CN118043747A - 传感器网络系统 - Google Patents

Abstract

一种具有多个传感器设备(12_1‑12_5)的传感器网络系统(10)，每个传感器设备包括：‑检测单元(16、18)，其用于检测物理量并且用于提供对应的测量信号，‑计算单元(20)，其用于处理测量信号并且用于提供基于测量信号的测量数据(M_1‑M_5)，以及‑数据接口(22)，经由数据接口能够读出输出数据(A_1‑A_5)，是已知的。为了提供有效的传感器网络系统(10)，根据本发明，提供了中央评估单元(24)，其被配置为：‑经由中央评估算法基于传感器设备(12)中的至少两个传感器设备(12_1‑12_5)的测量数据(M_1‑M_5)来确定针对至少两个传感器设备(12_1‑12_5)的单独输出数据(A_1‑A_5)，以及‑将所确定的输出数据(A_1‑A_5)提供给相应的传感器设备(12_1‑12_5)。

Description

传感器网络系统

技术领域

本发明涉及一种具有多个传感器设备的传感器网络系统，每个传感器设备包括：检测单元，用于检测物理量并用于提供相应的测量信号，计算单元，用于处理测量信号并用于提供基于测量信号的测量数据，以及数据接口，经由该数据接口可以读出输出数据。

这种传感器网络系统可以用于例如监测机器或工业设施，其中单独(individual)传感器设备通常分别布置在机器或工业设施的不同部分上。

背景技术

具有多个传感器设备的传感器网络系统是已知的，例如，从WO 2021/052585A1中，其中，所有传感器设备的输出数据被发送到基站，然后可以经由该基站从外部读出它们。单独传感器设备的输出数据由每个传感器设备单独确定，使得每个传感器设备必须设置有相应强大的计算单元。

在此背景下，任务是提供一种高效的传感器网络系统

该任务通过具有主要权利要求1的特征的传感器网络系统来解决。

发明内容

根据本发明的传感器网络系统包括多个优选相同的传感器设备。然而，传感器网络系统原则上还可以包括任何数量的不同类型的互连传感器设备。传感器设备经由数据传输网络(例如经由数据总线)以已知的方式互连，以便允许单独传感器设备以及传感器网络系统的潜在现有的其他参与者之间的数据交换。

根据本发明的每个传感器设备包括至少一个检测单元，用于检测物理量并用于提供相应的测量信号。有利地，传感器设备可以包括用于检测若干不同物理变量的若干检测单元。

根据本发明的每个传感器设备还包括计算单元，计算单元用于处理至少一个测量信号并且用于提供基于至少一个测量信号的测量数据。通常，计算单元包括微控制器或所谓的片上系统(SoC)以及数据存储装置。

由传感器单元提供的测量信号可以是来自可以导出相应物理量的幅度和/或频率的模拟信号。在这种情况下，计算单元包括所谓的模数转换器，用于将模拟测量信号转换成测量信号值的数字数据流。然而，测量信号也可以是数字信号，即数字数据流，其包括至少一个测量值。原则上，测量信号可以是可用于传输关于由传感器单元检测到的物理量的信息的任何信号。

由计算单元提供的测量数据通常包括测量值，该测量值从测量信号导出或由测量信号发送，并且指示由传感器单元检测到的物理量。然而，还可以想到，测量数据包括测量信号频率值、测量信号幅度值和/或(模拟)测量信号的单独测量信号值。原则上，由计算单元提供的测量数据可以是基于测量信号确定的任何类型的数字数据。

根据本发明的每个传感器设备还包括至少一个数据接口，经由该数据接口可以读出基于测量数据确定的输出数据。优选地，传感器设备包括用于与远程数据处理单元进行数据交换的无线电数据接口，特别优选地是移动无线电接口，以及用于与传感器网络系统的其他参与者进行数据交换的有线数据接口。

