具有無線功能的環境控制系統控制器的優化通信模式的製作方法

2023-10-08 05:34:29 3

具有無線功能的環境控制系統控制器的優化通信模式的製作方法
【專利摘要】揭示了用於控制環境控制系統的系統控制器和方法的示例性實施例。在示例性實施例中，具有無線功能的環境系統控制器從一個或多個電源接收供電。該控制器的處理器和存儲器被配置成監控來自電源的可用電能預算，用於由客戶端控制系統控制器執行無線通信。該處理器和存儲器進一步被配置成確定用於通信模式組合的電能預算要求，控制器能夠在這些模式下執行無線通信，並基於該監控和確定，將控制配置成使用這些通信模式組合中選定的一個模式執行無線通信。溫控器可通過確定可提供最大功能性的適當的操作模式來優化操作水平和電池壽命，同時不會超出可用的電能預算。
【專利說明】具有無線功能的環境控制系統控制器的優化通信模式

【技術領域】
[0001] 本公開一般涉及環境控制系統，並更尤其涉及（但非排他性地）涉及環境控制系 統的具有無線功能的控制器的優化通信模式。

【背景技術】
[0002] 本部分提供了涉及本公開的背景信息，其不一定是現有技術。
[0003] 在許多環境控制系統中，溫控器一般通過使用繼電器或其它開關裝置將"R"（火） 線連接至適當的負載端，例如將"W"端連線至爐/氣調節器，或將"Y"端連線至熱泵/空調， 來接通加熱負載或冷卻負載。歷史上，在溫控器中使用雙金屬帶（bimetalstrip)或水銀 (mercury)開關來造成這樣的連接。這些開關裝置是無源的，並且無需為了工作而被連接至 電源。由於使用這種裝置的溫控器不需要供電，安裝者一般不用公共（"C"）線將環境控制 系統設備連線到溫控器。


【發明內容】

[0004] 本部分提供本公開的一般概要，並且不是其全部範圍或者其全部特徵的全面公 開。
[0005] 依據不同的方面，揭示了系統控制器和控制環境控制系統的方法的示例性實施 例。在示例性實施例中，具有無線功能的環境系統控制器被配置成從一個或多個電源接收 電能。該控制器一般包括處理器和存儲器，其被配置成監控來自電源的用於通過環境控制 系統控制器執行無線通信的電能預算可用性。該處理器和存儲器進一步被配置成確定用於 通信模式的多個組合的電能預算需求，其中控制器能夠執行無線通信，並且基於該監控和 確定結果，將控制器配置成使用通信模式組合中的所選定的一個組合執行無線通信。
[0006] 在另一個示例性實施例中，具有無線功能的環境系統控制器被配置成從一個或多 個電源接收電能。控制器一般包括處理器和存儲器，其被配置成監控來自電源的電能預算 可用性以確定用於通過環境控制系統控制器執行無線通信的電能預算可用性的變化。該處 理器和存儲器進一步被配置成確定用於無線和網絡操作模式的多個組合的電能預算需求， 在這種情況下控制器被配置成使用這些組合中的任意一種來執行無線通信，並基於變化， 將控制器配置成使用從這些通信模式組合中所選的一種模式執行無線通信。
[0007] 在另一個示例性實施例中，提供了一種控制具有一個或多個電源的環境控制系統 的方法。該環境控制系統的控制器監控來自該一個或多個電源的電能預算可用性。控制器 確定其中控制器能夠執行無線通信的通信模式的多個組合的電能預算需求。基於該監控和 確定，控制器動態地利用在這些通信模式組合中所選定的一個來執行無線通信。
[0008] 更多可適用的範圍將從本文中提供的描述而變得顯而易見。該概述中的描述和特 定示例僅用於說明的目的，而不意圖限定本公開的範圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 在此所描述的附圖僅用於對所選實施例而非所有可能的實施方式的說明目的，並 且不意圖限制本公開的範圍。
[0010] 圖1是環境控制系統的示例性實施例的示圖；
[0011] 圖2是包括具有無線功能的環境控制系統控制器的無線網絡的示例性實施例的 示圖。
[0012] 對應的參考數字和/或參考字符在所有附圖的數個圖示中表示對應的部分。

【具體實施方式】
[0013] 示例性實施例將參考附圖進行更充分地描述。
