專利名稱：串行通信hvac系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加熱、通風和空氣調(diào)節(jié)(HVAC)系統(tǒng)，其中多個相互連接的設備通過通信總線互相傳送控制信號。
背景技術(shù)：
HVCA系統(tǒng)正變得日益復雜。由于這些系統(tǒng)的復雜度增加以及控制的復雜化，所以在系統(tǒng)元件和控制器之間被硬連線的導線的數(shù)量也增加。作為一個例子，傳統(tǒng)住宅的HVAC系統(tǒng)在房屋的墻上具有溫度調(diào)節(jié)裝置，該溫度調(diào)節(jié)裝置允許用戶設置所期望的操作模式和溫度。典型地也存在室內(nèi)設備(煤氣爐或加熱器/風扇)和室外設備(空氣調(diào)節(jié)器或熱泵)。即使該簡單的系統(tǒng)也說明上面提及的問題。
HVAC系統(tǒng)根據(jù)簡單的控制協(xié)議來運行。基于用戶所期望的溫度調(diào)節(jié)裝置上的設置、和實際的室溫，將命令信號發(fā)送給室內(nèi)和/或室外設備以執(zhí)行加熱、冷卻或風扇功能。在大多數(shù)當前系統(tǒng)中，這些功能中的每一個需要專用線以在溫度調(diào)節(jié)裝置和相應的設備之間運行。溫度調(diào)節(jié)裝置在導線上接通24伏交流信號以命令設備開啟所期望的功能，并且去除24伏交流信號以關(guān)斷該功能。
一些系統(tǒng)已將此協(xié)議擴展為包括附加的導線，該導線用于將來自一個設備的故障信息運送回給溫度調(diào)節(jié)裝置并向HVAC系統(tǒng)的用戶顯示故障信息。由于住宅系統(tǒng)變得更加復雜，多個加熱和冷卻級變得普通。此外，傳統(tǒng)的協(xié)議已被擴展為包括用于每個設備級的附加的導線。新的功能、比如控制濕度也正被集成到溫度調(diào)節(jié)裝置中。此外，每個功能典型地需要它自己的導線。
作為例子，當前由本申請的受讓人制造的一種溫度調(diào)節(jié)裝置包括連接多至11根線的能力。所述線中的兩根提供24伏電源，并且所述線中的兩根延長至室外空氣溫度傳感器。其余七根線控制室內(nèi)和室外HVAC設備中的不同功能。作為一個例子，需要分開的線來開啟室內(nèi)設備并且在不同速度或級之間移動它。這11根線不包括如上所提及的“反饋”或狀態(tài)信息中的任何一個。為提供這種反饋將需要更多的線。如可理解的，這導致很復雜的安裝，因為11根線中的每一根必須連接在溫度調(diào)節(jié)裝置上的正確位置處。七根控制線中的每一根提供單個控制功能。當導線的數(shù)量增加時，安裝復雜度和錯誤布線的可能性也增加。結(jié)合這個問題，設備的每一種組合(風扇或暖氣爐，AC或熱泵，一級或多級，濕度調(diào)節(jié)器或者沒有濕度調(diào)節(jié)器，等等)具有不同的布線安排。所有這些對于經(jīng)驗較少的室內(nèi)HVAC安裝者來說可能是挑戰(zhàn)性的。這可能導致差的安裝，從而導致降級的性能、故障或者業(yè)務呼叫。
在許多現(xiàn)有住宅中，上述挑戰(zhàn)是復雜的，因為在安裝時僅有4根線穿過墻到溫度調(diào)節(jié)裝置。使用額外的線以升級功能可能是困難或不可能的。
一些系統(tǒng)已包括稍微更復雜的控制。作為一個例子，本申請的受讓人改進了溫度調(diào)節(jié)裝置控制器，該溫度調(diào)節(jié)裝置控制器通過兩條控制線將多個控制信號傳送到主控制面板。然而，主控制面板仍舊與室內(nèi)和/或室外設備硬連線。同樣地，在不適當?shù)膶Ь€數(shù)量方面仍然存在上面所述的問題。
