CN102057756A

CN102057756A - 能耗降低的传感器设备和包括这种传感器设备的照明系统

Info

Publication number: CN102057756A
Application number: CN2009801217643A
Authority: CN
Inventors: R.P.A.德尔诺伊; W.F.帕斯维尔
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2011-05-11
Also published as: BRPI0909970A2; WO2009150584A1; JP2011523190A; US20110074225A1; EP2286638A1

Abstract

本发明涉及一种配置为感测物体在区域中的运动的无线传感器设备。所述设备包括当感测区域中运动时产生感测信号的运动传感器和配置为处理感测信号的信号处理器。提供电源用于向运动传感器供电。另外，所述无线传感器设备包括配置为根据检测信号区分物体在区域中的大物体运动和小物体运动的控制器。所述无线传感器设备配置为在检测大物体运动时执行一种或多种降低能耗的操作。降低能耗操作包括将运动传感器从电源临时断开以及降低信号处理器的占空比。

Description

能耗降低的传感器设备和包括这种传感器设备的照明系统

技术领域

本发明涉及无线传感器设备领域、操作这种设备的方法以及包括一个或多个这种无线传感器设备的照明系统。更具体地，本发明涉及一种包括运动传感器、信号处理器和能够降低能耗的板载电源的无线传感器设备。

背景技术

近年来，更加注意了例如房间的区域照明领域的节能措施。例如，开发了一种控制系统，其仅仅当采用占用传感器（例如热电红外传感器）检测到人的存在时才启动光源，以及采用光级别传感器根据区域内日光级别调整来自光源的人造光的级别。可有利地联合使用占用传感器和光传感器。

传感器设备典型地需要安装在区域中的特别位置以实现感测功能。通过提供无线传感器设备大大方便了这种传感器设备的安装。这样的传感器设备能够无线地向光源（或者其中央控制器）传输感测数据或者其衍生数据。

对于真实的无线传感器设备，不仅仅应当无线传输感测数据，而且启动传感器设备不应需要导线连接。电池或者其它能量存储装置可用于实现这样的无线传感器设备。对于这样的传感器设备，能耗对于延长能量存储装置的工作寿命而言是关键的。

US 2003/0047671公开了一种利用了提供感测电流的热电传感器、提供与检测电流成比例的放大电压的电压放大器、以及当放大电压超过检测阈值时提供检测信号的级别监视器的目标检测设备。所述设备具有待机模式，其中电压放大器接收有限的源电流以提供低放大率的电压，并且当所述低放大电压超过低于检测阈值的初始阈值时所述级别监视器提供唤醒信号。响应于唤醒信号，所述设备被切换至工作模式，其中放大器接收额定源电流以提供高放大率的电压以用于与检测阈值相比较。

本领域需要一种配置为进一步降低能耗的无线传感器设备。

发明内容

提出了一种配置为感测区域中物体运动的无线传感器设备。所述设备包括配置为当感测区域中运动时产生感测信号的运动传感器和配置为处理感测信号的信号处理器。提供电源以向运动传感器供电。另外，无线传感器设备包括配置为根据感测信号区分区域中物体的大物体运动和小物体运动的控制器。控制器可使用信号处理器来用于此目的。无线传感器设备配置为在检测大物体运动时执行一种或多种能耗降低操作。能耗降低操作包括临时从电源断开运动传感器以及降低信号处理器的占空比。

还提出了一种包括一个或多个光源和至少一个这种无线传感器设备的照明系统。

另外，提出了一种操作无线传感器设备的方法，所述设备配置为检测区域中物体运动。所述设备包括配置为当感测区域中运动时产生感测信号的运动传感器和配置为处理感测信号的信号处理器。提供电源以向运动传感器供电。可根据感测信号（或者其衍生信号）区分区域中的物体的大物体运动和小物体运动。可响应于大物体运动执行一种或多种能耗降低操作。能耗降低操作包括临时从电源断开运动传感器以及降低信号处理器的占空比。

大的物体运动典型地包括整个物体的运动（例如有人进入房间），而小的物体运动包括仅仅物体一部分的运动（例如有人拿起电话机）。

可通过关闭电源或者将运动传感器或者其它元件与电源断开而断电。

现有技术中，在缺少唤醒信号时放大器保持低能耗，从而降低能量需求。但是，放大器仅仅消耗较少的能量。本发明基于如下的认识：运动传感器（例如热电红外运动传感器）和信号处理器为主要造成无线传感器设备能耗的元件。所定义的降低能耗操作特别地瞄准这些元件，从而延长了电源的寿命。

