Brevet FR2884607A1 — publié le 20061020

Dans le but de simplifier les installations domotiques et en particulier de simplifier le câblage de ces installations, il a été imaginé d'utiliser des capteurs émetteurs météorologiques autonomes. En effet, ceux-ci pouvant de plus communiquer avec des unités de commande par l'intermédiaire de liaisons sans fil, la présence des capteurs météorologiques n'impose aucun câblage supplémentaire. Dans ces capteurs autonomes, l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement peut être fournie en convertissant l'énergie d'un phénomène météorologique. Par exemple, l'énergie solaire peut être convertie en énergie électrique grâce à un panneau photovoltaïque ou l'énergie éolienne peut être convertie en énergie électrique grâce à une roue couplée à une dynamo. De tels moyens sont par exemple décrit dans les documents JP 02-091 348, EP 0 771 929 ou EP 1 314 849. Cependant le coût de tels capteurs est élevé. En effet, ceux-ci nécessitent des moyens de stockage d'énergie de capacité relativement élevée afin que, durant une longue durée, ils puissent communiquer périodiquement à une unité de commande leurs résultats de mesures et/ou de détections. Pour éviter une trop forte consommation, il est prévu dans ces dispositifs autonomes que l'émission n'a lieu que lorsque l'effet du phénomène météorologique mesuré dépasse un seuil fixé par l'installateur ou l'utilisateur, le dépassement de ce seuil étant alors utilisé pour commander un dispositif domotique. Cela implique que le moyen de réglage du seuil se trouve sur le capteur autonome. Dans le cas d'un anémomètre fixé en extrémité de façade, l'accès peut être délicat ou dangereux. Un réglage des seuils à distance par télécommande renchérit considérablement le coût du produit. Toujours dans le domaine des installations domotiques, des capteurs émetteurs de type autonome sont utilisés pour déterminer un paramètre autre que celui résultant d'un phénomène météorologique. Ce paramètre MS\2.5649.12FR.536.dpt.DOC est par exemple le déplacement d'un écran mobile entraîné par un actionneur. Dans la demande de brevet US 2004/0187387, l'écran mobile est une porte sectionnelle dont la partie inférieure contient une barre palpeuse de détection d'obstacle. Un émetteur radio alimenté par un générateur de type dynamo permet d'envoyer un signal si un obstacle est détecté. Des moyens connus de sauvegarde d'énergie, comme le passage en mode sommeil en absence d'action, sont prévus, mais ils impliquent la présence d'un récepteur dans le capteur mobile, de manière à permettre un dialogue entre l'unité de commande et le capteur mobile et à avertir celui-ci qu'il doit quitter le mode de sommeil. II en résulte de nouveau un surcoût. Le but de l'invention est de fournir un capteur émetteur autonome palliant aux problèmes évoqués précédemment et améliorant les capteurs connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un capteur autonome dont le coût est sensiblement réduit et facilitant s'il y a lieu le réglage de seuil permettant de commander des dispositifs domotiques. Le capteur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend des 20 moyens pour commander l'émission de signaux à une fréquence de répétition dépendante de l'intensité du phénomène physique. Les moyens pour commander l'émission de signaux à une fréquence de répétition dépendante de l'intensité du phénomène physique, peuvent comprendre un moyen de stockage d'énergie électrique rechargé par le moyen de conversion en énergie électrique et un moyen de mesure du niveau de charge du moyen de stockage, le moyen d'émission n'émettant un signal que si le moyen de mesure du niveau de charge du moyen de stockage mesure un niveau de charge supérieur à un seuil donné. L'émission d'un signal peut provoquer la décharge partielle du moyen de stockage. MS\2. S649.12FR.536.dpt.DOC Le capteur comprend de préférence un moyen pour affecter des numéros consécutifs aux signaux émis par le moyen d'émission et pour inclure ces numéros dans ces signaux. Le capteur peut comprendre des moyens de mesure de l'intensité d'un phénomène physique et des moyens pour inclure dans les signaux une grandeur représentative de