[0014] 本發明的發明人已經認識到，環境控制系統控制器，例如溫控器，可能夠從一個以 上的電源接收操作電能。例如，被安裝在C線端可用的位置處的溫控器可被連接至該端以 通過C線接收其操作電能中的一些或全部。由於C線不總是可用的，許多溫控器已經被設 計成通過電池供電來操作。進一步地，溫控器可被配置成進行"竊電"，以例如通過處於"離 線"模式的HVAC負載從R線漏出少量電流，而不開啟該負載。在這樣的溫控器中，一個或多 個能量存儲組件和/或數字電路可被配置在該小電流的路徑中，用於捕捉這些能量。這樣 的採集能量可被直接使用（例如，被存儲在短期儲存組件中以饋給電源）和/或在一段時 間內被累積在電能儲存單元中（例如可再充電電池）來覆蓋電能使用。
[0015] 本發明的發明人還已經認識到，具有無線功能的溫控器和其它具有無線功能的環 境控制系統控制器可以不同的通信模式進行操作。通信模式包括但不必限於無線模式和網 絡模式。術語"無線模式"在此被用於指示在無線體系架構中操作的模式，其中該無線體系 架構支持網絡。無線模式可包括例如依據電氣和電子工程組織（IEEE)802. 11標準的操作 模式。術語"網絡模式"在此被用於指示在無線體系架構所提供的網絡中操作的模式。網絡 模式可包括例如依據傳輸控制協議/網際網路協議（TCP/IP)協議的操作模式。術語"通信模 式"在本公開中以廣義的方式被解釋。應該理解的是，雖然在本公開和權利要求書中可能參 考"無線模式"、"網絡模式"、IEEE802. 11標準和/或TCP/IP協議說明了各種實施例。但是 本公開並不限於此。通信模式可參照不同的通信層模型進行說明，包括但不限於開放系統 互連（OSI)模型、TCP/IP模型，和/或在本領域中所熟知的其它模型。額外地或備選地，在各 種實施例中，通信模式可涉及其它的或附加的協議和/或標準，例如，乙太網（Ethernet)、 藍牙（Bluetooth)、WiMax，等，因此術語"通信模式"可包括任意模式的操作，溫控器或其它 環境控制系統控制器可針對這些模式進行配置或可配置成用於在無線網絡中執行通信，正 如下面進一步討論的。
[0016] 不同的通信模式可向溫控器或其它控制器提供不同水平的通信功能。可能需要不 同水平的電能可用性來支持這樣的通信模式。據此，發明人已經研發出並在此揭示出示例 性實施例，其中可動態選擇通信模式的一個組合，以優化具有無線功能的環境控制系統控 制器（例如溫控器）的操作，同時保持在當前可用的電能預算內。
[0017] 在一個示例實施例中，具有無線功能的環境控制系統控制器被配置成從一個或多 個電源接收電能。控制器（其可以是也可以不是溫控器）包括處理器和存儲器，其被配置 成監控來自電源的電能預算可用性，這些電能用於環境控制系統控制器執行無線通信。該 處理器和存儲器還被配置成確定用於多個通信模式的組合的電能預算需求，在這些通信模 式中控制器能夠執行無線通信。基於該監控和確定結果，處理器可將控制器配置成使用這 些通信模式組合中所選的一個組合執行無線通信。
[0018] 現在參考附圖，圖1示出了示例性環境控制系統10,該環境控制系統實施本揭示 內容的一個或多個方面。如圖1所示，環境控制系統10包括分別為加熱子系統22和冷卻 子系統24供電的兩個變壓器14和18。加熱子系統變壓器14具有火線（通常為24伏）側 28和公共側（commonside)，即中性側30。冷卻子系統變壓器18具有火線（通常為24伏） 側32和公共側，即中性側34。該冷卻子系統24包括被連接到變壓器18的公共側34的風 扇38和壓縮機42。該加熱子系統22包括被連接到加熱子系統變壓器14的公共側30的爐 氣閥46。在本示例中，可從例如由變壓器18的公共側34連接的公共C線提供C端36。但 是，應該注意到依據本揭示內容的各種備選實施例中，也可能未提供C線端。
[0019] 在一個示例實施例中，提供了環境控制系統控制器（例如溫控器50)，用於控制環 境控制系統10的操作。該溫控器50可激活一個或多個繼電器和/或其它開關裝置（圖1 中未示出）以激活加熱子系統22或冷卻子系統24。當例如使用者操作溫控器50以導致 環境控制系統10提供加熱時，溫控器50通過使用繼電器或其它開關裝置以將"火線"端RH 連接至負載端W來開啟加熱子系統22和氣閥46。為提供冷卻，溫控器50可通過使用一個 或多個繼電器或其它開關裝置以將"火線"端RC連接至負載端Y和/或G來開啟壓縮機42 和/或風扇38。
