控制系统和用于控制系统的配对方法
【专利摘要】本发明涉及一种控制系统（200）和用于控制系统的安装、配置以及更新的配对方法。在本发明的解决方案中，该控制系统包括具有控制元件（210a-210h）的节点（220q-220h）、一个或多个集线器（230x-230y）、以及服务器（240）。分配的节点（220a、220b、220d）的标识数据从服务器（240）传输到集线器（230x）。该集线器提供与具有任何存储为分配的节点的ID的节点的配对处理。这样实现不需要用户的手动激活过程的自动配对处理。
【专利说明】控制系统和用于控制系统的配对方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及控制系统和用于控制系统的安装、配置以及更新的配对方法。本发明适用于例如用于控制不同实体(诸如房间和办公室)的环境条件的控制系统。例如，该环境条件可以涉及温度、湿度、CO2水平、电、访问权、供水、以及照明。本发明还适用于控制其他诸如家用电器和多媒体设备的电气设备。
【背景技术】
[0002]为了节能和提高在建筑物中的生存环境，有用于调整例如热、空调、以及照明的控制系统。简单的系统可以包括加热器、传感器、以及调整面板以用于调整所希望的温度。更便利的系统可以包括多个传感器、激励器(actuator)以及控制面板。还有可用于建筑物的分开的安全系统。然而，系统越复杂，安装该系统并且对该系统升级与改变通常就越困难和
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[0003]因此，例如，有增加家庭和办公环境中的集中控制系统的使用的趋势。集中控制系统用于实现能量的最佳使用和对于居民和工人的最佳环境条件。在家庭和办公室中，其他电子设备的数量也正在增加，由此，集中控制系统也使各种电子设备的使用更容易。
[0004]图1示出了现有技术的控制系统的框图。控制系统100具有控制装置130，该控制装置130具有通过有线或无线网络到节点120a、节点120b、节点120c的通信连接。节点进一步连接到控制元件110a、控制元件110b、控制元件IlOc,这些控制元件110可以是例如，传感器或激励器。控制装置经由节点从传感器获取测量数据，并且对节点给出指令以便控制激励器。
[0005]控制装置具有用于实现由程序和存储在内存132中的参数定义的控制功能的处理器。控制装置有用于与具有相应的收发器125的节点通信的收发器135。节点具有带有内存122的微控制器121。微控制器控制与控制装置的数据传输，并且处理来自传感器的数据输入或到激励器的数据输出。
[0006]当安装控制系统时，节点必须与控制装置配对。这意味着，在控制装置的控制下(即“分配”到控制装置)的节点的标识数据存储在控制装置中，以便促进与分配的节点的通信与控制功能。节点与控制装置分别具有开关125与开关135以用于使这些单元转变到配对模式中。在激活一个节点和控制装置中的配对模式之后，它们通过网络交换ID信息，以便在控制系统中确定彼此的地址。该配对必须设置在每个节点与控制装置之间。如果随后需要改变控制系统的配置，则可以通过节点和控制装置的开关129和开关139分别放弃现有的配对。
[0007]存在与现有技术的控制系统有关的某些缺陷。首先，在现有技术的系统中，需要手册激活配对处理，这对于许多用户可能是困难的。经常需要将新的控制元件安装到已经运行的控制系统中，由此在这种情况下，这样的手动配对处理总是必要的。经常还需要以必须首先放弃旧的配置的方式改变配对配置。还有可能由于各种其他原因而偶尔放弃配对。此后，所有的节点需要与相关的控制装置配对，并且这倾向于花费很多时间。在许多系统中，还需要在系统中连接计算机以用于配置。并且作为进一步的问题，有时配对处理可能失败。这可能是由于在网络中同时配对两个节点。如果由不同用户的节点(诸如不同房间的节点)使用同一网络，则这可能经常发生。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了减轻与已知的现有技术解决方案有关的问题和缺陷。特别地，目的是提供容易安装、配置以及更新的控制系统和配对方法。
[0009]本发明的目的的至少一部分通过本发明的解决方案实现，其中控制系统包括具有控制元件的节点、一个或多个集线器(hub)、以及服务器。分配的节点的标识数据从服务器传输到集线器。集线器提供与作为分配的节点的、具有存储在集线器中的任何ID的节点的配对处理。这样实现不需要用户的手动激活程序的自动配对处理。
