CN108693803B - 仅在检测到位置频率时用于开启无线工具的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“仅在检测到位置频率时用于开启无线工具的系统和方法”。本发明提供了一种功率管理方法和系统，所述功率管理方法和系统用于在检测到位置频率时开启无线工具，并且随后在未检测到位置频率时调用低功率休眠模式。所述方法和系统包括：无线工具；至少一个场发生器；以及处理器，所述处理器被配置成采集由至少一个场发生器发射的混合电磁频率信号并确定电压，当所述电压低于预定量时，将所述无线工具设置为休眠模式，以及当所述电压高于所述预定量时，将所述无线工具设置为有源模式并应用算法来计算所述无线工具的位置和取向。所述系统和方法因此节省了所述无线工具的电池功率，从而提高了所述无线工具的电池寿命并提升了规程效率。

Description

仅在检测到位置频率时用于开启无线工具的系统和方法
技术领域
本发明整体涉及管理无线工具的功率，并且更具体地涉及基于位置检测，通过开启或关闭所述工具来延长电池驱动型无线工具的电池寿命和扩展其功率。
背景技术
非固定医疗工具用于各种关键性健康规程，并且需要高度可靠的功率管理系统来防止断电。医疗系统通常传输信号，以连接非固定医疗工具并通过固定线或缆线接收到达非固定工具的恒定且可靠的功率源。这些非固定的有线系统和工具采用固定线连接来接收恒定的可靠功率源。现在，近程无线技术的进步使医疗工具制造商能够在不需要固定物理缆线的情况下制造出非固定工具。例如，满足或符合电气与电子工程师协会(IEEE)802.11g、红外数据协会(IrDA)和Ericsson BluetoothTM说明书的非固定工具提供近程无线技术来实线无线通信。
然而，现有的非固定无线工具不包括固定的持续可靠的功率源。相反，这些工具依赖便携电池功率源，该功率源在有源操作时通常具有约三至四小时的有限寿命。因此，如果电池不进行充电或充电方式不正确，电池在规程期间会失效(即，没电)。由于对这些医疗工具的关键性健康支持要求以及此类设备发生断电的潜在后果，因此这些工具需要高度可靠的电池功率管理系统。
当在正常操作下使用时，这些电池驱动型无线工具会发生功能性问题。功能性问题的一个示例是，医疗工具制造商力求制造尽可能小而轻的工具，以用于特定的医疗规程，尤其是用于耳鼻喉科规程。另一方面，电池驱动型无线工具必须尽可能长时间地保持功率，这需要应用更大尺寸的电池。
功能性问题的另一个示例是，一直向用户提供无线位置指示。外科规程或医疗规程期间，内科医生可使用多种无线工具，但不会在整个规程期间使用所有这些工具。相反，内科医生通常在特定时间段内使用电池驱动型无线工具，然后将其放在一边并且使用其它无线工具进行该规程的其它部分，并且在稍后时段再次使用该电池驱动型无线工具。因此，在规程期间的某一时间段内，内科医生没有使用电池驱动型无线工具，但是该工具仍然开启并持续提供工具的位置和/或状态指示。这为功率管理带来了挑战，因为电池驱动型无线工具的电池寿命有限，并且随着工具开启并且甚至在不使用期间提供工具的位置功率持续下降。而且，在规程期间，内科医生并不关注放置在一边的无线工具的位置指示；相反，内科医生更关注当前使用的工具的位置指示。
因此，通过以下方式提供延长电池驱动型无线工具的电池寿命的系统将是有利的：当检测到位置频率时，开启无线工具；随后，当未检测到位置频率时，调用低功率休眠或其它省电模式，以确保无线工具在规程期间长时间正常操作。
发明内容
本发明提供了一种用于管理无线工具的功率的方法和系统。该方法包括：采集由至少一个场发生器发射的混合电磁频率信号，并基于该信号确定电压；当电压低于预定量时，将无线工具设置为休眠模式；以及当电压高于预定量时，将无线工具设置为有源模式，并应用算法来计算无线工具的位置和取向。该系统包括：无线工具；至少一个场发生器；以及处理器，该处理器被配置成采集由至少一个场发生器发射的混合电磁频率信号并确定电压，当电压低于预定量时，将无线工具设置为休眠模式，以及当电压高于预定量时，将无线工具设置为有源模式并应用算法来计算无线工具的位置和取向。
