CN111066349B - 自供电的物联网传感器设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种自供电的传感器设备(100)，其包括：无线网络单元(140)，其被配置为使得能够在低功率广域网(LPWAN)中进行通信；能量转换单元(150)，其被配置为将第一物理量转换为能量；以及能量收集单元(110)，其被配置为从由能量转换单元(150)转换的能量中收集能量，并且每当由能量收集单元(110)收集到了预定量的能量就发起经由无线网络单元(140)对消息的发送。

Description

自供电的物联网传感器设备

技术领域

本发明涉及一种自供电的物联网传感器设备以及一种利用自供电的物联网传感器设备来测量物理量的方法。

背景技术

IoT(物联网)传感器设备被广泛地使用，并且通常包括电池。然而，这样的传感器设备的寿命将取决于电池的容量，并且因此取决于电池的寿命。如果电池不再包含任何能量，则传感器将停止工作，除非被维修(电池更换)。此外，电池的尺寸也对传感器设备的尺寸具有很大的影响。尽管可以将这样的传感器设备用在其他类型的无线网络(诸如蓝牙^TM低能量)中，但是其在不久的将来通常将成为低功耗广域网LPWAN的部分。传感器设备通常包括LPWAN节点以实现与LPWAN的通信。

出于环境原因以及为了提高IoT(物联网)传感器设备的寿命，期望具有无需专用电池即能够操作的传感器设备。如果能够在传感器设备中避免电池，那么这样的传感器设备的再循环利用是更加环保的。此外，利用无电池的IoT传感器，也能够避免即使电池的使用寿命已经结束而具有电池的设备仍留在原地。此外，传感器设备的寿命能够增加。

US 2017/0147021 A1描述了一种具有不包含电池的IoT(物联网)设备的IoT系统。所述IoT设备包括能量收集设备，所述能量收集设备例如借助于光电二极管来收集能量。所述IoT设备能够包括检测器，所述检测器基于收集到的能量来操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种自供电的物联网传感器设备，所述物联网传感器设备是自供电的，并且其具有增加的寿命并且允许低功率操作。

根据本发明的一方面或实施例，提供了一种自供电的物联网传感器设备。所述传感器设备包括能量转换单元以将第一物理量转换为能量。所述传感器设备还包括能量收集单元以收集与所述第一物理量相关联的并且已经由所述能量转换单元转换的能量。所述传感器设备还包括用于实现在无线网络中并且特别是在低功率广域网LPWAN中的通信的无线网络单元。所述无线网络单元包括微处理器，所述微处理器被配置为存储已经被发送的消息的序列计数器并且在每条消息中并入序列计数器值。此外，每当所述能量收集单元已经收集到了第一量的能量就发起经由所述无线网络单元对消息的发送。例如，如果第一传感器正在检测光强度，那么所述能量收集单元将借助于光检测器来收集能量。当已经收集到足够的能量(第一量的能量)时，即，当已经收集到足够的能量以发出一条无线电消息时，经由所述无线网络单元来发送消息。换言之，所述消息自身指示已经收集到了一定量的能量，并且因此与所测量的物理量直接相关。换言之，所述消息不需要包含超出所述序列计数器的值的任何数据。所述消息自身指示已经收集到了一定量的能量。

根据本发明的一方面，提供了一种能量储存单元，所述能量储存单元被用于储存由所述能量收集单元收集到的能量。所述能量收集单元还适于将被储存在所述能量储存单元中的预定量的能量供应给所述无线网络单元，以使得所述无线网络单元能够发送消息。

根据本发明的一方面，所述能量收集单元包括第一转换器单元，所述第一转换器单元被配置为将所述能量转换单元的输出部处的电压电平转换为所述能量储存单元所需的电压电平。所述能量收集单元还包括比较器，所述比较器被配置为将所述能量储存单元处的电压与阈值进行比较并且控制开关以将能量供应给所述无线网络单元以使得能够发送消息。

根据本发明的一方面，所述能量收集单元还包括第二转换器单元，所述第二转换器单元被配置为将所述能量储存单元中的电压电平转换为所述无线网络单元所需的电压电平。

根据本发明的一方面，所述无线网络单元包括微处理器，所述微处理器被配置为储存已经发送的消息的序列计数器。

根据本发明的一方面，所述能量转换单元能够被实施为光检测器或压电元件。

根据一方面，所述自供电的传感器设备还包括第二能量储存单元、第二比较器和计数单元，其中，所述能量收集单元被配置为每当被储存在所述能量储存单元中的能量达到计时器阈值就触发所述计数单元，并且每当由所述第二能量储存单元储存的能量的量超过传输阈值就发起经由所述无线网络单元对消息的发送。

