WO2011124206A2 - Steuereinrichtung zum ansteuern eines elektrischen verbrauchers und verfahren zum betrieb einer solchen steuereinrichtung - Google Patents
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- Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection
Definitions
- Control device for driving an electrical load and method for operating such a control device
- the invention relates to a control device for
- Sensor unit for detecting movements of a user and with a processor unit for receiving the signals of the sensor element and for controlling the
- the invention relates to a method for operating such a control device for driving an electrical consumer in which a movement of a user is detected by a sensor unit and driven in response to the detection of the movement of the electrical load.
- Such a control device is known for example from DE 10 2008 004 420 AI. At this
- Control device can be a night light via a proximity sensor switch.
- the control can be dimmed over time or the luminous intensity of the night light can be controlled.
- For the timing a timer is used.
- a disadvantage of the known control device is that it has a very limited field of application. In practice, however, in a house installation, it is desired to have various consumers, such as a lighting or a motorized drive of a venetian blind
- the invention is based on the problem, a
- Control device of the type mentioned so on to form that allows a particularly versatile control of different consumers. Furthermore, a method for operating the control device
- the processor unit has a memory for at least one waveform of the sensor unit and is designed to compare a measured waveform with the stored waveform and for driving the power electronics in response to the comparison of the waveforms.
- the processor can supply the payload in a planned manner with electric current as a function of the comparison of the signal waveforms via the power electronics.
- Sensor unit comprises a plurality of transmitting diodes and / or receiving diodes. This design allows any desired range within the detection range of the sensor unit Position and direction of movement of an object, such as
- the detection includes both the movement, as well as the
- the object Standstill of the object.
- the object Standstill of the object.
- control device allows a particularly diverse control of the consumer when the processor unit has multiple outputs for
- Controllers of power electronics can be used. This design can be used as
- control unit according to the invention can be easily replaced by replacing the processor unit and the
- the processor unit is manufactured with the sensor unit as a structural unit and has a plug connection with the power electronics.
- control device can be used in an existing house installation simply when the processor unit and the sensor unit for
- control device according to the invention can be reliably protected against environmental influences when the
- Sensor unit has a closed, permeable to electromagnetic waves of the sensor unit cover made of glass or plastic.
- the cover is thus in the
- Infrared light transmitting and receiving diodes for infrared light permeable and encapsulates the sensor unit reliably from dust and moisture.
- the second problem namely the creation of a method for operating the control device, becomes
- the receiving diode can detect from which transmitting diode the reflected electromagnetic waves originate.
- the method according to the invention makes it possible to distinguish whether the movement of the user takes place, for example, from left to right or from right to left.
- a corresponding number of transmitting diodes can be almost all, in the reception area of
- reflected frequencies are assigned by the processor unit the individual transmitting diodes.
- the invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, several of them are shown in the drawing and will be described below. This shows in
- 1 is a block diagram of a sensor unit of a control device
- FIG. 3 shows a basic structure of a sensor designed as an optical slider sensor unit
- FIG. 4 shows a basic structure of a sensor unit constructed as an optical touchpad
- FIG. 5 shows a basic structure of a sensor unit constructed as an optical three-dimensional touchpad
- FIG. 6 shows schematically the control device with an electrical supply line and a consumer
- FIG. 8 shows a structural unit consisting of processor unit and sensor unit
- FIG. 1 shows a block diagram of a sensor unit 1 of a control device.
- a transmitting diode 2 sends an optical useful signal, while a compensation diode 3 is alternately clocked and phase-shifted by 180 ° to the transmitting diode 2.
- On a receiving diode 4 both signals are superimposed with the goal of equal amplitude heights.
- the electromagnetic waves emitted by the transmitting diode are reflected by a cover 6 and reflected by the hand of a user 5.
- a synchronous demodulator 7 which in turn feeds this control deviation to a controller 8, which adjusts the strength of the transmitting diode 2 via the over the transmission current of the Konpensationsdiode 3.
- the received signal is made a zero signal.
- Compensation diode 3 serves as an output signal and is a direct measure of the change in environmental reflection due to the influence of the user's hand 5.
- the synchronous demodulator 7 and the controller 8 form part of a processor unit 9.
- a processor unit 9 is particularly known under the trade name HALIOS IC.
- the processor unit 9 is programmable and has an unillustrated memory for storing signal curves in response to a movement of the user's hand 5.
- the transmitting diode 2 preferably has a peak wavelength of about 860 nm.
- As a receiving diode 4 is a photodiode with a peak sensitivity of about 860 nm.
- As a processor unit 9 is suitable under the
- HALIOS IC E909.05 with integrated microprocessor.
- Other components such as power supply for the processor unit, a decoupling and a buffer are not shown.
- This type of sensor units 1 represents an optimal
- Position (x, y, z) and direction of movement of an object are detected.
- FIG. 2 shows the basic structure of one as optical
- Processor unit 9 can be realized via a software to be developed corresponding optical switches or buttons under closed surfaces.
- a signal curve 14 of the sensor unit 13 is plotted in FIG. 2 via the movement of the user's hand 5.
