CN1185852A - 电设备的无线及安全控制 - Google Patents

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CN1185852A CN96193933A CN96193933A CN1185852A CN 1185852 A CN1185852 A CN 1185852A CN 96193933 A CN96193933 A CN 96193933A CN 96193933 A CN96193933 A CN 96193933A CN 1185852 A CN1185852 A CN 1185852A
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陈国伟
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Abstract

公开有一种无线自动***,包括有用于在多个电设备或装置之间传送数据的装置及方法(服务器)。在优选实施例中,包括这些具有红外遥控的服务器的多个服务器保持与至少一个控制站的无线通信链路以进行数据传送和接收。这些服务器又被电或光地耦合至电设备或装置。具有唯一的装置标识的数据帧在被发送到射频收发信机以调制成FM信号之前被使用移频键控技术进行编码。该控制站具有一中央处理器,其将来自收发信机的数字数据发送到这些服务器的RF收发信机之前,将这些数字数据转换成它们各自频率的矩形脉冲。使得本发明通过使用相同的射频安全地在一控制站和多个服务器之间发送及接收数据帧而不影响***的可靠性。

Description

电设备的无线及安全控制
本发明涉及电装置。具体地，涉及一种用于安全地及无线地控制电设备的***。
传统的电设备及装置无论它们在办公室或家庭环境中，都用作为独立应用的装置。数字技术的出现促使了附加值制造商将这些先前的独立应用的装置进行集成以使它们作为智能***工作，从而使我们的生活更加方便及舒适。例如，专利号为5,086,385的美国专利公开了一种可扩展的家用自动***，其包括有一用于借助数据总线控制家中的多个不同类型的装置的中央处理器。使家的主人可远程接通或关断被实际地连接至与中央处理器相同的数据总线上的多个添加卡(add-on cards)的多个设备或装置，例如照明***和/或安全***。至计算机***的输入装置例如键盘、触摸屏和/或电话可以控制该可扩展的家用自动***。
尽管第一代家用自动***担负得起。但将这些不同的设备及装置连接至数据总线是麻烦且费时的。将电话作为至该家用自动***的输入装置意味着未被授权访问该***的人员不经准许可以进行访问。
专利号为5,022,067的美国专利给出了一种电话安全***。其包括一长途载波访问开关来防止未被授权的访问到电话输入装置，通过使该开关控制***请求呼叫者的电话识别顺序号。如果该顺序号是不正确的，该***就拒绝访问到其。而且，该发明为了增加安全而在电话及该开关控制***之间使用了一编码的查询/回答对话。
最近，X-10有限公司介绍了一种由一控制台和多个传感器组成的无线家用安全***。这些传感器是一家用安全***的部分，例如报警器。运动检测器及门/窗传感器。这些传感器发送射频信号给控制台，控制台通过现有的房屋线路发送数字信号以启动报警器及闪光灯。由于不需要额外的连线，该X-10无线家用安全***是对硬连线的家用自动***的改进。使用者只需将控制台接入现有的房屋线路中即可实现其安装。而且，因为使用者不必指定访问码给远程传感器，不必记忆任何复杂的密码，所以操作更加简单。
尽管象X-10无线家用安全***的家用安全***在安装时简便快速，但不如硬连线的家用安全***可靠。
如上所述，本发明提供了一种用于在多个及不同的电设备和装置之间进行无线通信及资源共享的新的自动***，本发明提供了一种迄今为止在现有技术中尚未得知的经济的、可靠的及安全的自动***。
本发明的一个目的在于提供了一种用于无线地控制多个不同类型的电设备和装置的***。
本发明的另一目的在于提供一种用于通过使用同一射频而无线地且安全地控制多个不同类型的电设备和装置的***。
本发明的再一目的在于提供一种响应通过例如电缆、光纤或无线信道等的媒体所接收的指令，无线地且安全地控制多个且不同类型的电设备和装置的***。
