CN104412245B - 用于使用多于一种通信模式控制电气设备的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过无线链路用个人控制器(10)控制主机设备(300)的装置和方法。所述装置包括被配置为经由对等通信标准与个人控制器(10)进行通信的无线通信模块(202)。所述装置经由插头和插接座接口(206)连接到主机设备(300)，所述插头和插接座接口(206)包括电源引脚和信号引脚。所述装置使用簧片继电器(216)来模拟启动信号以使主机设备(300)执行功能。

Description

用于使用多于一种通信模式控制电气设备的装置和方法
相关申请的交叉引用：本申请要求以下美国临时申请的权益：2012年5月1日递交的No.61/641,166；2012年5月29日递交的No.61/652,485；2012年7月31日递交的No.61/678,020；以及2012年8月2日递交的No.61/678,810。以上指出的每个申请的全部内容特此通过引用并入本文。
技术领域
本发明总地涉及一种用于家用装置和商用装置的可互换无线通信和控制模块的系统，所述模块允许标准智能电话、平板电脑或类似的物品充当使用无线对等通信链路和/或无线局域网的个人控制器。
背景技术
许多住宅建筑物和商用建筑物具有可以使用按钮、开关或遥控器进行操作或编程的供电(power)、照明(light)、房门、大门、百叶窗、遮篷和遮光物机构。目前的无线控制方法涉及通常使用低于1GHz的技术来将打开/关闭、开启/关断或其他命令发送到集成到装置的主机构中的接收器的手持装置。当接收到遥控命令时，除了其他动作之外，该机构可以打开或关闭房门、升起或放下遮光物、开启或关闭灯光或者控制电力流。
近年来，智能电话的激增将强大的计算装置置于公众的手中。虽然这些装置可以产生并且发送无线控制命令，但是它们的通用无线系统与目前在家用或商用电器和机构中所使用的标准不兼容，所以他们不能在本机与这样的电器和机构进行通信以便执行命令。部署通用通信方法的能力由于存在具有不同通信能力的多个智能电话操作系统的事实而受挫，或者可以被优化为更高效率地对于其他操作系统使用不同的通信标准。这使得难以指定适合于嵌入在供电、照明、房门、大门、遮篷或遮光物系统中的可以普遍地跨所有应用程序与所有的智能电话一起工作的单个通信标准。
智能电话通常具有两年的工作寿命，而可控的供电、照明、房门、大门、遮蓬和遮光物机构通常具有大于10年的工作寿命。智能电话的快速的更新换代对制造商施加了持续地改进每个下一代的压力。智能电话因此趋向于集成最新的通信技术，以便保持竞争力。在没有指定通用智能电话通信平台的统一标准的情况下，一个制造商选择的通信技术可能不被所有制造商采用。或者，一个制造商可能选择添加对于他们的通信能力的限制(这些限制是其他制造商不选择添加的)，或者可能采用与以前的标准不兼容的新技术。
可以意识到，可控的供电、照明、房门、大门、百叶窗、遮蓬和遮光物机构的制造商可以发现客户从智能电话本机控制他们的产品是非常有利的。问题是，集成使能技术(enabling technology)具有成本，该成本随着需要更多的组件来解决跨市场上的不同智能电话操作系统和手持机配置的不同通信能力而增加。这由于下述事实而复杂化，即，供电、照明、房门、大门、遮蓬和遮光物机构的长工作寿命导致任何嵌入的通信标准可能在该机构的工作寿命结束之前变为过时的高度可能性。
发明内容
在一个优选实施方案中，本发明包括三个部分：具有控制和无线通信能力的可互换模块；适于供应电源并且与可互换模块交换命令和信息的接口连接；以及能够经由无线通信链路与可互换模块进行通信的电池供电的个人控制器。
可互换模块优选地被配置为使用Wi-Fi Direct和/或网络Wi-Fi技术来单个地或者同时地作为自适应的Wi-Fi Direct接入点/组参与者和网络Wi-Fi装置进行操作，并且可以包括对于蓝牙SIG类2.1+EDR或更新类的额外的支持。如本文中所使用的，“网络Wi-Fi”是指作为任何“基于电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准的无线局域网(WLAN)产品”的Wi-Fi联盟定义，所述IEEE 802.11标准包括任何修正、扩展或专有实现方式。如本文中所使用的，术语“Wi-Fi Direct”是指装置被配置为支持Wi-Fi对等技术的Wi-Fi联盟Wi-FiDirect规范和修正、扩展或专有实现方式。
Wi-Fi Direct和蓝牙是对等通信技术。2011年12月29日递交的、标题为“无线供电、照明和自动化控制(Wireless Power,Light and Automation Control)”的PCT申请No.PCT/AU2011/001666中更详细地描述了可以合并到可互换模块中的对等通信方法，该PCT申请的全部公开内容通过引用并入本文。网络Wi-Fi是允许装置通过WLAN进行通信的通信技术。2012年8月15日递交的、标题为“自适应无线供电、照明和自动化系统(AdaptableWireless Power,Light and Automation System)”的PCT申请No.PCT/AU2012/000959中更详细地描述了可以合并到可互换模块中的自适应网络和对等通信方法，该PCT申请的全部公开内容通过引用并入本文。
个人控制器优选地为市售的蜂窝或移动电话，该电话常被称为至少支持网络Wi-Fi并且还可以支持Wi-Fi Direct和/或蓝牙和/或近场通信(NFC)的智能电话。除非另有注明，个人控制器将按照智能电话来进行描述，但是本发明不限于此。仅举例来说，个人控制器可以是任何便携式装置，该便携式装置可以通过其他手段下载或安装App，具有用户可以与其交互来控制App以便执行所需功能的合适界面，并且具有建立与可互换模块的通信的无线通信能力。个人控制器的示例包括智能电话、平板电脑、膝上型计算机、超级本和笔记本个人计算机。
