CN107548544B - 以振动方式进行的传感器通信 - Google Patents

Abstract

在一个示例性实施例中，传感器通信***包括用于感测状态的并且将该状态纳入以通信协议格式化的消息中的传感器。该***包括被布置为与建筑结构相接触并且操作地联接到传感器的振动致动器。该振动致动器通过建筑结构、将格式化信息作为振型来传送，加速度计用于检测振型。联接到加速度计的接收集线器根据振型对状态进行译解。

Description

以振动方式进行的传感器通信

背景技术

用于住宅房屋和商业建筑的自动化***提供了能够有助于提供安全、节能、舒适和方便的各种特征。日益增加的特征、提高的易用性连同减少的成本一起持续推动了此类***的流行。

附图说明

现在将参考附图来描述示例，其中：

图1示出了示例性传感器通信***，其中该***的组件使用通过建筑结构所传导的振动来进行通信；

图2示出了图1的示例性传感器通信***中未示出的示例性传感器及示例性集线器的细节；

图3示出了包括集线器和分离的桥设备两者的示例性传感器通信***；

图4示出了示例性传感器通信***的基本图示，其中该***的组件使用通过建筑结构所传导的振动进行通信；

图5示出了图示建筑结构中传感器通信的示例性方法的流程图；

图6示出了图示建筑结构中传感器通信的另一示例性方法的流程图。

贯穿附图，相同参考标记指示相似但不必相同的元件。

具体实施方式

能够使用诸如智能电话、平板计算机和膝上计算机之类的设备阵列对自动化***进行远程及本地管理。此类住宅及商务自动化***的操作及成效基于安装有该***的住宅或建筑内的传感器所采集的信息。

传感器进行的信息采集是用于住宅及建筑自动化***的操作的基础。当前的住宅自动传感器通过各种有线或无线协议进行通信。例如，紫蜂(ZigBee)协议、Z-wave协议、WiFi协议、蓝牙协议、Insteon协议、Itron协议和RadioRA2协议仅是在住宅自动化空间领域内竞争的一些无线通信协议。这些无线通信规范通常被设计为通过允许诸如住宅传感器、家用电器、温度调节装置、照明和娱乐***进行通信来促进住宅自动化。针对节能来优化实现这些协议的无线电波，以让电池供电的传感器在单个电池的支持下操作数年。然而，这些协议及无线电可能很贵，且有操作范围问题。另外，为了拥有能够有效地桥接不同制造商的设备的综合住宅自动化桥，一个桥或集线器产品可能使用高达8个无线电波(例如紫蜂协议、Z－wave协议等)以用于多协议支持，并且可能拥有复杂的天线设计和其它昂贵的硬件。

因此，本文描述的示例提供了使用物理通信路径来减少住宅自动化***对此类无线通信协议和昂贵硬件的依赖的传感器和传感器通信。低功率传感器能够并入能够使用任意通信协议通过住宅或建筑的结构、点击、用蜂音器传呼或以其它方式振动消息的振动致动器。传感器消息能够包括例如感测到的状态(例如打开的窗户、温度、一氧化碳的存在等)和传感器的唯一标识符。能够使用任意通信协议将传感器消息格式化，并编码为振型，该协议包括诸如紫蜂协议、Z-wave协议、WiFi协议、和蓝牙协议、以及诸如莫尔斯电码或未知协议之类的其它协议。

诸如住宅自动化集线器或桥之类的接收器能够使用敏感加速度计来检测振动的消息。该集线器或桥能够根据消息的振型来确定消息中的信息。在一些示例中，该桥或集线器能够生成确认消息，并通过建筑结构以振动的方式来传送确认消息，传感器能够用自己的加速度计来检测它。在一些示例中，该桥或集线器能够根据振型将消息转换为它能无线重新传送的无线协议消息，该振型起初通过建筑的物理结构传送。诸如温度调节装置之类的无线调节设备能够无线地接收消息，并根据该消息确定感测到的状态。基于感测到的状态，调节设备能够启动对付该状态的运动。

