用于管理通信测量仪的方法

技术领域

本发明涉及由电池供电并且包括测量单元的通信测量仪的领域，并且更具体地说，涉及管理由电池供电以在电池的寿命结束时保持测量结果的完整性的通信测量仪的领域。

背景技术

如已知的，物联网(IoT)正在不断扩展。物联网代表因特网扩展到物理世界中的事物和地方。虽然因特网通常不扩展到电子世界之外，但物联网代表从现实世界中存在的设备到因特网的信息和数据的交换，例如以用于收集耗水量读数或用于环境条件(温度、压力等)的远程监测。物联网被认为是因特网的第三次演变，称为Web 3.0。物联网具有用于指定具有各种用途的连接对象的通用特性，例如用于电子健康或家庭自动化领域。

在物联网的语境中，被称为通信对象(“IoT设备”)的用于互连对象所采用的第一种方法依赖于由运营商控制的位于地理高点上的收集网关的部署。除了维护操作之外，这些网关是固定且永久的。关于这种模型，例如可以引用SigFox(注册商标)或ThingPark(注册商标)网络。例如，在法国，SigFox(注册商标)网络依赖于TDF(《法国电视直播卫星(Télédiffusion de France)》)传输站点的高点。这些收集网关借助于中程或远程无线电通信系统(例如，Semtech公司的LoRa(注册商标)系统)与通信对象通信。这个方法依赖于有限数量的收集网关(难以部署新的网络基础设施)，以及依赖于与一个或多个收集服务器的可靠且安全的上行链路接入。

第二种方法包括通过住宅网关连接通信对象。例如可以提及能源网关技术。根据能源网关技术的系统由两个不同的部分构成：首先是住宅网关和外围传感器，该住宅网关和外围传感器托管在消费者处并且允许收集信息、将此信息传输到收集服务器，并且控制各种动作的触发(例如控制散热器或热水器的触发)；其次是提供使所接收的信息可用和传输用于控制各种动作的触发的命令的收集服务器。这个收集服务器可经由因特网访问。用于根据此第二种方法与通信对象通信的无线电技术具有相对较短的范围(例如，Zigbee(注册商标)、蓝牙(Bluetooth)(注册商标)或Wi-Fi(注册商标)类型)，用于服务限于住宅中的对象的本地集合。

这种通信对象通常包括一个或多个传感器，并且通常由电池(或蓄电池)供电。一个困难在于保持电池的使用寿命，并且更具体地说，在于在电池的整个使用寿命期间保证这种通信对象的基本功能性的操作。

需要克服现有技术中的这些缺点。特别希望提供一种解决方案，该解决方案使得可以在这些通信对象的电池的寿命结束时确保由该通信对象存储和/或供应的数据的完整性，并且这同时使这种解决方案将需要的额外硬件成本最小化。应当注意，额外硬件成本通常产生更大的空间需求(例如，电容元件比晶体管或电阻器更昂贵且体积更大)。

因此，希望提供一种用于管理通信对象以使得有可能保证在预定义时段期间向通信对象供应电能的方法。

通信对象例如是通信测量仪，并且本发明使得可以扩展电池在整个预定义时段内向通信测量仪提供电能，同时保证流体消耗量(气体、水等)的最佳测量结果的能力。

发明内容

为此，根据第一方面，提出了一种用于管理由电池供电的用于测量流体的消耗量的通信测量仪的方法，所述测量仪包括用于获取流体的消耗量的测量结果的测量单元。所述测量仪具有三种可用的操作模式：

-标称操作模式，在所述标称操作模式下，所述测量单元以预定标称频率进行测量，

-降级操作模式，在所述降级操作模式下，所述测量单元以低于所述标称频率的预定降级频率进行测量，以及

-最小操作模式，在所述最小操作模式下，所述测量单元以所述预定降级频率进行测量。所述测量仪的控制单元执行以下步骤：

-获得对所述测量仪的所述电池的剩余容量的估计值；

-当所述估计值低于或等于第一阈值时，请求所述测量仪从所述标称操作模式转到所述降级操作模式；以及

-当所述估计值低于或等于第二阈值时，请求所述测量仪从所述降级操作模式转到所述最小操作模式。

特别有利地，使用在其中修改测量频率的降级操作模式使得可以保持电池的剩余容量，同时保证测量流体的消耗量的能力。此外，使用在其中修改测量频率的降级操作模式使得可以保留电池的剩余容量，以保证在预定义时段期间向通信对象供应电能。

