DE102020204770A1

DE102020204770A1 - Sensorvorrichtung sowie Vorrichtung und Verfahren zur Zwischenspeicherung von Sensordaten

Info

Publication number: DE102020204770A1
Application number: DE102020204770.7A
Authority: DE
Inventors: David Slogsnat
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-04-15
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2021-10-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein speichereffizientes Zwischenspeichern von Sensordaten. Hierzu ist vorgesehen, Sensordaten nicht grundsätzlich vollständig abzuspeichern. Vielmehr können in Abhängigkeit von vorbestimmten Kriterien die Sensordaten zumindest teilweise auch in differentieller Form zwischengespeichert werden. Auf diese Weise sinken die Anforderungen für den Speicherbedarf zur Zwischenspeicherung der Sensordaten. Derart komprimierte Sensordaten können entsprechend auch über Übertragungskanäle mit begrenzter Bandbreite übertragen werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung, sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zwischenspeicherung von Sensordaten.
Stand der Technik
Sensoren erfassen in der Regel einen physikalischen Parameter und stellen ein zu dem erfassten Parameter korrespondierendes analoges oder digitales Signal bereit. Dieses Signal kann zur Weiterverarbeitung an einen geeigneten Empfänger übertragen werden. Je nach Anwendungsfall können die Sensordaten dabei vor der Übertragung in einem Pufferspeicher zwischengespeichert werden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, dass nur dann Daten von dem Sensor zu einem Empfänger übertragen werden, wenn die erforderlichen Ressourcen für die Übertragungsstrecke und die Verarbeitung auf der Empfängerseite zur Verfügung stehen. Für die Zwischenspeicherung der Sensordaten muss auf der Sensorseite ein ausreichend dimensionierter Pufferspeicher zur Verfügung stehen.
Die Druckschrift DE 10 2015 200 779 A1 beschreibt ein Verfahren zur Datenreduktion von Sensordateninformationen. Hierbei wird vorgeschlagen, einen Teil der Sensordaten zu verwerfen, um weitere Sensordaten in einem Pufferspeicher abspeichern zu können.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zwischenspeicherung von Sensordaten sowie eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Demgemäß ist vorgesehen:

Eine Vorrichtung zur Zwischenspeicherung von Sensordaten mit einer Eingangsschnittstelle, einem Datenspeicher und einer Speichereinrichtung. Die Eingangsschnittstelle ist dazu ausgelegt, Sensordaten von mindestens einem Sensor zu empfangen. Die Speichereinrichtung ist dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Bedingung entweder die empfangenen Sensordaten direkt in dem Datenspeicher abzuspeichern oder eine Differenz zwischen den empfangenen Sensordaten und einem zuvor ermittelten Referenzwert zu ermitteln und den ermittelten Differenzwert in dem Datenspeicher abzuspeichern.

Weiterhin ist vorgesehen:

Eine Sensorvorrichtung mit mindestens einem Sensor, der dazu ausgelegt ist, Sensordaten bereitzustellen sowie einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zwischenspeicherung von Sensordaten.

Schließlich ist vorgesehen:

Ein Verfahren zur Zwischenspeicherung von Sensordaten, mit einem Schritt zum Empfangen von Sensordaten von mindestens einem Sensor, und einem Schritt zum Überprüfen einer vorbestimmten Bedingung. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem entweder die empfangenen Sensordaten direkt in einem Datenspeicher abgespeichert werden, oder zunächst eine Differenz zwischen den empfangenen Sensordaten und einem zuvor ermittelten Referenzwert ermittelt wird und anschließend diese Differenz in dem Datenspeicher abgespeichert wird. Die Entscheidung, ob die empfangenen Sensordaten direkt abgespeichert werden oder ob eine Differenz zwischen den Sensordaten und dem Referenzwert abgespeichert wird, erfolgt in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Überprüfung der vorbestimmten Bedingung.

Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für eine Zwischenspeicherung von Daten, wie beispielsweise Sensordaten, ein ausreichend großer Datenspeicher vorgehalten werden muss. Fallen die zu speichernden Daten mit einer hohen Datenrate an und können gegebenenfalls die gespeicherten Daten nicht kontinuierlich mit ausreichend hoher Datenrate weitergegeben werden, so muss für die Zwischenspeicherung ein entsprechend großer Pufferspeicher vorgehalten werden. Darüber hinaus können gegebenenfalls auch weitere Limitierungen, wie zum Beispiel eine Beschränkung der Übertragungsrate in einer Übertragungsstrecke oder ähnliches, gerade bei hohen Datenraten zu Einschränkungen führen.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und insbesondere für Sensordaten eine Verarbeitung und Zwischenspeicherung vorzusehen, welche eine zu speichernde und gegebenenfalls zu übertragende Datenmenge von Sensordaten verringern kann. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, eine erforderliche Speichergröße für einen Zwischenspeicher von Sensordaten zu verringern. Auf diese Weise können kostengünstige Sensoranordnungen realisiert werden. Insbesondere erfordern solche Sensorvorrichtungen aufgrund ihrer minimalen Speicheranforderung auch nur einen entsprechend geringeren Energieverbrauch. Darüber hinaus kann gegebenenfalls auch das Raumvolumen solcher Sensorvorrichtungen reduziert werden.
