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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet autonom betriebener elektrischer
Geräte
und Installationen und insbesondere auf batteriebetriebene Geräte der Hausinstallationstechnik.
Sie geht aus von einem Abtastverfahren, einem elektrischen Gerät, einem
System und einer Installation gemäss Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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In
der
EP 1 278 047 A wird
ein Abtastverfahren für
Durchflussmessgeräte
angegeben, bei dem eine Abtastrate in Abhängigkeit einer Restlebensdauer
der Speisequelle verringert wird. Dadurch kann auf Kosten der Messgenauigkeit
die Lebensdauer der Speisequelle erhöht werden.
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In
JP 10246662 A ,
Patent Abstract wird ein elektronisches Wassermeter offenbart, bei
dem ein magnetischer Sensor vorhanden ist, dessen Abtastrate in
Abhängigkeit
des Sensorsignals angepasst wird. Zur Verringerung des Energieverbrauchs
wird die Abtastrate erniedrigt, wenn das Sensorsignal stabil oder
weitgehend unverändert
bleibt, und erhöht, wenn Änderungen
im Sensorsignal auftreten. Eine Reduktion des Energieverbrauchs
in Abhängigkeit anderer
Parameter und insbesondere einer Restlebensdauer der Speisequelle
ist nicht vorgesehen.
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In
der WO 98/52061 wird ein Messgerät
oder Gaszähler
angegeben, bei dem der Batterieladezustand überwacht wird und der Zeitpunkt
bestimmt wird, wann die Batterie ersetzt werden soll. Der Bestimmung
der verbleibenden Batteriekapazität oder Restlebensdauer liegen
u. a. zugrunde: eine Zählung der
Betriebstage der Batterie seit deren Inbetriebnahme; eine Batterieselbstentladung;
ein Stand-by Verbrauch des Messgeräts; eine Zählung, wie oft bestimmte Betriebsmodi
des Messgeräts
ausgeführt wurden;
eine auf Statistik oder Erfahrungswerten basierende Extrapolation
des mutmasslichen zukünftigen
Energieverbrauchs; sowie eine Sicherheitsmarge zur Überbrückung der
Zeit zwischen Batteriealarm und tatsächlichem Ersatz der Batterie.
Massnahmen zur Verlängerung
der Batterielebensdauer werden keine ergriffen.
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Bewegungsmelder
sind Geräte,
die Personen in einem möglichst
definierten Bereich oder Raumwinkel erfassen. Sie werden vor allem
in der Installationstechnik verwendet. Bevorzugt werden sie zur
Steuerung von Lichtquellen, Ventilatoren, Heizungen oder anderen
elektrischen Geräten
eingesetzt. Bewegt sich eine Person auf einen Sensor zu, so wird über ein
Relais oder einen Halbleiterschalter z. B. eine Lampe eingeschaltet.
Die Sensoren basieren auf einem Infrarot-Detektor, der entsprechend der
abgestrahlten Temperatur eines sich bewegenden Körpers ein Signal erzeugt. Typischerweise
werden solche Geräte
fest verdrahtet und am Niederspannungsversorgungsnetz betrieben.
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Im
U. S. Pat. No. 4'982'176 wird ein Aussenbeleuchtungs- und Alarmsystem
mit einem passiven Infrarot-Bewegungsmelder offenbart. Das System wird
durch eine Batterie gespeist, die über Solarzellen nachladbar
ist. Der Batteriebetrieb der Beleuchtung oder des Alarms wird von
einer elektronischen Steuerung nur dann aktiviert, wenn der Bewegungsmelder
ein bewegliches Objekt detektiert hat. Zudem kann eine Aktivierung
des Systems bei Tag mit Hilfe eines Tageslichtdetektors verhindert
werden. Massnahmen zur Reduktion des Stromverbrauchs im Bewegungsmelder
sind keine vorgesehen.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Verlängerung der
Funktionsdauer eines netzunabhängig
betreibbaren elektrischen Geräts
an zugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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In
einem ersten Aspekt besteht die Erfindung in einem Abtastverfahren
für ein
elektrisches Gerät mit
einer autonomen Speisequelle, wobei vom Gerät ein Messsignal durch Abtastung
mit einer bestimmten Abtastrate ermittelt wird, wobei zur Reduktion
des Stromverbrauchs der Speisequelle die Abtastung des Messsignals
quasikontinuierlich durchgeführt wird,
indem Abtastzeitfenster definiert werden, während denen die Abtastung ununterbrochen
durchgeführt
wird, und zwischen den Abtastzeitfenstern Abtastlücken zugelassen
werden, während
denen keine Abtastungen durchgeführt
werden. Es werden also bei der Signalabtastung zu wiederholten Zeitpunkten intermittierende
Abtastlücken
zugelassen. Während der
Abtastzeitfenster wird die Abtastung mit hinreichender Häufigkeit
und daher hinreichend definierter Abtastrate durchgeführt. Durch
das Verfahren wird der Stromverbrauch eines elektrischen Geräts mit Signalabtastung
mit mindestens teilweise autonomer Stromversorgung reduziert, ohne
dass die Messzuverlässigkeit
wesentlich eingeschränkt
werden muss.
