CN104505548B - 无线网状网中的电池管理 - Google Patents

Abstract

一种装置和方法包括在具有控制器的安全系统中提供多个无线设备的步骤，其中多个无线设备中的每个向控制器进行注册，以及其中多个无线设备中作为子设备操作的至少一个无线设备通过多个无线设备中作为母设备操作的另一个无线设备向控制器进行注册，安全系统的处理器监控为多个无线设备中的每个供电的各自电池的充电状态，以及基于无线设备的各自电池的所监控的充电状态，处理器动态地调整在多个无线设备中的电负载，以便尽可能地延迟来自多个无线设备中的任何无线设备的第一个电池电量过低警告，从而减少电池安装者的站点访问。

Description

无线网状网中的电池管理

技术领域

领域涉及安全系统，并且更特别地涉及这种安全系统的无线设备中的电池使用。

背景技术

安全系统是周知的。这种系统典型地包括在受保护区域中使用的一个或多个传感器用以检测对安全或健康的威胁。在这方面，所述传感器可包括环境检测器(例如，烟、天然气、等)或入侵探测器。所述入侵探测器可以被提供作为围绕受保护区域的门或窗上的限制开关，以及用于检测所述受保护区域的进入，或着作为检测受保护区域中运动的运动检测器。

传感器可被依次连接至控制面板。在激活传感器之一时，所述控制面板可发送警报消息至包括警报位置的标识符的中心监控站。所述中心监控站可转而调度合适的帮助(例如，警察、消防部门、等)。

在很多近来的系统中，使用的传感器是基于无线技术的。无线传感器的使用是基于减少在现有设施中安装安全系统的开销的需要。

尽管无线传感器工作良好，但这种系统的可靠性基于为这种传感器供电的电池的功能性。在这方面，如果为传感器供电的电池将耗尽，则入侵者可以进入受保护的空间而不引起警报或火灾事件，将会因未被察觉而导致损害和损失。因此，需要更好的方法以确保为这种系统的传感器供电的电池的可靠性。

附图说明

图1是依据所述实施例一般性示出的安全系统的框图。

具体实施方式

尽管实施例可以采取很多不同的形式，但其特定实施例在附图中示出且在此被详细描述，并且理解本公开被认为是其原理的示例，也是实施其的最好模式。并不是要打算限制为所说明的特定实施例。

图1描述了根据所述实施例一般性示出的安全系统10。包括在系统内的是用来保护受保护区域12的许多无线设备14、16和18。设备中的至少一些包括各自的环境传感器20。环境传感器可通过合适的传感器设备(例如，烟检测器、天然气检测器、火检测器、等)来检测环境危险。可选地，所述传感器可以是门或窗上的限制开关，其检测入侵者打开门或窗户。

无线设备可被控制面板(控制器)26监控。在激活无线设备之一的传感器时，所述控制器可发送警报消息至中心监控站28。警报消息可包括受保护区域(地址)的标识符、警报类型(例如，入侵者、火情等)的指示器以及受保护区域中的无线传感器设备的相对位置。

包括在控制器以及每个无线设备中的是提供每个设备的各自功能的电路。所述电路可包括在从非瞬态计算机可读介质(存储器)38中加载的一个或多个计算机程序34、36的控制下操作的一个或多个处理器装置(处理器)30、32。如在此使用的，对程序步骤的引用也是对执行该步骤的处理器的引用。

在这方面，警报处理器可监控每个无线设备。在检测到传感器之一的激活时，警报处理器可构造发送至中心监控站的警报消息。除发送警报信息至中心监控站之外，警报处理器可激活包括在或附接至无线设备之一的本地音频和/或视觉输出设备22。

包括在控制器中的是无线收发器40。控制器的收发器用来与每个无线设备中的相应收发器24交换消息。

控制器和无线设备之间的通信可通过许多不同方法中的任意方法来完成。例如，安全系统可自动将自己布置在时分复用(TDM)格式下的通信系统中，其中每个无线设备被分配给传输帧和多帧的特定时间片。类似地，控制器和每个无线设备可具备操作频率列表以及在与TDM格式结合的跳频格式下操作。

