太陽(yáng)能無(wú)線門鈴的制作方法
【專利摘要】一種以太陽(yáng)能為完全動(dòng)力的無(wú)線門鈴。其響鈴器工作在連續(xù)的“開(kāi)啟/關(guān)閉”模式，按鈕器發(fā)送的信號(hào)首先是一個(gè)持續(xù)時(shí)間大于響鈴器的關(guān)閉時(shí)間的連續(xù)的RF載波信號(hào)；響鈴器的開(kāi)啟時(shí)間大于等于響鈴器的上電延時(shí)時(shí)間，響鈴器的接收機(jī)沒(méi)有頻率變換、中頻帶通濾波器、低頻低通濾波器；首次上電安裝時(shí)，如果太陽(yáng)能電池獲得的能量太低時(shí)，發(fā)出顯示或者聲音提示。門鈴的功耗極低，小巧美觀，不需要使用其他能源。
【專利說(shuō)明】太陽(yáng)能無(wú)線門鈴
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到門鈴，更進(jìn)一步，涉及到一種利用太陽(yáng)能供電的無(wú)線門鈴。
【背景技術(shù)】
[0002]基于習(xí)慣，人們所說(shuō)的太陽(yáng)能，實(shí)際上是包含了日常所有光線發(fā)出的能量，而并非僅是指直射太陽(yáng)光的能量。因此，本文中所說(shuō)太陽(yáng)能，泛指一切日常生活中的光線能量。
[0003]門鈴包括放在門外的按鈕器，和放在室內(nèi)的響鈴器。
[0004]目前，公知的門鈴，按鈕器和響鈴器采用線連接，或者采用無(wú)線電連接。顯然無(wú)線門鈴更加方便?；诜奖愫桶踩F(xiàn)在絕大部分的門鈴，按鈕器和響鈴器都采用無(wú)線電連接。
[0005]采用無(wú)線電連接的門鈴的按鈕器包括有:編碼器、按鍵、發(fā)射機(jī)、電池。響鈴器包括有:解碼器、音響、接收機(jī)、電池。
[0006]按鈕和響鈴器基本上都采用傳統(tǒng)的電池作為能源。普通電池，使用一段時(shí)間后，電池容量會(huì)下降，并將一直緩慢降到工作電壓以下，導(dǎo)致按鈕被按下時(shí)，不能正常工作。門外的人完全不能通過(guò)按鍵，使屋內(nèi)的響鈴器發(fā)出響聲，通知到屋內(nèi)的人，這對(duì)屋內(nèi)的人來(lái)說(shuō)是個(gè)尷尬的事情。電池的容量的下降是緩慢的，人們不可能經(jīng)常去檢查電池的容量發(fā)現(xiàn)其下降而更換電池，因此這種門鈴電池容量下降而失效導(dǎo)致的尷尬時(shí)不時(shí)發(fā)生。甚至，更換電池，經(jīng)常都是以這種尷尬的方式通知的。總之，過(guò)一段時(shí)間就得更換新電池，這不僅麻煩，而且換下來(lái)的電池污染環(huán)境。
[0007]現(xiàn)在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換技術(shù)不斷發(fā)展，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⒐饩€轉(zhuǎn)換為電能，作為提供給設(shè)備工作的部分或全部的能源。
[0008]太陽(yáng)能門鈴的挑戰(zhàn)在于，用戶對(duì)美觀的要求和太陽(yáng)能電池的輸出能量。
[0009]目前，最先進(jìn)的太陽(yáng)能電池的輸出功率是0.02w/CM2，太陽(yáng)能電池輸出的能量與收到照射的光強(qiáng)度成正比，與照射面積成正比例。一定面積的太陽(yáng)能電池的標(biāo)稱輸出功率，是指380001ux的光強(qiáng)下的輸出功率,這個(gè)光強(qiáng),與正午12點(diǎn)時(shí)直射陽(yáng)光下的光強(qiáng)接近。一般白天，室內(nèi)隨意放置，非陽(yáng)光直射條件下的光強(qiáng)下，太陽(yáng)能電池的功率輸出將下降到標(biāo)稱輸出功率的1/3000以下，傍晚以后，下降到標(biāo)稱輸出功率的1/1000000以下，直至為O。太陽(yáng)能電池白天具有相對(duì)較大的輸出電流時(shí)間最多只有6小時(shí)。在輸出電壓為3.5v下，室內(nèi)非陽(yáng)光直射條件下的電流是2uA/cm2，每天獲得的電流12uA.h/cm2，假定每4天有一天是陰天，那么獲得的平均電流是9uA/cm2。
[0010]門鈴的響鈴器，是具有I個(gè)無(wú)線電接收機(jī)的，這個(gè)接收機(jī)，為了能夠任何時(shí)候都能及時(shí)響應(yīng)按鈕器，它必須一直都處于工作狀態(tài)，消耗電流。目前，即使目前最省電的無(wú)線電接收機(jī)，在3.5v電壓下，工作電流都在300uA以上，每天耗費(fèi)的總電流是300*24=7200uA.h。為獲得這些能源，需要的太陽(yáng)能電池面積為7200/9=800cm2，
[0011]基于美觀的原因,用戶容忍的太陽(yáng)能電池的面積不會(huì)超過(guò)5cm*8cm=40cm2，所需要的和所容忍的產(chǎn)生了巨大的差異，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的能量小于響鈴器消耗的能量，這導(dǎo)致了一個(gè)挑戰(zhàn)。這里為了簡(jiǎn)略，還沒(méi)有算上響鈴器收到信號(hào)要發(fā)出的提示聲音所消耗的能量，如果算上，還需要更大的太陽(yáng)能電池面積。
[0012]就目前來(lái)說(shuō)，除非用戶將響鈴器放在室內(nèi)特別光亮的位置，例如有陽(yáng)光照射到的位置或者緊挨窗邊的位置，否則完全由太陽(yáng)能電池提供的能量不足以讓響鈴器一直正常工作。即使那樣，若干天陰天后，工作條件也得不到滿足。響鈴器除了指定放置在室內(nèi)特定位置，還必須備有一個(gè)外部充電插座，用以向因?yàn)楣饩€不足導(dǎo)致電源不夠而不能工作的響鈴器充電。那么，出現(xiàn)了與采用傳統(tǒng)電池一樣的弊端，甚至出現(xiàn)得更為頻繁。