根据一方面，所述能量收集单元包括第一能量收集器和第二能量收集器，其被布置为分别在所述能量储存单元和所述第二能量储存单元中储存能量，并且其中，所述第一能量收集器被布置为向所述无线网络单元提供功率，并且所述无线网络单元被布置为向所述第二能量收集器提供功率。

根据本发明的另一方面，提供了一种控制自供电的物联网传感器设备的方法。第一物理量由电学能量转换单元转换为电学能量。已经由所述能量转换单元转换的能量由能量收集单元来收集。每当所收集到的能量的量超过阈值，值就被存储在序列计数器中，并且经由无线网络单元来发送消息，其中，所述消息包含序列计数器值。

根据本发明的另外的方面，提供了一种序列计数器，所述序列计数器针对由所述无线网络单元发送的每条消息而递增。

根据本发明的另外的方面，通过减少或增加由所述无线网络单元发送的消息的数量来调整数据率。

根据本发明的一方面的传感器设备是能够在低功率广域网LPWAN或其他无线网络内通信的无线的并且无电池的传感器设备。所收集到的能量与被监测的能量是相同的类型。一旦所收集到的能量对应于阈值或者当已经收集到了一定量的能量时，那么经由所述无线网络单元来发送第一消息。一旦所收集到的能量再次对应于阈值，那么经由所述无线网络单元来发送第二消息。物理量的测量值然后将对应于经由所述无线网络发送的消息的数量，即，所述物理量然后将对应于已经收集到的能量的次数、能量的量。LPWAN(或其他无线网络)消息能够具有时间戳信息和位置信息。

由所述传感器设备发送的所述消息能够包含序列计数值，所述序列计数值随着所发送的每条消息而递增。

因此，当消息丢失时，接收单元仍将知道总共已经收集到了多少能量，从而得到正确的测量结果。因此，在这种情况下，当消息丢失时，仅时间信息可能会丢失。

应当理解，本发明的优选实施例也能够是从属权利要求或者以上实施例与各个独立权利要求的任意组合。

参考下文所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐明。

附图说明

在以下附图中：

图1A示出了根据本发明的第一方面的传感器设备的示意性框图，

图1B示出了根据本发明的一方面的能量收集流程的时序图，

图2示出了根据本发明的一方面的传感器单元的操作的示意性表示，并且

图3示出了根据本发明的一方面的能量收集流程的图示。

图4示出了根据本发明的另外的实施例的传感器单元的示意性表示。

图5a和图5b表示本发明的实施例的操作。

图6表示根据图4的传感器单元的另一实施例的示意性表示。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的第一方面的传感器设备的示意性框图。根据本发明的一方面的传感器设备100是自供电的物联网(IoT)传感器设备100，其能够是诸如低功率广域网LPWAN的无线网络的部分，但是诸如蓝牙^TM低能量的其他类型的网络也是可以的。传感器设备100包括能量收集单元110、能量储存单元130、无线网络单元140以及能量转换单元150(即，能量转换器)。传感器设备100能够经由无线网络单元140与LPWAN进行无线通信。如果所述无线网络单元要求如此，则能量储存单元130可以是电容器或类似的电荷储存设备，或者甚至可以是超级电容器。

能量收集单元150能够检测物理量或者如光、热或运动的现象，并且将所述物理量转换为电学能量。因此，所述能量转换单元能够例如被体现为将动能转换为电学能量的光检测器150或压电元件。能量收集单元110正在收集与第一物理量相关联的能量。例如，如果能量转换单元150是光检测器，则能量收集单元110将借助于将光转换为电学能量来收集能量。这能够例如借助于能量转换单元150(以光检测器的形式)来执行。