公开有一种无线自动***，包括有用于在多个电设备或装置之间传送数据的装置及方法(服务器)。在优选实施例中，包括这些具有红外遥控的服务器的多个服务器保持与至少一个控制站的无线通信链路以进行数据传送和接收。这些服务器又被电或光地耦合至电设备或装置。具有唯一的装置标识的数据帧在被发送到射频收发信机以调制成FM信号之前被使用移频键控技术进行编码。该控制站具有一中央处理器，其将来自收发信机的数字数据发送到这些服务器的RF收发信机之前，将这些数字数据转换成它们各自频率的矩形脉冲。使得本发明通过使用相同的射频安全地在一控制站和多个服务器之间发送及接收数据帧而不影响***的可靠性。
对于具有红外遥控的服务器的无线控制，本发明的特征在于一学习模式，在该模式下，服务器响应于检测到脉冲宽度调制或脉冲间距调制信号对用于控制红外控制装置的指令的预定数据格式进行变换并对其进行压缩。
图1说明了本发明的整体结构，其中一控制站通过射频控制多个服务器。
图2为本发明的控制站的概略示意图。
图3为本发明的AC服务器的概略示意图。
图4为本发明的红外(IR)服务器的概略示意图。
图5为本发明的墙上安装(WM)的服务器的概略示意图。
图6A为由本发明的控制站发送的数据格式的逻辑结构示意图。
图6B为在本发明的优选实施例中采用的编码方案的时间图。
一种用于电设备及装置的无线及安全控制的***被公开。在以下描述中，为了说明的目的，给出了具体的数字、字节、寄存器、地址、时间、信号和数据格式等以提供对本发明的透彻理解。但是对于本领域的熟练技术人员而言，显然没有这些具体的细节也可以实现本发明。在其它情况下，为了别不必要地模糊本发明，公知的电路和装置被以方框图形式示出。
图1说明了适于实现本发明的一种无线控制***10。本发明包括至少一控制站20和至少一服务器。在本发明的优选实施例。控制站20保持与分别由数一字30至60标识的多个控制子***的通信链路。为了说明的目的，保持与控制站20的通信链路的所有控制子***被集中地称之为“服务器”。各个服务器如何与该控制器面接及该控制器如何与各服务器面接的细节将在下面被详述。未在图1中示出但可由本领域的熟练技术人员理解，控制站20通过任一电缆被外部链接以使该无线控制***10的使用者可远程地访问该***。该电缆可包括任何共用的媒体，例如同轴电缆、光纤、无线电信道、电话线路等。类似地，被连接至这些服务器的电设备及/或装置未被清楚地示出以不模糊对本发明的表示。本领域的熟练技术人员应该理解服务器30被连接至向***10的电设备和/或装置提供电能的电源。通过同样的标记，服务器40被光学地(但未图示)连接至与红外(IR)遥控器相关联的设备和装置。最后但非最不重要的，服务器50-60被连接至照明设备或类似的设备以控制这些设备的亮度级。服务器50-60通常被安装在墙上(WM)但不是必须这样。它们被标识为WM服务器。
如将被描述的，本发明提供了一种用于采用同一射频的新的数据格式，无线地且安全地控制至少一控制站20和多个服务器30-60的***，本发明的结构及规约使控制站的干扰最小，即使它们相互处于很近的距离。在一射频正变成为一少见的方法的时期，本发明提供了一种用于智能地控制电设备及装置而不包括对数据保密的需要的经济且简单的方法。在该实施例中，本发明以100瓦输出在50-100MHZ工作且符合新加坡电信管理局的技术规格12。
图2为本发明的控制站20的概略示意图。该控制站20包括一通信接口70、一信息传送装置80、一显示装置85、及输入装置95、一中央处理器100、一收发信机105和一天线110。该通信接口70包括现有技术中已知的电路、逻辑及软件，用于检测电缆(未示出)并接收来自使用者的信号及发送信号给使用者。为了清楚的目的，在本说明书中未公开组成通信接口70的具体电路、编程程序及其它逻辑，因为在本专利申请中所定义的实现其功能的装置在现有技术中已被熟知。如上所述，连接至通信接口70的电缆可包括任何共用媒体，例如同轴电缆、光纤、无线电信道、电话线路等。
再参照图2，通信接口70被连接至信息装置80，用于将来自电缆的信号传送给其。在本发明的优选实施例中，信息装置80为一电话答复机，在其它功能中，其存储带有时间标记的输入信息，播放预编程的合成信息，并对来自使用者的电话机的DTMF信号进行解码。信息装置80的输出是输入给处理器100的两信号源之一，另一信号源为输入装置95。处理器100控制控制***10的整个工作。处理器100生成被发送给服务器30-60的命令，通过给各服务器一唯一的识别码和名称来配置这些服务器，并测试控制站20和服务器30-60之间的通信链路的完整性。处理器100的输出被耦合至收发信机105的输入，用于通过天线110将指令和数据发送给服务器30-60(未示出)。在本发明的优选实施例中，处理器100为东芝公司生产的微控制器TMP87CC20。
