TWM548267U - 智慧型熱電堆開關裝置 - Google Patents

Description

智慧型熱電堆開關裝置

本創作係有關於一種開關，特別是關於一種智慧型熱電堆開關裝置。

目前，傳統的開關有幾種模式，第一種是接觸式開關，使用者直接按壓，或者透過觸摸(觸控式)來進行開關的動作，例如，一般的電燈、電器開關；第二種是非接觸式，使用者直接在開關的短距離或長距離的感測範圍內出現，即可進行開關，例如，傳統的紅外線人體感測器開關、紅外線水龍頭開關、小便斗開關等；第三種是遙控式，透過一個遙控器來進行開關，例如，一般的電視遙控器、音響遙控器等。另外一種智慧型開關，則成為未來的市場火紅的趨勢，其具有互聯網(Internet of Things,IOT)功能，也就是每個開關都可與網路連線，進而與行動設備、遠端控制設備進行互動。

非接觸式的開關運用場所非常多，不過，目前的解決方案多半是運用紅外線收發器或紅外線人體感測器(Passive Infrared Sensor,PIR)來進行偵測，這兩種方案都有許多因環境變異而產生誤判的情形，而導致水龍頭的開關應用方案上常有不出水、出水時間錯誤，在電燈開關應用方案有不該關時關閉，不該開時自動開啟的問題。

鑒於以上非接觸式的開關問題，如何能設計一款能夠同時符 合非接觸開關的應用，並且，可以衍生為互聯網(IOT)的解決方案，成為智慧型開關開發廠商所希求的發展方向。

為達上述目的，本新型提供一種智慧型熱電堆開關裝置，運用熱電堆(Thermopile)可準確偵測溫度的特性，讓所偵測到的短距離與中長距離的溫度於人體溫度的範圍來做為判斷是否進行開關啟動的依據，進而可解決傳統技術的錯誤判斷問題。

本新型提供一種熱電堆式開關裝置，包含：一種智慧型熱電堆開關裝置，包含：一熱電堆感測器、一低雜訊放大器、一類比數位轉換器及一微控制器。其中，熱電堆感測器感測一第一物件之熱，並轉換為一感測訊號；低雜訊放大器連接該熱電堆感測器，將該感測訊號放大並濾除雜訊；類比數位轉換器連接該低雜訊放大器，將經放大之該感測訊號轉換為一數位訊號；微控制器連接該類比數位轉換器，該微控制器包括一第一偵測模式，接收該數位訊號並轉換為一第一物件溫度值，當該第一物件溫度值落於一人體溫度範圍時，產生一致能訊號以致能一第一負載。

本新型另提供一種智慧型熱電堆開關裝置，包含：一熱電堆感測器，感測一第一物件之熱，並轉換為一感測訊號；一低雜訊放大器，連接該熱電堆感測器，將該感測訊號放大並濾除雜訊；一類比數位轉換器，連接該低雜訊放大器，將經放大之該感測訊號轉換為一數位訊號；及一微控制器，連接該類比數位轉換器，該微控制器包括一第一偵測模式，接收該數位訊號並轉換為一第一物件溫度值，當該第一物件溫度值落於一警示範圍時，產生一致能訊號以致能一第一負載。

