具有取决于能量的发送功率的设备的制作方法

本发明涉及一种设备，该设备具有：能量转换器，该能量转换器用于将来自设备的环境的和/或对设备的机械操作的能量转化为电能；存储器单元，该存储器单元用于存储电能；和无线电单元，该无线电单元用于接收和/或发送无线电信号，其中，无线电单元获取存储器单元的电能，尤其是以便发送无线电信号，并且其中，无线电单元具有处理器单元，处理器单元用于准备待作为无线电信号发出的数据包并设定无线电单元的发送功率。

背景技术：

这些种设备用于远程控制另外的电器件或用于发出信息。例如，这种设备可以被构造为用于开启或关闭灯模块的无线电开关。这些种设备可以有利地放置在能量供给困难的位置处。由于这些种设备在能量上自给自足，使得它们可以被灵活地被放置和安装。因此，使对设备的敷设或新的定位也能够以此毫无问题地进行。此外，不需要电池并且取消了与给蓄电池充电相关的花费。但是这些种自给自足的可无线电工作的设备需要能量转换器，其生成足以运行设备的和发出无线电信号的能量。

无线电信号或无线电单元的概念在本发明的意义中并非仅与特定的频率范围的电磁信号相关联，而是可以也至少是指超声波信号、激光信号和/或红外信号。

这种设备使用在不同的环境条件下，并且因此必需被设计成用于在不同的使用条件下仍保持能工作。例如，自给自足的无线电开关应在-40至85度完全能工作。完全能工作至少意味着在操作时存在充足的能量，以便传送完整的消息。对于具有铜导线的，例如在电磁发电机内的铜线圈的能量转换器来说，环境温度在能量转换器的有效性和效率方面会起到不可忽略的作用，这是因为铜线圈的导电能力是与温度相关的。在环境温度升高时，因操作所产生的能量的量将减少。

在批量生产的能量转换器的情况中，构件公差根据构件的精确的设计方案而定地也导致(例如每次操作)产生不同量的能量。具体操作的速度也会影响所产生的能量的量。因此，自给自足的无线电开关被如下这样地建造，即，在考虑到预设的公差范围的情况下并且在负40度至正85度的温度下产生充足的电能以能够传送完整的消息。该建造方式所导致的结果是在大多数使用条件下在发送消息后将剩余下不可忽略量的能量。

剩余的能量通常通过如下方式被无用地耗散掉，即，例如使能量经由电阻排出，以便使得无线电开关又被复位到初始状态。因此，使得无线电开关被准备好用于新的操作。在us专利文献us2002/0190610a1中公开了一种系统，其中，只有在电容器存储了预设的量的能量后，或只有在电容器上的电压超过了预先确定的阈值后，无线电开关才准备并且发出消息。如果在发送后在电容器内剩余了许多能量以致电压没有再次降低到此阈值以下的话，则原则上该阈值不会被超过。但是无法识别到重新的操作。

此外，该专利文献us2002/0190610a1还公开了其中一个能量管理单元选择性地驱控高频发送器。尤其地，只有在电压升高超过阈值时，才驱控载波频率，以便得到对所生成的能量的最高的利用。

技术实现要素：

在此背景下，本发明的任务是建议一种设备，其更有效地处置能量转换器的所生成的能量的值。

此任务通过根据权利要求1的设备和根据权利要求10的方法解决。本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。

因此，此任务通过如下设备来解决，该设备具有：能量转换器，该能量转换器用于将来自设备的环境和/或对设备的机械操作的能量转化为电能；存储器单元，该存储器单元用于存储电能；和无线电单元，该无线电单元用于接收和/或发送无线电信号，其中，无线电单元获取存储器单元的电能，尤其是以便发送无线电信号，并且其中，无线电单元具有处理器单元，该处理器单元用于准备待作为无线电信号发出的数据包并且设定无线电单元的发送功率，其中，设备被设计成获知和/或近似计算出当前在存储器单元内可供使用的能量量值，并且其中，处理器单元被设计成用于根据代表所获知的和/或所近似计算出的能量量值的能量值来设定无线电单元的发送功率。

存储器单元可以是指电容器。无线电单元可以是指例如被设计成用于发出2.4千兆赫兹的频带的无线电信号的发送器转换回路。但是不同地，它也可以是指超声波发送装置或红外发送装置。处理器单元例如可以是微处理器。