当由能量收集单元100收集到的能量达到第一阈值或量时，那么经由无线网络单元140发送第一消息。换言之，该消息将指示已经由能量收集单元110收集到了与第一阈值或量相对应的能量。如果此后能量收集单元110已经收集到了再次达到第一量的能量，则经由无线网络单元140发送另外的消息。应当理解，无线网络单元140仅汲取用于发送消息所需的能量，并且在能量储存单元130中的任何剩余能量都保留在那里以用于随后的消息。在低功率广域网LPWAN的接收侧处，接收器能够接收借助于无线网络单元140无线发送的消息。无线网络140能够包括微处理器141和无线电模块142。

能量收集单元110包括电路，所述电路使得能够通过由所述能量收集单元收集到的能量对所述能量储存单元进行充电，并且还为无线网络单元140供应能量以发送消息。

具体地，能量收集单元110可以包括升压充电器111、降压转换器112、比较器113以及开关114。升压充电器111接收能量转换单元150的输出，并且能够将能量转换单元150的输出的电压电平转换为针对能量储存单元130所需的电压电平。比较器113监测在能量储存单元130处的电压电平。如果能量储存装置130处的电压电平对应于阈值，那么所述比较器能够控制开关114，使得来自能量储存装置130的能量能够由降压转换器112转换为无线网络单元140所需的电压电平。如果无线网络已经被供应了足够的能量来发送消息，则能够关闭开关114。能够例如由无线网络单元140的微处理器141来执行关闭。

任选地，能量收集单元110可以包括用于接收设置的输入。这些输入也能够用于将电阻器网络耦合到能量收集单元110。

任选地，能够提供传感器170，传感器170能够适于测量或检测另外的物理量。

在网络中的接收器侧处，能够生成时间戳信息和位置信息。由于接收器侧能够将时间戳与任何传入消息相关联，因此所述消息的时间戳信息是可用的。所述传感器设备的位置信息能够通过三角测量在所述接收器侧处获得。如果多个天线收到相同的消息，则能够确定所述传感器设备的位置。

图1B示出了根据本发明的一方面的能量收集流程的时序图。在图1B中，描绘了在能量储存装置130处的电压V1、V2以及在无线网络单元140的输入部处的电压V3。电压V3对应于在所述无线网络单元的输入部处的电压。电压V1对应于当足够的能量已经被储存在能量储存单元130中以使得无线网络单元140能够传输消息时的电压电平。电压电平V2对应于当消息已经由无线网络单元140发送时在能量储存单元130处的电压电平。当消息已经被发送Tx时，那么能量储存单元处的电压电平从V1下降到V2。之后，由于能量收集单元150所收集到的能量，能量储存单元130处的电压电平增加。一旦能量储存单元130中的电压电平达到了电压电平V1，能量收集单元110就将能量提供给无线网络单元140以发送消息。在经由无线网络单元140发送消息期间，在能量储存单元130处的电压电平从V1下降到V2。

图2示出了根据本发明的一方面的传感器设备的操作的示意性表示。在图2中，传感器设备100被分为两个功能块，亦即，一个块与能量收集相关，而第二块与无线网络单元相关。在第一块中，提供了能量收集单元110、能量储存单元130和能量转换单元150。无线网络单元140能够与低功率广域网进行通信。能量200(其将被收集)由能量收集单元110来收集。在图2中(作为示例)，收集到了两个不同的能量的量200a、200b。根据本发明，传感器设备100将输出四条消息141，即，每当第一量的能量201已经被收集时。所述传感器设备持续地收集能量。当第二量的能量202被收集时，所述传感器设备将输出七条消息142。从图2能够看到，消息141之间的距离远大于消息142之间的距离。

由于在时间段200b期间的能量水平高于在时间段200a期间的能量水平，传感器设备100将发送更多消息。如果没有消息被发送，则没有能量能够收集。换言之，消息的缺失也可以与有价值的信息相关，因为其将指示例如没有光能或遗传能。

根据本发明的一方面的传感器设备的操作能够被描述如下：一旦能量桶为满时，所述传感器设备就将发送消息。由于发送，所述桶被(部分地)清空，并且一旦所述桶再次为满时，就发送另外的消息。如果存在更多的能量，则对所述桶的填充将更快(与消息142一样)。然而，如果能量水平较低，则对所述桶的填充因此将花费更多时间(参见消息141)。