- the stored in the processor unit 9 software is the desired switching threshold defined and thus distinguished between an approach and a switching signal.
- FIG. 3 shows a basic structure of a sensor unit 15 in the form of an optical slider with signal profiles of two transmitting diodes 17, 18.
- the sensor unit 15 also has a compensation diode 19 and a receiving diode 20. Combined with the one shown in FIG. 3
- Processor unit 9 can be via a correspondingly developed software optical slider under the
- the software recognizes the respective area on the surface of the slider via the evaluated reflection signals of the moving hand of the user. If the signals of both transmit diodes 17, 18 are the same, the midpoint of the optical slider is determined.
- the waveforms 16 can be implemented via the software, for example, in a dimming of a light.
- FIG. 4 shows a basic structure of a sensor unit 21 constructed as an optical touchpad.
- FIG. 5 shows a basic structure of a sensor unit 28 constructed as an optical three-dimensional touchpad.
- Processor unit 9 can be via a corresponding Software optical 3D touchpads under closed
- FIG. 6 shows schematically a control device 35 with one of the elements shown in FIGS.
- Sensor units 1, 13, 15, 21, 28 with an electrical supply line 36 and an electrical load 38.
- the sensor unit 1, 13, 15, 21, 28 forms a structural unit with the processor unit 9, which via a plug contact 39 with a power electronics 37th connected is.
- the sensor unit 1, 13, 15, 21, 28 and the processor unit 9 are connected via the electrical
- Supply lines 36 supplied with electrical power.
- power electronics 37 for example, the following components can be used: A dimmer over
- Phase control via Optotriac to the main triac or for blind motors via transistor stage to the relay.
- Figure 7 shows a switch box 40 for installation in a wall installation with the example of the sensor unit 28 of Figure 5 having control device 35.
- Figure 8 shows the structural unit of the sensor unit 28 with the processor unit 9 of the control device 35 of Figure 7 with the plug contacts 39 in the partially extended
- FIG. 9 shows the cover of the sensor units from FIGS. 1 to 6 in a view from the sensor units 1, 13, 15, 21, 28.
- the mechanical cover 6 serves to separate the transmitting diodes and the
- Receive diode and the compensation diode has a plurality of webs 41.
- the cover 6 allows the hermetic protection of the hardware and is made of infrared permeable materials, such as PMMA or glass. Through this Cover 6 is a well-defined ratio of the base coupling between transmitter and receiver
- the cover 6 is made, for example, of 2 mm thick IR-permeable PMMA material and has an integrally formed with the webs 41 switch frame 42 of IR-impermeable material.
- the power part controlled via a galvanic isolation is currently conventional capacitor power supply units or switched-mode power supplies which regulate the brightness of the lamp by means of a power triac via phase control.
- Condenser power supplies or switching power supplies which drive the inductive load in the form of the motor by means of electromechanical relays.
- the power part required for this application is for the power supply of the control part to a developed for this application switching power supply.
- the LEDs are supplied with a developed LED constant current source and the LEDs are dimmed digitally via a pulse width modulation of the respective colors red, green and blue.
- the HALIOS IC has 6 GPIO, digital input / output channels. These general purpose inputs / outputs are used to send the signals output by the software to the
- Movement in z-axis complete color pass (rainbow); Touch surface almost: switching from color gamut to white light
- Time delay (soft start) is set to approx. 1.5 seconds
- Roller shutter motor remains switched off until:
- RGB LED function is switched on or off
Landscapes
- Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
- User Interface Of Digital Computer (AREA)
Abstract
Eine Steuereinrichtung (35) zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers (38) mit einem in einer den Verbraucher (38) mit elektrischen Strom versorgenden Leitung angeordneten Leistungselektronik (37) hat eine Sensoreinheit (15) zur Erfassung der Bewegung eines Nutzers (5) mit mehreren Sendedioden (17, 18) und einer Empfangsdiode (20). Eine Prozessoreinheit (9) vergleicht Signalverläufe der Sendedioden (17, 18) mit abgespeicherten Signalverläufen und ermittelt daraus die Bewegung des Nutzers (5). In Abhängigkeit von der Bewegung des Nutzers (5) wird der Verbraucher (38) angesteuert.
Description
Beschreibung
Steuereinrichtung zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers und Verfahren zum Betrieb einer solchen Steuereinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum
Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers mit einem in einer den Verbraucher mit elektrischen Strom versorgenden Leitung angeordneten Leistungselektronik, mit einer
Sensoreinheit zur Erfassung Bewegungen eines Nutzers und mit einer Prozessoreinheit zum Empfang der Signale des Sensorelementes und zur Ansteuerung der
Leistungselektronik. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Steuereinrichtung zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers bei der eine Bewegung eines Nutzers von einer Sensoreinheit erfasst und in Abhängigkeit von der Erfassung der Bewegung der elektrische Verbraucher angesteuert wird.
Eine solche Steuereinrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2008 004 420 AI bekannt. Bei dieser
Steuereinrichtung lässt sich ein Nachtlicht über einen Näherungssensor schalten. Die Ansteuerung kann dabei über die Zeit gedimmt oder die Leuchtstärke des Nachtlichts gesteuert werden. Für die zeitliche Steuerung wird ein Zeitgeber eingesetzt.