[0020] 應該注意到一般來說，根據本公開各種方面的溫控器50和/或其它控制器實施例 可以被安裝在其他類型的環境控制系統中，包括但不限於具有單個變壓器的系統、單加熱 系統、單冷卻系統、熱泵系統等等。在一些實施例中，C端可以例如從變壓器14的公共側30 提供。在一些其他實施例中，溫控器可以不設置有到公共C線的連接。進一步，儘管圖1中 示出的環境控制系統10提供了單級加熱（single-stageheat)和單級冷卻（single-stage cooIing)，但在各種實施例中，在此所說明的諸如溫控器50的控制器也可以設置在具有多 級加熱和/或冷卻的環境控制系統中。
[0021] 竊電電路60可從變壓器14和/或18為溫控器50採集電能。所採集的電能可被 用於為溫控器50的一個或多個組件供電，這些組件可包括具有處理器66和存儲器68的控 制裝置64,和包括例如無線發送器和接收器的無線網絡接口 70。該無線網絡接口 70被配 置成例如在無線網絡中提供至少間歇的溫控器50連接，正如下面進一步說明的。在各種實 施例中，溫控器50包括內部電源72 (例如，一個或多個可替換電池等）。溫控器50包括一 個或多個電路（未示出），其被配置成確定電源（諸如電源72)的可用性，並確定來自這樣 的電源的可用的能量水平。
[0022] 無線網絡的示例性實施例在圖2中由參考數字100表示。網絡100為例如家用網 絡，使用者可在家中通過該網絡使用與控制器（例如溫控器104)的無線連接來管理環境控 制裝置。溫控器104包括控制裝置108,其具有處理器112和存儲器116,以及具有發送器 124和接收器128的網絡接口 120。溫控器104還具有電池電源132。在各種實施方式中， 至少一個具有無線功能的用戶裝置136可被連接在網絡100中，並可包括例如電腦140和/ 或智慧型電話144。用戶裝置136可額外地或備選地包括例如家用計算機、個人計算機（PC)、 平板電腦等。
[0023] 網絡100還包括例如接入點/路由器148,其例如能夠與廣域網（WAN)(例如互聯 網152)通信。在一些實施例中，房主可擁有例如使用能源管理服務或公共設施的用戶帳 號。房主可使用這樣的帳號例如跟蹤和/或管理家中的能源使用。在各種實施例中，該用 戶帳號可通過門戶網站（webportal)156接入。因此，房主可使用例如智慧型電話144和/ 或電腦140,以通過接入點/路由器148與溫控器104進行通信的方式遠程地和/或在本地 跟蹤和/或管理家中的能量應用。在各種實施例中，其它額外的或者少數的裝置也可通過 接入點/路由器148與溫控器104通信。這樣的實施例也是有可能的，其中溫控器104能 夠與接入點/路由器148以外的或附加的裝置通信，和/或通過接入點/路由器148以外 的或附加的裝置進行通信。
[0024] 在各種實施例中，取決於溫控器的供電模式，S卩，電源的可用性和通過這種可用電 源可獲得的電能量，溫控器104的電能預算可隨時間改變。示例性供電模式可包括但不限 於以下模式：
[0025] (a)電能僅來自電池，具有較高電池水平。
[0026] (b)電能僅來自電池，具有中等電池水平。
[0027] (C)電能僅來自電池，具有較低電池水平。
[0028] (d)電能僅來自電池，具有保持不變的X毫安-小時。
[0029] (e)沒有可用電池，而AC24V供電可用。
[0030] (f)例如在以上（a)、（b)、（c)或（d)的模式下電池供電可用，並且AC24V供電也 可用（例如使用C端）。
[0031] (g)例如在以上（a)、（b)、（C)或（d)的模式下電池供電可用，並且竊電也可用（例 如在離線模式下從W或Y線竊電）。
[0032] 溫控器104可被配置成用於在網絡100中依據各種通信模式進行無線通信。例如， 參考無線模式（例如依據IEEE802. 11標準的操作模式），溫控器104可備選地被配置成在 至少兩種模式下操作，例如在接入點（AP)模式下或在站控模式（stationmode)下。在AP 模式下，溫控器104可能夠允許從在站控模式下工作的其它裝置到溫控器104的直接連接， 然而在站控模式下，溫控器104可被關聯至802. 11接入點（AP)，例如接入點或路由器148。 這樣的關聯將使其它裝置，例如電腦140,通過接入點/路由器148連接至溫控器104。在 一個實施例中，當溫控器104在AP模式下時，溫控器104的接收器128保持連續激活。在 各種實施例中，其中溫控器104可作為網際網路連接的溫控器進行操作，在AP模式下溫控器 104的操作很可能不如在站控模式下溫控器104的操作那麼好。如果溫控器104在站控模 式下操作，該溫控器104的備選模式可包括但不必限於以下模式：
