CN1382289A - 时间约束的传感器数据检索系统和方法 - Google Patents

Abstract

用于时间约束的传感器数据检索的一种系统和方法,包括一个传感器监控系统(150),与一组传感器(102－110)耦合,其中,每个传感器耦合到一个设备(101－109)上,该设备具有多种变量参数需要在一个特定的时帧内每隔一段时间检测。当至少一些参数值在该时间间隔内相对稳定时,传感器监控系统(150)在一个或多个时间间隔内,只从传感器的一个子集有选择地请求参数值。但是,优选地对于每个参数,在该时帧值内,至少一次取得每个参数的一个参数值,而不管是从哪个时间间隔内获得的参数值。

Description

时间约束的传感器数据检索系统和方法

发明领域

本发明一般涉及用于从传感器检索数据的系统和方法。特别涉及用于从传感器上选择性地或时间约束性地收集数据的系统和方法。

              相关的交叉专利申请

本申请要求1999年10月28日递交、发明名称为数据检索系统的美国临时专利申请60/161,946的优先权。

发明背景

传感器用于大量的多种系统并用于各种各样的目的。通常地，提供一个指定参数的当前状态或值的一个指示。因此，有多种类型的传感器，用于检测不同类型的参数。例如，一个传感器可以检测温度、压力、力、电压或电流值、声级、湿度、位置或动作。

在一个典型的应用中，传感器用于探测一个多状态设备的一个状态，或用于提供一个可计量值的读数。例如，在一个汽车报警系统中，一个用在驾驶员门上的传感器可能有两种状态：开和关。相应的驾驶员门上的传感器可以设置成探测门是打开的还是关闭的，并且向报警系统提供一个信号，当门打开时，报警系统启动，发出警告的声音。在另一个情况下，一个温度传感器可以读取一个设备或一种流体的温度，并且向一个模拟或数字显示器，提供一个温度值的指示信号。

一个传感器也可以是反馈(或闭环回路)系统的一部分，其中，由传感器提供的指示，作为一个系统的输入，而该系统被设置以提供一个补偿响应。例如，在一个汽车冷却系统中，如果一个传感器读取一个温度，高于最大上限值，传感器会输出一个温度(也就是参数)的参数值指示，致使控制器启动一个冷却器的风扇。该风扇继续运行，直至传感器向该控制器输出一个低于该上限的温度参数值。

在此系统中，传感器是一个大型计算机控制系统的一部分，其中，传感器的输出作为计算机控制系统中的一个或多个控制器的输入。这样的输入值，导致控制器某些相应的输出，系统中的其它元件对此作出响应。另外，像其它元件一样，传感器可以由控制器的输出驱动。例如，作为需要在一定的时间期限内完成的一套任务的一部分，一个或多个传感器可以被控制逻辑定时地查询。

然而，典型地，当有许多传感器在很小的时帧内，例如在几分之一秒，需要被查询时，可能很难或不可能连续地和可靠地获取每个需要测量的变量的准确的传感器参数值。这种依赖于不准确参数值的近似值，可能导致系统误差或甚至出现故障。

发明内容

本发明是用于时间约束的从多个传感器中检索传感器数据的系统和方法。一套传感器耦合至一个设备，该设备具有多种变量参数，需要在一个指定的时帧内每隔一定时间进行检测。每个传感器可以设置成检测一个参数，因此，具有它自己的地址。检测一个参数涉及一个传感器获得和提供一个相应的参数值，这可以通过响应一个传感器监控系统发出的请求来完成。当时间间隔相对短时，对于每个设备的每个参数，很难获得和提供一个参数值，特别是，如果还有其它任务需要在同一时间间隔内完成时。

如果在这些参数中，一些参数(和它们的参数值)在该时间间隔内是相对稳定的，也就是说，一个参数值具有较慢的变化率，依据本发明，传感器监控系统可以在一个或多个时间间隔内只从该传感器的一个子集中，有选择地请求参数值。但是，优选地，对于每个参数，在该时帧内取得至少一次参数值。在这种情形下，当前的一套参数值包括最近获得的对于每个参数优选的参数值，而不管是从哪个时间间隔内获得的每个参数值。当前的该套参数值可以由一个在大多数情况下包括需要检测的设备的应用(或主机)系统获得。

