EP3607663A1 - Vorrichtung mit energie abhängiger sendeleistung - Google Patents

Vorrichtung mit energie abhängiger sendeleistung

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Publication number
EP3607663A1
EP3607663A1 EP18708382.9A EP18708382A EP3607663A1 EP 3607663 A1 EP3607663 A1 EP 3607663A1 EP 18708382 A EP18708382 A EP 18708382A EP 3607663 A1 EP3607663 A1 EP 3607663A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy
unit
radio
amount
transmission power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18708382.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eduard Ruff
Markus TOESKO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP3607663A1 publication Critical patent/EP3607663A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H04B5/72—
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC
    • H04W52/18—TPC being performed according to specific parameters
    • H04W52/26—TPC being performed according to specific parameters using transmission rate or quality of service QoS [Quality of Service]
    • H04W52/267—TPC being performed according to specific parameters using transmission rate or quality of service QoS [Quality of Service] taking into account the information rate
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C2201/00—Transmission systems of control signals via wireless link
    • G08C2201/10—Power supply of remote control devices
    • G08C2201/11—Energy harvesting

Definitions

  • the invention relates to a device with an energy converter, which serves to convert energy from the environment of the device and / or from a mechanical actuation of the device into electrical energy, a memory unit which serves to store the electrical energy, and a radio unit to the serves to receive and / or transmit radio signals, wherein the radio unit draws the electrical energy of the storage unit, in particular to transmit radio signals, and wherein the radio unit comprises a processor unit which serves to prepare a signal packet to be sent as a radio signal and set a transmission power of the radio unit.
  • Such devices are used to remotely control other electrical devices or to send information.
  • a device may be formed as a radio switch, which is used to turn on / off a light module.
  • Such devices can advantageously be placed in places where power supply would be difficult. Because such devices are energy self-sufficient, they can be flexibly placed and mounted. A relocation or repositioning of such a device can thus be done just as easily. Furthermore, no batteries are needed and the effort associated with charging a battery is eliminated.
  • self-sufficient radio-capable devices require an energy converter that generates sufficient energy to operate the device and send out a radio signal.
  • radio signal or radio unit is not exclusively to be associated with electromagnetic signals of a specific frequency range, but may also be at least ultrasonic signals, laser signals and / or infrared signals.
  • a self-sufficient radio switch from - 40 to 85 degrees to be fully functional.
  • Fully functional means at least that sufficient energy is available to send a complete message.
  • energy converters having copper lines such as a copper coil in an electro-mechanical generator
  • the ambient temperature can play a non-negligible role in the efficiency of the energy converter because the conductivity of copper coils is temperature dependent. As the ambient temperature increases, the amount of energy generated by actuation is reduced.
  • Component tolerances also cause energy converters produced in a series to produce different amounts of energy (per actuation, for example), depending on the exact design of the components. Also, the speed of a specific actuation can affect the amount of energy produced. Autonomous wireless switches are therefore designed so that, taking into account a given tolerance range and at temperatures between minus 40 degrees and plus 85 degrees, enough electrical energy is generated to be able to send a complete message. A consequence of this design is that in most conditions of use, a non-negligible amount of energy remains after sending a message.
  • US 2002/0190610 A1 discloses a system in which a radio switch prepares and transmits a message only after a capacitor stores a predetermined amount of energy or after the voltage across the capacitor exceeds a predetermined threshold. If too much energy remains after a transmission in the capacitor, so that the voltage does not fall below this threshold again, the threshold value can not be exceeded. It can then be recognized but no re-actuation.
  • This patent US 2002/0190610 A1 further discloses the one management unit selectively drives a radio frequency transmitter.
  • the carrier frequency is only driven after a voltage exceeds a threshold to get the highest utilization from the generated energy.
  • the object is achieved by a device with an energy converter which serves to convert energy from the environment of the device and / or from a mechanical actuation of the device into electrical energy, with a storage unit which serves to store the electrical energy, and with a radio unit which serves to receive and / or transmit radio signals, wherein the radio unit uses the electrical energy of the memory unit, in particular to transmit radio signals, and wherein the radio unit has a processor unit which serves to prepare a data packet to be transmitted as a radio signal and set a transmit power of the radio unit, wherein the device is configured to determine and / or approximate an amount of energy that is currently available in the memory unit, and wherein the processor unit is adapted to the transmission power of the radio unit based on an energy value that the determined and / or approximi represents an energy amount.
  • the storage unit may be a capacitor.
  • the radio unit can be a transmitter circuit, which is designed, for example, to emit radio signals in a 2.4 gigahertz band. Otherwise, however, it may also be an ultrasound transmitter or an infrared transmitter unit.
  • the processor unit may be, for example, a microprocessor.
  • the device is thus capable of setting a transmission power or a transmission require the device to become aware of how much energy is currently available.
  • the amount of energy in the storage unit can be determined and / or approximated.
  • there are several ways to check how much energy is currently available It would be possible to perform a current measurement between the energy converter and the storage unit to determine how much energy is flowing from the energy converter into the storage unit. Otherwise, it would be possible to use one or more sensors that monitor the state of the energy converters so as to be able to approximate how much energy the energy converter can generate or generate at a given time or under certain conditions.
  • the energy converter may be, for example, an electromechanical generator comprising a copper coil.
  • the energy converter is an induction generator for a radio switch comprising a magnetic element having a north pole contact section and a south pole contact section, and a coil core having pole contact sections which can be contacted with the north pole contact section and the south pole contact section, the magnet element and the coil core being arranged relative to one another such that they are movable a magnetic flux direction reversal in the coil core can be generated when changing between a first and second rest position defining a direction of movement for the relative movement, in which the north pole and south pole contact sections respectively contact the respectively assigned pole contact sections.
  • the induction generator may have a magnetizable sliding contact section extending parallel to the direction of movement for sliding guidance of the relative movement between the coil core and the magnetic element.
  • the memory unit can be scanned to determine the current amount of energy.
  • the capacitor can be scanned by means of a high-voltage divider and an AD converter.
  • the processor unit takes into account the currently available energy. In this case, the processor unit can deduct an amount of energy, which is required by the processor unit itself to the Prepare data package.
  • the data packet can be prepared, for example, according to a standard protocol, for example a KNX protocol for building technology.
  • the device may interrogate the amount of energy in the memory unit several times to determine, for example, after a data packet has been sent, how much energy is still available in the memory unit.
  • the device has a temperature sensor, wherein the device is designed to approximate the currently available amount of energy based on an ambient temperature determined by the temperature sensor.
  • a table can be stored in a data memory of the device, the table being polled regularly by the processor unit.
  • the table may include an association between environmental conditions such as temperature, device age, etc., and average expected amounts of energy generated by the energy converter under such conditions.
  • the device has a circuit which serves to determine the amount of energy currently available in the storage unit.
  • a circuit which serves to determine the amount of energy currently available in the storage unit.
  • Such a circuit can have high-resistance voltage parts as mentioned above. It would also be conceivable to determine the energy level stepwise by, for example, a predetermined number of comparators connected in parallel. In a stepwise determination of the currently available energy amount, it would be conceivable to also control the transmitter power of the radio unit in stages.
  • the transmission power is set by the processor unit so that the radio unit when sending a data packet, the determined amount of energy completely used up. If, however, due to a stepwise control of the transmission power, the processor unit can not set the transmitter power so that the determined amount of energy can be completely consumed, then the processor unit should control the transmitter power so that the radio unit at the sending of the data packet the determined energy amount at least 50th % advantageously to 90% and very advantageously used up to 98%. To consume this amount of energy, the transmission power must be increased in most cases inevitably. Only under ambient conditions or operating conditions where the energy converter usually generates the least energy or converts it is to be expected that the transmission power can not be increased.
  • the device can thus at normal ambient temperature z. B. at room temperature of 25 degrees higher transmission power, for example, twice or three times higher than before.
  • the range of a self-sufficient radio switch can thus be increased massively, according to the increase of the transmission power.
