CN103535116B - 占用传感器 - Google Patents

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Abstract

一种占用传感器，包括：传感探头(101)，其检测由传感器(S)监测的空间的占用(P)并且生成相应的感测信号；比较器(104)，其包括限定比较值(A、B)的分压器(RA、RB、R1，R2、R3、RC)，感测信号与比较值(A、B)相比来检测占用；以及电压感测装置(105)，其感测施加到传感器(S)的馈电电压(V电池)，其中供给到传感器的馈电电压(V电池)的变化引起比较值(A、B)的变化。分压器(RA、RB、R1、R2、R3、RC)包括能够选择性切换(Q1、Q2、Q3)的一个或更多个电阻器(R1、R2、R3)，以抗衡由馈电电压(V电池)的变化而引起的所述比较值(A，B)的变化。例如，分压器(RA、RB、R1、R2、R3、RC)可以用上阈值(A)和下阈值(B)之间的宽度来限定用于感测信号的比较窗口，并且可以包括能够选择性切换(Q1、Q2、Q3)的一个或更多个电阻器(R1、R2、R3)，以抗衡由馈电电压(V电池)的变化引起的比较窗口(A，B)的宽度的变化。

Description

占用传感器
技术领域
本公开涉及基于占用的控制技术。
在各个实施例中，本公开可以涉及基于占用来控制照明源。
背景技术
用于控制安装在例如学校、幼儿园(如图1示意性地示出的)中的房间等要被照亮的空间中的、例如发光体L的照明源可以包括传感器S以检测该空间的占用并且例如不需要对开关等进行任何人工干预的情形下使照明源L被激活。
在配置为具有连接到相同的被启动装置(例如发光体或者一组发光体或者根据占用而被激活的任何其它装置)的多个占用传感器S的无线网络的系统中，每一个传感器S定期向被启动装置报告它所检测的占用状态(占用/未占用)。这意味着即使检测区域中没有被占用时（其在大多数实际情形中是常见的状态），状态报告仍被发送。
在一方面，这类操作导致在传感器侧上的高能量消耗，因为发送与接收通常占据传感器装置的能量预算中的绝大部分的能量消耗。尤其对于电池供电的装置，这明显地减小电池使用寿命。在另一方面，被启动装置在处理由不同的传感器装置所报告的两个不同的状态时，变得相当复杂。
由此，被启动装置必须被告知连接到它的传感器的总数以及哪个传感器装置发送哪个状态。例如，已经接收到“未占用”状态报告的发光体必须知道是否存在可能发送“占用”状态报告的其它传感器装置。
本发明人已经注意到这些问题可以通过以下方式来解决：
-每一网络仅仅使用单个致动器来仅仅发送状态变化；
-使用多个传感器，这可能导致非同步的切换和用户的混乱；
-使用更多电池或者持久电源；
-使传感器装置总是听取无线通讯并且根据其它装置的状态报告来修改(例如同步)它们自己的状态报告(例如只要其它装置正在发送"占用"状态报告，则不发送“未占用”报告)；这可能意味着传感器装置的无线电必须一直接通并且这个可能对电力消耗再次造成巨大影响。
同样地，为了处理来自几个装置的不同的状态报告，被启动装置必须被告知连接到它的传感器的总数以及哪个传感器装置发送哪个状态；解决这个问题可能需要逻辑组合(例如，只有在所有已知的传感器装置报告"未占用"状态时，诸如发光体等被启动装置才断开)：这要求在被启动装置中具有一定数量的存储器，该存储器通常是相当稀少的并且也是昂贵的。
同样地，发明人已经注意到的是，在具有电池供电的占用传感器的无线网络中，降低传感器模块的能量消耗对于确保长的使用寿命(例如对于标准电池可能希望是几年)是必要的。
发明人同样已经注意到在标准碱性电池的使用寿命期间输出电压可能降低超过30%，这对传感器的电源以及与其关联的用于信号调节的电路有巨大影响。
