电力代理模块的制作方法

本公开与用于电子设备的电力获得和分配有关。

技术实现要素：

本公开展示了一种确保一个或多个可用能量源可以被“智能地”分配给有限数目个负载或能量消费品的方法。电力代理的一个好处可以是支持低功率设备，因此使利用一个或多个可用能量源的操作的持续时间最大化。这可以由用于控制诸如恒温器的外围设备之类的电子设备的电功率的获得、分配和利用的电力代理和处理器组成。电力的源可以结合电池、能量收集模块、能量存储电容器和电力线。电力代理可以保持电容器上的充电，操作能量收集模块，控制电池的使用，以及利用电力线源（当可用时）。诸如外围设备之类的负载可能需要请求对能量使用的批准。可以由电力代理根据电力方案来管理能量使用和保存。电力方案可以由关于如何管理由外围设备的能量使用的一套规则组成。该规则还可以指示关于如何管理能量源。

附图说明

图1是电力代理模块的图；

图2是以代码实施为存储在非易失性存储器中的恒定查找表的表的图；

图3是提供针对资源的规则的一个示例的表的图；

表4是展示对于高电力方案的资源配置的图；

图5是电力代理活动的图；以及

图6是启动序列的图。

具体实施方式

本系统和方法可以在这里描述和/或示出的实施方式中结合一个或多个处理器、计算机、控制器、用户界面、无线和/或有线连接、以及/或类似物。

该描述可以提供实施本系统和方法的一个或多个说明性和具体示例或方式。可以存在实施该系统和方法的许多附加示例或方式。

智能通信设备可以使用电力渴求通信方法，诸如WiFi、蓝牙、蜂窝和Zigbee（仅举几个实例）。所连接的设备可能变成今日的摩登家庭内的常见特征。一个示例可能是用户使用来呼叫、发消息和网上冲浪的智能手机。该智能手机可以利用诸如蓝牙、蜂窝和WiFi之类的多种通信方法，它们使用显著量的能量来停留在操作中。智能手机的用户可能习惯了在每天的时间表中对他们的手机充电，以便确保它准备好第二天使用。其他通信设备不感奢望每天都被再次充电。一些可能是电池供电的或者具有收集能量并且需要关于它们的能量使用是智能的，以及使用少量的电力。

电力代理模块可以将能量“智能”添加在设备内。代理模块可以知道在设备内什么能量可用并且然后将其少量发放给设备内的其他模块/外围设备。电力代理可以与发电厂处的提供与电气网格的需求有关的适当电力的控制器相类似地运行。许多智能设备可以按照如用于外围设备（诸如显示器、背景灯、WiFi无线电等等）的电力所需要的从源汲取能量。电力代理的特征是在接通外围设备之前由该外围设备的电力使用需要来自电力代理的批准。电力代理可以基于可用能量数量和外围设备功能的优先级（例如用户发起的动作可能具有比某一后台任务更高的优先级）来提供对接通外围设备的批准。此外，电力代理可以请求切换到不同电力源（如果情况需要那样的话）（例如在发生高消耗时切换到更有能力的电力源）。

电力代理可以是嵌入式系统的架构内的软件模块。电力代理的目的是分析电力源以及目前可用的能量数量，并且然后对外围设备的使用可用能量的一部分的请求作出响应。电力代理可以批准由外围设备对立即电力消耗的请求或者拒绝该请求。如果请求被拒绝，外围设备可以几乎立即再次提出请求或者拒绝该请求。

电力代理模块可以确定操作的状态。外围设备可以根据由电力代理确定的电力方案来运转。电力代理没必要根据电力方案来运转。

图1是电力代理模块11的图。能量信息18可以从电池12、能量收集13和AC电力14获得并且被提供给电力代理11。能量信息18可以从其他能量源提供给电力代理11。可能存在对能量的请求15和由外围设备对于能量的请求的响应16。外围设备的示例可以结合LCD显示器21、后台任务22、背景灯23、附加的任务24和无线电25。