根据特定规定，在标称操作模式下，所述测量仪执行选自以下各项的动作：以第一预定周期性传输所收集的测量结果；更新所述测量仪的或所述测量仪的至少一个功能性的程序；使得能够经由无线或光学通信构件进行通信；以第二预定周期性传输所述测量结果的备份；发送用于检测异常的警报信号。

根据特定规定，在降级操作模式下并且在最小操作模式下，所述测量仪获得选定的每个动作的相关联优先级，并且所述测量仪根据所述动作的所述相关联优先级来修改或中断所述动作。

根据特定规定，在降级操作模式下，所述测量仪以第三预定周期性传输所述所收集的测量结果。

根据特定规定，在降级操作模式下，所述测量仪仅更新所述测量单元的程序。

根据特定规定，在降级操作模式下，所述测量仪以第四预定周期性传输所述测量结果的备份。

根据特定规定，在降级操作模式下，所述测量仪仅使得能够经由光学通信构件进行通信。

根据特定规定，在降级操作模式下，所述测量仪发送仅用于检测流体泄漏的警报信号。

根据特定规定，所述标称频率位于6Hz与10Hz之间。

根据特定规定，所述降级频率位于1Hz与3Hz之间。

根据另一方面，提出了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括程序代码指令，所述程序代码指令用于在所述指令由处理器执行时执行管理方法。

根据另一方面，提出了一种非暂态存储介质，所述非暂态存储介质上存储有计算机程序产品，所述计算机程序产品包括程序代码指令，所述程序代码指令用于在所述指令从所述非暂态存储介质读取并由处理器执行时执行管理方法。

根据另一方面，提出了一种由电池供电的用于测量流体的消耗量的通信测量仪，所述测量仪包括用于获取所述流体的消耗量的测量结果的测量单元。

所述测量仪具有三种可用的操作模式：

-标称操作模式，在所述标称操作模式下，所述测量单元以预定标称频率进行测量，

-降级操作模式，在所述降级操作模式下，所述测量单元以低于所述标称频率的预定降级频率进行测量，以及

-最小操作模式，在所述最小操作模式下，所述测量单元以所述预定降级频率进行测量。

所述测量仪的控制单元包括电子电路，所述电子电路被配置用于：

-获得对所述测量仪的所述电池的剩余容量的估计值；

-当所述估计值低于或等于第一阈值时，请求所述测量仪从所述标称操作模式转到所述降级操作模式；并且

-当所述估计值低于或等于第二阈值时，请求所述测量仪从所述降级操作模式转到所述最小操作模式。

附图说明

通过阅读以下对至少一个示例性实施方案的描述，本发明的上述特征以及其他特征将更清楚地显现，所述描述是相对于附图做出的，在附图中：

图1示意性地图示了具有电池的通信测量仪的硬件架构的示例；

图2示意性地图示了通信测量仪的控制单元的硬件架构的示例；

图3是用于管理由电池供电的通信测量仪的方法的算法；

具体实施方式

由电池供电的通信测量仪

参考图1，提出了由电池2供电的通信对象。术语‘电池’必须被理解为单个电池，或共同提供自主电能源的一组电池。

在特定实施方案中描述了本发明，其中通信对象是流体测量仪1，即适配和配置为测量流体(水、气体等)的消耗量。本发明还可应用于通信对象，诸如用于温度、压力、湿度等的传感器。

