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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
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Wenn eine Temperatursensorvorrichtung zum Messen von Bodentemperaturen mehrere Temperatursensoren aufweist, die in unterschiedlichen Messtiefen angeordnet sind, wird zur Verwendung von Messwerten der Temperatursensoren eine Verknüpfung zwischen den Messwerten und den Messtiefen benötigt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Verwalten von Temperatursensoren einer Temperatursensorvorrichtung, weiterhin ein Informationssystem, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Im Betrieb bedingen thermische Eigenschaften des Bodens charakteristische Unterschiede zwischen Messwerten von in verschiedenen Messtiefen angeordneten Temperatursensoren einer Temperatursensorvorrichtung. So benötigt Wärme aufgrund der Wärmeleitung von einer Wärmequelle zu einer Wärmesenke im Boden eine gewisse Zeit. Ebenso wird mit zunehmender Entfernung von der Wärmequelle eine geringere Maximaltemperatur erreicht.
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Bei einem Bodenthermometer kann eine Oberfläche des Bodens entweder eine Wärmequelle oder eine Wärmesenke sein. Wenn die Oberfläche wärmer als tief liegende Schichten ist, ist die Oberfläche die Wärmequelle. Wenn die tief liegenden Schichten wärmer sind, als die Oberfläche, ist die Oberfläche die Wärmesenke. So wird im Tagesverlauf Wärmeenergie im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche im Boden transportiert. Dadurch ergeben sich charakteristische Temperaturverläufe in unterschiedlichen Messtiefen. Diese Temperaturverläufe können verglichen werden. Unter Verwendung eines Ergebnisses des Vergleichs können den Temperaturwerten Tiefeninformationen zugeordnet werden.
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Es wird ein Verfahren zum Verwalten von Temperatursensoren einer Temperatursensorvorrichtung vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen eines einem ersten Temperatursensor der Temperatursensorvorrichtung zugeordneten ersten Temperaturwerts und zumindest eines einem zweiten Temperatursensor der Temperatursensorvorrichtung zugeordneten zweiten Temperaturwerts von der Temperatursensorvorrichtung; und
Zuordnen einer ersten Tiefeninformation zu dem ersten Temperatursensor und einer zweiten Tiefeninformation zu dem zweiten Temperatursensor je unter Verwendung des ersten Temperaturwerts und des zweiten Temperaturwerts, um die Temperatursensoren durch Zuordnung von Tiefeninformationen zu verwalten.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Unter einer Temperatursensorvorrichtung kann ein Bodenthermometer verstanden werden. Die Temperatursensorvorrichtung weist zumindest zwei Temperatursensoren auf. Die Temperatursensoren sind in unterschiedlichen Tiefen angeordnet. Ein Temperaturmesswert ist eindeutig einem Temperatursensor zugeordnet, beispielsweise durch eine Identifikationsnummer des Temperatursensors. Die Temperaturwerte werden miteinander verglichen. Aufgrund charakteristischer Unterschiede werden die Tiefeninformationen zugeordnet. Die Temperaturwerte können beispielsweise mit hinterlegten charakteristischen Temperaturverläufen verglichen werden. Dabei kann die Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturwerten mit einer charakteristischen Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturverläufen verglichen werden.
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Im Schritt des Einlesens können ein erster Temperaturverlauf unter Verwendung des ersten Temperaturwerts und ein zweiter Temperaturverlauf unter Verwendung des zweiten Temperaturwerts erstellt werden. Die Tiefeninformationen können unter Verwendung des ersten Temperaturverlaufs und des zweiten Temperaturverlaufs zugeordnet werden. Ein Temperaturverlauf kann ein Verlauf der Temperatur über die Zeit sein. Durch einen Vergleich von Temperaturverläufen kann eine verbesserte Genauigkeit erreicht werden.
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Im Schritt des Einlesens können ein erster Temperaturwertebereich unter Verwendung des ersten Temperaturwerts und ein zweiter Temperaturwertebereich unter Verwendung des zweiten Temperaturwerts bestimmt werden. Die Tiefeninformationen können unter Verwendung des ersten Temperaturwertebereichs und des zweiten Temperaturwertebereichs zugeordnet werden. Ein Wertebereich kann ein Bereich sein, in dem die Werte eines Temperaturwerts auftreten. Beispielsweise kann der Wertebereich durch einen Minimalwert und einen Maximalwert begrenzt sein. In unterschiedlichen Messtiefen ergeben sich unterschiedliche Wertebereiche der Temperaturwerte. Die Wertebereiche können miteinander verglichen werden, um die Tiefeninformation zuzuordnen. Durch den Vergleich von Wertebereichen kann über einen längeren Zeitraum sicher bestimmt werden, in welcher Tiefe ein Temperatursensor angeordnet ist.
