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Querverweis
zu zugehörigen
Anmeldungen
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Ein
zugehöriger
Gegenstand ist in der ebenfalls anhängigen US Patentanmeldung von
R. Kurt Bender et el., mit gleichem Datum wie diese Anmeldung, mit
dem Titel "Instrumententafelabdeckungsplatte
eines Anwesenheitssensors" (Anwaltsakte
48519) und in der ebenfalls anhängigen
US Patentanmeldung von R. Kurt Bender et al., mit gleichem Datum
wie diese Anmeldung, mit dem Titel "Baugruppe von Anwesenheitssensoren" (Anwaltsakte 48520)
der gesamte Inhalt jeder dieser Anmeldungen ist ausdrücklich durch
Bezugnahme in dieser Anmeldung mit einbezogen.
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Aufgabengebiet
der Erfindunq
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Die
Erfindung betrifft im allgemeinen Anwesenheitssensoren und im speziellen
einen Anwesenheitssensor und eine Verbraucherkontrollvorrichtung
zur Erkennung der Anwesenheit in einem Bereich unter Verwendung
von mehreren Erkennungstechnologien wie Abtastung mit Ultraschall
(US) und passivem Infrarot (PIR), um das Schalten von mehreren Verbrauchern
intelligent zu steuern. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung
eine verbesserte Energieversorgung für die Verwendung mit einem
Anwesenheitssensor und einer Verbraucher-Steuervorrichtung, die
eine vom Kriechstrom der Wechselspannung zwischen der Leitung und der
Erde stammende Gleichspannung verwendet, um die Sensoren und andere
Schaltkreise zu betreiben, und ein Tiefsetz-Schalterregler (buck-type switch regulator)
mit einem durch ein pulsbreitenmoduliertes (pulse width modulation
[PWM]) Untersystem des Ultraschall-Übertragungsgeräts ge steuerten
Schaltkreis.
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Hintergrund
der Erfindung
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Ein
Anwesenheitssensor ist entwickelt, das Vorhandensein von einer oder
mehreren Personen in einem Raum zu erkennen, üblicherweise, um festzustellen,
ob verschiedene elektrisch betriebene Verbraucher im Raum (z.B.
Lichter, Ventilation und dergleichen) angestellt sein sollten oder
nicht. Dies ist in besonderem Maße vorteilhaft für Einrichtungen
mit Benutzern, die nicht direkt für die Bezahlung der von ihnen
verbrauchten Energie verantwortlich sind, da diese Leute häufig nicht
sorgfältig
die elektrisch betriebenen Verbraucher wie Lichter, Ventilation
und dergleichen, regelmäßig abstellen,
wenn sie den Raum verlassen. Anwesenheitssensoren können demzufolge
ein Mittel bereitstellen, um eine beträchtliche Menge an Energie einzusparen.
Das hat dazu geführt,
das viele Unternehmen freiwillig Anwesenheitssensoren angeschafft
haben. Dieses Potential zum Energiesparen hat auch in bestimmten
Staaten zur Verabschiedung von Gesetzen geführt, die den Einsatz von Anwesenheitssensoren
in großen
Bereichen als Maßnahme
zum Umweltschutz anordnen.
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Manche
bundesstaatlichen und lokalen Energiespar-/Gebäudevorschriften erfordern die
Installation von zwei Lichtschaltern beim Bau oder Umbau von Bürogebäuden, wobei
jeder einzelne einen unterschiedlichen Bereich des Deckenlichtes
steuert. Der Hintergrund für
eine derartige Forderung ist, dass Mitarbeiter und Hausmeisterpersonal
im Interesse des Energiesparens die Möglichkeit haben, etwa die Hälfte des
Lichtes zu verwenden, das sie normalerweise während ihrer tagtäglichen
Tätigkeit
benötigen
würden.
In Abhängigkeit von
der Menge an verfügbarem
Umgebungslicht könnten
die in einem Raum arbeitenden Mitarbeiter wählen, nur eine Hälfte der
verfügbaren
Reihe oder Reihen der Lichter zu verwenden.
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Ferner
könnten
die Mitarbeiter ihre speziellen Lichtbedürfnisse an ihre Tätigkeiten
und ihrem Standort in dem Raum anpassen. Zum Beispiel können Mitarbeiter,
die in einem Bereich mit zu wenig Umgebungslicht arbeiten, mehr
künstliches
Licht benötigen,
je nach ihrer speziellen Tätigkeit.
Entsprechend können
Mitarbeiter in einem Bereich mit ausreichend Umgebungslicht weniger
künstliches
Licht benötigen.
Die effektive Verwendung der Bürobeleuchtung
(z.B. Verwendung nur der Hälfte
der verfügbaren
Lichter und die Verwendung von Licht nur in besetzten Büroräumen) führt zu einer
wesentlichen Energieersparnis. Zusätzlich ist es für Computeranwendungen
vorteilhaft, die Lichtmenge zu reduzieren, um ein Blenden auf Bildschirmen
(cathode ray tubes CRT) zu beseitigen.
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Herkömmliche
Handschalter sind nicht effizient, weil sie von menschlicher Beurteilung
abhängen,
alle oder nur manche Bereiche der Lichter an- und auszuschalten.
Bestehende automatische Wandschalter sind effizienter, sie machen
aber noch Fehler und haben eine zu geringe Empfindlichkeit.
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Im
Handel erhältliche
Anwesenheitssensoren und Verbraucher-Steuervorrichtungen wurden
entwickelt, um bestehende Wandschalter in gewerblichen und privaten
Anwendungen zu ersetzen. Diese Einheiten beinhalten üblicherweise
Verbraucher-Schaltvorrichtungen,
die die mechanischen Schalterkontakte eines manuell betriebenen
Schalters ersetzen. Diese Verbraucher-Schaltvorrichtungen können Relais,
SCRs, Triacs, Transistoren oder andere elektrische Verbraucher-Schaltvorrichtungen,
die durch eine Strom-Steuerschaltung mit zum Beispiel einer programmierbaren
Steuereinheit oder dergleichen gesteuert sind, beinhalten. Viele
dieser Ersatzeinheiten brauchen eine Stromversorgung für die Strom-Steuerschaltung,
die die Steuerschaltung mit Strom versorgt, unabhängig davon,
ob sich die Verbraucher-Schaltvorrichtung im An-Status oder Aus-Status befindet. Die
in dem bestehenden Schaltergehäuse
vorhandene Verkabelung, die durch das bestehende Schaltergehäuse auferlegten
mechanischen Beschränkungen
und die durch die bestehenden Verbraucher gebotenen Einschränkungen
können
nicht einfach abgeändert
und müssen
von der den bestehenden Schalter ersetzenden Einheit toleriert werden.
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Als
Austauschvorrichtungen für
bestehende Schalter entwickelte Einheiten reichen von einfachen Dimmerschaltern
bis hin zu intelligenten Lichtsystemen mit einer Mikroprozessoren-Steuerung.
Gewerblich realisierbare Austauscheinheiten für den Einsatz in Büros oder
Wohnungen sind vorzugsweise billig, robust, klein in den Ausmaßen, erfüllen strenge
Sicherheitsauflagen und haben einen geringe Stromverlustund attraktive physikalische
Eigenschaften. Zusätzlich
bilden die Kontakte der Austauschvorrichtungen vorzugsweise das von
ihnen ersetzt einfache mechanische Relais (air gap switch) nach.
Die Austauschvorrichtungen sollte auch einen ähnlichen Spannungsabfall bei
geschlossenen Kontakten, im Wesentlichen keinen Kriechstrom durch die
Kontakte, wenn diese geöffnet
sind, aufweisen und Sicherheit vor gefährlichen Spannungen bei geöffneten Kontakten
garantieren. Underwriters Laboratories (UL), die National Electrical
Manufacturers Association (NEMA), der National Electrical Code (NEC)
und andere Sicherheitsorganisationen im Bereich der Elektrik und Veröffentlichungen
stimmen im Wesentlichen überein,
dass 0,5 Milliampere (mA) elektrischen Stroms durch den menschlichen
Körper
fließen
können,
ohne die Gefahr eines elektrischen Schocks hervorzurufen. Dieses Stromniveau
wurde als ein Sicherheitsstandard für elektrischen Kriechstrom
festgelegt, der in einer elektrischen Vorrichtung auftreten darf.
Verschiedene Hersteller automatischer Wandschaltervorrichtungen
haben diesen erlaubten Kriechstrom als Stromquelle für die Vorrichtung
verwendet.
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Eine
Reihe von Verbraucher-Steuervorrichtungen und/oder Stromversorgungen
zur Verwendung mit Verbraucher-Steuervorrichtungen sind in den gemeinhin
erteilten US-Patenten
mit den Nummern
US 5,821,642,
6,307,354, 6,466,826 und 6,472,853 von Nishihira et al.,
US-Patent Nr. 5,774,322 von Walter et al, US-Patent Nr. 5,777,837
und 5,856,905 von Eckel et al. und US-Patent Nr. 6,262,565 von Williams
et al., die hiermit jeweils unter Bezugnahme beinhaltet sind, beschrieben.