因此，解決上述問題并允許簡單的系統(tǒng)升級的簡化系統(tǒng)將是理想的。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的所公開的實施例中，至少一個溫度調(diào)節(jié)裝置和室內(nèi)設備具有電子控制器。來自這些設備的控制器通過四根導線通信，其中控制信號在所述導線中的兩根上被發(fā)送，并且電源在其它兩根導線上被提供。無限數(shù)量的不同控制信號可通過兩根控制導線被發(fā)送。此外，外圍控制器、諸如區(qū)域增濕器、遠程訪問模塊等等也可具有如上所述通過四線總線通信的控制器。所公開的系統(tǒng)將微處理器用于控制器。
所公開的控制信號的傳送實際上是串行的，并且允許實際上無限的信息流通過系統(tǒng)。如所公開的，溫度調(diào)節(jié)裝置提供中央控制并啟動所有的通信，并向相應的設備控制器發(fā)送所有的系統(tǒng)命令。
室內(nèi)設備可以設置有能夠向現(xiàn)有室外設備提供信息的控制器和比如濕度調(diào)節(jié)器的根據(jù)傳統(tǒng)的硬連線協(xié)議運行的外圍設備，并且不具有內(nèi)置通信能力(即專用的微處理器)。具有專用的控制器的外圍設備也可以具有與其它硬連線的外圍設備對接的能力。同樣地，在其最寬的范圍內(nèi)，本發(fā)明包括溫度調(diào)節(jié)裝置中的中央控制器，其中溫度調(diào)節(jié)裝置能接收用戶所期望的設置，并通過兩根導線將多個不同的控制信號傳送給室內(nèi)設備?？刂菩盘柾ㄟ^通信總線被直接傳送到控制室內(nèi)設備的微處理器。
本發(fā)明的這些和其它特征可以根據(jù)下面的說明及附圖來最好地理解，下面是簡要的描述。


圖1示意性示出依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)。
圖2示意性示出依據(jù)這個發(fā)明的系統(tǒng)。
具體實施例方式
圖1是基本HVAC系統(tǒng)20的簡化的圖示，該基本HVAC系統(tǒng)20包括本發(fā)明的串行通信并且結(jié)合如已知的具有用戶輸入設置24的溫度調(diào)節(jié)裝置22。微處理器26被結(jié)合到溫度調(diào)節(jié)裝置22內(nèi)。微處理器26既是總線主控又是系統(tǒng)主控，因為如下面將要描述的那樣溫度控制器微處理器26啟動不同設備之間的所有通信。此外，再次如下面將要說明的，微處理器26向相應的設備發(fā)出所有命令。微處理器26基于用戶設置以及它從相應的設備接收回的其它信息作出這些命令決定。通常，由微處理器26作出的控制決定如本領(lǐng)域中公知的那樣。本發(fā)明涉及這些信號如何在微處理器26和相關(guān)設備之間被傳送。
四根導線28A-28D提供數(shù)據(jù)總線29以連通微處理器26和位于諸如燃燒爐控制器或風扇/加熱器控制器的室內(nèi)設備處的微處理器32。如所示出的，其它外圍設備可通過室內(nèi)設備30處的微處理器32連通，并反向連通到溫度調(diào)節(jié)裝置22處的微處理器26。外圍設備的一個例子將是濕度調(diào)節(jié)器44，該濕度調(diào)節(jié)器可能不具有它自己的微處理器控制器。
示出外圍設備40、例如具有微處理器42的增濕器控制模塊與數(shù)據(jù)總線29連通，然后通過四根導線43A-D連通到微處理器26。導線43A-D與導線28A-D連接，如已知的，例如連接在路由或連接盒31處。
