CN105980782A - 用于控制环境的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于控制受控制的空间的环境的系统，包括耦合至HVAC系统的恒温器。恒温器被配置用于操纵HVAC单元，以管理在受控制的空间内的环境。系统还包括被配置为由恒温器检测的设备。恒温器包括与拥有设备的人相关的用户偏好，并且操纵HVAC系统以基于用户偏好控制受控制的空间的环境。

Description

用于控制环境的系统和方法
背景
1.公开的领域
本公开主要涉及供热、通风和空气调节(HVAC)系统的领域，并且更具体地涉及用于响应个体偏好自动控制住宅和商业环境的系统和方法。
2.相关技术的讨论
在美国和其他国家中的普通住宅供热和冷却系统通常具有中央供热单元，该中央供热单元可配置为还包括独立的或集成的冷却单元，例如，结合炉和可选的空气调节单元。该组合的单元通常指住宅HVAC单元或系统。住宅HVAC单元通常包括用户接口，一般称作恒温器，该恒温器测量空间环境条件，一般指温度。恒温器也可包括未来空间HVAC控制选项，如可选的烟雾、湿度、花粉和一氧化碳控制单元。恒温器也具有关于这些测量参数中任何一个或全部的设置点。
恒温器由用户来设置所需的空间条件。随后在响应中，住宅HVAC单元采取用户所需的设置点、测量的空间条件并且发送运行信号或等待信号至住宅HVAC单元，随后该住宅HVAC单元控制空间条件。简单的恒温器控制炉到一个用户定义的温度设置点。一些恒温器也允许对冷却或供热的选择，并且随后也允许对中央空气调节系统的控制。恒温器可被编程，以保持关于供热或冷却季节两者的设置点。
允许关于一天中的时刻和一周中的天的离散温度设置点的恒温器也是可用的，该恒温器通常称作可编程恒温器。例如，恒温器可被编程用于允许根据一天中的时刻和一周中的天来自动地对温度的设置点的修改进行控制。可编程恒温器由于其增加的住宅HVAC能效和改进的用户舒适度而变得更普遍。
公开概述
本公开的一方面是针对用于控制受控制的空间的环境的系统。在一个实施方案中，系统包括耦合至HVAC系统的恒温器。恒温器被配置用于操纵HVAC单元，以管理受控制的空间内的环境。系统还包括被配置为由恒温器检测的设备。恒温器包括与拥有设备的人相关的用户偏好，并且操纵HVAC系统以基于用户偏好来控制受控制的空间的环境。
系统的实施方案还可包括耦合至恒温器的控制单元。恒温器可包括被配置用于检测设备的读取器单元。在一个实施方案中，设备可以是RFID标签，并且读取器单元可以是被配置用于检测RFID标签的收发器单元。RFID标签可以是无源的、半无源的或有源的，并且可被附接或连接至钥匙环、项链或钥匙链。在另一实施方案中，设备可以是移动设备，并且读取器单元被配置用于检测移动设备。移动设备可包括全球定位系统。移动设备可包括移动电话、手持设备或计算机。受控制的空间可包括多个区域。系统还可包括多个设备，每个设备被配置用于通过恒温器操纵HVAC系统，以控制各自区域的环境。
本公开的另一方面针对控制受控制的空间的HVAC系统的方法。在一个实施方案中，方法包括：提供被配置为由恒温器检测的设备，恒温器被配置用于存储与拥有设备的人相关的用户偏好；当设备位于受控制的空间处或附近时，通过恒温器操纵HVAC系统。
方法的实施方案还可包括具有被配置用于检测设备的读取器单元的恒温器。在一个实施方案中，设备可以是RFID标签，并且读取器单元可以被配置用于检测RFID标签。RFID标签可以是无源的、半无源的或有源的，并且可被附接或连接至钥匙环、项链或钥匙链。在另一实施方案中，设备是移动设备，并且读取器单元被配置用于检测移动设备。移动设备可包括全球定位系统。移动设备可包括移动电话、手持设备或计算机。读取器单元可以是收发器。受控制的空间可包括多个区域。方法还可包括提供多个设备，每个设备被配置为由恒温器操纵HVAC系统，以控制各自区域的环境。
附图简述
