专利名称：利用零位点的运动检测系统和方法
技术领域：
本公开内容的技术领域为运动检测系统和方法、具体为利用零位点的运动检测系统和方法。
背景技术：
无线通信和控制网络正在变得越来越普遍用于住宅自动化、建筑物自动化、护理设施、低功率无线缆链路、资产控制和其它应用。这样的网络的一个益处在于有能力对网络设备或者标签进行定位。例如，照明调试人员可以快速标识具体无线设备，因而可以减少安装成本。可以在建筑物中和周围标记和跟踪昂贵设备从而允许职员对在需要使用、校准或者在紧急情况下时对标记设备进行定位。标记的设备也可以在移动超出指定边界时生成警报。虽然多种方法可用于确定移动设备(比如资产标签)或者固定设备(比如灯或者控制单元)的位置，但是都要求一个设备发送消息而另一设备接收消息。遗憾的是，发送和接收消息需要功率。在电池供电的设备中，电池寿命直接受发送或者接收消息所花费的时间量的影响。这对于需要实时位置信息的应用(比如小型外观/大体积资产标签)(用于这些应用的电池容量有限)而言尤其如此。对于可用的电池容量，必须牺牲精确位置。一种方式已经向每个资产标签配备用来确定资产标签是否在移动的汞开关或者加速度计。当加速度计表明资产标签未移动时减少发送消息的速率和接收消息所花费的时间。遗憾的是，向每个资产标签配备汞开关或者加速度计增加零件数目、增加资产标签的成本、组装时间和复杂性。在用于无线通信和控制网络的距离估计中遇到的一个问题是在信号场中存在零位点。原始信号和反射信号在零位点相互抵消。由于距离估计经常依赖于有序、规律的信号强度衰减以确定距离，所以零位点是信号场中的异常并且引起距离估计误差。零位点的存在在距离估计中是所不希望的并且需要纠正措施以求准确性。
发明内容
将希望具有一种将克服上述弊端的利用零位点的运动检测系统和方法。本发明的一个方面涉及一种运动检测方法，该方法包括发送信号；在第一设备检测信号；确定检测信号的信号强度是否小于预计信号强度；发送至少一个附加信号；在第一设备检测该至少一个附加信号；确定检测的至少一个附加信号的信号强度是否小于预计信号强度；并且在检测信号的信号强度对于预定数目的检测的信号而言小于预计信号强度时确定第一设备处于零位点。本发明的另一方面涉及一种运动检测系统，该系统包括第一设备，可操作用于发送信号；第二设备，可操作用于检测信号；以及处理器，可操作用于确定在第二设备的检测信号的信号强度是否小于预计信号强度并且可操作用于在检测信号的信号强度对于预定数目的检测信号而言小于预计信号强度时确定第二设备处于零位点。
本发明的又一方面涉及一种运动检测方法，该方法包括发送第一信号；在多个第一设备检测第一信号；确定该多个第一设备检测的第一信号的最大信号强度；当在该多个第一设备中的一个第一设备的检测的第一信号的信号强度比最大信号强度减预定信号强度偏移小时，确定该多个第一设备中的该一个第一设备处于零位点；发送第二信号；在该多个第一设备检测第二信号；当在该多个第一设备中的该一个第一设备的检测的第二信号的信号强度比最大信号强度减预定信号强度偏移小时确定该多个第一设备中的该一个第一设备处于零位点；并且在该多个第一设备中的该一个第一设备对于第一信号和第二信号而言处于零位点时确定该多个第一设备中的该一个第一设备为静止。
本发明的前述和其它特征及优点根据结合附图阅读的对当前优选实施例的下文具体描述将变得更清楚。具体描述和附图仅举例说明本发明而不是限制所附权利要求及其等效物所限定的本发明范围。图1是根据本发明的运动检测系统的示意图。图2是用于与根据本发明的运动检测系统和方法一起使用的射频(RF)单元的框图。图3是根据本发明的运动检测系统的框图；并且图4是根据本发明的运动检测方法的流程图。