Ein weiterer Vorteil der Verringerung des Datenvolumens für die Zwischenspeicherung der Sensordaten besteht darin, dass durch das geringere Datenvolumen auch nur eine geringere Datenmenge an einen Empfänger der Sensordaten übertragen werden muss. Hierdurch können die Anforderungen an eine solche Übertragungsstrecke zwischen Sensor und Empfänger reduziert werden. Entsprechend können Übertragungsstrecken mit geringerer Bandbreite genutzt werden. Alternativ können mehrere Sensoranordnungen gleichzeitig eine gemeinsame Übertragungsstrecke nutzen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die vorbestimmte Bedingung auf deren Grundlage entschieden wird, ob die Sensordaten direkt in dem Datenspeicher abgespeichert werden oder eine Differenz zwischen den Sensordaten und dem Referenzwert in dem Datenspeicher abgespeichert wird, mindestens eine der folgenden Bedingungen: einen maximalen Betrag der Differenz zwischen dem empfangenen Sensorwert und dem zuvor ermittelten Referenzwert, eine Änderung des Sensorwerts um mehr als einen vorbestimmten ersten Schwellwert innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne, ein Überschreiten und/oder Unterschreiten eines vorbestimmten zweiten Schwellwerts, eine vorbestimmte Zeitspanne, insbesondere eine vorbestimmte Zeitspanne seit dem letzten direkten Abspeichern von Sensordaten, eine vorbestimmte Anzahl von zuvor empfangenen Sensordaten oder abgespeicherten Differenzwerten, sowie ein vorbestimmtes empfangenes externes Triggersignal.
Beispielsweise kann so lange eine Differenz zwischen einem aktuell empfangenen Sensorwert und einem Referenzwert abgespeichert werden, solange die Differenz, insbesondere der Betrag dieser Differenz, kleiner als ein vorgegebener Grenzwert ist. Beispielsweise kann der Grenzwert derart festgelegt werden, dass sich die maximale Differenz zwischen aktuellem Sensorwert und Referenzwert mittels einer vorbestimmten Datenlänge, beispielsweise einem Byte oder einer vorbestimmten Anzahl von Bytes darstellen lässt. Ist die Differenz auf diese Weise nicht mehr darstellbar, so kann alternativ der aktuelle Sensorwert direkt abgespeichert werden. Weiterhin ist es beispielsweise möglich, Differenzwerte zwischen aktuellem Sensorwert und einem Referenzwert abzuspeichern, solange sich der Sensorwert nur gering ändert, das heißt, solange sich die zeitliche Änderung des Sensorwerts unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes bewegt. Hierzu kann beispielsweise die (betragliche) Änderung des Sensorwerts innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne betrachtet werden. Ferner kann die Entscheidung, ob lediglich eine Differenz des Sensorwerts zu dem Referenzwert abgespeichert werden soll, oder ob der aktuelle Sensorwert direkt abgespeichert werden soll, auf Grundlage eines Vergleichs mit einem vorgegebenen festen Grenzwert erfolgen. Überschreitet oder unterschreitet der aktuelle Sensorwert einen solchen festen Grenzwert, so kann beispielsweise der aktuelle Sensorwert abgespeichert werden, während bei Sensorwerten innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs lediglich eine Differenz des Sensorwerts zu dem Referenzwert abgespeichert wird. Darüber hinaus ist es auch möglich, beispielsweise periodisch den jeweils aktuellen Sensorwert direkt abzuspeichern. Hierzu kann beispielsweise ein festes Zeitraster vorgegeben werden, gemäß dessen jeweils ein Sensorwert direkt abgespeichert wird. Weitere Sensorwerte zwischen diesen vorgegebenen Zeitpunkten können durch Abspeichern der Differenz zwischen Sensorwert und Referenzwert aufgezeichnet werden. Zusätzlich oder alternativ kann das direkte Abspeichern von Sensorwerten auch durch weitere externe Triggersignale initiiert werden. Beispielsweise kann ein externes Triggersignal erfasst werden, welches ein vorbestimmtes Ereignis signalisiert. Insbesondere kann das Triggersignal mit einem Ereignis korrespondieren, welche zu einer signifikanten Änderung in den Sensorwerten führt oder zumindest führen kann, so dass eine direkte Speicherung von Sensorwerten angebracht ist. Aber auch Zeit- oder Zählimpulse, oder beliebige andere Signalisierungen können als externe Triggersignale verwendet werden.
Selbstverständlich können die zuvor beschriebenen Schemata für das direkte Abspeichern von Sensorwerten bzw. das Abspeichern der Differenzwerte auch in beliebiger geeigneter Weise kombiniert werden. So kann beispielsweise periodisch zu vorgegebenen Zeitpunkten ein direktes Abspeichern der Sensorwerte erfolgen. Dazwischen werden lediglich die Differenzwerte abgespeichert. Weicht jedoch in den Zeiträumen, in denen die Sensorwerte direkt abgespeichert werden, der aktuelle Sensorwert von dem Referenzwert um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert ab, so kann auch in diesen Fällen zusätzlich ein direktes Abspeichern der Sensorwerte erfolgen.
