用于家庭自动化系统中的无线设备的冗余控制
1.相关申请本技术要求2019年9月11日由robert p.madonna等人提交的名称为“家庭自动化系统中的无线设备的冗余控制”的美国临时专利申请第62/899,004号的权益,其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
2.本公开一般涉及设备控制,并且更具体地涉及一种用于家庭自动化系统的无线设备的冗余控制的架构。
背景技术:
3.随着家庭和其它结构变得更大,并且充满更多的设备,设备控制变成日益增加的挑战。家庭自动化系统正变得越来越流行以管理这些复杂性。传统上,家庭自动化系统主要依赖于有线连接(例如,以太网、rs-232、dmx/rs-485等)来在控制器和受控制的设备(例如,照明设备、电窗帘、电子门锁等)之间进行通信。这种有线连接是高度可靠的,但是,特别是当在现有结构中安装家庭自动化系统时,提出了很大的安装挑战。安装者通常需要在每个设备和控制器之间穿过墙壁来拉线。这项任务需要大量的时间、精力和费用。
4.为了解决使用有线连接的安装挑战,已经尝试了与家庭自动化系统中的设备的各种类型的无线通信。一些设备已经被配置有无线局域网(wlan)接口(例如,wi-fi接口)并且加入了由一个或多个接入点(ap)(例如,wi-fi ap)提供的家庭wlan。其他设备已经配置有无线个域网(wpan)适配器(例如,蓝牙低能量(ble)适配器)并且被配置成可经由短距离wpan进行通信。虽然可以使用,但是每种方法都有缺点。
5.wlan通信可能由于ap故障、低信号强度和其它问题而不可靠。当wlan不能用时,用户可能就不能改变由家庭自动化系统控制的设备的状态,例如,点亮照明设备、打开电窗帘以让自然光进入、用电动门锁开门等。这可能不仅不方便,而且可能会妨碍用户解决wlan通信中的故障(例如,重新启动ap)和恢复功能的能力。此外,wlan通信的使用可能会使家庭自动化设备的安装复杂化。起作用的wlan需要在可以用于设备的初始配置的结构中操作。这对于某些项目工作流可能是不方便的。例如,在新的构造中,在安装照明设备之前设置起作用的wlan可能不方便。此外,wlan通信的使用对设备的电池电力的使用提出了限制。wlan适配器(例如wi-fi适配器)可能会消耗大量的功率源。这种需求可能难以用电池供电的设备来满足。
6.此外,wpan通信可能会存在其自身的问题。大多数wpan协议在真实世界条件下具有短的操作范围(例如,对于ble为10米或更小)并且穿透结构中的障碍物(例如,墙壁)较差。这样,当wpan被用在家庭自动化系统的控制设备和无线设备之间时,控制设备通常必须非常接近。单独使用wpan,用户可能无法从结构的远程房间或从结构外部控制无线设备。
7.虽然许多架构已经尝试去解决这些问题,但是许多这样的架构已经增加了不期望的复杂性和单位成本。由于家庭自动化系统会包括大量的无线设备,因此,最小化复杂度和
单位成本可能是非常重要的。
8.因此,需要一种用于控制家庭自动化系统的无线设备的改进的架构。该架构优选地在日常使用期间提供远距离操作,同时还在初始安装期间提供高可靠性和灵活性。如果这种架构不显著增加复杂性和单位成本,则将是进一步期望的。
技术实现要素:
9.在一个实施例中,提供了一种用于对使用wlan和wpan通信的组合的家庭自动化系统的无线设备(例如,无线灯具、无线灯带、无线窗帘或其他无线设备)的冗余控制的架构。在家庭自动化系统的正常操作期间,响应于控制设备(例如,遥控器、移动设备或其他电子设备)上的控制应用(app)中的用户输入而生成的控制命令经由wlan(例如,wi-fi)被传送到无线设备附近的桥接设备(例如,灯模块或无线小键盘),其通过wpan(例如,ble)将命令转发到无线设备。在没有可用的wlan连接的情况下(例如,由于故障、在其配置之前等),控制设备可以经由wpan(例如,ble)直接向无线设备发送控制命令。
10.在例行操作期间,可以实现长距离的wlan通信(例如,wi-fi),在没有可用wlan的情况下,仍然可以通过将控制设备带到附近而使用wpan来控制设备。由于其中不需要冗余硬件(例如,设备不需要wlan接口和wpan适配器二者),因此可以最小化无线设备的复杂性和成本。此外,由于桥接设备可以独立于桥接而提供其他有用的家庭自动化功能(例如,独立于桥接功能,灯模块可以提供照明设备控制功能,小键盘可以提供用户接口功能等),因此可以分摊提供桥接而增加的成本。给定wpan(例如,ble)通信的低功率要求(例如,与wi-fi相比),该技术可以很好地适用于电池供电的无线设备。