图3为本发明的AC服务器的概略示意图。服务器30包括一收发信机120、一天线125、一处理器130、一显示装置133、一开关135、和一电源控制140。收发信机120通过天线125接收来自控制站20的收发信机105的RF信号并将其转换成数字信号，收发信机120的输出作为输入被提供给处理器130，用于接通或关断电源(图3中未示出)，显示装置将有关服务器30的状态的有用信息，例如电源接通、通信链路测试模式等提供给使用者，开关135被连接至处理器130，用于使使用者可手动地接通或关断这些装置。处理器130的输出作为输入被提供给电源控制140，用于控制向***10内的电设备及/或装置供电。在本发明的优选实施例中，处理器130是东芝公司生产的微控制器TMP47C202。
图4为本发明的红外(IR)服务器的概略示意图。服务器40包括一收发信机150、一天线155、一处理器160、一显示装置163、一输入装置165、一红外(IR)传感器170和一红外发射器180。收发信机150通过天线155接收来自控制站20的收发信机105的RF信号并将其转换成数字信号。收发信机150的输出作为输入被提供给处理器160，用于当由控制站20发出指令时重生这些红外信号。显示装置向使用者指示服务器40的操作状态，例如学习模式、传输模式等。如下面进一步描述，处理器160学习、处理、压缩并存储来自IR传感器170的红外信号。输入装置165被连接至处理器160，用于接收来自红外传感器的红外信号，并记录对应于来自红外遥控器的红外信号的预定可编程功能键，处理器160的输出作为输入被提供给红外发射器180，用于启动及撤消***10中的电设备和/或装置。尽管在图4中未实际示出，有一触发器，可允许使用者远程使用红外服务器。在本发明的优选实施例中，处理器160是东芝公司生产的微控制器TMP47C422。
图5是本发明的墙上安装的(WM)服务器的概略示意图。服务器50包括一收发信机190、一天线195、一处理器200、一显示LED203、一输入装置205、和一电源控制210、收发信机190通过天线195接收来自控制站20的收发信机105的RF信号并将其转换成数字信号。收发信机190的输出作为输入被提供给处理器200，用于接通或关断电源(图5中未示出)。显示装置将有关服务器50的状态的有用信息，例如电源接通、通信链路测试模式及其它提供给使用者。输入装置205被连接至处理器200。用于允许使用者可手动地接通或关断该装置，处理器200的输出作为输入被提供给电源控制210，用于控制对***10中电设备及/或装置的供电或照明水平。
图6A为由本发明的控制站发送的数据包的逻辑结构，该数据包的结构是本发明的新颖性特征之一，因为它允许指令及数据的安全且无线的传送以控制电设备和/或装置而不使用不同的射频。更重要地，该数据包的结构和内容使无线控制***的误启动减至最小。这样，该***的完整性被加强。参见图6A，本发明采用公知为“数据包”220的数据传送的基本单元。数据包220包括一前同步信号230、一SYN240、一服务器ID250、一操作码260、一操作数270和一检验和280。由于这些字段涉及控制站20及服务器30之间的通信，它们各自的功能及效用被总结如下：
前同步信号：    唤醒服务器
SYN             指示数据的开始
服务器ID        识别发送者和接收者
操作码          指令服务器做什么
操作数：        提供所有的参数以执行控制字段内的指令
检验和：        检测CRC16检验和下的误差
再参见图6A，控制站20和任一服务器30-60以各数据包220的前同步信号开始。该前同步信号使服务器30-60与控制站20相同步。在同时，前同步信号230通知服务器数据将到达。在本发明的优选实施例中，该前同步信号24包括24帧各为9位的数据。第一八个最高位为装置ID与主人ID的八个最低位的异或结果。服务器ID字段指定主人ID和装置ID。该前同步信号的最低位为该前同步信号间隙。它包括两个625HZ频率的矩形脉冲。该前同步信号间隙的效用是提供字同步。这些服务器在连续检测到例如频率后，写入数据。该前同步信号共服务于这些服务器的能量，因为这些服务器只在被请求时唤醒。使得如果未接收到适当的前同步信号，这些服务器可被置于睡眠模式。