具体实施例方式图1是根据本发明的运动检测系统的示意图。在这一例子中，发送器发送由接收器检测的信号，该信号确定接收器何时处于零位点并且相对于发送器静止。参照图1，在一个实施例中，运动检测系统20包括发送器30和接收器40。发送器30发送包括源谷34的源信号32，源信号32在这些源谷为最小值。接收器40可操作用于在源信号32的载波频率检测信号。在一些实施例中，发送器30可以在载波频率范围内发送信号，并且接收器40 在载波频率范围内检测信号，因而运动检测系统20可以在操作期间对载波频率进行移位。 源信号32从干扰对象50反射为包括反射峰54的反射信号52，反射信号52在这些反射峰为最大值。源信号32和反射信号52的叠加造成发送器30和接收器40周围的信号强度变化。当源谷34与反射峰54相交时出现零位点36。由于源信号32和反射信号52相互抵消，所以在零位点36的信号强度最小。在源信号32与反射信号52之间的干扰产生零位点36。零位点36往往尺寸小(对于2. 4GHz信号而言通常为数厘米或者更小)，这使零位点的位置对于发送器30、接收器40 和/或干扰对象50的甚至很小移动也敏感。当接收器40位于零位点时，接收器40的很小移动使接收器40移出零位点。此外，移入发送器30、干扰对象50或者接收器40周围区域的对象可能干扰源信号32和/或反射信号52从而使零位点移动或者消失。一旦将接收器标识为处于零位点，当检测信号的信号强度对于预定数目的检测信号而言小于预计信号强度时，确定接收器处于零位点并且相对于发送器静止。 发送器30和/或接收器40可以如具体应用所希望的那样固定或者可移动。在一个实施例中，运动检测系统20包括多个发送器和/或接收器。发送器和/或接收器位于区域内、即发送器和/或接收器被定位成相互通信并且建立包括零位点的场。当存在多个发送器和/或接收器时发送器30和接收器40可以组合在单个射频(RF)单元中。发送器30 和接收器40可以使用诸如在IEEE 802. 15. 4无线标准上面操作的ZigBee协议、在IEEE标准802. 11之下的WiFi协议(比如802. llb/g/n)、蓝牙协议、蓝牙低能协议等任何所需协议来通信。在一个实施例中，可以按预定模式布置发送器和/或接收器，比如近似共同定位至少三个发送器和/或接收器以保证感兴趣的区域由源信号和反射信号覆盖。
近似共同定位在这里定义为至少三个发送器和/或接收器的布置使得发送器和/ 或接收器中的至少两个在任何时间无阻碍，即使发送器和/或接收器中的一个受阻。近似共同定位保证发送器和/或接收器中的至少两个即使在干扰对象(比如金属板、墙壁、人或者其它对象)在发送器或者接收器中的一个附近并且阻碍信号去往另一发送器或者接收器时仍可用于处理信号。这保证运动检测系统具有充分信息以在预计信号强度基于当前或者先前信号时估计预计信号强度。在一个实施例中，沿线布置近似共同定位的发送器和/或接收器。在另一实施例中，近似共同定位的发送器和/或接收器装入单个外罩内。在图1的例子中，发送器30和接收器40位于开放空间的中间，因而沿着第一信号路径作为源信号32在发送器30从接收器40接收的消息的视线信号强度为某个值X。当金属板、墙壁、人或者其它反射对象作为干扰对象50定位于发送器30和接收器40附近时， 产生从发送器30到接收器40的第二信号路径、即从发送器30到干扰对象50和从干扰对象50到接收器40的信号路径。第一和第二信号路径的路径长度不同。在一些点，源信号 32和反射信号52正组合从而产生比某个值X更大的信号(可能甚至两倍于X)。在其它点， 源信号32和反射信号52异相从而产生比某个值X更小的信号(可能甚至为零位信号)。当在接收器40的信号处于或者接近零位时，接收器40相对于发送器30处于零位位置。本领域技术人员将理解图1是运动检测系统通常存在的情形的简化。通常，多个反射对象(比如若干墙壁)存在于任何位置，因而按变化和不规律模式出现零位点。零位点很小、例如对于 2. 4GHz信号而言为数厘米或者更小，从而使它们对于检测少量运动或者无运动是有用的。图2是用于与根据本发明的运动检测系统和方法一起使用的射频(RF)单元的框图。在这一例子中，RF单元可以是发送器、接收器或者发送接收器并且可以可移动或者固定。运动检测系统包括第一设备(比如发送器)，可操作用于发送信号；第二设备(比如接收器)，可操作用于检测信号；以及处理器，可操作用于确定在第二设备的检测信号的信号强度是否小于预计信号强度并且可操作用于在检测信号的信号强度对于预定数目的检测信号而言小于预计信号强度时确定第二设备处于零位点。