在一个示例性实施例中，传感器通信***包括感测状态并且将该状态纳入以通信协议格式化的消息中的传感器。传感器通信***包括与建筑结构相接触操作地联接到传感器的振动致动器。该振动致动器通过振型传送格式化的消息。该***包括检测振型的加速度计。操作地联接到加速度计的接收器根据振型对状态进行译解。

在另一示例性实施例中，一种在建筑结构内进行传感器通信的方法包括在传感器处接收指示状态的激励。该方法包括生成对该状态进行识别的消息、通过建筑结构以振型的方式来传送消息。该方法还包括用加速度计检测振型并且根据振型对消息进行译解以确定状态。

在另一示例性实施例中，传感器通信***包括传感器设备，该传感器设备具有通过建筑结构以振动的方式来传送感测到的状态的集成振动致动器。该***还包括桥设备，该桥设备具有检测振动的集成振动检测加速度计。关于桥设备的无线协议将振动转换为无线消息，并传送该无线消息。调节设备用于接收该无线消息，并根据无线消息确定感测到的状态。

图1示出了示例性传感器通信***的基本图示，其中该***的传感器102和集线器104组件使用通过建筑结构100传导的振动进行通信。图2示出了图1未示出的传感器102和集线器104的细节。一般性地参考图1和图2，诸如房屋之类的建筑结构100包括安装在结构100中的第一位置的传感器102和安装在结构100中的第二位置的集线器104。第一位置及第二位置能够为建筑100中的任意位置，图1中的传感器102和集线器104的图示不旨在限定传感器102和集线器104可能所处的位置。

传感器102能够是包括感测建筑结构100内和/或与其相关的一种状态或多种状态的传感元件103(图2)的任意类型传感器。例如，传感元件103能够包括诸如检测红外光辐射变化的无源红外传感元件之类的运动感测元件、以类似于运动感测元件的方式操作的占用或存在感测元件、光传感元件、温度传感元件、湿度传感元件、烟雾和/或火灾传感元件、一氧化碳传感元件、水灾和/或泄漏传感元件、邻近传感元件、感测门窗关闭的接触传感元件、玻璃破碎传感元件、能源消耗传感元件、声音或话筒传感元件、湿气传感元件及其组合等等。

如图1和图2所示，传感器102还包括振动致动器106和通信协议108。振动致动器106能够为适于根据通信协议108实现振型、并通过振动105在整个建筑结构100传送振型的任意致动器106。在图1中，振动105被示为源于传感器102而产生、从传感器102通过建筑结构朝集线器104发出(参见方向箭头101)。因此，尽管上面提到传感器102的位置能够在建筑结构100内或在建筑结构100上的任意地方，但将传感器102的振动致动器106布置为与结构100的固定和/或固体部件相接触或附于结构100的固定和/或固体部件，以便于作为振动105的振型传入或贯穿该建筑结构。结构100的固定和/或固体部件能够包括例如墙110、钉、案台、木制品或砖地板等。在一些示例中，在振动致动器106包括传感器102的内部部件的情况下，将传感器102本身布置为与结构100的固定和/或固体部件相接触或附于结构100的固定和/或固体部件。因此，如图1中的示例所示，传感器102附于结构100的墙110。然而，在振动致动器106以一些其它方式(诸如，通过线)联接到传感器的其它示例中，至少将振动致动器106布置为与结构100的固定和/或固体部件相接触或附于固定和/或固体部件，尽管传感器102可能不与结构100的固定和/或固体部件相接触或附于固定和/或固体部件。

通信协议108能够包括适于对传感器消息进行编码或格式化的任意协议，包括诸如紫蜂协议、Z－wave、WiFi协议和蓝牙协议之类的无线协议或诸如莫尔斯电码或未知协议之类的其它协议。

