KR100819108B1 - 무선 센서 디바이스 - Google Patents

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Abstract

저 에너지 소비의 무선 센서 디바이스는 신뢰할만한 센서 결과를 제공하기 위해 길어진 시간 동안 동작한다. 무선 센서 디바이스는 타겟 대상을 감지하여 상기 타겟 대상의 상태를 나타내는 가변 레벨의 센서 신호를 제공하도록 구성된 센서와, 상기 센서 신호를 증폭하여 증폭된 전기 아날로그 신호를 제공하도록 구성된 신호 처리 회로와, 상기 증폭된 전기 아날로그 신호를 수신하고 상기 증폭된 전기 아날로그 신호가 소정의 검출 임계값 이상이면 검출 출력을 제공하도록 구성된 검출 회로를 포함한다. 상기 디바이스는 또한 상기 검출 신호에 응답하여 무선 검출 신호를 송신하도록 구성된 무선 송신기를 포함한다. 또한 상기 디바이스는 상기 신호 처리 회로 및 상기 무선 송신기에 전력을 제공하도록 구성된 전원과, 외부 에너지를 상기 전원에 축적될 상기 전력으로 변환시키는 전력 발생 소자를 포함한다. 상기 검출 출력에만 응답하여 상기 무선 송신기를 활성화시켜, 상기 무선 송신기가 상기 무선 검출 신호를 발생하게 하는 제어기가 제공된다. 그러므로 상기 무선 송신기는 검출 출력을 수신할 때까지 비활성 상태로 유지될 수 있고, 이에 의해 상기 디바이스의 동작 수명을 연장시킬 수 있도록 에너지를 절약하게 된다.
Figure R1020067015304
신호 처리 회로, 검출 회로, 무선 송신기, 제어기

Description

무선 센서 디바이스{WIRELESS SENSOR DEVICE}
본 발명은 무선 센서 디바이스에 관한 것이며, 특히 감지된 결과를 무선 신호로 송신하기 위해 외부 에너지를 전력으로 변환하는 전력 발생 소자를 포함하는 무선 디바이스에 관한 것이다.
일본특허공보 제2004-24551호에는 감지된 결과를 송신하기 위해 전력 발생 수단을 포함하는 자급식 감지 시스템(self-contained sensing system)에 대해 개시되어 있다. 상기 시스템은 온도, 가속 또는 적외선을 감지하여 감시된 아날로그 값을 나타내는 센서 신호를 제공하는 센서, 및 상기 센서 신호를 디지털 데이터로 변환시키는 A/D 변환기를 포함한다. 상기 디지털 데이터는 마이크로프로세서에 의해 처리되어 무선 송신기를 통해 무선 신호로서 송신된다. 전력 발생 소자로서 솔라셀을 포함하여 A/D 변환기, 마이크로프로세서 및 무선 송신기에 동작 전력을 공급한다. 이 솔라셀로는 시스템을 지속적으로 동작시킬 수 있는 충분한 전력을 발생하지 못할 것으로 예상되기 때문에, 상기 시스템은 신뢰할만한 센서 결과를 송신하기 위해 솔라셀에서 많은 전력이 발생되는 동안만 동작을 가능하게 하는 전력 레귤레이터를 필요로 한다. 또한, 무선 송신기 및 A/D 변환기는 비교적 많은 전력을 소비하기 때문에, 상기 시스템은, 저 전력으로 동작하며 일반적으로 UWB(초광대역) 전송 으로 알려진 무선 송신 기술의 사용을 제안한다. 그렇지만, 특히 A/D 변환기가 필요없이 단지 1비트 정보만이 센서 결과로서 충분한 경우에는, 전력 발생 용량이 제한되어 있는 전력 발생기에 의지하면서 신뢰할만한 감지 결과를 연장된 시간 동안 유지하기 위해서는 여전히 무선 센서 시스템의 동작 전력을 줄일 필요가 있다.