下文参考附图讨论了至少一个实施例的各个方面，附图不旨在按比例绘制。其中，在附图、详细描述或任何权利要求中的技术特征后面跟随参考标记的情况下，附图标记被包括则是仅出于增加附图、详细描述和权利要求的可理解性的目的。因此，无论附图标记是否存在，都不是为了对任何要求保护的元素的范围产生限制性效果。在附图中，在各个图中示出的每个相同的或者几乎相同的组分用相似的数字来标示。出于清楚的目的，并非每个组件都可能在每个图中被标记出。附图被提供用于例证和解释的目的，并且并非旨在成为本公开内容的限制的定义。在附图中：
图1是用于控制受控制的空间的住宅环境的系统的示意图；
图2是用于控制受控制的空间的商业环境的系统的示意图；
图3是用于控制本公开另一实施方案中的受控制的空间的住宅环境的系统的示意图。
详细描述
在一个实施方案中，本公开针对使用个体化的射频识别(RFID)标签来控制住宅内的环境条件。至少自20世纪80年代以来，RFID标签已经用在许多应用中，包括，但不限于库存管理、收费、非接触式支付以及相关的应用。该技术可用于以无源、半无源和有源RFID标签的形式，该技术使在半径高至100或200英尺内存在的标签能够被识别到。RFID标签以许多形式被使用，其便宜并且非常小。在一些实施方案中，RFID标签包含卡，该卡在大小和形状上类似于信用卡。在其他实施方案中，RFID标签可放置在戒指上或项链、钥匙链上，或类似的物体上，并且可包括多个信息项目。RFID标签可包括用于控制计算机的可读标识符。
在其他实施方案中，也可采用在移动电话和汽车导航设备中常见的全球定位系统(GPS)设备。在本公开的实施方案中，许多住宅HVAC用户具有这些类型的设备。此外，在这些相同住宅的HVAC系统用户所拥有的资产中，常见计算机和“智能”手机。本公开的系统可被配置为包含这些技术，以实现住宅HVAC用户自定义选择，并且从他们的智能手机或计算机控制他们的供热和冷却空间到任何所需的位置。
本公开涉及从恒温器移除用户设置点。恒温器包括受控制的空间输入传感器，如温度传感器，该传感器将实际受控制的空间的温度通知给住宅HVAC系统。住宅HVAC系统也可包括输入接收器，该输入接收器接收来自主计算机的运行信号或等待信号。住宅HVAC系统允许用户基于各个用户偏好来控制空间环境条件(主要是温度)到计算机选择的设置点，并且也将基于这些相同用户的位置和改变位置而自动改变。这导致显著的节能，当用户不在家时自动温度回置。
现有的可编程恒温器当用户离开家时不能够允许自动回置。这样的系统当用户移动走向家时也不允许系统改变。在有多个用户的情况时，现有的恒温器不能够允许基于各个偏好的多个设置点(并且当多个用户在家时不能够允许自动控制优先设置点)。在某些实施方案中，GPS和/或移动电话可分配给用户，并且由用户携带。GPS和/或移动电话设备的移动变为关于在即刻的空间之外的用户移动的输入中的自动拨打的互联网呼叫。随后，这允许选择的住宅HVAC系统的基于在RFID范围之外的用户移动的运行和等待操作。结果是当拥有设备的人到家时房子在所需的温度下。其他参数也可根据用户的偏好进行改变。
在一个形式中，RFID标签可由所有用户携带，识别用户并且基于各个RFID标签偏好和用户RFID标签范围内的位置来操作住宅HVAC系统。根据无源/有源标签配置，标签随着增加的范围是可用的。简单的计算机接口(主计算机)被提供以允许从图形计算机显示器容易直观的编程。
现在参考附图，并且更加具体地参考图1，用于控制受控制的空间的环境的系统通常表示为10。如所示的，受控制的空间12可以是家庭住宅的内部空间。在显示在图2中的其他实施方案中，受控制的空间12可以是商业地产。本公开的系统10的实施方案可具有对任何类型的HVAC系统的适用性。在附图中，受控制的空间12包括HVAC单元或系统14，系统14被配置用于控制在受控制的空间内的环境。在一些实施方案中，HVAC单元14可包括炉和空气调节单元，以分别供热和冷却在受控制的空间内的空气温度。
系统10包括恒温器16，该恒温器16耦合至HVAC单元14，以确定受控制的空间12内的温度。可提供其他设备，如恒湿器、一氧化碳探测器、警报系统等。在一个实施方案中，恒温器16可包括RFID读取器单元18，该RFID读取器单元18被配置用于从远程设备22接收编码信号。在某个实施方案中，读取器单元18是收发器。如图所示，读取器单元18嵌入在恒温器16中；然而，读取器单元可被提供作为控制器的部分或甚至是HVAC单元14的部分。系统还包括控制器20，该控制器20连接至恒温器16和读取器单元18，以控制系统10的操作。虽然控制器20显示为耦合至恒温器16和读取器单元18，但是控制器可以是与HVAC单元14相关的专用控制器，或是家庭控制系统的一部分的独立的计算机。