如图2所示，传感器102也能包含处理器或微处理器112和存储器114。通信协议108可以包括在存储器114中存储的可由微控制器112运行以执行特定传感器功能的指令。例如，通信协议108能够包括可执行为对消息116中的信息进行编码的指令。通过通信协议108编码到消息116的信息能够包括例如传感器102的传感元件103所感测的状态和传感器102的唯一标识符115。唯一ID115能够包括与实现通信协议108的通信芯片集相关联的唯一标识符。在不同的示例中，唯一ID115可以包括MAC地址(媒体访问控制地址)、IMEI(国际移动设备识别码)ID、IMS(国际移动用户)ID或包括例如识别传感器102的信息的一些组合的其它唯一标识符。

存储器114能够包括易失性及非易失性存储器组件两者，包括提供机器可读、编码的编程指令、数据结构、程序指令模块、应用和诸如通信协议108和传感器消息114之类的其它数据的存储的非暂时性机器可读(例如计算机/处理器可读)介质。

集线器104包括用于从传感器102接收消息116的接收器。在一些示例中，如下面关于图3所讨论的。集线器104包括将消息116的形式从物理振动形式转换为无线协议117形式或有线协议119形式的桥。一般而言，无线协议117形式或有线协议119形式将取决于调节设备126(图3)是否硬线或无线地联接到桥设备124。

集线器104包括起到振动检测器作用的加速度计118。加速度计118能够检测以振动105的形式从传感器102通过建筑结构110传送的消息116。加速度计118可以包括例如在单个单片集成电路(IC)上可获得的微型电子机械***(MEMS)设备。此类设备近来的进步使得能够将它们用于加速度及倾斜度测量、振动控制、以及开关应用。在一些示例中，信号调节电路(未示出)可以用于提供振动的过滤。将加速度计118布置为与结构100的固定部件和/或固体部件相接触或附于结构100的固定部件和/或固体部件，以有助于检测透过建筑结构100传送的振动。如上所述，结构100的固定和/或固体部件能够包括例如墙110、钉、案台、木制品或砖地板等。在一些示例中，在加速度计118包括接收器集线器104的内部部件的情况下，将接收器集线器104本身布置为与结构100的固定和/或固体部件相接触或附于结构100的固定和/或固体部件。因此，如图1中的示例所示，集线器104附于结构100的墙110。然而，在加速度计118以一些其它形式(诸如，通过线)联接到集线器104的情况下，至少将加速度计118布置为与结构100的固定和/或固体部件相接触或附于结构100的固定和/或固体部件，尽管集线器104可能不附于结构100的固定和/或固体部件。

一检测到消息振动105，接收器集线器104就能实现通信协议108以对消息116进行译解。通信协议108可以包括存储器120中存储的可由微控制器122执行以确定来自消息116的信息的指令，该信息包括之前传感器102所感测到的状态和传感器102的唯一ID。存储器120能够包括易失性存储器组件及非易失性存储器组件两者，包括提供机器可读、编码的编程指令、数据结构、程序指令模块、应用和诸如通信协议108和传感器消息116之类的其它数据的存储的非暂时性机器可读(例如计算机/处理器可读)介质。

如上所述，在一些示例中，集线器104包括能够将消息116的形式从物理振动形式转换为无线协议117形式或有线协议119形式的桥。在一些示例中，传感器通信***包括集线器104和分离的桥设备124两者，如图3所示。无论在哪种情况下，桥设备124都将消息116从它被传送的形式(例如振动105)桥接到另一***设备所用的不同形式。在图3所示的示例中，调节设备126为不通过由建筑结构100传送的振动而进行通信的无线117或有线119设备。也就是说，它不使用加速度计118，也不检测消息振动105。相反，调节设备126通过诸如紫蜂协议、Z－wave、蓝牙协议和Wi－Fi之类的无线协议或有线协议119进行通信。因此，桥设备124或作为桥设备(在一些示例中的)操作的集线器104通过用加速度计118检测来自传感器102的消息振型105来接收消息116。桥设备124将消息116从振型形式转换为无线协议117形式或有线协议119形式，并无线地或在线119上传送消息116。将消息116由振型转换为无线或有线协议形式使得无线调节设备126能够接收消息116并确定传感器102所感测到的状态。调节设备126接着能够采取应对该状态的运动。此类运动的示例可能为在传感器102感测到高温状态情况下，温度调节设备126给建筑结构100内的房间增大冷空气流。