상기 문제와 관련해서, 본 발명은 전력 소비가 적고 신뢰할만한 센서 결과를 제공하는 긴 수명 동안 동작할 수 있는 무선 센서 디바이스를 달성할 수 있다. 무선 센서 디바이스는 타겟 대상을 감지하여 상기 타겟 대상의 상태를 나타내는 가변 레벨의 센서 신호를 제공하도록 구성된 센서와, 상기 센서 신호를 증폭하여 증폭된 전기 아날로그 신호를 제공하도록 구성된 신호 처리 회로와, 상기 증폭된 전기 아날로그 신호를 수신하고 상기 증폭된 전기 아날로그 신호가 소정의 검출 임계값 이상이면 검출 출력(Dout)을 제공하도록 구성된 검출 회로를 포함한다. 또한, 상기 무선 센서 디바이스에는 상기 검출 신호에 응답하여 무선 검출 신호(RS)를 송신하도록 구성된 무선 송신기도 포함되어 있다. 또한, 상기 디바이스는 상기 신호 처리 회로 및 상기 무선 송신기에 전력을 제공하도록 구성된 전원(power supply)과, 외부 에너지를 상기 전원에 축적될 상기 전력으로 변환시키는 전력 발생 소자를 포함한다. 본 발명의 주요 특징은 상기 검출 출력에만 응답하여 상기 무선 송신기를 활성화시켜, 상기 무선 송신기가 상기 무선 검출 신호를 발생하게 하는 제어기가 포함되어 있다는 것이다. 그러므로 상기 무선 송신기는 검출 출력을 수신할 때까지 비활성 상태로 유지될 수 있고, 이에 의해 전원의 동작 수명, 즉 무선 센서 디바이스의 동작 수명을 연장할 수 있도록 에너지를 절약하게 된다.
양호한 실시예에서, 무선 송신기는 레귤레이터, 클록, 펄스 발생기 및 드라이버를 포함한다. 상기 레귤레이터는 상기 전원으로부터 상기 전력을 공급받으며, 상기 검출 회로로부터 상기 검출 출력을 수신한 경우에만 단시간 동안에 동작 전압을 공급하도록 구성되어 있다. 상기 클록은 상기 레귤레이터로부터 상기 동작 전압을 수신하면 활성화되어 클록 신호를 제공한다. 상기 펄스 발생기는 상기 검출 출력의 존재를 식별하는 단펄스(short pulse)를, 상기 클록 신호에 기초하여 발생하도록 구성되어 있다. 상기 드라이버는 상기 단펄스를 안테나를 통해 상기 무선 검출 신호로서 방사시키기 위해 상기 레귤레이터로부터 상기 동작 전압을 수신하면 활성화된다. 이러한 장치에서, 상기 클록 및 상기 드라이버는 무선 검출 신호를 송신하기 위해 검출 출력을 수신하는 경우에만 활성화된다. 따라서, 무선 송신기에서 근본적으로 전력을 가장 많이 소비하는 드라이버는 검출 출력의 부재 시 비활성화될 수 있고, 이에 의해 무선 송신기는 검출 출력을 수신하지 않는 동안에는 최저 전력 소비 모드로 유지되어, 디바이스에 대한 전력 요건을 더 감소시키므로 유효 동작 시간을 연장할 수 있다.
신호 처리 회로 측에서 에너지를 더 절약하기 위해, 제어기는 신호 처리 회로를 감소된 전력으로 동작시키는 슬립 모드를 제공하고 검출 출력을 유도하는 슬라이트 사인(slight sign)이 확인되면 상기 슬립 모드를 신뢰할만한 검출을 위한 정상 모드로 시프트하도록 구성될 수도 있다. 정상 모드에서, 신호 처리 회로는 정격 전력으로 동작하여 상기 정격 전력에 비례하는 정격 진폭의 전기 신호(Vout)를 얻는다. 슬립 모드에서, 신호 처리 회로는 감소된 전력으로 동작하여 상기 감소된 전력에 비례하는 저 진폭의 전기 신호(Vout)를 얻는다. 이러한 접속에서, 검출 회로는 검출 임계값보다 더 낮은, 즉 더 엄밀한 웨이크-업 임계값을 갖도록 구성된다. 상기 제어기는 정격 진폭의 전기 신호(Vout)가 상기 검출 임계값보다 낮아지는 경우에 상기 정상 모드를 상기 슬립 모드로 전환시키고, 상기 저 증폭의 전기 신호가 상기 웨이크-업 임계값 이상이 될 때까지 상기 슬립 모드를 유지하도록 설계되어 있다. 정격 진폭의 전기 신호(vout)가 정상 모드에서 검출 임계값 이상일 때 상기 검출 출력(Dout)이 제공된다.
