一种基于嵌入式低功耗的双芯片4G物联网通讯方法及系统与流程

本发明涉及4g物联网通讯技术领域，尤其涉及一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯方法及系统。

背景技术：

物联网因具有自动化程度高、组网方式灵活和信息传输快等诸多优点,近年来受到人们的广泛关注。传感器系统作为物联网必不可少的部分,在提升物联网的信息获取及感知性能等方面发挥着至关重要的作用。迄今为止,对物联网传感器系统的研究尚处于起步初级阶段,各种技术都还很不成熟。

随着物联网的发展需求越来越高,对传输通信技术的要求也越来越高,而传统物联网无线通信技术,如组成局域网的2.4ghz的wifi技术、蓝牙技术、zigbee技术等；组成广域网的2g/3g/4g等,存在远距离和低功耗只能选其一的矛盾。因此，针对物联网无线通信技术存在的问题，提出了一种低功耗的双芯片4g物联网通讯方法。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在4g模块功耗大、续航长的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯方法，能够降低cpu的功耗。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，在图形控制智能设备中建立第一通讯任务；利用rtos分别建立ble任务、串口通讯任务、第二通讯任务，构建ble通讯智能体系；所述第一通讯任务利用spi协议接口周期性轮询所述第二通讯任务，收集并处理轮询的通讯数据；所述通讯数据利用所述串口通讯任务传输至4g模块内，执行相应的指令。

作为本发明所述的一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯方法的一种优选方案，其中：建立所述第一通讯任务，包括，所述图形控制智能设备利用所述spi协议接口与所述ble通讯智能体系连接，所述spi速度达到50mbps；所述第一通讯任务采用轮询策略，由主栈的所述图形控制智能设备每5s向所述ble通讯智能体系发起是否含有所述通讯数据的询问，并将需要发送的所述通讯数据传输给所述ble通讯智能体系；若处于低功耗状态，所述spi速度下降至20mbps，每10s向所述ble通讯智能体系发起是否含有所述通讯数据的询问；所述第一通讯任务与所述低功耗状态时轮询接收的所述通讯数据进行同时处理，利用时间叶轮轮转策略进行调度。

作为本发明所述的一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯方法的一种优选方案，其中：所述第一通讯任务周期性轮询所述第二通讯任务，包括，若显示模块为亮屏状态，则所述第一通讯任务6s轮询一次所述第二通讯任务；若所述显示模块为所述低功耗状态，则所述第一通讯任务60s轮询一次所述第二通讯任务。

作为本发明所述的一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯方法的一种优选方案，其中：所述第一通讯任务收集并处理轮询的所述通讯数据，包括，所述图形控制智能设备与所述ble通讯智能体系利用小段模式策略进行通信传输，在传输过程中采用奇偶校验位策略对接收的所述通讯数据进行校验。

作为本发明所述的一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯方法的一种优选方案，其中：建立所述ble任务，包括，构建ble协议栈，适配于终端的蓝牙通讯协议；所述ble任务利用蓝牙与所述终端相连接，利用串口与所述4g模块进行所述通讯数据的传输，并将所述4g模块的所述通讯数据转发至所述图形控制智能设备内；当所述终端发起ota命令时，所述ble任务通知所述图形控制智能设备进行ota升级。

作为本发明所述的一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯方法的一种优选方案，其中：所述串口通讯任务包括，接收所述4g模块利用所述串口发送与接收的所述通讯数据。

作为本发明所述的一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯方法的一种优选方案，其中：所述第二通讯任务包括，发送、接收所述第一通讯任务的数据流。

作为本发明所述的一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯方法的一种优选方案，其中：所述通讯数据利用所述串口通讯任务传输至所述4g模块内执行所述指令，包括，若为异步通信方式，则接口自动生成起止式的帧数据格式，若为面向字符同步方式，则所述接口在待传送的数据前添加同步字符；当所述ble通讯智能体系发送所述数据时，将并行数据转换成串行数据，串行通信接口电路选择并控制对所述数据传输的速率；发送时，所述接口电路对传送的字符数据自动生成所述奇偶校验位，接收时，所述接口电路检查所述字符的所述奇偶校验位，确定是否发生错误传输；cpu与所述终端均采用ttl电平及正逻辑，并在所述接口电路中进行转换。