濕度調(diào)節(jié)器44被示出為現(xiàn)有類型的外圍設備，該外圍設備將被硬連線以與微處理器32連通，然后通過數(shù)據(jù)總線29(導線28A-28D)被連通至微處理器26。微處理器26又將對濕度調(diào)節(jié)器44反向發(fā)送控制信號。微處理器32設置有允許它基于從微處理器26接收的信號控制硬連接的濕度調(diào)節(jié)器的控制功能。替代地，并且一般隨著HVAC系統(tǒng)的進一步改進，通過相同的四線數(shù)據(jù)總線29控制的濕度調(diào)節(jié)器可以被改進并被結(jié)合到系統(tǒng)中。此外，微處理器26于是將完全起作用以控制濕度調(diào)節(jié)器44處的新的微處理器。
數(shù)據(jù)總線(29，31)是這樣連線的，以致導線中的兩根、比如C和D攜帶源于室內(nèi)設備30的24伏交流電源以使系統(tǒng)中的所有其它控制器通電。另外兩根導線A和B被用于全系統(tǒng)的通信和控制。
同樣地，正如已知的，溫度調(diào)節(jié)裝置設置有室溫傳感器，并且可選地可能設置有濕度傳感器、以及數(shù)字顯示器。同樣地，在所傳送的信息中可以是標識碼，以致微處理器26能夠識別報告設備、狀態(tài)和故障信息、以及通常由這種設備向系統(tǒng)控制器提供的標準反饋。如可理解的，在系統(tǒng)內(nèi)傳送的信號配備有代碼或標識符，以致這些信號可以被正確路由和識別。用于實現(xiàn)此目的的協(xié)議是已知的。
由于這些設備都按照相同的簡單的接線方案、導線A-D來連接，所以對安裝者來說正確地安裝各種設備是相對容易的。而且，由于僅需四根導線，所以消除了上面提到的關(guān)于將更復雜的HVAC系統(tǒng)結(jié)合到僅有四根通向溫度調(diào)節(jié)裝置的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的問題。
另一組導線34A-34D將微處理器32與室外設備36及其微處理器38相連通。如上所述，室內(nèi)設備30處的微處理器32也能夠控制硬連線的室外設備。
當用戶將所期望的環(huán)境條件輸入到溫度調(diào)節(jié)裝置22處的控制器24中時，微處理器26將適當?shù)目刂菩盘柾ㄟ^數(shù)據(jù)總線29發(fā)送給室內(nèi)設備30和“外圍設備”(例如增濕器控制器40)。該信號可以從室內(nèi)設備30被串行地發(fā)送至室外設備36和“外圍設備”44。
圖1示出可在本發(fā)明范圍內(nèi)的基本布置。而圖2示出本發(fā)明提供各種選擇的能力。
如圖2中所示，溫度調(diào)節(jié)裝置24通過數(shù)據(jù)總線29與室內(nèi)設備30通信。如果室內(nèi)設備30是風扇線圈或控制器，電加熱器50可以與室內(nèi)設備30硬連線。風扇線圈控制器可操作用于控制電加熱器。作為風扇線圈控制器和電加熱器之間的接口的一個例子，參見2003年12月19日提交的序列號為No.10/707,524、題目為“Identification of Electric Heater Capacity”的共同未決的美國專利申請。這個申請的全部公開內(nèi)容在此被引入作為參考。如已知的，風扇線圈和加熱器也可提供冷卻。
數(shù)據(jù)總線34可以將室內(nèi)設備30處的微處理器32與室外設備36上的控制器38相連通。此外，由室內(nèi)設備30處的微處理器32控制的硬連線的“無聲”濕度調(diào)節(jié)器可與微處理器32連接。如上面所公開的，室外設備36也可以由微處理器32控制。