根据本发明，传感器网络系统包括中央评估单元，向该中央评估单元提供来自传感器设备中的至少两个、优选地来自所有传感器设备的测量数据。为此目的，相应的传感器设备可以被配置为主动地将测量数据发送到中央评估单元，和/或中央评估单元可以被配置为从相应的传感器设备检索测量数据。中央评估算法通常以可执行计算机程序的形式存储在中央评估单元中，该中央评估单元从传感器设备接收测量数据作为输入，并且为单独传感器设备提供单独输出数据作为输出。因此，中央评估单元被配置为经由中央评估算法基于至少两个传感器设备的测量数据来确定至少两个传感器设备的单独输出数据。因此，针对这些传感器设备中的每一个确定特定于相应的传感器设备的单独输出数据。根据本发明，中央评估单元还被配置为将所确定的输出数据提供给相应的传感器设备，使得然后可以经由单独传感器设备的数据接口读出输出数据。

中央评估单元被配置为对根据本发明的传感器网络系统的至少两个传感器设备、优选地对根据本发明的传感器网络系统的所有传感器设备执行中央测量数据评估。因此，中央评估单元允许执行相对复杂的评估算法，而不需要在每个传感器设备中提供相应强大的计算单元。这提供了有效的传感器网络系统。

优选地，中央评估单元由传感器设备之一的计算单元构成，使得不需要在传感器网络系统中为中央评估单元提供独立的设备(separate device)。通常，相应的计算单元包括用于执行中央评估算法的相对强大的微控制器。原则上，还可以想到，若干传感器设备的计算单元被配置为构成中央评估单元，并且这些计算单元交替地接管中央评估单元的功能。这提供了特别有效和通用的传感器网络系统。

有利地，中央评估单元被配置为生成用于计算中央评估算法的中间值的至少两个子计算命令，将至少两个子计算命令提供给至少两个不同传感器设备的计算单元，并且从至少两个不同传感器设备接收或检索由至少两个子计算命令在至少两个不同传感器设备的计算单元中计算的中间值。子计算命令可以具有任何复杂度，并且还可以被设计用于确定中央评估算法的多于一个中间值。优选地，中央评估单元被配置为将每个子计算命令提供给不同的计算单元。通过将中央评估算法划分为若干子计算命令，这些子计算命令又由若干传感器设备的计算单元执行，可以执行相对复杂的评估算法，而不必为此目的提供特别强大的计算单元。这提供了特别通用的传感器网络系统。

优选地，传感器设备各自包括陀螺仪传感器单元和/或加速度传感器单元，传感器设备各自附接到机器的不同移动部分，并且传感器设备的输出数据各自指示机器的相应部分的空间位置和/或定向。具有中央评估算法的中央评估单元允许特别精确地确定单独机器部分的位置和/或对准，因为所有机器部分的测量数据可用于中央评估算法。具有陀螺仪传感器单元和/或加速度传感器单元的传感器设备也被称为例如角速率传感器、陀螺仪仪器、加速度计、加速度传感器、加速度计、振动传感器、振荡传感器、G传感器、B计或惯性测量单元。特别优选地，机器是建筑机器，特别是挖掘机或起重机，其中传感器设备布置在建筑机器的吊杆的不同部分上，以便能够检测吊杆的空间位置和定向。

附图说明

下面参考附图描述根据本发明的传感器网络系统的实施例，其中

图1示意性地示出了根据本发明的传感器网络系统，其布置在挖掘机上，

图2示出了图1的传感器网络系统的传感器设备的示意图，以及

图3示意性地示出了在确定输出数据期间图1的传感器网络系统的传感器设备之间的数据交换。

具体实施方式

图1示出了挖掘机1，其具有底盘2、支撑在底盘上使得其可以旋转的上托架3、可枢转地附接到上托架3的吊杆4、可枢转地附接到吊杆4的斗杆5和可枢转地附接到斗杆5的铲斗6。

图1还示意性地示出了根据本发明的传感器网络系统10，其布置在挖掘机1上，以便检测挖掘机1以及挖掘机1的单独部分2-6的空间位置和定向。

传感器网络系统10包括经由数据传输网络14互连的五个传感器设备12_1-12_5。第一传感器设备12_1布置在上托架3上，第二传感器设备12_2布置在底盘2上，第三传感器设备12_3布置在吊杆4上，第四传感器设备12_4布置在斗杆5上，并且第五传感器设备12_5布置在铲斗6上。