Nachteilig bei der bekannten Steuereinrichtung ist, dass sie ein nur sehr begrenztes Einsatzgebiet hat. In der Praxis ist es jedoch in einer Hausinstallation gewünscht verschiedene Verbraucher, wie einer Beleuchtung oder eines motorischen Antriebs einer Jalousie, auf
verschiedenste Weisen anzusteuern.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine
Steuereinrichtung der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass sie eine besonders vielseitige Ansteuerung unterschiedlicher Verbraucher ermöglicht. Weiterhin soll ein Verfahren zum Betrieb der Steuereinrichtung
geschaffen werden.
Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Prozessoreinheit einen Speicher für zumindest einen Signalverlauf der Sensoreinheit hat und zum Vergleich eines gemessenen Signalverlaufes mit dem abgespeicherten Signalverlauf und zur Ansteuerung der Leistungselektronik in Abhängigkeit von dem Vergleich der Signalverläufe ausgebildet ist.
Hierdurch kann der Prozessor in Abhängigkeit von dem Vergleich der Signalverläufe über die Leistungselektronik die Nutzlast in einer vorgesehenen Weise mit elektrischem Strom versorgen. Da sich bei einer entsprechenden
Gestaltung der Sensoreinheit eine Vielzahl von
Signalverläufen erzeugen lassen, ermöglicht die
erfindungsgemäße Sensoreinrichtung eine vielseitige
Ansteuerung der elektrischen Verbraucher. Ein Zeitgeber ist hierfür nicht erforderlich. Damit ermöglicht die Steuereinrichtung die Entwicklung nahezu beliebiger
Steuersysteme für Innen- und Außenräume, welche die intuitive Bedienung von elektrischen Verbrauchern wie Glüh- Halogen- und LED-Lampen sowie Motoren für Jalousien unter geschlossen IR durchlässigen Oberflächen
ermöglichen .
Mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung lässt sich eine Vielzahl von Bewegungen erfassen, wenn die
Sensoreinheit mehrere Sendedioden und/oder Empfangsdioden aufweist. Durch diese Gestaltung lassen sich innerhalb des Erfassungsbereichs der Sensoreinheit jede beliebige
Position und Bewegungsrichtung eines Objekts, wie
beispielsweise der Hand des Nutzers erfasst werden. Die Erfassung umfasst sowohl die Bewegung, als auch den
Stillstand des Objekts. Vorzugsweise hat die
Sensoreinheit zudem eine Kompensationseinheit zur
Kompensation von Umgebungseinflüssen. Eine solche
Kompensationseinheit ist beispielsweise aus der EP 0 706 648 Bl bekannt, so dass zur Offenbarung der
Kompensationseinheit auf diese Schrift verwiesen wird.
Die verschiedensten Anforderungen der Ansteuerung der elektrischen Verbraucher lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mittels
Software sicherstellen, wenn die Prozessoreinheit
programmierbar ist. Im einfachsten Fall weist die
erfindungsgemäße Steuereinrichtung für die
verschiedensten Verbraucher eine einheitliche Hardware auf .
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung ermöglicht eine besonders vielfältige Ansteuerung der Verbraucher, wenn die Prozessoreinheit mehrere Ausgänge zur
unterschiedlichen Ansteuerung der Leistungselektronik in Abhängigkeit von unterschiedlichen Signalverläufen hat. Verschiedene Bewegungen führen jeweils zu
unterschiedlichen Signalverläufen, so dass
unterschiedliche Bewegungen zur unterschiedlichen
Ansteuerungen der Leistungselektronik heran gezogen werden können. Diese Gestaltung kann bei dem als
motorischen Antrieb ausgebildeten Verbraucher zum Wechsel der Drehrichtung in Abhängigkeit von der Art oder der Richtung der Bewegung des Nutzers genutzt werden.
Die erfindungsgemäße Steuereinheit lässt sich einfach durch Austausch der Prozessoreinheit und der
Sensoreinheit auf den jeweiligen Anwendungsfall anpassen,
wenn die Prozessoreinheit mit der Sensoreinheit als bauliche Einheit gefertigt ist und eine Steckverbindung mit der Leistungselektronik hat .
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung lässt sich in einer vorhandenen Hausinstallation einfach einsetzen, wenn die Prozessoreinheit und die Sensoreinheit zur
Montage in standardisierten Schalterdosen entsprechende Abmessungen aufweisen. Vorzugsweise erfolgt die
Stromversorgung der Prozessoreinheit und der
Sensoreinheit über das den Verbraucher mit elektrischem Strom versorgende Leitungsnetz der Hausinstallation.
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung lässt sich vor Umwelteinflüssen zuverlässig schützen, wenn die
Sensoreinheit eine geschlossene, für elektromagnetische Wellen der Sensoreinheit durchlässige Abdeckung aus Glas oder Kunststoff hat. Die Abdeckung ist damit bei im
Infrarotlicht arbeitenden Sende- und Empfangsdioden für Infrarotlicht durchlässig und kapselt die Sensoreinheit vor Staub und Feuchtigkeit zuverlässig ab.