Das US Patent mit der Nummer 6,262,565 von Williams et al. offenbart
ein Stromsystem für
einen elektrischen Schalter eines Verbrauchers, der die einfachen mechanischen
Kontakte eines Wandschalters mit den für eine Strom-Steuerschaltung
notwendigen Elementen ersetzt, steuerbare Kontakte bereitstellt,
thermische Stabilität
in dem Wandschalter-Gehäuse
sicherstellt, den Kriechstrom im Aus-Zustand zur Sicherstellung
eines sicheren und robusten Betriebs der sensiblen Verbraucher und
eine Sicherungsvorrichtung bereitstellt, um zu garantieren, dass
ein Aus-Zustand ohne Kriechstrom existiert, um Wartungsarbeiter
vor einem elektrischen Potential bezüglich des Nullleiters während des
Austauschs von Verbrauchern zu schützen. Auch wenn viele der Stromsysteme,
die mit bestehenden Anwesenheitssensoren verwendet werden, verwendet
jedoch das in der
US 6,262,565 offenbarte
Stromsystem eine Stromversorgung in Reihe mit dem Verbraucher. Dies
ist häufig
vorteilhaft in Situationen des Nachrüstens, wo als Ersatz des manuellen
Wandschalters in dem an der Wand bereits geschalteten Bereich des
Schaltkreises die Stromversorgung des Sensors und die Weiterleitung
in bestehende Beleuchtungsstromkreise auf die sinnvollste Art verbunden
werden,.
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Diese
Arten von Stromversorgung sind nachteilig, weil sie es einer bestimmten
Menge an Strom erlauben, in den Verbraucher im Aus-Zustand zu fließen und
der Strom eine Fehlfunktion von bestimmten elektronischen Lampen-Vorschaltgeräten (lamp
ballasts) verursachen kann. Diese Arten von Stromversorgung sind
auch nachteilig, weil sie eine minimale Menge an Stromfluss benötigen, um
mit dem Verbraucher im An-Zustand zu funktionieren, und weil es
für eine
einzige Bauart schwierig ist, in Einklang mit einer großen Breite
von Stromstärken
der Verbraucher gebracht zu werden. Ein aktives Ab tasten (active
sensing) erfordert, Strom zu übertragen.
Es besteht deshalb ein Bedarf nach einer verbesserten Stromversorgung
für Anwesenheitssensoren,
die keinen minimalen Verbrauch erfordert, aber ausreichend Strom
für einen
aktiven Bewegungs-Sensor
bereitstellt. Es besteht auch ein Bedarf an einem System, das körperlich
in den für
einen Wandschalter zugeteilten Raum passt, ohne dass die Stromversorgung
den Bewegungs-Sensor negativ beeinflusst.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
die Nachteile vorhandener Anwesenheitssensoren und deren Stromversorgungen
und verwirklicht eine Reihe von Vorteilen. Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Versorgung einer Anwesenheits-abhängigen Verbraucher-Steuerung
bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (1)
einen strombegrenzenden Schaltkreis mit Strom versorgen, wobei der
strombegrenzende Schaltkreis ausgelegt ist, das Fließen von
Strom zur Erde auf ein bestimmtes Maß zu begrenzen; (2) Ansammeln
von Ladung in einem Kapazitätsschaltkreis,
der an dem Ausgang des strombegrenzenden Schaltkreises angeordnet
ist; (3) wahlweise Steuerung der Entladung des Kapazitätsschaltkreises
in eine Stromschiene zur Stromversorgung eines Verbrauchers, der
zwischen der Stromschiene und der Erde verbunden ist; und (4) Empfangen
eines Impulssignals. Der wahlweise Steuerungsschritt umfasst das
Versorgen der Stromschiene mit aus dem Kapazitätsschaltkreis entladenem Strom
während
eines ersten Abschnitts des Impulssignals und das Unterbrechen der
Versorgung der Stromschiene mit aus dem Kapazitätsschaltkreis entladenen Strom
während
eines zweiten Abschnitts des Impulssignals.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist das Impulssignal
periodisch und umfasst Zyklen mit jeweils dem ersten Abschnitt und
dem zweiten Abschnitt darin. Der wahlweise Steuerungsschritt umfasst
den Schritt des An- und Ausschaltens von Strom aus dem Speicherelement
mit dem Auftreten des ersten bzw. zweiten Abschnitts.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren
ferner den Schritt des Betreibens eines aktiven Anwesenheits-Detektors,
der so ausgelegt ist, Anwesenheits-Detektor-Signale auf derselben
Frequenz und mit einer programmierbaren, im wesentlichen festgelegten
Verzögerung
an den ersten Abschnitt des Impulssignals zu übermitteln.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst der wahlweise
Steuerungsschritt den Schritt des An- und Ausschaltens von Strom
aus dem Speicherelement mit dem Eintreten des ersten bzw. zweiten
Abschnitts.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Übertragung
von Strom auf die Stromschiene durch die Verwendung eines Verarbeitungsgerätes gesteuert,
und dem Verarbeitungsgerät
wird der Strom über
die Stromschiene zur Verfügung
gestellt. Ein Stromkreis zum Anlaufen ist konfiguriert, dem Verarbeitungsgerät zum Anlaufen
anfänglichen
Strom zu liefern, bis das Verarbeitungsgerät Strom über die Stromschiene erhält.
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Gemäß eines
Aspektes der vorliegenden Erfindung ist für eine Verbraucher-Steuerung
eine Stromversorgung vorgesehen, die eine Gleichrichterschaltung
mit einem ersten, mit dem unter Spannung stehenden Anschluss einer
Wechselspannungsquelle verbundenen Input-Anschluss, einen mit der
Erde oder Neutral verbundenen zweiten Input-Anschluss, einen dritten
Output-Anschluss und einen vierten mit einer Gleichstrom-Hochspannungsschiene
bzw. einer Gleichstrom-Rückführschiene
verbundenen Output-Anschluss
umfasst. Die Stromversorgung umfasst weiterhin einen mit der Gleichrichterschaltung
verbundenen Strombegrenzungskreis und eine Strombegrenzungsvorrichtung
sowie einen ersten Kondensator. Die Strombegrenzungsvorrichtung
ist konfiguriert, einen entsprechenden Kriechstrom zur Erde und
einen Kriechstrom zu Neutral auf ein bestimmtes Maß zu begrenzen.
Die Stromversorgung umfasst auch einen Regler. Der erste Kondensator ist über den
Regler verbunden, wobei der Regler einen Gleichstrom-Eingang, einen
Steuerungs-Eingang zum Empfangen von Impulssignalen, einen Ausgang
mit einer Gleichstrom-Schiene, die betriebsfähig zur Bereitstellung von
Strom an einen Gleichstrom-Verbraucher ist, wenn der Gleichstrom-Verbraucher
mit einem seiner Anschlüsse
an die Gleichstrom-Schiene und mit einem anderen seiner Anschlüsse mit
einer Gleichstrom-Rückführung verbunden
ist, beinhaltet. Zusätzlich
umfasst der Regler einen Hauptschalter, eine Energie-Speichervorrichtung,
die zwischen dem Gleichstrom-Eingang und der Gleichstrom-Schiene
verbunden ist, und einen Steuerschalter. Der Steuerschalter steuert
den Betrieb des Hauptschalters, der wahlweise in Abhängigkeit
des Impulssignal geöffnet
bzw. geschlossen wird. Die Energie-Speichervorrichtung versorgt
die Gleichstrom-Schiene bei geöffnetem
Schalter mit Strom.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist die Energie-Speichervorrichtung
ein Induktor.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist das Impulssignal
ein periodisches Signal, das in jedem seiner Zyklen einen ersten
und zweiten Abschnitt umfasst. Der Hauptschalter ist funktionsfähig, um
als Reaktion auf den ersten bzw. den zweiten Abschnitt sich zu schließen und
zu öffnen.
Der Hauptschalter ist geschlossen und liefert der Gleichstrom-Schiene
im wesentlichen gleichzeitig mit dem Betrieb eines Anwesenheitssensors
für die
Verbraucher-Steuerung Strom während
des ersten Abschnitts des Impulssignals. Wenn beispielsweise der
Anwesenheitssensor einen Ultraschall-Sensor umfasst, steuert der
zweite Steuerschalter das Umschalten des Hauptschalters in Abhängigkeit
von dem Impulssignal, um eine Interferenz mit dem Ultraschallsensor
zu verringern.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist das Impulssignal
ein periodisches Signal, das sich bei derselben Frequenz wie der
Sende-Transduktor des Ultraschallsensors wiederholt.
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Gemäß noch eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist der erste Abschnitt
des Impulssignals bei einem ausgewählten Phasenunterschied bezüglich des
Betriebs eines Anwesenheitssensors für die Verbraucher-Steuerung
erzeugt.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst die Stromversorgung
einen Nebenanschluss-Regler zwischen der Gleichstrom-Schiene und
der Erde oder der Gleichstrom-Rückführung.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist die Spannung an
dem ersten Kondensator über
den Arbeitszyklus des Hauptschalters bestimmt, wie durch das Impulssignal
gesteuert.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist der Steuerungsschalter
so konfiguriert, ein durch einen Mikrocontroller erzeugtes Impulssignal
zu erhalten, und die Stromversorgung ist funktionsfähig, den
Mikrocontroller zu betreiben, wenn dieser an der Gleichstrom-Schiene
angeschlossen ist.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst die Stromversorgung
weiterhin einen mit dem Regler verbundenen Anlauf-Impulsgeber-Schaltkreis,
der konfiguriert ist, anfänglichen
Mikrocontrollerstrom zur Verfügung
zu stellen. Ein Anlauf-Sperr-Schaltkreis
kann an den Anlauf-Impulsgeber-Schaltkreis angebunden sein, um seinen
Betrieb zu verhindern, sobald das Impulssignal durch den Mikrocontroller er zeugt
ist.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist der Regler ein
Tiefsetz-Regler (buck-type regulator).
