电池供电的传感器设备的制作方法

本公开涉及一种电池供电的传感器设备，该设备包括耦合至处理器的传感器，处理器适于周期性地处理利用传感器获取的传感器信号。

背景技术：

电池供电传感器设备变得越来越流行，例如，作为便携式设备的一部分，如智能电话、智能手表等，或者作为独立传感器设备。人们想要使用这种电池供电传感器设备的原因可能有很多。其中一个原因就是监测空气质量，例如，在锻炼时，如跑步、骑自行车时等等。在发达国家，尤其是在城市地区，诸如颗粒物(pm)污染等空气污染，例如，车辆排放导致的污染，成为越来越受关注的健康问题，因此，人们越来越关注获取和监测与污染水平有关的信息。

与这种电池供电传感器设备相关的一个挑战在于确保电池寿命足以在用户希望获得此类感测信息的整个时间段内，如锻炼期间，为用户提供期望的感测功能。这对于可穿戴电池供电传感器设备来说尤其具有挑战性，可穿戴电池供电传感器设备需要具有小的形状系数，从而使设备可以舒适地佩戴。但这损害了这种可穿戴设备中可用于电池的空间。

us2016/0025628a1公开了一种感测颗粒物的移动设备。该移动设备包括：具有空气流路的壳体，当移动设备被摇动时，空气流过空气流路；惯性传感器，用于检测移动设备的加速度；光散射型传感器，其用光照射空气流路，并检测流过空气流路的空气中的颗粒物；以及控制器，其包括计数器和流量计算器，计数器用于对由光散射型传感器检测到的颗粒物进行计数，流量计算器用于基于惯性传感器的检测信号检测空气流路中的空气流速。以这种方式，可以省略气流产生部件，从而可以提高电池寿命。然而，这种移动设备在使用感测功能期间仍然受到有限电池寿命的影响。因此，需要提供一种电池供电传感器设备，其中，电池寿命，即设备单次充电的操作时间，可以延长。

us2015/0250385a1公开了一种用于连续生理监测的设备。该设备可以包括可穿戴带，可穿戴带自动且续地确定用户的心率并提供连续心率数据。心率数据的采样速率可以是由一个或多个加速计确定的可穿戴带的穿戴者的活动水平函数，以获取心率的准确估计。

技术实现要素：

本公开旨在提供一种具有此类延长电池寿命的电池供电的传感器设备。

根据一个方面，提供一种电池供电的传感器设备，包括传感器和加速计，传感器用于感测感兴趣的分析物并耦合至处理器，处理器适用于周期性地处理由传感器获取的传感器信号，加速计耦合至处理器，用于提供指示传感器设备的移动程度的加速计信号，其中，处理器被设置为根据移动程度确定传感器信号的处理频率。

本公开基于以下见解：通常在电池供电的传感器设备的移动程度与其用户对精确感测的期望之间存在相关性。例如，当用户睡着或休息时，用户可能对传感器提供的传感器数据的定期更新不太感兴趣，而当用户处于活动状态时，例如，锻炼时，则期望更频繁地更新传感器数据。此外，在用户正在移动的情境中，用户更可能在具有不同浓度的(空气传播的)所关心的分析物(例如，空气污染物)的不同环境之间移动，从而需要传感器频率更高的测量，以准确获取这种变化。因此，通过在传感器设备中包括加速计并且根据加速计提供的移动信息来设置传感器信号的处理频率，可以在传感器设备移动相对较少的时间段内保持电池电力。由于这些时间段通常是延长的时间段，因此，可以显著延长电池寿命。另外，随着相关测量时间段内的测量频率增加，可以提高这些时间段内对所关心的分析物的确定的准确性。

在一个实施例中，处理器布置为根据移动程度改变传感器信号的处理频率的比例。因此，可以随着移动增加来配置传感器信号的处理频率，如采样频率。

在另一实施例中，电池供电传感器设备还包括查找表，查找表包括与传感器设备的移动范围相关联的表条目，每个移动范围与特定处理频率相关联，其中，处理器适用于识别查找表中与包括移动程度在内的移动范围相关联的表条目；并且将与识别的移动范围相关联的特定处理频率设定为传感器信号的处理频率。例如，每个表条目可以与特定类型的活动相关联，例如，休息、行走、慢跑、跑步、骑自行车等，每个活动由加速计检测到的传感器设备的特定移动范围限定。

