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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, insbesondere zur Steuerung eines Heizungsventils und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung.
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Hintergrund
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Systeme die im Niedrigenergiebereich arbeiten, z.B. Steuervorrichtungen für Heizungsventile, verfügen oft über begrenzte Energieressourcen. Da die Kommunikation mit diesen Systemen energieintensiv ist, beeinträchtigt die Kommunikation, insbesondere das Ansteuern der Systeme durch einen Benutzer, deren mögliche Betriebsdauer. Es besteht daher der Bedarf energieeffizient zu Kommunizieren. Dazu wird bereits vorgeschlagen, die Kommunikation nicht ständig, sondern nur periodisch durchzuführen und dabei lange Pausen zwischen den einzelnen Kommunikationsereignissen vorzusehen. Dies hat jedoch zum Nachteil, dass die Systeme nicht auf kurzfristig auftretende Ereignisse, wie zum Beispiel ein geöffnetes Fenster, reagieren können.
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Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine Steuervorrichtung bereitzustellen, die ein verbessertes Reaktionsvermögen aufweist.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist eine Steuervorrichtung, insbesondere zur Steuerung eines Heizungsventils, geschaffen, umfassend: einen Stelltrieb, insbesondere einen Stellmotor; eine Steuerschaltung, insbesondere einen Mikrocontroller, zur Steuerung des Stelltriebes; einen Wake-Up-Receiver zum Aktivieren der Steuerschaltung, wobei der Wake-Up-Receiver mit der Steuerschaltung gekoppelt ist; und eine erste Antenne, die mit dem Wake-Up-Receiver gekoppelt ist. Die Kopplung des Wake-Up-Receivers mit der Steuerschaltung bewirkt, dass die Steuerschaltung im Falle eines Wake-Up-Ereignisses, durch den Wake-Up-Receiver ansteuerbar ist. Dadurch kann erreicht werden, dass ein Wake-Up-Signal, welches das Wake-Up-Ereignis repräsentiert, durch den Wake-Up-Receiver empfangen wird und der Wake-Up-Receiver die Steuerschaltung aufweckt. Der Wake-Up-Receiver arbeitet dabei in einem Niedrigenergiebereich und kann gemäß den zur Verfügung stehenden Energieressourcen so ausgelegt sein, dass der Energiebedarf, den der Wake-Up-Receiver zum Ansteuern der Steuerschaltung aufweist, minimal ist. Der Wake-Up-Receiver kann ständig in Betrieb sein und ist daher stets in der Lage Signale infolge eines Wake-Up-Ereignisses zu empfangen. Dadurch wird die Reaktionszeit verbessert. Der Wake-Up-Receiver kann so ausgelegt sein, dass ein Aufwecken oder Aktivieren der Steuerschaltung in Reaktion auf ein Wake-Up-Ereignis in Echtzeit möglich ist.
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Insbesondere ist der Wake-Up Receiver ein Ultra-Low-Power-Receiver. Ultra-Low-Power-Receiver, z.B. der RFicient® des Fraunhofer Instituts, sind in der Lage bei minimalem Energieverbrauch stets in einem Betriebsmodus zu verweilen, der den Empfang von Wake-Up-Signalen, und damit eine Ansteuerung der Steuerschaltung ermöglicht. Durch den Einsatz von Ultra-Low-Power-Receivern wird der Energieverbrauch der Steuervorrichtung minimiert und die Reaktionszeit erhöht. Als Ultra-Low-Power-Receiver sollen insbesondere Wake-Up-Receiver verstanden werden, deren Leistungsaufnahme kleiner 40 µW, insbesondere kleiner als 8 µW ist. Beispielsweise kann der Ultra-Low-Power-Receiver in manchen Ausgestaltungen bei einer Spannung von 1,5V weniger als 20pA, insbesondere weniger als 5pA, Strom aufnehmen.
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In manchen Ausgestaltungen empfängt der Wake-Up-Receiver Wake-Up-Signale im Frequenzbereich von 100 MHz bis zu 10 GHz. Der Wake-Up-Receiver kann dazu ausgebildet sein, den Funkkanal permanent zu überwachen. Ferner kann der Funkkanal in manchen Ausgestaltungen ein einziges Frequenzband oder mehrere Frequenzbänder umfassen. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass in einem Normalbetrieb eine erste Anzahl an Frequenzbändern überwacht wird und in einem Energiesparmodus eine zweite, kleinere Anzahl an Frequenzbändern überwacht wird. Die zweite Anzahl kann insbesondere nur ein einziges Frequenzband umfassen. Die Frequenzbänder können beispielsweise Frequenzbänder bei 433 MHz, 868 MHz und 2,4 GHz umfassen.
