CN102356414A - 用于对设备进行控制的系统 - Google Patents

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CN102356414A CN2010800123020A CN201080012302A CN102356414A CN 102356414 A CN102356414 A CN 102356414A CN 2010800123020 A CN2010800123020 A CN 2010800123020A CN 201080012302 A CN201080012302 A CN 201080012302A CN 102356414 A CN102356414 A CN 102356414A
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Abstract

本发明描述了一种用于控制设备（D，D’）的系统（1），该系统包括遥控单元（30），其用于以电磁辐射（EM1）的形式发送信号（35），以及转发器单元（10），该转发器单元包括：检测器（Rio），其用于检测电磁辐射（EM1，EM2）以获得转发器接收信号（11）；以及第一信号转换单元（12），其用于无源地将转发器接收信号（11）转换为用于致动第一开关（S10）的转发器开关致动信号（13），以便在非活动模式与操作模式之间对转发器单元（10）进行切换，在所述非活动模式中，转发器单元（10）完全从第一电源（P10）断开连接，从而转发器单元（10）不汲取电流，在所述操作模式中，转发器单元（10）从第一电源（P10）汲取电流。转发器单元（10）还包括：信号模块（14），其由第一电源（P10）供电，以便根据转发器接收信号（11）来产生转发器发送信号（15）；以及转发器发送接口（T10），其用于以电磁辐射（EM2，EM2’）的形式发送转发器发送信号（15）。系统（1）还包括受控设备（D，D’），所述受控设备（D，D’）包括遥控接口单元（20），其用于检测由转发器发送接口（T10）所发送的电磁辐射（EM2，EM2’）以获得设备接收信号（21）。本发明还描述了一种转发器单元（10），其用于重新发送源自遥控单元（30）的针对受控设备（D，D’）的信号。本发明还描述了一种用于控制设备（D，D’）的方法。

Description

用于对设备进行控制的系统
技术领域
本发明公开了一种系统和方法，其用于通过经由转发器单元发送控制信号到设备来对该设备进行控制。本发明还公开了一种转发器单元和一种遥控接口单元。
背景技术
可以通过使用（通常为手持的）无线遥控单元对当今能够获得的许多消费电子设备进行遥控。用户可以通过例如在遥控单元上按下适当的按钮或按钮序列来容易地对设备的期望功能进行选择。一些遥控单元可以被编程为能够对多个电子设备进行控制，例如“通用的”遥控单元可以被用于对电视机、CD播放器、卫星接收器等进行控制。
由遥控设备发出的、用于被受控设备检测的控制信号可以是红外信号或射频信号。通常，遥控设备的电源是电池或电池组。遥控单元应当足够小且足够轻，以便在使用时能舒适地握着。因此，为了使用的方便，遥控的电源也应当具有较轻的重量。这种在尺寸上的限制也会为能够由遥控单元所产生的信号强度设置了限制。这进而又会限制遥控单元能够与设备进行通信的范围。
当源与目标距离很远以至于不能直接通信时，已知使用转发器来“中继”从源到目标的信号。然而，已知的转发器单元需要来自市电或来自电池的单独的电源，因此只会增加总功耗。由于很多消费设备的用户正在逐渐意识到由过度的能量消耗所引起的对于环境的负面影响，并且将会更愿意减少不必要的功率消耗量，可以预见，这种现有技术转发器的额外功耗将会被看作是不可接受的。即使具有待机操作模式的转发器对于很多消费者来说也会是不可接受的，这是因为对于需要减少功耗（即使是待机模式功率）的认识正在增长。
因此，本发明的一个目的在于提供一种在遥控单元的范围之外对设备进行遥控的方式，同时避免上述问题。
发明内容
本发明的目的是通过根据权利要求1的用于对设备进行控制的系统、通过根据权利要求6的转发器单元、并且通过根据权利要求10的对设备进行控制的方法来实现的。
根据本发明的系统包括：遥控单元，其用于以电磁辐射的形式发送信号；转发器单元；以及受控设备。根据本发明，该转发器单元包括：检测器，其用于检测电磁辐射以获得转发器接收信号；第一信号转换单元，其用于无源地将转发器接收信号转换为用于激活第一开关的转发器开关致动信号，以便在非活动模式与操作模式之间对转发器单元进行切换，在非活动模式中，转发器单元完全从第一电源断开连接，从而转发器单元不汲取电流，在操作模式中，转发器单元从第一电源汲取电流；信号模块，其由第一电源供电，以便根据转发器接收信号来产生转发器发送信号；以及转发器发送接口，其用于以电磁辐射的形式发送转发器发送信号。在根据本发明的系统中，受控设备包括遥控接口模块，其用于检测由转发器发送接口所发送的电磁辐射以获得设备接收信号，所述设备接收信号随后被用作对设备进行控制的基础。
在这里使用的“设备”在含意上可以是对适当的控制信号做出响应的任何电子设备，例如任何可遥控的消费电子设备、家用电器、照明器材等。
在根据本发明的系统中，在转发器单元中通过检测器或检测天线（其由于电磁辐射中的能量而发生谐振）以完全无源的方式来自动检测电磁辐射，从而给出转发器接收信号。而且，以完全无源的方式来执行这种AC电信号到DC转发器开关致动信号的转换，即通过使用不需要电源的电气组件来执行转换。针对信号发送使用转发器的系统的优点在于，用于激活或停用（deactivate）设备的遥控单元可以完全位于其发送范围之外，这是因为转发器单元检测针对所述设备的信号并且重新发送该信号。此外，遥控单元无需被保持在设备的“视线”中，这是因为转发器单元显然可以在任何方向上重新发送信号。根据本发明的系统的一个特定优点在于，当转发器被停用时，该转发器完全从其电源断开连接，处于真正的“零功率”状态，而不仅仅是处于现有技术设备中已知的低功率操作模式（其通常被称作“待机模式”）中。根据本发明，当关闭时，转发器是完全静止的，这是因为其不汲取任何电流也不消耗任何功率，从而根据本发明的系统的一个显著的优点是节省了能够获得的能量并且同时有利地增加了遥控单元的范围。另一个优点是仍旧可以通过遥控来重新激活转发器，从而没有以任何方式损害其使用的便利性与简易性。总之，这允许即使在一个或多个设备处于遥控单元的范围之外的情况下也以方便且舒适的方式对所述设备进行控制，同时不会显著地增加系统的总功耗。