Der Einfluss von Reflektionen der Abdeckung lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der
Erfindung besonders gering halten, wenn Sendedioden von Empfangsdioden und einer Kompensationseinheit unterhalb der Abdeckung lichtdicht abgetrennt sind.
Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung eines Verfahrens zum Betrieb der Steuereinrichtung wird
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein bei der Bewegung des Nutzers erzeugter Signalverlauf der Sensoreinheit mit einem abgespeicherten Signalverlauf verglichen wird und der Verbraucher in Abhängigkeit von dem Vergleich der Signalverläufe angesteuert wird. Dieses Verfahren
ermöglicht bei einer entsprechenden Anzahl an
abgespeicherten Signalverläufen eine besonders
vielseitige Ansteuerung der Verbraucher.
Zur Verringerung von Fehlsteuerungen trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die Sende- und Empfangsdioden der Sensoreinheit infrarotes Licht absenden oder empfangen. Diese
Gestaltung ermöglicht die zuverlässige Erfassung der Hand des Nutzers.
Bewegungen des Nutzers aus unterschiedlichen Richtungen lassen sich gemäß einer anderen vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung einfach erfassen, wenn um eine Empfangsdiode herum gruppierte Sendedioden in unterschiedlichen Frequenzen oder Signalfolgen
angesteuert werden. Durch diese Gestaltung vermag die Empfangsdiode zu erfassen, von welcher Sendediode die reflektierten elektromagnetischen Wellen stammen.
Hierdurch ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren zu unterscheiden, ob die Bewegung des Nutzers beispielsweise von links nach rechts oder von rechts nach links erfolgt. Durch eine entsprechende Anzahl der Sendedioden lassen sich nahezu sämtliche, im Empfangsbereich der
Empfangsdiode ablaufende Bewegungen des Nutzers erfassen und voneinander unterscheiden. Die unterschiedlichen Bewegungen können zu unterschiedlichen Ansteuerungen des Verbrauchers heran gezogen werden.
Zur Vereinfachung der Erfassung der Bewegungen des
Nutzers aus unterschiedlichen Richtungen trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn die von den einzelnen Sendedioden erzeugten elektromagnetischen Wellen unterschiedliche Frequenzen haben und wenn die von der Bewegung des Nutzers
reflektierten Frequenzen von der Prozessoreinheit den einzelnen Sendedioden zugeordnet werden.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind mehrere davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig.l ein Prinzipschaltbild einer Sensoreinheit einer Steuereinrichtung,
Fig.2 einen Prinzipaufbau eines als optischer Schalter ausgebildeten Sensoreinheit,
Fig.3 einen Prinzipaufbau einer als optischer Slider ausgebildeten Sensoreinheit,
Fig.4 einen Prinzipaufbau einer als optisches Touchpads aufgebauten Sensoreinheit,
Fig.5 einen Prinzipaufbau einer als optisches dreidimensionalen Touchpads aufgebauten Sensoreinheit,
Fig.6 schematisch die Steuereinrichtung mit einer elektrischen Versorgungsleitung und einem Verbraucher,
Fig.7 eine Schalterdose mit der Steuereinrichtung,
Fig.8 eine bauliche Einheit aus Prozessoreinheit und Sensoreinheit,
Fig.9 eine Abdeckung der Sensoreinheit aus Figur 8 von der Seite der Sensoreinheit,
Fig.10 die Abdeckung der Sensoreinheit aus Figur 9 von der gegenüberliegenden Seite.
Figur 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Sensoreinheit 1 einer Steuereinrichtung. Eine Sendediode 2 sendet ein optisches Nutzsignal, während eine Kompensationsdiode 3 alternierend und um 180° phasenverschoben zur Sendediode 2 getaktet wird. Auf einer Empfangsdiode 4 überlagern sich beide Signale mit dem Ziel gleicher Amplitudenhöhen. Die von der Sendediode abgestrahlten elektromagnetischen Wellen werden durch eine Abdeckung 6 gelenkt von der Hand eines Nutzers 5 reflektiert.
Sind die Amplitudenhöhen gleich, heben sie sich zu einem Gleich- oder Nullsignal auf, welches sich gut verstärken lässt. Weichen die Amplituden voneinander ab, wird dies durch einen Synchron-Demodulator 7 erkannt, der diese Regelabweichung wiederum einem Regler 8 zuführt, welcher die Stärke der Sendediode 2 über den über den Sendestrom der Konpensationsdiode 3 angleicht.
