CN101118164B - 用于探测物理现象的自供电型住宅自动传感器的操作方法 - Google Patents

Abstract

一种操作方法，应用于自供电型住宅自动传感器装置，该自供电型住宅自动传感器装置用于探测第一物理现象存在和/或用于测量第一物理现象强度、包括把第二物理现象效应转换成电能的装置和测定能够被转换成电能的这种第二物理现象瞬时功率的装置，其中根据基于测定能够转换成电能的瞬时功率所确定的数值，启动装置的正常第一操作模式或装置的节省能量的第二操作模式。

Description

用于探测物理现象的自供电型住宅自动传感器的操作方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量物理现象强度，尤其是想用来控制特别像遮阳蓬或遮阳卷帘之类电动化太阳防护装置的自供电型住宅自动传感器装置。 

背景技术

大家知道用电动化太阳防护装置来调节穿透窗户进入建筑物内的太阳光射线。在自动控制的情况中，为把控制信号传送到电动化太阳防护装置以致移动一种可移动元件以便获得一种特定舒适度而提供一种发光度传感器。大家知道提供用于在传感器和太阳防护装置之间无线通讯的装置来减少安装中的布线约束条件。为了进一步减少布线约束条件，大家知道使用自供电型传感器。这些自供电型传感器包括像蓄电池之类的蓄电装置和可选择的是用于把能量(例如太阳能)转换成电能的装置。 

从申请书JP 02 09 1348知道操作传感器周期性地发送状态信号以便执行防护功能的整套装置的方法。因为传感器是可供使用的，所以住宅自动装置周期性地接收这种信号，确保执行防护功能。如果不接收状态信号，则住宅自动装置处于稳定模式。 

这些自供电型传感器的主要问题涉及能量控制。尤其是，甚至当装置外部情况实际上没有能量能够转换成电能时(例如在夜间在传感器装置包括光电面板的情况下)也必须确保足够长的工作寿命。这个问题的一些解决办法取决于使电能消耗减至最低程度和使充电的电能储量最佳化。而装置结构仍然必须是简单的、不昂贵的，而且紧凑的。 

另外，具有低能耗的一些新传感器与当前一些接收器兼容是重要 的。 

已知在自供电型住宅自动传感器中用于储蓄能量的各种方法。 

例如，WO 2005/114610讲授了住宅自动传感器通过使发送周期与区分二个发送周期的周期的比率减至最低程度以独立方式发送信息的一种方法。这样就必然降低能量消耗。 

文献US 2005/0030177讲授了信息发送频率取决于其蓄电池的充电电平的一种住宅自动传感器装置。 

文献DE 29923046也讲授了当其蓄电池中装有能量的电平降到一个规定阈值以下时发现警告信号的一种自供电型住宅自动传感器装置。 

此外还从文献“装有无线电通讯和用户接口、太阳能供电、低功率的传感器组件”以及文献US 2006/148410知道是一些由光电面板供电的自供电型传感器装置。 

在所有这些文献资料中，能量管理都不是最佳的。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作自供电型住宅自动传感器装置以使以上所述的不利因素减轻的方法。尤其是，本发明提出一种通过对能够转换成电能的能量的数量上变化的较好预测来使能源管理得更好的操作方法。 

由权利要求1确定根据本发明的操作方法。 

由相关的权利要求2-10确定实施根据本发明方法的各种状况。 

由权利要求11确定根据本发明的自供电型住宅自动传感器装置。 

附图说明

附图通过一些实施例表示根据本发明自供电型住宅自动传感器装置的一种实施方式和实施像这种装置的操作方法的一种状况： 

图1是根据本发明自供电型住宅自动传感器装置的一种实施方式的方框图； 

图2是表示自供电型住宅自动传感器装置以二种不同操作模式工作的图示。 

图3是表示自供电型住宅自动传感器装置以二种不同操作模式的工作情况的图表；和 

图4是根据本发明自供电型住宅自动传感器装置的一种实施方式的局部细节图。 

具体实施方式

图1所示的自供电型住宅自动传感器装置10使探测物理现象和/或测量物理现象强度可以实现，尤其是对于照明、风或机械振动的这种物理现象来说是可以实现的。自供电型住宅自动传感器装置10主要包括用于把非电能转换成电能的装置20，用于储蓄电能的装置30，微控制器40，电磁信号发送机50(例如无线电发送机)、探测装置60、电压转换器70和用于检测能够转换成电能的瞬时功率的装置80。 

