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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 Bewegungsmelder, einem
System und einer Installation gemäss Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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STAND DER TECHNIK
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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 diese 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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In
der
EP 1 278 047 A2 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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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Verlängerung der
Funktionsdauer eines autonomen Bewegungsmelders anzugeben. 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 einen
Bewegungsmelder, wobei mindestens eine stromverbrauchende Komponente
des Bewegungsmelders mindestens zeitweise von einer autonomen Speisequelle
gespeist wird, wobei vom Bewegungsmelder ein Messsignal zur Detektion
der Bewegung oder Anwesenheit eines Objekts und von einem lichtempfindlichen Element
ein Umgebungslichtsignal zur Detektion von Umgebungslicht erzeugt
wird, wobei in Abhängigkeit des
Umgebungslichtsignals der Bewegungsmelder zwischen einem Betriebsmode
für Detektionsbereitschaft
und einem Energiesparmode zur Reduktion des Stromverbrauchs der
Speisequelle umgeschaltet wird. Durch das Verfahren wird der Stromverbrauch eines
Bewegungsmelders mit mindestens teilweise autonomer Stromversorgung
reduziert, ohne dass die Messzuverlässigkeit des Bewegungsmelders
eingeschränkt
werden muss. Dies wird dadurch erreicht, dass der Bewegungsmelder
oder mindestens eine stromverbrauchende Komponente des Bewegungsmelders
nur dann aufgeweckt wird und damit der Bewegungsmelder in Messbereitschaft
versetzt wird, wenn aufgrund des Umgebungslichtsignals feststeht, dass
das Ergebnis der Bewegungs- oder Anwesenheitsmessung auch tatsächlich zur
Ansteuerung des Aktuators verwendet werden soll.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäss
Anspruch 2a stellt sicher, dass die durch das Umgebungslichtsignal
gesteuerte Stromsparschaltung übergeordnet über die
Messsignalerfassung des Bewegungsmelders betrieben wird. Gemäss Anspruch
2b wird der Bewegungsmelder besonders stromsparend betrieben. Gemäss Anspruch
2c werden im Energiesparmode die wesentlichen oder alle stromverbrauchenden
Komponenten ausgeschaltet und/oder auf Stand-by geschaltet.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäss
Anspruch 3 hat den Vorteil, dass das Umgebungslichtsignal dort erfasst
wird, wo ein Aktuator in Abhängigkeit
einer Personen- oder Objekterfassung und eines natürlichen
oder künstlichen
Umgebungslichts gesteuert werden soll.
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Anspruch
4 betrifft ein Ausführungsbeispiel, bei
dem die Überwachung
des Umgebungslichts von der Kontrolleinheit des Bewegungsmelders
selber gesteuert wird und die Überwachung
von der Kontrolleinheit auch im Energiesparmode gewährleistet wird.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäss
Anspruch 5 hat den Vorteil, dass abhängig von der Art des zu steuernden
Aktuators der Energiesparmode im Tagesbetrieb oder im Nachtbetrieb
aktiviert werden kann.
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Durch
die Abtastverfahren gemäss
Anspruch 6 kann der Stromverbrauch des Bewegungsmelders noch weiter
gesenkt werden.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Bewegungsmelder,
umfassend Messmittel und eine Kontrolleinheit zur Erzeugung und
Auswertung eines Messsignals zur Detektion der Bewegung oder Anwesenheit
eines Objekts sowie eine autonome Speisequelle zur mindestens zeitweisen Speisung
mindestens einer stromverbrauchenden Komponente des Bewegungsmelders,
wobei ein lichtempfindliches Element zur Erzeugung eines Umgebungslichtsignals
in Abhängigkeit
eines Umgebungslichts vorhanden ist, wobei ferner der Bewegungsmelder
einen Betriebsmode für
Detektionsbereitschaft und einen Energiesparmode zur Reduktion des
Stromverbrauchs der Speisequelle aufweist und Umschaltmittel zum
selbsttätigen
Umschalten des Bewegungsmelders zwischen dem Betriebsmode und dem
Energiesparmode in Abhängigkeit
einer Grösse
des Umgebungslichtsignals vorhanden sind.