Als Referenzwert kann beispielsweise der Sensorwert verwendet werden, der dem Sensorwert entspricht, welcher zuletzt direkt abgespeichert wurde.
Alternativ kann auch als Referenzwert der Sensorwert des jeweils zuvor abgespeicherten Sensorwerts erfolgen, unabhängig davon, ob der Sensorwert direkt oder als Differenzwert abgespeichert wurde. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige andere Referenzwerte möglich, welche die Basis für das Bilden der Differenz darstellen können.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Eingangsschnittstelle dazu ausgelegt sein, Sensordaten von mindestens zwei Sensoren zu empfangen. Alternativ kann die Eingangsschnittstelle dazu ausgelegt sein, Sensordaten von einem Sensor zu empfangen, der mindestens zwei unterschiedliche Parameter erfasst. In diesem Fall kann die Speichereinrichtung dazu ausgelegt sein, die vorbestimmte Bedingung für die Entscheidung, ob ein direktes Abspeichern von Sensordaten erfolgt oder lediglich eine Differenz abgespeichert wird, unter Verwendung der Sensordaten von genau einem Sensor bzw. Sensordaten zu genau einem Parameter zu überprüfen. Werden beispielsweise mehrere Parameter gleichzeitig erfasst, so kann aus diesen mehreren Parameter ein Parameter ausgewählt werden, auf dessen Grundlage die Entscheidung getroffen wird, ob die Sensordaten direkt abgespeichert werden sollen oder ob jeweils nur eine Differenz zu dem Referenzwert abgespeichert wird. Diese Entscheidung kann gegebenenfalls für alle empfangenen Sensorwerte zu einem bestimmten Zeitpunkt gelten. Alternativ ist es auch möglich, dass die Entscheidung für die Sensordaten jedes Parameters individuell auf den entsprechenden Sensordaten getroffen wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Verarbeitungseinrichtung. Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu ausgelegt sein, die von der Eingangsschnittstelle empfangenen Sensordaten zu verarbeiten. Dabei kann die Speichereinrichtung dazu ausgelegt sein, die von der Verarbeitungseinrichtung verarbeiteten empfangen Sensordaten abzuspeichern. Bei der Verarbeitungseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Einrichtung handeln, welche analoge Daten empfängt und diese in digitale Daten konvertiert. Ferner kann die Verarbeitungseinrichtung beispielsweise eine Filterung der empfangenen Sensordaten ausführen. Auch die Anwendung beliebiger weiterer Verarbeitungsvorschriften, beispielsweise eine lineare oder nicht-lineare Transformation der empfangenen Eingangsdaten, beispielsweise für eine Kompensation eines Offsets oder anderen Effekten ist möglich.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt sein, eine Auflösung und/oder Genauigkeit der Sensordaten in Abhängigkeit der vorbestimmten Bedingungen anzupassen. Beispielsweise können die Sensordaten für das direkte Abspeichern mit einer höheren oder niedrigeren Auflösung dargestellt werden, als die Sensordaten, welche in Differenzform abgespeichert werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Genauigkeit bei dem direkten Abspeichern verschieden sein von der Genauigkeit für das Abspeichern der Differenzwerte. Durch das Verringern der Auflösung bzw. Genauigkeit kann die dabei anfallende Datenmenge verringert werden. So ist es beispielsweise möglich, bei dem direkten Abspeichern der Sensordaten nur eine geringere Auflösung oder Genauigkeit anzuwenden, um hierbei die Datenmenge gering zu halten. Darüber hinaus kann die Differenz mit einer höheren Auflösung oder Genauigkeit gebildet werden. Da sich die Differenzwerte in der Regel in einem geringeren Wertebereich bewegen, ist somit eine geringere Datenmenge erforderlich, um einen Sensorwert mit hoher Genauigkeit abzuspeichern. Somit kann mit einer relativ geringen Datenmenge eine hohe Genauigkeit der darzustellenden Sensorwerte erzielt werden.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Datenspeicher um einen First-in-First-out Datenspeicher. Ein solcher das gibt die abgespeicherten Datenelemente in gleicher Reihenfolge wieder aus, in der sie in dem Datenspeicher eingeschrieben werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur Zwischenspeicherung der Sensordaten eine Übertragungseinrichtung. Die Übertragungseinrichtung kann dazu ausgelegt sein, die in dem Datenspeicher gespeicherten Daten an eine Empfangseinrichtung zu übertragen. Die Übertragung kann auf beliebige kabelgebundene oder kabellose Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Übertragung mittels einer seriellen Schnittstelle, einer Netzwerkverbindung oder ähnlichem erfolgen. Als kabellose Verbindungen sind beispielsweise WLAN, Bluetooth, Zig-Bee oder eine beliebige andere kabellose Funkverbindung möglich.