TW201420007A - 可利用光能轉換成電能的感測裝置及其轉換方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種可利用光能轉換成電能的感測裝置及其轉換方法。此感測裝置包括一光電轉換模組、一電力調整模組、一感測模組與一處理模組。光電轉換模組用以將光能轉換為電能。電力調整模組用以依據電能以產生一供電規格。感測模組依據電能進行感測，以提供一感測信號。處理模組依據電能而對感測信號進行處理。

Description

可利用光能轉換成電能的感測裝置及其轉換方法

本發明為一種可利用光能轉換成電能以作為獨立電源的感測裝置，特別是有關於適用於具有穩定光源之溫室，可藉由光電轉換產生電能作為電源，使得感測裝置無需加裝電池或外接電源即可進行感測作業的感測裝置。

先前技術中，溫室養殖時，為了解溫室內的培植環境變化與分析植物的生長情形，會於培植環境內多處放置感測器。然而，各感測器需要電源，當其配置於場域各處時，電力線與通信線的配置複雜相對較高，配置和維護相當不便，故廠商多改使用無線感測器以降低通信線路的配置複雜性。然而當使用無線感測器時，無線感測器內必須配置供電的電池或是蓄電組件，因此，廠商需週期性、或是供電組件的最短使用壽命內、或是藉由任一種檢測手段，來判斷無線感測器是否正常運作，當無法運作時，就必須進行更換電池、蓄電組件、或無線感測器的作業。因無線感測器眾多，且每一無線感測器的佈建位置不同，電池或蓄電組件是否尚有電源的狀態不一，因此作業亦相當繁瑣及不便。若採用定期全部更換，其成本將增加，因此業界需要一種解決方案，能夠解決檢查和更換電源的問題。

本發明的技術目的在於，提供一種感測裝置，其藉由光電轉換產生供自身獨立運作的電能，以進行感測作業。

為達到上述目的，本發明揭露一種可利用光能轉換成電能的感測裝置，其包括一光電轉換模組、一電力調整模組、一感測模組與一處理模組。光電轉換模組用以轉換一光能為一電能。電力調整模組用以調整電能產生一電力規格。感測模組依據電能以進行一感測作業以產生一感測信號。處理模組依據電能而對感測信號進行處理作業。

本發明另揭露一種感測裝置的光能轉換成電能的方法，其包含：經由一光電轉換模組轉換一光能為一電能；經由一感測模組於取得該電能時進行感測作業，以產生一感測信號；以及經由一處理模組於取得該電能時對該感測信號進行一處理作業。

本發明所揭露的感測裝置，其具有於光源下即可運作，因此感測裝置不需另行配置電源，如配置電源線、配備電池或蓄電阻件，可降低整體的建置成本及後續的維護的人力成本。本案尤其適用於具有穩定、大量光源的場地，例如具有人工光源的溫室。此外，本案尚可藉由電力調整模組的電能調整能力，以有效率的供電整個感測裝置的元件，較能增進感測裝置的運作效能。更進一步時，本案還可藉由電力調整模組以連接多個感測模組來進行感測作業，降低建置成本。

茲配合圖式將本發明實施例詳細說明如下。

請參閱圖1繪示本發明實施例之感測裝置10第一種結構示意圖。此感測裝置10需配置於具有光源的場地。感測裝置10包括一光電轉換模組13、一電力調整模組14、一第一感測模組11與一處理模組15。電力調整模組14用以鏈結光電轉換模組13，第一感測模組11鏈結電力調整模組14。

光電轉換模組13需配置於光源發出的光可照到的地點。光源可為自然光源或是配置於室內環境的人工光源裝置20，自然光源如太陽，人工光源裝置20如日光燈、燈泡、或是可發射出帶有一定程度光能的光線的發光設備、裝置或是組件。此光電轉換模組13可為太陽能板、太陽能電池或是任一種具光電轉換能力的光電轉換器或組件。當光電轉換模組13接收到光源發出的光時，會將光能轉換為電能。

電力調整模組14鏈結光電轉換模組13，會取得光電轉換模組13轉換出的電能，並調整所取得電力以產生一供電規格。此供電規格是滿足、或超出感測裝置10的所有元件運作的電力需求，亦或是滿足感測裝置10運作期間，不同工作時段需使用元件於運作時需要的最低電力要求，最基本要符合感測模組與處理模組15的供電要求。經調整後 的電能會符合上述的供電規格。

電力調整模組14可以是類比數位轉換單元、數位類比轉換單元、穩壓單元、整流單元、濾波單元與信號放大單元之其一，或是兩者以上的組合，端視設計人員想依據何種方式來調整電能以符合供電規格之需求而定，並不設限。