根据本发明，一种用于将信号从遥控单元发送至受控设备的转发器单元包括：检测器，其用于检测电磁辐射以获得转发器接收信号；以及第一信号转换单元，其用于无源地对转发器接收信号进行转换以获得转发器开关致动信号。转发器开关致动信号的目的是在非活动模式与操作模式之间对转发器单元进行切换，在非活动模式中，转发器单元完全从转发器电源断开连接，从而转发器单元不汲取电流，在操作模式中，转发器单元从转发器电源汲取电流。根据本发明的转发器单元还包括信号模块，其由转发器电源供电以便根据转发器接收信号来产生转发器发送信号；以及转发器发送接口，其用于以电磁辐射的形式发送转发器发送信号。
根据本发明的对设备进行控制的方法包括以下步骤：以电磁辐射的形式从遥控单元发送控制信号；在转发器单元中利用转发器接收接口检测电磁辐射以获得转发器接收信号；无源地将转发器接收信号转换为转发器开关致动信号；以及使用转发器开关致动信号激活转发器单元的转发器开关，以便在非活动模式与操作模式之间对转发器单元进行切换，在非活动模式中，转发器单元完全从转发器电源断开连接，从而转发器单元不汲取电流，在操作模式中，转发器单元从转发器电源汲取电流。根据本发明的方法还包括以下步骤：使用转发器电源以驱动转发器单元的信号模块根据转发器接收信号来产生转发器发送信号，以及利用转发器单元的转发器发送接口以电磁辐射的形式来发送转发器发送信号。在根据本发明的方法中，在受控设备的遥控接口模块中检测由转发器发送接口发送的电磁辐射以获得设备接收信号，所述设备接收信号被用作对设备进行控制的基础。
从属权利要求和随后的说明公开了本发明的特别有利的实施例和特征。
在本发明的一个特别优选的实施例中，转发器单元的无源转换单元包括无源整流器电路，从而在不使用任何有源组件的情况下把在检测器或接收天线处感生的AC电信号转换为DC信号。因此，在此描述的无源整流器电路可以简单地包括例如与电容器结合的高频二极管之类的无源组件，以产生平滑的DC开关致动信号，其信号强度足以致动灵敏的电开关。以此方式，可以按照完全无源的方式将由遥控单元发送的信号转换为转发器开关致动信号，以便将转发器的各个功能单元或模块连接至转发器电源。
近年来的技术发展已经导致了更好且更灵敏的电开关，例如MEMS（微型电动机械系统）开关，可以使用强度非常低的信号对其进行切换。不同于现有技术中的开关，这种开关不需要增压器（例如运算放大器）。因此，在本发明的一个实施例中，转发器开关包括可以由低强度转发器开关致动信号进行切换的MEMS开关。可替换地，转发器开关致动信号可以在转发器电源与转发器单元之间对CMOS FET进行切换。本领域技术人员已知这种开关的能力，因此无需在此进一步详细说明。
能够通过远程发送的信号来实现与电源的完全连接或完全从电源断开连接的优点并不限于转发器单元。显然地，能够被遥控单元控制的任何设备都可以享有在不使用时完全从电源断开连接的优点。因此在本发明的一个优选实施例中，受控设备的遥控接口单元包括无源信号转换单元和设备电源开关。因此，可以将设备接收信号无源地转换为开关致动信号，并且可以使用开关致动信号来致动设备电源开关，以便在操作模式与非活动模式之间对设备进行切换，在操作模式中，设备在操作期间从设备电源汲取电流，在非活动模式中，设备完全从设备电源断开连接，从而设备不汲取电流。在遥控接口单元中的无源信号转换也可以通过上述相同的方式来实现，即使用无源电路组件来获得设备开关致动信号。因此，可以优选地通过设备开关致动信号来切换或致动遥控接口单元的设备电源开关，以便在操作模式与非活动模式之间对受控设备进行切换，在操作模式中，设备在操作期间汲取电流，在非活动模式中，受控设备完全从设备电源断开连接，从而设备不汲取电流。同样地，设备电源开关可以是如上所述的MEMS开关或CMOS FET。可替换地，在本发明的又一实用实施例中，光隔离器或光耦合器（例如包括作为光源的LED和作为传感器的光电晶体管或光电三端双向可控硅（phototriac））可以被用作遥控接口的信号转换单元与设备之间的设备电源开关，这是因为光隔离器具有将信号转换单元与设备电隔离的有利优点。
正如已经指出的那样，用户可以通过例如在遥控单元上按下一个或多个适当的按钮以常规方式来控制设备。因此，在本发明的又一优选实施例中，遥控单元包括：用户界面，其用于输入控制输入；以及信号发生器，其用于根据控制输入来产生控制信号。在一种可能的实现方式中，例如，遥控单元可以包括专门的开/关按钮以用于向转发器单元发送特定信号，以便使得转发器单元连接至其电源或从其电源断开连接，而遥控单元的用户界面上的任何其他按钮或交互装置可以按照常规方式被指派给各项设备功能。然而，由于足够强度的电磁辐射能够用来激活转发器单元，因此这种专门的开/关按钮并不是明确必须的，并且转发器单元的操作原理可以简单地为在检测到任何转发器接收信号时就被激活（如果之前为停用的话）。然后，通过已经连接至转发器电源的转发器发送天线重新发送所检测到的信号。这种实现方式的优点是，可以利用现有的遥控单元和相应的设备来应用根据本发明的系统。
