CN105403325B

CN105403325B - 预测移动设备附近的环境温度的方法、计算机程序产品和移动设备

Info

Publication number: CN105403325B
Application number: CN201510552260.4A
Authority: CN
Inventors: 金·范乐; 吴培欣
Original assignee: NXP BV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2018-09-21
Anticipated expiration: 2035-09-01
Also published as: EP2993451A1; US20160069753A1; EP2993451B1; US10036671B2; CN105403325A

Abstract

本发明公开了一种预测移动设备附近的环境温度的方法，其中：包括在所述移动设备中的主温度传感器测量第一温度值；包括在所述移动设备中的至少一个辅温度传感器测量第二温度值；包括在所述移动设备中的处理单元根据第一温度值和指示一个或多个移动设备组件对测量的热影响的至少一个参数来计算对环境温度的第一预测；处理单元根据第二温度值和所述参数来计算对所述环境温度的第二预测；处理单元将第一预测和第二预测比较，并且如果第一预测和第二预测之间的差异超过预定最大值，则调整所述参数。此外，还公开了对应的计算机程序产品和对应的移动设备。

Description

预测移动设备附近的环境温度的方法、计算机程序产品和移动设备

技术领域

本公开涉及一种预测移动设备附近的环境温度的方法。另外，本公开还涉及对应的计算机程序和对应的移动设备

背景技术

现代移动设备(例如智能电话和平板)通常包括用于测量该设备附近的环境温度的温度传感器。然而，理想地，该移动设备内的温度传感器应当放置得尽可能靠近被测量温度的媒介，即环境空气，以得出可靠的测量结果。然而，由于美观和功能性原因，温度传感器只能容纳在移动电话的壳体内。遗憾的是，放置在外壳和壳体内的温度传感器具有相对较大的响应时间。也就是说，在内置温度传感器精确测量出环境空气温度前，需要相对较大的时间量，例如15至40分钟。可能需要降低该响应时间。因此，已经有了一些预测移动设备附近的环境温度的尝试。然而，仍然需要提高这种环境温度预测的精度。

发明内容

在示例性实施例中，处理单元重复地重新计算第一预测和第二预测，将第一预测和第二预测比较以及调整所述参数，直到第一预测和第二预测之间的差异等于或低于所述预定最大值为止。

在另一个示例性实施例中，如果第一预测和第二预测之间的差异等于或低于预定最大值，则处理单元断定环境温度等于第一预测、第二预测、或者第一预测和第二预测之间的值。

在另一个示例性实施例中，所述参数至少指示移动设备的外壳的热阻。

在另一个示例性实施例中，主温度传感器和辅温度传感器位于移动设备中的不同位置处，使得主温度传感器和环境空气之间的热阻与辅温度传感器和环境空气之间的热阻不同。

在另一个示例性实施例中，主温度传感器比辅温度传感器更靠近移动设备的边缘。

此外，还公开了一种包括可执行指令的计算机程序产品，其中，所述指令当被处理单元执行时，使所述处理单元执行或控制根据上文所述方法的步骤。

此外，还提供了一种移动设备，包括：主温度传感器，被布置为测量第一温度值；至少一个辅温度传感器，被布置为测量第二温度值；处理单元，被布置为根据第一温度值和指示一个或多个移动设备组件对测量的热影响的至少一个参数来计算对环境温度的第一预测；处理单元还被布置为根据第二温度值和所述参数来计算对所述环境温度的第二预测；处理单元还被布置为，将第一预测和第二预测比较，并且如果第一预测和第二预测之间的差异超过预定最大值，则调整所述参数。

在示例性实施例中，处理单元还被布置为重复地重新计算第一预测和第二预测，将第一预测和第二预测比较以及调整所述参数，直到第一预测和第二预测之间的差异等于或低于所述预定最大值为止。

在另一个示例性实施例中，处理单元还被布置为，如果第一预测和第二预测之间的差异等于或低于预定最大值，则断定环境温度等于第一预测、第二预测、或者第一预测和第二预测之间的值。