Mit dieser Maßnahme wird das Empfangssignal zu einem Nullsignal gemacht. Durch eine Positionsänderung der detektierten Hand des Nutzers 5 ändert sich nun der
Anteil an infrarotem Licht, der auf die Empfangsdiode 4 trifft. Um das Empfangssignal nun wieder auf Null zu bringen, muss die bereits erwähnte Kompensationsdiode 3 den Regler 8 nachführen. Das Nachregeln der
Kompensationsdiode 3 dient als Ausgangssignal und ist ein direktes Maß für die Änderung der Umgebungsreflektion durch den Einfluss der Hand des Nutzers 5. Der Synchron Demodulator 7 und der Regler 8 bilden einen Teil einer Prozessoreinheit 9. Als Prozessoreinheit 9 eignet sich insbesondere ein unter dem Handelsnamen bekannter HALIOS IC. Die Prozessoreinheit 9 ist programmierbar und weist einen nicht dargestellten Speicher zum Abspeichern von Signalverläufen in Abhängigkeit von einer Bewegung der Hand des Nutzers 5 auf .
Die Sendediode 2 weist vorzugsweise eine Peakwellenlänge von ca. 860 nm auf. Als Empfangsdiode 4 eignet sich eine Fotodiode mit einer Peak-Empfindlichkeit von ca. 860 nm. Als Prozessoreinheit 9 eignet sich ein unter dem
Handelsnamen bekannte HALIOS IC E909.05 mit integriertem Mikroprozessor. Weitere Komponenten wie Stromversorgung für die Prozessoreinheit, eine Entkopplung und ein Puffer sind nicht dargestellt.
Diese Art an Sensoreinheiten 1 stellt eine optimale
Eignung für die nun folgenden erfindungsgemäßen
Anwendungen dar. Es ergeben sich folgende
Anwendungsmöglichkeiten:
Erkennen von
- Drehbewegungen
- Bewegung
- Richtung
- Ziehen/Ziehbewegung
- Schieben/Schiebebewegung
- Gestik
- Geschwindigkeit
- Slider
- Positionen und hiermit
* störsichere und kompakte Bedienelemente immun gegen Fremdeinflüsse wie Sonnenlicht,
Verschmutzung oder Kratzer
* Kleinste Baugröße
* Intuitives/einfaches Bedienen
Mechanikfreie Bedienelemente, absolut verschleißfrei
* Dreidimensionale Erfassung von Bewegungen
innerhalb des Erfassungsbereichs kann jede beliebige
Position (x, y, z) und Bewegungsrichtung eines Objektes erfasst werden.
Das Prinzip der beschriebenen Steuereinrichtung
ermöglicht verschiedene Anwendungen wie
* Wassergeschützte Schalter
* Explosionsgeschützte Schalter
* AnnäherungsSchalter /Annäherungssensoren
* Lichtschranken
* Drehschalter/Drehrad (turn)
* Schiebeschalter (slide)
* Bewegungserkennung (motion)
* Zoomen (pull/push) 999
* LED dimmen (RGB sowie weiß)
* Einsatz in rauen Umgebungsbedingungen
* Unsichtbarer Einbau
* Vandalen sichere Ausführungen
Figur 2 zeigt den Prinzipaufbau einer als optischer
Schalter ausgebildeten Sensoreinheit 13. Durch die
Verwendung von einer einzigen Sendediode 12, einer
Kompensatordiode 10 sowie einer Empfangsdiode 11, kombiniert mit der in Figur 1 beschriebenen
Prozessoreinheit 9 lassen sich über eine entsprechend zu entwickelnde Software optische Schalter oder Taster unter geschlossenen Oberflächen realisieren. Ein Signalverlauf 14 der Sensoreinheit 13 ist in Figur 2 über die Bewegung der Hand des Nutzers 5 aufgetragen. Durch die in der Prozessoreinheit 9 abgespeicherte Software wird die
gewünschte Schaltschwelle definiert und somit zwischen eine Annäherung und einem Schaltsignal unterschieden.
Figur 3 zeigt einen Prinzipaufbau einer als optischer Slider ausgebildeten Sensoreinheit 15 mit Signalverläufen zweier Sendedioden 17, 18. Die Sensoreinheit 15 hat zudem eine Kompensationsdiode 19 sowie eine Empfangsdiode 20. Kombiniert mit der in Figur 1 dargestellten
Prozessoreinheit 9 lassen sich über eine entsprechend zu entwickelnde Software optische Slider unter der
geschlossenen Abdeckung 6 realisieren. Durch die Software wird über die ausgewerteten Reflektionssignale der sich bewegenden Hand des Nutzers der jeweilige Bereich auf der Oberfläche des Sliders erkannt. Sind die Signale beider Sendedioden 17, 18 gleich, ist der Mittelpunkt des optischen Sliders bestimmt. Die Signalverläufe 16 lassen sich über die Software beispielsweise in eine Dimmung eines Lichts umsetzen.
Figur 4 zeigt einen Prinzipaufbau einer als optisches Touchpads aufgebauten Sensoreinheit 21.
Durch die Verwendung von insgesamt vier Sendedioden 22 - 25, einer Kompensationsdiode 26 sowie einer Empfangsdiode und der in Figur 1 dargestellten Prozessoreinheit 9 lassen sich über eine entsprechend zu entwickelnde
Software optische Touchpads unter geschlossenen
Abdeckungen 6 realisieren. Durch die Software wird über die ausgewerteten Reflektionssignale der jeweilige
Bereich auf der Oberfläche des Touchpads erkannt.
