自主数据记录器的制作方法

本发明涉及用于记录和存储以及传输与对象或活体(如动物或人)相关的测量数据的装置、方法和系统。本发明还可以用于被动暴露于环境影响的对象。

背景技术：

1、术语自主数据记录器是指能够自主收集研究对象的数据的装置。这种装置，特别是当跟踪动物时通常被称为生物记录器，可以收集和提供关于动物或对象的行为的数据。通常，这种系统包括壳体、电子器件、储能装置或电源、嵌入式微控制器软件以及(如果适用的话)用于能量生成的太阳能电池。以这种方式，装置可以自主地收集研究对象的数据。将生物记录器附着到对象或动物(例如，作为背包、脚环或项圈佩戴)，因此可以收集关于相应动物的行为的数据。理想地，在动物的整个生命周期内动物佩戴生物记录器，以便在长时间内提供数据，而不必多次捕获动物。

2、根据现有技术的生物记录器利用锂电池作为主要能量来源。然而，可再充电锂电池需要电子器件，诸如低压差调节器(ldo)或直流/直流(dc/dc)转换器，以便维持恒定的工作电压。此外，为了对锂电池充电，特别是通过太阳能电池对锂电池充电，需要特别适于安全充电的部件，由于需要线圈和无源元件，这些部件进一步增加了装置的重量和所需空间。而且，必须包括防止电池过充、深度放电和涓流充电的电路。然而，这些电子器件增加了系统的重量，因此使得该装置对于动物佩戴起来不太舒适。

技术实现思路

1、因此，本公开的目的是克服现有技术的缺点。特别地，提供了一种轻量的装置，例如安装在动物身上的装置，其仅由一个或多个电容器和一个或多个光敏元件(优选地，光电二极管阵列)供电，作为用于长期生物记录器的最先进供电技术，提供了优于锂电池的各种优点。本公开满足了这个目的。该概念将超低功率和超轻量硬件设计与嵌入式软件组合并紧密结合，以便智能地预算超级电容器的可用能量作为主要电源。能量用于为自适应的、事件驱动的活动监测算法供电，例如基于连续评估的加速度数据作为活动的度量。

2、本发明在独立权利要求中限定。从属权利要求描述了优选实施例。特别地，本发明涉及一种用于记录和存储与对象或活体相关的测量数据的装置。该装置包括：至少一个传感器，被配置为测量与对象或活体相关的数据；存储器；和控制器，被配置为将测量数据存储在存储器中。至少一个光敏元件被配置为将电磁辐射转换成电流。收发器被配置为发送测量数据和/或存储数据并接收数据信号。至少一个电容器被配置为存储来自所述至少一个光敏元件的电流。

3、优选地，各种实施例可以实现以下特征。

4、优选地，控制器被配置为测量所述至少一个电容器的电压。

5、优选地，控制器被配置为基于测量电压预测所述至少一个电容器的输出电压，并且控制器被配置为根据测量电压或预测电压，增大或减小采样和在存储器中存储测量数据的速率和/或增大或减小发送测量数据和/或存储数据的速率。

6、优选地，采样和在存储器中存储测量数据的速率和/或发送测量数据和/或存储数据的速率在最大测量电压或预测电压下最高，而在最小测量电压或预测电压下最低，其中，优选地，最大电压是电容器的额定电压，而最小电压是最大电压的0.66。

7、优选地，该装置还包括实时时钟rtc，其中，rtc优选地独立于控制器运行。

8、优选地，控制器被配置为，当所述至少一个电容器的测量电压低于最小电压时，将所述至少一个传感器、存储器或收发器中的至少一个断电。

9、优选地，控制器被配置为从rtc接收唤醒信号并且在接收到唤醒信号时测量所述至少一个电容器的电压。

10、优选地，该装置包括多个光敏元件，优选地串联布置的光敏元件。

11、优选地，光敏元件的开路电压或多个光敏元件的开路电压之和高于电容器的额定电压，其中，优选地，电容器的额定电压处于光敏元件的开路电压或多个光敏元件的开路电压之和的0.6至0.8之间，电容器的额定电压更优选为光敏元件的开路电压的0.75。

12、优选地，所述至少一个光敏元件是光电二极管或包括光电二极管，其中，优选地，所述至少一个光敏元件的最大灵敏度的波长在200nm与3000nm之间，优选地在400nm与1100nm之间，和/或其中，电容器具有0.2与50法拉之间的电容。

13、优选地，收发器是远程广域网模块或蓝牙低能量模块，或收发器包括远程广域网模块或蓝牙低能量模块，和/或所述至少一个传感器是陀螺仪、加速度传感器、温度传感器、湿度传感器、磁力计、气压计、光传感器、挥发性有机化合物voc传感器或全球导航卫星系统gnss模块中的至少一个，或所述至少一个传感器包括陀螺仪、加速度传感器、温度传感器、湿度传感器、磁力计、气压计、光传感器、挥发性有机化合物voc传感器或全球导航卫星系统gnss模块中的至少一个。

