CN1729713A - 双向宽域遥测系统 - Google Patents

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CN1729713A
CN1729713A CNA03818074XA CN03818074A CN1729713A CN 1729713 A CN1729713 A CN 1729713A CN A03818074X A CNA03818074X A CN A03818074XA CN 03818074 A CN03818074 A CN 03818074A CN 1729713 A CN1729713 A CN 1729713A
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约翰·K·荷尔默斯
史蒂文·D·布拉格
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F W MURPHY
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F W MURPHY
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Abstract

本发明是关于一种双向遥测的方法和装置。在一个实施例中，遥测接口模块可接收有关发送信号强度的数据。该遥测接口模块可向另一个遥测接口模块发送一个问询信息并接收一个包括有接收信号强度指示(RSSI)数据的回复信息，该回复信息是所述另一个遥测接口模块应接收到的该问询信息后发出的。在一个实施例中，遥测接口模块可对发送功率电平进行调节。在一个实施例中，遥测接口模块可在多个天线中选择接收和发送。

Description

双向宽域遥测系统
技术领域
本发明涉及设备的远程监测，特别是涉及一种采用遥测技术的设备的远程监测。
背景技术
遥测装置已经成功地运用于自动抄表(automated meter reading，AMR)应用系统。在这种应用系统中，遥测装置通常将使用信息发送给远程数据采集模块，该模块通常会通过互联网再将该信息回传到一个中央数据采集站。为了降低成本和减少耗电，遥测装置通常是一种仅供发送的装置。
遥测装置通常定时或在事件发生时发送数据，比如读表时发出的脉冲信号。自动抄表系统可利用从同一遥测装置接收数据发送的多个数据采集模块，以增加数据发送的可靠性。可以使用一仲裁电路确定由哪一个正在接收来自同一遥测装置的数据的数据采集模块将数据发送给中央数据采集站。还有，为了确保数据采集模块至少成功接收其中的一个数据发送，还可以将数据发送多次。
尽管该仅供数据发送的遥测装置对于自动抄表系统可能已经足够，但与双向遥测装置相比，仍存在许多不足。首先，仅供数据发送的遥测装置不能进行发送装置和接收设备之间的双向“握手”。双向“握手”可以增加数据发送的可靠性。其次，仅供数据发送的遥测装置不能被另一遥测装置轮询(poll)。最后，仅供数据发送的遥测装置不能收到来自另一台遥测装置的有用信息，比如关于该仅供数据发送的遥测装置发送的信号强度的信息。
由此可见，上述现有的遥测装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决遥测装置存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的遥测装置存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的双向宽域遥测系统，能够改进一般现有的遥测装置，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种双向遥测的方法。该方法包括以下步骤：将一个问询信息(query message)由一第一遥测接口模块发送给一第二遥测接口模块；读取该第二遥测接口模块的该问询信息的接收信号强度指示(received signal strength indicator，RSSI)数据；以及由该第二遥测接口模块向该第一遥测接口模块发送一包含该RSSI数据的回复信息。响应该回复信息中包含的接收信号强度数据，该第一遥测接口模块可调节一发送功率和/或从多个将用于发送的天线中选择一天线。
本发明的另一实施例涉及一双向遥测接口模块。该双向遥测接口模块可包括一处理器、存储器、电源、接收器、发送器和一个或多个内置天线。该一个或多个内置天线可。该双向遥测接口模块的实施例可包括一无线终端设备、一用于一控制器的数据接口模块，和一遥测转发器模块。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。为了达到前述发明目的，本发明提出一种双向遥测方法，其包括以下步骤：将一第一问询信息由一第一遥测接口模块发送给一第二遥测接口模块；和该第一遥测接口模块接收一第一回复信息，该回复信息中含有该第二遥测接口模块接收的该第一问询信息的第一接收信号强度指示(RSSI)数据。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
本发明的双向遥测的方法，其包括以下步骤：在传送该第一问询信息之前，将该第一遥测接口模块的发送功率电平设定为一第一功率电平；将该第一遥测接口模块的传送功率电平设定为一第二功率电平；和将一第二问询信息由该第一遥测接口模块发送给该第二遥测接口模块。
本发明的双向遥测的方法，其包括以下步骤：该第一遥测接口模块接收一第二回复信息，该回复信息中含有该第二遥测接口模块接收的该第二问询信息的第二接收信号强度指示(RSSI)数据；和比较该第二接收信号强度指示(RSSI)数据和该第一接收信号强度指示(RSSI)数据。
本发明的双向遥测的方法，其包括以下步骤：在发送该第一问询信息前，从该第一遥测接口模块的多个天线中选择一第一天线。