能量转换装置可以使用例如由光、热、振动、移动、电磁波或者在建筑物内或建筑物附近可利用的任何其他形式能量提供的能量，以便使其转变成电能。可优选的是，把光转变成电能并且为此目的而使用光电池。可优选的是，蓄电装置包括电容器或蓄电池。也可以使用若干个电容器。微控制器包含规定自供电型住宅自动传感器装置操作的一些软件模块。可优选的是，微控制器是低能量消耗类型的。例如，微控制器可以转接到备用态而且能够以各种时钟脉冲频率动作。可选择的是，为了驱动发送机50可以提供一种辅助微控制器。在这种情况下，可以把辅助微控制器集成到发送机内。 

可优选的是，发送机是射频类型的，发送30MHz-2.4GHz频率的无线电波。发送机定期发送状态信号，状态信号提供关于自供电型住宅自动传感器装置操作状态的信息而与这种装置形成部件的住宅自动系统无关。每个所发送的信号可优选包括许多帧，每一帧装有相同信息以致不管任何电磁干扰，保证发送这种信息。可优选的是，这些帧也包含一种标识符。 

探测装置60包括一个或更多个传感器。在一个优选实施例中，这些传感器中的至少一个传感器构成或者形成用于测定能够转变成电能的瞬间功率的装置中的部件。例如，如果能量转换装置20使太阳能转换成电能，则其中一个传感器检测或测量发光度。由于增添的一些传感器，因此可以检测或测量的其他一些物理现象参数，特别是风速、风向、温度、下雨、下雪、压力、湿度、着火、冒烟、使用者出现、空气质量、窗户破碎和气体(例如二氧化碳、一氧化碳、氧气或挥发性的有机化合物)的浓度。 

除周期性地发送状态信号以外，自供电型住宅自动传感器装置用其发送机发送与传感器或一些传感器输送的数据有关的信号。这种信号可以包含所测量物理现象的强度绝对值。这种信号也可以包含与这些物理现象(例如存在不存在烟，温度在一个固定阈值以下或者以上)有关的逻辑信息。在与在一个固定阈值以下或以上的数值有关的逻辑信息的情况中，只有在使数值在阈值以下或以上保持一段预定时间时才可以发送这种信号。有利的是使用者可以调节这些阈值。可优选的是，自供电型住宅自动传感器装置包含升高电压(step-up)类型电压转换器以使能量转换装置的输出电压适合于对蓄能装置充电所要求的电压。不使用电压转换器是可优选的，取取于蓄能装置电荷。微控制器可优选装有用于启动或撤消电压转换器的装置，取决于蓄能装置电荷。 

探测装置60中的传感器的一个输出端与微控制器连接。因而，微控制器使用确定自供电型住宅自动传感器装置的第一操作模式的第一软件模块或者确定自供电型住宅自动传感器装置的第二操作模式的第二软件模块，取决于这个传感器向微控制器发送的信号。如果转换装置是一种光电池，则向微控制器发送的信号包含关于照明强度的信息。把这个信息与阈值相比较，以便启动或者不启动第一操作模式或第二操作模式。在两种模式中，规定大体上相同的功能。然而，第二操作模式可以节省更多能量。在所有其他情况等同时，同这种装置为什么在第一模式中浪费相对照起来，这些能量节约当然是通过在第二模式 中限制装置的电消耗来达到的。尤其是，在这种的第二模式中限制微控制器40的电消耗和/或发送机50的电消耗和/或电压转换装置70的电消耗。限制装置中的任何其他电能消耗装置的电消耗也是可以实现的。为了做到这一点，可以同时或不同时进行下列操作中的若干操作： 