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Die Tiefeninformationen können unter Verwendung einer Beziehung zwischen dem ersten Temperaturwert und dem zweiten Temperaturwert zugeordnet werden. Die Beziehung kann eine Latenzzeit zwischen dem ersten Temperaturwert und dem zweiten Temperaturwert repräsentieren. Eine Latenzzeit kann eine Verzögerung zwischen einer Änderung des ersten Temperaturwerts und des zweiten Temperaturwerts sein. Beispielsweise kann der erste Temperaturwert einen Temperaturanstieg abbilden, während der Temperaturanstieg beim zweiten Temperaturwert erst um eine Zeitspanne später abgebildet wird. Die Latenzzeit kann charakteristisch für die Messtiefe sein.
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Die Beziehung kann eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Temperaturwert und einem Referenztemperaturwert und/oder dem zweiten Temperaturwert und dem Referenztemperaturwert repräsentieren. Ein Referenztemperaturwert kann eine Referenztemperatur abbilden. Eine Referenztemperatur kann beispielsweise eine Umgebungstemperatur sein. Durch die Messtiefe eines Temperatursensors kann sich eine charakteristische Temperaturdifferenz zwischen dem Referenztemperaturwert und dem Temperaturwert ausbilden.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Informationssystem, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Informationssystems kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann das Informationssystem zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einem Informationssystem kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Informationssystem kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Informationssystems beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Besonders günstig kann das Informationssystem im Bereich der Landwirtschaft, insbesondere im Gemüseanbau, speziell im Teilbereich des Spargelanbaus verwendet werden. Hierbei kann die Temperatursensorvorrichtung ein Bodentemperaturmessstab sein, der mehrere Temperatursensoren aufweist, die im Einsatz, d. h. bei einem Einstecken der Temperatursensorvorrichtung im Boden in unterschiedlichen Bodentiefen angebracht werden. Die Zuordnungseinrichtung kann dann beispielsweise auf einem Kopf der Temperatursensorvorrichtung oder abgesetzt von der Temperatursensorvorrichtung angeordnet sein und die von den Temperatursensoren ermittelten Temperaturwerte drahtgebunden oder drahtlos empfangen.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Darstellung eines Informationssystems zum Verwalten von Temperatursensoren einer Temperatursensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 ein Blockschaltbild einer eines Informationssystems zum Verwalten von Temperatursensoren einer Temperatursensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 eine vereinfachte Darstellung eines Informationssystems zum Verwalten von Temperatursensoren einer Temperatursensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 eine Darstellung von Temperaturverläufen in verschiedenen Messtiefen; und
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5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Verwalten von Temperatursensoren einer Temperatursensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine Darstellung eines Informationssystems 100 zum Verwalten von Temperatursensoren 102, 104 einer Temperatursensorvorrichtung 106 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Temperatursensorvorrichtung 106 ist dazu ausgebildet, eine Bodentemperatur zu messen. Dazu weist die Temperatursensorvorrichtung 106 einen Dorn 108 zum Einstecken in den Boden 110 auf. An dem Dorn 108 sind zumindest die beiden Temperatursensoren 102, 104 angeordnet. Wenn der Dorn 108 in den Boden 110 eingesteckt ist, befinden sich der erste Temperatursensor 102 in einer ersten Messtiefe unterhalb einer Oberfläche des Bodens 110. Der zweite Temperatursensor 104 befindet sich in einer zweiten Messtiefe unterhalb der Oberfläche. Die Messtiefen sind baulich bedingt. Der Boden 110 ist hier ein Spargeldamm 110. Die Temperatursensorvorrichtung 106 ist in den Spargeldamm 110 eingesteckt und erfasst die Bodentemperatur des Spargeldamms 110. Der erste Temperatursensor 102 bildet die Bodentemperatur in der ersten Messtiefe in einem ersten Temperaturwert 112 ab. Der zweite Temperatursensor 104 bildet die Bodentemperatur in der zweiten Messtiefe in einem zweiten Temperaturwert 114 ab. Die Temperatursensoren 102, 104 sind mit einer Kommunikationseinrichtung 116 der Temperatursensorvorrichtung 106 verbunden. Die Kommunikationseinrichtung 116 ist oberhalb der Oberfläche des Bodens 110 angeordnet. Die Kommunikationseinrichtung 116 ist dazu ausgebildet, eine drahtlose Kommunikation 118 zu einer weiteren Kommunikationseinrichtung 116, die mit dem Informationssystem 100 verbunden ist, aufzubauen. Der erste Temperaturwert 112 und der zweite Temperaturwert 114 werden unter Verwendung eines Kommunikationsprotokolls von der Kommunikationseinrichtung 116 zu der weiteren Kommunikationseinrichtung 116 übermittelt. Die weitere Kommunikationseinrichtung 116 stellt den die Temperaturwerte 112, 114 für das Informationssystem 100 bereit.