附图说明
本发明以举例的方式而非限制的方式在附图的图中示出，在附图中：
图1是根据本发明实施方案的无线工具的功率管理系统的示意图。
图2A是功率管理系统的示例性无线工具。
图2B是功率管理系统的实施方案的电路图。
图3是根据本发明实施方案，用于激活无线工具的功率模式和/或休眠模式的方法的流程图。
具体实施方式
本发明呈现了一种系统与方法，其用于在检测到位置频率时，将无线工具开启并将无线工具切换至低功率模式或休眠模式。
图1示出了根据本发明实施方案的无线工具的功率管理系统100的示意图。功率管理系统100包括：无线工具102、一个或多个场发生器/传感器104、处理器108、控制台110和显示器或监视器112。无线工具102可以是无线医疗工具。监视器112可以附接到控制台110或者可以独立于110进行安装。
如图1所示，个体114，诸如内科医生，操作系统100来对患者116进行医疗规程。内科医生114在进行医疗规程的一部分时使用无线工具102。在医疗规程的其它部分期间，不使用无线工具102。
在一个实施方案中，场发生器104可以是定位垫。场发生器/传感器104可包括：多个线圈(未示出)，在医疗规程期间，发射电磁场，每个线圈具有其各自的频率；以及一个或多个传感器(未示出)，检测所发射的频率。该系统使用由场发生器/传感器104生成和检测到的电磁场来(除了别的以外)计算并确定工具在三维空间中的位置。不使用工具102时，该系统可检测工具102“超出范围”的位置，例如，不符合工具102的使用范围的位置，并将工具102切换至休眠模式。该系统计算工具102的信号振幅是否超出某频率阈值。如果超出频率阈值，工具102处于待使用的位置。如果工具102曾一直处于休眠模式，但现在超出阈值，则工具102被开启或激活。在整个医疗规程期间，当超出频率阈值时，无线工具102保持有源或使用状态。否则，当频率阈值低于预定阈值时，无线工具102被切换至休眠模式并保持在该模式下。
图2A示出了示例性无线工具102。在一个实施方案中，无线工具102可以是无线医疗工具。无线工具102可经由电池组或电池保持器202，通过一个或多个电池获得功率。现有的无线工具提供近程无线技术来实现无线通信。这些技术可实现信号的无线传输与接收；然而，这些技术会导致工具消耗大量功率。本系统旨在通过如下方式来节省和管理功率：限制无线通信功率消耗；在不使用无线工具102期间，切换至低功率模式。低功率模式使电池消耗能够降低，以维持并延长所述工具的使用时长。
无线工具102可包括检测机构，该机构包括电感器204和电阻器206,208，用于向处理器108传输信号，包括电压，如图1所示。医疗规程期间，无线工具102接收具有特定频率信号(“磁体位置频率”)的电磁场，用于磁体导航目的。在本实施方案中，频率可在17千赫(kHz)至19.8kHz的范围内。在其它实施方案中，频率值可以更高或更低。电感器204接收信号，并且用电容器调谐至位置的特定频率。电感器204为无源，因此不消耗功率。当由电感器204接收的信号不处于磁体位置频率处时，线圈通过电阻器206进行放电，并且电阻器208上的电压非常低。如图1所示，该电压信号被发送至处理器108，并且处理器108使无线工具102保持在休眠模式下。
当无线工具102被移动至待使用位置时，电阻器208上的电压升高并超过频率阈值。如图1所示，该电压信号被发送至处理器108，这使无线工具102被启用或激活至有源功率模式。当无线工具102被启用后，处理器108与无线工具102经由无线频率(WiFi)进行通信，并且处理器108计算无线工具102在空间中的位置及其取向。
休眠模式可包括：在不使用无线工具102期间，不传输或接收无线工具102和处理器108之间的无线通信、以及总体减小的功率。可采用其它减小功率的管理方案。在休眠模式下，无线通信可仅限于位置检测。