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Die
Erfindung betrifft auch ein System umfassend einen Bewegungsmelder
wie zuvor beschrieben und einen durch den Bewegungsmelder gesteuerten
Aktuator oder ein Gerät,
eine Installation oder eine Maschine umfassend einen solchen Bewegungsmelder.
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Weitere
Ausführungen,
Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus 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 ein
Blockdiagramm eines batteriebetriebenen Bewegungsmelders mit Funkanbindung
an einen Aktuator;
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2 einen
ersten Stromsparbetrieb des Bewegungsmelders mit einem alternierenden
Tag- und Nachtbetriebsmode;
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3 einen
Stromverbrauch des Bewegungsmelders in Funktion der Abtastrate seines
Bewegungssensors;
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4 schematisch
einen zweiten Stromsparbetrieb des Bewegungsmelders mit reduzierter
Abtastrate; und
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5 schematisch
einen dritten Stromsparbetrieb des Bewegungsmelders mit Zulassung
von Abtastlücken.
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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 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. 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 dem zu erfassenden Objekt kann es sich um
eine Person, ein Tier, ein Fahrrad, ein PKW o. ä. handeln. Der Bewegungsmelder 1 ist
beispielsweise ein Passiv-Infrarotdetektor 1 (PIR), kann aber auch
ein aktiver Infrarotdetektor basierend auf Infrarotreflektion, ein
aktiver Ultraschalldetektor basierend auf Ultraschallreflektion
oder Dopplereffekt, ein akustischer Schalldetektor, ein aktiver
Mikrowellendetektor o. ä. sein.
Mit 100 ist der weit verbreitete Passiv-Infrarotdetektor
bezeichnet, der zwei pyroelektrische Kristalle A, A' umfasst, die mit
ent gegengesetzter 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 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 Geräte.
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Zusätzlich ist
ein lichtempfindliches Element 5 vorhanden, von dem Umgebungslicht 5a detektiert und
ein entsprechendes Umgebungslichtsignal 5b an den Bewegungsmelder 1 und
insbesondere seinen Mikrokontroller 103 weitergeleitet
wird. Herkömmliche
batteriebetriebene Bewegungsmelder 1 unterdrücken dann
das Auslösekommando
an den Aktuator 2 oder das Relais 2, ohne in einen
speziell stromsparenden Modus zu wechseln. Im bekannten Stand der
Technik erfolgt also die Ansteuerung des Aktuators 2 abhängig vom
Bewegungssignal 100b des Bewegungsmelders 1 und
vom Umgebungslichtsignal 5a des Elements 5. Erfindungsgemäss wird hingegen
das Umgebungslichtsignal 5a direkt dazu verwendet, den
Bewegungsmelder 1 in Abhängigkeit des Umgebungslichtsignals 5b zwi schen
einem Betriebsmode 7 für
Detektionsbereitschaft und einem Energiesparmode 8 zur
Reduktion des Stromverbrauchs I der Speisequelle 105 des
Bewegungsmelders 1 umzuschalten. Das Umschalten erfolgt
selbsttätig
und getriggert durch das Umgebungslichtsignal 5b. Die Umschaltmittel 103b stellen
also eine Steuerschaltung 103b dar, die innerhalb oder
auch ausserhalb der Kontrolleinheit 103 angeordnet sein
kann und mit deren Hilfe durch Umschalten zwischen Betriebsmode 7 und
Stromsparmode 8 die Batterielebensdauer verlängerbar
ist. Dabei schaltet die Steuerschaltung in Abhängigkeit der Grösse des
Umgebungslichtsignals und vermindert in keiner Weise die Messzuverlässigkeit
des Bewegungsmelders 1.
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Im
allgemeinen umfasst die Kontrolleinheit 103 die Umschaltmittel 103b und
insbesondere den Mikrokontroller 103. Vorzugsweise ist
im Energiesparmode 8 jedes Messmittel 100, 101, 102 ausgeschaltet
oder auf Stand-by geschaltet und die Kontrolleinheit 103 ist
insoweit auf Stand-by geschaltet, dass sie für eine wiederholte Messung
des Umgebungslichts 5a selbsttätig und nur soweit nötig aktivierbar
ist. Insbesondere brauchen Bewegungssensor 100, Datenerfassungsteil
oder Signalverarbeitungseinheit 101, 102, Auswertelektronik 103 für die Personenidentifikation
und Kommunikationsteil 104 nur dann aktiv zu sein, falls
in der Umgebung eine vorgebbare Helligkeit, sei es dunkel oder hell,
vorhanden ist. Ist dies nicht der Fall, kann z. B. der Mikrokontroller 103 in
einen Low-Power Mode 8 geschaltet werden und nur für die Messung
der Helligkeit beispielsweise einmal pro Sekunde aufgeweckt werden.