测量仪1特别包括用于获取测量结果的测量单元4、通信单元6、用于发送警报信号的信令单元8以及控制单元10。

通常，测量单元4可以被适配和配置为测量水的消耗量或诸如气体的另一种流体的消耗量。就这一点而言，测量单元4包括用于测量(计量)和监测水的消耗量的已知装置。

通信单元6包括一组通信构件，该组通信构件允许将由测量单元4获取的测量结果传输到例如收集网关或住宅网关。

通常，通信单元6包括用于经由电话网、经由因特网(用于在IP上通信的协议)、经由Semtech公司的LoRa(注册商标)系统、经由Wi-Fi系统(注册商标)、经由Zigbee(注册商标)类型的系统、经由蓝牙(注册商标)类型的系统、经由低功率广域网系统(LPWAN)或经由专用于NB-IOT类型(《窄带物联网》)或LTE Cat-M(《长期演进类别机器》)类型的物联网的蜂窝网进行通信的构件。

如将在下文详细描述的，测量仪1可以通过其通信单元6根据蓄电池2的充电状态并且根据要传输的数据的性质来支持某些通信信道。

信令单元8包括用于发送警报信号的电子电路。通常，信令单元可以包括允许发送光信号的构件(例如，发光二极管)。另外，信令单元8可以经由通信单元6传输警报信号，以经由如前所述的无线系统将警报信号传输到远程单元。

控制单元10包括用于控制和协调所有前述单元(测量单元4、通信单元6、信令单元8)的电子电路。此外，控制单元10适于实现下文详细描述的管理方法。

图2示意性地图示了控制单元10的硬件架构的示例。根据这个示例，控制单元10包括通过通信总线12连接的：处理器或CPU(“中央处理单元”)14；随机存取存储器(RAM)16；只读存储器(ROM)18；存储单元或存储介质读取器，诸如SD(“安全数字”)卡读取器20；一组接口22，该组接口使得控制单元10能够与上文关于图1给出的硬件架构的其他元件通信。

处理器14能够执行从ROM 18、从外部存储器、从存储介质或可选地从通信网络加载到RAM 16中的指令。当控制单元10通电时，处理器14能够从RAM 16读取指令并执行该指令。这些指令形成计算机程序，使得由处理器14实现下文中所述的管理方法的全部或部分。

因此，下文中所述的管理方法的全部或部分可以通过由诸如DSP(“数字信号处理器”)或微控制器的可编程机器执行一组指令而以软件形式实现。这里描述的算法和步骤的全部或部分也可以由机器或专用部件(诸如FPGA(“现场可编程门阵列”)或ASIC(“专用集成电路”))以硬件形式实现。

管理方法

根据第二方面，提出了一种用于管理由电池供电的用于测量流体的消耗量的通信测量仪1的方法100。

管理方法100区分测量仪1的三种操作模式：标称操作模式、降级操作模式和最小操作模式。

下文将详细描述这些各种模式。

例如，在测量仪1具有大约10年至20年的使用寿命的情况下，方法100可以根据一周或几周的周期性来实现。

如图3示意性所示，管理方法100使得可以控制这三种模式的激活和停用。换句话说，管理方法100使得可以控制测量仪1从标称操作模式转到降级操作模式、从降级操作模式转到最小操作模式、从降级操作模式转到标称操作模式并且从最小操作模式转到标称操作模式。

特别巧妙地，根据电池2的剩余容量的估计值来执行从一种模式转到另一模式。

电池的剩余容量是电池2将能够在其期间向测量仪供应能量的时段的估计值。更准确地说，管理方法100包括步骤E300，在该步骤中，控制单元获得对测量仪1的电池2的剩余容量的估计值。通常，电池2的剩余容量的估计值可以借助于库仑计使用将每单位时间消耗的能量与测量仪1的每个操作模式相关联的表，并且通过随时间累积消耗的能量或者通过对电池2中循环的电流进行测量来进行。

根据估计值108，控制单元10执行将估计值与两个阈值T1和T2进行比较的步骤E301。如果估计值低于或等于第一阈值T1，则控制单元转到步骤E303，并且在步骤E304请求测量仪1从标称操作模式转到降级操作模式。

阈值T1被确定为与在其期间测量仪1必须被供应电能的预定义时段Tlife成比例，从该预定义时段中减去测量仪投入使用以来的时间段Tserv。

T1＝K1*(Tlife-Tserv)