可互换模块可以优选地使用Wi-Fi Direct和/或网络Wi-Fi来形成与智能电话的通信链路。可以意识到，当可互换模块连接到WLAN时，也连接到同一WLAN的任何具有Wi-Fi能力的智能电话可以使用适当的App来与可互换模块进行通信。这样，用户可以将命令输入到他们的智能电话中，并且经由WLAN将该命令发送到适当的可互换模块。智能电话可以在WLAN接入点的附近，或者智能电话可以在远程位置处，并且经由互联网与WLAN接入点进行通信(如果这样配置的话)。
可以意识到，作为Wi-Fi Direct接入点/组参与者进行操作的可互换模块可以在不需要WLAN的情况下直接与智能电话进行通信。在这种情况下，如果智能电话不使用Wi-FiDirect进行通信，则可互换模块表现为Wi-Fi接入点或SoftAP；或者如果智能电话使用Wi-Fi Direct进行通信，则可互换模块和智能电话将协商哪个承担Wi-Fi Direct组所有者角色，并且建立对等连接。一旦对等连接已经被建立，用户就能够直接将命令发送到所选的可互换模块，而不需要任何其他装置、中介或网络。
本发明在一个优选实施方案中提供一种具有无线通信能力以及可选地支持蓝牙的能力的可互换模块，所述无线通信能力来源于任何数量的单个地或者同时地提供网络Wi-Fi和Wi-Fi Direct连接的无线电、收发器和控制器。根据成本和期望的成果，无线通信能力可以通过使用下述方式来实现：单个地或共同地使用任何数量的分立的无线电、天线、收发器和控制器，或者使用作为封装系统(SiP)或片上系统(SoC)的任何数量的分立的无线电、天线、收发器和控制器；使用集合了不同标准(诸如SiP或SoC)的若干分立的收发器和控制器的功能的一个组合或“联合(combo)”芯片；或者使用一个联合芯片/多个联合芯片、一个SiP/多个SiP、一个SoC/多个SoC和/或分立的无线电、天线、收发器和控制器的组合。可互换模块可以利用单个或多个无线频带、物理信道、虚拟信道、模式或其他共存技术和算法，这些技术和算法的方法对于本领域的技术人员已经是已知的，在本文中不对这些方法进行描述。根据所选的硬件组件，可互换模块还可以包括共享天线支持和共享信号接收路径以消除对外部分离器(splitter)的需要。
本发明在一个优选实施方案中提供一种具有无线通信部件的可互换模块，所述可互换模块在第一模式下提供Wi-Fi Direct对等连接，在第二模式下，可以被用户配置为作为网络Wi-Fi装置进行操作并且作为客户端连接到WLAN。
可互换模块优选地使其无线通信部件被设置为一开始在Wi-Fi Direct接入点/组参与者模式下运行，而不管其最终配置如何。因为Wi-Fi Direct接入点/组参与者模式是对等连接，所以电源一施加于可互换模块，它就可以被智能电话识别，并且无线通信链路可以被建立。一旦该链路被建立，用户就能够启动使用智能电话与可互换模块之间的数据路径的智能电话App。通过使用智能电话App，用户可以设置网络Wi-Fi或Wi-Fi Direct装置所需的操作参数，对装置进行命名，设置加密密钥，输入密码和任何其他要求。当该过程完成时，用户可以命令可互换模块“重启”，此时，它将根据在设置过程期间指定的参数对自己进行配置。
如果用户选择可互换模块作为Wi-Fi Direct装置进行操作，则在重启之后，它将继续这样做。可互换模块在建立通信链路之前将仅连接到可以完全符合其连接要求的智能电话。这可以包括除了Wi-Fi Direct的任何本机安全措施(诸如Wi-Fi受保护接入)之外的安全措施。
如果用户选择可互换模块作为网络Wi-Fi装置进行操作，则智能电话App将配置可互换模块连接到WLAN的必要参数。当可互换模块重启时，它将连接，并且表现为WLAN上的客户端装置。它将仅可供也可以连接到同一WLAN的装置访问。
在任一模式下，智能电话App优选地用于控制可互换模块的功能能力。在网络Wi-Fi模式下，智能电话App经由WLAN接入点与所选的可互换模块进行通信。在Wi-Fi Direct模式下，智能电话App直接与所选的可互换模块对等地进行通信。
如果用户选择可互换模块同时作为Wi-Fi Direct装置和网络Wi-Fi装置两者进行操作，则当可互换模块重启时，它将表现为WLAN上的客户端装置和Wi-Fi Direct接入点/组参与者。这样，可互换模块可以允许第三方经由Wi-Fi Direct连接来控制功能，而不必允许接入(access to)同时进行的WLAN连接，从而防止接入其他WLAN装置。
在一个优选实施方案中，智能电话与可互换模块之间的蓝牙对等连接可以用于输入用于将可互换模块配置为单个地或者同时地进行操作的网络Wi-Fi装置和/或Wi-FiDirect接入点/组参与者的信息。
接口连接部件优选地为被专门设计为允许可互换模块插入到主机装置上的插接座中的物理连接器。主机装置接口连接部件优选地集成到家用或商用电器、机构或装置中，在所述家用或商用电器、机构或装置中，与智能电话的无线通信是合乎需要的，但是无线通信标准的永久嵌入是不利的。示例包括，但不限于：车库门机构、大门机构、机动化的遮光物和遮蓬机构、机动化的屏幕机构、灯光开关、照明控制器、电源插座(power point)、电源控制机构、气候控制设备(诸如恒温器和空调单元)、洒水器和浇水系统、泵、水池过滤系统、燃气计量和控制设备、外围计算机设备、消费类电子器件、白色货物、车辆以及警报系统。在一个优选实施方案中，接口连接可以通过使用通用串行总线(USB)连接器来执行；然而，可以意识到，在不脱离本发明的真实范围和精神的情况下，可以使用其他合适的连接器。接口连接优选地允许在将电源从装置供给可互换模块的同时在可互换模块与装置之间传递命令和信息。
