(57)【要約】【課題】第１の物理現象の存在を検出し、及び／又はその第１の物理現象の強度を測定する自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイス（１０）及びその動作方法を提供する。【解決手段】自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイス（１０）は、デバイス（１０）に電気エネルギーを供給するために第２の物理現象の効果を電気エネルギーに変換する手段（２０）と、電気エネルギーに変換可能な第２の物理現象の瞬時電力を決定する手段（８０）とを有し、電気エネルギーに変換可能な瞬時電力の決定に基づいて規定された所定の値に従って、デバイス（１０）の通常の第１の動作モードまたはエネルギーを抑制する第２の動作モードの何れかが動作する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の物理現象の存在を検出し、及び／又は該第１の物理現象の強度を測定する自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイス（１０）の動作方法であって、
前記デバイスは、
前記デバイスに電気エネルギーを供給するために第２の物理現象の効果を電気エネルギーに変換する手段（２０）と、
電気エネルギーに変換可能な前記第２の物理現象の瞬時電力を決定する手段（８０）と、を有し、
前記電気エネルギーに変換可能な瞬時電力の決定に基づいて規定された所定の値に従って、前記デバイスの通常の第１の動作モードまたはエネルギーを抑制する第２の動作モードの何れかが動作し、前記デバイスは、前記第２の動作モードにおける消費電力が前記第１の動作モードにおける消費電力よりも少ないことを特徴とする動作方法。
【請求項２】
前記第１の物理現象と前記第２の物理現象が同一である、請求項１に記載の動作方法。
【請求項３】
前記第１の動作モードにおける前記第１の物理現象の強度の測定頻度が、前記第２の動作モードにおける前記第１の物理現象の強度の測定頻度よりも高い、請求項１または２に記載の動作方法。
【請求項４】
前記第１の動作モードにおける状態信号の送信頻度が、前記第２の動作モードにおける状態信号の送信頻度よりも高い、請求項１〜３の何れか一項に記載の動作方法。
【請求項５】
前記第１の動作モードにおける状態信号の送信フレーム数が、前記第２の動作モードにおける状態信号の送信フレーム数よりも多い、請求項１〜４の何れか一項に記載の動作方法。
【請求項６】
論理プロセッサユニット（４０）は、前記第１の動作モードにおいて、前記第２の動作モードにおける周波数よりも高い周波数で動作する、請求項１〜５の何れか一項に記載の動作方法。
【請求項７】
前記デバイスは、前記第１の物理現象の強度が所定の基準を満たす場合にのみ送信する、請求項１〜６の何れか一項に記載の動作方法。
【請求項８】
前記所定の基準はユーザによって再定義可能である、請求項７に記載の動作方法。
【請求項９】
前記第１の動作モードにおいて、電気エネルギー保存手段（３０）は、該電気エネルギー保存手段（３０）の充電レベルに依存して、前記エネルギー変換手段から直接充電されるか、昇圧変換器（７０）によって充電される、請求項１〜８の何れか一項に記載の動作方法。
【請求項１０】
前記第２の動作モードにおいて、電気エネルギー保存手段（３０）は、前記エネルギー変換手段から恒久的に直接充電される、請求項１〜９の何れか一項に記載の動作方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に規定された動作方法を実行するソフトウェア手段とハードウェア手段（２０、３０、４０、７０、８０）とを有することを特徴とする自己電源ホームオートメーションセンサデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理現象の強度を測定する自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイスに関し、特に、オーニングまたはローラーブラインドのような電動式太陽光保護デバイスの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
窓を通じて建物内に入射する太陽光を遮光するために、電動式太陽光保護デバイスを使用することが知られている。自動制御の場合、特定の快適な状態を得るために、照度センサを用いて電動式太陽光保護デバイスへ可動部を動かすための信号を伝送する。設置時の配線の制約を減らすために、センサと太陽光保護デバイスとの間を無線通信する手段を備えることが知られている。さらに配線の制約を限定的なものとする目的で、自己電源方式のセンサを使用することが知られている。これらの自己電源方式のセンサは、バッテリのような電気エネルギーを保存する手段と、オプションでエネルギー（例えば、太陽エネルギー）を電気エネルギーに変換する手段を有する。
【０００３】
特許文献１には、セキュリティ機能を果たすために、センサが定期的に状態情報を送信する設備の動作方法が開示されている。ホームオートメーションデバイスによってこの信号が定期的に受信されると、センサが動作可能であることが保証される。状態信号が受信されない場合、ホームオートメーションデバイスはセーフモードに移行する。
