專利名稱：照度傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照度傳感裝置，具體的講是一種無線照度傳感裝置。
背景技術(shù)：
以辦公或公共區(qū)域、道路的照明為例，在已有充分日光或自然光源的情況，通常無需再使用燈光照明，以節(jié)約能源。為此，目前常通過照度傳感器對照明光源進行自動控制， 只有當(dāng)外界的照明程度下降到低于設(shè)定的閾值下限時，才將導(dǎo)通電源用燈光照明；當(dāng)外界照明度超過閾值上限時，則自動斷開照明電源。傳統(tǒng)照度傳感器的供能方式主要有兩種，一種是以有線方式提供工作所需的能量，如通過220VAC或12/24VDC供電；另一種是采用電池方式供電。這兩種供電方式在實際安裝過程中要求進行復(fù)雜的布線，并且在使用過程中要求定期或不定期的對系統(tǒng)或電池進行維護，這些要求給安裝和使用都帶來一定的困難。除此之外，限制現(xiàn)有照度傳感器采用以上兩種方式提供能量的主要原還因為電路功耗大，其長期工作時需要有較大功率的電源為其提供持續(xù)的能源。環(huán)境照度器傳感器輸出信號的方式也主要有兩種，一種是以有線的方式通過各種串行或并行總線(如485總線)輸出采集到的照度信號，另一種是以無線信號的形式將采集到的信號進行轉(zhuǎn)發(fā)；第一種控制方式需要布線與其相配合，給實際安裝帶來困難。第二種控制方式在安裝過程中比較方便，但國家對無線電發(fā)射功率有嚴(yán)格的要求，限制了無線發(fā)射的功率。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述情況，本發(fā)明提供了一種照度傳感裝置，特別是一種低能耗的照度傳感裝置，能夠通過光電轉(zhuǎn)換為照度傳感裝置提供電能，并且通過無線方式對信號進行發(fā)送，避免了復(fù)雜的布線和長期的維護，也使各組成設(shè)備的安裝可根據(jù)實際情況任意分布，提高了安裝的靈活性。同時光電轉(zhuǎn)換還能夠快速提供工作電壓。本發(fā)明的照度傳感裝置，包括分別與儲能供電單元連接的無線發(fā)射單元和照度感應(yīng)單元，照度感應(yīng)單元向無線發(fā)射單元提供觸發(fā)信號。其中的儲能供電單元為在太陽能的光電轉(zhuǎn)換裝置與電能輸出端之間設(shè)置有儲能結(jié)構(gòu)，所說的儲能結(jié)構(gòu)為并聯(lián)狀態(tài)的第一儲能裝置和第二儲能裝置，且第二儲能裝置的儲能容量大于第一儲能裝置，在第二儲能裝置所在的并聯(lián)電路中，在該第二儲能裝置之前還設(shè)有第一電壓控制結(jié)構(gòu)及受其控制的第一開關(guān)單元控制該充電電路的通斷，只當(dāng)?shù)谝粌δ苎b置的輸出電壓高于該第一電壓控制結(jié)構(gòu)的設(shè)定閾值時，第一電壓控制結(jié)構(gòu)導(dǎo)通第一開關(guān)單元對第二儲能裝置充電。本發(fā)明裝置中的儲能供電單元能夠保證在較弱的光照條件下儲存電能，并使受其供電的設(shè)備裝置能夠正常進行工作。當(dāng)能量存儲滿后，可供用電設(shè)備持續(xù)工作數(shù)十甚至近百小時。其基本工作過程和原理，是由太陽能的光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出電流先對儲能容量較小第一儲能裝置充電，使其能被快速充電可滿足后端電路最低工作電壓的輸出電壓，并開始為后端電路供電。而在與第一儲能裝置并聯(lián)的第二儲能裝置電路中，由于第一儲能裝置
