CN102388523A - 通过射频采集供电的传感器设备 - Google Patents

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Abstract

无线系统的实例传感器设备包括接收器、能量采集器和发射器。所述接收器接收信号，所述能量采集器将所述信号转换成可用能量。所述发射器使用所述可用能量致动负载。

Description

通过射频采集供电的传感器设备
技术领域
本发明大体上涉及传感器设备，更确切地说，涉及通过射频(RF)采集持续供电且可以传送数据串的传感器设备。
背景技术
已知传感器设备会与电力设备进行无线通信并致动电力设备。例如，无线灯开关无需在灯具与灯开关之间形成硬连线电气连接即可控制灯具。无线灯开关通过与连接到灯具的发射器进行无线通信来开关灯具。
这类传感器设备通常由只能持续有限的一段时间的能源供电。例如，很多传感器设备包括嵌入到传感器设备中的发射器，发射器会将机械能转换成电力，以从传感器设备发射到接收器中。能源通常是由用户接触传感器设备提供的，例如，由用户的手指接触设备来提供能源。由于这种能源只能持续有限的一段时间，因此通常没有足够的可用能量来为传感器设备的其它各种功能供电，例如开/关状态、亮度、静噪开关和夜灯功能。
其它已知的传感器设备通过机械能源、光能源、电池能源或硬连线能源供电。在许多传感器设备应用中，通常很难获得此类电源。例如，传感器设备可能嵌在墙壁中，如需拆卸会相当费力，或者可能位于难以到达的较高位置。
发明内容
无线系统的实例传感器设备包括接收器、能量采集器和发射器。所述接收器接收信号，所述能量采集器将所述信号转换成可用能量。所述发射器使用所述可用能量选择性地致动负载。
实例无线系统包括建筑结构。发射器位于建筑结构中。无线系统还包括与发射器进行通信的传感器设备。传感器设备由从发射器处接收到的信号持续供电。传感器设备选择性地致动电力设备。
使用至少一个传感器设备的无线系统的实例方法包括从传感器设备外部接收的信号持续为传感器设备供电。
所属领域的一般技术人员将从下文的具体实施方式中显而易见地了解到本发明的各种特征和优点。具体实施方式所附的附图简略介绍如下：
附图说明
图1以图示方式展示建筑结构的实例无线系统；
图2展示用于图1的无线系统中的实例传感器设备；
图3展示图1的无线系统的一种实例实施方案；
图4展示图3中所示无线系统的传感器设备的各个其它特征；
图5展示图1的无线系统的另一种实例实施方案。
具体实施方式
图1展示建筑结构12的无线系统10。所示的无线系统10并不局限于任何特定的建筑结构12类型，可能包括住宅建筑、商业建筑等。无线系统10也不局限于任何特定类型的系统。无线系统10实施方案的非限制性实例包括照明系统、恒温器、传感器系统、安全系统等。如以下非限制性实例所示，无线系统10可用在各种不同的方法中，通过射频(RF)采集与负载进行通信。
实例无线系统10包括专用源发射器14，传感器设备16、接收器18和电力设备20。在所示实例中，电源22选择性地与电力设备20通信，通常以连接线21表示。接收器18在电源22与电力设备20之间形成电气连接，通常以连接线29表示。例如，接收器18可以选择性地将电力设备20电气连接至电源22。为实现这一功能，接收器18可能包括硬件、软件或两者兼而有之。虽然接收器18被描述为独立于电气连接设备20的组件，本发明的各种特征和特点也适用于致动包括集成(即内置)接收器的电力设备20。
在一个实例中，接收器18是信号信道接收器，用于控制电力设备20的运转。在另一个实例中，接收器18是多信道接收器，可以控制一个或一个以上额外电力设备的运转，例如额外电力设备23。例如，接收器18可能是产品编号为X2110的沃尔夫生活系统(Verve Living Systems)产品。电力设备20和23可能分别位于独立的室(或独立建筑)R1和R2中，且可能拥有不同的功能。例如，电力设备20可能是照明设备，而电力设备23可能是风机。
在部分实例中，无线系统10的接收器18还可能包括可以扩展无线系统10的操作的其它组件。例如，接收器18可能包括软件模块18a和/或存储器模块18b。软件模块18a有助于分析接收器18从一个或一个以上传感器设备16中接收的信号。在带有若干传感器设备16的实例中，软件模块18a确定收到的信号与某个特定传感器设备16相关(例如，通过编码信号)，并创建所需的输出响应。例如，响应于一个传感器设备16的信号，软件模块18a可以确定应当激活电力设备20，响应于另一个传感器设备16的信号，软件模块18a可以确定应当激活电力设备23。因此，软件模块18a可让接收器18管理多个传感器设备16和多个不同的电力设备输出。
专用源发射器14位于建筑结构12中的任意位置。专用源发射器14是位于建筑结构中关键位置的发射器，且专门调节成某个专用频率，用于与一个或一个以上传感器设备16通信。例如，专用源发射器14为Powercast发射器。又例如，专用源发射器14为Ytricity发射器。虽然仅通过一个专用源发射器14介绍实例无线系统10，但应了解，可以在建筑结构12的各处放置多个专用源发射器14。
从本发明受益的所属领域的一般技术人员可以根据策略将专用源发射器14放置在建筑结构12中，用于持续地为传感器设备16供电。专用源发射器14持续地将信号24(例如包括射频能量的信号)传输到传感器设备16中。也就是说，专用源发射器14可以传送数据串。但是，无线系统10并不局限于任何特定类型的信号。
传感器设备16采集从专用源发射器14中接收的能量，并将其储存起来用于为自己供电。如下文依据图2进一步所述，为实现这一功能，传感器设备16包括必要的硬件、软件或两者兼而有之。
传感器设备16使用储存的可用能量选择性地与接收器18进行无线通信，以控制电力设备20的功能。例如，响应于状态操作的变化(例如控制传感器设备16)，传感器设备16将信号25(例如射频信号)传输到接收器18中。其它提示也可能触发信号25从传感器设备16传输到接收器18中。例如，一旦接收器18从传感器设备16接收了射频信号，接收器18就会致动电力设备20，例如打开灯。
