本发明涉及电子设备，特别地但不排他地，涉及用于优化的传感器管理和用于低功率系统解决方案的升级处理的便携式电子设备。
背景技术
在期望传感器数据的系统中，一般存在接入到很多系统资源的主机或应用程序处理器，这些系统资源带有在功率要求方面的显著开销。
除了主机或应用程序处理器之外的单个处理器级的示例已经被使用，例如多核处理器或分离的“传感器中枢”架构。根据现有技术，图1示出了一个典型的传感器中枢架构。传感器中枢使用低功率微处理器来管理多个传感器以及多个步骤的处理，例如传感器控制和管理、测量数据的基础处理。传感器中枢为能够消耗合理的功率量的低功率微处理器。在图1的现有技术的布置中，由于所有处理由单个处理器执行，因此功率管理不是优化的。
技术实现要素：
本发明的实施方式使得不同资源对于不同等级的控制和处理可用。较高等级的处理一般能够实现由较低等级执行的动作，但是由于也涉及开销和资源，他们不能以较低处理等级能够达到的低功率执行所述处理。
气体感测的最常用的应用之一是“一直开启”对于可以被认为危险或另外触发警报条件的电平的监测。
其中，这些应用由电池供电(主电源或备用)，消耗的电力应当被保持在最小值以确保感测和启动警报的能力可以以最长时间被维持。
来自气体传感器的数据需要一些处理以确定正被监测的气体的存在或浓度。
本发明的实施方式涉及使用低功率处理，其可能减少(最小化)在检测过程中所需的功率并且这可以采用多处理解决方案的形式，每个具有不同处理等级的能力并且需要不同的功率量来进行处理；对于给定处理等级的最低功率解决方案在任何时候被选择。
这里公开了一种便携式电子设备，该设备包括电子部件，所述电子部件包括：一个或多个传感器、低功率状态机、比较器、低功率中央处理单元(cpu)以及高功率cpu。低功率状态机控制所述传感器而没有所述低功率cpu或所述高功率cpu的干预，以及所述比较器确定所述输出是高于预定限量还是低于预定限量，使得所述低功率cpu仅在所述预定限量和所述比较器的条件被满足的情况下进一步处理所述传感器输出，并且在上述过程中没有所述高功率cpu的干预，以及基于预配置的条件确定是否应该将所述低功率处理器进行的处理的输出值传递到所述高功率cpu。所述高功率cpu可以对由所述低功率cpu传递的值或数据进行进一步处理，其可以进一步处理所述数据或格式化以用于显示目的或生成警报作为用户输出。
应当理解的是，在以下各处描述中第一处理器指的是低功率微处理器以及第二处理器指的是应用程序或主机微处理器。还会理解的是，第一处理的传感器数据和第一预定阈值限量一直存储在比较器中；以及第二处理的传感器数据和第二预定阈值限量一直存储在所述第一处理器或所述低功率微处理器中。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于测量和分析来自至少一个传感器的输出信号的电子设备，该电子设备包括：
状态机，用于接收来自所述至少一个传感器的所述输出信号；
比较器，与所述状态机操作地耦合；以及
第一处理器，与所述比较器操作地耦合；
其中所述状态机被配置成接收来自所述至少一个传感器的所述输出信号以获得传感器测量数据并且被配置成将所获得的传感器测量数据传递给所述比较器；
其中所述比较器被配置成将所获得的传感器测量数据处理成第一处理的传感器数据，以及被配置成将所述第一处理的传感器数据与第一预定阈值限量进行比较；以及
其中所述比较器被配置成在所述第一处理的传感器数据超过所述第一预定阈值限量的情况下向所述第一处理器通知所获得的传感器测量数据。
此处，所述第一处理的传感器数据可以大于或小于所述第一预定阈值限量，以使得所述比较器向所述第一处理器通知(或报警)实际的传感器测量数据。
所述状态机可以包括低功率数字电路，其中动作序列由输入信息和低功率计时器控制。所述状态机可以被配置成提供所述电子设备的待机模式。所述状态机可以被配置成在存储器中存储所获得的传感器测量数据以用于处理。所述状态机可以被配置成在不需要所述第一处理器的干预的情况下，控制所获得的传感器测量数据。
所述比较器可以被配置成确定所获得的传感器测量数据和存储的传感器测量数据之间的差值以得出所述第一处理的传感器数据。可能的是，第一处理的传感器数据包括所获得的传感器测量数据的其他类型的数据分析。
所述存储的传感器测量数据以及所述第一预定阈值限量可以存储在所述比较器的存储器中。
所述存储的传感器测量数据可以包括之前测量的传感器数据或之前测量的传感器数据的均值。
所述第一预定阈值限量可以包括高阈值以及低阈值。