[0010]一种根据本发明的控制系统，包括:至少一个具有到控制元件的接口、微控制器、用于存储节点的ID的存储器、以及用于与集线器通信的收发器的节点，至少一个具有到服务器接口、处理器、用于存储节点的ID数据的存储器、以及用于与节点通信的收发器的集线器，其中，集线器和节点分配给彼此并且彼此配对，被设置为彼此传输控制数据，该控制系统的特征在于，该控制系统的特征在于，控制系统包括服务器，其中，服务器被设置为将被分配到集线器的那些节点的标识数据传输到集线器，并且集线器被设置为与分配的节点交换标识数据以便在控制系统中接合集线器和节点。
[0011]根据本发明的用于控制系统的节点，包括:到控制元件的接口、微控制器、用于存储节点的ID的存储器、以及用于与集线器通信的收发器，其中，节点被设置为与分配给节点的集线器传输控制数据，该节点的特征在于，节点被设置为将其ID发送到至少一个集线器并且与通知被分配给节点的集线器接合。
[0012]一种根据本发明的用于控制系统的集线器，包括:到服务器的接口、处理器、用于存储节点的标识数据的存储器以及用于与节点通信的收发器，其中，集线器被设置为与分配给集线器的节点传输控制数据，该集线器的特征在于，集线器被设置为从服务器接收被分配到集线器的那些节点的标识数据，从而从节点接收ID并且从而与接收的ID在分配给集线器的节点的列表上的节点接合。
[0013]一种根据本发明的用于控制系统的配对方法，该控制系统包括至少具有至少一个控制元件的节点和至少一个集线器，其中，在该方法中，集线器与节点分配给彼此并且彼此配对并且彼此传输控制数据，该方法的特征在于，集线器与系统的服务器通信，其中，标识数据被传输到被分配到集线器的那些节点的集线器，节点的标识数据从节点传输到系统的至少一个集线器，并且在分配给彼此的集线器和节点之间提供分配处理。
[0014]在从属权利要求中描述了 一些优选实施方式。
[0015]根据一个实施方式，提供了一种用于在节点和集线器之间通信的无线网络。当使用该无线网络时，可以在不需要在节点和集线器之间的网络线缆的情况下安装系统的节点。无线通信可以根据Zigbee或一些其他的合适的通信程序。
[0016]根据本发明另一个实施方式，提供了一种用于在节点和集线器之间通信的诸如RS485的有线网络。当使用该有线网络时，可以在没有附近控制系统的通信之间的干扰的风险的情况下安装多个控制系统。[0017]在本发明的一个实施方式中，如果节点不与任何集线器配对，则编程节点以通过网络将请求消息发送到集线器。这样的请求可以包括节点的ID。然后，连接到网络的集线器将检查具有该ID的节点是否被分配到集线器。如果节点被分配到集线器，则集线器将开始与节点的配对处理。
[0018]还可能的是，如果节点被分配到集线器但是节点不与集线器配对，则集线器发送可以包括分配的节点的ID的请求。当分配的节点连接到网络时，节点将发送响应并且开始配对处理。
[0019]根据本发明的一个实施方式，集线器从服务器接收分配到集线器的节点的安全证书。然后，在集线器和分配的节点之间的配对处理中使用这个安全证书以便验证节点被分配到相关集线器。因此由节点验证安全证书。集线器验证节点的安全证书也是可能的。
[0020]当控制系统获取额外的节点时，新节点的ID被输入到服务器，该服务器将分配信息进一步发送到相关集线器。当控制系统获取额外的集线器时，集线器的ID和它的分配的节点也被存储在服务器中以用于随后的配对处理。
[0021]根据本发明的一个实施方式，可以通过在服务器取消分配来放弃在节点和集线器之间的配对，其中服务器将取消通知给集线器，并且集线器将开始与先前分配的节点的配对取消。
[0022]控制系统的服务器可以在与控制系统的集线器和节点相同的前提下安装。在这种情况下，在服务器和集线器之间可以存在有线的或无线的连接。根据本发明的优选实施方式，服务器与控制系统的其他设备位于不同的设施中。服务器可以由第三方操作，该第三方可以进行可以连接到同一服务器的多个控制系统的管理。第三方可以是例如房屋管理机构、控制系统/通信操作者、或保卫机构。例如，当服务器位于其他设施中时，在服务器和集线器之间的通信可以经由因特网实现。
[0023]服务器具有用于管理控制系统的配置和功能的程序。可以用连接到服务器的终端或通过诸如因特网的通信网络来配置控制系统。有可能的是，销售用于控制系统的硬件的商店/公司具有将关于新节点和集线器的信息发送到控制系统的服务器的能力。如果卖方有权访问服务器，则当购买新节点/集线器时，卖方能够配置用于新节点/集线器的系统。这促成在用户将节点/集线器连接到系统之后的自动安装。还优选的是，为了进行可能的配置改变，用户具有对服务器的访问权。
