無線感測裝置的制造方法
【專利摘要】一種無線感測裝置。該無線感測裝置包括一振動板、一天線、一感測器、一能量收集電路以及一數(shù)據(jù)處理電路;該天線設(shè)置在該振動板上;該感測器設(shè)置在該振動板上,并依據(jù)該振動板的一振動而產(chǎn)生一感測數(shù)據(jù);該能量收集電路響應(yīng)于該振動板的該振動而產(chǎn)生一電能;該數(shù)據(jù)處理電路操作在該電能下,以儲存該感測數(shù)據(jù)或是通過該天線傳送該感測數(shù)據(jù)。本發(fā)明可通過能量收集電路產(chǎn)生電能,以有效地管理裝置電源,并可通過設(shè)置在振動板上的感測器檢測到感測環(huán)境的改變,進(jìn)而有助于提升感測數(shù)據(jù)的精確度。
【專利說明】
無線感測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種感測技術(shù),且特別涉及一種無線感測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]地球上各種資源與環(huán)境的探測,無線感測裝置都扮演著不可或缺的角色。一般而言,研究人員會在所欲探測的環(huán)境中設(shè)置大量的無線感測裝置,以進(jìn)行長時間的數(shù)據(jù)收集。此外,無線感測裝置會將所收集到的感測數(shù)據(jù)回傳至陸地上的控制中心,以便研究人員進(jìn)行分析或是因應(yīng)探測環(huán)境的實際狀態(tài)調(diào)整無線感測裝置。因此,在考慮長時間探測與數(shù)據(jù)分析的情況下,如何管理裝置電源與提升感測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度,一直是無線感測裝置在設(shè)計上的一大課題。
[0003]因此,需要提供無線感測裝置來解決上述問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明提供一種無線感測裝置,可利用能量收集電路產(chǎn)生電能,并可通過感測器檢測到感測環(huán)境的改變。藉此,將可有效地管理裝置電源與提升感測數(shù)據(jù)的精確度。
[0005]本發(fā)明的無線感測裝置包括:一振動板、一天線、一感測器、一能量收集電路以及一數(shù)據(jù)處理電路;該天線設(shè)置在該振動板上;該感測器設(shè)置在該振動板上,并依據(jù)該振動板的一振動而產(chǎn)生一感測數(shù)據(jù);該能量收集電路響應(yīng)于該振動板的該振動而產(chǎn)生一電能;該數(shù)據(jù)處理電路操作在該電能下,以儲存該感測數(shù)據(jù)或是通過該天線傳送該感測數(shù)據(jù)。
[0006]在本發(fā)明的一實施例中,上述的無線感測裝置通過電能激活(致能)數(shù)據(jù)處理電路,以致使數(shù)據(jù)處理電路切換至檢測模式或是傳輸模式。此外,在檢測模式中,數(shù)據(jù)處理電路利用電能啟動感測器,并儲存來自感測器的感測數(shù)據(jù)。在傳輸模式中,數(shù)據(jù)處理電路通過天線傳送感測數(shù)據(jù)。
[0007]基于上述,本發(fā)明的無線感測裝置可通過能量收集電路產(chǎn)生電能,以有效地管理裝置電源。此外,無線感測裝置可通過設(shè)置在振動板上的感測器檢測到感測環(huán)境的改變,進(jìn)而有助于提升感測數(shù)據(jù)的精確度。
[0008]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂,下文特舉實施例,并配合所附的附圖作詳細(xì)說明如下。
【附圖說明】
[0009]圖1為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的無線感測裝置的方框示意圖。
[0010]圖2為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的能量收集電路的方框示意圖。
[0011]圖3為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的數(shù)據(jù)處理電路的方框示意圖。
[0012]圖4與圖5分別為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的用以說明天線與感測器的配置結(jié)構(gòu)的正視圖與側(cè)視圖。