  • the device At ambient conditions, such as at 60 degrees, where the energy converter can typically generate less energy than usual, such as at ambient temperatures between 20 and 30 degrees, the device will in any case still be able to send out a complete message.
  • the device adjusts the transmitter power so that it is possible to send out the complete message several times, for example twice. Thus, a redundancy can be ensured.
  • the device has a circuit which serves to determine the amount of energy currently available in the storage unit.
  • the circuit may comprise a voltage divider and an A / D converter, wherein the A / D converter is adapted to sample the voltage divider to determine a voltage formed in the memory unit and provide as a digital voltage value of the processor unit, or that the Circuit has a voltage divider and that the processor unit comprises an A / D converter, wherein the A / D converter scans the voltage divider, so as to determine a voltage formed in the memory unit and provide it as a digital voltage value in the processor unit.
  • the transmission power can then be adjusted on the basis of the voltage value provided by the processor unit.
  • Such a logic switching block can, for example, itself serve to calculate a transmission power of the radio circuit to be set on the basis of the provided voltage value.
  • the processor unit is designed to form a characteristic that maps a functional relationship between a power consumption of the radio unit per transmitted data packet as a function of the transmission power of the radio unit, wherein the processor unit when setting the transmission power one of the characteristic readable transmission power in which the energy consumption for a data packet essentially corresponds to the energy amount of the storage device.
  • a transmission power can be selected for adjustment, which is associated with a certain energy consumption based on the characteristic, with this particular energy consumption of the energy amount of the storage unit when sending and / or repeated transmission of a complete data packet, is substantially exhausted.
  • a data packet according to the invention corresponds to a complete message that can be assembled by a radio-enabled device and transmitted as a radio signal.
  • the processor unit is designed to form the characteristic curve on the basis of the temperature value currently provided by the temperature sensor.
  • the energy consumption of the radio unit may also have a temperature dependence at a predetermined transmission power.
  • the processor unit may have a characteristic based on ambient measured values and corresponding measured values of the energy amount. Likewise, a table can be provided.
  • the device has a data storage unit, wherein a table is stored in the data storage unit, and wherein the processor unit is adapted to read based on the determined amount of energy in the table the energy amount associated transmission power and set for the radio unit.
  • the device is designed to approximate the currently available energy amount based on the ambient temperature, in which the device calculates the energy value on the basis of a reference value, the guide value depending on the expected electrical energy generated by a mechanical actuation of the device is to be expected at a measured temperature is given.
  • the guide value may correspond to an average value of energy values corresponding to the energy amounts determined in a previously performed calibration procedure.
  • the expected energy amounts or guideline values usually change with the ambient temperature.
  • the ambient temperature influences the efficiency of the energy converter.
  • the guideline can thus be read from a known relationship between the amounts of energy generated by the energy converter during actuation and the ambient temperature.
  • the electrical energy is stored in a memory unit
  • a processor unit of a radio unit is initialized
  • an amount of energy that is currently available in the memory unit is determined and / or approximated; a transmitting power of the radio unit is set on the basis of the energy amount,
  • the data packet is sent by the radio unit.
  • the energy is converted by an energy converter or generator into electrical energy.
  • the energy generated can be rectified and stored temporarily in, for example, a storage unit designed as a storage capacitor.
  • a switching power supply the voltage to the supply voltage of a configured as a microprocessor processor unit and on a designed as a high-frequency transmitter electronics transmission unit are passed and thus reduced.
  • Via a direction detection circuit the polarity of a generator pulse can be determined as required.
  • User data of a transmission protocol can be determined in the processor unit and the data packet can be assembled on the basis of this user data.
  • the energy in the memory unit can be determined via a high-impedance voltage divider, the voltage on the storage capacitor being sampled by means of an analog to digital converter integrated in the microprocessor.
  • the capacitor voltage can serve as a selection argument for an assignment in a stored table for determining the most suitable transmission power, and the transmission power can be adjusted on the basis of such a table or a stored characteristic curve.
  • Settings for the transmitter unit or the transmitter and the data packet can be written in a transmitter register. The data packet or the telegram or the telegrams can then be sent. If energy is still available in the storage unit, this energy can be dissipated by activating various consumers.
  • Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a graph of the effectiveness of an energy converter with respect to temperature; 3 shows a block diagram of an embodiment of the invention;
  • FIG. 5 shows a method sequence according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a block diagram of an embodiment of the invention.
  • An energy converter 3 is shown. This serves to convert energy from the environment of the device 1 into electrical energy either by some kind of energy harvesting or the energy converter 3 is actuated and a mechanical energy applied by the actuation is converted into electrical energy by means of an electromechanical generator.
  • the generator is, for example, an electromagnetic generator containing the copper coils.
  • a rectifier 19 is connected. An electrical signal output from the power converter 3 can thus be rectified.
  • the rectifier 19 may be configured, for example, as a diode bridge.
  • a memory unit 5 is connected, which is shown here as a capacitor 5.
  • the energy collected or generated by the energy converter 3 is thus stored first in the capacitor 5.
  • this energy is tapped by a microprocessor 9 and tied transmitters 21 of a radio unit 7 in order to operate the microprocessor 9 and the radio circuit 7.
  • a voltage converter 23 is usually required. The voltage can thus be reduced to a lower voltage level, which is suitable for insertion into the microprocessor 9.
  • a so-called voltage divider 17 is connected.
  • the voltage divider 17 can be made simple by connecting two resistors in series.
  • a derivative which in turn is connected to the microprocessor 9. It is thus possible to sample the voltage at the capacitor 5 at predetermined times T1, T2, T3 in order to determine how high the voltage on the capacitor 5 is or how much energy E T is stored in the capacitor 5.
  • the microprocessor 9 or the processor unit 9 serves on the one hand to check the amount of currently available energy ET and to operate the radio electronics 7.
  • the transmission power of the radio electronics 7 is set by the microprocessor 9.
  • the user data of a protocol of a data packet is compiled or processed by the microprocessor 9. This data packet is then sent out by means of the transmission electronics 21 or transmitter 21 via an antenna 25 out.
  • Such a system is conventionally designed so that the system typically stores much more energy in the capacitor 5 than is needed to send a message.
  • the background to this is that in certain environmental conditions, for example at high temperatures ( ⁇ ⁇ ⁇ >> T R ), it is not always possible to ensure that sufficient energy is generated by actuation of the energy converter 3.
  • the energy converter 3 is designed so that in the worst case, for example, at very high temperatures, sufficient energy E 0 is generated to operate the radio electronics 7 and in particular to be able to send a complete message or a data packet.
  • the currently available energy E T which is stored in the capacitor 5, are checked. For example, this check may take place once. It is also conceivable to check the energy ET at regular intervals. It is also possible to check the energy E before and after each transmission.
  • the microprocessor 9 can use this information about the amount. The information about the energy ET within the capacitor 5 can be used to adjust the transmission power of the radio electronics 7.
  • the amount of energy ET that is available is one predetermined
  • Threshold exceeds the transmission power of the radio electronics 7 can be increased in order to achieve a greater range of the transmitted signal.
  • the transmission power can also be set so that a complete message can be sent out twice or three times completely. Thus, a redundancy can be ensured.
  • FIG. 2 shows a graphical representation of the effectiveness of an energy converter 3 with respect to the temperature T ex t.
  • the energy converter 3 has an electromechanical generator, and is usually operated externally. The operating speed can vary. Therefore, an average course of the generated energy E A compared to the temperature is shown but also an upper limit of the energy profile EH when, for example, the energy converter 3 is operated at a very high speed and the design of the energy converter 3 is within optimal manufacturing tolerances for energy production optimal.
  • a minimum course of the energy production E L is shown for the case where the energy converter 3 is actuated slowly and the design of the energy converter 3 is the worst within given production tolerances for energy production.
  • the representation of the minimum energy E 0 as well as the energy curves in FIG. 2 serves only as an example and should not be interpreted as true to scale. Nevertheless, it can be seen that a rapid operation even at a high temperature, a non-negligible amount of energy can be left, even after a complete message from the radio electronics 7 is sent out.