在使用无源红外线(Passive Infra Red,PIR)传感器或者探头的电池供电的占用传感器的情况下，电池电压的减少可能导致不期望的灵敏度的增加，继而增加错误检测的风险。这是由于以下事实：在各种实施例中信号调节电路可能从电池电压得到信号电平。
发明人已经注意的是，可以通过使用特殊的电池(例如锂电池，其可以在它们的大部分使用寿命期间维持它们的输出电压并且仅仅在它们的使用寿命的尽头显示出压降)或者通过使用太阳能电池板并可结合使用将能量提供给传感器的电池来避免这个不期望的结果。
这样的配置必然是昂贵的并且不实用的。
发明内容
本发明具有克服先前概述的技术方案的缺点的目的。
根据本发明，利用在随后的权利要求书中提出的特征来实现上述目的。
权利要求形成在本文中所提供的本发明的技术公开的主要部分。
在某些实施例中，为了减少无线电接通时间进而减小电力消耗，仅当传感器装置检测到存在(presence)，才可以用无线电(即作为无线电信号，正如可以是在无线系统中的情形)周期性地发送状态"占用"，而在“未占用”状态下什么也不发送。
在某些实施例中，为了减少能量消耗，只有在检测到存在(即占用)时消息才被发送到系统；否则不与网络通信。
在某些实施例中，被启动装置(直接地或者通过其它持久供电的传感器数据集合装置)听取传感器或连接到被启动装置的其它控制装置(例如切换和远程控制)并且具有自己的内部逻辑(例如可再触发的计时器)以根据所接收的触发信号("占用"状态报告)和影响该特性的其它控制装置的状态报告来决定开启或者关闭该负载(例如灯)。
在某些实施例中，传感器装置的"占用"状态报告之间的时间可以用来优化能量消耗。
在某些实施例中，被启动装置另外可以被告知报告时间间隔(例如通过固定配置，或者更加灵活的，作为与"占用"状态报告一起的附加信息)并且如果超过该报告时间间隔同时在该报告时间间隔内没有接收到进一步的状态报告，被启动装置则可以自动地起作用(例如通过将灯切换为断开)。在这种情况下，状态报告是否通过单个传感器装置或者多个传感器装置发送均没关系，因为每个所接收的状态报告仅仅可以重置在被启动装置中控制报告时间间隔的计时器。
在某些实施例中，被启动装置不一定需要知道每个传感器装置的数量和各自的状态，因为只要"占用"状态报告在已知的报告间隔时间内被接收，它就自动地起作用，并且如果没有再接收到状态报告，它会根据它的应用(例如断开)起作用。
在某些实施例中，被启动装置也可以听取人工控制设备的指令并且如果必要的话根据它们来忽略传感器状态报告。
在某些实施例中，传感器装置不必使无线电一直接通，因为仅仅在超过报告时间间隔并且“存在”必须被报告时使它接通就足够了。对于其余的时间，该装置可以处于无线电断开的低功率模式。
在某些实施例中，传感器装置仅仅在超过报告时间间隔并且“存在”必须被报告时使它的无线电接通就足够了；对于其余的时间，该装置可以处于睡眠模式。
在某些实施例中，为了实现长的电池使用寿命，只要在检测区域内没有人，传感器(并且主要是可以包括在其中的微型控制器)可以处于睡眠模式。
在某些实施例中，包括传感器的信号调整功能的电路可能耗费仅仅几微安并且一旦存在被检测到则唤醒微型控制器。
某些实施例可以补偿由于电池电压减少而引起的占用传感器的信号监测的灵敏度的变化。
附图说明
现在参考附图仅仅通过非限制性的示例来描述本发明，在附图中：
图1已经在上文中说明；
图2是示出在某些实施例中所生成的信号的时序图；以及
图3和4是占用传感器的框图。
具体实施方式
在以下的描述中，给出许多具体的细节以提供对各实施例的全面了解。实施例可以在没有一个或更多个具体的细节的情形下或者利用其它方法、部件、材料等来被实践。在其它实例中，已知的结构、材料或者操作未示出或者未详细地说明，以便避免使实施例的各方面不明了。