[0013]圖6與圖7分別為依據(jù)本發(fā)明另一實施例的用以說明天線與感測器的配置結(jié)構(gòu)的正視圖與側(cè)視圖。
[0014]主要組件符號說明:
[0015]100無線感測裝置
[0016]110振動板
[0017]120天線
[0018]130感測器
[0019]140能量收集電路
[0020]150數(shù)據(jù)處理電路
[0021]160儲能組件
[0022]P電能
[0023]210能量轉(zhuǎn)換器
[0024]211接觸部
[0025]220能量擷取單元
[0026]201流場
[0027]202方向
[0028]310收發(fā)器
[0029]320切換組件
[0030]330控制器
[0031]CT3控制信號
[0032]DS3感測數(shù)據(jù)
[0033]410、610虛線
[0034]420、620配線
[0035]430、440彎折部
[0036]450本體部
[0037]Θ 5夾角
【具體實施方式】
[0038]圖1為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的無線感測裝置的方框示意圖。如圖1所示,無線感測裝置100包括振動板110、天線120、感測器130、能量收集電路(energy harvestingcircuit) 140與數(shù)據(jù)處理電路150。其中,天線120與感測器130設(shè)置在振動板110上。此夕卜,感測器130會依據(jù)振動板110的振動而產(chǎn)生感測數(shù)據(jù)。
[0039]舉例來說,感測器130可例如是一微機(jī)電感測器(MEMS sensor),且所述微機(jī)電感測器包括陀螺儀(gyroscope)、加速度計(accelerometer)等。藉此,當(dāng)振動板110因應(yīng)感測環(huán)境產(chǎn)生振動時,感測器130將可檢測到振動板110的振動頻率、加速度等的變動量,亦即感測器130所產(chǎn)生的感測數(shù)據(jù)包括振動頻率數(shù)據(jù)、加速度數(shù)據(jù)等。換言之,設(shè)置在振動板110上的感測器130可隨著振動板110的振動而檢測到感測環(huán)境的改變,進(jìn)而有助于提升感測數(shù)據(jù)的精確度。
[0040]能量收集電路140銜接振動板110,且能量收集電路140會響應(yīng)于振動板110的振動而產(chǎn)生電能P。換言之,能量收集電路140可將環(huán)境中的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能,進(jìn)而提供無線感測裝置100所需的電能P(例如,電源、電源信號或是電源電壓等)。如此一來,無線感測裝置100將可通過能量收集電路140自身產(chǎn)生內(nèi)部組件(例如,感測器130與數(shù)據(jù)處理電路150)所需的電能P,從而有效地管理裝置電源。
[0041]舉例來說,圖2為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的能量收集電路的方框示意圖。如圖2所示,能量收集電路140包括能量轉(zhuǎn)換器210與能量擷取單元220。此外,當(dāng)感測環(huán)境產(chǎn)生改變時,例如,當(dāng)感測環(huán)境中的流體(例如,空氣、水)流動時,流動的流體會形成一流場(flow) 201,進(jìn)而帶動振動板110產(chǎn)生沿著方向202所示的來回振動。再者,能量轉(zhuǎn)換器210具有一接觸部211。當(dāng)振動板110產(chǎn)生振動時,振動板110會與能量轉(zhuǎn)換器210的接觸部211產(chǎn)生碰撞,進(jìn)而致使能量轉(zhuǎn)換器210受到應(yīng)力而產(chǎn)生形變。
[0042]換言之,振動板110的振動會施加一應(yīng)力(亦即,機(jī)械能)至能量轉(zhuǎn)換器210,且能量轉(zhuǎn)換器210會將所受到的應(yīng)力(亦即,機(jī)械能)轉(zhuǎn)換成電氣信號(亦即,電能)。此外,能量擷取單元220會對電氣信號進(jìn)行調(diào)整,以將電氣信號轉(zhuǎn)換成無線感測裝置100所需的電能P。舉例來說,能量擷取單元220可例如是包括全橋整流器與濾波電容,以對電氣信號進(jìn)行濾波與整流,進(jìn)而產(chǎn)生穩(wěn)定的電能P。