在另一个示例性实施例中，其中处理单元和主温度传感器集成在单个芯片上。

在另一个示例性实施例中，移动设备包括多个辅温度传感器，并且处理单元还被布置为，基于由所述辅温度传感器测量的第二温度值和所述参数来计算多个第二预测，将每个第二预测和第一预测比较，以及调整参数，直到每个第二预测和第一预测之间的差异等于或小于预定最大值为止。

附图说明

参考附图来详细描述实施例，其中：

图1A示出了操作移动设备的方法的示例性实施例

图1B示出了移动设备的示例性实施例；

图1C示出了移动设备的另一个示例性实施例

图2示出了可以表示移动设备的热属性的电学模型；

图3示出了对温度升高的响应的一个示例；

图4示出了环境温度预测的典型结果；

图5示出了环境温度预测的一个示例。

具体实施方式

很多现代移动设备配备有用于测量环境温度的温度传感器。然而，在很多情形中，当例如电话温度突然发生改变时，板载温度传感器无法示出附近空气的正确温度。这通常是由温度传感器附近的移动设备组件的热影响导致的，例如产生大量热量的移动设备和/或处理单元的壳体。已经进行一些尝试来解决这一问题，具体地，基于移动设备的热模型来使用计算机实现的方法和算法，以便预测环境温度。这种预测算法可以使用指示移动设备组件的热影响的一个或多个参数作为输入。然而，预测仍需要改进，尤其当环境条件非常快速地改变时。

具体地，当执行测量的环境条件与校准参数时的条件基本相同时，该预测效果明显。典型地，热模型的参数是预定的，即它们的值由例如实验室中的实验或校准来确定。实践中，根据完成测量时用户如何使用移动设备，参数可能需要大幅改变。例如，在温度读取期间，可能存在变化的气流，或者用户可能手持该设备，而不是将其放在桌上，或者用户可能将设备放在不同表面上(例如放在木质表面上，而不是金属表面上)。此外，用户可能决定在电话上放一个盖子。在这些情形中，移动设备和环境空气之间的热阻将以出人意料的方式改变，这可能使预定的热模型失效，并导致较不精确的预测。因此，在环境条件快速改变的情况中，可能需要调整或重新调整参数。因此，本公开提出了在移动设备的不同位置处提供多个温度传感器，以在环境温度预测期间提供用于确定正确参数值的附加信息。具体地，根据本公开，构思一种操作移动设备的方法，如下所述。

图1A示出了预测移动设备附近的环境温度的方法100的示例性实施例。在102处，包括在所述移动设备中的主温度传感器测量的第一温度值，在104处，包括在所述移动设备中的至少一个辅温度传感器测量第二温度值。然后，在106处，包括在所述移动设备中的处理单元根据第一温度值和指示一个或多个移动设备组件对测量的热影响的至少一个参数来计算对环境温度的第一预测。另外，在108处，处理单元根据第二温度值和所述参数来计算对所述环境温度的第二预测。另外，在110处，处理单元将第一预测和第二预测比较，并且在112处，如果第一预测和第二预测之间的差异超过预定最大值，则调整所述参数。

计算第一预测和第二预测、将其比较以及调整参数的步骤可反复计算，直到第一预测和第二预测之间的差异等于或低于预定最大值为止。通过这种方式，可以按步骤地修正被误调的参数。此外，如果第一预测和第二预测之间的差异等于或低于预定最大值，则在114处，处理单元可以断定环境温度等于第一预测、第二预测、或者第一预测和第二预测之间的值。