查找表的表条目可以是可配置的。这样的优点在于，电池供电传感器设备的用户可以更新查找表，例如，以提高加速计对活动检测的准确性。替代地或额外地，传感器设备可以适用于基于设备的学习阶段来提取移动范围，其中，处理器监测用加速计收集的数据并评估所收集的数据，以从可以用于填充表条目的数据中提取典型移动模式。

电池供电传感器设备可以进一步包括耦合至处理器的另外的传感器，处理器适用于周期性地处理由另外的传感器获取的另外的传感器信号，其中，处理器进一步适用于响应另外的传感器信号中的至少一个传感器信号的处理结果，来设定传感器信号的处理频率。例如，用另外的传感器确定的诸如co2水平或温度水平等环境条件的变化可以指示用传感器监测的污染物浓度的变化，该变化可能是电池供电传感器设备的用户感兴趣的。例如，这种改变可以发出位置变化的信号，例如，用户从室内位置移动到室外位置或从室外位置移动到室内位置，这可能与所关心的分析物(如空气污染水平)的变化相关联。因此，这种另外的传感器信号可以有利地触发传感器信号的处理频率的变化，以监测所关心的污染物可能的浓度变化。

处理器可以被设置为响应移动程度设定所述另外的传感器信号的另外的处理频率，从而进一步延长传感器设备的电池寿命。

在一个实施例中，电池供电传感器设备进一步包括耦合至处理器的用户界面，其中，处理器进一步适用于响应从用户界面接收的用户输入，来设定传感器信号的处理频率。例如，用户可以指示他或她是否对从传感器获取数据感兴趣，该指示可以用于否决或增加用于控制处理器的加速计数据，从而为电池供电传感器设备提供扩展操作灵活性。

在特别有利的实施例中，用于感测所关心的分析物的传感器被设置为感测污染物，并且处理器被设置为从传感器提供的传感器信号中导出污染物水平，传感器设备进一步包括耦合至处理器的通信模块，其中，处理器布置为判断通信模块是否能够访问用于提供污染物水平的外部指示的外部源，并且，如果能够访问，获取污染物水平的外部指示并停用传感器。在该实施例中，例如，如果外部指示足够可靠，可以用污染物水平的外部指示代替从传感器提供的至少一个传感器信号确定的污染物水平。这样的优点在于，通过暂时停用可以获得此类可靠外部污染物信息的传感器设备，可以进一步延长传感器设备的电池寿命。

优选地，通信模块布置为连接至外部源，用于通过数据通信网络提供外部指示。例如，通信模块可以适用于访问提供此类污染物信息的因特网服务，以评估是否可以暂时停用传感器。

电池供电传感器设备可以进一步包括耦合至处理器的数据存储设备，其中，处理器布置为将从传感器信号导出的传感器数据存储在数据存储设备中以评估该传感器数据。这有利于在任意合适的时间点评估传感器数据，例如，在锻炼方案完成后评估用户在锻炼方案期间暴露其中的污染物水平。

电池供电传感器设备可以是可穿戴传感器设备。由于可穿戴设备中的电池容量有限且较小，可穿戴传感器设备尤其受益于电池寿命延长，并且尤其有可能暴露于根据穿戴者所参与的活动类型不同而不同的移动范围。

用于感测所关心的分析物的传感器可以是空气污染物传感器，例如气溶胶传感器或颗粒物传感器，如pm10传感器、pm5传感器、pm2.5传感器、ufp(超细粒子)传感器等。这种传感器特别有吸引力，因为它们可以监测空气污染，而这些污染信息可能是参与体力活动的用户特别感兴趣的。

在一个实施例中，电池供电传感器设备进一步包括容纳传感器的气流通道，其中，处理器进一步适用于从传感器信号和加速计信号计算空气污染物浓度。特别地，在这种布置中，加速计数据可以提供通过气流通道的气流速度的准确估计，从而可以准确地估计在传感器信号获取期间通过气流通道移位的空气体积及相关空气污染物浓度。