為讓本創作之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下(實施方式)。

10‧‧‧智慧型熱電堆開關裝置

11‧‧‧熱電堆感測器

12‧‧‧低雜訊放大器

13‧‧‧類比數位轉換器

14‧‧‧微控制器

20‧‧‧負載

21‧‧‧第一負載

22‧‧‧第二負載

29‧‧‧第N負載

30‧‧‧物件

31‧‧‧第一物件

32‧‧‧第二物件

33‧‧‧第三物件

34‧‧‧第N物件

40‧‧‧網路傳輸模組

50‧‧‧網際網路

60‧‧‧行動設備

70‧‧‧電熱水器

71‧‧‧熱源產生器

72‧‧‧溫度調節器

80‧‧‧水閥

90‧‧‧透鏡組

100‧‧‧警報器

第1A圖係本新型之智慧型熱電堆開關裝置之一實施例的功能方塊圖。

第1B圖係本新型之第1A圖之智慧型熱電堆開關裝置之一具體實施例。

第2A圖係本新型之智慧型熱電堆開關裝置之又一實施例的功能方塊圖。

第2B圖係本新型之第2A圖之智慧型熱電堆開關裝置之一具體實施例。

第2C圖係本新型之第2A圖之智慧型熱電堆開關裝置之又一具體實施例。

第3A圖係本新型之智慧型熱電堆開關裝置之又一實施例的功能方塊圖。

第3B圖係本新型之第3A圖之智慧型熱電堆開關裝置之一具體實施例。

第4圖係本新型之智慧型熱電堆開關裝置之又一具體實施例。

根據本新型的數個實施例，本新型提供一種智慧型熱電堆開關裝置，運用熱電堆(Thermopile)可準確偵測溫度的特性，讓所偵測到的短距離與中長距離的溫度於人體溫度的範圍來做為判斷是否進行開關啟動的依據，進而可解決傳統技術的錯誤判斷問題，同時，透過熱電推可偵測環境溫度、應用物本身的溫度等，構成一反饋的機制，讓產品應用領域更廣， 更可透過網路傳輸模組來實現互聯網的功能，產生了單一裝置多種應用功能的特殊技術功效。

首先，請參考第1A圖，本新型之智慧型熱電堆開關裝置之一實施例的功能方塊圖，本新型提供的智慧型熱電堆開關裝置10，包含：熱電堆感測器11、低雜訊放大器12、類比數位轉換器13與微控制器14。其中，熱電堆感測器11感測物件30所產生的熱，並轉換為感測訊號，一般來講，這個感測訊號為電壓值，並且，電壓值很小，約為微伏特(uV)等級。低雜訊放大器12連接熱電堆感測器11，將感測訊號放大並濾除雜訊。本新型運用了低雜訊放大器，一方面讓熱電堆感測器11的增益增加，另一方面，將環境雜訊濾除，這是由於感測訊號非常微小，環境雜訊就顯得很大，因此，需要較高感度的低雜訊放大器12來執行此項任務。類比數位轉換器13連接低雜訊放大器12，將經放大之感測訊號轉換為數位訊號。微控制器14，連接類比數位轉換器13，微控制器14包括第一偵測模式，用來判斷是否有人體位於偵測範圍當中。也就是，微控制器14於接收數位訊號後轉換為第一物件溫度值，並依據其記憶體所記錄的一人體溫度範圍來進行判斷，當第一物件溫度值落於人體溫度範圍時，產生致能訊號以致能負載20，也就是，讓負載20當中的開關進行開啟或關閉的動作。

在不同的應用條件下，致能的條件也不同。

請參考第1B圖，本新型之第1A圖之智慧型熱電堆開關裝置之一具體應用例，其為運用於水龍頭控制水閥的實施例，也可運用於小便斗水閥。在此實施例中，若水閥80是水龍頭控制水閥，則第一物件31是手部，其溫度會越低於人體體溫37℃，大約在35-36.8℃之間，當然，若使用者發燒 期間，或者，使用者當摸到燙的東西，導致手部局部溫度較高的情形，也是有可能的。因此，本新型並不限定於較窄的人體溫度範圍。在水龍頭的應用情境下，負載20就是開關，會在持續偵測到第一物件31的狀態下(偵測到第一物件31溫度落於人體溫度範圍之間的狀態)，持續發送致能訊號給負載20，讓其持續控制水閥80以持續開啟水龍頭的水流，當偵測不到第一物件31一段時間後，即可關閉負載20。

第1B圖的實施例若應用於小便斗，則需要不同的控制動作。在此實施例中，水閥80是小便斗出水控制水閥，則第一物件31是身體，溫度大約在35-37℃之間，同樣地，本新型不限定於較窄的人體溫度範圍。在小便斗的應用情境下，負載20就是開關，會在偵測到第一物件31的狀態下(偵測到第一物件溫度落於人體溫度範圍之間的狀態)，發送致能訊號給負載20，讓其開啟控制水閥80一小段時間後，關閉致能訊號；當偵測不到第一物件31後，再度開啟控制水閥80一小段時間後，停止致能訊號的傳輸。

各種不同的應用例，其控制方式，端視其需求，均可由微控制器14的編程實現。

如上所述者為短距離(5-30公分)的非接觸式應用，運用本新型更可實現中長距離的非接觸式應用，請參考第2A-2C圖。

第2A圖係本新型之智慧型熱電堆開關裝置之又一實施例的功能方塊圖。本新型提供的智慧型熱電堆開關裝置10，包含：熱電堆感測器11、低雜訊放大器12、類比數位轉換器13與微控制器14，在此實施例中，更運用了一個透鏡組90，讓熱電堆感測器11可以偵測到較遠的物件30，其餘與第1A圖相同，不再贅述。