电力代理可以具有下面的特征。当存在正常AC或持续电力（例如C电线）时与当不存在持续电力（例如盗电）时，用户界面体验可能是不同的。在盗电模式期间，设备应该在不降级用户界面体验的情况下支持用户交互的预定义设置数目。在用户交互的该设置期间，可以使使用电力的其他资源降级（例如无线电模块）。电池可以基于电池容量和每交互的使用来提供固定数目的用户交互。电池可以在一年的期间上提供200次用户交互。启动加载器没必要知道电力或实施电力收集、盗窃或转换的电路。当AC电力和/或电池电力丢失时可能存在壁装插座板移除的检测。电池应该被安装，因为电力收集电路可能需要初始电力来运行。

恒温器可能需要对超或超级电容器的充电/放电周期计数以便确定电容器的寿命周期。恒温器用户界面（UI）可能受到限制，直到电力代理允许UI完全操作为止。恒温器可以示出充电，直到能量存储电容器（例如超或超级电容器）的电压达到认为适合于操作该设备的预定义水平为止。在这之后，电力代理可能允许恒温器的其他模块操作（例如LCD和WiFi无线电）。其他模块可以以基于状态的电力方案（诸如全（AC）、全（电池）、充电、和断开、或高、中、低、非常低和临界）为基础来运行。可以对电力方案定义作出参考以得到更多信息。当超级电容器电压达到非常低阈值时，电力代理可以强制执行VERY_LOW方案，模块可以被切换到低电力模式。恒温器可以监视盗电。如果存在非常低的效率，则恒温器可能依靠电池来存活。如果电池达到生存水平，则可以断开用户界面并且降低WiFi。此外，如果超或超级电容器将近耗尽，则可以断开WiFi和控制算法。

如果盗电不够有效，则电池可以被用来为恒温器供电并且对电容器充电。在从盗电或电池供电时，恒温器运转的方式没有必然的区别。当超级电容器被耗尽时，恒温器可以使用电池继续操作。只要电池良好，将对用户没必要存在恒温器已改变电力源的任何指示。可以使用AC或电池来完成安装者试运行（自己做）过程。在那时盗电可能不一定可用。当使用电池电力来完成安装者试运行过程时，能量收集模块可能负责向恒温器提供电力。如果电力水平变成临界（例如非常低电池），则安装者试运行过程可以被终止。

如果恒温器被上电，则它可能等待直到超级电容器被充电到正常操作可以运行的水平为止。直到超级电容器被充电为止，恒温器可以经由用户界面向用户通知充电。

当AC电力丢失（包括盗电）时，恒温器可能进入休眠模式，由此节省超级电容器和电池中的能量。

当AC和电池电力丢失（包括壁装插座板移除）时，恒温器可以进入休眠模式并因此节省超级电容器中的能量。

电源监控器（PSM）可以向设备应用程序报告电池电压、超级电容器电压和容量。恒温器系统可以使用若干电力源来满足能量需要。源可以结合AC电力、盗电、电池和超级电容器。

超级电容器的电力可以取决于其他电力源并且从这些源来充电。然而，AC电力或盗电可能是最有可能被求助的。基于电力源参数来确定电力方案。向电力水平的每个组合分配对应的电力方案。提供的电力越多，就可以使用越高的电力方案。图2是以代码实施为存储在非易失性存储器中的恒定查找表的表31的图。

每个电力方案都由指示电力消耗资源如何被驱动的一套规则组成。可以基于与可用源的电力水平相对应的实际电力方案来控制资源参数（例如LCD背景灯亮度）。图3是提供针对资源的规则的一个示例的表32的图。表32展示对于每个电力方案的资源参数的示例。存储在该表中的值可以随后被应用程序用来控制资源。在代码中，每个电力方案可以被实施为具有与表相对应的值的恒定结构。图4的图中的表33展示针对高电力方案的资源配置。

下面是描述电力代理模块的操作方案的一些附加信息。这些电力方案可以被修改以便支持新的特征或所期望的操作。可用的消费品将使用该信息来确定如何操作（即低能量操作、正常模式等等）。

为了电力代理的目的，可以定义若干电力方案（操作模式）。该方案可能在它们向特定资源提供电力的方式上有所不同。当存在来自电力源的大量电力时可以使用全电力方案。当从AC电力对恒温器供电时主要发生该方案。其他情况可能是当从盗电对电容器完全充电以及存在对于超级电容器的高充电速率时。在该模式中，所有资源都是可访问的。

