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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zum Ausgeben von Sensordaten, umfassend zumindest ein Sensorelement, eine Bereitstellungseinrichtung zur Bereitstellung von Sensordaten des zumindest einen Sensorelements, eine Kontrolleinrichtung zur Steuerung des zumindest einen Sensorelements und eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe von Sensordaten des zumindest einen Sensorelements.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Beeinflussung von auszugebenden Daten eines Sensors.
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Obwohl die vorliegende Erfindung auf Sensordaten allgemein anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine Fusion von Sensordaten beschrieben.
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Die Fusion von Sensordaten erfordert mehrere Sensoren in einem System, aus denen eine neue Zielgröße berechnet wird. Beispielsweise kann aus einer Ausgangslage eines starren Körpers durch eine Wertereihe von einem Beschleunigungssensor und einem Drehratensensor die Lage zu einem späteren Zeitpunkt näherungsweise berechnet werden. Die Sensordatenfusion findet typischerweise auf Systemen statt, die eine Kontrolleinheit und mehrere Sensoren umfassen. Die Sensoren liefern typischerweise mit einer bestimmten Frequenz neue Sensordaten und legen diese in einem digitalen Backend ab. Dieses digitale Backend umfasst einen FIFO-Speicher, in dem die Daten zwischengespeichert werden. Vor dem Schreiben in den FIFO-Speicher können die Sensordaten mit verschiedenen Verfahren synchronisiert werden. Die Sensordaten werden im Sensor generiert und ggf. nach einer Synchronisierung direkt entweder über eine Schnittstelle ausgegeben oder indirekt unter Benutzung eines FIFO Speichers als Zwischenspeicher.
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Aus der
DE 10 2012 207 138 A1 ist ein Sensor zur Aufnahme von Messwerten und Ausgabe von Daten-Samples bekannt geworden, mit wenigstens einem ersten Register zum Hinterlegen einer Sensorzeit, welches Zeitinformationen über Phasenlage und/oder Periode der Daten-Samples enthält, wobei das erste Register extern auslesbar ist. Dabei beinhaltet der Sensor wenigstens ein zweites Register, welches extern beschreibbar ist, und durch welches die Bandbreite und Auflösung und/oder die Periode der Daten-Samples in dem Sensor einstellbar sind.
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Offenbarung der Erfindung
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In einer Ausführungsform stellt die Erfindung ein Sensorsystem zum Ausgeben von Sensordaten bereit, umfassend zumindest ein Sensorelement, eine Bereitstellungseinrichtung zur Bereitstellung von Sensordaten des zumindest einen Sensorelements, eine Kontrolleinrichtung zur Steuerung des zumindest einen Sensorelements und eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe von Sensordaten des zumindest einen Sensorelements, wobei
eine Datenverarbeitungseinrichtung angeordnet ist, mittels derer,
- - die Kontrolleinrichtung zur Bereitstellung eines Zeitintervalls zwischen dem Zeitpunkt der Bereitstellung der Sensordaten und dem Zeitpunkt des Ausgebens von Sensordaten durch die Ausgabeeinrichtung konfigurierbar ist, und
- - die bereitgestellten Sensordaten innerhalb des bereitgestellten Zeitintervalls aus der Bereitstellungseinrichtung auslesbar und/oder veränderbar und/oder zu der Bereitstellungseinrichtung zurückschreibbar sind.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Beeinflussung von auszugebenden Daten eines Sensorsystems bereit, umfassend die Schritte
- - Bereitstellen von Sensordaten von zumindest einem Sensorelement in einer Bereitstellungseinrichtung,
- - Auslesen und/oder Verändern und/oder Zurückschreiben der in der Bereitstellungseinrichtung bereitgestellten Sensordaten mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls zwischen dem Zeitpunkt des Bereitstellens der Sensordaten und dem Zeitpunkt des Ausgebens von Sensordaten durch eine Ausgabeeinrichtung.