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Die
Ausführungsbeispiele
gemäss
Anspruch 2 und 3 stellen sicher, dass der Stromverbrauch möglichst
stark reduziert wird und zugleich eine hohe Verfügbarkeit des Geräts gewährleistet
bleibt.
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Anspruch
4a erlaubt eine statistisch vorteilhafte Verteilung der Abtastlücken, um
die Auswirkungen der Abtastlücken
auf die Messzuverlässigkeit
gering zu halten. Die Ansprüche
4b und 5 betreffen weitere verbessernde Massnahmen zur Senkung des Stromverbrauchs,
die insbesondere der noch verfügbaren
Restlebensdauer der Speisequelle Rechnung tragen.
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Die
Ansprüche
6–9 geben
an, wie die Abtastlücken
in Abhängigkeit
eines Zusatzsignals optimiert werden können. Dies betrifft für elektronische
Gaszähler
die Steuerung von Abtastlücken
abhängig
von einem Temperatursignal, weil der zu messende Gasverbrauch mit
der Umgebungstemperatur signifi kant variieren kann, oder abhängig von
einem bereits registrierten Gasverbrauch, weil das Gasbezugsverhalten
typischerweise stetig und nicht sprunghaft variiert.
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Anspruch
10 betrifft einen Bewegungsmelder, bei dem Abtastlücken zeitlich
so dimensioniert und verteilt werden, dass die Bewegungsüberwachung
nicht beeinträchtigt
wird.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein elektrisches Gerät, insbesondere
zur Ausführung
des oben genannten Verfahrens, umfassend Messmittel und eine Kontrolleinheit
zur Erzeugung und Auswertung eines Messsignals durch Abtastung mit
einer bestimmten Abtastrate und umfassend eine autonome Speisequelle
zur mindestens zeitweisen Speisung mindestens einer stromverbrauchenden Komponente
des elektrischen Geräts,
wobei das Gerät
einen quasikontinuierlichen Abtastmode mit alternierenden Abtastzeitfenstern
und Abtastlücken
aufweist und Umschaltmittel zum selbsttätigen Umschalten des Geräts zwischen
einer Wachzeit während
der Abtastzeitfenster und einer Totzeit während der Abtastlücken vorhanden
sind.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Hausinstallation oder ein Gebäude umfassend
ein elektrisches Gerät
wie zuvor beschrieben.
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Weitere
Ausführungen,
Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus weiteren
abhängigen
Ansprüchen
sowie aus der nun folgenden Beschreibung und den Figuren.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines batteriebetriebenen elektronischen
Gaszählers;
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2 ein
Blockdiagramm eines batteriebetriebenen Bewegungsmelders mit Funkanbindung
an einen Aktuator;
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3 schematisch
einen Stromsparbetrieb eines elektrischen Geräts mit Signalabtastung und erfindungsgemässen Abtastlücken;
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4 einen
Stromverbrauch des elektrischen Geräts in Funktion einer Signalerfassungs-Abtastrate;
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5 schematisch
einen zweiten Stromsparbetrieb des elektrischen Geräts mit reduzierter
Abtastrate; und
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6 einen
dritten Stromsparbetrieb des elektrischen Geräts mit einem extern getriggerten
alternierenden Betriebsmode.
