。通信模块340用于实现无线通信功能，通信模块340所涉及的第一数据信号、第二数据信号、第三数据信号以及第四数据信号实际上并无本质区别，仅仅是信号的流向或者收发对象不同，与通信模块340的结构或功能无关，因此在下面阐述中统称为数据信号或简称数据；第一调制信号以及第二调制信号实际上并无本质区别，仅仅是信号的流向或者收发对象不同，与通信模块340的结构或功能无关，因此在下面阐述中统称为调制信号。通信模块340包括与控制模块310连接的射频收发单元342以及与射频收发单元342连接的射频天线344，射频收发单元342包括与控制模块310连接的射频子单元342a以及与射频子单元342a连接的滤波匹配子单元342b，滤波匹配子单元342b与射频天线344连接。射频子单元342a可以是，但不限于本实施采用的SX1276射频芯片，射频子单元342a从控制模块310获取数据，基于获取到的数据生成调制信号，并将调制信号发送至滤波匹配子单元342b，或者，从滤波匹配子单元342b获取调制信号，对获取到的调制信号解调以生成数据，并将数据发送至控制模块310。滤波匹配子单元342b包括阻抗匹配网络，可以实现射频子单元342a的输出阻抗与射频天线344阻抗之间的阻抗匹配，从而使天线的输出功率达到最大，提高其通信能力。滤波匹配子单元342b还包括滤波电路，可以去除调制信号中的噪声，保证收发数据的准确性。在本实施例中，第一无线通信装置300与第二无线通信装置400之间的基本通信方式为：在第一无线通信装置300中，控制模块310将要传输的数据发送至射频子单元342a，射频子单元342a根据收到的数据生成调制信号，并将调制信号发送至滤波匹配子单元342b去除噪声后经射频天线344向外部空间发射；在第二无线通信装置400中，射频天线344接收该调制信号并经滤波匹配子单元342b去除噪声，射频子单元342a对收到的调制信号进行解调，将恢复出的数据发送至控制模块310。供电模块350分别与控制模块310与通信模块340连接，向控制模块310和通信模块340供电以维持其正常工作。供电模块350可以使用内部电源或外部电源，可选的，在使用外部电源进行供电时，供电模块350包括稳压器351，稳压器351可以是，但不限于本实施例采用低压差线性稳压器(LowDropoutRegulator，简称LDO)，其具有成本低，噪音低，静态电流小的优点。本实施例中的LDO型号为HT7233，也可以为其他型号。参照图3，HT7233的CE引脚与外部电源连接，外部电源的供电电压为VCC，VSS引脚接地，NC引脚悬空，用于电压输入的VIN引脚同时与外部电源和第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端接地，第一电容C1用于滤波以及使VIN上的输入电压保持稳定。VIN引脚还通过第一电阻R1与用于电压输出的VOUT引脚连接,第一电阻R1用于实现输出电压到输入电压的反馈。VOUT引脚同时与第二电容C2一端以及第三电容C3的一端连接，第二电容C2的另一端以及第三电容C3的另一端均接地，第二电容C2和第三电容C3用于滤波，VDD为VOUT上的输出电压。本实施例中要求供电模块350的输出电压为3.3V，如果使用内部电源供电，则内部电源的输出电压应为3.3V；如果使用外接电源，由于在供电模块350设置了稳压器351，只要VCC在第一预设范围2.1V至5.5V之间，稳压器351的输出电压始终稳定在3.3V附近，从而降低了对电源本身的要求，扩大了第一无线通信装置300的适用范围。第一终端设备10产生的控制信号，对应于第一端口MD0和第二端口MD1上低电平0和高电平1的组合，具体包括第零信号、第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号，可以将第一无线通信装置300分别设置于一般模式、唤醒模式、省电模式以及休眠模式。不同的工作模式应用于不同的工作场景，以满足多样化的用户需求。可以理解，MD0与MD1上高低电平的组合方式与控制信号的对应关系仅仅是为了区分不同的控制信号，并不构成对本实用新型实施方式的限制。第一无线通信装置300还包括AUX端口，分别与控制模块310的PD0引脚和第一终端设备10连接，用于向第一终端设备10输出数据收发的缓冲指示或工作参数配置指示。