3的輸出電壓尚未達到第一電壓控制結(jié)構(gòu)的設(shè)定閾值，因此第二儲能裝置的電路處于截止?fàn)顟B(tài)。只有當(dāng)?shù)谝粌δ苎b置的輸出電壓達到(等于或高于)第一電壓控制結(jié)構(gòu)的設(shè)定閾值，該第一電壓控制結(jié)構(gòu)才導(dǎo)通第一開關(guān)單元，開始對第二儲能裝置充電，直到第一儲能裝置因持續(xù)供電使輸出的電壓低于后端電路的工作電壓及第一電壓控制結(jié)構(gòu)的設(shè)定閾值時，光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出電流才停止對第二儲能裝置充電，并重新開始對第一儲能裝置充電，使其能快速實現(xiàn)重新向后端輸出供電，如此反復(fù)。當(dāng)該大儲能容量的第二儲能裝置存儲到足以滿足提供輸出的電能后，后端電路在開始由第二儲能裝置向后端進行長時間持續(xù)供電。儲能供電單元進行光電轉(zhuǎn)換并存儲能量，為整個電路提供正常工作所需的能量。 當(dāng)整個電路正常工作后，照度感應(yīng)單元對環(huán)境照度進行感測，并將模擬信號放大后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入到無線發(fā)射單元中。無線發(fā)射單元根據(jù)照度感應(yīng)單元輸入信號的變化，判斷發(fā)送相應(yīng)的無線信號。在上述結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，所述的光電轉(zhuǎn)換裝置優(yōu)選為并聯(lián)狀態(tài)的至少兩組，以增加光電轉(zhuǎn)換量，滿足能夠更快速地為第一儲能裝置和第二儲能裝置充電，縮短充電時間的使用需要。所說的第二儲能裝置也可以優(yōu)選采用并聯(lián)的至少兩組電容結(jié)構(gòu)，以增大電能的存儲容量，滿足能夠為后端電路提供更長久供電的需要。上述結(jié)構(gòu)中，所述第二儲能裝置所在的并聯(lián)電路中的開關(guān)單元，優(yōu)選采用為 MOSFET (場效應(yīng)管)、PNP型三極管或NPN型三極管，如Fairchild半導(dǎo)體公司PowerTrench 工藝的低柵壓P溝道MOSFET等，其具有開啟電壓低(1. 8V)，導(dǎo)通電阻小，開關(guān)速度快等特點，能夠有效的減小電路的功耗。MOS管是目前常用的一種導(dǎo)通控制結(jié)構(gòu)，P溝道MOS管具有低電平導(dǎo)通特性，能夠更方便的實現(xiàn)電路功能。所說的用于控制其通/斷的第一電壓控制結(jié)構(gòu)，可以選擇目前已有報道和/使用的intersi 1公司生產(chǎn)的超低功耗復(fù)位芯片ISL88003 系列，或MAXMIN的超低功耗復(fù)位芯片系列產(chǎn)品等。這類芯片具有可以選擇多種不同復(fù)位電平的特點，可以適應(yīng)和滿足不同情況的使用需要。實驗表明，本發(fā)明照度傳感裝置中，除特殊的目的或需要外，所說的第一儲能裝置采用為至少一個容量> 470UF的鉭電容結(jié)構(gòu)，如AVX公司生產(chǎn)的TAJ系列鉭電容，型號如 TAJC337*006#NJ、TAJD337*006#NJ、TAJD4777*006#NJ 等；第二儲能裝置采用為至少一個容量> 0. 33F的法拉電容結(jié)構(gòu)，如Panasonic公司生產(chǎn)的SD系列法拉電容及SG系列法拉電容，型號如EECSOHD 104(H)、EECS5R5(H)474，也可以是Shoei公司生產(chǎn)的PAS614L型號的 PAS法拉電容。采用所述容量和型號的電容結(jié)構(gòu)能夠滿足通常情況下的使用需要。本發(fā)明上述照度傳感裝置中所述的照度感應(yīng)單元，一般可包括感測環(huán)境照度的光敏結(jié)構(gòu)及其后的運算放大單元，其輸出端與所述的無線發(fā)射單元連接。光敏結(jié)構(gòu)可以采用 PerkinElmer公司生產(chǎn)的VTB8440B，或森霸光電有限公司生產(chǎn)的LLS05-A等器件。運算放大單元可以選用如TI公司生產(chǎn)的0PA364等集成運算放大器件。光敏結(jié)構(gòu)輸出的模擬信號經(jīng)運算放大單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過輸出端輸出至所述的無線發(fā)射單元。在所述光敏結(jié)構(gòu)的輸入端可以連接有用于設(shè)置感測閾值的分壓電阻選擇結(jié)構(gòu)，通過將不同阻值的分壓電阻接入電路，能夠?qū)崿F(xiàn)對光照強度感測范圍的調(diào)整。