l'intensité d'un phénomène physique. De préférence, le moyen d'émission est un moyen sans fil, par exemple du type à ondes radioélectriques. Le phénomène physique dont l'existence est détectée et/ou dont l'intensité est mesurée peut être un phénomène météorologique. La fréquence de répétition du signal et son rapport cyclique peuvent être déterminés par les puissances relatives du moyen de conversion d'un effet du phénomène physique en énergie électrique et du moyen d'émission. La fréquence de répétition du signal est de préférence proportionnelle à l'intensité du phénomène physique. L'installation selon l'invention comprend au moins un capteur tel que défini précédemment et une unité de commande d'un actionneur agissant sur un écran mobile, l'unité de commande étant munie de moyens de réception de signaux et apte à mesurer la fréquence de répétition du signal pour commander l'actionneur en conséquence. L'unité de commande peut comporter un moyen de réglage d'au moins un seuil relatif à l'intensité d'un phénomène physique. MS\2.S649.12FR.536.dpt.DOC L'écran peut être un écran mobile de fermeture, d'occultation ou de protection solaire. Le phénomène physique peut avoir un effet sur l'écran mobile. Le phénomène physique peut être un phénomène météorologique tel que notamment le vent, la pluie ou l'ensoleillement ou un déplacement de l'écran provoqué par l'actionneur ou un déplacement de l'écran non provoqué par l'actionneur. Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, un mode de réalisation d'un capteur météorologique autonome selon l'invention, une installation comprenant un tel capteur et un mode d'exécution d'un procédé de fonctionnement d'un capteur et d'une unité de commande. La figure 1 est une vue schématique d'une installation de store motorisée selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique d'un capteur météorologique 20 autonome selon l'invention. La figure 3 est un graphique représentant les variations du niveau de charge énergétique d'un capteur selon l'invention en fonction du temps. La figure 4 est un graphique représentant les émissions de signaux par le capteur selon l'invention en fonction du temps. La figure 5 est un ordinogramme représentant un mode d'exécution d'un procédé de fonctionnement du capteur selon l'invention. La figure 6 est un ordinogramme représentant un mode d'exécution d'un procédé de fonctionnement d'une unité de commande selon l'invention. MS\2.5649.12FR.536.dpt.DOC L'installation domotique 30 représentée à la figure 1 comprend principalement un dispositif de store motorisé 3, 4, une unité de commande 2 de ce dispositif et un capteur de vent 1. Le dispositif de store motorisé comprend un actionneur électrique 3 dont la sortie est mécaniquement reliée à une toile 4. L'activation de cet actionneur électrique permet d'enrouler et de dérouler la toile 4. Alternativement, l'actionneur 3 peut entraîner tout type d'écran mobile, par exemple une porte ou un volet roulant, et le capteur un capteur de déplacement de l'écran. L'actionneur 3 est électriquement relié à l'unité de commande 2 via un câble 12 permettant l'alimentation de l'actionneur et la transmission d'ordres de commande. Alternativement, l'actionneur et l'unité de commande peuvent communiquer grâce à une liaison sans fil. L'unité de commande 2 comprend principalement un microcontrôleur 32 et des moyens 31 pour recevoir des signaux en provenance d'un capteur et des moyens 33 pour émettre des ordres de commande à destination de l'actionneur. Elle comprend en outre des moyens d'ajustement de seuils de paramètres météorologiques, représentés par un bouton 13, permettant de déclencher, lorsqu'ils sont franchis, des ordres de commande de l'actionneur. L'unité de commande peut être alimentée à partir du secteur 10 via un câble 11. Elle peut alternativement être alimentée grâce à une alimentation à courant continu et notamment grâce un panneau photovoltaïque. Le capteur de vent 1, représenté à la figure 2 comprend un moyen 20 pour convertir la vitesse du vent en tension électrique, ce moyen constituant de manière générale un transducteur, un moyen 8 de stockage d'énergie électrique, un moyen 21 de mesure du niveau