在说明书各处中对“一个实施例”的引用表示关于该实施例所描述的特定的特征、结构或者特性被包括在至少一个实施例内。因此，在本说明书各处中出现的词组“在某些实施例中”未必全部涉及相同的实施例。此外，特定的特征、结构或者特性可以在一个或更多个实施例中以任何合适的方式被合并。
本文中所提供的标题仅仅是为了方便并且没有解释实施例的范围或者含义。
正如已经指出的，图1示意性示出基于占用的控制系统，该系统是用于控制安装在如学校、幼儿园的房间等要被照明的空间内的例如一个或更多个发光体L的光源的系统的示例性形式。该系统包括检测空间的占用并且使光源L被启动的多个传感器S。
在图1中示出的示例性系统被配置为具有连接到相同的被启动装置(例如，诸如发光体或者一组发光体或者根据占用而被启动的任何其它装置等光源L)的多个占用传感器S的无线网络。受控装置可以直接地启动或者通过其它的持久供电的传感器数据集合装置，即适配为从（例如电池供电的)传感器S收集信号并且相应地启动/停用受控装置的装置来启动。
除了在以下将说明的之外，包括被启动装置(例如光源L)和占用传感器S的系统的总体布置和操作在现有技术中是常规的，因此没必要在本文中提供更加详细的说明。
包括分别标识为a)、b)以及c)的三个部分的图2是在共用的时间范围t上示出了以下内容的时序图：
由任意传感器S发出的示例性输出信号(部分a)；
由所讨论的传感器检测到的人的存在P(即占用)(部分b)；以及
由系统启动即控制的装置(例如，诸如一个或更多个发光体等光源)的启动(接通)/停用(断开)。
由传感器发出的输出信号在低功率电平LP和高功率电平HP之间变化。
图2的表示假定在时间TP处检测到“存在”P(即占用)时，输出信号处于低功率电平LP。
作为这个的结果，传感器在时间帧tTI内切换到高功率模式(无线电开启)，其中传感器连接到网络来与被启动装置L(或者其连接的致动器)保持联系，以发送它的"占用"状态报告并且然后返回到低功率电平LP。
在图2中，tDI表示传感器装置处于低功率模式LP(无线电断开)的、两个高功率节点时间帧tTI之间的时间。在这个模式中，该装置可以运行它的应用来检测存在或者处于休眠。
最后，在图2中，tRI表示两个"占用"状态报告之间的时间帧。与被启动装置(例如光源)有关的内部计时器在已经接收到"占用"状态报告之后被设置为这个值。如果在这段时间内接收到另一个"占用"状态报告，则该计时器被重置为tRI。如果在那个时间间隔内没有接收到"占用"状态报告，则该致动器将断开它的负载。
要理解的是，电力消耗和时间线均没有按比例尺绘制。实际上，用于发送和接收的时间tTI与tDI相比通常短得多。
同样地，“低功率模式”LP和“高功率模式”HP之间的差值相对地比基线和"低功率模式"之间的差值大得多。
在本文中所考虑的示例性实施例中：
-通常不周期性地发送状态报告，但是如果检测到某一存在P则仅仅发送"占用"状态，并且只要该状态没有转换为未被占用，就周期性地发送这个报告；
-另外，动作装置可以被告知关于报告时间间隔(例如通过固定配置)并且如果超过该报告时间间隔并且在该报告时间间隔内没有从任何装置接收到进一步的状态报告，则动作装置可以自动地起作用(例如通过将灯切换为断开)：在这种情况下，状态报告是否通过单个传感器装置或者多个传感器装置发送是无关紧要的，因为每个所接收的状态报告仅仅重置在动作装置中控制报告时间间隔的计时器。
因此，在本文中所考虑的示例性实施例中，对于被启动装置L而言不需要感知所有传感器装置S，因为只要"占用"状态报告在已知的报告时间间隔内被接收，它就自动地作用，并且如果不再接收到状态报告，则它根据它的应用(例如断开)来作用。因此，对于传感器装置而言，不需要使无线电一直接通。