如上所述，很多已知的遥控单元通过红外接口与受控设备进行通信。为了使得通信能够成功，这些遥控单元需要设备处在其视线中。如上所述，根据本发明的系统和方法仍旧可以与这种遥控单元一起使用，以便激活已经从其电源断开连接的设备。因此，这种遥控单元优选地配备有能够产生射频信号的附加接口，该射频信号能够被转发器单元检测，然后被重新发送至具有相应的红外遥控接口模块的设备。例如，具有附加的射频信号发生器和发送天线的遥控单元能够被用于发出“唤醒”信号（其可以是低信号强度的）以用于由转发器单元检测，转发器单元将唤醒信号中继至预期设备。一旦设备电源开关已被致动从而将设备连接至其电源，遥控单元就可以被用于通过红外接口与现在处于操作中的设备进行通信。然而，在本发明的另一种实现方式中，转发器单元也可以包括红外接口以扩展遥控单元与通过红外控制信号受到控制的一个或多个设备之间的范围。这种转发器单元优选地配备有用于接收和中继红外信号的适当的红外接口。转发器单元还包括放大器，其用于在重新发送红外控制信号之前增强其信号强度，从而进一步扩展遥控单元与设备之间的相互作用范围。由于红外辐射的光束优选地被指向设备从而使得能够被正确地接收，所以在此实现方式中的根据本发明的转发器单元可以优选地被配置为在受控设备的方向上进行发送。可以例如通过用户手动地实施这种配置步骤。可替换地，为了更加易于使用，转发器单元可以包括透镜（例如分形透镜或菲涅耳透镜），以用于在更广的范围内传播红外信号，从而允许控制多个设备。
最近，具有射频接口的遥控单元被用于控制消费电子设备。这种类型的遥控不需要视线连接，从而在根据本发明的系统和方法中可以获得与基于红外的设备相比更大的范围。在此，转发器单元不仅将唤醒信号中继至设备，还可以用于根据用户输入中继由遥控单元发出的针对设备的任何控制信号。遥控单元不一定必须是手持设备，而可以是固定设备的一部分，例如以ZigBee布置安装在墙上的无线控制器。
显然地，利用这种遥控单元，根据本发明的系统并不限于使用单一的转发器单元。例如，在遥控单元与受控设备之间可以布置一系列转发器单元。这允许遥控单元的用户自由的走来走去，同时仍旧能够对设备进行遥控。转发器单元被布置成使得源自遥控单元的信号或者来自转发器单元的信号能够被最接近的转发器单元检测到，进而该最接近的转发器单元重新发送该信号。
在ZigBee环境或基于类似标准的环境中，例如分离的物理实体可以对遥控单元、转发器单元和设备的功能进行组合。例如，单一的物理实体可以是具有一种或多种设备功能的设备，并且还可以包括转发器单元以便将源自遥控单元的控制信号转发至另一个转发器单元或另一个设备。一种可能实现方式可以是在这种环境中可控的多个照明器材，其中多个照明器材（其可以被看作“设备”）当中的每一个都包括用于将控制信号转发至预期接收设备的转发器单元。
在根据本发明的系统的一种更简单的实现方式中，家庭娱乐系统可以包括位于中央的CD播放器，具有位于不同房间或不同楼层的扬声器布置。用户可以从任意房间使用遥控单元来控制家庭娱乐系统。有利地定位的多个转发器单元可以检测并重新发送源自遥控单元的控制信号。最接近设备（在本例中为CD播放器）的转发器单元将控制信号“递送”至设备的遥控接口单元。以此方式，用户可以舒适地控制处于任何距离的设备。
当转发器单元被用于转发或中继由遥控单元发出的信号时，所述信号本身可以实质上未经改变地被转发。然而，为了更好地保证预期设备能够检测到该信号，可以增加信号强度。因此，在本发明的又一实施例中，转发器单元的转发器信号模块优选地包括放大器，其用于对转发器接收信号进行放大以产生转发器发送信号。在此实施例中，具有更大信号强度的转发器发送信号可以被设备更好地检测到，从而允许覆盖更大的距离。
正如上面已经指出的那样，无源信号检测和转换与所描述的致动开关相组合的一个特定优点是，电子设备（诸如转发器单元）在不使用时可以完全从其电源断开连接。在检测到例如由遥控单元发出的适当的信号时，就可以发生这种停用。然而，这将会需要规范这种信号，并且需要使用专门的电路来识别转发器接收信号中的该信号。因此在本发明的一个特别优选的实施例中，转发器单元包括定时器模块，其用于在检测到转发器接收信号后经过了预定义的持续时间之后提供时间相关的输出信号，并且用于控制转发器开关致动信号，以便将转发器单元切换至非活动模式，在非活动模式中，转发器单元完全从转发器电源断开连接，从而转发器单元不汲取电流。每次检测到转发器接收信号时，都会触发定时器或计数器。一旦计数器或定时器达到预定义值（例如对应于5分钟、半小时的值或者任意适当的值），就可以驱动转发器开关致动信号以便将转发器单元从转发器电源断开连接。以此方式，用户不需要为停用转发器单元而执行任何附加的步骤。可替换地，在又一实施例中，定时器模块的功能可以与现有技术中的“待机”操作模式类型相结合，从而，在控制信号之间的时间间隔内，当定时器模块正在计数经过的时间时，可以将转发器单元的其他电路置于“待机”，从而使得该电路在“等待”下一个信号以进行中继时只汲取最少量的电流。如果在定时器还在计数时检测到另一个转发器接收信号，这使得电路恢复其“正常”操作，即中继该控制信号。如果经过预定义长度的时间而没有检测到任何转发器接收信号，则定时器模块可以如上所述地控制转发器开关以便将转发器单元切换至零功率状态。
为了向用户提供反馈，转发器单元可以配备有LED，每当激活转发器单元时，即每当转发器单元的电路模块被连接至其电源时，该LED点亮。以此方式，可以向用户确保转发器单元正在工作。当转发器电源再次被断开连接时（例如在已经经过预定义长度的时间之后），LED也自动关闭。
为了使得交换无线信号的设备之间的干扰最小化，通过各种标准来管理无线通信，尤其是指派将由不同类型的设备使用的频带的各种标准。例如局域网或个人区域网（LAN或PAN）中的无线通信（其范围长达100米）可以在ISM（国际科学与医学，International Scientific and Medical）频带中实现。因此，在本发明的一个特别优选的实施例中，由遥控单元产生并且由转发器单元重新发送的电磁信号包括其频率处于ISM频带中的高频信号。可以获得几个这样的频带，其中心频率处在2.45GHz、915MHz或5.8GHz。