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Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass auf diese Weise die Flexibilität des Sensorsystems wesentlich erhöht wird: Mittels der Datenverarbeitungseinrichtung wird ein für eine Datenmanipulation benötigtes Zeitfenster über die Kontrolleinrichtung geöffnet, wobei die Kontrolleinrichtung die Datenerzeugung des zumindest einen Sensorelements so ansteuert, dass das gewünschte Zeitfenster/Zeitintervall entsteht beziehungsweise geöffnet wird. Dies ermöglicht eine Vielzahl von möglichen Datenmanipulationen, beispielsweise können Sensordaten korrigiert und/oder gefiltert werden, bevor die Sensordaten über eine Schnittstelle ausgegeben werden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar:
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Datenverarbeitungseinrichtung einen Mikrocontroller, der mit der Kontrolleinrichtung und der Bereitstellungseinrichtung verbunden ist. Mittels eines Mikrocontrollers lässt sich auf einfache Weise eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Verfügung stellen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet, eine Zeitspanne für eine Datenveränderung oder - verarbeitung zu ermitteln und das besagte Zeitintervall an diese Zeitspanne anzupassen. Dies erhöht wesentlich die Effektivität, da das Zeitintervall dann eine Größe aufweist, die im Wesentlichen genau an die Zeit für die Durchführung der Datenmanipulation angepasst ist. Mit anderen Worten ist dieses Zeitfenster beziehungsweise Zeitintervall dann an die tatsächlich benötigte Laufzeit eines Datenmanipulationsprogramms angepasst. Die Latenz der Sensordaten wird somit minimiert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet, lediglich einen Teil der ausgelesenen Daten in die Bereitstellungseinrichtung zurückzuschreiben, wobei die Ausgabeeinrichtung ausgebildet ist, nur zurückgeschriebene und unveränderte Daten auszugeben. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine Datenkompression, da nicht zurückgeschriebene Daten nicht weitergeleitet oder weiterverarbeitet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zumindest eine Speichereinrichtung basierend auf dem FIFO-Prinzip angeordnet und die Speichereinrichtung ist ausgebildet, die an die Ausgabeeinrichtung übermittelten Daten vor der Ausgabe der Daten durch die Ausgabeeinrichtung zu speichern. Damit lässt sich auf einfache Weise ein Zwischenspeicher für die auszugebenden Daten bereitstellen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Kontrolleinrichtung ein Register, welches mit der Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung ausgebildet ist, durch zumindest einen Eintrag im Register Startzeitpunkt und/oder Dauer des Zeitintervalls zu hinterlegen. Dies ermöglicht auf einfache und effektive Weise eine Konfiguration der Kontrolleinrichtung zur Bereitstellung besagten Zeitfensters/Zeitintervalls durch die Datenverarbeitungseinrichtung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterleitung umfasst die Bereitstellungseinrichtung ein Register und/oder ein Schattenregister. Vorteil hierbei ist, dass beispielsweise mittels des Registers und des Schattenregisters konsistente Daten bereitgestellt werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird mittels der Datenverarbeitungseinrichtung eine Kontrolleinrichtung für das zumindest ein Sensorelement zur Bereitstellung eines Zeitintervalls zwischen dem Zeitpunkt des Bereitstellens der Sensordaten und dem Zeitpunkt des Ausgebens der Sensordaten konfiguriert. Auf diese Weise wird zum einen eine einfache entsprechende Konfiguration der Kontrolleinrichtung ermöglicht, zum Anderen wird ein aufwändiges Eingreifen in den Konfigurationsprozess zwischen der Kontrolleinrichtung und dem zumindest einen Sensorelement vermieden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird das vorbestimmte Zeitintervall an die Zeitspanne des Auslesens und/oder Veränderns und/oder Zurückschreibens der Daten angepasst. Damit wird die Latenz der Sensordaten reduziert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden ausgelesene Sensordaten nur teilweise zurückgeschrieben und nur zurückgeschriebene und/oder unveränderte Sensordaten ausgegeben. Auf diese Weise kann eine Datenkompression ermöglicht werden, indem beispielsweise für eine Mehrzahl von Sensordaten lediglich deren Mittelwert zurückgeschrieben wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden ausgelesene Sensordaten mit Daten von zumindest einer weiteren Datenquelle verglichen, anhand des Ergebnisses des Vergleichs werden diese korrigiert und die korrigierten Daten werden in eine Zwischenspeichereinrichtung zurückgeschrieben. Damit lassen sich beispielsweise Sensordaten korrigieren, beispielsweise ein Offset festlegen oder es kann beispielsweise ein Temperaturanstieg der Umgebung des Sensors kompensiert werden, wenn als Datenquelle ein Sensor für Umgebungstemperatur verwendet wird.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
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Figurenliste
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In schematischer Form zeigt
- 1 ein Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 zeitliche Veränderungen von Parametern bei der Durchführung eines bereits bekannten Verfahrens; und
- 3 zeitliche Veränderungen von Parametern bei einer Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Sensorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Im Detail ist in 1 ein Sensorsystem 1 gezeigt. Das Sensorsystem 1 umfasst eine Kontrolleinrichtung 2, 3 mit einem Konfigurationsregister 2 und einer Fusionskontrolleinheit 3. Das Konfigurationsregister 2 umfasst dabei Einträge für eine entsprechende Konfiguration für drei Sensoren 4, die mittels der Fusionskontrolleinheit 3 konfigurierbar sind. Die von den Sensoren 4 bereitgestellten Sensordaten, also die Messdaten der Sensoren 4, werden mittels eines sogenannten Schattenregisters 5 - auch DataShadow genannt - synchronisiert und können entweder direkt anschließend über eine Schnittstelle 7 abgeholt beziehungsweise abgefragt werden, wenn diese von einem externen Bussystem zur Ausgabe der Sensordaten angefragt werden. Alternativ werden diese zunächst in einem first in first out FIFO-Speicher 6 zwischengespeichert, der dann die entsprechenden gespeicherten synchronisierten Daten basierend auf dem FIFO-Prinzip anschließend über die Schnittstelle 7 abgeholt beziehungsweise abgefragt werden, wenn diese von einem externen Bussystem zur Ausgabe der Sensordaten angefragt werden. Über die Schnittstelle 7 sind auch Änderungen im Konfigurationsregister 2 über das externe Bussystem möglich.
