CN109507470B - 一种基于极性检测的自供电方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自发电技术领域，提供了一种基于极性检测的自供电方法和装置。发电装置在进行第一方向运动时，产生第一极性的电能，存储在储能装置中，一部电能流入处理装置，用于维持处理装置工作在模式1中；发电装置在进行第二方向运动时，产生第二极性的电能，也存储于储能装置中；极性检测装置用于提供可供处理装置使用的检测信号；其中，所述极性检测装置在发电模块进行第二方向运动时，向处理装置输出检测信号，从而触发处理装置切换至工作模式2。本发明针对往复式且两次发电极性相反的脉冲发电机，能够更为合理的利用往复式电机的电能，克服了现有技术中存在处理器正常启动下的某种工作模式失败问题。

Description

一种基于极性检测的自供电方法和装置

【技术领域】

本发明涉及自发电技术领域，特别是涉及一种基于极性检测的自供电方法和装置。

【背景技术】

发电装置特别是脉冲式动能发电装置是将动作的机械能转换为脉冲电能的装置，应用此类发电装置产生的电能来驱动处理装置来实现功能，系统本身是不需要其他能源输入，发电装置是系统的唯一电能来源。其典型的应用领域是自发电无线电开关，操作者按下并释放开关，其内部的脉冲式发电机将产生两次电能，使用该能量驱动内部的电路模块工作，最终将发送无线信号。

在常规设计中，在用户按下及释放发电机的过程中，发电机两次产生的电能将被分别利用，比如：按下时和复位时，设备分别发送一次无线电信号，这在常规情况下是没有问题的。作为举例，比如发电机每次动作产生150uJ的电能，电路模块每次工作消耗150uJ电能，这样每次发电机的动作都可以支持一次电路模块工作。

但在某些需求场景下，电路模块对电能的需求会强烈增加，比如希望增加无线电的发送功率来获得更远的发送距离，比如需求电量增加到了300uJ，但发电机的电能只有150uJ。在传统的设计中，发电机第一次动作时，电路模块及开始工作，但是工作一段时间后，能量消耗完毕，电路模块的任务执行失败。同样，在电机复位时，电路模块重新开始工工作，但同样能量不够，任务执行失败。比如：针对自发电无线开关而言，现有设计中，即便在发电功能不足的情况下，也会强行的执行预设的功能，例如通信模块中的无线通讯动作，这样的结果不仅浪费了自发电的电能，也无法正确完整的发送无线数据，以至于对端无法有效接收或者识别，造成了本身就极度稀缺的自发电的电能浪费。

为了解决这一问题，专利CN104904094，CN106787592A都公开了一种需复位的自发电装置的电源控制方法和设备，能实现需复位的自供电的电子装置操作时产生的能量和复位时产生的能量合并利用。其核心思路是：发电机第一次动作时，先将能量进行过暂存，通过一个开关使得此时能量存储装置与负载断开；发电机复位时，开关接通，然后再将第一次动作和复位时分别产生的两份能量合并后送往负载。

该技术虽然能够解决单次动作能量不足进行合并利用两次能量的问题，但是，其需要在电路中引入一个开关，增加了电路的难度。同时，其电路模块必须要在发电机复位时才能获得电能，第一次的发电在被阻隔之后，实际上是占用(浪费)了处理装置启动的时间，而相应的启动时间会直接表现为该专利所提出的方案在实现时的功能延时；这对于某些时效性要求较高的应用场景来说，会造成不必要的影响。另外，更为重要的是，在某些涉及到多按键自发电开关的场合，由于其必须在发电机复位时电路模块才能获得电能，因此，系统无法在发电机被第一次触发时，进行必要的按键传感器读取来识别是哪个按键被按下，而一旦发电机复位后，按键已经松开，就无法进行按键读取了。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明实施例要解决的技术问题是现有技术中自发电的控制模式单一，并没有充分发挥各场景下、各芯片器件组合的差异化供电可能。在自发电这一特殊的供电体系下，缺少一种行之有效的方式，克服现有技术中一些自发电场景下的工作稳定性问题和如何提高工作性能问题。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于极性检测的自供电装置，包括发电装置、储能装置、极性检测装置和处理装置，其中，发电装置、储能装置和处理装置依次连接，具体的：

所述发电装置的运动为往复运动，且第一方向运动所发电的极性与第二方向运动的发电的极性相反。

发电装置在至少两次外力动作下产生的间歇性电能，并存储在储能装置中，其中储能装置中的一部电能流入处理装置，用于维持处理装置工作在模式1中；

极性检测装置的一端与发电装置的电极相连，另一端连接处理装置的控制端口，用于提供可供处理装置使用的检测信号；其中，所述极性检测装置在发电模块进行第二方向运动时，向处理装置输出检测信号，从而触发处理装置切换至工作模式2。

优选的，自供电装置在工作模式1的耗能比自供电装置在工作模式2的耗能低，其中，工作模式1用于实现自供电装置的启动功能，工作模式2是用于实现自供电装置的主体功能。

优选的，所述极性检测装置具体由三极管构成单向导通电路，其中，在所述发电装置输出端口对应处理装置的模式1时，发电装置的第一输出端口输出第一方向电压，所述发电装置输出端口对应模式2时，发电装置的第一输出端口输出第二方向电压，所述单向导通电路的输入端连接所述发电装置的第一输出端口相连，并且，所述第一方向电压导入所述三极管的基极时，三极管的发射极和基极之间处于截止状态；其中，三极管的集电极连接处理装置的控制端口。