虽然如图1所示，所有电力设备20和23均位于同一座建筑建构12中，但应了解，R1和R2可以代表不同的建筑，电力设备20和23可以位于建筑结构12之外，且仍可以通过射频信号从传感器设备16传输来进行致动，只要此类电力设备20和23在传感器设备16的射频频率范围之内即可。
继续参考图1，图2展示用于上文所述无线系统10中的实例传感器设备16。传感器设备16包括带有天线32的接收器30，天线32从专用源发射器14中接收信号24。天线32专门调节成与专用源发射器14发射的频率匹配。所属领域的一般技术人员可以选择合适的天线用在传感器设备16中，这些天线包括但不限于：线天线、纳米掺杂塑料天线等。传感器设备16的电力管理设备34会管理接收器30接收的能量，储存能量，再发射信号以为电力设备20供电。
实例传感器设备16进一步包括能量采集器36。能量采集器36包括升压充电设备38和能量储存设备40。升压充电设备38将从发射器14中接收的射频能量转换成可用能量。例如，升压充电设备38提高接收的射频能量的电压，以便将能量转换成可用能量。之后，可用能量储存在能量储存设备40中。在一个实例中，能量储存设备40为低漏电容器。但是，预期其它储存设备也在本发明的范围内。传感器设备16随时可以使用储存在能量储存设备40中的能量。例如，传感器设备16随时可以响应于任意提示将信号25传输到接收器18中。传感器设备16由从专用源发射器14中接收的射频能量持续供电。也就是说，通过采集位于建筑结构12中的专用源发射器14的射频能量来持续为传感器设备16供电。
传感器设备16的发射器42与无线系统10的接收器18进行通信，以致动电力设备20。在这一方面，除了发射器42之外，传感器设备16可能包括硬件(例如定时电路、逻辑电路、微处理器等)、软件或两者兼而有之，以提供所需类型的信号(例如确定特定传感器设备16的编码信号)，或提供监控采集的电量并/或控制对发射器42和传感器设备16的供电的“智能”功能。
在所示实例中，传感器设备16进一步包括传感器44，该传感器用于检测传感器设备16的元件的位置，或用于检测传感器设备16的状态变化。例如，如果无线系统110为照明系统(参见图3)，则传感器44检测灯开关的位置。例如，通过这种方法，传感器设备16可以执行静音操作，例如通过使用磁体和簧片开关或霍尔效应传感器。
图3展示无线系统10的一种实例实施方案。在该实例中，无线系统为照明系统110等建筑控制系统，该系统某种程度上类似于图1中所述的无线系统10。在本发明中，适用时，类似参考编号指代类似元件，增加了100或100的倍数的参考编号指代经过修改的元件。应了解，除非另有说明，否则经过修改的元件也具有与对应原始元件相同的功能和优势。
在该所示实例中，照明系统110位于有Fn层的多层建筑结构112中。一个专用源发射器114A位于第一层F1，另一个专用源发射器114B位于第二层F2，专用源发射器114n位于第N层Fn。也就是说，在该实例中，建筑结构112的每一层均放置有一个源发射器114。从本发明受益的所属领域的一般技术人员应了解还可以在建筑结构112的各处放置其它专用源发射器114。根据与设计特定相关的参数，建筑结构112中每个专用源发射器114的实际位置也会有所不同，这些参数包括但不限于建筑结构112的规模和整体照明要求。
F1、F2和Fn中每一层均包括多个传感器设备116，这些传感器设备由从专用源发射器114A、114B和114n中采集的能量持续供电。在一个实例中，传感器设备116代表无线灯开关。传感器设备116使用从专用源发射器114A、114B和114n中接收的能量致动位于建筑结构112各处的多个灯具120。接收器118与传感器设备116进行无线通信，以控制向灯具120提供的电力。
图4展示实例无线照明系统110的传感器设备116的其它功能。在该实例中，传感器设备116为灯开关140。其它功能可能包括但不限于：开/关状态指示灯150、亮度指示灯160、集成夜灯170等。传感器设备116可随时提供足够电力，用于为上述及其它任何功能供电，因为传感器设备116可通过采集由专用源发射器114发射的射频能量来持续供电。
图5展示无线系统10的另一种实例实施方案。在该实例中，无线系统为安全系统210等建筑控制系统，某种程度上与无线系统10类似。安全系统210与建筑结构212相关。在这一方面，安全系统210可用在各种不同的方法中，监控建筑结构中的安全。
实例安全系统210包括专用源发射器214，专用源发射器214会通过射频采集持续为传感器设备216供电。传感器设备216使用从位于建筑结构212中的专用源发射器214处接收的能量致动安全设备220。接收器218会与传感器设备216进行通信，以致动安全设备220。
例如，传感器设备216可能与建筑结构212的一个部分222耦合，例如与窗户、房门、抽屉、橱柜、正门或可以从安全监控中获益的其它部分222耦合。响应于安全事件等提示，传感器设备216会向接收器218发射无线信号224，触发安全设备220提供安全响应。在一个实例中，提示为打开房门、抽屉、正门、窗户或建筑结构212的其它部分222。
提供的安全响应类型并不局限于任何特定的类型，例如，可能包括可见指示、音响指示、通信甚至机械响应。所属领域的一般技术人员应了解，实例安全系统210可以包括多个专用源发射器214、传感器设备216、接收器218和安全设备220，以便为整个建筑结构212提供安全监控。虽然本发明将无线系统10描述为照明系统110和安全系统210等建筑控制系统，但应了解，无线系统10还可能包括恒温器系统、湿度传感器系统、环境控制系统等，以扩展无线、无电池网络基础设施的功能。
虽然所示实例中展示了一种功能组合，但并非所有功能都必须加以组合才能实现本发明各个实施例的优势。换言之，根据本发明一项实施例设计的系统不必包括所有附图中展示的每一项功能或附图中以图示方式展示的所有部分。此外，从一项实例实施例中选择的功能可以与从另一项实例实施例中选择的功能结合组合。
上述说明应从展示性意义方面理解，而不应从限定性意义方面理解。所属领域的一般技术人员应了解，可以在本发明的范围内进行某些修改。因此，应仔细阅读所附权利要求书以确定本发明的实际范围和内容。