对于秘密节省电力方案，对于用户可见的一切可能都需要与对于全电力方案是相同的。除了用户界面之外，其他资源都可以被简化或禁用。该方案或模式可能在用户不注意它的情况下允许电力节省。该模式可以为用户界面提供更多时间来从电容器运行。在秘密电力节省模式中，来自应用程序的响应可能被延长，因为WiFi可能在更长超时的情况下运行。而且，不是时间临界的动作可能被暂停和延迟。该模式例如可能意味着通过Wi-Fi下载的现场升级。

可能存在简化的用户界面方案或模式。如果电力继续下降并且存在对更多节省的需要，则可能需要用户界面参数被减少。在该电力方案或模式中，LCD亮度可能被降低，LED延迟可能被缩短等等。恒温器可能仍可操作，但是用户可能在用户界面UI外观上看到一些不同。该方案或模式可能是其中可以完成初始应用程序运行的最低电力模式。如果电力方案不高于该水平或等于该水平，则将没必要开始应用程序。

明显节省可以是另一电力方案或模式。电力可以特别低使得Wi-Fi消耗降低地更多。脉冲尝试和异步消息可以被禁用以节省电力。控制算法和调度仍可以工作并且用户仍能够使用其用户界面来控制恒温器。通信也可能被约束，但是它仍可以是起作用的（具有大概更长延迟）。在该方案或模式中，对用户来说节省是明显的，因为用户可能注意来自网络的对恒温器的命令没有被处理。

在显著节省方案或模式中，可能需要将Wi-Fi关闭以便于防止超级或超电容器的进一步放电。用户界面可能保持不受影响；除了发光环，在因为用户交互而不能进入模式的情况下该发光环可能被禁用。在显著节省模式中，Wi-Fi可以处于广播关闭状态，这意味着它从路由器断开。

在最大节省方案或模式中，可能仅存在完成最简单任务的电力。恒温器仍能够工作来控制设备和用户界面，通信没必要工作。无线电模块可能被置于深度休眠模式中，在其中声音也被禁用。

从用户界面的角度来看，用户仍可以能够控制恒温器和控制算法运行，但是发光环可能被禁用。超级电容器可以被充电并且向恒温器提供能量。

在仅休眠方案或模式中，恒温器可能不再控制设备。所有的电力可以都被用来保持时钟；然而，时钟可能不一定是需要的，因为可以从云来接收它。当从墙壁移除恒温器时可以使用仅休眠方案或模式。该模式可以节省尽可能多的能量来保持在超级电容器中充电。保持超级电容器充电可以是重要的，因为它可以防止在再次施加电力之后的长充电时间。对于该模式的若干状况可以结合AC电力被断开、电池被断开以及不存在C电线操作的情况。

可以经由访问器、串行通信、存储在非易失性存储器中的标志和/或GPIO来为给定资源作出电力的确定。基于电力源水平，可以评估状况来告知是否可以使用给定资源。可以使用调查结构来得到当前方案并且评估其状况的访问器功能来完成评估。此外，访问器不一定需要依赖于电力方案常数并且可以评估更多参数（如果需要的话）。该方法可以允许在不需要复杂查找表的情况下创建更复杂的状况。

在调用访问器功能得到最近结果之后，可以将该结果与上个结果相比较。在针对资源改变电力状况的情况下，可以进行回调以将此告知应用程序。随后，该应用程序可以相应地对该回调作出反应。当前结果可以被存储以便将来使用。

图5是电力代理活动的图34。存在对启动加载器是否具有电力代理能力的讨论。应用程序可以控制电力并且知道是否存在足够的电力来对应用程序微机编程。在该假设下，启动加载器不一定需要具有电力代理；这可能足以在启动加载器执行开始时确定电力源。一旦编程过程开始，它就应该结束。因此对于电容器电压仅仅具有一个阈值可以是可接受的。如果电压下降在阈值以下，则编程过程可能被打断并且恒温器可以等待直到超级电容器被充电为止。然后，编程过程可以继续。在该时间期间，资源可以被关闭，除了显示更新的进程的LCD之外。