因此，设备具备在了解到当前有多少能量可供使用之后设定发送功率或规定设备的消耗的能力。在此，可以获知和/或近似计算出存储器单元内的能量量值。基本上存在不同的可行方案以用于查验当前有多少能量可供使用。可能的是，在能量转换器与存储器单元之间执行电流测量，以便获知有多少能量从能量转换器流到存储器单元内。另外可能的是，使用一个或多个传感器，其监测能量转换器的状态，以便因此可以近似计算出能量转换器在确定的时刻或在确定的条件下生成或可以生成多少能量。能量转换器可以例如是包括铜线圈的电磁发电机。

在有利的设计方案中，能量转换器是用于无线电开关的感应式发电机，其包括具有北极接触区段和南极接触区段的磁体元件和线圈芯，线圈芯具有能与北极接触区段和南极接触区段接触的磁极接触区段，其中，磁体元件和线圈芯相互相对可运动地布置，使得在限定了针对相对运动的运动方向的第一和第二静止位置之间进行变换时能在线圈芯内产生磁通方向变向，在静止位置中，北磁极接触区段和南磁极接触区段分别与所配属的磁极接触区段接触。感应式发电机可以具有平行于运动方向延伸的可磁化的滑动接触区段，以用于滑动引导线圈芯与磁体元件之间的相对运动。

可以检测存储器单元以获知当前的能量量值。在存储器单元是电容器的情况中，电容器可以借助高压分配器和ad转换器来检测。在设定发送功率时，处理器单元考虑到当前可供使用的能量。在此，处理器单元可以截取处理器单元自身为准备数据包所需的能量量值。数据包可以例如根据标准协议，例如用于构架技术的knx协议来准备。

设备可以多次查询存储器单元内的能量量值，以便例如确认在发送数据包后在存储器单元内尚有多少能量可供使用。

在有利的设计方案中，设备具有温度传感器，其中，设备被设计成用于根据由温度传感器所获知的环境温度来近似计算出当前可供使用的能量量值。为此，例如可以在设备的数据存储器内存储表格，其中，该表格由处理器单元定期查询。表格可以例如包含如温度、设备老化等的环境条件与在这些种条件下由能量转换器产生的平均的所预期的能量量值之间的配属关系。

根据能量转换器类型而定地，可供使用的能量量值会很大程度地与能量转换器在如何的环境温度下被操作有关。因此可能的是，在操作时测量环境温度，并且因此获知或查明当前所产生的能量的参考值。在有利的设计方案中，设备具有电路，该电路用于获知当前在存储器单元内可供使用的能量量值。因此，电路可以具有如上所述的高欧姆的电压部分。也能想到例如借助预设数量的并联的电容器来对能量水平进行逐级获知。在逐级获知当前可供使用的能量量值的情况下也能想到的是，也逐级地驱控无线电单元的发送功率。

优选地，由处理器单元如下这样地设定发送功率，即，无线电单元在发出数据包时完全地消耗了所获知的能量量值。但是，当由于逐级驱控发送功率使得处理器单元无法设定发送功率来使所获知的能量量值可以被完全消耗时，则处理器单元应如下这样地驱控发送功率，即，无线电单元在发出数据包时将所获知的能量量值消耗掉至少直至50％，有利地直至90％，并且非常有利地直至98％。为了消耗此能量量值，在大多数的情况中必需强制提高发送功率。只有在其中能量转换器通常产生或转换最少能量的环境条件或使用条件下，才不会提高发送功率。

因此，设备可以在正常的环境温度下，例如在25度的室温下，使用比迄今更高的发送功率，例如高两倍或三倍的发送功率。因此，自给自足的无线电开关的有效距离可以根据发送功率的升高而明显升高。使得在若干环境条件下(在这些环境条件下，能量转换器通常可能产生比例如在20至30度之间的环境温度下更少的能量)，例如在60度时，设备在所有情况中仍总是能够送出完整的消息。