[0043]請繼續(xù)參照圖1。數(shù)據(jù)處理電路150電性連接設(shè)置在振動板110上的天線120與感測器130。此外,數(shù)據(jù)處理電路150操作在電能P下,以儲存感測數(shù)據(jù)或是通過天線120傳送感測數(shù)據(jù)。在一實施例中,無線感測裝置100還包括儲能組件160。其中,儲能組件160可例如是一電池,并用以儲存電能P。
[0044]值得一提的是,在裝置電源的管理上,無線感測裝置100可通過電能P激活數(shù)據(jù)處理電路150,以致使數(shù)據(jù)處理電路150切換至檢測模式或是傳輸模式。此外,在檢測模式中,數(shù)據(jù)處理電路150可利用電能P啟動感測器130,并儲存來自感測器130的感測數(shù)據(jù)。在傳輸模式中,數(shù)據(jù)處理電路150可通過天線120傳送感測數(shù)據(jù)。
[0045]舉例來說,圖3為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的數(shù)據(jù)處理電路的方框示意圖。如圖3所示,數(shù)據(jù)處理電路150包括收發(fā)器310、切換組件320與控制器330。其中,無線感測裝置100可通過電能P激活控制器330,以致使數(shù)據(jù)處理電路150切換至檢測模式或是傳輸模式。此外,切換組件320接收電能P,并會依據(jù)控制器330所產(chǎn)生的控制信號CT3將電能P傳送至收發(fā)器310或是感測器130。
[0046]具體而言,在檢測模式下,控制器330可利用具有第一電平的控制信號CT3控制切換組件320。藉此,切換組件320會將電能P傳送至感測器130,以啟動感測器130。此時,感測器130將可操作在電能P下,進(jìn)而可以產(chǎn)生感測數(shù)據(jù)DS3。此外,在檢測模式下,控制器330會儲存來自感測器130的感測數(shù)據(jù)DS3,以進(jìn)行感測數(shù)據(jù)的收集。另一方面,在傳輸模式下,控制器330可利用具有第二電平的控制信號CT3控制切換組件320。藉此,切換組件320會將電能P傳送至收發(fā)器310,以啟動收發(fā)器310。此時,收發(fā)器310將可操作在電能P下,進(jìn)而可以通過天線120傳送感測數(shù)據(jù)DS3。
[0047]換言之,在裝置電源的管理上,無線感測裝置100可先通過電能P啟動數(shù)據(jù)處理電路150中的控制器330,之后再通過控制器330啟動感測器130或是收發(fā)器310,以便無線感測裝置100進(jìn)行檢測模式下的感測操作或是傳輸模式下的傳輸操作。此外,在能量收集電路140持續(xù)供應(yīng)電能P的情況下,無線感測裝置100可交替地重復(fù)進(jìn)行檢測模式下的感測操作與傳輸模式下的傳輸操作。再者,當(dāng)能量收集電路140停止產(chǎn)生電能P時,數(shù)據(jù)處理電路150將切換至睡眠模式,以降低無線感測裝置100的功率消耗。換言之,無線感測裝置100可通過模式的切換來更進(jìn)一步地管理裝置電源。
[0048]值得一提的是,在實際應(yīng)用上,無線感測裝置100可相當(dāng)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^站。因此,當(dāng)無線感測裝置100應(yīng)用在無線局域網(wǎng)絡(luò)上時,控制器330可例如是一網(wǎng)絡(luò)處理單元(Network Processing Unit,簡稱NPU)。此外,在實際應(yīng)用上,收發(fā)器310可通過IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中的無線局域網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙(Bluetooth)、Zigbee等的無線通信協(xié)議來傳送感測數(shù)據(jù)DS3。
