ES2617744T3

ES2617744T3 - Registro de equilibrio automático para sistemas HVAC

Info

Publication number: ES2617744T3
Application number: ES09796591.7T
Authority: ES
Inventors: Jon Barrett; Ronald Lingemann
Original assignee: Zoner LLC
Current assignee: Zoner LLC
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2017-06-19
Anticipated expiration: 2029-12-30
Also published as: WO2010078459A1; US20160259351A1; CA2748724A1; EP2370748A1; US20140000861A1; EP2370748B1; PL2370748T3; CA2748724C; US8550370B2; US10281937B2; US20100163633A1

Abstract

Un sistema (100) para controlar un sistema de HVAC de un tipo que tiene una pluralidad de respiraderos de HVAC, cada respiradero de HVAC dispuesto en una localización correspondiente en un edificio, comprendiendo el sistema una pluralidad correspondiente de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200), cada registro controlado inteligente (113, 116, 120, 123,126, 200) asociado a uno distinto de los respiraderos de HVAC, estando cada uno de los registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200) en comunicación con al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200) y ejecutando un programa de control local autónomo, tales datos de procesamiento de programa proporcionados mediante cada uno de los otros registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200) para controlar de manera colectiva la pluralidad de respiraderos de HVAC en una base entre iguales, en donde cada registro controlado inteligente (113, 116, 120, 123, 126, 200) comprende: un motor (506) acoplado a un regulador de tiro controlable (300, 303); un sensor de temperatura (610); un transceptor inalámbrico (603) para comunicar con al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200); un controlador (613) acoplado al motor (506), al sensor de temperatura (610) y al transceptor (603); una fuente de alimentación (206) acoplada al motor (506), al transceptor (603) y al controlador (613); caracterizado por que el controlador (613) está configurado para llevar a cabo procesos que incluyen: obtener datos desde el sensor de temperatura (610) y, mediante el transceptor inalámbrico (603), datos desde al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200); usar los datos obtenidos para determinar automáticamente una operación deseada del regulador de tiro (300, 303); y accionar el motor (506) para provocar la operación deseada del regulador de tiro (300, 303).

Description

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DESCRIPCION

Registro de equilibrio automatico para sistemas HVAC Campo tecnico

La presente invention se refiere a sistemas de control para sistemas de calefaccion, ventilation y aire acondicionado (HVAC) y, mas particularmente, a sistemas que distribuyen el control de un sistema de HVAC entre una pluralidad de componentes, tales como registros de suministro de aire, unidades de control remoto y termostatos, que comunican entre sL

Antecedentes de la tecnica

Los sistemas de calefaccion de aire forzado, ventilacion y/o aire acondicionado (HVAC) convencionales tienen respiraderos de registro de aire manualmente ajustables (reguladores de tiro de control de volumen de aire) para controlar la cantidad del aire acondicionado introducido en una habitation u otra portion (por simplicidad, o de manera colectiva denominado en lo sucesivo como una “region") de un edificio. En teoria, los respiraderos pueden ajustarse manualmente despues de instalar el sistema de HVAC o posteriormente, para proporcionar una cantidad correcta de aire calentado, refrigerado, filtrado, etc., (denominado de manera colectiva en el presente documento como “acondicionado") a cada region. Sin embargo, en la practica, esto rara vez funciona apropiadamente. Normalmente, los registros no estan ajustados en absoluto, a menos que una region este intolerablemente fria o caliente. Ademas, puede ser imposible conseguir suficiente aire acondicionado a una region sin ajustar los registros en cada una de las otras regiones. Por lo tanto, los registros ajustados manualmente raramente consiguen un nivel de comodidad uniforme a traves de todo un edificio.

Los registros ajustados manualmente tambien pueden desperdiciar energia. Por ejemplo, introduciendo mas aire acondicionado en una region que el que es necesario para conseguir una temperatura comoda provoca que una planta de calefaccion o refrigeration opere un nivel mas duradero o mas alto de lo que seria necesario de otra manera. Incluso si los registros se hubieran ajustado para conseguir una temperatura deseada en todas las regiones, los registros pueden estar todos cerrados mas de lo necesario, restringiendo por lo tanto el flujo de aire y aumentando la presion en los conductos. Esto provoca que el soplador que mueve el aire realice mas trabajo que el necesario, desperdiciando de esta manera energia. Ademas, la alta presion del aire en los conductos empeora cualquier fuga en los conductos. Tales fugas de conductos con frecuencia permiten que entre el aire acondicionado en un atico, sotano u otra region que no necesita calefaccion o refrigeracion, desperdiciando de esta manera energia.