根据另一方面，提供一种电池供电传感器设备的操作方法，该传感器设备包括传感器和加速计，传感器用于感测所关心的分析物并且耦合至处理器，处理器适用于周期性地处理由传感器获取的传感器信号，并且加速计耦合至处理器，该方法包括，用处理器接收来自加速计的加速计信号，加速计信号指示传感器设备的移动程度；根据接收到的加速计信号确定传感器设备的移动程度；以及根据所确定的移动程度设定传感器信号的处理频率。由于电池供电传感器设备的这种操作方法在用户的强化活动期间加强了操作，即在不活动期间减少操作，因而延长了传感器设备的电池寿命，从而降低了用户强化活动期间电池耗尽的风险。

在一个实施例中，电池供电传感器设备进一步包括耦合至处理器的通信模块，该方法进一步包括：用处理器检查用于提供污染物水平的外部指示的外部源是否可用；以及，在可用的情况下，从通信模块接收污染物水平的外部指示并停用传感器。这种外部指示可以用于进一步提高电池供电传感器设备的电池寿命，因为在可以获取所关心的污染物水平的可靠外部的情况下，它使得设备能够例如通过停用传感器以低功率模式操作。

附图说明

下面将结合附图以非限定性实例的方式更详细地描述本公开的实施例，其中：

图1示意性地示出根据一个实施例的电池供电的传感器设备；

图2示意性地示出根据另一实施例的电池供电的传感器设备；

图3是根据一个实施例的操作电池供电的传感器设备的方法的流程图；

图4示意性地示出根据又一实施例的电池供电的传感器设备；

图5示意性地示出根据又一实施例的电池供电的传感器设备；

图6是根据另一实施例的操作电池供电的传感器设备的方法的流程图；以及

图7是根据本公开一个实施例的操作电池供电的传感器设备的原理图示。

具体实施方式

应当理解的是，附图仅仅是示意性的，并非按比例绘制。还应当理解的是，相同附图标记在整个附图中表示相同或相似部件。

图1示意性地示出根据本公开实施例的电池供电的传感器设备10。电池供电的传感器设备10包括通信耦合至处理器13的传感器11，处理器13进一步耦合至加速计、即惯性传感器15。电池供电的传感器设备10还包括电池17，电池17为电池供电的传感器设备10的各个部件供电。在优选实施例中，电池供电的传感器设备10是便携式电池供电传感器设备，如智能电话、平板电脑或包括传感器功能的其它设备。替代地，这种便携式电池供电传感器设备是专用设备，其可以佩戴在用户的口袋等中，或者替代地，可以使用任意适当的紧固装置(如回形针、带等)而被固定在用户的锻炼设备(例如自行车等)上。在另一优选实施例中，电池供电的传感器设备是可穿戴设备，如智能手表等或专用传感器设备。在这种可穿戴的电池供电传感器设备10的情况下，设备可以包括任意适当的紧固装置，例如，用于将设备固定至佩戴者身体上的条、带等。

用于感测所关心的分析物的传感器11可以是任意合适类型的传感器，例如，用于测量空气污染的传感器。在示例性实施例中，传感器11可以是气溶胶传感器，例如，颗粒物传感器，诸如用于检测特定尺寸的颗粒物颗粒的pm2.5传感器、ufp传感器、pm5传感器、pm10传感器等。这种特定物质传感器的任意适当实施例都是可以预期的。例如，电池供电的传感器设备10可以如图2中示意性示出地配置，其中，颗粒物传感器11被定位在穿过电池供电的传感器设备10的壳体的气流通道19中。壳体可以由任意适当材料制成，例如塑料材料、金属、金属合金或其组合。气流通道19在第一开口和第二开口之间延伸，第一开口和第二开口均通向周围环境。例如，在线性气流通道19的情况下，第一开口可以与第二开口相对。

在一个实施例中，颗粒物传感器11是光学粒子传感器，包括光学模块(未示出)和检测器(未示出)，光学模块用于发射通过气流通道19的感测区域的光，检测器用于检测由流过感测区域的空气中的颗粒散射的光。光学模块例如可以是led模块或激光模块，并且检测器例如可以是光电探测器，如光电二极管等。可以使用任意适当的光学粒子传感器设计。由于这种光学粒子传感器本身是众所周知的，为简洁起见，在此不再赘述。