상기 센서는 타겟 대상, 예를 들어 인체에서 방출되는 적외선의 결정적인 변화를 감시함으로써 상기 타겟 대상의 동작을 검출하기 위한 적외선 센서가 될 수 있다. 적외선 센서는 타겟 대상의 모션에 응답하여 포지티브 방향이나 네거티브 방향으로 가변하는 센서 신호를 제공하도록 구성되어 있다. 본 예에서, 상기 검출 회로는 상기 검출 임계값의 포지티브 상한값 및 네거티브 하한값으로 규정된 검출 범위(A1-A2), 및 상기 웨이크-업 임계값의 포지티브 상한값과 네거티브 하한값으로 규정된 웨이크-업 범위(B1-B2)를 제공하는 임계값 선택기를 갖도록 구성되어 있다. 상기 검출 회로는 상기 임계값 선택기로부터 상기 검출 범위 및 상기 웨이크-업 범위를 선택적으로 수신하여 상기 범위들 중 선택된 범위를 아날로그 신호와 비교하는 비교기 유닛을 포함한다. 상기 비교기 유닛은, 정격 진폭의 전기 신호(Vout)가 상기 검출 범위 이상인 경우 또는 저 진폭의 상기 전기 신호(Vout)가 상기 웨이크-업 범위 이상인 경우에는 제1 신호(Cout)를 발생하고, 그렇지 않은 경우에는 제2 신호(Cout)를 발생한다. 상기 제어기는 상기 제1 신호에 응답하여 상기 검출 범위를 선택하고 상기 제2 신호에 응답하여 상기 웨이크-업 범위를 선택한다. 상기 검출 회로는 상기 정상 모드에서 상기 제1 신호(Cout)가 나타날 때만 상기 검출 출력을 제공한다. 따라서, 상기 센서 디바이스는 적외선 센서를 사용하여 타겟 대상의 모션을 성공적으로 검출하면서 에너지를 절약할 수 있다.
상기 검출 회로는 출력 제공기를 포함하며, 상기 출력 제공기는 상기 비교기 유닛으로부터 제1 신호를 입력으로 수신한 때 상기 검출 출력(Dout)을 발생시키도록 구성되어 있다. 상기 입력은 스위치를 통해 상기 비교기 유닛에 접속되어 있고 상기 스위치는 상기 제1 신호에 응답해서만 폐쇄되도록 상기 제어기에 의해 제어된다. 그러므로 상기 출력 제공기는 제1 신호의 부재 시 오류 검출 신호를 발생하는 것이 방지되며 이에 따라 검출 신뢰성이 향상된다.
또한, 상기 제어기는 상기 전원에 축적되어 있는 상기 전력의 레벨을 감시하여 상기 전력이 소정의 전력 레벨 이상이면 상기 정상 모드를 유지하고 상기 슬립 모드로 전환되지 않게 하도록 접속되어 있다. 즉, 충분한 전력을 이용할 수 있는 경우에, 상기 검출 회로는 상기 모드들 사이를 자유롭게 시프트할 수 있으며 이에 따라 전이 모드 시프트 동안 나타날 수 있는 불안정한 회로의 영향을 받지 않게 되어 신뢰할만한 검출을 보장할 수 있다.
또한, 상기 센서는 한편으로는 조명 레벨을 감지하고, 또한 전력을 전원에 축적시키기 위해 광을 전기 에너지로 변환시키는 광전지 셀에 의해 규정될 수 있다.
본 발명의 상기 이점 및 다른 이점은 첨부된 도면을 참조하여 양호한 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 분명하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 센서 디바이스의 블록도이다.
도 2는 상기 디바이스에 사용되는 검출 회로의 회로도이다.