所述比较器可以被配置成在所获得的传感器测量数据高于所述存储的传感器测量数据多于所述高阈值的情况下通知所述第一处理器。
所述比较器可以被配置成在所获得的传感器测量数据小于所述存储的传感器测量数据少于所述低阈值的情况下通知所述第一处理器。
所述比较器可以被配置成将来自所述状态机的新的传感器测量数据添加到所述比较器的所述存储的传感器测量数据。
所述比较器可以被配置成将所获得的传感器测量数据传递给所述第一处理器。
所述比较器可以包括：比较数字符号的数字硬件块、或者比较模拟值的电路布置、或者数字和模拟电路的组合。
所述电子设备还可以包括：第二处理器，与所述第一处理器操作地耦合。
存储在所述比较器中的所述第一预定阈值限量可以由所述第一处理器和所述第二处理器中的任一者设置。
所述第一处理器可以被配置成通过对所获得的传感器测量数据执行一组计算将所获得的传感器测量数据处理成第二处理的传感器数据。
所述第一处理器可以被配置成将所述第二处理的传感器数据与第二预定阈值限量进行比较。所述第二预定阈值限量可以存储在所述第一处理器的存储器中。
所述第一处理器可以被配置成在所述第二处理的传感器数据超过所述第二预定阈值限量的情况下向所述第二处理器通知所述第二处理的传感器数据。
所述第一处理器可以被配置成在所述第二处理的传感器数据超过所述第二预定阈值限量的情况下将所述第二处理的传感器数据传递给所述第二处理器以用于进一步处理。
所述第二处理器可以被配置成格式化所述第二处理的传感器数据以用于向用户显示，或用于生成给所述用户的警报。
所述第二处理器可以被配置成比所述第一处理器消耗更多的功率。
所述第一处理器可以是低功率微处理器。所述第二处理器可以是被配置成执行高功率处理的应用程序处理器。所述应用程序处理器可以在便携式手持设备内。
根据本发明的一种实施方式，提供了一种电子组件，该电子组件包括：至少一个传感器；以及上述电子设备。
所述至少一个传感器可以是气体传感器，该气体传感器包括加热器、感测电极、以及在所述感测电极上形成的气体敏感层。
所述状态机可以被配置成在所述加热器间施加电压一预定时间并且被配置成在进一步的预定时间测量所述气体敏感层的电阻值。所述气体敏感层的电阻值可以是所述传感器测量数据。
所述比较器可以被配置成在所述电阻值与包括存储的电阻值的存储的传感器测量数据之间的差值超过所述第一预定阈值限量的情况下将所述电阻值从所述气体传感器传递给所述第一处理器。
所述第一处理器可以被配置成通过对所述气体传感器的所述电阻值执行一组计算将来自所述气体传感器的所述电阻值处理成气体浓度值。
所述第一处理器可以被配置成在所述第一处理器中的所述气体浓度值超过存储在所述第一处理器中的第二预定阈值限量的情况下将所述气体浓度值传递给所述第二处理器。
所述第二处理器可以被配置成格式化所述气体浓度值以用于向用户显示，或用于生成给所述用户的警报。
所述至少一个电子传感器可以是湿度传感器或压力传感器。
所述电子组件可以是包括在单个设备上的所述至少一个传感器和硅集成电路的集成设备。
所述电子组件可以包括在一个封装中的两个设备，其中一个设备是传感器以及另一个设备是硅集成电路。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于在电子设备中控制功率分配的方法，该电子设备包括：用于接收来自至少一个传感器的输出信号的状态机；与所述状态机操作地耦合的比较器；以及与所述比较器操作地耦合的第一处理器；
该方法包括：
在所述状态机处接收来自所述至少一个传感器的所述输出信号以获得传感器测量数据，
将所获得的传感器测量数据从所述状态机传递给所述比较器；
在所述比较器处将所获得的传感器测量数据处理成第一处理的传感器数据，
在所述比较器处将所述第一处理的传感器数据与第一预定阈值限量进行比较；以及
在所述第一处理的传感器数据超过所述第一预定阈值限量的情况下，向所述第一处理器通知所获得的传感器测量数据。
所述方法还可以包括在所述比较器处确定所获得的传感器测量数据和存储的传感器测量数据之间的差值以得出所述第一处理的传感器数据。
所述存储的传感器测量数据可以包括之前测量的传感器数据或之前测量的传感器数据的均值。
所述第一预定阈值限量可以包括高阈值以及低阈值。
所述方法还可以包括在所获得的传感器测量数据高于所述存储的传感器测量数据多于所述高阈值的情况下由所述比较器通知所述第一处理器。
所述方法还可以包括在所获得的传感器测量数据小于所述存储的传感器测量数据少于所述低阈值的情况下由所述比较器通知所述第一处理器。
所述方法还可以包括将所获得的传感器测量数据传递给所述第一处理器。