图1B示出了移动设备116的示例性实施例。移动设备116包括多个温度传感器118、120、122、124、126。一个温度传感器118可被称为主传感器。在这个实施例中，主传感器118和处理单元集成在单个芯片中。其他传感器120、122、124、126可被称为辅传感器。传感器118、120、122、124、126可以借助发送数据所通过的数据总线128而彼此相连。主传感器118可以尽可能安装得靠近移动设备的附近环境，例如靠近移动设备的边缘，并优选安装在相对冷的位置，即远离任何热源(例如中央处理单元(未示出))。辅传感器120、122、124、126可以更深地位于移动设备内部，例如靠近产生热量的组件。从而，传感器被策略性地布置在移动设备中，使得，使得它们由于暴露于附近组件的程度不同而对环境空气具有不同的热阻。由不同传感器执行的移动设备组件对测量的热影响将因此有一定程度的变化。因而，通过这样布置的传感器，可以考虑所述组件的热影响的变化，并且可以更好且更可靠地调整指示所述影响的参数。

传感器118、120、122、124、126可以经由任意类型的数据总线128(例如12C、SPI、SLIMBus、高级集线(Sensor Hub))来交换数据。辅传感器120、122、124、126可以是分离的温度传感器芯片或者包括不同模式的多个传感器的组件。辅传感器120、122、124、126也可以是其他组件(例如移动设备的电池或微处理器)中已有的温度传感器。在这种情形中，可以通过移动设备的操作系统来进行数据交换。主传感器芯片可以包括用于执行预测算法的微处理器或微控制器。通过将小型处理单元和主温度传感器集成在单个芯片上，可以降低成本，并且可以促进印刷电路板上的实现。预测算法可以实现为存储在例如微控制器的存储器上的计算机程序。在网络中，主传感器118可以用作主部件，与此同时，辅传感器120、122、124、126可以用作从部件。通过这种方式，可以容易地将辅传感器120、122、124、126收集的所有测量数据复制到主传感器118，以便处理和预测。此外，移动设备的操作系统可以执行处理和预测算法的至少一部分。此外，主传感器118和辅传感器120、122、124、126的位置可以对调。也就是说，辅传感器120、122、126、126之一可以位于例如靠近移动设备的边缘，与此同时，主传感器和其他辅传感器可以更深地位于移动设备的壳体内部。需要注意的是，尽管在该实施例中示出了多个传感器，移动设备可以只包括单个辅传感器。

图1C示出了移动设备130的另一个示例性实施例。在这个实施例中，移动设备130包括用于处理主传感器132和辅传感器120、122、124、125的输入和执行预测算法的分离处理单元134。通过将处理单元134和主传感器132分离，主传感器132可以放置得更靠近环境空气，并因此需要较少的自发热(self-heating)修正。

需要注意的是，根据本公开，可以使用可策略地布置在移动设备中的多个辅温度传感器，如图1B和1C所示。在这种情形中，根据由所有辅温度传感器测量温度值和有疑问的参数，处理单元可以计算对环境温度的预测，即，其可以计算多个第二预测，将每个第二预测和第一预测比较，并调整参数，直到每个第二预测和第一预测之间的差异等于或小于例如预定最大值为止。通过这种方式，可以在一定程度上平均掉预测误差，并且可以生成更精确的结果。

图2示出了可以表示移动设备的热属性的电学模型。现在将参考基于该电学模型的示例来说明本文公开的方法。图2中示出的电学模型的组件可以表示参数，所述参数指示移动设备组件对移动设备内的温度传感器的热影响。出于简化考虑，移动设备的热问题可以表示为具有两级阶梯(rung)的RC梯子网络。需要注意的是，电路中具有更多的阶梯可以增加模型的精度。电容C1和电阻R1分别可以表示移动设备内部的热电容和热电阻。电容C2和电阻R2分别可以表示移动设备的外部或外围的热电容和热电阻。具体地，电阻R2可以表示例如从移动设备的外壳到无穷环境空气的全部热电阻，其可以用作热沉(heat sink)。由于外壳不是单点，原理上，来自移动设备内部的热流可以在外壳的整个表面上找到很多通路，以逸散到环境空气中。为表示这些逸散路线，可以在理论上将其建模为多个热电阻。然而，在本文所述的简化模型中，所有这些电阻都合并成一个电阻R2，R2表示热流从移动设备到环境空气的逸散路线，即，其表示从外壳到环境空气的全部热电阻。节点V2处的电压可以表示靠近环境空气的某位置处的温度，同时节点V1处的电压可以表示移动设备内部较深的位置处的温度。