[0024]本发明具有超越现有技术解决方案的重要优点。首先，用户不需要手动地激活配对处理。在节点和集线器安装并且连接到网络之后可以自动进行配对。还可以使用自动配对处理来增加新节点和集线器。甚至还可以使用自动处理来部分或完全地重置旧配对配置并安装新配对配置。用户不需要为了配置而进行手动激活/重置或将计算机连接到节点或集线器。
[0025]在发明的控制系统中，因为每个配对均基于分配的集线器和节点的标识数据，所以没有同时配对处理将引起配对失败的风险。
[0026]在本文件中提出的本发明的示例性实施方式不应当被解释为造成对所附权利要求的适用性的限制。在本文件中，动词“包括”被用作开放的限制，其不排除还存在未陈述的特征。除非另有明确说明，否则在从属权利要求中陈述的特征可自由地彼此结合。
[0027]能够使用本发明的实体可以是例如私有房屋、办公楼、工厂、仓库、学校、医院、博物馆等。
[0028]在本专利申请中使用的术语“节点”的意思是具有集成控制元件和控制元件的接口，并且还具有用于数字控制的无线或有线网络/总线的收发器的控制系统的任何单元。
[0029]在本专利申请中使用的术语“集线器”的意思是具有通过无线或有线网络与节点通信的收发器，并且还具有与服务器通信的接口的控制系统的任何单元。集线器还可以是网关。
[0030]在本专利申请中使用的术语“控制元件”的意思是提供在物理量和电信号之间的转换的任何元件。因此，控制元件可以是传感器、激励器、控制面板、读卡器等。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]下面将根据附图参考示例性实施方式来更详细地描述本发明，在附图中:
[0032]图1示出了现有技术的控制系统的框图；
[0033]图2示出了根据本发明的示例性控制系统的框图；以及
[0034]图3示出了根据本发明的示例性配对方法的流程图。
【具体实施方式】
[0035]在以上现有技术的描述中描述了图1。下面，通过首先描述根据本发明的示例性控制系统，并且随后描述用于控制系统的示例性配对方法来提出本发明。
[0036]图2示出了根据本发明的示例性控制系统的框图。控制系统200具有三个集线器，230x、230y以及230z。例如，这些集线器可以安装在建筑物的不同层中。集线器具有带有内存232的处理器231。集线器通过无线或有线网络与节点220a-220h通信。集线器具有用于在网络中通信的收发器235。集线器也可以经由网络彼此通信。例如，在第一集线器的控制区内着火的情况下，为了提供警报的目的，可以将该信息传输到建筑物的其他集线器。
[0037]节点具有与集线器通信的收发器225。还可能的是，节点通过网络彼此通信。节点具有带有存储器222的微控制器221。微控制器控制与集线器的数据传输，并且处理输入到控制元件数据/从控制元件输出的数据。节点220a-220h被连接到相应的控制元件210a_h，控制元件210a_h可以是传感器、激励器、控制面板、读卡器等。
[0038]每个节点与一个集线器配对。在图2的示例中，节点220a、节点220b、节点220d被分配到集线器230x，节点220c、节点220e、节点220g被分配到集线器230y，并且节点220f、节点220h被分配到集线器230z。集线器经由节点从传感器获取测量数据，并且对节点给出指令以用于控制激励器。节点的控制元件还可以是控制面板或一些其他的用户接口设备，由此在相关的节点和集线器之间传输输入/输出信息。
[0039]耦接到诸如控制元件的节点的传感器可以包括例如光传感器、温度传感器、湿度传感器、CO2传感器、能量计、门传感器、移动传感器、摄像头或一些其他的存在传感器(presence sensor)。稱接到节点的激励器可以包括例如加热构件、冷却构件、通风构件、照明构件、用于影响湿度的构件、喷洒系统、电子锁、以及蜂鸣器。节点还可以适合于从这些设备聚集测量信息，由此该信息可以表示例如设备的当前操作状态。控制元件可以进一步包括安全元件，诸如钥匙读取器、读卡器、一些其他类型的ID读取器、或其他访问控制元件。控制元件也可以包括各种电子设备，诸如多媒体设备、内部通信设备、洗衣机、厨房设备等，其中控制系统既可以控制设备又可以从它们接收数据。例如，连接到节点的控制面板可以包括触屏显示器。
