CN113702835A - 一种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法，采用主电池和备用电池对物联网设备进行供电，其中主电池和备用电池经切换电路使得主电池和备用电池中只有某个电池对物联网设备进行供电；首先利用主电池对物联网设备进行供电，并实时对主电池的电池剩余电量进行监测；当主电池的电池电量将要耗尽时，切换电路将自动断开主电池并同时接入备用电池，并同时对备用电池的电池剩余电量进行监测；对用完的主电池进入更换。本发明大大降低了物联网设备电池电量耗尽的风险，并能为运维人员提供更多的缓冲时间，在比以前更低的风险基础上，用更少的现场工作次数、更高的效率，进行电池更换工作。

Description

一种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法

技术领域

本发明涉及物联网设备用电监测技术领域，具体为一种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法。

背景技术

在现有的物联网设备中，对于使用电池供电的型号，一般是当电池电量耗尽后，后台管理软件发现和确认此状态，然后相关部门安排运维人员到达现场，用全新电池更换掉旧电池。

由于物联网设备数量大、分布广，数量上动辄数以万计、十万计乃至更高，分布上可能会部署在一座城市的各个不同地理位置，方圆可达数十公里。而这些设备电池电量耗尽的时点却不尽相同。这就造成要及时进行电池更换，就需要在发现一个物联网设备电池电量耗尽后，立即登门更换。但第二天可能相同或相近的地理位置再次发生其他设备需要换电池时， 又需要再跑一趟，成本很高。

而如果为了节省成本，不在第一时间登门，而采取等待和观望的方式，在某个片区“积攒”起一定数量的没电设备时再登门更换，又可能使原本应该发挥作用的设备，错过对环境和事故隐患的监测和预警，造成事故发生，那就得不偿失了。另外，无论多么“及时”的上门，更换电池都发生在电池电量耗尽后，因此总会存在一个设备无法工作的时间差。这个时间差内，事故仍然可能发生而无法被事先预警。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法，包括以下几个步骤，

步骤1，采用主电池和备用电池对物联网设备进行供电，其中主电池和备用电池经切换电路使得主电池和备用电池中只有某个电池对物联网设备进行供电；

步骤2，首先利用主电池对物联网设备进行供电，并实时对主电池的电池剩余电量进行监测；

步骤3，当主电池的电池电量将要耗尽时，切换电路将自动断开主电池并同时接入备用电池，并同时对备用电池的电池剩余电量进行监测；

步骤4，对用完的主电池进入更换，采用先进先出的方式，将备用电池推入到原来主电池位置，同时切换电路将切回主电池进行供电，并继续对推入到原来主电池位置的电池电池剩余电量进行继续监测；以此循环重复步骤2-步骤4。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的主电池和备用电池为同一型号电池。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的对主电池和备用电池的剩余电量进行检测的方法是包括以下几个步骤，

步骤1：对物联网设备的用电历史数据进行采集；

步骤2：根据采集到的物联网设备的用电历史数据，进行耗电事件的定义；

步骤3：对物联网设备的耗电事件的采集与分析计算，得到每种耗电事件的耗电比例；

步骤4：根据每种耗电事件的耗电比例以及该物联网设备发生的耗电事件次数，得到该物联网设备中的电池剩余电量。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的步骤1中对物联网设备的用电历史数据进行采集的方法是，利用网络系统将物联网设备的用电历史数据上传至后端的网络服务器内，通过对网络服务器内的用电历史数据进行调取，从而完成对物联网设备的用电历史数据的采集。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的步骤2中对耗电事件的定义的方法是，将物联网设备在工作过程中根据内部预设的工作逻辑进行的N种耗电动作进行定义，将N种耗电的动作记为分别记为耗电事件X₁、X₂、X₃......X_n；并把耗电事件X₁、X₂、X₃......X_n发生的次数分别记作 M₁、M₂、M₃......M_n；且同种耗电事件的电池消耗的电量相等。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤3中对分析计算得到每种耗电事件的耗电比例的方法是，当该物联网设备发生了多种、多次耗电事件后，电量耗尽时，我们通过网络收集耗电事件发生的次数，能获得一个方程：

M₁A₁+M₂A₂+M₃A₃+……+M_nA_n=100%

其中的 A₁、A₂、A₃......A_n代表X₁、X₂、X₃......X_n各耗电事件发生时消耗的电量占总电量的百分比，M₁、M₂、M₃......M_n则是各对应耗电事件发生的次数,100%表示新电池的总电量占比；