传感器监控系统包括一个传感器管理器，该管理器包括用于从每个传感器请求参数值(也就是数据)的逻辑。这种逻辑可以由硬件、软件、固件或它们的某种组合来实现，并且可以根据设备的数量和类型及相应的需要自动测量的参数而改变。一个时帧包括多个时间间隔，并被定义为应用系统需要在这些时间间隔内获取参数值、这些需要的定时、及满足这些需要的物理的或系统的限制的一个函数。可选择地，至少一些参数在每个时间间隔内可以自动测量。在某种意义上，传感器管理器可以被认为获取参数值的传感器提供一个定时和管理功能。也就是说，传感器管理器可以向传感器发出在一定时间间隔内返回参数值的请求。在某些情况下，传感器管理器被设置执行一个逻辑，即将由一个应用(或主机)系统指定给传感器监控系统支配的处理循环中返回参数值。

作为一个例子，一个应用系统可以在几分之一秒的时间间隔内，对每个设备的每个参数查询一个参数值。然而，在这么紧的时间限制内，检测所有的参数和获得参数值，是不可能的，或者不现实的。结果，传感器管理器像编管弦乐曲一样有效地，在该时间限制内，从传感器收集参数值。如果这些参数的一个子集在该周期内，不能或者不可能发生显著的变化，那么该控制逻辑可以实现在每个时间间隔内，对获得的用于全部子集的参数值有选择地放弃。例如，如果有三十个设备，每个设备有相同的三个参数需要检测，但是，这些参数中的一个的变化率相对于时间间隔变化很慢，那么，传感器管理器将会被设置成只对在每个时间间隔内变化慢的参数获取参数值。然而，优选地，对于那些变化慢的每一个参数，将在每个时帧内至少检测一次。

最终，该应用系统可以在每个时间间隔内，需要一套完整的当前的参数值。  在这种情况下，传感器监控系统提供当前的一套参数值，包括最新的每个参数被自动测量的参数值，尽管这些参数值中的一些可能是在前面的时间间隔中已得到的。由于只有变化慢的参数的参数值是在前面的时间间隔内得到的，所以在当前这套参数值中，所有的参数值在可接受的范围内将会是准确的。这种方法可以用于当所有的设备和它们的参数是相同时，或是不同的设备具有不同的参数需要检测的情况下。在任何一种情况下，本发明可以在几个时间间隔内，分配慢变化的参数值的检测。

另外，传感器监控系统可以包括，用于预测是否某些参数可以不必在每个时间间隔或每个时帧内频繁地测量的逻辑。这种预测可以基于历史参数值数据，其中，传感器监控系统可以设置成存储这样的历史数据。同样，这种预测可以基于在不同的系统参数或事件之间的一种关系。例如，在汽车中，当汽车运行时，一个电池的电压可以每100ms检测一次，但是当汽车不运行时，电压可以每秒检测一次，也就是说，在该条件下，电池的变化率慢于正常操作。