【０００４】
これらの自己電源方式のセンサに関する主な問題は、エネルギーの制御に関することである。とりわけ、デバイスの周囲の条件が、事実上電気エネルギーに変換できるエネルギーがないようなものである場合でも（例えば、光電池パネルを有するセンサデバイスの場合における夜）、十分に長い動作寿命を確保することが必要となる。この問題に対する解は、電気エネルギーの消費量を最小化することと、予備の電気エネルギーの蓄積を最適化することによる。その上、デバイスの構造はシンプルで、安価かつコンパクトでなければならい。
【０００５】
さらに、エネルギー消費の少ない新しいセンサは、現行の受信器と互換性を有していることが重要である。
【０００６】
自己電源方式のホームオートメーションセンサデバイスにおけるエネルギーを抑制する様々な方法が知られている。
【０００７】
例えば、特許文献２は、ホームオートメーションセンサデバイスが、二つの送信期間を分離する期間に対する送信期間の比を最小化することにより、離散的に情報を送信する方法を開示している。これは、結果としてエネルギー消費を減少させる。
【０００８】
特許文献３は、情報の送信頻度がバッテリーの充電レベルに依存するホームオートメーションセンサデバイスを開示している。
【０００９】
特許文献４は、バッテリーに保持されたエネルギーのレベルが所定の閾値未満となるまで低下した場合、警告信号を発信する、自己電源方式のホームオートメーションセンサデバイスを開示する。
【００１０】
また、特許文献５及び非特許文献１には、光電池パネルによって電力供給される自己電源方式のセンサデバイスが開示されている。
【００１１】
これらの全ての文献には、エネルギー管理の最適化については記載されていない。
【００１２】
【特許文献１】特開平０２−０９１３４８号公報
【特許文献２】国際公開第２００５／１１４６１０号パンフレット
【特許文献３】米国特許出願公開第2005/030177号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第29923046号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第2006/148410号明細書
【非特許文献１】「無線通信及びユーザインターフェースを備えた太陽光低電力センサモジュール」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、上記の欠点を緩和した自己電源方式のホームオートメーションセンサデバイスの動作方法を提供することにある。特に、本発明は、電気エネルギーに変換可能なエネルギー量の変動を良好に予測することによって、エネルギーリソースを良好に管理できる動作方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による動作方法は、請求項１に定義される。具体的には、第１の物理現象の存在を検出し、及び／又はその第１の物理現象の強度を測定する自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイス（１０）の動作方法が提供される。そのデバイスは、デバイスに電気エネルギーを供給するために第２の物理現象の効果を電気エネルギーに変換する手段（２０）と、電気エネルギーに変換可能な第２の物理現象の瞬時電力を決定する手段（８０）とを有する。そして係る動作方法では、電気エネルギーに変換可能な瞬時電力の決定に基づいて規定された所定の値に従って、デバイスの通常の第１の動作モードまたはエネルギーを抑制する第２の動作モードの何れかが動作し、デバイスは、第２の動作モードにおける消費電力が第１の動作モードにおける消費電力よりも少ない。
すなわち、上記デバイスの動作方法は、電気エネルギーに変換可能な瞬時電力を決定するステップと、決定された瞬時電力を所定の閾値と比較するステップと、その瞬時電力が所定の閾値よりも高い場合、上記デバイスを第１の動作モードで動作させ、その瞬時電力が所定の閾値よりも低い場合、上記デバイスを第２の動作モードで動作させるステップとを含む。
【００１５】
本発明による方法を実施する様々な方途は、従属請求項２−１０に定義される。
一つの形態として、第１の物理現象と第２の物理現象が同一であることが好ましい。
また他の形態として、第１の動作モードにおける第１の物理現象の強度の測定頻度が、第２の動作モードにおける第１の物理現象の強度の測定頻度よりも高いことが好ましい。
さらに他の形態として、第１の動作モードにおける状態信号の送信頻度が、第２の動作モードにおける状態信号の送信頻度よりも高いことが好ましい。
さらに他の形態として、第１の動作モードにおける状態信号の送信フレーム数が、第２の動作モードにおける状態信号の送信フレーム数よりも多いことが好ましい。
さらに他の形態として、論理プロセッサユニット（４０）は、第１の動作モードにおいて、第２の動作モードにおける周波数よりも高い周波数で動作することが好ましい。
さらに他の形態として、本発明に係るデバイスは、第１の物理現象の強度が所定の基準を満たす場合にのみ送信することが好ましい。
なお、所定の基準はユーザによって再定義可能であることが好ましい。