MS\2.S649.12FR.536. dpt.DOC d'énergie électrique stockée dans le moyen de stockage et un moyen d'émission de signaux. Le moyen de conversion de la vitesse du vent en tension électrique 5 comprend par exemple un anémomètre 5 couplé mécaniquement par un arbre 6 à un alternateur 7 muni d'un redresseur. La tension de sortie de l'alternatPur est redressée pour alimenter le moyen de stockage d'énergie électrique qui consiste de préférence en un condensateur 8, en un supercondensateur ou en une batterie d'accumulateurs. Le moyen de mesure du niveau d'énergie électrique stockée dans le moyen de stockage comprend par exemple un microcontrôleur 21 comprenant une entrée permettant de comparer la tension aux bornes du moyen de stockage à un seuil donné. Ce seuil est préférentiellement fixé par construction. Il peut néanmoins être prévu un moyen d'ajustement, non représenté. Le microcontrôleur pilote un interrupteur 22 permettant de commander l'activation du moyen 9 d'émission de signaux. Ce moyen consiste de préférence en un émetteur d'ondes radioélectriques. De préférence, le microcontrôleur est relié au moyen d'émission. Ainsi, le microcontrôleur peut générer des numéros consécutifs et ceux-ci peuvent être inclus dans les signaux consécutifs émis par les moyens d'émission. Alternativement, le moyen d'émission peut présenter un seuil de tension d'alimentation en deçà duquel il ne fonctionne pas et au-delà duquel il est automatiquement activé et émet des signaux. Un mode d'exécution du procédé de fonctionnement du capteur 1 est décrit en référence aux figures 3, 4 et 5. MS\2. S649.12FR.536.dpt.DOC On suppose préalablement que le condensateur 8 est faiblement chargé. Le niveau de charge correspond au point A indiqué sur la figure 3. Dans une première étape 100, la présence de vent fait tourner l'anémomètre 5 et l'alternateur 7, le condensateur 8 est donc chargé progressivement. La constante de temps de la charge dépend de la résistance interne du circuit comportant l'alternateur et le redresseur. Cette résistance peut être augmentée par l'ajout volontaire d'une résistance de forte valeur. Dans ce cas, le début de charge du condensateur est pratiquement linéaire si, pour la vitesse de rotation considérée, la tension de sortie de l'alternateur est grande devant la tension de seuil. Alternativement, un montage convertisseur de type élévateur permet d'élever progressivement la tension aux bornes du condensateur, à des valeurs supérieures à celle aux bornes de l'alternateur. Le fait important est ici que le condensateur se charge progressivement, et si possible linéairement dans le temps, lorsque l'alternateur est entraîné à une vitesse constante. Dans une deuxième étape 110, on teste si la tension aux bornes du condensateur 8 est supérieure à une tension seuil Ut. Ce test peut être effectué par le microcontrôleur 21 ou par l'émetteur de signaux 9. Si tel n'est pas le cas on boucle sur l'étape 100 pendant laquelle le condensateur continue d'être chargé. Si tel est le cas le niveau de charge du condensateur se situe au niveau du point B représenté sur la figure 3 et on passe à une étape 120 à laquelle un signal est émis par l'émetteur 9 du capteur 1. L'émission d'un signal est représentée par un rectangle sur la figure 4. La puissance MS\2.S649.12FR.536.dpt.DOC consommée par le capteur durant l'émission de signaux étant très supérieure à la puissance convertie par l'alternateur même en cas de vent fort, le condensateur 8 se décharge pendant cette étape. Dès la fin de cette étape 120, la tension du condensateur se situe au niveau représenté par le point C sur la figure 3. A l'issue de cette étape 120, on boucle sur l'étape 110. Théoriquement, la puissance consommée lors de l'émission d'un signal étant bien supérieure à celle convertie par l'alternateur, après l'émission d'un signal, la tension aux bornes du condensateur 8 est inférieure à la tension Ut et le condensateur doit être rechargé dans l'étape 100 pendant un certain temps avant qu'un nouveau signal soit émis. Suivant la force du vent, les rampes de charge du condensateur 8 (entre le point A et le point B) sont plus ou moins raides. Ainsi, en cas de vent fort, l'intervalle Ts séparant deux