EP2870522A2 - Microcontroller arrangement - Google Patents

Microcontroller arrangement

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Publication number
EP2870522A2
EP2870522A2 EP13745359.3A EP13745359A EP2870522A2 EP 2870522 A2 EP2870522 A2 EP 2870522A2 EP 13745359 A EP13745359 A EP 13745359A EP 2870522 A2 EP2870522 A2 EP 2870522A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
microcontroller
energy
arrangement according
energy converter
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13745359.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Micropatent BV
Original Assignee
Micropelt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Micropelt GmbH filed Critical Micropelt GmbH
Priority to EP13745359.3A priority Critical patent/EP2870522A2/en
Publication of EP2870522A2 publication Critical patent/EP2870522A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/32—Means for saving power
    • G06F1/3203—Power management, i.e. event-based initiation of a power-saving mode
    • G06F1/3206—Monitoring of events, devices or parameters that trigger a change in power modality

Definitions

  • the invention relates to a microcontroller arrangement according to the preamble of claim 1.
  • DE 10 201 1 003 308 A1 describes a microcontroller arrangement with sensors which are controlled by a microcontroller and supplied by energy of an energy converter in the form of a thermogenerator.
  • the problem underlying the invention is to provide a microcontroller assembly that can be operated as energy efficient.
  • microcontroller arrangement according to the features of claim 1. Further developments of the invention are specified in the dependent claims. Thereafter, a microcontroller arrangement is provided with
  • a microcontroller for controlling the operation of the electrical device; such as - At least one energy converter, via which the microcontroller is supplied with energy.
  • a separate electronic Zeiterfas- tion block is provided by the microcontroller, which is designed such that it brings the microcontroller from an energy-saving state to an active state at predeterminable time intervals.
  • the time acquisition module triggers the transition of the microcontroller from the energy-saving to the active state periodically (cyclically), with a period of about from a few seconds to a few days.
  • the microcontroller sends a control signal to the electrical device and / or supplies the electrical device with electrical energy so that it is also brought into an active state as a function of the control signal of the time acquisition module.
  • the electrical device is, for example, a sensor or an actuator; e.g.
  • the invention is not limited to a particular sensor type. Rather, the microcontroller arrangement may in principle have any desired sensors; For example, sensors for sensing alternating magnetic fields, an electrical voltage, an electrical current, vibrations, an angle, a distance or a position, a gas concentration, a turbidity, a light intensity and / or a spectrum / color.
  • the sensor is used to monitor lines and to monitor contactors, transformers, electric generators and motors (for example in turbines or pumps).
  • the microcontroller in the active state i. In time intervals determined by the time acquisition module, sensor measurements are made, wherein the microcontroller is brought back into the energy-saving state from the active state after the sensor measurements have been completed (for example, due to a corresponding control signal of the time-acquisition module).
  • the microcontroller transmits the measurement data to an external receiving station (e.g., by radio, supra) before being brought into the power-saving state.
  • the microcontroller arrangement according to the invention both has at least one sensor and at least one actuator as electrical devices.
  • the time recording module is thus an electronic component which is different from the microcontroller and which is designed in particular in the form of a "Real Time Clock" RTC module (real time clock component) or an analog time acquisition module to control the power consumption of the microcontroller independently of the time acquisition module.
  • the microcontroller can be brought into the energy-saving state (eg completely switched off) without disturbing a regular activation of the electrical device, since the time-recording module continues to run even when the microcontroller is completely switched off.
  • the time acquisition module itself is designed such that it has only a low power consumption during operation (for example, less than 100 nA).
  • the microcontroller is brought from the energy-saving to an active state (and vice versa, for example) by means of the time-acquisition module does not necessarily mean that this is done via a direct connection of the time-acquisition module to the microcontroller. Rather, the microcontroller is supplied according to an embodiment of the invention via a cooperating with the time detection module voltage regulator with energy of the energy converter, wherein the microcontroller is thereby brought into the active state that the time detection module switches the voltage regulator in an active state. According to this embodiment of the invention, the microcontroller is thus brought indirectly via the switching of the voltage regulator in the active state.
  • the microcontroller can conversely be brought into the energy-saving state, with the power supply to the microcontroller interrupted after the voltage regulator has been switched off, and thus likewise switched off.
  • the time detection module receives a signal from the microcontroller, to which it switches off the voltage regulator and thus the microcontroller itself (at least for a certain period of time).
  • the energy supplied by the energy converter is insufficient, ie the voltage supplied falls below a reference value (for example of a comparator) and has been switched over to battery operation.
  • the voltage regulator and thus the microcontroller remains switched on if enough energy is made available by the energy converter.
  • the microcontroller switches itself into an energy-saving state (internal energy-saving mode) and, for example, instructs the time-acquisition module to wake it up again after a predetermined period of time. If, during the energy-saving state, the energy of the energy converter is no longer sufficient and the microcontroller is thus de-energized, then the microcontroller is started by the time-detection module switching on the then switched-off voltage regulator.
  • the periodic waking up (i.e., switching to the active state) of the microcontroller is, of course, always done only when the microcontroller has previously been brought into the power-saving state, i. especially if the energy supplied by the energy converter is too low.
  • the energy supply would be taken over in particular by a battery (different from the energy converter) (see above).
  • the battery can be charged with energy from the energy converter.
  • the voltage regulator comprises a cooperating with the time detection module switch, which switches the voltage regulator in response to a signal of the time detection module from a switched to a switched-on state and vice versa.
  • the switch is, in particular, a component formed separately from an electronic circuit for voltage regulation of the voltage regulator.
  • the voltage regulator does not comprise a separate switch, but directly receives a signal of the time detection module and switches in response to this signal from a switched-off to a switched-on state and vice versa.
  • the signal is detected by an input of the voltage regulator.
  • the electrical device via the microcontroller with energy eg the energy converter
  • energy eg the energy converter
  • the electrical device for example, goes into an active state when the microcontroller is brought into the active state.
  • a further embodiment of the invention provides a radio unit, which is supplied with energy from the energy converter via the voltage regulator mentioned above, for the wireless transmission of sensor data to an (external) receiving unit.
  • the power supply of the radio unit is effected in particular via the voltage regulator mentioned above.
  • the radio unit is also brought into an energy-saving state. It is also conceivable that the radio unit is brought by a signal of Mikrocon troller in the energy-saving state.
  • the energy converter is designed in particular in the form of a thermogenerator or in the form of a device for inductive and / or photovoltaic energy generation.
  • the device for photovoltaic energy generation can be optimized for shaded (photovoltaic) cells.
  • energy converters are of course also possible, i. of devices that convert energy of a basically arbitrary form into electrical energy.
  • two different energy converters i.e., different types
  • the microcontroller arrangement according to the invention can have at least one battery which, instead of or in addition to the energy converter, can supply the microcontroller with energy.
  • the battery is in particular designed such that it can be charged with energy of the energy converter.
  • the battery is a rechargeable thin-film battery.
  • a thin-film battery is in particular a non-chemical battery, which makes it possible to charge (recharge) the battery, for example, even in environmental protection areas.
  • the possibility of recharging the battery can significantly increase the autonomy of the sensor compared to chemical primary cells.
  • a primary battery is used.
  • the use of a battery in addition to the energy converter allows the operation of the electrical device (eg, sensor measurements or sensor messages), even if the currently provided by the energy converter energy is not sufficient to power the electrical device. This increases the safety of the operation of the electrical device (eg a monitoring to be performed with a sensor), since a defect of the electrical device can be detected due to the absence of regular feedback.
  • the voltage regulator mentioned above is designed, for example, in the manner of a "low-drop" longitudinal regulator.
  • the microcontroller the time detection module, the time intervals in which the microcontroller from the energy-saving in the active state (and thus in particular periodically triggered an operation of the electrical device), depending on the energy converter (currently ) specified voltage.
  • the time interval between two actuations of the electrical device e.g., between two sensor measurements if the electrical device is a sensor
  • a trigger e.g., one sensor measurement
  • the operating frequency is significantly reduced, for. on operation of the electrical device (e.g., one measurement) per day.
  • Another embodiment of the invention provides that electronic switch is present, wherein the electronic switch connects the energy converter in a first switching position with the microcontroller and the electronic switch is switched to a second switching position in which it connects the battery to the microcontroller when the voltage generated by the energy converter falls below a predeterminable value.
  • the connection of the energy converter or the battery with the microcontroller via the electronic switch can also be done indirectly, in particular via the voltage regulator described above. In this case, depending on the position of the electronic switch, either the energy converter or the battery is connected to the voltage regulator (and thus to the microcontroller).
  • the control of the electronic switch is in particular via a comparator, which switches the switch in the first position when the voltage generated by the energy converter exceeds a reference value. Conversely, the comparator switches the electronic switch to the second switching position when the voltage drops below a minimum value.
  • the time detection module brings the microcontroller from the energy-saving state into the active state at predeterminable time intervals, for example, only when the voltage generated by the energy converter falls below a predefinable value, i. the energy currently generated by the energy converter for supplying the microcontroller (and possibly also the electrical device) is not sufficient and was switched to battery operation. If the voltage generated by the energy converter is above a minimum value, the microcontroller will be e.g. not switched off at all (i.e., the microcontroller remains active), which also eliminates the periodic switching (waking) of the microcontroller to the active state. Only when the voltage of the energy converter is no longer sufficient does e.g. the micro-controller the time recording module to turn off the voltage regulator (if any) and thus the microcontroller itself.
  • an activation of the microcontroller and thus an operation of the electrical device takes place only periodically for a relatively short operating time, in each case after the operating time of the microcontroller is again brought into the energy-saving (in particular switched off) state.
  • the energy of the energy converter is sufficient to supply the microcontroller (and possibly the electrical device)
  • the microcontroller and thus the electrical device can be activated for a longer period of time; e.g. also permanently, until the energy supplied by the energy converter falls below the specified limit and is switched back to the periodic operation.
  • the microcontroller arrangement according to the invention can also have a storage capacitor which is different from the battery and is connected to the energy converter in such a way that it is charged in front of the battery with energy from the energy converter.
  • the battery serves as a long-term storage and the storage capacitor as a short-term storage.
  • an electronic switch can be present, which connects the energy converter to the microcontroller in a first switching position, wherein the electronic nisch switch is switched to a second switching position in which it connects the battery to the microcontroller when the voltage provided by the storage capacitor falls below a predetermined value.
  • the connection of the energy converter or the battery with the microcontroller can also be done directly via a voltage regulator.
  • the control of the electronic switch takes place in particular as already mentioned above by means of a comparator.
  • the microcontroller assembly of the present invention also includes attachment means that facilitate attachment (e.g., detachable) of the microcontroller assembly to a support structure.
  • the microcontroller arrangement can be arranged by means of the fastening means in the region of the size to be measured by means of the sensor (as electrical device).
  • the microcontroller assembly is mounted such that the energy converter receives power from the unit (e.g., an electrical conductor or a machine) to be monitored by the sensor.
  • the microcontroller arrangement is arranged and designed such that the energy converter can utilize energy from another source.
  • the energy converter is arranged at a distance from the sensor.
  • the microcontroller arrangement is designed to monitor itself, e.g. regularly detects the state of charge of the battery and communicates via the mentioned radio unit.