さらに他の形態として 、第１の動作モードにおいて、電気エネルギー保存手段（３０）は、その電気エネルギー保存手段（３０）の充電レベルに依存して、エネルギー変換手段から直接充電されるか、昇圧変換器（７０）によって充電されることが好ましい。一方、第２の動作モードにおいて、電気エネルギー保存手段（３０）は、エネルギー変換手段から恒久的に直接充電されることが好ましい。
【００１６】
本発明による自己電源方式のホームオートメーションセンサデバイスは、請求項１１に定義される。具体的には、上記の何れかに規定された動作方法を実行するソフトウェア手段とハードウェア手段（２０、３０、４０、７０、８０）とを有する自己電源ホームオートメーションセンサデバイスである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付の図面は、例示として、本発明による自己電源方式のホームオートメーションセンサデバイスの一実施態様と、そのようなデバイスの動作方法を実施する一方法を示す。
【００１８】
図１に示した自己電源方式のホームオートメーションセンサデバイス１０は、物理現象の検出、及び／又は物理現象の強度の測定が可能である。特に、この物理現象について、照度、風若しくは機械的振動とすることができる。そのデバイス１０は、主として、非電気エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換手段２０、電気エネルギー保存手段３０、マイクロコントローラ４０、電磁信号送信器５０（例えば、無線送信機）、検出手段６０、電圧変換器７０、及び電気エネルギーに変換可能な瞬時電力を求める瞬時電力決定手段８０を有する。
【００１９】
エネルギー変換手段２０は、光、熱、振動、移動、電磁波、または建物内若しくはその近くで利用可能な他の形式のエネルギーなどによって提供されるエネルギーを、電気エネルギーに変換するために使用することができる。好ましくは、光を電気エネルギーに変換する。そしてその目的のために、光電池セルを使用する。また、電気エネルギー保存手段３０は、キャパシタまたはバッテリを有することが好ましい。また、複数のキャパシタを使用してもよい。マイクロコントローラ４０は、自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイス１０の動作を規定するソフトウェアモジュールを含む。マイクロコントローラ４０は、低消費エネルギータイプのものであることが好ましい。例えば、マイクロコントローラ４０は、スタンバイモードに切り替えることができ、様々なクロック周期で動作可能なものである。また、送信器５０を駆動するために、補助マイクロコントローラを追加的に備えてもよい。この場合、その補助マイクロコントローラを、送信器５０内に組み込んでもよい。
【００２０】
送信器５０は、30MHzから2.4GHZ間の周波数で無線波を送信する無線周波数タイプのものが好ましい。送信器５０は、状態信号を定期的に送信し、自己電源方式ホームオートメーションデバイスの動作状態についての情報を、このデバイスがその一部を構成するホームオートメーションシステムに関係なく提供する。如何なる電磁干渉にもかかわらず、正確にこの情報を送信することを保証するために、各送信信号は、それぞれが同じ情報を含む複数のフレームを有することが好ましい。またこれらのフレームは、識別子を含むことが好ましい。
【００２１】
検出手段６０は、１またはそれ以上のセンサを有する。好ましい実施態様では、センサの少なくとも一つは、電気エネルギーに変換可能な瞬時電力を決定する手段を構成し、またはその一部を形成する。例えば、エネルギー変換手段２０が太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる場合、センサの一つは照度を検出し、又は測定する。センサの追加によって、検出または測定可能な物理現象の他のパラメータとして、特に、風速、風向き、気温、雨の存在、雪の存在、気圧、湿度、火の存在、煙の存在、ユーザの存在、空気の質、窓の破損、及びガス（例えば、二酸化炭素、一酸化炭素、酸素、若しくは揮発性有機化合物）濃度がある。
【００２２】
周期的に状態信号を送信することに加え、自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイス１０は、その送信器５０を用いて、センサ若しくはセンサ群によって発信されたデータに関する信号を送信する。この信号は、測定された物理現象の強度の絶対値を含んでもよい。また、これらの物理現象に関する論理情報を含んでもよい（例えば、煙の有無について、温度が所定の閾値を下回ったこと、または超えたこと）。値が所定の閾値を下回ったか、超えたかに関する論理情報の場合、その値が所定期間の間、閾値を下回ったまたであった場合、または超えたままであった場合にのみ、その信号を送信するようにしてもよい。これらの閾値を、ユーザによって適宜調整できるようにしてもよい。また、自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイス１０は、エネルギー変換手段２０の出力電圧を、保存手段３０に充電するために必要とされる電圧に適合させるために、昇圧タイプの電圧変換器７０を含むことが好ましい。保存手段３０の充電方法によっては、電圧変換器７０を使用しないことが好ましい。マイクロコントローラ４０は、保存手段３０の充電方法に依存して、電圧変換器７０を作動または停止する手段を持つことが好ましい。