[0040]集线器具有与服务器240通信的数据接口 236，服务器240具有与集线器通信的对应接口 246。在加电之后，集线器可以发起与服务器的连接。在连接建立期间，可以由服务器检查唯一的ID和安全证书，并且集线器也可以检查服务器的安全证书。如果唯一的ID和证书匹配，则建立安全通信通道。在集线器和服务器之间的通信被有利地加密，并且因此公共因特网可以用于数据传输，如果服务器距集线器有一段距离，则这是优选的。每个集线器具有唯一的ID并且有利地还具有安全证书。
[0041]服务器240具有处理器241和数据存储器242 (诸如数据库)。服务器的存储器包括关于控制系统的配置的信息，该信息包括分配给每个集线器的节点的列表。该配置/列表可以由控制系统的操作者或用户创建及更新。还可能的是，控制装置的卖方被授权将关于控制系统的新装置的信息传输到服务器。
[0042]在建立服务器和集线器之间的连接之后，服务器会将分配的节点的列表传输到每个集线器。服务器存储还可以包括控制参数，控制参数可以传输到集线器并且可以由集线器进一步传输到分配的节点。
[0043]图3示出了根据本发明的示例性配对方法300的流程图。当安装新控制系统时，当将新节点或新集线器安装到现有的系统时，或当已经放弃现有的控制系统安装的旧配置时，可以使用该自动配对方法的实施方式。
[0044]首先，控制系统的服务器将信息传输到系统的集线器，信息包括分配到每个集线器的节点列表。在阶段305中，待配对的节点被开启。这个节点先前已经被放入到它在控制系统中的合适物理位置中。可能该节点早先已经在控制系统中配对，并且因此，首先由该节点检查是否有先前分配的集线器的标识数据存储在该节点的存储器中，阶段310。如果先前分配的集线器的数据是可用的，则节点将开始经由网络请求先前分配的集线器，330。如果找到先前分配的集线器，335，则检查节点是否依然分配给该集线器，340。
[0045]如果在阶段310中，表现为没有先前分配R集线器的可用信息，或如果在阶段335中没找到先前分配的集线器，节点将开始通过请求消息寻找新集线器，315。将周期性地继续发送这些请求，直至在阶段320中找到新集线器。
[0046]当找到新集线器时，检查节点是否分配给找到的集线器。如果节点没有分配给找到的集线器，则将寻找此外的集线器，阶段315。如果在阶段340中节点被分配给找到的集线器，则节点将检查集线器的安全证书，和/或集线器将检查节点的安全证书，阶段345。如果接受证书，则节点和集线器将接合为一对，阶段350，这促进它们彼此传输控制数据并且允许集线器对节点给出指令。因此完成配对处理，360。如果在阶段345中不接受节点/集线器的证书，则不进行接合，并且失败被通知给服务器(在图中未示出)。
[0047]图3的方法具有用于搜索集线器以及用于检查节点是否分配给找到的集线器的分开的阶段。备选地，还可能的是，节点在搜索请求中发送其ID，并且找到的集线器将检查节点是否被分配给该集线器并且在其最初的响应消息中将这个通知给节点。还可能的是，只有在节点被分配到集线器的情况下，集线器才将发送响应信息。
[0048]还可能的是，集线器将搜索分配的节点。当集线器从服务器接收分配的节点的新列表时，集线器可以在未配对的列表中检查是否有分配的节点。集线器可以通过经由网络周期性地发送请求直至找到分配的节点，来搜索未配对的分配的节点。然后，如上所述地接合找到的、分配的节点。
[0049]在本专利说明书中，没有更加详细地描述系统和装置的各种部件的结构，因为它们可以使用以上描述和本领域的技术人员的公知常识来实现。
[0050]应注意控制系统的功能；节点、集线器以及服务器需要在装置中运行的合适的计算机程序产品。在装置中，功能的控制通常发生在以微处理器的形式的处理能力和以存储器电路的形式的存储器的设置中。为了将已知的装置或系统转换为根据本发明的设备，需要在硬件修改以外，还将指示微处理器进行上述操作的指令存储到内存构件中。将这样的指令组合并且存储到存储器中涉及已知的技术，当结合本专利申请的教学时，这是在本领域的技术人员的能力之内的。
[0051]本专利的范围将由所附权利要求定义。技术人员将理解以下事实，在不偏离权利要求中所阐明的范围的情况下，可以对明确公开的实施方式及其特征进行各种改变和修改。
[0052]本发明特别良好地适用于控制建筑物内部的环境条件的控制系统。然而，本发明可以良好地适用于任何中心控制系统。
【权利要求】
