CN104112347A - 具有无线功能的温控器的窃电 - Google Patents

Abstract

揭示了用于为具有无线功能的温控器窃取电能的设备、系统和方法的示例性实施例。在示范性实施例中，具有无线功能的温控器大体上包括具有无线网络接口的控制器，该无线网络接口依据工作周期将温控器间歇地连接在无线网络中，该工作周期具有连接时间和睡眠时间，在连接时间中温控器被连接在无线网络中，在睡眠时间中温控器未被连接在无线网络中。温控器的窃电电路通过环境控制系统的“在线模式”负载窃取电能以为电容器或其它储能装置充电，以为无线网络接口提供电能。控制器依据用于将电容器或其它储能装置充电至阈值电压的时间来调节至少睡眠时间。

Description

具有无线功能的温控器的窃电

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2013年5月3日的第13/886,797号美国专利申请的优先权，其主张提交于2013年4月22日的第61/814,776号美国临时申请的权益，在此结合以上申请的全部揭示内容作为参考。

技术领域

本揭示内容大体上涉及窃电，并更尤其(但非排他性地)涉及用于具有无线功能的(wireless-enabled)温控器的窃电(power stealing)。

背景技术

本章节提供了涉及本公开的背景信息，其无需为现有技术。

在环境控制系统中的数字温控器通常具有微型计算机和其它持续用电的组件。当前可用的许多温控器还具有无线通信的能力。这样的温控器(在此被称为“具有无线功能的”温控器)可与例如在网络中的一个或多个传感器无线连接，以在家中或其它建筑中提供环境控制。

发明内容

本章节提供本公开的一般概要，并且不是其全部范围或者其全部特征的全面公开。

依据不同方面，揭示了用于具有无线功能的温控器的窃电的设备、系统和方法的示例性实施例。在示范性实施例中，用于环境可控制系统的具有无线功能的温控器通常包括具有无线网络接口的控制器，该无线网络接口被配置成依据工作周期(duty cycle)将温控器间歇地连接在无线网络中，该工作周期具有连接时间和睡眠时间，在连接时间中温控器连接在无线网络中，在睡眠时间中温控器未被连接在无线网络中。该温控器的窃电电路被配置成通过环境控制系统的“在线模式(on-mode)”负载窃取电能，并为电容器或其它储能装置充电，以为无线网络接口供电。该控制器被配置成依据用于将电容器或其它储能装置充电至阈值电压的时间来调节至少睡眠时间。

在另一个示例实施例中，用于环境控制系统中的具有无线功能的温控器包括具有无线网络接口的控制器，该无线网络接口被配置成依据工作周期将温控器间歇地连接在无线网络中，该工作周期具有连接时间和睡眠时间，在连接时间中温控器连接在无线网络中，在睡眠时间中温控器未被连接在无线网络中。窃电电路被配置成在随通过“在线模式”负载的电流而变化的时间段内通过环境控制系统的“在线模式”负载窃取电能以为储能装置充电，从而为无线网络接口提供电能。该控制器被配置成依据该变化的时间段调节至少睡眠时间。

在一个实施例中，同样公开的是示例方法，其一般包括控制温控器的无线网络接口以依据工作周期将温控器间歇地连接在无线网络中，该工作周期具有连结时间和睡眠时间，在连接时间中温控器连接在无线网络中，在睡眠时间中温控器未被连接在无线网络中。该方法包括：通过环境控制系统的“在线模式”负载窃取电能；使用窃取的电能为储能装置充电以向该无线网络接口提供电能；并依据将储能装置充电至阈值电压的时间调节至少睡眠时间。

更多可适用的范围将从本文中提供的描述而变得显而易见。该概述中的描述和特定示例仅用于说明的目的，而不意图限定本公开的范围。

附图说明

在此所描述的附图仅用于对所选实施例而非所有可能的实施方式的说明目的，并且不意图限制本公开的范围。

图1是依据本公开的示例性实施例的示例性环境控制系统的示图，该环节控制系统包括温控器；

图2是依据本公开的示例性实施例的示例性窃电电路的示图；

图3是依据本公开示例性实施方式控制无线温控器网络连接的实施控制的方法的流程图。

贯穿附图中的若干个视图，相应的参考数字指示相应的部件

具体实施方式

现在将参考附图更充分地描述示例性实施例。

发明人已经认识到，当前可用的无线启动式温控器一般需要持续的电力。不同的数字温控器利用“离线模式”窃电来获取工作电力。也就是说，当环境控制系统负载(例如，压缩机、风扇或气阀)已被关断时，可从该“离线模式”负载的电路中窃电以供电给温控器。但是，具有无线功能的温控器消耗的电力比通常可从电池获得或可从当前使用的窃电方法获得的电力更多。具有无线功能的温控器一般被连接至环境控制系统变压器的“火线”(例如R线)和公共线(例如C线)，使得可获取整个变压器的电压来供电给温控器的无线能力。

