用于确定便携式电子装置的传感器精度的系统和方法

用于确定便携式电子装置的传感器精度的系统和方法
【专利摘要】本公开涉及用于确定便携式电子装置的传感器精度的系统和方法。提供了一种便携式电子装置，该便携式电子装置具有：一个或更多个诸如温度或湿度传感器的用于测量环境参数的集成环境传感器；用于显示参数或相关信息并被装置的其它元件共享的显示器；和接收与装置的内部或外部状态有关的输入并且响应输入产生环境参数测量的精度量度的系统。
【专利说明】用于确定便携式电子装置的传感器精度的系统和方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于确定便携式电子装置中的传感器精度的系统和方法，并涉及结合 有这种系统的便携式电子装置。

【背景技术】
[0002] 集成到便携式电子装置中、特别是集成到考虑中的非专门针对操作传感器的唯一 用途而设计的装置中的传感器面临与传感器测量精度有关的非常具体的问题。以主要被 设计为使得能够在公共或私人无线网络上实现语音或数据通信的移动通信装置为例，很显 然，这种装置不能以与特定用途装置相同的方式对于它可容纳的多个传感器中的任一个被 优化。这种装置需要附加的手段以确保在广泛的各种状况下实现精确的测量，并非所有这 些状况都可被制造商规定或者甚至预测。
[0003] 并且，有时，不仅向便携式装置的用户提供传感器读数而且提供读数精度的量度 (measure)被视为便携式电子装置中的传感器的有用的元素。
[0004] 另一方面，将提供装置周围环境的量度的诸如温度或湿度传感器的环境条件传感 器集成到诸如移动电话的便携式装置中是已知的。
[0005] 鉴于以上的情况，本发明的一个目的是改进便携式电子装置中的诸如湿度或温度 传感器的环境条件传感器和用于使用这种传感器的方法。


【发明内容】

[0006] 根据本发明的一个方面，提供一种便携式电子装置，该便携式电子装置具有：一个 或更多个诸如温度或湿度传感器的集成的环境条件传感器，用于测量表征便携式装置的周 围环境的参数(诸如湿度或温度);显示器，用于显示与所测量的参数(诸如温度读数)相关的 信息并且被装置的其它元件共享；以及系统，接收与装置的内部或外部状态有关的输入并 且响应该输入产生代表测量精度的精度量度（accuracy measure)。
[0007] 环境条件传感器优选是如下这样的传感器，在该传感器中，传感器部件与模拟和 数字信号处理电路集成在共享的CMOS型硅基板上。
[0008] 例如，与装置的内部或外部状态有关的输入可包含代表所测量的环境参数(诸如 通过温度传感器测量的温度或通过湿度传感器测量的湿度）的大小的变化的信号或从这样 的变化导出的信号、代表装置的内部部件的使用或负载的变化或装置的位置、移动或取向 的变化的信号或这些信号的任何组合。代表通过温度或湿度传感器测量的温度或湿度的变 化的信号也可包含从补偿系统导出的信号，该补偿系统被设计为减小通过集成传感器测量 的温度或湿度与要通过测量确定的实际环境温度或湿度之间的差。
[0009] 精度量度可以是可容易地变换成可通过使用被共享的显示器显示的形式的定量 或定性指示符。精度量度可被变换成匹配由装置的通用操作系统提供的分类或索引系统的 信号串，或者可被变换成向用户指示不能执行通过传感器的测量的消息、指示尝试更精确 的读取或者提供用于重复测量的指令的保持消息。
[0010] 便携式电子装置可以是移动电话、手提计算机、电子阅读器、平板计算机、游戏控 制器、指向装置、照片或视频照相机、数字音乐播放器、手表、密钥卡、耳机、数字相框和计算 机外设。
[0011] 在从属权利要求中以及在以下的描述中列出其它有利的实施例。所描述的实施例 类似地与装置、方法和任何计算机程序元件有关。尽管可能没有被详细描述，但是从实施例 的不同组合可出现协同效果。
[0012] 此外，应当注意，本发明的与方法有关的所有实施例可按所描述的步骤的次序被 实施。然而，这不必须是仅有的必要的步骤次序，而技术可行的方法步骤的所有不同的次序 应被包含于权利要求的范围中，并且由方法权利要求公开。

【专利附图】

【附图说明】
[0013] 参照附图详细描述本发明的例子，其中，
[0014] 图1A是便携式电子装置的透视图；
[0015] 图1B是图1A的装置的外壳的一部分内的示意图；
[0016] 图2是根据本发明的例子的便携式装置的部件的框图；
[0017] 图3A示出说明本发明的例子的框图；
[0018] 图3B和图3C示出对于本发明的例子的输入参数的不同例子。