优选的，所述极性检测装置具体由二极管构成的正极单向导通电路；

其中，在所述发电装置输出端口对应处理装置的模式1时，发电装置的第一输出端口输出负电压，所述发电装置输出端口对应模式2时，发电装置的第一输出端口输出正电压，所述正极单向导通电路的输入端连接所述发电装置的第一输出端口，用于阻隔所述负电压，选通所述正电压。

优选的，在所述二极管构成的正极单向导通电路具体为：

由二极管D5作为输入信号整流器，其中，二极管D5的正极作为极性检测装置的输入端，与发电装置的第一输出端口相连；并且，所述发电装置的第一输出端口对应模式1输出负电压，所述输出端口对应模式2输出正电压；

所述二极管D5的负极与电阻R2的一端相连，其中，电阻R2的另一端与电阻R4的一端相连后，作为所述极性检测装置的输出端与所述处理装置的控制端口连接；所述电阻R4的另一端接地，并与所述电阻R2构成分压单元；

其中，所述二极管D5和电阻R2之间还并联一电容C3，所述电容C3的另一端接地，构成高频滤波支路。

优选的，所述极性检测装置具体由二极管构成的负极单向导通电路；

其中，在所述发电装置输出端口对应处理装置的模式1时，发电装置的第一输出端口输出正电压，所述发电装置输出端口对应模式2时，发电装置的第一输出端口输出负电压，所述负极单向导通电路的输入端连接所述发电装置的第一输出端口，用于阻隔所述正电压，选通所述负电压。

优选的，所述极性检测装置包括两套采集组件，其中第一套采集组件具体包括：

由二极管D5作为输入信号整流器，其中，二极管D5的正极作为极性检测装置的第一输入端，与发电装置的第一输出端口相连；

所述二极管D5的负极与电阻R2的一端相连，其中，电阻R2的另一端与电阻R4的一端相连后，作为所述极性检测装置的输出端与所述处理装置的第一控制端口连接；所述电阻R4的另一端接地，并与所述电阻R2构成分压单元；

第二套采集组件具体包括：

由二极管D4作为输入信号整流器，其中，二极管D4的正极作为极性检测装置的第二输入端，与发电装置的第二输出端口相连；

所述二极管D4的负极与电阻R1的一端相连，其中，电阻R1的另一端与电阻R3的一端相连后，作为所述极性检测装置的输出端与所述处理装置的第二控制端口连接；所述电阻R3的另一端接地，并与所述电阻R1构成分压单元。

优选的，还包括整流装置，所述整流装置位于发电装置和储能装置之间。

优选的，所述储能装置包括：

电容、电感、储能化学材料和储能机械装置中的一种或者多种。

优选的，在所述储能装置具体为电容C1时，所述电容的一端接地，电容的另一端与所述整流装置的输出端相连，并且电容的另一端还与所述处理装置的电源输入端口相连。

优选的，其发电装置为磁电式脉冲发电装置，包含软磁体、永磁体及线圈。

优选的，其发电装置为压电陶瓷。

优选的，其还包括无线发送模块，其主体功能为发射无线信号。

优选的，还包括传感器装置，所述传感器装置由发电装置在第一运动方向运动时产生的电能直接或间接供电。

优选的，传感器为微动开关、磁动开关、干簧管开关、轻触开关等的一种或多种，传感器在发电装置在第一运动方向运动时，处于触发状态，用以识别按键的按下动作。

优选的，传感器为压力传感器。

第二方面，本发明还提供了一种基于极性检测的自供电方法，包括：

脉冲式发电装置在第一运动方向动作，产生第一极性的电能；

处理装置在获取到电能后，进入预先设置的模式1的工作模式；

脉冲式发电装置在第二运动方向动作，产生第二极性的电能；

极性检测装置输出电能极性检测信号；

处理装置在获得极性检测装置的检测信号后，将工作模式由模式1切换为模式2。

优选的，所述极性检测装置具体由二极管和/或三极管构成的正极单向导通电路，方法包括：

发电装置获取第一外力动作发电，与所述极性检测装置相连的电极输出负电压，则相应极性检测装置与处理装置相连的输出端口为低电平；所述处理装置在获得电能后进入默认的模式1工作状态；

发电装置获取第二外力动作发电，与所述极性检测装置相连的电极输出正电压，则相应极性检测装置与处理装置相连的输出端口为高电平；所述处理装置在获得所述高电平的检测信号后，将自身的工作模式由模式1切换为模式2。