如同樣在圖2中所示，遠程傳感器52可以直接與溫度調(diào)節(jié)裝置24通信。將此遠程傳感器52連接至溫度調(diào)節(jié)裝置24的數(shù)據(jù)總線53可以例如在接線盒等處連接到數(shù)據(jù)總線29上。當希望房間內(nèi)有溫度傳感器時，這種遠程傳感器可在相同的房間內(nèi)被用作溫度調(diào)節(jié)裝置，但是將溫度調(diào)節(jié)裝置隱藏在諸如儲藏室等等內(nèi)。如進一步示出的，室外設備60可以通過數(shù)據(jù)總線61直接與從數(shù)據(jù)總線29分支出的數(shù)據(jù)總線59相連接。適當?shù)慕Y(jié)點或連接件31連接總線59和數(shù)據(jù)總線29，以及連接總線61和總線59。當室外設備具有其自己的微處理器控制器、但是由于許多原因而希望將室外設備直接、而不是通過室內(nèi)設備30連線到總線59中(例如如果在建筑物內(nèi)室內(nèi)和室外設備彼此遠離)時可以使用這種連接。
如所示的，增濕器控制模塊40具有微處理器42并且可以提供用于“無聲”通風機62的控制功能。此外，增濕器控制模塊40處的微處理器42設置有用于控制“無聲”通風機的控制指令。如所示的，在通風機和增濕器控制模塊40內(nèi)的微處理器42之間優(yōu)選地是硬連線的連接。如已知的，增濕器控制模塊接收控制信號并且打開或關(guān)閉增濕器以控制進入建筑物內(nèi)各個房間的氣流。
當然，其它增濕器控制模塊、比如64可以通過數(shù)據(jù)總線65簡單地直接連接到數(shù)據(jù)總線59上。
智能傳感器66可以包括微處理器67并通過數(shù)據(jù)總線65連接到數(shù)據(jù)總線59上。此外，在利用數(shù)據(jù)總線65中的每一根的情況下，可以使用一些結(jié)點31來連通兩根數(shù)據(jù)總線。
也可將訪問模塊68通過其自己的數(shù)據(jù)總線69連接到數(shù)據(jù)總線59中。如已知的，訪問模塊允許遠程訪問HVAC系統(tǒng)。當然，正如本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將理解的，任一數(shù)據(jù)總線61、65、69也可以直接、而不是通過分支數(shù)據(jù)總線59與數(shù)據(jù)總線29連接。
另一個特征提供設計的附加的自由度。接口模塊54基本上可以包括微處理器控制器53以與“無聲”室外設備、通風機等通信?；旧?，接口模塊54微處理器53設置有對一個或多個“無聲”設備(56、58)的控制。接口模塊54通過數(shù)據(jù)總線55與數(shù)據(jù)總線59通信。
與每個設備相關(guān)的微處理器都設置有內(nèi)置軟件，以與溫度調(diào)節(jié)裝置微處理器26反向連通，以及解釋來自微處理器26的指令并按該指令行動。此外，所有的這種控制都可以是如本領(lǐng)域中公知的那樣?？刂菩盘柸绾伪粋魉褪怯行路f性的。而且，盡管公開了微處理器，但可使用其它類型的能夠執(zhí)行所公開的功能的控制器。
雖然示出了四根導線A-D，但應理解的是本發(fā)明可以通過其它排列來提供。作為一個例子，控制功能可以由具有用于提供控制通信的內(nèi)部和外部導線的同軸線路提供。為了這種應用的目的，這種同軸線路將提供四根導線中的兩根。并且，雖然在溫度調(diào)節(jié)裝置中公開了中央控制器，但該中央控制器也可以是單獨的控制器，或者在其它部件處、例如在室內(nèi)設備上。
盡管已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應識別到，某些修改將在本發(fā)明的范圍內(nèi)。由于該原因，下述的權(quán)利要求應被研究以確定本發(fā)明的真正的范圍和內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種HVAC系統(tǒng)，包括包含中央控制器、和操作者輸入開關(guān)的溫度調(diào)節(jié)裝置；將控制信號從所述中央控制器傳送至室內(nèi)HVAC設備的數(shù)據(jù)總線，所述室內(nèi)HVAC設備可操作用于為環(huán)境內(nèi)的空氣提供加熱功能，所述室內(nèi)HVAC設備設置有控制器，該控制器直接控制所述室內(nèi)HVAC設備，并且該控制器在所述數(shù)據(jù)總線上從所述中央控制器接收控制信號。
