专利名称：灯泡发光装置和包括这种装置以在家庭环境中监测患者的系统的制作方法
技术领域：
本主题大体涉及用以在家庭环境中监测患者的灯泡发光装置。
背景技术：
运动传感器广泛地用于公共建筑和私人家庭两者中。这些传感器的用途非常广泛:它们能用来接通灯，或者能用于安全系统中。检测老人的行动如今越来越重要。大多数65以上的人独自在家生活，而且在大多数情况下，他们患有慢性病，诸如帕金森、阿尔茨海默或痴呆。最高的风险是它们在日常 活动期间摔倒，而且那里没人可帮助他们。可以看出，运动检测在私人家庭中越来越重要。商业性运动检测器主要是其中在运动期间检测身体的辐射热的PIR传感器(被动红外)。特殊的菲涅耳透镜可用于近距离和远距离以及不同的高度。PIR传感器的主要缺点之一是:它们不能检测固定的物体(例如站立着的人)，不能测量距离，而且它们不能“看”穿即使薄的物体。广泛地使用红外传感器，但是考虑到在大多数情况下，灯泡被外壳盖住，这使被动红外传感器不能使用。另外，灯泡发出的热会干扰红外传感器，从而将需要绝缘或特殊的对准。为了使我们的装置能够在尽可能多的状况中使用，应在尽可能最宽的范围(视场)中进行运动检测。考虑到提到的热干涉，它使红外传感器的使用更复杂。雷达技术是用以在家庭环境中检测运动的另一个选项。雷达能“看”透灯罩，对辐射热不敏感，甚至能看透薄的物体，诸如窗帘等，并且覆盖大的视场。术语“雷达”大体要理解为意指这样的方法，S卩，借助于该方法，使用短的电磁波来检测远的物体，以及确定它们的位置和移动。术语雷达是无线电检测和测距的首字母简略
ο完整的雷达测量系统由具有天线、传输路径、反射目标、另外的传输路径(通常与第一个相同)的发送器以及具有天线的接收器组成。可使用两个单独的天线，但是往往仅使用一个来传输和接收雷达信号。微波大体理解为具有大于2 GHz的频率和小于15 cm (6〃)的波长的电磁波。为了技术目的，使用高达大约120 GHz的微波频率一将随技术进步而扩展的极限。发现远高于这个极限的是红外线、可见光和紫外线范围。微波频率集中用于通信和定位目的。为了防止相互影响和干涉，微波的使用在官方上受到管制。但是，也存在用于工业、科学和医学目的的国际发布的频带(所谓的ISM频带)。目前，这些是以下4个频率范围:2.45 GHz±50 MHz、24.125 GHz±125 MHz、5.8GHz±75 MHz 和 61.25 GHz±250 MHz。常用的雷达方法包括:cw (连续波)雷达(无距离信息)、干涉计雷达(缺点:绝对距离信息为λ/2-周期的)、脉冲雷达、FMCW (频率调制连续波)雷达、反射计雷达、组合方法雷达和TDR (时域反射法)雷达。用于雷达水平测量装备的基本方法是有时由反射计方法支持的脉冲雷达或FMCW雷达。
考虑到上面提到的方法的优点和缺点，脉冲雷达方法满足现在的要求。原理非常简单传输短的电脉冲包或电波包，在时间G 二 a/c之后遇到反射器，并且在总时间G 二2a/c之后被接收回来，其中，a是距离，并且c是光的速度(在我们的情况下，其与传播速度相同)。PIR和雷达技术两者的主要两个缺点为
O它们需要接线，这使这些传感器的安装昂贵，以及
2)它们是可见的，这可能使老人感到不舒服。具有运动感测功能性的灯装置已经存在，但是运动感测用来开启这些装置中的灯。市场上存在上百万的运动传感器。它们中的大多数使用PIR(被动红外传感器)来进行运动感测。还存在无线运动传感器，但是在它们的情况下，词语无线意为使用电池来对它们提供功率。不存在其中运动传感器藏在发光装置中的、现有技术中已知的无线运动传感器。从根据本主题的装置的外部，该装置看起来像是一般的灯泡，这有助于隐藏运动传感器。使用雷达作为感测装置对于这个装置也是可行的技术。