本发明的双向遥测的方法，其包括以下步骤：接收到该第一回复信息后，从该多个天线选择一第二天线；将一第二问询信息由该第一遥测接口模块向该第二遥测接口模块发送；该第一遥测接口模块接收一第二回复信息，该回复信息中含有该第二遥测接口模块接收的该第二问询信息的第二接收信号强度指示(RSSI)数据；比较该第二接收信号强度指示(RSSI)数据和该第一接收信号强度指示(RSSI)数据。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。为了达到前述发明目的，本发明还提出一种调节遥测接口模块功率的方法，其包括以下步骤：以一第一发送功率电平向一第二遥测接口模块发送一第一问询信息；收听来自该第二遥测接口模块响应该第一问询信息发出的一回复信息；以一第二发送功率电平向该第二遥测接口模块发送一第二问询信息；收听来自该第二遥测接口模块响应该第二问询信息发出的一回复信息。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
本发明的调节遥测接口模块功率的方法，其包括以下步骤：接收响应该第二问询信息而非该第一问询信息发出的一回复信息；保持该第二发送功率电平或一更高发送功率电平用于将来的发送。
本发明的调节遥测接口模块功率的方法，其包括以下步骤：从该第一遥测接口模块的多个天线中选择一个天线。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。为了达到前述发明目的，本发明还提出一种方法，其包括以下步骤：接收一来自一遥测接口模块的问询信息；测量该问询信息的接收信号强度指示(RSSI)数据；生成一包含有该测出的接收信号强度指示(RSSI)数据的回复信息；将该回复信息发送给该遥测接口模块。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。为了达到前述发明目的，本发明还提出一种遥测接口模块，其包括：一接收器；一发送器；一处理器，其与该接收器和发送器连接；和一存储器，其与该处理器连接，该存储器中存有一组指令，用于将一第一问询信息发送给另一遥测接口模块，并接收一第一回复信息，该第一回复信息中包含有另一遥测接口模块接收的该第一问询信息的第一接收信号强度指示(RSSI)数据。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
本发明的遥测接口模块，其中所述的一组指令包括如下指令：发送该第一问询信息之前，将该发送器的发送功率电平设定为第一功率电平，将发送器的发送功率电平设定为一第二功率电平，并向另一遥测接口模块发送一第二问询信息。
本发明的遥测接口模块，其中所述的一组指令包括如下的指令：接收一第二回复信息，其中包含有另一遥测接口模块接收的该第二问询信息的第二接收信号强度指示(RSSI)数据，并比较该第二接收信号强度指示(RSSI)数据和该第一接收信号强度指示(RSSI)数据。
本发明的遥测接口模块，其包括多个天线。
本发明的遥测接口模块，其中所述的多个天线中至少有一个是嵌在一印刷电路(PC)板中的。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。为了达到前述发明目的，本发明还提出一种遥测接口模块，其包括：一接收器；一发送器；一处理器，其与该接收器和发送器连接；和一存储器，其与该处理器连接，该存储器中存有一组指令，用于：接收来自另一遥测接口模块的问询信息；测量接收的问询信息的接收信号强度指示(RSSI)数据；生成一包含有该测出的接收信号强度指示(RSSI)数据的回复信息；并将该回复信息发送给另一遥测接口模块。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。为了达到前述发明目的，本发明还提出一种遥测接口模块，其包括：一接收器；一发送器；多个天线，其与该接收器天线连接；一处理器，其与该接收器和发送器连接；和一存储器，其与该处理器连接，该存储器中存储一组指令，用于接收和发送信息。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
本发明的遥测接口模块，其中所述的多个天线中至少有一个是嵌在一印刷电路板中的。
本发明的遥测接口模块，其包括一开关，其与该处理器和该多个天线连接。
本发明的遥测接口模块，其中所述的一组指令包括如下指令：从该多个天线中选择一第一天线，发送一第一问询信息，以及接收一第一回复信息。
本发明的遥测接口模块，其中所述的一组指令包括从多个天线中选择一第二天线，并发送一第二问询信息的指令。
本发明的遥测接口模块，其中所述的一组指令包括如下的指令：接收来自另一遥测接口模块的问询信息，测量接收的问询信息的接收信号强度指示(RSSI)数据，生成一包含有该测出的接收信号强度指示(RSSI)数据的回复信息，并将该回复信息发送给另一遥测接口模块。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。为了达到前述发明目的，本发明还提出一种遥测接口模块，其包括：一接收器；一发送器；一有线接口电路；一处理器，其与该接收器、发送器和有线接口电路连接；和一存储器，其与该处理器连接，该存储器中存储有一组指令，用于使用接收器接收信息，使用发送器发送信息，以及通过有线接口与一外部设备通信。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。为了达到前述发明目的，本发明还提出一种系统，其包括：多个遥测接口模块，每个遥测接口模块都包括接收器、发送器、与该接收器和发送器连接的处理器和与该处理器连接的存储器，该存储器中存有一组指令，用于向数据接口模块发送第一问询信息并接收一第一回复信息，该第一回复信息中含有该数据接口模块接收的该第一问询信息的第一接收信号强度指示(RSSI)数据；和与多个遥测接口模块通信的数据接口模块，该数据接口模块包括接收器、发送器、与该接收器和发送器连接的处理器和与该处理器连接的存储器，该存储器中存有一组指令，用于接收来自遥测接口模块的一问询信息；测量接收到的问询信息的接收信号强度指示(RSSI)数据；生成含有该测出的接收信号强度指示(RSSI)数据的回复信息；并将该回复信息发送给该遥测接口模块。