【具体实施方式】
[0019] 图1A的装置是诸如移动电话的便携式电子装置。移动电话的外壳10包含正面， 该正面具有屏幕101和诸如按钮102的元件以使得用户与电话交互作用。在正面还示出用 于扬声器的开口 103。其它的开口 104、105位于外壳10的下侧壁。在这些开口后面安装诸 如麦克风和扬声器的部件是公知的。电话以公知的方式包括一个或两个照相机106、诸如位 置传感器或GPS的内部附加传感器(未示出）以及加速度和取向传感器。
[0020] 另一开口 107位于下侧壁上。如图1B所示，开口 107与穿过外壳的内部的管状导 管11链接。温度传感器12和湿度传感器13两者沿着导管11被安装，使得该两个传感器 的灵敏区域通过开口 107暴露于环境空气。适当的传感器是例如可在商业上按照商标名称 SHTC1或STS21 (作为仅温度传感器）从Sensirion? AG得到的。导管11的实际尺寸和形 状依赖于可用的体积，并且温度传感器12和湿度传感器13的性质可改变，但是给定便携式 电子装置的物理约束，开口的面积典型地处于小于l〇mm 2的范围内，并且，在本例子中，实际 大致小于3. 1mm2。
[0021] 图2示出便携式装置的最重要的部件的框图。特别地，该装置包括集成作为CMOS 基板211的一部分的温度传感器21，该CMOS基板211具有用以控制传感器的基本读出和基 本功能的CMOS电路。例如，CMOS电路可包含用于接通或关断传感器及其加热器的驱动器 以及A/D转换器和放大器和用于在I2C总线22上交换数据的I2C总线控制器。I2C总线 连接传感器与传感器集线器23。另一湿度传感器24也与I2C总线22链接。传感器集线 器23提供控制和处理单元，该控制和处理单元用于基于分别送向或取自芯片上CMOS电路 的信号的温度传感器21的更复杂的控制和读出功能。传感器集线器23还控制诸如GPS、磁 力计和加速计等的其它的辅助传感器。
[0022] 也可通过便携式装置的中央处理单元（CPU) 25执行其它的控制和读出功能，该 CPU25继而可以对存储器26进行读取/写入访问，该存储器26可包含在本领域中已知的静 态或易失性存储器或者两者。存储器26典型地存储装置的操作系统，并且也可用于存储专 用于便携式装置的传感器的操作的应用程序。被存储并由CPU25执行的传感器专用程序和 程序库以及传感器集线器所执行的功能形成温度和湿度处理单元，该温度和湿度处理单元 能够将传感器的测量变换成可显示或者以其它方式传送到便携式装置的用户的结果。
[0023] 存储器26也可被用于存储用于补偿器的可执行代码，该补偿器用于校正通过温 度传感器直接测量的温度或湿度，以补偿电话内部或外部的周围环境对传感器的影响。这 种补偿器典型地包括考虑了装置内的元件的热源、热容量和热传导、其外壳和其它因素的 模型的表示。基于该模型和与元件的当前状态有关的测量，所测量的温度值在被显示之前 被校正。
[0024] 在本例子中，CPU25和存储器26以可执行代码的形式包含并执行传感器精度指示 器的功能。在后面通过使用作为环境条件传感器和环境参数的温度传感器和测量的例子参 照图3更详细地描述传感器精度指示器的功能。
[0025] 除了上述的特定传感器以外，CPU也与一个或更多个传感器(例如为照相机271或 麦克风272,也被示为图1的照相机106和麦克风104)连接。如例子中所示，诸如位置、力口 速度和取向传感器的其它传感器273可由传感器集线器23控制。传感器271、272分别通 过使用它们自身的接口单元274、275与CPU通信，这些接口单元典型地与温度传感器21完 全独立地操作。
[0026] 装置还包括公知的输入/输出单元281 (诸如触摸灵敏显示器、虚拟或物理键盘和 姿势跟踪装置等)。所示的便携式装置具有包括在本领域中公知的天线、驱动器电路以及编 码和解码单元的电信电路282。通过使用这种电信电路，装置可与所示的远程位置29以及 公共语音和数据网络连接。
[0027] 图3的示图示出温度精度指示器的要素。虽然在本例子中以可执行代码的形式被 实现，但系统的功能要素可被以软件、固件或硬件的其它已知的形式实现。还应注意，因此， 要素和它们各自的实现中的一些或全部也可实现为被编程的专用微处理器。
[0028] -般而言，在图3A所示的本例子中，温度精度指示器将与温度测量有关的一个或 更多个参数P1…Pn取为输入31。从这些参数，导出一个或更多个这些参数P1…Pn的变化 率Λ Pi/ Λ t或变化速度的量度32。该变化率被变换成精度量度33或T. A.。变换可利用 向参数Pi或者向参数变化率分配权重Wi的相关矩阵（relevance matrix) 34。相关矩阵 反映关于任何特定的参数或其变化对温度测量的精度的影响的现有知识。