在系统的初始激活之后，每个无线设备可调谐至默认频率且传送指向控制器的注册消息。那些最靠近控制器的无线设备可接收它们的注册消息的确认以及包括一组用于与控制器通信所使用的通信协议的下载文件。所述协议可以是定义协议的计算机程序或只是一组被用于实现所述协议的参数。例如，所述控制器的通信处理器可下载进行以下操作的信息：将其检测到的每个无线设备分配给TDM帧的特定各自时间片以及分配给特定跳频序列。

其他无线设备(例如，无线设备18)可能离控制器太远而不能直接与控制器通信。这种情况下，所述无线设备18可识别任何附近的无线设备14、16，且通过其他母设备14、16中的一个向控制器注册为子设备。

在这方面，母设备可从子设备处接收注册信息，且重传送注册消息至控制器。所述控制器可将子设备分配给特定TDM时间片和跳频序列。母设备可代表子设备在分配的TDM时间片和序列上与控制器交换消息。母设备也可分配不同的TDM时间片和跳频序列以用于与子设备交换消息。

可选地，控制器可注册系统中的每个无线设备，且允许设备在竞争格式下访问控制器。在这方面，与那些离控制器相对更远的设备相比，更有可能检测到来自更靠近控制器的设备的传输。这种情况下，更靠近控制器的设备可充当母设备，其从离控制器相对更远的设备处重传输消息。

包括在每个无线设备中的是各自的电池38，其为设备供电。使用上述的处理，无线设备将它们自己构建为安全系统的各种输入和输出设备之间耦合的网状网络。

电池供电设备的网状网络可部署在各种应用中，例如无线安全、防护、舒适和工业控制系统。由于电池的替换是维护任务，可期待的是服务人员在某些最小时间间隔处更换电池。

然而，最小时间间隔的确定难于查明。例如，由于网状网络的本性，某些节点涉及路由更大数量的消息，导致与网络中其他节点相比更快的电池消耗。

另外，某些无线设备具有比某些其他设备消耗更高级别电力的应用电路。例如，在无线火警系统中，当被激活时可听警报或闪光比简单的烟检测器消耗更多电力。

更多的服务人员经常忽略推荐使用新电池并且不混合旧和新电池的指令。所有这些因素导致了设备的不统一的电池寿命，其可导致服务人员频繁访问以替换电池。

图1的系统通过大量独特的处理技术解决这些问题。例如，图1的每个无线设备具有检测电池参数的监控传感器40。例如，监控传感器可以是感测电池电压的电压传感器。可选地，监控传感器可以是检测从电池流出的瞬时电流的安培传感器。

在这方面，每个无线设备中的一个或多个电池充电状态处理器可监控电池的状态，且将该状态报告至控制器或无线设备中的相应组的一个或多个电池充电状态处理器。例如，第一电池状态处理器可精确测量电池的电压，且从电压确定电池类型(例如，锂离子、镍镉、等)。基于在存储器中保持的一组放电曲线，处理器可确定整个剩余电荷的百分例。

可选地，或另外，电荷跟踪处理器可监控从电池流出的瞬时电流。在这方面，大多数电池具有等级在毫安或微安小时的总能量存储容量。通过测量电池上的瞬时负载，电荷跟踪处理器能够以毫安或微安小时测量电流负载，且保持从电池移除(以毫安或微安小时)的总电荷的值。

在又另一个替换中，在制造过程中可为每个设备测量针对每个操作模式流出的电流且保存在存储器中。设备中的一个或多个模式处理器可在每个模式中测量操作时间。使用在每个模式中流出的电流的预设值，模式处理器可通过求和在跨过所有模式的时间段前流出的电流来计算指示电池状态的电荷状态。