在替选的设计方案中能想到的是，设备如下这样地设定发送功率，即，能够多次发出完整的消息，例如发出两次。以此可以保证冗余。

在有利的设计方案中，设备具有电路，该电路用于获知当前在存储器单元内可供使用的能量量值。此外，电路可以具有分压器和a/d转换器，其中，a/d转换器被设计成用于检测分压器，以便获知在存储器单元内形成的电压并将该电压作为数字式的电压值提供给处理器单元，或者电路具有分压器并且处理器单元具有a/d转换器，其中，a/d转换器检测分压器，以便因此获知在存储器单元内形成的电压并将该电压作为数字式的电压值提供给处理器单元。然后，可以根据所提供的电压值由处理器单元来设定发送功率。在此，可以考虑到处理器单元的另外的功能的能量需求，例如逻辑电路块的逻辑过程。因此，逻辑电路块可以例如自身用于根据所提供的电压值计算无线电转换回路的待设定的发送功率。

在设备的有利的设计方案中，处理器单元被设计成用于形成特征曲线，该特征曲线反映了无线电单元每次发出数据包时的能量消耗与无线电单元的发送功率在函数上的依赖关系，其中，处理器单元在设定发送功率时选出能从特征曲线读取的发送功率，其中，用于数据包的能量消耗基本上相应于存储器单元的能量量值。在此，可以挑选根据特征曲线与特定的能量消耗配属的用于设定的发送功率，其中，利用该特定的能量消耗在发送和/或重复发送完整的数据包时基本上耗尽存储器单元的能量量值。在本发明的意义中，数据包相应于完整的消息，该完整的消息可以由能无线电工作的设备制定并且作为无线电信号发出。

在设备的设计的改进方案中，处理器单元被设计成用于根据当前由温度传感器提供的温度值形成特征曲线。在此可以考虑到，无线电单元的能量消耗在发送功率被预先确定的情况下必要时也具有温度相关性。

能够想到为设备装备有检测可供使用的能量的传感器以及装备有用于接收环境条件的传感器。因此，处理器单元可以根据环境测量值和与之对应的能量量值的测量值形成特征曲线。同样可以提供表格。

在有利的设计方案中，设备具有数据存储器单元，其中，在数据存储器单元内保存有表格，并且其中，处理器单元被设计成用于根据所获知的能量量值读取在表格中与能量量值相配属的发送功率并设定用于无线电单元。

在设备的设计方案中，设备被设计成用于根据环境温度近似计算出当前可供使用的能量量值，其中，设备根据参考值来计算能量值，其中，参考值取决于预期的电能地被预设，在所测量的温度的情况下通过对设备的机械操作来预期该电能。例如，参考值可以相应于由与能量量值相应的能量值构成的平均值，这些能量值在先前执行的校准方法中被获知。所预期的能量量值或参考值通常随环境温度而变化。环境温度对能量转换器的有效性有影响。因此，参考值可以从由能量转换器在操作期间产生的能量量值与环境温度之间的已知的关系中读取或预设。

此外，本发明的任务还使用包括如下步骤的方法来解决：

-由设备将环境能量和/或机械操作的动能转化为电能；

-将电能存储在存储器单元内；

-初始化无线电单元的处理器单元；

-准备数据包；

-获知和/或近似计算出当前在存储器单元内可供使用的能量量值；

-根据能量量值设定无线电单元的发送功率；

-由无线电单元发送数据包。

能量由能量转换器或发电机转化为电能。在发电机操作后可以将所产生的能量整流并且缓存在例如被设计为存储器电容器的操作器单元内。经由开关电源可以将电压传导到被设计为微处理器的处理器单元的电压供应部上或传导到设计为高频发送器电子器件的发送单元上并因此减少。经由方向识别电路，可以根据需求而定地获知发电机脉冲的极性。可以在处理器单元内获知发送协议的使用数据并且可以根据此使用数据制定数据包。

存储器单元内的能量可以通过高欧姆的分压器来获知，其中，存储电容器上的电压借助集成在微处理器内的模数转换器来检测。电容器电压可以用作针对在所保存的表格内的配属关系的选择判决以用于获知最合适的发送功率，并且可以因此根据表格或根据所保存的特征曲线来设定发送功率。针对发送单元或发射器和数据包的设定可以被写在发射器记录器中。然后可以发出数据包或一个电报或多个电报。在存储器单元内尚有可使用的能量时，可以通过激活不同的消耗器来消减此能量。