但是，本发明者还注意到，大部分现有煤气炉应用并不使用C线。而且，经常发生的是在从环境控制系统的变压器延伸到温控器的线束中并未提供C线。在这样的情况下，屋主或租房者可能发现，为了能够安装具有无线功能的温控器，需要例如穿过墙壁和/或其它设施拉一根C线。

因此，发明者在此开发并公开了用于为具有无线功能的温控器窃电的设备、系统和方法的示例性实施例。在一些实施例中，提供了一种具有无线功能的温控器，其中可通过经由处于“在线”模式的负载(例如，当温控器用于冷却时经由压缩机，和/或，例如，当温控器用于加热时经由气阀)从变压器进行的窃电来供电给无线接口。

现在参考附图，图1示出了实施本公开的一个或多个方面的环境控制系统10的示例性实施例。如图1所示，环境控制系统10包括两个电源，例如，两个变压器14和18，用于分别供电给加热子系统22和冷却子系统24。该加热子系统变压器14具有火线(通常为24伏)侧28和公共(即中性)侧30。冷却子系统变压器18具有火线(通常为24伏)侧32和公共(即中性)侧34。冷却子系统24包括被连接在变压器18的公共侧34上的风扇38和压缩机42。加热子系统22包括炉气阀46，其被连接在加热子系统变压器14的公共侧30上。在本示例中，C端设置成来自例如与变压器18的公共侧34连接的公共C线。在本公开的不同实施例中，不使用甚至不设置C线。

在一个示例实施例中，温控器50被设置成控制环境控制系统10的工作。温控器50可激活一个或多个继电器和/或其它开关装置(图1中未示出)来激活加热子系统22或冷却子系统24。当例如使用者操作温控器50以导致环境控制系统10提供加热时，温控器50通过使用继电器或其它开关装置将“火线”端(“hot”terminal)RH连接到负载端W来开启加热子系统22和气阀46。为了提供冷却，温控器50可以通过使用一个或多个继电器或者其他开关装置将“火线”端RC连接到负载端Y和/或G来开启压缩机42和/或风扇38。

示例窃电电路60可从变压器14和/或18获取电能用于温控器50。在本公开的不同实施例中，且如下面进一步说明的，窃电电路60可利用“在线模式”窃电。所窃取的电能，可被用于供电给温控器50的一个或多个组件，包括但不需限于具有处理器66和存储器68的控制器64及无线网络接口70(例如，网络接口卡(NIC))。无线网络接口70被配置成提供在无线网络中与温控器50的间歇连接，该无线网络例如为家用网络，使用者可通过该网络与能量管理公司通信，并通过使用与温控器50的连接来管理家中的环境控制器。在不同的实施例中，温控器50可依据工作周期(duty cycle)与无线家用网络连接。该工作周期具有连接时间和睡眠时间，在连接时间中温控器50被连接在无线网络中，在睡眠时间中温控器50处于“睡眠”状态，即，未被连接在无线网络中。例如，在例如30秒的连接时间中温控器50可与无线网络相连接，此后在例如30秒的睡眠时间中温控器50睡眠，等。

窃电电路60被配置成通过环境控制系统10的“在线模式”负载窃取电能以在工作周期的连接时间期间至少为无线网络接口70供电，如下面进一步说明的。一般地应该注意到，依据本公开内容的不同方面的温控器的实施例和/或窃电电路的实施例可安装在其它类型的环境控制系统中，包括但不限于具有单个变压器的系统、纯加热系统、纯冷却系统、加热泵系统等。在一些实施例中，C端可设置成例如来自变压器14的公共侧30。在一些其它实施例中，温控器可不具备与公共C线的连接。而且，图1所示的环境控制系统10提供单级加热和单级冷却。但是在其它实施例中，如本文所说明的具有窃电电路的温控器可设置在具有多级加热和/或冷却的环境控制系统中。

窃电电路的一个示例实施例在图2中由参考编号100指示。该窃电电路100可适于在多个环境控制系统类型中任意一种的温控器中使用，该环境控制系统例如是具有单个变压器的系统、两个变压器的系统、纯加热系统、纯冷却系统、加热泵系统，等。窃电电路100可被配置成通过一个或多个环境控制系统负载窃电。在不同实施例中，窃电电路100被配置成从处于“在线”模式的负载窃电。