根据本发明的一方面，将由传感器设备100感测的物理量对应于或者涉及所收集到的能量，并且反之亦然。如果例如能量转换单元150是光检测器，那么所述光检测器能够检测光并且将所述光转换为电学能量。一旦已经由所述光检测器转换了第一量的电学能量，就从传感器设备100发送消息。该消息指示第一量的能量已经被所述光检测器转换，即，已经检测到第一量的光。该过程能够是迭代过程，使得传感器设备100能够发送多条消息。这是有利的，因为消息将不包含值，而是消息随时间的出现(即，随时间的消息的数量)指示所监测到的物理量。因此，在物联网系统内提供了稳健并且低复杂度的传感器设备。

无线网络单元140能够包括微处理器141和无线电模块142。一旦能量收集单元110已经收集到了足够的能量，无线网络单元140中的微处理器141和无线电模块142就被激活以发送第一射频RF消息。换言之，能量收集单元110将为无线网络单元140提供足够的能量以发送RF消息。微处理器141可以适于处理一旦提供了足够的能量就将发出1条RF消息的算法。然后，控制单元120能够发起无线网络单元140的深度睡眠。

根据本发明的一方面，使1条RF消息的大小最小化以防止不必要的功耗。

根据本发明的一方面，如果收集到的能量多于发送RF消息所需的能量，则能够使用额外量的能量来测量额外的物理量。因此，在传感器设备100中可以存在另外的传感器170。例如，如果使用光来收集能量，则可以利用多余量的收集的能量来检测紫外光。

根据本发明的另外的方面，如果已经由能量收集单元110收集到了足够的能量，则能够通过将能量位写入到无线网络单元内部的微处理器的非易失性储存器中来提供额外的准确度。如果由能量收集单元110收集到的能量的量不足以允许RF消息的传输，则能够特别地执行该操作。如果已经由所述能量收集单元收集到了足够的能量，则可以无线地传送收集的位数。

图3示出了根据本发明的一方面的能量收集流程的图示。图3图示了能够针对不同的应用来收集不同的能量源。第一能量收集流程101能够从动能中提取电学能量。因此，能够使用根据图1A的传感器设备100。因此，第一能量收集流程101能够传输与所收集的动能的量相对应的多条消息101a。活动单元310能够使用所传输的消息的数量101a来确定用户的活动。

第二能量收集流程102可以使用根据图2的传感器设备100。第二能量收集流程102使用可用的光202以借助于能量收集单元110来收集能量，并且经由无线网络单元140来发送多条消息102a。睡眠单元320能够使用来自第二能量收集流程102的消息102a的数量的信息以及任选地来自第一传感器设备101的消息的数量的信息来确定用户的睡眠质量。

此外，关于消息数量和对应时间戳的信息可以由具有接收到的日光量作为输入的抗抑郁应用330来使用。

第三能量收集流程103使用紫外光借助于能量收集单元110来提取能量。第三能量收集流程103能够使用根据图2的传感器设备100。因此，由能量收集流程103发送的消息103a的数量与紫外光的量相对应。该信息以及对应的时间戳能够由紫外光保护单元340用于确定对用户的紫外光保护，换言之，以帮助用户避免晒伤等。任选地，可以提供额外的传感器。传感器的信息也可以被转发到紫外光保护单元。备选地，所述第三能量收集流程能够收集如日光的光，并且能够使用额外的传感器来给出UV指示。所发送的消息能够包含UV指示。

根据本发明，所述传感器设备是无电池传感器设备，并且因此也能够被并入到健康护理应用中并且能够被用户使用或佩戴。这样的传感器设备可以被并入到手表或珠宝或鞋子等中。例如，如果传感器设备被并入到鞋子中，则其可能能够测量用户的活动。备选地，如果传感器设备被实施在诸如戒指或手表的珠宝中，则可以测量日光或紫外光水平。

根据本发明的一方面，压电部件可以被用作能量收集单元以从动能中提取电学能量。

根据本发明的另外的方面，所述传感器设备可以被用于测量光并且能够被实施或附接到植物上以便确定植物是否具有足够的光。任选地，所述传感器设备还可以具有湿度检测单元以确定植物的土壤的湿度，以便也确定植物是否具有足够的水。由在无线网络中的接收器侧接收到的许多消息能够允许确定光水平是否合适和/或湿度水平是否合适。根据本发明的传感器设备被用作测量设备。无线网络中的接收器侧能够进一步处理接收到的信息。