对 A₁、A₂、A₃......A_n的求解方法是，假设在城市中部署了足够多的该同类型的物联网设备，对该同类型的物联网设备的其他设备重复或同时进行上述耗电事件的采集工作，我们

就可以获得更多的与方程M₁A₁+M₂A₂+M₃A₃+……+M_nA_n=100%相同结构的方程，

若所有的耗电事件为 M 种，则最少我们采集 M 个物联网设备的耗电数据，获取M 个 M 元一次方程，联立就可求解，获得A₁、A₂、A₃......A_m未知数的解，

所得A₁、A₂、A₃......A_m的求解结果表示对应耗电事件每发生一次消耗的电池电量比例。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的步骤4中得到该物联网设备中的电池剩余电量的方法是，任取一个同型号的物联网设备，找到其在数据库中记录的X₁、X₂、X₃......X_n等耗电事件的发生次数分别为 M₁、M₂、M₃......M_n等，

代入到方程：Y=100%-（M₁A₁+M₂A₂+M₃A₃+……+M_nA_n），得到该物联网设备中的电池剩余电量百分比Y，其中 A₁、A₂、A₃......A_n代表X₁、X₂、X₃......X_n各耗电事件发生时消耗的电量占总电量的百分比。

本发明的有益效果是：

该种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法，提供一种基于备用电池、配套硬件与计算策略的方法，大大降低了物联网设备电池电量耗尽的风险，并能为运维人员提供更多的缓冲时间，在比以前更低的风险基础上，用更少的现场工作次数、更高的效率，进行电池更换工作。做到了将风险和成本同时降低。此外本发明通过特定的应用于物联网设备电池剩余电量估算的方法，首先对物联网设备的用电历史数据进行采集；根据采集到的物联网设备的用电历史数据，进行耗电事件的定义；对物联网设备的耗电事件的采集与分析计算，得到每种耗电事件的耗电比例；根据每种耗电事件的耗电比例以及该物联网设备发生的耗电事件次数，得到该物联网设备中的电池剩余电量。该方法是基于收集大量同种设备的用电历史数据，在后台进行自主学习和分析计算的方法，更加精确地提供今后新添加的同种设备的电池剩余电量，和更换了同型号新电池的设备的剩余电量的方法。整个过程快速、准确、高效、易实施、无需人工干预。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法的流程图；

图2是对主电池和备用电池的剩余电量进行检测的方法的流程图；

图3是主电池和备用电池的更换示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：如图1所示，本发明一种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法，包括以下几个步骤，

步骤1，采用主电池和备用电池对物联网设备进行供电，其中主电池和备用电池经切换电路使得主电池和备用电池中只有某个电池对物联网设备进行供电；

步骤2，首先利用主电池对物联网设备进行供电，并实时对主电池的电池剩余电量进行监测；

步骤3，当主电池的电池电量将要耗尽时，切换电路将自动断开主电池并同时接入备用电池，并同时对备用电池的电池剩余电量进行监测；

步骤4，如图3所示，对用完的主电池进入更换，采用先进先出的方式，将备用电池推入到原来主电池位置，同时切换电路将切回主电池进行供电，并继续对推入到原来主电池位置的电池电池剩余电量进行继续监测；以此循环重复步骤2-步骤4。

工作人员更换主电池时，采取的方式类似枪支的子弹压入弹夹，但与弹夹的不同点在于：子弹弹夹的工作策略是“后进先出”，即后压入的子弹首先被使用。而这里的电池“弹夹”的工作策略是“先进先出”，即压入新电池 时，最先被压入的电池 被从主电池位置挤出和拿走，备用电池占据原电池的主电池位置继续供电。新安装的电池则占据备用电池位置。

若备用电池 在新电池 加入前，计算获知的剩余电量比例为 80%，则新安装的电池加入后， 原先的备用电池虽然更换了工作位置，但其剩余电量仍要从 80%起算，而非重置为 100%。虽然使用的是一主一备两块电池，但很容易想到，上述策略对一主两备、一主多备、两主两备、多主多备等池编组方式同样适用。其他方式相比一主一备可以为运维部门提供更多推迟现场服务的缓冲时间，或适用更多其他场景，例如高耗电或更高可靠性要求的场景等。但由于基本工作原理并未发生改变，因此不再赘述。