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In
den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
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1 zeigt
schematisch einen elektronischen Gaszähler
1', dessen grundsätzlicher Aufbau beispielsweise
aus der
EP 1 164 361 bekannt
ist, die mit allen darin zitierten Schriften hiermit durch Bezugnahme
in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird. Der Gaszähler
1' ist typischerweise
in einem Bypass
16 zu einer Gasleitung
15 angeordnet und
erfasst dort ein anemometrisches Messsignal
101b, das den
Gasdurchfluss durch den Bypass
16 abtastet und aufgrund
des definierten Abzweigungsverhältnisses
ein exaktes Mass für
den Gasbezug durch die Hauptleitung
15 darstellt. Die Abtastung
erfolgt mit einer bestimmten Abtastrate und wird im Gaszähler
1' von einer Kontrolleinheit
103 zur
Signalerfassung und Signalverarbeitung, insbesondere von einem Mikrokontroller
103,
ausgeführt.
Bevorzugt weist der Gaszähler
1' einen elektronischen CMOS-Chip
100 für eine anemometrische Gas-Durchflussmessung
auf. Da der Gaszähler
1' vollelektronisch
ist, kann er mit einer Batterie
105 oder einem Akkumulator
105 netzunabhängig oder autonom
betrieben werden. Die autonome Speisequelle
105 kann eine
beliebige Batteriespeisung, auch eine aufladbare Batterie oder ein
Akkumulator sein. Die Batterie
105 kann auch ausserhalb
des Geräts
1,
1' angeordnet
sein.
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2 zeigt
schematisch einen batteriebetriebenen drahtlosen Bewegungs- oder
Anwesenheitsmelder 1. Der Melder 1 umfasst Messmittel 100, 101, 102 und
eine Kontrolleinheit 103 zur Erzeugung und Auswertung eines
Messsignals 100b, mit dem die Bewegung oder Anwesenheit 100a eines
Objekts erfassbar ist. Die Erfassung des Bewegungs- oder Anwesenheitssignals 100b erfolgt
ebenfalls durch Abtastung. Der Melder 1 umfasst eine autonome Speisequelle 105 zur
mindestens zeitweisen Speisung mindestens einer stromverbrauchenden
Komponente 100, 101, 102, 103, 104 des
Melders 1. Bei den stromverbrauchenden Komponenten handelt
es sich insbesondere um einen Bewegungssensor 100, einen
Datenerfassungsteil oder eine Signalverarbeitungseinheit 101, 102,
eine Auswertelektronik 103 für die Personenidentifikation
und ein Kommunikationsteil 104. Bei dem zu erfassenden
Objekt kann es sich um eine Person, ein Tier, ein Fahrrad, ein PKW
o. ä. handeln.
Der Bewegungsmelder 1 umfasst beispielsweise einen Passiv-Infrarotdetektor 1 (PIR),
kann aber auch einen aktiven Infrarotdetektor basierend auf Infrarotreflektion,
einen aktiven Ultraschalldetektor basierend auf Ultraschallreflektion
oder Dopplereffekt, einen akustischen Schalldetektor, einen aktiven
Mikrowellendetektor o. ä.
umfassen. Mit 100 ist der weit verbreitete Passiv-Infrarotdetektor
bezeichnet, der zwei pyroelektrische Kristalle A, A' umfasst, die mit
entgegengesetzter Polarität
zusammengeschaltet sind. Die Kristalle A, A' geben aufgrund der Wärmestrahlung 100a eines
bewegten Wärmeobjekts
ein charakteristisches elektrisches Messsignal 100b ab,
dass mit einem Feldeffekttransistor, umfassend Drain D, Kollektor
und Source S, die kapazitiv an Erde GND gekoppelt ist, vorverstärkt, im
Signalverstärker 101 weiterverstärkt, im
A/D-Wandler 102 in ein digitales Signal gewandelt und schliesslich
im Mikrokontroller 103 ausgewertet wird. Insbesondere bei
Retrofit-Anwendungen, bei abgelegenen Installationsorten ohne direkten
Netzzugang oder bei Systemen, die eine Mehrzahl von Sensoren und
Aktuatoren 2 umfassen, wird eine getrennte Installation
des Detektors 1 vom Aktuator 2 gefordert. Dabei
soll der Sensorteil 1 mit einer Batterie 105 betrieben
werden können
und der Schaltbefehl vom Sensor 1 zum Aktuator 2 soll
vorzugsweise durch eine drahtlose Verbindung 3 übermittelt
werden. Hierfür
weist der Melder 1 einen Sender 104 und der Aktuator 2 einen Empfänger 204 auf,
die auf der Basis von Radiowellen, Mikrowellen, akustischen Wellen
o. ä. funktionieren
können.