La mayoria de los hogares con sistemas de HVAC de aire forzado tienen unicamente un termostato. Esto no significa unicamente que solamente una region realmente mantiene una temperatura deseada, tambien hace poco practico ajustar la temperatura en diferentes habitaciones para adecuarse a las necesidades de los ocupantes en estas habitaciones. En consecuencia, no pueden personalizarse las temperaturas de las habitaciones.

Para superar algunos de estos problemas, algunos edificios estan zonificados. Cada zona tiene un termostato asociado para ajustar la temperatura en esa zona. En hogares privados, esto a menudo se implementa instalando un sistema de HVAC separado para cada zona. Cada zona tiene su propio termostato, ventilador, intercambiador de calor, caldera o bomba de calor, compresor de refrigeracion, conductos, etc. Esto no es unicamente caro; tambien puede ser un desperdicio extremo de energia. Por ejemplo, normalmente no hay nada para evitar que una zona de HVAC caliente una porcion de un edificio mientras otra zona de HVAC refrigera otra, posiblemente solapandose, region del edificio.

Los intentos para resolver el problema de HVAC de multiples zonas a menudo incluyen instalar un sistema de control centralizado acoplado a diversos termostatos y, en algunos casos, a reguladores de tiro operados electrica o neumaticamente en los conductos. Sin embargo, tales sistemas centralizados requieren instalar cableado para los termostatos, reguladores de tiro, etc., aumentando de esta manera la dificultad de readaptar edificios existentes. Estos sistemas son, por lo tanto, mas adecuados para nueva construction que para renovar edificios existentes. Adicionalmente, una vez que se instala un sistema de este tipo, es dificil subdividirlo en zonas adicionales para expandir incrementalmente el sistema.

Los respiraderos de registro controlados electronicamente de la tecnica anterior para calefaccion y refrigeracion de zona se describen en la Patente de Estados Unidos N. ° 7.168.627 a Lawrence Kates, et al. Un diseno de un sistema de control de HVAC de multiples zonas desde un sistema de unica zona existente usando redes de sensores inalambricos se describe por Andrew Redfern, et al., en Smart Structures, Devices y Systems III, editado por Said F. Al-Sarawi, Proc. of SPIE, Vol. 6414 (2007). Los contenidos de ambos de estos documentos se incorporan en el presente documento por referencia. El documento US 2006/071087 A1 desvela un Respiradero de Registro Controlado Electronicamente (ECRV) que puede instalarse facilmente y usarse en relation con un sistema de HVAC zonificado convencional.

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Sumario de la invencion

Una realizacion de la presente invencion proporciona un sistema para controlar un sistema de HVAC de un tipo que tiene una pluralidad de respiraderos de HVAC de acuerdo con la materia objeto de la reivindicacion 1. Cada respiradero de HVAC puede estar dispuesto en una localizacion correspondiente en un edificio, tal como para proporcionar calor o aire acondicionado a una region del edificio. El sistema para controlar el sistema de HVAC puede incluir una pluralidad correspondiente de registros controlados inteligentes. Cada registro controlado inteligente esta asociado con uno distinto de los respiraderos de HVAC. Cada uno de los registros controlados inteligentes esta en comunicacion con al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes. Cada registro controlado inteligente ejecuta un programa de control local autonomo. El programa de control procesa datos proporcionados por cada uno de los otros registros controlados inteligentes. En consecuencia, la pluralidad de registros controlados inteligentes controla de manera colectiva la pluralidad de respiraderos de HVAC en una base entre iguales.

Al menos uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes puede estar en comunicacion alambrica o inalambrica con al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes.

Cada uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes puede configurarse para determinar automaticamente la presencia de un registro controlado inteligente que no es parte del sistema para controlar el sistema de HVAC. Si se detecta un registro controlado inteligente de este tipo (no instalado), cada registro controlado inteligente del sistema de control de HVAC puede determinar automaticamente si el registro controlado inteligente determinado (no instalado) deberia anadirse al sistema para controlar el sistema de HVAC. Si es asi, el registro controlado inteligente determinado (no instalado) se anade automaticamente al sistema para controlar el sistema de HVAC. En otras palabras, la red de registros controlados inteligentes puede detectar automaticamente registros controlados inteligentes recien instalados y anadirlos automaticamente a la red.