在图34的开始41处，可以从OS调用任务。可以在符号42处获得上次的充电信息。该信息可以指示对更新电池寿命的需要（其可以在符号43处被更新）。如果电池要被充电，则可以设置电池计时器并且在符号45处确定电池水平。在符号44处可以根据符号42来获得超级电容器电压。可以在符号46处确定AC电力状态。可以分别从符号44、45和46向符号47提供超级电容器电压、电池水平和AC状态，在符号47处可以确定电力方案。电力方案可以被提供给符号48，其可以提出是否改变电力方案的问题。如果回答为否，则响应可以转到符号49。如果回答为是则响应可以转到符号51，在那里可以查明是否已经针对资源改变了电力状况。可以在符号52处计算电力状况。可以在符号53处关于状况是否已经改变询问问题。如果回答为是则在符号54处可以对应用程序进行回调并且然后进行到可能受到影响的符号55。如果回答为否，则直接移动到符号56以避免对应用程序进行回调，符号56可能具有关于是否已经关于电力状况的改变检查了所有资源的问题。如果回答为否，则可以在经历符号53-56的情况下进行到符号52的返回。如果回答为是，则进行可以转到符号49。符号49处的条目可以进入符号57，其指示到符号41的返回，在那里再次从操作系统（OS）调用任务。

图6是电力或启动序列的图35。不管电力情况如何都可以显示启动加载器屏幕。可以从AC线（如果存在AC的话）或从电池为启动加载器供电。

可能的问题可以是启动加载器启动应用程序，但是不存在运行该应用程序的足够电力。于是屏幕可以变成空白。在电池水平处于“生存”的情况下可能要保护启动加载器以免显示任何东西。在电池水平处于“生存”的情况下可能要保护启动加载器以免对应用程序微机编程。基于其具有的能量以及充电率，其可能将“充电”状态显示在LCD上或可能不显示。在电池良好且充电率（PS）至少在预定水平，或者超级电容器电压具有某一水平且充电率至少是预定水平的情况下LCD可能被允许。当该水平允许用户界面的第二预定水平运行时，超级电容器可以被视为被充电。

无线电运行信号（如GPIO示例）可以被记录。因为当使用能量收集电路来供电时的电力限制，两个微机不一定同时启动。为了能够推迟无线电模块的启动，可以实施应用程序微机和无线电模块之间的通用输入输出（GPIO）线。无线电模块微处理器可以扫描该线并仅在该线为低（倒置逻辑）的情况下启动。在开始时，线可以被上拉电阻器保持为高。应用程序然后可以将线驱动为高以抑制无线电模块启动。随着应用程序运行，可以确定电力。在恒温器运行于电力收集或从连续电力源运行的情况下，该线保持为高直到超级电容器上的能量足够被使用并且Vcap>足够充电阈值为止。2.4电压值可以是该阈值的一个说明性示例。在该模式中，超级电容器可以被充电并且可以提供足够的电力来使Wi-Fi启动。

Vcap<足够充电阈值，在恒温器运行期间的任何时间可能发生使无线电运行禁用的状况。在这种情况下，无线电运行线可以被保持为高以防止无线电模块启动，但是无线电模块可以进一步正常运行。在因为某一原因无线电模块微机重置的情况下，它可能不会启动直到Vcap>足够充电值且电力状况对于运行无线电模块是满意为止。

在无线电模块等待启动的情况下，应用程序可能需要保证不处理不对事件作出响应的工具包。工具包不一定故意运行。这可以通过扫描来自无线电模块微机的TX线来完成。如果无线电模块正等待无线电运行信号，则它可以使TX线（UART通信）置于低来将信息用信号通知能量微机。

可以记录为安装者试运行过程供电。当恒温器还没有被设置时，从盗电提供电力的能力可能非常有限。因为恒温器不能打开任何继电器（没有配置），所以它可能仅使用不能提供足够电力的非周期盗电。如何经历安装者试运行过程的一种方式可以是使用电池来为Wi-Fi接入点模式供电。

在安装者试运行可以开始之前，应该检查电池。因为电池可能是唯一可用电力源，电池水平应该足够好来处理整个安装过程。如果电池是不够的，则可能询问用户改变电池以便继续安装者试运行过程。