Ferner umfasst der Aktuator 2 einen eigenen Mikrokontroller 203 und
einen Schalter 200, insbesondere ein Relais oder einen
Halbleiterschalter 200, zur Steuerung einer Lichtquelle,
einer Jalousie, eines Ventilators, einer Klimaanlage, einer Heizung
oder anderer elektrischer Apparate. Falls eine zusätzliche
lichtabhängige
Steuerung vorhanden ist, kann das lichtempfindliche Element 5 eine
Photozelle, ein Photowiderstand (LDR = light dependent resistor),
ein Phototransistor o. ä.
sein. Zudem kann bei drahtloser Kommunikation zwischen Melder 1 und Aktuator 2 neben
der Hinkommunikation 3 zur Befehlsübermittlung an den Aktuator 2 auch
eine Rückkommunikation 4 zum
Melder 1 vorhanden sein. Die Rückkommunikation 4 dient
dazu, um vom Aktuator 2 an den Melder 1 mitzuteilen,
wie gute die Sendeverbindung funktioniert und um bei Bedarf die
Sendeleistung auf ein optimales Niveau einzupegeln und insbesondere
abzusenken.
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3 zeigt
ein herkömmliches
Abtastverfahren 12, bei dem die Abtastung des Messsignals 100b, 101b ununterbrochen
kontinuierlich 12 durchgeführt wird, und im Gegensatz
dazu das erfindungsgemässe
Abtastverfahren 13, bei dem zur Reduktion des Stromverbrauchs
I der autonomen Speisequelle 105 die Abtastung des Messsignals 101b quasikontinuierlich 13 durchgeführt wird,
indem Abtastzeitfenster 14' definiert
werden, während
denen die Abtastung ununterbrochen durchgeführt wird, und zwischen den
Abtastzeitfenstern 14' Abtastlücken 14 zugelassen
werden, während
denen keine Abtastungen durchgeführt
werden. Mit anderen Worten, es wird anstelle einer äquidistanten
oder zumindest kontinuierlichen Abtastung 12 die Abtastung
in einem Burst-Mode 13 durchgeführt, indem Erfassungs- oder
Abtastlücken 14 zugelassen
werden. Die Abtastrate f bleibt dabei primär unverändert oder konstant, wird jedoch
zeitweise ausgesetzt oder unter brochen. Der Burst-Mode 13 kann
grundsätzlich
unabhängig
von einer Restlebensdauer der Batterie 105 betrieben werden.
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele
angegeben.
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Das
Verhältnis
zwischen einer Totzeit während
der Abtastlücken 14 zu
einer Wachzeit während der
Abtastzeitfenster 14' soll
nach Massgabe einer geforderten Verfügbarkeit des Messsignals 101b, 100b,
insbesondere des Gasverbrauchssignals 101b oder des Bewegungssignals 100b,
gewählt
werden. Die Stromeinsparung kann dadurch erzielt werden, dass während der
Abtastlücken 14 mehrere
und vorzugsweise alle stromverbrauchenden Komponenten 100, 101, 102, 103, 104 des
elektrischen Geräts 1, 1' ausgeschaltet
oder, soweit zur selbsttätigen
Aktivierung der Abtastzeitfenster 14' erforderlich, auf Stand-by geschaltet
werden. Hierfür
läuft beispielsweise
im Mikrokontroller 103 eine Uhr, die z. B. alle 0,1 s oder
1 s oder 10 s den Mirkokontroller 103 weckt und ein Abtastfenster 14' generiert.
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Die
Abtastlücken 14 können in
regelmässigen
oder zufälligen
Zeitabständen
zugelassen werden. Auch kann eine Dauer und/oder Häufigkeit
der Abtastlücken 14 mit
einer zunehmender Alterung der Speisequelle 105 erhöht werden.