在本实施例中，五个传感器设备12_1-12_5基本上相同地构造。为了简化，因此在图2和以下描述中使用通用附图标记，即没有索引1-5的附图标记，只要它们涉及所有传感器设备12_1-12_5或传感器设备12_1-12_5中的任意一个。

在本实施例中，每个传感器设备12包括两个检测单元16、18。第一检测单元16是三轴陀螺仪传感器单元，其被配置为检测沿三个空间轴的旋转速度并将它们提供为数字旋转速度测量信号。第二检测单元18是三轴加速度传感器单元，其被配置为检测沿三个空间轴的加速度并将它们提供为数字加速度测量信号。

每个传感器设备12还包括计算单元20，计算单元20连接到检测单元16、18，并且向计算单元20提供旋转速度测量信号和加速度测量信号。计算单元20被配置为处理旋转速度测量信号和加速度测量信号，并提供基于其的测量数据M。测量数据M包括陀螺仪传感器单元的三个空间轴的旋转速度测量值以及加速度传感器单元的三个空间轴的加速度测量值。

每个传感器设备12还包括数据接口22，经由该数据接口22可以从传感器设备12读出定义的输出数据A。在本实施例中，数据接口22还用于连接到数据传输网络14。然而，可以提供不同的数据接口以用于连接到传感器网络系统10的数据传输网络14并且也用于读出输出数据A。

传感器网络系统10包括中央评估单元24，在本实施例中，中央评估单元24由第一传感器设备12_1的计算单元20构成。中央评估单元24被配置为经由数据传输网络14检索第二传感器设备12_2的测量数据M_2、第三传感器设备12_3的测量数据M_3、第四传感器设备12_4的测量数据M_4和第五传感器设备12_5的测量数据M_5。中央评估单元24还可以访问第一传感器设备12_1的测量数据M_1。

中央评估单元24包括中央评估算法，该中央评估算法被设计为基于传感器设备12_1-12_5的测量数据M_1-M_5来确定传感器设备12_1-12_5中的每一个的单独输出数据A_1-A_5。在本实施例中，五个确定的输出数据A_1-A_5各自至少指示相应的传感器设备12的倾斜度，并且因此指示挖掘机1的相应部分2、3、4、5、6的倾斜度。

在本实施例中，中央评估单元24被配置为生成至少两个子计算命令T，两个子计算命令T中的每个子计算命令T被设计为确定中央评估算法的中间值Z，并且将两个子计算命令T中的每个子计算命令T提供给传感器设备12_1-12_5之一的计算单元20。

在图3所示的示例中，五个子计算命令T_1-T_5由中央评估单元24生成，其中第一子计算命令T_1由形成中央评估单元24的第一传感器设备12_1的计算单元20本身执行，第二子计算命令T_2由中央评估单元24经由数据传输网络14提供给第二传感器设备12_2的计算单元20并由后者执行。第三子计算命令T_3由中央评估单元24经由数据传输网络14提供给第三传感器设备12_3的计算单元20并由后者执行，第四子计算命令T_4由中央评估单元24经由数据传输网络14提供给第四传感器设备12_4的计算单元20并由后者执行，并且第五子计算命令T_5由中央评估单元24经由数据传输网络14提供给第五传感器设备12_5的计算单元20，并由后者执行。

此外，在本实施例中，中央评估单元24被配置为从相应的传感器设备12检索由子计算命令T在相应的传感器设备12的计算单元20中计算的中间值Z。

在图3所示的示例中，由第二子计算命令T_2在第二传感器设备12_2的计算单元20中计算的第二中间值Z_2、由第三子计算命令T_3在第三传感器设备12_3的计算单元20中计算的第三中间值Z_3、由第四子计算命令T_4在第四传感器设备12_4的计算单元20中计算的第四中间值Z_4和由第五子计算命令T_5在第五传感器设备12_5的计算单元20中计算的第五中间值Z_5由中央评估单元经由数据传输网络14从相应的传感器设备12中检索。中央评估单元24还可以访问在第一传感器设备12_1的计算单元20中计算的第一中间值Z_1。