如果电池水平足够好，则安装者试运行可以开始。如这里所指出的，只有当从已充电的超级电容器为恒温器供电（即Vcap>足够充电阈值）时才可以启动Wi-Fi。但是Wi-Fi的接入点是需要能量的，并且直接从电池或AC运行AP模式可能更好。在进入AP之后，可能改变能量收集模式以便直接从电池或AC提供能量。

可以从电池或AC直接为恒温器供电直到安装者试运行完成为止。然后恒温器可以返回到从超级电容器供电并且恒温器可以以正常能量收集模式工作。

可以记录现场更新电力考虑。当新的现场更新被下载时，恒温器可能必须关于是否能够进行现场更新来考虑供电模式。在绝境情况下，如果电力源非常差，则可能不能再运行了。在这种情况下，应用程序可能需要推迟设备的重新编程直到电力充够好以继续现场编程更新为止。

根据现场编程更新规范，应用程序微机可以是编程的第一个微机。这样做，应该保证应用程序微机将在重置之后启动。因此，仅在存在用于启动的足够电力的情况下可以允许微机的重置。这可能主要意味着存在被连接的AC电力或电池充够好以进行启动和编程升级。

在应用程序微机被升级之后，无线电模块也可以被升级。在恒温器转到从已充电的超级电容器供电之后，无线电模块启动可以被使能并且微机可以以编程升级来开始。如果在无线电模块的编程期间电力不够，则可以通过将无线电运行线驱动为高来暂停编程。一旦它被驱动为低就可以通过无线电运行来再次重新使能编程。

可以记录Wi-Fi再连接算法。在Wi-Fi丢失信号的情况下，这可以是重新开始与Wi-Fi路由器的连接的相当多能量需求过程。Wi-FI可能尝试连接到上个已知的路由器。如果这失败的话，Wi-Fi芯片可以开始仔细检查其他信道来找到丢失的路由器（漫游）。

漫游可能是能量需求的。设备可以扫描信道并且不断地监听它是否从路由器捕捉到信标信号。

在其中Wi-Fi连接不是很好的环境中，对重新连接的尝试可能相当频繁地发生。因为在该模式中Wi-Fi芯片的较高消耗，电池应该被保护。否则，对连接的不断尝试可能很快耗尽电池。为了防止这发生，无线电模块应该知道能量收集的能量模式以及它是否正使用电池能量的信息。如果电池能量被使用，则无线电模块应该约束电池的使用并且取消重新连接尝试。一旦电力再次好并且电池不再被使用，就可以再次进行重新连接尝试。

能量收集模块可以定义测量模式。不同的电力轨可能被连接在一起或者分开以便测量设备的总体消耗或每条轨的电力消耗。电力代理应该保证这些模式中的正常操作，因为它可以伪造电力源的状态来使得应用程序正常运行。

电力代理数据可以是恒温器诊断消息的一部分。该电力代理可以收集要被分布在Wi-Fi上的统计数据。该数据可以结合每个模式中的时间、ac丢失的次数、各模式之间的转换次数、当前电力方案、AC存在和电池存在。

上电序列的图35可以以符号61开始并且进行到用于利用启动加载器63的启动加载器执行的符号62。符号62处的启动加载器供电可以来自于符号64。该序列可以继续到符号65，其询问是否存在新的固件。如果回答为是，则可以在符号66处发生应用程序编程，其可以从符号64接收启动加载器供电。在符号66之后，序列可以在符号67继续。而且，如果在符号65处对问题的回答为否时，则序列可以继续到符号67。从符号67到符号68，应用程序运行可以被指示并且在确定电力的符号71处开始进行到符号69内的应用程序。然后，在符号72处，问题是AC是否存在。如果回答为否，则在符号73处，在符号74指示超级电容器正被充电的情况下，等待直到超级电容器被充电以便为可能被引起的应用程序运行提供足够能量为止。可以从电池或盗电为超级电容器充电。在符号73处的动作之后，可以在符号75处执行应用程序。如果在符号72处回答为是，则应用程序还可以在符号75处被执行。然后可以退出符号69的应用程序并且可以在符号76处出现掉电或重置。