优选的，在相应的所述模式1为基础程序运行模式，所述模式2为无线发射模式，所述方法具体包括：

在发电装置接收到第一次外部动作后，发出电量供所述处理装置处于基础程序运行模式,并等待由第二次外部动作所触发；

当第二次动作完成后，相应极性检测装置确定检测结果满足预定的检测逻辑，则触发所述处理装置，将工作模式从所述基础程序运行模式切换到无线发射模式。

优选的，所述方法还包括：

在所述发电装置进行第一运动方向动作后，传感器装置获得电能，进行按键动作识别；或者，

在所述发电装置进行第一运动方向动作后，传感器装置获得电能，进行压力识别。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：本发明分析了现有自发电应用中，发电装置和外力动作驱动的极性特性，并进一步在分析出处理装置的工作模式可以拆分为不同阶段，对应不同发电量的多种模式；通过设置极性检测装置，配合处理装置中预定的检测逻辑，实现了对于不同电能需求下的不同工作模式的精准切换。提高了自发电应用这一特殊场景下的用电效率和工作效率，克服了现有技术中存在处理器正常启动下的某种工作模式失败问题。

相比较背景技术中的专利，本发明通过处理装置的工作模式的划分，使得整个装置的响应及时性和发电能量----有效传输关联性，得到了综合性的提高；克服了背景技术中的专利技术存在的响应延时的问题，并且进一步的克服了现有技术中存在处理器正常启动下的某种工作模式失败问题。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于极性检测的自供电装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种自发电装置和发电电势效果示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种发电装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种发电装置管脚极性和外力动作示意图；

图5是本发明实施例提供的一种压电陶瓷发电装置的工作状态示意图；

图6是本发明实施例提供的对应于极性检测方式的一种基于极性检测的自供电装置的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的对应于极性检测方式的另一种基于极性检测的自供电装置的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种极性检测装置的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种基于极性检测的自供电方法的流程示意图；

图10是本发明实施例提供的一种依据发电极性完成模式切换的基于极性检测的自供电方法的流程示意图；

图11是本发明实施例提供的一种基于极性检测的自供电装置的结构主视图；

图12是本发明实施例提供的一种自发电多键无线开关的外部结构示意图；

图13是本发明实施例提供的一种自发电多键无线开关的内部结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：

本发明提供了一种基于极性检测的自供电装置，其原理示意图如图1所示，包括发电装置、储能装置、极性检测装置和处理装置，其中，发电装置、储能装置和处理装置依次连接，具体的：

所述发电装置的运动为往复运动，且第一方向运动所发电的极性与第二方向运动的发电的极性相反。

发电装置在至少两次外力动作下产生的间歇性电能，并存储在储能装置中，其中储能装置中的一部电能流入处理装置，用于维持处理装置工作在模式1中；

极性检测装置的一端与发电装置的电极相连，另一端连接处理装置的控制端口，用于提供可供处理装置使用的检测信号；其中，所述极性检测装置在发电模块进行第二方向运动时，向处理装置输出检测信号，从而触发处理装置切换至工作模式2。

其中，自供电装置在工作模式1的耗能比自供电装置在工作模式2的耗能低，例如，工作模式1用于实现自供电装置的启动功能，以及相应基础低功耗的响应功能(例如实施例4和实施例5中对于传感器信号的接收和处理)，工作模式2是用于实现自供电装置的主体功能，在本发明实施例中通常指高功耗的功能(例如本发明各实施例中所涉及的无线信号的发送)。其中，工作模式1和工作模式2在本发明各实施例中也分别被简称为模式1和模式2。

在本发明实施例中所述储能装置包括：电容、电感、储能化学材料和储能机械装置中的一种或者多种。为了描述上的简便，本发明后续实施例及其附图中，将主要以电容的形式来呈现储能装置，但是，这并非是对本发明方案中所使用的储能装置类型的限定。

在所述极性检测装置的一端是与发电装置相连时，所述检测逻辑具体为根据发电装置产生电流的极性来切换处理装置的工作模式。

如图2所示，系统中所描述的发电装置M1动作产生的电势如图2右边所示，发电装置往复动作一次产生一个如图2所示部分的能量，该能量的特点是持续时间短，峰值高，且两次动作时能量的极性相反。T1为两次外力动作的时间间隙，一般来说，单次动作产生的能量持续时间T0小于动作间隔T1，将多次能量的集合起来完成一次高耗能任务是本发明的主要内容。

在一种可行的实施例中，发电装置具体表现为带复位结构的磁电式脉冲发电装置，如图3所示。其包含软磁体、永磁体和线圈组成的发电体和复位弹簧组成的复位装置。该发电装置在外力动作下通过按压和复位产生能量，相应的能量示意图如图2所示。图4中的1脚：负极和2脚：正极是本发明实施例所提出的发电装置的第一输出端和第二输出端的具体表现。可以采用本发明实施例所提的方法实现将按压和复位两次的能量连续起来使用，来完成一次高耗能的任务。此时，两次外力动作，分别由按压外力动作和来自复位弹簧的复位外力动作构成。

在另一种实施例中，发电装置为压电陶瓷片，如图5所示，其下压和复位时分别产生脉冲电能，相应的能量示意图也如图2所示。

结合本发明实施例，对于上述以极性检测作为检测信号触发方式的实例中，，还提供了一种具体的电路结构设计方案，如图6所示，在所述检测逻辑具体为根据发电装置产生电流的极性来切换处理装置的工作模式时，所述检测装置包括两套采集组件，其中第一套采集组件具体包括：