Dadurch bleibt die Batterie bei immer geringerer Verfügbarkeit
des Geräts 1, 1' noch über lange
Zeiträume
intermittierend verfügbar
und die Batterielebensdauer kann zusätzlich verlängert werden. Der Stromverbrauch
I lässt sich
dabei um so stärker
reduzieren, je länger
die Erfassungslücken 14 im
Burst-Mode 13 gewählt
werden. Die Einbusse besteht darin, dass die Rückverfolgbarkeit des Messsignals 100b, 101b schlechter wird
und hauptsächlich
die Reaktions- oder Ansprechzeit verlängert wird, bis ein Gaskonsum 101a oder
eine Bewegung 100a detektiert werden kann. Ein guter Kompromiss
liegt vor, wenn ein Verhältnis Totzeit 14 oder
Sleep-Mode 14 zu Wachzeit 14' so gewählt wird, dass nachhaltige Änderungen
des Gaskonsums 101a erfasst werden oder dass Personen nicht
unbewacht oder unbeachtet einen zu kontrollierenden Bereich passieren
können.
Hierfür
sind beim Gaszähler 1' Totzeiten 14 oder
Erfassungslücken 14 von
Sekunden bis möglicherweise
Minuten tolerabel und beim Bewegungsmelder von 100 ms bis ein paar
100 ms.
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4 zeigt
den Stromverbrauch I eines Datenerfassungssystems 101–103 oder
Mikrokontrollers 103 in Funktion der Abtastrate oder Taktfrequenz f.
Der Gesamtstromverbrauch 11 setzt sich zusammen aus einer
Grundlast 10 und einem von der Abtastfrequenz f abhängigen Teil.
Die Grundlast 10 setzt sich aus dem Stromverbrauch I des
Mikrokontrollers 103 im Sleep-Mode, dem Verbrauch des Verstärkers 101 und
des Sensors 100 (falls diese nicht ausgeschaltet werden
können)
sowie aus Leckströmen
anderer Komponenten zusammen. Der frequenzabhängige Teil nimmt im wesentlichen
proportional und bei hohen Frequenzen f überproportional zur Frequenz
f zu. So kann der Stromverbrauch I eines Datenerfassungssystems 101–103,
z. B. eines Analog/Digital-Wandlers 102,
annähernd
halbiert werden, wenn die Abtastrate f um den Faktor zwei reduziert
wird.
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Die
relevanten Abtastraten f des Gaszählers 1' liegen in einem Bereich von beispielsweise
0,1 Hz bis 1 Hz. Die relevanten Abtastraten f des Infrarot-Bewegungsmelders 1 für die Auswertung
und Detektion einer Person liegen in einem Frequenzbereich zwischen
ca. 0,1 Hz und 10 Hz. Ein Erfassungssystem 1 muss also
nach Theorie mit mindestens der doppelten Abtastrate, d. h. mit
mindestens 2 Hz oder 20 Hz, betrieben werden. Für eine optimale Auswertung wird
beim Bewegungsmelder 1 sogar mit 75 Hz gearbeitet. Dies
erhöht
die Zuverlässigkeit
der Bewegungsdetektion durch den Bewegungsmelder 1. Neigt
sich jedoch die Lebensdauer der Batterie 105 zuende, so
kann es wichtiger sein, eine verlängerte Betriebsbereitschaft
auch auf Kosten einer reduzierten Zuverlässigkeit bei der Gasverbrauchsmessung 101b oder
bei der Detektion von Personen zu gewährleisten.
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5 zeigt
ein Beispiel, bei dem mit einer herkömmlichen Abtastrate von f1 = 75 Hz eine prognostizierte Batterielebensdauer
TE von 5 Jahre erreicht wird. Wird nach
4 Jah ren die Abtastrate von f1 = 75 Hz auf
f2 = 60 Hz verringert, so verlängert sich die
Lebensdauer auf knapp 6 Jahre, und, bei nochmaliger Reduktion auf
f3 = 45 Hz, auf über 6 Jahre. Das System 1 kann
also noch über
eine längere
Zeit mit einer relativ geringfügig
reduzierten Detektionszuverlässigkeit
betrieben werden, bis die Kapazität der Batterie 105 ganz
aufgebraucht ist. Dieses Abtastverfahren, bei dem die Abtastrate
f1, f2, f3 mit einer zunehmenden Alterung oder abnehmenden
Restlebensdauer der Speisequelle 105 reduziert wird, ist frei
kombinierbar mit der erfindungsgemässen Zulassung von Abtastlücken 14.