  • the invention allows by the scanning of the storage unit 5, a re-use of this energy is left over. Traditionally, this energy has been dissipated derived status and thus rejected.
  • the microcontroller 9 can use this energy-related information to set, for example, the transmission power of the radio electronics 7 again and send the message repeatedly.
  • a temperature range T R is shown in Fig. 2, which corresponds to about 20 degrees Celsius, or normal room temperature.
  • a device 1 with an energy converter 3 and a radio electronics 7 can be used for example as a light switch.
  • a light switch is mainly used in ambient conditions in which room temperature TR prevails. It can be seen from FIG. 2 that as a rule a multiplicity of the minimum energy Eo always remains when used at about 20 degrees or at room temperature. By scanning the energy E T in the capacitor 5, the transmission power can thus optionally be doubled or increased several times. In another way, it is also possible to send out a message several times completely in order to avoid redundancy and to avoid data errors during the transmission of these radio signals.
  • Fig. 3 shows a further block diagram of an embodiment of the invention.
  • An energy converter 3 is present, with a switch button 27 which projects through a housing wall 29. The other components are all enclosed by the housing 29.
  • the energy is forwarded from the energy converter 3 to a storage unit 7.
  • a power supply line 31 is likewise provided between the capacitor 5 and a printed circuit board on which a processor unit 9 or a radio electronic unit 7 are located.
  • a voltage divider 17 is provided, which enables a sampling of the energy ET present in the capacitor 5.
  • an analog to digital converter (A / D) is interposed between the voltage divider 17 and microprocessor 9 or board.
  • the analog to digital converter can also be arranged on the board.
  • FIG. 3 additionally shows a signal line 33 between the board and a temperature sensor 13 which is located in the immediate vicinity of the energy converter 3.
  • the temperature sensor 13 may be used to form a predictive expectation regarding the amount of energy E L , A, H generated by an operation of the energy converter 3.
  • FIG. 4 shows an exemplary voltage curve on the capacitor 5.
  • the voltage V at the time 0 at the capacitor 5 corresponds to the voltage which is given after the energy converter 3 is actuated once. While an Initialmaschines, Einméphase ⁇ 1 decreases the voltage V across the capacitor 5 with the time Z from. Respectively, power is drawn from the microprocessor 9 and the amount of energy ET in the capacitor 9 is thereby reduced. If necessary, a certain waiting time W1 is shown thereafter. During this time, the voltage V across the capacitor 5 or the amount of energy E T decreases comparatively slowly. This decreasing energy can be caused for example by a leakage current. After the waiting time W1, the system is woken up or a second initialization phase ⁇ 1 can be carried out.
  • a second optional waiting time W2 is displayed as a result of the transmission.
  • the waiting times W1, W2, W3 may, for example, be required in the context of a "Listen Before Talk” (LBT) method, LBT methods are prescribed for use of certain frequencies in certain regions.
  • LBT Listen Before Talk
  • a second message or telegram or data packet is sent out.
  • the second message may be a repeat of the first message.
  • This cycle of waiting times W1, W2, W3 and transmissions S1, S2, S3 can be repeated until the energy ET in the storage unit 5 has been consumed.
  • the energy in the Memory unit 5 can be determined regularly during, for example, the waiting times W1, W2, W3. Shown are three sampling times T1, T2, T3
  • a fifth step 500 ambient energy and / or kinetic energy is converted from a mechanical actuation into electrical energy.
  • the electrical energy ET is stored in a memory unit 5.
  • a processor unit 9 of a radio unit 7 is initialized.
  • a data packet is prepared.
  • an energy amount E T that is currently available in the storage unit 5 is determined and / or approximated.
  • a transmission power of the radio unit 7 is set on the basis of the energy amount E T.
  • the data packet is transmitted by the radio unit 7.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) mit einem Energiewandler (3), der dazu dient Energie aus dem Umfeld der Vorrichtung (1) und/oder von einer mechanischen Betätigung der Vorrichtung (1 ) in elektrische Energie umzuwandeln, einer Speichereinheit (5), die dazu dient die elektrische Energie zu speichern, und einer Funkeinheit (7), die dazu dient Funksignale zu empfangen und/oder zu senden, wobei die Funkeinheit (7) die elektrische Energie der Speichereinheit (5) heranzieht, insb. um Funksignale zu senden, und wobei die Funkeinheit (7) eine Prozessoreinheit (9) aufweist, die dazu dient einen als Funksignal auszusendenden Datenpaket aufzubereiten und eine Sendeleistung der Funkeinheit einzustellen, wobei die Vorrichtung (1 ) ausgestaltet ist einen Energiebetrag, der aktuell in der Speichereinheit (5) zu Verfügung steht, zu ermitteln und/oder zu approximieren, und dass die Prozessoreinheit (9) dazu ausgelegt ist, die Sendeleistung der Funkeinheit (7) auf Basis des ermittelten und/oder approximierten Energiebetrags einzustellen.

Description

VORRICHTUNG MIT ENERGIE ABHÄNGIGER SENDELEISTUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Energiewandler, der dazu dient Energie aus dem Umfeld der Vorrichtung und/oder von einer mechanischen Betätigung der Vorrichtung in elektrische Energie umzuwandeln, einer Speichereinheit, die dazu dient die elektrische Energie zu speichern, und einer Funkeinheit, die dazu dient Funksignale zu empfangen und/oder zu senden, wobei die Funkeinheit die elektrische Energie der Speichereinheit heranzieht, insbesondere um Funksignale zu senden, und wobei die Funkeinheit eine Prozessoreinheit aufweist, die dazu dient ein als Funksignal auszusendendes Datenpaket aufzubereiten und eine Sendeleistung der Funkeinheit einzustellen.
Solche Vorrichtungen werden dazu verwendet, weitere elektrische Geräte fern zu steuern oder Informationen auszusenden. Beispielsweise kann eine solche Vorrichtung als Funkschalter ausgebildet sein, der dazu verwendet wird, ein Lichtmodul an-/ oder auszuschalten. Solche Vorrichtungen können vorteilhafterweise an Stellen platziert werden, an denen eine Energieversorgung schwierig wäre. Dadurch, dass solche Vorrichtungen energieautark sind, können sie flexibel platziert und montiert werden. Eine Verlegung oder neu Positionierung so einer Vorrichtung kann somit ebenso problemlos erfolgen. Weiterhin werden keine Batterien benötigt und der Aufwand, der mit dem Aufladen eines Akkus verbunden wird, entfällt. Solche autarken funkfähigen Vorrichtungen benötigen aber einen Energiewandler der ausreichend Energie generiert die Vorrichtung zu betreiben und ein Funksignal auszusenden.
Der Begriff Funksignal bzw. Funkeinheit ist im Sinne der Erfindung nicht ausschließlich mit elektromagnetischen Signalen eines bestimmten Frequenzbereichs in Verbindung zu bringen, sondern es kann sich dabei mindestens auch um Ultraschallsignale, Lasersignale und/oder Infrarotsignale handeln.
Solche Vorrichtungen kommen in Verwendungen zum Einsatz bei denen Verschiedene Umgebungsbedingungen herrschen, und müssen somit dazu ausgelegt werden, unter verschiedenen Einsatzbedingungen funktionsfähig zu bleiben. Beispielsweise soll ein autarker Funkschalter von - 40 bis 85 Grad voll funktionstüchtig sein. Voll funktionstüchtig heißt zumindest, dass bei einer Betätigung ausreichend Energie vorhanden ist, um eine vollständige Nachricht zu verschicken. Für Energiewandler die Kupferleitungen aufweisen, wie beispielsweise eine Kupferspule in einem elekt- romechanischen Generator, kann die Umgebungstemperatur eine nicht vernachlässigbare Rolle bezüglich der Effektivität bzw. Effizienz des Energiewandlers spielen, denn die Leitfähigkeit von Kupferspulen ist temperaturabhängig. Bei zunehmender Umgebungstemperatur wird die Energiemenge, die durch eine Betätigung erzeugt wird, verringert.