由二极管D5作为输入信号整流器，其中，二极管D5的正极作为检测装置的第一输入端，与发电装置的第一输出端口相连；

所述二极管D5的负极与电阻R2的一端相连，其中，电阻R2的另一端与电阻R4的一端相连后，作为所述检测装置的输出端与所述处理装置的第一控制端口连接；所述电阻R4的另一端接地，并与所述电阻R2构成分压单元；

其中，所述二极管D5和电阻R2之间还可以并联一电容C3，所述电容C3的另一端接地，构成高频滤波支路。

第二套采集组件具体包括：

由二极管D4作为输入信号整流器，其中，二极管D4的正极作为检测装置的第二输入端，与发电装置的第二输出端口相连；

所述二极管D4的负极与电阻R1的一端相连，其中，电阻R1的另一端与电阻R3的一端相连后，作为所述检测装置的输出端与所述处理装置的第二控制端口连接；所述电阻R3的另一端接地，并与所述电阻R1构成分压单元；

其中，所述二极管D4和电阻R1之间还可以并联一电容C2，所述电容C2的另一端接地，构成高频滤波支路。

上述包含两套采集组件的结构，尤其适用于一种自发电门铃例子，其发送器受到外力被按下去时候，发送器中的处理装置通过检测装置确定电压方向为负向，则进入模式1工作，此时，模式1完成发送器中的处理装置的激活和/或基本按压动作的识别，当发送器从被按下状态弹起的时候，发送器中的处理装置通过检测装置确定电压方向为正向，则进入模式2工作，此时，模式2完成发送器到接收器之间的无线信号的发送。

基于本发明实施例所提出的技术思路，以及上述方式2的检测策略，还存在一种更为简洁、有效的电路结构实现方法，具体如图7所示，所述检测装置具体由二极管构成的正极单向导通电路；从图7中可以看出，所述正极单向导通电路和上述采集组件的第一套采集组件或者第二套采集组件类似。

其中，在所述发电装置输出端口对应处理装置的模式1时，发电装置的第一输出端口输出负电压，所述发电装置输出端口对应模式2时，发电装置的第一输出端口输出正电压，所述单向导通电路的输入端连接所述发电装置的第一输出端口相连。其原理便是选择发电装置两个输出端口中的指定端口(在方案中被描述为第一输出端口)，而相应指定端口表现为按下去时为负电压，复位时为正电压，从而能够跟所述正极单向导通电路配合起来，实现第一外力动作(即按下)产生的电能不触发检测装置输出检测信号，此时处理装置在获得电能后处于默认的模式1工作状态，而第二外力动作(即复位，或被称为弹起)产生的电能经由检测装置输出检测信号给处理装置，以便处理装置能够将工作模式由模式1切换为模式2。相比较上述需要两套检测组件的实现方案，如图7所示的方案结构更为简洁，巧妙的利用了处理装置自身获得电能后默认处于模式1，并在收到检测信号时切换模式2的设计，以及搭配正极单向导通电路，保证了检测信号的恰当触发，从而实现了发电极性的控制过程。同样以上述自发电门铃为例，阐述其在如图7所示的方案中具体实现内容如下：自发电门铃的发送器受到外力被按下去时候，处理装置默认进入模式1工作(此时处理装置从检测装置输出端口未接受到触发信号)，其中，模式1可以用于完成发送器中的处理装置的激活和基本按压动作的识别，当发送器从被按下状态弹起(在本发明实施例中也被描述为复位)的时候，发送器中的处理装置通过检测装置获取到检测信号(例如高电平)，则进入模式2工作，此时，模式2完成发送器到接收器之间的无线信号的发送。

需要强调的是，本发明中为了描述的方便，采用了诸多搭配方式中的一种进行描述。例如，类似选择按下去输出为正电压，复位输出为负电压，在配合负极单向导通电路的等同方案，因为在本发明技术方案启示下，无需创造性劳动便能够等同设计出来，因此，均归属于本发明的保护范围，在此不一一赘述。

在本发明实施例中，除了提供上述的利用二极管构成极性检测电路结构外，还提供了一种可替代的极性检测电路的实现方案，具体如图8所示，所述极性检测装置具体由三极管构成单向导通电路，其中，在所述发电装置输出端口对应处理装置的模式1时，发电装置的第一输出端口输出第一方向电压，所述发电装置输出端口对应模式2时，发电装置的第一输出端口输出第二方向电压，所述单向导通电路的输入端连接所述发电装置的第一输出端口相连，并且，所述第一方向电压导入所述三极管的基极时，三极管的发射极和基极之间处于截止状态；其中，三极管的集电极连接处理装置的控制端口。其中，在第一方向电压为负电压时，满足上述“，所述第一方向电压导入所述三极管的基极时，三极管的发射极和基极之间处于截止状态”条件情况下，相应的三极管选择NPN管。在第一方向电压为正电压时，满足上述“，所述第一方向电压导入所述三极管的基极时，三极管的发射极和基极之间处于截止状态”条件情况下，相应的三极管选择PNP管。其中，通常三极管的发射极接地，集电极可以连接储能装置，并经由储能装置提供三极管的静态工作电压。