附图的简要描述

结合附图，通过下面的详细描述可以更好地理解本发明上述的和其它的目的以及其他特征和本发明本身，其中：

图1是依照本发明实现的用于时间约束的从多个传感器中检索传感器数据的系统和方法的一个框图。

图2是图1系统中一部分的详细框图。

图3描述了与图1中的传感器一起使用的一个顶层类的寻址方案的一个框图。

图4是一个描述时间间隔的表，在这些时间间隔中，依据图1系统使用的控制逻辑，检测30个设备中每个设备的温度参数。

图5是一个描述时间间隔的表，在这些时间间隔中，与图4中的表相对应的当前的一套参数值被检测；和

图6是依据本发明的一个系统的可选的实施例，在该系统中，实现了用于时间约束的，从一组不同类型的和具有不同参数的传感器中，检索传感器数据的一个系统和方法。

当参照附图时会很明显，对于大多部分，当在一个以上的图中，某一项不加改变地被使用时，在所有的图中是由相同的字符参考标记标识的。

优选实施方案的详细描述

本发明是用于时间约束的从多个传感器中检索传感器数据的一种系统和方法。一套传感器与一个设备耦合，该设备具有多种变量参数需要在指定时帧的时间间隔进行检测。每个传感器可以被设置成检测一个参数。检测一个参数包括得到和提供一个相应的参数值，它可以通过响应一个由传感器监控系统发出的请求来进行。当时间间隔相对较短时，对于每个设备的每个参数，得到和提供一个参数值很难，特别是，如果还有其它的任务需要在该时间间隔内完成时。

如果在这些参数中，某些参数(和它们的参数值)在该时间间隔内是相对稳定的，也就是说，一个参数值具有较慢的变化率，依据本发明，该传感器监控系统可以在一个或多个时间间隔内只从传感器的一个子集有选择地请求参数值。但是优选地，在该时帧内，对于每个参数获取至少一次参数值。在这种情况下，当前的一套参数值包括最近获取的、优选为对每个参数的参数值，而不管每个参数值被获取的时间间隔。当前的这套参数值，可以由一个应用(或主机)系统得到，在大多数情况下，该系统包括被检测的设备。

图1显示了一个实现本发明的一个说明性的系统配置100。如图所示，包括了从1至N的一套设备，例如设备101、103、105、107和109。每个设备具有多种能够被检测的参数。在优选的形式中，每个设备耦合至一套相应的传感器上，传感器适合于获取与每个设备的参数相关联的参数值。也就是说，一套传感器102被设置成检测设备1 101的参数值，一套传感器104被设置成检测设备2 103的参数值，等等。传感器102、104、106、108和110被耦合至传感器监控系统150上，后者从自传感器接收的输出信号中获得参数值，再使其它设备例如应用系统140得到该参数值。本技术领域的人员将可理解，在其它的实施例中，该传感器可以被安置在传感器监控系统150处，特别是在电气装置的情况下，用导线将传感器耦合至该设备。

在优选的形式中，一个传感器管理器120总地控制传感器的选择性提示以提供参数值。选择提示可以由传感器管理器120发出一个请求，让传感器传送数据(也就是参数值)来完成，或可以通过选择性地读取一个连续测量参数值的传感器来完成。在任何一种情况下，当一个传感器(例如传感器102)提供一个值信号，通过传输路径112(例如导线、通路或总线)至传感器监控系统150时，参数值就被提供了。传感器监控系统150从值信号中获取参数值，并将每个值存储在被称为数据库130的内存中。

可以包括一个时钟(或定时器)160，用于在一个时帧内设置一套时间间隔，其中，传感器管理器120在大约每个时间间隔内，选择性地请求至少其中一些传感器的参数值。时钟160可以以本技术中多种已知的方式提供。例如，该时钟可以通过应用系统140，在传感器监控系统150内部、或外部、以及两处来提供。如果由应用系统140提供，可以通过总线122，提供一个时钟信号至传感器监控系统150。

在图2的实施例中，设备1至N是30个电池组设备串联的，每个设备具有一个充电状态参数和一个温度参数。总线112是一个标准电子设备“I²C总线”，而总线122是一个标准的CAN总线，两者在该技术领域中均是众所周知的。依据由PHILLIPS半导体公司1995年四月发布的标准，该I²C总线是优选的。作为一个例子，其中的电池组设备可以是汽车用的10.8V电池。尽管，并不必须(要求)设备是同样类型的设备，或每个设备中需要测量的参数相同。充电状态参数可以包括一个电压(V)参数和一个电流(I)参数，如图所示。这些参数的变化率显示一个对应电池的充电状态。当速率(或斜率)接近零时，电池一般是完全充满的。对于相对多的设备和参数，例如30个电池，而每个电池有三个参数，在相对短的时间间隔内，例如1秒内，很难对每个参数值进行检测。该时间间隔通常是由应用系统140的处理循环来规定的。例如，在说明性的实施例中，一个汽车系统，在100毫秒(ms)时间间隔(或处理循环)内，需要这样九十个(就是30×3)电池参数值。