此外，无线工具102可生成可视性或可听指示来指示可用功率充足。可视指示可包括：发亮的发光二极管(LED)和/或监视器112上的指示器，而可听指示可包括可间歇性听见的音调。可听指示可通过控制台110中的扬声器(未示出)产生。可视性或可听指示也可用于指示电池功率何时降至某阈值以下。
图2B是功率管理系统的实施方案的电路图。在本实施方案中，电感器204接收由场发生器104发射的频率信号，并且用电容器210调谐至位置的特定频率。当由电感器204接收的信号不处于磁体位置频率处时，线圈通过电阻器206进行放电，并且电阻器208上的电压非常低。无线工具102因此保持在休眠模式下。
当无线工具102移动至待使用位置时，例如，电感器204符合该位置的电容器210的特定频率，电阻器208上的电压升高并超过频率阈值，这使无线工具102被启用或激活至有源功率模式。否则，当电压持续较低时，无线工具102保持在休眠模式下。因此，在非使用期间使无线工具102保持在休眠模式下以及当其移动至待使用位置时激活或启用无线工具102节省了电池功率并延长了无线工具的寿命。此构造也可以使无线工具102中所用的电池更小，因为规程期间维持无线工具所需的电池功率更小。
图3是检测到位置频率时，用于开启无线工具的本发明方法的实施方案的流程图。该规程通常在医疗规程期间进行。在步骤S1中，无线工具102经由电感器204采集/检测磁体位置频率，使得线圈通过第一电阻器206放电，并影响第二电阻器208的电压。在步骤S2中，将电压与预定量进行比较。如果此电压低于预定量(S2＝是)，系统则认为该工具未工作。在步骤S3中，该工具切换至或保持在休眠模式下，通过返回步骤S1，此系统继续监测工具。
如果电阻器208的电压不低于预定量(S2＝否)，则在步骤S4中，处理器108将无线工具102激活至有源功率模式。
在步骤S5中，处理器108处理从步骤S1中采集的混合信号，以确定由每个相应线圈所发射的频率。在一个实施方案中，步骤S5中，处理器108应用算法来检测超过某频率阈值的信号振幅。除了所需信号之外，每种接收模式都可能提供噪音或其它无用信号，因此可使用不同的检测方式。在一个实施方案中，由处理器108应用的来确定无线工具102在三维空间中的位置和取向的算法是Goertzel算法。此外，处理器108经由WiFi与所述工具进行通信。
离散型傅里叶转换(DFT)和快速型傅里叶转换的一个问题是：在频率数目较小时，傅里叶转换系数的估算效率并不高，但其在频率数目较大时系数的估算效率非常高。此问题可通过以下方式解决：使用非均匀DFT来评估实际双音多频(DTMF)频率上的样品。非均匀DFT的一个示例是Goertzel算法。与快速傅里叶转换(FFT)相反，如果待分析的离散频率已知，则可以始终采用Goertzel算法。在本发明的检测机构中通常如此。
应当理解，基于本文的公开内容，许多变型都是可能的。虽然在上文以特定组合描述了特征和元件，但是每个特征或元件可单独使用而无需其他特征和元件，或者在具有或不具有其他特征和元件的情况下以各种组合一起使用。
所提供的方法包括在通用计算机、处理器或处理器核中的实现。合适的处理器包括例如：通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、任何其它类型的集成电路(IC)和/或状态机。可通过使用经处理的硬件描述语言(HDL)指令和包括网络表的其它中间数据的结果(此类指令能够被存储在计算机可读介质上)来配置制造过程，制造此类处理器。此类处理的结果可以是掩码作品(maskwork)，其随后在半导体制造过程中用于制造根据现有条件来实现自动温度控制的处理器。
本文提供的方法或流程图可在并入非暂时性计算机可读存储介质中的计算机程序、软件或固件中实现，由通用计算机或处理器执行。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括ROM、随机存取存储器(RAM)、寄存器、高速缓冲存储器、半导体存储器装置、磁介质诸如内部硬盘和可移动盘、磁光介质和诸如CD-ROM盘的光学介质，以及数字通用盘(DVD)。

Claims (16)

1.一种用于管理无线工具的功率的方法，包括：
