CN101547800B - 用于多个远程测量系统的后门数据同步 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于对在中央位置接收到的从多个远程位置采集并分别发送到中央位置的数据进行同步的装置和方法。提供多个远程传感器，所述多个远程传感器同时被触发以开始数据采集序列，随后将采集到的数据与远程传感器标识数据及计时信息一起发送到中央位置。计时信息可包括具体的发送时间参考，或者可基于来自单独的远程传感器的连续发送获得。

Description

用于多个远程测量系统的后门数据同步

技术领域

本发明涉及远程测量系统和方法。更具体地，本发明针对来自多个远程源的信号的后续测量同步。

背景技术

将电子器件与轮胎结构结合产生许多实际的优势。轮胎电子装置可包括传感器和其他组件，用于获得诸如温度、压力、轮胎转数、车速等各种轮胎物理参数的相关信息。这种性能信息在轮胎监测及报警系统中变得很有用处，还可能用作反馈系统的一部分来调节或控制某些轮胎和/或车辆相关系统。

美国专利No.5,749,984(Frey等)公开了一种能够确定诸如轮胎缺陷、轮胎速度和轮胎转数等信息的轮胎监测系统和方法。在美国专利No.4,510,484(Snyder)中可找到轮胎电子系统的另一示例，其涉及异常轮胎状况报警系统。

美国专利No.4,862,486(Wing等)也涉及轮胎电子装置，更具体公开了一种与汽车轮胎和货车轮胎结合使用的示意性的转数计。

轮胎结构中集成的电子系统所提供的另一种潜在能力是商用车的资产跟踪和性能评定。商用货车车队、航天飞行器以及重型推土机/采矿车都是可以利用轮胎电子系统和相关信息发送的优势的可行产业。轮胎传感器能够确定车辆中每个轮胎的行驶距离，从而对用于这种商业系统的维修计划有所帮助。对于更昂贵的应用，如涉及推土-采矿设备的应用，可对车辆位置和性能进行优化。可使用射频标签发送来追踪整个车队的车辆，美国专利No.5,457,447(Ghaem等)公开了其示意性方面。

这种集成的轮胎电子系统通常通过多种技术和不同的发电系统供电。美国专利No.4,061,200(Thompson)和No.3,760,351(Thomas)公开了由轮胎运动产生能量的机械特征的示例。这些示例提供庞大的复杂系统，通常不优选这样的系统来与现代轮胎应用相结合。美国专利No.4,510,484(Snyder)公开了为轮胎电子系统供电的另一种选择，其涉及围绕轮胎的放射状中线对称配置的压电电源。

另一种已知的对轮胎监测系统供电的方法涉及获得通过主轮胎的转动产生的能量的压电发电机。美国专利No.6,725,713公开了一种使用压电结构和能量存储装置由旋转轮胎的机械能产生电力的系统。