在传感器11放置在气流通道19中的情况下，例如已经在us2016/0025628a1中公开的，利用气流通道19的已知容积，由加速计15生成的加速计数据可以由处理器13使用以计算通过气流通道19的气流速度。处理器13可以采用任意适当形式。例如，处理器可以是单个分立设备，例如asic、适当编程的通用处理器、微控制器等，或者可以是包括多个处理设备的分布式装置，包括协作以实现处理器功能的多个处理设备。处理器13通常适用于以限定的处理频率来处理利用传感器11获取的信号。在每个传感器信号处理事件过程(例如测量循环)中，处理器13可以启用传感器11，例如，将传感器11从休眠状态切换为活动状态，从而利用传感器11生成传感器信号，之后，处理器13可以停用传感器11，例如，将传感器11从活动状态切换为休眠状态，以减少传感器11的能量消耗。例如，在光学粒子传感器11的情况下，在每个传感器信号处理事件过程中，处理器13可以激活光学模块和检测器以触发感测事件。这样，获得的传感器读数，例如，经确定的所关心的分析物(例如，诸如特定尺寸的微粒等空气污染物)的浓度，可以由处理器13存储在数据存储设备14中，以便在稍后阶段进行评估。为此目的，可以使用任意适当的数据存储设备14，例如，诸如闪存或eeprom、固态盘、磁盘等存储器设备。

根据本公开，处理器13适于响应由加速计15提供的指示电池供电的传感器设备10的移动程度(如移动速度等)的加速计信号，来动态地调节由传感器11生成的传感器信号的处理频率，从而可以通过在电池供电的传感器设备10减少移动(即用户活动)的时间段内降低对来自传感器11的传感器信号的处理频率，用以延长电池17的电池寿命。这一点将结合图3更详细地解释，图3示出操作电池供电的传感器设备10的方法100的流程图。方法100从步骤101开始，例如，接通电池供电的传感器设备10，并且可选地设置针对来自传感器11的信号的处理频率的默认值，之后，方法100进行至步骤103，在该步骤中处理器13接收来自加速计15的加速计信号。该加速计信号提供对电池供电传感器设备10的移动程度的指示。

在可穿戴或便携式电池供电的传感器设备10的情况下，这种移动程度通常与其用户的活动水平相关。例如，当用户休息时，将通过由加速计17检测到的电池供电的传感器设备10的有限运动来反映，而用户的活动增加则引起加速计17生成指示电池供电的传感器设备10运动增加的加速计信号。考虑到电池供电的传感器设备10的用户通常在活动水平增加期间对传感器11的传感器读数更感兴趣，因此利用加速计17检测到的运动程度可以由处理器13用于相应地调节由传感器11产生的(例如，待生成的)传感器信号的处理频率。如上所述，这可以包括启用和停用传感器11以保存能量。

为此，在步骤105中，处理器13处理从加速计17接收的加速计信号，以从接收到的加速计信号确定电池供电传感器设备10的移动程度，并且在步骤107中，根据经确定的移动程度来设定由传感器11产生的信号的处理频率。在一个实施例中，处理器13可以例如根据经确定的移动程度与设定的处理频率之间的线性关系(相关性)，而利用经确定的移动程度改变信号的处理频率的比例。替代地，处理器13可以访问查找表(lut)，例如，查找表可以存储在数据存储设备14中，该lut可以包含与传感器设备10的移动范围相关联的表条目。每个移动范围与特定处理频率相关联，从而使处理器13可以适于识别查找表中与包括移动程度的移动范围相关联的表条目，并且将与经识别的移动范围相关联的特定处理频率设置为传感器11的传感器信号的处理频率。

lut的每个表条目可以与用户的特定活动(例如休息、行走、慢跑、跑步、骑自行车等)相关联，每个活动与电池供电的传感器设备10的典型移动程度相关联。lut的表条目可以被预先填充，和/或在一些实施例中可以是能够配置的。例如，处理器13可以适于实现机器学习例程，其中处理器13在限定时间段内从加速计15收集数据并将数据存储在数据存储设备14中，从而在限定时间段完成时评估所收集的数据以鉴别加速计数据的趋势，所述趋势可以被转换为lut中的相应表条目。在另一实施例中，例如，lut可以由用户编程，以定义lut中的相应表条目，或根据用户体验修改预先填充的表条目，从而使表条目准确对应于特定用户的相应活动水平。为此，电池供电的传感器设备10可以包括用户界面(未示出)，诸如触摸屏、一个或多个按钮或拨盘等，以便于用户对lut进行编程。替代地，电池供电的传感器设备10可以包括诸如蓝牙模块等数据通信模块，以允许使用另一设备(例如智能电话、平板电脑等)的用户界面对lut进行编程。