在这个热模型中，将移动设备置于环境空气中被认为等同于将电阻R2的自由端连接到电压源V。例如，可以假设，在初始状态中，移动设备处于与冷室环境的平衡中。在图2的电路中，通过将电阻R2的自由端接地并且所有电容C1、C2都完全放电，来表示这一状态。地电势等同于室温。如果移动设备被快速移动到具有显著更高温度的环境中，则等同于将电阻R2的自由端切换到电压源V。这时，电压源电压将等同于室内和新环境之间的温度差异。对节点V1和V2处的瞬态电压进行仿真，将揭示当移动设备处于阶梯函数的环境温度改变时这些节点处的温度如何变化。通过使用基尔霍夫电路定律和拉普拉斯变换，可以得到V1(t)和V2(t)的解析公式，如下：

其中：

(式9) β＝(C₁R₁+C₁R₂+C₂R₂)²-4C₁C₂R₁R₂

在电学模型中，电压等同于温度，所以V1和V2实际上分别表示靠近移动设备外部的位置处和移动设备本体内较深位置处的温度T2和T1。因此，如果系统的初始温度是T₀(稳态)，并且移动设备被置于另一个环境温度T_A中，则温度T1和T2可重写为：

其中T_A-T₀≡V.

式(10)和(11)给出了当系统被置于阶梯函数的环境温度时温度T1和T2的时间响应。作为示例，选择R1＝R2＝100K/W，并且C1＝C2＝1J/K，则可以绘制T1和T2的时间改变，如图3所示。

图3示出了对温度升高的响应的一个示例。可以看出，温度T1(即移动设备本体内较深位置)对环境温度改变响应相对较慢，而温度T2(即靠近移动设备外部的位置)对环境温度改变响应更快。

如不考虑T1和T2之间的差异，则通过下式，根据初始温度值(T₀)和当前温度值(T＝T1＝T2)可以预测环境温度：

参数α1、α2、k1、k2通常由实验或校准预先确定。图4示出了基于该公式的环境温度预测的典型结果。尽管测得的原始温度示出了在系统暴露在新的温度后(时间t₀)持续接近一小时的平缓指数衰变，但是预测温度在1.5到2分钟内就相对靠近实际环境温度。只要发生温度测量的环境条件和标准条件基本相同，环境温度预测就是精确的。然而，实际上，环境条件可能随时间而改变。例如，当存在气流(不同时刻可能有不同速度)，或者设备放在不同桌面上，或者盖着另一个盖子时，可能需要改变参数以提供精确预测。

因此，根据本公开，主传感器可以测量节点V2处的温度T2，并且辅传感器可以测量节点V1处的温度T1。在操作中，如果执行测量的条件与标准条件基本相同，则通过式12从T1或T2导出的预测值T_A通常同样基本相同。然而，如果测量条件发生改变，则从T1和T2导出的对T_A的预测可以彼此偏离。此外，从T1和T2导出的对T_A的预测可以都偏离对T_A的最优预测。因此，可以将从T1和T2导出的对T_A的预测相互比较，以评价参数值是否仍然正确。因此，有以下计算：

T_A预测中的失配(即T_A1和T_A2之间的失配)可以指示环境条件已发生改变并且一个或多个参数可能需要改变。因此，如果T_A1和T_A2之间的差异超过预定最大值，则本公开的方法将调整至少一个参数以降低所述失配。从而，使对T_A的预测更接近对T_A的最优预测。T_A1的T_A2之间的差异等于或低于预定最大值。则T_A1或T_A2之一可被选为对T_A的正确预测，这是因为T_A1和T_A2之间的差异可被认为是可忽略的。此外，T_A1和T_A2之间的任何值可以被选为对T_A的正确预测。