1.一种控制系统，包括:具有到控制元件(210a-210h)的接口、微控制器(221)、用于存储所述节点的ID的存储器(222)以及用于与集线器通信的收发器(225)的至少一个节点(220a-220h);具有到服务器的接口(236)、处理器(231 )、用于存储节点的ID数据的存储器(232)以及用于与节点通信的收发器(235)的至少一个集线器(230x-230z)，其中，分配给彼此并且彼此配对的集线器和节点被设置为彼此传输控制数据，所述控制系统的特征在于，所述控制系统包括服务器(240)，其中，所述服务器被设置为将被分配到集线器(230x)的那些节点(220a、220b、220d)的标识数据传输到所述集线器，并且集线器被设置为与分配的节点交换标识数据以便在所述控制系统中接合所述集线器和所述节点。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述服务器被设置为将分配给集线器的节点的安全证书发送到所述集线器，并且所述集线器被设置为将分配的节点的所述安全证书发送到所分配的节点以用于所述配对处理中的验证。
3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于，所述节点和所述集线器的收发器具有用于在所述节点和所述集线器之间无线数据传输的构件。
4.根据前述的任一权利要求所述的控制系统，其特征在于，所述节点和所述集线器的收发器具有用于在所述节点和所述集线器之间无线数据传输的构件。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述节点和所述集线器的收发器具有用于诸如RS485网络的有线网络的接口。
6.根据前述的任一权利要求所述的控制系统，其特征在于，所述集线器与所述服务器具有用于经由因特网彼此通信的构件(236，246)。
7.根据前述的任一权利要求所述的控制系统，其特征在于，所述控制元件(210a-210h)是传感器，诸如温度传感器、湿度传感器、光学传感器、CO2传感器、运动传感、另一种存在传感器或相机。·
8.根据前述的任一权利要求所述的控制系统，其特征在于，所述控制元件(210a-210h)是激励器，诸如照明器材、加热器、空调、风扇或多媒体设备。
9.根据前述的任一权利要求所述的控制系统，其特征在于，所述控制元件(21Oa-21Oh )是控制面板或访问控制终端。
10.一种用于控制系统的节点(220a-220h)，包括:到控制元件(210a_210h)的接口、微控制器(221)、用于存储所述节点的ID的存储器(222)以及用于与集线器(230χ-230ζ)通信的收发器(225)，其中，所述节点(220a)被设置为与分配给所述节点的集线器(230χ)传输控制数据，所述节点的特征在于，所述节点被设置为将其ID发送到至少一个集线器并且与通知被分配给所述节点的集线器接合。
11.根据权利要求10所述的节点，其特征在于，所述节点被设置为验证所分配的集线器的安全证书以便接受与所分配的集线器的配对。
12.一种用于控制系统的集线器(230x-230z)，包括:到服务器(240)的接口(236)、处理器(231)、用于存储节点的标识数据的存储器(232)以及用于与节点通信的收发器(235)，其中，所述集线器被设置为与分配给所述集线器的节点传输控制数据，所述集线器的特征在于，所述集线器(230x)被设置为从服务器(240)接收被分配到所述集线器的那些节点(220a、220b、220d)的标识数据，从而从节点接收ID并且从而与接收的ID在分配给所述集线器的节点的列表上的节点接合。
13.根据权利要求12所述的集线器，其特征在于，所述集线器被设置为从服务器接收所分配的节点的安全证书，并且所述集线器被设置为在所述配对处理中将所述安全证书发送到分配的节点。
14.一种用于控制系统的配对方法(300)，所述控制系统包括具有至少一个控制元件的至少一个节点和至少一个集线器，其中，在所述方法中，集线器与节点分配给彼此并且彼此配对(350)并且彼此传输控制数据，所述方法的特征在于，所述集线器与所述系统的服务器通信，其中，标识数据被传输到被分配到集线器的那些节点的所述集线器(301)，并且在集线器和分配的节点之间交换标识数据(310-345)以便在所述控制系统中接合所述集线器和所述节点(350)。
15.根据权利要求14的 配对方法，其特征在于，节点的安全证书服务器从所述服务器传输到分配到所述节点的集线器，并且在所述节点和所述集线器之间的所述配对处理中，所述安全证书进一步地从所述集线器传输到所述节点，并且由所述节点验证所述安全证书。
【文档编号】H04L29/08GK103583029SQ201280016622
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年2月23日 优先权日:2011年2月23日
【发明者】普里特·万贝格 申请人:零点集团控股有限公司