Der Rest der Elektronik 100–104 kann während dieser
Zeit abgeschaltet bleiben.
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Mit
Vorteil umfassen die Umschaltmittel 103b Komparatormittel
zum Vergleich des Umgebungslichtsignals 5b mit einem vorgebbaren
Helligkeitsschwellwert 60; 61, 62 und
Rechenmittel zur Bestimmung des Betriebsmodes 7 oder Energiesparmodes 8 in
Funktion des Vergleichs. Bevorzugt aktivieren Umschaltmittel 103b den
Energiesparmode 8 dann, wenn durch den Bewegungsmelder 1 ein
Lichtschalter 200 gesteuert werden soll und das Umgebungslichtsignal 5b über dem
Hellig keitsschwellwert 60; 61, 62 liegt
oder wenn durch den Bewegungsmelder 1 eine bei Umgebungslicht 5a zu
aktivierende Installation 200, insbesondere eine Sonnenjalousie oder
tagsüber
aktivierbare oder tageslichtabhängige Ventilation,
Klimaanlage oder Büroinstallation,
gesteuert werden soll und das Umgebungslichtsignal 5b unter
dem Helligkeitsschwellwert 60; 61, 62 liegt.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
für einen
Bewegungsmelder 1 zur Aktivierung eines Lichtschalters 2.
Dargestellt ist der Helligkeitsverlauf 6 als Funktion der
Tageszeit t. Bei Überschreiten
eines Schwellwerts 60 am Morgen wird in den Tages-Energiesparmode 8 geschaltet
und damit der Bewegungsmelder 1 deaktiviert. Am Abend bei
Unterschreiten des Helligkeitsschwellwerts 60 wird in den Nacht-Betriebsmode 7 geschaltet
und der Bewegungsmelder 1 aktiviert. 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 batteriebetriebener Bewegungsmelder 1 ca.
die Hälft
der Zeit im Tages-Sparmodus 8 betrieben werden. Die Batterielebensdauer lässt sich
dadurch drastisch verlängern.
Hierzu ein Zahlenbeispiel: Stromverbrauch im Nacht-Betriebsmodus
7:27 mA; Stromverbrauch im Tages-Energiesparmoduls
8:4 mA; durchschnittlicher Stromverbrauch 15,5 mA bei hälftigem
Tag/Nachtbetrieb. Die Batterielebensdauer verlängert sich um fast einen Faktor
zwei, ohne Berücksichtigung
von zusätzlicher Selbstentladung
und Alterung der Batterie 105.
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Die
autonome Speisequelle 105 kann eine beliebige Batteriespeisung,
auch eine aufladbare Batterie oder ein Akkumulator sein. Die Batterie 105 kann
auch ausserhalb des Bewegungsmelders 1 angeordnet sein.
Das lichtempfindliche Element 5 kann eine Photozelle, ein
Photowiderstand (LDR = light dependent resistor), Phototransistor
o. ä. sein.
Mit Vorteil ist das lichtempfindliche Element 5 im Bereich des
Bewegungsmelders 1 und/oder eines vom Bewegungsmelder 1 gesteuerten
Aktuators 2 angeordnet. Es kann insbesondere im Bewegungsmelder 1 oder
gegebenenfalls im Aktuator 2 selber angeordnet sein.