SYN字段240指示数据流的开始。它包括8位用于具有与SYN字段相同模式的实际数据，它将通过现有技术中公知的位塞入装置被逻辑1的另一位所填充。
服务器ID字段指定主人ID和装置ID。它们共同地被称为服务器ID。该服务器ID包括32位：第一24位为主人ID而接着的5位为装置ID。该主人ID标识发送数据的主人。在工厂生产期间，各主人被给定一唯一的主人ID，该主单元使用装置ID以通知服务器谁是数据接收者。使用者将一装置ID配置给各服务器。应该理解这些服务器可具有相同的装置ID。这意味着具有这样ID的服务器将以相同的指令被启动。
还在图6A中，操作码260指定下面的操作码：
操作码 操作 叙述
$0 测试 测试从属单元的通信链路
$1 配置服务器 配置服务器
$2 关断指令 关断装置
$3 接通指令 接通装置
操作码260包括5位：4位为操作位而1位用于TYPE。TYPE指定该数据是用于执行还是核查。一O值指示该数据正被首次发送并将被马上执行。一1值指示该数据被先前发送且仅用于核查。但是，如果该服务器未接收到该先前数据，该指令被执行。
图6A中的操作数字段270包含有用于使服务器如期望地进行操作所需的信息。操作数字段270的内容随着操作码的类型和服务器而变化。参见上表，如果操作码为0或1，该操作数字段被省略。换句话说，如果操作呼叫主单元测试与从属单元的通信链路、或主单元配置服务器，则操作数字段没有值。还在上述操作码表中，当操作码为2，即关断指令时，只有红外服务器40接收以下操作数3             0
    SPKEY
   4位
操作数字段270还在操作码将接通装置时发生变化。操作数字段的内容依靠于目标服务器。对于AC服务器30，该字段仅包括持续时间。对于红外服务器，该操作数字段包括有持续时间、5个关键字和关断关键字。各关键字为一4位字段，使用者使用其可启动红外服务器。在本发明的优选实施例中，最多可给出5个关键字。最后，对于WM服务器，除了持续时间外，该字段中还包括亮度水平。持续时间是一子字段，其指定执行接通命令的持续时间，如果持续时间过了，该装置将被关断。
检验和字段280为16位宽且包含有循环冗余校验的结果CRC-16，这里CRC-16＝X16+X15+X2+1。该位坡度(batter)为11000 000 000 0101。
使用公知为移频键控(FSK)的技术通过射频对图6A中的数据包220进行编码并发送。在将所有的数字数据发送到收发信机以调制成FM信号之前，将它们编码成各自预定的频率。在将这些数字数据发送到RF收发信机之前，通过主单元的处理器100将它们转换成它们各自频率的矩形脉冲。这些服务器接收来自RF收发信机的FSK矩形脉冲并解码成它们各自的逻辑数据。
图6B示出了在本发明的优选实施例中采用的编码方案的时间图。其中示出了FSK方案的逻辑高及低。除了高及低外，有另一频率表示被所述与数据包220的前同步信号230相关联的前同步信号间隙。该三个频率采取3.125KHZ表示逻辑高、1.25KHZ表示逻辑低、及最后一频率625HZ标识该前同步信号间隙。该传输波特率为312.5bps。
在图1和4中，红外服务器40以红外遥控控制电设备或装置。使用者一般以红外遥控器通过红外遥控来启动装置。红外遥控器上的各钮对应于不同的命令。当按压一钮时，产生一对应该钮的命令，作为红外信号被发送至装置上的一传感器。该红外服务器40具有多个可编程按键及一红外传感器。通过按压一键直至LED亮起，该红外服务器被置入学习模式。该使用者应将原始的远距离红外遥控器指着在图4中的红外服务器40的红外传感器170。当按压红外遥控器的一钮时，红外服务器40学习与该钮相关的命令。该红外信号通过红外服务器40被分析、压缩及存储。在本发明的优选实施例中，用于控制录像机(VCR)的典型的红外服务器具有以下对应于命令的键：
红外服务器上的键 存储的命令
    1 倒带
    2 停止
    3 频道3
    4 频道10
    5 频道5
    6 频道12
    7 TV3
    8 频道8
    9 播放
    0 录像
    ON 接通VCR
    OFF 关断VCR
例如，使用者希望录下频道12上的电视节目。控制站20发送命令给红外服务器以操作键“ON”、“6”和“0”。这些命令通过射频被发送。当红外服务器40接收来自控制站20的命令，该红外服务器重生并发送相应的在先已被压缩并存储在红外服务器的存储器中的红外信号。在本发明的优选实施例中，该存储器为EEPROM。