存在这样的现有文献，其中雷达与其它传感器结合起来使用，例如名称为“Motiondetection systems using Cff radar in combination with additional sensors (与附加的传感器结合起来使用CW雷达的运动检测系统)”的美国专利公开No. 2009/0303100。这个解决方案集中于使用雷达来进行可靠的运动检测，但雷达没有隐藏起来，或者集成到发光装置中。但是它使用无线技术来将运动信号传输到远程站。另一组解决方案集中于将运动传感器集成到照明器材中，以在检测到运动时接通灯。它们全部都使用基于PIR的运动检测器名称为“Decorative Lighting Fixture forMotion Detection (用于运动检测的装饰性照明器材)”的美国专利No. 5，442，532,或名称为 “Motion detector assembly for use with a decorative coach lamp (用于装饰性客车灯的运动检测器组件)”的美国专利No. 5626417，或名称为“Lighting fixturecontrol device (照明器材控制装置)”的美国专利No. 5，814，945,或名称为“PIR motiondetector for a decorative lantern (用于装饰性灯的PIR运动检测器)”的美国专利No. 6，943，687,或名称为“Decorative lighting fixture with hidden motion detector(具有隐藏式运动检测器的装饰性照明器材)”的美国专利No. 7，488，941。这些解决方案中的大多数也集中于隐藏运动检测器，但它们中没有一个是无线的。名称为“Hidden PIRmotion detector with mirrored optics (具有镜像光学器件的隐藏式PIR运动检测器)”的美国专利No. 6，346，705直接集中于隐藏PIR运动检测器的另一个可行方式。使用雷达技术的优点之一在于，其视角非常广。存在其中示出了此类运动检测器的名称为“Motion detector with extra-wide angle mirrored optics (具有超广角镜像光学器件的运动检测器)”的美国专利No. 6，348，691的公开，其集中于使用PIR检测器来实现360度视角。这个文献描述了如何实现这个目标，但是它没有集成到装置中，也没有使用无线技术。如今能看到许多尝试是将新型发光装置或任何非传统的照明方法集成到传统形状的灯泡中。这些尝试重要的原因在于，许多消费者仍然偏爱旧的传统梨形灯泡。名称为“Lamp bulb with stretchable lamp beads therein (其中具有可伸缩的灯珠的灯泡”)的美国专利No. 6，523，978示出了集成到便利的灯泡中的灯珠。这个解决方案的各方面之一在于，能拆开灯泡，从而能调节灯珠的形状。在传感器和远程监督站之间存在两种通信方式
存在用以满足这个要求的不同的实施例，但是我们能将它们分成主要的两组无线和有线。主要的已知无线通信类型(在2. 4 GHz频率范围中)是蓝牙、WiFi和ZigBee。已知前两种技术具有高的功率消耗，并且考虑到即使在灯关闭的情况下，我们也想检测运动，最佳选择是使用专门为以下情况而设计的ZigBee技术装置定期“醒来”、发送短的消息并然后再次进入到睡眠模式中。在灯关闭的情况下，装置能由电池提供功率。在这种情况下，我们不能使用电力线通信；唯一的方式是使用无线通信，优选ZigBee技术。它安全得多，而且它更好地满足最新的要求。在下面简要地概述ZigBee技术。ZigBee网络由一个协调器、全功能装置(FFD，也称为路由器)和简化功能装置(RFD，也称为终端装置)组成。协调器在网络上是唯一的，并且在一个网络中允许有仅一个实例。FFD和RFD装置两者能接收和发送信号，但是FFD能具有子装置，而FFD则处于体系的底层(在末端)。