自主遠程控制設備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種遠程控制設備，包括：將光能或機械能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機(PVU)；能將消息發(fā)送至遠程接收器的無線發(fā)射器(RF)；第一電能存儲元件(C1)，被連接至能量發(fā)電機(PVU)且用發(fā)電機(PVU)生成的電能進行充電以在控制設備的第一運行模式下為無線發(fā)射器(RF)供電；以及在第二運行模式下為無線發(fā)射器(RF)供電的第二電能存儲元件(C2)，該控制設備的特征在于，第二電能存儲元件被通過并聯(lián)安裝的第一電阻(R1)和第一二極管(D1)連接到發(fā)電機(PVU)，第一二極管的陰極被連接到發(fā)電機(PVU)的正端子。
【專利說明】
自主遠程控制設備
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種自主遠程控制設備，包括將光或機械能量轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機。
【背景技術】
[0002]這種設備在現(xiàn)有技術中是已知的。例如，已知一種通過轉(zhuǎn)化由電能量源提供的能量的自主供電部件。能量源可以尤其為電磁型(太陽輻射)或機械型(風或雨作用下的結(jié)構的旋轉(zhuǎn)或振動)。該電能量接下來被存儲在常用物理化學存儲部件中，如蓄電池、或優(yōu)選地超級電容器、或簡單電容器。
[0003]這種設備具有通過電磁波、例如無線電波發(fā)射無線通信信號的發(fā)射部件。該發(fā)射部件能夠使該設備與其它不同家庭網(wǎng)絡設備進行信息通信，如尤其是致動器、控制單元和傳感器。該設備在可能情況下可具有通信信號接收部件，以便實施在該設備和其它網(wǎng)絡設備之間的雙向通信。
[0004]該類型設備會出現(xiàn)的問題是光伏發(fā)電機長期未暴露于光輻射或無機械能輸入后的使用。事實上，在這種情況下，電能存儲部件通常是空的并且該設備不再運行。
[0005]通常根據(jù)一些正常使用約束條件來確定能量轉(zhuǎn)化和存儲部件的尺寸。如果例如通過光伏板向設備供電，則存儲部件應適于長持續(xù)時間的續(xù)航時間，以便能夠即使在長期未暴露后仍提供良好運行。通常，這種應用要求18小時的完整續(xù)航期間。該續(xù)航要求大容量能量存儲，并因此需要長充電時間，在該期間設備不能運行。
[0006]為了克服這種問題，已知一種具有不同特性、尤其是不同功率的兩種光伏板的設備，各個板為分立能量存儲元件供電。這些元件具有不同存儲容量。因此，小容量元件被迅速充電并因此可快速地為設備的優(yōu)先電路供電。然而，這種構造復雜且成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種遠程控制設備，能夠解決這些缺點和改善現(xiàn)有技術已知的自主設備。本發(fā)明提出一種結(jié)構簡單的控制設備，在暴露于光輻射后不久、甚至在預先長時間未暴露于光輻射之后、或在輸入低機械能之后，能夠發(fā)送一些通信信號。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，所述遠程控制設備包括:將光能或機械能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機;可將消息發(fā)送至遠程接收器的無線發(fā)射器;第一電能存儲元件，被連接至能量發(fā)電機且用發(fā)電機生成的電能進行充電以在控制設備的第一運行模式下為無線發(fā)射器供電；和在第二運行模式下為無線發(fā)射器供電的第二電能存儲元件。第二電能存儲元件被通過并聯(lián)安裝的第一電阻和第一二極管連接到所述發(fā)電機，所述第一二極管的陰極被連接到發(fā)電機的正端子。
[0009]所述第一電能存儲元件的最大存儲容量可比第二電能存儲元件的最大存儲容量小η倍，其中n> 100，甚至n> 1000。
[0010]所述第一電能存儲元件的充電電流比在具有由第一電阻和第二存儲元件構成串聯(lián)組件的支路中流通的電流至少大k倍，其中k>2，甚至k>10。