Bauteiltoleranzen führen auch dazu, dass bei Energiewandlern, die in einer Serie produziert werden, unterschiedliche Mengen an Energie (pro Betätigung bspw.) erzeugen, je nach der genauen Auslegung der Bauteile. Ebenfalls kann die Geschwindigkeit einer spezifischen Betätigung Einfluss auf die Mengen an erzeugter Energie haben. Autarker Funkschaltern werden deshalb so konstruiert, dass unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Toleranzbereichs und bei Temperaturen zwischen minus 40 Grad und plus 85 Grad, dass ausreichend elektrische Energie erzeugt wird, eine vollständige Nachricht verschicken zu können. Eine Folge dieser Konstruktionsweise ist, dass in den meisten Einsatzbedingungen eine nicht vernachlässigbare Menge an Energie nach der Versendung einer Nachricht übrig bleibt.
Die übrige Energie wird herkömmlich nutzlos abgebaut werden, beispielsweise indem die Energie über einen Widerstand abgeleitet werden, um den Funkschalter wieder auf einen Eingangszustand zurückzustellen. Somit ist der Funkschalter für eine erneute Betätigung bereit. In der US-Patentschrift US 2002/0190610 A1 ist ein System offenbart, in dem ein Funkschalter eine Nachricht vorbereitet und aussendet, erst nachdem ein Kondensator eine vorgegebene Menge von Energie speichert bzw. erst nachdem die Spannung über den Kondensator einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Sollte zu viel Energie nach einer Sendung in dem Kondensator übrig bleiben, sodass die Spannung nicht wieder unter diesen Schwellwert absinkt, kann der Schwellwert grundsätzlich nicht überschritten werden. Es kann dann aber keine erneute Betätigung erkannt werden.
Diese Patentschrift US 2002/0190610 A1 offenbart weiterhin das eine Energiema- nagementeinheit ein Hochfrequenzsender selektiv ansteuert. Insbesondere wird die Trägerfrequenz nur angesteuert nachdem eine Spannung einen Schwellwert übersteigt, um die höchste Nutzung aus der generierten Energie zu bekommen.
Mit diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die effizienter mit dem generierten Energiebetrag des Energiewandlers umgeht.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung mit einem Energiewandler, der dazu dient Energie aus dem Umfeld der Vorrichtung und/oder von einer mechanischen Betätigung der Vorrichtung in elektrische Energie umzuwandeln, mit einer Speichereinheit, die dazu dient die elektrische Energie zu speichern, und mit einer Funkeinheit, die dazu dient Funksignale zu empfangen und/oder zu senden, wobei die Funkeinheit die elektrische Energie der Speichereinheit heranzieht, insb. um Funksignale zu senden, und wobei die Funkeinheit eine Prozessoreinheit aufweist, die dazu dient einen als Funksignal auszusendenden Datenpaket aufzubereiten und eine Sendeleistung der Funkeinheit einzustellen, wobei die Vorrichtung ausgestaltet ist einen Energiebetrag, der aktuell in der Speichereinheit zu Verfügung steht, zu ermitteln und/oder zu approximieren, und wobei die Prozessoreinheit dazu ausgelegt ist, die Sendeleistung der Funkeinheit anhand eines Energiewerts, der dem ermittelten und/oder approximierten Energiebetrags repräsentiert, einzustellen.
Bei der Speichereinheit kann es sich um einen Kondensator handeln. Bei der Funkeinheit kann es sich um einen Senderschaltkreis handeln, die beispielsweise ausgelegt ist um Funksignale in ein 2,4 Gigahertz Band auszusenden. Anders kann es aber sich auch um eine Ultraschallsendereinrichtung oder um eine Infrarotsendereinheit handeln. Die Prozessoreinheit kann beispielsweise ein Mikroprozessor sein.
Die Vorrichtung ist somit befähigt eine Sendeleistung einzustellen bzw. einen Ver- brauch der Vorrichtung vorzuschreiben, nachdem zur Kenntnis genommen wird, wie viel Energie aktuell zur Verfügung steht. Dabei kann der Energiebetrag in der Speichereinheit ermittelt und/oder approximiert werden. Im Grunde gibt es verschiedene Möglichkeiten zur Überprüfung wie viel Energie aktuell zur Verfügung steht. Es wäre möglich, eine Strommessung zwischen dem Energiewandler und der Speichereinheit durchzuführen, um zu ermitteln, wie viel Energie von dem Energiewandler in die Speichereinheit fliest. Anders wäre es möglich, eine oder mehrere Sensoren einzusetzen, die den Zustand der Energiewandler überwacht um somit approximieren zu können, wie viel Energie der Energiewandler zu einem bestimmten Zeitpunkt oder unter bestimmten Bedingungen generiert bzw. generieren kann. Der Energiewandler kann beispielsweise ein elektromechanischer Generator sein, der eine Kupferspule umfasst.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Energiewandler ein Induktionsgenerator für einen Funkschalter umfassend ein Magnetelement mit einem Nordpolkontaktabschnitt und einem Südpolkontaktabschnitt, und einem Spulenkern, der mit dem Nordpolkontaktabschnitt und dem Südpolkontaktabschnitt kontaktierbare Polkontaktabschnitte aufweist, wobei das Magnetelement und der Spulenkern zueinander relativ beweglich derart angeordnet sind, dass eine Magnetflussrichtungsumkehr in dem Spulenkern beim Wechsel zwischen einer eine Bewegungsrichtung für die Relativbewegung definierenden ersten und zweiten Ruhestellung, in welcher jeweils der Nordpol- und Südpolkontaktabschnitt die jeweilig zugeordneten Polkontaktabschnitte kontaktieren, erzeugbar ist. Der Induktionsgenerator kann einen sich parallel zu der Bewegungsrichtung erstreckenden magnetisierbaren Gleitkontaktabschnitt zur gleitenden Führung der Relativbewegung zwischen Spulenkern und Magnetelement aufweisen.
Die Speichereinheit kann abgetastet werden, um den aktuellen Energiebetrag zu ermitteln. In dem Fall, dass die Speichereinheit ein Kondensator ist, kann der Kondensator mittels eines Hochspannungsteilers und eines AD-Wandlers abgetastet werden. Bei dem Einstellen der Sendeleistung berücksichtigt die Prozessoreinheit die aktuell zur Verfügung stehende Energie. Dabei kann die Prozessoreinheit einen Energiebetrag abziehen, welcher von Prozessoreinheit selbst benötigt wird, um das Datenpaket aufzubereiten. Das Datenpaket kann beispielsweise gemäß einem Standardprotokoll, beispielsweise ein KNX-Protokoll für Gebäudetechnik, aufbereitet werden.
Die Vorrichtung kann den Energiebetrag in der Speichereinheit mehrmals abfragen, um beispielsweise festzustellen nachdem ein Datenpaket versendet wurde, wie viel Energie in der Speichereinheit noch zur Verfügung steht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung einen Temperatursensor auf, wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, der aktuell zur Verfügung stehende Energiebetrag anhand eines vom Temperatursensor ermittelte Umgebungstemperatur zu approximieren. Hierzu kann beispielsweise einen Tabelle in einen Datenspeicher der Vorrichtung abgelegt werden, wobei die Tabelle regelmäßig von der Prozessoreinheit abgefragt wird. Die Tabelle kann beispielsweise eine Zuordnung zwischen Umgebungsbedingungen, wie Temperatur, Alter der Vorrichtung, etc. und durchschnittlich zu erwartenden Energiebeträge, die unter solche Bedingungen vom Energiewandler erzeugt werden, enthalten.
Je nach Energiewandlertyp kann der zur Verfügung stehende Energiebetrag stark davon abhängen in welcher Umgebungstemperatur der Energiewandler betätigt wurde. Somit ist es möglich bei einer Betätigung die Umgebungstemperatur abzumessen und somit einen Approximier-Wert der aktuell erzeugten Energie zu ermitteln bzw. herauszufinden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung eine Schaltung auf, die dazu dient den aktuell in der Speichereinheit zur Verfügung stehenden Energiebetrag zu ermitteln. So eine Schaltung kann wie oben erwähnt hochohmige Spannungsteile aufweisen. Denkbar wäre auch eine stufenweise Ermittlung des Energiestands mittels beispielsweise einer vorgegebenen Anzahl von in parallel geschalteten Komparatoren. Bei einer stufenweisen Ermittlung des aktuell zur Verfügung stehenden Energiebetrags wäre es denkbar, die Senderleistung der Funkeinheit ebenfalls stufenweise anzusteuern.