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Ferner kann es vorgesehen sein, dass der Wake-Up-Receiver unterschiedliche Wake-Up-Signalfolgen erkennt. Den verschiedenen Wake-Up-Signalfolgen können unterschiedliche Aktionen der Regelung zugeordnet werden. Insbesondere kann auch ein selektives Aufwecken, beispielsweise eines bestimmten Heizungsventilstellers oder Thermostaten, anhand des Wake-Up-Signals, vorgesehen sein. Ferner kann der Wake-Up-Receiver in manchen Ausgestaltungen dazu ausgebildet sein, neben den Wake-Up-Signalen auch codierte Daten zu empfangen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Steuervorrichtung eine Sender-/Empfängereinheit, die mit der Steuerschaltung gekoppelt ist und die mit einer zweiten Antenne gekoppelt ist; oder eine Schnittstelle, insbesondere einen Multiplexer oder eine Multiple-Access-Schnittstelle, wobei der Wake-Up-Receiver und die Steuerschaltung bzw. die Sender-/Empfängereinheit über die Schnittstelle mit einer gemeinsamen Antenne gekoppelt sind. Mittels der Sender-/Empfängereinheit kann die Steuerschaltung mit externen Geräten, wie z.B. einer zentralen Steuereinheit kommunizieren. Dazu kann die Steuerschaltung über eine eigene Antenne verfügen. Dadurch kann die Steuerschaltung autonom kommunizieren. Dadurch ist es insbesondere möglich, dass Wake-Up-Receiver und Steuerschaltung in unterschiedlichen Frequenzbändern arbeiten. Alternativ dazu kann eine Schnittstelle vorgesehen sein, die sowohl den Wake-Up-Receiver als auch die Steuerschaltung mit einer gemeinsamen Antenne koppelt, die dann der gemeinsamen Kommunikation dienen kann. Da Wake-Up-Receiver und Steuerschaltung mit unterschiedlichen Signalen und in unterschiedlichen Frequenzbereichen arbeiten können, kann die Schnittstelle einen Multiplexer und/oder einen Demultiplexer umfassen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Steuervorrichtung eine Energieversorgungseinheit, insbesondere eine Batterie oder einen Energy-Harvester. Die Energieversorgungseinheit kann alle Bestandteile der Steuervorrichtung mit Energie versorgen. Insbesondere wenn es sich um einen Energy-Harvester handelt, kann die Steuervorrichtung energieautark arbeiten.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Steuervorrichtung eine Schaltvorrichtung zum Steuern einer Energieversorgung der Steuerschaltung durch die Energieversorgungseinheit, wobei die Schaltvorrichtung mittels des Wake-Up-Receivers steuerbar ist, insbesondere wobei die Energieversorgung der Steuerschaltung durch den Wake-Up-Receiver steuerbar ist. Die Schaltvorrichtung dient zum Unterbrechen bzw. Verbinden der Energieversorgungseinheit mit der Steuerschaltung, wobei die Energieversorgungseinheit die Steuerschaltung mit Energie versorgt. Dadurch kann die Steuerschaltung bei Bedarf abgeschaltet werden und verbraucht keine Energie mehr. Die Schaltvorrichtung kann durch den Wake-Up-Receiver betätigbar sein, d.h. der Wake-Up-Receiver kann die Steuerschaltung ein und ausschalten. Dadurch ist die Energieversorgung und somit der Energieverbrauch der Steuerschaltung durch den Wake-Up-Receiver steuerbar.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Steuerschaltung und der Wake-Up-Receiver durch einen gemeinsamen Bus verbunden und der Wake-Up-Receiver ist durch die Steuerschaltung konfigurierbar. Insbesondere ist durch die Steuerschaltung ein Signal oder eine Signalfolge, insbesondere ein Wake-Up-Pattern, festlegbar. Der gemeinsame Bus ermöglicht den direkten Austausch zwischen Wake-Up-Receiver und Steuerschaltung, wodurch eine direkte Ansteuerung, z.B. ein Aufwecken der Steuerschaltung durch den Wake-Up-Receiver in Folge eines Wake-Up-Ereignisses möglich ist. Insbesondere ist festlegbar, wie das Signal oder die Signalfolge, die den Wake-Up-Receiver dazu veranlassen die Steuerschaltung aufzuwecken, gestaltet sein soll. Dadurch können unterschiedliche Signale unterschiedlichen Wake-Up-Ereignissen zugeordnet werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Energieversorgungseinheit eine Energiesteuervorrichtung, die dazu ausgebildet ist, die Energieversorgung des Wake-Up-Receivers und/oder der Steuerschaltung und/oder des Stelltriebs zu steuern. Dadurch kann insbesondere auch der Wake-Up-Receiver abgeschaltet werden, wenn z.B. bekannt ist, dass eine längere Periode ohne Kommunikationsbedarf bevorsteht. Dadurch verbraucht der Wake-Up-Receiver keine Energie mehr. Dies erhöht die mögliche Betriebsdauer der Steuervorrichtung.