类似的，还可以采用CMOS管实现，由于是等同替换，在此不再赘述。

作为本发明实施例的一种具体应用场景，所述基于极性检测的自供电装置中还包括无线发送模块，其主体功能为发射无线信号。在具体实施方式中，所述无线发送模块可以是与处理装置一体封装成单一芯片，也可以是通过两个独立芯片实现。

结合本发明实施例，基于不同的应用场景，除了上述包括无线发射模块以外，所述基于极性检测的自供电装置还可以包括传感器装置，所述传感器装置由发电装置在第一运动方向运动时产生的电能直接或间接供电。其中，传感器为微动开关、磁动开关、干簧管开关、轻触开关等的一种或多种，传感器在发电装置在第一运动方向运动时，处于触发状态，用以识别按键的按下动作。对于所述传感器装置的具体描述，将通过实施例4(具体采用为微动开关为例)和实施例5(具体采用压力传感器为例)中具体展开描述。

需要指出的是，本发明实施例1中各可选的、优选的实现方案，在无需创造性劳动情况下，完成的组合实现方式，均属于本发明的保护范围内。本发明也将通过后续具体实施例展示上述具体实现方案中的一种或者多种组合进行具体场景下的详细描述。

实施例2：

本发明实施例，在提供了如实施例1所描述的一种基于极性检测的自供电装置后，本发明实施例2还提供了一种基于极性检测的自供电方法，所述基于极性检测的自供电方法可以适用于实施例1所阐述的装置中。因此，相应的，基于实施例1中相应的方法控制过程同样适用于本发明实施例。在本发明实施例所述基于极性检测的自供电方法应用环境中，参考图1所示，包括发电装置、整流装置、储能装置、检测装置和处理装置，其中，发电装置、整流装置、储能装置和处理装置依次连接，如图9所示，方法具体包括：

在步骤201中，脉冲式发电装置在第一运动方向动作，产生第一极性的电能。

其中，所述第一运动方向动作对应于实施例1中如图7所示的极性检测电路的描述环境中的第一外力动作，而所述第一极性的电能在实施例1中表现为相应电能不触发检测装置输出检测信号。

在步骤202中，处理装置在获取到电能后，进入预先设置的模式1的工作模式。

其中，自供电装置在工作模式1的耗能比自供电装置在工作模式2的耗能低，例如：工作模式1用于实现自供电装置的启动功能，工作模式2是用于实现自供电装置的主体功能。

对应于实施例1中如图7所示的极性检测电路的描述环境中，所述处理装置进入模式1可以是一种默认的方式，即无需获得极性检测电路的检测信号，只需要获得供电(所述供电电能可以是来自整流装置的，还可以是同时来自储能装置的)便进入所述模式1。

相对应于实施例1中如图6所示的极性检测电路的描述环境中，进入模式1则相应的需要处理装置获取第一套采集组件的极性检测信号。

在步骤203中，脉冲式发电装置在第二运动方向动作，产生第二极性的电能。

在步骤204中，极性检测装置输出电能极性检测信号。

具体实现过程可以参考实施例1中相应的对应于图6或者图7所示的第二外力动作相关内容描述，在此不再赘述。

在步骤205中，处理装置在获得极性检测装置的检测信号后，将工作模式由模式1切换为模式2。

其中，所述极性检测装置的输入端连接在发电装置的第一输出端上，其输出端与处理装置的控制端口连接；在发电装置的第一输出端的输出电压与极性检测装置的极性不匹配时，所述极性检测装置处于未触发状态；在发电装置的第一输出端的输出电压与极性检测装置的极性匹配时，所述极性检测装置向处理装置反馈所述检测信号。

本发明实施例分析了现有自发电应用中，发电装置和外力动作驱动的极性特性，并进一步在分析出处理装置的工作模式可以拆分为不同阶段，对应不同发电量的多种模式；通过设置检测装置，配合处理装置中预定的检测逻辑(本发明实施例中上述极性检测即检测逻辑的一种表现形式)，实现了对于不同电能需求下的不同工作模式的精准切换。提高了自发电应用这一特殊场景下的用电效率和工作效率，克服了现有技术中存在处理器正常启动下的某种工作模式失败问题。

结合本发明实施例，存在一种较为具体的应用场景，在所述极性检测装置具体由二极管和/或三极管构成的正极单向导通电路，方法包括：

在步骤301中，发电装置获取第一外力动作发电，与所述极性检测装置相连的电极输出负电压，则相应极性检测装置与处理装置相连的输出端口为低电平；所述处理装置在获得电能后进入默认的模式1工作状态。

在步骤302中，发电装置获取第二外力动作发电，与所述极性检测装置相连的电极输出正电压，则相应极性检测装置与处理装置相连的输出端口为高电平；所述处理装置在获得所述高电平的检测信号后，将自身的工作模式由模式1切换为模式2。

其中，上述第一外力动作和第二外力动作仅仅是为了描述上的方便，他们既可以表现为最开始的两个外力动作，也可以表现为过程中的两个外力动作，在此不做特殊的限定。

结合本发明实施例，存在一种较为具体的应用场景，在基于极性检测的自供电装置具体为无线通信装置时，相应的所述模式1为基础程序运行模式，所述模式2为无线发射模式，所述若满足第一检测逻辑，则发送触发指令给处理装置，以便处理装置从模式1切换为模式2，具体包括：