对一些应用例如照明应用而言，当有人进入房间（即大的物体运动）时无线传感器设备打开所述灯。但是如果没有检测到进一步的运动，则不会立即关灯而是仅仅在经过预定的时间周期之后才关灯以避免在光源的打开状态和关闭状态之间连续切换。由于在该周期中不需要运动感测来控制光源，所以可临时关闭运动传感器，从而节省能量。

可以在处理器中使用比用于处理小物体运动信号时更低的占空比来处理表示大物体运动的信号。较低的占空比通常反映的是较低的能耗。还可响应于大物体运动来调整信号处理器的占空比。例如，如果已经有人离开了房间，造成了大的物体运动，则通常期望在小物体运动之前为大的物体运动（即有人再次进入房间），从而可降低处理器的占空比。

权利要求2的实施例提供了在预定周期后打开运动传感器以再次进行运动检测的优点。预定周期小于10分钟，优选小于5分钟以在降低能耗和无线传感器设备的感测功能之间获得最佳平衡。

权利要求3和4的实施例提供用于在将电源重新连至运动传感器之后的周期里减低能耗。

一般地，在进一步处理运动传感器的感测信号之前可放大所述感测信号。对于产生自小物体运动的感测信号这一点尤其真实。权利要求6的实施例提供了仅仅在检测到大的物体运动之后才对放大器供电从而在大的物体运动之前的周期中节省了无线传感器设备的能量的优点。

如权利要求7所限定的热电红外（PIR）运动传感器适合于运动检测。这样的PIR传感器基于物体和背景之间的温度差提供表示大物体运动和小物体运动的感测信号。

权利要求8的实施例的优点在于板载电源不必安装电源线并且提供了可在期望的位置安装无线传感器设备的自由。

权利要求9的实施例提供了通过从环境光和可利用光源发出的光实现能量收集而进一步延长电源寿命的优点。

下面，将更详细地描述本发明的实施例。但是应当理解这些实施例不应解释为限制本发明的保护范围。

附图说明

在附图中：

图1为根据本发明实施例的包括无线传感器设备和照明系统的房间的示意图；

图2是图1的无线传感器设备的示意性图示；以及

图3A－3B提供了操作图2的无线传感器设备的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了人P所在区域（例如房间）中所提供的照明系统1。照明系统1包括无线传感器设备2和至少一个具有一个或多个光源（未示出）的装备（armature）3。所述区域例如可为办公环境或者家庭环境。可替代地，中央控制器4可存在于房间内以从无线传感器设备2接收信号以及提供用于房间内的一套或者多套装备3的操作命令。

在本实施例中，无线传感器设备2响应于感测设备2所感测的触发来控制装备3的工作。这样的触发可包括人P进入房间或者房间内环境光级别变化。可检测的触发的类型取决于无线传感器设备2中所包括的传感器。对装备3工作的控制的实例包括打开/关闭装备的一个或多个光源、调整光源所发出光的颜色和/或亮度、改变光源的光的方向等等。

图2是图1的无线传感器设备的示意性图示。无线传感器设备2包括运动传感器10，例如热电红外（PIR）传感器。这样的PIR传感器10基于物体和背景之间的温度差提供表示大物体运动和小物体运动的感测信号。在图1的实例中，可检测人P的运动。

PIR传感器10的感测信号为感测电流。I/V转换器11将来自PIR传感器10的信号转换为电压信号，其随后被放大器12放大以获得放大的感测信号。信号处理器13接收放大的感测信号以进一步处理。如将在下文详细地解释，信号处理器使用可变占空比来处理信号。

无线传感器设备具有用于向PIR传感器10、I/V转换器11、放大器12和信号处理器13供电的板载电源14。电源14优选地包括电池。可借助光电模块15例如太阳能电池获得能量以对电池充电。光电模块15还可包括既用于感测又用于能量收集目的的光传感器。

无线传感器设备2包括控制器16。控制器16被配置为控制向PIR传感器10和放大器12供电。而且，控制器16可控制信号处理器13的占空比。通过这些方式，控制器16被配置为通过控制PIR传感器10和放大器12的操作和/或信号处理器13的占空比来执行降低能耗操作，这将参考图3A和3B在下文更详细地解释。