其中，所說的分壓電阻選擇結(jié)構(gòu)可以采用由檔位開關(guān)調(diào)節(jié)的電阻結(jié)構(gòu)或連續(xù)可調(diào)的可變電阻結(jié)構(gòu)等不同形式，例如ALPS公司生產(chǎn)的SSGM140100型號的水平撥位開關(guān)，BOURNS公司生產(chǎn)的3362系列滑動可變電阻器等，以適應(yīng)和滿足不同的應(yīng)用場合的需要。上述照度感應(yīng)單元的輸出端可與無線發(fā)射單元中的帶有發(fā)射天線的無線發(fā)射芯片對應(yīng)的輸入端口連接。由于無線發(fā)射要求發(fā)射功率限值小于5mW(e. r. ρ)，發(fā)射信號的占空比限值小于1%，有效傳輸距離不小于100m，因此無線發(fā)射芯片可以選用待機狀態(tài)下的功耗為0. 2uA的STM300無線發(fā)射芯片，或nrf系列中的nrf240、nrf2401、nrfML、nrf905等芯片，以及如Chipcon公司的SmartRF 04系列中的CC2500、CC2550等模塊、PTR2030無線收發(fā)模塊，或是采用Zigbee技術(shù)的無線收發(fā)模塊等形式。本發(fā)明的照度傳感裝置，能夠通過光電轉(zhuǎn)換對較小的太陽能采集和進行和存儲電能，既能滿足快速為后端電路提供所需的供電電壓/電流，明顯縮短對后端電路供電的等待時間，使后端電路能夠快速開始工作，同時又能夠?qū)崿F(xiàn)為后端電路提供長時間的正常供電，并且以低能耗的方式工作和通過無線方式對信號進行發(fā)送，避免了復(fù)雜的布線和長期的維護，也使各組成設(shè)備的安裝可根據(jù)實際情況任意分布，提高了安裝的靈活性。以下結(jié)合附圖所示實施例的具體實施方式
，對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進一步的詳細(xì)說明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。


圖1是本發(fā)明照度傳感裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是圖1中儲能供電單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1中照度感應(yīng)單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖1中無線發(fā)射單元的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示的本發(fā)明的照度傳感裝置，包括分別與儲能供電單元連接的無線發(fā)射單元和照度感應(yīng)單元，照度感應(yīng)單元能夠向無線發(fā)射單元提供觸發(fā)信號。圖2所示的是一種儲能供電單元的結(jié)構(gòu)形式，為在太陽能的光電轉(zhuǎn)換裝置Jl與電能輸出端之間設(shè)置有儲能結(jié)構(gòu)，所說的儲能結(jié)構(gòu)為并聯(lián)狀態(tài)的第一儲能裝置Cl和第二儲能裝置C2，其中第一儲能裝置采用容量為470uF的鉭電容結(jié)構(gòu)，第二儲能裝置采用容量為 0. 33F的法拉電容結(jié)構(gòu)。在第二儲能裝置C2所在的并聯(lián)電路中，在該第二儲能裝置C2之前還設(shè)有第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul及受其控制的第一開關(guān)單元Ql控制該充電電路的通斷，只當(dāng)?shù)谝粌δ苎b置Cl的輸出電壓VCC高于該第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的設(shè)定閾值時，第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul導(dǎo)通第一開關(guān)單元Ql對第二儲能裝置C2充電。