[0013]對(duì)于按鈕器，也有類似的情況。但是，響鈴器無(wú)論白天黑夜始終處于工作狀態(tài)，等待按鈕器的信號(hào)，而按鈕器，僅是按鍵被觸發(fā)時(shí)，短時(shí)間發(fā)送，并且，每天被觸發(fā)工作的次數(shù)屈指可數(shù)，其余時(shí)間都處于休眠狀態(tài)。所以，按鈕器消耗的能量比響鈴器少得多。這樣，就只需要考慮響鈴器的情況，同樣，因?yàn)轫戔徠髅刻彀l(fā)出聲音的次數(shù)也很少，因此而消耗的能量，與響鈴器一直處于等待接收按鈕器信號(hào)的工作狀態(tài)所消耗的能量相比，也是很少，所以基本上可以只是考慮響鈴器一直處于等待接收按鈕器信號(hào)的工作狀態(tài)所消耗的能量的情況。
[0014]以上列舉這么多的數(shù)據(jù)表明，傳統(tǒng)的門鈴，無(wú)法使用太陽(yáng)能電池作為唯一的電源。本發(fā)明徹底解決了這個(gè)問(wèn)題，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于響鈴器消耗的能量，令門鈴以后永遠(yuǎn)都不再需更換電池，也不需要外接任何電源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]為了克服現(xiàn)有門鈴時(shí)不時(shí)發(fā)生尷尬需要更換電池的麻煩和廢舊電池對(duì)環(huán)境的污染等多方面不足，本發(fā)明提供一種無(wú)線門鈴，該門鈴?fù)耆褂锰?yáng)能清潔能源，始終保持充足的能量，不再需要更換電池，不會(huì)出現(xiàn)門鈴能量不足不能正常工作的尷尬，徹底克服用戶對(duì)美觀的要求和太陽(yáng)能電池的輸出能量之間的矛盾。
[0016]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明，提供一種無(wú)線太陽(yáng)能門鈴，具有發(fā)送信號(hào)的按鈕器和接收信號(hào)的響鈴器，僅使用太陽(yáng)能電池為能量來(lái)源，當(dāng)環(huán)境光線充足時(shí)，太陽(yáng)能電池給門鈴提供工作電流并向可充電電池充電，當(dāng)環(huán)境光線不足甚至沒(méi)有時(shí)，可充電電池向門鈴提供工作電流。
[0017]所述響鈴器含有定時(shí)器(202)，所述響鈴器被所述定時(shí)器(202)控制，工作在連續(xù)的“開(kāi)啟/關(guān)閉”模式:當(dāng)定時(shí)器的開(kāi)啟定時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，所述響鈴器被開(kāi)啟，等待接收所述按鈕器發(fā)送的信號(hào)，所述響鈴器的開(kāi)啟時(shí)間大于等于響鈴器的上電延時(shí)時(shí)間；當(dāng)經(jīng)歷一段開(kāi)啟時(shí)間后，所述響鈴器被關(guān)閉，接收功能被停止，定時(shí)器(202)開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到經(jīng)歷一個(gè)關(guān)閉時(shí)間后，又開(kāi)始一個(gè)“開(kāi)啟/關(guān)閉”周期。
[0018]所述音響電路依據(jù)在開(kāi)啟時(shí)間內(nèi)，所述響鈴器是否收到所述按鈕器發(fā)送的信號(hào)，而啟動(dòng)發(fā)出聲音或者保持關(guān)閉。
[0019]所述按鈕器含有定時(shí)器(102 )，所述按鈕器被所述定時(shí)器(102 )控制，發(fā)送信號(hào)的時(shí)間大于所述響鈴器的關(guān)閉時(shí)間。
[0020]所述響鈴器被所述定時(shí)器(202)控制開(kāi)啟時(shí)首先檢測(cè)信道上是否有信號(hào)；
[0021]如果沒(méi)有，立刻進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)，等待所述定時(shí)器(202)的下一次開(kāi)啟；
[0022]如果有，繼續(xù)保持開(kāi)啟，以接收按鈕器發(fā)送的完整數(shù)據(jù)。[0023]所述響鈴器采用的是沒(méi)有頻率變換的接收機(jī)。
[0024]所述的按鈕器有一個(gè)人機(jī)接口，當(dāng)用戶按鍵時(shí)，發(fā)出顯示或者聲音指示，以轉(zhuǎn)移用戶的感覺(jué)。
[0025]所述響鈴器具有人機(jī)接口，當(dāng)用戶將響鈴器安裝于過(guò)于黑暗的環(huán)境，例如墻角、門背后時(shí)，能夠提醒用戶，避免出現(xiàn)響鈴器完全不能采光這種情況出現(xiàn)。
[0026]為清楚簡(jiǎn)單地表達(dá)，“關(guān)閉”一詞，在本發(fā)明中意味著切斷其電源或使其進(jìn)入休眠狀態(tài)，“開(kāi)啟” 一詞意味著對(duì)其供電或激活其從休眠進(jìn)入工作狀態(tài)。
[0027]本發(fā)明的這些方面，使得響鈴器消耗的能量比現(xiàn)有響鈴器消耗的能量極大地降低，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于響鈴器消耗的能量，使得用戶可以只使用美觀小巧的太陽(yáng)能電池就能讓門鈴獲得所需要的全部的能量，因此可以讓門鈴永遠(yuǎn)不需要再更換任何電池，或外部也不需要接入任何能量就能永久工作。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是按鈕器的結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖2是響鈴器的結(jié)構(gòu)圖
[0030]圖3是按鈕器和響鈴器信號(hào)之間的關(guān)系圖