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Gemäß noch eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist die Stromversorgung
funktionsfähig,
den Kriechstrom zur Erde oder den Kriechstrom zu Neutral auf 0,50
Milliampere oder weniger zu begrenzen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Für ein vollständiges Verständnis der
Erfindung und der Vorteile bestimmter Ausführungsformen wird nun Bezug
auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen,
welche einen Teil dieser Anmeldung bilden, genommen.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht der Vorderseite von rechts einer zweikreisigen
Wandschalter-Anwesenheitssensor-Vorrichtung, die gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
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2 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung einer zweikreisigen Wandschalter-Anwesenheitssensor-Vorrichtung,
wie in 1 abgebildet;
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3 ist
ein Schaltplan eines Umschalt-Stromversorgungs-Schaltkreises, der
gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
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4A und 4B sind
Schaltpläne
von Schaltkreisen von Relais und Steuerrelais, die gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung konstruiert sind;
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5A, 5B, 5C und 5D sind
Schaltpläne
von Schaltkreisen zur Realisierung einer Mikrocontroller-basierten
Sensorplatte (sensor board) mit zweifacher Sensierung (dual technology
sensing) und Bedienersteuerungen gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung;
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6 ist
ein Schaltplan eines Umschalt-Stromversorgungs-Schaltkreises, der
gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
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7 ist
ein Schaltplan eines Nulldurchgang-Detektor-Schaltkreises (zero-crossing
detection circuit), der gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
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8 ist
ein Schaltplan eines Infrarot-Sensor-Schaltkreises, der gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist; und
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9 und 10 sind
jeweils Schaltpläne
von Schaltkreisen von Ultraschall-Sende-Empfängern
und Empfängern,
die gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung konstruiert sind.
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Es
versteht sich, dass sich innerhalb der Zeichnungen die gleichen
Bezugszeichen auf die gleichen Merkmale, Strukturen und Elemente
beziehen.
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Detaillierte
Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
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Die 1 und 2 zeigen
eine zweikreisige Wandschalter-Anwesenheitssensor-Vorrichtung 10 gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Die zweikreisige Wandschalter-Anwesenheitssensor-Vorrichtung
wird zur automatischen Steuerung von mindestens zwei Beleuchtungskreisen
(nachstehend als "Kreis 1" bzw. "Kreis 2" bezeichnet) verwendet,
basierend auf der Erkennung von menschlicher Anwesenheit in einem
Raum. Ein Beleuchtungskreis kann eine oder mehrere Lampen umfassen.
Wie oben in dem Abschnitt "Hintergrund" beschrieben, hat
eine zur Steuerung von mehr als einem Beleuchtungskreis in einem
Zimmer konfigurierte Vorrichtung die Möglichkeit, den Energieverbrauch
durch die Steuerung von zum Beispiel einem von mehreren Beleuchtungskreisen,
der in der Nähe
eines Fensters oder einer Tür
eingesetzt ist und ausgeschaltet bleibt, wenn die natürliche Beleuchtung
oder die Umgebungslichtverhältnisse
für einen
Benutzer in der Nähe
des Fensters oder der Türe
ausreichend sind, zu reduzieren. Es versteht sich jedoch, dass die
Vorrichtung so konfiguriert werden kann, dass mehr als zwei Beleuchtungskreise
gesteuert werden.
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Die
Vorrichtung 10 wird vorzugsweise in einer Öffnung für eine herkömmliche
elektrische Wanddose, wie sie für
gewöhnliche
manuelle Lichtschalter verwendet wird, nachgerüstet oder angebracht. Die Vorrichtung wird
vorzugsweise von der Wechsel-Leiterspannung
betrieben, um die Beleuchtungsverbraucher direkt zu schalten. In
der folgenden Beschreibung ist auf eine detaillierte Beschreibung
von bekannten, hierin beinhalteten Funktionen und Konfigurationen
zwecks prägnanter
Darstellung verzichtet. Beispielhafte automatische Wandschalter
mit bekannten ähnlichen
Funktionen und Konfigurationen sind in den US-Patenten mit den Nummern
5,640,143, 5,986,357, 6,078,253 und 6,759,954, alle von Myron et
al. (demselben Rechtsnachfolger zuerteilt wie die vorliegende Erfindung)
und dem US-Patent mit der Nummer 5,189,393 von Hu offenbart, wobei deren
Offenbarung durch Bezugnahme hierin beinhaltet ist.
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Technische
Aufteilung der Schaltkreise
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Mit
fortgesetzter Bezugnahme auf 1 und das
Explosions-Schaubild in 2 sind die mechanischen und
die Design-Aspekte der zweikreisigen Wandschalter-Anwesenheitssensor-Vorrichtung 10 in
den oben zitierten, ebenfalls anhängigen Anmeldungen beschrieben.
In Kürze:
Die Vorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit einer Frontplatte 14 und
einem Hauptteil 16, das in eine Öffnung in der Wand oder eine
andere Oberfläche,
die dafür
geeignet ist, einen herkömmlichen
Wandschalter zur Steuerung von Verbrauchern (z.B. Beleuchtung) aufzunehmen,
eingesetzt werden kann. Die Frontplatte 14 ist so konfiguriert,
dass sie nach Installation im wesentlichen bündig mit der Wand ist, und
umfasst ein Gitter 18, durch das Ultraschall-Signale gesendet
und empfangen werden können,
und eine Öffnung 20 für eine in
Verbindung mit einem passiven Infrarot-Sensor verwendete Linse,
die zur Anwesenheitserkennung bei vorzugsweiser Verwendung von Technologien
mit Ultraschall (US) und passivem Infrarot (PIR) verwendet wird.
Die Frontplatte 14 umfasst auch je eine Öffnung 23 und 25 für zwei Tasten 22 und 24 und
ihre jeweiligen Tastenabdeckungen 22' und 24' zur manuellen Steuerung von jedem
der zwei Beleuchtungsschaltkreise.
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Es
wird Bezug genommen auf 2. Die Vorrichtung 10 hat
etliche Platinen- und Plattenbauteile, die zusammen in einem Gehäuse mit
einer Frontplatte angeordnet sind. Eine Sensorplatine 26 realisiert
die Sensorschaltung für
die US- und PIR- Sensoren einschließlich Sensorelementen, einem
analogen Sensorschaltkreis und einem Microcontroller 38.
Die Sensorplatine 26 ist an der vorderen Wand des Schalters
befestigt, die Ultraschall- und Infrarot-Transduktoren ragen nach
vorne in den Raum, zusammen mit den Einrichtungs- und Bedienungssteurungen.
Die Schaltpläne
der US- und PIR-
Sensoren sind in den 8, 9 und 10 dargestellt.
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Eine
Stromversorgungsplatine 28 realisiert die Stromversorgung
und den Schaltkreis der Beleuchtungsverbraucher. Die Stromversorgungsplatine 28 ist
an der Rückseite
des Wandschalters befestigt. Die Sensoren und die Stromversorgungsplatinen 26 und 28 sind
durch eine Sammelleitung (nicht gezeigt) verbunden. Die Sensorplatine 26 kommuniziert
Steuerrelais-Signale und ein Stromversorgungs-Oszillatorsignal an
die Stromversorgungsplatine 28. Die Stromversorgungsplatine 28 versorgt
die Sensorplatine 26 mit Gleichstrom und Wechselspannung-Nulldurchgang-Signalen
(AC voltage zero-crossing signal). Der Schaltplan für die Stromversorgungsplatine 28 ist
in 3 dargestellt, und die Relais für die Verbrauchersteuerung
der zwei Beleuchtungskreise A und B sind in den 4A und 4B gezeigt.
Der Stromversorgungs-Schaltkreis 48 auf der Stromversorgungsplatine 28 verwendet
einen Tiefsetz-Schalt-Regler (buck-type switch regulator). Gemäß eines
Aspekts der vorliegenden Erfindung ist der Schalt-Regler synchron mit
dem Ultraschall- Sender-Detektor-Schaltkreis auf der Sensorplatine 26 betrieben,
um das Erzeugen von Energie zu vermeiden, die eventuell fälschlicherweise
als ein Geräusch
in dem zurückkehrenden
Ultraschall erkannt werden könnte.
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Schließlich ist
zwischen der Frontplatte 14 und der Sensorplatine 26 eine
Abdeckungsplatte 30 mit Öffnungen 36 und 37 für die zwei
manuellen Steuerungstasten zur Steuerung der jeweiligen Beleuchtungskreise A
und B und Öffnungen 33 und 35 für die Ultraschall-Transducer 32 und
die optischen Signale von der Linse 34 vorgesehen.
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IR Sensor
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Der
Infrarot(IR)Sensor-Schaltkreis 40 auf der Sensorplatine 26 umfasst
vorzugsweise eine Fresnellinse 34, einen pyroelektrischen
Detektor, Bandpass-Verstärker,
einen analog-digital-Wandler (ADC) (z.B. ein in dem Mikrocontroller
vorgesehener ADC) und einen auf dem Mikrocontroller 38 auf
der Sensorplatine 26 laufenden IR-Sensor-Algorithmus. Der
Infrarot-Sensor-Schaltkreis ist in 8 dargestellt.
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Ultraschall
Sensor
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Die
Ultraschall (US)-Sensor-Schaltkreis verwendet eine aktive Doppler-Ultraschall-Erkennung, um Bewegung
in dem überwachten
Raum aufzuspüren.
Sie besteht aus einem 40 KHz Sender-Transduktor (sender transducer)
oder einem Ultraschall-Senderschaltkreis 42 und
einem Ultraschall-Empfängerschaltkreis 44 mit
einem 40 KHz Empfänger-Transduktor
(receiver transducer) und einem Verstärker, einem synchronen Messpunkt-Mischer
(sample-point mixer), einem Doppler-Signal-Bandpass-Verstärker, einem
Analog-Digital-Wandler innerhalb des Mikrocontrollers 38 und
einem auf dem Mikrocontroller 38 laufenden Ultraschall-Sensor-Algorithmus.
Die Ultraschall-Detektor-Schaltkreise 42 und 44 sind
in den 9 bzw. 10 dargestellt.