Figur 5 zeigt einen Prinzipaufbau einer als optisches dreidimensionalen Touchpads aufgebauten Sensoreinheit 28. Durch die Verwendung von vier Sendedioden 29 - 32, einer Kompensationsdiode 33 sowie einer Empfangsdiode,
kombiniert mit der in Figur 1 dargestellten
Prozessoreinheit 9 lassen sich über eine entsprechende
Software optische 3D Touchpads unter geschlossenen
Abdeckungen 6 realisieren. Durch die Software wird über die ausgewerteten ReflektionsSignale der eweilige
Bereich auf der Oberfläche des 3D Touchpads erkannt.
Figur 6 zeigt schematisch eine Steuereinrichtung 35 mit einer der in den Figuren 1 bis 6 dargestellten
Sensoreinheiten 1, 13, 15, 21, 28 mit einer elektrischen Versorgungsleitung 36 und einem elektrischen Verbraucher 38. Die Sensoreinheit 1, 13, 15, 21, 28 bildet mit der Prozessoreinheit 9 eine bauliche Einheit, welche über einen Steckkontakt 39 mit einer Leistungselektronik 37 verbunden ist. Die Sensoreinheit 1, 13, 15, 21, 28 und die Prozessoreinheit 9 werden über die elektrischen
Versorgungsleitungen 36 mit elektrischem Strom versorgt. Als Leistungselektronik 37 können beispielsweise folgende Bauteile eingesetzt werden: Ein Dimmer über
Phasenanschnittsteuerung mittels Optotriac zum Haupttriac oder für Jalousiemotore über Transistorstufe zum Relais.
Figur 7 zeigt eine Schalterdose 40 zum Einbau in einer Wandinstallation mit der beispielhaft die Sensoreinheit 28 aus Figur 5 aufweisenden Steuereinrichtung 35. Figur 8 zeigt die bauliche Einheit der Sensoreinheit 28 mit der Prozessoreinheit 9 der Steuereinrichtung 35 aus Figur 7 mit den Steckkontakten 39 im teilweise ausgezogenen
Zustand.
Figur 9 zeigt die Abdeckung der Sensoreinheiten aus den Figuren 1 bis 6 in einer Ansicht von den Sensoreinheiten 1, 13, 15, 21, 28 aus gesehen. Die mechanische Abdeckung 6 dient zur Trennung der Sendedioden und der
Empfangsdiode und der Kompensationsdiode und weist mehrere Stege 41 auf. Die Abdeckung 6 ermöglicht den hermetischen Schutz der Hardware und ist aus Infrarot durchlässigen Materialen, wie PMMA oder Glas. Durch diese
Abdeckung 6 wird ein genau definiertes Verhältnis der Grundkopplung zwischen Sender und Empfänger
gewährleistet. Die Abdeckung 6 ist beispielsweise aus 2 mm starkem IR-durchlässigem PMMA Material und hat einen einstückig mit den Stegen 41 gefertigten Schalterrahmen 42 aus IR-undurchlässigem Material.
Im Folgenden werden verschiedene Komponenten der in der Zeichnungsbeschreibung genannten Bauteile und deren Verwendung näher erläutert.
Leistungsteil für Glühlampen/Halogenlampen
Bei dem über eine galvanische Trennung (Optotriac) angesteuerten Leistungsteil handelt es sich um derzeit marktübliche Kondensatornetzteile bzw. Schaltnetzteile, welche mittels eines Leistungstriacs per Phasenanschnitt die Helligkeit der Lampe regulieren.
Leistungsteil für Jalousie/Rolläden
Bei dem für diese Anwendung notwendigen Leistungsteil handelt es sich um derzeit marktübliche
Kondensatornetzteile bzw. Schaltnetzteile, welche mittels elektromechanischen Relais die induktive Last in Form des Motors treiben.
Leistungsteil für RGB LED
Bei dem für diese Anwendung notwendigen Leistungsteil handelt es sich für die Stromversorgung des Steuerteils um ein für diese Applikation entwickeltes Schaltnetzteil. Die Versorgung der LED ' s übernimmt eine entwickelte LED- Konstantstromquelle und die Dimmung der LED 's erfolgt digital über eine Pulsweitenmodulation der jeweiligen Farben rot, grün und blau.
Übersicht der entwickelten, anwendungsspezifischen
Softwaren
Das HALIOS IC verfügt über 6 GPIO, digitale Ein-/Ausgabe- Kanäle. Über diese General Purpose Input/Outputs werden die von der Software ausgegebenen Signale an die
nachfolgende Leistungsperipherie übermittelt und dort in die gewünschten Ziele, wie Anpassung der Helligkeit, Wechsel der Lichtfarben oder Steuerung der
Motorlaufrichtung umgesetzt.