Beim Bewegungsmelder 1 wird die Absenkung der Abtastfrequenz
f1, f2, f3 und die Zulassung von Abtastlücken 14 auch
in Abhängigkeit
eines zu überwachenden
räumlichen
Bereichs, eines Blickfelds und in Abhängigkeit mehrerer Bewegungsmelder 1 festzulegen
sein. In jedem Fall soll eine minimale Abtastrate über einen
minimalen Zeitraum gewährleistet
sein, um zumindest zeitweise die Funktionsfähigkeit des Geräts 1, 1' sicherzustellen.
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6 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel,
bei dem ein Zusatzsignal 6; 5b, 17b, 18b zur Erfassung
eines Zusatzparameters 5a, 17a, 18a erzeugt
und in Abhängigkeit
der Grösse
des Zusatzsignals 6; 5b, 17b, 18b eine
Dauer und/oder Häufigkeit der
Abtastlücken 14 gesteuert
wird. Im Fall des Gaszählers 1' (1),
wo das Messsignal 101b das Gaszählersignal 101b zur
Bestimmung eines Gasbezugs 101a ist, wird als Zusatzsignal 6; 17b, 18b beispielsweise
ein Temperatursignal 6, 17b verwendet, das von
einem Temperatursensor 17 zur Detektion einer Umgebungstemperatur 17a erzeugt
wird, oder es wird ein Gasverbrauchssignal 6, 18b verwendet,
das über
einen relevanten Zeitraum gemessen wurde. Mit Vorteil wird von einer
Kontrolleinheit 103 des Gaszählers 1' wiederholt eine Messung der Umgebungstemperatur 17a initiiert
und das resultierende Temperatursignal 6, 17b mit
einem Temperaturschwellwert 60; 61, 62 verglichen,
der insbesondere hysteresebehaftet ist, und es wird ein erster Betriebsmode 7 mit seltenen
und/oder kurzen Abtastlücken 14 aktiviert, wenn
der Temperaturschellwert 60; 61, 62 vom Temperatursignal 6, 17b unterschritten
wird, und ein zweiter Betriebsmode 8 mit häufigen und/oder
langen Abtastlücken 14 wird
aktiviert, wenn der Temperaturschellwert 60; 61, 62 vom
Temperatursignal 6, 17b überschritten wird. Alternativ
oder ergänzend kann
auch von einer Kontrolleinheit 103 des Gaszählers 1' wiederholt
das Gasverbrauchssignal 6, 18b ermittelt und mit
einem Gasverbrauchsschwellwert 60; 61, 62 verglichen
werden, der insbesondere hysteresebehaftet ist, und es wird ein
erster Betriebsmode 7 mit seltenen und/oder kurzen Abtastlücken 14 aktiviert,
wenn der Gasverbrauchsschwellwert 60; 61, 62 vom
Gasverbrauchssignal 6, 18b überschritten wird, und ein
zweiter Betriebsmode 8 mit häufigen und/oder langen Abtastlücken 14 wird
aktiviert, wenn der Gasverbrauchsschwellwert 60; 61, 62 vom
Gasverbrauchssignal 6, 18b unterschritten wird.
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Im
Fall des Bewegungsmelder 1 (2), wo das
Messsignal 100b ein Bewegungssignal 100b zur Detektion
einer Bewegung oder Anwesenheit eines Objekts ist, ist es prinzipiell
auch denkbar, dass in Abhängigkeit
eines Umgebungslichtsignals 5b, mit dem eine Umgebungshelligkeit 5a detektiert
wird, der Bewegungsmelder 1 zwischen dem ersten Betriebsmode 7,
z. B. einem Nachtbetrieb 7, und dem zweiten Betriebsmode 8,
z. B. einem Tagbetrieb 8, umgeschaltet wird. Mit anderen
Worten würde
dann vom lichtempfindlichen Element 5 das Umgebungslichtsignal 5b zur
Detektion des Umgebungslichts 5a erzeugt und in Abhängigkeit
des Umgebungslichtsignals 5b eine Dauer und/oder Häufigkeit
der Abtastlücken 14 gesteuert.
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Im
Detail zeigt 6 zwei Ausführungsbeispiele für einen
Gaszähler 1' und ein Ausführungsbeispiel
für einen
Bewegungsmelder 1. Und zwar stellt das Zusatzsignal 6 im
ersten Fall einen Temperaturverlauf 17b als Mass der Umgebungstemperatur 17a,
im zweiten Fall das relevante Gasverbrauchssignal 18b als
Mass eines relevanten Gasverbrauchs 18a, und im dritten
Fall ein Umgebungslichtsignal 5b als Mass einer Umgebungslichts 5a jeweils
als Funktion der Tageszeit t (oder eines anderen Parameters) dar.