在第一儲能裝置Cl和第二儲能裝置C2與前端的光電轉(zhuǎn)換裝置Jl之間，分別各連接有由二極管形式的前端整流結(jié)構(gòu)Dl構(gòu)成的整流單元，同時在第一儲能裝置Cl和第二儲能裝置C2的電能輸出端，也分別經(jīng)各自連接的由二極管形式的后端整流結(jié)構(gòu)D2構(gòu)成的相應(yīng)整流單元將電能輸出，以保證在沒有光照時，電路中法拉電容的電荷只供給后端電路使用，在本電路上沒有任何消耗。在第二儲能裝置C2所在的并聯(lián)電路中，在該第二儲能裝置C2之前，還設(shè)有由intersil公司生產(chǎn)的超低功耗復(fù)位芯片ISL88003系列(或MAXMIN的超低功耗復(fù)位芯片系列)等構(gòu)成的第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul及受其控制的開關(guān)單元Q1，控制該充電電路的通斷。其中開關(guān)單元Ql可以選擇如FAIRCHILD公司生產(chǎn)的FDN304P或infineon生產(chǎn)的BSS138N的P溝道MOSFET等。只有當(dāng)?shù)谝粌δ軉卧狢l的輸出電壓VCC等于或高于該第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的設(shè)定閾值(可根據(jù)不同使用需要設(shè)定)時，第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul才導(dǎo)通該第一開關(guān)單元Q1，開始對第二儲能單元C2充電。在儲能供電單元的初始狀態(tài)沒有儲能時，由光電轉(zhuǎn)換裝置Jl提供的電流為第一儲能裝置Cl快速充電，且在其正端電壓低于第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的設(shè)定閾值的復(fù)位電壓時，第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的RESET管腳輸出與輸出電壓VCC的管腳相同的電壓，從而使開關(guān)單元Ql處于截止?fàn)顟B(tài)，第二儲能裝置C2不被充電。由于第一儲能裝置Cl容量相對較小， 因此能夠?qū)崿F(xiàn)在短時間內(nèi)迅速將第一儲能裝置Cl的電壓充電后端電路最低工作電壓VCC 以上，開始為后端電路供電。當(dāng)?shù)谝粌δ苎b置Cl的電壓充電Ul設(shè)定閾值的復(fù)位電壓后，第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul 的RESET管腳輸出低電平，從而使開關(guān)單元Ql導(dǎo)通，此時由太陽能光電轉(zhuǎn)換裝置Jl提供的電流改由通過開關(guān)單元Ql向第二儲能裝置C2充電。由于第二儲能裝置C2容量較大，其充電電壓上升緩慢，但此時第一儲能裝置Cl電壓已經(jīng)能夠保證后端電路正常工作，不會影響到后端電路的正常工作。當(dāng)?shù)谝粌δ苎b置Cl持續(xù)供電后使其供電電壓降至第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的復(fù)位電壓以下時，第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的RESET管腳重新將開關(guān)單元Ql截止，停止對第二儲能裝置C2充電，并重新恢復(fù)對第一儲能裝置Cl充電。當(dāng)?shù)谝粌δ苎b置Cl的電壓重新回到第一電壓控制結(jié)構(gòu)Ul的復(fù)位電壓以上后，開關(guān)單元Ql才再次導(dǎo)通，又開始對第二儲能裝置C2 充電。如此往復(fù)，直到第二儲能裝置C2充電至后端電路最低工作電壓VCC以上后，由第二儲能裝置C2為后端電路提供長時間的供電。通過計算可知，設(shè)電路中第二儲能單元C2的容值為C，其最大充電電壓為Umax，由于法拉電容放電不完全存在最低工作電壓Umin，則其能夠存儲的能量為
權(quán)利要求