被调整的参数的数量可能有限。优选地，只调整一个参数以降低处理单元的计算时间和功耗。例如，在图2所示的模型中，将被调整的合适参数是从移动设备外部到环境空气的热阻R2。如果移动设备暴露在气流中，或者移动设备被用户手持或放在盖子或插入封套中，则该热阻R2可以改变。其他可调整的参数是，例如所述外部的热容，以及可被定义为其热容和其热阻乘积的其热时间常数。热阻和热容的组合也可以形成合适参数。此外，其他可被调整的参数是不和物理模型直接相关的参数，例如以上式中的系数α11，...，α22。

图5示出了环境温度预测的一个示例。在图5所示的示例中，有意将热阻R2降低一半，并且通过使用来自第一传感器T1和第二传感器T2的测量数据、经过调整的热阻R2和其他未被调整的参数(C1、C2、R1)，来计算环境温度T_A。可以看出，第一预测T_A1(即依赖于T1的对T_A的预测)开始与第二预测T_A2(即依赖于T2的对T_A的预测)偏离。这时，通过针对R2的不同值按步骤地重新计算T_A1和T_A2，可以调节参数R2，直到找到T_A1和T_A2的接近匹配为止。这种调节的结果是，第一预测T_A1和第二预测T_A2之间的差异变得更小。

在环境温度发生显著改变(预测值T_A的偏离可能相对较大)后的几秒到几分钟，可以发起参数调节。用于检测这种显著改变的任何已知方法可用于与本公开的方法相组合。这些方法包括但不限于，温度改变规律采样，温度趋势检测技术和边缘检测技术。

需要注意的是，作为本公开的方法的补充或者组合，可以使用一种或多种自加热修正方法来修正移动设备中的自发热效应。这种自发热修正方法可以使用跟本公开的方法相同的温度传感器。此外，通过使用多传感器配置和/或使用其他信息(例如功耗、电流消耗、电池水平和电压、CPU负载)，可以确定温度改变(T1或T2)是内部自发热还是环境温度改变所引起的，这对预测来说是有益的，例如确定是否使用自发热修正方法。当温度改变是由环境温度改变引起时，更靠近环境的传感器的温度(图2中T2)应该比移动设备更深内部的传感器的温度(图2中T1)更快地改变。当温度改变主要是由自发热引起时，情况相反：移动设备更深内部的传感器(因而更靠近热源)的温度比更靠近环境的传感器的温度更快地改变。通过比较各传感器数据的改变速率，因此可以确定移动设备暴露在环境温度改变中还是处于自发热。

需要注意的是，参考不同主题来描述了上述实施例。具体地，可以参考方法类型权利要求描述一些实施例，同时参考装置类型权利要求描述其他实施例。然而，除非另有指示，本领域技术人员根据上文可以获知，属于同一类型主题的任何特征组合、属于不同主题的任何特征组合、尤其是方法类型权利要求和装置类型权利要求的特征组合，都被认为在本文中公开。

此外，需要注意的是，附图都是示意性的。在不同附图中，相似或相同的元件用相同的附图标记来表示。此外，需要注意的是，为提供对示例性实施例的简要描述，可能没有描述属于本领域技术人员常规实践的实现细节。应当理解，在任意这种实现的开发中(任意工程或设计项目)，可以做出许多实现细节上的决定，以实现开发者具体目标(例如符合系统有关或商业有关的限制)，这些决定在不同实现上有所不同。此外，应当理解，这种开发努力可能复杂而且耗时，但是属于本领域技术人员的从事的例行设计、制造和生产。

最后需要注意的是，本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求范围的情况下设计很多备选实施例。在权利要求中，任何括号内的附图标记不应被解释为对权利要求的限制。词语“包括”或“包含”不排除权利要求所列元件或步骤之外的其他元件或步骤。元件前的词语“一个”或“一种”不排除多个这种元件的存在。权利要求中所述的测量可以通过包括多个不同元件的硬件和/或合适编程的处理器来实现。在列出多个装置的装置权利要求中，这些装置中的多个可以由一个且相同的硬件项目来体现。在相互不同的从属权利要求中陈述某些测量，这一事实并不指示这些测量的组合无法被使用以获得益处。