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Zur Beeinflussung von Daten ist ein Mikrocontroller 8 angeordnet, der mit dem Schattenregister 5 verbunden ist und die im Schattenregister 5 befindlichen Daten auslesen, manipulieren und/oder diese in das Schattenregister 5 zurückschreiben kann. Mit anderen Worten kann der Mikrocontroller 8 somit direkt nach der Erzeugung der Sensordaten 9 durch die Sensoren 4 und vor dem Speichern der Sensordaten 9 in dem FIFO-Speicher 6 beziehungsweise der Weiterleitung an die Schnittstelle 7 die Daten auslesen, manipulieren und/oder zurückschreiben.
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2 zeigt zeitliche Veränderungen von Parametern bei der Durchführung eines bereits bekannten Verfahrens.
Im Detail ist in 2 die zeitliche Veränderung von Sensordaten sowie verschiedene Signale von Sensoren 4 gezeigt. Im Detail ist auf der rechten Seite der 2 die zeitliche Veränderung der Sensorsignale (untere drei Zeilen), bezeichnet mit acc_filt_x, acc_filt_y, acc_filt_z gezeigt, wohingegen die oberste Zeile ein Indikatorsignal für ein Schreiben von Daten in den FIFO-Speicher 6 anzeigt. Zum Zeitpunkt t1 haben die drei Sensoren 4 jeweils Sensordaten 9 zur Verfügung gestellt. Danach zum Zeitpunkt t2 werden die Sensordaten 9 in das Schattenregister 5 und den FIFO-Speicher 6 geschrieben. Der gleiche Ablauf wiederholt sich für die Zeitpunkte t3 und entsprechend t4 usw. Die Zeitdifferenz t2-t1 beziehungsweise t4-t3, also die Zeit zwischen der Erzeugung der Sensordaten 9 im jeweiligen Sensor und dem Schreiben der Sensordaten 9 in den FIFO-Speicher 6, ist äußerst gering.
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3 zeigt zeitliche Veränderungen von Parametern bei einer Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 3 ist im Detail der zeitliche Verlauf von Sensordaten 9 sowie verschiedenen Indikatorsignalen gezeigt. Auf der rechten Seite der 3 in der zweiten Zeile von oben ist der zeitliche Verlauf für ein Indikatorsignal für das Schreiben in den FIFO-Speicher 6 gezeigt. Darunter folgt der zeitliche Verlauf von Sensorsignalen dreier Sensoren 4 bezeichnet mit acc_filt_x, acc_filt_y, acc_filt_z, darunter wiederum ein Indikatorsignal für das Öffnen beziehungsweise Schließen eines Zeitintervalls zur Modifikation und Auslesen von Sensordaten 9 und in der letzten Zeile ein Signal für den jeweiligen Zustand des Datenfensters, also ob dieses geöffnet ist oder geschlossen ist.