émissions successives d'un signal par le capteur est plus faible que lorsque le vent est faible, la puissance convertie par l'alternateur étant plus forte alors que l'énergie consommée pour l'émission d'un signal est identique. De cette façon, la durée de l'intervalle temporel séparant l'émission de deux signaux consécutifs est représentative de la vitesse du vent et l'indication de mesure de vitesse de vent n'est pas contenue dans les signaux eux-mêmes. Cependant, le capteur peut comprendre des moyens (non représentés) de mesure de la puissance fournie par l'alternateur. Ainsi, la valeur de puissance mesurée (représentative de la vitesse du vent) peut être incluse dans les signaux émis par le capteur. Alternativement, des mesures d'autres paramètres peuvent être inclus dans la trame. MS\2. S649.12FR.536.dpt.DOC Préférentiellement, la durée d'émission du signal est très courte devant la durée de charge du condensateur. Par exemple, une trame d'émission dure 50 millisecondes, alors que la durée de charge par vent faible nécessitera 4 secondes, et nécessitera 1 seconde seulement par vent fort. Ainsi, même par vent fort, le spectre radio reste faiblement utilisé, par exemple avec un rapport cyclique de 1/20. La trame d'émission d'un signal contient préférentiellement 4 bits d'identification permettant de reconnaître un capteur parmi 16 capteurs voisins que contiendrait l'installation et 4 bits d'indication de numéro de trame. 8 bits suffisent alors pour contenir toute l'information utile dans ce type de fonctionnement, alors que les protocoles couramment utilisés dans la radiocommande de produits domotiques nécessitent 56 ou 80 bits. Une trame de 30 millisecondes est donc parfaitement utilisable dans ces conditions. Le procédé de fonctionnement du capteur de vent fait qu'en cas d'absence de vent le condensateur n'est pas rechargé et que, par conséquent, le capteur n'émet pas de signal. Ceci n'est pas gênant puisque le capteur est utilisé pour détecter des seuils de vitesse de vent au-delà desquels l'élément mobile du store doit être replié, et que la valeur de la vitesse du vent en deçà de ce seuil importe peu. II en serait de même pour un capteur d'ensoleillement destiné à provoquer inversement le déploiement d'un store quand la valeur de flux capté par le capteur dépasse un certain seuil. De préférence, dans l'étape 120, les signaux émis sont numérotés consécutivement et ces numéros sont inclus dans les signaux. Ainsi, si certains signaux émis ne sont pas reçus par l'unité de commande, celle-ci est informée de leur existence par l'analyse des numéros contenus dans les signaux et peut tenir compte de ceux-ci lorsqu'elle détermine la vitesse du vent. MS\2.S649.12FR.536.dpt.DOC Un capteur selon l'invention peut comprendre des moyens de stockage d'énergie électrique dont la capacité est fortement diminuée par rapport à celle des moyens de stockage d'énergie équipant les capteurs connus de l'art antérieur. II s'ensuit une baisse significative du coût de fabrication des capteurs. Un mode d'exécution du procédé de fonctionnement de l'unité de commande 2 est décrit en référence à la figure 6. Dans une première étape 200, l'unité de commande reçoit les signaux émis par le capteur de vent. Dans une deuxième étape 210, l'unité de commande calcule le nombre de signaux reçus pendant une période donnée. Elle peut alternativement calculer la fréquence de répétition des signaux reçus ou encore la durée moyenne des intervalles séparant deux signaux consécutifs sur cette période donnée. Elle peut également calculer le temps séparant la réception des deux derniers signaux. Dans une troisième étape 220, en fonction des résultats obtenus, l'unité de commande envoie ou non un ordre de commande de mouvement de l'élément mobile. En particulier, l'unité de commande envoie un ordre de repli de l'élément mobile si la vitesse du vent a dépassé une valeur seuil fixée grâce au bouton 13 de l'unité de commande. Le procédé boucle ensuite sur l'étape 200. Sans qu'il soit besoin de le décrire en détail, l'invention s'applique de même après une période de vent fort, quand l'unité de commande détecte que la fréquence de répétition des signaux émis passe en