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Photozellen-Sensor
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Ein
Photozellen-Schaltkreis 46 ist auch auf der Sensorplatine 26 vorgesehen
und umfasst vorzugsweise einen Kadmium-Sulfid-Photo-Widerstand oder
eine andere Licht zu-Strom-Umwandlungs-Einrichtung, Vorspannungsschaltkreise
(biasing circuitry), einen innerhalb des M.krocontrollers 38 verfügbaren Analog-Digital-Wandler
und einen in dem Mikrocontroller 38 laufenden Photozellen-Sensor-Algorithmus.
Die Photozellen-Schaltung
ist in 7 dargestellt. Der Photozellen-Algorithmus realisiert
das Ausschalten des Beleuchtungskreises (z.B. von Kreis B, wie in
der veranschaulichten Ausführungsform
gezeigt) bei einer erhöhten
Menge von Umgebungslicht und das Anschalten bei einer verringerten
Menge von Licht sowie weitere Funktionen und ist nachstehend detaillierter
in Verbindung mit dem Steuerungs-Algorithmus der zweikreisigen Wandschalter-Anwesenheitssensor-Vorrichtung 10 beschrieben.
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Mikrocontroller
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Der
Mikrocontroller 38 ist ein digitaler Mikroprozessor, der
vorzugsweise ein analogdigitales (A/D) Input-Untersystem und ein
pulsbreitenmoduliertes (PWM) Output-Untersystem sowie übliche input/output (I/O) Anschlussstifte
umfasst. Der Mikrocontroller 38 kann zum Beispiel das Model
MSP430 von Texas Instruments Incorporated, Dallas, Texas sein. Wie
oben erwähnt,
ist der Mikrocontroller 38 in dem Schaltbild der Sensorplatine
in 5 dargestellt. Der Mikrocontroller
führt einen
Anwesenheits-Erkennungs-Algorithmus
aus, basierend auf den Sensorsignalen der A/D-Anschlussstifte, und steuert die Relais
durch I/O-Anschlussstifte. Der Mikrocontroller 38 betreibt
auch die Ultraschall-Transduktoren 32 und den Schalter
der Stromversorgung durch PWM-Outputs. Wie oben erwähnt, wird
der Stromversorgungs-Umschalt-Regler 66 auf
der Stromversorgungsplatine 28 gleichzeitig mit der Ultraschall
Sender-Detektor-Schaltung 42 betrieben,
um das Erzeugen von Energie zu vermeiden, die eventuell fälschlicherweise
als ein Geräusch
in dem zurückkehrenden
Ultraschall erkannt werden könnte.
In jedem Umschalt-Schaltkreis des Stromversorgungs-Umschalt-Reglers 66 ist
die Einschaltdauer eines Schalters des Stromversorgungs-Reglers 66 durch
einen Impuls des Mikrocontroller-PWM-Untersystems festgelegt. Dementsprechend
wiederholt sich der Umschalt-Kreis bei einer Frequenz von 40 KHz.
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Stromversorgung
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Der
Stromversorgungs-Schaltkreis 48 auf der Stromversorgungsplatine 28 ist
in 3 dargestellt. Der Stromversorgungs-Schaltkreis 48 leitet
seine Stromeinspeisung von der Wechselspannungsleitung ab, wobei eine
kleine Menge an Netzstrom zur Erde streut. Alternativ kann ein Stromversorgungs-Schaltkreis 48 mit
zu Neutral gestreutem Strom betrieben werden. Aus elektrischer Sicht
sind Erde und Neutral äquivalent
hin sichtlich der Versorgung des Stromversorgungs-Schaltkreises;
aus Sicht der Verkabelung jedoch sind mit Kriechstrom zur Erde bzw.
Neutral betriebene Stromversorgungs-Schaltkreise so eingebaut, dass sie
verschiedene Anschlusspunkte, die für einen Fachmann ersichtlich
sind, verwenden. Dieser störende
Kriechstrom ist aufgrund der Sicherheitsüberlegungen beschränkt, 0,5
Milliampere (mA) nicht zu überschreiten.
Das Anwesenheits-Sensor-Untersystem (z.B. Sensorplatinen-Schaltkreise 40, 42, 44)
wird bei 3,3V und bei einer Stromstärke, die wesentlich größer als
0,5 mA ist, betrieben. Der Stromversorgungs-Schaltkreis 48 ist
als ein Strom-Umschalt-Wandler in Betrieb, um eine hohe Spannung
bei geringem Strom in eine geringe Spannung bei hohem Strom umzuwandeln,
wobei durch die Umwandlung eine gute Effizienz erhalten bleibt.
Der Stromversorgungs-Schaltkreis 48 ist nachstehend detaillierter
in Verbindung mit dem in 3 dargestellten Strom-Schaltbild
beschrieben.
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Relais-Steuerung
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Wie
in den Fig.en 4A und 4B gezeigt
ist, um fasst die Vorrichtung 10 vorzugsweise zwei Relais
RL100 und RL101 (z.B. auf der Stromversorgungsplatine 28)
zur Steuerung der jeweils zwei individuellen Beleuchtungskreise
A und B. Der Algorithmus zur Steuerung des Betriebs der individuellen
Relais ist nachstehend in Verbindung mit dem zweikreisigen Wandschalter-Steuerungs-Algorithmus
beschrieben.
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Wechselstrom-Nulldurchgang-Sensierung
(AC zero-crossing sense)
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Der
Wechselspannung-Nulldurchgang wird gemessen und an die Sensorplatine 26 über den
Schaltkreis 110, der eine Diode D101 und Widerstände R124,
R125 und R126 umfasst, weitergleitet, wie in 7 dargestellt.
Die Widerstände
R126 und R125 begrenzen den Strom für den Null-Spannungsdurchgang-Sensierungs-Schaltkreis.
Das Diodenpaar D101 ist zusätzlicher
Schutz für
den zugehörigen
Mikrocontrolleranschluss. Der Widerstand R124 setzt den Anschluss
an P-GND vorzugsweise leicht unter Vorspannung. Das Schließen der
Relais RL100 und RL101 (i.e. in den 4A und 4B)
ist zeitabhängig
von der Vorgabe des Null-Spannungsdurchgang-Sensierungs-Schaltkreises. Der
Betrieb des ebenfalls in den 4A und 4B gezeigten
Relais-Spulenantrieb-Schaltkreises
(relais coil drive circuit)Fig. führt zu einem Ladungsverlust
von den Relais-Speicherkondensatoren C105 bzw. C106. Der Sensorplatinen-Mikrocontroller 38 legt
die zeitliche Dauer und die Zeit zwischen den Relais-Impulsen fest,
um die Umschaltzeit innerhalb der Beschränkungen der Speicherkondensatoren
zu maximieren.
-
Steuerungen
des Bedieners
-
Ein
Reihe von Steuerungsknöpfen
ist von der Frontplatte oder den Armaturen 14 zugänglich,
wie in den 1 und 2 gezeigt.
Die Steuerungsknöpfe
beinhalten, ohne darauf beschränkt
zu sein, Bedienungs-Druckknöpfe 22 und 24 zum
manuellen An-/Ausschalten des Beleuchtungskreises A (z.B. der untere Knopf)
und des Beleuchtungskreises B (z.B. der obere Knopf). Diese Steuerungsknöpfe sind
vorzugsweise auf der Sensorplatine 26 vorgesehen und erstrecken
sich durch zugehörige Öffnungen
in die Abdeckungsplatte 30 und Frontplatte 14,
wie oben beschrieben.
-
Zusätzlich zu
den Bedienelementen an der Frontplatte sind einige versteckte Installations-/Wartungsknöpfe und/oder
Schalter vorgesehen. Diese versteckten Installations/Wartungsknöpfe und
Schalter sind, zum Beispiel, an der Sensorplatine 26 vorgesehen
und vorzugsweise erst zugänglich,
wenn die Abdeckungsplatte 30 und Armatur oder Frontplatte 14 zuerst
entfernt sind. Die versteckten Installations-/Wartungsknöpfe und Schalter
sind vorzugsweise als Modus-Wahlschalter (mode switch) 52 (z.B.
insgesamt 8 Schalter) ausgeführt, die
folgendes beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein:
A-Modus:
Automatisch oder manuell
B-Modus: Automatisch oder manuell
Photozellen-Modus:
Fortlaufend oder nur Anschalten
Timer-Einstellung: 2 Schaltpole
Timer-Modus:
Festgelegt oder automatisch
Empfindlichkeit: Normales oder
hohes Vertrauen
Auf die Zurückstellung
angepasste Werte
Druckknopf-Schalter – Photozellen-Sollwert
-
Zusätzlich ist
ein Wartungsmodus-Schalter 54 vorgesehen (z.B. auf der
Sensorplatine 26, wie in 2 gezeigt),
die das Einschalten des Stromes der Relais verhindert, um eine UL-Vorschrift
für automatische
Lichtschalter einzuhalten. Der Sicherheits-Sperrschalter 54 versetzt gemäß Elektrik-Gesetz
die zweikreisige Wandschalter-Anwesenheitssensor-Vorrichtung 10 in
einen abgeschaltenen Wartungs-Modus und verhindert die Stromversorgung
des Relais RL100 bzw. des Relais RL101. Dieser Sperrschalter ist
vorzugsweise nur für
einen Elektriker durch Entfernen der vorderen Abdeckung der Wandplatte
oder der Armatur zugänglich.
In den 5A und 5D sind
die Signale der Druckknöpfe 22, 24 und 54 und
die Modus-Wahlschalter 52 als Eingänge zu dem Mikrocontroller 38 vorgesehen. 5B zeigt
eine Brücke
zur Bereitstellung von Steuersignalen wie beispielsweise Mikroimpuls-Signale
oder Relais-Steuersignale
(i.e. RLY ON1, RLY OFF1, RLY ON2 und RLY OFF2) für die Relais RL100 und RL101
zu anderen Teilen der Vorrichtung 10 wie beispielsweise
die Stromversorgungsplatine 28. 5C zeigt
Komponenten zum Filtern der Ausgangsspannung des Stromversorgungs-Schaltkreises 48 zur
Verbindung zu dem Steuerungs-Schaltkreis,
der die Beleuchtungskreise A und B über die Relais RL100 und RL101
steuert, wie in den 4A bzw. 4B gezeigt.