仍然见图2，为了方便单独请求和读取每个参数值，每个电池的每个参数都具有自己的地址。也就是，如图3所示，对于设备1 101，V1具有地址1，I1具有地址2，T1具有地址3，而对于设备2 102，V2具有地址4，I2具有地址5，T2具有地址6，等等。

在该说明性的实施例中，应用系统140每100ms对于每个电池，期望或需要一个V、I和T的参数值。由于电压和电流参数值相对于100ms时间间隔变化很快，优选这些参数在每100ms时间间隔内检测。恰巧在此说明性的系统类型中，30个电池中每个电池的电压和电流参数的参数值可以相对快地获得，也就是在100ms时间间隔内。尽管可能花费大约50ms来计算所有的I值，余下的时间不足以确定每个T值。温度参数值不能快速得到，所以在单一的100ms的时间间隔内，获取和提供所有30个温度参数以及所有30个电压和所有30个电流参数的参数值相当难。

该传感器管理器120包括控制逻辑，它利用了温度参数值相对慢的变化率，在100ms时间间隔内，对于30个电池的温度参数值的子集，选择性地获取和提供参数值。也就是说，对于每个电池组，当V和I每100ms时间间隔读取时，T依据下面说明的算法读取，其中步骤1至6是在每个时帧内完成的，而步骤2至6是在每个时间间隔内完成的，其中，在步骤5中，当n＞30时，100ms时间间隔结束。

步骤1：n＝7，其中n表示被检测的设备

步骤2：读取T(n)，其中T(n)是设备n的温度参数

步骤3：n＝n+7

步骤4：如果n＞30，那么

步骤5：n＝n-30

步骤6：转到步骤2。

如图4中的表400所示，每个温度参数每七个100ms时间间隔读取一次，产生一个700ms的时帧，其中时间间隔4，例如，涉及第四次通过步骤5，并且在表400中标明为“I4”。应该理解，在此说明性系统中，典型地，电池温度在数秒内是稳定的，因此电池温度参数值可以在比上面显示的更慢的频率来读取，因此，延长了时帧，可以达到数秒，在此期间所有的温度参数必须至少读取一次。然而，在此说明性的实施例中，温度参数要尽可能频繁地测量。

如前所述，在该说明性实施例中，应用系统140期望或要求在每100ms时间间隔内，对于每个电池的V、I和T的一个参数值，即使在每个100ms时间间隔内没有读取每个温度参数。在优选的形式中，通过存储上一次每个参数值的更新版，作为当前的一套参数值，该传感器管理器120“愚弄”了该应用系统。因为并非所有的参数是在每个时间间隔内被自动测量的，当前的这套参数值包括来自先前时间间隔的参数值。图5是表500，显示了一个代表性的设备1至30的使用上面的算法和图4的表400的当前的一套参数值，结束在第7个时间间隔上。例如，对于设备#1，电压和电流参数值是在时间间隔7中得到的，而温度参数值是在时间间隔4中得到的。

典型地，应用系统是简单地查找每个设备的电压、电流和温度参数的参数值，而不关心这些参数是在哪个时间间隔内得到的。只要在当前这套参数值中V、I和T值是基本准确的，应用系统140将不会由于老参数值而出现差错。这是通过在一个时帧内读取每个参数值来保证的，而该时帧不会比这些参数发生相反变化所花费的时间长，它是由参数的变化率确定的。控制逻辑可以以多种方式来实现，并在获取和提供参数值时，在速度和准确性之间做出权衡。

另外，该传感器监控系统150可以包括一个预测逻辑来预测在哪个时间间隔内某些参数可以被检测。在这样一种情况下，数据库130可以存储用于预测的历史数据。例如，历史数据可以显示在两个时间间隔内V的变化非常小，这样逻辑可以被调整为，在每个奇数时间间隔内(例如时间间隔1、时间间隔3，等等)测量第一组15个电池的V值，然后在每个偶数时间间隔(例如时间间隔2、时间间隔4，等等)内测量第二组15个电池的V值。在其它实施例中，预测逻辑可以设置成检测参数之间的关系(或其它系统动态值)。也就是说，传感器监控系统150的预测逻辑可以确定(例如基于历史数据)当V和I基本稳定不变时，T变化非常慢。作为响应，当其它条件正确时，控制逻辑可以自动调整，以每隔一个时帧测量每个T一次，而不是像上面所描述的在每个时帧内测量一次。