Claims (20)

1.一种无线系统的传感器设备，所述传感器设备包含：
接收信号的接收器；
将所述信号转换成可用能量的能量采集器；以及
使用所述可用能量选择性地致动负载的发射器。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感器设备由位于所述传感器设备外部的专用源发射器持续供电。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感器设备为照明系统的组件。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感器设备为安全系统的组件。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述能量采集器包括将所述信号转换成所述可用能量的升压充电设备，和储存所述可用能量的能量储存设备。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述接收器包括接收所述信号的天线。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述信号包括射频(RF)能量。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述发射器传送数据串，以便与所述负载进行通信。
9.一种无线系统，所述无线系统包含：
建筑结构；
位于所述建筑结构中的发射器；
与所述发射器通信的传感器设备，其特征在于，所述传感器设备由从所述发射器接收的信号持续供电；以及
由所述传感器设备致动的电力设备。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述信号包括射频能量。
11.根据权利要求9所述的系统，所述系统包含与所述传感器设备进行无线通信的接收器，所述接收器从所述传感器设备接收第二个信号，以致动所述电力设备。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述建筑结构包括多层，所述发射器包括多个发射器，且所述多层中的每一层均包括所述多个发射器中的至少一个。
13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述传感器设备包括多个传感器设备，且所述多个传感器设备中的至少一个位于所述多层中的每一层上。
14.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述电力设备包括多个电力设备，且所述多个电力设备中的至少一个位于所述多层中的每一层上。
15.一种使用带有至少一个传感器设备的无线系统的方法，所述方法包含以下步骤：
a)通过从所述至少一个传感器设备外部接收的信号持续为所述至少一个传感器设备供电。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述无线系统包括专用源发射器，且所述方法包含以下步骤：
b)将所述专用源发射器放置在建筑结构中；以及
c)将从所述专用源发射器处接收的信号传输到所述至少一个传感器设备中，以便持续为所述至少一个传感器设备供电。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述信号包括射频能量。
18.根据权利要求15所述的方法，所述方法包含以下步骤：
b)将所述至少一个传感器设备接收的所述信号转换成可用能量。
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法包含以下步骤：
c)将所述可用能量储存在所述至少一个传感器设备中。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述无线系统包括接收器和与所述接收器形成电通信的电力设备，所述方法包含以下步骤：
c)使用所述可用能量将信号传输到所述接收器中；以及
d)响应于从所述至少一个传感器设备接收所述信号，致动所述电力设备。
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