1.照度傳感裝置，其特征為包括分別與儲能供電單元連接的無線發(fā)射單元和照度感應(yīng)單元，照度感應(yīng)單元向無線發(fā)射單元提供觸發(fā)信號，其中的儲能供電單元為在太陽能的光電轉(zhuǎn)換裝置(Jl)與電能輸出端之間設(shè)置有儲能結(jié)構(gòu)，所說的儲能結(jié)構(gòu)為并聯(lián)狀態(tài)的第一儲能裝置(Cl)和第二儲能裝置(C2)，且第二儲能裝置(C2)的儲能容量大于第一儲能裝置 (Cl)，在第二儲能裝置(C2)所在的并聯(lián)電路中，在該第二儲能裝置(C2)之前還設(shè)有第一電壓控制結(jié)構(gòu)(Ul)及受其控制的第一開關(guān)單元(Ql)控制該充電電路的通斷，只當(dāng)?shù)谝粌δ苎b置(Cl)的輸出電壓(VCC)高于該第一電壓控制結(jié)構(gòu)(Ul)的設(shè)定閾值時，第一電壓控制結(jié)構(gòu)(Ul)導(dǎo)通第一開關(guān)單元(Ql)對第二儲能裝置(C2)充電。
2.如權(quán)利要求1所述的照度傳感裝置，其特征為所述的光電轉(zhuǎn)換裝置(Jl)為并聯(lián)狀態(tài)的至少兩組。
3.如權(quán)利要求1所述的照度傳感裝置，其特征為所述的第二儲能裝置(C2)為并聯(lián)的至少兩組電容型結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的照度傳感裝置，其特征為所述的第二儲能裝置(C2)所在的并聯(lián)電路中的開關(guān)單元(Ql)為MOSFET、PNP型三極管或NPN型三極管。
5.如權(quán)利要求1至7所述的照度傳感裝置，其特征為儲能供電單元中的第一儲能裝置 (Cl)的容量為> 470uF，第二儲能裝置(C2)的容量> 0. 33F。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的照度傳感裝置，其特征為所述的照度感應(yīng)單元包括感測環(huán)境照度的光敏結(jié)構(gòu)(D5)及其后的運算放大單元(U3)，其輸出端(AD_0)與所述的無線發(fā)射單元連接。
7.如權(quán)利要求6所述的照度傳感裝置，其特征為所述光敏結(jié)構(gòu)(D5)的輸入端連接有用于設(shè)置感測閾值的分壓電阻選擇結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的照度傳感裝置，其特征為所述的分壓電阻選擇結(jié)構(gòu)為撥由檔位開關(guān)(Sl)調(diào)節(jié)的電阻結(jié)構(gòu)或連續(xù)可調(diào)的滑動電阻結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求6所述的照度傳感裝置，其特征為照度感應(yīng)單元的輸出端與無線發(fā)射單元中的帶有發(fā)射天線的無線發(fā)射芯片(U7)對應(yīng)的輸入端口連接。
全文摘要
照度傳感裝置，包括分別與儲能供電單元連接的無線發(fā)射單元和照度感應(yīng)單元，照度感應(yīng)單元向無線發(fā)射單元提供觸發(fā)信號。儲能單元包括光電轉(zhuǎn)換裝置和并聯(lián)狀態(tài)的第一儲能單元與第二儲能單元，且第二儲能單元的容量大于第一單元。在第二儲能單元之前還設(shè)有第一電壓控制結(jié)構(gòu)及受其控制的第一開關(guān)單元。當(dāng)?shù)谝粌δ軉卧妮敵鲭妷哼_到第一電壓控制結(jié)構(gòu)的閾值時，第一電壓控制結(jié)構(gòu)導(dǎo)通第一開關(guān)單元對第二儲能單元充電。該照度傳感裝置能夠存儲電能和快速為后端電路提供工作電流，明顯縮短對后端電路供電的等待時間，并且以低能耗方式工作和通過無線方式對信號進行發(fā)送，避免了復(fù)雜的布線和長期的維護，也使各組成設(shè)備的安裝可根據(jù)實際情況任意分布，提高了安裝的靈活性。
文檔編號G08C17/02GK102410876SQ20111029900
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者何江華, 徐立杰 申請人:成都英泰力電子有限公司