Vorzugsweise wird die Sendeleistung von der Prozessoreinheit so eingestellt, dass die Funkeinheit beim Aussenden eines Datenpakets den ermittelten Energiebetrag komplett aufbraucht. Wenn aber, aufgrund einer Stufenweise ansteuern der Sendeleistung, die Prozessoreinheit die Senderleistung nicht so einstellen kann, dass der ermittelten Energiebetrag komplett verbraucht werden kann, dann soll die Prozessoreinheit die Senderleistung so ansteuern, dass die Funkeinheit beim Aussenden des Datenpakets den ermittelten Energiebetrag zumindest zu 50 % vorteilhafterweise zu 90 % und sehr vorteilhafterweise zu 98 % aufbraucht. Um diesen Energiebetrag aufzubrauchen, muss die Sendeleistung in den meisten Fällen zwangsläufig erhöht werden. Nur bei Umgebungsbedingungen bzw. Einsatzbedingungen bei denen, der Energiewandler in der Regel am wenigsten Energie erzeugt bzw. umwandelt, ist zu erwarten, dass die Sendeleistung nicht erhöht werden kann.
Die Vorrichtung kann somit bei normaler Umgebungstemperatur z. B. bei Raumtemperatur von 25 Grad eine höhere Sendeleistung, beispielsweise zweimal oder dreimal höher verwenden als bislang. Die Reichweite eines autarken Funkschalters kann damit massiv, entsprechend der Erhöhung der Sendeleistung, erhöht werden. Bei Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise bei 60 Grad, bei denen der Energiewandler in der Regel weniger Energie erzeugen kann als sonst, wie beispielsweise bei Umgebungstemperaturen zwischen 20 und 30 Grad, wird die Vorrichtung auf alle Fälle immer noch in der Lage sein eine vollständige Nachricht rauszuschicken.
Bei einer alternativen Ausgestaltung wäre es denkbar, dass die Vorrichtung die Senderleistung so einstellt, dass es möglich ist die vollständige Nachricht mehrmals rauszusenden, beispielsweise zweimal. Somit kann eine Redundanz gewährleistet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung eine Schaltung auf, die dazu dient die aktuell in der Speichereinheit zur Verfügung stehenden Energiebetrag zu ermitteln. Weiterhin kann die Schaltung einen Spannungsteiler und einen A/D- Wandler aufweisen, wobei der A/D-Wandler dazu ausgestaltet ist, den Spannungsteiler abzutasten, um eine in der Speichereinheit gebildete Spannung zu ermitteln und als digitaler Spannungswert der Prozessoreinheit bereitzustellen, oder dass die Schaltung einen Spannungsteiler aufweist und dass die Prozessoreinheit einen A/D- Wandler aufweist, wobei die A/D-Wandler der Spannungsteiler abtastet, um somit eine in der Speichereinheit gebildete Spannung zu ermitteln und als digitaler Spannungswert in der Prozessoreinheit bereitzustellen. Die Sendeleistung kann dann anhand des bereitgestellten Spannungswertes, von der Prozessoreinheit eingestellt werden. Dabei kann der Energiebedarf andere Funktionen der Prozessoreinheit, wie beispielsweise Logikprozessen eines Logikschaltblocks, berücksichtigt werden. So ein Logikschaltblock kann beispielsweise selbst dazu dienen eine einzustellende Sendeleistung des Funkschaltkreises anhand des bereitgestellten Spannungswerts zu berechnen.
In einer Vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Prozessoreinheit dazu ausgelegt, eine Kennlinie zu bilden, die einen funktionalen Zusammenhang zwischen einem Energieverbrauch der Funkeinheit pro ausgesendete Datenpaket in Abhängigkeit der Sendeleistung der Funkeinheit abbildet, wobei die Prozessoreinheit beim Einstellen der Sendeleistung eine von der Kennlinie auslesbaren Sendeleistung auswählt, bei der der Energieverbrauch für ein Datenpaket im Wesentlichem der Energiebetrag der Speichereinheit entspricht. Dabei kann eine Sendeleistung zur Einstellung selektiert werden, die anhand der Kennlinie einen bestimmten Energieverbrauch zugeordnet ist, wobei mit diesem bestimmten Energieverbrauch der Energiebetrag der Speichereinheit beim senden und/oder wiederholten Senden einer vollständigen Datenpaket, im wesentlichem erschöpft wird. Ein Datenpaket im Sinne der Erfindung entspricht einer vollständigen Nachricht, die von einer funkfähigen Vorrichtung zusammengestellt und als Funksignal ausgesendet werden kann.
In einer Weiterbildung der Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Prozessoreinheit dazu ausgelegt, die Kennlinie anhand des aktuell von dem Temperatursensor bereitgestellten Temperaturwerts zu bilden. Dabei kann berücksichtigt werden, dass der Energieverbrauch der Funkeinheit bei einer vorbestimmten Sendeleistung gegebenenfalls ebenso eine Temperaturabhängigkeit aufweist.
Es ist denkbar die Vorrichtung sowohl mit Sensoren auszurüsten, die der zur Verfügung stehenden Energie abtastet, als auch mit Sensoren, die dazu dienen die Umgebungsbedingungen aufnehmen. Somit kann die Prozessoreinheit eine Kennlinie anhand von Umgebungsmesswerten und dazu korrespondierenden Messwerten des Energiebetrages bilden. Ebenso kann eine Tabelle bereitgestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorrichtung eine Datenspeichereinheit auf, wobei eine Tabelle in der Datenspeichereinheit hinterlegt ist, und wobei die Prozessoreinheit dazu ausgelegt ist anhand des ermittelten Energiebetrages einer in der Tabelle dem Energiebetrag zugeordneten Sendeleistung auszulesen und für der Funkeinheit einzustellen.
In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Vorrichtung ausgestaltet der aktuell zur Verfügung stehende Energiebetrag anhand der Umgebungstemperatur zu approximieren, in dem die Vorrichtung den Energiewert anhand eines Richtwerts berechnet, wobei der Richtwert in Abhängigkeit der zu erwartenden elektrischen Energie, die durch eine mechanische Betätigung der Vorrichtung bei einer abgemessenen Temperatur zu erwarten ist, vorgegeben wird. Beispielsweise kann der Richtwert einen Durchschnittswert aus den Energiebeträgen entsprechenden Energiewerte, die in einem vorher durchgeführten Kalibrierverfahren ermittelt wurden, entsprechen. Die zu erwartende Energiebeträge beziehungsweise Richtwerte ändern sich in der Regel mit der Umgebungstemperatur. Die Umgebungstemperatur nimmt Einfluss auf die Effektivität des Energiewandlers. Der Richtwert kann somit von einer bekannten Beziehung zwischen die Energiebeträge, die von dem Energiewandler während einer Betätigung erzeugt werden und der Umgebungstemperatur ausgelesen bzw. vorgegeben werden.
Die Aufgabe wird weiterhin mit einem Verfahren umfassend der folgende Schritte gelöst:
- Umgebungsenergie und/oder kinetische Energie von einer mechanischen Betätigung wird von einer Vorrichtung in elektrische Energie umgewandelt;
- die elektrische Energie wird in einer Speichereinheit gespeichert;
- eine Prozessoreinheit einer Funkeinheit wird initialisiert;
- ein Datenpaket wird aufbereitet;
- ein Energiebetrag der der aktuell in der Speichereinheit zu Verfügung steht wird ermittelt und/oder approximiert; - eine Sendeleistung der Funkeinheit wird anhand des Energiebetrags eingestellt,
-der Datenpaket wird von der Funkeinheit gesendet.