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Energiesteuervorrichtung mittels des Wake-Up-Receivers steuerbar. Dadurch kann der Wake-Up-Receiver, z.B. gemäß einem empfangenen Wake-Up-Pattern, in die Energieversorgung der Steuervorrichtung eingreifen und ggf. Energiesparzustände festlegen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Steuervorrichtung der zuvor beschriebenen Art geschaffen, umfassend: Empfangen des Signals durch den Wake-Up-Receiver; Steuern, durch den Wake-Up-Receiver, der Steuerschaltung, in Reaktion auf das Empfangen; wobei das Steuern das Steuern der Energieversorgung der Steuerschaltung und/oder ein Aufwecken der Steuerschaltung aus einem Niedrigenergiemodus umfasst.
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In einer Ausgestaltung des zweiten Aspektes umfasst das Verfahren ferner das Konfigurieren, durch die Steuerschaltung, des Signals oder der Signalfolge, insbesondere Konfigurieren eines Wake-Up-Patterns für den Wake-Up-Receiver.
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In einer weiteren Ausgestaltung des zweiten Aspektes erfolgt das Empfangen des Signals über die erste Antenne. Alternativ erfolgt das Empfangen des Signals über die gemeinsame Antenne, die dem Wake-Up-Receiver und der Steuerschaltung zugeordnet ist, und das Empfangen umfasst ferner ein Demultiplexen von Signalen, die für den Wake-Up-Receiver bestimmt sind und Signalen die für die Steuerschaltung bestimmt sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand der beigefügten Zeichnungen sind beispielhafte Implementierungsformen der Erfindung näher beschrieben. Die 1-8 zeigen jeweils beispielhafte Implementierungsformen einer Steuervorrichtung, insbesondere einer Heizungssteuerung, gemäß der Erfindung.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Steuervorrichtung 1. Die Steuervorrichtung 1 umfasst einen Motortreiber zum Ansteuern eines Stellantriebs 2, eine Steuerschaltung 3 und einen Wake-Up-Receiver 4. Die Steuerschaltung 3 ist durch einen Mikrokontroller gebildet. Der Wake-Up-Receiver 4 ist über einen gemeinsamen Bus 5 mit der Steuerschaltung 3 verbunden. Der Wake-Up-Receiver 4 dient zum Aktivieren der Steuerschaltung 3. Die Steuervorrichtung 1 umfasst weiterhin eine erste Antenne 6. Der Wake-Up-Receiver 4 ist mit der ersten Antenne 6 gekoppelt und kann über diese mit externen Vorrichtungen kommunizieren, insbesondere ein Signal oder eine Signalfolge empfangen. Der Wake-Up-Receiver 4 ist dazu ausgebildet, die Steuerschaltung 3 in Reaktion auf ein empfangenes Signal zu aktivieren. Die Steuervorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Energieversorgungseinheit 7, eine zweite Antenne 8, sowie eine Sender-/Empfängereinheit 9. Die Sender-/Empfängereinheit 9 ist mit der Steuerschaltung 3 gekoppelt und dient der Kommunikation der Steuerschaltung 3 mit externen Geräten oder mit einem Benutzer. Die Sender-/Empfängereinheit 9 wirkt dabei mit der zweiten Antenne 8 zusammen und ist mit dieser gekoppelt. Die Energieversorgungseinheit 7 ist durch eine Batterie gebildet und besitzt daher nur einen endlichen Energievorrat. Der Wake-Up-Receiver 4 ist durch einen Ultra-Low-Power-Receiver gebildet und weist daher nur einen minimalen Energieverbrauch auf. Über den gemeinsamen Bus 5 ist der Wake-Up-Receiver 4 durch die Steuerschaltung 3 konfigurierbar, d.h. dass ein Wakeup-Pattern festlegbar ist und so eine Zuordnung eines Wakeup-Patterns zu einem Wake-Up-Event erfolgen kann.