系统10还包括设备22，该设备22被配置用于由在恒温器16中提供的读取器单元18检测。多于一个的设备22可被提供用于具有在住宅中生活的多于一个个体的住宅。在一个实施方案中，控制器20存储与设备22相关的信息，该信息可包括与拥有该设备的人相关的用户偏好。在另一实施方案中，信息可由在读取器单元18或恒温器16中提供的嵌入处理器存储。当读取器单元18检测到设备22时，恒温器16操纵HVAC系统14基于用户偏好控制受控制的空间12的环境。例如，恒温器16可被编程用于保持受控制的空间12在预定的温度下，例如60°F，并且当设备22由读取器单元18检测到时，通过操纵HVAC单元14，恒温器增加受控制的空间的温度到另一温度，例如72°F。因此，例如，受控制的空间12可设置在与在设备22内编程的用户偏好相关的温度下。在某些实施方案中，设备22可位于或定位在戒指、项链或钥匙链上。如上所述，设备22可包括多个信息项目，包括穿戴者的温度偏好，并且可包括对于恒温器16、读取器单元18和/或控制器20可读的标识符。
在一个实施方案中，HVAC单元14可包括恒温器16、读取器单元18和作为HVAC单元的部分的控制器20。在另一实施方案中，恒温器16包括天线24，该天线24被配置用于将编码信号发送至远程设备22。设备22可以是移动设备，如“智能”手机，当提供有天线24时，该设备22包括天线26以将信号发送至读取器单元18或恒温器16。在某一实施方案中，天线24起接收器的作用，以及“智能”手机的天线26起到发送器的作用。在该实施方案中，受控制的空间12的实际温度的信号可可选地发送至设备22，该设备22使受控制的空间的实际温度能够直接反馈给用户，并且使能量分布能够显示在“智能”手机上。
参考图2，用于控制在受控制的空间的环境的系统通常表示为100。如图所示，受控制的空间102可以是商业空间，该商业空间包括一些区域，每个区域表示为104，该区域由中央HVAC系统106供热和冷却。HVAC系统106被设计用于以传统的方式控制受控制的空间102的区域104的环境。例如，HVAC系统106可包括供应线S和返回线R，该供应线S用于将调节过的空气或水供应给HVAC系统106的相应的区域104，该返回线R用于将空气或水排回至HVAC系统。在一些实施方案中，HVAC系统106可包括多个炉或热泵和空气调节单元，以分别供热和冷却在受控制的空间内的空气温度。
每个区域104包括恒温器108，以控制其相应的区域的温度。在一个实施方案中，耦合至HVAC系统106的每个恒温器16被提供用于检测受控制的空间102内的温度(或其他环境参数)，并且操纵HVAC系统以将调节过的空气(介质)提供给相应的区域。可提供其他设备，如恒湿器、一氧化碳探测器、警报系统等。虽然在图2中图示了三个区域104，但是控制空间102可分成任何数量的适于控制整个受控制的空间的环境的区域。
系统100还包括HVAC系统控制器110，该HVAC系统控制器110与每个区域104的恒温器108通信。系统控制器110还通过关于每个区域的各个信号与HVAC系统106通信，该信号导向HVAC系统。框112示出了来自HVAC系统控制器的这些信号的整合。
系统100还可包括嵌入在HVAC系统控制器110内的RFID读取器单元，该RFID读取器单元被配置用于将编码信号发送至远程设备。在一个实施方案中，HVAC系统控制器110的读取器单元是收发器。系统100还包括设备114，该设备114被配置用于由HVAC系统控制器110的读取器单元检测。可提供多于一个的设备114。在一个实施方案中，HVAC系统控制器110存储与设备114相关的信息，该信息可包括与拥有设备的人相关的用户偏好。当HVAC系统控制器110的读取器单元检测到设备114时，系统控制器通过框112的各个信号控制对HVAC系统106的操纵以控制受控制的空间102的区域104。例如，HVAC系统控制器110可被编程用于保持受控制的空间102在预定的温度下，例如60°F，并且当分配到60°F的设备114被系统控制器检测到时，通过操纵HVAC系统106，系统控制器增加受控制的空间的温度到另一温度，例如72°F。因此，例如，受控制的空间102可设置在与在设备114内编程的用户偏好相关的温度下。