根据在其中使用了根据本发明的系统的应用，或者根据转发器单元与设备之间的距离，还可以使用其他频带。例如，本系统的转发器单元可以被实现成工作在与短距离（Bluetooth）、中距离（ZigBee）或甚至长距离通信系统（DECT，GSM）应用兼容的频率处。可以容易地为期望在这些环境中使用的器具增加根据在此描述的系统和方法的“零功率”功能，从而通过允许这些器具被切换至真正的“关闭”状态并且被遥控再次接通，能够有利地减少在这种环境中的总体功耗。
能够连续地产生在遥控单元中所产生的射频信号，即作为没有中断的连续信号。然而，在本发明的一个优选实施例中，所述信号包括脉冲高频信号，即遥控单元的信号发生器输出一系列高频脉冲（这也许是借助于适当的电容器而实现的，正如本领域技术人员所已知的那样）。这种技术的一个优点是，延长了为信号发生器供电的电池的寿命。更重要的是，脉冲允许有效地增加电信号的能量（即幅度），从而改进了切换过程的可靠性。与此同时，可以保证不会超出信号的总体平均能量值，从而使得信号满足安全标准。还有，该技术允许增加信号范围。同样地，以此方式产生的信号可以具有预定义的持续时间，或者可以只要在用户利用遥控单元执行适当动作时就产生所述信号。根据本发明的转发器单元优选地被实现为重新发送这种脉冲信号。例如，转发器单元可以在不做修改的情况下重新发送信号，或者可以如上所述地进行放大。
因此，在本发明的一个特别优选的实施例中，不管转发器接收信号的性质如何，转发器发送信号的信息内容都对应于转发器接收信号的信息内容。换言之，所述信号模块被实现成使得包含在转发器接收信号中的任何信息都将在转发器发送信号中被转发。例如，在转发器接收信号中编码的任何设备标识符、设备代码、调制信息等优选地也被编码在转发器发送信号中。
正如上面已经指出的那样，可以采用根据本发明的系统和方法以允许用户控制多个设备。手持遥控单元能够用于控制多个设备，例如用户可以选择一条命令是针对电视机或是卫星接收器等。这种遥控单元可以产生在不同频率下调制的控制信号，其中不同的频率与特定的设备相关联。可替换地，针对不同设备的控制信号可以包括被调制为携带对应于受控设备的设备识别信息（诸如设备识别代码）的载波信号。这种设备识别代码可以是例如RFID（射频标识符）类型的代码，本领域技术人员对于RFID是熟悉的。当通过利用根据本发明的方法的遥控单元对几个设备进行控制时，或者更具体来说当使用单一的遥控单元对多于一个的设备进行控制时，这种识别方式可能是有利的。在此情况下，遥控单元可以配备有用于对不同设备进行寻址的不同的按钮，并且对于利用该遥控单元激活或停用的每个设备，根据设备识别信息来断开或闭合致动开关。因此，在本发明的又一优选实施例中，对接收信号进行解码以确定设备识别代码，并且根据设备识别代码来致动设备电源开关。例如，由转发器转发的信号可以被多个设备的遥控接口单元接收，但只有该信号所针对的设备的设备电源开关才真正被致动。
进一步扩展此概念，根据本发明的系统可以允许对于设备控制信号的“智能”转发。在使用多个转发器单元和许多可以对其进行控制的设备的系统中（类似于ZigBee系统）这是有利的。所述设备可以是例如办公楼中的照明器材、电子门锁、通风设备等。在这种情况下，根据本发明的转发器单元优选地被实现为只有当设备控制信号所针对的设备处在转发器单元的范围内时，转发器单元才重新发送设备控制信号。转发器单元的“范围”可以是其发送范围，但也可以是其“逻辑范围”。例如在ZigBee或类似环境中，如果转发器单元不能达到信号所针对的设备，则转发器单元可以选择不转发所检测到的信号。为此，可以在初始配置步骤对系统的各个转发器单元进行配置，从而使得每个转发器单元都“知道”哪些设备位于其发送范围之内。然后对转发器单元检测到的信号进行解码，并且只有当信号中的设备代码表明该信号是针对处在转发器单元的范围之内的某一设备时，该信号才被重新发送。在这种系统中，可以想见，设备控制信号不是从简单的手持遥控单元发出的，而可以是由系统控制器产生的，例如利用连接至射频发送器的计算机产生。
正如已经指出的那样，设备控制信号最初在遥控单元中产生，并且由遥控单元的发送天线发送。最简单的天线类型在所有方向上辐射，从而正被发送的信号的能量也分布在所有方向上。由此得出结论，只有很小一部分信号能量到达检测天线（在本例中为转发器单元的接收天线）。因此，这种信号将必须具有足够大的幅度以便被可靠地检测。这种简单天线的一个例子是偶极天线。然而，当使用定向天线时能够增大无线信号的范围，正如本领域技术人员已知的那样。适合于在短距离无线通信中使用的已有技术中的天线实例为贴片天线（patch antenna）或微贴片天线。可替换地，可以使用相控阵天线，例如在WO 2005/086281 A1中所描述的那样。因此，在根据本发明的系统中，遥控单元的发送天线可以包括定向天线，从而使得正被发送的信号能量实质上集中在一个主要的方向上。用户只需将遥控单元瞄准（距离最近的）转发器单元的大致方向，以使得信号能够被转发器单元可靠地检测到。
在又一优选发展中，发送天线的辐射特性与接收天线的辐射特性相匹配。这适用于遥控单元/转发器单元、转发器单元/转发器单元、以及转发器单元/受控设备的发送/接收天线对。在根据本发明的系统中的一个或多个这种天线对中，发送天线的辐射特性与对应的接收天线的辐射特性相匹配，使得源自发送天线的电磁辐射被对应的接收天线所最优地检测到。例如，辐射特性可以包括随后在发送/接收天线对中匹配的偏振特性。
根据本发明的转发器单元具有接收和发送功能。基本上来说，转发器单元重新发送其所接收的相同信号。因此，在根据本发明的又一优选实施例中，转发器单元包括在接收功能与发送功能之间共享的一个天线。为了允许转发器单元实质上同步地接收信号和重新发送放大之后的相同信号，可以采用适当的电子开关。可替换地，可以对转发器接收信号执行四分之一波变换以便允许使用共享天线。