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Datenübertragungseinrichtung dazu ausgelegt, eine Signalisierung zu übertragen, die angibt, ob ein übertragenes Datenelement direkt abgespeicherte Sensordaten darstellt oder eine Differenz zu einem Referenzwert. Die Signalisierung kann zum Beispiel in Form eines Headers zu einem Datenpaket erfolgen. Darüber hinaus ist selbstverständlich auch eine beliebige andere Signalisierung möglich. Beispielsweise kann die Signalisierung auch direkt oder indirekt den Referenzwert übertragen, auf dessen Basis die Differenz gebildet wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Datenübertragungseinrichtung dazu ausgelegt, den Referenzwert unter Verwendung der zuletzt direkt in dem Datenspeicher abgespeicherten Sensordaten anzupassen. Beispielsweise kann für die Berechnung eines aktuellen Differenzwerts eine Differenz zwischen den aktuellen Sensorwert und dem zuletzt direkt abgespeicherten Sensorwert gebildet werden. Entsprechend kann der zuletzt direkt abgespeicherte Sensorwert als Referenzwert dienen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Datenübertragungseinrichtung dazu ausgelegt, den Referenzwert unter Verwendung der zuletzt abgespeicherten Differenz anzupassen. Auf diese Weise kann der Differenzwert beispielsweise schrittweise bzw. inkrementell aktualisiert werden.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:

1: eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds einer Sensorvorrichtung mit einer Vorrichtung zur Zwischenspeicherung von Sensordaten gemäß einer Ausführungsform;
2: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, zur Abspeicherung von Sensorwerten gemäß einer Ausführungsform;
3: eine schematische Darstellung einer Möglichkeit zur direkten Abspeicherung von Sensordaten gemäß einer Ausführungsform;
4: eine schematische Darstellung einer Möglichkeit zur Abspeicherung von Differenzwerten von Sensordaten gemäß einer Ausführungsform; und
5: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms für ein Verfahren zur Zwischenspeicherung von Sensordaten, wie es einer Ausführungsform zugrunde liegt.

Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds einer Sensorvorrichtung mit einer Vorrichtung 1 zur Zwischenspeicherung von Sensordaten gemäß einer Ausführungsform. Die Vorrichtung 1 kann beispielsweise von einem oder mehreren Sensoren 2 Sensordaten empfangen. Die Sensoren 2 können die Sensordaten beispielsweise an der Eingangsschnittstelle 10 bereitstellen. Grundsätzlich können die Sensordaten in analoger oder digitaler Form bereitgestellt werden. Sofern die Sensordaten in digitaler Form bereitgestellt werden, kann beispielsweise in den einzelnen Sensoren 2 bereits eine Analog-zu-Digital-Wandlung erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Sensoren 2 die Sensorwerte in analoger Form bereitstellen und die Analog-zu-Digital-Wandlung mittels eines geeigneten Analog-Digital-Wandlers 41 innerhalb der Vorrichtung 1 erfolgt.
Die von dem oder den Sensoren 2 empfangenen Sensordaten können in der Vorrichtung 1 temporär zwischengespeichert und zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden. Beispielsweise können die zwischengespeicherten Sensordaten an einen oder mehrere Empfänger 3 zur Weiterverarbeitung ausgegeben werden. Hierzu kann in der Vorrichtung 1 beispielsweise eine Übertragungseinrichtung 50 vorgesehen sein, welche die zwischengespeicherten Sensordaten ausgibt. Die Übertragung der Sensordaten von der Vorrichtung 1, insbesondere mittels der Übertragungseinrichtung 50, zu einem Empfänger 3 kann auf beliebige Weise kabelgebunden oder kabellos erfolgen. Beispielsweise kann eine Kabelverbindung, wie zum Beispiel eine serielle Schnittstelle, eine LAN-Verbindung oder ähnliches zwischen der Vorrichtung 1 und dem Empfänger 3 vorgesehen sein. Ferner kann die Übertragung auch auf beliebige kabellose Weise, beispielsweise mittels WLAN, Bluetooth, Zig-Bee, GSM, UMTS, LTE, 5G oder einem beliebigen anderen kabellosen Übertragungsprotokoll erfolgen.
Zwischen dem Empfang der Sensordaten von dem oder den Sensoren 2 und der Ausgabe der Sensordaten an den Empfänger 3 erfolgt in der Vorrichtung 1 eine Zwischenspeicherung und gegebenenfalls Vorverarbeitung der Sensordaten. Hierzu können die Sensordaten an der Eingangsschnittstelle 10 empfangen, gegebenenfalls verarbeitet und daraufhin in den Datenspeicher 30 eingeschrieben werden. Im weiteren Verlauf können die Sensordaten von dem Datenspeicher 30 ausgelesen und entsprechend den zur Verfügung stehenden Ressourcen und den Vorgaben an den Empfänger 3 ausgegeben werden. Insbesondere kann es sich bei dem Datenspeicher 3 um einen sogenannten FIFO-Speicher handeln, welcher die Daten ausgangsseitig in der gleichen Reihenfolge bereitstellt, wie sie eingangsseitig eingeschrieben werden.