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。经由上述可知，本发明是关于一种双向遥测的方法和装置。在一个实施例中，遥测接口模块可接收有关发送信号强度的数据。该遥测接口模块可向另一个遥测接口模块发送一个问询信息并接收一个包括有接收信号强度指示(RSSI)数据的回复信息，该回复信息是所述另一个遥测接口模块应接收到的该问询信息后发出的。在一个实施例中，遥测接口模块可对发送功率电平进行调节。在一个实施例中，遥测接口模块可在多个天线中选择接收和发送。
借由上述技术方案，本发明特殊结构的双向宽域遥测系统，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在装置结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的遥测装置具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是一示例性宽域遥测系统的方块图。
图2是传感器接口模块的一个实施例的方块图。
图3是一测量管线中流速的传感器接口模块的示意图。
图4是一示例性传感器接口模块的示意图。
图5是一示例性双向遥测控制系统的示意图。
图6是一示例性的带有一遥测转发器模块的双向遥测控制系统的示意图。
图7是遥测接口模块(TIM)的一个实施例的方块图。
图8是遥测接口模块(TIM)的一个实施例的操作流程图。
图9是根据本发明的一个实施例的调节发送功率的例程的流程图。
图10是示例性的接收信号强度问询和回复信息的示意图。
图11是根据本发明的一个实施例的调节发送功率的另一个例程的流程图。
图12是由一对天线发送的一对示例性的信号图案的示意图。
图13是根据本发明的一个实施例从多个天线中选择一个天线的例程的流程图。
图14是根据本发明的一个实施例从多个天线中选择一个天线的另一个例程的流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的双向宽域遥测系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
宽域遥测系统的实施例
请参阅图1，该图是本发明的宽域遥测系统100的结构简图。多个机电接口形式的传感器接口模块102被作为数据采集设备。
传感器接口模块102与数据采集模块110之间通过硬连线或无线发送108进行通信。硬连线或无线发送108可以采用标准接线技术，或者其他已知的低功率射频发送技术。在本发明的优选实施例中，在未经许可的频率范围内(如902-928Mhz)采用跳频扩展频谱发送技术。
数据采集模块110将接收到的来自传感器接口模块102的信息经过数据模块连接116发送给网络系统118。网络系统118将被发送的信息经过网络连接120发送至主机模块122，在主机模块122对该信息进行存储或处理。然后被存储或处理的信息可由主机模块122通过主机连接124发送至用户接口126。
传感器接口模块102是与气表、电表、水表和其他类型的监测设备连接的智能通信装置。基本传感器接口模块102可适合于任何数量的被监测系统，包括但不限于：电气系统、用气系统、用水系统、安全系统、温度控制系统、自动售货机和任何类型的远程监测装置。传感器接口模块102包括一个适于被监测装置的硬件传感器、带有附属固件的一计算机化的监测系统、电池电源和/或外接电源转换器以及发送器。
请参阅图2所示，传感器接口模块102可以由传感器接口主体200、传感器连接导线202和外部硬件传感器204构成。主体200包括一传感器接口电路板206，其上配置有用于将传感器连接导线202连接到外部硬件传感器204的传感器连接端子208。主体200可安装于被监测装置之内，或设置于小盒或外壳210中，安装于被监测装置外部上或附近。外部硬件传感器204安装在对于装置来说适合被监测的位置，并通过传感器连接导线202与传感器接口电路板206连接。
对于气表来说，传感器接口模块102将监测表刻度盘的转动。可将传感器接口模块102的小盒或外壳210安装在气表周围的管线或导管上，或直接安装在表上。可将传感器接口模块102和外部硬件传感器204集成到表的面板之内，使在现有的气表装置上能够有效地安装监测系统。
图3显示了上述传感器接口模块的另一种使用。传感器接口模块102中的一个可与外部硬件传感器204(图中未示)连接，该外部硬件传感器204包括多个敏感元件，作为外部硬件传感器的一部分。图中所示的传感器类型为流量传感器300、压力传感器302和温度传感器304，这些传感器采集管线308中的燃气或其他流体306的流量信息。也可以通过一部与孔板流量计或涡轮流量计连接的流量计算机获得信息。流量计算机和流量计，例如涡轮流量计和和孔板流量计都是为人所熟知的。流量计算机可以和传感器接口模块连接，将数据由流量计算机传送给数据采集模块。可选地，如果流量计算机能力胜任，可以将其设计为与数据采集模块直接通信，这样就省去了传感器接口模块。
传感器接口模块的另一可选使用(图中未示)是用于监测数字电表、外部腐蚀控制监测系统、自动罐内液位控制系统及其他类型的系统。此外，具有输出功能的装置可与传感器接口模块直接连接，这时该装置本身就成为外部硬件传感器。更一种可能性是，该装置具有通信能力，允许与数据采集模块直接连接，而不需要使用传感器接口模块。
每个传感器接口模块102包括一外部硬件传感器204，能够对指定的设备的进行监测。请注意，外部硬件传感器中的“外部”是指传感器接口模块数据获取和发送功能的标准设计电路之外。因为事实上外部硬件传感器在不同的应用是各不相同的。这样，外部一词仅仅是指普通的数据收集和发送电路之外，并不是指一定要被设置在安装有传感器接口模块102的外壳之外。