通过下面结合附图的详细说明，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。然而应当理解，附图仅仅是出于示例说明的目的而设计的，而不是作为对于本发明的限定。
附图说明
图1示出了现有技术中的遥控单元和处于待机模式中的现有技术设备；
图2示出了根据本发明的系统的第一实施例；
图3示出了根据本发明的系统的第二实施例；
图4示出了根据本发明的系统的第三实施例；
图5示出了根据本发明的系统的第四实施例；
图6示出了根据本发明的转发器单元的一个实施例；
图7a示出了根据本发明的转发器单元中的信号转换单元的第一实现方式；
图7b示出了图7a的电路的电压对功率比的示图；
图8a示出了根据本发明的转发器单元中的信号转换单元的第二实现方式；
图8b示出了图8a的电路的电压对功率比的示图；
图9a示出了根据本发明的系统中的受控设备的遥控接口单元中的信号转换单元的一种实现方式；
图9b示出了图9a的电路的电压和电流对功率比的示图。
在附图中，相同的编号自始至终表示相同的对象。附图中的对象不一定是按比例绘制的。
具体实施方式
图1示出了现有技术中的情况，其具有可遥控设备8（在本例中为电视机）和遥控单元2，通常由用户（未示出）在离开设备8的可变距离d处操作遥控单元2。用户在遥控单元2上按下特定的按钮以接通设备8、改变设备设定（例如改变频道或者调节扬声器音量）、或者将设备8置于待机模式。所示出的现有技术中的遥控单元2通过产生作为电磁辐射4进行发送的射频控制信号进行操作。当遥控单元2是针对设备8时，设备8中的适当接口6可以检测到信号4，并且将信号4转换为适当的设备控制信号。在现有技术的系统中，只有当距离d没有超过遥控单元2的范围R时，设备8才会检测到由遥控单元2发出的信号。换言之，如果用户移动遥控单元2离开设备8太远了以至于设备8处在遥控单元2的范围R之外，则遥控单元2发出的任何信号都将被大大衰减以至于这些信号不再能被设备8的遥控接口6可靠地检测到。
设备8从电源汲取电流，所述电源在图中由市电插座7表示。当处于待机模式时，设备8没有完全从市电断开连接，这是因为接口6需要少量的电力以便能够对于来自遥控单元2的激活信号4做出反应。此外，典型的“待机LED”5连续地汲取少量电流，只要设备8处于待机模式中，“待机LED”5就会发光。如果用户希望使得设备8在不使用时完全从电源断开连接，他必须直接这样做，例如通过按压设备8自身上的开/关按钮，或者通过在市电插座7处拔出设备8的插头。
图2示出了根据本发明的系统1的第一实施例。系统1的主要元件是转发器单元10、受控设备D、以及遥控单元30，遥控单元30用于通过射频信号发出设备控制命令。遥控单元30可以是普通类型的手持单元。设备D可以是任何适当的设备，例如连接至市电电源P20的消费电子设备（诸如电视机、卫星接收器、照明器材等），并且在此被示出为具有有效负载24，其表示设备D在操作期间的负载。设备D还可以是能够在例如ZigBee或Bluetooth设置中进行控制的任何设备。出于清楚的目的，相对于其他组件着重强调了遥控单元30、转发器单元10和设备D的有关组件，从而可以更好地解释其功能。
转发器单元10可以是实质上置于遥控单元30与受控设备D之间的紧凑单元，例如转发器单元10可以以不易引人注意的方式粘附于天花板上。转发器单元10具有其自己的电源P10，其可以是任何适当的电源（诸如电池、太阳能电池、或市电电源）。当不使用时，即当转发器单元10非活动时，其完全从转发器电源P10断开连接。当使用时，即当转发器单元10被激活时（如下面将详细解释的那样），转发器电源P10连接至转发器10的需要电源以便进行操作的模块。
可以按照常规方式为遥控单元30供电，例如使用电池组32、压电传感器等。为了选择设备D的功能，用户（未在图中示出）可以使用遥控单元30的接口31（例如按钮阵列）。当按下一个按钮时，对应的控制信号33作用于开关34以便将电力连接至信号发生器36，从而导致信号发生器36产生电信号35，电信号35进而导致遥控单元30的发送天线T30相应地谐振，从而通过发送天线T30发送电磁辐射EM1。只要用户在接口31上按压按钮，信号发生器36就可以连续产生电信号35以作为脉冲信号（以增加信号能量），或者作为被调制成携带诸如RFID代码之类的设备识别信息的载波信号。本领域技术人员知道如何能够实现适当的信号发生器36以实现这些功能，因此无需在此进一步详细描述。
由遥控单元30发送的电磁辐射EM1到达转发器单元10，在此引起检测器R10（在本例中为转发器接收天线R10）相应地谐振，从而产生AC转发器接收信号11。在信号转换单元12中，转发器接收信号11被无源地转换为DC转发器开关致动信号31。如果转发器10之前为非活动的，则开关S10将已经处于断开状态，即转发器电源P10之前将已经完全从转发器10的各个模块断开连接，从而转发器10没有部件正在汲取任何电流。然而，一旦如所描述的那样产生转发器开关致动信号13，开关S10就会闭合，并且将转发器单元10的各个模块连接至其电源P10。
然后，可以通过转发器单元10将转发器接收信号11（其实质上对应于响应用户输入而产生的控制信号33）转发至控制信号33所针对的设备D。为此，转发器接收信号11被传递到转发器单元10的信号模块14，在信号模块14中可以对转发器接收信号11进行放大或进行其他处理，以给出转发器发送信号15，转发器发送天线T10进而将转发器发送信号15作为电磁辐射EM2发送。
通过在转发器单元10的相关模块14、T10中适当选择电气组件或电子组件，所发送的电磁辐射EM2可以具有至少与由遥控单元30最初发送的电磁辐射EM1相同的能量。例如，信号模块14可以包括放大器。以此方式，在转发器单元10的部分没有任何显著的附加功耗的情况下，遥控单元30与设备D之间的可以被射频设备控制信号所覆盖的范围可以被有利地增加，这是因为只有当接收天线R10检测到由遥控单元30发出的信号时，才激活转发器单元10，即将其连接至其电源P10。