Die Energie wird von einem Energiewandler beziehungsweise Generator in elektrische Energie umgewandelt. Nach der Generatorbetätigung kann die erzeugte Energie gleichgerichtet und in beispielsweise einem als Speicherkondensator ausgestaltete Speichereinheit zwischengespeichert werden. Über eines Schaltnetzteil kann die Spannung auf die Versorgungsspannung eines als Mikroprozessor ausgestaltete Prozessoreinheit und auf einer als Hochfrequenz-Sender-Elektronik ausgestaltete Sendeeinheit geleitet werden und somit reduziert. Über eine Richtungserkennungs- beschaltung kann die Polarität eines Generatorimpulses je nach Bedarf ermittelt werden. Nutzdaten eines Sendeprotokolls können in der Prozessoreinheit ermittelt werden und das Datenpaket kann anhand dieser Nutzdaten zusammengestellt werden.
Die Energie in der Speichereinheit kann über einen hochohmigen Spannungsteiler ermittelt werden, wobei die Spannung am Speicherkondensator mittels eines im Mikroprozessor integrierten Analog zu Digital Wandler abgetastet werden. Die Kondensatorspannung kann als Auswahlargument für eine Zuordnung in einer hinterlegten Tabelle zur Ermittlung der am besten geeigneten Sendeleistung dienen, und die Sendeleistung kann anhand so einer Tabelle, oder einen hinterlegten Kennlinie eingestellt werden. Einstellungen für die Sendereinheit bzw. den Transmitter und das Datenpaket können in einem Transmitterregister geschrieben werden. Das Datenpaket bzw. das Telegramm bzw. die Telegramme können dann versendet werden. Wenn Energie in der Speichereinheit noch verfügbar ist, kann diese Energie abgebaut werden, indem diverse Verbraucher aktiviert werden.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Die zeigen:
Fig. 1 : ein Blockschaltbild einer Ausgestaltung der Erfindung;
Fig. 2: eine grafische Darstellung der Effektivität eines Energiewandlers in Bezug auf die Temperatur; Fig. 3: ein Blockschaltbild einer Ausgestaltung der Erfindung;
Fig. 4: ein exemplarischer Spannungsverlauf am Kondensator; und
Fig. 5: ein Verfahrensablauf gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausgestaltung der Erfindung. Ein Energiewandler 3 ist gezeigt. Der dient dazu Energie aus der Umgebung der Vorrichtung 1 entweder durch eine Art Energie-Harvesting in elektrische Energie zu wandeln oder der Energiewandler 3 wird betätigt und eine mechanische Energie, die durch die Betätigung anliegt, wird vermittels eines elektromechanischen Generators in elektrische Energie umgewandelt. Der Generator ist beispielsweise ein elektromagnetischer Generator der Kupferspulen enthält.
An dem Energiewandler 3 ist ein Gleichrichter 19 angeschlossen. Ein elektrisches Signal der von dem Energiewandler 3 ausgegeben wird kann somit gleichgerichtet werden. Der Gleichrichter 19 kann beispielsweise als Dioden-Brücke ausgestaltet sein. An dem Gleichrichter 19 ist eine Speichereinheit 5 angeschlossen, die hier als Kondensator 5 abgebildet ist. Die Energie die von dem Energiewandler 3 gesammelt oder generiert wird, wird somit im Kondensator 5 zuerst gespeichert. Herkömmlich wird diese Energie von einem Mikroprozessor 9 und damit gebundene Transmitter 21 einer Funkeinheit 7 angezapft um den Mikroprozessor 9 und die Funkschaltung 7 zu betreiben. Um die Energie vom Kondensator 5 in dem Mikroprozessor 9 einzuführen wird in der Regel ein Spannungswandler 23 benötigt. Die Spannung kann somit auf einen niedrigeren Spannungspegel herabgesetzt werden, der zum Einführen in den Mikroprozessor 9 geeignet ist.
An einem Knotenpunkt zwischen Kondensator 5 und Spannungswandler 23 ist ein sogenannter Spannungsteiler 17 angeschlossen. Der Spannungsteiler 17 kann beispielsweise einfach gestaltet werden, indem zwei Widerstände in Reihe geschaltet werden. An einem Knotenpunkt zwischen den zwei Widerständen ist eine Ableitung, die wiederum an den Mikroprozessor 9 angeschlossen ist. Es ist somit möglich die Spannung am Kondensator 5 zu vorbestimmten Zeitpunkten T1 , T2, T3 abzutasten um zu ermitteln wie hoch die Spannung am Kondensator 5 ist bzw. wie viel Energie ET im Kondensator 5 gespeichert ist.
Der Mikroprozessor 9 bzw. die Prozessoreinheit 9 dient dazu zum einen die Menge der aktuell zur Verfügung stehenden Energie ET ZU überprüfen und die Funkelektronik 7 zu betreiben. Insbesondere wird durch den Mikroprozessor 9 die Sendeleistung der Funkelektronik 7 eingestellt. Ebenso wird aus den Nutzdaten eines Protokolls eines Datenpakets vom Mikroprozessor 9 zusammengestellt bzw. aufbereitet. Dieses Datenpaket wird dann mittels der Sendeelektronik 21 bzw. Transmitter 21 über eine Antenne 25 raus gesendet.
So ein System wird herkömmlich so ausgestaltet, dass das System in der Regel viel mehr Energie im Kondensator 5 speichert als benötigt wird um eine Nachricht auszusenden. Der Hintergrund dafür ist, dass in bestimmten Umgebungsbedingungen, beispielsweise bei hohen Temperaturen (ΤΕχτ >> TR), es nicht immer möglich ist sicherzustellen, dass ausreichend Energie durch eine Betätigung des Energiewandlers 3 erzeugt wird. Somit wird der Energiewandler 3 so ausgelegt, dass im schlechtesten Fall, beispielsweise bei sehr hohen Temperaturen, genügend Energie E0 erzeugt wird, um die Funkelektronik 7 zu betreiben und insbesondere um eine vollständige Nachricht oder ein Datenpaket aussenden zu können.
In die in die Fig. 1 gezeigte Ausgestaltung kann die aktuell zur Verfügung stehende Energie ET, die im Kondensator 5 gespeichert ist, überprüft werden. Diese Überprüfung kann beispielsweise einmal stattfinden. Denkbar ist es aber auch in regelmäßigen Abständen die Energie ET ZU überprüfen. Es ist weiterhin möglich die Energie E vor und nach jedem Sendevorgang zu überprüfen. Wenn die Menge der Energie ET im Kondensator 5 ermittelt ist, kann der Mikroprozessor 9 diese Information über die Menge verwenden. Die Information über die Energie ET innerhalb des Kondensators 5 kann benutzt werden um die Sendeleistung der Funkelektronik 7 einzustellen. Wenn die Menge der Energie ET, die zur Verfügung steht, eine vorbestimmt
Schwellwert überschreitet kann die Sendeleistung der Funkelektronik 7 erhöht wer- den um somit eine größere Reichweite des gesendeten Signals zu erreichen. Die Sendeleistung kann aber auch so eingestellt werden, dass eine vollständige Nachricht zweimal oder dreimal vollständig ausgesendet werden kann. Somit kann eine Redundanz gewährleistet werden.
Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung der Effektivität eines Energiewandlers 3 in Bezug auf die Temperatur Text. Der Energiewandler 3 weist ein elektromechanischer Generator auf, und wird in der Regel von extern betätigt. Die Betätigungsgeschwindigkeit kann variieren. Deshalb wird ein Durchschnittsverlauf der erzeugten Energie EA gegenüber der Temperatur gezeigt aber auch eine Obergrenze des Energieverlaufs EH wenn beispielsweise der Energiewandler 3 in einer sehr hohen Geschwindigkeit betätigt wird und die Auslegung des Energiewandlers 3 innerhalb von vorgegebenen Fertigungstoleranzen für Energieerzeugung optimal ist. Ein Mindestverlauf der Energieerzeugung EL ist gezeigt für den Fall, wo der Energiewandler 3 langsam betätigt wird und die Auslegung des Energiewandlers 3 innerhalb von vorgegebenen Fertigungstoleranzen für Energieerzeugung am schlechtesten ist.