为了所有的目的，以引用的方式将上述所有美国专利公开全部并入本申请。

虽然已开发了轮胎相关数据的采集及发送系统和方法的各种实施例，但下文根据本发明技术所提出的主要包含所有期望特征的设计尚未出现。

发明内容

鉴于现有技术中遇到的及本发明所解决的公认特征，开发了用于对来自多个远程传感器的测量信号进行同步的改进装置和方法。

在一个示意性配置中，公开了用于对安装在多个轮胎结构内和/或在单一轮胎内的多个位置上的多个传感器所发送的信号进行同步的装置和方法。

在其一较简单形式中，位于不同轮胎结构内的多个传感器同时开始测量或数据采集活动。

根据本发明的特定实施例的各方面，提供了存储传感器内采集到的数据供之后发送到中央位置进行分析的方法。

根据本发明的其他实施例的某些方面，开发了对从具有多个独立时钟速度的多个传感器采集到的数据进行同步的方法。

根据本发明的另外的实施例的其他方面，开发了保证从多个位置采集到的数据的精确发送以便克服来自其他信号源的潜在冲突或干扰的方法。

根据本发明的特定实施例的其他方面，提供了提供包括单一事件、多事件的离散测量或预定时间间隔的连续测量的方法。

通过本文的详细描述，本发明的其他目的和优点将被阐明或对本领域技术人员来说会是显而易见的。此外，还应当了解，不脱离本发明的实质和范围的情况下，可在本发明的各种实施例和应用中对本文所具体说明、提及和讨论的特征和元件进行修改和变化。变化可以包括，但不限于，所说明、提及或讨论的等效装置、特征或步骤的替代，以及各种部件、特征、步骤等的功能、操作或位置的调换。

此外还应当理解，本发明的不同实施例和目前的不同优选实施例可包括目前公开的特征、步骤或元件的各种组合或配置或其等效方式(包括附图中未明确显示的或所述附图的详细说明中未表述的特征、部件或步骤的组合或其配置)。本发明的其他实施例不一定在发明内容部分有所表述，可包括和结合上述发明内容中提到的特征、组件或步骤和/或本申请中另外讨论的其他特征、组件或步骤的方面的各种组合。通过阅读说明书其余部分，本领域技术人员将更好地理解所述实施例及其他实施例的特征和方面。

此外应理解，虽然已参照轮胎相关事件或现象的测量概括描述了本发明，但这并不是本发明的必要条件，因为本文所公开的方法显然可以应用于多位置并发测量或同时测量可能需要的或重要的任何测量环境。作为非限制性示例，可能需要由位于要被监测固有振动或诱发振动或者其他现象的地面区域上方的多个地质传感器同时测量。或者，可以对楼宇或船只结构内的多个位置的同时测量进行监控。此外，使用例如数字光学设备的光学测量可以用于同时记录事件或对象，以允许从多个视点在时间上进行单一时刻的测定。本发明的这些示意性用途可以很好地将本领域技术人员引向目前所公开的发明的其他用途并且可以预见这些用途全部包含在后附权利要求中。

附图说明

针对本领域技术人员，参照附图在说明书中阐明本发明的全部及可公开的内容，包括其最佳方式，其中：

图1示意性地图解说明了本发明的第一示意性实施例，其采用来自多个源的测量信号的“后门”发送；

图2示意性地图解说明了用于测量、记录以及发送受监控的事件及其他数据的相关信息的示意性的单独的远程传感器配置；以及

图3示意性地图解说明了与中央处理器通信的多个远程传感器。

本说明书和附图全篇重复使用的附图标记用于表示本发明相同或相似的特征或元件。

具体实施例

如在发明内容部分所述，本发明特别涉及用于对来自多个远程传感器的测量信号进行同步的改进装置和方法。

所公开的技术方面的选择性组合对应于本发明的多个不同实施例。需指出的是，本文所提出和讨论的每个示意性实施例不应限制本发明。作为一个实施例的一部分来说明或描述的特征或步骤可以与另一实施例的方面结合，以得出其他实施例。此外，某些特征可以与未明确提到的实现相同或类似功能的类似设备或特征互换

在一些测量系统中，多个远程测量的结果必须在精确的共同时间窗口中进行比较，以得出正确的现象理解或解释。然而，某些操作限制对将测量数据准确发送到用于从多个传感器进行数据采集和处理的单一中央接收器来说是个挑战。非限制性的示意性数据发送挑战包括多个发送器的发送冲突形式的干扰、以及可能防碍中央处理器对信号或数据的准确接收的其他类型的干扰。

因此，需要提供一种方法，其从多个独立的远程传感器进行单数据事件、多数据事件或数据流的数据信号发送，使得关于每个单独的远程传感器，在中央位置接收到的数据可在同一时间框架或测量时间窗口中进行比较。此外，必须提供一种用于解决不可以或不能同时或实时发送测量的问题的方法。本发明公开了解决这些问题的方法。