在设备端处，由检测器（在本例中为接收天线R20）检测电磁辐射EM2，以给出设备接收信号21。以常规方式通过该设备的遥控接口单元21的设备控制接口27对设备接收信号21进行解码或处理，设备控制接口27相应地产生设备控制信号28，例如如果设备D是电视机，则设备控制信号28是用以改变频道或调节音量。本领域技术人员知道这种设备控制接口27的功能，因此无需在此进一步详细描述。
图3示出了根据本发明的系统1的第二实施例。同样地，遥控单元30被用于以电磁辐射EM1的形式经过自由空间发出控制信号以便控制设备D。在遥控单元30与设备D之间的转发器单元10可以检测由遥控单元30发出的电磁辐射EM1，并将其转发至设备D。
在此，设备D不仅具有设备控制接口27，而且还包括带有无源信号转换单元22和开关S20的遥控接口单元20，以便将设备D完全连接至其电源P20或者将设备D完全从其电源P20断开连接。无源信号转换单元22和开关S20的功能实质上与转发器单元10中的相应单元12、S10相同。实际上，转发器信号转换单元12和设备信号转换单元22中的电气组件可以是相同的。然而，由于设备D通常给出更大的负载24，所以应当相应地选择设备电源开关S20。
所示系统的具有这样的优点，设备D在不使用时也可以完全从其电源P20断开连接（例如，当用户在遥控单元30上按下“关”按钮时），并且通过遥控单元30发出的信号35（例如，当用户在遥控单元30上按下“开”按钮时）仍旧可以在比使用现有技术中的遥控单元30所可能达到的更长范围内容易地激活设备D，这要归因于对遥控单元30发出的射频设备开/关信号进行放大并重新发送的转发器单元10。
可以通过在系统的遥控单元和（多个）设备之间使用更多的转发器单元来进一步增大由设备控制信号覆盖的范围。图4示出了这种实现方式的一个示例。在此，遥控单元30将用户输入转换为电磁辐射EM1，最接近遥控单元30的第一转发器单元10检测到电磁辐射EM1。该第一转发器单元10检测、放大该信号并将其作为电磁辐射EM2重新发送，进而由距遥控单元30更远但更接近设备D的第二转发器单元10检测到电磁辐射EM2。该第二转发器单元10放大该信号并将其作为电磁辐射EM2’重新发送，设备D最终检测到电磁辐射EM2’。根据设备D的开/关状态以及控制信号内容，设备D的遥控接口20可以使得设备连接至其电源、可以使得设备完全从其电源断开连接、或者可以产生设备控制信号以根据用户所选择的功能驱动设备。图4还示出了第二设备D’，其也可以由相同的遥控单元30来控制。在此，第二设备D’可以检测到源自第一转发器单元10的电磁辐射EM2。
图5示出了根据本发明的系统1的第四实施例。同样地，遥控单元30被用于控制设备D。在遥控单元30与设备D之间的转发器单元10可以检测由遥控单元30发出的电磁辐射EM1，并将其转发至设备D。
在此实施例中，遥控单元30包括具有红外二极管38的红外接口37。遥控单元30还包括射频信号发生器36和发送天线T30，正如上面所描述的那样。为了清楚起见，没有在图中示出遥控单元30的电池，但应当理解遥控单元30包括电池。在此，遥控单元30可以产生用于通过发送天线T30发送的射频设备开/关信号33，和用于通过红外二极管38发送的红外设备功能控制信号39。可以在用户界面31中以常规方式产生这些信号33、39，例如通过使用专门的按钮，诸如开/关按钮、频道选择按钮等。
设备D不仅包括用于检测并解释源自遥控单元30的红外信号的红外设备控制接口27，还包括用于将设备D完全从其电源P20断开连接的遥控接口单元20和开关S20，正如上面的图3所描述的那样。第二信号转换单元22将设备接收信号21转换为设备开关致动信号23。
转发器单元10还可以被用于扩展遥控单元30与设备D之间的距离，在此示例中，设备D“只”具有红外接口。为此，转发器单元10也可以配备有用于接收和中继红外信号的红外接口（未在图中示出），以及如上所述的射频接口。以此方式，这种转发器单元10可以容易地检测源自遥控单元30的红外信号，并且将其重定向到所期望的设备D。显然地，在这种遥控单元与转发器单元10之间以及在转发器单元10与设备D之间需要视线可达。
在上面借助图2至图5所描述的转发器单元的实施例中，只要检测到转发器接收信号11就可以闭合开关S10。只要转发器接收信号11达到空值水平，所述开关就可以再次断开。然而，可能方便的做法是保持开关S10闭合更长一段时间，以便增强用户与设备之间的遥控交互的性能。通过能够在预定义的持续时间之后将其自身关闭（即断开其电源开关）的转发器单元可以进一步增强本发明的目的，即在遥控系统中提供增大的范围并且提供改进的用户交互，同时保持最小的功耗。在图6中示出了这种转发器单元10的一个实施例。在此，转发器单元10包括已经描述的组件和模块（信号转换单元12、转发器开关S10、接收天线R10和发送天线T10、信号发生器14）和附加的定时器模块17。如上所述，被接收天线R10检测并被无源地转换为转发器开关致动信号13的信号致动向转发器的非无源部分（在图中由虚线围绕的部分）进行供电的开关S10。因此，一旦闭合开关S10，就触发了定时器模块17。定时器模块17可以包括一个计数器，该计数器具有对应于时间限制的所存储的预定义上限值。一旦达到该预定义值，定时器模块17就发出开关控制信号16以使得开关S10再次被断开。以此方式，转发器单元10可以在最后一次检测到转发器接收信号后经过了预定义时间（例如几分钟）之后完全从其电源P10断开连接。这可以允许在不把转发器单元10从其电源P10断开连接的情况下将来自遥控单元的一连串控制信号重新发送至设备。这种持续时间对于用户配置家庭娱乐系统可能是足够的，例如开启CD播放器并选择音轨，或者开启电视机和卫星接收器并选择频道。在此之后，转发器单元10可以再次在其非活动状态中“休眠”，从其电源P10断开连接。用户下一次在遥控单元（未在图中示出）上按下按钮时，再次闭合开关S10并且再次激活转发器单元10。
