CN105989703A

CN105989703A - 无线感测装置

Info

Publication number: CN105989703A
Application number: CN201510069439.4A
Authority: CN
Inventors: 林永政
Original assignee: Wistron Neweb Corp
Current assignee: Wistron Neweb Corp
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2016-10-05

Abstract

一种无线感测装置。该无线感测装置包括一振动板、一天线、一感测器、一能量收集电路以及一数据处理电路；该天线设置在该振动板上；该感测器设置在该振动板上，并依据该振动板的一振动而产生一感测数据；该能量收集电路响应于该振动板的该振动而产生一电能；该数据处理电路操作在该电能下，以储存该感测数据或是通过该天线传送该感测数据。本发明可通过能量收集电路产生电能，以有效地管理装置电源，并可通过设置在振动板上的感测器检测到感测环境的改变，进而有助于提升感测数据的精确度。

Description

无线感测装置

技术领域

本发明涉及一种感测技术，且特别涉及一种无线感测装置。

背景技术

地球上各种资源与环境的探测，无线感测装置都扮演着不可或缺的角色。一般而言，研究人员会在所欲探测的环境中设置大量的无线感测装置，以进行长时间的数据收集。此外，无线感测装置会将所收集到的感测数据回传至陆地上的控制中心，以便研究人员进行分析或是因应探测环境的实际状态调整无线感测装置。因此，在考虑长时间探测与数据分析的情况下，如何管理装置电源与提升感测数据的准确度，一直是无线感测装置在设计上的一大课题。

因此，需要提供无线感测装置来解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种无线感测装置，可利用能量收集电路产生电能，并可通过感测器检测到感测环境的改变。藉此，将可有效地管理装置电源与提升感测数据的精确度。

本发明的无线感测装置包括：一振动板、一天线、一感测器、一能量收集电路以及一数据处理电路；该天线设置在该振动板上；该感测器设置在该振动板上，并依据该振动板的一振动而产生一感测数据；该能量收集电路响应于该振动板的该振动而产生一电能；该数据处理电路操作在该电能下，以储存该感测数据或是通过该天线传送该感测数据。

在本发明的一实施例中，上述的无线感测装置通过电能激活(致能)数据处理电路，以致使数据处理电路切换至检测模式或是传输模式。此外，在检测模式中，数据处理电路利用电能启动感测器，并储存来自感测器的感测数据。在传输模式中，数据处理电路通过天线传送感测数据。

基于上述，本发明的无线感测装置可通过能量收集电路产生电能，以有效地管理装置电源。此外，无线感测装置可通过设置在振动板上的感测器检测到感测环境的改变，进而有助于提升感测数据的精确度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。

附图说明

图1为依据本发明的一实施例的无线感测装置的方框示意图。

图2为依据本发明的一实施例的能量收集电路的方框示意图。

图3为依据本发明的一实施例的数据处理电路的方框示意图。

图4与图5分别为依据本发明的一实施例的用以说明天线与感测器的配置结构的正视图与侧视图。

图6与图7分别为依据本发明另一实施例的用以说明天线与感测器的配置结构的正视图与侧视图。

主要组件符号说明：

100 无线感测装置

110 振动板

120 天线

130 感测器

140 能量收集电路

150 数据处理电路

160 储能组件

P 电能

210 能量转换器

211 接触部

220 能量撷取单元

201 流场

202 方向

310 收发器

320 切换组件

330 控制器

CT3 控制信号

DS3 感测数据

410、610 虚线

420、620 配线

430、440 弯折部

450 本体部

θ5 夹角

具体实施方式

图1为依据本发明的一实施例的无线感测装置的方框示意图。如图1所示，无线感测装置100包括振动板110、天线120、感测器130、能量收集电路(energy harvesting circuit)140与数据处理电路150。其中，天线120与感测器130设置在振动板110上。此外，感测器130会依据振动板110的振动而产生感测数据。

举例来说，感测器130可例如是一微机电感测器(MEMS sensor)，且所述微机电感测器包括陀螺仪(gyroscope)、加速度计(accelerometer)等。藉此，当振动板110因应感测环境产生振动时，感测器130将可检测到振动板110的振动频率、加速度等的变动量，亦即感测器130所产生的感测数据包括振动频率数据、加速度数据等。换言之，设置在振动板110上的感测器130可随着振动板110的振动而检测到感测环境的改变，进而有助于提升感测数据的精确度。

能量收集电路140衔接振动板110，且能量收集电路140会响应于振动板110的振动而产生电能P。换言之，能量收集电路140可将环境中的机械能转换成电能，进而提供无线感测装置100所需的电能P(例如，电源、电源信号或是电源电压等)。如此一来，无线感测装置100将可通过能量收集电路140自身产生内部组件(例如，感测器130与数据处理电路150)所需的电能P，从而有效地管理装置电源。