在控制器或者无线设备之一中的是电池负载平衡处理器。负载平衡处理器为系统中每个无线设备获取电流电池状态。基于该确定的状态，所述负载平衡处理器可确定或以其它方式预测每个无线设备的电池寿命。所述负载平衡处理器可基于在电池中剩余的电流电荷(例如，以毫或微安小时)和以毫或微安的电流放电量速度来这样做。

在这方面，系统的负载处理器可在至少四个不同程序下操作。第一个可以是精确电池预测程序。第二个程序使用精确电池电压监控电路来操作，并且基于电池电压来重新调整电池预测程序。第三个程序以母-子关系使用主动(proactive)的路由以在网状节点中平衡电力消耗，并且第四个程序以母-子关系使用活性路由以基于剩余的电池容量最大化设备功能。

在这方面，无线设备(网状节点)每个由电池(电池组)供电，其由电池的串行和/或并行组合与用于每个给定类型负载模式所建立的放电量曲线所组成。放电量曲线被保存在系统的一个或多个各自存储器中。

电池预测程序基于电流消耗的连续测量或基于以各种操作/功能模式的电流消耗的实际观测来操作，且被用于获得每个给定电池化学、类型和容量的剩余电池寿命。例如，跟踪处理器可跟踪无线设备执行某些重复操作(例如，测量环境参数、比较所测量的参数与阈值水平以及报告结果至控制器、等)所需的总能量，以及此任务如果被执行时的每周期的次数(例如，每24小时周期)。电池中剩余的总能量可由这种每天所需能量进行划分以预测电池的剩余寿命。

这个第一程序假定在安装前新电池具有合理的架存时间。基于节点随时间的实际使用，电池消耗和剩余电池寿命被精确地计算。

该第二程序基于类似的概念。在这方面，如果使用用过的电池组或旧电池(即，电池架存时间太长)或新旧电池的混合，则电池预测程序不完全正确。为了适应此可能性，第二程序使用电压监控电路以确定电池接着在放电曲线的何处操作。确定的剩余容量接着被反馈至电池预测程序以解决从该电池的预测曲线的任何不期望的偏离。

主动的路由程序(以及执行该程序的处理器)被用于平衡网状节点间的电力消耗。在系统的网状网络中，每个节点的电力消耗取决于通过该节点路由的许多消息。在竞争模式下操作的网状网络中，被路由消息的数量和重试的数量确定了传输(以及电力消耗)的准时和数目。在TDM格式下操作的网状网络的情况中，通过节点路由的消息的数量涉及子节点的数量以及，因此，涉及节点的传送和接收占空因数。对于给定类型节点、其应用电路和连续电力消耗，该节点被动态地分配了合适水平的路由功能(即，子设备的数目)以便获得跨越所有设备的基本上统一的电力消耗水平。例如，在正常操作期间消耗更高平均水平电力的设备被分配更少的路由功能(即，更少的子设备)。相反，对于正常操作消耗更少电力的设备被分配更高数量的路由任务(以及更多子设备)。

活性程序处理器基于剩余电池容量分配路由任务。随着时间的推移，有时某些设备可能消耗更多电力，由于涉及应用电路的原因，例如比期望更多数目的激活。例如，如果无线火警系统中的可听警报被激活一长段时间，其电池将被消耗至更大程度。

平常，无线网中不期望的通信可导致更高水平的电力消耗。例如，与其邻近节点具有弱链接(例如，由于居间金属屏障的弱信号传输)的网状节点需要更频繁地重传消息，这导致了增加的电池耗竭。为了在这种情况下获得统一的电池寿命，所述设备通过传送路由需求或子设备至具有相对高的保存电池容量的其他设备来摆脱任何消息路由需求。

当电池水平监控电路显示了比预测程序估计的更少或更多的剩余电池容量时，发生类似的重分配。在这种情况下，预测程序通过分配更多路由任务至由监控电路指示的设备来纠正多出的容量。

作为特定示例，假定无线设备14、16是烟/火检测器，而无线设备18是入侵检测器。还假定无线设备14、16、18相互之间以及与如图1中一般性地指示的控制器26具有相同的一般关系。在这方面，无线设备14、16会基于它们与控制器相对近的关系而直接向所述控制器进行注册。