[0031]a控制響鈴器的信號(hào)
[0032]b按鈕器發(fā)射的信號(hào)
[0033]c按鈕器發(fā)射的信號(hào)
[0034]圖4是按鈕器發(fā)射的信號(hào)的格式圖
[0035]a發(fā)送信號(hào)的內(nèi)容
[0036]c接收機(jī)收到信號(hào)
[0037]d接收機(jī)收不到信號(hào)
[0038]圖5是調(diào)諧放大接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖
[0039]圖6是超再生接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖
[0040]圖7是超再生接收機(jī)信號(hào)圖
[0041]a RF輸入601的信號(hào)波形
[0042]b熄滅控制信號(hào)603輸出的信號(hào)波形
[0043]c振蕩器602輸出的信號(hào)波形
[0044]d包絡(luò)檢波器604輸出的信號(hào)波形
[0045]e低通濾波器608輸出的信號(hào)波形
[0046]圖8是改進(jìn)的超再生接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖
[0047]圖9是改進(jìn)的超再生接收機(jī)接收流程圖
[0048]圖10是響鈴器的人機(jī)接口圖
[0049]圖11是上電延時(shí)時(shí)間示意圖
[0050]a按鈕器發(fā)射的信號(hào)
[0051]b定時(shí)器輸出到響鈴器的控制信號(hào)
[0052]c響鈴器接收機(jī)的輸出【具體實(shí)施方式】
[0053]如圖1示，采用無(wú)線電連接的太陽(yáng)能門鈴的按鈕器100包括有:編碼器101、定時(shí)器102、按鍵103、太陽(yáng)能電池104、充電控制電路105、可充電電池107、發(fā)射機(jī)106、人機(jī)接Π 109。
[0054]如圖2示，響鈴器200包括有:解碼器208、定時(shí)器202、音響電路205、太陽(yáng)能電池203、充電控制電路207、可充電電池206、接收機(jī)201、人機(jī)接口 209、微處理器MCU204。
[0055]有光線的時(shí)候，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生電流，供其他部分使用，并對(duì)可充電電池充電。光線很弱或沒(méi)有的時(shí)候，充電電池流出電流，供其他部分使用。
[0056]響鈴器200 —直等待接收按鈕器100的信號(hào)，因此響鈴器必須一直工作，響鈴器的接收機(jī)201耗費(fèi)了絕大部分響鈴器的能量。為了降低響鈴器能量消耗，首先會(huì)考慮降低接收機(jī)201本身工作的電流。所有的種類的接收機(jī)幾乎都有高頻放大這個(gè)環(huán)節(jié)，而為了對(duì)高頻信號(hào)具有一定的低噪聲放大能力，例如具有12db以上的增益，高頻放大器本身必須具有一定的偏置電流，目前無(wú)論何種半導(dǎo)體工藝構(gòu)成的放大器本身的偏置電流，已經(jīng)很難再進(jìn)一步下降，
[0057]本發(fā)明將極大幅度降低響鈴器的能耗。
[0058]第一個(gè)方面，通過(guò)定時(shí)器202，控制接收機(jī)201以及響鈴器200 —直工作在連續(xù)的“開(kāi)啟/關(guān)閉”模式下，定時(shí)器202在一段時(shí)間內(nèi)，關(guān)閉響鈴器的其他所有部分，以非對(duì)稱轉(zhuǎn)移能耗，降低響鈴器的平均能耗。
[0059]定時(shí)器202輸出的高電平開(kāi)啟接收機(jī)201以及響鈴器200的電源，定時(shí)器202輸出的低電平關(guān)閉接收機(jī)201`以及響鈴器200中，除定時(shí)器之外的其他部分。
[0060]響鈴器200被開(kāi)啟時(shí)間=TR_0N，被關(guān)閉時(shí)間=TR_0FF。如圖3 (a)所示。關(guān)閉時(shí)，除定時(shí)器202之外，切斷其他所有部分的能量供應(yīng)。因此，關(guān)閉時(shí)，響鈴器200只消耗極微少能量，開(kāi)啟時(shí)消耗了絕大部分能量。
[0061]“開(kāi)啟/關(guān)閉”模式下，響鈴器的平均消耗降低為一直開(kāi)啟模式方式的:
[0062]TR_0N/(TR_0N+TR_0FF)~TR_0N/TR_0FF。 (I)
[0063]Τ_0Ν越小，TR_0FF越大，都能夠減少響鈴器的平均能耗。
[0064]按鈕器100的按鍵103如果被按下后，它的發(fā)射機(jī)106將開(kāi)啟，發(fā)射信號(hào)，如圖3
(b)所示。發(fā)射時(shí)間=ΤΤ_0Ν。通常，因?yàn)榘粹o器100所發(fā)送的內(nèi)容很少，故ΤΤ_0Ν很小，如果按鈕器100恰好在響鈴器200的關(guān)閉時(shí)間內(nèi)發(fā)送，響鈴器200將無(wú)法收到，如圖3 (b)所示。所以按鈕器100必須將發(fā)射時(shí)間ΤΤ_0Ν延長(zhǎng)，直到
[0065]ΤΤ_0Ν ≤ TR_0FF, (2)
[0066]才能保證能夠被響鈴器200收到。所以按鈕器100的按鍵103被按后，發(fā)射機(jī)106將所需要發(fā)射的內(nèi)容不間斷重復(fù)發(fā)射，直到發(fā)射時(shí)間大于響鈴器200的關(guān)閉時(shí)間TR_0FF。如圖3 (c )示。
[0067]那么，將響鈴器200關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)，卻需要按鈕器100發(fā)送時(shí)增加發(fā)射時(shí)間，能耗從響鈴器200被轉(zhuǎn)移到了按鈕器100，并且按鈕器100發(fā)射電流是響鈴器200接收電流的10倍以上，似乎在響鈴器200節(jié)省的能耗，更多地在按鈕器100上需要消耗，在門鈴這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部，能耗轉(zhuǎn)移似乎得不償失。