在一个实施方案中，HVAC系统控制器110可嵌入在HVAC系统106内。系统100的其他实施方案也可包括提供RFID标签和/或如设备114的“智能”手机，以选择基于用户携带的偏好的用户输入。
参考图3，系统10可修改为将控制器20耦合至设备22。在这样的实施方案中，设备22可采取“智能”手机或类似设备的形式。在该实施方案中，设备22控制系统10的操作。本实施方案的系统10可被配置为使用“智能”手机来实现住宅HVAC用户从他们的智能手机进行自定义选择以及控制他们的加热和冷却到任何所需位置的空间。
住宅HVAC系统的特征包括现有传统的恒温器和能效控制空间的电子置换。基于各个用户偏好的住宅HVAC恒温器控制被提供，以用于控制参数，如温度控制和定时器设置。通过编程这些设置，由于基于实际的用户移动和位置的规则的HVAC回置事件，实现显著的节能。
在一个实施方案中，系统可被配置为包括壁上恒温器、家用计算机和用户RFID标签。壁上恒温器包括住宅HVAC控制恒温器，该住宅HVAC控制恒温器有线连接至现有的住宅HVAC单元作为当前的恒温器。当需要供热或冷却时，壁上恒温器发送典型的开/关控制，以打开HVAC系统。恒温器可被配置为包括计算机编程。壁上恒温器包括无线接收器，以接收RFID标签位置信号。随后，根据各个用户偏好和用户优先级对一天中的时刻偏好进行编程。可选地，壁上恒温器可与房内计算机通信。恒温器接收来自房内计算机的主要温度设置信号的无线信号。
在某些实施方案中，家用计算机可被提供用于控制恒温器。家用计算机包括硬件/软件，以发送无线开/关信号至恒温器，并且跟踪发出的所有RFID标签的位置。家用计算机具有温度设置分布软件，该软件发送设置点信号至壁上恒温器。对于所有分配的用户WiFi RFID标签，温度设置触发是基于无线RFID标签位置、RFID标记的移动以及各个用户偏好的。RFID标签被各自发放至空间用户，并且温度设置点基于一天中的时刻、用户标签位置是可选择的。
RFID标签用于发送位置信号至基于系统购置的家庭计算机或恒温器。标签可以是用户通过软件配置的；并且，如本文所描述的，可位于手机、围绕脖子的链中，钱包中，或可围绕脚踝被穿戴。因为标签那么小，所以RFID标签系统使标签能够没有任何负担地被携带。也可提供可选的GPS跟踪器选项。在RFID无线位置以外的用户位置被切换至GPS跟踪器，因此朝向或离开家移动标识准备空间设置点或转到回置模式的需要。基于被选择的用户偏好，可从手机自动发送的互联网移动分布。
HVAC最常与室内环境舒适度的技术相关。供热、通风和空气调节的三个中心功能是相互关联的，特别是与在合理的安装、操作以及维护费用范围内提供热舒适度和可接受的室内空气质量的需要相互关联。除了控制温度和湿度，HVAC系统可提供通风、降低空气渗透以及保持空间之间的压力关系。HVAC系统的控制通常由恒温器控制。然而，对于本公开，HVAC系统的操作可由各个发放的RFID标签控制。
程序设置点和HVAC系统的用户分布是自动控制的。移动电话可包括软件，以接收系统移出设置点时的警报。提供了改进的壁上恒温器，其包括接收来自范围内的各个用户的RFID标签输入信号。改进的壁上恒温器能够实现用户偏好和当用户在范围之外时的自动回置。也可提供可选的GPS跟踪器升级，以基于可选择的范围内的用户移动和快速的移动进行回置控制。系统还可包括无线、GPS、RFID、Bluetooth、恒温器以及用户选择。系统可用在构建应用、安装系统和控制以及空白空间应用中。
典型的RFID系统使用标签(或标志)，该标签附接于待识别的对象。双向无线电发送器-接收器，有时称作收发器或读取器单元，发送信号至标签并且读取它的响应。如上所述，RFID标签可以是无源、有源或电池辅助的无源。有源标签具有电池，并且周期地发送它的ID信号。电池辅助的无源(BAP)标签具有小的电池，并且当位于存在的RFID读取器中时，是有源的。因为无源的标签不具有电池，所以其在大小上可以更小。然而，为了开始无源标签的操作，无源标签必须由比用于信号发送的有源标签更强的功率电平激活。这产生了在干扰和暴露于辐射中的差别。