作为本发明所述的一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯系统的一种优选方案，其中：包括，4g模块，用于将射频、基带集成在一块pcb小板上，完成无线接收、发射、基带信号处理，支持语音拨号、短信收发、拨号联网；显示模块，用于展示信息界面，帮助用户实时获得信息动态；通讯模块，用于接收、发送所述通讯信息，是传递不同讯号的连接器，使得系统架构中的驱动、控制与制动组件的串行讯息兼容；输入输出管理模块，用于传输所述通讯信息的所述数据流，管理校验码的发送和接收；数据中心模块，用于存储获得的所述通讯信息、图像信息及其他数据信息；总控模块，用于调配所述通讯信息的传输，控制所述显示模块呈亮屏或息屏状态，降低系统耗能。

本发明的有益效果：本发明方法通过图像控制芯片和ble通讯芯片动态开启4g模块，同时采用嵌入式策略，使用cortex-m内核的mcu大大降低cpu的功耗，实现超长续航，通过框架的优势弥补了mcu相对于mpu的性能差距，满足无线通讯的基本要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例所述的一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯方法的流程示意图；

图2为本发明第一个实施例所述的一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯方法的双芯片通讯传输示意图；

图3为本发明第一个实施例所述的一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯方法的双芯片4g物联网通讯整体框架示意图；

图4为本发明第一个实施例所述的一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯方法的双芯片4g物联网通讯协议接口数据传输示意图；

图5为本发明第二个实施例所述的一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯系统的模块结构分布示意图；

图6为本发明第二个实施例所述的一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯系统的系统网络结构分布示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也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发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～图4，为本发明的第一个实施例，提供了一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯方法，包括：

s1：在图形控制智能设备中建立第一通讯任务。其中需要说明的是，建立第一通讯任务，包括：

图形控制智能设备利用spi协议接口与ble通讯智能体系连接，spi速度达到50mbps；

第一通讯任务采用轮询策略，由主栈的图形控制智能设备每5s向ble通讯智能体系发起是否含有通讯数据的询问，并将需要发送的通讯数据传输给ble通讯智能体系；

若处于低功耗状态，spi速度下降至20mbps，每10s向ble通讯智能体系发起是否含有通讯数据的询问；

第一通讯任务与低功耗状态时轮询接收的通讯数据进行同时处理，利用时间叶轮轮转策略进行调度。

s2：利用rtos分别建立ble任务、串口通讯任务、第二通讯任务，构建ble通讯智能体系。本步骤需要说明的是，建立ble任务，包括：

构建ble协议栈，适配于终端的蓝牙通讯协议；

ble任务利用蓝牙与终端相连接，利用串口与4g模块100进行通讯数据的传输，并将4g模块100的通讯数据转发至图形控制智能设备内；

当终端发起ota命令时，ble任务通知图形控制智能设备进行ota升级。

串口通讯任务包括：

接收4g模块100利用串口发送与接收的通讯数据。

第二通讯任务包括：

发送、接收第一通讯任务的数据流。

s3：第一通讯任务利用spi协议接口周期性轮询第二通讯任务，收集并处理轮询的通讯数据。本步骤还需要说明的是，第一通讯任务周期性轮询第二通讯任务，包括：

若显示模块200为亮屏状态，则第一通讯任务6s轮询一次第二通讯任务；

若显示模块200为低功耗状态，则第一通讯任务60s轮询一次第二通讯任务。

具体的，第一通讯任务收集并处理轮询的通讯数据，包括：

图形控制智能设备与ble通讯智能体系利用小段模式策略进行通信传输，在传输过程中采用奇偶校验位策略对接收的通讯数据进行校验。

s4：通讯数据利用串口通讯任务传输至4g模块100内，执行相应的指令。其中还需要说明的是，通讯数据利用串口通讯任务传输至4g模块100内执行指令，包括：

若为异步通信方式，则接口自动生成起止式的帧数据格式，若为面向字符同步方式，则接口在待传送的数据前添加同步字符；

当ble通讯智能体系发送数据时，将并行数据转换成串行数据，串行通信接口电路选择并控制对数据传输的速率；

发送时，接口电路对传送的字符数据自动生成奇偶校验位，接收时，接口电路检查字符的奇偶校验位，确定是否发生错误传输；

cpu与终端均采用ttl电平及正逻辑，并在接口电路中进行转换。

较佳的是，参照图3，低功耗任务的实现主要是rtos低功耗策略，本实施例对其做进一步的说明，rtos采用基于时间片轮转的抢占式任务调度机制，当空闲任务运行时，进入低功耗模式，在适当的条件下，通过中断或者外部事件唤醒mcu；每当rtos中的定时器产生中断时，也会将mcu从低功耗模式中唤醒，而频繁的进入休眠及唤醒会使得mcu无法进入深度睡眠。