  • the measurement behavior in particular the frequency of the sensor measurements
  • the measurement behavior can be changed in dependence on values measured with the sensor (as electrical device), the state of the sensor and / or external instructions (for example by radio).
  • FIG. 1 is a block diagram of a microcontroller arrangement according to a first embodiment of the invention.
  • Fig. 2 is a block diagram of a microcontroller arrangement according to a second
  • the microcontroller arrangement 1 illustrated in FIG. 1 comprises a plurality of (in the present case three) electrical devices, two of which are in the form of sensors 1 1 and 12 and one as Actuator 13 are formed, and a microcontroller 14 for controlling the sensors 1 1, 12 and the actuator 13.
  • the sensors 1 1, 12 and the actuator 13 are each connected via a power line 15 and a control line 16 to the microcontroller 14.
  • the power lines are pulled through and the control lines are shown in dashed lines.
  • the number of control or power line can of course vary. It is also conceivable that one or more lines (s) is used both as a control and as a power line.
  • microcontroller arrangement 1 only has sensors or only actuators as electrical devices.
  • the microcontroller assembly 1 further comprises an electronic time detection module in the form of a real time clock module RTC 17.
  • the RTC 17 serves to cause the microcontroller 14 and thus the sensors 1 1, 12 and the actuator 13 at predetermined time intervals (in particular periodically) from an off state, d , H. an energy-saving state, in a switched-on, d. H. to bring into an active state and vice versa.
  • the microcontroller 14 is supplied with energy via a plurality of energy converters (in the present case two) in the form of a thermogenerator 2 and in the form of a device for inductive energy generation 3. Of course, more or less or other energy converters can be used.
  • the energy converters 2, 3 may include voltage conditioning circuits, e.g. a DC / DC converter ("DC / DC"),
  • the energy of the energy converters 2, 3 is the microcontroller and thus the sensors 1 1 to 13 supplied via a voltage regulator in the form of an LDO 4.
  • the microcontroller 14 is brought into the switched-off state that the LDO 4 by a signal of the RTC 17 (output via an output 171 of the RTC 17 and received by an ("Enable") input 41 of the LDO Accordingly, the voltage output via an output (“OUT") 42 of the LDO 4 in the switched-on state to the microcontroller 14 is interrupted, and the microcontroller 14 is therefore also switched off.
  • the microcontroller arrangement 1 according to the invention has a rechargeable battery in the form of a thin-layer battery 5, which can be charged via energy from the two energy converters 2, 3.
  • a storage capacitor 6 different from the thin-film battery 5 is present, in which energy of the energy converters 2, 3 can likewise be stored.
  • the energy of the energy converters 2, 3 is conducted to the thin-film battery 5 via a first combiner 21.
  • a second combiner 22 By means of a second combiner 22, the energy of the energy converters 2, 3 is conducted to the storage capacitor 6 and on to the voltage regulator 4.
  • the combiners 21, 22 are appropriately designed circuits, in particular using diodes (in particular of "ideal" diodes).
  • the circuit (in particular of the two combiners 21, 22) is designed such that the storage capacitor 6 is charged first (ie before the battery 5), which means that the energy converters 2, 3 only have to generate short-lived energy when the storage capacitor 6 is discharged, in order to obtain the storage capacitor 6 with the energy required for a sensor measurement (in particular for a measurement and transmission cycle using a radio unit 9, see below).
  • the thin-film battery 5 also has a protection circuit 51, which serves to prevent damage to the thin-film battery 5 by overvoltage or over-discharge.
  • the protection circuit responds when the battery 5 is used for a longer time for energy supply and discharged accordingly.
  • the sensors can not be operated, but are reactivated when the energy converters 2, 3 again generate sufficient energy.
  • a type of battery which does not require a protective circuit.
  • the microcontroller arrangement 1 furthermore has an electronic switch in the form of a "high-side switch” (switch in a positive supply line of the load) -HSS 7, which connects the energy converters 2, 3 and the storage capacitor 6 to the LDO 4 in a first switching position In a second switching position (shown in FIG. 1), the HSS 7 connects the thin-film battery 5 to the input 43 of the LDO 4.
  • the electronic switch 7 is switched from the first to the second switching position when the energy from the energy converters 2, 3 and Storage capacitor 6 falls below a predetermined value. Whether this is the case, with the aid of a Comparator 8 is determined, which transmits via an output 81, a corresponding signal to the HSS 7.
  • the comparator signal is also applied to an input 141 of the microcontroller 14. Depending on this signal, that is, depending on whether the energy of the energy converter 2, 3 and the storage capacitor 6 is sufficient, the microcontroller 14 via a control line 142 to the RTC 17, the time interval between the sensor measurements, ie the time interval between the via the output 171 output control signals to extend.
  • the comparator signal is coupled in a "O-DER" block 10 upstream of the LDO 4 to a signal provided at the output 171 of the RTC 17.
  • the (periodic) turn-on signal of the RTC 17 at Accordingly, during battery operation (ie the energy of the energy converters 2, 3 is insufficient to supply the microcontroller 14 and the sensors 11, 12 and the actuator 13) only a periodic activation of the microcontroller takes place 14 and the sensors 1 1, 12 and the actuator 13 for a relatively short operating time, after the expiration of the LDO 4 and thus the sensors 1 1, 12 and the actuator 13 are each brought back into the off state simply that memory (ie, the battery 5 or the storage capacitor 6) with the currently higher voltage Versorgun g of the microcontroller 14 and thus the sensors 1 1 -13, but the thin-film battery 5 is only claimed if the voltage of the energy converter 2, 3 is not sufficient for operation of the microcontroller 14 and the sensors 1 1 -13.
  • the comparator 8 uses a hysteresis for reasons
  • the microcontroller arrangement 1 furthermore has a radio unit 9, which is likewise supplied with energy from the energy converters 2, 3 or the thin-film battery 5 via the voltage regulator 4.
  • the radio unit 9 is used in particular to send data from the sensors and / or the microcontroller 14 to an external receiving unit (not shown).
  • FIG. 2 shows the block diagram of a second exemplary embodiment of the microcontroller arrangement 1 according to the invention.
  • the microcontroller arrangement 1 has sensors 11, 12 and an actuator 13, wherein the sensors 11, 12 and the actuator 13 are controlled via a microcontroller 14.
  • the energy supply of the sensors 1 1, 12 and the actuator 13 is again via energy converter 2, 3,
  • the analogous to Figure 1 as a thermogenerator 2 or as a device for inductive energy 3 are formed.
  • the circuit of FIG. 2 comprises two comparators 8, 82 as well as two electronic switches HSS 7 and HSS 1 8.
  • the first comparator 8 the electrical energy currently provided by the energy converters 2, 3 and also the storage capacitor 6 present (or voltage) with a reference value (in this case 2, 4 V) compared. If the voltage is above the reference value, the first comparator 8 outputs via its output 81 a signal (activation signal) to the control input 41 of the LDO 4, which switches the LDO 4 into the active state.
  • the microcontroller 14 and thus also the sensors 1 1, 1 2, the actuator 1 3 and the radio unit 9 are activated (powered).
  • the activation signal of the comparator 8 is applied continuously to the LDO 4 until the voltage provided by the energy converters 2, 3 and the storage capacitor 6 falls below the reference value (or below a lower lower reference value, in this case 2.0 V).
  • the LDO 4 (indirectly) via a control signal of an RTC 1 7 at predetermined intervals from a switched to a switched-on state and vice versa.
  • a signal of the RTC 1 7 periodically brings the HSS 18 into a closed state, wherein with the switch closed, the voltage generated by the thin-film battery 5 together with the voltage generated by the energy converters 2, 3 and the storage capacitor 6 is applied to the comparator 8.
  • This voltage will be above the reference value of the comparator 8, so that accordingly a control signal is output to the LDO 4, which switches it to the active state.
  • the periodic control signal (trigger signal) of the RTC 17 to the HSS 1 8 thus generates a periodic activation of the LDO 4 and thus the associated components 1 1 -1 3 and 9.
  • ADC anolog digital Converter "- analog-to-digital converter.
  • the microcontroller 14 again outputs a control signal to the RTC 17, which, for example, sets the period duration of the trigger signal to be output to the HSS 18 as a function of this control signal.
  • the RTC 17 outputs the trigger signal to the HSS 18 only when VSTORAGE is open with HSS 1 8 open, i. the voltage generated by the energy converters 2, 3 and the storage capacitor 6 is below the reference value of the comparator 8.
  • the RTC 17 does not begin to generate the trigger signal to the HSS 18 when the LDO 4, and therefore the microcontroller 14, is turned off for an extended period of time (e.g., 24 hours).
  • the voltage provided by the energy converters 2, 3 and the storage capacitor 6 is also compared in the second comparator 82 with a reference value which deviates from the reference value of the comparator 8; especially lower (in the present case 1, 5 V).
  • HSS 7 If the voltage is above the reference value of the comparator 82, another electronic switch in the form of the HSS 7 is switched to a position in which it connects the energy converters 2, 3 and the storage capacitor 6 to the RTC 17, so that the RTC 17 is energized of these components is supplied. If the voltage falls below the reference value (or a further, lower reference value, in the present case 1, 1 V), the HSS 7 switches to the position shown in FIG. 2 in which it connects the battery 5 to the RTC 17.
  • the reference voltage at the comparator 82 may be lower than the reference voltage of the comparator 8, since the RTC 1 7 has a lower energy consumption than the microcontroller 14 and thus is still operable with lower voltages of the energy converter 2, 3 and the storage capacitor 6.
  • the RTC 17 is operated with energy of the energy converter 2, 3 and the storage capacitor 6, as long as the voltage provided by these components is above the lower reference value of 1, 1 V.
  • the above reference values, as well as other values included in Figures 1 and 2 are exemplary only.

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Abstract

The invention relates to a microcontroller arrangement having at least one electrical device (11-13); a microcontroller (14) for controlling the operation of the electrical device (11-13); and at least one energy transducer (2, 3) which can be used to supply the microcontroller (14) with energy. The invention provides an electronic time recording module (17) which is separate from the microcontroller (14) and is designed to change the microcontroller (14) from an energy-saving state to an active state at predefinable intervals of time.

Description

Mikrocontrolleranordnung  microcontroller system
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Mikrocontrolleranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . The invention relates to a microcontroller arrangement according to the preamble of claim 1.
Die DE 10 201 1 003 308 A1 beschreibt eine Mikrocontrolleranordnung mit Sensoren, die über einen Mikrocontroller gesteuert und durch Energie eines Energiewandlers in Form eines Thermogenerators versorgt werden. DE 10 201 1 003 308 A1 describes a microcontroller arrangement with sensors which are controlled by a microcontroller and supplied by energy of an energy converter in the form of a thermogenerator.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin, eine Mikrocontrolleranordnung zu schaffen, die möglichst energiesparend betrieben werden kann. The problem underlying the invention is to provide a microcontroller assembly that can be operated as energy efficient.