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Bei Überschreiten
des Schwellwerts 60 am Morgen wird in den zweiten Betriebsmode 8 geschaltet
und damit die Abtastungsaktivität
des Geräts 1, 1' reduziert.
Am Abend bei Unterschreiten des Schwellwerts 60 wird in
den ersten Betriebsmode 7 geschaltet und die Abtastungsaktivität des Geräts 1, 1' erhöht. Die
Uhrzeit ist nur beispielhaft gewählt
und kann auch anders mit der Abtastungsaktivität korreliert sein. Mit Abtastungsaktivität ist die
Dauer und/oder Häufigkeit
der Zulassung von Abtastungslücken 14 bezeichnet.
Um während
der Übergangsphasen
Hin- und Herschalten zu vermeiden, wird eine Hysterese derart eingeführt, dass
am Morgen der Schwellwert 61, erhöht um einen Trigger, und am Abend
der Schwellwert 62, erniedrigt um einen Trigger, als Umschaltkriterium
dient. Über
das Jahresmittel kann so ein batteriebetriebenes Gerät 1, 1' ca. die Hälft der
Zeit im energiesparsameren zweiten Betriebsmode 8. Die
Batterielebensdauer lässt
sich dadurch effizient verlängern.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung 1, 1' zum Betrieb
des beschriebenen Abtastverfahrens, insbesondere einen Gaszähler 1' gemäss 1 oder
einen Bewegungsmelder 1 gemäss 2. Ein solches
elektrisches Gerät 1, 1' umfasst Messmittel 100, 101, 102 und
eine Kontrolleinheit 103 zur Erzeugung und Auswertung eines
Messsignals 100b, 101b durch Abtastung 12, 13 mit
einer bestimmten Abtastrate f, f1, f2, f3 und eine autonome
Speisequelle 105 zur mindestens zeitweisen Speisung mindestens
einer stromverbrauchenden Komponente 100, 101, 102, 103, 104 des
elektrischen Geräts 1, 1', wobei das
Gerät 1, 1' einen quasikontinuierlichen
Abtastmode 7, 8 mit alternierenden Abtastzeitfenstern 14' und Abtastlücken 14 aufweist und
Umschaltmittel 103b zum selbsttätigen Umschalten des Geräts 1, 1' zwischen einer
Wachzeit während
der Abtastzeitfenster 14' und
einer Totzeit während
der Abtastlücken 14 vorhanden
sind. Hierzu einige Ausführungsbeispiele.
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Während der
Abtastlücken 14 sind
mehrere und vorzugsweise alle stromverbrauchenden Komponenten 100, 101, 102, 103, 104 des
elektrischen Geräts 1 ausgeschaltet
oder, soweit zur Aktivierung der Abtastzeitfenster 14' erforderlich,
auf Stand-by geschaltet. Die Kontrolleinheit 103 kann die
Umschaltmittel 103b und bevorzugt einen Mikrokontroller 103 umfassen.
Die Umschaltmittel 103b stellen eine Steuerschaltung 103b dar,
die innerhalb oder auch ausserhalb der Kontrolleinheit 103 angeordnet sein
kann und mit deren Hilfe durch wiederholtes Umschalten zwischen
Abtastfenstern 14' und
Abtastlücken 14 die
Batterielebensdauer verlängerbar
ist.
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Mit
Vorteil sind Zusatzmittel 5, 17, 103 zur
Erzeugung eines Zusatzsignals 6; 5b, 17b, 18b aus
einem Zusatzparameter 5a, 17a, 18a vorhanden
und umfassen die Umschaltmittel 103b Steuermittel zur Steuerung
einer Dauer und/oder Häufigkeit
der Abtastlücken 14 in
Abhängigkeit
der Grösse
des Zusatzsignals 6; 5b, 17b, 18b.
Insbesondere umfassen die Umschaltmittel 103b Komparatormittel
zum Vergleich des Zusatzsignals 6; 5b, 17b, 18b mit
einem vorgebbaren Schwellwert 60; 61, 62 und
weist das Gerät 1, 1' einen ersten
Betriebsmode 7 mit seltenen und/oder kurzen Abtastlücken 14 und
einem zweiten Betriebsmodes 8 mit häufigen und/oder langen Abtastlücken 14 auf
und umfassen die Umschaltmittel 103b Rechenmittel zur Umschaltung
zwischen dem ersten Betriebsmode 7 und dem zweiten Betriebsmode 8 in
Funktion des Vergleichs.