再参考主电池电量耗尽所花费的时间，我们可以为更换电池提供非常准确的开始时间和相对传统方法更加准确的最晚时间。这段时间可以为相关维护服务部门提供有益的参考，为一个相对集中的区域出现大量需要更换电池的设备时，才统筹安排一次更换电池的现场服务活动，提供了良好条件。同时也不会使用户的设备处于断电的危险状态中。而通过遵循“先进先出”原则的“弹夹”设计，工作人员更换电池时不会存在误将备用电池 取出，留下电量已经耗尽的电池的情况。更换电池工作的可靠性、便捷性得到了有效保障。

本发明具有高安全性。由于系统提供了一主一备两块电池，配合实时的电池电量监控和电池开关自动切换功能，设备因断电而停止工作的风险大大降低，提高了安全性。

本发明具有高可靠性。通过遵循“先进先出”原则的“弹夹”设计，避免了工作人员误操作的可能，降低了维护难度，提高了系统可靠性。

本发明降低成本。由于备用电池的存在，在主电池电量耗尽后，无需担心设备会立即无法工作。 因此负责设备运维的部门可以有更多的缓冲时间，等待同一区域更多的设备需要更换电池时，才安排一次现场服务。这样就能以更少的现场服务次数，花费更少的时间，集中完成相近区域内更多设备的电池更换工作。降低了服务运维成本

本发明提高效率与效能。以往为了提高客户满意度，一旦出现个别设备需更换电池的情况，就需要安排现场服务。每次现场服务能够维护的设备数量有限。在使用本发明后，一次现场服务可以完成更多设备的电池更换工作，且不影响设备的正常使用，提高了工作效率和效能。

本发明提供一种基于备用电池、配套硬件与计算策略的方法，大大降低了物联网设备电池电量耗尽的风险，并能为运维人员提供更多的缓冲时间，在比以前更低的风险基础上，用更少的现场工作次数、更高的效率，进行电池更换工作。做到了将风险和成本同时降低.

所述的主电池和备用电池为同一型号电池。

如图2所示，所述的对主电池和备用电池的剩余电量进行检测的方法是包括以下几个步骤，

步骤1：对物联网设备的用电历史数据进行采集；

步骤2：根据采集到的物联网设备的用电历史数据，进行耗电事件的定义；

步骤3：对物联网设备的耗电事件的采集与分析计算，得到每种耗电事件的耗电比例；

步骤4：根据每种耗电事件的耗电比例以及该物联网设备发生的耗电事件次数，得到该物联网设备中的电池剩余电量。

所述的步骤1中对物联网设备的用电历史数据进行采集的方法是，利用网络系统将物联网设备的用电历史数据上传至后端的网络服务器内，通过对网络服务器内的用电历史数据进行调取，从而完成对物联网设备的用电历史数据的采集。可选的，必要时也可以在物联网设备中增加本地数据

暂存模块，在断网情况下暂存电量计算相关的数据，在网络恢复时自动上传相关数据。记录自身所有耗电事件的发生次数。

2）上传所有耗电事件的发生次数到后端数据库系统。

3）（可选）主动下载或被动接收来自后端数据库系统的计算结果，

获知自身的剩余电量。

所述的步骤2中对耗电事件的定义的方法是，将物联网设备在工作过程中根据内部预设的工作逻辑进行的N种耗电动作进行定义，将N种耗电的动作记为分别记为耗电事件X₁、X₂、X₃......X_n；并把耗电事件X₁、X₂、X₃......X_n发生的次数分别记作 M₁、M₂、M₃......M_n；且同种耗电事件的电池消耗的电量相等。我们把每种耗电的动作，例如：闪灯一次、短鸣一声、长鸣一声、上传一个数据包等等，叫做某一种耗电事件，并要求这些事件发生时可以由该物联网设备记录下来。对于同一种耗电事件的定义，要求是发生动作时电池消耗的电量相等，否则就需要拆分成不同的耗电事件。例如：闪蓝灯一次和闪红灯一次，如果使用的闪灯器件耗电量相等，则我们可以合并这两种动作为一种耗电事件，统称“闪灯事件”或 X₁。但如果红灯选用的器件耗电量更大，蓝灯选用的器件耗电量相对较小，那么就必须将闪灯动作分成两种耗电事件，记作“闪蓝灯”X₁和“闪红灯”X₂。

所述步骤3中对分析计算得到每种耗电事件的耗电比例的方法是，当该物联网设备发生了多种、多次耗电事件后，电量耗尽时，我们通过网络收集耗电事件发生的次数，能获得一个方程：