- 2 zeigt eine Steuervorrichtung 1 gemäß der 1, wobei die Steuervorrichtung 1 eine Schnittstelle 10 umfasst. Die Schnittstelle 10 ist durch einen Multiplexer oder durch eine Multi-Access-Schnittstelle gebildet. Die Schnittstelle 10 koppelt den Wake-Up-Receiver 4 und die Sender-/Empfängereinheit 9 der Steuerschaltung 3 mit einer gemeinsamen Antenne 11.
- 3 zeigt eine Steuervorrichtung 1 gemäß der 1, wobei die Steuervorrichtung 1 weiterhin eine Schaltvorrichtung 12, insbesondere einen Schalter, umfasst. Die Schaltvorrichtung 12 ist mit dem Wake-Up-Receiver 4 gekoppelt und durch diesen betätigbar. Die Schaltvorrichtung 12 dient zum Steuern, insbesondere zum ein- und ausschalten einer Energieversorgung der Steuerschaltung 3. Die Steuerschaltung 3 kann ferner dazu ausgebildet sein, ihre Spannungsversorgung selbst zu regeln, nachdem sie aktiviert wurde. Insbesondere kann die Steuerschaltung die Spannungsversorgung selbst aufrechterhalten, insbesondere mittels der Energiesteuervorrichtung. Ebenso ist es im Beispiel vorgesehen, dass die Steuerschaltung ihre Spannungsversorgung selbst abschalten kann.
- 4 zeigt eine Steuervorrichtung 1 gemäß der 3, wobei die Steuervorrichtung 1 die gemeinsame Antenne 11 und die Schnittstelle 10 umfasst, wie zu 2 beschrieben.
- 5 zeigt die Steuervorrichtung 1 gemäß 2, wobei die Energieversorgungseinheit 7 durch einen Energy-Harvester gebildet ist und unter Anderem eine Energiesteuervorrichtung 13 zum Steuern der Energieversorgung/des Leistungsmanagements, insbesondere des Wake-Up-Receivers 4 und der Steuerschaltung 3 umfasst. Der Energy-Harvester ist mit einem Energiespeicher, beispielsweise einem Akku oder einem Kondensator verbunden, so dass die durch den Energy-Harvester gewandelte Energie zwischengespeichert und/oder gepuffert werden kann.
- 6 zeigt die Steuervorrichtung 1 gemäß 5, wobei die Energiesteuervorrichtung 13 mit dem Wake-Up-Receiver 4 kommunizierend gekoppelt und durch diesen steuerbar ist.
- Zusätzlich wird der Wake-Up-Receiver 4 über die Energiesteuereinheit 13 mit Energie versorgt. Ergänzend kann hier die Energiesteuervorrichtung 13 von dem Wake-Up-Receiver ein Signal empfangen, wobei die Energiesteuervorrichtung 13 nach dem Empfangen des Signals die Steuerschaltung mit Energie versorgt. Ferner ist die Steuerschaltung 3 vorzugsweise dazu ausgebildet, nach der Aktivierung ihre Spannungsversorgung selbst zu regeln. Insbesondere kann die Steuerschaltung die Spannungsversorgung durch die Energiesteuervorrichtung 13 selbst aufrechterhalten, beziehungsweise selbst ausschalten.
- 7 zeigt die Steuervorrichtung 1 gemäß 6, umfassend die erste und die zweite Antenne 6,8, wie zu 1 beschrieben.
- 8 zeigt die Steuervorrichtung 1 gemäß 5, umfassend die erste und die zweite Antenne 6,8, wie zu 1 beschrieben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuervorrichtung
- 2
- Stelltrieb
- 3
- Steuerschaltung
- 4
- Wake-Up-Receiver
- 5
- Bus
- 6
- erste Antenne
- 7
- Energieversorgungseinheit
- 8
- zweite Antenne
- 9
- Sender-/Empfängereinheit
- 10
- Schnittstelle
- 11
- gemeinsame Antenne
- 12
- Schaltvorrichtung
- 13
- Energiesteuervorrichtung
- 14
- Energiespeicher
- 15
- LED-Treiber
- 16
- Weitere Peripherie