-
Der
Mikrocontroller 38 empfängt
von diesen Schaltern 52 Signale und ist programmiert, auf
vorbestimmte Weise entsprechend Informationen bezüglich der
Schalterstellungen zu funktionieren. Es folgt eine Beschreibung
der Steuerungsvorgänge
des Mikrocontrollers 38 und zugehöriger Schaltkreise.
-
Wird
beispielsweise der A-Modus oder B-Modus Schalter auf "auto" für einen
automatischen Betrieb gestellt, funktioniert der zugehörige Kreis
A oder B in einem Auto-An-Modus,
wobei die Vorrichtung 10 die Lichter einschaltet, wenn
eine Anwesenheit anfangs festgestellt wird (d.h. über den
Betrieb des US- und/oder des PIR-Sensors). Ist der A-Modus oder
B-Modus Schalter auf "manuell" für manuellen
Betrieb gestellt, funktioniert der zugehörige Kreis A oder B in einem
Manuell-An-Modus, wobei die Vorrichtung 10 die Lichter
nicht einschaltet, wenn eine Anwesenheit anfangs festgestellt wird.
In anderen Worten, es muss ein Anwesender manuell über den
Druckknopf der Frontplatte die Kreis A oder B zugehörigen Lichter
einschalten. Dementsprechend ist die Vorrichtung 10 konfigurierbar,
in einem Auto-An oder einem Manuell-An-Modus für einen automatisch-an oder
manuell-an- Betrieb zu funktionieren. In dem Automatisch-An-Modus schaltet
die Vorrichtung die Lichter beim Feststellen von Anwesenden automatisch
an. Die Lichter bleiben automatisch an und werden, wenn die Anwesenheit
beendet ist, abgeschalten. Im Manuell-An-Modus muss der Anwesende
manuell die Lichter beim Betreten des Raumes einschalten, wonach
die Lichter automatisch angeschaltet bleiben und, wenn die Anwesenheit
beendet ist, abgeschalten werden.
-
Ungeachtet
der Auto/Manuell-Schalter-Einstellung für die Kreise A und B ist der
Mikrocontroller 38 programmiert, die zugehörigen Relais
RL100 und RL101 so zu betreiben, dass sie geschlossen werden und
dabei die Lichter ausschalten, wenn ein Anwesenheits-Timer abgelaufen
ist. Auf diese Weise realisiert die Vorrichtung 10 einen
Auto-Aus-Modus als
ihren normalen Verhaltensmodus. Ein Manuell-Aus-Modus ist jedoch
vorgesehen, wobei ein Anwesender die Lichter mit manueller Steuerung
(d.h.der Druckknopf der Frontplatte) ausschalten kann. Des weiteren
ist eine Rückkehr
zum Auto-An-Betrieb vorgesehen. Nachdem ein Nutzer die Beleuchtungskreise
A oder B manuell über
den Druckknopf an der Frontplatte ausschaltet, kehrt die Vorrichtung 10 nach
dem Ablauf eines Anwesenheits-Timers auf den automatisch An-Modus
zurück.
Diese Funktion erlaubt dem Bediener, die Lichter bei bestimmten
Umständen,
unabhängig
von der Auto/Manuell-Schaltereinstellung der Kreise A und B, abzuschalten.
Diese Funktionsweise wird erziehlt, ohne dass es eines Verbraucherstroms
bedarf. Die Verbraucher A und B können getrennt werden, ohne
dass der Betrieb der Einheit beeinflusst wird. Aktive Ultraschallmessung
geht ohne Verbraucherstrom vonstatten.
-
Bezüglich der
Photozellen-Modus Einstellung über
einen der zugehörigen
Schalter kann der Betrieb des Beleuchtungskreises B durch die festgestellte
Umgebungslichtmenge entweder fortlaufend oder nur für den Zweck
des Anschaltens beeinflusst werden. In anderen Worten, im Gegensatz
zu dem Modus des andauernden Betriebs, wobei der Kreis B bei ausreichend
festgestelltem Umgebungslicht heruntergefahren werden kann, bewirkt
die Einschalt-Einstellung des Photozellen-Modus-Schalters, dass
der Kreis B nur dann nicht betrieben wird, wenn ausreichend Umgebungslicht
bei einer Anschaltfunktion festgestellt wird.
-
Der
Mikrocontroller 38 ist mit einem Anwesenheits-Sensor-Algorithmus
programmiert, der das "Vertrauens-Level
(confidence level)",
gegen das die Sensorwerte verglichen werden, einstellt, um die Anwesenheit
festzustellen. Ein Verstärkungsgrad-Rücksteller
(gain setback) ist vorzugsweise vorgesehen, um zwischen den Vertrauens-Levels
(conficende levels) zu wechseln, die benötigt sind, die Lichter angeschaltet
zu lassen, gegenüber
denjenigen, die benötigt
sind, sie ursprünglich
einzuschalten, wie in dem oben erwähnten US-Patent Nr. 5,640,143
beschrieben. Dementsprechend funktionieren die US- und PIR-Sensoren
in der Vorrichtung 10 gemäß einem Verstärkungsgrad-Rückgang (Gain Set-Back) mit
geringer Empfindlichkeit beim ursprünglichen Anschalten, gefolgt
von höherer
Empfindlichkeit nach dem Einschalten, um Fehlbedienungen in einem besetzten
Raum zu vermeiden. Der Verstärkungsgrad-Rückgang (gain
set-back) zieht Vorteil aus der Tatsache, dass eine Wandschalter-Anwesenheits-Sensor-Vorrichtung
notwendigerweise ein starkes Anwesenheitssignal erkennen wird, wenn
eine Person den Raum durch die Türe
betritt. Danach kann die Empfindlichkeit höher sein, um kleinere Bewegungen,
die für
Anwesende in einem Bereich über
eine gewisse Zeit typisch sind (z.B. saßen relativ still, um zu lesen,
und werden demnach durch einen Anwesenheitssensor mit geringer Empfindlichkeit
vielleicht nicht erkannt), festzustellen. Der Empfindlichkeitsschalter
kann auf Normal-Modus, wobei der Verstärkungsgrad-Rückgang nicht
verwendet wird, oder auf Hohes-Vertrauen-Modus (high conficence
mode), wobei der Verstärkungsgrad-Rückgang verwendet
wird, gestellt werden.
-
Der
Mikrocontroller 38 funktioniert derart, dass die Beleuchtungskreise
A und B automatisch, nachdem über
einen bestimmten Zeitraum, im folgenden als Abschalt-Zeitraum bezeichnet,
keine Bewegung festgestellt wurde, abgeschaltet werden. Zusätzlich ist
der Mikrocontroller 38 programmiert, die Beleuchtungskreise
mit einer Aufschubs-Periode (grace period) zu betreiben. Nachdem
die Lichter automatisch abgeschalten wurden, legt der Mikrocontroller 38 eine
Aufschubs-Periode (z.B. etwa 10 Sekunden) fest, während der
er in der Empfindlichkeitseinstellung des An-Status bleibt (i.e.,
eine höheres
Vertrauens-Niveau). So kann, wenn ein Entscheidungsfehler auftrat
und der/die Beleuchtungskreise) A und/oder B irrtümlicherweise
(d.h. der Raum ist noch besetzt) ausgeschalten wurden, eine Anwesender
mit der Hand zum Beispiel zur Erkennung der Anwesenheit winken und
bewirken, dass die Vorrichtung 10 den/die Beleuchtungskreise)
wieder einschaltet.
-
Dieser
Zeitabschnitt kann festgelegt sein oder variabel und automatisch
an die Anwesenheits-Festellungsmuster angepasst sein. Der Timer-Einstellungs-Schalter
erlaubt einem Benutzer die Dauer für den anfänglichen Abschalt-Zeitraum
und die Aufschubs-Periode
zu wählen.
Der Timer-Modus-Schalter (festgelegt/automatisch) bestimmt, ob der
gewählte
Abschalt-Zeitraum von festgelegter Dauer ist (d.h. festgelegter Timer-Modus) oder ob er
wegen angepasstem Verhalten bezüglich
der festgestellten Anwesenheit variiert (d.h. automatischer Timer-Modus).
-
Schließlich umfassen
die Steuerungen einen Schalter, um die angepassten Werte wie der
Abschalt-Zeitraum oder die Anwesenheits-Sensor-Schaltkreis-Vertrauens-Level
zurückzusetzen,
und einen Schalter (z.B. einen Druckknopf-Schalter) für den Photozellen-Sollwert.
Die Anpassungsdurchführung
für diese
und andere Einstellungen ist nachstehend detaillierter beschrieben.
-
Der Betrieb
der Beleuchtungskreise
-
Es
folgt nun eine detailliertere Beschreibung des Betriebs der Beleuchtungskreise
A und B. Im allgemeinen ist Kreis A der erste Beleuchtungskreis
und deshalb nicht in Abhängigkeit
von dem Tageslicht gesteuert. Kreis B wird vorzugsweise als Hilfsbeleuchtungsquelle
betrieben, wenn das Tageslicht nicht ausreicht. Deshalb beeinflusst
die Photozellensteuerung, wie oben erwähnt, vorzugsweise nur Kreis
B.