도 3은 상기 디바이스의 동작을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 양호한 실시예에 따른 센서 디바이스의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 따른 센서 디바이스의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 센서 디바이스가 도시되어 있다. 상기 디바이스는 인간으로부터 나오는 적외선 방사에 응답하여 전기 센서 신호를 발생하는 적외선 센서를 사용함으로써 인간이 감시 영역으로 들어오는지 또는 나가는지를 검출하는 것과 같이, 인간의 동작을 검출하도록 특별히 배치되어 있으나, 본 발명은 이러한 특정한 예에 제한되는 것은 아니다. 적외선 센서(10)는 감시 영역을 들어오거나 나가는 인간의 동작에 응답하여 포지티브 방향 및 네거티브 방향으로 가변하는 센서 신호를 발생한다.
상기 디바이스는 센서 신호를 처리하여 증폭된 아날로그 신호를 제공하는 신호 처리 회로(20) 및 상기 아날로그 신호를 소정의 기준 신호와 비교하고 그 비교 결과에 따라 검출 출력을 제공하는 검출 회로(50)를 포함한다. 상기 디바이스는 상 기 검출 출력(Dout)에 응답하여 무선 검출 신호(RS)를 발생하고 안테나(97)를 통해 방사하는 무선 송신기(90)를 포함하며, 수신기(도시되지 않음)는 검출 결과를 확인한다. 상기 디바이스에는 전원(power supply)(100)이 구비되어 상기 신호 처리 회로(20), 상기 검출 회로(50) 및 상기 무선 송신기(90)에 전력을 제공한다. 상기 디바이스에는 외부 에너지를 상기 전원(100)에 축적될 전기 에너지로 변환시키는 전력 발생 소자(110)도 구비되어 있다. 본 실시예에서 상기 전력 발생 소자(110)는 광을 전기 에너지로 변환시키는 솔라셀(solar cell)에 의해 구현된다. 상기 무선 송신기(90)에 일관된 검출 결과를 제공하고 뿐만 아니라 상기 센서가 감지하는 임계 조건의 부재 시에는 에너지를 절약하기 위해 제어기(120)가 제공되며, 이에 대해서는 후술한다.
상기 신호 처리 회로(20)는 전류 신호, 즉 센서(10)에서 출력되는 센서 신호를 대응하는 전압 신호로 변환시키는 전류-전압 변환기(30), 및 상기 전압 신호를 증폭하여 증폭된 아날로그 신호(Vout)를 제공하는 전압 증폭기(40)로 구성되며, 상기 증폭된 전압 신호(Vout)의 진폭은 상기 제어기(120에서 지시하는 증폭 계수(amplification factor)에 따라 가변한다. 이러한 접속에서, 제어기(120)는 상기 신호 처리 회로(20)를 정격 전력(rated power)에서 동작시키는 정상 모드 및 에너지를 절약하기 위해 상기 신호 처리 회로(20)를 감소된 전력(reduced power)에서 동작시키는 슬립 모드를 제공한다. 정상 모드에서, 신호 처리 회로(20)는 높은 증폭 계수에서 동작하여 정격 진폭의 아날로그 신호(Vout)를 제공하기 때문에 많은 전력을 소비한다. 슬립 모드에서, 신호 처리 회로(20)는 낮은 증폭 계수에서 동작 하여 감소된 진폭의 아날로그 신호(Vout)를 제공하기 때문에 전력을 덜 소비한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 검출 회로(50)는 비교기(71 및 72)로 구성된 비교기 유닛(70)을 포함하여 상기 신호 처리 회로(20)에서 출력되는 아날로그 신호(Vout)를 소정의 임계값들에 의해 각각 차례로 규정된 넓은 검출 범위(VA1 내지 VA2) 및 좁은 웨이크-업 범위(VB1 내지 VB2)와 선택적으로 비교하며, 상기 소정의 임계값들은 분압 네트워크(52)에서 출력되는 분압에 의해 각각 차례로 규정된다. 