图3的框图表示使用任何已知类型的灵敏元件101(例如无源红外线(Passive Infra Red,PIR)传感器或者探头)的占用传感器S。
由此生成的信号(可以表示占用，例如在由传感器S覆盖的检测区域中存在一个或更多个人)可以通过两个或更多个级联放大级102、103来放大和滤波。可通过如此调整而产生的信号被供给到包括诸如分别限定上和下阈值或者限值的运算放大器104a、104b等两个比较器元件的窗口比较器104。在供给到比较器104的信号达到某一上阈值电平或者下阈值电平时，窗口比较器104的输出从低变化到高并且能够以减少的功耗来“唤醒”先前处于“睡眠”模式中的传感器的电路105(例如微型控制器)。
某些实施例可以采用这样的窗口比较器(是两个阈值)，因为探头101可以在没有检测到移动时提供位于窗口比较器的上和下电平阈值之间的恒定输出电压并且仅仅对红外辐射的变化起反应。
例如，探头101可以包括具有将红外辐射投射在检测表面上的几个面的透镜：在人从由一个面覆盖的区域移动到由另一个面覆盖的区域时，传感器表面上的红外辐射改变并且传感器信号(根据该移动的方向)增加或者降低；因此，该信号(在没有检测到移动时其在窗口比较器的上电平和下电平之间)可以上升(并且超过上电平)或者降低(并且低于下电平)。在某些实施例中，信号调节电路(例如102、103)可以仅仅放大传感器输出电压的这个变化。
根据图3(以及类似地图4)的示例性实施例的基本概念是具有限定至少一个比较值的分压器，由传感器或者探头101生成(如可由级102和103调整)的信号与该至少一个比较值相比较来检测在传感器S的检测区域中的存在/占用。
在图3的示例性实施例中，插入在电源电压(V电池)和接地之间的分压器包括串联的第一、第二以及第三电阻器RA、RB、RC。
第一和第二电阻器RA和RB之间的中间点A连接到op-amp（运算放大器）104a的倒相输入并且因此限定比较器104的检测窗口的上阈值或者限值。
第二和第三电阻器RB和RC之间的中间点B连接到op-amp104b的同相输入并且因此限定比较器104的检测窗口的下阈值或者限值。
这意味着分压器RA，RB、RC限定至少一个比较值，由传感器或者探头101生成(如可由级102和103调整)的信号与该至少一个比较值相比较来检测传感器S的检测区域中的存在/占用并且相应地唤醒传感器的发送部(即微型控制器105)。
在这种传感器S中，在电池供电(即利用来源于一个或更多个电池的电压V电池来向各个元件101、102、103以及104（主要元件）馈电)时，降低的电池电压V电池可能导致不期望的灵敏度增加，继而增加错误检测的风险。
这个结果与诸如以下的许多因素在很大程度上无关：
-传感元件101的类型，
-级102、103的特定的电路布置，以及
-限定比较器104的值或者比较值的元件的特定配置。
因此，关于图4所提供的以下公开内容也适用于除了PIR探头之外的传感元件101以及调节级102、103(如果有的话)以及具有与图3和4中例示的布置不同的布置的比较器104。
在这方面，在图3和4中相同或者等效的部分和部件利用相同的附图标记来表示。为了简洁，关于图3已经提供的相关说明不会在图4中重复。
在图4的示例性实施例中，来自传感器101(例如PIR)的信号在被供给到比较器104前传送经过用于在被供给到比较器104前进行调整的级102和103。比较器104监测该信号并且一旦检测到运动则唤醒微型控制器105。
微型控制器105将RF消息发送到无线网络(例如，利用发送到网络的消息来接通光源L，以在某一时间Ton内接通光源)并且此后立即返回到睡眠模式。
在某些实施例中，唤醒微型控制器105的可能性可以被抑制，该微型控制器105在某一断开时间(例如2秒)内不停用。