Dieses Problem wird durch die Mikrocontrolleranordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Danach wird eine Mikrocontrolleranordnung bereitgestellt, mit This problem is solved by the microcontroller arrangement according to the features of claim 1. Further developments of the invention are specified in the dependent claims. Thereafter, a microcontroller arrangement is provided with
- mindestens einer elektrischen Einrichtung;  - At least one electrical device;
- einem Mikrocontroller zum Steuern des Betriebes der elektrischen Einrichtung; sowie - mindestens einem Energiewandler, über den der Mikrocontroller mit Energie versorgbar ist. a microcontroller for controlling the operation of the electrical device; such as - At least one energy converter, via which the microcontroller is supplied with energy.
Erfindungsgemäß ist ein von dem Mikrocontroller separater elektronischer Zeiterfas- sungsbaustein vorgesehen, der so ausgebildet ist, dass er in vorgebbaren Zeitabständen den Mikrocontroller aus einem energiesparenden Zustand in einen aktiven Zustand bringt. Insbesondere löst der Zeiterfassungsbaustein den Übergang des MikroControllers von dem energiesparenden in den aktiven Zustand periodisch (zyklisch) aus, mit einer Periodendauer etwa von einigen Sekunden bis zu einigen Tagen. Im aktiven Zustand sendet Mikrocontroller beispielsweise ein Steuersignal an die elektrische Einrichtung und/oder versorgt die elektrische Einrichtung mit elektrischer Energie, so dass diese abhängig von dem Steuersignal des Zeiterfassungsbausteins ebenfalls in einen aktiven Zustand gebracht wird. Bei der elektrischen Einrichtung handelt es sich beispielsweise um einen Sensor oder einen Aktuator; z.B. um einen Temperatursensor und/oder einen Stromsensor. Die Erfindung ist allerdings nicht auf einen bestimmten Sensortyp beschränkt. Vielmehr kann die Mikrocontrolleranordnung im Prinzip beliebige Sensoren aufweisen; beispielsweise Sensoren zur Sensierung magnetischer Wechselfelder, einer elektrischen Spannung, eines elektrischen Stroms, von Vibrationen, eines Winkels, einer Strecke oder einer Position, einer Gaskonzentration, einer Lufttrübung, einer Lichtintensität und/oder eines Spektrums/Farbe. Beispielsweise dient der Sensor zur Überwachung von Leitungen sowie zur Überwachung von Schützen, Trafos, elektrischen Generatoren und Motoren (z.B. in Turbinen oder Pumpen). According to the invention, a separate electronic Zeiterfas- tion block is provided by the microcontroller, which is designed such that it brings the microcontroller from an energy-saving state to an active state at predeterminable time intervals. In particular, the time acquisition module triggers the transition of the microcontroller from the energy-saving to the active state periodically (cyclically), with a period of about from a few seconds to a few days. In the active state, for example, the microcontroller sends a control signal to the electrical device and / or supplies the electrical device with electrical energy so that it is also brought into an active state as a function of the control signal of the time acquisition module. The electrical device is, for example, a sensor or an actuator; e.g. around a temperature sensor and / or a current sensor. However, the invention is not limited to a particular sensor type. Rather, the microcontroller arrangement may in principle have any desired sensors; For example, sensors for sensing alternating magnetic fields, an electrical voltage, an electrical current, vibrations, an angle, a distance or a position, a gas concentration, a turbidity, a light intensity and / or a spectrum / color. For example, the sensor is used to monitor lines and to monitor contactors, transformers, electric generators and motors (for example in turbines or pumps).
Beispielsweise löst der Mikrocontroller im aktiven Zustand, d.h. in durch den Zeiterfassungsbaustein bestimmten Zeitabständen, Sensormessungen aus, wobei der Mikrocontroller nach Beendigung der Sensormessungen jeweils aus dem aktiven Zustand wieder in den energiesparenden Zustand gebracht wird (z.B. aufgrund eines entsprechenden Steuersignals des Zeiterfassungsbausteins). Insbesondere übermittelt der Mikrocontroller die Messdaten an eine externe Empfangsstation (z.B. per Funk, s.u.), bevor er in den energiesparenden Zustand gebracht wird. For example, the microcontroller in the active state, i. In time intervals determined by the time acquisition module, sensor measurements are made, wherein the microcontroller is brought back into the energy-saving state from the active state after the sensor measurements have been completed (for example, due to a corresponding control signal of the time-acquisition module). Specifically, the microcontroller transmits the measurement data to an external receiving station (e.g., by radio, supra) before being brought into the power-saving state.
Als Aktuator, der als elektrische Einrichtung über den Mikrocontroller betrieben wird, kommt z.B. ein Elektromotor oder ein sonstiges Stellglied in Frage. Beispielsweise kann über den Aktuator eine Ventilkomponente, z.B. eines Heizkörperventils, gesteuert werden. Möglich ist natürlich auch, dass die erfindungsgemäße Mikrocontrolleranordnung sowohl mindestens einen Sensor als auch mindestens einen Aktuator als elektrische Einrichtungen aufweist. As an actuator that is operated as an electrical device via the microcontroller, for example, an electric motor or other actuator comes into question. For example, a valve component, for example a radiator valve, can be controlled via the actuator. Of course, it is also possible that the microcontroller arrangement according to the invention both has at least one sensor and at least one actuator as electrical devices.
Bei dem Zeiterfassungsbaustein handelt es sich somit um einen vom MikroController ver- schiedenen elektronischen Baustein, der insbesondere in Form eines„Real Time Clock" - RTC-Bausteins (Echtzeituhr-Baustein) oder eines analogen Zeiterfassungsbausteins ausgebildet ist. Die separate Ausgestaltung des Zeiterfassungsbausteins ermöglicht insbesondere, den Energieverbrauch des MikroControllers unabhängig von dem Zeiterfassungsbaustein zu steuern. The time recording module is thus an electronic component which is different from the microcontroller and which is designed in particular in the form of a "Real Time Clock" RTC module (real time clock component) or an analog time acquisition module to control the power consumption of the microcontroller independently of the time acquisition module.
Beispielsweise kann der MikroController in den energiesparenden Zustand gebracht (z. B. komplett ausgeschaltet) werden, ohne ein regelmäßiges Aktivieren der elektrischen Einrichtung zu stören, da der Zeiterfassungsbaustein auch bei einem vollständigen Abschalten des MikroControllers weiterläuft. Der Zeiterfassungsbaustein selber ist insbesondere so ausgebildet, dass er im Betrieb nur einen geringen Stromverbrauch aufweist (z.B. weniger als 100 nA). For example, the microcontroller can be brought into the energy-saving state (eg completely switched off) without disturbing a regular activation of the electrical device, since the time-recording module continues to run even when the microcontroller is completely switched off. In particular, the time acquisition module itself is designed such that it has only a low power consumption during operation (for example, less than 100 nA).
Dass der Mikrocontroller mittels des Zeiterfassungsbausteins aus einem energiesparenden in einen aktiven Zustand (und z.B. auch umgekehrt) gebracht wird, bedeutet nicht unbedingt, dass dies über eine unmittelbare Verbindung des Zeiterfassungsbausteins mit dem Mikrocontroller erfolgt. Vielmehr wird der Mikrocontroller gemäß einer Weiterbildung der Erfindung über einen mit dem Zeiterfassungsbaustein zusammenwirkenden Spannungsregler mit Energie des Energiewandlers versorgt, wobei der Mikrocontroller dadurch in den aktiven Zustand gebracht wird, dass der Zeiterfassungsbaustein den Spannungsregler in einen aktiven Zustand schaltet. Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung wird der Mikrocontroller somit mittelbar über das Schalten des Spannungsreglers in den aktiven Zustand gebracht. Beispielsweise kann der Mikrocontroller umgekehrt auch durch Abschalten des Spannungsreglers (d.h. der Spannungsregler wird stromlos gemacht) in den energiesparenden Zustand gebracht werden, wobei nach Abschalten des Spannungsreglers die Energiezufuhr zu dem Mikrocontroller unterbrochen und dieser somit ebenfalls abgeschaltet ist. The fact that the microcontroller is brought from the energy-saving to an active state (and vice versa, for example) by means of the time-acquisition module does not necessarily mean that this is done via a direct connection of the time-acquisition module to the microcontroller. Rather, the microcontroller is supplied according to an embodiment of the invention via a cooperating with the time detection module voltage regulator with energy of the energy converter, wherein the microcontroller is thereby brought into the active state that the time detection module switches the voltage regulator in an active state. According to this embodiment of the invention, the microcontroller is thus brought indirectly via the switching of the voltage regulator in the active state. Conversely, by turning off the voltage regulator (i.e., the voltage regulator is de-energized), the microcontroller can conversely be brought into the energy-saving state, with the power supply to the microcontroller interrupted after the voltage regulator has been switched off, and thus likewise switched off.
Mit einer derartigen Schaltung lässt sich insbesondere der Batteriestromverbrauch (oder der Stromverbrauch eines sonstigen Langzeitspeichers reduzieren, um auch ohne oder bei nicht ausreichender Energiebereitstellung durch den Energiewandler möglichst lange Zeit eine Minimalfunktion garantierten zu können. Denkbar ist, dass der Zeiterfassungsbaustein vom MikroController ein Signal erhält, auf das er den Spannungsregler und damit den MikroController selber (zumindest für eine gewisse Zeitspanne) abschaltet. Dies ist aber insbesondere nur dann möglich, wenn die von dem Energiewandler gelieferte Energie nicht ausreicht, d.h. die gelieferte Spannung unter einen Referenzwert (etwa eines Komparators) fällt und auf Batteriebetrieb umgeschaltet wurde. Beispielsweise bleibt der Spannungsregler und damit der MikroController jedoch eingeschaltet, wenn von dem Energiewandler genügend Energie zur Verfügung gestellt wird. Möglich ist jedoch auch, dass, falls der Energiewandler genügend Energie bereitstellt, der MikroController sich selber in einen energiesparenden Zustand (interner Energiesparmodus) schaltet und z.B. den Zeiterfassungsbaustein anweist, ihn nach einer vorgegebenen Zeitspanne wieder aufzuwecken. Wenn während des energiesparenden Zustandes die Energie des Energiewandlers nicht mehr ausreicht und der MikroController damit stromlos wird, dann wird der MikroController dadurch gestartet, dass der Zeiterfassungsbaustein den dann ausgeschalteten Spannungsregler einschaltet. With such a circuit, it is possible in particular to reduce the battery current consumption (or the power consumption of another long-term storage so as to be able to guarantee a minimum function for as long as possible without or with insufficient energy provision by the energy converter. It is conceivable that the time detection module receives a signal from the microcontroller, to which it switches off the voltage regulator and thus the microcontroller itself (at least for a certain period of time). However, this is possible in particular only if the energy supplied by the energy converter is insufficient, ie the voltage supplied falls below a reference value (for example of a comparator) and has been switched over to battery operation. For example, the voltage regulator and thus the microcontroller remains switched on if enough energy is made available by the energy converter. However, it is also possible that if the energy converter provides enough energy, the microcontroller switches itself into an energy-saving state (internal energy-saving mode) and, for example, instructs the time-acquisition module to wake it up again after a predetermined period of time. If, during the energy-saving state, the energy of the energy converter is no longer sufficient and the microcontroller is thus de-energized, then the microcontroller is started by the time-detection module switching on the then switched-off voltage regulator.