11.应当理解,可以实现各种附加特征和替选实施例。本发明内容仅旨在作为对读者的简要介绍,而不指示或暗示本文提及的示例覆盖本发明的所有方面,或者是本发明的必要或至关重要的方面。
附图说明
12.以下描述请参考附图,其中:图1是可以以至少一些无线设备的冗余控制为特征的家庭自动化系统的一个示例性架构的框图;图2是可以经由到wpan(例如,ble)的无线连接接收控制命令的一个示例性无线窗帘的框图;以及图3是用于使用wlan和wpan通信的组合的家庭自动化系统的无线设备的冗余控制的一个示例性步骤序列的流程图。
具体实施方式
13.定义如本文所使用的,术语“家庭自动化系统”应当被广义地解释为涵盖各种类型的家庭控制、“智能家庭”、和/或可以控制诸如住宅住所或商业建筑之类的结构内的设备(例如,照明设备、显示设备、电窗帘、hvac设备、和/或其他类型的设备)的设备控制系统。
14.如本文所使用的,术语“移动设备”是指执行通用操作系统并适于携带在个人身上
的电子设备。诸如智能电话的设备应当被认为是移动设备。台式计算机、服务器或其它主要固定的计算设备通常不应被认为是移动设备。
15.如本文所使用的,术语“桥接设备”指的是家庭自动化系统的设备,其包括多个无线接口/适配器,其利用不同无线通信协议并且能够经由一个无线通信协议(例如,wi-fi)接收控制命令并经由另一无线通信协议(例如,ble)转发控制命令。
16.如本文所使用的,术语“接近”是指在另一设备的wpan适配器的操作范围内的性质。在第二设备的wpan适配器的操作范围内的设备被认为接近第二设备。不在第二设备的wpan适配器的操作范围内的设备被认为不接近第二设备。
17.示例性家庭自动化系统架构图1是可以以至少一些无线设备的冗余控制为特征的家庭自动化系统的一个示例性架构100的框图。在系统的核心是主机控制器110,其耦合到家庭内有线局域网(lan)105,例如以太网lan,其继而耦合到ap 107,例如wi-fi ap,其提供了家庭内的wlan。
18.主机控制器110可以包括硬件组件,诸如处理器、存储器和存储设备,它们共同存储和执行被配置成监视和控制设备120和142的操作的主机软件111;提供ui解释、系统管理和监视;执行与云服务180的同步;提供活动记录服务;提供活动预测服务;和/或提供其它类型的功能。主机控制器110还可以在其存储设备中维护家庭数据库112,该家庭数据库存储包括关于由家庭自动化系统控制的设备120-142以及设备能够提供的服务的信息的配置信息,以及关于遥控器140、移动设备160和提供用于控制设备120-142的图形用户界面(gui)的其他电子设备170的信息。
19.由家庭自动化系统控制的设备120-142可以采取多种不同的形式。设备120-142可以包括音频设备122和视频设备124(统称为a/v设备),诸如显示设备(例如电视、监视器等)、a/v设备控制器、媒体服务器、音频放大器、电缆箱等,它们经由与有线lan 105的有线连接(例如以太网链路)、经由互连设备126(诸如红外(ir)增强器)或其他类型的有线或无线链路来接收控制命令。设备120-142还可以包括照明设备,诸如有线灯具128和控制器135(例如,利用有线连接耦合到控制器以进行控制的发光二极管(led)器具);无线灯具129(例如,具有用于控制的无线连接的led器具);无线灯带130和驱动器132(例如,利用有线连接耦合到驱动器以用于控制的led灯带);无线灯带131(例如,具有用于控制的无线连接的led灯带);无线灯模块133(即,经由电线(例如,家用120/240v电线)耦合到诸如灯134的照明源并且响应于经由无线连接接收的控制命令调节到一个或多个附接的照明源的功率流的模块);等等。
20.如上所述,一些照明设备(例如,照明控制器135)可以经由有线连接接收命令并提供控制信号。例如,照明控制器135可以经由到有线lan 105的以太网链路接收命令,并且经由一个或多个其它有线连接(例如,dmx/rs-485、2线0-10v布线等)向单独的照明器具128和灯带130提供控制信号。其它照明设备可以经由到wlan(例如,wi-fi)或wpan(例如,ble)的无线连接来接收控制命令。例如,灯模块133可以经由到wlan(例如wi-fi)105的无线连接接收控制命令。同样,其它照明设备也可以经由wpan(例如ble)接收控制命令。例如,无线灯具129和无线灯带131可以经由wpan(例如,ble)接收控制命令。至少一些照明设备(例如,灯模块133)除了照明功能之外还可以提供桥接功能,例如,经由wlan(例如,wi-fi)接收命令并且通过wpan(例如,ble)将命令转发到无线设备。