Die schlechtesten Einsatzbedingungen sind vorhanden wenn der Energiewandler 3 bei sehr hohen Temperaturen langsam betätigt wird. Für den Einsatz eines Energiewandlers 3 mit einer Auslegung, die innerhalb von vorgegebenen Fertigungstoleranzen für Energieerzeugung am schlechtesten ist, unter solche Einsatzbedingung eingesetzt wird, muss ein sogenannte Mindestenergie E0 erzeugt werden. Die gebrochene Linie zeigt das Energieniveau, das in diesem Fall benötigt wird. Herkömmlich wird eine solche Vorrichtung 1 so konstruiert, dass mit dieser Mindestenergie E0 eine vollständige Nachricht ausgesendet werden kann.
Die Darstellung der Mindestenergie E0 sowie den Energieverläufe in Fig. 2 dient nur als Beispiel und soll nicht als Maßstabgetreu interpretiert werden. Dennoch ist es zu erkennen, dass bei einer schnellen Betätigung auch bei einer hohen Temperatur eine nicht vernachlässigbare Menge an Energie übrig bleiben kann, auch nachdem eine vollständige Nachricht von der Funkelektronik 7 ausgesendet wird. Die Erfindung ermöglicht durch die Abtastung der Speichereinheit 5 eine Weiterverwendung dieser Energie die übrig geblieben ist. Herkömmlich wurde diese Energie über ein Wider- stand abgeleitet und somit verworfen. Eine Ausgestaltung der Erfindung wie in Fig. 1 gezeigt, kann aber den Kondensator 5 abtasten und Informationen über eine übrig gebliebene Menge an Energie im Kondensator 5 und der Mikrokontroller 9 weiterleiten. Der Mikrokontroller 9 kann diese energiebezogenen Informationen verwenden um beispielsweise die Sendeleistung der Funkelektronik 7 erneut einzustellen und die Nachricht wiederholt auszusenden.
Ein Temperaturbereich TR ist in Fig. 2 dargestellt, der ca. 20 Grad Celsius, bzw. normalen Raumtemperatur, entspricht. Eine Vorrichtung 1 mit einem Energiewandler 3 und eine Funkelektronik 7 kann beispielsweise als Lichtschalter verwendet werden. Ein Lichtschalter wird hauptsächlich aber in Umgebungsbedingungen eingesetzt, bei denen Raumtemperatur TR herrscht. Anhand von Fig. 2 ist es zu sehen, dass in der Regel eine Vielzahl der Mindestenergie Eo immer übrig bleibt beim Einsatz bei ca. 20 Grad bzw. bei Raumtemperatur. Durch das Abtasten der Energie ET im Kondensator 5 kann somit die Sendeleistung gegebenenfalls verdoppelt oder vermehrfacht erhöht werden. Anders ist es ebenfalls möglich, eine Nachricht mehrmals vollständig auszusenden um eine Redundanz und eine Vermeidung von Datenfehlern bei der Übertragung dieser Funksignale zu vermeiden.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Blockschaltbild einer Ausgestaltung der Erfindung. Ein Energiewandler 3 ist vorhanden, mit einem Schaltknopf 27 der durch eine Gehäusewand 29 hinausragt. Die anderen Bauteile sind alle vom Gehäuse 29 eingeschlossen. Wie bei der in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform wird die Energie vom Energiewandler 3 an eine Speichereinheit 7 weitergeleitet. Eine Stromzuleitung 31 ist ebenfalls zwischen Kondensator 5 und eine Platine auf dem eine Prozessoreinheit 9 beziehungsweise eine Funkelektronik 7 angesiedelt sind vorgesehen. Ebenso wie in Fig. 1 ist ein Spannungsteiler 17 vorhanden, der ein Abtasten der im Kondensator 5 befindlichen Energie ET ermöglicht. Im Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten Ausführung ist ein analog zu digital Wandler (A/D) zwischen dem Spannungsteiler 17 und Mikroprozessor 9 bzw. Platine zwischengeschaltet. Der analog zu digital Wandler kann auch auf der Platine angeordnet sein. Fig. 3 zeigt zusätzliche eine Signalleitung 33 zwischen der Platine und ein Temperatursensor 13 der in der unmittelbaren Umgebung des Energiewandlers 3 sich befindet. Der Temperatursensor 13 kann dazu verwendet werden, eine vorausschauender Erwartung zu bilden bezüglich der Energiemenge EL,A,H, die durch eine Betätigung des Energiewandlers 3 erzeugt wird.
Fig. 4 zeigt ein exemplarischer Spannungsverlauf am Kondensator 5. Die Spannung V beim Zeitpunkt 0 am Kondensator 5 entspricht der Spannung die, nachdem der Energiewandler 3 einmal betätigt wird, gegeben ist. Während eine Initialisierungsbzw. Einschlafphase φ1 nimmt die Spannung V am Kondensator 5 mit der Zeit Z ab. Beziehungsweise wird Strom vom Mikroprozessor 9 gezogen und die Energiemenge ET im Kondensator 9 wird dadurch verringert. Falls es erforderlich ist wird danach eine bestimmte Wartezeit W1 gezeigt. In dieser Zeit nimmt die Spannung V am Kondensator 5 bzw. der Energiemenge ET vergleichsweise langsam ab. Diese abnehmende Energie kann beispielsweise durch einen Leckstrom verursacht sein. Nach der Wartezeit W1 wird das System aufgewacht bzw. eine zweite Initialisierungsphase φ1 kann durchgeführt werden. Anschließend wird ein Telegramm bzw. Datenpaket von der Funkelektronik 7 ausgesendet. In dieser Zeit S1 nimmt die Spannung V am Kondensator 5 vergleichsweise rasant ab, da das Aussenden von Funksignalen sehr viel Energie verbraucht. Die Energiemenge ET am Kondensator 5 kann durchgängig abgetastet werden, kann aber auch mehrmals während des gesamten Sendevorgangs kontrolliert werden.
In Fig. 4 wird in Folge des Aussendens eine zweite optionale Wartezeit W2 dargestellt. Die Wartezeiten W1 , W2, W3 können beispielsweise im Rahmen eines„Listen Before Talk" (LBT) Verfahrens erforderlich sein. LBT-Verfahren sind für die Benutzung bestimmte Frequenzen in bestimmte Regionen vorgeschrieben.
Anschließend wird eine zweite Nachricht bzw. Telegramm bzw. Datenpaket ausgesandt. Die zweite Nachricht kann eine Wiederholung der ersten Nachricht sein. Somit kann die Zuverlässigkeit des Kommunikationsvorgangs erhöht werden. Dieser Zyklus von Wartezeiten W1 , W2, W3 und Sendevorgänge S1 , S2, S3 kann wiederholt werden bis die Energie ET in der Speichereinheit 5 verbraucht ist. Die Energie in der Speichereinheit 5 kann regelmäßig während beispielsweise die Wartezeiten W1 , W2, W3 ermittelt werden. Gezeigt sind drei Abtastezeitpunkte T1 , T2, T3
Fig. 5 zeigt ein Verfahrensablauf gemäß einer Ausführung der Erfindung. In einem ersten Schritt 100 wird Umgebungsenergie und/oder kinetische Energie von einer mechanischen Betätigung in elektrische Energie umgewandelt. In einem zweiten Schritt 200 wird die elektrische Energie ET in einer Speichereinheit 5 gespeichert. In einem dritten Schritt 300 wird eine Prozessoreinheit 9 einer Funkeinheit 7 initialisiert. In einem vierten Schritt 400 wird ein Datenpaket aufbereitet. In einem fünften Schritt 500 wird ein Energiebetrag ET, der aktuell in der Speichereinheit 5 zu Verfügung steht, ermittelt und/oder approximiert. In einem sechsten Schritt 600 wird eine Sendeleistung der Funkeinheit 7 anhand des Energiebetrags ET eingestellt. In einem siebten Schritt 700 wird das Datenpaket von der Funkeinheit 7 gesendet.