接著，請參考第2B圖，其係本新型之第2A圖之智慧型熱電堆開關裝置10之一具體應用例。此實施例運用在電燈，也就是傳統採用紅外線人體感測器的應用領域。此類應用是希望人出現的時候，將燈開啟，人離開的時候，再將燈熄滅。不過，過去常發生一種情形，例如在電梯間或者廁所，當人靜止不動仍在現場時，燈卻熄滅了。運用本新型的智慧型熱電堆開關裝置10則不會發生這種情形。由於本實施例採用了透鏡組90，透鏡組90可讓智慧型熱電堆開關裝置10的感測距離增長，以及，濾除非紅外線波長的光，一般係透過於透鏡組90的單一濾鏡或者透鏡的薄膜濾鏡來將非紅外線波長的光濾除，以加強紅外線的相對強度。因此，智慧型熱電堆開關裝置10可以偵測較遠距離(例如，50-500公分)的物件，在本實施例中，即為第N物件34為人體。由於較遠距離的物件不會消失，溫度也不會飄移太多，因此，智慧型熱電堆開關裝置10可以持續偵測到第N物件34(人體)的存在，不會產生誤動作，誤將電燈啟動開關24在人不在的狀態下關閉。

接下來，請參考第2C圖，其係本新型之第2A圖之智慧型熱電堆開關裝置之又一具體應用例。此實施例運用在家電，例如電視、冰箱、瓦斯爐、抽油煙機、冷氣、電風扇等。這種產品應用可說是智慧家電領域，讓智慧家電得以實現。由於本實施例採用了透鏡組90，因此，智慧型熱電堆開關裝置10可以偵測較遠距離(例如，50-500公分)的物件，在本實施例中，即為第N物件34(人體)。由於較遠距離的物件不會消失，溫度也不會飄移太多，因此，智慧型熱電堆開關裝置10可以預先偵測到第N物件34(人體)的存在，進而讓智慧電視、智慧冷氣、智慧電風扇進行開啟；在智慧瓦斯爐與智慧冰箱上，若裝設有控制面板或者顯示燈等，可以先行開啟控制面板上 的歡迎之類的字幕，或者先行開啟燈的部分，可營造家電與人互動的美好氣氛。在智慧抽油煙機應用上，則可偵測瓦斯爐溫度，做抽風強度調整，亦可做瓦斯爐使用時間安全偵測與警告等。

第1A、2A圖的實施例中，熱電堆感測器11可採用單熱電堆感測器或矩陣型熱電堆感測器。其中，矩陣型熱電堆感測器可採用多個單一熱電堆感測器排列成矩陣，或者，選擇用微機電製程製作的矩陣型熱電堆感測器晶片。

除了前述的實施例外，本新型的智慧型熱電堆開關裝置10可進一步運用至與控制裝制反饋的功用，更進一步地，可運用至互聯網的應用。

接下來，請參考第3A圖，其係本新型之智慧型熱電堆開關裝置之又一實施例的功能方塊圖。本新型提供的智慧型熱電堆開關裝置10，包含：熱電堆感測器11、低雜訊放大器12、類比數位轉換器13與微控制器14。同樣地，可以搭配第2A圖的透鏡組90來做中長距離的應用。在智慧型熱電堆開關裝置10當中，各個元件的主要功能類似，在此實施例中，唯一的差別在於，熱電堆感測器11係採用矩陣型熱電堆感測器，如此，方可偵測多個物件。採用矩陣型熱電堆感測器的熱電堆感測器11可偵測如第3A圖的第一物件31、第二物件32、第三物件33至第N物件34，由於矩陣型熱電堆感測器係由多個單一的熱電堆感測器所構成，因此，每個熱電堆感測器可以偵測到不同物件的溫度，同樣藉由低雜訊放大器12、類比數位轉換器13將感測訊號傳送至微控制器14後，微控制器14可將其運算後，轉換為多個不同的物件溫度，分別為第一物件溫度、第二物件溫度、第三物件溫度... 第N物件溫度。掌握了不同的物件溫度，就可以進行不同的控制應用。