在下文中，将使用图7a、7b、8a、8b、9a和9b通过示出源自被遥控单元的发送天线发送并被转发器单元检测的控制信号的电磁辐射水平来描述转发器单元中的无源信号转换。但应当理解，所描述的电路可以同样好地应用于对源自转发器单元并被受控设备的遥控接口单元中的接收天线检测的电磁信号进行信号转换。在转发器单元和遥控接口单元两者中，都可以按照下面将要描述的那样实现无源信号转换电路。然而，对于开关的选择则依赖于受控设备所给出的有效负载，该负载可能会比转发器单元的负载大很多。
图7a示出了用于转发器单元或受控设备的遥控接口单元中的无源转换单元的第一实现方式。在此，检测天线R10检测到电磁辐射EM1，天线R10谐振以在接收侧给出感应AC信号，然后通过去耦电容器100（其具有1.5pF电容）将感应AC信号去耦以给出转发器接收信号11。转发器接收信号11被整流二极管101（例如安捷伦科技（Agilent Technologies）的HSMS285x系列Schottky二极管）整流。在此之后，具有47pF电容的平滑电容器103对经过整流的输出进行平滑以给出转发器开关致动信号13。具有10kΩ电阻的小电阻器102允许最小的电流流过无源转换单元。在操作期间从电源P10汲取电流的转发器单元10的各元件由电阻性负载14表示。
图7b示出了在平滑电容器103两端测量的电压U（以伏特为单位）对由发送天线T30发送的电磁辐射EM1的功率比（以dBm为单位）的示图。从图中可以看出，当遥控单元30在20dBm处提供电磁辐射EM1时，在平滑电容器103两端可以获得大约1.77V的电压。该电压足够致动MEMS开关S10。当该开关S10闭合时，负载14连接至电源P10，并且当开关S10断开时，负载14从电源P10断开连接。
如图8a所示，可以使用替换的无源转换电路来获得更高电压的整流后的信号。在此，由具有22nH电感的电感器105与去耦电容器100（1.5pF）一起给出一个谐振电路。这些值被选择为使得接收器侧的感应信号的频率与发送侧实质上相同，对于谐振电路使用已知的函数：
Figure 2010800123020100002DEST_PATH_IMAGE002
其中L是谐振电路的电感器的电感，C是谐振电路的电容器的电容。选择组件105、100的值，使得感应信号的频率fc与在遥控单元30中产生的信号的频率实质上相同（在本例中为876MHz）。谐振电路之后是相同的整流器电路组件，即如上图7a所示的整流二极管101和平滑电容器103。
该电路在平滑电容器103两端得到更高的电压，同时在发送侧需要较低的信号能量水平。在此示例中，也可以将MEMS（微型电动机械系统）用作开关S10。如从图8b的示图中可以看出的那样，在只有10dBm的信号功率处就获得大约1.76V的电压。这有利地对比于使用图7a中的电路获得的值。这意味着即使对于发送侧的功率相对较低的信号，开关S10也可以被可靠而精确地切换。
还可以想见，转发器单元可以连接至市电电源而不使用电池或太阳能电池。在这种实现方式中，需要对高于MEMS开关能够忍受的电压进行切换，从而可以使用半导体开关，如图9a所示。在此示例中，所述半导体开关包括晶体管开关S10（诸如安捷伦科技的HBFP0450）。晶体管开关S10能够对更大的负载进行切换。需要在此处强调的是，只是非常简单地略述了此示例中的电路，还将需要其他组件和电路来使得转发器单元从市电电源P10断开连接或者使得低压半导体电路与设备侧的高压电路对接。这对于本领域技术人员是已知的，因此无需在此详细描述。
图9b示出了对应的电压U（以伏特为单位，虚线）和负载电流I（以毫安为单位，虚线）对功率比（以dBm为单位）的示图。从图中可以清楚地看到，即使只有10dBm的信号功率也足以在平滑电容器103两端获得0.915V的电压，并且允许28mA的电流流过负载14。所获得的电压值和电流值仅比分别在20dBm（0.937V，29mA）和30dBm（0.962V，29mA）的信号功率比处获得的值略小。
该电路解决方案还在转发器单元10关闭时将转发器单元10从市电电源P10断开连接。当转发器单元10关闭时，该电路不汲取任何电流。只有当转发器单元10开启时，所述半导体电路才将消耗很小量的功率，与根据现有技术解决方案的处于待机模式的典型消费电子设备耗散的待机功率相比可以忽略不计。
尽管以多个优选实施例的形式公开了本发明，但应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下可以对所描述的各实施例做出附加的修改或变形。例如，在特定条件下，到达转发器单元或遥控接口单元的信号可能相对较弱。较弱的输入导致对应较低的DC信号水平，从而信号强度可能不足以例如致动开关。因此，转发器单元或遥控接口模块的整流器输出处的较弱DC信号可以在信号转换单元中通过适当的倍压器或电压倍增器而被升压，以提供更强的输出信号。这种电压倍增器的一个示例是Villard级联电路，其包括电容器和二极管的布置。其他可替换的倍压器电路也是可以的，正如本领域技术人员所清楚的那样。
为了清楚起见，应当理解，在本申请中通篇使用的“一”或“一个”并不排除多个，“包括”并不排除其他步骤或元件。除非另行声明，否则“单元”或“模块”可以包括多个单元或多个模块。

Claims (14)

1. 一种用于控制设备（D，D’）的系统（1），该系统包括
遥控单元（30），其用于以电磁辐射（EM1）的形式发送信号（35），转发器单元（10），该转发器单元包括：
检测器（R10），其用于检测电磁辐射（EM1，EM2）以获得转发器接收信号（11）；
第一信号转换单元（12），其用于无源地将转发器接收信号（11）转换为用于致动第一开关（S10）的转发器开关致动信号（13），以便在非活动模式与操作模式之间对转发器单元（10）进行切换，在所述非活动模式中，转发器单元（10）完全从第一电源（P10）断开连接，从而转发器单元（10）不汲取电流，在所述操作模式中，转发器单元（10）从第一电源（P10）汲取电流；