本发明方法让mcu更长时间的处于低功耗模式，含有四个任务，分别是：taska:周期性任务、taskb:周期性任务、taskc:突发性任务、taskd:周期性任务，在四个任务进行调度之间会有四次空闲期间(此时rtos会调度ldle空闲任务运行，软件设计的目标是尽可能使mcu在空闲任务运行时处于低功耗模式)。

具体的，ldle任务运行期间，会产生一次系统时钟滴答，此时会唤醒mcu，唤醒后mcu又会进入低功耗模式，这次唤醒是无意义的，期望使mcu在ldle1期间一直处于低功耗模式，因此适当调整系统定时器中断使得t1时不触发系统时钟中断，中断触发点设置为taskb到来时；taskc在系统滴答到达前唤醒mcu(外部事件)，mcu可以在ldle2中可以一直处于低功耗模式；ldle3时间很短，若是此事件很短，则进入低功耗模式的意义不大，因此在进入低功耗模式时软件应该添加策略。

本发明方法能够合理地进入低功耗模式，避免了频繁使mcu在低功耗模式和运行模式下进行不必要的切换，rtos的系统时钟源于硬件的某个周期性定时器(cortex-m系列内核多数采用systick)，rtos的任务调度器可以预期到下一个周期性任务的触发时间，调整系统时钟定时器中断触发时间，可以避免rtos进入不必要的时间中断，从而更长时间的停留在低功耗模式中，此时rtos的时钟不再是周期的而是动态的。当mcu被唤醒时，通过某种方式提供为系统时钟提供补偿，mcu可能被两种情况所唤醒，动态调整过的系统时钟中断或者突发性的外部事件，无论是哪一种情况，都可以通过运行在低功耗模式下的某种定时器来计算出mcu处于低功耗模式下的时间，在mcu唤醒后对系统时间进行软件补偿。

参照图4，当终端设备连接到ble通讯芯片时，外部的通讯数据通过ble通讯芯片与图形芯片进行数据的交换与呈现，当终端设备未连接到ble通讯芯片时，ble通讯芯片通过串口唤醒深度睡眠中的4g模块外部的通讯数据，通过4g模块传入ble通讯芯片，ble通讯芯片进行转发将数据流推送至图形芯片进行数据的交换与呈现，本发明方法在没有手机的情况下依然可以接受短信，电话等讯息，完整运行，不成为手机的附属品。

优选的是，为了对本发明方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择以现有智能通讯手表续航方法与本发明双芯片4g物联网通讯方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，验证本发明方法所具有的真实效果。现有智能通讯手表不含有4g模块，且一天一充，续航能力较差，为验证本发明方法相对现有技术方法具有较长续航能力，本实施例中将采用ticwatchpro、huaweiwatch2pro、三星gears3、applewatch和本发明双芯片4g物联网通讯进行实时测量对比，测试结果如下表所示：

表1：测试结果对比表。

参照表1，当ticwatchpro、huaweiwatch2pro、三星gears3和applewatch同时充满电，打开wifi、蓝牙时，只有ticwatchpro的续航能力稍强一些，而本发明方法在相同满电情况下，启动自身的4g模块进行通讯，续航能力是ticwatchpro的2倍，恰恰说明了本发明方法具有超长续航能力，也验证了本发明方法的低功耗特点。

实施例2

参照图5和图6，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种基于嵌入式低功耗的双芯片4g物联网通讯系统，包括：

4g模块100，用于将射频、基带集成在一块pcb小板上，完成无线接收、发射、基带信号处理，支持语音拨号、短信收发、拨号联网。

显示模块200，用于展示信息界面，帮助用户实时获得信息动态。

通讯模块300，用于接收、发送通讯信息，是传递不同讯号的连接器，使得系统架构中的驱动、控制与制动组件的串行讯息兼容。

输入输出管理模块400，用于传输通讯信息的数据流，管理校验码的发送和接收。

数据中心模块500，用于存储获得的通讯信息、图像信息及其他数据信息。

总控模块600，用于调配通讯信息的传输，控制显示模块200呈亮屏或息屏状态，降低系统耗能。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。