[0068]因?yàn)橐S時(shí)檢測(cè)到響鈴器的信號(hào)，響鈴器200是持續(xù)一直工作的，而按鈕器100僅是被按鍵這個(gè)事件所觸發(fā)開(kāi)啟而發(fā)射一次，按鍵觸發(fā)這個(gè)事件每天出現(xiàn)的次數(shù)一般情況下不會(huì)大于10次，而響鈴器200如果假定一個(gè)開(kāi)啟/關(guān)閉周期為200ms，
[0069]每天需要開(kāi)啟/關(guān)閉的次數(shù)=60*60*24*1000/200=432000次(3)
[0070]就是說(shuō)延長(zhǎng)響鈴器200關(guān)閉時(shí)間，導(dǎo)致能耗從響鈴器向按鈕器100轉(zhuǎn)移，而這種能耗轉(zhuǎn)移是非對(duì)稱的，按鈕器100增加了一點(diǎn)點(diǎn)能耗，響鈴器200節(jié)省了巨大的能量。因此，應(yīng)該盡量延長(zhǎng)響鈴器200的關(guān)閉時(shí)間TR_0FF。
[0071]但是，實(shí)際上，響鈴器200 —直工作在連續(xù)的“開(kāi)啟/關(guān)閉”的模式在實(shí)際使用中效果欠佳，因?yàn)殛P(guān)閉響鈴器一段時(shí)間TR_0FF，會(huì)導(dǎo)致接響鈴器200反應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)。如圖3
(c)示，用戶在A點(diǎn)按鍵后，最不利的情況下，圖3(a)的響鈴器會(huì)在延時(shí)差不多TR_0FF后，才能在圖3 (a)的B點(diǎn)收到而響鈴，所以按鍵后的最大反應(yīng)延時(shí)時(shí)間=TR_0FF。為了節(jié)省功耗，需要盡量延長(zhǎng)TR_0FF，但當(dāng)TR_0FF延長(zhǎng)到300ms以上時(shí)，即按鍵后的聲音反應(yīng)延時(shí)時(shí)間超過(guò)300ms時(shí)，這個(gè)反應(yīng)的滯后能夠被人體的感官感受到，假定這個(gè)時(shí)間稱為T_FEEL。當(dāng)T_FEEL>300ms后，用戶會(huì)感覺(jué)到按鍵后的反應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生諸如“按鈕器的按鍵的手感不好、靈敏度不夠、有點(diǎn)失靈”的不良印象。即響鈴器“開(kāi)啟/關(guān)閉”這種工作模式，會(huì)受到人的主觀感覺(jué)的限制，運(yùn)用本發(fā)明，可以超過(guò)原有的這種限制。所采用的是人體“感覺(jué)轉(zhuǎn)移”的方法。對(duì)于普通的現(xiàn)有的門鈴，用戶按鍵后，獲得門鈴正常工作的信息的唯一界面是響鈴器發(fā)出的聲音。這里增加另一個(gè)供用戶獲得門鈴正常工作的信息的界面，用戶按鍵后，這個(gè)界面立刻產(chǎn)生反應(yīng)，用戶就產(chǎn)生了門鈴已經(jīng)正常工作的感覺(jué)，即使響鈴器的聲音滯后一點(diǎn)傳來(lái)，例如1500ms，甚至在晚上，進(jìn)一步將這個(gè)聲音的時(shí)間滯后到2500ms以上，用戶都已經(jīng)不會(huì)產(chǎn)生上述門鈴不靈敏的不良印象。即用戶的感覺(jué)，從響鈴器的聲音被轉(zhuǎn)移到按鈕器的新的人機(jī)界面上來(lái)，因此響鈴器的聲音不再是用戶唯一的感覺(jué)界面，于是T_FEEL將被大大延長(zhǎng)，聲音的發(fā)出時(shí)間可以大大滯后，這意味TR_0FF可以大幅增加，例如從250ms增加到1500ms，相應(yīng)地，根據(jù)方程(1)，現(xiàn)在消耗的平均能量降低為沒(méi)有采用“感覺(jué)轉(zhuǎn)移”的250/1500 = 1/6，使得響鈴器的“開(kāi)啟/關(guān)閉”工作模式，有實(shí)際的使用價(jià)值。這個(gè)新增加的人機(jī)界面可以是LED指示燈的發(fā)光，也可以是發(fā)出“滴滴”的聲音等等其他能為人的感覺(jué)器官感受的動(dòng)作。
[0072]為了用具體的數(shù)據(jù)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，假定將響鈴器的關(guān)閉時(shí)間確定為:
[0073]TR_0FF= 1500ms (4).[0074]顯然這個(gè)數(shù)據(jù)只是為了便于舉例說(shuō)明，而并非一個(gè)本發(fā)明的技術(shù)上的定量特征。根據(jù)方程(2)、(4)按鈕器100的持續(xù)重復(fù)發(fā)射時(shí)間:
[0075]ΤΤ_0Ν > 1500ms(5)
[0076]一般的門鈴，為了防止附近有2個(gè)以上相同廠家生產(chǎn)的門鈴存在，響鈴器收到鄰居的按鈕信號(hào)而誤響應(yīng)，按鈕器發(fā)送的內(nèi)容至少含有門鈴的編碼信息。每一對(duì)門鈴，具有不同的編碼，每一對(duì)門鈴的按鈕器和響鈴器，具有相同的編碼。編碼至少有幾個(gè)bit的內(nèi)容，以使附近每一對(duì)門鈴的編碼都不相同，響鈴器只有收到和自己相同的編碼信息，才作反應(yīng)，控制音響，發(fā)出音樂(lè)。至少含有編碼信息的全部發(fā)送信號(hào)命名為“Y”信號(hào)，這是一個(gè)數(shù)據(jù)包，發(fā)送所需時(shí)間=TTY，至少具有幾個(gè)bit的發(fā)送時(shí)間，那么按照普通的方法，采用上述“開(kāi)啟/關(guān)閉”方法，按鈕器100被按鍵發(fā)射時(shí)，就必須在ΤΤ_0Ν的時(shí)間內(nèi)，連續(xù)地反復(fù)地發(fā)送“Y”信號(hào)，如圖4 (a)。響鈴器200的 開(kāi)啟時(shí)間，TR_0N，必須大于兩次“Y”信號(hào)的發(fā)送時(shí)間TTY，才能保證到響鈴器接收到完整的一個(gè)“Y”信號(hào)。即:
[0077]TR_0N ≥ 2*TTY(6)
[0078]因?yàn)樽畈焕那闆r，是按鈕器100剛開(kāi)始發(fā)送“Y”信號(hào)，響鈴器200才開(kāi)啟，所以響鈴器200必須等這個(gè)“Y”信號(hào)發(fā)完，才能接收到下一個(gè)完整“Y”信號(hào)，因此TR_0N ^ 2*TTY，而不是 TR_0N ≥ TTYo
[0079]如果假定“Y”信號(hào)含有N個(gè)bit的信息，信號(hào)發(fā)送的波特率=1/T，則發(fā)送“Y”信號(hào)所需時(shí)間ΤΤΥ=Ν*Τ，根據(jù)方程(6)
[0080]響鈴器每次開(kāi)啟時(shí)間 TR_0N≥2* N * T (7)
[0081]作為一個(gè)合理的假設(shè)，假定TR_0N=30ms，根據(jù)(I)和(4)，能耗降低為30/1500=1/50
[0082]根據(jù)上面的措施，響鈴器的消耗的能量，已經(jīng)大大下降。
[0083]第二個(gè)方面，改進(jìn)接收的策略，減少TR_0N:
[0084]對(duì)于響鈴器200，現(xiàn)在每次開(kāi)啟，不再是接收搜索“Y”信號(hào)，而是首先接收搜索一次信道上是否有信號(hào)，而忽略信號(hào)的其他所有特性。也就是說(shuō)，這時(shí)只關(guān)心信號(hào)幅度，忽略信號(hào)的相位、頻偏等特性，更不會(huì)理會(huì)編碼格式，這時(shí)接收機(jī)的行為如同一個(gè)AM接收機(jī)。結(jié)果將會(huì)出現(xiàn)以下兩種情況:
[0085]( i ) 如圖4(c)B點(diǎn)所示，收到信號(hào)。那么響鈴器200再繼續(xù)打開(kāi)ΤΤ_0Ν時(shí)間，此時(shí)就按照按鈕器所發(fā)送信號(hào)的格式，包括調(diào)制方式，編碼格式，接收搜索“Y”信號(hào)，之后關(guān)閉，重新開(kāi)始下一個(gè)“開(kāi)啟/關(guān)閉”周期。
[0086](ii )如圖4 (d)所示，沒(méi)有收到信號(hào)。那么立刻直接關(guān)閉響鈴器200除定時(shí)器202之外的所有部分，重新開(kāi)始下一個(gè)“開(kāi)啟/關(guān)閉”周期。
[0087]( i )的情況，是按鈕器100被按鍵才出現(xiàn)的。每天，按鍵103被按下，發(fā)出信號(hào)的機(jī)會(huì)極少，幾乎所有的都是(ii)的情況，根據(jù)方程(3)，(ii)出現(xiàn)的次數(shù)極大。所以，為更簡(jiǎn)單明了地說(shuō)明本發(fā)明，忽略(i)情況下的能量消耗，只考慮(ii)的情況。那么響鈴器200的開(kāi)啟時(shí)間TR_0N就是搜索接收一次信道上是否有信號(hào)的時(shí)間，根據(jù)前面提到的接收機(jī)在檢測(cè)信道上是否有信號(hào)時(shí)的行為，接收機(jī)開(kāi)啟接收信號(hào)的時(shí)間可以少于I個(gè)bit的時(shí)間?，F(xiàn)在方程(7)演變?yōu)門R_0N = T0與第一步相比，TR_0N降低2N倍，根據(jù)方程(I)平均功耗降低了 2N倍。
[0088]雖然通過(guò)上述兩步，平均能耗已經(jīng)大幅降低，然而，還可以繼續(xù)大幅度降低。
[0089]如前面所述，不同的接收機(jī)，都具有低噪聲高頻放大這個(gè)環(huán)節(jié)，放大器的偏置電流都比較接近。單論接收機(jī)本身，很難有進(jìn)一步的突出的能耗改進(jìn)。
[0090]第三個(gè)方面，響鈴器200選擇合適結(jié)構(gòu)的接收機(jī)201。采用本發(fā)明的方法，可以再將平均能耗，再大幅度地降低。
[0091]如圖11 (b)所示的A點(diǎn)，B點(diǎn)兩個(gè)時(shí)刻，響鈴器的接收機(jī)201都受到定時(shí)器202控制，電源被開(kāi)啟，接收搜索信道上的信號(hào)。圖11 (a)顯示，A點(diǎn)時(shí)刻，按鈕器沒(méi)有發(fā)射信號(hào)，圖11 (c)示，接收機(jī)201沒(méi)有收到信道上的信號(hào)。B點(diǎn)時(shí)刻，圖11 Ca)顯示發(fā)射機(jī)106正在發(fā)射信號(hào)，圖11 (c)的接收機(jī)201在C點(diǎn)收到了信道上的信號(hào)。顯然C點(diǎn)相對(duì)于B點(diǎn)，會(huì)有一些延時(shí)，C點(diǎn)與B點(diǎn)的差，稱為響鈴器或接收機(jī)的上電延時(shí)時(shí)間T_DELAY。
[0092]目前通用的接收機(jī)，是超外差接收機(jī)，或是直接變頻接收機(jī)，都具有頻率變換結(jié)構(gòu)。頻率變換，是將輸入信號(hào)與一個(gè)純度極高的本振信號(hào)混頻，將輸入信號(hào)的頻率搬移到低頻段，再進(jìn)行放大、濾波的處理。因?yàn)楦呒兌鹊囊螅菊耠娐分辽儆幸粋€(gè)很高Q值的選頻電路，例如，使用晶體，品質(zhì)因數(shù)大于10000。本振振蕩電路，從上電，到振蕩穩(wěn)定下來(lái)，要經(jīng)歷一個(gè)啟動(dòng)時(shí)間，啟動(dòng)時(shí)間與品質(zhì)因數(shù)成比例，品質(zhì)因數(shù)越大，啟動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)。本振電路還可能需要分頻、鎖相、被校準(zhǔn)等環(huán)節(jié)，這會(huì)導(dǎo)致本振電路需要更長(zhǎng)時(shí)間才能穩(wěn)定下來(lái)。