[0029] 精度测量33的结果T. A.又可被转变成可容易地在装置显示器上显示的形式35。
[0030] 典型地，计算是多变量问题，其中，精度同时根据多个参数Pi，确定变化率的时间 t和反映各参数对精度的贡献的权重Wi被测量。为了显示，精度量度的计算结果典型地需 要进一步变换成规格化数值范围(例如1?10)、条形图、颜色代码(例如为绿色到红色）或 适于显示的这样的形式的组合。
[0031] 影响温度传感器的精度的参数的可能的数量大，并且包括在温度突然变化时可导 致不精确的传感器内部的参数(诸如其热惯性或等待时间)。
[0032] 影响温度测量的另一组参数是装置及其操作内部的参数。例如，这些参数可代表 由诸如CPU、显示器、无线电、照相机、扬声器、闪光灯、GPS、电池的(放电)充电等的内部热源 导致的温度变化。可典型地从装置的操作系统获得与这些内部部件的操作有关的参数。
[0033] 第三组参数是装置外部的参数，诸如代表由其操控（handling)、其位置以及对于 环境的暴露导致的不精确的参数。只要可从装置的温度或其它传感器和部件获得与这些参 数有关的信息，它们就可被参数化并包含于以上的处理中。参数化常常可包含用于将来自 传感器和其它部件传感器的读数转变成与温度测量的精度有关的参数的模型。作为例子， 电话中的亮度传感器可被用于检测可能导致测量的温度偏离实际环境温度的装置上的直 接太阳光的存在。
[0034] 在图3B和图3C中分别通过使用温度传感器内部的参数自身（即温度测量自身)和 代表内部部件的参数(即CPU负载）的例子示出可被处理的参数。
[0035] 在图3C中，代表集成到装置中的温度传感器的测量的温度曲线41示出从温度T0 到温度T1的温度变化。两个温度之间的差值是ΛΤ。可在反映跳变（jump)越大则温度读 数越不精确(至少暂时地，直到装置重新达到稳态）的观察的精度计算中使用该变化的绝对 值。在为了简化而忽略任何其它的参数的情况下，差值ΛΤ可乘以权重Wt并被变换成精度 量度。
[0036] 类似地，变化发生的速率Λ T/At可被用作温度测量精度的量度。变化率可例如 被设定为与温度测量的精度T. A成比例，从而导致诸如T. A. = Wt* Λ Τ/ Λ t的关系(还是在 简化的情况下)，这里，权重Wt取为比例常数。通过使用数个参数，可例如通过这些项的和 来计算精度Τ. A.。
[0037] 虽然可如上所述从传感器或传感器集线器直接取得温度测量，但常常可通过对于 操作系统的stat文件或例程的调用取得与装置的其它部件关联的参数。
[0038] 在图3C的例子中示出总CPU负载的使用。在例子中，表示为总负载的百分比的CPU 负载从20%跳至80%。CPU负载的增加在电话中产生热尖峰，使得温度测量较不精确。在通 过这种跳动对测量精度影响多大进行测试或者模型化并基于其定义权重W%之后，可以定 义与温度跳变的情况中的关系类似的关系，即，T. A. = W%* Λ %/ Λ t。
[0039] 诸如电话的无线电部件或显示器的其它元件上的负载或使用可被使用，并且它们 对精度(缺乏)的贡献可被以类似的方式处理。还能够使用与装置的其它部件关联的参数的 绝对值作为输入。由此，CPU的80%的负载水平可被变换成精度量度，并且20%的负载被变 换成不同的精度量度。典型地，发现这种部件上的负载越高，则环境传感器测量结果的精度 越低。例如，可通过使用负载保持为给定的水平的持续时间来提炼（refine)这些可能的输 入。
[0040] 在通过诸如电话上的直接太阳光的外部状态可对温度测量影响多大进行测试或 模型化之后，它们对精度τ. A的计算的贡献可被以类似的方式处理。但应注意，电话的外部 状态的这种模型化比内部部件的负载测量更复杂，并可涉及数个传感器或数据的组合。例 如，太阳光的影响可依赖于电话的位置及时间，以获得关于太阳位置和强度的更精确的量 度。例如，也可使用外部状态以检测便携式装置是保持在口袋中、保持在手中还是放置于表 面上。这些状态可与测量的不同的精度水平对应。
[0041] 模型以及加权因子Wi的精度在以上的处理步骤中的程度是计算的能力和希望的 精度的问题。还应注意，参数可以是瞬时的或经平均的参数，以排除例如具有远高于温度测 量的相关时间标度的频率的变量。