本发明在一个优选方面提供一种用于将可互换模块插入到家用或商用电器、机构或装置中以提供允许标准智能电话、平板电脑或类似的物品通过无线对等通信链路和/或无线局域网充当个人控制器的通信接口的手段。
在另一个优选方面，本发明提供一种用于通过无线通信链路用个人控制器控制电气设备的装置。所述个人控制器具有处理器、用户界面以及无线通信收发器。所述装置包括可操作来与个人控制器进行无线通信的无线通信控制模块。无线通信控制模块包括天线和无线电收发器，所述无线电收发器被配置为使用对等通信标准与个人控制器进行通信。所述装置还包括接口连接部件，所述接口连接部件包括至少两个电源引脚和至少一个信号引脚，所述接口连接部件被配置为物理地连接到所述电气设备的插接座。所述装置还包括微控制器，所述微控制器被配置为通过所述接口连接部件来至少部分基于通过无线控制模块从个人控制器传送的指令控制所述电气设备，所述装置通过所述电气设备供电。
在另一个优选方面，本发明提供一种用于通过无线通信链路用个人控制器控制电气设备的装置，所述个人控制器具有处理器、用户界面以及无线通信收发器。所述装置包括可操作来与个人控制器进行无线通信的无线通信控制模块。无线通信控制模块包括天线和无线电收发器，所述无线电收发器被配置为使用对等通信标准与个人控制器进行通信。所述装置还包括接口连接部件，所述接口连接部件包括至少一个信号引脚，所述接口连接部件被配置为物理地连接到所述电气设备的插接座。所述装置还包括微控制器，所述微控制器被配置为通过所述接口连接部件来至少部分基于通过无线控制模块从个人控制器传送的指令控制所述电气设备，所述微控制器被配置为通过信号引脚中的一个仅发送启动信号、而不发送任何数据来与所述电气设备进行通信以使所述电子设备执行功能。
在进一步的优选方面，本发明提供一种用于通过无线通信链路用个人控制器控制电气设备的装置，所述个人控制器具有处理器、用户界面以及无线通信收发器。所述装置包括可操作来与个人控制器进行无线通信的无线通信控制模块，所述无线通信控制模块包括天线和无线电收发器。所述装置还包括接口连接部件，所述接口连接部件包括至少一个信号引脚，所述接口连接部件被配置为物理地连接到所述电气设备的插接座。所述装置还包括电气继电器和/或固态继电器以及微控制器，所述微控制器被配置为通过所述接口连接部件来至少部分基于通过无线控制模块从个人控制器传送的指令控制所述电气设备，所述微控制器控制电气继电器和/或固态继电器通过信号引脚中的至少一个将启动信号发送到所述电气设备以使所述电气设备执行功能。
在又一个优选方面，本发明提供一种用于用无线个人控制器启动电气设备的方法，所述电气设备具有被配置为容纳多个电源引脚和信号引脚的插接座。所述方法包括：将具有与至少两个电源引脚和至少一个信号引脚的接口连接部件的装置插入到所述插接座中，所述装置包括无线通信控制模块和微控制器，所述微控制器被配置为使用无线通信控制模块与个人控制器进行通信；经由无线通信控制模块从个人控制器接收启动所述电气设备的指令；不发送数据，而是使用信号引脚中的至少一个仅将启动信号发送到所述电气设备以使所述电气设备执行与从个人控制器接收的指令相符的功能。
附图说明
图1是本发明的一个优选实施方案中所使用的智能电话的立体图。
图2是根据本发明的一个优选实施方案的可互换模块的功能元件的框图。
图3是本发明的一个优选实施方案中的图2的可互换模块与主机装置之间的接口连接的框图。
图4是图1的智能电话及其与图2的可互换模块的交互的系统图形表示。
具体实施方式
通过考虑本文中所公开的本发明的说明书和实践，本发明的可替换实施方案对于本领域的技术人员将是显而易见的。意图的是，本说明书和实施例仅仅被认为是示例性的，本发明的真实范围和精神由所附的权利要求书指示。
图1是使用无线链路与可互换模块(下面更详细地描述)进行通信的智能电话10的立体表示。智能电话10优选地为市售的常规的智能电话。智能电话优选地包括的一些基本功能是：触敏图形屏幕界面12；兼容的无线电收发器；以及运行特定于单个的智能电话的、为可互换模块提供控制接口的应用程序(App)的能力。在以下的实施例中，为了简单起见，略去了对于每个App的特定编码，因为本领域的普通技术人员将能够理解并且再现所描述的实施方案的功能，而无需对特定编码进行讨论。
智能电话10优选地被配置为通过一系列无线通信技术进行操作，包括至少经由网络Wi-Fi进行通信的技术。智能电话10可以另外包括对Wi-Fi Direct和/或蓝牙和/或NFC的支持。虽然本发明的优选实施方案使用智能电话(具体地，至少包括网络Wi-Fi的智能电话)作为其控制器，但是可以根据本发明的应用的特定要求使用其他无线通信方法和系统。
现在参照图2，示出了根据本发明的优选实施方案的可互换模块200。可互换模块200具有无线通信部件202、永久时钟日历204、接口连接部件206、具有嵌入式存储器的系统微控制器208、天线210、用于与主机装置进行通信的外部数据和控制总线212以及电源供应器连接部件214。在某些优选实施方案中，对于系统微控制器208可能优选的是支持除了嵌入式存储器或者代替嵌入式存储器的外部存储器。
永久时钟日历204优选地包括电池或超级电容器形式的备用电源，使得能够在主电源发生故障的情况下精确地保持实际时间。在某些优选实施方案中，在可互换模块200不执行任何时间或日期相关操作的情况下，可以略去永久时钟日历204。