RFID标签可以是只读的，具有工厂分配的序列号，该序列号用作进入数据库的密钥，或可以是读/写的，其中特定对象的数据可由系统用户写入标签中。现场可编程标签可以是一次写入、多次读取的；“空白”标签可由用户利用电子产品码写入。不具有固有标识的标签总是有容易被操纵。在一些实施方案中，RFID标签包含至少两个部分-集成电路和天线，该集成电路用于存储和处理信息、调制和解调射频(RF)信号、收集来自输入的读取器信号的DC功率以及其他专门的功能，该天线用于接收和发送信号。标签信息可存储在非易失性存储器中。RFID标签包括用于分别处理发送数据和传感器数据的芯片有线连接的逻辑(chip-wired logic)或者编程的或可编程数据处理器。RFID读取器发送编码的无线电信号，以询问标签。RFID标签接收消息，并且随后以它的标识和其他信息进行响应。在本公开的实施方案中，该信息可以是对于携带标签的人唯一的，如他或她的偏好温度设置、湿度设置等。
RFID系统可根据标签和读取器的类型进行分类。无源读取器有源标签(PRAT)系统具有仅接收来自有源标签(电池操作的，仅发送)的无线电信号的无源读取器。PRAT系统读取器的接收范围可在1-2000英尺(0.30-610m)内进行调整，允许应用中的灵活性，如资产保护和监督。有源读取器无源标签(ARPT)系统具有有源读取器，该有源读取器发送询问者信号并且也接收来自无源标签的认证回复。ARAT系统使用有源标签，该有源标签由来自有源读取器的询问者信号激活。该系统的变化也能够使用电池辅助的无源(BAP)标签，其作用类似无源标签，但是具有小的电池，以给报告信号的标签的返回提供电力。固定的读取器可被设置以创建特定的询问区，该询问区可被紧密地控制。这允许当标签进入和离开询问区时的高度定义的读取区域。移动读取器可以是手持式的或安装在推车或车辆上的。
在读取器和标签之间发信号可通过根据由标签使用的频段的几个不同的不兼容方式实现。运行在低频(LF)和高频(HF)段的标签，就无线电波长而言，非常接近读取器天线，因为它们仅分开小百分比的波长。在近场区，标签临近地与读取器中的发送器电耦合。标签可通过改变标签显示的电负载来调制由读取器产生的场。通过在较低和较高相对负载之间切换，标签产生读取器可检测的改变。在超高频(UHF)和更高频率下，标签离读取器多于一个无线电波长远，这需要不同的方法。
此外，本文所用的措辞和术语也是出于说明的目的，不应视为具有限制性。对于在以单数提出的本文的系统和方法的实施例或元素或动作的任何引用也可以包含包括多个这些元素的实施例，并且对以复数形式的本文的任何实施例或元素或动作的任何引用也可以包含仅包括单一元素的实施例。以单数形式或者复数形式的引用并不旨在限制目前公开的系统或者方法、它们的组分、动作或者元素。本文使用“包括(including)”、“包含(comprising)”、“具有(having)”、“含有(containing)”和“涉及(involving)”及其变型旨在包括其后列举的项目和其等价物以及额外的项目。“或”的引用可解释为包括一切的，使得使用“或”所描述的任何项可以指示所描述的项的单个、多于一个以及全部中的任何一种。对前面和后面、左边和右边、顶部和底部、上部和下部以及垂直和水平的任何引用是为了方便描述，并不旨在将本系统和方法或它们的组分限制在任何一个位置或空间方向。
至此，已经描述了本发明的至少一个实施方案的几个方面，需要理解的是，各种变化、修改和改善对于本领域的技术人员来说将是很容易想到的。这样的改变、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本公开的范围内。因此，前面的描述和附图仅是通过实施例的方式，并且本公开内容的范围应该由所附权利要求以及其等效物的适当的结构确定。

Claims (20)

1.一种用于控制受控制的空间的环境的系统，所述系统包括：