Das periodische Aufwecken (d.h. das Schalten in den aktiven Zustand) des Mikrocontrol- lers erfolgt natürlich immer nur dann, wenn der MikroController zuvor in den energiespa- renden Zustand gebracht wurde, d.h. insbesondere wenn die von dem Energiewandler gelieferte Energie zu gering ist. In diesem Fall würde die Energieversorgung insbesondere von einer (von dem Energiewandler verschiedenen) Batterie (s.u.) übernommen werden. Die Batterie kann jedoch mit Energie des Energiewandlers aufgeladen werden. Denkbar ist auch, dass der Spannungsregler einen mit dem Zeiterfassungsbaustein zusammenwirkenden Schalter umfasst, der den Spannungsregler in Abhängigkeit von einem Signal des Zeiterfassungsbausteins von einem ausgeschalteten in einen eingeschalteten Zustand und umgekehrt schaltet. Bei dem Schalter handelt es sich insbesondere um einen separat zu einer elektronischen Schaltung zur Spannungsregelung des Span- nungsreglers ausgebildeten Baustein. Möglich ist natürlich auch, dass der Spannungsregler keinen separaten Schalter umfasst, sondern unmittelbar ein Signal des Zeiterfassungsbausteins empfängt und in Abhängigkeit von diesem Signal von einem ausgeschalteten in einen eingeschalteten Zustand und umgekehrt schaltet. Beispielsweise wird in dieser Ausgestaltung das Signal von einem Eingang des Spannungsreglers erfasst. The periodic waking up (i.e., switching to the active state) of the microcontroller is, of course, always done only when the microcontroller has previously been brought into the power-saving state, i. especially if the energy supplied by the energy converter is too low. In this case, the energy supply would be taken over in particular by a battery (different from the energy converter) (see above). However, the battery can be charged with energy from the energy converter. It is also conceivable that the voltage regulator comprises a cooperating with the time detection module switch, which switches the voltage regulator in response to a signal of the time detection module from a switched to a switched-on state and vice versa. The switch is, in particular, a component formed separately from an electronic circuit for voltage regulation of the voltage regulator. Of course, it is also possible that the voltage regulator does not comprise a separate switch, but directly receives a signal of the time detection module and switches in response to this signal from a switched-off to a switched-on state and vice versa. For example, in this embodiment, the signal is detected by an input of the voltage regulator.
Wie oben bereits angedeutet, ist es auch möglich, dass die elektrische Einrichtung über den MikroController mit Energie (z.B. des Energiewandlers) versorgt wird, so dass auch die elektrische Einrichtung in einen energiesparenden Zustand übergeht, wenn der Mik- rocontroller in den energiesparenden Zustand gebracht wird. Umgekehrt geht die elektrische Einrichtung z.B. in einen aktiven Zustand über, wenn der MikroController in den aktiven Zustand gebracht wird. As already indicated above, it is also possible that the electrical device via the microcontroller with energy (eg the energy converter) is supplied, so that too the electrical device goes into an energy-saving state when the microcontroller is brought into the energy-saving state. Conversely, the electrical device, for example, goes into an active state when the microcontroller is brought into the active state.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine über den oben erwähnten Spannungsregler mit Energie des Energiewandlers versorgte Funkeinheit zum drahtlosen Übermitteln von Sensordaten an eine (externe) Empfangseinheit vor. Die Energieversorgung der Funkeinheit erfolgt insbesondere über den oben erwähnten Spannungsregler. Insbesondere wird durch das Schalten des Spannungsreglers in den energiesparenden (insbesondere ausgeschalteten) Zustand wie oben erwähnt auch die Funkeinheit in einen energiesparenden Zustand gebracht. Denkbar ist auch, dass die Funkeinheit durch ein Signal des Mikrocon trollers in den energiesparenden Zustand gebracht wird. Der Energiewandler ist insbesondere in Form eines Thermogenerators oder in Form einer Vorrichtung zur induktiven und/oder photovoltaischen Energiegewinnung ausgestaltet. Die Vorrichtung zur photovoltaischen Energiegewinnung kann für abgeschattete (pho- tovoltaik)-Zellen optimiert sein. Es kommen jedoch natürlich auch andere Arten von Energiewandler in Frage, d.h. von Vorrichtungen, die Energie einer im Prinzip beliebigen Form in elektrische Energie umwandeln. Gemäß einer Variante der Erfindung werden zwei unterschiedliche Energiewandler (d.h. unterschiedlichen Typs) verwendet, z.B. ein Thermogenerator und eine Vorrichtung zur induktiven Energiegewinnung oder ein Ther- mogenerator und eine Vorrichtung zur photovoltaischen Energiegewinnung. Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Mikrocontrolleranordnung mindestens eine Batterie aufweisen, die anstelle oder zusätzlich zu dem Energiewandler den Mikrocontrol- ler mit Energie versorgen kann. A further embodiment of the invention provides a radio unit, which is supplied with energy from the energy converter via the voltage regulator mentioned above, for the wireless transmission of sensor data to an (external) receiving unit. The power supply of the radio unit is effected in particular via the voltage regulator mentioned above. In particular, by switching the voltage regulator into the energy-saving (in particular switched-off) state as mentioned above, the radio unit is also brought into an energy-saving state. It is also conceivable that the radio unit is brought by a signal of Mikrocon troller in the energy-saving state. The energy converter is designed in particular in the form of a thermogenerator or in the form of a device for inductive and / or photovoltaic energy generation. The device for photovoltaic energy generation can be optimized for shaded (photovoltaic) cells. However, other types of energy converters are of course also possible, i. of devices that convert energy of a basically arbitrary form into electrical energy. According to a variant of the invention, two different energy converters (i.e., different types) are used, e.g. a thermogenerator and a device for inductive energy production or a thermogenerator and a device for photovoltaic energy production. Furthermore, the microcontroller arrangement according to the invention can have at least one battery which, instead of or in addition to the energy converter, can supply the microcontroller with energy.
Die Batterie ist insbesondere so ausgestaltet, dass sie mit Energie des Energiewandlers aufladbar ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Batterie um eine aufladbare Dünnschichtbatterie. Eine Dünnschichtbatterie ist insbesondere eine nicht-chemische Batterie, was ein Aufladen (Nachladen) der Batterie z.B. auch in Umweltschutzgebieten ermöglicht. Durch die Möglichkeit des Wiederaufladens der Batterie kann sich die Autonomiezeit des Sensors im Vergleich zu chemischen Primärzellen beträchtlich erhöhen. Denkbar ist allerdings auch, dass eine Primärbatterie verwendet wird. Der Einsatz einer Batterie zusätzlich zu dem Energiewandler ermöglicht den Betrieb der elektrischen Einrichtung (z.B. Sensormessungen oder Sensormeldungen), auch wenn die momentan von dem Energiewandler zur Verfügung gestellte Energie zur Versorgung der elektrischen Einrichtung nicht ausreicht. Damit erhöht sich die Sicherheit des Betriebes der elektrischen Einrichtung (z.B. einer mit einem Sensor durchzuführenden Überwachung), da ein Defekt der elektrischen Einrichtung aufgrund der ausbleibenden regelmäßigen Rückmeldung erkannt werden kann. The battery is in particular designed such that it can be charged with energy of the energy converter. For example, the battery is a rechargeable thin-film battery. A thin-film battery is in particular a non-chemical battery, which makes it possible to charge (recharge) the battery, for example, even in environmental protection areas. The possibility of recharging the battery can significantly increase the autonomy of the sensor compared to chemical primary cells. However, it is also conceivable that a primary battery is used. The use of a battery in addition to the energy converter allows the operation of the electrical device (eg, sensor measurements or sensor messages), even if the currently provided by the energy converter energy is not sufficient to power the electrical device. This increases the safety of the operation of the electrical device (eg a monitoring to be performed with a sensor), since a defect of the electrical device can be detected due to the absence of regular feedback.
Der oben erwähnte Spannungsregler ist beispielsweise nach Art eines „Low-Drop"- Längsreglers ausgebildet. The voltage regulator mentioned above is designed, for example, in the manner of a "low-drop" longitudinal regulator.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Mikrocontroller dem Zeiterfassungsbaustein die Zeitabstände, in denen der Mikrocontroller aus dem energiesparenden in den aktiven Zustand gebracht (und somit insbesondere periodisch ein Betrieb der elektrischen Einrichtung ausgelöst) wird, in Abhängigkeit von der vom Energiewandler (momentan) erzeugten Spannung vorgibt. Insbesondere wird der zeitliche Abstand zwischen zwei Auslösungen des Betriebes der elektrischen Einrichtung (z.B. zwischen zwei Sensormessungen, falls es sich bei der elektrischen Einrichtung um einen Sensor handelt) erhöht, wenn die von dem Energiewandler erzeugte Energie zurückgeht. Bei- spielsweise erfolgt eine Auslösung (z.B. eine Sensormessung) pro Minute, wenn die elektrische Einrichtung (bzw. die mehreren elektrischen Einrichtungen) nur über die von dem Energiewandler erzeugte Energie versorgt werden. Diese Zeitspanne wird mit abnehmender Energie des Energiewandlers (insbesondere kontinuierlich) erhöht. Ist die von dem Energiewandler momentan erzeugte Energie z.B. so gering ist, dass auf Batte- riebetrieb umgestellt wurde, wird die Betriebsfrequenz deutlich verkleinert, z.B. auf einen Betrieb der elektrische Einrichtung (z.B. eine Messung) pro Tag. Another development of the invention provides that the microcontroller the time detection module, the time intervals in which the microcontroller from the energy-saving in the active state (and thus in particular periodically triggered an operation of the electrical device), depending on the energy converter (currently ) specified voltage. In particular, the time interval between two actuations of the electrical device (e.g., between two sensor measurements if the electrical device is a sensor) is increased as the energy produced by the energy converter decreases. For example, a trigger (e.g., one sensor measurement) per minute occurs when the electrical device (s) are powered only by the energy generated by the energy converter. This period is increased with decreasing energy of the energy converter (especially continuously). If the energy currently generated by the energy converter is e.g. is so low that has been switched to battery operation, the operating frequency is significantly reduced, for. on operation of the electrical device (e.g., one measurement) per day.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass elektronischer Schalter vorhanden ist, wobei der elektronische Schalter in einer ersten Schaltposition den Energiewand- ler mit dem Mikrocontroller verbindet und der elektronische Schalter in eine zweite Schaltposition geschaltet wird, in der er die Batterie mit dem Mikrocontroller verbindet, wenn die von dem Energiewandler erzeugte Spannung unter einen vorgebbaren Wert fällt. Die Verbindung des Energiewandlers bzw. der Batterie mit dem Mikrocontroller über den elektronischen Schalter kann auch mittelbar erfolgen, insbesondere über den oben beschriebenen Spannungsregler. In diesem Fall wird in Abhängigkeit von der Stellung des elektronischen Schalters entweder der Energiewandler oder die Batterie mit dem Spannungsregler (und damit mit dem Mikrocontroller) verbunden. Die Steuerung des elektronischen Schalters erfolgt insbesondere über einen Komparator, der den Schalter in die erste Position schaltet, wenn die von dem Energiewandler erzeugte Spannung einen Referenzwert übersteigt. Umgekehrt schaltet der Komparator den elektronischen Schalter in die zweite Schaltposition, wenn die Spannung unter einen Mindestwert fällt. Another embodiment of the invention provides that electronic switch is present, wherein the electronic switch connects the energy converter in a first switching position with the microcontroller and the electronic switch is switched to a second switching position in which it connects the battery to the microcontroller when the voltage generated by the energy converter falls below a predeterminable value. The connection of the energy converter or the battery with the microcontroller via the electronic switch can also be done indirectly, in particular via the voltage regulator described above. In this case, depending on the position of the electronic switch, either the energy converter or the battery is connected to the voltage regulator (and thus to the microcontroller). The control of the electronic switch is in particular via a comparator, which switches the switch in the first position when the voltage generated by the energy converter exceeds a reference value. Conversely, the comparator switches the electronic switch to the second switching position when the voltage drops below a minimum value.