还假设无线设备18离控制器太远而不能与控制器交换无线消息。在这种情况下，无线设备18可与无线设备14、16等距，且可通过无线设备16向控制器进行注册。在此环境中，无线设备18是子设备而无线设备16是母设备。

在正常操作过程中，一个或多个电池充电状态处理器可测量每个设备的电池的电压和从每个电池中流出的电流。电池电压可被发送至电池预测处理器，其中每个电池的预估寿命被确定。类似地，电流值可以为每个电池累积，且由电荷跟踪处理器用以确定从每个电池中流出的累积能量，并预测每个电池的剩余寿命。

基于电压和积累的电流值的用于每个电池的预测寿命可被发送至比较处理器，其比较预测的寿命和选择最小值。最小值也可与一个或多个阈值比较以便确定在系统中重新布置负载的需要。阈值可基于绝对值或基于每个电池的相对放电率。例如，比其他电池放电更快的电池可以以如下方式被独立出来，即允许包含该电池的设备被分配更少的负载以便延长所述电池的寿命至可以与其他电池寿命相比较的值。

例如，无线设备16被假设是烟/火检测器，且具有从设备16中接收电力的输出设备22。在正常操作期间，由于测试和偶然的火情，无线设备16可被相对快地放电。也作为火/烟检测器操作的另一无线设备14可具有非常轻的负载。比较处理器可检测相对寿命的中的相对大的区别，且发送消息至负载处理器。

作为响应，负载处理器可首先确定无线设备16是至子设备18的母设备。负载处理器也可确定子设备18也在与无线设备14平行的无线通信范围内。基于设备16的电池的快速放电，负载处理器可发送指令至子设备18，指示子设备将它自身从母设备16中分离出来，并且通过替换的母设备14重建至控制器的连接。

随着时间流逝，负载处理器可在系统中连续做出负载改变。在一个说明性实施例中，负载处理器将尝试用最长和最短的预测剩余寿命来识别设备，且做出做出打算在这些识别的设备上具有最大的效果的负载改变。

例如，在设备16具有输出设备的情况下，负载处理器可确定这个设备16的电池的预测寿命仍小于系统中的任何其他设备。这种情况下，负载处理器可减少这个设备上的负载至与所需功能一致的某最小水平。负载处理器也可在系统的用户界面上张贴通知以告知操作员功能中的改变和所述改变的原因。

一般地，系统通过执行在安全系统中提供多个无线设备的步骤来提供所述的功能，所述安全系统具有控制器，其中多个无线设备中的每个向控制器进行注册，且其中多个无线设备中作为子设备操作的至少一个无线设备通过多个无线设备中作为母设备操作的另一个无线设备向控制器进行注册，安全系统的处理器监控各自电池的充电状态，电池为多个无线设备中的每个供电，且基于多个无线设备中的至少一些的各自电池的所监控的充电状态，控制器的处理器动态地调整在多个无线设备中的所述至少一些中的电负载，以便尽可能地延迟来自多个无线设备中的任何无线设备的第一个电池电量过低警告，从而减少电池安装者的站点访问。

在这方面，这里描述的装置可包括安全系统的控制器、安全系统的多个无线设备，其中多个无线设备中的每个向控制器进行注册，且其中多个无线设备中的至少一个无线设备作为子设备操作，其通过多个无线设备中作为母设备操作的另一个无线设备向控制器进行注册，安全系统的处理器，其监控为多个无线设备中的每个供电的各自电池的充电状态，和控制器的处理器，其基于多个无线设备中的至少一些的各自电池的所监控的充电状态，控制器的处理器动态地调整在多个无线设备中的所述至少一些中的电负载。

