具有远程传感器节点和集中数据处理的分布式传感器系统的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]空气质量是相对于人的需要或目的的要求的空气状况的度量。室外空气质量监测被执行以测量空气中污染物水平，以便检测潜在的有害空气污染。室外空气质量监测通常使用在各种物理位置的监测站装置来实现。这些监测站测量空气中存在的污染物，例如一氧化碳、臭氧、颗粒物、二氧化硫(S02)和二氧化碳(C02)。由于在封闭空间(例如家庭、学校或工作场所)中的空气也可能被污染，室内空气质量监测正成为关注的问题。常规的空气质量监测器价格昂贵并且需要复杂的校准过程以确保准确的功能。
【附图说明】
[0002]本发明的各种实施例在下面的【具体实施方式】和附图中公开。
[0003]图1是示出了用于测量环境中的空气质量的分布式传感器系统的实施例的系统图。
[0004]图2示出了本发明实施例中的基本单元的无遮蔽透视图。
[0005]图3示出了本发明实施例中的基本单元的功能框图。
[0006]图4示出了本发明实施例中的校准数据表的组成。
[0007]图5是示出了本发明实施例中的集中后端校准方法的流程图。
[0008]图6是示出了本发明实施例中的原位校准方法的流程图。
[0009]图7是示出了本发明实施例中的串行连接的原位校准方法的流程图。
[0010]图8示出了本发明实施例中的校准数据表的组成。
【具体实施方式】
[0011]本发明可以用很多方法来实现，包括作为过程、装置、系统、组合物、包含在计算机可读存储介质上的计算机程序产品、和/或处理器，例如配置成执行存储在存储器上的指令和/或由存储器提供的指令的处理器，所述存储器耦合到处理器。在本说明书中，这些实现，或本发明可以采用的任何其他形式，可以被称为技术。在一般情况下，在本发明的范围内所公开过程的步骤顺序可以改变。除非另有说明，被描述为配置成执行任务的诸如处理器或存储器的部件，其可以被实现为临时配置成在给定时间执行任务的通用部件或被制造以执行任务的特定部件。如本文中所使用的，术语“处理器”指的是一个或多个装置、电路、和/或配置成处理数据(例如，计算机程序指令)的处理内核。
[0012]下面提供了本发明的一个或多个实施例的详细描述，连同示出了本发明的原理的附图。与这样的实施相联系描述了本发明，但是本发明并不限于任何实施例。本发明的范围仅通过权利要求限定，并且本发明包含很多备选方案、修改和等效物。在下面描述中阐述了很多具体细节，以便提供对本发明的投诚的理解。为了示例的目的提供这些细节，并且本发明可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下根据权利要求而实施。为了清楚的目的，与本发明相关的本技术领域中已知的技术材料未被详细描述，使得不会不必要地模糊本发明。
[0013]图1是示出了用于测量环境中空气质量的分布式传感器系统的实施例的系统图。参照图1，分布式传感器系统100包括一组在空间上分布的基本单元120，也被称为“传感器节点”或“节点”，配置成从环境获得测量。在图1中，示出了传感器节点A到C(120A到120C)。在系统100中的传感器节点可以被部署在室内位置或室外位置或两者中用于监测局部空气质量。在一些实施例中，一组传感器节点策略上被部署在位置中以获得充足量的测量来评估在位置中的空气质量。例如，在一个实施例中，一组传感器节点在空间上分散在建筑物中，例如工作场所或工厂，以监测建筑物中的空气质量。
[0014]每个基本单元120包括一个或多个传感器模块(S#)以及在其中结合了收发器的控制器(CTR)。传感器模块S#结合了用于检测特定空气质量参数的传感器。传感器模块可以包括用于感测不同空气质量参数的不同类型的传感器。部署在装置中的一组基本单元120可以配置有相同传感器类型的传感器模块。例如，节点A，B和C全都包括传感器模块S1和S2。部署在装置中的一组基本单元120还可以配置有不同传感器类型的传感器模块。例如，节点B和C包括传感器模块S3而节点A不包括。如下面将更详细描述的，在本发明的分布式传感器系统中的基本单元120的一个显著特征是，基本单元可配置成允许结合任何期望类型的传感器，用于测量期望的环境参数。