[0011]所述控制設備可包括無線接收器，能夠接收消息。
[0012]所述第二存儲元件可包括超級電容器和/或可充電電池。
【附圖說明】
[0013]以舉例方式，附圖示出根據(jù)本發(fā)明的自主遠程控制設備的實施方式。
[0014]圖1為根據(jù)本發(fā)明的設備的實施方式的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0015]以下參照圖1描述根據(jù)本發(fā)明的遠程控制設備10的優(yōu)選實施方式。
[0016]所述設備包括自主供電模塊I和具有RF通信電路的電路CIR。自主供電模塊能夠為電路供電。
[0017]通信電路包括通信信號發(fā)射器TX、和在可能的情況下包括通信信號接收器RX。發(fā)射器優(yōu)選地為無線發(fā)射器，尤其是電磁信號發(fā)射器、尤其是無線電信號發(fā)射器。發(fā)射器能夠?qū)⒖刂浦噶詈?或消息和/或信息發(fā)送至近端設備、尤其發(fā)送至作為相同網(wǎng)絡(尤其是相同家庭網(wǎng)絡)的一部分的設備。接收器優(yōu)選為無線接收器，尤其是電磁信號接收器、尤其是無線電信號接收器。所述接收器能夠從近端設備、尤其作為相同網(wǎng)絡(尤其是相同家庭網(wǎng)絡)的一部分的設備接收控制指令和/或消息和/或信息。
[0018]電路CIR還包括人-機界面IHM。人-機界面IHM本身包括輸入元件、尤其是鍵盤或至少一個控制按鈕，和在可能的情況下包括信號顯示元件、尤其是屏幕或至少一個光指示器。人-機界面可包括觸摸屏。電路還包括邏輯處理單元ULT，如微處理器或微控制器。
[0019]自主供電模塊包括用于將光能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機PVU、第一電能存儲元件Cl和第二電能存儲元件C2。發(fā)電機PVU可包括發(fā)電機元件PV和二極管D2，二極管D2具有避免第一和第二存儲元件通過發(fā)電機放電的功能。替代地，該二極管可以分立元件呈現(xiàn)。尤其是，該二極管被設置在發(fā)電機的正端子。所述二極管還可被設置在發(fā)電機的負端子位置。在接下來的本文件中，“發(fā)電機PVU”表示整合該二極管D2的發(fā)電機。
[0020]替代地，發(fā)電機元件PV為感應充電器類型(“inductive charging”或“wirelesscharging”)，用于將電磁能轉(zhuǎn)化為電能。
[0021]第一電能存儲元件Cl被連接至能量發(fā)電機PVU并被由發(fā)電機生成的電能充電，以向在控制設備的第一運行模式、即短持續(xù)時間運行模式下的通信元件的至少一個發(fā)射器TX供電。
[0022]第二電能存儲元件C2被用于向第二運行模式、即長持續(xù)時間運行模式下的發(fā)射器TX供電。該存儲元件可為超級電容器，即能夠在電池或蓄電池和傳統(tǒng)電解電容器之間得到中間的功率密度和能量密度的特定技術電容器。因此該類型組件能夠存儲蓄電池和電容器這兩種存儲技術之間的中間能量，且能夠比蓄電池或電池組更快速地釋放能量。
[0023]替代地，第二存儲元件可為蓄電池。第二電能存儲元件C2被通過并聯(lián)安裝的第一電阻Rl和第一二極管Dl連接到發(fā)電機PVU。第一二極管的陰極被連接至發(fā)電機的正端子。
[0024]發(fā)電機可為如硅太陽能板之類的光伏板。發(fā)電機例如能夠在2001ux光輻射下、在3V至5V電壓下生成20μΑ至ΙΟΟμΑ的電流?？筛鶕?jù)應用需要通過改變光伏電池的數(shù)量來調(diào)節(jié)由發(fā)電機傳送的電壓。可通過改變光伏電池的表面積來調(diào)節(jié)電流。
[0025]第一電能存儲元件Cl和第二電能存儲元件C2具有不同的電容量，尤其是它們的值可以相差100或1000倍。電容量的差值表示相同電流強度下的充電時間的明顯不同。
[0026]第一電能存儲元件Cl例如為電容器。其電容量通常被包括在50yF和2mF之間。例如，其電容量為220yF。第一存儲元件例如被充電到3V至5V的電壓。第一存儲元件Cl的作用為在足夠的電壓下快速存儲允許被電路、尤其是通信電路的發(fā)射器Tx使用的電能。優(yōu)選地，被存儲在第一存儲元件中且可由電路使用的能量應足夠使發(fā)射器發(fā)射幾幀、尤其是一、二、三或四幀控制信號或信息。通常，各個幀持續(xù)大約10ms并且在發(fā)送這幾幀后第一存儲元件的電壓可下降到大約2V。