在红外服务器40的学习模式中，红外服务器响应两基本的红外信号规约：(1)脉冲间距调制(PDM)和(2)脉冲宽度调制(PWD)。在PDM中，在相邻脉冲传送间的周期被调制的同时，一载波在数据帧中的恒定周期被发送。在PWM中，在其中载波被实际发送的周期被调制的同时，载波传送间的周期保持恒定。当红外服务器40检测到任一规约时，***10设置一标志用于控制使用适当的压缩方案。同样的压缩方案被用于PDM和PWM，因为这些如何将数据传送给一装置的格式是一致的。不同之处在于有效位的位置。根据使两种规约中的哪一种，该有效位存在于所分配的工作RAM空间中存储的数据的四位字节上的奇或偶位上。压缩比为2∶1。然后，压缩的数据被存储在EEPROM中。
尽管着重于一种安全且无线地控制电设备的***，参照图1至6对本发明进行具体描述，但应该明白这些图仅为了说明的目的且不应被看作为对本发明的限定。而且，很清楚本发明的方法及装置在需要对设备进行无线控制的许多领域具有实用性。可以预料到本领域的熟练技术人员在不脱离所述本发明的精神和范围的前提下可作出许多变化和改型。

Claims (22)

1.一种用于无线且安全地控制至少一电设备的***，所述***包括：
一控制站，具有与一远距离使用者的至少一第一通信链路，用于接收来自其的指令，所述控制站响应于来自所述远距离使用者的指令发送数据；及
至少一服务器，具有与所述控制站的一第二通信链路，用于接收来自其的数据，所述服务器通过一第三通信链路被耦合至所述电设备，用于启动或撤消所述电设备。
从而所述使用者无线地且安全地控制所述服务器而不损害所述***的安全性。
2.根据权利要求1的***，其中所述第一通信链路是用电话传送的。
3.根据权利要求1的***，其中所述第一通信链路为网眼状的。
4.根据权利要求1的***，其中所述控制站包括至少一微处理器和至少一发送器。
5.根据权利要求1的***，其中所述数据包括一用于唯一地标识所述控制站、所述服务器、和所述设备的格式。
6.根据权利要求5的***，其中所述格式还包括用于不使用多于一个频率来控制所述服务器的相连字段。
7.根据权利要求5的***，其中所述格式还包括用于检验所述第二通信链路的完整性的相连字段。
8.根据权利要求1的***，其中所述第二通信链路是无线的。
9.根据权利要求7的***，其中所述第二通信链路包括射频。
10.根据权利要求1的***，其中所述服务器包括至少一接收器，和至少一微处理器。
11.根据权利要求1的***，其中所述第三通信链路是红外的。
12.根据权利要求1的***，其中所述第三通信链路是硬连线的。
13.一种用于无线地且安全地控制至少一电设备的***，所述***包括：
一控制站，具有与一远距离使用者的至少一第一通信链路，用于接收来自其的指令，所述控制站响应于接收来自所述远距离使用者的指令而生成数据，所述控制站还包括至少一微处理器、至少一用于接收所述数据的接收器和至少一用于发送所述数据的发送器；及
至少一服务器，具有与所述控制站的第二通信链路，用于接收来自其的数据，所述服务器还包括至少一接收器和至少一用于将来自所述控制站的所述数据变换成可由所述电设备辨别的信号，所述服务器通过一第三通信链路被耦合至所述电设备，用于启动或撤消所述电设备。
从而所述使用者无线地且安全地控制所述服务器而不损害所述***的安全性。
14.根据权利要求13的***，其中所述第一通信链路是用电话传送的。
15.根据权利要求13的***，其中所述第一通信链路是网眼状的。
16.根据权利要求13的***，其中所述数据包括一用于唯一地标识所述控制站、所述服务器和所述设备的格式。
17.根据权利要求16的***，其中所述格式还包括用于控制所述服务器并使所述***的误启动及撤消减至最小的相连字段。
18.根据权利要求16的***，其中所述格式还包括用于检验所述第二通信链路的完整性的相连字段。
19.根据权利要求13的***，其中所述第二通信链路为无线的。
20.根据权利要求13的***，其中所述第二通信链路包括射频。
21.根据权利要求13的***，其中所述第二通信链路为红外的。
22.根据权利要求13的***，其中所述第三通信链路为硬连线的。
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