概括起来，一种用于恒温器的能量管理系统可以结合一个或多个处理器以及由该一个或多个处理器结合的电力代理。该电力代理可以可连接到一个或多个能量源。该电力代理可以可连接到一个或多个负载。该电力代理可以根据电力方案来管理从一个或多个能量源接收到的电力和由与恒温器有关的一个或多个负载所使用的电力。可以从由以下各项组成的组中选择该一个或多个能量源：电池、能量收集模块、能量存储电容器和电力线源。在电力使用之前可以由电力代理来批准由一个或多个负载的电力使用。

来自电力代理的对电力使用的批准可以基于电力方案，其结合根据可用能量数量和由负载执行的任务的优先级的操作模式，以及负载的量值。

可以根据安全因素贡献、用户需要、从一个或多个源可得到的能量数量以及由任务添加的便利性（按照这个顺序）来确定任务的优先级。

安全因素可以结合至少气阀控制。

电力代理可以批准或不批准由负载的电力使用。如果电力代理不批准对由负载的电力使用的批准，则负载可以再次请求批准并且随后接收到对由外围设备的电力使用的批准。一旦负载具有对电力使用的批准并且负载正使用电力，则电力代理就可以降低或终止由负载的电力使用。

可以从由以下各项组成的方案的组中选择电力方案：全电力、秘密节省、降低的用户界面消耗、明显节省、显著节省、最大节省和仅休眠消耗。

一种用于管理恒温器的外围设备的能量的方法可以结合：提供一个或多个能量源，接收由恒温器的一个或多个外围设备或者与恒温器相关联的一个或多个外围设备提交的对能量使用的请求，以及基于与该请求有关的能量的可用性以及由一个或多个外围设备的能量使用的优先级来批准或不批准该请求。

如果不批准该请求，则具有不被批准的请求的一个或多个外围设备可以重新提交请求。如果请求被批准，则一个或多个外围设备可以根据如被批准的请求的条文使用能量数量。

一种电力代理模块可以被用来执行从由以下各项组成的组中选择的一个或多个条目：接收对能量使用的请求，基于能量的可用性和能力使用的优先级来批准或不批准该请求；以及根据电力方案来选择用于使用的一个或多个能量源。

根据如被批准的请求的条文的能量数量可以是特定分配或者经历被终止的每单位时间的能量使用率。

可以从由以下各项组成的组中选择一个或多个能量源：电池、能量收集模块、电容性存储装置和线电力源。该方法还可以结合在任何可能的时候通过能量收集模块、线电力源或电池来使电容性存储装置装满能量。

该一个或多个外围设备可以是由以下各项组成的组中的一个或多个条目：显示器、背景灯、无线电接收器、无线电发射器、处理器、传感器和存储器。

一种具有能量管理的设备可以结合具有可连接到一个或多个能量源的电力代理模块处理器，和使用连接到该电力代理的能量的一个或多个外围设备。电力方案可以结合关于如何管理由一个或多个外围设备的能量使用以及如何管理能量源的一套规则。该一个或多个外围设备必须向电力代理模块作出对能量的请求。电力代理模块可能需要在一个或多个外围设备可以使用请求中指定的能量之前批准该请求。设备可以结合恒温器。

对来自一个或多个外围设备的请求的批准或不批准可以至少部分基于从一个或多个能量源可得到的能量数量。

请求的批准或不批准还可以基于一个或多个外围设备的功能的优先级。

可以从由以下各项组成的组中选择一个或多个能量源：电池、能量存储电容器、电力线源和能量收集模块。

可以从由以下各项组成的组中选择一个或多个外围设备：处理器、存储器、显示器、背景灯、光学发射器和接收器、以及无线电发射器和接收器。

请求的批准或不批准还可以基于从所确定的电池寿命、电池水平、能量存储电容器的放电次数、能量存储电容器充电水平和电压、以及AC电力线状态开发的电力方案。

在本说明书中，一些事情可以具有假定或预言的性质，尽管是以另一种方式或时态阐述的。

尽管已经关于至少一个说明性示例描述了本系统和/或方法，但是在阅读说明书之后许多变化和修改对本领域技术人员来说将变得显而易见。因此，意图在考虑到相关领域的情况下尽可能广泛地解释所附权利要求以包括所有此类变化和修改。