Wie oben bereits erwähnt, bringt der Zeiterfassungsbaustein den MikroController in vorgebbaren Zeitabständen beispielsweise nur dann aus dem energiesparenden Zustand in den aktiven Zustand, wenn die vom Energiewandler erzeugte Spannung unter einen vorgebbaren Wert fällt, d.h. die vom Energiewandler momentan erzeugte Energie zur Versorgung des Mikrocontrollers (und ggf. auch der elektrischen Einrichtung) nicht ausreicht und auf Batteriebetrieb umgeschaltet wurde. Liegt die vom Energiewandler erzeugte Spannung oberhalb eines Mindestwertes, wird der MikroController z.B. gar nicht abge- schaltet (d.h. der MikroController verbleibt im aktiven Zustand), weshalb auch das periodische Schalten (Aufwecken) des Mikrocontrollers in den aktiven Zustand entfällt. Erst wenn die Spannung des Energiewandlers nicht mehr ausreicht, weist z.B. der Mikrocon- troller den Zeiterfassungsbaustein an, den Spannungsregler (falls vorhanden) und damit den MikroController selber abzuschalten. As already mentioned above, the time detection module brings the microcontroller from the energy-saving state into the active state at predeterminable time intervals, for example, only when the voltage generated by the energy converter falls below a predefinable value, i. the energy currently generated by the energy converter for supplying the microcontroller (and possibly also the electrical device) is not sufficient and was switched to battery operation. If the voltage generated by the energy converter is above a minimum value, the microcontroller will be e.g. not switched off at all (i.e., the microcontroller remains active), which also eliminates the periodic switching (waking) of the microcontroller to the active state. Only when the voltage of the energy converter is no longer sufficient does e.g. the micro-controller the time recording module to turn off the voltage regulator (if any) and thus the microcontroller itself.
Um die Batterie möglichst wenig zu belasten, erfolgt ein Aktivieren des Mikrocontrollers und damit ein Betrieb der elektrischen Einrichtung nur periodisch jeweils für eine relativ kurze Betriebszeit, wobei nach Ablauf der Betriebszeit der MikroController jeweils wieder in den energiesparenden (insbesondere abgeschalteten) Zustand gebracht wird. Reicht die Energie des Energiewandlers jedoch zur Versorgung des Mikrocontrollers (und ggf. der elektrischen Einrichtung) aus, kann der MikroController und somit die elektrische Einrichtung für einen längeren Zeitraum aktiviert werden; z.B. auch dauerhaft, bis die vom Energiewandler gelieferte Energie unter den vorgegebenen Grenzwert fällt und wieder auf den periodischen Betrieb umgeschaltet wird. In order to charge the battery as little as possible, an activation of the microcontroller and thus an operation of the electrical device takes place only periodically for a relatively short operating time, in each case after the operating time of the microcontroller is again brought into the energy-saving (in particular switched off) state. However, if the energy of the energy converter is sufficient to supply the microcontroller (and possibly the electrical device), the microcontroller and thus the electrical device can be activated for a longer period of time; e.g. also permanently, until the energy supplied by the energy converter falls below the specified limit and is switched back to the periodic operation.
Die erfindungsgemäße Mikrocontrolleranordnung kann auch einen von der Batterie verschiedenen Speicherkondensator aufweisen, der so mit dem Energiewandler verschaltet ist, dass er vor der Batterie mit Energie des Energiewandlers geladen wird. Insbesondere dient die Batterie als Langzeitspeicher und der Speicherkondensator als Kurzzeitspei- eher. The microcontroller arrangement according to the invention can also have a storage capacitor which is different from the battery and is connected to the energy converter in such a way that it is charged in front of the battery with energy from the energy converter. In particular, the battery serves as a long-term storage and the storage capacitor as a short-term storage.
Des Weiteren kann ein elektronischer Schalter vorhanden sein, der in einer ersten Schaltposition den Energiewandler mit dem MikroController verbindet, wobei der elektro- nische Schalter in eine zweite Schaltposition geschaltet wird, in der er die Batterie mit dem Mikrocontroller verbindet, wenn die vom Speicherkondensator bereitgestellte Spannung unter einen vorgebbaren Wert fällt. Wie oben bereits erwähnt, kann die Verbindung des Energiewandlers bzw. der Batterie mit dem Mikrocontroller auch unmittelbar über einen Spannungsregler erfolgen. Die Steuerung des elektronischen Schalters erfolgt insbesondere wie oben bereits erwähnt mittels eines Komparators. Furthermore, an electronic switch can be present, which connects the energy converter to the microcontroller in a first switching position, wherein the electronic nisch switch is switched to a second switching position in which it connects the battery to the microcontroller when the voltage provided by the storage capacitor falls below a predetermined value. As mentioned above, the connection of the energy converter or the battery with the microcontroller can also be done directly via a voltage regulator. The control of the electronic switch takes place in particular as already mentioned above by means of a comparator.
Die erfindungsgemäße Mikrocontrolleranordnung weist insbesondere auch Befestigungsmittel auf, die ein (z.B. lösbares) Befestigen der Mikrocontrolleranordnung an einer Haltestruktur ermöglichen. Beispielsweise kann die Mikrocontrolleranordnung mittels der Befestigungsmittel im Bereich der mittels des Sensors (als elektrische Einrichtung) zu messenden Größe angeordnet werden. Denkbar ist, dass die Mikrocontrolleranordnung so angebracht ist, dass der Energiewandler Energie von der Einheit (z.B. ein elektrischer Leiter oder eine Maschine) bezieht, die mit dem Sensor überwacht werden soll. Dies ist jedoch nicht zwingend; möglich ist vielmehr auch, dass die Mikrocontrolleranordnung so angeordnet wird und ausgebildet ist, dass der Energiewandler Energie einer anderen Quelle verwerten kann. Beispielsweise ist der Energiewandler beabstandet zu dem Sensor angeordnet. Denkbar ist auch, dass die Mikrocontrolleranordnung ausgebildet ist, sich selbst zu überwachen, z.B. regelmäßig den Ladezustand der Batterie erfasst und über die erwähnte Funkeinheit kommuniziert. Darüber hinaus kann das Messverhalten (insbesondere die Häufigkeit der Sensormessungen) in Abhängigkeit von mit dem Sensor (als elektrische Einrichtung) gemessenen Werten, dem Zustand des Sensors und/oder Anweisungen von au ßen (etwa per Funk) verändert werden. In particular, the microcontroller assembly of the present invention also includes attachment means that facilitate attachment (e.g., detachable) of the microcontroller assembly to a support structure. For example, the microcontroller arrangement can be arranged by means of the fastening means in the region of the size to be measured by means of the sensor (as electrical device). It is conceivable that the microcontroller assembly is mounted such that the energy converter receives power from the unit (e.g., an electrical conductor or a machine) to be monitored by the sensor. However, this is not mandatory; Rather, it is also possible that the microcontroller arrangement is arranged and designed such that the energy converter can utilize energy from another source. For example, the energy converter is arranged at a distance from the sensor. It is also conceivable that the microcontroller arrangement is designed to monitor itself, e.g. regularly detects the state of charge of the battery and communicates via the mentioned radio unit. In addition, the measurement behavior (in particular the frequency of the sensor measurements) can be changed in dependence on values measured with the sensor (as electrical device), the state of the sensor and / or external instructions (for example by radio).
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Mikrocontrolleranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und The invention is explained in more detail below with reference to embodiments with reference to the figures. 1 is a block diagram of a microcontroller arrangement according to a first embodiment of the invention; and
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Mikrocontrolleranordnung gemäß einem zweiten Fig. 2 is a block diagram of a microcontroller arrangement according to a second
Ausführungsbeispiel der Erfindung.  Embodiment of the invention.
Die in Figur 1 dargestellte Mikrocontrolleranordnung 1 umfasst mehrere (vorliegend drei) elektrische Einrichtungen, von denen zwei in Form von Sensoren 1 1 und 12 und eine als Aktuator 13 ausgebildet sind, sowie einen MikroController 14 zum Steuern der Sensoren 1 1 , 12 und des Aktuators 13. Die Sensoren 1 1 , 12 und der Aktuator 13 sind jeweils über eine Energieleitung 15 sowie über eine Steuerleitung 16 mit dem MikroController 14 verbunden. In den Fig. 1 und 2 sind die Energieleitungen durchgezogen und die Steuerlei- tungen gestrichelt dargestellt. Die Anzahl der Steuer- bzw. Energieleitung kann natürlich variieren. Denkbar ist auch, dass eine oder mehrere Leitunge(n) sowohl als Steuer- als auch als Energieleitung verwendet wird. The microcontroller arrangement 1 illustrated in FIG. 1 comprises a plurality of (in the present case three) electrical devices, two of which are in the form of sensors 1 1 and 12 and one as Actuator 13 are formed, and a microcontroller 14 for controlling the sensors 1 1, 12 and the actuator 13. The sensors 1 1, 12 and the actuator 13 are each connected via a power line 15 and a control line 16 to the microcontroller 14. In FIGS. 1 and 2, the power lines are pulled through and the control lines are shown in dashed lines. The number of control or power line can of course vary. It is also conceivable that one or more lines (s) is used both as a control and as a power line.
Selbstverständlich können auch mehr oder weniger Sensoren bzw. Aktuatoren vorgese- hen werden. Denkbar ist natürlich auch, dass die Mikrocontrolleranordnung 1 nur Sensoren oder nur Aktuatoren als elektrische Einrichtungen aufweist. Of course, more or less sensors or actuators can be provided. Of course, it is also conceivable that the microcontroller arrangement 1 only has sensors or only actuators as electrical devices.