请参阅图4所示，是传感器接口模块102的方块图，包括具有一内部电路板的传感器接口主体200(图中虚线所示)和一接到外部硬件传感器204的连接400，以便接收输入数据，如上述。
传感器接口模块102包括一可编程处理器微控制器402及其相应的程序代码，其在设置用户可定义参数方面允许一定的灵活性并且提供产品升级。可编程处理器微控制器402的基本程序功能将会在后面详细说明。该微控制器402与时钟404相连，可在4Mhz的范围内工作，为合成器406提供了一个基准时钟。该微控制器402还具有向合成器406提供程序数据的路径。合成器406为压控振荡器(voltage controller oscillator，VCO)408提供电压。VCO 408还接收来自微控制器402的调制数据。在优选实施例中，VCO被设计为在902-928Mhz的范围内工作。VCO 408的输出经过VCO滤波器410并馈送给功率放大器412，并经过放大滤波器44。在优选实施例中，VCD滤波器410和放大滤波器44被设计为在Fc等于950Mhz的条件下工作。放大滤波器414的输出到达天线416，在优选实施例中，天线416在902-928Mhz的范围内工作。
该单元的电源即可以由一设计寿命为若干年的长寿命锂电池(图中未示)提供，也可以由外部电源提供。电池电源可以使作为监测装置的传感器接口模块的连接，长期不受电源干扰、波动或其他系统变化的影响。该长寿命电池的使用还使系统能够监测没有电源系统的区域。
请再次参阅图1所示，传感器接口模块102接收来自安装在上述设备或被监测设备上的外部硬件传感器的信息。模块上负责处理信息的处理系统对该信息进行解释处理，并将处理后的信息发送给数据采集模块。
对于气表的读表应用设备来说，该系统检测来自外部硬件传感器的脉冲信号，对传感器外部硬件传感器信号进行过滤，去除错误信号，由外部硬件传感器积累信号脉冲，按照其内部程序对信息进行解释处理，处理后的信息被存储在存储器中，用于日后的更新，并且该信息被发送给数据采集模块。
外部硬件传感器作为抄表系统的累积值被记录下来。该积累值发送给数据采集模块。该累积值确保信息发送中出现的任何间断都仅对整个系统的信息流产生暂时的影响。如果发送失败，那么主机模块就能够利用该发送失败之前的积累信息和之后收到的发送信息通过插值法“恢复”发送失败的信息。
将传感器接口模块编程，为该设备设定一个唯一的标识符和发送给数据采集模块的频率。
传感器接口模块102可以通过程序计算机(图中未示)编程。该程序计算机具有在手提式处理机或个人电脑装置中执行的程序。为传感器接口模块编程时，编程信息既可以被立即发送给主机模块永久存储，也可以存储在编程设备中以备未来上载到主机模块。传感器接口模块具有可编程32位地址，可保持来自外部输入的最大脉冲计数65535。
在优选的实施例中，传感器接口模块被设计成通过一在30kHz带宽上工作的扩展频谱射频发送信息。该射频采用跳频算法，并在任意频道上具有大约为50毫秒的最大发送时间。在直线发送中的发送能力大约为3英里。但是，在建筑物、树木和其它干扰物存在时，有效发送距离要小于2000英尺。在优选实施例中，传感器接口模块的位置与数据采集模块的最大距离为600-2000英尺的位置。
数据采集模块盒就是将数据采集电子器件置于防风雨的外壳之中。水平极化天线接收到频率范围在902Mhz-928Mhz的RF输入信号并将该信号路由到接收器模块。接收器模块在25个预设频率中跳跃寻找被调制成具有某一特定形式的RF信号。一但有效信号被确认，接收器停止跳跃并将整个被传送到CPU模块被采集和评价的数据包解码。
回到图1，数据采集模块110提供传感器接口模块102和网络连接116至主机模块122之间的信息发送连接。数据采集模块110属于一种本地的、智能型数据集中器，设置于传感器接口模块102中或在其附近。数据采集模块110被作为所有信息的汇聚点，这些信息包括由被监测区域(例如客户端)的传感器接口模块102采集的信息，并且将数据采集模块110这些信息通过标准通信系统118发送给主机模块122。
一般来说，数据采集模块按照一简单例程工作。在接收模式时，900Mhz的收发机在902-928Mhz的频带内持续不断地扫描搜寻RF信号。如果检测到RF信号，该收发机将该信号锁定并将其解调，进行曼彻斯特数据解码，并将该数据发送给RS-232端口。如果没有检测到RF信号，该单元将会通过RS-232端口采集数据包，进行曼彻斯特数据编码，并将该数据通过902-928Mhz的50频道中的1个频道发送出去。该发送将使用频移键控(Frequency Shift Keying，FSK)调制并以大约180毫秒发送。数据包发送完成后，发送器将恢复到接收模式并开始再次扫描RF信号。该单元还将开始采集另一发送数据包。一旦采集到一个完整的数据包后就会重复上述过程(在另一个不同的频率)。只有将所有的50个发送频道都使用一遍后才会再次开始使用某一给定频道。
双向遥测系统
顾名思义，双向遥测接口模块(telemetry interface module，TIM)即可发送也可接收信息。例如，双向TIM可接收请求数据的命令信息，使传感器接口模块(Sensor Interface Module，SIM)以轮询方式发送数据。双向TIM，例如，还接收用于更新一个控制输出信号的命令信息。可将生成控制输出信号的双向TIM称为遥测输出模块(Telemetry Output Module，TOM)。可将接收一个或多个传感器信号作为输入并生成一个或多个控制输出的双向TIM称为遥测控制模块(telemetry control module，TCM)。在一个实施例中，双向TIM可以作为一个数据接口模块(data interface module，DIM)，与多个不同类型的双向TIM进行通信或从中采集数据。DIM可以执行与前述的数据采集模块(Data Collection Module，DCM)类似的功能。