上面关于图1-3的讨论主要聚焦于从传感器102到集线器104的单向振动通信。然而，如图4所示，振动通信还能从集线器104发出，并在传感器102处被检测到。在图4中，振动105被示为源于集线器104而产生，并从集线器104通过建筑结构100朝传感器102发出。因此，在图4中，集线器104被示为包括振动致动器106和通信协议108，以使得振动致动器106能够根据通信协议108实现振型，并通过建筑结构100传送到诸如传感器100之类的设备。从集线器104到传感器102的振动的消息能够包括确认集线器104已从传感器102接收到消息的确认消息。从集线器104发出的其它消息能够包括例如请求传感器的状态以确定传感器是否保持功能的消息。一般而言，传感器102和集线器之间、或贯穿建筑结构100的其它设备之间的双向振动通信意指振动通信中涉及的各设备将包括用于生成振型的振动致动器106和用于检测振型的加速度计118两者。

图5和图6分别示出了图示在传感器通信***中通信的示例性方法500和600。方法500和600与上面关于图1-4所讨论的实例相关联，能在此类示例的相关讨论中找到图500和600所示的操作细节。方法500和600的操作可以实施为存储在诸如图2所示的诸如存储器114和存储器120之类的非暂时性机器可读(例如计算机/处理器可读)介质上的编程指令。在一些示例中，能够通过读取并执行分别存储在存储器114和120中的编程指令，由诸如图2的处理器112和处理器122之类的处理器完成对方法500和600的操作的实现。在一些示例中，能够单独使用ASIC(未示出)和/或其它硬件组件或结合使用处理器112和122可执行的编程指令来实现对方法500和600的操作的实施。

方法500和600可以包括多于一个的实施例，方法500和600的不同实施例可能不会使用图5和图6的流程图中给出的每个操作。因此，尽管在流程图内以特定次序给出方法500和600的操作，但它们给出的次序不旨在是关于实际上可以实现操作的次序、或关于是否可以实现所有操作的限制。例如，方法500的一个实施例可以通过执行若干初始操作来实现，而不是执行一些随后的操作，而方法600的另一实施例可以通过执行全部操作来实现。

现在参考图5的流程图，在传感器通信***中通信的示例性方法500在框502开始，在传感器处接收指示状态的激励。该状态可以是诸如温度之类的任意的感测到的状态。如框504所示，方法500继续，生成识别状态的传感器消息。该传感器消息接着可以通过建筑结构以振型的方式进行传送，如框506所示。如框508所示，方法500能够继续，接收通过建筑结构振动的确认消息。

现在参考图6的流程图，在传感器通信***中通信的另一示例性方法600在框602开始，在指示状态的传感器处接收激励。方法600在框604继续，生成识别状态的传感器消息。如框606所示，传感器消息接着能通过建筑结构以振型的方式来传送。如框608所示，接收通过建筑结构振动的确认消息。在一些示例中，接收确认消息包括在传感器处使用加速度计来检测到第二振型，并根据第二振型对确认消息进行译解。

如框610所示，在一些示例中，生成传感器消息包括根据通信协议将传感器消息格式化。如框612所示，在一些示例中，对传感器消息进行译解包括基于通信协议对格式化传感器消息进行译解，并根据通信协议来确定格式化传感器消息中所包含的唯一传感器标识符。

Claims (14)

1.一种传感器通信***，包括：

传感器，用于感测状态，并将所述状态纳入以通信协议格式化的消息中；

被布置为与建筑结构相接触并且操作地联接到所述传感器的振动致动器，所述振动致动器用于通过所述建筑结构将所述格式化的消息作为振型进行传送；

加速度计，用于检测所述振型；以及

操作地联接到所述加速度计的接收器集线器，以根据所述振型对所述状态进行译解；

其中，所述接收器集线器存储并且执行所述通信协议以及无线协议或有线协议，所述无线协议或有线协议用于将所述振型转换为无线协议形式或有线协议形式，以使得调节设备能够接收所述消息。