下面对于工作模式的设置以仅第一无线通信装置300为例，但通常仅设置第一无线通信装置300的工作模式还不够，必须同时设置第二无线通信装置400的工作模式，以使二者可以配合工作实现无线通信设备30的功能。一般模式：当MD0＝0，MD1＝0时。一般模式为普通的数据收发工作模式。发送功能：控制模块310开启串口330以及通信模块340的数据发送功能，接收来自串口330的数据，并通过通信模块340发送数据。当控制模块310收到来自串口330的数据时，AUX端口输出低电平，以指示第一终端设备10数据开始发送；当控制模块310把所收到的数据都发送完成后，AUX端口输出高电平，以指示第一终端设备10数据发送完毕，可以继续输入数据。接收功能：控制模块310开启串口330以及通信模块340的数据接收功能。当控制模块310收到来自通信模块340的数据后，AUX端口输出低电平，以指示第一终端设备10数据开始接收，控制模块310在延迟2ms后，开始向串口330发送数据，当控制模块310把所收到的数据都发送完成后，AUX端口输出高电平，以指示第一终端设备10数据接收完毕。第一无线通信装置300处于一般模式时发出的数据包，只能被处于一般模式或唤醒模式时的第二无线通信装置400接收到。唤醒模式：当MD0＝1，MD1＝0时。唤醒模式一般配合省电模式使用，以降低无线通信设备30的功耗。发送功能：与普通模式基本相同，区别仅在于控制模块310会在每个待发送的数据包前添加唤醒码，唤醒码的长度取决于唤醒时间，唤醒时间可以在休眠模式下进行设置。接收功能：与一般模式下的接收端相同。第一无线通信装置300处于唤醒模式时发出的数据包，只能被处于一般模式、唤醒模式或休眠模式时的第二无线通信装置400接收到。省电模式：当MD0＝0，MD1＝1时。省电模式一般配合唤醒模式使用，以降低无线通信设备30的功耗。发送功能：第一无线通信装置300处于休眠状态，此时控制模块310和通信模块340均进入低功耗的休眠状态，串口330关闭，控制模块310无法收到第一终端设备10发送的数据，通信模块340的数据交互功能也被关闭，无法向外发送数据，总之此时第一无线通信装置300不具备发送功能。接收功能：控制模块310处于休眠状态时，内部的定时器仍然正常工作，控制模块310可以通过定时器定时唤醒，并同时唤醒通信模块340，开启通信模块340的数据交互功能，第一无线通信装置300进入监听状态，在一预设时间段内持续监听，一旦控制模块310接收到的数据包带有完整的唤醒码，第一无线通信装置300将被唤醒并进入接收状态，AUX端口输出低电平，以指示第一终端设备10数据开始接收，控制模块310在延迟2ms后，控制串口330开启，并开始向串口330发送数据，控制模块310持续接收数据直至数据接收完毕，并将所收到的数据都发送至串口330后，AUX端口输出高电平，以指示第一终端设备10数据接收完毕。第一无线通信装置300在数据接收完毕后重新进入休眠状态，直到下一次控制模块310被定时器唤醒。如果在该预设时间段内，控制模块310没有接收到唤醒码或者接收到的唤醒码不完整，第一无线通信装置300也将重新进入休眠状态，直到下一次控制模块310被定时器唤醒。总之，在省电模式下，第一无线通信装置300将持续上述“休眠-监听”过程。在本实施例中，可以设置第一无线通信装置300处于唤醒模式，并设置第二无线通信装置400处于省电模式以实现低功耗设计。具体分析如下：参照图4，第二无线通信装置400处于省电模式下的休眠状态，其工作电流为Im，处于监听状态时，其工作电路为Is。一个“休眠-监听”周期的时间为T＝t2，其中处于休眠状态的时间为t1，处于监听状态的时间为t2-t1。则在一个“休眠-监听”周期内的等效电流：通常Im<<Is，故以本实施例测试过程中的一种实际情况为例，Is约为16mA，Im约为2uA,处于监听状态的时间为t2-t1为20ms，处于监听状态的时间应保证控制模块310至少能收到一个完整的数据包，从而判断该数据包是否带有完整的唤醒码，控制模块310会根据数据传输速率自动弄个设置处于监听状态的时间。取“休眠-监听”周期T为2s，通过上述公式计算出等效电流IO约为160uA，仅为监听工作状态的电流Is的1％。即从一个“休眠-监听”周期来看，第二无线通信装置400的平均功耗大大降低。为保证当第一无线通信装置300有数据要发送时，第二无线通信装置400在一个“休眠-监听”周期内必然能收到唤醒码，第一无线通信装置300持续发送唤醒码的唤醒时间应不少于一个“休眠-监听”周期的时长。