-
Anschalten
-
Das
Anschalten der Kreise A und B ist durch eine Kombination der Schalter
22 und
24 auf
der in
2 dargestellten Frontplatte,, und die verstecken
Einbau-/Wartungs-Steuerungsknöpfe
52 und
54 (z.B.
als Modus-Schalter
52 realisiert) für den im Kreis A automatischen/manuellen
Anschalt-Modus und den im Kreis B automatisch/manuellen Anschalt-Modus
festgelegt. Tabelle 1 beschreibt den Betrieb der Beleuchtungskreise A
und B gemäß verschiedener
Kombinationen dieser Einstellungen. Tabelle
1
-
Aufhebung
-
Der
automatische Modus kann entweder bei Kreis A oder B aufgehoben werden.
Einmal aufgehoben bleibt der Kreis, falls der Schalter 22 oder 24 wieder
umgeschaltet wird, in einem manuell gesteuerten Zustand. Die Steuerung
per Druckknopf eines Schaltkreises verursacht vorzugsweise nie,
dass der Schaltkreis in einen automatisch gesteuerten Zustand zurückkehrt.
Jede manuelle Aufhebung einer automatischen Einstellung bleibt bestehen,
solange der Raum besetzt ist. Alle manuellen Steuerungen der Schaltkreise
werden auf die Ursprungswerte zurückgesetzt, sobald die Anwesenheit
beendet ist. In anderen Worten, wenn die Lichter manuell ausgeschalten
werden (d.h. durch Verwendung eines Frontplatten-Druckknopfes),
bleiben die Lichter aus, solange eine Anwesenheit noch festgestellt
wird. Die Lichter können
manuell wieder eingeschalten werden. Wenn Anwesenheit während des
Abschalt-Zeitraums festgestellt wird, ist der Mikrocontroller 38 so
programmiert, den Abschalt-Zeitraum wieder neu zu starten. Nachdem
die Unterbrechungs- und Aufschubs-Perioden, ohne dass Bewegung festgestellt
wurde, abgelaufen und die Lichter ausgeschalten sind, kehrt der
Sensor zu dem Anschaltverhalten zurück, geführt von den Modus-Schaltern,
der Photozellen-Lichtmengen-Einstellung und der gemessenen Lichteinstellung.
-
Photozellen-Verhalten
-
Eine
Photozellen-Schaltung 46 kann überwunden werden (z.B. für einen
As-Shipped-Fehlwert-Modus),
so zu funktionieren, als ob unzureichendes Umgebungslicht gemessen
ist, wodurch der Beleuchtungskreis B angeschalten wird, falls dies
nicht andererseits durch den Kreis B-Modus-Schalter verhindert wird.
Das Photozellen-gesteuerte Verhalten basiert in einem Falle anfänglicher
Anwesenheits-Sensierung auf einem vorausliegenden Beleuchtungs-Status,
bei dem das Licht aus ist. Während
der Anwesenheit ist das durch Photozellen gesteuerte Verhalten vorzugsweise
eine fortlaufende Funktion der Lichtmenge, d.h. Kreis B schaltet bei
unzureichender Lichtmenge an und schaltet aus, wenn mehr als ausreichend
Licht existiert.
-
Das
Photozellen-Verhalten ist vorzugsweise aufgrund eines nachgelagerten
Beleuchtungs-Status vorhersehbar. Kreis B sollte nicht ausgeschaltet
bleiben, wenn der Beleuchtungskreis A automatisch anschaltet, und
dann kurz danach aufgrund einer anfänglichen Überschätzung der Lichtmenge mit Kreis
A anschalten. Außerdem
sollte Kreis B nicht mit Kreis A bei einer anfänglichen Anwesenheits-Erkennung
anschalten und anschließend
kurz danach aufgrund einer anfänglichen
Unterbewertung der Licht menge mit Kreis A ausschalten. Am wichtigsten
ist, dass Kreis B nicht in einen periodischen Status aufgrund einer
Unterbewertung der Lichtabgabe von Kreis B kommen darf. Die oben
beschriebenen Steuerungs-Knöpfe
ermöglichen
der Photozellen-Steuerung,
einen solchen nicht gewünschten
Betrieb des Beleuchtungskreises B zu verhindern. Zum Beispiel ist
ein Photozellen-Sollwert-Schalter vorgesehen. Wenn der Photozellen-Sollwert-Schalter
gedrückt
wird, schaltet die zweikreisige Wandschalter-Anwesenheits-Sensor-Vorrichtung 10 die
Beleuchtungskreise A und B individuell an und aus und legt Photozellen-Auslösepunkte
für die
jeweiligen Zustände
von „Alle
aus", „Kreis
A an" und „Kreis
A und B an" fest.
-
Bestimmte
Situationen ergeben sich aus einem ungewünschten periodischen Verhalten,
wie oben beschrieben, sogar für
ein System, das richtig entwickelt und installiert ist. Zum Beispiel
kann ein Wechsel lokaler Reflexionen verursachen, dass mehr Beleuchtung
von Kreis B zurück
auf die Photozellen reflektiert wird, wodurch eine zyklische Schwingung
entsteht. Anwesende haben sich früher auch über ein Photozellengesteuertes
Ausschalten ihrer Lichter beschwert. Die vorliegende Erfindung ist
auf beide dieser Probleme gerichtet, wobei eine Einstellung vorgesehen
ist, die der Photozelle nur das Einschalten von Kreis B und nie
das Ausschalten erlaubt. Wenn dieser Modus ausgewählt ist,
(z.B. die oben beschriebene Einstellung für den Photozellen-Modus „Nur Anschalten"), wird Kreis B nur
am Ende der Anwesenheit automatisch abgeschalten.
-
Abschalten
-
Das
manuelle Abschalten des Beleuchtungskreises A über den Frontplatten-Druckknopf 22 könnte dazu
führen,
dass die Photozellen-Steuerelektronik des Mikrocontrollers feststellt,
dass weniger Licht erfasst wurde und Kreis B anschaltet. Das wäre frustrierend,
da der Anwesende die Lichter offenkundig ausgeschaltet haben möchte. Das
Ausschalten des Kreises B bedeutet, dass der Anwesende die Lichter
ausgeschalten haben möchte,
und er überwindet
deshalb das automatische Anschalten von Kreis B auch gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die manuelle Steuerung von Kreis A mit Kreis B im automatischen
Modus schaltet zwischen: (1) Abschalten des Kreises A und Festlegen
des Kreises B in seinem aktuellen Status; und (2) Anschalten von Kreis
A und dem Kreis B ermöglichen,
selbst seinen Zustand gemäß dem Betriebsmodus
festzustellen. Kreis A schaltet ab: (1) Wenn die Anwesenheit vorbei
ist; oder (2) wenn der Frontplatten-Druckknopf des Kreises A aktiviert
wird. Kreis B schaltet ab: (1) Wenn die Anwesenheit abläuft; oder
(2) wenn der Frontplatten-Druckknopf des Kreises B aktiviert wird;
oder (3) wenn das Umgebungslicht den Sollwert überschreitet (d.h. es sei denn,
die Photozelle ist im „Nur
Anschalten"-Modus).
-
Gemäß eines
weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung kann eine Stufen-Aus-
Eigenschaft vorgesehen sein, wobei Kreis A abschaltet und Kreis
B angeschaltet bleibt, falls er schon angeschaltet ist. In diesem Fall
wirkt Kreis B, falls angeschalten, als ein Pilot, da A zuerst ausschaltet.
-
Der Betrieb
der Schalt-Stromversorgung
-
Der
Stromversorgungsschaltkreis 48 (3) beinhaltet
gemäß der vorliegenden
Erfindung mehrere einzigartigen Merkmale. Diese Merkmale werden
hier kurz genannt und unten näher
beschrieben. Diese Merkmale sind:
Strombegrenzung auf 0,5 mA
zur elektrischen Sicherheit zur Begrenzung des Erdkriechstromes;
Steuerung
der Schalt-Stromversorgung durch den Mikrocontroller 38,
der sie mit Energie versorgt;
ein Anlauf-Schaltkreis versorgt
anfänglich
den Mikrocontroller 38 mit Strom, um diesen zu starten;
die
Schalt-Stromversorgung ist synchron mit dem Ultraschall-Sensor;
die
Ausgangs-Spannungs-Regelung ist über
die Ausgangs-Schiene durch einen Nebenschluss-Regler ausgeführt;
die
Eingangs-Spannungs-Schiene ist durch den Ausgangs-Spannungs-Nebenschluss-Stromkreis festgelegt, widergespiegelt
durch die Funktion des Stromversorgungs-Spannungs-Teilungs-Transfer (power supply
voltage division transfer function); und
der Ausgabestrom der
Stromversorgung ist durch eine Eingangs-Stromgrenze festgelegt,
widergespiegelt durch die Funktion des Stromversorgungs-Strom-Multiplikations-Transfer (power supply
current multiplication transfer function).
-
Wie
oben beschrieben, werden Wandschalter-Austauschsensoren benötigt, die
klein genug sind, um in bestehende Dosen in der Wand zu passen.
Obwohl bestehende Hochfrequenz-Stromversorgungen erfolgreich sind,
den benötigten
Strom in genügend
kleinen Packungen bereitzustellen, haben sie nicht eine weitere Anforderung
der kleinen Packung erfüllt,
d.h. Reduzierung des Geräuschs
aus der Sensorinterferenz. In anderen Worten, wenn ein empfindlicher
-Detektorschaltkreis sehr nahe an den Bauteilen der Stromversorgung
angeordnet sein muss, kann es zu Stromversorgungs-Geräuschen in
dem Sensor-Signal-Weg kommen. Die Stromversorgungsplatine 28 der
vorliegenden Erfindung ist vorteilhaft, weil sie einen Impuls verwendet,
der synchron (d.h. im wesentlichen simultan oder durch eine beliebig
festgelegte Phasenverschiebung gekennzeichnet) mit der Sensor-Ultraschall-Frequenz
ist, um Geräusche
von der Stromversorgung daran zu hindern, in den Signal-Weg einzudringen.
