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Die
Erfindung betrifft einen Bewegungsmelder mit zumindest einem Sensorelement,
einem Speicherelement und einer Detektorschaltung.
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Sensoren,
auch energie-autarke Sensoren, zur Erfassung von Messwerten und
anderen physikalischen Größen sind
z. B. aus der
EP 0918212A1 bekannt.
Daraus sind Sensoren, die Meßwerte
erfassen und die Meßwerte
an eine insbesondere zentrale und rechnergestützt arbeitende Auswerteeinrichtung
weiterleiten, bekannt. Um dabei eine aufwendige, kostenintensive
und optisch eher nachteilige Verkabelung und eine bei Batterie-
und Akkumulatorbetrieb begrenzte Betriebszeit und einen dadurch
begründeten
Wechsel bzw. Aufladen der Stromquelle in regelmäßigen Intervallen zu vermeiden,
sind dort Sensoren, insbesondere Temperatursensoren, vorgeschlagen,
die Meßwerte
erfassen und die Meßwerte
an eine insbesondere zentrale und rechnergestützt arbeitende Auswerteeinrichtung
weiterleiten, wobei die Weiterleitung der Meßwerte mittels Funkübertragung von
einer mit dem Sensor verbundenen, eine Antenne aufweisende Sendeeinrichtung
zu einer Auswerteeinrichtung erfolgt und die Sendeeinrichtung von einem,
die im Umfeld befindliche Energie umwandelnden, Stromerzeuger mit
elektrischer Energie versorgt wird.
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Zur
Erfassung von physikalischen Größen, deren
Energie nicht ausreichend in elektrische Energie zum Betrieb eines
energieautarken Sensors umgewandelt werden kann, wie z. B. die Bewegung
eines Menschen, ist es erforderlich, andere Energieformen, die am
Standort eines Sensors vorhanden sind, in elektrische Energie umzuwandeln
oder Energiespeicher wie z. B. Batterien oder Akkumulatoren vorzusehen.
Bei z. B. einer Detektion einer Bewegung eines Menschen kann weder
von ausreichender thermischer oder kinematischer Energie zur Umwandlung in
elektrische Energie ausgegangen werden, so daß an dieser Stelle z. B. Licht
bzw. Solarenergie zur Umwandlung in elektrische Energie dienen muß.
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Ein
System zur Detektion der Bewegung eines Menschen ist aus
JP 10283807 bekannt. Dieses System
jedoch bezieht die zum Betrieb des Systems notwendige Energie aus
einer Batterie bzw. einem elektrochemischen Ladungsspeicher.
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Zur
ausreichenden Energieversorgung des Bewegungsmelders mit Funkübertragung
sind elektrochemische Elemente von ausreichender Größe vorzuhalten.
Dies ist nicht für
alle Anwendungsfälle gewünscht und
vorteilhaft. Soll ein Bewegungsmelder klein, unauffällig und
zuverlässig
seinen Dienst, insbesondere auch in lichtschwachen Zeiten wie z.
B. Nacht verrichten, so eignet sich weder die Vorrichtung nach
EP 0918212A1 noch
die Vorrichtung nach
JP 10283807 .
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Die
Druckschrift
EP 1199626
A2 zeigt ein Gerät
aus dem Bereich der Informationselektronik, mit einer Empfangs-
und Speichereinrichtung für
Daten. Ebenso weist dieses Gerät
Verarbeitungseinrichtungen für
die empfangenen und gespeicherten Daten auf, wobei Bild- und Audiodaten
zur Kommunikation an einem User oder eine Usergruppe übermittelt werden.
Darüber
hinaus weist das Gerät
Sensoren auf, das Personen in der Nähe des Gerätes erkennt und das Gerät in Abhängigkeit
von der Anwesenheit von Personen aktiviert oder deaktiviert.