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Im Informationssystem 100 werden die beiden Temperaturwerte 112, 114 verwendet, um eine Reihenfolge der Temperatursensoren 102, 104 am Dorn 108 zu bestimmen. Da der Boden 110 isoliert, wird ein Temperaturanstieg an dem Sensor 102, der näher an der Oberfläche angeordnet ist, früher erfolgen, als an dem Sensor 104, der weiter von der Oberfläche entfernt angeordnet ist. Ein Temperaturrückgang an dem Sensor 102, der näher an der Oberfläche angeordnet ist, wird ebenso früher erfolgen, als an dem Sensor 104, der weiter von der Oberfläche entfernt angeordnet ist. Zusätzlich schwankt die Temperatur an dem Sensor 102, der näher an der Oberfläche angeordnet ist, stärker, als bei dem Sensor 104, der weiter entfernt von der Oberfläche angeordnet ist. Somit treten Veränderungen der Temperatur an dem Sensor 102 der näher an der Oberfläche angeordnet ist mit einer größeren Amplitude und früher auf, als bei dem Sensor 104 der weiter entfernt von der Oberfläche angeordnet ist. Aufgrund dieser Tatsache bestimmt das Informationssystem 100 eine erste Tiefeninformation 120 für den ersten Temperatursensor 102 und eine zweite Tiefeninformation 122 für den zweiten Temperatursensor 104. zur weiteren Verarbeitung wird die erste Tiefeninformation 120 dem ersten Temperaturwert 112 zugeordnet. Die zweite Tiefeninformation 122 wird dem zweiten Temperaturwert 114 zugeordnet.
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Es wird eine Konfiguration der Sensortiefen zur Laufzeit auf Basis der Messwertdynamik vorgestellt.
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Zur Temperaturmessung können mehrere Sensoren 102, 104 in unterschiedlichen Tiefen installiert werden.
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Die Sensoren 102, 104 sind über ein Bussystem miteinander verbunden. Dabei teilen sie sich einen gemeinsamen IO-Port beziehungsweise Anschluss der Kommunikationseinheit 116. Die Sensoren 102, 104 identifizieren sich der Kommunikationseinheit 116 gegenüber mit einer eindeutigen Identifikation. Bei dem hier vorgestellten Ansatz ist es nicht erforderlich, vor der Auslieferung die Identifikationen zu ermitteln und je einer Messtiefe zuzuordnen.
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Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, die Zuordnung der Sensoridentifikationen zu den unterschiedlichen Messtiefen vor dem Versenden des Sensors 106 durchzuführen. Das kann nach Inbetriebnahme geschehen.
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Die unterschiedlichen Messwerte 112, 114 werden mit ihrer Identifikation übertragen. Das Informationssystem 100 beziehungsweise Backend 100 erstellt hieraus über die Zeit zu jeder Identifikation eine Messreihe. Der Vergleich der Messreihen erlaubt es, jeder Sensoridentifikation eine Tiefe zuzuordnen. Hierbei wird ausgenutzt, dass die Amplitude bei höherer Tiefe geringer ist, zudem ist die Phase bei höherer Tiefe nach hinten verschoben.
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2 zeigt ein Blockschaltbild einer eines Informationssystems 100 zum Verwalten von Temperatursensoren einer Temperatursensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Informationssystem 100 entspricht im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Informationssystem. Das Informationssystem 100 weist eine Schnittstelle 200 zum Einlesen, eine Zuordnungseinrichtung 202 und eine Schnittstelle 204 zum Ausgeben auf. Über die Schnittstelle 200 zum Einlesen werden die Temperaturwerte 112, 114 eingelesen. Dabei ist der erste Temperaturwert 112 dem ersten Temperatursensor zugeordnet. Der zweite Temperaturwert 114 ist im zweiten Temperatursensor zugeordnet. Die Zuordnungseinrichtung 202 ist dazu ausgebildet, die erste Tiefeninformation 120 dem ersten Temperaturwert 112 unter Verwendung des ersten Temperaturwerts und des zweiten Temperaturwerts zuzuordnen. Weiterhin ist die Zuordnungseinrichtung 202 dazu ausgebildet, die zweite Tiefeninformation 122 dem zweiten Temperaturwert 114 ebenfalls unter Verwendung des ersten Temperaturwerts 112 und des zweiten Temperaturwerts 114 zuzuordnen. Über die Schnittstelle 204 zum Ausgeben werden die um die Tiefeninformationen 120, 122 ergänzten Temperaturwerte 112, 114 ausgegeben.