[0093]另外，因?yàn)榛祛l，會(huì)產(chǎn)生多個(gè)頻率，混頻器后面必須有窄帶帶通濾波器，或者低頻低通濾波器。那么，上電等待本振信號(hào)穩(wěn)定后，從天線進(jìn)入的信號(hào)，都可以在響鈴器接收機(jī)輸出端被測(cè)知。這時(shí)輸入信號(hào)至少經(jīng)過(guò)一個(gè)高通濾波器，低通濾波器，或者還有窄帶的中頻帶通濾波器，這些電路在完成其本身的功能時(shí)，都會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生延時(shí)的副作用，尤其是具有很高Q值的窄帶中頻帶通濾波器，對(duì)信號(hào)具有較長(zhǎng)的延時(shí)時(shí)間。
[0094]因?yàn)樯鲜鰞蓚€(gè)原因，使用目前通用的具有頻率變換接收機(jī)的響鈴器，具有一個(gè)比較大的上電延時(shí)時(shí)間T_DELAY，大致在2ms以上。
[0095]本發(fā)明提供的是:沒(méi)有頻率變換，沒(méi)有本振，以及沒(méi)有窄帶帶通濾波器、沒(méi)有低通濾波器的接收機(jī)。
[0096]如圖5示是本發(fā)明提供的接收機(jī)的一個(gè)實(shí)施例，這是一個(gè)調(diào)諧放大接收機(jī)。天線501進(jìn)來(lái)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)高頻低噪聲放大502，高頻帶通濾波503后，再經(jīng)過(guò)非線性的包絡(luò)檢波器504，低頻放大505，就到達(dá)輸出506。當(dāng)天線501接收到載波信號(hào)時(shí)，輸出產(chǎn)生較高的電壓506 ;當(dāng)天線沒(méi)有收到載波信號(hào)時(shí)，輸出將會(huì)是較低的電壓506。根據(jù)506電壓的高低，即可判斷載波有無(wú)，對(duì)應(yīng)邏輯1、0.[0097]非線性的包絡(luò)檢波器504，將會(huì)使得信號(hào)的頻率、相位信息丟失。因而本實(shí)施例，接收的僅僅是輸入信號(hào)的振幅信息。這個(gè)實(shí)施例中輸入信號(hào)沒(méi)有進(jìn)行頻率變換，因而
[0098]( i )沒(méi)有本振，就沒(méi)有了前述本振電路上電后振蕩達(dá)到穩(wěn)定所需要的時(shí)間，
[0099]( ii )也沒(méi)有了中頻帶通濾波器或低頻低通濾波器，就沒(méi)有了因?yàn)樗鼈兌a(chǎn)生的延時(shí)。
[0100]僅有的高頻帶通濾波器503，因?yàn)槠漕l率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低頻濾波器，所產(chǎn)生的延時(shí)遠(yuǎn)低于低頻濾波器。此實(shí)施例的上電延時(shí)時(shí)間T_ DELAY,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于通用的頻率變換接收機(jī)，大致在IOus以下。本電路可以作為響鈴器200的接收機(jī)201，被響鈴器200的定時(shí)器202開(kāi)啟
/關(guān)閉。
[0101]如圖6所示是接收機(jī)的另外一個(gè)實(shí)施例。它是傳統(tǒng)的超再生電路，超再生接收機(jī)是沒(méi)有頻率變換的接收機(jī)。它的振蕩器602是一個(gè)簡(jiǎn)單的LC振蕩器，LC回路的Q值不會(huì)很高，因而它的起振時(shí)間相當(dāng)快。當(dāng)LC回路的頻率，與天線601接收到的信號(hào)的頻率一致的時(shí)候，起振所需要的時(shí)間更加快。因?yàn)闆](méi)有外來(lái)的同頻率信號(hào)時(shí)，振蕩器是靠熱噪聲激發(fā)起振，如圖7 (c)的A點(diǎn)；有外來(lái)同頻率信號(hào)時(shí)，則是受這個(gè)外來(lái)信號(hào)激發(fā)起振，因而起振的時(shí)間更短，如圖7 (C)的B點(diǎn)。熄滅(quench)控制電路603產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào),使振蕩器602不斷處于關(guān)閉、起振的狀態(tài)中，包絡(luò)檢波604將高頻RF信號(hào)去除之后就產(chǎn)生了如圖7 Cd)的頻率等于熄滅控制信號(hào)頻率的脈寬調(diào)制(pwm)信號(hào)，經(jīng)過(guò)低頻低通濾波605的環(huán)節(jié)，將低頻信號(hào)檢出，如圖7 (e)示。因?yàn)闆](méi)有頻率變換的環(huán)節(jié)，使得電路的上電延時(shí)時(shí)間T_DELAY較小，因而本電路可以作為響鈴器200的接收機(jī)201，響鈴器200的定時(shí)器202的輸出信號(hào)，用作熄滅控制信號(hào)，開(kāi)啟/關(guān)閉振蕩器602。[0102]因?yàn)樯鲜鲭娐酚幸粋€(gè)低頻低通濾波605的環(huán)節(jié)，使得該電路的上電延時(shí)時(shí)間T_DELAY沒(méi)有達(dá)到極小。
[0103]如圖8所示，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是采用改進(jìn)的超再生接收機(jī)電路，它具有極小的上電延時(shí)時(shí)間T_DELAY。
[0104]電路工作流程如圖9示。