在发电装置接收到第一次外部动作后，发出电量供所述处理装置处于基础程序运行模式,并等待由第二次外部动作所触发；

当第二次动作完成后，相应检测装置确定检测结果满足预定的检测逻辑，则触发所述处理装置，将工作模式从所述基础程序运行模式切换到无线发射模式。

实施例3：

如图11所示，为一种具体实施例的结构示意图。该自发电无线模块其包含图3所示的磁电式脉冲发电装置和图6-图8任意一种所示的极性检测的电路结构。

其中，包括外壳001、复位装置002、动作片003、转轴004、限位装置005、发电转装置动作端006、能量输入端子007、极性检测装置008、电路板009、整流装置101、储能装置102、稳压装置103和通信装置104，其相应连接方式如图11所示，所述动作片003用于接收外部动力(压力部分)，并通过带动发电转装置动作端006完成第一外部动力发电过程；并且，依托于设置在转轴004上的扭簧，实现所述动作片003和发电转装置动作端006的复位，即完成了第二外部动力发电过程。

发明实施例的具体实现过程如下：

外力作用在动作片003，在作用力的作用下动作片003沿转轴004转动，同时带动发电装置动作端006动作，在能量输入端子007处产生第一方向的电能，所述电能经整流装置101整流后存储在储能装置102中，并给经稳压装置103和通信装置104供电，此时通信装置工作在模式1等待下一次能量输入。当外作用力撤销或者动作片抵达最低点时在复位装置的反向作用下发电装置动作端反向运动，在能量输入端子007处产生一个第二方向的电动势，所述电能经整流装置101一部分能量经整流后存储在储能装置102中，并给经稳压装置103通信装置104供电，另外一部分经极性检测装置008后，触发通信装置切换为工作模式2，完成通信任务。

当发电装置第一动次作后产生电能，经整流装置101后暂时存储在储能装置102中并输出给通信装置104，此时通信装置104处于休眠模式；所述极性检测装置008与发电装置和通信装置104相关联用于检测发电装置第二次动作，当检测到发电装置复位动作产生的能量后切换负载的工作模式，进入活跃模式通过通信装置104执行无线信号收发任务。

所述通信装置104正常收发无线信号时的功率不低于20mW，完成数据收发至少需工作10ms。所述通信装置104休眠状态下功率不超过100uW，所述发电装置单次动作产生的能量为250uJ低于完成正常无线收发任务的最低能量300uJ，不足以完成无线收发任务。数据仅作为具体实例便于描述能量、时间的约束条件之间的关系，不作为本发明保护范围的强制限定条件。发电装置两次次动作的时间间隔小于(250-(300-250))uJ/100uW＝2000ms时，第一次动作产生的能量还未耗尽，第二次动作产生的能量叠加在储能装置102中，两次能量合并起来的总和大于了正常无线收发任务的最低能量要求。当检测装置检测到第二次能量的输入，即通信装置104切换进入活跃模式，完成无线信号的发射任务。

图11所示的自发电无线模块的一个典型应用是自发电门铃。门铃发射器内包含该自发电无线模块，模块可以搭载图6-图8所示的任意一种极性检测装置，现以其搭载图7所示的极性检测电路为例说明其工作过程。

用户操作发射器，按下发射器，驱动内部发电装置被按下；

发电装置产生第一方向的电能；

此时极性检测装置的输入端口的电能极性为负向，极性检测装置内部电容C3无电能充电，极性检测装置的输出为低电平；

同时发电装置产生的电能经过整流到达储能装置；

处理装置也即是无线发送装置获得电能，同时读取极性检测装置的输出信号，检测到此时为低电平，因此无线装置进行初始化等基础操作，操作完成后不进入发送模式，而是等待极性检测装置的信号；

用户松开发射器，内部发电装置在复位弹簧的作用下复位弹起；

发电装置产生第二方向的电能；

此时极性检测装置的输入端口的电能极性为正向，极性检测装置内部电容C3充电，极性检测装置输出高电平；

同时发电装置产生的电能经过整流到达储能装置；

处理装置检测到极性检测装置的输出高电平，进入无线发送模式。此时无线发送所需要的电能来自发电装置的第一次动作和第二次动作合并的能量。

需要补充的是，上述按下与弹起与极性检测装置的电压检测正极和负极，是根据实际电路来决定的，上述对应关系仅仅是举例中的描述。这样可以避免因为发送器和接收器之间距离较远造成仅凭借按压动作产生的电能无法有效发送无线信号到接收器的问题发生，在无需增加成本的情况下，提高了自发电门铃的工作稳定性和工作范围。

实施例4：

图12和图13为另一种实施例：自发电多键无线开关的结构。其包含发电模块、复位弹簧、电路模块和微动开关传感器。电路模块内包含：处理装置(含无线发送模块)、极性检测电路、整流电路、储能电路。其极性检测电路为图6-图8所示的任意一种极性检测装置电路，下面以图7为例描述其工作过程。

