一种降低流速剖面仪信号处理单元功耗的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种降低流速剖面仪信号处理单元功耗的方法及装置，装置包括：从处理器、主处理器、电源模块、通信模块、信号采集模块、控制信号模块、存储模块。从处理器按照设定的工作时间点，控制信号处理单元中上的模块和主处理器的上电和断电状态。需要进行大数据处理的主处理器进行间歇性工作，未到工作设定时间点的空闲时段内只有超低功耗的从处理器工作，并且，从处理器接受主处理器的中断唤醒，从而达到节能的作用。本发明利用独立处理模式，鉴于流速剖面仪信号处理单元数据量大，数据处理时间点离散的特点，将主从处理器的工作时间段有序分开，从而保证数据处理的实时性。本发明的优点是热功耗得到了有效控制，提高了信号处理单元的工作稳定性和可靠性，并且节能效果使设备可以在移动电池供电下进行长时间工作。
【专利说明】一种降低流速剖面仪信号处理单元功耗的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字信号处理技术和超声波技术，尤其涉及一种降低流速剖面仪信号处理单元功耗的方法及装置。
【背景技术】
[0002]在河流水文测验工作中，流速的测量是项很重要的工作，过去，一般都采用单点式流速仪(如机械式流速仪，电接式流速仪等)逐一的对各条测流垂线进行点流速测量，然后根据流速面积法换算出整个断面的流量，这种测验方法其测量精度虽然能够满足水文测验规范的要求，但历时时间长，工作强度大，是其很大的弊端。
[0003]声学多普勒流速剖面仪(英文简称ADCP)是利用声学多普勒效应进行测流的。从设备的换能器中发出一定频率的脉冲，当该脉冲碰到水中的发射物体(如悬浮物质)后产生回波信号，该回波信号被声学多普勒流速剖面仪接收。悬浮物质是会随水流而漂移，从而产生多普勒频移(即回波信号的频率与发射的频率之间产生一个频差)，通过测量得到多普勒频移即可得到相应测点的流速。
[0004]流速剖面仪信号处理单元正是对回波信号的处理的装置，拥有较大的数据吞吐量和较高的工作频率，这就造成了处理单元的功耗很大，产生的热量不易散开。但是，测量流速的工作周期是间断性的，不需要流速剖面仪信号处理单元工作在连续时间内。利用单片机来控制大数据处理的处理器FPGA以及前端回波信号采集的工作时间，可以有效的降低整个单元的功耗，而不影响正常工作。
【发明内容】
[0005]本发明要克服流速剖面仪信号处理单元工作时功耗较大的缺陷，提出一种降低流速剖面仪信号处理单元功耗的方法及装置，解决现有的流速剖面仪信号处理单元利用率低，能耗浪费大的问题。
[0006]为了解决上述缺陷，本发明提供了一种降低流速剖面仪信号处理单元功耗的方法，包括:
[0007](I)流速剖面仪信号处理单元上电时，从处理器(110)启动工作，主处理器(120)处于睡眠状态，即断电不工作状态；流速剖面仪信号处理单元的其他模块不开启工作模式，等待从处理器(I 10)的启动命令；
[0008](2)从处理器(110)处在待机工作状态，管理电源模块(130)、通信模块(140)、信号采集模块(150)和控制信号模块(160)的上电或断电状态；
[0009](3)从处理器(110)实时进行时钟更新，判断是否到预设的时间点tset。当到达设定的时间点tsrt时，对各个模块上电初始化；
[0010](4)待流速剖面仪信号处理单元稳定后，从处理器(110)向主处理器(120 )发送启动命令。主处理器(120)开始工作，发射声波信号开始的数字信号，并等待接收反射声波，启动流速剖面仪信号处理单元的信号采集模块(150);[0011](5)主处理器(120)对采集到的声波信号进行信号变换和信号处理。从处理器此时进行休眠，可以接收来自主处理器(120)中断命令，信号处理单元各个信号交由主处理器(120)进行实时处理；
[0012](6)存储处理后的信号采集数据，一次采集和处理过程结束。主处理器(120)向从处理器(110)发送工作完成指令，从处理器(110)由休眠状态进入待机工作状态，并关断主处理器(120)和其他模块的电源；
[0013](7)重复步骤(1)到步骤(6)，即完成一个工作周期。
[0014]其中，步骤(3)所述的实时时钟更新是对小功率的时钟芯片上的时钟格式进行读取。设定的时间点由具体水流环境决定，时间数据在信号处理单元使用前被设置存储在从处理器(I 10)的片内Flash内。
[0015]接着，步骤(4)所述的从处理器(110)向主处理器(120)发送采集命令中，包含了工作模式、系统运行参数、剖面层数设置、异常处理、校验方式等信息。
[0016]进一步，功耗较大的信号采集模块(150)和主处理器(120)进行间歇性的工作，未到设置时间点的空闲时段内只有超低功耗的从处理器(110)工作，从而达到节能的作用。