【００２３】
検出手段６０のセンサの出力の一つは、マイクロコントローラ４０に接続される。そこで、このセンサからマイクロコントローラ４０に送信される信号によって、マイクロコントローラ４０は、自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイス１０の動作の第１のモードを規定する第１のソフトウェアモジュールか、自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイス１０の動作の第２のモードを規定する第２のソフトウェアモジュールを実行する。エネルギー変換手段２０が光電池セルである場合、マイクロコントローラ４０に送信される信号は、照度についての情報を含む。この情報は、第１の動作モードまたは第２の動作モードを作動させるか否かのために、閾値と比較される。両モードでは、実質的に同一の機能が提供される。しかし、第２の動作モードの方が、エネルギーをより抑制できる。これらのエネルギー抑制は、無論、第２の動作モードにおけるデバイスの電力消費量を、第１の動作モードにおいてそのデバイスが消費する量と比較して制限し、他の全てについては等しくすることによって達成される。特に、この第２の動作モードでは、マイクロコントローラ４０の電力消費量及び／又は送信器５０の電力消費量及び／又は電圧変換手段７０の電力消費量を制限する。また、デバイス１０の電気エネルギーを消費する他の手段の電力消費量を制限することも可能である。これを行うために、以下に示す幾つかの動作が、同時にまたは別個に実行される。
・二つの状態信号送信間の期間を長くする。すなわち、これらの状態信号を送信する頻度を減らす。
・各状態信号において送信されるフレームの数を減らす。
・二つのデータ信号送信間の期間を長くする。すなわち、これらのデータ信号を送信する頻度を減らす。
・マイクロコントローラ４０を、自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイス１０によって提供される機能（測定、送信）に応じて、異なる周波数で動作させる。
・エネルギー変換手段２０は、エネルギー保存手段３０に直接供給する。これらの全ての動作は、独立して実行され、デバイス１０の電力消費量を制限する。さらに、これらの動作の幾つかを組み合わせて、デバイス１０の電力消費量を制限することもできる。
【００２４】
図２及び図３に、二つの動作モードの詳細を示す。好ましい実施態様では、エネルギー変換手段２０は光電池セルであり、センサの一つはフォトダイオードである。このセンサは、電気エネルギーに変換可能な瞬時電力を求めるために使用される。この瞬時電力、または測定されたパワーレベルのサンプルに基づいて規定された値（例えば、全体平均値）が閾値よりも高い場合、すなわち、フォトダイオードによって測定された照度が所定の閾値よりも高い場合、センサデバイス１０は第１の動作モードで動作する。しかし、この瞬時電力、または測定されたパワーレベルのサンプルに基づいて規定された値が閾値よりも低い場合、すなわち、フォトダイオードによって測定された照度がその所定の閾値よりも低い場合、センサデバイス１０は第２の動作モードで動作する。
【００２５】
図２に示すように、この第１の動作モードでは、照度は、フォトダイオードにより、周期t1で測定される（第１の測定値とそれに続く第２の測定値間の期間がt1である）。そしてマイクロコントローラ４０は、期間tを規定する第１のクロック周波数f（例えば32kHz）で動作する。測定と測定の間、マイクロコントローラ４０は、低電力モード、例えばスタンバイモードに切り替えられる。このモードでは、第１のクロック周波数での動作期間に対する、低消費電力状態での動作期間の比は、50よりも大きい。自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイス１０がその送信器５０を通じて状態信号を送信するとき、マイクロコントローラ４０は、第１のクロック周波数よりも大きい第２のクロック周波数f'（例えば、2MHz）で動作する。二つの連続した状態信号の送信を隔てる期間T1は、二つの異なる測定を隔てる期間t1よりも少なくとも１０倍長くすることができる（T1 > t1×10）。また、電気エネルギーに変換可能な瞬時電力の測定（その測定は、デバイス１０がその動作モードを変更しなければならないか否かを決定することを可能とする）を、状態信号を送信する瞬間に実行することが好ましい。
【００２６】
これらの測定及び送信動作に加えて、自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイス１０は、その送信器５０を通じて他の信号を送信してもよい。これらの信号は、センサから得られた測定データ、又はそれらの測定値を閾値と比較することによって推定されたデータを含む。例えば、これらの信号は、その結果として太陽光保護デバイスを駆動するために、太陽の出現または消失を表してもよい。
【００２７】
第２の動作モードでは、自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイス１０は、状態信号のみを送信し、動作モードの変更条件を満たすか否かを検証する。
【００２８】