采集包括来自至少一个场发生器的多个频率的混合信号并且基于所述无线工具距所述至少一个场发生器的距离来确定所述混合信号的电压，其中所述电压随着所述无线工具距所述至少一个场发生器的所述距离增加而减小并且所述电压随着所述无线工具距所述至少一个场发生器的所述距离减小而增加；
当所述无线工具与所述至少一个场发生器隔开了其中所述电压低于预定量的距离时，将所述无线工具设置为休眠模式；以及
当所述无线工具与所述至少一个场发生器隔开了其中所述电压高于所述预定量的距离时，将所述无线工具设置为有源模式，并且应用算法来计算所述无线工具距所述至少一个场发生器的所述距离。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用电阻器来确定所述电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述休眠模式仅包括信号检测。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述有源模式实现了无线通信传输。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述算法是Goertzel算法。
6.一种用于管理无线工具的功率的系统，包括：
无线工具；
至少一个场发生器；以及
处理器，所述处理器被配置成：
采集包括来自所述至少一个场发生器的多个频率的混合信号并且基于所述无线工具距所述至少一个场发生器的距离来确定所述混合信号的电压，其中所述电压随着所述无线工具距所述至少一个场发生器的所述距离增加而减小并且所述电压随着所述无线工具距所述至少一个场发生器的所述距离减小而增加；
当所述无线工具与所述至少一个场发生器隔开了其中所述电压低于预定量的距离时，将所述无线工具设置为休眠模式；以及
当所述无线工具与所述至少一个场发生器隔开了其中所述电压高于所述预定量的距离时，将所述无线工具设置为有源模式，并且应用算法来计算所述无线工具距所述至少一个场发生器的所述距离。
7.根据权利要求6所述的系统，还包括显示指示器的监视器，所述指示器指示设置了所述休眠模式。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述无线工具还包括：
至少一个电感器，
至少一个电容器，以及
至少一个电阻器。
9.根据权利要求8所述的系统，其中用所述电容器将所述电感器调谐至所述无线工具的位置的特定频率。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述电感器被配置成接收由所述至少一个场发生器发射的频率信号。
11.根据权利要求8所述的系统，其中所述电阻器被配置成传输电压信号。
12.根据权利要求6所述的系统，其中所述系统还包括所述无线工具的电池功率的可听指示。
13.根据权利要求6所述的系统，其中所述系统还包括所述无线工具的电池功率的可视指示。
14.根据权利要求6所述的系统，其中所述休眠模式仅包含信号检测。
15.根据权利要求6所述的系统，其中所述有源模式实现无线通信传输。
16.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在由计算机运行时，使得所述计算机执行以下操作：
采集包括来自至少一个场发生器的多个频率的混合信号并且基于无线工具距所述至少一个场发生器的距离来确定所述混合信号的电压，其中所述电压随着所述无线工具距所述至少一个场发生器的所述距离增加而减小并且所述电压随着所述无线工具距所述至少一个场发生器的所述距离减小而增加；
当所述无线工具与所述至少一个场发生器隔开了其中所述电压低于预定量的距离时，将所述无线工具设置为休眠模式；以及
当所述无线工具与所述至少一个场发生器隔开了其中所述电压高于所述预定量的距离时，将所述无线工具设置为有源模式，并且应用算法来计算所述无线工具距所述至少一个场发生器的所述距离。
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