系统微控制器208与智能电话10之间的命令和响应通过无线通信部件202和天线210所支持的射频无线链路传送。无线通信部件202优选地包括任何数量的无线电、收发器和控制器，这些无线电、收发器和控制器单个地或者同时地提供网络Wi-Fi和Wi-Fi Direct连接以及可选地支持蓝牙的能力。2012年8月15日递交的PCT申请No.PCT/AU2012/000959中描述了无线通信部件的示例。根据成本和期望的操作功能，无线通信部件202可以仅包括Wi-Fi无线电、Wi-Fi无线电的组合或者一种Wi-Fi无线电/多种Wi-Fi无线电和蓝牙无线电的组合。无线通信能力可以通过使用下述方式来实现：单个地、共同地使用任何数量的分立的无线电、天线、收发器和控制器，或者使用作为SiP或SoC的任何数量的分立的无线电、天线、收发器和控制器；使用集合了不同标准(诸如SiP或SoC)的若干分立的收发器和控制器的功能的一个组合或“联合”芯片；或者使用一个联合芯片/多个联合芯片、一个SiP/多个SiP、一个SoC/多个SoC和/或分立的无线电、天线、收发器和控制器的组合。可互换模块可以利用单个或多个无线频带、物理信道、虚拟信道、模式或其他共存技术和算法，这些技术和算法的方法对于本领域的技术人员已经是已知的，在本文中不对这些方法进行描述。根据所选的硬件组件，可互换模块还可以包括共享天线支持和共享信号接收路径以消除对外部分离器的需要。
当无线通信部件202根据Wi-Fi Direct规范进行操作时，它可以对等地与支持网络Wi-Fi或Wi-Fi Direct的装置进行通信，而无需任何中间硬件。无线通信部件202优选地被配置为根据Wi-Fi Direct规范作为Wi-Fi Direct组参与者和Wi-Fi Direct接入点两者或SoftAP进行操作，允许可互换模块在发现(discovery)期间对于网络Wi-Fi装置表现为Wi-Fi接入点。在发现为Wi-Fi Direct接入点之后，Wi-Fi Direct装置能够与支持时常修正的IEEE 802.11规范的网络Wi-Fi装置进行对等通信。在这种情况下，网络Wi-Fi装置将从可互换模块(如同从Wi-Fi接入点)接收装置发现消息，并且能够建立与可互换模块的对等通信链路，就如同它正连接到Wi-Fi接入点一样。建立Wi-Fi Direct装置与网络Wi-Fi装置之间的通信链路的过程在Wi-Fi联盟规范中定义，并且将被熟悉通信系统协议的从业者理解。
Wi-Fi Direct具有简化可互换模块与作为控制器进行操作的智能电话之间的通信的若干优点。显著的优点包括移动性和便携性，其中智能电话和可互换模块仅需要在彼此的无线电范围内以建立无线通信链路。Wi-Fi Direct通过诸如Wi-Fi受保护接入协议和对传输消息的加密的手段来提供安全的通信，确保系统对于有资格的装置仍然是安全的。最重要的是，Wi-Fi Direct允许仅具有网络Wi-Fi的智能电话参与同可互换模块的对等数据交换，即使智能电话网络Wi-Fi从来都没有打算支持按需的对等通信。
随着智能电话继续发展，新的型号除了网络Wi-Fi之外开始包括Wi-Fi Direct支持。在本发明的一个优选实施方案中，在可互换模块接收到对于装置发现消息的Wi-FiDirect响应时，智能电话和可互换模块将根据Wi-Fi联盟Wi-Fi Direct规范来协商哪个装置将承担组所有者的角色，并且1:1或对等Wi-Fi Direct通信链路将被建立。Wi-Fi Direct规范允许任何Wi-Fi Direct装置成为组所有者，并且根据该装置的能力，协商过程确定最适合执行该角色的装置。
系统微控制器208优选地包括固件程序，所述固件程序定义可互换模块200的操作和功能，并且承担运行所有程序代码和系统元件的责任，包括指定无线通信部件202的操作、永久时钟日历204的询问、接口连接部件206的管理以及通过外部数据和控制总线212将数据和控制消息传送到主机装置。系统微控制器208优选地包括储存从产品App接收的任何程序数据的非易失性存储器。在某些优选实施方案中，永久时钟日历204可以是系统微控制器208的嵌入式功能。在某些优选实施方案中，非易失性存储器可以在系统微控制器208的外部。在某些优选实施方案中，可以使用多于一个的微控制器。
当制造可互换模块200时，系统微控制器208优选地保存将可互换模块作为网络Wi-Fi装置和Wi-Fi Direct接入点/组参与者进行操作的固件。当电源第一次施加于可互换模块时，系统微控制器208优选地在Wi-Fi Direct接入点/组参与者模式下启动可互换模块，并且开始发送可以被无线范围内的智能电话检测的发现消息或“ping”。
可以意识到，作为Wi-Fi Direct接入点/组参与者进行操作的可互换模块可以直接与智能电话进行通信，而无需Wi-Fi WLAN。如果智能电话10不使用Wi-Fi Direct，则可互换模块200表现为Wi-Fi接入点；或者，如果智能电话10支持Wi-Fi Direct，则就哪个装置将承担Wi-Fi Direct组所有者角色与智能电话10进行协商。用户然后能够建立对等通信链路，并且直接将命令发送到所选的可互换模块，而无需任何其他装置。
用于控制可互换模块的优选方法是通过相关的产品App的。用于产品App的安装指令优选地与可互换模块一起被包括。产品App优选地采用所有智能电话平台共用的相同的集中式应用商店安装方法。
产品App可以与无线元件和无线电技术的任何混合进行通信以无缝地提供最佳的通信链路。在一个优选实施方案中，产品App可以优选地控制智能电话10无线通信，以便发起、搜索并且建立与可互换模块的无线通信链路。产品App可以优选地经由智能电话触摸屏12上的图形元素来显示预先配置的新的可互换模块。
当产品App启动时，它优选地扫描可互换模块，并且识别需要一开始被配置的任何新的可互换模块。此刻，产品App优选地允许用户建立与新的可互换模块的对等连接，并且确定它是否执行以下步骤：仅保持为Wi-Fi Direct接入点/组参与者；作为客户端连接到WLAN，并且变为网络Wi-Fi装置；或者，在无线通信部件202支持的情况下，同时作为Wi-FiDirect接入点/组参与者以及网络Wi-Fi装置进行操作。