[0033] a)溫控器104可使802. 11通信失效。
[0034] b)溫控器104可使其接收器128持續開啟。
[0035] c)溫控器104可進入802. 11省電模式，使得溫控器104可以與完全開啟相比較 低的電能水平，通過保證信號系統之間緩衝包的關聯AP(例如接入點/路由器148)進行操 作，其以使接收器128連續保持開啟所需電能預算的一部分，提供了相對短的等待時間響 應。
[0036] d)備選地，溫控器104可通過將其無線接收器128和發送器124關閉一段適當的 持續時間（例如30秒）進入低功率模式、周期性地喚醒或開啟特定事件的發生並執行涉及 傳輸和/或接收的通信任務，並且然後通過關閉其接收器128和發送器124返回低功率模 式。如果基於喚醒，溫控器104發現接入點/路由器148將溫控器104處理成仍與接入點/ 路由器148相關聯，則溫控器104可執行其通信任務而無需與接入點/路由器148重新關 聯。但是，如果溫控器104已經解除關聯，則溫控器104可與接入點/路由器148重新關聯 以執行通信任務。
[0037] 參考例如TCP/IP模式，在各種實施例中，可例如通過基於802. 11標準提供的無線 體系架構來執行客戶端伺服器通信。例如，溫控器104可作為伺服器操作並允許通信實體 連接至其上，或者，溫控器104可作為客戶端操作並開始這樣的連接。如果溫控器104作為 伺服器操作，其總是可使客戶端能夠建立連接並與溫控器104通信。另一方面，如果溫控器 104作為客戶端操作，其備選地包括以下模式：
[0038] a)溫控器104可作為永久性客戶端操作，也就是說，作為伺服器的客戶端的溫控 器104可使用例如TCP或UDP發起應用對話。關聯的伺服器將被告知該客戶端溫控器104 將可被持久性地用於通信。因此伺服器可在任意時間向客戶端溫控器104發送包。
[0039] b)溫控器104可作為非永久性客戶端操作，也就是說，伺服器可被告知該客戶端 溫控器104並不總是可用的，而是僅在由客戶端溫控器104提供的確切的時間窗內是可用 的。
[0040] 在各種實施例中，針對給定的裝置適當選擇例如802. 11和TCP/IP操作模式是通 過分析該裝置的供電模式和電能預算而被支持的。而且，在一些實施例中，在做出適當選擇 時，存在於操作模式之間的互斥性被考慮在內。在一個實施例中，考慮了在802. 11模式和 TCP/IP模式中的互斥性。作為一個示例，在802. 11站控模式操作下，通過裝置進入延長的 低功率模式與永久性TCP/IP連接不可兼容。該裝置將不總是可用的，並且該裝置在處於睡 眠時不響應伺服器依照TCP/IP發送的任意的包，這都可能導致與遵守802. 11的AP解除關 聯，這是因為該AP識別出該裝置是不可用的。當該裝置喚醒時，這一順序可能增加等待時 間和功率消耗，這是因為該裝置然後必須與AP重新關聯。作為另一個示例，很可能將不會 被優化成將非永久性的TCP/IP模式與總在線或省電802. 11模式相結合。如果裝置在非永 久性客戶端模式下操作，則由總在線或省電802. 11模式通常生成的幾乎為即時的可用性 可能被浪費。
[0041] 據此，在各種實施方式中，電能預算需求是針對可被用在給定控制器中的每一個 通信模式組合（例如針對每一個802. 11和TCP/IP模式組合）確定的。同時確定的是在給 定的控制器中每一個供電模式下的電能預算可用性，即，可用的或能夠被使用的電能預算。 在各種實施例中，針對每一個可用通信模式組合所確定的電能預算需求都與針對每一種供 電模式確定的電能預算可用性匹配，以提供用於確定當前通信模式的最佳組合的基礎。在 表1中闡述了供電模式電能預算可用性的示例。在表2中闡述了通信模式組合的電能預算 需求。應該理解的是，表1和表2僅是示例性的，並且在各種實施例中也可使用其它的或額 外的模式、模式組合，和/或電能預算值。
[0042] 表 1
[0043]

【權利要求】