2.如權(quán)利要求1所述的HVAC系統(tǒng)，其中室外HVAC設備設置有其自己的控制器，并且所述室外HVAC設備控制器通過所述數(shù)據(jù)總線與所述中央控制器通信。
3.如權(quán)利要求1所述的HVAC系統(tǒng)，其中至少一個外圍HVAC設備包括其自己的控制器，并且通過所述室內(nèi)HVAC設備控制器通信以向所述中央控制器提供控制信號和提供來自所述中央控制器的控制信號。
4.如權(quán)利要求1所述的HVAC系統(tǒng)，其中四根導線將所述室內(nèi)HVAC設備控制器連通至所述中央控制器，其中所述導線中的兩根導線傳送電源，以及所述導線中的兩根導線傳送所述控制信號，其中在傳送控制信號的所述兩根導線上發(fā)送多個不同的信號。
5.如權(quán)利要求1所述的HVAC系統(tǒng)，其中至少一個外圍設備與所述室內(nèi)HVAC設備控制器硬連線，并且所述室內(nèi)HVAC設備控制器被設計成包括用于所述至少一個外圍設備的控制信息。
6.如權(quán)利要求1所述的HVAC系統(tǒng)，其中接口模塊設置有控制器以從相關(guān)的HVAC設備與所述數(shù)據(jù)總線通信，該相關(guān)的HVAC設備不具有能夠通過所述數(shù)據(jù)總線接收控制信號的控制器，所述接口模塊與所述相關(guān)的HVAC設備硬連線，并且所述接口模塊設置有用于控制所述相關(guān)的HVAC設備的控制信息。
7.如權(quán)利要求1所述的HVAC系統(tǒng)，其中遠程傳感器通常通過所述數(shù)據(jù)總線與所述中央控制器通信。
8.如權(quán)利要求1所述的HVAC系統(tǒng)，其中所述中央控制器和所述室內(nèi)HVAC設備控制器均為微處理器。
9.如權(quán)利要求1所述的HVAC系統(tǒng)，其中所述控制信號包括用于所述數(shù)據(jù)總線路由信息的標識符。
10.一種HVAC系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)總線，該數(shù)據(jù)總線包括四根導線，用于將信號從中央控制器傳送至室內(nèi)HVAC設備的控制器，所述數(shù)據(jù)總線包括兩根傳送多個不同的控制信號的控制導線和兩根傳送電源的電源導線，所述室內(nèi)HVAC設備提供電源，該電源用于通過所述兩根電源導線供電，所述中央控制器是用于產(chǎn)生控制信號并向所述室內(nèi)HVAC設備控制器發(fā)送控制信號的系統(tǒng)控制器，所述室內(nèi)HVAC設備可操作用于提供加熱和風扇功能以在環(huán)境內(nèi)移動空氣；以及設置有四根導線的室外HVAC設備，其中兩根電源導線傳送電源信號，并且兩根控制導線將多個不同的控制信號從所述室外HVAC設備傳送到所述中央控制器，所述中央控制器向所述室外HVAC設備控制器提供控制信號以操作所述室外HVAC設備。
11.如權(quán)利要求10所述的HVAC系統(tǒng)，其中至少一個外圍設備與所述室內(nèi)設備控制器硬連線，所述室內(nèi)HVAC設備控制器被設計成包括用于所述至少一個外圍設備的控制信息。
12.如權(quán)利要求11所述的HVAC系統(tǒng)，其中至少一個外圍設備是濕度調(diào)節(jié)器。
13.如權(quán)利要求10所述的HVAC系統(tǒng)，其中至少一個外圍設備包含控制其功能的控制器，所述至少一個外圍設備控制器通過四根導線與所述中央控制器通信，所述四根導線中有兩根電源導線和兩根將控制信號從所述中央控制器傳送到所述至少一個外圍設備控制器的控制導線。