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Gemäss 1 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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Gegenstand
der Erfindung ist auch ein System zur Bewegungsmeldung, umfassend
einen Bewegungsmelder 1 wie zuvor beschrieben und einen durch
den Bewegungsmelder 1 gesteuerten Aktuator 2,
ebenso ein Gerät,
eine Installation oder eine Maschine, umfassend einen solchen Bewegungsmelder 1.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Abtastverfahren
für einen
Bewegungsmelder 1, wobei mindestens eine stromverbrauchende Komponente 100, 101, 102, 103, 104 des
Bewegungsmelders 1 mindestens zeitweise von einer autonomen
Speisequelle 105 gespeist wird, wobei vom Bewegungsmelder 1 ein
Messsignal 100b zur Detektion der Bewegung oder Anwesenheit 100a eines
Objekts und von einem lichtempfindlichen Element 5 ein Umgebungslichtsignal 5b zur
Detektion von Umgebungslicht 5a erzeugt wird, wobei ferner
in Abhängigkeit
des Umgebungslichtsignals 5b der Bewegungsmelder 1 zwischen
einem Betriebsmode 7 für
Detektionsbereitschaft und einem Energiesparmode 8 zur Reduktion
des Stromverbrauchs I der Speisequelle 105 umgeschaltet
wird. Hierzu im folgenden einige Ausführungsbeispiele.
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Der
Bewegungsmelder kann unabhängig vom
Messsignal 100b in den Betriebsmode 7 oder Energiesparmode 8 versetzt
werden. Der Energiesparmode kann defaultmässig aktiviert werden. Insbesondere
wird im Energiesparmode 8 mindestens eine der mindestens
einen stromverbrauchenden Komponente 100, 101, 102, 103, 104 des
Bewegungsmelders 1, insbesondere jede der stromverbrauchenden
Komponenten 100, 101, 102, 103, 104, ausgeschaltet
oder auf Stand-by geschaltet. Bevorzugt wird das Umgebungslicht 5a im
Bereich des Bewegungsmelders 1 und/oder eines vom Bewegungsmelder 1 gesteuerten
Aktuators 2 gemessen; es kann sich dabei um Tageslicht 5a und/oder
Kunstlicht 5a handeln.
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Bevorzugt
wird von einer Kontrolleinheit 103 des Bewegungsmelders 1 wiederholt
eine Messung des Umgebungslichts 5a initiiert und das resultierende
Umgebungslichtsignal 5b mit einem Helligkeitsschwellwert 60; 61, 62 verglichen,
der insbesondere hysteresebehaftet ist und in Abhängigkeit
des Vergleichs der Betriebsmode 7 oder der Energiesparmode 8 aktiviert.
Im Energiesparmode 8 wird die Kontrolleinheit 103 insoweit
auf Stand-by geschaltet, dass sie selbsttätig und nur soweit nötig für die wiederholte
Messung des Umgebungslichts 5a aktiviert wird. Im Mikrokontroller 103 läuft eine
Uhr, die beispielsweise alle 1 s oder 10 s den Mikrokontroller 103 weckt
und Messung initiiert. Im Energiesparmode 8 läuft also
die Kontrolleinheit 103 nur noch in einer Minimalkonfiguration,
die zur periodischen oder wiederholten Überwachung der Umgebung auf
Helligkeit 5a und zum gelegentlichen Aufwecken des gesamten Bewegungsmelders 1 dient.
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Im
Ausführungsbeispiel
gemäss 2 wird vom
Bewegungsmelder 1 ein Lichtschalter 200 gesteuert
und aufgrund des Vergleichs der Energiesparmode 8 aktiviert,
wenn der Helligkeitsschwellwert 60; 61, 62 vom
Umgebungslicht 5a überschritten wird.
Der Vergleich wird also so ausgeführt, dass der Bewegungsmelder 1 bei
Tageslicht weitgehend inaktiv und bei Dunkelheit in Detektionsbereitschaft
ist. Alternativ kann vom Bewegungsmelder 1 eine bei Umgebungslicht 5a zu
aktivierende Installation 200, insbesondere eine Sonnenjalousie 200 oder
tagsüber
aktivierbare Ventilation, Klimaanlage oder Büroinstallation, gesteuert werden
und aufgrund des Vergleichs der Energiesparmode 8 aktiviert
werden, wenn der Helligkeitsschwellwert 60; 61, 62 vom
Umgebungslicht 5a unterschritten wird.
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Zusätzlich kann
zur Reduktion des Stromverbrauchs I der Speisequelle 105 eine
Abtastrate f1, f2, f3 mit einer abnehmenden Restlebensdauer der
Speisequelle 105 reduziert werden (3, 4).
Alternativ oder ergänzend
können
eine Abtastrate f, 13 unverändert belassen und intermittierende
Abtastlücken 14 zugelassen
werden (5).