图12所示为完整的3键开关的结构图，图13所示的为隐藏了两个按键的结构图以便可以看到其内部结构。每个按键都对应两个微动开关传感器，以便用于检测是哪个按键被按下。

其工作过程为：

用户操作开关，按下按键，驱动内部发电装置被按下，同时对应的微动开关被按下；

发电装置产生第一方向的电能；

此时极性检测装置的输入端口的电能极性为负向，极性检测装置内部电容C3无电能充电，极性检测装置的输出为低电平；

同时发电装置产生的电能经过整流到达储能装置；

处理装置也即是无线发送装置获得电能，同时读取极性检测装置的输出信号，检测到此时为低电平，因此无线装置进行初始化等基础操作，同时读取微动开关传感器，识别是哪个按键被按下。可选地，处理装置还可以将这一信息保存到内部存储装置中。处理装置操作完成后不进入发送模式，而是等待极性检测装置的信号；

用户松开开关，内部发电装置在复位弹簧的作用下复位弹起，同时微动开关传感器也断开。

发电装置产生第二方向的电能；

此时极性检测装置的输入端口的电能极性为正向，极性检测装置内部电容C3充电，极性检测装置输出高电平；

同时发电装置产生的电能经过整流到达储能装置；

处理装置检测到极性检测装置的输出高电平，进入无线发送模式。此时无线发送所需要的电能来自发电装置的第一次动作和第二次动作合并的能量。发送的数据里面包含了微动开关传感器的信息。

从上述多键无线开关的过程阐述，背景技术中所介绍的已有专利CN104904094B会因为储能装置与负载之间的开关控制，造成供电真空期，影响处理装置对于传感器检测信号的采集，从而无法正常维护计步的检测功能，而本发明实施例所提出的技术方案则正好解决了该技术问题。

实施例5：

该极性检测方式及传感器的另一种应用场景可以是自发电无线计步器，所述自发电无线计步器的工作方式是每踏出1步，完成一次信号的发送；此时，拟定的是用户踏出一步按压发电装置产生的电能用于维持自发电无线计步器的基础的传感检测和处理装置运行电能，并且，按压发电装置产生的电压极性经由极性检测装置的捕捉，促使处理装置工作在模式1，即上述自发电无线计步器的基础的传感检测如压力传感器的数据采集和处理装置运行状态，当抬起上述踏出的一步，发生发电装置复位动作时，则相应自发电无线计步器中的处理装置通过相应极性检测装置确认检测信号满足模式切换时，则启动无线发送功能，将计步数据无线传输给智能终端，以此周期运行完成整个自发电无线计步器的工作过程。从上述自发电无线计步器的过程阐述，背景技术中所介绍的已有专利CN104904094B会因为储能装置与负载之间的开关控制，造成供电真空期，影响处理装置对于传感器检测信号的采集，从而无法正常维护计步的检测功能，而本发明实施例所提出的技术方案则正好解决了该技术问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种基于极性检测的自供电装置，其特征在于，包括发电装置、储能装置、极性检测装置和处理装置，其中，发电装置、储能装置和处理装置依次连接，具体的：

所述发电装置的运动为往复运动，且第一方向运动所发电的极性与第二方向运动的发电的极性相反；其中，第一方向运动为触发方向，第二方向为复位方向；自供电装置在工作模式1的耗能比自供电装置在工作模式2的耗能低；其中，工作模式1用于实现自供电装置的启动功能；

发电装置在至少两次外力动作下产生的间歇性电能，并存储在储能装置中，其中储能装置中的一部电能流入处理装置，用于维持处理装置工作在模式1中；

极性检测装置的一端与发电装置的电极相连，另一端连接处理装置的控制端口，用于提供可供处理装置使用的检测信号；其中，所述极性检测装置在发电模块进行第二方向运动时，向处理装置输出检测信号，从而触发处理装置切换至工作模式2。

2.根据权利要求1所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，工作模式1用于实现自供电装置的启动功能，工作模式2是用于实现自供电装置主体功能。

3.根据权利要求1所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，所述极性检测装置具体由三极管构成单向导通电路，其中，在所述发电装置输出端口对应处理装置的模式1时，发电装置的第一输出端口输出第一方向电压，所述发电装置输出端口对应模式2时，发电装置的第一输出端口输出第二方向电压，所述单向导通电路的输入端连接所述发电装置的第一输出端口相连，并且，所述第一方向电压导入所述三极管的基极时，三极管的发射极和基极之间处于截止状态；其中，三极管的集电极连接处理装置的控制端口。

4.根据权利要求1所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，所述极性检测装置具体由二极管构成的正极单向导通电路；

其中，在所述发电装置输出端口对应处理装置的模式1时，发电装置的第一输出端口输出负电压，所述发电装置输出端口对应模式2时，发电装置的第一输出端口输出正电压，所述正极单向导通电路的输入端连接所述发电装置的第一输出端口，用于阻隔所述负电压，选通所述正电压。

5.根据权利要求4所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，在所述二极管构成的正极单向导通电路具体为：

由二极管D5作为输入信号整流器，其中，二极管D5的正极作为极性检测装置的输入端，与发电装置的第一输出端口相连；并且，所述发电装置的第一输出端口对应模式1输出负电压，所述输出端口对应模式2输出正电压；