附图说明

根据附图在下文中详细解释本发明。其中：

图1：示出本发明的设计方案的方框图；

图2：示出能量转换器的有效性与温度的关系的图形图示；

图3：示出本发明的设计方案的方框图；

图4：示出电容器上的示范性的电压走向；和

图5：示出根据本发明的设计方案的方法流程。

具体实施方式

图1示出了本发明的设计方案的方框图。示出了能量转换器3。该能量转换器用于将来自设备1的环境的能量要么通过一种能量收集的方式转化为电能，要么操作能量转换器3并且将通过操作所施加的机械能经由电磁发电机转化为电能。发电机例如是包含有铜线圈的电磁发电机。

在能量转换器3上联接有整流器19。从能量转换器输出的电信号可以因此被整流。整流器19可以例如被设计为二极管电桥。与整流器19联接有存储器单元5，存储器单元在此被描绘为电容器5。由能量转换器3收集或生成的能量因此被首先存储在电容器5内。通常，此能量被微处理器9和与之相结合的无线电单元7的发射器21取用，以便运行微处理器9和无线电电路7。为了将电容器5的能量导入到微处理器9内，通常需要电压转换器23。因此可以使电压降低到适用于被导入到微处理器9内的较低的电压水平。

在电容器5与电压转换器23之间的节点处联接有所谓的分压器17。分压器17可以例如通过如下方式简单地设计，即，将两个电阻串联。在两个电阻之间的节点处存在引出线，其又与微处理器9联接。因此可能的是，在预先确定的时间点t1、t2、t3检测电容器5上的电压，以便获知电容器5上的电压多高或在电容器5内存储了多少能量et。

微处理器9或者说处理器单元9用于一方面查验当前可供使用的能量et，并且运行无线电电子器件7。尤其地，通过微处理器9设定无线电电子器件7的发送功率。同样地，由微处理器9从协议的使用数据制定或准备数据包。然后借助发送电子器件21或者说发射器21经由天线25将此数据包发送出。

因此，系统通常如下这样地设计，即，系统通常在电容器5内存储了比发出消息所需的能量多很多的能量。背景在于，在特定的环境条件下，例如在温度高(text>>tr)的情况下，并不总是能够保证通过能量转换器3的操作产生充足的能量。因此，如下这样地设计能量转换器3，即，在最差的情况中，例如在温度极高时，产生充足的能量e0，以便运行无线电电子器件7，并且尤其以便可以发出完整的消息或数据包。

在图1中所示的设计方案中，可以查验存储在电容器5内的当前可供使用的能量et。此查验可以例如发生一次。但是也能想到以有规律的间隔来查验能量et。此外能够在每次发送过程之前和之后来查验能量e。当获知了电容器5内的能量et的量时，微处理器9可以使用关于该量的信息。关于电容器5之内的能量et的信息可以被用于设定无线电电子器件7的发送功率。当可供使用的能量et的量超过了预先确定的阈值时，无线电电子器件7的发送功率可以被升高，以便因此实现所发送的信号的更大的有效距离。但是，发送功率也可以被如下这样地设定，即，使得可以两次或三次完整地发送完整的消息。因此可以保证冗余。

图2示出了能量转换器3的有效性与温度text的关系的图形图示。能量转换器3具有电磁发电机并且通常从外部被操作。操作速度可以改变。因此，示出了所产生的能量ea相对于温度的平均走向，但是也示出了当能量转换器3例如以很高的速度被操作并且能量转换器3的设计方案在预设的制造公差内对于能量产生是最优时的能量走向上限eh。所示的能量产生的最小走向el适用于以下情况，即，能量转换器3被缓慢地操作并且能量转换器3的设计方案在预设的制造公差之内对于能量产生而言是最差的。

当能量转换器3在很高的温度下被缓慢地操作时，存在最差的使用条件。对于使用具有在预设的制造公差之内对于能量产生最差的设计方案的能量转换器3来说，在此使用条件下被使用，必然产生所谓的最小能量e0。虚线显示出在此情况中所需的能量水平。通常，这种设备1被如下这样地建造，即，以此最小能量e0可以发出完整的消息。

在图2中的最小能量e0以及能量走向的图示仅用作示例，并且不应被理解为比例正确的。但是可见，在快速操作时即使在高的温度下在由无线电电子器件7发出完整的消息后也可能剩余不可忽略量的能量。本发明能够实现的是，通过检测存储器单元5将剩余的此能量进一步使用。通常，此能量经由电阻被导出并且因此被遗弃。然而，本发明的设计方案如在图1中所示地可以检测电容器5并将关于电容器5内的剩余量的能量的信息传递给微控制器9。微控制器9可以使用这些与能量相关的信息，以便例如重新设定无线电电子器件7的发送功率并且重复发出消息。