在图2所示的示例实施例中，窃电电路100被配置成从例如通过包括窃电电路100的温控器控制的加热子系统窃电。当例如使用者操作该温控器来提供加热时，温控器控制器104通过闭合继电器108以将“火线”端RH连接至负载端W而开启加热子系统气阀。窃电电路100包括电流传感器116(例如，限幅电路)、降压电流互感器(step-down current transformer)120，以及整流器124(例如，全波整流器)。在一些实施例中，可使用半波整流器。整流器124被连接在高电压电容器130(或其它储能装置)和调节器电路134(例如，降压电路)两端以向温控器的无线网络接口140提供输出138。调节器电路134可被配置成将电容器电压降至可与无线网络接口140兼容的水平。该输出138可以是例如3.3VDC的电压。

随着整流电流流过整流器124，电容器130开始被充电。当电容器130被充电至例如阈值电压时，调节器电路134输出足以通过网络接口140产生并至少临时保持网络连接的电能。在不同实施例中，电容器130一般用时最多30秒来充电至阈值电压。电容器130两端的电压Vmon由控制器104监控，控制器至少部分基于电容器电压来控制无线网络接口140。控制器104还至少部分基于工作周期来控制无线网络接口140，如前面参考图1所讨论的。

用于控制通过网络接口的温控器网络连接的一个示例控制执行的方法在图3中通过参考编号200大体不是，并应参考图2所示的窃电电路进行说明。在处理步骤204中，控制器104将用于工作周期睡眠时间的定时器设定为例如30秒，并且导致温控器“睡眠”。在处理步骤208中，确定定时器是否已经到期和/或电容器130是否已经充电至阈值电压。在这两个事件中的一个或两个中，温控器在处理步骤212中“醒来”，以将用于工作周期连接时间的定时器设定成例如30秒，与无线网络连接，并可以通过网络发送和/或接收信息。因此，控制器104可依据将电容器130充电至阈值电压的时间来调节至少睡眠时间。当定时器到期时，控制器可返回处理步骤204，其中定时器被重置并且温控器返回睡眠。如果在处理步骤208中，定时器仍在工作并且电容器还未被充电至阈值电压，则控制器返回处理步骤208。

随着W线上的负载电流升高，可从电流互感器120获得更多电流。因此与可获得的电流量较低的情况相比，电容器130可更快地被充电，并可更快达到阈值电压。在这样的时期，与仅遵守预定工作周期相比，温控器可通过网络连接周期被更快地循环，并且被连接在网络中的时间可更长。通过这种方式，执行示例方法200自动调节网络连接的工作周期。可窃取的电能越多，网络连接可被越频繁地循环，从而降低连接到和/或断开网络的延迟时间。在不同实施例中，可针对例如不同类型的调节器电路，包括但不限于，降压电路、升压电路、转换电路、集成电路，等，使用不同电容器和阈值电容电压。额外地或备选地，可提供不同的工作周期来适应例如不同的电容器充电时间。在不同实施例中，温控器可包括电池，以在窃电不可用的情形下提供备用电能。额外地或备选地，在一些示例实施例中，可同时从例如“在线模式”负载以及“离线模式”负载窃电。

前述温控器和窃电电路的实施例并不需要公共线来为无线功能提供电能。而且，温控器窃电电路的电容器可被用作充电和放电的电能储蓄器，使得可向温控器提供用于网络更新的间歇的无线网络连接。在加热和冷却负载都可用于窃电的环境控制系统中，可几乎连续地供电给无线温控器无线电设备(即，在比睡眠时间段长的工作周期连接时间段中被供电)。此外，公开了包括电容器的示例性实施例。在备选实施例中，除电容器以外，还可使用其它储能装置，诸如充电电池，等。

示例性实施例被提供使得该公开是完全的，并且将向本领域技术人员完全传达其范围。很多特定的细节被阐述，诸如，特定组件、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施例的完全理解。对本领域技术人员将显而易见的是不必使用特定的细节，示例性实施例可以以很多不同的形式体现，并且它们都不被理解为对本公开范围的限制。在一些示例性实施例中，已知的处理、已知的设备结构和已知的技术没有详细描述。此外，本公开的一个或多个示例性实施例可以获得的优点和改进仅为了说明的目的而提供，并不限制本公开的范围，因为在此公开的示例性实施例可以提供全部上述优点和改进或者不提供上述优点和改进，但其仍落入本公开的范围中。