[0049]更進(jìn)一步來看,圖4與圖5分別為依據(jù)本發(fā)明的一實施例的用以說明天線與感測器的配置結(jié)構(gòu)的正視圖與側(cè)視圖。如圖4與圖5所示,能量轉(zhuǎn)換器210位于振動板110的上方,且能量轉(zhuǎn)換器210在振動板110的正投影如虛線410所示。此外,天線120可例如是一印刷式天線。換言之,天線120可通過一印刷方式印制在振動板110上。再者,如圖4所示,印刷式天線在振動板110的正投影與能量轉(zhuǎn)換器210在振動板110的正投影互不重疊。藉此,將可避免印刷式天線受到能量轉(zhuǎn)換器210的碰撞,進(jìn)而避免印刷式天線產(chǎn)生變形或是斷裂。
[0050]另一方面,數(shù)據(jù)處理電路150可通過設(shè)置在振動板110上的配線420電性連接感測器130。此外,配線420在振動板110的正投影(orthogonal project1n)與能量轉(zhuǎn)換器210在振動板110的正投影互不重疊,從而避免配線420受到能量轉(zhuǎn)換器210的碰撞而產(chǎn)生變形或是斷裂。其中,正投影的定義是意指配線420與能量轉(zhuǎn)換器210的投射線與振動板110的投影面相互垂直。亦即,配線420是沿著垂直于投影面的方向投影在振動板110的投影面上,以形成在振動板110上的正投影。相似地,能量轉(zhuǎn)換器210是沿著垂直于投影面的方向投影在振動板110的投影面上,以形成在振動板110上的正投影。
[0051]再者,天線120與配線420可設(shè)置在振動板110的兩側(cè),以便電性連接至后端的數(shù)據(jù)處理電路150。舉例來說,振動板110的兩側(cè)具有彎折部430與彎折部440,且彎折部430與彎折部440分別與振動板110的本體部450形成一夾角Θ5。此外,部分的天線120可設(shè)置在振動板110的彎折部430,且部分的配線420可設(shè)置在振動板110的彎折部440。值得一提的是,在實體結(jié)構(gòu)上,數(shù)據(jù)處理電路150是位于振動板110的本體部450的上方。例如,數(shù)據(jù)處理電路150可例如是位于能量轉(zhuǎn)換器210的上方或是內(nèi)部。此外,設(shè)置在彎折部430上的天線120與設(shè)置在本體部450上的天線120可通過夾角Θ 5的調(diào)整而分別位于不同的水平面上。因此,將部分的天線120設(shè)置在彎折部430上將有助于天線120與后端的數(shù)據(jù)處理電路150電性相連。相似地,將部分的配線420設(shè)置在振動板110的彎折部440上將有助于配線420與后端的數(shù)據(jù)處理電路150電性相連。
[0052]圖6與圖7分別為依據(jù)本發(fā)明的另一實施例的用以說明天線與感測器的配置結(jié)構(gòu)的正視圖與側(cè)視圖。如圖6與圖7所示,能量轉(zhuǎn)換器210位于振動板110的上方,且能量轉(zhuǎn)換器210在振動板110的正投影如虛線610所示。此外,天線120可例如是一沖壓式天線(stamped antenna)。換言之,可藉由沖壓成型的金屬件來構(gòu)成天線120,進(jìn)而致使天線120具有較大的硬度。因此,在實際應(yīng)用上,能量轉(zhuǎn)換器210可直接碰撞沖壓式天線。
[0053]舉例來說,如圖6與圖7所示,沖壓式天線可直接固設(shè)在振動板110上,且沖壓式天線可面對能量轉(zhuǎn)換器210。亦即,沖壓式天線在振動板110的正投影與能量轉(zhuǎn)換器210在振動板的正投影部分重疊。在實際應(yīng)用上,如圖7所示,能量轉(zhuǎn)換器210的接觸部211將可直接碰撞沖壓式天線。藉此,與圖4-圖5的印刷式天線相較之下,沖壓式天線的設(shè)置將無須避開能量轉(zhuǎn)換器210,進(jìn)而有助于縮減無線感測裝置100的體積,從而有助于無線感測裝置100的微型化。另一方面,數(shù)據(jù)處理電路150可通過設(shè)置在振動板110上的一配線620電性連接感測器130。此外,配線620在振動板110的正投影與能量轉(zhuǎn)換器210在振動板110的正投影互不重疊,從而避免配線620受到能量轉(zhuǎn)換器210的碰撞而產(chǎn)生變形或是斷裂。
[0054]綜上所述,本發(fā)明的無線感測裝置可通過能量收集電路響應(yīng)于振動板的振動而產(chǎn)生電能。換言之,無線感測裝置可通過能量收集電路自身產(chǎn)生電能,并可依據(jù)電能切換至不同的模式,進(jìn)而有效地管理裝置電源。此外,無線感測裝置中的感測器設(shè)置在振動板上。藉此,設(shè)置在振動板上的感測器將可隨著振動板的振動而檢測到感測環(huán)境的改變,進(jìn)而有助于提升感測數(shù)據(jù)的精確度。