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Im
Detail zeigt 3 den Stromverbrauch I eines
Datenerfassungssystems 101–103 oder Mikrokontrollers 103 als
Funktion der Abtastrate oder Taktfrequenz f. Der Gesamtstromverbrauch
I, 11 setzt sich zusammen aus einer Grundlast 10 und
einem von der Abtastfrequenz f abhängigen Teil. Die Grundlast 10 setzt
sich aus dem Stromverbrauch 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 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 20
Hz, betrieben werden. Für
eine optimale Auswertung wird hier 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 reduzierte Zuverlässigkeit bei der Detektion
von Personen zu gewährleisten. 4 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 Jahren die Abtastrate von f1 = 75 Hz auf
f2 = 60 Hz verringert, so verlän gert 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.
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5 zeigt
ein alternatives oder ergänzendes
Abtastverfahren, bei dem eine Abtastung im Burst-Mode durchgeführt wird.
In der Regel wird ein Signal durch äquidistante oder zumindest
kontinuierliche Abtastungen 12 erfasst. Falls der Stromverbrauch
I eines Systems 1 jedoch reduziert werden soll, so kann die Abtastung
auch in einem Burst-Mode 13 durchgeführt werden, indem Erfassungs-
oder Abtastlücken 14 zugelassen
werden. Die Abtastrate f bleibt dabei unverändert, wird jedoch zeitweise
ausgesetzt oder unterbrochen. Der Burst-Mode 13 kann grundsätzlich unabhängig von
einer Restlebensdauer der Batterie 105 betrieben werden.
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Der
Stromverbrauch I lässt
sich um so stärker
reduzieren, je länger
die Erfassungslücken 14 im Burst-Mode 13 gewählt werden.
Die Einbusse besteht darin, dass die Rückverfolgbarkeit des Bewegungssignals 100b schlechter
wird und hauptsächlich
die Reaktions- oder Ansprechzeit verlängert wird, bis eine Bewegung 100a detektiert
werden kann. Ein guter Kompromiss liegt vor, wenn ein Verhältnis Totzeit 14 oder
Sleep-Mode 14 zu Wachzeit so gewählt wird, dass Personen nicht
unbewacht oder unbeachtet einen zu kontrollierenden Bereich passieren
können.
Hierfür
ist eine Totzeit 14 oder Erfassungslücke 14 von 100 ms bis ein paar
100 ms im allgemeinen tolerabel. Der Burst-Mode 13 kann
jedoch auch mit zunehmender Batterielebensdauer immer längere Abtastlücken 14 zulassen,
so dass die Batterielebensdauer bei immer geringerer Verfügbarkeit
noch über
lange Zeiträume
intermittierend verfügbar
bleibt.
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Die
Abtastverfahren gemäss 4 und 5 sind
frei mit dem erfindungsgemässen
Verfahren und insbesondere miteinander kombinierbar. Insgesamt soll
in jedem Fall zum Erkennen bewegter Personen, Velofahrer, Autos
o. ä. eine
minimale Abtastrate über
einen minimalen Zeitraum gewährleistet sein.
Die Absenkung der Abtastfrequenz f1, f2, f3 und die Zulassung
von Abtastlücken 14 wird
auch in Abhängigkeit
eines zu überwachenden
räumlichen
Bereichs, eines Blickfelds und in Abhängigkeit mehrerer Bewegungsmelder 1 festzulegen
sein.
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- 1
- Autonomer
Bewegungsmelder
- 100
- Bewegungssensor,
pyroelektrischer Detektor, Pas
-
- siv-Infrarotdetektor
(PIR)
- 100a
- Bewegungssignal,
Anwesenheitssignal, Wärmestrah
-
- lung
- 100b
- Messsignal
- 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
- Helligkeitsverlauf
- 60
- Schwellwert
für Helligkeit,
Trigger
- 61
- Helligkeitsschwellwert
plus Hysterese
- 62
- Helligkeitsschwellwert
minus Hysterese
- 7
- Betriebsmode,
Nacht-Betriebsmodus
- 8
- Energiesparmode,
Tag-Betriebsmodus
- 9
- Stromverbrauch,
Energieverbrauch
- 10
- Stromverbrauchsgrundlast
- 11
- Gesamtstromverbrauch
- 12
- Kontinuierliche
Abtastung
- 13
- intermittierende
(Burst-Mode) Abtastung
- 14
- Abtastlücken
- 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