如果用户想要新的可互换模块成为Wi-Fi Direct装置，则他们优选地在产品App中选择这个选项。产品App然后使用智能电话的触摸屏12作为人类界面来通过一系列数据输入引导用户。产品App与系统微控制器208进行通信，并且将用于初始连接的通用参数替换为将可互换模块定义为唯一的Wi-Fi Direct产品的特定参数。这些可以包括：设置唯一的加密密钥，所以可互换模块与智能电话之间的所有的数据传送都受到保护；将可互换模块名称设置为唯一的、易于识别的标识符，例如，从诸如“无线开关”的产品名称设置为“车库门”；设置可互换模块的唯一的Wi-Fi地址ID，以使得它独立地变为单个的装置；并且在可互换模块中设置用于建立与智能电话的安全链路的密码。
产品App优选地在智能电话存储器中维护这些特定参数的记录以供未来识别以及到新的可互换模块的连接。
一旦设置过程完成，产品App优选地命令可互换模块固件“重启”。当应用程序固件重启时，可互换模块将使用用户加载的数据来填充并且创建它自己的唯一的Wi-Fi Direct身份。用于设置该身份的智能电话将能够自动地连接到该可互换模块，因为新的特定参数是已知的。然后，每次用户选择该特定装置时，都可以优选地使用产品App来自动地建立与可互换模块的通信链路。
一旦可互换模块已经被配置，只有用户知道该特定可互换模块现在独有的特定参数，任何其他的智能电话才可以连接。如果第二个智能电话搜索到Wi-Fi接入点或Wi-FiDirect装置，则它将看到被识别为例如“车库门”的、具有它是“安全的”特性的可互换模块。为了连接到它，用户将必须知道分配给该可互换模块的特定密码，否则它将不能建立通信链路。如果密码是已知的并且在被请求时被输入到智能电话中，则第二个智能电话与可互换模块之间的通信链路将被建立。产品App仍然优选地必需控制可互换模块，并且可以根据应用的性质具有额外的安全要求。
如果不是将新安装的可互换模块配置为Wi-Fi Direct接入点/组参与者，用户而是选择它为网络Wi-Fi装置，则这作为被请求选项而被选择，并且产品App确定是否存在可供可互换模块作为客户端连接的一个或更多个WLAN。产品App请求用户确认优选网络，并且要求用户确认和/或输入任何必要的网络参数，诸如网络密码，所以可互换模块可以作为客户端连接到WLAN。
产品App优选地经由智能电话与系统微控制器208进行通信，并且设置可互换模块将自己建立为网络Wi-Fi装置所需的参数。当所有的适当的参数是已知的并且被更新时，产品App命令可互换模块作为网络Wi-Fi装置重启其固件。可互换模块然后作为客户端连接到WLAN，并且优选地仅供智能电话产品App经由WLAN接入点接入。作为网络Wi-Fi客户端运行的可互换模块然后可以由其他智能电话控制，只要它们连接到同一WLAN即可。在一个优选实施方案中，对于可互换模块可能可取的是包括额外的安全措施，诸如密码保护、具有产品App的套接字层或者防止可互换模块被网络上的未授权的其他装置控制的其他措施。
一旦可互换模块已经被配置为Wi-Fi Direct接入点/组参与者或者网络Wi-Fi装置，则它优选地继续在该模式下进行操作，即使在它已经断电之后。所有的用于每种模式的特定操作参数优选地保存在非易失性存储器中，并且如果掉电，仍然被保留。当供电恢复时，系统微控制器208上电到与供电切断之前运行的Wi-Fi模式相同的Wi-Fi模式，并且从非易失性存储器恢复适当的固件和操作参数。
存在这样的应用，其中运行同时发生的Wi-Fi Direct接入点/组参与者和网络Wi-Fi能力的可互换模块是合乎需要的。在这种情况下，用户经由产品App可以启动两种模式，允许任一种模式被使用。同样地，用户经由产品App可以选择禁用模式中的一个，或者可以将Wi-Fi模式从Wi-Fi Direct接入点/组参与者变为网络Wi-Fi，或者根据需要反过来。
每次Wi-Fi模式改变时，在供电断开或丧失的情况下，用于新模式的参数优选地被系统微控制器208保留。当供电恢复时，系统微控制器208上电处于与以前在供电切断之前操作的Wi-Fi模式相同的Wi-Fi模式，并且从非易失性存储器恢复适当的操作参数。
设想在目前的Wi-Fi模式可能不合适或者最初的WLAN可能不再可供使用的情况下，可能存在可互换模块可以被移动到新的主机装置的时候。产品App优选地能够与可互换模块进行通信，并且命令它重新初始化为工厂默认配置。在这种情况下，所有的加载到可互换模块中的用户定义参数都丢失，并且它回到其工厂默认状态，准备接收新的用户定义参数。
在一个优选实施方案中，如果可互换模块被配置为网络Wi-Fi装置并且不能作为客户端连接到指定的WLAN，则可互换模块可以自动地默认为Wi-Fi Direct模式，以便允许智能电话10建立对等连接。
可互换模块可以合并用户可以启动其以在不使用智能电话或产品App的情况下使可互换模块重新初始化为工厂默认配置的机械装置，诸如按钮或开关。
在一个优选实施方案中，除了Wi-Fi Direct接入点/组参与者和网络Wi-Fi能力之外，可互换模块还可以包括蓝牙通信能力。智能电话与可互换模块之间的对等蓝牙通信链路可以被产品App用于输入参数，来建立Wi-Fi Direct接入点/组参与者或者网络Wi-Fi通信链路，或者可以独立地作为用于在产品App与可互换模块之间传送控制命令的对等通信链路进行操作。类似地，在期望的情况下，可以包括并且使用NFC。
在一个优选实施方案中，可互换模块可以包括可以便利对等连接的安全初始化的机械装置，诸如按钮或开关。
继续参照图2，在一个优选实施方案中，可互换模块可以包括NFC标签，当在支持NFC的智能电话上首次与新的可互换模块进行通信以自动地建立Wi-Fi Direct接入点/组参与者对等通信链路时，产品App可以使用该NFC标签。该处理常被称为“自举(bootstrapping)”，是本领域的技术人员已知的已建立的用于初始化通信的方法。
在一个优选实施方案中，接口连接部件206可以作为用于经由外部数据和控制总线212将复杂命令和控制数据从系统微控制器208传送到主机装置中的外部处理器的管道进行操作。在另一个优选实施方案中，接口连接部件206仅可以操作来改变外部数据和控制总线212的电气信号元件，从而引起主机装置中的事件条件。仅举例来说，这可以用于复制与按下车库门开门器中的硬连线的开/关按钮相同的条件。