现将详细参照本发明的同步方法目前的优选实施例。现参照附图，图1示意性地说明了本发明的第一实施例，其根据本技术从多个远程传感器对测量信号进行事后或“后门”发送。

进一步参照图1，可以看出，图中示出了表示与测量活动102关联的事件的时间线100。如上文所述，在t₀时刻和t₃时刻之间发生的测量活动102可与在明显不同的环境中发生的大量的不同事件关联。进一步，这些事件可以出现在t₁时刻和t₂时刻之间出现的现象比较窗口104中。

本领域技术人员应了解，各时间标记和它们在时间线100上的相对位置不以任何限制本公开的范围的形式按比例出现。更具体而言，由于实际的时间周期可能取决于待测的或待记录的具体数据而显著变化，因此，并没有表示具体的时间比例。也不应得出图1图解说明了时间t₀、t₁、t₂和t₃之间的位移的推论。在本发明的实际操作中，t₀时刻和t₁时刻可以同时出现，也可以不同时出现，如同t₂时刻和t₃时刻可以同时出现，也可以不同时出现一样。此外，t₀时刻和t₁时刻的同时出现不一定要求t₂时刻和t₃时刻也同时出现，反之亦然。通常，与后门发送周期106关联的t₄时刻比t₃时刻晚某一时间周期，尽管这种周期可能是非常短的或不存在的。

仅为说明目的，将联系轮胎相关现象的测量来描述本发明。这种轮胎相关现象可以包括仅作为非限制性示例的轮胎压力、温度、转速、旋转方向、转数以及缺陷。另外，额外的轮胎相关数据可以通过包括以下信息的任何数据发送包括在内，例如轮胎制造地点和时间，所存储的轮胎在车辆上的安装位置以及可能需要的任何其他的轮胎特定信息。还应特别注意，具体测量和发送的数据的确切类型不构成对本发明的限制。

进一步参照图1，可以注意到，测量活动102通常可以开始于t₀时刻并持续到t₃时刻。在该时间周期内，现象比较窗口104出现在t₁时刻至t₂时刻，在这段时间内，一个或多个事件或一系列事件可能出现在一个位置，其将与可能出现在另外一个或多个其他位置的类似事件相比较。在轮胎相关现象的示意性实施例中，单一事件可在时间上对应于特定时刻的轮胎压力或速度的测量。可以比较其他事件，例如记录轮胎可能已沿车辆的行驶路线经过了一个或多个花纹的时间。

根据本发明，可以认识到，为了比较在比较窗口内出现的事件，必须开发以可比较数据的方式从多个远程位置发送数据的方法。这种方法的提供是本发明的核心，在本文称为多路时基测量的“后门”或事后时间同步。如图2所示，可通过使用独立的远程传感器200来提供这种方法。

根据本发明，如图2所示，每个独立的远程传感器200与共同被称为换能器212的下列元件关联：唯一的识别ID(RFID)202、具有与其相连的用于发送和接收信号的天线214的发送器/接收器(TX/RX)204、信号处理器206、存储器208、本地时钟210和一个或多个传感器。

换能器212可以对应于单一压电传感器、压敏传感器或其他类型的传感器或其组合。此外，ID 202可以对应于专用存储器中存储的识别数据或存储器206的一部分中存储的数据202’。更进一步，存储器206可以对应于信号处理器206的存储器的一部分，其另一部分可以对应于用于信号处理和用于指导远程传感器200的操作的控制软件的存储区域。

用于操作远程传感器200的电力可以从整合的压电设备、电池或其他源获得。在换能器212对应于压电设备的情况下，这种设备和任何压电发电设备可以由示意性压电材料形成，其可包括石英、钛酸钡、硫化镉、锆钛酸铅(PZT)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、和聚氯乙烯(PVC)。

影响本发明方法的单独的远程传感器200的一个方面是每个与单独的远程传感器200关联的时钟210具有本地时钟速度，每个远程传感器200的本地时钟速度不同。此外，与单独的远程传感器200关联的时钟210的不同速度也可以与和中央处理器300(图3)相关联的时钟310(图3)的速度不同。稍后本文将阐述本发明的这一方面和用于以实际方式解决它的方法。