상기 검출 회로(50)는 또한 스위치(61 내지 64)로 구성된 선택기(60)를 포함하여, 분압(VA1 및 VB1)을 비교기(71)의 비반전 입력에 선택적으로 제공하고 분압(VA2 및 VB2)를 비교기(72)의 반전 입력에 선택적으로 제공한다. 선택기(60)는 정상 모드에서는 비교기 유닛(70)에 부여된 검출 범위(VA1 내지 VA2)를 선택하고 슬립 모드에서는 비교기 유닛(70)에 부여된 웨이크-업 범위(VB1 내지 VB2)를 선택하도록 제어기(120)에 의해 제어된다. 비교기(71)의 반전 입력과 비교기(72)의 비반전 입력은 아날로그 신호(Vout)를 수신하도록 공통 결합되어 있다. 비교기(71 및 72)의 출력 각각은 도 3에 도시된 바와 같이, 신호(Vout)가 정상 모드에서 검출 범위(VA1 내지 VA2)를 넘어설 때 또는 슬립 모드에서 웨이크-업 범위(VB1 내지 VB2)를 넘어설 때, L-레벨의 논리곱을 제공하는 AND-게이트(73)에 제공되며, 상기 L-레벨의 논리곱을 이하에서는 제1 신호라 한다. 그렇지 않은 경우, 즉 신호(Vout)가 정상 모드에서 검출 범위 내에 있거나 슬립 모드에서 웨이크-업 범위(VB1 내지 VB2) 내에 있을 때는, AND-게이트(73)는 이하에서 제2 신호라 칭하는 H-레벨의 출력을 제공한다. 제어기(120)는 AND-게이트(73)로부터의 출력을 수신하도록 접속되어 있어, 제1 신호 에 응답해서 정상 모드를 선택하고, 상기 정상 모드에서 제2 신호를 수신하는 경우에는 에너지를 절약하기 위해 상기 정상 모드를 슬립 모드로 시프트시킨다. 감소된 진폭의 신호(Vout)가 슬립 모드에서 웨이크-업 범위(VB1 내지 VB2)를 넘어서면, 제어기(120)는 AND-게이트(83)로부터 제1 신호를 수신하여 정상 모드를 선택함으로써 신호(Vout)와 검출 범위(VA1 내지 VA2)를 비교한다.
AND-게이트(73)는 스위치(76)를 통해, 검출 출력(Dout)을 발생하도록 응답하는 출력 제공기(80)에 접속되어 있다. 스위치(76)는 제1 신호에 응답하는 경우에만, 즉 신호(Vout)가 정상 모드에서 검출 범위(VA1 내지 VA2)를 넘어서는 경우에만 폐쇄되도록 제어기(120)에 의해 제어된다. 그렇지 않은 경우에는 스위치(76)는 개방 상태를 유지하여 출력 제공기(80)는 검출 출력을 제공하지 않는다. 출력 제공기(80)는 트랜지스터(81)를 구비하며, 상기 트랜지스터(81)는 기준 전압원 Vdd에 접속된 드레인과 검출 유닛(50)의 출력 단자에 접속된 소스를 가지고 있다. 트랜지스터(81)의 게이트는 출력 제공기(80)의 입력을 규정하는데, 상기 입력은 스위치(76)를 통해 비교기 유닛(70)으로부터 출력을 수신하도록 접속되어 있다. 트랜지스터(81)의 게이트-드레인 양단에는 풀-업 레지스터(82)가 접속되어 있으므로 트랜지스터(81)는 제1 신호(Vout)를 수신하면, 즉 AND-게이트(73)로부터의 H-레벨 출력을 수신하면 검출 출력(Dout)을 발생한다. 트랜지스터(81)의 게이트에 제1 신호(Vout)가 제공되지 않은 경우에는, 검출 출력(Dout)은 발생되지 않는다. AND-게이트(73)와 트랜지스터(81)의 게이트 사이에는 스위치(76)가 배치되어 있어, 제1 신호의 부재 시 트랜지스터(81)가 검출 출력을 발생할 가능성을 회피할 수 있다. 또한, 스위치(76)는 제어기(120)가 슬립 모드를 정상 모드로 시프트한 직후, 및 그 반대로 시프트한 직후의 단시간 동안만 개방되도록 제어기(120)에 의해 제어됨으로써, 감소된 진폭의 신호가 슬립 모드에서 웨이크-업 범위를 넘어설 때 검출 출력(Dout)이 발생되지 않으며, 상기 2가지 모드 간의 전이 동안 회로에 나타나는 갑작스런 전압 변화로 인해 일어날 수 있는 유사한 오류의 검출 출력이 발생되지 않도록 한다. 또한, 출력 제공기(80)는 웨이크-업 모드에서 발생되는 제1 신호를 삭제하거나 스위치(76)를 통과할 때에도 생기는 유사한 노이즈를 삭제하는 노이즈 필터를 구비하도록 구성될 수도 있다.