在其它实施例中，该系统可以包括处于传感器监控系统150控制之下的多种设备和多种传感器。例如，图6显示了五套不同的传感器，每套传感器检测不同设备601、603、605、607和609的不同参数。例如，设备1 601和2 603可以是不同类型的电池，每个电池的V、I和T被检测，而设备3 605可以是一个压力被检测的设备，设备4 607可以是一个液位和温度被检测的容器，而设备5 609可以是一个只有温度被检测的集成电路(IC)，但是其中IC的温度变化率可能会比电池1601、2 603和设备4 607中的流体温度的变化率快得多。

取决于应用系统140中不同设备的不同参数变化的影响，传感器管理器120可以设置成在一个时帧的不同时间间隔内或在不同时帧内，检测不同参数。本技术领域的人员将可理解，实际使用的逻辑，可能取决于多种因素，例如不同参数的变化率、阈值设备和应用系统参数。也就是说，在设备4中的液位值永远不会低于四分之三，或IC5的温度永远不会高于100℃，这些对于该系统是必要的。结果，在100ms的时间间隔(或循环)的例子中，IC温度参数可以每隔一个时间间隔测量一次，而电池1和2的V和T值，可以在每个时间间隔内测量一次，而设备4中的流体液位，可以只在每个时帧内测量一次，等等。

在不偏离本发明的精神或主要特征的情况下可以以其它的方式来实施本发明。所有的上述实施例都应被认为是用于说明而不是限制本发明的如权利要求所限定的范围。源自权利要求的变化方案及其等同方案都包含在本发明中。

Claims (27)

1、一种时间约束的传感器数据检索系统，包括：

A一套设备，每个设备具有一个或多个变量参数；

B一套与每个设备耦合的传感器，并设置成检测与上述的每个

参数相关联的参数值，和设置成产生一个值信号，代表每个上述

参数值；和

C一个监控系统，耦合至上述的该套传感器上，并设置成用于

接收上述值信号，和从中获取和存储上述的参数值，上述的监控

系统包括：

    (1)一个传感器管理器，设置成在一个时帧的多个时间

       间隔中的至少一个时间间隔内，从上述的传感器中，

       选择地请求一个上述的参数值，至少产生的一些请

       求是对应参数值变化率的函数；和

    (2)一个存储设备，设置成存储一套当前的参数值，其

       中上述的当前这套参数值包括每个参数最新请求的

       参数值。

2、如权利要求1的系统，其中，上述的传感器管理器被设置成，在每个时帧内对于每个参数请求至少一次参数值。

3、如权利要求1的系统，其中，上述的监控系统包括：

    (3)一个预测器，设置成用于至少对于第一个设备确定

       一个时间间隔或多个时间间隔，在上述时间间隔内，

       上述第一个设备的一个参数将被检测。

4、如权利要求1的系统，其中，上述的时间间隔是一个周期性时钟的周期函数。

5、如权利要求1的系统，其中，上述的时间间隔大约是100毫秒，而上述的时帧大约是1秒或更少。

6、如权利要求1的系统，其中，上述的设备包括多个串连的电池，每个电池具有的参数包括：

        1)一个充电状态参数；和

        2)一个温度参数。

7、如权利要求6的系统，其中，上述的充电状态参数包括一个电压参数和一个电流参数。

8、如权利要求1的系统，其中，对于一个或多个上述的设备，  一个相应的慢变化的参数值，在多个时间间隔内是基本不变的，而上述的传感器管理器被设置成，在每个时间间隔内，放弃请求上述的慢变化参数值，但是在上述的慢变化参数值实质上变化之前，至少一次选择性地请求上述的慢变化参数值。