在处于睡眠模式(并且不可能暂时地被抑制)时，微型控制器105可以通过传感器再次被唤醒。
在某些实施例中，微型控制器105可以配置如下：无论何时通过传感器唤醒，微型控制器105检查是否达到时间段Ton的末端，并且在达到时间段Ton的末端的情况下，消息“在Ton内光源打开”可以被更新。
在本文中考虑的示例性实施例可以适配为利用输出电压在电池使用寿命期间减少(例如线性地)的标准碱性电池来工作。这可能导致比较器104的检测窗口的宽度的相应变化(例如减少)，继而产生上文中已经讨论的缺点(灵敏度增加、错误检测的风险增加)。
在某些实施例中，这个不期望的结果可以通过使点A和B之间的电阻RB(参见图3)由一组电阻器R1、R2、R3……、Rn而代替或者补充(如图4中所描述的)来进行补偿，该组电阻器R1、R2、R3具有例如由微型控制器105控制的关联的电子开关Q1、Q2、Q3……、Qn(诸如MOSFET)。在图4中所示的示例性实施例中，n=3。
在“接通”(即导电)时，每个开关Q1、Q2、Q3、……使各个电阻器R1、R2、R3、……短路，从而产生零电阻。
在“断开”(即不导电)时，每个开关Q1、Q2、Q3、……允许各个电阻器R1、R2、R3、……将非零的电阻值增加到点A和B之间的该电阻。
在所考虑的示例性实施例中，“数字地（即接通/断开)”启动电阻器R1、R2、R3、……的数量的增加将会使A处的电压增加并且使B处的电压降低，结果对比较器104的检测窗口的宽度的产生影响，以便补偿由于电池电压V电池的变化(例如降低)而引起的检测窗口宽度的变化(例如降低)。
所考虑的示例性实施例使电流(即功率)吸收最小化，因为电子开关Q1、Q2、Q3、……这种MOSFET在微安范围内显示出电流吸收。
同样地，在某些实施例中，将电阻值选择为R1=R、R2=2R、R3=4R……、Rn=R2^(n-1)(即电阻值以2的幂次方的递增级数来设置)允许以2^n的等间距电平来控制检测窗口。
在某些实施例中，切换(即选择性地开启和断开)开关Q1、Q2、Q3、……可以由微型控制器105控制。
为此，微型控制器105可以直接地(如图4所描述的)或者间接地(例如通过在比较器104的输入处感测在分压器的点处的电压)来感测电压V电池并且对开关Q1、Q2、Q3、……作用,以保持A和B之间的压降(大体上)恒定。
在某些实施例中，完成这个操作的简单过程可以包括以如下方式来启动电阻器R1、R2、R3：电阻器的电阻值的总和随着电压V电池的降低而逐渐地增加。
从而根据图4的示例性实施例的概念可以总结为包括两个基本步骤：
-检测向传感器S提供电力的电压(例如V电池)中的任何变化(例如降低)，以及
-作用于限定比较器的至少一个比较值的分压器以使得至少一个比较值大体上恒定，从而抗衡由向传感器S供电的电压中的变化(例如降低)而在其上引起的任何变化，其中由占用传感器或者探头生成的信号与所述至少一个比较值相比较。
在某些实施例(诸如图4中举例说明的)中，由占用探头101生成的信号与由窗口的宽度给出(即在上阈值和下阈值之间)的比较值相比。正在被检测的、向传感器S供电的电压中的任何变化(例如降低)可能导致对分压器(RA、RB、R1、R2、R3、RC)作用，以便使所述窗口的宽度大体上恒定。
当然，在不违背本发明的根本原理，不脱离正如所附的权利要求书中所定义的本发明的范围的情形下，关于在本文中所说明和示出的结构和实施例的细节可以改变，甚至明显地改变。

Claims (13)

1.一种占用传感器，包括：
传感探头(101)，所述传感探头(101)检测由所述传感器(S)监测的空间的占用(P)并且生成相应的感测信号，