在图2中示出了温度范围tr，其相应于大约20摄氏度或正常的室温。具有能量转换器3和无线电电子器件7的设备1可以例如被用作光开关。但是，光开关通常在其中温度为室温tr的环境条件下被使用。根据图2可见，通常在大约20摄氏度或正常的室温下使用时总是剩余大量的最小能量e0。通过检测电容器5内的能量et，因此也能够必要时将发送功率加倍或升高多倍。另外，也可能的是，多次完整地发出消息，以便实现冗余并且避免在传输这些无线电信号时发生数据错误。

图3示出了本发明的设计方案的另外的方框图。存在有如下能量转换器3，其具有探伸穿过壳体29的切换按钮27。其他构件全部被壳体29包围。如在图1中所示的实施方式中，将能量从能量转换器3传递到存储器单元7上。同样在电容器5与电路板之间也设置有电流馈线31，在电路板上固定有处理器单元9或无线电电子器件7。也如在图1中所示地，存在有分压器17，其能够实现对存在于电容器5内的能量et的检测。与在图1中所示的实施方案的区别在于，在分压器17与微处理器9或电路板之间接有模数转换器(a/d)。模数转换器(a/d)也可以布置在电路板上。

图3附加地示出了在电路板与处在能量转换器3的直接环境中的温度传感器13之间的信号线33。温度传感器13可以用于形成关于通过能量转换器3的操作产生的能量的量el、a、h方面的前瞻性的预期。

图4示出了示范性的电容器5上的电压走向。在时间点0的电容器5上的电压相应于在能量转换器3被操作一次后给出的电压。在初始化阶段或休眠阶段φ1期间，电容器5上的电压v随时间降低。或者电流被微处理器9截取并且由此使电容器9内的能量et的量降低。如果需要的话，则然后示出确定的等待时间w1。在此时间中，电容器5上的电压v或能量et的量相对缓慢地降低。此降低的能量可以例如由于泄漏电流所导致。在等待时间w1后，系统被唤醒或者说可以执行第二初始化阶段φ1。随后，由无线电电子器件7发出电报或数据包。在此时间s1中，电容器5上的电压v相对快速地降低，这是因为无线电信号的发出消耗很多的能量。可以连续地检测电容器5上的能量et的量，但也可以在全部发送过程期间多次监控。

在图4中示出了在发出后的第二可选的等待时间w2。例如在“listbeforetalk”(lbt，先听后送)方法的范围内可能需要等待时间w1、w2、w3。lbt方法被规定用于在特定的区域内利用特定的频率。

随后，发出第二消息或电报或数据包。第二消息可以是第一消息的重复。因此，提高了通信过程的可靠性。等待时间w1、w2、w3和发送过程s1、s2、s3的此循环可以重复直至消耗掉存储器单元5内的能量et。存储器单元5内的能量可以在例如等待时间w1、w2、w3期间有规律地获知。示出了三个检测时间点t1、t2、t3。

图5示出了根据本发明的实施方案的方法流程。在第一步骤s100中，将环境能量和/或机械操作的动能转化为电能。在第二步骤200中，将电能et存储在存储器单元5内。在第三步骤300中，初始化无线电单元7的处理器单元9。在第四步骤400中，准备数据包。在第五步骤500中，获知和/或近似计算当前在存储器单元5内可供使用的能量量值et。在第六步骤600中，根据能量量值et设定无线电单元7的发送功率。在第七步骤700中，由无线电单元7发送数据包。

附图标记列表

1设备

3能量转换器

5存储器单元

7无线电电子器件

9处理器单元

13温度传感器

15电路

17分压器

19整流器

21发射器

23电压转换器

25天线

27按钮

29壳体

31电压线

33信号线

a/d模数转换器

et当前的能量

e0最小的能量

el、a、h所预期的最低的/平均的/最高的能量的走向

t1、2、3检测的时间点

φ1、φ2初始化阶段

w1、2、3等待时间

s1、2、3发送时间

v电容器上的电压