将意识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以按不同次序执行、改变上述步骤，或者可以添加或者完全略去某些步骤。本领域的技术人员还将意识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以以许多方式改变上述系统。仅举例来说，无线通信部件202、系统微控制器208、永久时钟日历204以及接口连接部件206的元件可以聚集到单个或各种SoC或SiP中。
可互换模块与主机装置之间的机械和电气连接优选地适于：是极其可靠的；具有足够的信号连接；灵活性足以满足不同系统要求；并且易于使用。存在满足这些要求的许多电气插头/插接座系统，但是大多数是它们的制造商专有的，或者不是全世界通用的。
在一个优选实施方案中，集成到可互换模块200中的插头/插接座优选地为通用串行总线(USB)开发者论坛中所指定的USB标准类型A。USB标准类型A插头/插接座指定两个电源引脚(Vcc和地)以及两个信号引脚(Data+和Data-)。主机装置优选地经由USB标准类型ASoCket引脚1和4(参见图2，214)为可互换模块提供电源，并且经由引脚2和3(参见图2，212)接受两个控制信号。引脚2和3优选地连接到可互换模块200中的电气继电器或固态继电器，该继电器不管来自主机装置的信号电压的极性如何都允许关闭电路，该继电器的示例是常开(NO)簧片继电器216。该应用复制手动按钮开关的关闭，并且允许可互换模块响应于来自智能电话的命令模拟该按钮的启动。
图3是插入到主机装置300中的可互换模块200的图形表示，其中接口连接部件206是经由USB标准类型A插头302和USB标准类型A插接座304的。如果需要的话，用于可互换模块的电源优选地由主机装置300电源供应器306通过插头302和插接座304的引脚1和4的互连提供给电源调节器218。主机装置300的控制逻辑308与可互换模块200的NO簧片继电器216之间的信号连接优选地通过插头302和插接座304的引脚2和3的互连。
当可互换模块200插入到主机装置300中时，插头302和插接座304的互连形成完整系统。NO簧片继电器216变为主机系统控制逻辑308的整体功能部分，并且从在智能电话10上运行的App无线地发送到可互换模块的命令能够使NO簧片继电器216闭合，从而触发控制逻辑308执行主机装置300中的功能。仅举例来说，如果主机装置是车库门机构，则智能电话10可以使NO簧片继电器216脉冲地闭合，然后再次断开。控制逻辑308可以将每个脉冲解释为打开或关闭车库门的命令，所述车库门以与通常安装在车库内的壁装按钮或者无线点击器或遥控器上的打开/关闭按钮相同的方式工作。
可以意识到，NO簧片继电器216的使用是非常简单的控制机构，并且利用主机装置300的外部数据和控制总线的更复杂的实现方式是可能的。
在一个优选实施方案中，USB标准类型A插头和插接座的引脚2和3可以优选地形成串行数据总线，从而显著地扩大在可互换模块与主机装置的中央控制单元之间可以交换的数据量。与拨号调制解调器所使用的异步信令方法和协议类似的异步信令方法和协议直至经核证的USB装置或类似装置所使用的高速数据包数据技术可以被支持。
在另一个优选实施方案中，USB标准类型A插头和插接座可以被提供主机装置与可互换模块之间的十个物理连接的USB micro-B(微B型)USB 3.0插头和插接座代替。在不限制本发明的范围的情况下，一个引脚可以被分配给Vcc，两个引脚可以被分配给地，留下七个信号互连，根据应用，这七个信号互连可以提供用于电平敏感的信息交换直至串行和并行数据传送的混合的简单控制信号。
在另一个优选实施方案中，可能可取的是将可互换模块定位在离主机装置非常远的距离处。这可以通过使用平衡的驱动器和接收器作为电气接口来实现。对于短距离，简单的CMOS电气接口可以是足够的。通过使用诸如RS-485的数据传输接口，可以使可互换模块和主机装置分离长达1200米，并且如果需要，仍然保持100kb/s的波特率。
在一个优选实施方案中，主机装置可以通过若干接口连接来同时支持多个可互换模块。这可以允许主机装置从若干可互换模块接受命令，其中每个可互换模块可以针对特定的智能电话型号或操作系统进行配置，从而允许具有不同通信能力、要求或限制的多个智能电话对同一主机装置说话。
虽然USB连接器提供方便的接口，但是本发明不限于此。将意识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可互换模块与主机之间的互连方法可以由一系列的不同插头和插接座类型执行。例如，在优选地可互换模块将是包括经由合适的配合连接器互连到主机系统的蚀刻手指的印刷电路板组装件的情况下，可以使用个人计算机共用的母板/子板连接系统。熟悉电子系统互连方法的从业者将理解母板/子板连接系统。
图4是具有作为网络控制单元或集线器的接入点400的Wi-Fi WLAN的系统图形表示。接入点400具有互联网连接部件402。示出了五个网络客户端无线地连接到接入点400，但是网络客户端的数量仅由接入点400的能力限制。网络例如可以具有接入点400、网络客户端404(智能TV)、网络客户端406(计算机)以及网络客户端408(打印机)。
所有的通过WLAN的通信优选地通过接入点400。为了使智能电话10和可互换模块200彼此进行通信，它们必须是同一网络的部分。如图4中所示，智能电话10和可互换模块200是接入点400的网络客户端。为了使智能电话10与可互换模块200进行通信，它将与接入点400进行通信，接入点400会将任何消息从智能电话10传递到可互换模块200上。对于计算机406发送到可互换模块200的任何消息，同样地进行。因此，可以看出：(1)接入点400持续地为可供通信使用的网络进行操作；(2)该网络限于由网络客户端与接入点之间的最大无线电传输距离限定的区域；(3)网络需要接入点和至少一个网络客户端；以及(4)至少一个网络客户端必须能够配置并且维护接入点操作。