1. 一種具有無線功能的環境控制系統控制器，其被配置成從一個或多個電源接收電 能，所述控制器包括處理器和存儲器，其被配置成： 監控用於所述環境控制系統控制器執行無線通信的來自一個或多個電源的電能預算 可用性； 確定用於所述控制器能夠執行無線通信的通信模式的多個組合的電能預算需求；以及 基於所述監控和確定，將所述控制器配置成使用從所述通信模式組合中選定的一個通 信模式組合來執行無線通信。
2. 如權利要求1所述的控制器，其中，所述處理器和存儲器進一步被配置成： 預估計所述電能預算可用性的變化；以及 響應於所述預估計，（a)調整關於在所述通信模式組合中所選定的通信模式組合中所 包括的模式的一個或多個參數，或（b)將所述控制器配置成使用所述通信模式組合中的另 一個通信模式組合來執行無線通信。
3. 如權利要求2所述的控制器，其中，所述電能預算可用性中的變化包括電能預算減 少，並且所述處理器和存儲器被配置成通過所述控制器調整通信的周期性。
4. 如權利要求1所述的控制器，其中，所述通信模式包括無線模式和網絡模式。
5. 如權利要求4所述的控制器，其中，所述無線模式包括802. 11模式，並且所述網絡模 式包括TCP/IP模式。
6. 如權利要求1所述的控制器，其中，所述一個或多個電源包括下列電源中的一個或 多個：電池，AC電壓源和竊電電路。
7. 如權利要求1所述的控制器，其中，所述一個或多個電源包括竊電電路，並且所述處 理器和存儲器被配置成，基於所述監控和確定，將所述控制器配置成使用802. 11省電模式 和TCP/IP永久性客戶端模式的通信模式組合執行無線通信，在這種情況下，即使所述控制 器沒有C線可用也能夠執行與遠程伺服器的無線通信。
8. 如權利要求1所述的控制器，其中，所述一個或多個電源包括電池和/或竊電電路， 並且所述控制器被配置成處於所述所選定的通信模式組合下以重複性地執行以下操作： 睡眠一定時間段，喚醒，以及進入無線通信窗。
9. 一種具有無線功能的環境控制系統控制器，其被配置成從一個或多個電源接收電 能，所述控制器包括處理器和存儲器，其被配置成： 監控來自所述一個或多個電源的電能預算可用性，以確定用於所述環境控制系統控制 器執行無線通信的電能預算可用性的變化； 確定用於無線和網絡操作模式中多個組合的電能預算需求，其中所述控制器被配置成 使用所述組合中的任意一種來執行無線通信； 基於所述變化，將所述控制器配置成使用所述通信模式組合中選定的一個通信模式組 合來執行無線通信。
10. 如權利要求9所述的控制器，其中，所述組合中的至少一個組合包括802. 11模式和 TCP/IP 模式。
11. 如權利要求10所述的控制器，其中，所述802. 11模式包括省電模式或周期性模式； 和/或 所述TCP/IP模式包括永久性客戶端模式或非永久性客戶端模式。
12. 如權利要求9所述的控制器，其包括溫控器。
13. 如權利要求9-12中任一項所述的控制器，其中，所述處理器和存儲器被配置成選 擇不超過所述控制器當前操作的供電模式所允許的電能預算的用電最高的通信模式組合。
14. 一種控制具有一個或多個電源的環境控制系統的方法，所述方法包括： 所述環境控制系統的控制器監控來自所述一個或多個電源的電能預算可用性； 所述控制器確定用於通信模式的多個組合的電能預算需求，在所述通信模式的多個組 合中所述控制器能夠執行無線通信；以及 基於所述監控和確定，所述控制器動態使用多個通信模式組合中選定的一個通信模式 組合來執行無線通信。
15. 如權利要求14所述的方法，進一步包括控制器，該控制器排除來自所述多個組合 的能產生不兼容的結果的模式的組合。
16. 如權利要求14所述的方法，該方法在所述環境控制系統中電能可用性變化或將要 變化時被執行。
17. 如權利要求16所述的方法，該方法由溫控器執行。
18. 如權利要求14-17中任一項所述的方法，進一步包括所述控制器預估計所述電能 預算可用性中的變化；以及 響應於所述預估計，所述控制器：（a)調整關於所述通信模式組合中所選定的通信模 式組合中包括的模式的一個或多個參數，或（b)使用所述通信模式組合中的另一個組合執 行無線通信。
【文檔編號】H04L12/28GK104426727SQ201410306713
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】A.拉梅錢德蘭 申請人:艾默生電氣公司