Die durch synchronen Betrieb erzielte Geräuschreduzierung ermöglicht größere Empfindlichkeit
und Deutlichkeit des Signals als frühere Sensoren mit nicht synchroner
Stromversorgung.
-
Es
folgt nun eine Beschreibung des Betriebs des Stromversorgungs-Schaltkreises 48 unter
Bezugnahme auf 3, die ein beispielhaftes Schaltbild
einer Stromversorgung gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
Filter und
Sicherheit
-
Filter 56 (d.h.
Spule (Induktor) L101 und Schmelzwiderstand R 102) trennen den unter
Spannung stehenden Strang von dem Dioden-Brückengleichrichter 58,
der mit Dioden D107, D106, D108 und D105 gebildet ist. Die sich
daraus ergebende LRC-Impedanz dämpft
jede während
des Umschaltens der Verbraucher (z. B. Beleuchtungskreis A oder
B) eingebrachte Energie heraus. In dem Filter 62 (d.h.
Kondensator C 111) sammelt sich Ladung zur Erreichung einer Spitzenspannung
der Eingangs-Spannungsleitung
bezüglich
der Erde.
-
Grenze des
Stromes
-
Die
Widerstände
R129, R127, R131, R128, R103 und R104 bilden mit den Transistoren
Q110 und Q109 einen Spannungsbegrenzungs-Schaltkreis 60,
der nur einen Durchschnitt von 0,5 mA weiterleitet.
-
Anlauf-Impulsgeber
-
Ein
Anlauf-Impulsgeber 68 umfasst einen Kondensator C103, der
die Ladung sammelt, die von dem Strombegrenzungs-Schaltkreis erlaubt
ist, bis er ungefähr
die Zener-Spannung
der Zener-Dione D102 erreicht. Der Kondensator C109 lädt durch
den Wi derstand 122 von dem Kondensator C103. Alternativ
kann die Diode 102 weggelassen werden, und der Widerstand
R122 kann durch eine Reihenkombination eine ∼138 Volt Zener-Diode und z.
B. einem 2K Widerstand ersetzt werden. Dieser alternative Reihenkombinations-Schaltkreis
erreicht eine schnellere Anlaufzeit und die ∼138 Volt Zener-Diode ist während des
Umschaltens (d.h. Betrieb des Diac D109 und SCR D112) nicht über die
Zener-Spannung hinaus unter Vorspannung gesetzt. Wenn die Spannung über den
Widerstand C109 zwischen 26 und 36 VDC erreicht, bricht der Diac
C109 durch ungefähr
10 Volt und triggert SCR D112. Die Ladung auf C109 fällt in die
3,3 Volt-positive Schiene der Vorrichtung 10 und ist durch
den Widerstand R 132 begrenzt. Der Nebenanschluss-Regler D100 verhindert,
dass die 3,3 Volt-Schiene zu hoch überleitet. Dieser Impulsstrom
erhält
die 3,3 Volt-Schiene lange genug, um den Sensorplatinen-Mikrocontroller 38 aus
dem Rückstellungs-Modus
in einen stabilen Betrieb zu bringen.
-
Alternativ
kann der Widerstand R122 durch einen Schalter, wie z. B. einen Mosfet-Schalter 112,
ersetzt werden, wie in 6 gezeigt, gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des Stromversorgungs-Kreises 48', der im wesentlichen dem Stromversorgungs-Schaltkreis
in 3 entspricht, ausgenommen die Verwendung des Mosfet-Schalters 112 und
der zugehörigen
bei 114 bezeichneten Komponenten und ein Anlauf-Impulsgeber-Schaltkreis 68' ohne den Widerstand
R122. Wenn die Spannung am Kondensator C103 bei oder über der Zener-Spannung
liegt, leitet der Mosfet-Schalter 112, und der Kondensator
C109 wird geladen. Wenn der Umschalt-Umwandler betrieben wird, fällt die
Spannung am Kondensator C-103 unter die Zener-Spannung, und der
Schalter schaltet ab. Diese Konfiguration beseitigt die Erfordernis
nach einem unten beschriebenen Anlauf-Regeneration-Sperrungs-Schaltkreis 70 (start
up recycle inhibit circuit 70) und erlaubt auch ein schnelleres
Laden des Kondensators C109.
-
Tiefsetz-Regler (Buck
Regulator)
-
Nach
Start des Mikrocontrollers gibt die Sensorplatine 26 ein
Impuls-Signal aus (z. B. über
ein P-Mikro-Impulssignal auf Anschluss 4 der Sammelleitung J100
in 3). Dies ist vorzugsweise ein periodisches Signal
von 0,5 Mikrosekunden-Impulsen von 3,3 Volt, gefolgt von 24,5 Mikrosekunden
von 0 Volt. Dieses Impuls-Signal betätigt den Schalter U100 in einem
Tiefsetz-Regler 66, wobei ein Hauptschalter Q111 durch
den Transformator Q112 und Widerstand R141 angeschaltet wird. Wenn
das Impuls-Signal (d.h. auf Anschluss 4) auf 0 Volt zurückkehrt,
schaltet der Schalter U100 ab, und der Transformator Q112 fliegt
durch die Diode D111 und die Diode D104 zurück, wobei der Schalter Q111
schnell abgeschaltet wird. Wenn der Schalter Q111 angeschaltet ist,
fließt
Strom von dem Kondensator C103 durch den Widerstand R138, den Widerstand
R101 und Schalter Q 111, und Spule L100 in die 3,3 Volt-Schiene,
wobei Energie in dem Induktor L100 gespeichert wird. Wenn der Schalter
Q 111 ausgeschaltet ist, fließt
Strom durch die Diode D103 und den Induktor L100 in die 3,3 Volt-Schiene,
bis der Induktor L100 all seine gespeicherte Energie entleert hat.
Das Verhältnis
von „An-Zeit" und „Aus-Zeit" des
Hauptschalters Q111 bestimmt das Verhältnis der Spannung auf dem
Kondensator C103 zu der 3,3 Volt-Schiene. Da die 3,3 Volt-Schiene
durch den Nebenschluss-Regler 72 (d.h. D100) eingeklemmt ist,
bestimmt der Arbeitszyklus des Hauptschalters Q111 die Spannung
auf dem Kondensator C103, solange die Spannung außerhalb
des Kondensators C103 kleiner als die durch den Strombegrenzungs-Schaltkreis 60 festgelegte
Spannung ist.
-
Anlauf-Wiederverwendungs-Blockierung
(Start up Recycle Circuit)
-
Wenn
der Anschluss 4 Impulse an die Stromversorgungsplatine 28 liefert,
wird ein Teil der Impulsenergie auf dem Kondensator C111 eines Anlauf-Wiederverwendungs-Blockierungs-Schaltkreises 70 angesammelt.
Dieses elektrische Potential schaltet den Schalter U101, welcher
den Kondensator C109 unter die Durchbruchs-Spannung des Diac D109
entleert, an. Das verhindert, dass der Anlauf-Schaltkreis, während das
Impulssignal bei Anschluss 4 gegeben ist, betrieben wird.
-
Der
Ausgangs-3,3 Volt-Nebenschluss-Schaltkreis und der Schalter-Arbeitszyklus
bestimmen die Spannung auf dem Kondensator C103. Der Anlauf-Impulsgeber-Schaltkreis 68 kann
automatisch unter einen Spannungs-Grenzwert über der Spannung, die für den Betrieb
durch den Schalter-Arbeitszyklus geplant ist, abschalten. Man betrachte
zum Beispiel den Fall, dass die kleinste erwartete Spitzeneingangs-Spannung 120Volt*0.9*1,414∼152 Volt
ist. Falls eine Betriebsspannung für den Kondensator C103 unterhalb
dieses Wertes gewählt
ist, kann sie verwendet werden, den Anlauf-Impulsgeber-Schaltkreis 68 zu
aktivieren oder abzuschalten. Beispielsweise erlaubt das Wählen der
Spannung des Kondensators C103 auf ∼140 Volt, die Verwendung von
verfügbaren
Teilen mit großer
Toleranz, wobei immer noch ein Anlauf für einen Niedrig-Leitungs-Eingang
(Low Line Input) vorgesehen ist. Wenn die Spannung des C103 unter
die nominalen 148 Volt fällt,
ist der Anlauf-Impulsgeber-Schaltkreis 68 abgeschaltet.
-
Betrieb der
Ultraschall-Schaltung
-
Der
Betrieb des US-Schaltkreises wird nun mit Bezug auf 9 und 10 beschrieben. 9 ist
ein Schaltbild eines beispielhaften US-Sender-Schaltkreises 42. 10 ist
ein Schaltbild eines beispielhaften US-Empfänger-Schaltkreises 44.
-
Der
US-Sender-Schaltkreis 42 sieht ein Rechtecks-Eingangssignal
zu den Ultraschall-Transduktoren 32 (2)
vor, das vorzugsweise mit dem Stromversorgungs-Schaltkreis 48 synchronisiert
ist, um im wesentlichen gleichzeitig oder mit einer beliebig festgelegten
Phasenverschiebung betrieben zu werden. Bezugnehmend auf 9 treibt
der Mikrocontroller 38 auf der Sensorplatine 26 den
Schalter Q7, um ein beliebiges Impulssignal (z. B. ein periodisches
Signal von 12,5 Mikrosekunden Impuls von 3,3 Volt, gefolgt von 12,5
Mikrosekunden von 0 Volt) auszugeben. Dies steuert das SAMPLE OUT,
das den US-Sender-Schaltkreis 42 gleichzeitig mit dem Demodulations-Impuls
versorgt. Wie oben in Verbindung mit der Stromversorgung beschrieben, verläuft das
Stromversorgungs-Umschalten synchron mit dem US-Sender-Schaltkreis 42.