在其他实施例中，装置可包括安全系统、所述安全系统的控制器、包括多个母设备的所述安全系统的多个无线设备，其中多个无线设备中的每个向控制器进行注册，且其中多个无线设备中的至少一个作为子设备操作，其通过多个母设备中的至少一个向控制器进行注册，安全系统的处理器，其监控为多个无线设备中的每个供电的各自电池的充电状态，和控制器的处理器，其尤其基于母-子关系以及基于多个无线设备中的至少一些的各自电池的所监控的充电状态，动态地调整在多个无线设备中的所述至少一些中的电负载。

由上文可知，将观察到多种变型和修改可以在不脱离本文的精神和范围的情况下实现。应理解并不打算或不应推导出对在此描述的特定装置的限制。当然，目的是将由所附权利要求覆盖所有这些修改并落入权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于调整安全系统的多个无线设备中的电池使用的方法，所述方法包括：

在具有控制器的安全系统中提供多个无线设备，其中多个无线设备中的每个向控制器进行注册，以及其中多个无线设备中作为子设备操作的第一无线设备通过多个无线设备中作为母设备操作的第二无线设备向控制器进行注册；

安全系统的第一处理器监控为多个无线设备中的每个供电的各自电池的各自充电状态；以及

基于为母设备供电的各自电池的各自充电状态，控制器的第二处理器动态地调整母设备中的电负载，以便延迟来自多个无线设备中的任何无线设备的电池电量过低警告。

2.如权利要求1中的方法，进一步包括多个无线设备中的至少一个感测安全系统的受保护区域中的环境参数。

3.如权利要求2的方法，进一步包括多个无线设备中的至少一个感测烟、火和天然气中的一个。

4.如权利要求1的方法，进一步包括多个无线设备中的至少一个激活可听警报或闪光。

5.如权利要求1的方法，其中调整电负载的步骤进一步包括通过不同的母设备在所述子设备和控制器之间建立连接。

6.如权利要求1的方法，其中监控为多个无线设备中的每个供电的各自电池的各自充电状态包括测量为多个无线设备中的每个供电的各自电池的各自电流消耗，或遍及所有操作模式相对于时间对为多个无线设备中的每个供电的各自电池的各自电流消耗进行求和。

7.如权利要求6的方法，进一步包括将为多个无线设备中的每个供电的各自电池的各自电流消耗值相对于时间积分以作为从为多个无线设备中的每个供电的各自电池移除的各自能量的各自测量值。

8.如权利要求7的方法，进一步包括比较从为多个无线设备中的每个供电的各自电池移除的各自能量的各自测量值与未使用电池的估计能量。

9.如权利要求1的方法，其中监控为多个无线设备中的每个供电的各自电池的各自充电状态包括测量为多个无线设备中的每个供电的各自电池的各自电压。

10.一种用于调整安全系统的多个无线设备中的电池使用的装置，所述装置包括：

安全系统的控制器；

多个无线设备，其中多个无线设备中的每个向控制器进行注册，且其中多个无线设备中作为子设备操作的第一无线设备通过多个无线设备中作为母设备操作的第二无线设备向控制器进行注册；

安全系统的处理器，其监控为多个无线设备中的每个供电的各自电池的各自充电状态；以及

控制器的处理器，其基于为母设备供电的各自电池的各自充电状态，动态地调整母设备中的电负载，以便延迟来自多个无线设备中的任何无线设备的电池电量过低警告。

11.如权利要求10的装置，其中多个无线设备中的至少一个无线设备感测安全系统的受保护区域中的环境参数。

12.如权利要求10中的装置，其中多个无线设备中的至少一个无线设备感测烟、火和天然气中的一个。

13.如权利要求10的装置，其中多个无线设备中的至少一个无线设备激活可听警报或闪光。

14.如权利要求10的装置，其中调整电负载的步骤进一步包括通过不同的母设备在所述子设备和控制器之间建立连接。

15.如权利要求10的装置，其中安全系统的处理器测量为多个无线设备中的每个供电的各自电池的各自电流消耗、或遍及所有操作模式相对于时间对为多个无线设备中的每个供电的各自电池的各自电流消耗进行求和。