最后，无线传感器设备2可包括配置为向照明系统1的装备3发送操作命令的命令发送器17（图1）。

在图3A中，描述了执行降低能耗操作的流程图，其中控制器16临时断开用于PIR传感器的电源。

在步骤20，电源14向PIR传感器10供电。人P进入房间，这个动作被PIR传感器10在步骤21采用信号处理器13检测为大运动。可关闭放大器12并以低占空比运行信号处理器13（参见图3B）。

在步骤22，通知控制器16大的物体运动并将PIR传感器10断开电源14预定的周期P1。P1例如可为5分钟。当然，在该周期P1期间，PIR传感器10将不能检测房间内的物体运动。但是，这一点也不是必要的，这是因为对于照明应用，典型地，灯保持打开直到在检测到房间内运动后一段时间（例如10－15分钟）。

在周期P1结束之后，在步骤23控制器16控制从电源14再次向PIR传感器10供电。注意到，PIR传感器在稳定之前通常需要大量的时间（例如30秒钟－1分钟）以提供可靠的检测信号。

在稳定时间后，PIR传感器10在周期P2期间仍然保持供电以检测房间内的物体运动（步骤24）。还可对放大器12供电并提高信号处理器13的占空比以可靠地检测房间内的小物体运动。在图3B的最后的框内示意性描述了后者的操作。

如果在周期P2期间检测到运动，则控制器16可再次中断从电源14向PIR传感器10供电一周期P1。

如果在周期P2期间没有检测到运动，则控制器16可操作命令发送器17以指示装备3关闭灯（步骤25）。保持从电源14向PIR传感器10供电以检测物体运动。

可通过多种触发来降低信号处理器的占空比，所述触发诸如其中PIR传感器10不记录房间内物体运动的时间周期的结束。

Claims

1. 一种配置为检测区域中物体运动的无线传感器设备（2），所述设备包括：

－运动传感器（10），配置为当感测所述区域中的运动时产生感测信号；

－信号处理器（13），配置为处理所述感测信号；

－电源（14），设置为向至少所述运动传感器供电；以及

－控制器（16），配置为根据所述感测信号来区分所述区域中所述物体的大物体运动和小物体运动，以及在检测到大物体运动时执行至少其中一项下面的操作：

－临时中断从所述电源向所述运动传感器供电；

－调整所述信号处理器的占空比。

2. 根据权利要求1的无线传感器设备（2），其中所述控制器（16）被配置为中断从所述电源（14）供电一预定的周期（P1）以及在所述周期结束后从所述电源向所述运动传感器（10）供电。

3. 根据权利要求2的无线传感器设备（2），其中所述无线设备包括向光源（3）发送命令的命令发送器（17），以及其中所述控制器（16）被配置为如果在所述预定周期之后的第二周期（P2）中没有感测信号则在所述第二周期（P2）结束之后指示所述命令发送器发送命令关闭所述光源。

4. 根据权利要求2的无线传感器设备（2），其中所述控制器（16）被进一步配置为响应于在所述预定周期后的第二周期中的感测信号在所述第二周期结束后中断从所述电源（4）向所述运动传感器（10）供电。

5. 根据权利要求1的无线传感器设备（2），其中所述控制器（16）被进一步配置为响应于表示大物体运动的感测信号提高所述信号处理器（13）的所述占空比。

6. 根据权利要求1的无线传感器设备（2），其中所述设备还包括设置为从所述运动传感器（10）接收所述感测信号以获得放大的感测信号的放大器（12），以及其中所述控制器（16）进一步被配置为在检测到大物体运动时从所述电源（14）向所述放大器供电。

7. 根据权利要求1的无线传感器设备（2），其中所述运动传感器为热电红外运动传感器（10）。

8. 根据权利要求1的无线传感器设备（2），其中所述电源为电池（14）。

9. 根据权利要求1的无线传感器设备，还包括用于向所述电源提供能量的光电模块（15）。

10. 一种照明系统（1），包括一个或多个光源以及至少一个根据权利要求1的无线传感器设备（2）。

11. 一种操作无线传感器设备（2）的方法，所述无线传感器设备被配置为采用如下部件感测区域中的物体运动：

－运动传感器（10），配置为当感测所述区域中运动时产生感测信号；

－信号处理器（13），配置为处理所述感测信号；

－电源（14），设置为向至少所述运动传感器供电；所述方法包括下面的步骤：

－基于所述检测信号区分所述区域中所述物体的大物体运动和小物体运动；

－响应于表示大物体运动的检测信号中断从所述电源向所述运动传感器供电和/或

－响应于表示大物体运动的检测信号降低所述信号处理器的占空比。

12. 根据权利要求11的方法，还包括权利要求2－5的控制器的步骤。