Zusätzlich
zu der erleichterten Erzeugung der gesendeten US-Signale (d.h. SAMPLE
PULSE OUT) stellt der US-Sender-Schaltkreis 42 ein Abfragepunkt-Signal
(sampling point signal) (d.h. SAMPLE OUT), wie in 9 gezeigt,
bereit.
-
In 10 umfasst
der US-Empfänger-Schaltkreis 44 einen
variablen Operationsverstärker-Schaltkreis 80 (gain
op amp circuit), einen im allgemeinen mit 82 bezeichneten
Abtast-Punkt (sampling point)/Demodulations-Schaltkreis, drei RC
Schaltkreise 84, 86, 88, einen Operationsverstärker-Puffer-Schaltkreis 90 und einen
zweistufigen Operationsverstärker 92.
Die Eingänge
zu dem Ultraschall-Empfänger-Schaltkreis 44 sind die
analogen Dopplerverschiebungs-Ultraschall-Empfänger Signale (d.h. SAMPLE PULSE
IN) und ein digitales Abtast-Punkt-Signal (d.h. SAMPLE OUT). Der
Output des Ultraschall-Empfänger-Schaltkreises 44 sind
die demodulierten, gefilterten analogen Ultraschall-Empfänger Signale
(d.h. US SIGNAL) und ein analoges Ultraschall-Abtast-Punkt-Signal
(d.h. SMAPLE IN), das dem Mikrocontroller 38 bereitgestellt
wird.
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Der
variable Operationsverstärker-Schaltkreis 80 ist
ein Ultraschall-Empfänger-Vorverstärker-Schaltkreis.
Der Input für
diesen Schaltkreis ist das modulierte analoge Ultraschall-Empfänger-Signal
(d.h. SAMPLE PULSE IN). Der Output dieses Schaltkreises ist ein
verstärktes,
moduliertes analoges Ultraschall-Empfänger-Signal. Der Schaltkreis 80 verwendet
Dioden D6 in dem negativen Feedback-Pfad, um parallel mit einem Widerstand
R48 zu schalten, wodurch der Gesamtverstärkungsgrad für große Signalabweichungen
verringert und eine harte Begrenzung des Verstärkers im Falle von überhöhten kontinuierlichen
Empfänger-Signalen
verhindert werden. Die resultierende, nicht-lineare Übertragungs-Charakteristik
ist vorteilhaft, wenn der Sensor in einem abgegrenzten Raum angebracht
ist, wo Reflexionen der Wände
eine große
Menge an akustischer Energie verursachen, die in den Utraschall-Empfänger gelenkt
wird. Das stellt für
die Optimierung des Abtast-Punktes auch eine graduell abgeschrägte Entscheidungs-Oberfläche (decision
surface) bereit.
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Die
Eingänge
für den
Abtast-Punkt/Demodulations-Schaltkreis 82 sind die verstärkten modulierten analogen
Ultraschall-Empfänger-Signale
von dem variablen Verstärkungsgrad-Operationsverstärker-Schaltkreis 80 und
das analoge Abtast-Punkt-Signal (d.h. SAMPLE IN). Der Output des
Schaltkreises 82 ist das demodulierte Dopplerverschobene
analoge Ultraschall-Empfänger-Signal.
Der Abtast-Punkt/Demodulations-Schaltkreis 82 variiert
die Position (oder Phase) des Abtast-Punktes auf der Ultraschall-Empfänger-Wellenform,
gesteuert von dem Mikrocontroller 38, der das Impulssignal
erzeugt, um den Verlust von Bewegungsinformationen aufgrund großer Signalpegel
zu verhindern. Für
eine optimale Empfindlichkeit sollte der synchrone Abtast-Punkt auf der Ultraschall-Empfänger-Wellenform
so nahe wie möglich
an dem Nulldurchgang liegen.
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Der
RC-Schaltkreis 84 ist ein Hüllkurven-Erkennungs-Schaltkreis
(envelope detector cicuit). Der Input für den RC-Schaltkreis 84 ist
das Doppler-verschobene analoge Ultraschall-Empfänger-Signal. Der Output des RC-Schaltkreises 84 ist
das gefilterte, demodulierte Doppler-verschobene analoge Ultraschall-Empfänger-Signal.
Der RC-Schaltkreis 84 dient
als Hüllkurven-Feststeller
und filtert die Demodulations-Schalt-Transienten, wobei die demodulierten
Signal-Informationen erhalten bleiben.
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Der
Operationsverstärker-Puffer-Schaltkreis 90 dient
zur Erhöhung
der Ablauffähigkeit
des synchronen Demodulations-Schaltkreises 82. Der Input
für den
Schaltkreis 90 ist das gefilterte, demodulierte Doppler-verschobene
analoge Ultraschall-Empfänger-Signal. Der Output
des Schaltkreises 708 ist das im Ablauf beschleunigte,
gefilterte demodulierte Doppler-verschobene analoge Ultraschall-Empfänger-Signal.
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Der
RC-Schaltkreis 86 ist ein Tiefpassfilter-Schaltkreis. Der
Input für
den RC-Schaltkreis 86 ist
das im Ablauf beschleunigte, gefilterte Doppler-verschobene analoge
Ultraschall-Empfänger-Signal.
Der Output des RC-Schaltkreises 86 ist das im Ablauf beschleunigte,
Tiefpass-gefilterte, demodulierte Doppler-verschobene analoge Ultraschall-Empfänger-Signal.
Der Output des Schaltkreises 90 ist Tiefpass-gefiltert,
um Beiträge
aufgrund Bevegung in der Umwelt zu entfernen, wobei ein Gleichstrom-Signal, das die Empfänger-Trägerschwingungsamplitude
beim Ultraschall-Abtast-Punkt darstellt, austritt. Dieses Signal
wird von dem digitalen Mikrocontroller 38 durch das Signal 94 abgetastet,
um das analoge Ultraschall-Abtast-Punkt-Signal 96 zu erbringen.
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Der
zweistufige Operationsverstärker-Schaltkreis 92 ist
ein Bandpassfilter-Schaltkreis. Der Input für den Schaltkreis 92 ist
das im Ablauf beschleunigte, gefilterte, demodulierte Doppler-verschobene
analoge Ultraschall-Empfänger-Signal.
Der Output der Schaltkreises 92 ist das im Ablauf beschleunigte,
Bandpass-gefilterte, demodulierte Doppler-verschobene analoge Ultraschall-Empfänger-Signal.
Das Durchlassband von Schaltkreis 92 ist ausgelegt, das
Doppler-verschobene Signal für
relevante Bewegungen durchzulassen.
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Der
RC-Schaltkreis 88 ist ein Anti-Aliasing-Filter-Schaltkreis.
Der Input für
den RC-Schaltkreis 88 ist das
im Ablauf beschleunigte, Bandpass-gefilterte, demodulierte Doppler-verschobene
analoge Ultraschall-Empfänger-Signal.
Der Output des RC-Schaltkreises 88 ist
das antialiase, im Ablauf beschleunigte, Bandpass-gefilterte, demodulierte
Doppler-verschobene analoge Ultraschall-Empfänger-Signal. Das Ausgangs-Signal 98 wird
von dem digitalen Mikrocontroller- 38 A/D-Schaltkreis abgetastet
und unter Verwendung von Techniken digitaler Signalverarbeitung
verarbeitet.
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Betrieb des
PIR Schaltkreises
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Eine
beispielhafte Ausführung
des Infrarot-Sensor-Schaltkreises 40 ist in 8 gezeigt
und umfasst einen zweiteiligen pyroelektrischen Infrarot-Bewegungs-Sensor-Schaltkreis. Der
Input für
den Infrarot-Sensor-Schaltkreis 40 ist elektromagnetische
Infrarot-Strahlung. Der Output des Infrarot-Sensor-Schaltkreises 40 ist
ein auf Bewegung hinweisendes elektrisches Signal.
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Eine
beispielhafte Ausführung
des Infrarot-Sensor-Schaltkreises 40 ist in 8 gezeigt
und umfasst zwei kaskadierte Operationsverstärker-Bandpass-Schaltkreise 100, 102.
Der Input 104 für
den Infrarot-Schaltkreis 40 ist das auf Bewegung hinweisende,
elektrische PIR-Sensor-Signal. Der Output 106 des Infrarot-Schaltkreises 40 ist
ein auf Bewegung hinweisendes Bandpass-gefiltertes Infrarot-Sensor-Signal.
Das Ausgangs-Signal 106 dieses
Schaltkreises wird durch einen A/D-Schaltkreis innerhalb des digita len
Mikrocontrollers 38 abgetastet und unter Verwendung von
Techniken digitaler Signalverarbeitung verarbeitet.
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Anpassung
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Die
Entwicklung und das Abstimmen der Sensor-Anpassung dauert sehr lange
Zeit, vor allem, weil sich die Anpassungszeit über mehrere Wochen ausweitet.
Die zweikreisige Wandschalter-Anwesenheits-Sensor-Vorrichtung 10 der
vorliegenden Erfindung verwendet vorzugsweise solche, im allgemeinen
als robust erachtete Anpassungsalgorithmen, wie sie in den US-Patenten
mit den Nummern 5,986,357, 6,078,253 und 6,759,954 von Myron et
al. (demselben Bevollmächtigen
zugeteilt wie die vorliegende Erfindung) beschrieben sind.
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Auch
wenn die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmten Ausführungsformen
aufgezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für den Fachmann,
dass zahlreiche Änderungen
bezüglich
der Form und der Details vorgenommen werden können, ohne dass von der Idee
und dem Umfang der Erfindung, wie in den Ansprüchen bestimmt, abgewichen wird.