21.设备120-142还可以包括接口设备,诸如小键盘136、小键盘控制器138和无线小键盘。一些接口设备(例如小键盘136)接收请求状态改变的用户输入,并经由有线连接(例如rs-485)向其它接口设备(例如小键盘控制器138)提供控制命令,所述其它接口设备通过其它有线连接(例如lan 105)转换和转发控制命令。其它接口设备可以接收请求状态改变的用户输入,并且经由诸如wlan(例如,wi-fi)之类的无线连接提供控制命令。例如,无线小键盘137可以经由到wlan(例如,wi-fi)105的无线连接提供控制命令。在一些情况下,接口设备可以直接耦合到一个或多个附接的照明源,诸如灯具128,并且响应于请求状态改变的用户输入来调节到该一个或多个附接的照明源的功率流。例如,无线小键盘137可以耦合到更多灯具128(例如,经由家用120/240v布线)并且调节到更多灯具128的功率流。至少一些接口设备(例如,无线小键盘137)除了用户接口功能(以及潜在的照明设备控制功能)之外还可以提供桥接功能,例如,经由wlan(例如,wi-fi)接收命令并且通过wpan(例如,ble)将命令转发到无线设备。
22.设备120-142还可以包括电动机和/或继电器操作的设备。一些电动机和/或继电器操作的设备(例如,遮光帘控制器142)可以经由有线连接接收命令并提供控制信号。例如,遮光帘控制器142可以经由到有线lan 105的以太网链路接收命令,并且经由其它有线连接(例如,rs-485)与单独的窗帘140对接。其它电动机和/或继电器操作的设备可以经由无线连接,例如经由wpan(例如ble)接收控制命令。例如,无线遮光帘141可以经由到wpan(例如,ble)的无线连接接收控制命令。这些wpan信号可由接近设备的桥接设备(例如,灯模块133或无线小键盘137)来提供,所述桥接设备经由wlan(例如,wi-fi)接收命令并经由wpan将命令转发到设备。
23.应当理解,除了wpan(ble)无线照明设备(例如,无线灯具129和无线灯带131)和由图1中所示的无线电动机和/或继电器操作的设备(例如,无线窗帘141)之外,各种其他类型的无线设备(例如,安全设备、加热通风和冷却(hvac)设备、接口设备、电子门锁等)也可以经由wpan(例如,ble)接收控制命令。
24.用户可以使用遥控150来控制家庭自动化系统100的设备120-142。遥控150可以包括触敏显示屏、物理按钮、wlan接口(例如,wi-fi接口)、wpan适配器(例如,ble适配器)、处理器、存储器和存储设备,该存储设备存储并执行被配置成与主机控制器110和云服务180对接的控制应用app。遥控150上的控制app可以呈现出具有屏幕的用户界面,除其他功能外还用于触发控制命令以控制家庭自动化系统100的设备120-142。
25.用户还可以使用移动设备160来控制家庭自动化系统100的设备120-142。移动设备160可以包括触敏显示屏、wlan接口(例如,wi-fi接口)、wpan适配器(例如,ble适配器)、处理器、存储器和存储设备,该存储设备存储并执行被配置成与主机控制器110和/或云服务180对接的控制app162。移动设备160上的控制app可以呈现出一个具有屏幕的用户界面,用于触发控制命令,以便控制家庭自动化系统100的设备120-142,以及其他功能。
26.此外,用户可以使用平板计算机、专用触摸屏单元或其他电子设备170来控制家庭自动化系统100的设备120-142。电子设备170可以包括显示屏(例如,触敏、非触敏等)、输入设备、wlan接口(例如,wi-fi接口)、wpan适配器(例如,ble适配器)、处理器、存储器和存储设备,其存储并执行被配置成与主机控制器110和/或云服务180对接的控制app 162。电子设备170上的控制app可以呈现出具有屏幕的用户界面,除其他功能外,还用于触发控制命
令,以便控制家庭自动化系统100的设备120-142。
27.一些设备(例如,主机控制器110、移动设备160、其他电子设备170等)可以经由互联网175与云服务180及其主机应用程序接口(api)182和移动api184通信。云服务180可以提供对家庭自动化控制的远程访问;家庭数据库130的永久备份,例如,在配置数据库186中存储数据;例如经由第三方适配器188与第三方基础设施的接口;用户简档和使用跟踪,例如,在用户数据库189中存储数据;用于空中更新的机制;主机崩溃报告;许可证管理;以及各种其它功能。