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Die
Druckschrift
DE 3706229
C2 zeigt ein elektronisches Beleuchtungsschaltsystem, bei
dem ein Infrarotdetektor zur Erfassung von Personenkraftfahrzeugen
oder sonstigen sich bewegenden Objekten in eine Schalteinrichtung
zur Einschaltung einer Beleuchtung und mit einer Übertragungseinrichtung für die Detektorsignale
an eine Schalteinrichtung ausgestattet ist. Dieses elektronische
Beleuchtungsschaltsystem ist so ausgeführt, dass mittels einer Solarzelle
eine Energiespeichervorrichtung mit Energie insbesondere elektrischer
Energie versorgt wird, und diese elektrische Energie zum Betrieb
des elektronischen Beleuchtungsschaltsystems angewendet wird. Die
Auslegung der Solarzelle in der vorliegenden Beleuchtungsschalteinrichtung
ist so gestaltet, dass bei ausreichender Beleuchtung die Solarzelle
sowohl den Eigenbedarf der Beleuchtungsschalteinrichtung deckt,
als auch den Speicherakkumulator damit lädt. Eine kleinere Dimensionierung
der Solarzellen würde bei
dieser Beleuchtungsschalteinrichtung dazu führen, dass die Beleuchtungsschalteinrichtung
aufgrund mangelnder Energieversorgung nicht dauerhaft funktionieren
würde.
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Die
Druckschrift
DE 4041825
C1 zeigt eine Alarmanlage bei der eine Stromsparschaltung
für Alarmanlagen
mit batteriebetriebenen Bewegungsmeldern vorgesehen ist. Dabei steht
der Bewegungsmelder über
HF-Sender mit der Zentraleinheit der Alarmanlage drahtlos in Verbindung.
Zur Energieeinsparung werden Sendesignale eines HF-Senders eines
Bewegungsmelders unterdrückt,
solange der Sensor des Bewegungsmelders in Abständen von weniger als zum Beispiel
20 Sekunden aktiviert wird.
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Die
Druckschrift
DE 4334197
C2 zeigt schließlich
ein Verfahren zur Überwachung
der Öffnungen
eines geschlossenen Raumes, zum Beispiel eines Fahrgastraumes eines
Kraftfahrzeuges, bei dem Infrarotsensoren als Bewegungsmelder fungieren,
und die in einer taktweisen Betriebsweise zur Einsparung von Strom
beziehungsweise elektrischer Energie betrieben werden.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, einen energieautarken Bewegungsmelder
vorzuschlagen, der klein und unauffällig ist und auch dann zuverlässig und
regelmäßig in der
Lage ist, eine Bewegung zu erkennen und zu melden, wenn am Messort
nur schwache oder zeitweise keine Versorgung von in elektrische
Energie wandelbare Primärenergie
wie zum Beispiel Licht verfügbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Bewegungsmelder, mit
- – einem Speicherelement zur
Speicherung von elektrischer Energie,
- – einem
Sensorelement zur Erfassung der Bewegung,
- – einer
Steuerschaltung zur Codierung der erfaßten Bewegung und Steuerung
von Funktionen,
wobei eine Detektorschaltung, die mit dem Anliegen
eines vorbestimmten elektrischen Signals an dem Sensorelement die
Steuerschaltung aktiviert und nach Abfallen des elektrischen Signals
deaktiviert, so daß nur
für die
Dauer einer erfaßten Bewegung
der gesamte Bewegungsmelder mit Energie versorgt wird.
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Es
ist vorteilhaft, besonders im Hinblick auf die Einsparung der zur
Verfügung
stehenden Energie, die Detektorschaltung besonders auf extrem leistungsarmen
Betrieb auszulegen, da diese die einzige Komponente des Bewegungsmelders
ist, die immer mit Energie versorgt werden muß. Dies wird erreicht durch
eine Betriebsweise der Detektorschaltung, die zeitliche Ein- und
Aus-Phasen der Detektorschaltung vorsieht, wobei die Aus-Phasen
gegenüber
den Ein-Phasen groß gewählt sind,
so daß sich
ein hohes Tastverhältnis
zwischen Ein- und Aus-Phasen ergibt. Damit sind möglichst
lange Betriebsdauern des Bewegungsmelders auch in Dunkelphasen,
d. h. in Phasen, in denen keine Energieversorgung durch Umgebungsenergie
möglich
ist, realisierbar.