Das Speichern der Sensordaten in dem Datenspeicher 30 kann von der Speichereinrichtung 20 gesteuert werden. Insbesondere kann die Speichereinrichtung 20 entweder die Sensordaten direkt in den Datenspeicher 30 einschreiben oder alternativ eine Datenreduktion der Sensordaten vornehmen.
Die Datenreduktion erfolgt dabei insbesondere durch Differenzbildung zwischen den aktuellen Sensordaten und einem Referenzwert. Insbesondere bei sich nur langsam oder geringfügig ändernden Sensorwerten kann eine solche Differenz zwischen dem aktuellen Sensorwert und einem Referenzwert mit weniger Daten in Form von Bytes und Bits dargestellt werden, als eine vollständige Darstellung eines aktuellen Sensorwerts. Daher erfordert das Abspeichern der Differenz zwischen aktuellem Sensorwert und Referenzwert auch einen geringeren Speicherbedarf als das Abspeichern eines vollständigen Sensorwerts.
Als Referenzwert kann beispielsweise ein fester vordefinierter Wert herangezogen werden. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn sich die Sensorwerte immer oder zumindest über einen großen Zeitraum hinweg in der Nähe eines solchen fest definierten Referenzwertes bewegen. Alternativ ist es auch möglich, als Referenzwert jeweils den Wert der Sensordaten heranzuziehen, welche zuletzt vollständig direkt in den Datenspeicher 30 eingeschrieben worden sind. Alternativ ist es auch möglich, jeweils eine Differenz zu dem Wert der jeweils zuletzt in den Datenspeicher eingeschriebenen Sensordaten zu bilden, unabhängig davon, ob diese direkt oder als Differenz eingeschrieben worden sind.
Beispielsweise kann mittels einer Variable oder eines Speichenregisters jeweils ein Wert ermittelt werden, welcher sich aus dem zuletzt direkt abgespeicherten Sensorwertes und der Summe der seither abgespeicherten Referenzwerte ergibt. Hierzu kann diese Variable bzw. das Speicherregister beim direkten abspeichern eines Sensorwerts ebenfalls auf den Wert des direkt abgespeicherten Sensorwertes gesetzt werden. Anschließend kann bei jedem abspeichern eines Differenzwerts der Wert in dieser Variable bzw. dem Speicherregister entsprechend der aktuell abgespeicherten Differenz erhöht bzw. erniedrigt werden. Somit steht mittels dieser Variable bzw. dem Speicherregister jeweils ein Referenzwert zur Verfügung, auf dessen Grundlage der nächste abzuspeichern der Differenzwert berechnet werden kann. Dies kann beispielsweise durch die folgende Formel veranschaulicht werden: $Inc_n = f (neuer_Wert - (voller_Wert + Summe (Inc_i))$
mit folgenden Komponenten:

neuer Wert : aktueller Sensorwert
Inc_n : aktueller Differenzwert
Inc_i : Werte der vorherigen Differenzwerte von 1.. (n-1)
voller_Wert : letzter abgespeicherter vollständiger Sensorwert
f(x) : Rundungsfunktion

Die Speichereinrichtung 20 kann für die empfangenen Sensordaten jeweils individuell entscheiden, ob die Sensordaten direkt in den Datenspeicher 30 eingeschrieben werden, oder ob alternativ eine Differenz zwischen den aktuellen Sensordaten und einem vorgegebenen Referenzwert gebildet wird und diese Differenz in den Datenspeicher 30 eingeschrieben wird. Die Entscheidung, ob die Sensordaten direkt gespeichert werden oder ob eine Differenz gebildet wird, kann auf beliebigen geeigneten Kriterien beruhen. Beispielsweise kann jeweils überprüft werden, ob die Differenz zwischen den aktuellen Sensordaten und dem geltenden Referenzwert geringer ist als ein vorbestimmter Schwellwert. Unterschreitet die (betragsmäßige) Differenz den vorgegebenen Schwellwert, so kann jeweils die Differenz in den Datenspeicher 30 geschrieben werden. Ist die (betragsmäßige) Differenz dagegen größer als der vorgegebene Schwellwert, so können die aktuellen Sensordaten vollständig in den Datenspeicher 30 geschrieben werden. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige andere Bedingungen möglich, um zu entscheiden, die aktuellen Sensordaten vollständig in den Datenspeicher geschrieben werden, oder ob lediglich eine Differenz gebildet wird und diese Differenz in den Datenspeicher geschrieben wird.