对FFD的重要要求是，它们需要连续的电源，所以在大多数情况下，它们插入墙上插座(电力线)中，不允许有电池。网络拓扑能为星形、网状或簇树型。在ZigBee网络的拓扑之中，网络信道和网络号(panID)最佳地描述ZigBee网络。网络信道的范围从信道11 (2405 MHz)至26 (2480MHz)，并且网络号是唯一的16位数。在同一信道上可存在具有不同网络号的两个网络，但是如果有空闲的无噪声信道，则不建议这种情况。信标和非信标模式在非信标激活的网络中，ZigBee路由器典型地使它们的接收器持续地活动，从而需要更稳定可靠的电源。但是，这允许有其中一些装置持续地接收的异类网络，而其它网络则仅在检测到外部刺激时才传输。在信标激活的网络中，ZigBee路由器传输周期信标，以确认它们存在于其它网络节点中。节点在信标之间可休眠，从而减少它们的工作循环，以及延长它们的电池寿命。信标间隔可为从15. 36毫秒(250千比特/秒)至786. 432秒(20千比特/秒)的范围。但是，以长的信标间隔进行低的工作循环需要精确的定时，这可与低的产品成本的需要有冲突。能容易地看到的是，使用非信标模式是有意义的在灯处的ZigBee节点可不断地接收，因为它连接到电源上，而由电池提供功率的灯开关将保持睡眠，直到开关动作为止。然后开关醒来，对灯发送命令，接收确认，并且回到睡眠状态。在这种网络中，如果不是ZigBee协调器，灯节点将至少为ZigBee路由器；开关节点典型地是ZigBee终端装置。有线通信仅能在电力线上连网(称为电力线通信、电力线连网(PLN))，因为需要附加的接线而没有任何意义。这种技术在市场上已经存在。我们必须确保电力线在物理上没有隔离。下面的选项是可用的
-装置持续地处于其电源电压，不需要电池，并且灯开关仅发送开/闭信号。这个方法的缺点在于它不安全，因为有连续的高电压供应。-能在不使装置持续地供电的情况下使用这个方法，仅需要确保灯和协调器之间的连接是连续的。这个方法的缺点在于不能在现有电路中实现它，因为传统的灯开关在物理上隔开了开关装置。在下面简要地概述电力线连网。以许多方式使用术语电力线连网电力线通信或电力线载波(两者简称为PLC)、电力线数字用户线路(PDSL)、主通信、电力线远程通信(PLT)、电力线连网(PLN)，或电力线上的宽带(BPL)，但是它们全部都表示同样的意思在也用于电功率传输的导体上传送数据。电力线通信的众多优点之一是，它能在电压传输的每个阶段、在高电压传输线和低电压传输线处使用。必须小心谨慎，因为变压器典型地阻止恰当的信号传播。由于功率布线系统原本意于传输AC功率，所以在传统使用中，电力线电路仅具有有限的传送较高频率的能力。传播问题会限制电力线通信的使用。对于PLN还有术语家庭插电(HomePlug)，而且还存在被称为家庭插电电力线联盟(HomePlugPower line Alliance)的联盟,其为电子器件制造商、服务提供商和零售商的集团，他们建立符合各种电力线通信技术(称为家庭插电)的标准，并且测试成员的装置，以使其符合各种电力线通信技术。PLN的速度比得上老的常见的无线和有线通信系统家庭插电1. O具有14 Mbps的数据速率，家庭 PNA 2. O 具有 10 Mbps，而 IEEE 802.1lb 具有 11 Mbps，并且 IEEE 802.1la具有55 Mbps。为了进行完整的比较，ZigBee网络具有250千比特/秒的理论数据速率。通信信道的重要参数是信号噪声比，SNR=SNR=(接收到的功率)/ (噪声功率)。信号清晰度在很大程度上受到连接到传输线(信道)上的装置(负载阻抗)的影响。这是仍然难以在大距离中使用PLN的原因。需要提供一种功能性扩展的、用以在家庭环境中监测患者的灯泡发光装置，其具有如传统灯泡那样的基座，并且能够代替在目前的照明设备中使用的传统灯泡。因而，它能在需要时更换回传统灯泡。还需要以最小的附加技术投资在装置和远程站之间通信的能力。