比较器(104)，所述比较器包括限定比较值的分压器(RA、RB、R1，R2、R3、RC)，所述感测信号与所述比较值相比较来检测所述占用，
电压感测装置(105)，所述电压感测装置感测施加到所述传感器(S)的馈电电压(V电池)，其中所述馈电电压(V电池)的变化引起所述比较值的变化，
所述分压器(RA、RB、R1、R2、R3、RC)包括串联的第一电阻器(RA)、第二电阻器(RB)以及第三电阻器(RC)以及能够选择性切换的至少一个电阻器(R1、R2、R3)，以抗衡由所述馈电电压(V电池)的变化而引起的所述比较值的变化，
其中，所述分压器(RA、RB、R1、R2、R3、RC)以在上阈值和下阈值之间的宽度来限定所述感测信号的比较窗口，其中所述第一电阻器(RA)和所述第二电阻器(RB)之间的第一中间点处的值限定所述上阈值，所述第二电阻器(RB)和第三电阻器(RC)之间的第二中间点处的值限定所述下阈值，能够选择性切换的所述至少一个电阻器(R1、R2、R3)布置在所述第一中间点和所述第二中间点之间，以抗衡由所述馈电电压(V电池)的变化而引起所述比较窗口的宽度的变化，
其中所述至少一个电阻器(R1、R2、R3)能够在两个不同的电阻值之间选择性切换，
其中能够选择性切换的所述至少一个电阻器(R1、R2、R3)耦接到能够切换为激活状态的相关联的电子开关(Q1、Q2、Q3)，以使耦接至所述电子开关(Q1、Q2、Q3)的电阻器(R1、R2、R3)短路，
其中所述传感器包括控制器(105)，所述控制器配置为选择性地切换在所述分压器(RA、RB、R1、R2、R3、RC)中的所述至少一个电阻器(R1、R2、R3)，以抗衡由所述馈电电压(V电池)的变化而引起的所述比较窗口的宽度的变化。
2.如权利要求1所述的传感器，其中所述至少一个电阻器(R1、R2、R3)能够在零电阻值和非零电阻值之间选择性切换。
3.如权利要求1或者2所述的传感器，其中所述至少一个电阻器(R1、R2、R3)包括能够切换至以2的幂次方的递增级数而设置的电阻值的一组电阻器。
4.如权利要求1所述的传感器，其中所述电子开关(Q1，Q2、Q3)包括MOSFET。
5.如权利要求1所述的传感器，其中所述控制器(105)配置为选择性地切换在所述分压器(RA、RB、R1、R2、R3、RC)中的多个能够切换的电阻器(R1、R2、R3)，以使由所述切换启动的电阻器的电阻值的总和随着所述馈电电压(V电池)的降低而逐渐地增加。
6.如权利要求1或者5所述的传感器，其中所述控制器(105)包括所述电压感测装置。
7.如权利要求1至2中的任一项所述的传感器，包括控制器(105)，配置为在所述感测信号与所述比较器(104)中的所述比较值的比较结果指示所述传感探头(101)检测到正在被占用时，选择性地切换到激活状态。
8.如权利要求7所述的传感器，其中所述控制器(105)耦接到无线电发送器，以在所述传感探头(101)检测到占用时发送RF消息。
9.如权利要求8所述的传感器，其中所述控制器(105)配置为在发送所述RF消息后返回到睡眠模式。
10.如权利要求9所述的传感器，其中所述控制器(105)在返回到所述睡眠模式后在给定的间隔内被禁止切换到所述激活状态。
11.如权利要求1至2中的任一项所述的传感器，其中所述传感探头(101)是无源红外线传感器或者无源红外线探头。
12.如权利要求1至2中的任一项所述的传感器，包括在所述传感探头(101)和所述比较器(104)之间的用于所述感测信号的调整电路(102、103)。
13.如权利要求1至2中的任一项所述的传感器，其中所述传感器是电池供电的传感器，因此所述馈电电压(V电池)是电池电压。
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