所述电子设备还可以包括第二处理器，与所述第一处理器操作地耦合。
所述方法还可以包括在所述第一处理器处通过对所获得的传感器测量数据执行一组计算将所获得的传感器测量数据处理成第二处理的传感器数据。
所述方法还可以包括在所述第一处理器处将所述第二处理的传感器数据与第二预定阈值限量进行比较。
所述方法还可以包括在所述第一处理器中的所述第二处理的传感器数据超过所述第二预定阈值限量的情况下将所述第二处理的传感器数据从所述第一处理器传递给所述第二处理器以用于进一步处理。
所述方法还可以包括在所述第二处理器处格式化所述第二处理的传感器数据以用于向用户显示，或用于生成给所述用户的警报。
附图说明
现在将仅以示例的形式并参考附图描述本发明的一些优选实施方式，其中：
图1示出了现有技术的传感器中枢架构；
图2示出了根据本发明的一种实施方式的电子设备的方框图；
图3示出了用于描述图2的状态机所执行的步骤的流程图；以及
图4示出了用于描述图2的比较器所执行的步骤的流程图。
具体实施方式
图2示出了根据本发明的一种实施方式的电子设备的方框图。该方框图还示出了该电子设备的功能性步骤。所述电子设备包括状态机120，其能够获得来自一个或多个传感器110的输出信号。所述电子设备还包括用于低级处理的比较器130以及低级处理微处理器(或第一处理器)140，两者都被耦合到另一者。所述电子设备还包括高级处理微处理器或主机或应用程序处理器(第二处理器)150，其操作地与所述低级处理微处理器140耦合。
应当认识到，所述电子设备可以是包括一个或多个传感器110和所述电子设备的电子组件的一部分。然后该电子组件可以是例如手机、平板电脑等的便携式设备的一部分。在其他实施方式中，该电子设备自身可以包括传感器110、状态机120、比较器130、低级处理器140以及高级处理器150。这些部件可以都集成在所述电子设备中。在其他实施方式中，电子设备或组件包括在一个封装中的两个设备，其中一个设备是传感器以及另一个设备是硅集成电路。
本发明的实施方式描述了方法，通过所述方法，低功率系统的电子设备可以具有使用适合于任务的最少资源的分级方式：
●使用简单的“序列发生器”或“状态机”120，其使用低功率计时器来控制输入和记录输出。这样的“序列发生器”或“状态机”120例如可以断定指定时间的加热器间的电压(或等效脉冲宽度调制电压)并且在指定时间测量偏置金属氧化物传感器元件间的电压，其使用计时器或计数器而不需要微处理器。
●使用可配置的比较器130来确定是否条件已经发生改变(例如测量结果的变化)并且做出这样的升级判断：该改变是否应该向微处理器生成报警和/或中断以用于进一步处理或确认。这种比较器130例如可以确定最近的测量(例如，偏置金属氧化物传感器元件间的电压)是显著大于还是小于之前的测量(或存储在比较器中的测量)。该差值可能通过对多个测量进行平均而设置，以防止因测量不精确或微小的改变而触发所述报警和/或中断。如果最近的测量值与存储的测量值之间的差值(或第一处理的传感器数据)显著多于预定或预配置的高阈值限量(第一阈值限量)或者显著少于预定低阈值(第一阈值限量)，则所述比较器130至少向所述低级处理器通知(报警或中断)所述最近的测量值。比较器130可以最终将所述最近的测量值传递给低级处理器140。大体上讲，比较器130处理最近的测量数据并且之后将所处理的数据与所述第一阈值限量进行比较来决定是否应该将所述最近的测量值通知给低级处理器。应当认识到的是，上述比较器130的功能可以与气体传感器测量有关。比较器的操作对于不同类型的传感器可以是不同的。
●使用低功率微处理器(或第一处理器)140来处理原始数据以确定传感器读数(或最近的测量数据，其可以是气体传感器的敏感层的电阻值)，并且可以做出这样的升级判断：该改变是否应当生成报警和/或中断给主机或应用程序处理器(或第二处理器)150以用于进一步处理或确认。低功率微处理器140可以使用比一般用作主机或应用程序处理器150的较大处理器更少的功率，在获取的测量上应用简单算法或计算以确定任何测量的显著改变。因此，所述低级处理器140将所述原始数据转变成处理的传感器数据(或第二处理的传感器数据)。例如，对于气体传感器，低级处理器140通过使用简单的算法或计算将电阻值(或原始数据)处理成气体浓度值。如果处理的数据(例如气体浓度值)显著高于存储在所述低级处理器140的进一步的阈值限量(第二阈值限量)，则所述低级处理器140将处理的数据(例如气体浓度值)传递给主机处理器150。主机或应用程序处理器150通常具有消耗更多功率的资源，但是如果需要，会使用更复杂的算法实现额外的处理。