在此所公开的特定的尺寸、特定的材料和/或特定的形状本质上是示例性的，不限制本公开的范围。在此对给定参数的特殊值和值的特殊范围的公开并不排除对可能用于在此所公开的一个或多个示例的其他值和值的范围。此外，可以想到在此所述的特定参数的任何两个特定值可以限定值的范围的端点，其可适用于给定参数(即，用于给定参数的第一值和第二值的公开可以被解释为公开了第一和第二值之间的任何值也可以用于给定参数)。例如，如果在此举例说明了参数X具有值A，并且还举例说明了具有值Z，则可以想到参数X可以具有从大约A到大约Z的值的范围。类似地，可以想到对一个参数的值的一个或多个范围(不论这些范围是嵌套的、重叠的或不同的)的公开将把该值的范围的所有可能的结合包括在内，其可能使用公开范围的端点来要求。例如，如果参数X在此举例说明是具有范围1-10或者2-9或者3-8的范围的值，也可以想到参数X可以具有包括1-9、1-8、1-3、1-2、2-10、2-8、2-3、3-10和3-9的其他值的范围。

在此所使用的术语仅是为了说明特定示例实施例，而非意图构成限制。正如在此所使用的，单数形式“一”、“一个”，以及“该”可旨在也包括复数的形式，除非上下文另外明确地指出。术语“包括”、“正包括”、“正包含”，以及“具有”是包含性的，并因此指定了所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件，和/或其组群的存在或附加。在此所描述的本方法的步骤、处理，和操作不被直译成必须要求以所讨论或所说明的特定顺序执行，除非特地标识为一种执行顺序。应该理解的是，可采用额外的或备选的步骤。

当元件或层被称为“在其上”、“接合到”、“连接到”，或“耦合到”另一个元件或层上，这可以是直接地在其上、接合到、连接到或耦合到另一个元件或层上，或者，也可以存在中间的元件或层。相对而言，当元件被称为是“直接在其上”。“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元件或层上，则可以没有中间元件或层存在。用于描述元件之间关系的其它措辞应该以相似的方式来解释(例如，“在…之间”对“直接在…之间”、“相邻”对“直接相邻”，等)。正如在此所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个中的任意以及所有组合。

当施加于值时，术语“约”表示计算或者测量允许值的些许不精确(接近于精确的值；近似或者合理地靠近值；差不多)。如果，由于某些原因，由“约”提供的不精确不能被本领域技术人员用其通常含义所理解，则在此所用的“约”表示可以从测量的常规方法或者使用这种参数得到的至少一些变化。例如，术语“大体上”、“约”、“基本上”可以在此使用来表示处于制造公差中。

虽然术语第一、第二、第三，等在此可被用于说明不同的元件、组件、区域、层，和/或部段，但是这些元件、组件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可仅被用于将一个元件、组件、区域、层或部段与另一个区域、层，或部段区分开。诸如“第一”、“第二”的术语，以及其它序数词的术语在此被使用时，除非上下文明确指出，否则并不意味着序列或顺序。因此，在下面所讨论的第一元件、组件、区域、层，或部段可被称为第二元件、组件、区域、层，或部段，而不背离示例实施例的教导。

与空间相关的术语，诸如“里”、“外”、“在…之下”、“下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”，以及类似术语在本文中可用于更容易对一个元件或特征与另一个(些)元件或特征的关系进行说明。空间相关的术语可意图涵盖装置在使用中或操作中除图中描绘的方向以外的不同定向。例如，如果装置在图中被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下面”或“之下”的元件将被定向成在其它元件或特征“之上”。因此，示例术语“下面的”可涵盖上方和下面两种定向。装置可被另外地定向(旋转90度或在其他方向上)，并且据此对在此所使用的术语相关的描述进行解释。

为了说明和描述的目的，提供了对实施例的前述说明。其并不意图为排他性的或限制所揭示的内容。特定实施例中的个体的元件、意图的或者记载的用途或特征通常并不限于特定的实施例，但在可应用的情况下是可互换的，并且可在所选实施例中使用，即使未明确地示出或被描述。相同事物也可以多种方式变化。这样的变化并不被认为是背离了本揭示内容，并且所有这样的变体意图被包括在本揭示内容的范围之内。

Claims (14)

1.一种在环境控制系统中使用的具有无线功能的温控器，所述温控器包括：

控制器，其具有无线网络接口，所述无线网络接口被配置成依据工作周期将所述温控器间歇地连接在无线网络中，所述工作周期具有连接时间和睡眠时间，在所述连接时间内所述温控器被连接在所述无线网络中，在所述睡眠时间内所述温控器未被连接在所述无线网络中；以及