도 1을 다시 참조하면, 무선 송신기(90)는 레귤레이터(92), 클록(93), 펄스 발생기(94), 및 드라이버(96)를 포함하도록 구성되어 있다. 레귤레이터(92)는 검출 출력(Dout)이 수신될 때마다, 즉 인간의 존재가 인식될 때마다, 단시간 동안만 안정한 동작 전압 VREG를 클록(93) 및 드라이버(96)에 제공하도록 구성되어 있다. 즉, 레귤레이터(92)는 검출 출력(Dout)에 의해 트리거되어 전원(100)으로부터의 전력을 사용하여 동작 전압 VREG를 공급하고, 트리거되지 않으면 동작 전압을 전혀 공급하지 않는다. 동작 전압 VREG를 수신하면, 클록(93)은 펄스 발생기(94)에 클록 신호를 제공하도록 활성화되고, 상기 펄스 발생기(94)는 클록 신호에 기초하여 센서 디바이스를 어드레스가 있는 경우나 없는 경우에 따라 검출 출력의 존재를 식별하는 단펄스(short pulse)를 발생한다. 드라이버(96)는 레귤레이터(92)로부터의 동작 전압 VREG에 의해 활성화되어, 펄스 발생기(94)로부터 단펄스를 수신하고 상기 단펄스를 안테나(97)를 통해 무선 검출 신호(RS)로서 방사한다. 무선 송신기(90)는 레귤레이터(92) 및 펄스 발생기(94)에 지속적으로 전력을 공급하는 전력 입력(91)을 가지고 있으므로 레귤레이터(92) 및 펄스 발생기(94)는 검출 회로(50)로부터의 검출 출력(Dout)에 신속하게 응답하여 클록(93) 및 드라이버(96)를 활성화시킬 준비가 되어 있다. 드라이버(96)는 증폭기를 포함하여 무선 송신기(90)의 어떤 다른 구성요소들보다 더 전력을 소비하는 반면 펄스 발생기(94) 및 레귤레이터(92)는 동작 전압을 제공하지 않는 아이들 모드(idle mode)에서 전력을 거의 소비하지 않는다. 따라서, 검출 출력(Dout)의 부재 시, 무선 송신기(90)는 전력을 덜 소비하므로 센서 디바이스의 동작 수명을 연장할 수 있다. 또한, 레귤레이터(92)는 검출 출력(Dout)을 수신할 때마다 단시간 동안만 동작 전압 VREG를 공급하고, 무선 송신기(90)는 무선 신호(RS)를 송신한 직후에 저 전력 소비 모드로 리셋된다는 것에 유의하라. 무선 신호는 인간의 존재나 또는 검출된 결과를 인식하기 위해 근처의 수신기에서 수신된다.
펄스 발생기(94)는 반송파를 사용하지 않고 수백 피코세컨드 범위 정도의 초단파를 사용하는 무선 통신 기술에 의해 초광대역 송신(UWB) 시스템을 구성하도록 되어 있다. 그러므로 상기 시스템은 데이터를 전송할 때 소량의 전력만을 필요로 한다. 본 실시예에서 데이터는 기본적으로, 검출 출력(Dout)이 H-레벨인지 아닌지를 식별하는 1비트 신호로 구성되어 있으므로 매우 짧은 송신 시간만을 필요로 한다. 예를 들어, 무선 송신기(90)가 10초마다 무선 검출 신호(RS)를 송신할 때, 각각의 전송이 평균 동작 전압 2 mA에서 1 밀리세컨드 내에 완료되므로 단지 0.2 ㎂만을 소비한다. 이 방식으로, UWB 시스템의 무선 송신기(90)는 저 에너지 소비 모드로 동작 가능하므로 센서 시스템의 전력 요건을 감소시키게 된다.