根据本发明的一方面，可以在路灯中实施传感器设备，以便确定外部光并且由此控制路灯的光。

根据本发明的另外的方面，还能够在路灯中实施传感器设备以确定路灯是否正在发光。如果所述传感器设备不传输消息，则明显路灯未按要求工作。

根据本发明的另外的方面，所述传感器设备能够被用于检测主线周围的交变磁场，以测量或确定设备的功耗。根据本发明的传感器设备可以使用交变磁场来提取电学能量并且操作所述传感器设备。

根据本发明的另外的方面，所述消息可以包含序列计数器，所述序列计数器能够针对每个发送的消息而增加。所述序列计数器可以被储存在微处理器141的非易失性储存器中。这是有利的，因为即使由传感器设备100发送的消息中的某些消息在传输期间丢失，那么在这些后续消息中的任何消息中，序列计数将包含所需的信息，以便在接收器侧，能够推断出正确的传输率以及因此所收集到的能量水平。对消息丢失的问题的典型解决方案是使用更高的功率或包括误差校正(例如，消息冗余)的更复杂的传输方案。

根据本发明的另外的方面，能够在无线网络的接收器侧执行自动数据率调节。如果序列计数器连续增加超过一，则网络的接收器能够指示传感器设备将消息的数量减少一因子(例如，2)。这能够指示与消息的转发相对应的能量的量是小的。因此，所述传感器设备可以适于仅在能量储存装置中的电压水平已经两次达到第一量时才发送消息。换言之，能够舍弃本应要发送的消息中的某些消息。

根据本发明的另外的方面，可以提供下行链路消息。这些下行链路消息可能比仅发送上行链路消息需要更多的能量。

根据本发明的另外的方面，能够增加序列计数器，而不管是否发送RF消息。

图4表示本发明的另一实施例的操作。如前所述，能量收集单元150将能量提供给能量收集和储存单元400。能量收集和储存单元400具有先前所描述的能量收集单元100的元件，第一能量储存器130和第二能量储存器401。能量收集和储存单元400将输入提供给根据实施例的无线网络单元410。所述能量收集和储存单元还将输入提供给计数单元402。然后，计数单元402将输入提供给无线网络单元440的微处理器141。计数单元402可以包括记录时间的模块，诸如实时时钟(RTC)，其记录何时从能量收集和储存单元400接收输入(或者何时由其触发)。继而，计数单元402将该信息提供给微处理器141。

图5a表示根据本发明的实施例的传感器设备的操作，所述传感器设备不具有图4的实施例的额外特征。曲线41表示入射到能量收集单元150的能量水平(或者以其他方式可用的)，并且脉冲42、43和44表示由无线网络单元140进行的无线电传输。脉冲42和43相对靠近在一起，因为在该时段的能量的总量是相对高的。然后，在脉冲44被发送之前发生了更长的时间，因为如曲线41所示，存在能量水平的下降，导致收集传输所需的能量的时间更长。脉冲的接收器不能够从接收到的信息中推断出曲线41的形式。脉冲的频率表示在脉冲间时段内积分或求和的能量水平。

返回图4，第一能量储存器130被用于对计数单元402供电和触发。在本上下文中，“触发”意指“引起动作发生”，并且还可以包括唤醒设备以使其执行功能。以类似于先前所描述的方式，当由第一能量储存器130储存的能量达到第一阈值时(例如，当在能量储存器130处的电压水平达到阈值时)，计数单元402被来自能量收集和储存单元400的输入触发。这使得计数单元402记录触发，特别是触发发生的时间。这能够被称为“计数事件”或“计时事件”。计数单元402可以被实施为微处理器441的部分或者被实施为独立单元。在计数单元402形成微处理器441的部分的情况下，被触发的是触发微处理器441。在这种情况下，“触发”可以意指通过对微处理器供电(以及任何必要的使能)来唤醒微处理器，使微处理器从计数单元402读取计时或计数信息并且对其进行储存。通常，在提到“对计数单元的触发”时，应当理解，在适当的情况下，这意指“对微处理器的触发”。当能量储存器401中的能量水平(例如，被测量为电压水平)达到另一第二阈值时，能量收集和储存单元400将能量提供给无线网络单元410。无线网络单元400的微处理器441从计数单元402取回计数事件的记录，并且将其编码为消息的有效载荷的部分。所述消息然后由无线电模块142来传输。为了方便起见，能够将第一阈值称为计时器阈值，并且能够将第二阈值称为传输阈值。不需要将两个阈值设置为相同的水平，实际上，这将取决于两个能量储存器130和401的容量以及计数单元402和无线网络单元410所需的能量。所述传输阈值可以与针对图1的实施例的相同。