Zum Beispiel kann auch periodisch, das heißt jeweils nach vorbestimmten Zeitintervallen, eine vollständige Speicherung der Sensordaten erfolgen. In den Zeitintervallen zwischen zwei solchen vollständigen Speicherungen der Sensordaten kann jeweils nur eine Speicherung von Differenzwerten erfolgen. Ebenso ist es möglich, jeweils zunächst einmal vollständig die Sensordaten zu speichern und anschließend für eine vorbestimmte Anzahl von Sensordaten jeweils eine Differenz zu bilden und diese Differenz zu speichern. Ferner ist es möglich, beispielsweise den zeitlichen Verlauf der Werte der Sensordaten zu analysieren und jeweils eine Differenz abzuspeichern, solange sich die Sensordaten innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nicht um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert ändern. Überschreitet die relative zeitliche Änderung der Sensordaten dagegen einen vorgegebenen Grenzwert, so kann eine vollständige Speicherung der Sensordaten erfolgen. Darüber hinaus können auch beliebige weitere Triggerereignisse für das vollständige Speichern der Sensordaten herangezogen werden. Es versteht sich, dass die zuvor beschriebenen Kriterien für die Entscheidung, ob die Sensordaten vollständig oder in differenzieller Form abgespeichert werden, auch in beliebiger geeigneter Weise miteinander kombiniert werden können.
Stammen die Sensordaten am Eingang 10 von zwei oder mehr Sensoren 2 oder betreffend die Sensordaten 2 oder mehr sensorisch erfasste Parameter, so ist es auch möglich, dass die Entscheidung wie Sensordaten abgespeichert, nur auf Grundlage der Sensordaten für einen sensorisch erfassten Parameter getroffen wird, während die Sensordaten für die übrigen Parameter für diese Entscheidung nicht herangezogen werden.
Zwischen dem Empfang der Sensorwerte am Eingang 10 der Vorrichtung 1 und dem Speichern der vollständigen oder differenziellen Sensordaten in dem Datenspeicher 30 kann darüber hinaus gegebenenfalls auch eine Vorverarbeitung oder ähnliches erfolgen.
Stellen die Sensoren 20 beispielsweise analoge Sensorsignale am Eingang 10 bereit, so kann beispielsweise eine Analog-zu-Digital-Wandlung mittels eines geeigneten Analog-zu-Digital-Konverters 41 erfolgen. Hierbei ist es beispielsweise auch möglich, dass die Auflösung oder Genauigkeit der Analog-zu-Digital-Wandlung dynamisch angepasst werden kann. Insbesondere kann zum Beispiel die Analog-zu-Digital-Wandlung für Sensordaten, welche vollständig direkt in den Datenspeicher 30 geschrieben werden, mit einer anderen Auflösung oder Genauigkeit erfolgen, als die Analog-zu-Digital-Wandlung für Sensordaten, welche nur in Differenzform in den Datenspeicher 30 geschrieben werden sollen. Zum Beispiel kann für die Daten, welche direkt in den Datenspeicher 30 geschrieben werden, eine geringere Genauigkeit oder Auflösung verwendet werden, so dass hierfür nur eine geringere Datenmenge anfällt. Werden die Sensordaten dagegen in Differenzform gespeichert, so kann hierfür eine höhere Genauigkeit oder Auflösung eingestellt werden. Da sich die Differenzwerte in der Regel in einem geringeren Wertebereich bewegen als die Werte für die vollständig abzuspeichernden Sensordaten, fallen für solche Differenzwerte in der Regel auch nur geringere Datenmengen an. Daher kann bei der Bildung von Differenzwerten für die Sensordaten und einem damit verbundenen geringen Wertebereich mit einer relativ geringen Datenmenge ein entsprechender Sensorwert mit einer hohen Genauigkeit abgespeichert werden.
Neben der zuvor beschriebenen Analog-zu-Digital-Wandlung mittels eines Analog-zu-Digital-Konverters 41 kann die Vorrichtung 1 zur Zwischenspeicherung der Sensordaten beispielsweise auch eine Filterung der Sensordaten mittels eines geeigneten Filters 42 ausführen. Ferner können gegebenenfalls die empfangenen Sensordaten auch in beliebiger Weise angepasst werden. Beispielsweise kann mittels einer Kalibriereinrichtung 43 eine beliebige geeignete lineare oder nicht-lineare Abbildung der Eingangsdaten auf Ausgangsdaten erfolgen. Die Operationen zur vor Verarbeitung der Sensordaten sind in 1 exemplarisch in der Verarbeitungseinrichtung 40 zusammengefasst. Neben den beispielhaft dargestellten Komponenten kann die die Verarbeitungseinrichtung 40 selbstverständlich auch beliebige andere Komponenten zur (Vor-)Verarbeitung der Sensordaten umfassen.
2 veranschaulicht den oben beschriebenen Ablauf zur Speicherung der Sensordaten. In Schritt S10 werden neue Sensordaten empfangen. Anschließend wird in Schritt S11 überprüft, ob die Sensordaten direkt und vollständig in den Datenspeicher 30 abgespeichert werden sollen. In diesem Fall verzweigt der Ablauf zu Schritt S21, in dem der Referenzwert auf den Sensorwert der aktuellen Sensordaten gesetzt wird. Gegebenenfalls kann der Referenzwert auch einem in geeigneter Weise gerundeten Wert der Sensordaten entsprechen. In Schritt S22 werden die aktuellen Sensordaten direkt und vollständig in den Datenspeicher 30 gespeichert.