전원(100)은 솔라셀(110)에서 공급하는 전압을 증폭하는 전압 부스터(102), 및 이러한 전력을 신호 처리 회로(20), 검출 회로(50) 및 무선 송신기(90)에 공급하기 위해 상기 증폭된 전압을 축적하는 캐패시터(104)를 구비하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 전술한 회로들(20, 50), 무선 송신기(90) 및 전압 부스터(102)는 각각 평균 소비 전류 5㎂로 동작하고 정상 동작 전압 4V 및 최소 동작 전압 2V를 필요로 하도록 설계되어 있다. 본 예에서, 센서 디바이스의 전체적인 시스템은 10㎼ 내지 20㎼를 소비한다. 전압 부스터(102)가 전기 변환 손실에 대해서는 감지하지 못하는 것으로 제공되는 경우에는, 솔라셀(110)은 20㎼ 이상의 전력 발생 용량을 가져야 하는데, 이는 약 200 lux 이상의 조명에서 유효 표면 영역 3cm2를 갖는 아몰퍼스 광전지 셀(amorphous photovoltaic cell)을 사용하는 것만으로 용이하게 달성될 수 있다. 그러므로 센서 디바이스는 소형의 솔라셀을 사용할 수 있으므로 소형으로 조립될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 센서 디바이스를 도시하며, 본 실시예는 제어기(120)가 솔라셀(110)에서 발생하는 전력 레벨을 감시하여 소정의 전력 레벨과 비교하는 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하다. 동일한 구성요소는 동일한 도면부호로 표시하고 반복되는 설명은 생략한다. 전력 레벨이 소정의 전력 레벨 이 상인한, 제어기(120)는 정상 모드를 고정하도록 응답하여, 즉 슬립 모드로 동작하지 않도록 하여, 전체적인 시스템이 즉각적으로 검출할 수 있도록 유지한다. 그렇지 않으면, 제어기(120)는 에너지를 절약하기 위해 정상 모드와 슬립 모드 사이를 시프트할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 다른 센서 디바이스를 도시하며, 본 실시예는 센서(10)가 광전지 셀로 만들어진 조명 센서로서 구성되어 있는 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하다. 본 실시예에서, 광전지 셀(10)은 전력 발생 소자(110)로서 공통으로 사용된다. 동일한 구성요소는 동일한 도면부호로 표시하고 반복되는 설명은 여기서 생략한다.
전술한 실시예들은 인간의 동작 및 조명 레벨을 검출하기 위한 센서들에 대해 설명하였지만, 본 발명은 특정한 실시예들에 제한되는 것으로 해석되어서는 안 되며 온도 센서, 바이브레이션 센서, 또는 감지된 파라미터가 소정의 임계값을 초과하거나 임계 범위를 넘어서는 경우에 검출 출력을 제공하는 센서 등의 어떠한 다른 센서도 망라할 수 있다. 마찬가지로, 전력 발생 소자도 열적 또는 기계적 에너지와 같은 외부 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 것이라면 어떠한 것이라도 된다.

Claims (7)

  1. 타겟 대상을 감지하여 상기 타겟 대상의 상태를 나타내는 가변 레벨의 센서 신호를 제공하도록 구성된 센서;
    상기 센서 신호를 증폭하여 증폭된 전기 아날로그 신호를 제공하도록 구성된 신호 처리 회로;
    상기 증폭된 전기 아날로그 신호를 수신하고 상기 증폭된 전기 아날로그 신호가 소정의 검출 임계값 이상이면 검출 출력(Dout)을 제공하도록 구성된 검출 회로;
    상기 검출 신호에 응답하여 무선 검출 신호(RS)를 송신하도록 구성된 무선 송신기;
    상기 신호 처리 회로, 상기 검출 회로, 및 상기 무선 송신기에 전력을 제공하도록 구성된 전원(power supply); 및
    외부 에너지를 상기 전원에 축적될 상기 전력으로 변환시키는 전력 발생 소자
    를 포함하고,
    상기 검출 출력에만 응답하여 상기 무선 송신기를 활성화시켜, 상기 무선 송신기가 상기 무선 검출 신호를 발생하게 하는 제어기가 제공되며,
    상기 무선 송신기는,