[0055]雖然本發(fā)明已以實施例公開如上,然而其并非用以限定本發(fā)明,任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下,應(yīng)當(dāng)可作些許的更動與潤飾,故本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)視所附的權(quán)利要求書的范圍所界定者為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種無線感測裝置,該無線感測裝置包括: 一振動板; 一天線,該天線設(shè)置在該振動板上; 一感測器,該感測器設(shè)置在該振動板上,并依據(jù)該振動板的一振動而產(chǎn)生一感測數(shù)據(jù); 一能量收集電路,該能量收集電路響應(yīng)于該振動板的該振動而產(chǎn)生一電能;以及 一數(shù)據(jù)處理電路,該數(shù)據(jù)處理電路操作在該電能下,以儲存該感測數(shù)據(jù)或是通過該天線傳送該感測數(shù)據(jù)。2.如權(quán)利要求1所述的無線感測裝置,還包括一儲能組件,且該儲能組件用以儲存該電能。3.如權(quán)利要求1所述的無線感測裝置,其中該無線感測裝置通過該電能激活該數(shù)據(jù)處理電路,以致使該數(shù)據(jù)處理電路切換至一檢測模式或是一傳輸模式,在該檢測模式中,該數(shù)據(jù)處理電路利用該電能啟動該感測器,并儲存來自該感測器的該感測數(shù)據(jù),在該傳輸模式中,該數(shù)據(jù)處理電路通過該天線傳送該感測數(shù)據(jù)。4.如權(quán)利要求3所述的無線感測裝置,其中當(dāng)該能量收集電路停止產(chǎn)生該電能時,該數(shù)據(jù)處理電路切換至一睡眠模式。5.如權(quán)利要求1所述的無線感測裝置,其中該數(shù)據(jù)處理電路包括: 一收發(fā)器,該收發(fā)器電性連接該天線; 一切換組件,該切換組件接收該電能;以及 一控制器,其中該無線感測裝置通過該電能激活該控制器,以致使該數(shù)據(jù)處理電路切換至一檢測模式或是一傳輸模式,在該檢測模式下,該控制器控制該切換組件以將該電能傳送至該感測器,且該控制器儲存來自該感測器的該感測數(shù)據(jù),在該傳輸模式,該控制器控制該切換組件以將該電能傳送至該收發(fā)器,且該收發(fā)器通過該天線傳送該感測數(shù)據(jù)。6.如權(quán)利要求1所述的無線感測裝置,其中該能量收集電路包括: 一能量轉(zhuǎn)換器,該能量轉(zhuǎn)換器響應(yīng)于該振動板的該振動產(chǎn)生一電氣信號;以及 一能量擷取單元,該能量擷取單元將該電氣信號轉(zhuǎn)換成該電能。7.如權(quán)利要求6所述的無線感測裝置,其中該天線為一印刷式天線,且該印刷式天線在該振動板的正投影與該能量轉(zhuǎn)換器在該振動板的正投影互不重疊。8.如權(quán)利要求7所述的無線感測裝置,其中該振動板包括至少一彎折部與一本體部,該至少一彎折部與該本體部形成一夾角,且部分的該印刷式天線設(shè)置在該至少一彎折部。9.如權(quán)利要求6所述的無線感測裝置,其中該天線為一沖壓式天線,且該沖壓式天線在該振動板的正投影與該能量轉(zhuǎn)換器在該振動板的正投影部分重疊。10.如權(quán)利要求6所述的無線感測裝置,其中該數(shù)據(jù)處理電路通過設(shè)置在該振動板上的一配線電性連接該感測器,且該配線在該振動板的正投影與該能量轉(zhuǎn)換器在該振動板的正投影互不重疊。11.如權(quán)利要求1所述的無線感測裝置,其中該感測器為一微機(jī)電感測器,且該感測數(shù)據(jù)包括一加速度數(shù)據(jù)與一振動頻率數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G08C17/02GK105989703SQ201510069439
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月10日
【發(fā)明人】林永政
【申請人】啟碁科技股份有限公司