在一个实施例中，第二设备是多个第二设备之一，预计信号强度是多个第二设备检测的最大信号强度，并且当在多个第二设备之一的检测信号的信号强度对于预定数目的检测信号而言比预计信号强度减预定信号强度偏移小时确定第二设备处于零位点。RF单元70包括记忆储存器72、处理器74、发送器部分76和接收器部分78。记忆储存器72可以是适合于存储数据和/或指令的任何记忆储存器。记忆储存器72与控制 RF单元70的操作的处理器74交换信息。发送器部分76和接收器部分78与其它RF单元和/或中央控制中心无线通信并且可以包括天线。发送器部分76可以从处理器74接收数据和指令并且从RF单元70发送信号。在一个实施例中，发送器部分76响应于来自处理器 74的命令信号以在处理器74确定接收器处于零位点并且相对于发送器静止时减少发送频率。发送频率在这里定义为发送器多久发送一次并且独立于载波频率。接收器部分78可以从RF单元70以外接收信号并且向处理器74提供数据和指令。在一个实施例中，接收器部分78响应于来自处理器74的命令信号以在处理器74确定接收器处于零位点并且相对于发送器静止时减少接收频率。接收频率在这里定义为接收器多久接收一次并且独立于载波频率。减少发送和/或接收频率节约功率并且延长电池寿命。接收器需要在发送器发送频率更低时更少地接收，因而接收器可以在预计无信号时关断。RF单元70可以作为发送器、接收器或者发送接收器来操作。在一个实施例中，发送器部分76可以省略而RF单元70作为接收器来操作。在另一实施例中，接收器部分78 可以省略而RF单元70作为发送器来操作。在一个实施例中，RF单元70在IEEE 802.15.4 无线标准上面操作的ZigBee通信协议之下操作。本领域技术人员将理解RF单元70可以在任何具体应用所需要的任何无线协议之下操作。在其它实施例中，RF单元70在IEEE标准802. 11之下的WiFi协议(比如802. llb/g/n)、蓝牙协议、蓝牙低能协议等之下操作。当 RF单元70为发送接收器时，接收器部分78可以在接收器部分78未预计和/或需要接收信号时关断。RF单元可以与另一对象(比如照明器材、照明控制单元、待跟踪的资产、医疗患者或者任何其它对象)关联。RF单元也可以控制和/或监视关联对象。RF单元70可以在单个载波频率或者在多个载波频率发送和接收信号。波长随载波频率改变，因而零位点的位置在不同载波频率是不同的。在一个实施例中，处理器74可以在不同载波频率之间切换RF单元70的操作，从而发送器部分76可操作用于在不同载波频率发送信号。可以通过切换用于运动检测系统中的RF单元的载波频率针对不同载波频率在不同位置发现不同零位点。处理器74可以可操作用于在检测信号的信号强度在不同载波频率中的至少一个载波频率对于预定数目的检测信号而言小于预计信号强度时确定接收器处于零位点。处理器74可以可操作用于允许运动检测系统在确定接收器处于零位点并且相对于发送器静止时采取预定动作。在一个实施例中，处理器74可操作用于测量确定接收器处于零位点并且相对于发送器静止的时间。处理器74也可以操作用于在确定接收器处于零位点并且相对于发送器静止的时间大于预定时间时启动警报。在另一实施例中，处理器74 可操作用于在确定接收器处于零位点并且相对于发送器静止时检测该检测信号的信号强度的增加。这样的增加可以表明物体存在于发送器和/或接收器附近，这改变零位点的位置。图3是根据本发明的运动检测系统的框图。在这一例子中，运动检测系统80包括如虚线所示相互通信的多个RF单元82。在一个实施例中，至少一些RF单元82相互无线通信。在另一实施例中，至少一些RF单元82被硬线连接以相互通信。至少一个RF单元82也可以与可选控制单元84通信。在另一实施例中，可以在RF单元82之一中包括可选控制单元84。RF单元82与其附近反射对象的相对位置产生运动检测系统80周围的零位点。RF 单元82可以如具体应用所希望的那样固定或者可移动。在一个实施例中，在单个壳中包括至少一些RF单元82。图4是根据本发明的运动检测方法的流程图。