[0027]第二能量存儲元件C2例如為超級電容器。其電容量通常被包括在ImF和2F之間。例如，其電容量為330mF。
[0028]由于電阻Rl的存在，在第一存儲元件的充電時間期間，第二存儲元件的端子的電壓保持基本不變。尤其是，如果其先前為零值，那么保持基本為零值。
[0029]事實上，由發(fā)電機PVU傳送的電流在節(jié)點NI上分流為第一存儲元件Cl的充電電流和在由并聯(lián)的二極管Dl和電阻Rl構成的支路中流通的電流。在充電階段，二極管Dl被阻斷，由此電流被電阻Rl和充電元件Cl分流。由于該電阻Rl存在于具有第二能量存儲元件C2的第一支路中，電流將優(yōu)先地在具有第一能量存儲元件Cl的支路中流通，因此將優(yōu)先地為第一能量存儲元件Cl充電。
[0030]電阻Rl值的選擇取決于由發(fā)電機PVU供應的電流、為第一存儲元件Cl選擇的值、和為達到第一存儲元件Cl的已充電狀態(tài)的期望時間，換句話說允許短持續(xù)時間運行所需要的時間。
[0031]因此，根據(jù)已知的暫態(tài)分析方法，可計算在預設時間內(nèi)為第一存儲元件Cl充電需要的電流。如所解釋的，由發(fā)電機PVU傳送的電流在分別具有第一充電元件Cl和電阻Rl的兩個支路中分流。流經(jīng)電阻Rl的電流因此為由發(fā)電機PVU傳送的電流和第一充電元件Cl的充電電流之間的差。已知發(fā)電機PVU的端子電壓，可確定電阻Rl的值。所述值通常為1kQ、甚至為10kQ量級。
[0032]在一種優(yōu)選實施方式中，第一存儲元件Cl的充電電流比在具有由第一電阻Rl和第二存儲元件C2構成的串聯(lián)組件的支路中流通的電流的大k倍，其中k > 2，甚至k > 1。其于此處涉及相關支路中的電流的平均值。從完全放電狀態(tài)開始對于第一存儲元件Cl的完整充電周期來計算平均值。
[0033]在使用為電路CIR、更具體地為發(fā)射器TX供電的第二存儲元件C2的能量時，二極管Dl是導通的，呈現(xiàn)與電阻Rl并聯(lián)連接的小電阻，并且因此對于由第二存儲元件C2傳送的電流而言還形成該電阻Rl的旁路(bypass)。
[0034]在一種實施例中，在額定消耗的假設下，330mF的第二存儲元件能夠保證在5天期間為電路CIR自主供電。
[0035]注意到這樣的供電結(jié)構是極簡單的并因此是極可靠的。特別地，不同組件被相互永久連接，而無需控制開關和因此無需這種控制開關的控制電路。存儲元件的充電邏輯是根據(jù)充電電流的比率直接確定的。二極管Dl的切換使得能夠自動使用第一存儲元件或第二存儲元件。
[0036]接下來描述遠程控制設備的實施方式的一種運行模式。
[0037]在第一狀態(tài)下，假定控制設備被安置在黑暗中且第一和第二存儲元件被放電。在該情況下，由發(fā)電機傳送電流的強度為零。第一和第二存儲元件的端子電壓為零。
[0038]在第二狀態(tài)下，假定將設備暴露在光輻射下。因此發(fā)電機產(chǎn)生強度i的電流，其主要為第一存儲元件Cl充電，且由于電阻Rl的存在極少量地為第二存儲元件C2充電。因此為第一存儲元件Cl快速充電和為第二存儲元件C2慢速充電。因為第一存儲元件Cl的快速充電允許快速為電子電路充電并更具體地發(fā)射如上面提及的幾幀，由此達到本發(fā)明目的。在第二狀態(tài)下，有 UCl=UC2+iXRl，其中 UC1>UC2。
[0039]在第三狀態(tài)下，假定為電子電路供電以利用發(fā)射器發(fā)送幾幀。因此在第一存儲元件位置處提取能量。第一存儲元件的電壓因此快速地從約4V變到約2V。在該階段期間，假定第一存儲元件應在10ms期間供應大約I OmA至15mA的電流。所述設備處于短持續(xù)時間的第一運行模式。
[0040]在第四狀態(tài)下，假定所述設備繼續(xù)被暴露在光輻射下和存儲元件繼續(xù)充電，第二存儲元件C2花費比第一存儲元件Cl更多的充電時間。