Die Mikrocontrolleranordnung 1 umfasst des Weiteren einen elektronischen Zeiterfassungsbaustein in Form eines Echtzeituhrbausteins RTC 17. Der RTC 17 dient dazu, den MikroController 14 und damit die Sensoren 1 1 , 12 und den Aktuator 13 in vorgebbaren Zeitabständen (insbesondere periodisch) aus einem ausgeschalteten Zustand, d. h. einem energiesparenden Zustand, in einen eingeschalteten, d. h. in einen aktiven Zustand und umgekehrt zu bringen. Der MikroController 14 wird darüber hinaus über mehrere Energiewandler (vorliegend zwei) in Form eines Thermogenerators 2 und in Form einer Vorrichtung zur induktiven Energiegewinnung 3 mit Energie versorgt. Selbstverständlich können auch mehr oder weniger bzw. andere Energiewandler verwendet werden. Die Energiewandler 2, 3 können Spannungsaufbereitungsschaltungen aufweisen, z.B. einen Gleichstrom- /Gleichstromwandler („DC/DC"), The microcontroller assembly 1 further comprises an electronic time detection module in the form of a real time clock module RTC 17. The RTC 17 serves to cause the microcontroller 14 and thus the sensors 1 1, 12 and the actuator 13 at predetermined time intervals (in particular periodically) from an off state, d , H. an energy-saving state, in a switched-on, d. H. to bring into an active state and vice versa. In addition, the microcontroller 14 is supplied with energy via a plurality of energy converters (in the present case two) in the form of a thermogenerator 2 and in the form of a device for inductive energy generation 3. Of course, more or less or other energy converters can be used. The energy converters 2, 3 may include voltage conditioning circuits, e.g. a DC / DC converter ("DC / DC"),
Die Energie der Energiewandler 2, 3 wird dem MikroController und damit den Sensoren 1 1 bis 13 über einen Spannungsregler in Form eines LDOs 4 zugeführt. Der Mikrocontrol- ler 14 wird in dieser Konfiguration dadurch in den ausgeschalteten Zustand gebracht, dass der LDO 4 durch ein Signal des RTCs 17 (ausgegeben über einen Ausgang 171 des RTC 17 und empfangen durch einen („Enable" - Aktivierungseingang) Eingang 41 des LDOs 4) in einen ausgeschalteten Zustand geschaltet wird. Entsprechend wird die über einen Ausgang („OUT") 42 des LDOs 4 im eingeschalteten Zustand an den Mikro- controller 14 ausgegebene Spannung unterbrochen und der MikroController 14 somit ebenfalls ausgeschaltet. Die erfindungsgemäße Mikrocontrolleranordnung 1 weist darüber hinaus eine aufladbare Batterie in Form einer Dünnschichtbatterie 5 auf, die über Energie der beiden Energiewandler 2,3 aufladbar ist. Zudem ist ein von der Dünnschichtbatterie 5 verschiedener Speicherkondensator 6 vorhanden, in dem ebenfalls Energie der Energiewandler 2, 3 gespeichert werden kann. Die Energie der Energiewandler 2, 3 wird über einen ersten Kombinierer (Combiner) 21 an die Dünnschichtbatterie 5 geleitet. Über einen zweiten Kombinierer 22 wird die Energie der Energiewandler 2,3 dem Speicherkondensator 6 und weiter zum Spannungsregler 4 geleitet. Bei den Kombinierern 21 , 22 handelt es sich um entsprechend ausgebildete Schaltungen, insbesondere unter Verwendung von Dioden (insbesondere von„idealen" Dioden). The energy of the energy converters 2, 3 is the microcontroller and thus the sensors 1 1 to 13 supplied via a voltage regulator in the form of an LDO 4. In this configuration, the microcontroller 14 is brought into the switched-off state that the LDO 4 by a signal of the RTC 17 (output via an output 171 of the RTC 17 and received by an ("Enable") input 41 of the LDO Accordingly, the voltage output via an output ("OUT") 42 of the LDO 4 in the switched-on state to the microcontroller 14 is interrupted, and the microcontroller 14 is therefore also switched off. In addition, the microcontroller arrangement 1 according to the invention has a rechargeable battery in the form of a thin-layer battery 5, which can be charged via energy from the two energy converters 2, 3. In addition, a storage capacitor 6 different from the thin-film battery 5 is present, in which energy of the energy converters 2, 3 can likewise be stored. The energy of the energy converters 2, 3 is conducted to the thin-film battery 5 via a first combiner 21. By means of a second combiner 22, the energy of the energy converters 2, 3 is conducted to the storage capacitor 6 and on to the voltage regulator 4. The combiners 21, 22 are appropriately designed circuits, in particular using diodes (in particular of "ideal" diodes).
Die Schaltung (insbesondere der beiden Kombinierer 21 , 22 ist so ausgebildet, dass der Speicherkondensator 6 zuerst (d.h. vor der Batterie 5) geladen wird. Dadurch müssen die Energiewandler 2, 3 bei entladenem Speicherkondensator 6 insbesondere nur für kurze Energie gewinnen, um den Speicherkondensator 6 mit der für eine Sensormessung (insbesondere für einen Mess- und Übertragungszyklus unter Verwendung einer Funkeinheit 9, s.u.) notwendigen Energie zu laden. The circuit (in particular of the two combiners 21, 22) is designed such that the storage capacitor 6 is charged first (ie before the battery 5), which means that the energy converters 2, 3 only have to generate short-lived energy when the storage capacitor 6 is discharged, in order to obtain the storage capacitor 6 with the energy required for a sensor measurement (in particular for a measurement and transmission cycle using a radio unit 9, see below).
Die Dünnschichtbatterie 5 weist darüber hinaus eine Schutzschaltung 51 auf, die dazu dient, eine Beschädigung der Dünnschichtbatterie 5 durch Überspannung oder Tiefentladung zu verhindern. Beispielsweise spricht die Schutzschaltung an, wenn die Batterie 5 längere Zeit zur Energieversorgung herangezogen und entsprechend entladen wird. In diesem Fall können die Sensoren nicht betrieben werden, werden jedoch wieder aktiviert, wenn die Energiewandler 2, 3 wieder ausreichend Energie erzeugen. Anstelle einer Dünnschichtbatterie 5 könnte natürlich auch ein Batterietyp verwendet werden, der keine Schutzschaltung benötigt. The thin-film battery 5 also has a protection circuit 51, which serves to prevent damage to the thin-film battery 5 by overvoltage or over-discharge. For example, the protection circuit responds when the battery 5 is used for a longer time for energy supply and discharged accordingly. In this case, the sensors can not be operated, but are reactivated when the energy converters 2, 3 again generate sufficient energy. Of course, instead of a thin-film battery 5, it would also be possible to use a type of battery which does not require a protective circuit.
Die Mikrocontrolleranordnung 1 verfügt des Weiteren über einen elektronischen Schalter in Form eines„High Side Switches" (Schalter in einer positiven Versorgungsleitung der Last) - HSS 7, der in einer ersten Schaltposition die Energiewandler 2, 3 sowie den Speicherkondensator 6 mit dem LDO 4 verbindet. In einer zweiten (in Figur 1 dargestellten) Schaltposition verbindet der HSS 7 die Dünnschichtbatterie 5 mit dem Eingang 43 des LDOs 4. Der elektronische Schalter 7 wird von der ersten in die zweite Schaltposition geschaltet, wenn die von den Energiewandlern 2, 3 und dem Speicherkondensator 6 bereitgestellte Energie einen vorgebbaren Wert unterschreitet. Ob dies der Fall ist, wird mit Hilfe eines Komparators 8 ermittelt, der über einen Ausgang 81 ein entsprechendes Signal an den HSS 7 übermittelt. Das Komparatorsignal wird auch an einen Eingang 141 des Mikrocontrollers 14 gegeben. In Abhängigkeit von diesem Signal, d.h. in Abhängigkeit davon, ob die Energie der Energiewandler 2, 3 und des Speicherkondensators 6 ausreichend ist, weist der MikroController 14 über eine Steuerleitung 142 den RTC 17 an, das Zeitintervall zwischen den Sensormessungen, d.h. das Zeitintervall zwischen den über den Ausgang 171 ausgegebenen Steuersignalen, zu verlängern. The microcontroller arrangement 1 furthermore has an electronic switch in the form of a "high-side switch" (switch in a positive supply line of the load) -HSS 7, which connects the energy converters 2, 3 and the storage capacitor 6 to the LDO 4 in a first switching position In a second switching position (shown in FIG. 1), the HSS 7 connects the thin-film battery 5 to the input 43 of the LDO 4. The electronic switch 7 is switched from the first to the second switching position when the energy from the energy converters 2, 3 and Storage capacitor 6 falls below a predetermined value. Whether this is the case, with the aid of a Comparator 8 is determined, which transmits via an output 81, a corresponding signal to the HSS 7. The comparator signal is also applied to an input 141 of the microcontroller 14. Depending on this signal, that is, depending on whether the energy of the energy converter 2, 3 and the storage capacitor 6 is sufficient, the microcontroller 14 via a control line 142 to the RTC 17, the time interval between the sensor measurements, ie the time interval between the via the output 171 output control signals to extend.
Darüber hinaus wird das Komparatorsignal in einem dem LDO 4 vorgeschalteten „O- DER"-Baustein 10 mit einem am Ausgang 171 des RTC 17 bereitgestellten Signal verknüpft. Somit wird dem Eingang 41 des LDO 4 entweder das (periodische) Einschaltsignal des RTC 17 (am Ausgang 171 bereitgestellt) oder das Komparatorsignal als Einschaltsignal zugeführt. Entsprechend erfolgt bei Batteriebetrieb (d.h. die Energie der Energiewandler 2, 3 reicht zur Versorgung des Mikrocontrollers 14 und der Sensoren 1 1 , 12 und des Aktuators 13 nicht aus) lediglich ein periodisches Aktivieren des Mikrocontrollers 14 und der Sensoren 1 1 , 12 und des Aktuators 13 für jeweils eine relativ kurze Betriebszeit, nach deren Ablauf der LDO 4 und damit die Sensoren 1 1 , 12 und der Aktuator 13 jeweils wieder in den abgeschalteten Zustand gebracht werden. Zudem übernimmt insbesondere nicht einfach derjenige Speicher (d.h. die Batterie 5 oder der Speicherkondensator 6) mit der momentan höheren Spannung die Versorgung des Mikrocontrollers 14 und damit der Sensoren 1 1 -13, sondern die Dünnschichtbatterie 5 wird nur in Anspruch genommen, wenn die Spannung der Energiewandler 2, 3 nicht für einen Betrieb des Mikrocontrollers 14 und der Sensoren 1 1 -13 ausreicht. Der Komparator 8 nutzt aus Stabilitätsgründen eine Hysterese. In addition, the comparator signal is coupled in a "O-DER" block 10 upstream of the LDO 4 to a signal provided at the output 171 of the RTC 17. Thus, either the (periodic) turn-on signal of the RTC 17 (at Accordingly, during battery operation (ie the energy of the energy converters 2, 3 is insufficient to supply the microcontroller 14 and the sensors 11, 12 and the actuator 13) only a periodic activation of the microcontroller takes place 14 and the sensors 1 1, 12 and the actuator 13 for a relatively short operating time, after the expiration of the LDO 4 and thus the sensors 1 1, 12 and the actuator 13 are each brought back into the off state simply that memory (ie, the battery 5 or the storage capacitor 6) with the currently higher voltage Versorgun g of the microcontroller 14 and thus the sensors 1 1 -13, but the thin-film battery 5 is only claimed if the voltage of the energy converter 2, 3 is not sufficient for operation of the microcontroller 14 and the sensors 1 1 -13. The comparator 8 uses a hysteresis for reasons of stability.