方法100包括发送信号102，比如从发送器发送信号；在第一设备104 (比如接收器)检测信号；确定检测信号的信号强度是否小于预计信号强度106 ；发送至少一个附加信号108，比如从发送器发送至少一个附加信号；在第一设备110检测该至少一个附加信号；确定检测的至少一个附加信号的信号强度是否小于预计信号强度112 ；并且在检测信号的信号强度对于预定数目的检测信号而言小于预计信号强度时确定第一设备处于零位点114。可以用如上文在图1-3中描述的运动检测系统实现方法100。参照图4，第一设备(比如接收器)可以是多个第一设备之一，预计信号强度可以是第一设备检测的最大信号强度，从而当在第一设备之一的检测信号的信号强度对于预定数目的检测信号而言比预计信号强度减预定信号强度偏移小时确定第一设备之一处于零位点和并相对于发送器静止。在一个例子中，预定信号强度偏移为15dB。在另一实施例中， 发送信号包括从 多个第二设备(比如多个发送器)中的至少一个第二设备发送信号；第一设备(比如接收器)是多个第一设备之一；并且各第一设备与作为射频(RF)单元的第二设备之一关联。本领域技术人员将理解存在用于确定预计信号强度的不同方式。在一个实施例中，预计信号强度基于检测信号强度的先前值、比如先前值、多个先前值的平均值或者先前值的时间加权平均值。在一个实施例中，通过对运动检测系统及其周围进行建模来计算预计信号强度。在一个实施例中，预定数目的检测信号可以是预定数目的连续检测信号。方法100还可以包括在确定第一设备(比如接收器)处于零位点并相对于第二设备 (比如发送器)静止时采取预定动作。在一个实施例中，预定动作是在确定第一设备处于零位点时减少用于第二设备的发送频率。减少发送频率节约发送器功率。在另一实施例中， 预定动作是在确定第一设备处于零位点时减少用于第一设备的接收频率。减少接收频率节约接收器功率。在另一实施例中，预定动作是测量确定第一设备处于零位点的时间并且可选地在测量时间大于预定时间时启动警报。测量时间允许分析附着到发送器或者接收器的被跟踪可移动部件逗留于固定位置的时间。这可以用来研究零件在组装站中有多久或者医疗患者卧床静养多久。启动警报在可移动部件未移动达预定时间时(比如在零件尚未移出组装站或者医疗患者尚未活动时)提供关注条件的通知。方法100还可以包括在确定第一设备处于零位点时检测该检测信号的信号强度的增加。在确定接收器处于零位点并相对于发送器静止时，信号强度的增加可以表明物体存在于发送器和/或接收器附近，这改变零位点的位置。运动检测系统可以在接收器相对于发送器处于固定位置时用作占位检测器。发送至少一个附加信号108还可以包括发送不同载波频率的信号。零位点在不同载波频率处于不同位置，因而接收器可以在一个载波频率相对于发送器处于零位点而在不同载波频率相对于发送器未处于零位点。在多个载波频率内对信号进行移位可以在不同载波频率发现不同零位点，这可以用来确定接收器何时处于零位点并相对于发送器静止。在一个实施例中，在载波频率多次进行发送，然后在与原始载波频率不同的另一载波频率多次进行发送。在另一实施例中，在每次信号发送之后改变载波频率，从而在第一载波频率、然后在第二载波频率、然后在第三载波频率等发送信号。可以针对预定数目的载波频率进行发送以确定预计信号强度。例如，预计信号强度可以是针对不同载波频率检测的最高信号强度。在另一例子中，预计信号强度可以是在预定数目的载波频率内检测的信号强度的统计乘积、比如在预定数目的载波频率内检测的信号强度的平均值。当在载波频率之一的检测信号强度比预计信号强度减预定信号强度偏移小时，该载波频率可以标识为与零位点关联。对于以五为载波频率预定数目的例子，针对不同载波频率检测的顺序信号强度可以是-10、-11、-40、-5和-10。预计信号强度可以是检测的最高信号强度、即_5。检测信号强度为-40的载波频率表明与零位点关联的载波频率，因为检测信号强度-40比预计信号强度_5减预定信号强度偏移(比如-15)小。可以针对预定数目的检测信号检查在与零位点关联的载波频率的检测信号强度以确定接收器是否处于零位点并相对于发送器静止。本领域技术人员将理解可以在多个载波频率针对一对接收器和发送器出现零位点。该方法的一种实施方式使用两个信号作为预定数目的如下检测信号，针对这些检测信号确定接收器相对于发送器为静止。