附图标记列表

100 预测环境温度的方法

102 第一温度测量

104 第二温度测量

106 环境温度的第一预测

108 环境温度的第二预测

110 将第一预测和第二预测比较

112 调整参数

114 断定环境温度

116 移动设备

118 传感器和处理单元

120 传感器

122 传感器

124 传感器

126 传感器

128 数据总线

130 移动设备

132 传感器

134 处理单元

Claims

1.一种预测移动设备附近的环境温度的方法，其中：

-包括在所述移动设备中的主温度传感器测量第一温度值；

-包括在所述移动设备中的至少一个辅温度传感器测量第二温度值；

-包括在所述移动设备中的处理单元根据第一温度值和指示一个或多个移动设备组件对测量的热影响的至少一个参数，来计算对环境温度的第一预测；

-所述处理单元根据第二温度值和所述参数来计算对所述环境温度的第二预测；

-所述处理单元将第一预测和第二预测比较，并且如果第一预测和第二预测之间的差异超过预定最大值，则调整所述参数；

其中，处理单元反复地重新计算第一预测和第二预测，将第一预测和第二预测比较以及调整所述参数，直到第一预测和第二预测之间的差异等于或小于所述预定最大值为止；

其中，如果第一预测和第二预测之间的差异等于或小于预定最大值，则处理单元断定环境温度等于第一预测、第二预测、或者第一预测和第二预测之间的值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参数至少指示移动设备的外壳的热阻。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，主温度传感器和辅温度传感器位于移动设备中的不同位置处，使得主温度传感器和环境空气之间的热阻与辅温度传感器和环境空气之间的热阻不同。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，主温度传感器比辅温度传感器更靠近移动设备的边缘。

5.一种计算机介质，存储可执行指令，其中，所述指令当被处理单元执行时使所述处理单元执行或控制根据前述任一项权利要求所述的方法的步骤。

6.一种移动设备，包括：

-主温度传感器，被布置为测量第一温度值；

-至少一个辅温度传感器，被布置为测量第二温度值；

-处理单元，被布置为根据第一温度值和指示一个或多个移动设备组件对测量的热影响的至少一个参数，来计算对环境温度的第一预测；

-所述处理单元还被布置为根据第二温度值和所述参数来计算对所述环境温度的第二预测；

-所述处理单元还被布置为：将第一预测和第二预测比较；并且如果第一预测和第二预测之间的差异超过预定最大值，则调整所述参数；

其中处理单元还被布置为：反复地重新计算第一预测和第二预测，将第一预测和第二预测比较以及调整所述参数，直到第一预测和第二预测之间的差异等于或小于所述预定最大值为止；

其中，处理单元还被布置为：如果第一预测和第二预测之间的差异等于或小于预定最大值，则断定环境温度等于第一预测、第二预测、或者第一预测和第二预测之间的值。

7.根据权利要求6所述的移动设备，其中，所述参数至少指示移动设备的外壳的热阻。

8.根据权利要求6或7所述的移动设备，其中，主温度传感器和辅温度传感器位于移动设备中的不同位置处，使得主温度传感器和环境空气之间的热阻与辅温度传感器和环境空气之间的热阻不同。

9.根据权利要求8所述的移动设备，其中，主温度传感器比辅温度传感器更靠近移动设备的边缘。

10.根据权利要求6或7所述的移动设备，其中处理单元和主温度传感器集成在单个芯片上。

11.根据权利要求6或7所述的移动设备，包括多个辅温度传感器，其中处理单元还被布置为：基于由所述辅温度传感器测量的第二温度值和所述参数来计算多个第二预测，将每个第二预测和第一预测比较，以及调整参数，直到每个第二预测和第一预测之间的差异等于或小于预定最大值为止。