Die Mikrocontrolleranordnung 1 weist darüber hinaus eine Funkeinheit 9 auf, die über den Spannungsregler 4 ebenfalls mit Energie der Energiewandler 2, 3 oder der Dünnschichtbatterie 5 versorgt wird. Die Funkeinheit 9 dient insbesondere dazu, Daten der Sensoren und/oder des Mikrocontrollers 14 an eine externe Empfangseinheit (nicht dargestellt) zu senden. The microcontroller arrangement 1 furthermore has a radio unit 9, which is likewise supplied with energy from the energy converters 2, 3 or the thin-film battery 5 via the voltage regulator 4. The radio unit 9 is used in particular to send data from the sensors and / or the microcontroller 14 to an external receiving unit (not shown).
Figur 2 zeigt das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Mikrocontrolleranordnung 1 . Analog zur Figur 1 verfügt die Mikrocontrolleranord- nung 1 über Sensoren 1 1 , 12 sowie einen Aktuator 13, wobei die Sensoren 1 1 , 12 und der Aktuator 13 über einen MikroController 14 gesteuert werden. Die Energieversorgung der Sensoren 1 1 , 12 und des Aktuators 13 erfolgt wiederum über Energiewandler 2, 3, die analog zur Figur 1 als Thermogenerator 2 bzw. als Vorrichtung zur induktiven Energiegewinnung 3 ausgebildet sind. FIG. 2 shows the block diagram of a second exemplary embodiment of the microcontroller arrangement 1 according to the invention. Analogously to FIG. 1, the microcontroller arrangement 1 has sensors 11, 12 and an actuator 13, wherein the sensors 11, 12 and the actuator 13 are controlled via a microcontroller 14. The energy supply of the sensors 1 1, 12 and the actuator 13 is again via energy converter 2, 3, The analogous to Figure 1 as a thermogenerator 2 or as a device for inductive energy 3 are formed.
Des Weiteren ist ebenfalls eine Dünnschichtbatterie 5 vorhanden sowie ein Spannungs- regier in Form eines LDOs 4, über den die Energie der Energiewandler 2, 3 bzw. der Dünnschichtbatterie 5 dem MikroController 14 und damit den Sensoren 1 1 , 1 2 bzw. dem Aktuator 13 zugeführt wird. Furthermore, there is likewise a thin-layer battery 5 and a voltage regulator in the form of an LDO 4, via which the energy of the energy converters 2, 3 or of the thin-film battery 5 is supplied to the microcontroller 14 and thus to the sensors 11, 12 or the actuator 13 is supplied.
Die Schaltung der Fig. 2 umfasst im Unterschied zur Figur 1 zwei Komparatoren 8, 82 sowie zwei elektronische Schalter HSS 7 und HSS 1 8. Im ersten Komparator 8 wird die von den Energiewandlern 2, 3 und dem ebenfalls vorhandenen Speicherkondensator 6 momentan bereitgestellte elektrische Energie (bzw. Spannung) mit einem Referenzwert (vorliegend 2, 4 V) verglichen. Liegt die Spannung über dem Referenzwert, gibt der erste Komparator 8 über seinen Ausgang 81 ein Signal (Aktivierungssignal) an den Steuerein- gang 41 des LDOs 4, das den LDO 4 in den aktiven Zustand schaltet. Entsprechend werden auch der MikroController 14 und somit auch die Sensoren 1 1 , 1 2, der Aktuator 1 3 sowie die Funkeinheit 9 aktiviert (mit Strom versorgt). Insbesondere liegt das Aktivierungssignal des Komparators 8 durchgehend solange an dem LDO 4 an, bis die von den Energiewandlern 2, 3 und dem Speicherkondensator 6 bereitgestellte Spannung unter den Referenzwert (bzw. unter einen niedrigeren unteren Referenzwert, vorliegend 2,0 V) fällt. In contrast to FIG. 1, the circuit of FIG. 2 comprises two comparators 8, 82 as well as two electronic switches HSS 7 and HSS 1 8. In the first comparator 8, the electrical energy currently provided by the energy converters 2, 3 and also the storage capacitor 6 present (or voltage) with a reference value (in this case 2, 4 V) compared. If the voltage is above the reference value, the first comparator 8 outputs via its output 81 a signal (activation signal) to the control input 41 of the LDO 4, which switches the LDO 4 into the active state. Accordingly, the microcontroller 14 and thus also the sensors 1 1, 1 2, the actuator 1 3 and the radio unit 9 are activated (powered). In particular, the activation signal of the comparator 8 is applied continuously to the LDO 4 until the voltage provided by the energy converters 2, 3 and the storage capacitor 6 falls below the reference value (or below a lower lower reference value, in this case 2.0 V).
Darüber hinaus wird der LDO 4 (mittelbar) über ein Steuersignal eines RTC 1 7 in vorgebbaren Zeitabständen aus einem ausgeschalteten in einen eingeschalteten Zustand und umgekehrt geschaltet. Dies erfolgt dadurch, dass ein Signal des RTC 1 7 den HSS 18 periodisch in einen geschlossenen Zustand bringt, wobei bei geschlossenem Schalter 1 8 jeweils die von der Dünnschichtbatterie 5 erzeugte Spannung zusammen mit der von den Energiewandlern 2, 3 und dem Speicherkondensator 6 erzeugten Spannung an dem Komparator 8 anliegt. Diese Spannung wird über dem Referenzwert des Komparators 8 liegen, so dass entsprechend ein Steuersignal an den LDO 4 ausgegeben wird, das diesen in den aktiven Zustand schaltet. Das periodische Steuersignal (Triggersignal) des RTC 17 an den HSS 1 8 erzeugt somit eine periodische Aktivierung des LDOs 4 und damit der mit ihm verbundenen Komponenten 1 1 -1 3 und 9. Die aktuell von Energiewandlern 2, 3 und dem Speicherkondensator 6 („Storage") zur Verfügung stellbare Spannung („VSTORAGE") wird auch dem MikroController 14 mitgeteilt (über dessen Eingang„ADC" =„anolog digital Converter" - Analog-Digital-Wandler). Des Weiteren wird dem Microcontroller 14 eine Information über die Stellung des HSS 18 übermittelt (über den Eingang„I/O"). In Abhängigkeit von der Spannung VSTORAGE und der Stellung des HHS 1 8 (d.h. unter Berücksichtung der Information, ob VSTORAGE auch die Spannung der Batterie 5 beinhaltet) gibt der MikroController 14 wiederum ein Steuersig- nal an den RTC 17 ab, der in Abhängigkeit von diesem Steuersignal z.B. die Periodendauer des an den HSS 18 auszugebenden Triggersignals einstellt. In addition, the LDO 4 (indirectly) via a control signal of an RTC 1 7 at predetermined intervals from a switched to a switched-on state and vice versa. This takes place in that a signal of the RTC 1 7 periodically brings the HSS 18 into a closed state, wherein with the switch closed, the voltage generated by the thin-film battery 5 together with the voltage generated by the energy converters 2, 3 and the storage capacitor 6 is applied to the comparator 8. This voltage will be above the reference value of the comparator 8, so that accordingly a control signal is output to the LDO 4, which switches it to the active state. The periodic control signal (trigger signal) of the RTC 17 to the HSS 1 8 thus generates a periodic activation of the LDO 4 and thus the associated components 1 1 -1 3 and 9. The currently of energy converters 2, 3 and the storage capacitor 6 (" Storage ") available voltage (" VSTORAGE ") is also communicated to the microcontroller 14 (via its input" ADC "=" anolog digital Converter "- analog-to-digital converter). Of Further, information about the position of the HSS 18 is transmitted to the microcontroller 14 (via the input "I / O"). Depending on the voltage VSTORAGE and the position of the HHS 1 8 (ie taking into account the information whether VSTORAGE also the voltage the battery 5), the microcontroller 14 again outputs a control signal to the RTC 17, which, for example, sets the period duration of the trigger signal to be output to the HSS 18 as a function of this control signal.
Denkbar ist z.B., dass der RTC 1 7 das Triggersignal an den HSS 18 nur dann ausgibt, wenn VSTORAGE bei geöffnetem HSS 1 8, d.h. die von den Energiewandlern 2, 3 und dem Speicherkondensator 6 erzeugte Spannung, unter dem Referenzwert des Komparators 8 liegt. Beispielsweise beginnt der RTC 17 erst mit dem Erzeugen des Triggersignals an den HSS 1 8, wenn der LDO 4 und damit der MikroController 14 längere Zeit (z.B. 24 h) abgeschaltet ist. Die von den Energiewandlern 2, 3 und dem Speicherkondensator 6 bereitgestellte Spannung wird zudem in dem zweiten Komparator 82 mit einem Referenzwert verglichen, der von dem Referenzwert des Komparators 8 abweicht; insbesondere niedriger ist (vorliegend 1 ,5 V). Liegt die Spannung über dem Referenzwert des Komparators 82, wird ein weiterer elektronischer Schalter in Form des HSS 7 in eine Stellung geschaltet, in der er die Energiewandler 2, 3 und den Speicherkondensator 6 mit dem RTC 17 verbindet, so dass der RTC 17 mit Energie dieser Komponenten versorgt wird. Fällt die Spannung unter den Referenzwert (bzw. einen weiteren, unteren Referenzwert, vorliegend 1 , 1 V), schaltet der HSS 7 in die in Fig. 2 dargestellte Stellung, in der er die Batterie 5 mit dem RTC 1 7 verbindet. For example, it is conceivable that the RTC 17 outputs the trigger signal to the HSS 18 only when VSTORAGE is open with HSS 1 8 open, i. the voltage generated by the energy converters 2, 3 and the storage capacitor 6 is below the reference value of the comparator 8. For example, the RTC 17 does not begin to generate the trigger signal to the HSS 18 when the LDO 4, and therefore the microcontroller 14, is turned off for an extended period of time (e.g., 24 hours). The voltage provided by the energy converters 2, 3 and the storage capacitor 6 is also compared in the second comparator 82 with a reference value which deviates from the reference value of the comparator 8; especially lower (in the present case 1, 5 V). If the voltage is above the reference value of the comparator 82, another electronic switch in the form of the HSS 7 is switched to a position in which it connects the energy converters 2, 3 and the storage capacitor 6 to the RTC 17, so that the RTC 17 is energized of these components is supplied. If the voltage falls below the reference value (or a further, lower reference value, in the present case 1, 1 V), the HSS 7 switches to the position shown in FIG. 2 in which it connects the battery 5 to the RTC 17.
Die Referenzspannung am Komparator 82 kann niedriger sein als die Referenzspannung des Komparators 8, da der RTC 1 7 eine niedrigere Energieaufnahme als der Mikrocon- troller 14 aufweist und somit noch mit geringeren Spannungen der Energiewandler 2, 3 und des Speicherkondensators 6 betreibbar ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird der RTC 17 mit Energie der Energiewandler 2, 3 und des Speicherkondensators 6 betrieben, solange die von diesen Komponenten bereitgestellte Spannung oberhalb des unteren Referenzwertes von 1 , 1 V liegt. Natürlich sind die oben genannten Referenzwerte wie auch andere in den Fig. 1 und 2 enthaltene Werte nur beispielhaft. The reference voltage at the comparator 82 may be lower than the reference voltage of the comparator 8, since the RTC 1 7 has a lower energy consumption than the microcontroller 14 and thus is still operable with lower voltages of the energy converter 2, 3 and the storage capacitor 6. In the embodiment of FIG. 2, the RTC 17 is operated with energy of the energy converter 2, 3 and the storage capacitor 6, as long as the voltage provided by these components is above the lower reference value of 1, 1 V. Of course, the above reference values, as well as other values included in Figures 1 and 2, are exemplary only.