例如，预定义时段是5年并且K1等于80％。

阈值T2被确定为与在其期间测量仪1必须被供应电能的预定义时段Tlife成比例，从该预定义时段中减去测量仪投入使用以来的时间段Tserv。

T1＝K2*(Tlife-Tserv)

例如，预定义时段是5年并且K2等于50％。

如果估计值低于或等于第二阈值T2，则控制单元10转到步骤E302，并且在步骤E309请求测量仪1从降级操作模式转到最小操作模式。

第二阈值T2低于第一阈值T1。

如下文将详细描述的，转入标称操作模式、转入降级操作模式或转入最小操作模式对测量的频率和由测量仪1执行的动作具有影响。

标称操作模式

在标称操作模式下，测量单元4以预定标称频率进行测量。

在特定实施方案中，标称频率位于6Hz与10Hz之间。优选地，标称频率是8Hz。

另外，在标称操作模式下，测量仪1执行选自以下各项的动作：以第一预定周期性传输所收集的测量结果；更新测量仪1的或测量仪1的至少一个功能性的程序；使得能够经由无线或光学通信构件进行通信；以第二预定周期性传输测量结果的备份；发送用于检测异常的警报信号。

更准确地说，以第一预定周期性传输所收集的测量结果可以例如每天实现一次。此传输可以由传输单元6实现到流体供应商(在用于测量水的消耗量的测量仪1的情况下通常是饮用水的供应商的服务器。

在标称操作模式下，更新测量仪1的程序的动作可以在任何时间执行，并且可以涉及用于操作测量仪1的所有程序。更新可以经由通信单元6来实现。优选地，根据所谓的FOTA(“无线固件升级(Firmware Over The Air)”)方法来实现更新。

在标称操作模式下，管理方法100允许使用通信单元6的所有端口和技术。

在标称操作模式下，管理方法100使得测量仪1能够借助于通信单元6以第二预定周期性传输测量结果的备份。优选地，每天传输一次测量结果的备份。通常，备份可以被传输到由流体供应商(在用于测量水的消耗量的测量仪1的情况下通常是饮用水供应商)控制的服务器。

在标称操作模式下，管理方法使得可以发送用于检测异常的警报信号。在标称操作模式下，用于检测异常的警报信号可以涉及检测流体泄漏，或检测欺诈，或例如检测反向流动的流体。

此外，在标称操作模式下，管理方法100使得能够以第四预定周期性传输包括与流体的压力、流体的存在或流体的温度有关的数据的监控帧。

优先级顺序

特别巧妙地，管理方法100将优先级与可以由测量仪1执行的每个动作相关联，这定义了可以由测量仪1执行的动作中的优先级顺序。优先级顺序使得可以根据电池2的剩余容量的估计值来连续地修改或中断动作。

因此，根据一个实施方案，可以如下对动作进行优先级排序(从最低优先级到最高优先级)：以第二预定周期性传输测量结果的备份；使得能够经由无线或光学通信构件进行通信；发送用于检测反向流动的流体或用于检测流体的存在的警报信号；传输监测帧；更新测量仪1或测量仪1的至少一个功能性的程序；以第一预定周期性传输所收集的测量结果；发送用于检测流体泄漏或欺诈的警报信号。

流体的消耗量的测量结果具有最高的优先级顺序。

降级操作模式

如前所述，当电池2的剩余容量的估计值低于或等于第一阈值T1时，则管理方法100触发测量仪1转入降级操作模式。

在降级操作模式下，优选地根据先前列出的动作的优先级来修改或中断该先前列出的动作。

因此，如图3示意性所示，如果测量仪1处于标称操作模式并且容量的估计值低于或等于第一阈值T1，则测量仪1将转入降级操作模式。在第一次转入降级操作模式时，测量仪1将修改包括以第二预定周期性传输测量结果的备份的动作。在降级操作模式下，以第四预定周期性执行这个动作。优选地，第四预定周期性是每周一次。