2.根据权利要求1所述的传感器通信***，其中，所述加速度计被布置为与所述建筑结构相接触。

3.根据权利要求1所述的传感器通信***，其中，所述传感器包括选自由以下项构成的组中的传感元件：烟雾传感元件、一氧化碳传感元件、窗户传感元件、门传感元件、湿气传感元件、温度传感元件、运动传感元件、光传感元件、风传感元件、及其组合。

4.根据权利要求1所述的传感器通信***，其中所述通信协议从由以下项构成的组中选择：紫蜂协议、Z-wave协议、WiFi协议、蓝牙协议、Insteon协议、Itron协议、RadioRA2协议、和莫尔斯电码。

5.根据权利要求1所述的传感器通信***，进一步包括：

与所述建筑结构相接触并且操作地联接到所述接收器集线器的第二振动致动器，所述第二振动致动器用于通过所述建筑结构将接收信息的确认作为振型进行传送。

6.根据权利要求1所述的传感器通信***，其中，所述接收器集线器包括桥，所述***进一步包括：

在所述桥上可执行的无线协议，用于将所述消息格式化为无线协议消息、并且传送所述无线协议消息；

并且其中，所述调节设备是无线调节设备，用于接收所述无线协议消息、根据所述消息确定由所述传感器感测到的所述状态、并且启动对所述状态的响应。

7.根据权利要求1所述的传感器通信***，其中，所述加速度计包括：在单个单片集成电路上形成的微型电子机械***设备。

8.一种非暂时性机器可读存储介质，所述介质存储用于在传感器通信***中通信的指令，当由所述***的处理器执行时，所述指令使得所述***：

在传感器处接收指示状态的激励；

生成识别所述状态的传感器消息，其中所述传感器消息根据通信协议被格式化；

通过建筑结构以振型的方式传送所述传感器消息，其中所述传感器消息要被存储和执行所述通信协议的接收器集线器检测；

利用存储在所述接收器集线器中并且由所述接收器集线器执行的无线协议或有线协议将所述振型转换为无线协议形式或有线协议形式，以使得调节设备能够接收所述消息；并且

接收通过所述建筑结构振动的确认消息。

9.根据权利要求8所述的存储介质，所述指令进一步使得所述***：

利用加速度计检测所述振型；并且

根据所述振型对所述传感器消息进行译解，以确定所述状态。

10.根据权利要求8所述的存储介质，其中，接收确认消息包括：

在所述传感器处利用加速度计检测第二振型；并且

根据所述第二振型，对所述确认消息进行译解。

11.根据权利要求9所述的存储介质，其中，对所述传感器消息进行译解包括：

基于所述通信协议，对格式化后的传感器消息进行译解；并且

根据所述通信协议，确定所述格式化后的传感器消息中所包含的唯一传感器标识符。

12.一种传感器通信***，包括：

具有集成振动致动器的传感器设备，用于通过建筑结构以振动的方式传送感测到的以通信协议格式化的状态；

具有集成振动检测加速度计的桥设备，用于检测所述振动，其中所述桥设备存储并且执行所述通信协议以译解检测到的所述振动；

存储在所述桥设备上并且由所述桥设备执行的无线协议，用于将被译解的所述振动转换为无线消息并且传送所述无线消息以使得调节设备能够接收所述消息；

其中所述调节设备用于根据所述无线消息确定感测到的所述状态。

13.根据权利要求12所述的传感器通信***，其中：

所述传感器设备包括通信协议，用于将消息进行格式化以包含感测到的状态和所述传感器的唯一标识符；并且

所述桥设备包括所述通信协议，用于根据所述格式化后的消息确定所述感测到的状态和所述唯一标识符。

14.根据权利要求13所述的传感器通信***，进一步包括：

集线器，具有：用于检测所述振动的集成振动检测加速度计，以及用于根据所述格式化后的消息确定所述感测到的状态和所述唯一标识符的通信协议。

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