14.如權(quán)利要求13所述的HVAC系統(tǒng)，其中所述至少一個外圍設備是增濕器控制模塊。
15.如權(quán)利要求13所述的HVAC系統(tǒng)，其中所述至少一個外圍設備是用于檢測房間內(nèi)的情況的傳感器，所述傳感器通過所述兩根控制導線向所述中央控制器提供信號。
16.如權(quán)利要求10所述的HVAC系統(tǒng)，其中所述室外HVAC設備控制器通過所述室內(nèi)HVAC設備控制器與所述中央控制器進行串行通信。
17.如權(quán)利要求10所述的HVAC系統(tǒng)，其中所述室外HVAC設備控制器與所述室內(nèi)HVAC設備控制器分別連接到所述數(shù)據(jù)總線中以與所述中央控制器通信。
18.如權(quán)利要求10所述的HVAC系統(tǒng)，其中接口模塊設置有控制器以從相關(guān)的HVAC設備與所述數(shù)據(jù)總線通信，所述相關(guān)的HVAC設備不具有能夠通過所述數(shù)據(jù)總線接收控制信號的控制器，所述接口模塊與所述相關(guān)的HVAC設備硬連線，并且所述接口模塊設置有用于控制所述相關(guān)的HVAC設備的控制信息。
19.如權(quán)利要求10所述的HVAC系統(tǒng)，其中所述中央控制器、所述室內(nèi)HVAC設備控制器和所述室外HVAC設備控制器均為微處理器。
20.如權(quán)利要求10所述的HVAC系統(tǒng)，其中所述控制信號包括用于所述數(shù)據(jù)總線路由信息的標識符。
21.如權(quán)利要求10所述的HVAC系統(tǒng)，其中所述四根導線由四根不同的并且分開的導線提供。
22.一種HVAC系統(tǒng)，包括中央控制器；具有操作者輸入開關(guān)的溫度調(diào)節(jié)裝置；室內(nèi)HVAC設備，可操作用于為環(huán)境內(nèi)的空氣提供加熱功能，所述室內(nèi)HVAC設備設置有直接控制所述HVAC設備的控制器；以及數(shù)據(jù)總線，將控制信號從所述中央控制器傳送到所述溫度調(diào)節(jié)裝置并且至少傳送到所述室內(nèi)HVAC設備，并且傳送來自所述溫度調(diào)節(jié)裝置的控制信號，所述室內(nèi)HVAC設備在所述數(shù)據(jù)總線上從所述中央控制器接收控制信號，并且將來自所述操作者輸入開關(guān)的信號傳遞到所述中央控制器以產(chǎn)生通過所述數(shù)據(jù)總線的對所述室內(nèi)HVAC設備的控制。
全文摘要
一種HVAC系統(tǒng)設置有通過串行數(shù)據(jù)總線的控制通信。以這種方式，消除了現(xiàn)有技術(shù)的硬連線的控制器。溫度調(diào)節(jié)裝置包括中央控制微處理器，該中央控制微處理器傳送往返于室內(nèi)設備處的微處理器的控制信號。該室內(nèi)設備可以是加熱爐或風扇/加熱器組合。室內(nèi)設備上的微處理器可操作用于從中央控制微處理器接收信號并相應地控制室內(nèi)設備。而且，室內(nèi)設備處的微處理器可操作用于向室外設備、諸如空氣調(diào)節(jié)器或熱泵傳遞控制信號。更優(yōu)選地，該室外設備設置有其自己的微處理器。此外，其它的外圍設備可被結(jié)合以通過相同的數(shù)據(jù)總線從溫度調(diào)節(jié)裝置來進行控制。通過這種控制安排使HVAC系統(tǒng)的安裝和更新大大簡化。
文檔編號G05D23/00GK1922562SQ200580002039
公開日2007年2月28日 申請日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月7日
發(fā)明者R·K·夏, J·D·瑞安 申請人:開利公司