[0042] 在如上面概述的那样装置包括用于补偿温度测量以校正参数的有害影响的部件 的情况下，可以使用这种补偿器的输出以导出温度测量的精度的量度T.A.。通过使用例如 由温度传感器测量的温度的值与通过补偿器校正的温度的值之间的差值，精度可被限定为 与这种差值成正比。作为替代方案，可以使用该差值的时间变化或变化率。
[0043] 通过上述的处理或其它类似的处理获得的精度量度T.A.可被以各种方式使用。 例如，可将量度变换成面向用户的消息或面向装置自身的系统命令。例如，消息包括为数量 或条形图、颜色或其它符号的显示35。消息可使用典型地由装置的操作系统或其扩展提供 的系统调用、例程或库。在这种情况下，变换包含将T.A.值映射为所使用的特定的调用、例 程或库需要的格式。
[0044] 基于T.A.的值产生的消息也可包含面向用户的关于去除不精确的原因的指令 (诸如关断电话的同时运行的处理或者等待它们终止的消息)。其它的消息可包含诸如推荐 改变电话的操控或取向的指令或重复测量的请求。
[0045] 以上的例子中的许多例子等同地或者以修改的形式适用于诸如湿度的其它环境 传感器测量。例如，同样已知，湿度测量在其绝对值方面在较大的步幅的情况下比在较小 步幅的情况下更不精确。只要湿度测量R.H.包含用于确定其绝对值的温度测量，例如， R.H. =R.H. (T)，温度测量T.A.的任何不精确就以由函数关系R.H. (T)确定的量级与湿 度的不精确有关。
[〇〇46] 虽然示出和描述了本发明的当前优选的实施例，但应理解，本发明不限于此，而是 可按其它各种方式在以下的权利要求的范围内被体现或实施。
【权利要求】
1. 一种便携式电子装置，包括： 一个或更多个集成的环境条件传感器，用于测量环境参数； 显示器，用于显示所述参数或相关信息并被所述装置的其它元件共享；和 环境传感器精度系统，适于接收与所述装置的内部或外部状态有关的输入并且响应所 述输入产生代表环境测量精度的精度量度。
2. 根据权利要求1的装置，其中，与所述装置的内部或外部状态有关的输入包含与温 度传感器的测量有关的参数、与所述装置的其它元件的负载或使用有关的参数、与所述装 置的操控、位置、取向或移动有关的参数或这些参数的组合。
3. 根据权利要求1或2的装置，还包括存储器，该存储器存储限定各输入或一组输入对 精度量度的产生的相对贡献的函数或值的库，所述存储器能够与所述环境传感器精度系统 链接。
4. 根据前述权利要求中的任一项的装置，还包括转换器，该转换器用于将精度量度变 换成用于在显示器上显示的消息。
5. 根据权利要求4的装置，其中，所述转换器将精度量度映射成由所述装置的操作系 统提供的消息格式。
6. 根据前述权利要求中的任一项的装置，还包括补偿器，该补偿器用于校正环境传感 器测量，所述补偿器向所述环境传感器精度系统提供输入。
7. 根据前述权利要求中的任一项的装置，其中，环境条件传感器是温度和/或湿度传 感器。
8. 根据前述权利要求中的任一项的装置，其中，传感器的部件与模拟和数字信号处理 电路集成在共享的CMOS型硅基板上。
9. 根据前述权利要求中的任一项的便携式电子装置，其中，该便携式电子装置选自包 含以下方面的组： 移动电话； 手提计算机； 电子阅读器； 平板计算机； 游戏控制器； 指向装置； 照片或视频照相机； 数字音乐播放器； 手表； 密钥卡； 耳机； 数字相框；和 计算机外设。
10. -种用于确定集成到便携式电子装置中的传感器的精度的方法，该方法包括以下 步骤：通过使用一个或更多个集成的环境条件传感器测量环境参数，向所述装置中的环境 传感器精度系统提供与所述装置的内部或外部状态有关的输入，以及响应所述输入产生代 表环境参数测量精度的精度量度。
11. 根据权利要求10的方法，还包括将所述精度量度变换成用于在所述装置的显示器 上显示的消息的步骤。
12. 根据权利要求11的方法，其中，所述精度量度被映射成由所述装置的操作系统提 供的消息格式。
13. 根据权利要求10?12中的任一项的方法，其中，产生精度量度的步骤包含以限定 各输入或一组输入对精度量度的产生的相对贡献的权重对输入进行组合。
14. 根据权利要求10?13中的任一项的方法，其中，与所述装置的内部或外部状态有 关的输入包含用于校正环境条件传感器测量的补偿器所提供的输入。
15. 根据权利要求10?14中的任一项的方法，其中，环境参数包含温度和/或湿度。
【文档编号】G01D18/00GK104111088SQ201410156298
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年4月18日 优先权日:2013年4月18日
【发明者】D·尼德尔伯格, A·萨克蒂, D·波尼 申请人:盛思锐股份公司