随后在步骤109中检查是否可以终止方法100。如果不能终止，则方法100返回到步骤103，否则，该方法终止于步骤111。如本领域技术人员将理解的，方法100的终止可以用信号通知电池供电的传感器设备10的传感器数据获取模式的终止，这之后可以是数据评估模式，在该数据评估模式下评估所收集的传感器数据，例如，用以在传感器11检测空气污染物的情况下确定空气污染水平，如前文所述的。这种数据评估可以由处理器13执行，或者替代地可以在通信耦合至电池供电的传感器设备10的远程设备上执行，例如，通过将所获取的传感器数据发送至远程设备，如智能电话、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑等。由于这本身是众所周知的，为简洁起见，在此不再详细说明。完全可以说，这种数据评估的任意适当实施方式均可以用于本公开中。

在一些实施例中，除了基于加速计15提供的加速计信号实现上述运动程度检测之外，还可以通过其他机制利用处理器13确定对由电池供电的传感器设备10的传感器11生成的传感器信号的处理频率。例如，电池供电的传感器设备10可以包括用户界面或者可以响应于用户界面，例如，通信耦合至电池供电的传感器设备10的远程设备的用户界面，用户可以通过该用户界面手动定义期望的处理频率。以这种方式，例如，当在预期所关心的分析物(如空气污染物)水平会增加的空间内——例如，其中正在制备食物或正在点燃柴火的居住空间内——静止时，用户可以提高传感器信号的处理频率，从而使用户可以在没有电池供电的传感器设备10的移动程度的相关变化的情况下，触发处理器13对来自传感器11的传感器信号的增加(或降低)的采样速率。

图4示意性地示出根据另一实施例的电池供电的传感器设备10，其中存在通信耦合至处理器13的另外的传感器12。这种另外的传感器12可以是任意合适类型的传感器，如温度传感器、co2传感器等。与传感器11一样，处理器13对由另外的传感器12生成的另外的传感器信号的处理频率可以根据从来自加速计15的加速计信号导出的运动程度被动态地调节，如上所述的。这种对另外的传感器信号的处理频率的调节可以涉及如前所述的停用和启用另外的传感器12。在传感器11和另外的传感器12都根据能够动态调节的处理频率被操作的情况下，相应的处理频率可以相同或者可以不同。在一个实施例中，处理器13适用于响应来自另外的传感器12的另外的传感器信号中的至少一个传感器信号的处理结果，来设定传感器11的传感器信号的处理频率。例如，由另外的传感器12监测的所关心的另外的分析物的诸如温度或浓度等特性的突然变化可以指示由传感器11监测的特性的相关变化的可能的增加，例如，诸如空气污染水平、例如颗粒物水平等的变化的可能的增加，这可以触发处理器13在没有电池供电的传感器设备10的移动程度的相关变化的情况下，调节(例如，提高或降低)传感器11的传感器信号的处理频率。

图5示意性地示出根据另一实施例的电池供电的传感器设备10，其中电池供电的传感器设备10还包括耦合至处理器13的数据通信模块16。在该实施例中，传感器11是空气污染物传感器，如颗粒物传感器。在优选实施例中，数据通信模块16是无线数据通信模块16，如无线电、wi-fi模块、蓝牙模块、nfc模块等。处理器13可以适用于操作数据通信模块16以通过经由诸如因特网等数据通信网络直接连接至外部源，或经由此类数据通信网络(如通过诸如智能电话、平板电脑、路由器等中继设备)间接连接至外部源，从而访问空气污染数据的外部源。