所有计算的中间值Z_1-Z_5被提供给中央评估算法，中央评估算法基于此确定五个传感器设备12_1-12_5的五个单独输出数据A_1-A_5。

中央评估单元24还被配置为将所确定的输出数据A_1-A_5提供给相应的传感器设备12。特别地，中央评估单元24被配置为经由数据传输网络14将所确定的第二输出数据A_2发送到第二传感器设备12_2，经由数据传输网络14将所确定的第三输出数据A_3发送到第三传感器设备12_3，经由数据传输网络14将所确定的第四输出数据A_4发送到第四传感器设备12_4，并且经由数据传输网络14将所确定的第五输出数据A_5发送到第五传感器设备12_5。所确定的第一输出数据A_1被存储在第一传感器设备12_1中，第一传感器设备12_1的计算单元20构成中央评估单元24。

然后可以经由相应的传感器设备12的数据接口22读出输出数据A_1-A_5。特别地，可以经由第一传感器设备12_1的数据接口22读出第一输出数据A_1，可以经由第二传感器设备12_2的数据接口22读出第二输出数据A_2，可以经由第三传感器设备12_3的数据接口22读出第三输出数据A_3，可以经由第四传感器设备12_4的数据接口22读出第四输出数据A_4，可以经由第五传感器设备12_5的数据接口22读出第五输出数据A_5。

附图标记列表

1挖掘机

2底盘

3上托架

4吊杆

5斗杆

6铲斗

10传感器网络系统

12传感器设备

14数据传输网络

16第一检测单元(陀螺仪传感器单元)

18第二检测单元(加速度传感器单元)

20计算单元

22数据接口

24中央评估单元

A输出数据

M测量数据

T子计算命令

Z中间值。

Claims (4)

1.一种具有多个传感器设备(12_1-12_5)的传感器网络系统(10)，每个传感器设备包括：

-检测单元(16、18)，其用于检测物理量并且用于提供对应的测量信号，

-计算单元(20)，其用于处理所述测量信号并且用于提供基于所述测量信号的测量数据(M_1-M_5)，以及

-数据接口(22)，经由所述数据接口能够读出输出数据(A_1-A_5)，

其特征在于

提供中央评估单元(24)，其被配置为：

-经由中央评估算法基于所述传感器设备(12)中的至少两个传感器设备(12_1-12_5)的所述测量数据(M_1-M_5)来确定针对所述至少两个传感器设备(12_1-12_5)的单独输出数据(A_1-A_5)，以及

-将所确定的输出数据(A_1-A_5)提供给相应的传感器设备(12_1-12_5)。

2.根据权利要求1所述的传感器网络系统(10)，其中，所述中央评估单元(24)由所述传感器设备(12_1-12_5)中的一个传感器设备的所述计算单元(20)构成。

3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器网络系统(10)，其中，所述中央评估单元(24)还被配置为：

-生成用于计算所述中央评估算法的中间值(Z_1-Z_5)的至少两个子计算命令(T_1-T_5)，

-将所述至少两个子计算命令(T_1-T_5)提供给至少两个不同的传感器设备(12_1-12_5)的所述计算单元(20)，以及

-从至少两个不同的传感器设备(12_1-12_5)接收或检索由所述至少两个子计算命令(T_1-T_5)在所述至少两个不同的传感器设备(12_1-12_5)的所述计算单元(20)中计算的所述中间值(Z_1-Z_5)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器网络系统(10)，其中：

-所述传感器设备(12_1-12_5)各自包括陀螺仪传感器单元(16)和/或加速度传感器单元(18)，

-所述传感器设备(12_1-12_5)各自附接到机器(1)的不同可移动部分(2，3，4，5，6)，并且

-所述传感器设备(12_1-12_5)的输出数据(A_1-A_5)各自指示所述机器(1)的相应部分(2，3，4，5，6)的空间位置和/或定向。