综上所述，通过配合使用处于唤醒状态第一无线通信装置300和处于睡眠状态的第二无线通信装置400，显著降低了第二无线通信装置400的功耗，使之适合于在低功耗场景下使用。例如，在本实施例提供的数据交互系统1中，第一终端设备10是主机，第二终端设备20是嵌入式设备，第二终端设备20采用电池供电，无法长期维持在高功耗状态。同时，第二终端设备20的数据交互量较小，只是偶尔需要接收第一终端设备10发送过来的数据，则十分适合采用上述模式设置方式。休眠模式：当MD0＝1，MD1＝1时。休眠模式可以用于工作参数设置。发送功能：控制模块310和通信模块340都进入深度休眠，无法发送数据。接收功能：控制模块310和通信模块340都进入深度休眠，无法接收数据。可以设置的工作参数包括但不限于本实施例采用的模块地址、串口330速率、空中速率、串口330校验位、通信频率、传输方式(透明传输或定点传输)、驱动方式、唤醒时间(对于发送方来说是发送唤醒码的最短时间，对于接收方来说是“休眠-监听”周期)、前向纠错码开关、发射功率等。当从休眠模式进入到其他模式，模块会重新配置所设置的参数，配置过程中，AUX端口保持低电平，配置完毕AUX端口后输出高电平，以指示第一终端设备10参数配置完毕。以本实施例测试过程中的一种实际情况为例，第一无线通信装置300在整个休眠过程中整机功耗约为2uA。可见，如果较长时间内不使用第一无线通信装置300的数据收发功能，也可以将其设置在休眠状态以降低功耗。此外，现有的无线通信模块通常没有单独的、用于工作参数设置的状态，工作参数和普通的要收发的数据一起处理，有可能引起数据混淆的问题，本实施例中提供的无线通信装置仅在休眠模式下设置工作参数，可避免上述问题。综上所述，本实施例提供的数据交互系统1，其采用的第一无线通信装置300以及第二无线通信装置400具有低功耗功能设计，并可以通过模式设置单元320将第一无线通信装置300设置于唤醒模式，将第二线通信装置设置于休眠模式，第一无线通信装置300和第二无线通信装置400配合工作，可使在保证数据正常收发的前提下，第二无线通信装置400的功耗大大降低。对于很多嵌入式的终端设备，其主要功耗来源于其中的无线通信系统，本实施例提供的数据交互系统1，适用但不限于在此种低功耗场景下使用，其适用范围较广。同时模式设置单元320还可以将第一无线通信装置300和第二无线通信装置400设置在休眠模式，以进行工作参数设置，避免了工作参数和普通数据混淆，提高了无线通信设备30的可靠性。为验证本实施例提供的数据交互系统1的节能效果，进行如下测试。测试选取十对第一无线通信装置300和第二无线通信装置400，分别设置于唤醒模式和省电模式，然后将每对第一无线通信装置300和第二无线通信装置400分别置于对应的第一终端设备10和第二终端设备20上，在本测试中第一终端设备10和第二终端设备20均为测试版。第一无线通信装置300，负责发送数据，标记为Ti(i＝1，2，…，10)；第二无线通信装置400，负责接收数据，标记为Ri(i＝1，2，…，10)。第一无线通信装置300使用3.3V稳压电源供电；第二无线通信装置400使用一对AA电池(刻意充电至刚好具有放电100mAh的能力)供电。串口330通讯速率115200Baud，串口330校验方式8N1，空速1Kbps。每间隔15分钟观察记录测试数据。20天后测试数据如下：测试组唤醒时间正常工作时间T1/R10ms6.25hT2/R20ms6.25hT3/R3250ms75.75hT4/R4250ms75.25hT5/R5500ms144.75hT6/R6500ms143.50hT7/R71000ms263.25hT8/R81000ms262.75hT9/R92000ms460.50hT10/R102000ms460.00h表中第二列的0ms表示将第一无线通信装置300和第二无线通信装置400设置为普通模式。分析这些数据可以得出：本实用新型实施例提供的数据交互系统1对降低功耗有非常大的作用，每延长一倍唤醒时间都可以降低75％以上的功耗，完全适应大多数低功耗应用的需求。为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以上对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。当前第1页1 2 3