因此，在转入降级操作模式时，测量仪1将以第四预定周期性传输(流体消耗量的)测量结果的备份。

测量结果的备份的传输的周期性的这种改变趋向于减少电池2的消耗量。电池2的剩余电量的估计值被重新计算并在(比较)步骤E305与阈值T1和T2重新进行比较。如果这个估计值保持低于或等于第一阈值T1，则修改或中断优先级排序列表中的后续动作。优选地，暂停本地无线传输。这种修改或中断倾向于减少电池2的消耗量。电池2的剩余电量的估计值被重新计算并与阈值T1和T2重新进行比较(比较)。如果这个估计值保持低于或等于第一阈值T1，则修改或中断优先级排序列表中的后续动作。优选地，暂停发送用于检测反向流动的流体的警报，并且仅维持发送用于检测流体的存在的警报。这种修改或中断倾向于减少电池2的消耗量。电池2的剩余电量的估计值被重新计算并在步骤E305与阈值T1和T2重新进行比较。如果这个估计值保持低于或等于第一阈值，则修改或中断优先级排序列表中的后续动作。优选地，中断传输监测帧的动作。这种修改或中断倾向于减少电池2的消耗量。电池2的剩余电量的估计值被重新计算并与阈值T1和T2重新进行比较(比较)。如果这个估计值保持低于或等于第一阈值T1，则修改或中断优先级排序列表中的后续动作。优选地，修改测量仪1的或测量仪1的至少一个功能性的程序的更新，使得仅实现测量单元4的更新(因此临时暂停通信单元6的更新、各种应用软件的更新和各种监测软件的更新)。这种修改或中断倾向于减少电池2的消耗量。电池2的剩余电量的估计值被重新计算并与阈值T1和T2重新进行比较(比较)。如果这个估计值保持低于或等于第一阈值T1，则修改或中断优先级排序列表中的后续动作。优选地，修改以第一预定周期性传输所收集的测量结果。在降级操作模式下，以第三预定周期性传输测量结果。优选地，第三周期性对应于每月两次传输。这种修改或中断倾向于减少电池2的消耗量。电池2的剩余电量的估计值被重新计算并与阈值T1和T2重新进行比较(比较)。如果这个估计值保持低于或等于第一阈值T1，则修改或中断优先级排序列表中的后续动作。优选地，修改发送用于检测泄漏或欺诈的警报信号。优选地，在降级操作模式下，测量仪1不再发送用于检测欺诈的警报信号。这种修改或中断倾向于减少电池2的消耗量。电池2的剩余电量的估计值被重新计算并与阈值T1和T2重新进行比较(比较)。如果这个估计值保持低于或等于第一阈值T1，则修改或中断优先级排序列表中的后续动作。优选地，修改流体消耗量的测量频率。在降级操作模式下，测量仪1以降级频率进行测量。在特定实施方案中，降级频率位于1Hz与3Hz之间。优选地，降级频率是2Hz。

特别有利地，使用在其中对动作进行优先级排序并且在其中修改测量频率的降级操作模式使得可以保持电池的剩余容量2，同时保证测量流体的消耗量的能力。

在特定实施方案中，如果电池的剩余容量的估计值变得高于第三预定阈值T3，则管理方法转到步骤E307，并且在步骤E308使测量仪从降级操作模式转到标称操作模式。通常，如果在安装测量仪1的环境中无线电传输条件改善，则通信单元6将消耗更少的能量，并且电池2的剩余容量的估计值将能够增大。第三阈值T3对应于滞后，该滞后使得可以确保电池2的剩余容量的估计值已经增大到足以从降级操作模式转到标称操作模式(以便避免标称操作模式与降级操作模式之间的快速振荡现象)。

例如，阈值T3被确定为与在其期间测量仪1必须被供应电能的预定义时段Tlife成比例，从该预定义时段中减去测量仪投入使用以来的时间段Tserv。

T3＝K3*(Tlife-Tserv)，其中K3＝0.95或1。

另一方面，如果电池2的剩余容量的估计值继续降低并且变得小于第二阈值T2，则管理方法转到步骤E306，并且在步骤E309使测量仪1转入停止模式。

最小操作模式

在最小操作模式下，仅进行流体消耗量的测量。以降级频率进行流体消耗量的测量。可以由测量仪1执行的其他动作被中断。