28.图2是可以经由到wpan(例如ble)的无线连接接收控制命令的无线窗帘141的框图。无线窗帘141利用了可以是外部或内部的电源210(例如ac/dc电源)和将电力转换成适当电压和电流的电力转换器220。电力被供应到控制器板230,该控制器板包括电动机控制处理器240和耦合到天线260的无线适配器250。无线适配器250可以包括wpan(例如ble)处理器,其获取经由天线260接收的控制命令,并经由并行或串行通信(例如i2c、spi、uart等)将它们传递到电动机控制处理器240,该处理器利用转换机构将它们转换为信号以驱动附接到遮光帘组件(未示出)的电动机270,并在特定的方向上以特定的速度使电动机转动特定的持续时间,以升高或降低遮光帘。电动机270可以是数字电动机或其它类型的可控电动机。
29.图3是用于使用wlan和wpan通信的组合的家庭自动化系统的无线设备的冗余控制的一个示例性步骤序列的流程图。在步骤310处,从用户接收在控制设备(例如,遥控150、移动设备160或其它电子设备170)上执行的控制app的gui中的输入,所述输入请求对无线设备(例如,无线灯具129、无线灯带131、无线窗帘141或其它无线设备142)的状态改变。在步骤320处,控制app确定是否存在到与可以使用的无线设备分开但接近的桥接设备(例如,灯模块133或无线小键盘137)的可用wlan连接(例如,wi-fi连接)。如果有,则在步骤330,控制app使控制设备向无线设备附近的桥接设备(例如,灯模块133或无线小键盘137)发送控制命令。在步骤340,桥接设备(例如,灯模块133或无线小键盘137)转换控制命令并通过wpan(例如,ble)将其转发到无线设备。在步骤350,无线设备的wpan适配器(例如,ble适配器)接收控制命令,并将它们转发到实现期望状态改变的适当电路(例如,在无线窗帘141中转发到驱动电动机270的电动机控制处理器250)。然后,系统等待并当在gui中从用户接收到附加输入时循环回到步骤310,并且重复这些步骤。
30.回到步骤320,在没有可用wlan的情况下(例如,由于故障,在其配置之前等),执行进行到步骤360,其中,控制app使控制设备尝试经由wpan(例如,ble)直接向无线设备发送控制命令。如果控制设备接近无线设备,则这种尝试应当会成功。假设这样,在步骤370,无线设备的wpan适配器(例如,ble适配器)接收控制命令,并将它们转发到实现期望状态改变的适当电路(例如,在无线窗帘141中转发到驱动电动机270的电动机控制处理器250)。然后,系统等待并当在gui中从用户接收到附加输入时循环回到步骤310,并且重复这些步骤。
31.总之,提供了一种用于使用wlan和wpan通信的组合的家庭自动化系统的无线设备的冗余控制的架构。虽然以上描述使用了某些特定示例,但是应当清楚,也可以对其进行许多修改和/或添加。例如,虽然上面讨论了到无线设备(例如,无线灯具129、无线灯带131、无线窗帘141或其他无线设备142)的wpan(例如,ble)通信可用于在例如由于故障而没有可用的wlan连接(例如,wi-fi连接)的情况下提供冗余,但是wpan有时即使有可用的wlan连接也
可以被使用。例如,安装者可以使用安装者控制设备(例如,安装者操作的移动设备或其他电子设备)和无线设备之间的wpan(例如,ble)来在初始配置期间配置设置(例如,限制、速度、方向等)。系统的终端用户稍后可以主要通过使用他们的控制设备经由wlan(例如,wi-fi)向与无线设备接近的桥接设备发送经由wpan(例如,ble)转发到无线设备的控制命令来控制无线设备。同样,即使有可用的wlan连接(例如,wi-fi连接),这些技术也可用作作为可扩展家庭自动化系统的一部分的初始选项。例如,家庭自动化系统可以初始地被配置成在控制设备和无线设备之间使用wpan(例如ble)。在随后的时间,家庭自动化系统100可以被升级以添加桥接设备(例如,灯模块133或无线小键盘137)和潜在的其他设备(例如,主机控制器110),并且控制设备和无线设备之间的通信可以通过经由wlan(例如,wi-fi)到无线设备附近的桥接设备的传输以及经由wpan(例如,ble)到无线设备的转发来执行。
32.此外,虽然以上描述讨论了ble作为wpan协议的示例,但是应当理解,wpan可以使用各种各样的其他协议,例如普通蓝牙、irda、无线usb、zigbee以及其他协议。
33.另外,应当理解,上述许多操作和步骤都可以以硬件、软件(体现为包括软件的非暂时性电子设备可读介质)、固件或其组合来实现。非暂时性电子设备可读介质可以采取诸如随机存取存储器(ram)的存储器、诸如硬盘驱动器或闪存设备的盘、或其他有形存储介质的形式。通常,应当理解,上述描述仅意在作为示例理解。