[0105]存儲(chǔ)器805將計(jì)數(shù)器804的輸出儲(chǔ)存，之前N次計(jì)數(shù)(例如8次)的輸出，都被儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器805，平均值電路806，算出此N個(gè)計(jì)數(shù)值的平均值，取其平均值之下的某個(gè)值作為比較器807的閾值，放置在比較器807的一個(gè)輸入端809。
[0106]根據(jù)超再生接收機(jī)的原理，振蕩器802的起振時(shí)間取決于天線801是否有外來(lái)的同頻率載波信號(hào)，如果有，則起振時(shí)間變快。圖8的電路，就是直接測(cè)量振蕩器802的起振時(shí)間，以此判斷當(dāng)前是否有與振蕩頻率相同的載波信號(hào)從天線801輸入。
[0107]現(xiàn)在，定時(shí)器810輸出高電平作為熄滅控制電路803的信號(hào)啟動(dòng)振蕩器802，同時(shí)也啟動(dòng)計(jì)數(shù)器804開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)振蕩器802的振蕩建立后，振蕩的幅度足夠大時(shí)，將觸發(fā)計(jì)數(shù)器804停止計(jì)數(shù)，并觸發(fā)關(guān)閉振蕩器802。
[0108]此時(shí)計(jì)數(shù)器804的值，就對(duì)應(yīng)本次振蕩器802的起振時(shí)間。也對(duì)應(yīng)上電延時(shí)時(shí)間T_DELAY。
[0109]將計(jì)數(shù)器804的值，送到比較器807的另外一端808，與閾值809比較。
[0110]當(dāng)前計(jì)數(shù)值808小于閾值809時(shí)，就判決為信道有載波信號(hào)輸入，以及當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)為邏輯1，否則判決為信道沒(méi)有載頻信號(hào)，以及當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)為邏輯O。
[0111]接著計(jì)數(shù)器804當(dāng)前值送入存儲(chǔ)器805,并被清零。
[0112]如圖9示，本電路的上電延時(shí)間T_DELAY=起振時(shí)間901 +信號(hào)處理時(shí)間902。顯然，因?yàn)闆](méi)有頻率變換所需要的高純度本振需要建立，振蕩器802的起振時(shí)間901很短；也沒(méi)有中頻帶通或低頻低通濾波器，信號(hào)處理902的時(shí)間也極短
[0113]所以本電路的上電延時(shí)時(shí)間T_DELAY較小，大致可在IOus以下。
[0114]如果振蕩器802的頻率太高，(例如30M以上)，計(jì)數(shù)器804來(lái)不及反應(yīng)，可以在振蕩器802后面加上二極管和電阻電容構(gòu)成的包絡(luò)檢波器環(huán)節(jié)，用振幅的包絡(luò)來(lái)觸發(fā)計(jì)數(shù)器804和關(guān)閉振蕩器802。顯然，只要包絡(luò)檢波器中的電容足夠小電阻足夠大，幾乎不會(huì)對(duì)上電延時(shí)間T_DELAY造成影響。
[0115]可以將本實(shí)施例的超再生接收機(jī)用作響鈴器的接收機(jī)，在檢測(cè)信道上是否有信號(hào)時(shí)控制響鈴器開(kāi)啟/關(guān)閉的定時(shí)器信號(hào)同時(shí)也用作超再生接收機(jī)的熄滅控制電路。如圖8示，控制響鈴器開(kāi)啟/關(guān)閉的定時(shí)器，能被觸發(fā)的計(jì)數(shù)器，以及N次計(jì)數(shù)值的平均值功能電路等，都可以嵌入到微處理器MCU811中，由MCU的軟件、硬件實(shí)現(xiàn)它們的功能。在MCU內(nèi)的定時(shí)器控制下，在響鈴器處于關(guān)閉狀態(tài)的時(shí)期，MCU處于休眠狀態(tài)，只有定時(shí)器在工作。當(dāng)響鈴器處于開(kāi)啟的時(shí)期，MCU被定時(shí)器喚醒，進(jìn)入工作狀態(tài)。
[0116]如前面所述，當(dāng)按鈕器發(fā)送時(shí)，持續(xù)重復(fù)在時(shí)間ΤΤ_0Ν內(nèi)發(fā)送信號(hào)，響鈴器200受定時(shí)器202控制，工作在“開(kāi)啟/關(guān)閉”模式。開(kāi)啟時(shí)在開(kāi)啟時(shí)間TR_0N內(nèi)首先檢測(cè)信道上是否有信號(hào)，依據(jù)信道檢測(cè)結(jié)果，有信號(hào)就繼續(xù)保持開(kāi)啟ΤΤ_0Ν時(shí)間，如圖4 (C)，以接收完整的一包數(shù)據(jù)；沒(méi)有信號(hào)就立刻關(guān)閉響鈴器，如圖4 (d)示。關(guān)閉時(shí)間為TT_0FF，周而復(fù)始，不斷重復(fù)。每天中，絕大部分的情況是圖4 (d)示，信道上沒(méi)有信號(hào)的情況。[0117]響鈴器的開(kāi)啟時(shí)間最小應(yīng)等于上電延時(shí)時(shí)間，SP:
[0118]TR_0N ≥ T_DELAY.(8)
[0119]前面三個(gè)實(shí)施例，比起現(xiàn)有通用接收機(jī)，都大幅度裁減了 T_DELAY，因而也就可以大幅度地減少TR_0N。根據(jù)方程(1)，TR_0N大幅減少，將使平均能耗大幅減少。
[0120]通過(guò)采用本發(fā)明，T_DELAY被大大裁減，導(dǎo)致響鈴器的平均電流能耗被大大縮小。這樣就完全可以只是用太陽(yáng)能電池來(lái)提供能量。