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Erfindungsgemäß handelt
es sich um einen Bewegungsmelder, welcher Informationen an andere Einrichtungen
wie z. B. an eine stromnetzgebundene Beleuchtungseinrichtung oder
an ein Bus-System weitergibt. Die Energie zum Betreiben des Sensors und
der dazugehörigen
Funkschaltung wird aus der in der Umgebung vorhandenen Energie geliefert,
so daß keine
Batterie zum Betreiben erforderlich ist. Zur Übertragung der Informationen
sind sowohl draht- als auch funkgebundene Systeme einsetzbar. Der
Einsatz von funkgebundener Informationsübertragung, vom erfindungsgemäßen Bewegungsmelder
zu einer anderen Einrichtung, beinhaltet den Vorteil, daß z. B. keine Übertragungsleitungen
zwischen der anderen Einrichtung und den Sensoren anzuordnen sind.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
erzeugt ein photovoltaisches Element eine elektrische Spannung bei
Lichteinfall zur Energieversorgung des Sensors. Dieses photovoltaische
Element ist so dimensioniert, daß auch bei kleinen Beleuchtungsstärken eine
Spannung von ca. 2 V abgegeben wird. Da die gelieferte Leistung
im allgemeinen für
einen Dauerbetrieb des Bewegungsmelders nicht ausreicht, wird zunächst ein
Speicherelement, vorzugsweise ein Kondensator, oder ein elektrochemischer
Energiespeicher mit elektrischer Energie aufgeladen.
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Des
weiteren ist zusätzlich
durch das photovoltaische Element eine Messung der Beleuchtungsstärke bei
jeder Aktivierung des Bewegungsmelders möglich. Zusammen mit einer ID-Nummer
des Bewegungsmelders und dem Signal des Bewegungsmelders ist die
Beleuchtungsstärke übertragbar.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
werden von einem Hochfrequenzsender und einer an diesen angeschlossene
Antenne die zu übertragenden
Informationen codiert und abgestrahlt. Dabei werden diese an andere
Einrichtungen übermittelt. Zur
Erhöhung
der Übertragungssicherheit
ist das Funksignal dieser Übertragung
vorteilhafterweise redundant aufgebaut, d. h. die Abstrahlung erfolgt
mit großer
Bandbreite und/oder in einer zeitlichen Abfolge.
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Das
Funksignal ist von allen in der Nähe befindlichen zugeordneten
Hochfrequenzempfängern empfangbar
und wird ausgewertet. Nach der Auswertung reagieren daran angeschlossene
adressierbare Empfängersysteme
und veranlassen wiederum eine Aktion wie z. B. das Einschalten einer
Beleuchtungseinrichtung und/oder steuern eine optische oder akustische
Meldeeinrichtung an und/oder speisen die Signale in ein System zur
weiteren Speicherung und/oder Verarbeitung der Meßdaten ein.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Figuren näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung,
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2 eine
Ausgestaltung des Bewegungsmelders mit photovoltaischem Element,
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3 eine
zusätzliche
Ausgestaltung des in 2 dargestellten Bewegungsmelders
mit einem Hochfrequenzsender 6,
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4 eine
Empfangseinrichtung 8 in einer schematischen Darstellung.
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1 zeigt
einen Bewegungsmelder 1 in einer schematischen Darstellung,
wobei die Speicherung einer dem Bewegungsmelder 1 zu geführten elektrischen
Ladung in einem Speicherelement 3 erfolgt. Dieses ist vorzugsweise
aus einem verlustarmen Kondensator hoher Kapazität gebildet. Vorteilhafterweise
enthält
das Speicherelement 3 eine Speicherschaltung 3.1.