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Falls
das Gerät 1' ein Gaszähler 1' ist, ist das Messsignal 101b ein
Gaszählersignal 101b zur
Bestimmung eines Gasbezugs 101a und umfassen die Zusatzmittel 17, 103 einen
Temperatursensor 17 zur Erzeugung eines Temperatursignals 6, 17b aus
einer Umgebungstemperatur 17a oder Messmittel 103 zur Bestimmung
eines Gasverbrauchssignals 6, 18b über einen
relevanten Zeitraum. Insbesondere aktivieren die Umschaltmittel 103b den
zweiten Betriebsmode 8, wenn das Temperatursignal 6, 17b über einem
Temperaturschwellwert 60; 61, 62 liegt
oder wenn das Gasverbrauchssignal 6, 18b unter
einem Gasverbrauchsschwellwert 60; 61, 62 liegt.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch eine Hausinstallation oder ein Gebäude, umfassend
ein elektrisches Gerät 1, 1' mit dem erfindungsgemässen Abtastverfahren.
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- 1
- Elektrisches
Gerät,
autonomer Bewegungsmelder
- 1'
- autonomer
Gaszähler
- 100
- Bewegungssensor,
pyroelektrischer Detektor, Pas
-
- siv-Infrarotdetektor
(PIR); Gasdurchfluss-
-
- Anemometer
- 100a
- Bewegungssignal,
Anwesenheitssignal, Wärmestrah
-
- lung
- 100b
- Messsignal,
Bewegungssignal
- 101a
- Gasbezug
- 101b
- Messsignal,
Gaszählersignal
- 101
- Signalverstärker
- 102
- A/D-Wandler
- 103
- Kontrolleinheit,
Mikrokontroller, μC,
Mikropro
-
- zessor
- 103b
- Umschaltmittel
- 104
- Kommunikationsteil,
Sender, Transceiver
- 105
- autonome
Speisequelle, Batterie
- 2
- Aktuator
- 200
- Lichtschalter,
Jalousiesteuerung
- 203
- Kontrolleinheit,
Mikrokontroller, μC,
Mikropro
-
- zessor
- 204
- Kommunikationsteil,
Empfänger,
Transceiver
- 3
- Hinkommunikation,
Befehlsrichtung
- 4
- Rückkommunikation
- 5
- lichtempfindliches
Element, Photowiderstand,
-
- Phototransistor
- 5a
- Umgebungslicht,
Tageslicht, Kunstlicht
- 5b
- Umgebungslichtsignal
- 6
- Signal
für Helligkeit,
Temperatur, Gasverbrauch
- 60
- Schwellwert
für Helligkeit,
Temperatur, Gas
-
- verbrauch;
Trigger
- 61
- Schwellwert
plus Hysterese
- 62
- Schwellwert
minus Hysterese
- 7
- Erster
Betriebsmode, Nacht-Betriebsmodus
- 8
- Zweiter
Betriebsmode, Tag-Betriebsmodus
- 9
- Stromverbrauch,
Energieverbrauch
- 10
- Stromverbrauchsgrundlast
- 11
- Gesamtstromverbrauch
- 12
- Kontinuierliche
Abtastung
- 13
- intermittierende
(Burst-Mode) Abtastung
- 14
- Abtastlücken
- 14'
- Abtastzeitfenster
- 15
- Gasleitung
- 16
- Bypass
- 17
- Sensor,
Temperatursensor
- 17a
- Umgebungstemperatur
- 17b
- Sensorsignal,
Temperatursignal
- 18a
- signifikanter
Gasverbrauch
- 18b
- signifikantes
Gasverbrauchssignal
- A,
A'
- pyroelektrische
Kristalle
- A/D
- analog/digital
- D
- Drain
- S
- Source
- GND
- Ground,
Erdung
- f,
f1, f2, f3
- Abtastrate,
Taktfrequenz
- I
- Stromverbrauch
- t
- Tageszeit,
Uhrzeit
- T
- Batterielebensdauer
(in Jahren)
- TE
- prognostizierte
Batterielebensdauer