恒温器，其耦合至HVAC系统，所述恒温器被配置用于操纵所述HVAC单元，以管理在所述受控制的空间内的所述环境；以及
设备，其被配置为由所述恒温器检测，
其中，所述恒温器包括与拥有所述设备的人相关的用户偏好，并且操纵所述HVAC系统以基于所述用户偏好控制所述受控制的空间的环境。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括控制单元，所述控制单元耦合至所述恒温器。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述恒温器包括读取器单元，所述读取器单元被配置用于检测所述设备。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述设备是RFID标签，并且所述读取器单元是被配置用于检测所述RFID标签的收发器单元。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述RFID标签是无源的、半无源的或有源的。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述RFID标签附接或连接至钥匙环、项链或钥匙链。
7.根据权利要求3所述的系统，其中，所述设备是移动设备，并且所述读取器单元被配置用于检测所述移动设备。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述移动设备包括全球定位系统。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述移动设备包括移动电话、手持设备或计算机。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述受控制的空间包括多个区域，并且其中，所述系统还包括多个设备，每个设备被配置用于通过所述恒温器操纵所述HVAC系统，以控制相应的区域的环境。
11.一种控制受控制的空间的HVAC系统的方法，所述方法包括：
提供被配置为由恒温器检测的设备，所述恒温器被配置用于存储与拥有所述设备的人相关的用户偏好；以及
当所述设备位于所述控制空间处或附近时，通过所述恒温器操纵所述HVAC系统。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述恒温器包括读取器单元，所述读取器单元被配置用于检测所述设备。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述设备是RFID标签，并且所述读取器单元被配置用于检测所述RFID标签。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述RFID标签是无源的、半无源的或有源的。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述RFID标签附接或连接至钥匙环、项链或钥匙链。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述设备是移动设备，并且所述读取器单元被配置用于检测所述移动设备。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述移动设备包括全球定位系统。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述移动设备包括移动电话、手持设备或计算机。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所述读取器单元是收发器。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述受控制的空间包括多个区域，并且其中，所述方法还包括提供多个设备，每个设备被配置用于通过所述恒温器操纵所述HVAC系统，以控制相应的区域的环境。
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