[0041]在第五狀態(tài)下，假定所述設備已達到穩(wěn)定狀態(tài)。該狀態(tài)為“長持續(xù)時間”的運行狀態(tài)，其中由第二存儲元件C2為電路CIR供電。二極管Dl處于導通狀態(tài)，端子正向偏置電壓為UDl0
[0042 ] 由于UCI = UC2+UDI，因此UC2 = UCl -UDI，以及因此第二存儲元件的端子電壓UC2小于第一存儲元件的端子電壓UC1。因此，由第二存儲元件傳送的電流僅用于向電子電路CIR供電且不能用于為第一存儲元件充電。
[0043]例如，在該狀態(tài)下，即使沒有照明，亦有大約150幀可被發(fā)射器發(fā)射。所述設備處于第二運行模式。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的控制設備能夠使設備極快速地處于運行條件下。本描述涉及其能量源為光的設備。然而，可用能夠?qū)⒎请娔芰哭D(zhuǎn)換成電能量的任何變換器代替所描述的光伏單元PVU，所述變換器例如由風速計卷軸驅(qū)動的電磁微發(fā)電機或?qū)⒔Y(jié)構振動轉(zhuǎn)換成電力的壓電元件，其中壓電元件被安裝在該結(jié)構上。
[0045]在第一和第二元件為如前所述的電容器的情況下，將元件存儲容量理解為以法拉第為單位表達的電容量。
[0046]第一和第二元件還可由蓄電池組構成。在該情況下，將元件存儲容量理解為以安培小時為單位表達的電量。
[0047]其中一個元件可為電容和另一個元件可為蓄電池組。在該情況下，將元件存儲容量理解為設備運行時這些元件存儲的能量。
[0048]如前所述，遠程控制設備包括通信信號發(fā)射器TX、尤其是電磁信號(尤其是無線電信號)發(fā)射器。所述發(fā)射器允許將控制指令和/或消息和/或信息傳送至近端設備、尤其是作為相同網(wǎng)絡(尤其是家庭網(wǎng)絡)一部分的設備。因此，該控制設備可具有不同屬性。其尤其可為傳感器或無線電信標臺。
[0049]在優(yōu)選實施方式中，控制設備是向?qū)⒖刂浦噶钜宰鳛橄嗤W(wǎng)絡一部分的其它設備為目的地發(fā)射的設備。
[0050]本發(fā)明還可應用于具有顯示器的任何遠程控制設備，顯示器更具體地為電子紙技術顯示器，電子紙的英文為“e-paper”或“e-1nk”。這樣的顯示器允許向用戶提供涉及作為相同家庭網(wǎng)絡一部分的設備的信息、尤其是環(huán)境參數(shù)，以通過用戶遠程控制這些設備。
【主權項】
1.一種遠程控制設備，包括:將光能或機械能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電機(PVU);能將消息發(fā)送至遠程接收器的無線發(fā)射器(RF);第一電能存儲元件(Cl)，被連接至能量發(fā)電機(PVU)并且用發(fā)電機(PVU)生成的電能進行充電以在控制設備的第一運行模式下為無線發(fā)射器(RF)供電；以及第二電能存儲元件(C2)，在第二運行模式下為無線發(fā)射器(RF)供電，所述控制設備的特征在于，所述第二電能存儲元件被通過并聯(lián)安裝的第一電阻(Rl)和第一二極管(Dl)連接到所述發(fā)電機(PVU)，所述第一二極管的陰極被連接到發(fā)電機(PVU)的正端子。2.根據(jù)權利要求1所述的控制設備，其特征在于，所述第一電能存儲元件(Cl)的最大存儲容量(Ql)比第二電能存儲元件(C2)的最大存儲容量(Q2)小η倍，其中n> 100，甚至n>1000ο3.根據(jù)前面權利要求之一所述的控制設備，其特征在于，所述第一存儲元件(Cl)的充電電流比在具有由第一電阻(Rl)和第二存儲元件(C2)構成串聯(lián)組件的支路中流通的電流至少大k倍，其中k>2，甚至k>10。4.根據(jù)前面權利要求之一所述的控制設備，其特征在于，所述控制設備包括能夠接收消息的無線接收器(RX)。5.根據(jù)前面權利要求之一所述的控制設備，其特征在于，第二存儲元件(C2)包括超級電容器和/或可充電電池。
【文檔編號】G08C17/02GK105960665SQ201480074457
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2014年12月16日
【發(fā)明人】B·蘭伯桑德
【申請人】Somfy兩合公司