Für Glüh- und Halogenlampen
* Ein/Aus-Schalter
* Ein/Aus-Schalter mit Softstart
* Dimmen durch Annäherung, Helligkeit feststellbar (speicherbar) . Ein/Aus durch wischen
* Dimmen durch Annäherung, Helligkeit feststellbar (speicherbar)
* 3-Zonen Dimmer (Dimmen in mehreren Stufen in der z- Koordinate)
Für Jalousie und Rolladen
* Gestikgesteuerter Schalter mit
Bewegung in x-Achse: Lamellenverstellung
Bewegung in y-Achse: hoch/runter
Bewegung in z-Achse: stopp/aus
Für RGB bzw. weiße LED 1 s
* Gestikgesteuerter Dimmer/Schalter mit
Bewegung in x-Achse: Dimmen hell/dunkel
Bewegung in y-Achse: ein/aus
Bewegung in z-Achse: kompletter Farbdurchlauf (Regenbogen) ; Oberfläche fast berühren: Umschalten von Farbskala auf Weißlicht
* Rotatorgesteuerter Dimmer/Schalter mit
Bewegung in x-Achse: Dimmen hell/dunkel
Bewegung in y-Achse: ein/aus
Bewegung in x/y-Achse im oder gegen den
Uhrzeigersinn: Kompletter Farbdurchlauf (Regenbogen) .
Oberfläche fast berühren: Umschalten von Farbskala auf
Weißlicht.
Funktionsweise
Für Glüh- und Halogenlampen
* Ein/Aus-Funktion (Schalter/Taster)
jede Annäherung bewirkt entweder ein Einschalten oder ein Ausschalten
Handbewegung in Z-Achse
Hand annähern: Licht wird eingeschaltet
Hand erneut annähern: Licht wird ausgeschaltet.
Funktionsweise
Für Glüh- und Halogenlampen
* Ein/Aus-Funktion mit Softanlauf
jede Annäherung bewirkt entweder ein Einschalten oder ein Ausschalten
Zeitverzögerung (Softanlauf) ist auf ca. 1,5 Sekunden eingestellt
Handbewegung in Z-Achse
Hand annähern: Licht wird zeitverzögert eingeschaltet
Hand erneut annähern: Licht wird zeitverzögert ausgeschaltet .
Funktionsweise
Für Glüh- und Halogenlampen
* Dimmen durch Annäherung (Wischen)
Lichtleistungsunterteilung in 9 diskreten
Dimmstufen
Handbewegung in Y-Achse
Dimmer einschalten/ausschalten
Hand von unten nach oben bewegen: Licht wird EIN geschaltet
Hand von oben nach unten bewegen: Licht wird AUS geschaltet
Handbewegung in X-Achse
Dimm-Vorgang
Hand von links nach rechts bewegen: Licht wird um eine Stufe heller gedimmt
Hand von rechts nach links bewegen: Licht wird um eine Stufe dunkler gedimmt .
Funktionsweise
Für Glüh- und Halogenlampen
* Dimmen durch Annäherung (Dreizonendimmer)
Lichtleistung wird von ca. 0% zu ca. 100% kontinuierlich durchlaufen
Keine Memory-Funktion
Zone 1
+ Hand in Zone 1 verweilen: AUS
Zone 2
+ Hand in Zone 2 verweilen: Licht wird dunkler gedimmt
Zone 3
+ Hand in Zone 3 verweilen: Licht wird heller gedimmt. Beginn von 0% Lichtleistung zu
Maximalwert ca. 100%.
Funktionsweise
Rolladen/Jalousiefunktion
Rolladen/Jalousiefunktion
* Hoch/Runterfahren
Handbewegung in Y-Achse
Hand nach oben bewegen: Rolladen fährt "AUF" Hand nach unten bewegen: Rolladen fährt "AB"
Hinweis :
Motor wird nach Erreichen der Endposition durch Endschalter abgeschaltet,
Motorabschaltung nach ca. 2 Minuten
Motorlaufzeit, wenn mechanische Blockade auftritt,
Fahrtrichtungsumschaltung nach ca. 0,2 sek.
Wartezeit .
Funktionsweise
Rolladen-/Jalousiefunktion
* Stop/Aus/Fahrbewegung anhalten
Handbewegung in Z-Achse
Hand zum Sensor hin bewegen
+ Fahrbewegung wird gestoppt
* Non-Stop
Fahrbewegung wird gestoppt durch eine schnelle Bewegung im Erfassungsbereich des Sensors
Hinweis :
Rollladenmotor bleibt ausgeschaltet bis:
+ Auf/Ab-fahren mit einer Handbewegung gestartet wird
+ Lammellenverstellung mit einer
Handbewegung gestartet wird.
Funktionsweise
Rolladen-/Jalousiefunktion
* Lamellenverstellung
Verstellung in 6 Schritten
* Handbewegung in X-Achse
* Hand nach links oder rechts bewegen
* Lamellenverstellung erfolgt schrittweise in Richtung der Handbewegung
Hinweis :
Lamellenverstellung bleibt in ausgewählter Position bis:
+ Auf-/Ab-fahren mit einer Handbewegung gestartet wird
* Lamellenverstellung mit einer Handbewegung gestartet wird
Funktionsweise
RGB LED Funktion
* AN-/Aus-Schalten
Handbewegung in Z-Achse
Hand annähern bis ca. 2 cm zur Sensoroberfläche Hand ca. 5 Sekunden vor der Sensoroberfläche verweilen
RGB LED Funktion wird ein- oder ausgeschaltet
* Kompletter Durchlauf der Regenbogenfarben
Handbewegung in Z-Achse
Hand zum Sensor hin bewegen
+ Farbspektrum "Regenbogenfarben" wird durchlaufen
+ Handbewegung anhalten, sobald gewünschter Farbton erreicht ist.