M₁A₁+M₂A₂+M₃A₃+……+M_nA_n=100%

其中的 A₁、A₂、A₃......A_n代表X₁、X₂、X₃......X_n各耗电事件发生时消耗的电量占总电量的百分比，M₁、M₂、M₃......M_n则是各对应耗电事件发生的次数,100%表示新电池的总电量占比；

对 A₁、A₂、A₃......A_n的求解方法是，假设在城市中部署了足够多的该同类型的物联网设备，对该同类型的物联网设备的其他设备重复或同时进行上述耗电事件的采集工作，我们

就可以获得更多的与方程M₁A₁+M₂A₂+M₃A₃+……+M_nA_n=100%相同结构的方程，

若所有的耗电事件为 M 种，则最少我们采集 M 个物联网设备的耗电数据，获取M 个 M 元一次方程，联立就可求解，获得A₁、A₂、A₃......A_m未知数的解，

所得A₁、A₂、A₃......A_m的求解结果表示对应耗电事件每发生一次消耗的电池电量比例。

假设所有的耗电事件为 M 种，则最少我们采集 M 个物联网设备的耗电数据，获取 M 个 M元一次方程，联立就可求解，获得 X₁、X₂、X₃等未知数的解。至于联立后的方程组是否有唯一解的判断，我们可以借助线性代数知识先进行判断，若方程组无唯一解，则通过采集更多数据获得更多供求解的方程进行组合，直到找到有唯一解的方程组后再进行求解。例如我们将待求解的方程组记为非齐次线性方程组 AX=b,其有唯一解的充要条件是 r(A)=r(A,b)=n。通过这样的事先判断和计算，我们最终会获得未知数的解。

举例说明，某种类型的物联网设备，在工作过程中共有如下三种耗电事件，短鸣一声、长鸣一声、上传一个数据包（耗时 1 秒），分别记为耗电事件：X₁、X₂、X₃；现在记录三个设备从部署到第一次电池电量耗尽的所有数据，并通过网络采集其耗电事件发生的次数，由此共获得了如下三个方程：

1000X₁+2000X₂+2000X₃=100%

2000X₁+1000X₂+3000X₃=100%

3000X₁+1000X₂+1000X₃=100%

联立方程，得到三元一次方程组，求解易得：

X₁=0.0002=2*10^-4

X₂=0.0003=3*10^-4

X₃=0.0001=1*10^-4

所得X₁、X₂、X₃的求解结果表示对应耗电事件每发生一次消耗的电池电量比例。

所述的步骤4中得到该物联网设备中的电池剩余电量的方法是，任取一个同型号的物联网设备，找到其在数据库中记录的X₁、X₂、X₃......X_n等耗电事件的发生次数分别为M₁、M₂、M₃......M_n等，代入到方程：Y=100%-（M₁A₁+M₂A₂+M₃A₃+……+M_nA_n），得到该物联网设备中的电池剩余电量百分比Y，其中 A₁、A₂、A₃......A_n代表X₁、X₂、X₃......X_n各耗电事件发生时消耗的电量占总电量的百分比。当然，只要我们事先知道一块新电池的总电量数值，可以很容易的通过总电量*Y得到剩余电量的具体数值。

通过这样的计算，我们可以随时监测和记录网络中所有物联网设备的剩余电量，也就很容易获得各设备电量随时间流逝而下降的曲线和变化趋势。例如：可以通过记录最近两周电池每天的剩余电量比例，建立一个 y 轴为剩余电量比例，x 轴为日期的坐标系，获得 14 个点，连接获得折线图，通过平均下降速度，预测哪些设备最可能在未来一段时间电池电量耗尽。这样就可以有针对性的合理安排上门服务时间，对电池进行更换。本发明通过基于物联网设备耗电事件的计算，获得电池剩余电量的方法，与传统的基于电压、电流等物理信号的方法有本质不同。而计算算法是可以随着我们的经验、知识，不断优化甚至变化而升级的，且无需增加额外的硬件成本。

本发明通过特定的应用于物联网设备电池剩余电量估算的方法，首先对物联网设备的用电历史数据进行采集；根据采集到的物联网设备的用电历史数据，进行耗电事件的定义；对物联网设备的耗电事件的采集与分析计算，得到每种耗电事件的耗电比例；根据每种耗电事件的耗电比例以及该物联网设备发生的耗电事件次数，得到该物联网设备中的电池剩余电量。该方法是基于收集大量同种设备的用电历史数据，在后台进行自主学习和分析计算的方法，更加精确地提供今后新添加的同种设备的电池剩余电量，和更换了同型号新电池的设备的剩余电量的方法。整个过程快速、准确、高效、易实施、无需人工干预。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法，其特征在于：包括以下几个步骤，