请参阅图5所示，是一个示例性的双向遥测系统500。如图所示，双向遥测系统500可包括多个双向遥测接口模块(TIM)，例如SIM 502、TOM 504和TCM 506，每个模块都通过一个无线连接与一个数据接口模块(DIM)508连接。SIM 502可监测来自一个或多个传感器520的输入信号。传感器520可包括数字(开/关)开关和/或模拟传感器，如4-20毫安开关和电压传感器。遥测输出模块(TOM)504可与一个或多个输出设备522连接。输出设备可包括调节阀、电磁阀和泵。调节阀可包括燃油阀、关闭阀、吸入阀和排出阀。泵可包括电动潜水泵和抽水泵。TCM 506可与一个或多个传感器524和一个或多个输出设备526连接。传感器524和输出设备526可以是前述任何类型传感器和输出设备的组合。
在一个实施例中，控制器510可通过本地控制总线512与DIM 508通信。DIM 508和控制器510可以是控制面板514的组成部分，控制面板514可位于工作现场。本地控制总线可与某一标准工业协议兼容，如施耐德电气的Modbus协议或美国汽车工程师学会(SAE)J1939协议。因此，具有兼容总线接口的控制器可通过DIM与多个TIM进行通信。例如，来自与SIM连接的传感器数据可以由一个DIM采集，并且该数据可以映象到能够被控制器读取的寄存器中，而TOM的控制输出可以被映象到一个能够被控制器写入的寄存器中，使控制器能够控制与TOM连接的输出设备。因此，TIM可为传感器和输出设备提供一无线接口，使控制面板的安放位置具有更大的灵活性。
在一个实施例中，TIM除了配有一个与DIM的无线连接以外，还可配有一个有线连接，比如有线连接730。提供的有线连接冗余，可以提高TIM之间通信的安全性。例如，如果TIM和DIM之间失去无线联系，有线连接就可以使TIM继续与DIM通信。反过来，如果有线连接中断，无线连接使TIM能够继续与DIM通信。对于关键的被监测参数来说，冗余可能是十分有必要的。为了减少连线，有线连接可以是总线连接，如上面提到的Modbus、J1939或其他适用的总线连接。
请参阅图6所示，在一个实施例中，一个双向TIM可以具备遥测转发器模块(telemetry repeater module，TRM)602的功能，从而有效地延长了TIM间的许用距离。例如，TRM可以接收到来自DIM的命令信息并将该命令信息转发到TIM。类似地，TRM可接收来自TIM的回复信息并将该回复信息转发给DIM。TRM使一组TIM能够被放置于距离控制面板较通常所允许更远的距离，这样有助于控制面板的放置。
双向遥测接口模块(TIM)
请参阅图7所示，为本发明的一个双向TIM 700的实施例的方块图。如图所示，TIM的基本组件包括处理器702、存储器704、接收器706、发送器708和电源710。处理器可以是任何类型适用的处理器。在一个实施例中，处理器和存储器被集成在一个微控制器装置中。微控制器的包括MicrochipTechnology公司的PICmicro系列微控制器和Atmel公司的AT系列微控制器。存储器中可存有用于实现本发明的双向遥测系统的一组指令。
发送器和接收器可由各自适合的电路组成。在一个实施例中，发送器和接收器在902Mhz-928Mhz的频率范围内工作。发送器和接收器可集成在一个集成电路装置中。接收器可输出可被处理器读出的接收信号强度指示(received signal strength indicator，RSSI)信号。在一个实施例中，发送器的发送功率电平是可以调节的，例如，通过一个控制器。例如，可将发送功率电平保持在一最小允许电平，这样可以减少耗电并延长电池寿命。
如图所示，TIM可包括一个或多个内置天线，如天线712和714，以及一个到外部天线724的连接。在一个实施例中，天线可在902Mhz-928Mhz的频率范围内工作。天线可以连接到开关730。处理器可控制该用于选择其中一个发送和接收的天线的开关，例如，以期优化向接收TIM，如DIM，发送的信号强度。可提供两个以上的内置天线。在一个实施例中，内置天线被嵌在印刷电路板中。将天线嵌入印刷电路板中相对于外部天线而言可以降低成本。在另一实施例中，内置天线可安装在印刷电路板上。
如前述，TIM可通过有线连接与DIM进行通信。因此，TIM还可包括一个有线接口电路730。该有线接口电路可由任何合适的接口电路构成，使之能够提供与另一个TIM的合适的有线连接。在一个实施例中，多于一个TIM的有线连接可以采用总线的方式以方便接线。
如图所示，电源710可包括电池732、电容器734和增压电路736。电池可以是任何适合类型的电池，如长寿命锂电池。在一个实施例中，可以将一个电容器充电以替代电池为发送提供电源，以保护电池免受高电流从而延长电池使用寿命。电容器可以是任何类型适合的电容器，如Tokin公司的SuperCapacitor。在一个实施例中，增压电路可以监测电池的电压电平，并将电压升高，使TIM能够在较通常要求的电池电压更低的电压下限时工作。如图所示，在一个实施例中，电源可以接收来自外部电源738的电能。因此，电源可包括一个能够在外部电源和电池之间切换的适当的电路，以防止在外部电源接入时从电池中汲取电流。
TIM可根据功能上的需要增加附加电路。例如，传感器接口模块(SIM)可包括一个传感器接口电路716，用于接收来自一个或多个传感器720的信号。遥测输出模块(TOM)可包括一个控制输出电路718，用于与一个或多个输出装置722连接。遥测控制模块(TCM)可包括传感器接口电路和控制输出电路，用于接收一个或多个传感器信号并与一个或多个输出装置连接。
请参阅图8所示，是本发明的一个实施例的双向TIM的操作流程图800。步骤802中，给TIM加电，例如，通过向TIM施加外部电源或安装电池。步骤804中，给接收器和发送器加电。步骤806中，选择用于接收和发送的一个天线。步骤808中，对发送功率电平进行调节。选择天线和调节发送功率电平的方法将在下面进行更为详细的说明。步骤810中，接收器和发送器被断电。在一个实施例中，接收器和发送器的断电可包括将接收器发送器置于低功率状态，并在检测到预定信息时退出。