第一感測模組11鏈結電力調整模組14以取得電能，當需進行感測作業時，即可依據取得的電能而進行一感測作業。依據第一感測模組11的類型，第一感測模組11會進行對應的感測作業。如第一感測模組11可以是用來感測環境的空氣成份、土壤成份、溫度、濕度、照度、酸鹼值、光線、紅外線、體溫、二氧化碳、一氧化碳、氧氣濃度及聲音感測…等任一種類型的感測模組。

更進一步時，第一感測模組11可以是包含一個以上的感測元件，例如溫度、濕度、照度三種感測元件的組合，以一次性感測一個以上的環境數值(可為相同或不同種類)，以產生一個或以上數量的第一感測信號。

再另一些實施例中，感測裝置10更可包含有一第二感測模組12(圖1中未顯示，繪示於圖2)，第二感測模組12同樣鏈結電力調整模組14以於取得電能，當需進行感測作業時，亦依據取得的電能而進行一感測作業。依據第二感測模組12類型及具有的感測元件數量，可以和第一感測模組11相同、部分相同、或是全部不同，其亦可以一次性感測一個以上的環境數值，以產生一個或以上數量的第二感 測信號。其中，若第一感測模組11與第二感測模組12為相同感測元件時，第一感測信號與第二感測信號則為相同的感測信號；相反的，若第一感測模組11與第二感測模組12為不同感測元件時，第一感測信號與第二感測信號則為不同的感測信號。第一感測模組11與第二感測模組12的實體位置，可以佈建在鄰近位置，也可以分別佈建在不同位置，以進行在不同的位置的感測作業。

處理模組15在取得電能後，會開始接收第一感測模組11傳輸的第一感測信號，並對接收的第一感測信號進行一第一處理作業。此第一處理作業可為對第一感測信號進行分析以產生環境感測分析結果，亦或是對第一感測信號進行取樣，以取出所需要樣本信號，亦或是將信號藉由一壓縮手段進行壓縮，亦或是將第一感測信號暫存於感測裝置10內建或是處理模組15自有記憶體的空間內。然而，第一處理作業可包括上述的「分析、取樣、壓縮與儲存」等手段中的一種，或是兩種以上的組合運用，並不設限，端視設計人員需求而定。而且，資料壓縮手段是運用現今已知的資料壓縮手段，在此不贅述。

當感測裝置10包含有第二感測模組12時，處理模組15亦會接收第二感測模組12傳輸的第二感測信號，並對接收的第二感測信號進行一第二處理作業。此第二處理作業亦包括上述的「分析、取樣、壓縮與儲存」等手段中的一種，或是兩種以上的組合運用。而且，第一處理作業與 第二處理作業可為相同或不同的技術手段，端視設計人員需求而定。

更進一步者，第一感測模組11在取得電能後，可依據設計以自發性的進行感測作業與傳輸第一感測信號予處理模組15，例如設定一感測時間表或依據一固定的間隔時間，來進行感測作業。在另一些特定實施例中，感測時間表或固定間隔時間可儲存在處理模組15，然後由處理模組15依據感測時間表或固定間隔時間，發出一啟動訊號並傳送給第一感測模組11，使得第一感測模組11可持續性進行感測作業，或是間斷性進行感測作業。

第二感測模組12在取得電能後，可依據設計以自發性的進行感測作業與傳輸第二感測信號予處理模組15。以及，第二感測模組12可持續性進行感測作業，或是間斷性進行感測作業。

亦或是，處理模組15於取得電能後發送控制信號予第一感測模組11與第二感測模組12，以藉由發送控制信號的時機來控制第一感測模組11與第二感測模組12的感測作業執行時機。

請參閱圖2繪示本發明實施例之感測裝置第二種結構示意圖。與前例不同在於，感測裝置10更包括一蓄電模組16。此蓄電模組16可為蓄電池或是其它相類似可儲存電能的儲能模組、電路、裝置、元件或組件。此蓄電模組16鏈結光電轉換模組13與電力調整模組14。光電轉換模組13 轉換出的電能會儲存於蓄電模組16，再由其提供電能予電力調整模組14，以供其調整電能而產生上述供電規格。

更進一步者，蓄電模組16會持續儲存此電能，直至儲存的電能到達一電能儲蓄量時，再供電予電力調整模組14。此電能儲蓄量為感測模組與處理模組15運作的必要電能能量，避免感測模組與處理模組15運作時因電能不足而運作中斷。而當儲存的電能低於上述電能儲蓄量時，蓄電模組16即暫停供電，直到電能再次到達電能儲蓄量時，再進行供電。