14、优选地，该装置还包括被配置为附着到所述对象或活体的项圈、背带、腿带、耳标、背包、带子、螺钉、胶或爪中的至少一个。

15、优选地，该装置还包括印刷电路板pcb，其中，至少一个传感器、存储器、控制器、至少一个光敏元件、收发器和电容器在一个组装步骤中直接焊接到pcb，优选地通过回流焊接在一个组装步骤中直接焊接到pcb。

16、本公开还涉及一种包括至少两个如上所述的装置的系统，其中，至少两个装置中的至少一个装置的控制器被配置为使用从所述至少两个装置中的至少一个其它装置接收的信号的信号强度rssi来估计所述至少一个装置相对于所述至少两个装置中的所述至少一个其它装置的相对位置。

17、优选地，所述至少一个装置被配置为向至少一个其它装置发送数据信号和从至少一个其它装置接收数据信号，或者该系统还包括至少一个基站，所述至少一个基站被配置为向所述至少一个装置发送数据信号和从所述至少一个装置接收数据信号。

18、本公开还包括一种用于记录和存储与对象或活体相关的测量数据的方法。该方法包括通过至少一个传感器测量与对象或活体相关的数据，通过控制器将测量数据存储在存储器中，以及通过至少一个光敏元件将电磁辐射转换成电流。通过收发器发送测量数据和/或存储数据并且接收数据信号。来自所述至少一个光敏元件的电流被存储在至少一个电容器中。测量所述至少一个电容器的电压，并且基于测量电压来预测所述至少一个电容器的输出电压。该方法还包括根据测量电压或预测电压，增大或减小采样和在存储器中存储测量数据的速率和/或增大或减小发送测量数据和/或存储数据的速率。

19、采样和在存储器中存储测量数据的速率和/或发送测量数据和/或存储数据的速率可以在最大测量电压或预测电压下最高，而在最小测量电压或预测电压下最低。

20、该方法优选地还包括由控制器生成测量数据的统计数据并将统计数据存储在存储器中。

技术特征：

1.一种用于记录和存储与对象或活体相关的测量数据的装置，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其中，采样和在所述存储器(50)中存储测量数据的速率和/或发送测量数据和/或存储数据的速率在最大测量电压或预测电压下最高，而在最小测量电压或预测电压下最低，

3.根据权利要求1或2中任一项所述的装置，还包括实时时钟rtc，其中，所述rtc优选地独立于所述控制器(40)运行，以及

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置包括多个光敏元件(10)，优选地所述装置包括串联布置的多个光敏元件(10)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述光敏元件(10)的开路电压或所述多个光敏元件(10)的开路电压之和高于所述电容器(30)的额定电压，

6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述至少一个光敏元件(10)是光电二极管或包括光电二极管，其中，优选地，所述至少一个光敏元件(10)的最大灵敏度的波长在200nm与3000nm之间，优选地在400nm与1100nm之间，和/或

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述收发器(20，60，80，90)是远程广域网模块或蓝牙低能量模块，或包括远程广域网模块或蓝牙低能量模块，和/或

8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括被配置为附着到所述对象或活体的项圈、背带、腿带、耳标、背包、带子、螺钉、胶或爪中的至少一个。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括印刷电路板pcb，其中，所述至少一个传感器(70)、所述存储器(50)、所述控制器(40)、所述至少一个光敏元件(10)、所述收发器(20，60，80，90)和所述电容器(30)在一个组装步骤中直接焊接到所述pcb，优选地通过回流焊接在一个组装步骤中直接焊接到所述pcb。

10.一种系统，包括至少两个根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，至少两个装置中的至少一个装置的控制器(40)被配置为使用从所述至少两个装置中的至少一个其它装置接收的信号的信号强度rssi来估计所述至少一个装置相对于所述至少两个装置中的所述至少一个其它装置的相对位置。

11.一种系统，包括至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中，至少一个装置被配置为向至少一个其它装置发送数据信号和从至少一个其它装置接收数据信号，或者

12.一种用于记录和存储与对象或活体相关的测量数据的方法，所述方法包括

13.根据权利要求12所述的方法，其中，采样和在所述存储器(50)中存储测量数据的速率和/或发送测量数据和/或存储数据的速率在最大测量电压或预测电压下最高，而在最小测量电压或预测电压下最低。

14.根据权利要求12或13所述的方法，还包括由所述控制器(40)生成所述测量数据的统计数据并将所述统计数据存储在所述存储器(50)中。

技术总结
本发明涉及一种用于记录和存储与对象或活体相关的测量数据的装置。该装置包括至少一个传感器、存储器和控制器，该至少一个传感器被配置为测量与对象或活体相关的数据，该控制器被配置为将测量数据存储在存储器中。至少一个光敏元件被配置为将电磁辐射转换成电流。收发器被配置为发送测量数据和/或存储数据并接收数据信号。至少一个电容器被配置为存储来自所述至少一个光敏元件的电流。控制器被配置为测量所述至少一个电容器的电压。所述控制器被进一步配置为基于测量电压预测所述至少一个电容器的输出电压，并且控制器被配置为根据测量电压或预测电压增大或减小采样和在存储器中存储测量数据的速率和/或增大或减小发送测量数据和/或存储数据的速率。

技术研发人员：T·维尔德,M·威克尔斯基
受保护的技术使用者：马克斯·普朗克科学促进学会
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16