不是通过Wi-Fi WLAN进行通信，可互换模块200而是可以被配置为如图4中所示那样建立与智能电话10的对等通信链路，从而绕过WLAN。在这种情况下，智能电话10可以直接无线地连接到可互换模块200，而不需要任何额外的装置的服务。如果智能电话10也是Wi-Fi Direct装置，则它可以与可互换模块200协商以确定它们中的哪个将是组所有者。接入点/组所有者可以设置1:N连接(如果被允许的话)，以使得多于一个的客户端可以同时具有与组所有者的通信链路，例如，在接入点/组所有者是集线器的轴辐式布置(hub and spokearrangement)中。因此，可以看出：(1)要建立的对等通信不需要诸如接入点400的第三装置；(2)通信链路可以按需形成；以及(3)智能电话10需要在可互换模块200的无线电范围内以建立通信链路。
本领域的技术人员可以意识到，网络Wi-Fi连接和Wi-Fi Direct对等连接提供便利性和安全性的不同混合。在接入点具有互联网连接的情况下，作为网络Wi-Fi装置进行操作的可互换模块可以由智能电话远程控制，然而，可互换模块然后变得暴露于外部世界，并且可能易于受到诸如黑客攻击的外部威胁的影响。可替代地，借助于其有限的无线范围和对等架构的Wi-Fi Direct连接提供更高安全级别，因为可互换模块仅可以由无线范围内的智能电话控制。便利性与安全性之间的平衡通常是主观的，并且取决于主机装置的主要作用。
仅举例来说，智能电话使用作为网络Wi-Fi装置运行的可互换模块控制灯光可以非常方便，并且安全风险级别低，即使系统由于外部攻击而受损。相比之下，如果系统受损，车库门可能造成显著的安全风险，使得可互换模块的Wi-Fi Direct配置更可取。
可以意识到，可互换模块中的Wi-Fi Direct和网络Wi-Fi的同时操作能够支持更高级的配置。仅举例来说，对于可互换模块200可能可取的是在车库门机构中运行同时进行的Wi-Fi Direct和网络Wi-Fi，其中该门的打开和关闭限于Wi-Fi Direct连接，而报告该门打开或关闭的状态可以经由网络Wi-Fi连接发送，允许智能电话远程地确定门是打开、还是关闭，而不允许该远程连接改变门的状态。
在双接入模式下使用可互换模块的另一个实施例中，可互换模块200可以被配置为利用网络Wi-Fi来监视和/或报告住宅和/或商用结构中的警报系统的状态，同时限制接入以启动和/或禁用警报系统进行使用Wi-Fi Direct的通信，或者在期望的情况下，另一种形式的对等通信。
产品App优选地允许用户选择他们自己对于Wi-Fi Direct、网络Wi-Fi或者同时操作的期望配置以最佳地适合他们的应用和个人偏好。
前面的描述仅仅是举例说明，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行相当大的改变。例如，可互换模块可以被配置有支持多个通信能力、要求或限制的能力，以使得单个可互换模块可以连接到主机，并且用于与具有不同操作标准的不同智能电话进行通信。
本发明的各方面可以在各种环境下使用。仅举例来说，本发明可以适于与照明、大门、遮光物、车库门、风扇、水池、计时器、电源输出口、消费类电子器件、计算机、车辆以及空调系统一起使用。
通过考虑本文中所公开的本发明的说明和实践，本发明的其他实施方案对于本领域的技术人员将是显而易见的。意图的是，本说明书和实施例仅仅被认为是示例性的，本发明的范围和精神由所附的权利要求书指示。

Claims (34)

1.一种用于通过无线通信链路用个人控制器控制电气设备的装置，所述个人控制器具有处理器、用户界面以及无线通信收发器，所述装置包括：
无线通信控制模块，所述无线通信控制模块可操作来与所述个人控制器进行无线通信，所述无线通信控制模块包括天线和无线电收发器，所述无线电收发器被配置为使用对等通信标准与所述个人控制器进行通信；
接口连接部件，所述接口连接部件包括至少两个电源引脚和至少一个信号引脚，所述接口连接部件被配置为物理地连接到所述电气设备的插接座；以及
微控制器，所述微控制器被配置为通过所述接口连接部件来至少部分基于通过所述无线通信控制模块从所述个人控制器传送的指令控制所述电气设备，所述微控制器被配置为在多于一种的模式下操作所述无线通信控制模块，所述微控制器被配置为在第一模式下使用所述对等通信标准来操作所述无线通信控制模块，所述微控制器被配置为在第二模式下使用非对等通信标准来操作所述无线通信控制模块，所述装置通过所述电气设备供电。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述微控制器被配置为同时在所述第一模式和所述第二模式下操作所述无线通信控制模块。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述微控制器被配置为在所述第二模式下进行操作的同时用作网络客户端装置。
4.如权利要求1-3中的任何一个所述的装置，其中所述微控制器被配置为通过下述方式打开与所述个人控制器的对等无线通信链路：
如果所述个人控制器是网络Wi-Fi装置，则模拟Wi-Fi接入点；或者
如果所述个人控制器是Wi-Fi Direct装置，则就所述微控制器或所述个人控制器中的哪个将承担群所有者角色与所述个人控制器进行协商。
5.如权利要求1-3中的任何一个所述的装置，其中所述对等通信标准是Wi-Fi Direct。
6.如权利要求1-3中的任何一个所述的装置，其中所述接口连接部件包括被配置为与所述电气设备的插接座接合的USB插头。