参考图3，可以看出，在示意性系统中，可以设置多个远程传感器200，而只有单一的中央传感器300可以与所述多个远程传感器200关联。在所述的示意性环境中，多个远程传感器200的每一个都与单独的轮胎或车轮关联。应理解，虽然图3中只示出六个远程传感器200，但是可以根据将要采集的数据使用任意的数目。在示意性结构中，可以设置十八个远程传感器200，一个传感器与十八轮车的每个轮胎或车轮关联，中央处理器300可以位于车辆的牵引部分。或者或此外，中央处理器300可以位于固定位置，例如在运输终点内，从而可以获得来自到达车辆或出发车辆的数据。

现在参照根据本发明构造的装置的操作：通过对本公开的理解可以了解到，已公开了允许信号的事后或“后门”发送以进行进一步信号处理的算法和基本测量体系。

在根据本发明的示意性设置中，可以设有多个远程传感器200。每个远程传感器200已与至少一个换能器212和时钟210关联。每个时钟210以它自己的速度工作。远程传感器200被配置为通过其结合的换能器212对应于单一事件、多事件或一系列事件来进行测量。

所有远程传感器200的测量活动可由共同的外部刺激开始，例如通过发送器/接收器304的发送器部分和天线314或者示意性描述的车辆系统情况下安装在车上或车下的一些其他发送器从中央处理器300发送的信号。例如，当车辆进入或离开终点时，位于运输终点内或附近的发送器可以触发测量序列。应进一步理解，测量序列可以通过例如状况响应系统自动触发或者手动触发。测量序列的示意性状况响应触发可包括特定区域内的车辆存在探测。通过另一信号的发送和接收或通过远程传感器200中结合的定时器的操作，测量序列可用类似方式结束。

根据本发明的一个方面，通过所有远程传感器200的测量的开始和终止不一定要精确实现。所有远程传感器200只需主动测量对于至少现象比较窗口104感兴趣的现象。将测量的记录在本地写入远程传感器200存储器206中。对于定义的时间间隔，该记录可对应于单一事件、多事件、或连续测量。在示意性情况下，测量可对应于通过阈值或波形来检测和识别事件。在其他实施例中，记录可对应于被测现象从头到尾的连续测量换能器输出。

在测量活动102周期之后的某个时间t₄(图1)，每个远程传感器200向中央处理器300发送多个数据项，包括其唯一的ID 202、其单独的时钟速度的信号表示以及自单独测量事件的经过时间。也可以在需要进行连续测量的情况下发送换能器输出。从远程传感器200的数据发送可通过来自中央处理器300的其他信号触发或者可以基于测量活动102之后的预定时间延迟自动发生。或者可在运输终点或其他地点通过车下发送器触发在t₄时刻开始的数据发送。

当然，单独ID 202识别其数据正被发送的远程传感器200。来自单独远程传感器200的时钟210的时钟速度信号可对应于预定信号，其可与类似于中央处理器300的时钟310的预定速度信号比较。例如，该信号对应于单独时钟210所定义的单位时间增量，然后其可与与中央处理器300关联的时钟310所确定的类似定义的单位时间增量比较和归一化。于是远程传感器200所记录的从单独测量开始的经过时间的差别可用于将远程传感器的时间归一化到中央处理器的时间。从单独测量开始的经过时间可随着从远程传感器200到中央处理器300的发送来更新。

技术人员应理解，本文所用的术语“归一化”包括比简单地相对于单位值来调整值更广的方面。在本文的上下文中，归一化可以表示这种单位值调整，但还可以表示不同传感器的内部时钟与用于中央处理器的时钟信号之间的时标移动，以便适当估计在两个或多个位置检测到的类似的具体标识的事件。该术语还可以表示其他类型的信号对准，其中对来自多个位置的信号的适当估计可能需要信号幅度、相位、时间位移或一些其他参数的调整，以便提供有效的信号估计。