Bezuqszeichen
Vorrichtung
Energiewandler
Speichereinheit
Funkelektronik
Prozessoreinheit
Temperatursensor
Schaltung
Spannungsteiler
Gleichrichter
Transmitter
Spannungswandler
Antenne
Druckknopf
Gehäuse
Spannungsleitung
Signalleitung
analog zu digital Wandler
Energie aktuell
Mindestenergie
Verlauf der zu erwartenden
niedrigsten/durchschnittlichen/höchsten Energie abtaste Zeitpunkte
Initialisierungsphase
Wartezeiten
Sendezeiten
Spannung am Kondensator

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) mit
-einem Energiewandler (3), der dazu dient Energie aus dem Umfeld der Vorrichtung (1 ) und/oder von einer mechanischen Betätigung der Vorrichtung (1 ) in elektrische Energie umzuwandeln
-einer Speichereinheit (5), die dazu dient die elektrische Energie zu speichern, und -einer Funkeinheit (7), die dazu dient Funksignale zu empfangen und/oder zu senden, wobei die Funkeinheit (7) die elektrische Energie der Speichereinheit (5) heranzieht, insb. um Funksignale zu senden, und wobei die Funkeinheit (7) eine Prozessoreinheit (9) aufweist, die dazu dient einen als Funksignal auszusendenden Datenpaket aufzubereiten und eine Sendeleistung der Funkeinheit einzustellen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) ausgestaltet ist einen Energiebetrag, der aktuell in der Speichereinheit (5) zu Verfügung steht, zu ermitteln und/oder zu approximieren, und dass die Prozessoreinheit (9) dazu ausgelegt ist, die Sendeleistung der Funkeinheit (7) auf Basis des ermittelten und/oder approximierten Energiebetrags einzustellen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) einen Temperatursensor (13) aufweist, und dass die Vorrichtung (1 ) dazu ausgelegt ist, der aktuell zur Verfügung stehenden Energiebetrag anhand eines vom Temperatursensor (13) ermittelte Umgebungstemperatur (TEXT) ZU approximieren.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) eine Schaltung (15) aufweist, die dazu dient den aktuell in der Speichereinheit (5) zu Verfügung stehenden Energiebetrag (ET) zu ermitteln.
4. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (9) die Sendeleistung so einstellt, dass die Funkeinheit (7) bei dem Aussenden eines Datenpakets den ermittelten Energiebetrag (ET), insbesondere zumindest zu 50%, vorteilhafterweise zu 90%, sehr vorteilhafterweise zu 98%, und besonderes sehr vorteilhafterweise im Wesentlichen Komplet, aufbraucht.
5. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (15) einen Spannungsteiler (17) und einen A/D- Wandler (A/D) aufweist, wobei der A/D-Wandler dazu ausgestaltet ist, der Spannungsteiler (17) abzutasten, um eine in der Speichereinheit (5) gebildete Spannung zu ermitteln und als digitaler Spannungswert der Prozessoreinheit (9) bereitzustellen, oder dass die Schaltung (15) einen Spannungsteiler (17) aufweist und dass die Prozessoreinheit (9) einen A/D-Wandler (A/D) aufweist, wobei die A/D-Wandler (A/D) der Spannungsteiler (17) abtastet, um somit eine in der Speichereinheit (5) gebildete Spannung zu ermitteln und als digitaler Spannungswert in der Prozessoreinheit (9) bereitzustellen.
6. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (9) dazu ausgelegt ist, eine Kennlinie zu bilden, die einen funktionalen Zusammenhang zwischen dem Energieverbrauch der Funkeinheit (7) pro ausgesendete Datenpaket in Abhängigkeit der Sendeleistung der Funkeinheit (7) abbildet, und dass die Prozessoreinheit (9) beim Einstellen der Sendeleistung eine von der Kennlinie auslesbaren Sendeleistung auswählt, bei der der Energieverbrauch für ein Datenpaket im Wesentlichem der Energiebetrag der Speichereinheit (5) entspricht.
7. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (9) dazu ausgelegt ist, die Kennlinie anhand des aktuell von der Temperatursensor (13) bereitgestellten Temperaturwerts (TEXT) ZU bilden.
8. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) eine Datenspeichereinheit aufweist, und dass eine Tabelle in der Datenspeichereinheit hinterlegt ist, und dass die Prozessoreinheit (9) dazu ausgelegt ist anhand des ermittelten Energiebetrages (ET) einer in der Tabelle dem Energiebetrag (ET) zugeordneten Sendeleistung auszulesen und für der Funkeinheit (7) einzustellen.
9. Vorrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) ausgestaltet ist der aktuell zur Verfügung stehende Energiebetrag (ET) anhand der Umgebungstemperatur (ΤΕχτ) zu approximieren, in dem die Vorrichtung (1 ) einen Richtwert berechnet, wobei der Richtwert in Abhängigkeit der zu erwartenden elektrischen Energie (EL,A,H), die durch eine mechanische Betätigung der Vorrichtung bei der abgemessenen Umgebungstemperatur (TEXT) ZU erwarten ist, vorgegeben wird.
10. Verfahren umfassend der folgende Schritte:
- Umgebungsenergie und/oder kinetische Energie von einer mechanischen Betätigung wird von einer Vorrichtung (1 ) in elektrische Energie umgewandelt;
- die elektrische Energie wird in einer Speichereinheit (5) gespeichert;
- eine Prozessoreinheit (9) einer Funkeinheit (7) wird initialisiert;
- ein Datenpaket wird aufbereitet;
- ein Energiebetrag (ET) der der aktuell in der Speichereinheit (5) zu Verfügung steht wird ermittelt und/oder approximiert;
- eine Sendeleistung der Funkeinheit (7) wird anhand des Energiebetrags (ET) eingestellt,
-der Datenpaket wird von der Funkeinheit (7) gesendet.
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Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2802731B1 (fr) 1999-12-16 2002-01-25 Schneider Electric Ind Sa Dispositif autonome de commande a distance, appareil et installation electrique comportant un tel dispositif
JP2003133971A (ja) * 2001-10-29 2003-05-09 Jigyo Sozo Kenkyusho:Kk 自己発電型発信装置
US7466240B2 (en) * 2005-01-25 2008-12-16 The Retents Of The University Of California Wireless sensing node powered by energy conversion from sensed system
US8552597B2 (en) * 2006-03-31 2013-10-08 Siemens Corporation Passive RF energy harvesting scheme for wireless sensor
DE102008039205A1 (de) * 2008-08-22 2010-04-22 EPROTECH Reimann e.K. Jürgen Reimann Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung einzelner Photovoltaikmodule einer Photovoltaikanlage
US20140095091A1 (en) * 2009-03-11 2014-04-03 Novatel Wireless, Inc. METHODS AND APPARATUS FOR MODELING, MONITORING, ESTIMATING and CONTROLLING POWER CONSUMPTION IN BATTERY-OPERATED DEVICES
EP2545652B1 (de) * 2010-03-12 2018-02-28 Sunrise Micro Devices Inc. Leistungseffiziente kommunikationen
DE102012220418A1 (de) * 2012-11-09 2014-05-15 Zf Friedrichshafen Ag Induktionsgenerator und Verfahren zum Generieren eines elektrischen Stroms unter Verwendung eines Induktionsgenerators
CN203164687U (zh) * 2012-12-19 2013-08-28 湖南沛科能源科技有限公司 住宅环境智能控制系统
DE102013211015A1 (de) * 2013-06-13 2014-12-18 Zf Friedrichshafen Ag Schaltvorrichtung für einen Funktaster, Funktaster und Verfahren zum Erzeugen eines Schaltsignals einer Schaltvorrichtung
US9385560B2 (en) * 2013-11-12 2016-07-05 Qualcomm Incorporated Methods, devices and systems for self charging sensors
US9706269B2 (en) * 2015-07-24 2017-07-11 Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company, Limited Self-powered and battery-assisted CMOS wireless bio-sensing IC platform

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