发明内容
在实施例中，提出一种灯泡发光装置，其包括LED模块，其具有成LED阵列的LED光源，LED阵列与它们的电驱动式LED控制器一起布置在至少部分地透明的外壳的内部；基座，其附连到外壳上用以插入到标准的灯座中；驱动电子器件，其功率输入为电连接到基座上的电源，驱动电子器件进一步包括通过电池管理单元连接到电源上的电池，并且LED模块的功率输入连接到驱动电子器件的功率输出上。另外，在外壳的内部提供运动检测器，运动检测器的功率输入电连接到驱动电子器件的功率输出上，并且通信单元也电连接到驱动电子器件的功率输出上。运动检测器的输出信号通过通信单元转送到灯泡发光装置的外部，通信单元包括通信接口和以下的至少一个用于通过空中来与无线远程站进行无线通信的无线单元，以及用于通过基座和电力线电源网络来与有线远程站进行有线通信的电力线单元。在另一个实施例中，提出一种用以在家庭环境中监测患者的系统，其包括如前面描述的那样的灯泡发光装置。在该系统中提供电源。系统进一步包括连接到电源上且接收来自开门检测器和灯开/闭开关的信号的处理单元，并且以下的至少一个连接到处理单元上，以将数据传输到灯泡发光装置以及从灯泡发光装置传输出数据:
置于灯泡发光装置附近的无线调制解调器，
置于电力电源网络中的有线调制解调器。
现在将参照附图来详细地描述主题，其中:
图1是根据本文描述的主题的照明灯泡的简图的实施例的示意性框图，
图2是根据本文描述的主题的、侧视图中的照明灯泡的第一实施例，
图3是根据本文描述的主题的、侧视图中的照明灯泡的第二实施例，以及图4是根据本文描述的主题的、内置在用于家庭健康护理的系统中的照明灯泡的实施例的示意性框图。部件列表
权利要求
1.一种灯泡发光装置，包括:LED模块(4)，其具有成LED阵列(10)的LED光源，所述LED阵列(10)与它们的电驱动式LED控制器(9) 一起布置在至少部分地透明的外壳(17，18)的内部；基座(1)，其附连到所述外壳(17，18)上用以插入到标准的灯座中；驱动电子器件(2 )，其功率输入为电连接到所述基座(I)上的电源(6 )，所述驱动电子器件(2 )进一步包括通过电池管理单元(7)连接到所述电源(6)上的电池(8)，并且所述LED模块(4)的功率输入连接到所述驱动电子器件(2)的功率输出上，所述灯泡发光装置的特征在于， 在所述外壳(17，18)的内部提供运动检测器(5)，所述运动检测器(5)的功率输入电连接到所述驱动电子器件(2)的功率输出上，并且通信单元(3)也电连接到所述驱动电子器件(2)的功率输出上，所述运动检测器(5)的输出信号通过所述通信单元(3)转送到所述灯泡发光装置的外部，所述通信单元(3)包括通信接口(11)和以下的至少一个:用于通过空中来与无线远程站(14)进行无线通信的无线单元(12)，以及用于通过所述基座(I)和电力线电源网络(15)来与有线远程站(16)进行有线通信的电力线单元(13)。
2.根据权利要求1所述的灯泡发光装置，其中，所述运动检测器(5)是PIR传感器。
3.根据权利要求1所述的灯泡发光装置，其中，所述运动检测器(5)是雷达传感器。
4.根据权利要求1所述的灯泡发光装置，其中，所述通信单元(3)包括无线单元(12)和电力线单元(13)两者。
5.根据权利要求4所述的灯泡发光装置，其中，所述通信接口(11)适于响应于检测到现有的无线信道而在所述有线通信模式和所述无线通信模式之间切换。
6.根据权利要求1所述的灯泡发光装置，其中，所述驱动电子器件(2)适于通过PWM信号驱动来使所述LED阵列(10)变暗。
7.根据权利要求6所述的灯泡发光装置，其中，所述驱动电子器件(2)由所述通信单元(3)从第一类远程站 接收到的变暗信号控制。
8.根据权利要求1所述的灯泡发光装置，其中，所述电池管理单元(7)适于管理所述电池(8)的充电和放电。