图5b表示根据图4的实施例的传感器设备的操作。与图5a一样，曲线41表示入射或可用能量的水平。同样地，如前所述，在由脉冲42、43和44指示的时间处进行无线电传输。另外，脉冲串45和46表示对计数单元402的触发。能够看到，脉冲序列45示出了对计数单元的频繁触发意指将记录一系列相对靠近地间隔开的时间。对应地，并且如图1，无线电传输42和43相对靠近。在传输43与传输44之间的时段的早期，可用能量下降，并且因此计数单元402的触发发生频率降低，如由脉冲序列46所示的。在该时段的结束时，可用能量水平上升，并且计数单元402的触发再次更加频繁。能够看到，脉冲串46中的触发的模式表示可用能量水平41的变化。因此，根据该实施例的消息的接收者能够以更高的时间分辨率推断出能量水平的变化。

由于时间分辨率是由消息中的时间值提供的，因此时间的记录可以允许来自无线网络单元410的传输变得不那么频繁。然而，较不频繁的传输意指每个消息中有更多的信息，这往往会使得所述消息更长，从而需要更多的能量进行传输。因此，存在传输频率与消息长度之间的权衡。通过选择如何在消息中编码信息，可以减小消息的长度。

存在用于记录时间并且编码消息的各种方法。一种是按顺序放置针对每个时间记录的绝对值。然而，由于绝对值将包含时间和日期并且必须为各种值进行分配(以位为单位)，因此可以通过对相对值进行编码来节省位。另一方面，相对值具有窄得多的范围，并且因此能够利用较少的位来表示。这样的相对值的实现方式的一个示例可以是仅使第一时间记录以绝对格式来编码，并且随后的时间记录直到所讨论的传输时间被编码为相对于第一时间记录的差。另一种可以是与所讨论的传输时间相关(负)的值。接收器将能够自身确定传输时间，因为这将非常接近接收时间。如果用于触发计数单元402和传输消息所需的能量之间的关系保持恒定，那么在传输之间将始终存在相同数量的计时器记录。这意指消息将始终具有相同的长度，这使得在接收器侧的解码更加简单。能够实施关系的动态调整，但是这将需要更多的复杂性，诸如消息中的消息长度指示或自适应当解码。

在另一种方案中，从计数器/RTC储存的值是先前计数事件与当前计数事件之间的时钟滴答计数。在这种情况下，可以在对计数事件的每次触发时重置所述计数器。然后，所传输的消息的有效载荷可以是一系列计数值。接收器然后可以使用消息的接收时间来计算回到计数事件的实际时间，并且因此重建针对入射能量的采样曲线。

图6表示根据图4的功能的另一实施例。能量收集单元150将能量供应给第一能量收集器110。该第一能量收集器110类似于关于图1所描述的并且被耦合到第一能量储存单元130。第一能量储存单元130可以被实施为被耦合在第一能量收集器110的充电输出部621与参考电压之间的电容器。也被耦合到第一能量收集器110的充电输出部621是计数器-RTC602。第一能量收集器110具有被耦合到无线网络单元410的输入部的一个或多个电压/信号输出部622。所述计数器-RTC被耦合到无线网络单元410中的非易失性存储器(NVM)611。所述NVM被耦合到无线网络单元410中的微处理器141。存在针对计数器-RTC 602的多种可能的配置，即，其可以是独立电路，或者一部分功能可以在微处理器441中(例如，计数器部分)，如由任选的虚线耦合所指示的。在其是独立的情况下，可以将其耦合到NVM。在与微处理器441共享功能的情况下，计数器RTC可以与微处理器441相耦合，而不是被耦合到NVM。也能够使用具有其自己的RTC的微处理器441。第二能量收集器420被耦合到第二能量储存单元401。第二能量储存单元401可以被实施为被耦合在第一能量收集器420的充电输出部623与参考电压之间的电容器。第二能量收集器420具有被耦合到无线网络单元410的第二输入部的一个或多个电压/信号输出部623。无线网络单元410的第二输入部可以是与被耦合到第一能量收集器130的输入部相同的输入部。所述无线网络单元具有被耦合到第二能量收集器420的功率输入部的功率输出部625。能量储存器130可以具有比第二能量储存单元401低的储存容量。