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Zum Zeitpunkt t1 haben die Sensoren 4 Messdaten beziehungsweise Sensordaten 9 im Schattenregister 5 zur Verfügung gestellt. Zum gleichen Zeitpunkt wird ein Zeitfenster 20 zur Datenmanipulation geöffnet. Der Mikrocontroller 8 liest ab dem Zeitpunkt t1 die Sensordaten aus, modifiziert diese und schreibt diese Sensordaten 9 zurück. Das Zurückschreiben der Sensordaten 9 ist zum Zeitpunkt t5 abgeschlossen. Zum Zeitpunkt t2 werden die zurückgeschriebenen Sensordaten 9 an das Schattenregister 5 und den FIFO-Speicher 6 übertragen, dort gespeichert und können über die Schnittstelle 7 abgeholt werden. Das entsprechende Schreiben in den FIFO-Speicher 6 ist in der zweiten Zeile entsprechend durch eine Pegeländerung des Signals angedeutet. Die gleichen Schritte wiederholen sich anschließend: zum Zeitpunkt t3 haben die Sensoren 4 Messdaten 9 zur Verfügung gestellt. Gleichzeitig wird ein Zeitintervall 20 zur Modifikation der Sensordaten 9 durch den Mikrocontroller 8 geöffnet. Zum Zeitpunkt t5' hat der Mikrocontroller 8 die Sensordaten 9 ausgelesen, modifiziert und diese Sensordaten 9 auch wieder zurückgeschrieben. Zum Zeitpunkt t4 ist das Zeitintervall 20 zur Datenmodifikation wieder geschlossen, die Sensordaten 9 werden in den FIFO-Speicher 6 oder das Schattenregister 5 geschrieben.
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Der Mikrocontroller kann das Zeitintervall 20 flexibel an die tatsächlich benötigte Laufzeit des Datenmanipulationsprogramms oder allgemein an die für die Datenmanipulation benötigte Zeit anpassen, um die Latenz der Sensordaten 9 minimieren. In 3 bedeutet dies, dass die Zeitpunkte t5 und t2 möglichst dicht beieinanderliegen. Gleiches gilt für die Zeitpunkte t5', t4. Während dem Zeitintervall 20 für die Datenmanipulation kann der Mikrocontroller 8 die Sensordaten 9 auslesen und/oder manipulieren und/oder zurückschreiben. Werden die Daten nicht zurückgeschrieben, werden sie auch nicht in den FIFO-Speicher 6 oder das Schattenregister 5 geschrieben.
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Durch eine Datenmanipulation kann beispielsweise eine Korrektur von Sensordaten erfolgen, beispielsweise ein Offset eingefügt werden oder eine entsprechende Kompensation/Kalibrierung der Sensordaten oder dergleichen. Ebenso können bestimmte Softwarefilter auf die ausgelesenen Daten angewendet werden. Des Weiteren sind auch komplexere Datenmanipulationen möglich, beispielsweise die Realisierung eines sogenannten Schrittzählers, bei dem die ausgelesenen Sensordaten durch andere abstraktere Daten nach einer entsprechenden Auswertung ersetzt werden: liefert der Sensor eine Anzahl bestimmter Auf- und Abwärtsbewegungen aufgrund von Beschleunigungssensoren, kann der Mikrocontroller 8 diese auswerten, und einer bestimmten Schrittanzahl einer Person zuordnen. Diese Schrittanzahl kann dann anstelle der Beschleunigungswerte zurückgeschrieben werden. Darüber hinaus ist auch eine Datenkompression möglich, indem beispielsweise Sensordaten gemittelt werden und lediglich anstelle von beispielsweise zehn Sensordaten nur der Mittelwert dieser Sensordaten zurückgeschrieben wird.
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Mit Bezug auf die 1 und 3 umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- 1. Der Mikrocontroller 8 teilt der Fusionskontrolleinheit 3 mit, dass diese ein Zeitintervall 20 zur Datenmanipulation öffnen soll und wie groß dieses Zeitintervall 20 ist.
- 2. Die Fusionskontrolleinheit 3 öffnet entsprechend das Zeitfenster 20.
- 3. Die Fusionskontrolleinheit 3 teilt dem Mikrocontroller 8 mit, dass das entsprechende Fenster beziehungsweise Zeitintervall 20 zur Datenmanipulation geöffnet wurde.
- 4. Der Mikrocontroller 8 liest die Daten aus dem Schattenregister 5 aus.
- 5. Der Mikrocontroller 8 manipuliert die Daten.
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Optional in einem weiteren Schritt kann der Mikrocontroller 8 dann die Daten ganz oder teilweise zurückschreiben.
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Zusammenfassend ermöglicht zumindest eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile:
- - einfache Datenmanipulation
- - höhere Flexibilität
- - kostengünstigere Bereitstellung von Daten
- - Implementierung von komplexeren Funktionen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012207138 A1 [0005]