所述二极管D5的负极与电阻R2的一端相连，其中，电阻R2的另一端与电阻R4的一端相连后，作为所述极性检测装置的输出端与所述处理装置的控制端口连接；所述电阻R4的另一端接地，并与所述电阻R2构成分压单元；

其中，所述二极管D5和电阻R2之间还并联一电容C3，所述电容C3的另一端接地，构成高频滤波支路。

6.根据权利要求1所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，所述极性检测装置具体由二极管构成的负极单向导通电路；

其中，在所述发电装置输出端口对应处理装置的模式1时，发电装置的第一输出端口输出正电压，所述发电装置输出端口对应模式2时，发电装置的第一输出端口输出负电压，所述负极单向导通电路的输入端连接所述发电装置的第一输出端口，用于阻隔所述正电压，选通所述负电压。

7.根据权利要求1所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，所述极性检测装置包括两套采集组件，其中第一套采集组件具体包括：

由二极管D5作为输入信号整流器，其中，二极管D5的正极作为极性检测装置的第一输入端，与发电装置的第一输出端口相连；

所述二极管D5的负极与电阻R2的一端相连，其中，电阻R2的另一端与电阻R4的一端相连后，作为所述极性检测装置的输出端与所述处理装置的第一控制端口连接；所述电阻R4的另一端接地，并与所述电阻R2构成分压单元；

第二套采集组件具体包括：

由二极管D4作为输入信号整流器，其中，二极管D4的正极作为极性检测装置的第二输入端，与发电装置的第二输出端口相连；

所述二极管D4的负极与电阻R1的一端相连，其中，电阻R1的另一端与电阻R3的一端相连后，作为所述极性检测装置的输出端与所述处理装置的第二控制端口连接；所述电阻R3的另一端接地，并与所述电阻R1构成分压单元。

8.根据权利要求1-7任一所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，还包括整流装置，所述整流装置位于发电装置和储能装置之间。

9.根据权利要求1-7任一所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，所述储能装置包括：

电容、电感、储能化学材料和储能机械装置中的一种或者多种。

10.根据权利要求9所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，在所述储能装置具体为电容C1时，所述电容的一端接地，电容的另一端与所述整流装置的输出端相连，并且电容的另一端还与所述处理装置的电源输入端口相连。

11.根据权利要求1-7任一所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，发电装置为磁电式脉冲发电装置，包含软磁体、永磁体及线圈。

12.根据权利要求1-7任一所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，发电装置为压电陶瓷。

13.根据权利要求1-7任一所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，还包括无线发送模块，其主体功能为发射无线信号。

14.根据权利要求1-7任一所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，还包括传感器装置，所述传感器装置由发电装置在第一运动方向运动时产生的电能直接或间接供电。

15.根据权利要求14所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，传感器为微动开关、磁动开关、干簧管开关、轻触开关等的一种或多种，传感器在发电装置在第一运动方向运动时，处于触发状态，用以识别按键的按下动作。

16.根据权利要求14所述的基于极性检测的自供电装置，其特征在于，传感器为压力传感器。

17.一种基于极性检测的自供电方法，其特征在于，包括：

脉冲式发电装置在第一运动方向动作，产生第一极性的电能；

处理装置在获取到电能后，进入预先设置的模式1的工作模式；

脉冲式发电装置在第二运动方向动作，产生第二极性的电能；

极性检测装置输出电能极性检测信号；

处理装置在获得极性检测装置的检测信号后，将工作模式由模式1切换为模式2；

其中，第一方向运动为触发方向，第二方向为复位方向；自供电装置在工作模式1的耗能比自供电装置在工作模式2的耗能低；工作模式1用于实现自供电装置的启动功能。

18.根据权利要求17所述的基于极性检测的自供电方法，其特征在于，所述极性检测装置具体由二极管和/或三极管构成的正极单向导通电路，方法包括：

发电装置获取第一外力动作发电，与所述极性检测装置相连的电极输出负电压，则相应极性检测装置与处理装置相连的输出端口为低电平；所述处理装置在获得电能后进入默认的模式1工作状态；

发电装置获取第二外力动作发电，与所述极性检测装置相连的电极输出正电压，则相应极性检测装置与处理装置相连的输出端口为高电平；所述处理装置在获得所述高电平的检测信号后，将自身的工作模式由模式1切换为模式2。

19.根据权利要求17所述的基于极性检测的自供电方法，其特征在于，在相应的所述模式1为基础程序运行模式，所述模式2为无线发射模式，所述方法具体包括：

在发电装置接收到第一次外部动作后，发出电量供所述处理装置处于基础程序运行模式,并等待由第二次外部动作所触发；

当第二次动作完成后，相应极性检测装置确定检测结果满足预定的检测逻辑，则触发所述处理装置，将工作模式从所述基础程序运行模式切换到无线发射模式。

20.根据权利要求17所述的基于极性检测的自供电方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述发电装置进行第一运动方向动作后，传感器装置获得电能，进行按键动作识别；或者，

在所述发电装置进行第一运动方向动作后，传感器装置获得电能，进行压力识别。

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