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3 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Informationssystems 100 zum Verwalten von Temperatursensoren einer Temperatursensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Informationssystem 100 entspricht im Wesentlichen den in den 1 und 2 dargestellten Informationssystemen. Zusätzlich dazu umfasst das Informationssystem 100 hier eine Darstellungseinrichtung 300. Wie in 2 werden die Temperaturwerte 112, 114 an der Schnittstelle 200 zum Einlesen eingelesen. Von der Schnittstelle 200 zur Zuordnungseinrichtung 202 werden die Temperaturwerte 112, 114 zusammen mit einer eindeutigen Identifikationsnummer 302, 304 übertragen. In der Zuordnungseinrichtung 202 werden die Temperaturwerte 112, 114 wie in 1 beschrieben analysiert. Die Identifikationsnummern 302, 304 werden in der Zuordnungseinrichtung 202 durch die Tiefeninformationen 120, 122 ersetzt und zur Darstellungseinrichtung 300 übertragen. Unter Verwendung der Darstellungseinrichtung 300 werden die Temperaturwerte 112, 114 bei unterschiedlichen Tiefen angezeigt.
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Mit anderen Worten zeigt 3 ein Ablaufschema des hier vorgestellten Ansatzes. Von dem Eingang 200 erfolgt die Übertragung von ID 302, 304 und Messwert 112, 114. Im Backend 100 erfolgt die Analyse. Das Backend 100 ordnet die größte und/oder frühste Amplitude dem Sensor mit der geringsten Tiefe zu. Von dem Backend 100 zu der Darstellungseinrichtung 300 erfolgt die Übertragung von Messwert 112, 114 und Tiefe 120, 122. In der Darstellungseinrichtung 300 erfolgt eine Darstellung der Messwerte 112, 114 bei unterschiedlichen Tiefen.
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4 zeigt eine Darstellung von Temperaturverläufen 400 in verschiedenen Messtiefen. Die Temperaturverläufe 400 sind in einem Zeit-Temperatur-Diagramm aufgetragen, das auf seiner Abszisse die Zeit und auf seiner Ordinate die Temperatur T aufgetragen hat. Die Temperaturverläufe 400 repräsentieren einen Tagesgang der Temperatur. Dabei repräsentiert ein erster Temperaturverlauf 402 eine oberflächennahe Temperatur, ein zweiter Temperaturverlauf 404 eine oberflächenferne Temperatur und ein dritter Temperaturverlauf 406 eine Temperatur zwischen der oberflächennahen Temperatur und der oberflächenfernen Temperatur. Die oberflächennahe Temperatur 402 weist eine große Amplitude auf. Die oberflächenferne Temperatur 404 weist eine geringe Amplitude auf. Die mittlere Temperatur 406 weist eine geringere Amplitude auf, als die oberflächennahe Temperatur 402. Die mittlere Temperatur 406 weist eine größere Amplitude auf, als die oberflächenferne Temperatur 404. Der mittlere Temperaturverlauf 406 weist einen zeitlichen Versatz zu dem oberflächennahen Temperaturverlauf 402 auf. Der oberflächenferne Temperaturverlauf 402 weist einen zeitlichen Versatz zu dem mittleren Temperaturverlauf 406 auf.
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Mit anderen Worten zeigt das Diagramm die mit zunehmender Tiefe geringere und verzögerte Amplitude bei der Temperaturmessung.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Verwalten von Temperatursensoren einer Temperatursensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 500 kann auf einem Informationssystem, wie es beispielsweise in den 1 und 2 dargestellt ist, ausgeführt werden. Das Verfahren 500 weist einen Schritt 502 des Einlesens und einen Schritt 504 des Zuordnens auf. Im Schritt 502 des Einlesens werden ein erster Temperaturwert und ein zweiter Temperaturwert eingelesen. Der erste Temperaturwert ist eindeutig einem ersten Temperatursensor zugeordnet. Der zweite Temperaturwert ist eindeutig einem zweiten Temperatursensor zugeordnet. Den Temperatursensoren sind bisher keine Messtiefen zugeordnet. Im Schritt 504 des Zuordnens wird dem ersten Temperaturwert unter Verwendung des ersten Temperaturwerts und des zweiten Temperaturwerts eine erste Tiefeninformation zugeordnet. Dem zweiten Temperaturwert wird unter Verwendung des ersten Temperaturwerts und des zweiten Temperaturwerts eine zweite Tiefeninformation zugeordnet.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