請參閱圖3繪示本發明實施例之感測裝置第三種結構示意圖。與前例不同在於，感測裝置10更包括一傳輸模組17，其用以連接一終端裝置30。此傳輸模組17鏈結處理模組15。處理模組15在執行(1)對第一感測信號進行第一處理作業、(2)對第二感測信號進行第二處理作業、或是執行完(1)及(2)兩作業後會產生一處理結果。處理模組15會透過傳輸模組17傳輸處理結果至終端裝置30。此終端裝置30會於取得此處理結果後進行對應性的動作，如分析、儲存或是轉送處理結果。傳輸模組17可以是一般市售有線或無線的傳輸裝置，經由有線或無線通訊網路和終端裝置30進行通訊。此為習知技術，在此不多作贅述。

在另一些實施例中，圖2與圖3揭露傳輸模組17與蓄電模組16可同時配置於感測裝置10內。

請參閱圖4繪示本發明實施例之感測裝置的光能轉換成電能的流程示意圖。請配合圖1至圖3以利於了解。此方法包括：

經由一光電轉換模組13轉換一光能為一電能(步驟S110)。光電轉換模組13是配置於光源(自然光源或人工光源裝置20)發出的光可照到的地點，並於接收到光源發出的光時，會將光能轉換為電能。

經由一感測模組於取得電能時進行感測作業，以產生一感測信號(步驟S120)。如前述，第一感測模組11取得電能時進行感測作業，以產生第一感測信號。此第一感測信號會被傳輸至處理模組15。

經由一處理模組15於取得電能時對感測信號進行一處理作業(步驟S130)。如前述，處理模組15會在取得電能時開始運作，以接收第一感測信號與第二感測信號，並對第一感測信號進行第一處理作業，對第二感測信號進行第二感測作業。

由處理模組15對感測信號進行處理作業以產生處理結果(步驟S140)。處理模組15在處理第一感測信號與第二感測信號之至少其一者後，會產生處理結果，並透過傳輸模組17傳輸處理結果至終端裝置30(步驟S150)，以供終端裝置30依據處理結果進行對應性的運算行為。

請參閱圖圖5，繪示本發明實施例中，更進一步在步驟S110和S120之間的流程示意圖。在步驟S110和S120 之間，可經由一電力調整模組14調整電能以符合感測模組與處理模組15的供電規格(步驟S116)。此電力調整模組14會取得光電轉換模組13轉換出的電能，並調整所取得電力以產生一供電規格，此供電規格是滿足或超出感測裝置10的各元件運作的電力需求。

更進一步者，可於步驟S110後、步驟S116前，先進行經由一蓄電模組16儲存電能，再供電予感測模組與處理模組15。此步驟包括：先經由蓄電模組16儲存電能(步驟S112)，接著判斷儲存的電能是否到達一電能儲蓄量(步驟S113)。當蓄電模組16儲存的電能到達電能儲蓄量時，由蓄電模組16供電予感測模組與處理模組15(步驟S114)。故，電能儲蓄量需為感測模組與處理模組15運作時的必要電能能量。以圖1為例，蓄電模組16指定的電能儲蓄量至少包括處理模組15與第一感測模組11運作時必要的電能能量。以圖3為例，蓄電模組16指定的電能儲蓄量至少包括處理模組15、第一感測模組11、第二感測模組12與傳輸模組17運作時必要的電能能量。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧感測裝置

11‧‧‧第一感測模組

12‧‧‧第二感測模組

13‧‧‧光電轉換模組

14‧‧‧電力調整模組

15‧‧‧處理模組

16‧‧‧蓄電模組

17‧‧‧傳輸模組

20‧‧‧人工光源裝置

30‧‧‧終端裝置

S110~S150‧‧‧步驟

圖1繪示本發明實施例之感測裝置第一種結構示意圖。

圖2繪示本發明實施例之感測裝置第二種結構示意圖。

圖3繪示本發明實施例之感測裝置第三種結構示意圖。

圖4繪示本發明實施例之感測裝置的光能轉換成電能的流程示意圖。

圖5繪示本發明另一實施例之感測裝置的光能轉換成電能的細部流程示意圖。

10‧‧‧感測裝置

11‧‧‧第一感測模組

13‧‧‧光電轉換模組

14‧‧‧電力調整模組

15‧‧‧處理模組

20‧‧‧人工光源裝置

Claims (19)