7.如权利要求1-3中的任何一个所述的装置，其中所述电气设备是警报系统监视装置。
8.如权利要求1-3中的任何一个所述的装置，其中所述电气设备是车库门开门器。
9.如权利要求1-3中的任何一个所述的装置，其中所述电气设备没有任何整体视觉显示。
10.一种用于通过无线通信链路用个人控制器控制电气设备的装置，所述个人控制器具有处理器、用户界面以及无线通信收发器，所述装置包括：
无线通信控制模块，所述无线通信控制模块可操作来与所述个人控制器进行无线通信，所述无线通信控制模块包括天线和无线电收发器，所述无线电收发器被配置为使用对等通信标准与所述个人控制器进行通信；
接口连接部件，所述接口连接部件包括至少一个信号引脚，所述接口连接部件被配置为物理地连接到所述电气设备的插接座；以及
微控制器，所述微控制器被配置为通过所述接口连接部件来至少部分基于通过所述无线通信控制模块从所述个人控制器传送的指令控制所述电气设备，所述微控制器被配置为通过所述信号引脚中的至少一个仅发送启动信号、而不发送任何数据来与所述电气设备进行通信以使所述电气设备执行功能，所述微控制器被配置为在多于一种的模式下操作所述无线通信控制模块，所述微控制器被配置为在第一模式下使用所述对等通信标准来操作所述无线通信控制模块，所述微控制器被配置为在第二模式下使用非对等通信标准来操作所述无线通信控制模块。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述微控制器被配置为同时在所述第一模式和所述第二模式下操作所述无线通信控制模块。
12.如权利要求10所述的装置，其中所述微控制器被配置为在所述第二模式下进行操作的同时用作网络客户端装置。
13.如权利要求10-12中的任何一个所述的装置，其中所述微控制器被配置为通过下述方式打开与所述个人控制器的对等无线通信链路：
如果所述个人控制器是网络Wi-Fi装置，则模拟Wi-Fi接入点；或者
如果所述个人控制器是Wi-Fi Direct装置，则就所述微控制器或所述个人控制器中的哪个将承担群所有者角色与所述个人控制器进行协商。
14.如权利要求10-12中的任何一个所述的装置，其中所述对等通信标准是Wi-FiDirect。
15.如权利要求10-12中的任何一个所述的装置，其中所述接口连接部件包括被配置为与所述电气设备的插接座接合的USB插头。
16.如权利要求10-12中的任何一个所述的装置，其中所述电气设备是警报系统监视装置。
17.如权利要求10-12中的任何一个所述的装置，其中所述电气设备是车库门开门器。
18.如权利要求10-12中的任何一个所述的装置，其中所述电气设备没有任何整体视觉显示。
19.如权利要求10所述的装置，其中所述接口连接部件包括至少两个电源引脚。
20.如权利要求10所述的装置，其中所述接口连接部件没有电源引脚。
21.如权利要求10所述的装置，还包括独立于用于给所述电气设备供电的任何电源的电源，所述独立电源用于给所述装置供电。
22.一种用于通过无线通信链路用个人控制器控制电气设备的装置，所述个人控制器具有处理器、用户界面以及无线通信收发器，所述装置包括：
无线通信控制模块，所述无线通信控制模块可操作来与所述个人控制器进行无线通信，所述无线通信控制模块包括天线和无线电收发器；
接口连接部件，所述接口连接部件包括至少一个信号引脚，所述接口连接部件被配置为物理地连接到所述电气设备的插接座；
电气继电器和/或固态继电器；以及
微控制器，所述微控制器被配置为通过所述接口连接部件来至少部分基于通过所述无线通信控制模块从所述个人控制器传送的指令控制所述电气设备，所述微控制器控制所述电气继电器和/或固态继电器以通过所述信号引脚中的至少一个发送启动信号到所述电气设备以使所述电气设备执行功能，所述微控制器被配置为在多于一种的模式下操作所述无线通信控制模块，所述微控制器被配置为在第一模式下使用对等通信标准来操作所述无线通信控制模块，所述微控制器被配置为在第二模式下使用非对等通信标准来操作所述无线通信控制模块。
23.如权利要求22所述的装置，其中所述微控制器被配置为同时在所述第一模式和所述第二模式下操作所述无线通信控制模块。
24.如权利要求22所述的装置，其中所述微控制器被配置为在所述第二模式下进行操作的同时用作网络客户端装置。
25.如权利要求22至24中的任何一个所述的装置，其中所述微控制器被配置为在所述第一模式下与所述个人控制器进行通信。
26.如权利要求22-24中的任何一个所述的装置，其中所述微控制器被配置为通过下述方式打开与所述个人控制器的对等无线通信链路：
如果所述个人控制器是网络Wi-Fi装置，则模拟Wi-Fi接入点；或者
如果所述个人控制器是Wi-Fi Direct装置，则就所述微控制器或所述个人控制器中的哪个将承担群所有者角色与所述个人控制器进行协商。
27.如权利要求22-24中的任何一个所述的装置，其中所述对等通信标准是Wi-FiDirect。
28.如权利要求22-24中的任何一个所述的装置，其中所述接口连接部件包括被配置为与所述电气设备的插接座接合的USB插头。
29.如权利要求22-24中的任何一个所述的装置，其中所述电气设备是警报系统监视装置。
30.如权利要求22-24中的任何一个所述的装置，其中所述电气设备是车库门开门器。
31.如权利要求22-24中的任何一个所述的装置，其中所述电气设备没有任何整体视觉显示。
32.如权利要求22所述的装置，其中所述接口连接部件包括至少两个电源引脚。
33.如权利要求22所述的装置，其中所述接口连接部件没有电源引脚。
34.如权利要求22所述的装置，还包括独立于用于给所述电气设备供电的任何电源的电源，所述独立电源用于给所述装置供电。
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