步骤812中，将TIM置于休眠状态。在一个实施例中，将TIM置于休眠状态可包括，例如，将处理器置于低功率状态。TIM可通过响应各种事件脱离低功率状态，从而由休眠状态唤醒。例如，处理器被置于低功率状态之前，可通过启动数个中断使处理器在发生任何中断条件时脱离低功率状态。例如，如果某个被监测传感器改变状态或如果接收器检测到一个信息，处理器就可以生成一个中断。
还可以在计时器计时终止时生成中断，该计时器可以设置于处理器之内或之外。在一个实施例中，这样一个计时器可作为一个心跳计时器使用，定时唤醒处理器，以便向接收设备，例如一个DIM，发送一条保证心跳信息。在一个实施例中，心跳信息中可包含电池电压数据。
步骤814中，TIM由休眠状态被唤醒。步骤816中，TIM检查是否接收到一条命令信息。如果接收到命令信息，该命令信息就会在步骤818中处理，同时在步骤820生成一个回复信息。例如，如果命令信息是一个从被SIM监测的传感器读出数据的请求，SIM可读取传感器信号并生成一个包含传感器数据的回复信息。可选地，如果命令信息是一个对TOM的写命令。TOM可更新控制输出并生成一个回复信息表示收到命令。回复信息也可包括命令已被成功处理的表示。
在步骤822中，给接收器和发送器加电，并在步骤824中，发送回复信息。回复信息发送完毕后，为了节省电池的能量，接收器和发送器可在方块810被再次断电，并且TIM可在方块812被置于休眠状态。在一个实施例中，TIM可在回到休眠状态前在某一预定时间长度内保持唤醒状态。
如果在方块816没有接收到一个命令信息，TIM可能已经被心跳计时器的计时终止所唤醒。因此步骤826中，将心跳计时器复位。步骤828中，读出电池电压，步骤830中，TIM生成一个包含电池电压的心跳回复信息。在步骤822中，给接收器和发送器加电，并且在步骤824发送回复信息，如前所述。
发送功率调节
在一个实施例中，双向TIM的发送功率电平是可以调节的。调节发送功率电平可带来许多优点。例如，可以限制发送功率电平以减少耗电，从而延长电池寿命。在一个实施例中，当TIM与外部电源连接时，可采用高于仅使用电池为TIM供电时的发送功率电平。在另一个实例中，可以为规定不同的最大发送功率电平的不同产品获取FCC许可。通过调节发送器的发送功率电平，在两种产品中可以使用相同的发送器电路，而不需要重新设计发送器电路。
请参阅图9所示，是一个实施例中用于调节TIM的发送功率电平的例程900。该方法需要至少两个TIM。在步骤902中，第一TIM的发送功率电平被设为第一功率电平。例如，该第一功率电平可以是最小功率电平。在一个实施例中，发送功率电平可以通过发送器中的数字接口进行调节。在另一实施例中，可以通过调节供给发送器的电压来调节发送功率电平。
在步骤904中，由第一TIM向第二TIM发送一个问询信息。该问询信息可以是任何促使第二TIM用回复信息响应的命令。在步骤906中，第一TIM等待来自第二TIM的回复信息。在一个实施例中，第一TIM可以在发生超时前等待回复信息一段预定长度的时间。
如果在步骤908中没有接收到回复信息，发送功率电平可能不足以使发送的问询信息到达第二TIM。因此，第一TIM的发送功率电平在步骤910中被增强，在步骤904中第一TIM再次发送问询信息，并在步骤906中等待回复信息。
如果在步骤908中第一TIM接收到来自第二TIM的回复信息，就说明发送功率电平足以使发送的问询信息到达第二TIM。因此，在步骤912中，在今后的发送中保持该发送功率电平，并且在步骤914中退出该例程。在一个实施例中，为了提供一个安全范围，可在收到回复信息后进一步增强发送功率电平。根据上述方法，发送功率电平在初始时可被设定在最小电平。可选地，也可将发送功率电平在初始时设定在较高电平，并一定降低到不能从第二TIM接收到回复信息，然后再将发送功率电平调高。
接收信号强度指示(RSSI)
如前述，接收器可提供接收信号强度指示(RSSI)信号或类似信号，用于指示接收信号的强度。在一个实施例中，接收器可提供RSSI信号的数字值。RSSI信号可用于执行各种功能，如发送功率电平调节和天线选择。为了便于更好地说明本发明，本发明中所有类似的指示接收信号强度的信号都被称为RSSI信号。
根据本发明的一个实施例，双向TIM可测量另一双向TIM接收到的RSSI信号。例如，第一TIM可将一问询信息发送给第二TIM，请求该第二TIM接收到的该问询信息的RSSI数据。接收到问询信息的第二TIM可读出该问询信息的RSSI数据，生成一包含RSSI数据的回复信息，并将该包含RSSI数据的回复信息发送给第一TIM。因此，第一TIM可接收到有关其发送给其他TIM的信号强度的数据。
请参阅图10所示，是RSSI问询信息1002和RSSI回复信息1004的示意图。每条RSSI问询信息1002和RSSI回复信息1004都包括字段1006至字段1016。例如，字段1006和1008可包含同步数据，使接收TIM与发送同步。字段1010可包含一设备标识符(ID)，例如，其可以是一个标识一TIM的唯一的32位数字。字段1012可包含一个命令代码，例如，将信息标识为RSSI问询。字段1016可包含一纠错码，例如，一个为该信息的剩余部分计算的循环冗余码校验(cyclic redundancy check，CRC)值。回复信息1004还可包括一附加字段1014，其中包含接收到的问询信息的RSSI数据。
请参阅图11所示，是调节利用RSSI问询信息的TIM发送功率电平的例程1100。在步骤1102中，将第一TIM的发送功率电平设定为第一功率电平。在步骤1104中，第一TIM向第二TIM发送一RSSI问询信息。步骤1106中，第一TIM等待接收来自第二TIM的回复信息。如前述，如果在方块1108中没有接收到回复信息，可能是因为发送功率电平不足以使问询信息到达第二TIM。因此步骤1104发送另一RSSI问询信息之前，可于步骤1110中增大发送功率电平。