* Kompletter Durchlauf Regenbogenfarben (Rotator- Dimmer)
Handbewegung in X/Y-Achse Hand zum Sensor hin bewegen
+ im oder gegen den Uhrzeigersinn ca. 1 cm über die Oberfläche fahren, Farbspektrum
"Regenbogenfarben" wird durchlaufen
* Handbewegung anhalten, sobald gewünschter Farbton erreicht ist.
Funktionsweise RGB LED Funktion
* Umschalten von Regenbogenfarben auf weißen Licht
Handbewegung in Z-Achse
Hand zum Sensor hin bewegen
Sensor fast berühren (Abstand < 2 cm)
Umschaltung zwischen farbigem und weißem Licht
* Dimmfunktion (stufenloses Dimmen - weißes Licht
Handbewegung in Z-Achse
Hand annähern: Licht wird distanzabhängig heller gedimmt
Hand entfernen: Licht wird distanzabhängig dunkler gedimmt
Hinweis:
Zum Wechseln in den Farbmodus Hand annähern bis ca. 2 cm Abstand zur Sensorfläche
Zusammenfassung
Abschließend sei dokumentiert, dass folgende
Bedienkonzepte bereits durch die oben näher bezeichnete Entwicklung umgesetzt sind:
* jegliche Bewegung im Erfassungsbereich des Sensors schaltend (AN/AUS)
* gerichtete Bewegungen orthogonal zur Haupt- Erfassungsachse "Z" (Wischer)
* Verweilen des Objekts in einem definierten Bereich im Erfassungsbereich (3-dimensionaler Bereich)
* Annähern des Objekts von jeglicher Seite
(Annäherungs-Dimmer)
Claims
1. Steuereinrichtung zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers mit einem in einer den Verbraucher mit elektrischen Strom versorgenden Leitung angeordneten Leistungselektronik, mit einer Sensoreinheit zur
Erfassung Bewegungen eines Nutzers und mit einer
Prozessoreinheit zum Empfang der Signale des
Sensorelementes und zur Ansteuerung der
Leistungselektronik, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (9) einen Speicher für zumindest einen Signalverlauf der Sensoreinheit (1, 13, 15, 21, 28) hat und zum Vergleich eines gemessenen Signalverlaufes mit dem abgespeicherten Signalverlauf und zur Ansteuerung der Leistungselektronik (37) in Abhängigkeit von dem
Vergleich der Signalverläufe ausgebildet ist.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (1, 13, 15, 21, 28) mehrere Sendedioden und/oder Empfangsdioden aufweist.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit (9)
programmierbar ist .
4. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Prozessoreinheit (9) mehrere Ausgänge zur
unterschiedlichen Ansteuerung der Leistungselektronik (37) in Abhängigkeit von unterschiedlichen
Signalverläufen hat.
5. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Prozessoreinheit (9) mit der Sensoreinheit (1, 13, 15, 21, 28) als bauliche Einheit gefertigt ist und eine
Steckverbindung mit der Leistungselektronik (37) hat.
6. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Prozessoreinheit (9) und die Sensoreinheit (1, 13, 15, 21, 28) zur Montage in standardisierten Schalterdosen (40) entsprechende Abmessungen aufweisen.
7. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (1, 13, 15, 21, 28) eine geschlossene, für
elektromagnetische Wellen der Sensoreinheit (1, 13, 15, 21, 28) durchlässige Abdeckung (6) aus Glas oder
Kunststoff hat.
8. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sendedioden von Empfangsdioden und einer Kompensationseinheit unterhalb der Abdeckung (6) lichtdicht abgetrennt sind.
9. Verfahren zum Betrieb einer Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers bei der eine Bewegung eines Nutzers von einer Sensoreinheit erfasst und in
Abhängigkeit von der Erfassung der Bewegung der
elektrische Verbraucher angesteuert wird, dadurch
gekennzeichnet, dass ein bei der Bewegung des Nutzers erzeugter Signalverlauf der Sensoreinheit mit einem abgespeicherten Signalverlauf verglichen wird und der Verbraucher in Abhängigkeit von dem Vergleich der
Signalverläufe angesteuert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangsdioden der Sensoreinheit infrarotes Licht absenden oder empfangen.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, dass um eine Empfangsdiode herum
gruppierte Sendedioden in unterschiedlichen Frequenzen oder Signalfolgen angesteuert werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die von den
einzelnen Sendedioden erzeugten elektromagnetischen
Wellen unterschiedliche Frequenzen haben und dass die von der Bewegung des Nutzers reflektierten Frequenzen von der Prozessoreinheit den einzelnen Sendedioden zugeordnet werden.
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- 2011-03-30 WO PCT/DE2011/000356 patent/WO2011124206A2/de active Application Filing
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