步骤1，采用主电池和备用电池对物联网设备进行供电，其中主电池和备用电池经切换电路使得主电池和备用电池中只有某个电池对物联网设备进行供电；

步骤2，首先利用主电池对物联网设备进行供电，并实时对主电池的电池剩余电量进行监测；

步骤3，当主电池的电池电量将要耗尽时，切换电路将自动断开主电池并同时接入备用电池，并同时对备用电池的电池剩余电量进行监测；

步骤4，对用完的主电池进入更换，采用先进先出的方式，将备用电池推入到原来主电池位置，同时切换电路将切回主电池进行供电，并继续对推入到原来主电池位置的电池电池剩余电量进行继续监测；以此循环重复步骤2-步骤4。

2.根据权利要求1所述的一种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法，其特征在于，所述的主电池和备用电池为同一型号电池。

3.根据权利要求1所述的一种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法，其特征在于，所述的对主电池和备用电池的剩余电量进行检测的方法是包括以下几个步骤，

步骤1：对物联网设备的用电历史数据进行采集；

步骤2：根据采集到的物联网设备的用电历史数据，进行耗电事件的定义；

步骤3：对物联网设备的耗电事件的采集与分析计算，得到每种耗电事件的耗电比例；

步骤4：根据每种耗电事件的耗电比例以及该物联网设备发生的耗电事件次数，得到该物联网设备中的电池剩余电量。

4.根据权利要求3所述的一种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法，其特征在于，所述的步骤1中对物联网设备的用电历史数据进行采集的方法是，利用网络系统将物联网设备的用电历史数据上传至后端的网络服务器内，通过对网络服务器内的用电历史数据进行调取，从而完成对物联网设备的用电历史数据的采集。

5.根据权利要求3所述的一种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法，其特征在于，所述的步骤2中对耗电事件的定义的方法是，将物联网设备在工作过程中根据内部预设的工作逻辑进行的N种耗电动作进行定义，将N种耗电的动作记为分别记为耗电事件X₁、X₂、X₃......X_n；并把耗电事件X₁、X₂、X₃......X_n发生的次数分别记作 M₁、M₂、M₃......M_n；且同种耗电事件的电池消耗的电量相等。

6.根据权利要求5所述的一种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法，其特征在于，所述步骤3中对分析计算得到每种耗电事件的耗电比例的方法是，当该物联网设备发生了多种、多次耗电事件后，电量耗尽时，我们通过网络收集耗电事件发生的次数，能获得一个方程：

M₁A₁+M₂A₂+M₃A₃+……+M_nA_n=100%

其中的 A₁、A₂、A₃......A_n代表X₁、X₂、X₃......X_n各耗电事件发生时消耗的电量占总电量的百分比，M₁、M₂、M₃......M_n则是各对应耗电事件发生的次数,100%表示新电池的总电量占比；

对 A₁、A₂、A₃......A_n的求解方法是，假设在城市中部署了足够多的该同类型的物联网设备，对该同类型的物联网设备的其他设备重复或同时进行上述耗电事件的采集工作，我们

就可以获得更多的与方程M₁A₁+M₂A₂+M₃A₃+……+M_nA_n=100%相同结构的方程，

若所有的耗电事件为 M 种，则最少我们采集 M 个物联网设备的耗电数据，获取 M 个M 元一次方程，联立就可求解，获得A₁、A₂、A₃......A_m未知数的解，

所得A₁、A₂、A₃......A_m的求解结果表示对应耗电事件每发生一次消耗的电池电量比例。

7.根据权利要求6所述的一种降低物联网设备电池电量耗尽风险的方法，其特征在于，所述的步骤4中得到该物联网设备中的电池剩余电量的方法是，任取一个同型号的物联网设备，找到其在数据库中记录的X₁、X₂、X₃......X_n等耗电事件的发生次数分别为 M₁、M₂、M₃......M_n等，

代入到方程：Y=100%-（M₁A₁+M₂A₂+M₃A₃+……+M_nA_n），得到该物联网设备中的电池剩余电量百分比Y，其中 A₁、A₂、A₃......A_n代表X₁、X₂、X₃......X_n各耗电事件发生时消耗的电量占总电量的百分比。

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