如果在步骤1108中收到了回复信息，至少说明发送功率电平足够将问询信息送至第二TIM。回复信息应包含第二TIM接收到的问询信息的RSSI数据。在一个实施例中，步骤1112中第一TIM将RSSI数据与一阈值进行比较。该阈值可以被确定为确保第二TIM接收信号的最小强度。如果RSSI数据小于该阈值，发送功率电平可能不足。因此在步骤1104发送另一RSSI问询信息之前，可在步骤1110中增大发送功率电平。
如果RSSI超过了该阈值，则说明发送功率电平可能足够确保第一TIM发送的信息到达第二TIM。因此在步骤1114中，以后的发送将保持该发送功率电平，并且该例程在步骤1116中退出。在一个实施例中，可以定期执行该发送功率电平调节例程以说明遥测环境的变化，如可能会影响发送和接收的天气变化和物体的增加或移除。
自动天线选择
如前述，为了尽可能最大化发送和/或接收覆盖面积，TIM可利用多个天线。在另一实施例中，可以连接一外部天线或一个或多个内置天线。图12是TIM 1206的两个大致互相垂直的天线的发送信号图案1202和1204。在一个实施例中，可以将大体上互相垂直的天线嵌入TIM的印刷电路板。如图所示，使用两个大体上互相垂直的天线使覆盖面积大约增加了一倍。但是该信号图案是有方向性的，因此通常是独占的。例如，位于信号图案1202覆盖区域内的接收TIM可接收第一天线产生的信号，但不能接收由第二天线发送的信号。因此，需要在各个天线中进行选择以产生一个最佳覆盖区域。
请参阅图13所示，是在多个天线中进行选择的例程1300。在方块1302所代表的步骤中TIM选择一第一天线。如前所述，在一个实施例中，处理器可以控制由一个天线向另一个天线的选择转换。在方块1304所代表的步骤中，TIM收听信息。在一个实施例中，TIM可发送一个问询信息(图中未示)，以试图得到响应。在另一个实施例中，例如，TIM可仅收听来自数据接口模块(DIM)的命令信息。
在方块1306所代表的步骤中，如果TIM没有接收到(或“听到”)信息，则在方块1310中选择第二天线。如果TIM收到了信息，则在方块1310选择第二天线之前，首先在方块1308中测量信息的第一RSSI数据。如果没有接收到回复信息，可在第一TIM将RSSI数据值设为零。
在方块1312中，TIM再次收听信息。在方块1314中，如果TIM收听到了信息，则在方块1316对第二RSSI数据进行测量。在方块1318中，第二RSSI与第一RSSI进行比较。方块1320中，如果第二RSSI大于第一RSSI，则选择第二天线，并且该例程在方块1324中退出。如果第二RSSI小于第一RSSI，则在方块1324退出本例程之前在方块1322中选择第一天线。在一个实施例中，第一和/或第二RSSI数据可与一阈值进行比较。
根据图13中所示的例程，选择接收到具有最高RSSI(信号强度)的信息的天线。也就是说，该例程可用于为优化接收而选择天线。在另一实施例中，接收问询信息的TIM的RSSI可被用于确定选择哪一个天线。也就是说，可以将另一TIM接收的来自天线的发送信号强度作为决定性因素。
请参阅图14所示，显示一个通过向第二TIM发送RSSI问询信息为第一TIM选择天线的例程1400。步骤1402中，为第一TIM选择第一天线。步骤1404中，第一RSSI问询信息由第一TIM发送给第二TIM。步骤1406中，接收一第一RSSI回复信息，该回复信息含有第二TIM接收的第一问询信息的第一RSSI数据。如果没有接收到回复信息，可将RSSI数据值设定为零。
在步骤1408中，为第一TIM选择第二天线。步骤1410中，由第一TIM向第二TIM发送第二RSSI问询信息。步骤1412中，接收一第二RSSI回复信息，该回复信息含有第二TIM接收的第一问询信息的第二RSSI数据。步骤1414中，将第二RSSI数据与第一RSSI数据进行比较。步骤1416中，如果第二RSSI数据大于第一RSSI数据，在方块1420中选择第二天线，并退出例程。如果第一RSSI数据大于第二RSSI数据，先在方块1418中选择第一天线，然后再退出例程。
较好的是，在安装了TIM和与该TIM通信的数据接口模块之后执行天线选择例程(即，在确定了他们的物理位置之后)。如果TIM或DIM之一的物理位置发生了改变，应再次执行天线选择例程，为新的物理位置选择天线。诸如树木的树叶数量变化等的季节变化因素也可对天线的发送和接收产生影响。因此，在一个实施例中可定期执行天线选择例程以适应这些变化。尽管上述的示例性的例程仅仅是针对两个天线而言的，应该理解通过重复上述步骤中的某个或某几个步骤，类似的例程可用于超过两个天线。
还应注意到对于不同的实施例，上述的例程可以组合可以按不同的方式组合。例如，可在选择天线之前调整发送功率电平。可选地，也可在调整发送功率电平之前选择天线。还有，所有例程或其中之一都可顺序地运行，可利用若干例程的结果确定对天线的选择和/或发送功率电平。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (23)

1、一种双向遥测方法，其特征在于其包括以下步骤：
将一第一问询信息由一第一遥测接口模块发送给一第二遥测接口模块；和
该第一遥测接口模块接收一第一回复信息，该回复信息中含有该第二遥测接口模块接收的该第一问询信息的第一接收信号强度指示(RSSI)数据。
2、根据权利要求1所述的双向遥测的方法，其特征在于其包括以下步骤：
在传送该第一问询信息之前，将该第一遥测接口模块的发送功率电平设定为一第一功率电平；
将该第一遥测接口模块的传送功率电平设定为一第二功率电平；和
将一第二问询信息由该第一遥测接口模块发送给该第二遥测接口模块。
3、根据权利要求2所述的双向遥测的方法，其特征在于其包括以下步骤：