举例来说，图2为依据本发明的一实施例的能量收集电路的方框示意图。如图2所示，能量收集电路140包括能量转换器210与能量撷取单元220。此外，当感测环境产生改变时，例如，当感测环境中的流体(例如，空气、水)流动时，流动的流体会形成一流场(flow)201，进而带动振动板110产生沿着方向202所示的来回振动。再者，能量转换器210具有一接触部211。当振动板110产生振动时，振动板110会与能量转换器210的接触部211产生碰撞，进而致使能量转换器210受到应力而产生形变。

换言之，振动板110的振动会施加一应力(亦即，机械能)至能量转换器210，且能量转换器210会将所受到的应力(亦即，机械能)转换成电气信号(亦即，电能)。此外，能量撷取单元220会对电气信号进行调整，以将电气信号转换成无线感测装置100所需的电能P。举例来说，能量撷取单元220可例如是包括全桥整流器与滤波电容，以对电气信号进行滤波与整流，进而产生稳定的电能P。

请继续参照图1。数据处理电路150电性连接设置在振动板110上的天线120与感测器130。此外，数据处理电路150操作在电能P下，以储存感测数据或是通过天线120传送感测数据。在一实施例中，无线感测装置100还包括储能组件160。其中，储能组件160可例如是一电池，并用以储存电能P。

值得一提的是，在装置电源的管理上，无线感测装置100可通过电能P激活数据处理电路150，以致使数据处理电路150切换至检测模式或是传输模式。此外，在检测模式中，数据处理电路150可利用电能P启动感测器130，并储存来自感测器130的感测数据。在传输模式中，数据处理电路150可通过天线120传送感测数据。

举例来说，图3为依据本发明的一实施例的数据处理电路的方框示意图。如图3所示，数据处理电路150包括收发器310、切换组件320与控制器330。其中，无线感测装置100可通过电能P激活控制器330，以致使数据处理电路150切换至检测模式或是传输模式。此外，切换组件320接收电能P，并会依据控制器330所产生的控制信号CT3将电能P传送至收发器310或是感测器130。

具体而言，在检测模式下，控制器330可利用具有第一电平的控制信号CT3控制切换组件320。藉此，切换组件320会将电能P传送至感测器130，以启动感测器130。此时，感测器130将可操作在电能P下，进而可以产生感测数据DS3。此外，在检测模式下，控制器330会储存来自感测器130的感测数据DS3，以进行感测数据的收集。另一方面，在传输模式下，控制器330可利用具有第二电平的控制信号CT3控制切换组件320。藉此，切换组件320会将电能P传送至收发器310，以启动收发器310。此时，收发器310将可操作在电能P下，进而可以通过天线120传送感测数据DS3。

换言之，在装置电源的管理上，无线感测装置100可先通过电能P启动数据处理电路150中的控制器330，之后再通过控制器330启动感测器130或是收发器310，以便无线感测装置100进行检测模式下的感测操作或是传输模式下的传输操作。此外，在能量收集电路140持续供应电能P的情况下，无线感测装置100可交替地重复进行检测模式下的感测操作与传输模式下的传输操作。再者，当能量收集电路140停止产生电能P时，数据处理电路150将切换至睡眠模式，以降低无线感测装置100的功率消耗。换言之，无线感测装置100可通过模式的切换来更进一步地管理装置电源。

值得一提的是，在实际应用上，无线感测装置100可相当于数据传输的中继站。因此，当无线感测装置100应用在无线局域网络上时，控制器330可例如是一网络处理单元(Network Processing Unit，简称NPU)。此外，在实际应用上，收发器310可通过IEEE802.11标准中的无线局域网络、蓝牙(Bluetooth)、Zigbee等的无线通信协议来传送感测数据DS3。

更进一步来看，图4与图5分别为依据本发明的一实施例的用以说明天线与感测器的配置结构的正视图与侧视图。如图4与图5所示，能量转换器210位于振动板110的上方，且能量转换器210在振动板110的正投影如虚线410所示。此外，天线120可例如是一印刷式天线。换言之，天线120可通过一印刷方式印制在振动板110上。再者，如图4所示，印刷式天线在振动板110的正投影与能量转换器210在振动板110的正投影互不重叠。藉此，将可避免印刷式天线受到能量转换器210的碰撞，进而避免印刷式天线产生变形或是断裂。

另一方面，数据处理电路150可通过设置在振动板110上的配线420电性连接感测器130。此外，配线420在振动板110的正投影(orthogonal projection)与能量转换器210在振动板110的正投影互不重叠，从而避免配线420受到能量转换器210的碰撞而产生变形或是断裂。其中，正投影的定义是意指配线420与能量转换器210的投射线与振动板110的投影面相互垂直。亦即，配线420是沿着垂直于投影面的方向投影在振动板110的投影面上，以形成在振动板110上的正投影。相似地，能量转换器210是沿着垂直于投影面的方向投影在振动板110的投影面上，以形成在振动板110上的正投影。