dessous d'un seuil de sécurité. Le seuil de sécurité est déterminé de MS\2. S 649.12FR. 5 3 6. dpt. D O C manière à être inférieur au seuil de danger qui a été réglé par le bouton 13. Bien que le capteur décrit soit destiné à mesurer la vitesse du vent, le capteur selon l'invention peut être destiné à mesurer d'autres grandeurs en particulier d'autres grandeurs météorologiques telles que la présence de pluie ou la luminosité. Dans le cas de la détection de présence de pluie, le capteur comprend de préférence un élément piézo-électrique pour transformer l'énergie due aux impacts de gouttes de pluies en énergie électrique. Un tel dispositif est connu du brevet US 5, 119,002. Dans le cas de la mesure de la luminosité, le capteur comprend de préférence un élément photovoltaïque pour transformer l'énergie lumineuse en énergie électrique. Le seuil ajusté à l'aide du bouton 13 est alors un seuil de confort. D'autres moyens que ceux décrits peuvent être utilisés pour convertir l'énergie éolienne en énergie électrique. En particulier, des capteurs de vibrations comprenant des moyens électromagnétiques, électrostatiques ou piézo-électriques de conversion d'énergie peuvent être utilisés (voir la thèse de doctorat de S.J. Roundy, Université de Californie Berkeley, 2003) . Le capteur peut permettre de détecter et/ou mesurer plusieurs paramètres. Au moins l'un des paramètres fixe la fréquence de répétition des signaux, la valeur des autres paramètres étant alors contenue dans le signal émis. Plusieurs capteurs selon l'invention peuvent être utilisés pour protéger ou équiper un même dispositif domotique. Préférentiellement, un identifiant codé sur 4 bits permet de reconnaître le capteur émetteur. Alternativement les fréquences porteuses des signaux sont différentes d'un capteur à l'autre. Un ensemble de 4 micro-interrupteurs permet MS\2. 5649.12FR.536.dpt.DOC d'affecter un identifiant ou une fréquence à chaque capteur émetteur. Ainsi, en cas de dysfonctionnement de l'un des capteurs l'autre peut continuer à fournir des informations fiables sur la base desquelles l'unité de commande peut émettre des ordres en direction du dispositif domotique commandé. Quand les capteurs fonctionnent correctement, l'unité de commande identifie l'origine des différents signaux. Elle peut aussi établir une corrélation entre les valeurs indiquées par les différents capteurs, ce qui permet de déterminer par exemple une direction au phénomène météorologique considéré (sens du vent, direction d'ensoleillement...). Le fait que les émissions occupent un très faible rapport cyclique exclut statistiquement qu'elles puissent se produire durablement de manière synchrone. Les brouillages sont donc occasionnels et l'unité de commande y fait face par analyse des identifiants et des numéros de trame. L'invention a été décrite dans le cas où le paramètre agissant sur le capteur est une action affectant l'écran mobile, en particulier l'intensité d'un phénomène météorologique telle la puissance de vent. L'ensoleillement ou la pluie sont également des phénomènes météorologiques dont l'intensité affecte l'écran mobile, s'il s'agit par exemple d'un store permettant de réguler les effets de ces phénomènes. L'action affectant l'écran mobile peut aussi être l'intensité de son déplacement, par exemple la vitesse de déplacement, ou encore la vitesse vibratoire, que le déplacement soit dû à l'actionneur lui-même ou à une autre cause (action manuelle de l'utilisateur). Ainsi, l'invention s'applique de manière particulièrement efficace à une installation domotique telle qu'une porte sectionnelle motorisée de type décrit dans la demande de brevet US 2004/0187387 et permet d'y remplacer une transmission bidirectionnelle entre un capteur de vitesse de déplacement MS\2.S649.12FR.536.dpt.DOC de la porte et une unité de commande par une transmission unidirectionelle, tout en minimisant encore les besoins en stockage d'énergie au niveau du capteur. Dans une telle installation, le capteur comprend un transducteur tel que par exemple un petit alternateur. Son rotor est lié mécaniquement à l'une des pièces tournantes de la chaîne cinématique permettant d'entraîner la porte sous l'effet d'un