●主机或应用程序处理器150具有处理的传感器读数，但仅在短时间被激活以接收数据并在任何更高级应用程序(app)中使用它，其可以涉及进一步处理和/或向用户提供处理的数据。
在一种实施方式中，对于化学气体传感器的简单控制和测量可以通过在加热器元件间施加电压一预定时间并之后测量传感器元件的电阻来实现。这可以通过状态机120的简单逻辑和低功率计时器来实现，其可以使得所有电路在不需要时处于低功率“待机”状态。这种简单逻辑(或状态机)120可以在寄存器中存储传感器测量以用于处理。
大体上讲，处理的最简单等级是将新电平与之前测量的电平进行比较。这可以使用简单比较来完成(例如由比较器130)并且如果没有检测到改变，或者改变很小并低于预设阈值，则不需要进一步处理以及更高功率的处理不需要被使用。
如果比较器130检测到改变和/或改变超出阈值限量(或第一阈值限量)，则其可以通知更有能力的处理级，例如低级处理器140。该下一处理级可以使用能确定新检测到的电平是否显著的算法处理数据。如果它不显著，则简单比较器阶段可以被重新配置并且之后不需要进一步的动作且不需要使用更高的功率处理。如果电平或改变被认为是显著的，则在该级或更高级(主机或应用程序处理器150)处可以进行进一步处理，更高级(主机或应用程序处理器150)可以被通知报警消息或中断。
主机或应用程序处理器150之后可以确定要采取的动作，其可以包括：进一步处理、数据登入、以及经由可见或可听的方式发起用户交互。这种最高功率处理，需要任何供电电源的最高负载，因此仅在需要时被使用。
图3示出了用于描述图2的状态机所执行的步骤的流程图。所述步骤可以在简单数字硬件(例如在状态机120中)中被实施以提供不需要使用微处理器的低功率解决方案。所述步骤如下所述：
在步骤310，状态机120开始操作序列。
在步骤320，状态机设置加热器电压以用于下一序列步骤。
在步骤330，状态机确定是否到了获取下一测量的时候。如果是，在步骤340，其获取下一传感器测量并在步骤350，其使得传感器测量值可用。如果不是，则在步骤360，其递增计时器。
在步骤370，状态机确定是否到了进行下一序列步骤的时候。如果不是，则其返回到步骤330。如果是，则在步骤380，其确定是否是序列中的最后步骤。如果不是，则其返回到步骤320。如果是，则在步骤390，其重置计时器并返回到步骤310。
图4示出了用于描述图2的比较器所执行的步骤的流程图。所述步骤可以在简单数字硬件(例如在比较器130中)中被实施以提供不需要使用微处理器的低功率解决方案。所述步骤如下所述：
在步骤410，比较器在比较器的存储器中设置高阈值和低阈值，这与当前传感器读数必须从存储的测量值变化多少以触发报警和/或中断有关，和/或将当前传感器读数传递(转发或传送)给低级处理器140。存储的测量值涉及之前测量的传感器值或多个之前测量的传感器值的均值。高阈值涉及最近一个传感器读数与存储的测量值之间的预定差值。低阈值涉及最近一个传感器读数与存储的测量值之间的预定差值。
在步骤420，比较器从状态机120接收传感器测量值。
在步骤430，比较器将所述传感器测量值与步骤410中的存储的测量值进行比较，并且如果传感器测量值大于存储的测量值多于所述高阈值，则之后，在步骤440，比较器触发报警和/或中断到低级处理器140。例如，高阈值可以设置为+5，并且传感器测量值与存储的测量值之间的差值应该大于+5以触发到低级处理器140的报警。
在步骤450，比较器将所述传感器测量值与步骤410中的存储的测量值进行比较，并且如果传感器测量值小于存储的测量值少于所述低阈值，则之后，在步骤460，比较器触发报警和/或中断到低级处理器140。例如，低阈值可以设置为-5，并且传感器测量值与存储的测量值之间的差值应该小于-5以触发到低级处理器140的警报。
在步骤470，比较器将新的测量值添加到存储的测量(平均)值。
在步骤480，比较器计算可变的存储值，其是过去测量值的均值。
虽然上述描述涉及气体传感器的测量，但应该认识到的是上述描述不仅仅限于气体传感器。上述处理步骤和技术还可以应用到其他类型的传感器，例如湿度和/或压力传感器。
虽然根据上面所述的优选实施方式描述了本发明，但应当理解的是，这些实施方式仅是说明性的并且权利要求不限于这些实施方法。本领域技术人员将能够根据被认为落入所附权利要求范围内的公开作出修改和替代。本说明书中公开或说明的每个特征可以被并入在本发明中，无论是单独的还是与本文公开或示出的任何其他特征的任何适当组合。