Diese besteht in einem einfachen Fall z. B. aus einer Halbleiterdiode
oder einer Gleichrichterschaltung. In 1 ist dies
symbolisch durch das Symbol einer Diode dargestellt. Die Speicherschaltung 3.1 verhindert
dabei ein Rückfließen von
Ladungen aus dem Speicherelement 3 zurück zu einer angeschlossenen
Energieversorgungseinrichtung, die in 1 nicht
dargestellt ist. Eine weitere optionale Funktion der Speicherschaltung 3.1 ist
eine Anpassung der Impedanz zwischen einer Energieversorgungseinrichtung
und dem Speicherelement 3.
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In
einer in 2 dargestellten Ausführungsform
ist ein photovoltaisches Element 2 als Energieversorgungseinrichtung
angeschlossen. Das photovoltaische Element 2 ist vorzugsweise
so klein gewählt,
daß ein
Höchstmaß an Flexibilität in Bezug
auf die Wahl des Einsatzortes erreichbar ist. Damit ist ein direkter
Betrieb des Sensors 1 mit dem photovoltaischen Element 2 unmöglich. Die
durch das photovoltaische Element 2 gelieferte Energie
wird zum Betrieb des Sensors 1 in einer Speichereinrichtung
gesammelt. In dem Ausführungsbeispiel
wird durch die Lichteinstrahlung auf das photovoltaische Ele ment 2 das
Speicherelement 3 mit elektrischer Ladung versorgt und
aufgefüllt.
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Die
Dimensionierung des verlustarmen Kondensators 3.2 des Speicherelements 3 ist
im Zusammenhang mit dem photovoltaischen Element oder einer anderen
Energieversorgungseinrichtung so gewählt, daß auch extreme Dunkelphasen,
wie sie beispielsweise nachts, insbesondere während der Wintermonate auftreten
können,
sicher überbrückt werden
können,
d. h. daß das
Speicherelement 3 über das
photovoltaische Element 2 so viel Energie geliefert bekommt
und auch speichern kann, damit ein Dauerbetrieb einer Detektorschaltung
und ein ereignisbezogener Sendebetrieb einer Steuerschaltung des
Bewegungsmelders auch während
einer Dunkelphase erfolgen kann.
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Die
in 1 dargestellte Detektorschaltung 12 ist
in ULP-Technik (Ultra-Low
Power-Technik) ausgeführt,
so daß sie
mit extrem geringem Energieaufwand funktionsfähig ist. Dazu ist die Detektorschaltung 12 in
Analog- oder Digitaltechnik ausgeführt. Die Detektorschaltung 12 ist
mit dem Sensorelement 4 als einzige Komponente des Bewegungsmelders 1 in ständigem Betrieb.
Die Detektorschaltung 12 aktiviert, gegebenenfalls durch
eine Verstärkung
eines Signals vom Sensorelement 4, die Steuerschaltung 5,
wenn an dem angeschlossenen Sensorelement 4 ein vorbestimmtes
Signal anliegt.
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Als
Sensorelement 4 zur Erfassung der Bewegung eignet sich
z. B. ein pyroelektrischer Sensor, der eine sich ändernde
Wärmestrahlung,
wie sie z. B. durch eine sich nähernde
Person abgegeben wird, in ein elektrisches Signal wandelt.