该方法包括发送第一信号，比如从发送器发送第一信号；在多个第一设备(比如多个接收器)接收第一信号；确定多个第一设备检测的第一信号的最大信号强度；并且当在多个第一设备之一的检测的第一信号的信号强度比最大信号强度减预定信号强度偏移小时确定多个第一设备之一处于零位点。该方法还包括发送第二信号，比如从发送器发送第二信号；在多个第一设备(比如多个接收器)检测第二信号；并且当在多个第一设备之一的检测的第二信号的信号强度比最大信号强度减预定信号强度偏移小时确定多个第一设备之一处于零位点。可以在多个第一设备之一对于第一信号和第二信号而言处于零位点时确定该多个第一设备之一为静止。本领域技术人员将理解检测信号的预定数目可以在考虑诸如干扰、环境、所选预定信号强度偏移、可用的近似共同定位接收器的数目、对载波频率的控制程度(例如所用频率信道的数目)、误判或者漏判读数的相对影响等因素时选择成如具体应用所希望的任何数目。尽管当前认为这里公开的本发明实施例为优选，但是可以进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围。在所附权利要求中表明本发明的范围，并且落入其含义和等效范围内的所有改变将涵盖于其中
权利要求
1.一种运动检测方法，包括发送信号(102);在第一设备检测所述信号(104)；确定所检测的信号的信号强度是否小于预计信号强度(106)；发送至少一个附加信号(108);在所述第一设备检测所述至少一个附加信号(110)；确定所检测的至少一个附加信号的信号强度是否小于所述预计信号强度(112);并且在所检测的信号的信号强度对于预定数目的所检测的信号而言小于所述预计信号强度时，确定所述第一设备处于零位点(114)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述发送信号包括从第二设备发送信号，所述方法还包括在确定所述第一设备处于所述零位点时减少用于所述第二设备的发送频率。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括在确定所述第一设备处于所述零位点时减少用于所述第一设备的接收频率。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括测量确定所述第一设备处于所述零位点的时间。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括在所述时间大于预定时间时启动警报。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括在确定所述第一设备处于所述零位点时检测所检测的信号的信号强度的增加。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一设备是可操作用于检测信号的多个第一设备之一，所述预计信号强度是所述多个第一设备检测的最大信号强度，并且当在所述多个第一设备中的一个第一设备的所检测的信号的信号强度对于所述预定数目的所检测的信号而言比所述预计信号强度减预定信号强度偏移小时，确定所述多个第一设备中的所述一个第一设备处于所述零位点。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述发送信号包括从多个第二设备中的至少一个第二设备发送信号，所述第一设备是多个第一设备之一，并且所述多个第一设备中的每个第一设备与所述多个第二设备之一作为射频(RF)单元相关联。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述发送至少一个附加信号还包括发送不同载波频率的信号。
10.一种运动检测系统，包括第一设备(30)，可操作用于发送信号；第二设备(40)，可操作用于检测所述信号；以及处理器(74)，可操作用于确定在所述第二设备的检测的信号的信号强度是否小于预计信号强度，并且可操作用于在所检测的信号的信号强度对于预定数目的所检测的信号而言小于所述预计信号强度时确定所述第二设备(40)处于零位点。