第２の動作モードでは、周期t1よりもずっと長い周期t2で、フォトダイオードは照度を測定する。周期t2は、周期t1の倍数であることが好ましい。またその周波数は0であってもよい。この場合、動作モードの変更条件を満たすか否かをテストするときにのみ、照度を測定することができる。低消費電力のこの期間におけるエネルギー消費量を減らす目的のために、状態信号を送信する周期T2は、第１の動作モードにおけるその周期よりも長くする。また、状態信号の送信におけるフレーム数も減らされる。
【００２９】
周期T2は、周期T1の倍数であることが好ましい。この方法では、本発明によるセンサデバイスよりも前の世代の製品区分に属する古い受信器をこのセンサデバイスとともに動作させることができる。これは、上記の受信器が、第１の動作モードに対して第２の動作モードで欠落したフレームを送信エラーによるものとみなすためである。例えば、前世代の受信器が、１５分毎に送信する前世代のセンサデバイスとともに動作するように設計されていると、その受信器が少なくとも４５分毎に信号を受信する場合、その受信器は、センサデバイスを動作可能であるとみなす。本発明によるセンサデバイスが、第１の動作モードにおいて１５分毎に送信し、第２の動作モードにおいて３０分毎または４５分毎に送信する場合、それは前世代の受信器と互換可能なように動作できることに留意されたい。
【００３０】
エネルギー保存手段３０を充電する条件を、電気エネルギーに変換可能なエネルギー量に適合させることが好ましい。そこで、好ましい実装方法では、エネルギー保存手段３０を充電する条件を、自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイスの動作モードに依存させる。第１の動作モードでは、エネルギー保存手段３０は、そのエネルギー保存手段３０の充電レベルに応じて、昇圧式電圧変換器７０を通じて充電されるか、エネルギー変換手段２０から直接充電される。第２の動作モードでは、エネルギー保存手段３０は、エネルギー変換手段２０から、常に直接充電される。
【００３１】
図４を参照しっつ、電気エネルギーに変換可能な瞬時電力を決定する回路について説明する。ここに説明するケースでは、電気エネルギー保存手段３０を充電するために太陽光エネルギーを使用し、エネルギー変換手段２０（図示せず）は光電池パネルである。センサは、フォトダイオード６０を有する。そのフォトダイオード６０は、電気エネルギーに変換可能な瞬時エネルギーの量を決定する手段８０としても使用される。この回路は、マイクロコントローラ４０によって制御される。フォトダイオード６０の短絡電流を増幅するために、オペアンプ９０を使用する。オペアンプ９０の入出力端子間に直列に配置された抵抗器９２及び可変抵抗器９４の端子間に印加される電圧を、マイクロコントローラ４０による閾値電圧と比較する。これは、例えば、太陽の出現及び消失の検出を可能とする。可変抵抗器を、この目的のために調節することができる。トランジスタ９６が可変抵抗器９４と並列に接続され、その"ON"状態及び"OFF"状態は、可変抵抗器９４が調節された後、それぞれ太陽が出ていること又は太陽が隠れていることに対応する。
【００３２】
米国特許第4,695,785号（その内容は参照として本願に組み込まれる）は、例えば、本発明の範囲から離れることなく使用可能な瞬時電力決定手段８０の他の実施態様を提供する。
【００３３】
本発明により、電気エネルギーに変換可能なエネルギーの量を求め、その求めた量に適合した電気エネルギーを消費することにより、より良好な自立的管理を行えることが見込まれる。
【００３４】
図１において、エネルギー変換手段２０と瞬時電力決定手段８０の間に点線で示したリンク１００は、実施態様によっては、これらの手段の機能を単一の素子で提供できることを表す。検出手段６０と瞬時電力決定手段８０の間に点線で示したリンク１１０は、実施態様によっては、これらの手段の機能を単一且つ同一の素子で提供できることを表す。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による自己電源方式のホームオートメーションセンサデバイスの一実施態様の機能ブロック図である。
【図２】二つの異なる動作モードにおける、自己電源方式のホームオートメーションセンサデバイスの活動を示すタイムチャート図である。
【図３】二つの異なる動作モードにおける、自己電源方式のホームオートメーションセンサデバイスの行動を示すテーブルである。
【図４】本発明による自己電源方式のホームオートメーションセンサデバイスの一実施態様の部分詳細図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０    自己電源方式ホームオートメーションセンサデバイス
２０    エネルギー変換手段
３０    エネルギー保存手段
４０    マイクロコントローラ
５０    送信器
６０    検出手段
７０    電圧変換器
８０    瞬時電力決定手段
【図１】
2008025338.tif 000003
【図２】
2008025338.tif 000004
【図３】
2008025338.tif 000005
【図４】
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