    상기 전원으로부터 상기 전력을 공급받으며, 상기 검출 회로로부터 상기 검출 출력(Dout)을 수신한 경우에만 단시간 동안에 동작 전압을 제공하도록 구성된 레귤레이터;
    상기 동작 전압을 수신하면 활성화되어 클록 신호를 제공하도록 구성된 클록;
    상기 클록 신호에 기초하여, 상기 검출 출력의 존재를 식별하는 단펄스(short pulse)를 발생하도록 구성된 펄스 발생기; 및
    상기 단펄스를 안테나를 통해 상기 무선 검출 신호로서 방사시키기 위해 상기 레귤레이터로부터 상기 동작 전압을 수신하면 활성화되도록 구성된 드라이버
    를 포함하는, 무선 센서 디바이스.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 정격 전력(rated power)에 비례하는 정격 진폭의 전기 신호(Vout)를 얻기 위해 상기 정격 전력으로 상기 신호 처리 회로를 동작시키는 정상 모드, 및 감소된 전력(reduced power)에 비례하는 저 진폭의 전기 신호(Vout)을 얻기 위해 상기 감소된 전력으로 상기 신호 처리 회로를 동작시키는 슬립 모드를 제공하도록 구성되며,
    상기 검출 회로는 상기 검출 임계값보다 낮은 웨이크-업 임계값을 갖도록 구성되며,
    상기 제어기는 정격 진폭의 전기 신호(Vout)가 상기 검출 임계값보다 낮아지는 경우에 상기 정상 모드를 상기 슬립 모드로 전환시키고, 상기 저 증폭된 전기 신호가 상기 웨이크-업 임계값 이상이 될 때까지 상기 슬립 모드를 유지하도록 구성되며,
    상기 검출 회로는 상기 정상 모드에서 정격 진폭의 전기 신호(Vout)가 상기 검출 임계값 이상일 때 상기 검출 출력(Dout)을 제공하도록 구성되는, 무선 센서 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 센서는 적외선을 발생시키는, 상기 타겟 대상의 모션 검출용 적외선 센서이고, 상기 타겟 대상의 모션에 응답하여 포지티브 방향 또는 네거티브 방향으로 가변하는 센서 신호를 제공하며,
    상기 검출 회로는 상기 검출 임계값의 포지티브 상한값 및 네거티브 하한값으로 규정된 검출 범위(A1-A2), 및 상기 웨이크-업 임계값의 포지티브 상한값과 네거티브 하한값으로 규정된 웨이크-업 범위(B1-B2)를 제공하는 임계값 선택기를 가지며,
    상기 검출 회로는 상기 임계값 선택기로부터 상기 검출 범위 및 상기 웨이크-업 범위를 선택적으로 수신하는 비교기 유닛을 포함하며,
    상기 비교기 유닛은, 정격 진폭의 전기 신호(Vout)가 상기 검출 범위 이상인 경우 또는 저 진폭의 전기 신호(Vout)가 상기 웨이크-업 범위 이상인 경우에는 제1 신호(Cout)를 발생하고, 그렇지 않은 경우에는 제2 신호(Cout)를 발생하며,
    상기 제어기는 상기 제1 신호(Cout)에 응답하여 상기 검출 범위를 선택하고 상기 제2 신호(Cout)에 응답하여 상기 웨이크-업 범위를 선택하며,
    상기 검출 회로는 상기 정상 모드에서 상기 제1 신호(Cout)가 나타날 때만 상기 검출 출력을 제공하는, 무선 센서 디바이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 검출 회로는 출력 제공기를 포함하며, 상기 출력 제공기는 상기 비교기 유닛으로부터 제1 신호를 그 입력에서 수신한 때 상기 검출 출력(Dout)을 발생시키도록 구성되어 있는, 무선 센서 디바이스.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 전원에 축적되어 있는 상기 전력의 레벨을 감시하여 상기 전력이 소정의 전력 레벨 이상이면 상기 정상 모드를 유지하고 상기 슬립 모드로 전환되지 않게 하도록 접속되어 있는, 무선 센서 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 조명 레벨을 감지하기 위해 제공되고, 광을 전기 에너지로 변환 시키는 광전지 셀에 의해 구성되며, 상기 광전지 셀은 또한 전력을 상기 전원에 축적하는 상기 전력 발생 소자를 구성하는, 무선 센서 디바이스.
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