11.根据权利要求10所述的系统，其中在所述处理器(74)确定所述第二设备(40)处于零位点时，所述第一设备(30)响应于来自所述处理器(74)的命令信号减少发送频率。
12.根据权利要求10所述的系统，其中在所述处理器(74)确定所述第二设备(40)处于零位点时，所述第二设备(40)响应于来自所述处理器(74)的命令信号减少接收频率。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述处理器(70)可操作用于测量确定所述第二设备(40)处于零位点的时间。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述处理器(74)可操作用于在所述时间大于预定时间时启动警报。
15.根据权利要求10所述的系统，其中所述处理器(74)可操作用于在所述第二设备 (40)处于零位点时检测所检测的信号的信号强度的增加。
16.根据权利要求10所述的系统，其中所述第二设备(40)是多个第二设备中的一个第二设备，所述预计信号强度是所述多个第二设备检测的最大信号强度，并且当在所述多个第二设备中的所述一个第二设备的所检测的信号的信号强度对于所述预定数目的检测的信号而言比所述预计信号强度减预定信号强度偏移小时，确定所述第二设备(40)处于所述零位点。
17.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一设备(30)可操作用于在不同载波频率发送所述信号，并且所述处理器(74 )可操作用于在所检测的信号的信号强度在所述不同载波频率中的至少一个载波频率对于预定数目的检测的信号而言小于所述预计信号强度时，确定所述第二设备(40)处于零位点。
18.一种运动检测方法，包括发送第一信号；在多个第一设备检测所述第一信号；确定所述多个第一设备检测的所述第一信号的最大信号强度；当在所述多个第一设备中的一个第一设备的所检测的第一信号的信号强度比所述最大信号强度减预定信号强度偏移小时，确定所述多个第一设备中的所述一个第一设备处于零位点；发送第二信号；在所述多个第一设备检测所述第二信号；当在所述多个第一设备中的所述一个第一设备的所检测的第二信号的信号强度比所述最大信号强度减所述预定信号强度偏移小时，确定所述多个第一设备中的所述一个第一设备处于所述零位点；并且在所述多个第一设备中的所述一个第一设备对于所述第一信号和所述第二信号而言处于所述零位点时，确定所述多个第一设备中的所述一个第一设备为静止。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述发送第一信号包括从第二设备发送第一信号，所述发送第二信号包括从所述第二设备发送第二信号，并且还包括在确定所述多个第一设备中的所述一个第一设备为静止时减少用于所述第二设备的发送频率。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括在确定所述多个第一设备中的所述一个第一设备为静止时减少用于所述多个第一设备中的所述一个第一设备的接收频率，并且/或者测量确定所述多个第一设备中的所述一个第一设备为静止的时间。
全文摘要
一种利用零位点的运动检测系统和方法，其中一种运动检测方法包括发送信号(102)；在第一设备检测信号(104)；确定检测信号的信号强度是否小于预计信号强度(106)；发送至少一个附加信号(108)；在第一设备检测至少一个附加信号(110)；确定检测的至少一个附加信号的信号强度是否小于预计信号强度(112)；并且在检测信号的信号强度对于预定数目的检测信号而言小于预计信号强度时确定第一设备处于零位点(114)。
文档编号G08B13/24GK102317981SQ201080007437
公开日2012年1月11日 申请日期2010年1月26日 优先权日2009年2月11日
发明者阿维里 D., A. 鲁德兰 P., S. 梅 P., 法罗 P. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司