微控制器14還連接了第一負載21、第二負載22..第N負載29與網路傳輸模組40。可針對不同的負載，可執行不同的控制動作。例如，第一負載21可以是前述實施例的各種開關，第二負載可以是需進行回授控制的控制電路等等。網路傳輸模組40則可將不同的物件溫度，上傳到網際網路50，在傳送到行動設備60(或者，其他控制設備)以進行環境溫度的監控，或者，進行遠端控制。其中，負載可以是水龍頭控制閥開關、電燈啟動開關、電器啟動開關、儀器啟動開關等，其他應用如，嬰兒照護裝置(Baby monitor)、保全系統等等。

以下，就列舉一應用例，說明本新型第3A圖的應用。請參考第3B圖，其係本新型之第3A圖之智慧型熱電堆開關裝置之一具體應用例，運用於可動態調整水溫的智慧型水龍頭。第3B圖的實施例，可動態調整水溫的智慧型水龍頭具有可偵測環境溫度，並動態調整水溫的功能，例如，在冬天的時候，當偵測到手部的時候，慢慢將水溫提升，讓使用者感受到舒適感。或者，可以透過網際網路50以及行動設備60，預先調節水溫，當使用者開始使用時，即將溫水送出，讓使用者體驗到智慧型水龍頭的貼心出水服務。

在本應用例中，負載20即為開關，可由微控制器14所產生的致能訊號進行啟閉而控制水閥80的啟閉。此外，微控制器14還連結了電熱水器70的溫度調節器72，其可傳遞由熱電堆感測器11所感測的第二物件32(熱水)溫度，再進行動態地與溫度調節器72共同調控熱源產生器71以產生適當的水溫。

此外，熱電堆感測器11還可於無第一物件31(手)或第二物件32(熱水)的狀態下，量測第三物件33(環境)的溫度，也就是室溫。量測到室溫後，微控制器14可將此溫度傳遞至可動態調整水溫的智慧型水龍頭或者透過網路傳輸模組40傳送到行動設備60端。

換言之，在第3A圖的實施例中，微控制器14可以具備多種偵測與控制模式，例如，第一偵測模式用來偵測手部或身體等物件的溫度，來執行開關的控制；例如，第二偵測模式用來偵測第二物件，也就是非手部或身體的物件溫度，例如，所配置設備的溫度或者其產生的副產品溫度；例如，第三偵測模式用來偵測第三物件，也就是環境溫度。而在第3A圖中，微控制器14可以將對第二物件、第三物件所偵測到的第二物件溫度值、第三物件溫度值，傳送至回授控制裝制或者透過網路傳輸模組40傳輸出去，因而實現了智慧控制以及互聯網控制的功能。

接著，請參考第4圖，本新型的另一個應用例，其為應用於第N物件34(瓦斯爐)的安全防護上。在此應用例中，將本新型的智慧型熱電堆開關裝置10裝設於瓦斯爐上方來偵測第N物件34瓦斯爐的溫度。當第N物件34瓦斯爐的溫度高於設定的值時，例如攝氏300度(實際的溫度可進行實驗獲得)，即可立即致能負載20，讓警報器100啟動。藉由警報器100的聲響，可以警告使用者第N物件34瓦斯爐的溫度太高，而這種情形通常是使用者在瓦斯爐的附近，以警報器聲響作提醒告知。

此外，微控制器14也可透過網路傳輸模組40將警示訊號傳送到行動設備60，以提醒管理人員第N物件34(瓦斯爐)的溫度快速上升，有立即的危險產生。

明顯地，第4圖的實施例說明了，本新型亦可應用於對物件可能造成危害的警示，不僅止於偵測是否有人體存在的應用。

雖然本新型的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型，任何熟習此技藝者，在不脫離本新型之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本新型的範疇內，因此本新型之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧智慧型熱電堆開關裝置

11‧‧‧熱電堆感測器

12‧‧‧低雜訊放大器

13‧‧‧類比數位轉換器

14‧‧‧微控制器

20‧‧‧負載

30‧‧‧物件

Claims (18)