—延长二个状态信号发送之间的周期，也就是说，降低发送这些状态信息的频率； 

—减少在每个状态信息中所发送的帧的数目； 

—增加二个数据信号发送之间的周期，也就是说，降低发送数据信号的频率； 

—微控制器以各种频率运作，取决于自供电型自动传感器装置提供的功能(测量、发送)；和 

—能量转换装置直接给蓄能装置供电。 

一个一个单独进行的所有这些操作使限制装置的电消耗可以实现。更进一步，这些操作的任何一种组合也可以限制这种装置的电消耗。 

在图2和3中更详细描述二种操作模式。在转换装置是光电池而其中一个传感器是光电二极管的优选实施例中，这个传感器是用来测定能够转换成电能的瞬时功率。如果这种瞬时功率或者根据测量功率电平的样品所确定的数值(例如总平均值)是在阈值以上，也就是说，如果光电二极管所测量的照明度是在预定阈值以上，则传感器装置以第一模式运作。然而，如果这种瞬时功率或者根据测量功率电平的样品所确定的数值是在阈值以下，也就是说，如果光电二极管所测量的照明度是在预定阈值以下，则传感器以第二模式运作。 

在第一模式中，当周期t1(在第一测量和第二后续测量之间有一个周期t1)时由光电二极管测量照明度。然后微控制器以第一时钟脉冲频率f，例如确定一个周期t的32KHz、运作。在一些测量中间，微控制器转换到低消耗状态，例如呈备用模式。在这种模式中，以低消耗状态运作的周期与以第一时钟脉冲频率运作的周期的比率大于50。当自供电型住宅自动传感器装置经由其发送机发送状态信号时， 微控制器那时以大于第一时钟脉冲频率的第二时钟脉冲频率f′、例如2MHz、运作。区分二个相邻状态信号发送的周期T1比区分二个不同测量的周期t1至少大十倍(T1＞10×t1)。可优选的是，当发送状态信号时进行能够转换成电能的瞬时功率的测量(使决定是否必须具有其改变操作的模式可以实现)。 

除了这些测量和发送操作以外，自供电型住宅自动传感器装置可以经由其发送机发送其他一些信号，这些信号含有来自传感器进行一些测量的数据或者通过这些测量结果与阈值比较而推导出的数据。例如，这些信号可以显示太阳的出现或者消失，以便因此而启动太阳防护装置。 

在第二模式中，自供电型住宅自动传感器装置只发送状态信号和检验是否满足用于改变操作模式的条件。 

在第二模式中，用光电二极管以比周期t1长得多的周期t2测量照明度。可优选的是，周期t2为周期t1的倍数。频率甚至可以为零。在这种情况下，在检验是否满足用于改变操作模式的条件时只能够测量照明度。为了在低的可转换功率的这个周期中减少能量消耗，发送状态信号的周期T2大于在第一模式中发送状态信号的周期T1。此外还减少在状态信号中发送的帧的数目。 

可优选的是，周期T2是周期T1的倍数。在这种方法中，用这种传感器装置能够操纵属于在根据本发明传感器装置以前形成的产品范围以内的老式接收机。这是因为上述接收机将把在第二操作模式中相对于第一操作模式的遗漏帧认作由于发送错误造成的。假定接收机至少每隔45分钟接收一个信号，则就传感器装置而论的接收机当传感器装置可供使用时，例如，可以把以前生产的接收机设计成在以前生产的传感器装置每隔15分钟发送的情况下操作。应该注意到，如果根据本发明的传感器装置在第一模式中每隔15分钟发送，而在第二模式中每隔30分钟或者每隔45分钟发送，则根据本发明的传感器装置就能够与以前生产的接收机相协调运行。 

可选择有优势的是，使用于给蓄能装置充电的一些条件适应能够 转换成电能的能量。因而，在实施的一种优选方法中，用于给蓄能装置充电的一些条件取决于自供电型住宅自动传感器装置的操作模式。在第一操作模式中，经由电压升压转换器或者直接从能量转换装置给蓄能装置充电，取决于蓄能装置的电荷电平。在第二操作模式中，直接从能量转换装置始终给蓄能装置充电。 