Soll dagegen nur ein Differenzwert in den Datenspeicher 30 abgespeichert werden, so verzweigt der Ablauf zu Schritt S31. In diesem Schritt wird zunächst die Differenz zwischen dem Wert der aktuellen Sensordaten und dem Referenzwert gebildet. Gegebenenfalls kann hierbei auch eine geeignete Rundung der Differenz erfolgen. Anschließend wird in Schritt S32 diese Differenz zu dem aktuellen Referenzwert hinzu addiert, um einen neuen Referenzwert zu bilden. In Schritt S33 erfolgt daraufhin die Speicherung des Differenzwertes in dem Datenspeicher 30.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Datenpakets 100 für das vollständige direkte Abspeichern von Sensordaten gemäß einer Ausführungsform. Das in 3 dargestellte Datenpaket kann beispielsweise einen optionalen Header 101 aufweisen. Dieser Header 101 können zum Beispiel beliebige grundlegende Informationen umfassen. Zum Beispiel kann in dem Header 101 signalisiert werden, dass es sich bei dem nachfolgenden Datenpaket um ein Datenpaket von vollständigen Sensordaten handelt. Darüber hinaus sind auch beliebige weitere Informationen, wie beispielsweise ein Zeitstempel, eine Charakterisierung der Sensordaten oder ähnliches möglich. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die Sensordaten ohne einen solchen Header 101abzuspeichern und/oder gegebenenfalls zu übertragen. Im weiteren Verlauf umfasst das Datenpaket der vollständigen Sensordaten ein oder mehrere Bytes, welche jeweils den vollständigen Sensorwert der sensorisch erfassten Parameter beschreiben. In dem hier dargestellten Beispiel wird ein erster Sensorwert 102 durch die drei Bytes B1-a, B1-b und B1-c repräsentiert. Ein weiterer Sensorwert 103 wird durch die drei Bytes B2-a, B2-b und B2-c repräsentiert. Es versteht sich, dass das hier dargestellte Beispiel mit Sensorwerten für zwei Sensorparameter nur exemplarisch zu verstehen ist.
Grundsätzlich ist auch eine beliebige andere Anzahl von Sensorparametern möglich. Wie oben bereits ausgeführt, kann auch der hier dargestellte Header 101 gegebenenfalls entfallen.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Datenpakets 200 für das Abspeichern von Sensordaten in differenzieller Form. Auch hier kann gegebenenfalls ein optionaler Header 201 vorgesehen sein. Der Header 201 kann beispielsweise signalisieren, dass das nachfolgende Datenpaket ein Datenpaket mit Differenzwerten repräsentiert. Gegebenenfalls können in dem Header auch Informationen zu dem jeweils herangezogenen Referenzwert vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Index auf ein Datenpaket vorgesehen sein, welcher den jeweiligen Referenzwert spezifiziert. Gegebenenfalls ist es auch möglich, den Referenzwert direkt in dem Header 201 zu definieren. Im weiteren Verlauf können für die sensorisch erfassten Parameter jeweils die Daten der Differenzwerte zu den jeweiligen Referenzwerten enthalten sein. Im hier dargestellten Beispiel ist in Block 201 der Datenwert für den Referenzwert eines ersten Sensorparameters enthalten und in dem Block 203 der Datenwert für den Differenzwert eines zweiten Sensorparameters. Da in der Regel die Differenzwerte einen geringeren Wertebereich aufweisen, als die vollständigen Sensordaten, können die Differenzwerte auch mit weniger Daten in Form von Bits und Bytes dargestellt werden.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zur Zwischenspeicherung von Sensordaten gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Das Verfahren kann grundsätzlich beliebige Verfahrensschritte umfassen, wie sie zuvor im Zusammenhang mit der Sensorvorrichtung bereits beschrieben worden sind.
In Schritt S1 werden zunächst Sensordaten von mindestens einem Sensor 2 empfangen. Anschließend wird in Schritt S2 überprüft, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist. Bei der vorbestimmten Bedingung kann es sich beispielsweise um eine der bereits weiter oben beschriebenen Bedingungen handeln. Insbesondere kann beispielsweise überprüft werden, ob ein Wert der aktuell empfangenen Sensordaten von einem vorherigen Wert um mehr als einen vorbestimmten Schwellwert abweicht.
Abhängig von dem Ergebnis dieser Überprüfung können daraufhin in Schritt S3 die empfangenen Sensordaten direkt vollständig in einem Datenspeicher 30 abgespeichert werden. Alternativ kann in Schritt S4 eine Differenz zwischen den empfangenen Sensordaten und einem zuvor ermittelten Referenzwert ermittelt werden und in Schritt S5 kann diese Differenz in dem Datenspeicher 30 abgespeichert werden.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere sehr gut für Sensordaten anwendbar, welche sich in der Regel innerhalb eines geringen Wertebereiches ändern. In solchen Fällen ist es in der Regel nicht oder nur sehr selten erforderlich, die vollständigen Werte der Sensordaten zu speichern bzw. zu übertragen. Insbesondere, wenn sich die Werte der Sensordaten über einen längeren Zeitraum hinweg nur geringfügig ändern, kann durch die Speicherung und Übertragung von Differenzwerten eine signifikante Einsparung von Daten erreicht werden. Entsprechend ist für die Zwischenspeicherung der Sensordaten nur ein geringerer Speicherbedarf erforderlich. Ferner kann die Übertragung der reduzierten Datenmenge auch mittels einer Übertragungsstrecke mit geringerer Bandweite realisiert werden.