9、如权利要求1的系统，其中，上述的传感器管理器被设置成，用于确定哪几个时间间隔内，至少一套上述参数值的子集应该被请求。

10、如权利要求9的系统，其中上述的确定过程是预测上述参数值子集的参数值变化率的一个函数。

11、如权利要求9的系统，其中上述的预测过程是历史参数值数据的函数。

12、如权利要求9的系统，其中上述的监控系统被设置成，用于确定作为上述变化率的函数的上述的时帧和上述的时间间隔。

13、如权利要求1的系统，其中，上述那套设备包括具有至少一些不同参数的不同设备。

14、如权利要求1的系统，其中每个传感器在系统中具有一个地址。

15、一种时间约束的传感器数据检索系统，包括：

A一套电池组，每个电池具有一个或多个变量参数，包括一个

温度参数、一个电压参数和一个电流参数；

B一套传感器，与每个设备耦合，并设置成检测与上述的每个

参数相关联的参数值，和设置成产生一个值信号，代表每个上

述的参数值；和

C一个监控系统，被耦合至上述的该套传感器上，并设置成用

于接收上述的值信号，并从中获取和存储上述的参数值，上述

的监控系统包括：

    (1)一个传感器管理器，设置成在一个时帧的多个时间

       间隔中的至少一个时间间隔内，从上述的传感器中，

       选择地请求一个上述的参数值，至少一些产生的请求

       是对应参数值变化率的函数；和

    (2)一个存储设备，设置成存储一套当前的参数值，其

      中上述的当前这套参数值包括每个参数最近被更新的

      参数值。

其中上述温度参数的变化率使得相应的一个温度参数值在至少一

个时间间隔内基本未变化，而上述的传感器管理器，在上述时帧

内的至少一个时间间隔内，放弃请求对上述温度参数值的更新。

16、一种在一个系统中进行时间约束的传感器数据检索的方法，该系统包括一套设备，每个设备具有一个或多个变量参数，被耦合至一套传感器上，其中上述的传感器被耦合到一个监控系统，该监控系统被设置成用于存储和请求对应于上述参数的参数值，上述的方法包括：

    A确定包含多个时间间隔的一个时帧；

    B确定每个参数值的变化率；

    C在上述的至少一个时间间隔中，从上述的传感器中请求参数

    值，至少产生的一些请求是上述参数值变化率的函数；和

    D用上述请求的参数值，更新已存储的当前的一套参数值，其

    中，上述的当前这套参数值包含每个参数最近存储的参数值。

17、如权利要求16的方法，其中，上述在权利要求16的C项中的请求步骤包括在每个时帧内对于每个参数至少请求一次参数值。

18、如权利要求16的方法，还包括：

    E.输出上述的当前的一套参数值至一个应用系统。

19、如权利要求16的方法，其中，上述的时间间隔是一个周期性时钟周期的函数。

20、如权利要求16的方法，其中，上述的时间间隔大约是100毫秒，而上述的时帧大约是1秒或更少。

21、如权利要求16的方法，其中，上述的设备包括多个串联的电池，每个电池具有的参数包括：

        (1)一个充电状态参数；和

        (2)一个温度参数。

22、如权利要求21的方法，其中上述温度参数的变化率使得相应的一个温度参数值在至少一个时间间隔内基本未变化，而上述的传感器管理器，在上述的时帧的至少一个时间间隔内，放弃请求上述温度参数值的更新。

23、如权利要求21的方法，其中，上述的充电状态参数包括一个电压参数和一个电流参数。

24、如权利要求16的方法，其中，上述的监控系统被设置为用于在步骤B中完成至少上述变化率的确定的至少一个子集。

25、如权利要求14的方法，其中，步骤B包括预测上述变化率的至少一个子集，而其中上述的确定是上述预测的一个函数。

26、如权利要求25的方法，其中，被实现的预测作为历史参数值数据的一个函数。

27、如权利要求16的方法，其中，在步骤A中的上述监控系统被设置用于实现对上述时帧和上述时间间隔的上述确定。

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