9.根据权利要求1所述的灯泡发光装置，其中，所述基座(I)为爱迪生型。
10.根据权利要求1所述的灯泡发光装置，其中，所述驱动电子器件(2)还由通过所述无线单元(12)和所述电力线单元(13)中的至少一个而接收到的附加的外部控制信号控制。
11.根据权利要求10所述的灯泡发光装置，其中，所述外部控制信号是开门检测器(21)的传输的信号。
12.根据权利要求1所述的灯泡发光装置，其中，所述LED模块(4)的功率输入连接到所述电池管理单元(7)的第一功率输出上，从而提供切换的电功率，并且所述运动检测器(5)和通信单元(3)的功率输入电连接到所述电池管理单元(7)的第二功率输出上，从而提供连续的电功率。
13.根据权利要求1所述的灯泡发光装置，其中，所述外壳(18)为圆锥形形状。
14.根据权利要求1所述的灯泡发光装置，其中，所述外壳(17)为类似球形形状。
15.一种用以在家庭环境中监测患者的系统，包括灯泡发光装置(20)，所述灯泡发光装置(20)包括:LED模块(4)，其具有成LED阵列(10)的LED光源，所述LED阵列(10)与它们的电驱动式LED控制器(9) 一起布置在至少部分地透明的外壳(17，18)的内部；基座(1)，其附连到所述外壳(17，18)上用以插入到标准的灯座中；驱动电子器件(2)，其功率输入为电连接到所述基座(I)上的电源(6 )，所述驱动电子器件(2 )进一步包括通过电池管理单元(7 )连接到所述电源(6 )上的电池(8 )，并且所述LED模块(4)的功率输入连接到所述驱动电子器件(2)的功率输出上，在所述系统中提供了电源(28)，所述系统的特征在于，所述灯泡发光装置(20)包括设置在所述外壳(17，18)的内部的运动检测器(5)，所述运动检测器(5)的功率输入电连接到所述驱动电子器件(2)的功率输出上，并且通信单元(3)也电连接到所述驱动电子器件(2)的功率输出上，所述运动检测器(5)的所述输出信号通过所述通信单元(3)转送到所述灯泡发光装置的外部，所述通信单元(3)包括通信接口(11)和以下的至少一个:用于通过空中而与无线远程站(14)进行无线通信的无线单元(12)，以及用于通过所述基座(I)和电力线电源网络(15)而与有线远程站(16)进行有线通信的电力线单元(13);所述系统进一步包括连接到所述电源(28)上且接收来自开门检测器(21)和灯开/闭开关(22)的信号的处理单元(23)，并且以下的至少一个连接到所述处理单元(23)上，以将数据传输到所述灯泡发光装置(20)或者从所述灯泡发光装置(20)传输出数据: 置于所述灯泡发光装置(20)附近的无线调制解调器(25)， 置于电力电源网络 (26)中的有线调制解调器(27)。
全文摘要
本发明的名称为“灯泡发光装置和包括这种装置以在家庭环境中监测患者的系统”。一种灯泡发光装置包括LED模块(4)，LED模块(4)包括LED阵列(10)，LED模块(4)与它们的电驱动式LED控制器(9)布置在外壳的内部。装置具有基座、驱动电子器件(2)，驱动电子器件(2)包括电源(6)和通过电池管理单元(7)连接到电源(6)上的电池(8)。LED模块(4)由驱动电子器件(2)提供功率。运动检测器(5)设置在外壳的内部，并且连接到驱动电子器件(2)上。通信单元(3)连接到驱动电子器件(2)上。运动检测器(5)的输出信号通过通信单元(3)转送到外部，通信单元(3)包括通信接口(11)和以下的至少一个用于通过空中来与无线远程站(14)进行无线通信的无线单元(12)，以及用于通过基座(1)和电力线电源网络(15)来与有线远程站(16)进行有线通信的电力线单元(13)。
文档编号F21Y101/02GK103075698SQ20121035922
公开日2013年5月1日 申请日期2012年9月25日 优先权日2011年9月30日
发明者P.查托, A.埃尔多斯, G.邵博 申请人:通用电气公司