Insbesondere kann die Vorrichtung zur Zwischenspeicherung der Sensordaten beispielsweise mittels einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder ähnlichem realisiert werden. Durch die Reduktion der Datenmenge ist dabei auch in dem entsprechenden Schaltkreis nur ein entsprechend geringerer Speicherbedarf erforderlich. Somit kann die Implementierung auch mit einfacheren, kleineren und kostengünstigeren Schaltkreisen realisiert werden.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein speichereffizientes Zwischenspeichern von Sensordaten. Hierzu ist vorgesehen, Sensordaten nicht grundsätzlich vollständig abzuspeichern. Vielmehr können in Abhängigkeit von vorbestimmten Kriterien die Sensordaten zumindest teilweise auch in differentieller Form zwischengespeichert werden. Auf diese Weise sinken die Anforderungen für den Speicherbedarf zur Zwischenspeicherung der Sensordaten. Derart komprimierte Sensordaten können entsprechend auch über Übertragungskanäle mit begrenzter Bandbreite übertragen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015200779 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung (1) zur Zwischenspeicherung von Sensordaten, mit: einer Eingangsschnittstelle (10), die dazu ausgelegt ist, Sensordaten von mindestens einem Sensor (2) zu empfangen; einem Datenspeicher (30); und einer Speichereinrichtung (20), die dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Bedingung entweder die empfangenen Sensordaten direkt in dem Datenspeicher (30) abzuspeichern, oder eine Differenz zwischen den empfangenen Sensordaten und einem zuvor ermittelten Referenzwert in dem Datenspeicher (30) abzuspeichern.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die zuvor bestimmende Bedingung mindestens eine der folgenden Bedingungen umfasst: - einen maximalen Betrag der Differenz zwischen dem empfangenen Sensordaten und dem zuvor ermittelten Referenzwert, - eine Änderung des Sensorwerts um mehr als einen vorbestimmten ersten Schwellwert innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne, - Überschreiten und/oder Unterschreiten eines vorbestimmten zweiten Schwellwerts, - eine vorbestimmte Zeitspanne, - eine vorbestimmte Anzahl von zuvor empfangenen oder abgespeicherten Sensordaten, und - ein vorbestimmtes empfangenes externes Triggersignal.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei Eingangsschnittstelle (10) dazu ausgelegt ist Sensordaten von mindestens zwei Sensoren (2) zu empfangen, und die Speichereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, die vorbestimmte Bedingung unter Verwendung der Sensordaten von genau einem Sensor (2) zu überprüfen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Verarbeitungseinrichtung (40), die dazu ausgelegt ist, die von der Eingangsschnittstelle (10) empfangenen Sensordaten zu verarbeiten, wobei die Speichereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, die von der Verarbeitungseinrichtung (30) verarbeiteten empfangenen Sensordaten abzuspeichern.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Verarbeitungseinrichtung (40) dazu ausgelegt ist, eine Auflösung und/oder Genauigkeit der Sensordaten in Abhängigkeit von der vorbestimmten Bedingung anzupassen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Datenspeicher (30) ein First-In-First-Out Datenspeicher umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Übertragungseinrichtung (50), die dazu ausgelegt die in dem Datenspeicher (30) gespeicherten Daten an eine Empfangseinrichtung (3) zu übertragen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei die Übertragungseinrichtung dazu ausgelegt ist, eine Signalisierung zu übertragen, die angibt, ob ein übertragenes Datenelement abgespeicherten Sensordaten oder einer Differenz zu einem Referenzwert entspricht.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Speichereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, den Referenzwert unter Verwendung der zuletzt direkt in dem Datenspeicher (30) abgespeicherten Sensordaten anzupassen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Speichereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, den Referenzwert unter Verwendung der zuletzt abgespeicherten Differenz anzupassen.
Sensorvorrichtung, mit: mindestens einem Sensor (2), der dazu ausgelegt ist, Sensordaten bereitzustellen, einer Vorrichtung (1) zur Zwischenspeicherung von Sensordaten nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verfahren zur Zwischenspeicherung von Sensordaten, mit: Empfangen (S1) von Sensordaten von mindestens einem Sensor (2); Überprüfen (S2) von einer vorbestimmten Bedingung; und abhängig von dem Ergebnis der Überprüfung der vorbestimmten Bedingung entweder: direktes Abspeichern (S3) der empfangenen Sensordaten in einem Datenspeicher, oder Ermitteln (S4) einer Differenz zwischen den empfangenen Sensordaten und einem zuvor ermittelten Referenzwert, und Abspeichern (S5) der Differenz in dem Datenspeicher.