actionneur. Ainsi, l'alternateur convertit la vitesse de déplacement de la porte sectionnelle en énergie électrique de manière à charger un condensateur. Ce capteur fonctionnant sur le même principe que celui décrit en référence à la figure 2, la fréquence de répétition de l'émission de signaux envoyés par un émetteur est directement proportionnelle à cette vitesse de déplacement de la porte. Le signal peut contenir dans sa trame une information relative à un deuxième paramètre, par exemple l'état d'une barre palpeuse. MS\2. S649.12FR.536.dpt.DOC Revendications: 1. Capteur domotique (1) autonome pour détecter l'existence et/ou mesurer l'intensité d'un phénomène physique, comprenant un moyen (20) de conversion d'un effet du phénomène physique en énergie électrique et un moyen (9) d'émission pour émettre au moins un signal, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (8, 21) pour commander l'émission de signaux à une fréquence de répétition dépendante de l'intensité du phénomène physique. 2. Capteur domotique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour commander l'émission de signaux à une fréquence de répétition dépendante de l'intensité du phénomène physique, comprennent un moyen (8) de stockage d'énergie électrique rechargé par le moyen (20) de conversion en énergie électrique et un moyen (21) de mesure du niveau de charge du moyen de stockage, le moyen (9) d'émission n'émettant un signal que si le moyen (21) de mesure du niveau de charge du moyen de stockage mesure un niveau de charge supérieur à un seuil donné. 3. Capteur domotique (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'émission d'un signal provoque la décharge partielle du moyen de stockage (8). 4. Capteur domotique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (21) pour affecter des numéros consécutifs aux signaux émis par le moyen d'émission et pour inclure ces numéros dans ces signaux. 5. Capteur domotique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure de MS\2.5649.12FR. 536.dpt.DOC l'intensité d'un phénomène physique et des moyens pour inclure dans les signaux une grandeur représentative de l'intensité d'un phénomène physique. 6. Capteur domotique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen (9) d'émission est un moyen sans fil. 7. Capteur domotique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen (9) d'émission est un moyen d'émission du type à ondes radioélectriques. 8. Capteur domotique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le phénomène physique est un phénomène 15 météorologique. 9. Capteur domotique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence de répétition du signal et son rapport cyclique sont déterminés par les puissances relatives du 20 moyen (20) de conversion d'un effet du phénomène physique en énergie électrique et du moyen (9) d'émission. 10. Capteur domotique (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence de répétition du signal est 25 proportionnelle à l'intensité du phénomène physique. 11. Installation (30) comprenant au moins un capteur selon l'une des revendications précédentes et une unité de commande (2) d'un actionneur (3) agissant sur un écran mobile (4), l'unité de 30 commande étant munie de moyens (31) de réception de signaux et MS\2.S649.12FR.536. dpt.DOC apte à mesurer la fréquence de répétition du signal pour commander l'actionneur en conséquence. 12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'unité de commande comporte un moyen de réglage (13) d'au moins un seuil relatif à l'intensité d'un phénomène physique. 13. Installation (30) BPlon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que l'écran (4) est un écran mobile de fermeture, d'occultation ou de protection solaire. 14. Installation selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisée en ce que le phénomène physique a un effet sur l'écran mobile. 15. Installation selon la revendication 14, caractérisée en ce que le phénomène physique est: - un phénomène météorologique tel que notamment le vent, la pluie ou l'ensoleillement ou - un déplacement de l'écran provoqué par l'actionneur ou - un déplacement de l'écran non provoqué par l'actionneur. MS\2.S649.12FR.536.dpt.DOC