窃电电路，其被配置成通过所述环境控制系统的“在线模式”负载窃取电能并为电容器充电以供电给所述无线网络接口；

所述控制器被配置成依据用于将所述电容器充电至阈值电压的时间来调节至少所述睡眠时间。

2.如权利要求1所述的温控器，其中，用于为所述电容器充电的所述时间随通过所述“在线模式”负载的电流而改变。

3.如权利要求1所述的温控器，其中，所述窃电电路包括：

电流互感器，其被配置成从所述“在线模式”负载获取电流；

整流器，其与所述电流互感器连接并被配置成为所述电容器充电；以及

调节器电路，其用于供电给所述无线网络接口，所述调节器电路由所述电容器供电。

4.如权利要求3所述的温控器，其中：

所述控制器被配置成监控对所述电容器的充电，并基于所述监控控制所述调节器电路；并且/或者

所述调节器电路包括降压电路。

5.如权利要求1所述的温控器，其中，所述窃电电路被配置成不使用环境控制系统公共“C”线窃电。

6.如权利要求1至5中任一项所述的温控器，其中：

所述控制器被配置成，基本上仅在来自所述窃电电路的电能可使用时，提供所述温控器与所述无线网络的间歇连接；并且/或者

所述控制器被配置成，当来自所述窃电电路的电能变成不可用时，将所述温控器与所述无线网络断开连接，并且，当来自所述窃电电路的电能已经恢复时，将所述温控器重新连接在所述无线网络中；并且/或者

所述睡眠时间随着通过所述“在线模式”负载的电流的增加而缩短。

7.一种在环境控制系统中使用的具有无线功能的温控器，所述温控器包括：

控制器，其具有无线网络接口，所述无线网络接口被配置成依据工作周期将所述温控器间歇地连接在无线网络中，所述工作周期具有连接时间和睡眠时间，在连接时间内所述温控器被连接在所述无线网络中，而在睡眠时间内所述温控器未被连接在所述无线网络中；以及

窃电电路，其被配置成通过所述环境控制系统的“在线模式”负载窃取电能，并在随通过所述“在线模式”负载的电流而变化的时间段内为储能装置充电，以为所述无线网络接口提供电能；

所述控制器被配置成依据所述变化的时间段来调节至少所述睡眠时间。

8.如权利要求7所述的温控器，其中，所述窃电电路包括：

电流互感器，其被配置成从所述“在线模式”负载获取电流；

整流器，其与所述电流互感器连接并被配置成为所述储能装置充电；以及

调节器电路，用于供电给所述无线网络接口，所述调节器电路由所述储能装置供电。

9.如权利要求8所述的温控器，其中：

所述储能装置包括电容器，并且所述控制器被配置成监控对所述电容器的充电，并基于所述监控来控制所述调节器电路；并且/或者

所述调节器电路包括降压电路。

10.如权利要求7所述的温控器，其中，所述窃电电路被配置成不使用环境控制系统公共“C”线窃电。

11.如权利要求7至10中任一项所述的温控器，其中，

所述控制器被配置成，基本上仅当来自所述窃电电路的电能可用时，提供所述温控器与所述无线网络的间歇连接；并且/或者

所述控制器被配置成，当来自所述窃电电路的电能变成不可用时，使所述温控器与所述无线网络断开连接，并且，当来自所述窃电电路的电能恢复时，将所述温控器重新连接在所述无线网络中；并且/或者

所述睡眠时间随通过所述“在线模式”负载的电流的增加而缩短。

12.一种在无线网络中进行通信的方法，所述方法通过环境控制系统的无线温控器执行，所述方法包括：

控制所述温控器的无线网络接口以依据工作周期将所述温控器间歇地连接在无线网络中，所述工作周期具有连接时间和睡眠时间，在所述连接时间内所述温控器被连接在所述无线网络中，并且在所述睡眠时间内所述温控器未被连接在所述无线网络中；

通过所述环境控制系统的“在线模式”负载窃取电能；

使用窃取的电能为储能装置充电，以供电给所述无线网络接口；以及

依据将所述储能装置充电至阈值电压的时间调节至少所述睡眠时间。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述睡眠时间段随通过所述“在线模式”负载的电流的增加而缩短。

14.如权利要求12或13所述的方法，其中：

所述储能装置包括电容器；并且

所述方法进一步包括：

确定工作周期定时器是否到期和/或所述电容器是否被充电至所述阈值电压；以及

基于所述确定，开始连接时间并重新设置定时器。