该第一遥测接口模块接收一第二回复信息，该回复信息中含有该第二遥测接口模块接收的该第二问询信息的第二接收信号强度指示(RSSI)数据；和
比较该第二接收信号强度指示(RSSI)数据和该第一接收信号强度指示(RSSI)数据。
4、根据权利要求1所述的双向遥测的方法，其特征在于其包括以下步骤：在发送该第一问询信息前，从该第一遥测接口模块的多个天线中选择一第一天线。
5、根据权利要求4所述的双向遥测的方法，其特征在于其包括以下步骤：
接收到该第一回复信息后，从该多个天线选择一第二天线；
将一第二问询信息由该第一遥测接口模块向该第二遥测接口模块发送；
该第一遥测接口模块接收一第二回复信息，该回复信息中含有该第二遥测接口模块接收的该第二问询信息的第二接收信号强度指示(RSSI)数据；
比较该第二接收信号强度指示(RSSI)数据和该第一接收信号强度指示(RSSI)数据。
6、一种调节遥测接口模块功率的方法，其特征在于其包括以下步骤：
以一第一发送功率电平向一第二遥测接口模块发送一第一问询信息；
收听来自该第二遥测接口模块响应该第一问询信息发出的一回复信息；
以一第二发送功率电平向该第二遥测接口模块发送一第二问询信息；
收听来自该第二遥测接口模块响应该第二问询信息发出的一回复信息。
7、根据权利要求6所述的调节遥测接口模块功率的方法，其特征在于其包括以下步骤：
接收响应该第二问询信息而非该第一问询信息发出的一回复信息；
保持该第二发送功率电平或一更高发送功率电平用于将来的发送。
8、根据权利要求7所述的调节遥测接口模块功率的方法，其特征在于其包括以下步骤：从该第一遥测接口模块的多个天线中选择一个天线。
9、一种方法，其特征在于其包括以下步骤：
接收一来自一遥测接口模块的问询信息；
测量该问询信息的接收信号强度指示(RSSI)数据；
生成一包含有该测出的接收信号强度指示(RSSI)数据的回复信息；
将该回复信息发送给该遥测接口模块。
10、一种遥测接口模块，其特征在于其包括：
一接收器；
一发送器；
一处理器，其与该接收器和发送器连接；和
一存储器，其与该处理器连接，该存储器中存有一组指令，用于将一第一问询信息发送给另一遥测接口模块，并接收一第一回复信息，该第一回复信息中包含有另一遥测接口模块接收的该第一问询信息的第一接收信号强度指示(RSSI)数据。
11、根据权利要求10所述的遥测接口模块，其特征在于其中所述的一组指令包括如下指令：发送该第一问询信息之前，将该发送器的发送功率电平设定为第一功率电平，将发送器的发送功率电平设定为一第二功率电平，并向另一遥测接口模块发送一第二问询信息。
12、根据权利要求11所述的遥测接口模块，其特征在于其中所述的一组指令包括如下的指令：接收一第二回复信息，其中包含有另一遥测接口模块接收的该第二问询信息的第二接收信号强度指示(RSSI)数据，并比较该第二接收信号强度指示(RSSI)数据和该第一接收信号强度指示(RSSI)数据。
13、根据权利要求10所述的遥测接口模块，其特征在于其包括多个天线。
14、根据权利要求13所述的遥测接口模块，其特征在于其中所述的多个天线中至少有一个是嵌在一印刷电路(PC)板中的。
15、一种遥测接口模块，其特征在于其包括：
一接收器；
一发送器；
一处理器，其与该接收器和发送器连接；和
一存储器，其与该处理器连接，该存储器中存有一组指令，用于：接收来自另一遥测接口模块的问询信息；测量接收的问询信息的接收信号强度指示(RSSI)数据；生成一包含有该测出的接收信号强度指示(RSSI)数据的回复信息；并将该回复信息发送给另一遥测接口模块。
16、一种遥测接口模块，其特征在于其包括：
一接收器；
一发送器；
多个天线，其与该接收器天线连接；
一处理器，其与该接收器和发送器连接；和
一存储器，其与该处理器连接，该存储器中存储一组指令，用于接收和发送信息。
17、根据权利要求16所述的遥测接口模块，其特征在于其中所述的多个天线中至少有一个是嵌在一印刷电路板中的。
18、根据权利要求16所述的遥测接口模块，其特征在于其包括一开关，其与该处理器和该多个天线连接。
19、根据权利要求16所述的遥测接口模块，其特征在于其中所述的一组指令包括如下指令：从该多个天线中选择一第一天线，发送一第一问询信息，以及接收一第一回复信息。
20、根据权利要求19所述的遥测接口模块，其特征在于其中所述的一组指令包括从多个天线中选择一第二天线，并发送一第二问询信息的指令。
21、根据权利要求19所述的遥测接口模块，其特征在于其中所述的一组指令包括如下的指令：接收来自另一遥测接口模块的问询信息，测量接收的问询信息的接收信号强度指示(RSSI)数据，生成一包含有该测出的接收信号强度指示(RSSI)数据的回复信息，并将该回复信息发送给另一遥测接口模块。
22、一种遥测接口模块，其特征在于其包括：
一接收器；
一发送器；
一有线接口电路；
一处理器，其与该接收器、发送器和有线接口电路连接；和
一存储器，其与该处理器连接，该存储器中存储有一组指令，用于使用接收器接收信息，使用发送器发送信息，以及通过有线接口与一外部设备通信。
23、一种系统，其特征在于其包括：
多个遥测接口模块，每个遥测接口模块都包括接收器、发送器、与该接收器和发送器连接的处理器和与该处理器连接的存储器，该存储器中存有一组指令，用于向数据接口模块发送第一问询信息并接收一第一回复信息，该第一回复信息中含有该数据接口模块接收的该第一问询信息的第一接收信号强度指示(RSSI)数据；和
与多个遥测接口模块通信的数据接口模块，该数据接口模块包括接收器、发送器、与该接收器和发送器连接的处理器和与该处理器连接的存储器，该存储器中存有一组指令，用于接收来自遥测接口模块的一问询信息；测量接收到的问询信息的接收信号强度指示(RSSI)数据；生成含有该测出的接收信号强度指示(RSSI)数据的回复信息；并将该回复信息发送给该遥测接口模块。
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