第一能量收集器110收集能量并且将其储存在第一储存单元130中。当所储存的能量达到第一阈值或“计时器”阈值时(例如，当充电输出部621处的电压达到阈值时)，第一能量收集器110发出信号并且向无线网络单元410(特别是微处理器141)供电。微处理器141读取计数器/RTC 602中的时间并且将其存储在NVM中。无线网络单元410保持接收功率，直到能量储存单元130中的能量水平下降到第二阈值或“断电”阈值之下，并且在该时段期间，微处理器141经由功率输出部625将功率提供给第二能量收集器420。第二能量收集器420将能量储存在第二能量储存单元401中。然后，微处理器141停止向第二能量收集器电路420供电。重复该过程，直到被储存在第二能量储存单元401中的能量水平达到“传输”阈值为止。此时，第二能量收集器420发信号并且向无线网络单元410供电。微处理器141读取NVM中的记录并且编译无线电模块142传输的消息。可能是有利的是：微处理器141具有“低功率”模式，其在从第一能量收集器110接收功率的同时在其下运行。以这种方式，微处理器141能够提供给第二能量收集电路420的功率能够大得多。第一能量收集器130和第二能量收集器420可以使用相同的电路来实施。这样做可能是方便的，因为其需要相似的功能。然而，如果证明第二能量收集器更经济，则可以利用不同的电路来实施第二能量收集器。这些决定取决于实施的细节，并且在技术人员的能力范围之内。

从理论上说，这两个能量收集器都能够有能量收集电路，但是这呈现出特定障碍。将需要根据某种设计(而不是仅仅连接)来划分能量的手段，以便确保正确的平衡。图6的实施例的优点在于：能够通过编程来管理对所收集到的能量的共享以及因此在时间记录与传输之间的平衡。

根据本发明的另外的方面，例如能够借助于压电单元作为能量收集单元来收集动能。这能够被用于人类活动监测和/或对步行或跑步的路线的跟踪。

根据本发明的另外的方面，能够通过收集动能来确定鞋的磨损度或跑步鞋的使用寿命，从而实施对鞋的更换流程。

根据本发明的另外的方面，能够收集光并且能够将其用于植物健康监测(任选地利用对土壤湿度的感测)和低成本作物监测(任选地利用对土壤湿度的感测)。

根据本发明的另外的方面，能够收集动能以用于工业流监测。

术语“微处理器”应当被理解为通常包括逻辑电路，包括通常称为微控制器的逻辑电路。

尽管已经在附图和前文的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是说明性和示例性的而非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时能够理解并且实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，单词“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或单元可以实现权利要求中所记载的若干项的功能。在互不相同的独立权利要求中记载特定措施的事实并不指示不能够使用这些措施的组合来获益。在权利要求中，被放置在括号之间的任何附图标记都不应当被解读为对权利要求的限制。

本发明可以借助于包括若干个不同元件的硬件以及借助于经适当地编程的计算机或处理单元来实施。在列举若干模块的设备权利要求中，这些模块中的若干模块可以由同一个硬件来体现。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施的事实并不指示不能够有利地使用这些措施的组合。

本发明的各方面可以在计算机程序产品中实施，所述计算机程序产品可以是被储存在计算机可读储存设备上的可以由计算机运行的计算机程序指令的集合。本发明的指令可以采用任何可解释或可执行的代码机制，包括但不限于：脚本、可解读程序、动态链接库(DLL)或Java类。能够提供指令作为完整可执行程序、部分可执行程序、对现有程序的修改(例如，更新)或对现有程序的扩展(例如，插件)。同样地，本发明的部分处理可以被分布在多个计算机或处理器上。

适用于存储计算机程序指令的储存介质包括所有形式的非易失性储存器，包括但不限于：EPROM、EEPROM和闪存设备、磁盘(诸如内部和外部硬盘驱动器)、可移动磁盘和CD-ROM磁盘。所述计算机程序产品可以被分布在这样的储存介质上，或者可以通过HTTP、FTP、电子邮件或者通过被连接到诸如因特网的网络的服务器来提供以供下载。