1. 一種智慧型熱電堆開關裝置，包含：一熱電堆感測器，感測一第一物件之熱，並轉換為一感測訊號；一低雜訊放大器，連接該熱電堆感測器，將該感測訊號放大並濾除雜訊；一類比數位轉換器，連接該低雜訊放大器，將經放大之該感測訊號轉換為一數位訊號；及一微控制器，連接該類比數位轉換器，該微控制器包括一第一偵測模式，接收該數位訊號並轉換為一第一物件溫度值，當該第一物件溫度值落於一人體溫度範圍時，產生一致能訊號以致能一第一負載。
2. 如請求項1所述之智慧型熱電堆開關裝置，其中該第一負載係為一水龍頭控制閥開關、一電燈啟動開關、一電器啟動開關、一儀器啟動開關。
3. 如請求項1所述之智慧型熱電堆開關裝置，其中該微控制器更包含一第二偵測模式，用以偵測一第二物件之熱並轉換為一第二物件溫度值。
4. 如請求項3所述之智慧型熱電堆開關裝置，其中該微控制器連接一第二負載，將該第二物件溫度值傳送至該第二負載。
5. 如請求項3所述之智慧型熱電堆開關裝置，更包含：一網路傳輸模組，連接該微控制器，接收該第一物件溫度值、該第二物件溫度值並傳送出去，並可與遠端的一連網裝置進行連線。
6. 如請求項4所述之智慧型熱電堆開關裝置，其中該微控制器更包含一第三偵測模式，用以偵測一環境之熱並轉換為一環境溫度值，並將該環境溫度值傳送至該第二負載。
7. 如請求項5所述之智慧型熱電堆開關裝置，其中該微控制器更包含一第三偵測模式，用以偵測一環境之熱並轉換為一環境溫度值，並將該環境溫度值傳送至該網路傳輸模組。
8. 如請求項6所述之智慧型熱電堆開關裝置，其中該第一負載係一水龍頭控制閥開關，該第二物件係為一水龍頭之水溫度，該第二負載係一溫度調節器，該溫度調節器接收該第二物件溫度值與該環境溫度值後，調節一熱源產生器以進行水溫調控。
9. 如請求項7所述之智慧型熱電堆開關裝置，其中該第一負載係一水龍頭控制閥開關，該第二物件係為一水龍頭之水溫度，該第二負載係一溫度調節器，該溫度調節器接收該第二物件溫度值與該環境溫度值後，調節一熱源產生器以進行水溫調控。
10. 如請求項4所述之智慧型熱電堆開關裝置，其中該第一負載係一水龍頭控制閥開關，該第二物件係為一水龍頭之水溫度，該第二負載係一溫度調節器，該溫度調節器接收該第二物件溫度值後，調節一熱源產生器以進行水溫調控。
11. 如請求項5所述之智慧型熱電堆開關裝置，其中該第一負載係一水龍頭控制閥開關，該第二物件係為一水龍頭之水溫度，該第二負載係一溫度調節器，該溫度調節器接收該第二物件溫度值後，調節一熱源產生器以進行水溫調控。
12. 如請求項1至11任一項所述之智慧型熱電堆開關裝置，其中該熱電堆感測器係為一單熱電堆感測器或一矩陣型熱電堆感測器。
13. 如請求項1至11任一項所述之智慧型熱電堆開關裝置，更包含： 一透鏡組，配置於該熱電堆感測器上。
14. 一種智慧型熱電堆開關裝置，包含：一熱電堆感測器，感測一第一物件之熱，並轉換為一感測訊號；一低雜訊放大器，連接該熱電堆感測器，將該感測訊號放大並濾除雜訊；一類比數位轉換器，連接該低雜訊放大器，將經放大之該感測訊號轉換為一數位訊號；及一微控制器，連接該類比數位轉換器，該微控制器包括一第一偵測模式，接收該數位訊號並轉換為一第一物件溫度值，當該第一物件溫度值落於一警示範圍時，產生一致能訊號以致能一第一負載。
15. 如請求項14所述之智慧型熱電堆開關裝置，其中該熱電堆感測器係為一單熱電堆感測器或一矩陣型熱電堆感測器。
16. 如請求項14或15所述之智慧型熱電堆開關裝置，更包含：一透鏡組，配置於該熱電堆感測器上。
17. 如請求項14所述之智慧型熱電堆開關裝置，其中該第一負載係為一警報器。
18. 如請求項14所述之智慧型熱電堆開關裝置，更包含：一網路傳輸模組，連接該微控制器，接收該第一物件溫度值並傳送出去，並可與遠端的一連網裝置進行連線。