下面将结合图6更详细地说明该操作方法，图6示出根据本实施例的方法100的流程图。如前所述，方法100可以通过启用电池供电的传感器设备10而从步骤101开始。接下来，方法100进行至步骤201，在该步骤中，处理器13可以例如在电池供电的传感器设备10的通信范围内，通过数据通信模块16检查是否有可用的可靠空气污染数据外部源。例如，这种外部源可以是为特定区域提供空气污染信息的因特网服务，例如，基于云的服务等。

例如，处理器13可以包含用于提供特定区域的污染信息的公认的可靠外部源列表，并且可以检查这些源中的任意一个是否在通信范围内。替代地，例如，通过电池供电的传感器设备10的用户界面或通信耦合至电池供电传感器设备10的远程设备的用户界面，处理器13可以接收用户指令以检查通信范围内是否存在这种空气污染数据的特定外部源。而且，如果通信范围内存在此类外部源，则可以为存在电池供电的传感器设备10的空间提供空气污染数据。

在步骤203，处理器13检查相关空间(例如，诸如部分城镇等特定区域)中此类空气污染水平的可靠外部指示是否可用。如果没有可用的此类外部指示，则方法100可以进行至步骤103，如前所述的，其中根据从加速计15接收的加速计信号设定传感器11的传感器信号的处理频率。仅仅为了简洁起见，这一点在此不再赘述。另一方面，如果在步骤203确定可以获得空气污染物水平的可靠外部指示，则方法100进行至步骤205，其中，从外部源(例如，用于提供这种外部指示的网络连接服务)获得空气污染物水平的可靠外部指示，这意味着只要这种外部指示可用，至少传感器11可以被置于休眠模式，从而减少电池供电的传感器设备10的能量消耗并延长电池寿命。如本领域技术人员将立即理解的，电池供电的传感器设备10的其它部件，例如，加速计15，也可以同时置于休眠模式以进一步延长电池寿命。此外，在传感器设备10可以依赖这种例如在传感器设备10的相对附近用专业测量设备生成的外部指示的情况下，可以进一步提高传感器设备10的精度。

如前所述，在步骤109检查方法100是否可以在步骤111终止。如果不能，则方法100返回到步骤201，其中，再次检查空气污染物水平的可靠外部源是否可用，从而使电池供电的传感器设备10的休眠部件、例如传感器11和加速计15，可以在此类可靠外部源不再可用的情况下被唤醒。

图7是如颗粒物浓度的增加所示的制备和烹饪膳食时厨房中颗粒物浓度(y轴)随时间(x轴)的发展曲线图。在x轴下方，上排等距箭头表示典型的现有技术电池供电传感器设备的传感器信号的静态处理频率，每个箭头指示一个采样事件。下排箭头表示利用根据本公开实施例的由制备膳食的人所穿戴的电池供电的传感器设备10实现的传感器信号的动态处理频率。

在穿戴者开始制备膳食时，加速计15检测到电池供电的传感器设备10的运动增加，其被转换为来自传感器11的传感器信号的处理频率增加，如下排间距更小的箭头所示。因此，与制备膳食的人的活动增加相关联的监测间距中颗粒物浓度突然变化的数据点1全部由电池供电传感器设备10捕捉，但以传感器信号的静态处理频率操作的现有技术的电池供电传感器设备却错过了这些数据点，因而表明电池供电的传感器设备10在延长电池17的电池寿命的同时，能够实现对由用户活动触发的污染事件覆盖的改进。具体地，已经发现与根据传感器11的传感器信号的静态处理频率操作的现有技术的电池供电传感器设备相比，电池供电的传感器设备10的电池17的电池寿命可以增加高达50％，并且基于电池供电的传感器设备10的用户的活动程度，可以预期进一步提高电池寿命。

应当注意的是，上述实施例的目的在于描述而非限定本公开，并且本领域技术人员可以在不偏离所附权利要求范围的情况下设计多个替代实施例。在权利要求书中，括号内的任何附图标记不得解释为对权利要求的限制。词语“包括”不排除存在权利要求未列出的其它元件或步骤。元件前面的词“一”或“一个”不排除存在多个该元件。本公开可以借助于包括若干不同元件的硬件实现。在列举多个装置的设备权利要求中，多个这些装置可以由一个且同一个硬件项目体现。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中的事实不指示这些措施的组合不能被用于获得优势。