参照图4描述一种用于测定能够转换成电能的瞬时功率的电路。在所描述的情况中，用太阳能来给蓄电装置充电而转换装置20是一种光电面板(未表示出)。传感器包括光电二极管60，光电二极管60也用作用于测定能够转换成电能的瞬时能量的装置80。由微控制器40控制这种电路。运算放大器90用来放大光电二极管60的短路电流。通过微控制器使串联配置在运算放大器的输入和输出之间的电阻器92和可变电阻器94的二个终端之间电压与一个阈值电压相比较。这样就使例如探测太阳的出现和消失可以实现。为了这个目的而可以调节可变电阻器。晶体管96与可变电阻并联连接而在调整可变电阻以后晶体管96的“接通”或“关断”状态就相当于有阳光或没有阳光。 

其内容引入本申请书内作参考的文献US 4695785给出例如能够使用而没有脱离本发明范围的测定装置80的另一个实施例。 

由于本发明，因此通过测定能够转换成电能的能量和通过消耗与这些所测定量相适应的电能来更好地提前进行自主管理是可以实现的。 

在图1中，用在能量转变装置20和测定装置80之间的虚线表示的连接线100暗示在一个实施例中可以由单个元件提供这些装置的一种功能。用在探测装置60和测定装置80之间的虚线表示的连接线110暗示在一个实施例中可以由一个元件和相同元件提供这些装置的一些功能。 

Claims (12)

1.自供电型住宅自动传感器装置(10)的一种操作方法，该自供电型住宅自动传感器装置(10)用于探测第一物理现象存在和/或用于测量第一物理现象强度，包括用于把第二物理现象效应转换成电能以便给自供电型住宅自动传感器装置供电的装置(20)和用于测定能够被转换成电能的第二物理现象瞬时功率的装置(80)，其中根据基于测定能够转换成电能的瞬时功率所确定的数值，启动自供电型住宅自动传感器装置的正常第一操作模式或者自供电型住宅自动传感器装置的节省能量的第二操作模式，所述自供电型住宅自动传感器装置在第二模式中具有比在第一模式中更低的电消耗，并且在第二模式中，所述自供电型住宅自动传感器装置只发送关于自供电型住宅自动传感器装置操作的状态的状态信号和检验是否满足用于改变操作模式的条件。

2.如前述权利要求所述的操作方法，其中第一和第二物理现象是相同的。

3.如前述权利要求中之一所述的操作方法，其中第一物理现象强度的测量频率，在第一操作模式中的比在第二操作模式中的高。

4.如权利要求1或2所述的操作方法，其中发送状态信号的频率，在第一操作模式中的比在第二操作模式中的高。

5.如权利要求1或2所述的操作方法，其中在状态信号中所发送的帧的数目，在第一操作模式中的比在第二操作模式中的多。

6.如权利要求1或2所述的操作方法，其中在第一操作模式中处理逻辑单元(40)以大于其在第二操作模式中工作的频率的频率工作。

7.如权利要求1或2所述的操作方法，其中仅在第一物理现象的强度符合预定标准时自供电型住宅自动传感器装置才发送。

8.如权利要求7所述的操作方法，其中预定标准可以由使用者来重新规定。

9.如权利要求1或2所述的操作方法，其中，在第一操作模式中，根据蓄电装置的电荷电平通过电压升压转换器(70)或者直接从能量转换装置给蓄电装置(30)充电。

10.如权利要求1或2所述的操作方法，其中，在第二操作模式中，直接从转换装置持久地给蓄电装置充电。

11.如权利要求1或2所述的操作方法，其中，所述状态信号是根据周期性方式发送的。

12.一种自供电型住宅自动传感器装置(10)，该装置(10)包括：

用于把第二物理现象效应转换成电能以便给所述自供电型住宅自动传感器装置供电的装置(20)；

蓄电装置(30)；

处理逻辑单元(40)；

电压升压转换器(70)；

用于测定能够被转换成电能的第二物理现象瞬时功率的装置(80)；以及

软件装置，被配置用于执行权利要求1到11之一所述的操作方法。

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