* * * * * Bezugszeichenliste * * * * * LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Mikrocontrolleranordnung 1 microcontroller arrangement
2 Thermogenerator  2 thermogenerator
3 Vorrichtung zur induktiven Energiegewinnung 3 Device for inductive energy production
4 LDO 4 LDO
5 Dünnschichtbatterie  5 thin-film battery
6 Speicherkondensator  6 storage capacitor
7, 18 HSS  7, 18 HSS
8 , 82 Komparator  8, 82 Comparator
9 Funkeinheit  9 radio unit
10 ODER-Baustein  10 OR block
1 1 , 12 Sensor  1 1, 12 sensor
13 Aktuator  13 actuator
14 MikroController  14 microcontroller
15 Energieleitung  15 power line
16 Steuerleitung  16 control line
17 RTC  17 RTC
21 , 22 Kombinierer  21, 22 combiners
41 Steuereingang LDO  41 Control input LDO
42 Ausgang LDO  42 Output LDO
43 Stromeingang LDO  43 Current input LDO
51 Schutzschaltung  51 protection circuit
81 Ausgang Komparator 81 output comparator
42 Steuerleitung  42 control line

Claims

Patentansprüche claims
1 . Mikrocontrolleranordnung, mit 1 . Microcontroller arrangement, with
- mindestens einer elektrischen Einrichtung (1 1 -13);  - At least one electrical device (1 1 -13);
- einem Mikrocontroller (14) zum Steuern des Betriebes der elektrischen Einrichtung (1 1 -13); sowie  - A microcontroller (14) for controlling the operation of the electrical device (1 1 -13); such as
- mindestens einem Energiewandler (2, 3), über den der Mikrocontroller (14) mit Energie versorgbar ist, gekennzeichnet durch einen von dem Mikrocontroller (14) separaten elektronischen Zeiterfassungsbaustein (17), der so ausgebildet ist, dass er in vorgebbaren Zeitabständen den Mikrocontroller (14) aus einem energiesparenden Zustand in einen aktiven Zustand bringt.  - At least one energy converter (2, 3), via which the microcontroller (14) can be supplied with energy, characterized by one of the microcontroller (14) separate electronic time detection module (17) which is designed so that it at predetermined time intervals, the microcontroller (14) brings from an energy-saving state to an active state.
2. Mikrocontrolleranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zeiterfassungsbaustein (17) den Mikrocontroller (14) aus einem ausgeschalteten in einen eingeschalteten Zustand bringt. 2. microcontroller arrangement according to claim 1, characterized in that the time detection module (17) brings the microcontroller (14) from a switched-off in an on state.
3. Mikrocontrolleranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (14) über einen mit dem Zeiterfassungsbaustein (17) zusammenwirkenden Spannungsregler (4) mit Energie des Energiewandlers (2, 3) versorgt wird, wobei der Mikrocontroller (14) dadurch in den aktiven Zustand gebracht wird, dass der Zeiterfassungsbaustein (17) den Spannungsregler (4) in einen aktiven Zustand schaltet. 3. microcontroller arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the microcontroller (14) via a with the time detection module (17) cooperating voltage regulator (4) with energy of the energy converter (2, 3) is supplied, wherein the microcontroller (14) characterized is brought into the active state that the time detection module (17) switches the voltage regulator (4) in an active state.
4. Mikrocontrolleranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsregler (4) einen mit dem Zeiterfassungsbaustein (17) zusammenwirkenden Schalter umfasst, der den Spannungsregler (4) in Abhängigkeit von einem Signal des Zeiterfassungsbausteins (17) von einem ausgeschalteten in einen eingeschalteten Zustand und umgekehrt schaltet. 4. microcontroller arrangement according to claim 3, characterized in that the voltage regulator (4) comprises a time-sensing device (17) cooperating switch, the voltage regulator (4) in response to a signal of the time detection module (17) from a switched-off in a switched-state and vice versa.
5. Mikrocontrolleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch die elektrische Einrichtung (1 1 -13) in den einen aktiven Zu- stand übergeht, wenn der Mikrocontroller (14) in den aktiven Zustand gebracht wird. 5. microcontroller arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical device (1 1 -13) goes into the one active state when the microcontroller (14) is brought into the active state.
6. Mikrocontrolleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit rückbezogen auf Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine über den Spannungsregler (4) mit Energie des Energiewandlers (2, 3) versorgte Funkeinheit (9) zum drahtlosen Übermitteln von Sensordaten an eine Empfangseinheit. 6. Microcontroller arrangement according to one of the preceding claims as far as dependent on claim 3, characterized by a voltage regulator (4) with the energy of the energy converter (2, 3) supplied radio unit (9) for wireless transmission of sensor data to a receiving unit.
7. Mikrocontrolleranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Schalten des Spannungsreglers (4) in den aktiven Zustand auch die Funkeinheit7. microcontroller arrangement according to claim 6, characterized in that by switching the voltage regulator (4) in the active state and the radio unit
(9) in einen aktiven Zustand gebracht wird. (9) is brought into an active state.
8. Mikrocontrolleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (2, 3) in Form eines Thermogenerators oder in Form einer Vorrichtung zur induktiven und/oder photovoltaischen Energiegewinnung ausgebildet ist. 8. microcontroller arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the energy converter (2, 3) is designed in the form of a thermogenerator or in the form of a device for inductive and / or photovoltaic energy.
9. Mikrocontrolleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Batterie (5), die anstelle oder zusätzlich zu dem Energiewandler (2, 3) den MikroController (14) mit Energie versorgen kann. 9. microcontroller arrangement according to one of the preceding claims, characterized by at least one battery (5), which instead of or in addition to the energy converter (2, 3) can supply the microcontroller (14) with energy.
10. Mikrocontrolleranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (5) mit Energie des Energiewandlers (2, 3) aufladbar ist. 10. microcontroller arrangement according to claim 9, characterized in that the battery (5) with energy of the energy converter (2, 3) is chargeable.
1 1 . Mikrocontrolleranordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie in Form einer Dünnschichtbatterie (5) ausgebildet ist. 1 1. Microcontroller arrangement according to claim 9 or 10, characterized in that the battery in the form of a thin-film battery (5) is formed.
12. Mikrocontrolleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit rückbezogen auf Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Spannungs- regier (4) um einen Low-Drop-Längsregler handelt. 12. microcontroller arrangement according to one of the preceding claims as far back referring to claim 3, characterized in that it is the voltage Regier (4) is a low-drop longitudinal regulator.
13. Mikrocontrolleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Zeiterfassungsbaustein (17) um einen Echtzeituhrbaustein oder einen analogen Zeiterfassungsbaustein handelt. 13. Microcontroller arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it is the time detection module (17) is a real time clock module or an analog time acquisition module.
14. Mikrocontrolleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der MikroController (14) dem Zeiterfassungsbaustein (17) die Zeitabstände, in denen der MikroController (14) aus dem energiesparenden in den aktiven Zustand gebracht werden soll, in Abhängigkeit von der vom Energiewandler (2, 3) erzeugten Spannung vorgibt. 14. Microcontroller arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the microcontroller (14) the time detection module (17), the time intervals in which the microcontroller (14) is to be brought from the energy-saving in the active state, depending on the energy converter (2, 3) generated voltage.
15. Mikrocontrolleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit rückbezogen auf einen der Ansprüche 9 bis 1 1 , gekennzeichnet durch einen elektroni- sehen Schalter (7), wobei der elektronische Schalter (7) in einer ersten Schaltposition den Energiewandler (2, 3) mit dem MikroController (14) verbindet und in eine zweite Schaltposition geschaltet wird, in der er die Batterie (5) mit dem MikroController (14) verbindet, wenn die vom Energiewandler (2, 3) erzeugte Spannung unter einen vor- gebbaren Wert fällt. 15. Microcontroller arrangement according to one of the preceding claims as far as dependent on one of claims 9 to 1 1, characterized by an electronic see switch (7), wherein the electronic switch (7) connects the energy converter (2, 3) in a first switching position with the microcontroller (14) and is switched to a second switching position in which he the battery (5) with the microcontroller (14) connects when the voltage generated by the energy converter (2, 3) falls below a predefinable value.
16. Mikrocontrolleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeiterfassungsbaustein (17) den MikroController (14) in vorgebbaren Zeitabständen nur dann aus dem energiesparenden Zustand in den aktiven Zustand bringt, wenn die vom Energiewandler (2, 3) erzeugte Spannung unter einen vorgebbaren Wert fällt. 16. microcontroller arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the time detection module (17) brings the microcontroller (14) at predetermined intervals only from the energy-saving state in the active state when the energy converter (2, 3) generated voltage below falls below a predefinable value.
17. Mikrocontrolleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit rückbezogen auf einen der Ansprüche 8 oder 9, gekennzeichnet durch einen von der Bat- terie (5) verschiedenen Speicherkondensator (6), der so mit dem Energiewandler (2, 3) verschaltet ist, dass er vor der Batterie (5) mit Energie des Energiewandlers (2, 3) geladen wird. 17 microcontroller arrangement according to one of the preceding claims as far as referring back to one of claims 8 or 9, characterized by one of the battery terie (5) different storage capacitor (6), which is so connected to the energy converter (2, 3) that he in front of the battery (5) is charged with energy of the energy converter (2, 3).
18. Mikrocontrolleranordnung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen elektro- nischen Schalter (7), wobei der elektronische Schalter (7) in einer ersten Schaltposition den Energiewandler (2, 3) mit dem MikroController (14) verbindet und in eine zweite Schaltposition geschaltet wird, in der er die Batterie (5) mit dem MikroController (14) verbindet, wenn die vom Speicherkondensator (6) bereitgestellte Spannung unter einen vorgebbaren Wert fällt. 18. A microcontroller arrangement according to claim 17, characterized by an electronic switch (7), wherein the electronic switch (7) connects the energy converter (2, 3) to the microcontroller (14) in a first switching position and is switched to a second switching position in that it connects the battery (5) to the microcontroller (14) when the voltage provided by the storage capacitor (6) falls below a predefinable value.
19. Mikrocontrolleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der elektrischen Einrichtung (1 1 -13) um einen Sensor oder einen Aktuator handelt. 19. Microcontroller arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical device (1 1 -13) is a sensor or an actuator.
20. Mikrocontrolleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der elektrischen Einrichtung (1 1 -13) um einen Sensor handelt, wobei dadurch, dass der Zeiterfassungsbaustein (17) in vorgebbaren Zeitabständen den MikroController (14) aus einem energiesparenden Zustand in einen aktiven Zustand bringt, jeweils Sensormessungen ausgelöst werden, und wobei der Mik- rocontroller (14) nach Beendigung der Sensormessungen wieder in den energiesparenden Zustand gebracht wird. 20. Microcontroller arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it is a sensor in the electrical device (1 1 -13), wherein the fact that the time detection module (17) at predetermined time intervals the microcontroller (14) from an energy-saving State in an active state brings each sensor measurements are triggered, and wherein the micro- controller (14) is brought back to the energy-saving state after completion of the sensor measurements.
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