[0121]響鈴器還有一個(gè)人機(jī)接口，防止用戶在響鈴器首次安裝使用時(shí)，將響鈴器安裝于過(guò)于黑暗的環(huán)境，例如墻角、門背后。它能夠提醒用戶，避免出現(xiàn)響鈴器完全不能采光這種情況出現(xiàn)。如圖10示，當(dāng)用戶將響鈴器的電源按鈕推向“開(kāi)啟”位置時(shí)，通過(guò)A/D變換器1002讀入太陽(yáng)能電池1001的電壓值，在比較器1003比較，當(dāng)電壓值太低時(shí)，判斷為安裝位置過(guò)于黑暗，控制LED閃爍，提示用戶:所安裝的位置，光線太暗了。
[0122]按鈕器和響鈴器的內(nèi)部，都可以有一個(gè)升壓的充電電路，因?yàn)樵谝惶飚?dāng)中，光強(qiáng)的變化幅度非常大，當(dāng)光線不強(qiáng)時(shí)，太陽(yáng)能電池的電壓會(huì)下降，可以采用升壓電路，對(duì)太陽(yáng)能電池的輸出電壓進(jìn)行升壓，使得太陽(yáng)能電池能對(duì)充電電池繼續(xù)充電。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽(yáng)能無(wú)線門鈴，具有發(fā)送信號(hào)的按鈕器和接收信號(hào)的響鈴器，其特征在于: 所述門鈴僅使用太陽(yáng)能電池為能量來(lái)源，當(dāng)環(huán)境光線充足時(shí)，太陽(yáng)能電池給門鈴提供工作電流并向可充電電池充電，當(dāng)環(huán)境光線不足甚至沒(méi)有時(shí)，可充電電池向門鈴提供工作電流； 所述響鈴器含有定時(shí)器(202)，音響電路，接收機(jī)，所述響鈴器被所述定時(shí)器(202)控制，工作在連續(xù)的“開(kāi)啟/關(guān)閉”模式:當(dāng)定時(shí)器的開(kāi)啟定時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，所述響鈴器被開(kāi)啟，等待接收所述按鈕器發(fā)送的信號(hào)，所述響鈴器的開(kāi)啟時(shí)間大于等于響鈴器的上電延時(shí)時(shí)間；當(dāng)經(jīng)歷開(kāi)啟時(shí)間后，所述響鈴器被關(guān)閉，接收功能停止，定時(shí)器(202)開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到經(jīng)歷一個(gè)關(guān)閉時(shí)間后，又重新開(kāi)始一個(gè)“開(kāi)啟/關(guān)閉”周期； 所述音響電路依據(jù)所述響鈴器在開(kāi)啟時(shí)間內(nèi)是否收到所述按鈕器發(fā)送的信號(hào)，而啟動(dòng)發(fā)出聲音或者保持關(guān)閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能無(wú)線門鈴，其特征在于:所述按鈕器含有定時(shí)器(102)，所述按鈕器被所述定時(shí)器(102)控制，發(fā)送信號(hào)的時(shí)間大于所述響鈴器的關(guān)閉時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能無(wú)線門鈴，其特征在于:所述響鈴器被所述定時(shí)器(202)控制開(kāi)啟時(shí)首先檢測(cè)信道上是否有信號(hào)； 如果沒(méi)有，立刻進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)，等待所述定時(shí)器(202)的下一次開(kāi)啟； 如果有，繼續(xù)保持開(kāi)啟，以接收按鈕器發(fā)送的完整數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能無(wú)線門鈴，其特征在于:所述接收機(jī)是裁減上電延時(shí)時(shí)間至500us以下的接收機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能無(wú)線門鈴，其特征在于:所述接收機(jī)是沒(méi)有頻率變換的接收機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能無(wú)線門鈴，其特征在于:所述接收機(jī)是沒(méi)有中頻帶通濾波器的接收機(jī)，或是沒(méi)有低頻低通濾波器的接收機(jī)，或是兩者都沒(méi)有的接收機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能無(wú)線門鈴，其特征在于:所述響鈴器的接收機(jī)是超再生接收機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能無(wú)線門鈴，其特征在于:所述響鈴器的接收機(jī)是沒(méi)有低通濾波器的超再生接收機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能無(wú)線門鈴，其特征在于:所述超再生接收機(jī)含有定時(shí)器、包絡(luò)檢波器、計(jì)數(shù)器、比較器、存儲(chǔ)器、平均值電路，所述定時(shí)器、包絡(luò)檢波器、計(jì)數(shù)器、t匕較器、存儲(chǔ)器、平均值電路，被嵌入到微處理器MCU中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能無(wú)線門鈴，其特征在于:所述的響鈴器有一個(gè)人機(jī)接口，當(dāng)獲得的太陽(yáng)能電池能量太低時(shí)，發(fā)出顯示或者聲音；所述的按鈕器有一個(gè)人機(jī)接口，當(dāng)用戶按鍵時(shí)，發(fā)出顯示或者聲音。
【文檔編號(hào)】G08B3/10GK103810799SQ201210458793
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月14日
【發(fā)明者】杜若平, 肖琦偉 申請(qǐng)人:杜若平