再者，天线120与配线420可设置在振动板110的两侧，以便电性连接至后端的数据处理电路150。举例来说，振动板110的两侧具有弯折部430与弯折部440，且弯折部430与弯折部440分别与振动板110的本体部450形成一夹角θ5。此外，部分的天线120可设置在振动板110的弯折部430，且部分的配线420可设置在振动板110的弯折部440。值得一提的是，在实体结构上，数据处理电路150是位于振动板110的本体部450的上方。例如，数据处理电路150可例如是位于能量转换器210的上方或是内部。此外，设置在弯折部430上的天线120与设置在本体部450上的天线120可通过夹角θ5的调整而分别位于不同的水平面上。因此，将部分的天线120设置在弯折部430上将有助于天线120与后端的数据处理电路150电性相连。相似地，将部分的配线420设置在振动板110的弯折部440上将有助于配线420与后端的数据处理电路150电性相连。

图6与图7分别为依据本发明的另一实施例的用以说明天线与感测器的配置结构的正视图与侧视图。如图6与图7所示，能量转换器210位于振动板110的上方，且能量转换器210在振动板110的正投影如虚线610所示。此外，天线120可例如是一冲压式天线(stamped antenna)。换言之，可藉由冲压成型的金属件来构成天线120，进而致使天线120具有较大的硬度。因此，在实际应用上，能量转换器210可直接碰撞冲压式天线。

举例来说，如图6与图7所示，冲压式天线可直接固设在振动板110上，且冲压式天线可面对能量转换器210。亦即，冲压式天线在振动板110的正投影与能量转换器210在振动板的正投影部分重叠。在实际应用上，如图7所示，能量转换器210的接触部211将可直接碰撞冲压式天线。藉此，与图4-图5的印刷式天线相较之下，冲压式天线的设置将无须避开能量转换器210，进而有助于缩减无线感测装置100的体积，从而有助于无线感测装置100的微型化。另一方面，数据处理电路150可通过设置在振动板110上的一配线620电性连接感测器130。此外，配线620在振动板110的正投影与能量转换器210在振动板110的正投影互不重叠，从而避免配线620受到能量转换器210的碰撞而产生变形或是断裂。

综上所述，本发明的无线感测装置可通过能量收集电路响应于振动板的振动而产生电能。换言之，无线感测装置可通过能量收集电路自身产生电能，并可依据电能切换至不同的模式，进而有效地管理装置电源。此外，无线感测装置中的感测器设置在振动板上。藉此，设置在振动板上的感测器将可随着振动板的振动而检测到感测环境的改变，进而有助于提升感测数据的精确度。

虽然本发明已以实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，应当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当视所附的权利要求书的范围所界定者为准。

Claims

1.一种无线感测装置，该无线感测装置包括：

一振动板；

一天线，该天线设置在该振动板上；

一感测器，该感测器设置在该振动板上，并依据该振动板的一振动而产生一感测数据；

一能量收集电路，该能量收集电路响应于该振动板的该振动而产生一电能；以及

一数据处理电路，该数据处理电路操作在该电能下，以储存该感测数据或是通过该天线传送该感测数据。

2.如权利要求1所述的无线感测装置，还包括一储能组件，且该储能组件用以储存该电能。

3.如权利要求1所述的无线感测装置，其中该无线感测装置通过该电能激活该数据处理电路，以致使该数据处理电路切换至一检测模式或是一传输模式，在该检测模式中，该数据处理电路利用该电能启动该感测器，并储存来自该感测器的该感测数据，在该传输模式中，该数据处理电路通过该天线传送该感测数据。

4.如权利要求3所述的无线感测装置，其中当该能量收集电路停止产生该电能时，该数据处理电路切换至一睡眠模式。

5.如权利要求1所述的无线感测装置，其中该数据处理电路包括：

一收发器，该收发器电性连接该天线；

一切换组件，该切换组件接收该电能；以及

一控制器，其中该无线感测装置通过该电能激活该控制器，以致使该数据处理电路切换至一检测模式或是一传输模式，在该检测模式下，该控制器控制该切换组件以将该电能传送至该感测器，且该控制器储存来自该感测器的该感测数据，在该传输模式，该控制器控制该切换组件以将该电能传送至该收发器，且该收发器通过该天线传送该感测数据。

6.如权利要求1所述的无线感测装置，其中该能量收集电路包括：

一能量转换器，该能量转换器响应于该振动板的该振动产生一电气信号；以及

一能量撷取单元，该能量撷取单元将该电气信号转换成该电能。

7.如权利要求6所述的无线感测装置，其中该天线为一印刷式天线，且该印刷式天线在该振动板的正投影与该能量转换器在该振动板的正投影互不重叠。

8.如权利要求7所述的无线感测装置，其中该振动板包括至少一弯折部与一本体部，该至少一弯折部与该本体部形成一夹角，且部分的该印刷式天线设置在该至少一弯折部。

9.如权利要求6所述的无线感测装置，其中该天线为一冲压式天线，且该冲压式天线在该振动板的正投影与该能量转换器在该振动板的正投影部分重叠。

10.如权利要求6所述的无线感测装置，其中该数据处理电路通过设置在该振动板上的一配线电性连接该感测器，且该配线在该振动板的正投影与该能量转换器在该振动板的正投影互不重叠。

11.如权利要求1所述的无线感测装置，其中该感测器为一微机电感测器，且该感测数据包括一加速度数据与一振动频率数据。