1. 一種可利用光能轉換成電能的感測裝置，其包括：一光電轉換模組，用以轉換一光能為一電能；一電力調整模組，鏈結該光電轉換模組，用以調整該電能以產生一供電規格；一第一感測模組，鏈結該電力調整模組，用以依據該電能以進行一感測作業產生一第一感測信號；以及一處理模組，鏈結該電力調整模組及該第一感測模組，用以依據該電能以對該第一感測信號進行一第一處理作業。
2. 如申請專利範圍第1項所述可利用光能轉換成電能的感測裝置，其中該電力調整模組包括類比數位轉換單元、數位類比轉換單元、穩壓單元、整流單元、濾波單元與信號放大單元之至少其一。
3. 如申請專利範圍第1項所述可利用光能轉換成電能的感測裝置，其中該光電轉換模組為太陽能板或光電轉換器。
4. 如申請專利範圍第1項所述可利用光能轉換成電能的感測裝置，其中該第一處理作業包括對該第一感測信號作分析、取樣、壓縮與儲存之至少其一。
5. 如申請專利範圍第1項所述可利用光能轉換成電能的感測裝置，其中更包括一傳輸模組，鏈結該處理模組，該處理模組對該第一感測信號進行該第一處理作業以產生一處理結果，該傳輸模組傳輸該處理結果至一終端裝 置。
6. 如申請專利範圍第1項所述可利用光能轉換成電能的感測裝置，其中更包括一蓄電模組，鏈結該光電轉換模組和該電力調整模組，用以儲存該光電轉換模組所轉換之該電能，再供電予該電力調整模組以調整該電能以產生該供電規格。
7. 如申請專利範圍第6項所述可利用光能轉換成電能的感測裝置，其中該蓄電模組儲蓄該電能，且於該電能到達一電能儲蓄量時，供電予該電力調整模組。
8. 如申請專利範圍第7項所述可利用光能轉換成電能的感測裝置，其中該電能儲蓄量為該第一感測模組與該處理模組運作時的必要電能能量。
9. 如申請專利範圍第1項所述可利用光能轉換成電能的感測裝置，其中該感測裝置配置於具人工光源裝置的一室內環境，且該光電轉換模組設置於該人工光源裝置下，該光源係由該人工光源裝置提供。
10. 如申請專利範圍第1項所述可利用光能轉換成電能的感測裝置，其中該裝置更包括：一第二感測模組，鏈結該電力調整模組，用以依據該電能以進行一感測作業產生一第二感測信號；且其中該處理模組更包括鏈結該第二感測模組，且用以依據該電能以對該第二感測信號進行一第二處理作業。
11. 如申請專利範圍第10項所述可利用光能轉換成電能的感測裝置，其中該第一感測模組和該第二感測模組係為 不同感測元件，該第一感測信號和該第二感測信號係為不同感測信號。
12. 一種感測裝置的光能轉換成電能的方法，其包含：經由一光電轉換模組轉換一光能為一電能；經由一感測模組於取得該電能時進行感測作業，以產生一感測信號；以及經由一處理模組於取得該電能時對該感測信號進行一處理作業。
13. 如申請專利範圍第12項所述感測裝置的光能轉換成電能的方法，其中經由一光電轉換模組轉換一光能為一電能之該步驟後更包括：經由一電力調整模組調整該電能以符合該感測模組與該處理模組的供電規格。
14. 如申請專利範圍第13項所述感測裝置的光能轉換成電能的方法，其中，該電力調整模組調整該電能的方式包括類比數位轉換、數位類比轉換、穩壓、整流、濾波與信號放大之至少其一。
15. 如申請專利範圍第12項所述感測裝置的光能轉換成電能的方法，其中該處理作業包括對該感測信號作分析、取樣、壓縮與儲存之至少其一。
16. 如申請專利範圍第12項所述感測裝置的光能轉換成電能的方法，其中經由一處理模組於取得該電能時對該感測信號進行一處理作業之該步驟後更包括：由該處理模組對該感測信號進行處理作業以產生 一處理結果；以及由該傳輸模組傳輸該處理結果至一終端裝置。
17. 如申請專利範圍第12項所述感測裝置的光能轉換成電能的方法，其中經由一光電轉換模組轉換一光能為一電能之該步驟後更包括：經由一蓄電模組儲存該電能，再供電予該感測模組與該處理模組。
18. 如申請專利範圍第17項所述感測裝置的光能轉換成電能的方法，其中經由一蓄電模組儲存該電能，再供電予該感測模組與該處理模組之該步驟更包括：經由該蓄電模組儲存該電能，並判斷該電能的儲存到達該電能儲蓄量時，由該蓄電模組供電予該感測模組與該處理模組。
19. 如申請專利範圍第18項所述感測裝置的光能轉換成電能的方法，其中該電能儲蓄量為該感測模組與該處理模組運作時的必要電能能量。