[0015]基本单元120中的每个包括收发器，以通过数据网络110与中央服务器102进行通信。基本单元120可以采用有线通信，例如以太网，或者无线通信，例如射频(RF)、WiF1、ZigBee或其他低功率短程无线通信协议。控制器CTR控制基本单元的感测和通信功能。
[0016]中央服务器102包括数据处理器104、校准数据数据库106、以及传感器数据数据库108。中央服务器102将经由数据网络110从基本单元120接收的原始传感器数据存储在传感器数据数据库108中。数据处理器104配置成使用存储在校准数据库106中的校准数据来处理所述原始传感器数据以生成校准的传感器数据，然后校准的传感器数据可以用于评估其中部署有传感器节点120的装置处的空气质量。校准的传感器数据还可以存储在传感器数据数据库108中。校准的传感器数据，以及原始传感器数据，可以通过一个或多个应用程序编程接口(API)访问，以允许用户监测由分布式传感器系统100获得的空气质量测量。
[0017]本发明的分布式传感器系统的另一个显著特征是，每个传感器模块将原始传感器数据提供到中央服务器以被存储和处理。在本说明书中，原始传感器数据指的是没有基于生成传感器数据的特定传感器的性能特性而修改或校准的传感器数据。大多数传感器具有一定量的随时间变化的非线性特性，并且传感器需要对随着时间变化的非线性或性能漂移进行校准。通常，当传感器在环境中使用时，传感器可以具有随着时间漂移的增益或偏移。常规传感器通常定期校准，例如每年，同时传感器的校准数据(例如增益校正值和偏移校正值)存储在传感器自身中，并且当传感器数据正由传感器生成时使用校准数据对传感器数据进行修改。在常规传感器中，当传感器的特性在下一个校准更新之前随着时间漂移时，对于那个传感器校准数据可能不再准确。然而，传感器将继续使用不准确的校准数据来校准或修改传感器数据。因此，常规传感器可能最终生成具有嵌入式校准误差的传感器数据，并且传感器数据被永久性损坏。在本发明的实施例中，分布式传感器系统100实现集中后端校准方法，其中基本单元120向中央处理器102报告还没有被修改的原始传感器数据。原始传感器数据的校准在中央处理器102处执行以使用存储在中央服务器处的校准数据生成校准的传感器数据。原始传感器数据的可用性允许中央服务器使用更新或校正的校准数据生成校准的传感器数据，以便传感器测量的精度可以得到保证。更重要的是，当传感器的校准数据稍后被发现是不精确的并且新的校准数据被生成时，中央服务器可以通过检索那个传感器的原始传感器数据以及使用更新的校准数据再次校准原始传感器数据来重新生成校准的传感器数据。以这种方式，如果使用的校准数据被发现是不精确的，则历史传感器数据可以被校正。在常规传感器中历史传感器数据的校正是不可能的，因为在传感器处做了校准并且原始传感器数据通常是不可用的。下面将更详细地描述本发明的分布式传感器系统中的集中后端校准方法。
[0018]在图1中，校准数据和传感器数据被示出为存储在两个数据库中。两个数据库可以是两个物理数据库或两个逻辑数据库。两个数据库的精确配置对于本发明的实施不是很重要。校准数据和传感器数据的存储可以在一个物理数据存储或多个物理数据存储中进行。
[0019]图2示出了本发明的实施例中的基本单元的无遮蔽透视图。参照图2，基本单元120，或传感器节点120，被密封在外壳130中，所述外壳具有形成在其上的通风口 136，其使空气能够扩散或使空气能够流入外壳以到达容纳在其中的传感器。在大多数实施例中，基本单元120被外壳130完全地密封。在本图解中，外壳130的顶部被省略以示出基本单元的内部结构。基本单元120包括印刷电路板132，在其上形成控制器180。控制器180可以包括形成在印刷电路板132上的一个或多个集成电路。例如，控制器180可以包括用于支持基本单元的操作的处理器集成电路和存储器集成电路。控制器180还可以包括收发器电路以使基本单元能够与数据网路通信。控制器180可以配置成提供与数据网络的有线通信或无线通信。为了支持有线通信，基本单元120可以包括数据端口、例如USB端口 137和以太网端口 138，以通过有线连接连接到数据网络。如下面将更详细解释的，USB端口 137还可以用于将两个或更多个基本单元串行连接在一起，例如为了校准目的。为了支持无线通信，基本单元120可以包括天线(未示出)。
[0020]在本发明的实施例中，基本单元120在其中结合了一个或多个传感器模块140。每个传感器模块140包括用于感测给定的空气质量参数的特定