[0017]为了实现上述方法，设计一种降低流速剖面仪信号处理单元功耗的装置，包括:从处理器(110)、主处理器(120)、电源模块(130)、通信模块(140)、信号采集模块(150)、控制信号模块(160 )、存储模块(170)。
[0018]优选地，从处理器(110)是单片机处理器，流速剖面仪信号处理单元上电时，从处理器(110)启动工作，流速剖面仪信号处理单元的其他模块不开启工作模式，在低功耗的休眠期间接收主处理器(120)的唤醒命令，并且，从处理器需要从时钟芯片上读取时间，更新实时时钟；
`[0019]优选地，主处理器(120)是FPGA处理器，流速剖面仪信号处理单元上电时，主处理器(120)处于睡眠状态，即断电不工作状态；等到接收到启动命令时，对信号采集模块
(150)输出的流速剖面仪信号进行解算，在从处理器(110)休眠期间，处理各个模块的信号数据。从处理器(110)和主处理器(120)工作功耗模式在不同时间里的状态是(P1, P2)，如式⑴，式(2)所示:
【权利要求】
1.一种降低流速剖面仪信号处理单元功耗的方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤: (1)流速剖面仪信号处理单元上电时，从处理器(Iio)启动工作，主处理器(120)处于睡眠状态，即断电不工作状态；流速剖面仪信号处理单元的其他模块不开启工作模式，等待从处理器(I 10)的启动命令； (2)从处理器(110)处在待机工作状态，管理电源模块(130)、通信模块(140)、信号采集模块(150)和控制信号模块(160)的上电或断电状态； (3)从处理器(110)实时进行时钟更新，判断是否到预设的时间点tsrt。当到达设定的时间点tset时，对各个模块上电初始化； (4)待流速剖面仪信号处理单元稳定后，从处理器(110)向主处理器(120)发送启动命令。主处理器(120)开始工作，发射声波信号开始的数字信号，并等待接收反射声波，启动流速剖面仪信号处理单元的信号采集模块(150)； (5)主处理器(120)对采集到的声波信号进行信号变换和信号处理。从处理器(110)此时进行休眠，可以接收来自主处理器(120)中断命令，信号处理单元各个信号交由主处理器(120)进行实时处理； (6)存储处理后的信号采集数据，一次采集和处理过程结束。主处理器(120)向从处理器(110 )发送工作完成指令，从处理器(110)由休眠状态进入待机工作状态，并关断主处理器(120)和其他模块的电源； (7)重复步骤(I)到步骤(6)，即完成一个工作周期。.
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(3)所述的实时时钟更新是对小功率的时钟芯片上的时钟格式进行读取。设定的时间点由具体水流环境决定，时间点数据在信号处理单元使用前被设置存储在从处理器(I 10)的片内Flash内。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(4)所述的从处理器(110)向主处理器(120)发送采集命令中，包含了工作模式、系统运行参数、剖面层数设置、异常处理、校验方式等信息。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于:功耗较大的信号采集模块(150)以及主处理器(120)进行间断性的工作，超低功耗的从处理器(110)工作在未到达设置时间点的空闲时段内。
5.使用如权利要求1所述方法的装置，其特征在于，装置包括从处理器(110)、主处理器(120 )、电源模块(130 )、通信模块(140 )、信号采集模块(150)、控制信号模块(160 )、存储模块(170)。 所述的从处理器(110)是单片机处理器，流速剖面仪信号处理单元上电时，从处理器(110)启动工作，流速剖面仪信号处理单元的其他模块不开启工作模式，在低功耗的休眠期间接收主处理器(120)的唤醒命令，并且，从处理器需要从时钟芯片上读取时间，更新实时时钟； 所述的主处理器(120)是FPGA处理器，流速剖面仪信号处理单元上电时，主处理器(120)处于睡眠状态，即断电不工作状态；等到接收到启动命令时，对信号采集模块(150)输出的流速剖面仪信号进行解算，在从处理器(110)休眠期间，处理各个模块的信号数据。从处理器(110)和主处理器(120)工作功耗模式在不同时间里的状态是(P1, P2)，如式(1)，式⑵所示:
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于:从处理器(110)采用的单片机具有休眠模式，在休眠状态下可以接收中断，并且快速唤醒。
【文档编号】G01P5/24GK103472251SQ201310371048
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】陈朋, 蓝晓柯, 朱威, 汝岩, 胡胜, 俞立 申请人:浙江工业大学