信号模块（14），其由第一电源（P10）供电，以便根据转发器接收信号（11）来产生转发器发送信号（15）；
转发器发送接口（T10），其用于以电磁辐射（EM2，EM2’）的形式发送转发器发送信号（15），
以及受控设备（D，D’），所述受控设备（D，D’）包括遥控接口单元（20），其用于检测由转发器发送接口（T10）所发送的电磁辐射（EM2，EM2’）以获得设备接收信号（21）。
2. 根据权利要求1的系统（1），其中，转发器单元（10）的第一信号转换单元（12）包括无源整流器电路。
3. 根据权利要求1或2的系统（1），其中，遥控接口单元（20）包括
设备接收天线（R20），其用于检测电磁辐射（EM2，EM2’）以获得设备接收信号（21）；
第二信号转换单元（22），其用于无源地将设备接收信号（21）转换为设备开关致动信号（23）；
以及
设备电源开关（S20），其用于被设备开关致动信号（23）致动，以便在操作模式与非活动模式之间对受控设备（D，D’）进行切换，在所述操作模式中，设备（D，D’）在操作期间汲取电流，在所述非活动模式中，受控设备（D，D’）完全从设备电源（P20）断开连接，从而设备（D，D’）不汲取电流。
4. 根据权利要求3的系统（1），其中，遥控接口单元（20）的第二信号转换单元（22）包括无源整流器电路，其用于无源地将设备接收信号（21）转换为设备开关致动信号（23）。
5. 根据前述任一项权利要求的系统（1），其中，遥控单元（30）包括
用户界面（31），其用于输入控制输入（33）；
信号发生器（36），其用于根据控制输入（33）来产生控制信号（35）；
以及
发送接口（T30），其用于以电磁辐射（EM1）的形式发送控制信号（35）。
6. 一种转发器单元（10），其用于重新发送源自遥控单元（30）的针对受控设备（D，D’）的信号，所述转发器单元（10）包括：
检测器（R10），其用于检测电磁辐射（EM1，EM2）以获得转发器接收信号（11）；
第一信号转换单元（12），其用于无源地转换转发器接收信号（11）以获得用于致动转发器开关（S10）的转发器开关致动信号（13），以便在非活动模式与操作模式之间对转发器单元（10）进行切换，在所述非活动模式中，转发器单元（10）完全从转发器电源（P10）断开连接，从而转发器单元（10）不汲取电流，在所述操作模式中，转发器单元（10）从转发器电源（P10）汲取电流；
信号模块（14），其由转发器电源（P10）供电，以便根据转发器接收信号（11）来产生转发器发送信号（15）；
转发器发送接口（T10），其用于以电磁辐射（EM2，EM2’）的形式发送转发器发送信号（15）。
7. 根据权利要求6的转发器单元（10），其中，转发器信号模块（14）包括放大器电路，其用于对转发器接收信号（11）进行放大以给出转发器发送信号（15）。
8. 根据权利要求6或7的转发器单元（10），其中，信号模块（14）被实现为使得转发器发送信号（15）的信息内容对应于转发器接收信号（11）的信息内容。
9. 根据权利要求6至8中任一项的转发器单元（10），其包括定时器模块（17）以用于在检测到转发器接收信号(11)后经过了预定义的持续时间之后提供时间相关的输出信号（16），并且用于控制转发器开关（S10）以便将转发器单元（10）切换至非活动模式，在所述非活动模式中，转发器单元（10）完全从转发器电源（P10）断开连接，从而转发器单元（10）不汲取电流。
10. 一种控制设备（D，D’）的方法，该方法包括以下步骤
以电磁辐射（EM1）的形式从遥控单元（30）发送控制信号（35）；
在转发器单元（10）中利用转发器接收单元（12）检测电磁辐射（EM1，EM2）以获得转发器接收信号（11）；
无源地将转发器接收信号（11）转换为转发器开关致动信号（13）；
使用转发器开关致动信号（13）致动转发器单元（10）的转发器开关（S10），以便在非活动模式与操作模式之间对转发器单元（10）进行切换，在所述非活动模式中，转发器单元（10）完全从转发器电源（P10）断开连接，从而转发器单元（10）不汲取电流，在所述操作模式中，转发器单元（10）从转发器电源（P10）汲取电流；
使用转发器电源（P10）以驱动转发器单元（10）的信号模块（14）根据转发器接收信号（11）来产生转发器发送信号（15）；
利用转发器单元（10）的转发器发送接口（T10）以电磁辐射（EM2，EM2’）的形式来发送转发器发送信号（15）；
以及
利用受控设备（D，D’）的遥控接口单元（20）检测由转发器发送接口（T10）发送的电磁辐射（EM2，EM2’）以获得设备接收信号（21）。
11. 根据权利要求10的方法，其中受控设备（D，D’）包括设备电源（P20）和设备电源开关（S20），并且致动受控设备（D，D’）的设备电源开关（S20）的步骤包括无源地将设备接收信号（21）转换为设备开关致动信号（23）以及使用设备开关致动信号（23）致动开关（S20）以便在操作模式与非活动模式之间对设备（D，D’）进行切换，在所述操作模式中，设备（D，D’）在操作期间从设备电源（P20）汲取电流，在所述非活动模式中，设备（D，D’）完全从设备电源（P20）断开连接，从而设备（D，D’）不汲取电流。
12. 根据权利要求10或11的方法，其中，要被发送的信号（15,35）包括ISM频带中的高频信号（15,35）。
13. 根据权利要求10至12中任一项的方法，其中，根据设备识别代码来产生要被发送的信号（15,35），所述设备识别代码与具体的受控设备（D，D’）相关联。
14. 根据权利要求13的方法，其中，对设备接收信号（21）进行解码以确定设备识别代码，并且根据设备识别代码来致动受控设备（D，D’）的开关（S20）。
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