权利要求中的附图标记不应当解读为限制范围。

Claims (15)

1.一种自供电的传感器设备(100)，包括：

无线网络单元(140)，其被配置为使得能够在无线网络中进行通信，所述无线网络单元(140)包括微处理器(141)，其中，所述微处理器(141)被配置为存储已经被发送的消息的序列计数器并且在每条消息中并入序列计数器值；

能量转换单元(150)，其被配置为将第一物理量转换为能量；以及

能量收集单元(110)，其被配置为：从由所述能量转换单元(150)转换的所述能量中收集能量，并且每当由所述能量收集单元(110)收集到的能量的量超过阈值就发起经由所述无线网络单元(140)对消息的发送，

其中，所述消息指示已经收集到了一定量的能量，并且因此与所述第一物理量直接相关。

2.根据权利要求1所述的自供电的传感器设备(100)，还包括：

能量储存单元(130)，其被配置为储存由所述能量收集单元(110)收集到的能量，

其中，所述能量收集单元(110)被配置为将被储存在所述能量储存单元(130)中的预定量的能量供应给所述无线网络单元(140)以发送消息。

3.根据权利要求2所述的自供电的传感器设备(100)，其中，

所述能量收集单元(110)包括第一转换单元(111)，所述第一转换单元被配置为将在所述能量转换单元(150)的输出部处的电压电平转换为所述能量储存单元(130)所需的电压电平，以及

比较器(113)，其被配置为：将在所述能量储存单元处的电压与阈值进行比较，并且控制开关(114)以向所述无线网络单元(140)供应能量来实现对所述消息的发送。

4.根据权利要求3所述的自供电的传感器设备(100)，

其中，所述能量收集单元(110)还包括第二转换器单元(112)，所述第二转换器单元被配置为将在所述能量储存单元(130)中的电压电平转换为所述无线网络单元(140)所需的电压电平。

5.根据权利要求1所述的自供电的传感器设备(100)，其中，

所述能量转换单元(150)是光检测器或压电元件。

6.根据权利要求2-5中的任一项所述的自供电的传感器设备，还包括第二能量储存单元(401)、第二比较器和计数单元(402)，其中，所述能量收集单元被配置为：每当被储存在所述能量储存单元(130)中的能量达到计时器阈值就触发所述计数单元(402)，并且每当由所述第二能量储存单元(401)储存的能量的量超过传输阈值就发起经由所述无线网络单元(140)对消息的发送。

7.根据权利要求6所述的自供电的传感器设备，其中，所述能量收集单元包括第一能量收集器(130)和第二能量收集器(401)，所述第一能量收集器和所述第二能量收集器被布置为将能量分别储存在所述能量储存单元(130)和所述第二能量储存单元中，并且其中，所述第一能量收集器(130)被布置为向所述无线网络单元(140)提供功率，并且所述无线网络单元被布置为向所述第二能量收集器(401)提供功率。

8.一种被配置为在包括至少一个根据权利要求1-7中的任一项所述的自供电的传感器设备的网络中操作的接收器。

9.根据权利要求8所述的接收器，还被配置为将从所述传感器接收到的消息中的消息频率或消息数量转换为由所述传感器检测到的物理量的能量的量度。

10.一种网络，包括至少一个根据权利要求1-7中的任一项所述的自供电的传感器设备以及根据权利要求8或9所述的接收器。

11.一种测量物理量的方法，包括：

由电转换单元(150)将第一物理量转换为电学能量；

从由所述能量转换单元(150)转换的所述能量中收集能量；并且

每当所收集到的能量的量超过阈值，就将值存储在序列计数器中并且经由无线网络单元(140)来发送消息，其中，所述消息包含序列计数器值，

其中，所述消息指示已经收集到了一定量的能量，并且因此与所述第一物理量直接相关。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：提供在由所述无线网络单元(140)发送的所述消息中递增的序列计数器。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括通过减少由所述无线网络单元(140)发送的消息的数量来调整数据率。

14.根据权利要求11-13中的任一项所述的方法，其中，每当在消息的发送之间中所收集到的能量的量超过计时阈值，所收集到的所述能量就被用于触发计数事件，其中，所发送的所述消息包含由所述计数事件产生的计数值。

15.一种储存有计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序当由处理器运行时使所述处理器执行权利要求11-13中的任一项所述的方法。