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Der
pyroelektrische Sensor besitzt dazu vorzugsweise eine Linse zur
Bündelung
der infraroten Strahlungsfelder. Des weiteren ist die Detektorschaltung
als Schwellwertschaltung ausgeführt,
die schon bei den sehr kleinen pyroelektrischen Spannungen anspricht
und die Steuerschaltung aktiviert.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform
zur funkgebundenen Übertragung
der von dem Bewegungsmelder erfaßten Informationen. Dabei aktiviert,
ausgelöst durch
ein vorbestimmtes Signal am Sensorelement 4, die Detektorschaltung 12 wahlweise
in Abhängigkeit
der Beleuchtungsstärke
am photovoltaischen Element die Steuerschaltung 5 und einen
Hochfrequenzsender 6. Der Hochfrequenzsender 6 ist
vorzugsweise mit einem Hochfrequenzoszillator 14, der ein
sehr schnelles Anschwingverhalten aufzeigt, ausgestattet. Als frequenzbestimmendes
Bauteil bietet sich hierbei ein Oberflächenwellenresonator an. Der Hochfrequenzsender
moduliert die vom Bewegungsmelder 1 erfaßten Informationen
einem hochfrequenten Signal auf.
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Um
den Energieverbrauch des Hochfrequenzsenders 6 gering zu
halten, ist dieser auf geringen Stromverbrauch ausgelegt und arbeitet
bei einer hohen Bandbreite, um die Sendedauer klein zu halten. Dadurch
ergibt sich aufgrund der hohen Bandbreite eine kurze Sendezeit und
damit ein erweiterter geringer Energieverbrauch. Die Abstrahlung
des Hochfrequenzsignals erfolgt über
die am Hochfrequenzsender 6 angeschlossene Antenne 7.
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4 stellt
eine Empfangseinrichtung 8 zum Empfang der vom Hochfrequenzsender
abgestrahlten Informationen dar, wobei diese zum Empfang des Hochfrequenzsignals
zumindest eine Antenne 9 aufweist und einen an diese Antenne 9 angeschlossenen
Hochfrequenzempfänger 10.
Dieser empfängt die
vom Bewegungsmelder 1 ausgesendeten Signale, demoduliert
sie und leitet diese an eine Auswerteeinrichtung 11 weiter.
Die Auswerte-Einrichtung 11 verfügt über Anschluß 15,
an denen weitere Systeme oder Aktoren angeschlossen sind. Dies sind
z. B. Beleuchtungssysteme oder Meldesysteme oder andere Systeme.
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Der
Bewegungsmelder wird vorzugsweise so montiert, daß er vom
Licht der, im Fall einer Detektion, durch das Beleuchtungssystem
eingeschalteten Leuchten aufgeladen wird.
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Zur
Datenübertragung
finden vorzugsweise fehlertolerante Übertragungsverfahren wie Parity Check,
Forward Error Correction oder blockorientierte Redundanzverfahren
Anwendung. Es bietet sich des weiteren die Möglichkeit, die übertragenen
Daten mit geeigneten elektronischen Schlüsseln zu verschlüsseln. Es
erfolgt die Datenübertragung
in einer sehr kurzen Zeit und in vorbestimmten Zeitabständen. Dabei
ist die Sendezeit gegenüber
der sendefreien Zeit deutlich geringer. Damit ist die Kollisionswahrscheinlichkeit
von zwei gleichzeitig sendenden Sensoren 2 deutlich herabgesetzt.
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Als
Dateninhalte zur Übertragung
bieten sich nicht nur die detektierte Bewegung als Signal, sondern
auch weitere am Bewegungsmelder 1 anliegende Information
an, wie z. B. eine ID-Nummer
des Bewegungsmelders 1, die am Bewegungsmelder anliegende
Beleuchtungsstärke
und verschiedenes mehr.
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- 1
- Bewegungsmelder
- 2
- photovoltaisches
Element
- 3
- Speicherelement
- 3.1
- Gleichrichte-Element
- 3.2
- Speicherzelle
- 4
- Sensorelement
- 5
- Steuerschaltung
- 6
- Hochfrequenzsender
- 7
- Antenne
- 8
- Empfangseinrichtung
- 9
- Antenne
- 10
- Hochfrequenzempfänger
- 11
- Auswerte-Einrichtung
- 12
- Detektorschaltung
- 14
- Oberflächenwellenresonator
- 15
- Anschluß