为了避免潜在的发送冲突，可能需要从各远程传感器200进行重复发送。如果使用对应于单独时钟210所确定的单位时间增量的信号来实现信号同步，则中央处理器300可被配置为对每个唯一的远程传感器ID只接受一个良好发送。通过将所需的良好发送的数目限制为一个，以及通过允许从单独远程传感器200随机发送，可实现潜在发送冲突的显著降低。

或者，中央处理器300可被配置为对每个唯一ID接受至少两个发送，从而允许连续发送之间的单独时钟速度经过时间与相同的连续发送之间的中央处理器经过时间的直接比较。在轮胎环境状况可能影响单独时钟210的振荡频率的情况下，该替代方法可能会有用处。

如前所述，在需要连续测量的情况下，可以发送远程传感器的输出。使用该数据，中央处理器300将对所有远程传感器本地测量归一化所有的时钟速度并确定每个独立测量或记录的事件的相对时间或序列。

对于中央处理器300中采用的任意的单独时钟210和时钟310之间的线性占优时间相关，本技术的同步方法多是有效的，并且对于相对短的测量窗口取得最佳结果。对于线性占优假设可能不成立的较长的测量窗口，可将测量窗口分割到线性假设对所使用的时钟类型成立的点。对于较短的测量窗口，分割可通过进一步补偿单独时钟210与中央处理器时钟310之间的任何差别来提高精度。在分割方法下，将以与之前定义类似的方式定义单独片段，比较结果相结合以估计较长的测量窗口。

虽然已参照本发明的具体实施例详细描述了本发明，但应理解，本领域技术人员在理解前述内容时可以很容易地得出这些实施例的替换、变形和等效方案。因此，本公开的范围是示例性的而非限制性的，本公开不排除对本发明进行这些修改、变形和/或添加，这对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (8)

1.一种用于同步数据的方法，包括：

提供多个远程传感器，每个远程传感器包括换能器、发送器、接收器和具有工作速度的时钟；

提供中央处理器，所述中央处理器包括处理器、发送器、接收器和具有工作速度的时钟；

从中央处理器向多个远程传感器的每一个发送第一信号；

基于从中央处理器发送的信号，开始多个远程传感器中的每一个的测量周期；

从多个远程传感器的每一个向中央处理器发送第一信号，所述信号包括表示时钟的工作速度的部分并表示从测量周期内的任何测量事件开始后经过的时间；

通过移动不同传感器的内部时钟与用于中央处理器的时钟信号之间的时标，在中央处理器基于中央处理器时钟的工作速度对从多个远程传感器的每一个接收到的信号进行归一化；以及

基于归一化信号对来自多个远程传感器的信号进行同步。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

为多个远程传感器的每一个分配唯一的标识；以及

向中央处理器发送所述唯一的标识。

3.如权利要求1所述的方法，其中表示多个远程传感器的每一个内的时钟的工作速度的发送信号部分包括表示单位时间增量的信号。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

从多个远程传感器的每一个向中央处理器发送第二信号，所述第二信号包括表示时钟的工作速度的部分，其中来自多个远程传感器的每一个的第一发送信号和第二发送信号是连续发送的，连续信号发送之间的时间表示多个远程传感器的每一个内的时钟的工作速度。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

从中央处理器向多个远程传感器的每一个发送第二信号；以及

基于从中央处理器发送的第二信号，终止多个远程传感器的每一个的测量周期。

6.如权利要求1所述的方法，其中多个远程传感器的每一个的测量周期同时开始。

7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

在测量周期开始后的预定时间，终止多个远程传感器的每一个的测量周期。

8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

基于从中央处理器发送的信号，开始多个远程传感器的每一个的第二测量周期；以及

从多个远程传感器的每一个向中央处理器发送表示从第二测量周期内的任意测量事件开始后经过的时间的信号，

由此可将来自多个远程传感器的每一个的测量分段，以简化较长测量周期的信号估计以及提高较短测量周期的精度。

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