En otra realizacion, un registro controlado inteligente recien instalado descubre automaticamente una red de registros controlados inteligentes y automaticamente lo instala. En este caso, cada uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes esta configurado para determinar automaticamente la presencia de al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes y determinar automaticamente si el registro controlado inteligente deberia anadirse al sistema para controlar el sistema de HVAC. Si es asi, el registro controlado inteligente se anade automaticamente al sistema para controlar el sistema de HVAC.

Cada registro controlado inteligente puede configurarse adicionalmente para determinar automaticamente si el registro controlado inteligente determinado deberia anadirse al sistema para controlar el sistema de HVAC de acuerdo con la temporizacion del flujo de aire a traves del registro controlado inteligente y la temporizacion del flujo de aire a traves del registro controlado inteligente determinado. Opcionalmente o como alternativa, la determination puede realizarse de acuerdo con la temporizacion de luz detectada mediante el registro controlado inteligente y la temporizacion de luz detectada mediante el registro controlado inteligente determinado.

Cada registro controlado inteligente puede configurarse para detectar otros componentes recien instalados de la red. Por ejemplo, el registro controlado inteligente puede configurarse para detectar inalambricamente y determinar automaticamente la presencia de un termostato que no es parte del sistema para controlar el sistema de HVAC y determinar automaticamente si el termostato determinado deberia anadirse al sistema para controlar el HVAC. Si es asi, el termostato determinado puede anadirse automaticamente al sistema para controlar el sistema de HVAC.

El registro controlado inteligente puede configurarse adicionalmente para determinar automaticamente si el termostato determinado deberia anadirse al sistema para controlar el sistema de HVAC de acuerdo con la temporizacion de luz detectada mediante el termostato y la temporizacion de luz detectada mediante el registro controlado inteligente o de acuerdo con la temporizacion de cambios de temperatura detectados por el termostato y la temporizacion de cambios de temperatura detectados por el registro controlado inteligente.

Cada registro controlado inteligente puede incluir un regulador de tiro controlable. El registro controlado inteligente puede configurarse de manera que, cuando el aire fluye a traves del regulador de tiro controlable, al menos uno de los reguladores de la pluralidad de registros controlados inteligentes esta completamente abierto.

Cada registro controlado inteligente puede configurarse para recibir inalambricamente datos desde al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes y para reenviar al menos algunos de los datos recibidos a uno diferente de al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes.

El sistema de HVAC puede incluir un sistema de manejo de aire por conductos, un sistema hidronico y/o un sistema de calefaccion de resistencia electrica. Al menos uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes puede configurarse para controlar una valvula y/o para controlar un conmutador electrico de un dispositivo de control proporcional.

Cada registro controlado inteligente puede incluir un motor acoplado a un regulador de tiro controlable, un sensor de

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temperatura y un transceptor inalambrico para comunicar con al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes. Un controlador puede acoplarse al motor, al sensor de temperatura y al transceptor. Una fuente de alimentacion puede acoplarse al motor, al transceptor y al controlador. El controlador puede configurarse para llevar a cabo procesos, tales como obtener datos desde el sensor de temperatura y, mediante el transceptor inalambrico, datos desde al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes. Usando los datos obtenidos, el controlador puede determinar automaticamente una operacion deseada del regulador de tiro y accionar el motor para provocar la operacion deseada del regulador de tiro.

La fuente de alimentacion puede incluir un conjunto de celulas fotovoltaicas y/o un generador alimentado por ventilador. El regulador de tiro controlable de al menos uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes puede incluir una valvula. Cada uno del al menos uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes puede montarse en un registro de aire.

El motor puede incluir una bobina, y cada registro controlado inteligente puede incluir adicionalmente una placa de circuito en la que se montan circuitos electronicos que implementan al menos una porcion del controlador. La bobina del motor puede montarse directamente en la placa de circuito impreso.

La placa de circuito puede incluir adicionalmente una pluralidad de elementos electricamente conductores, y el motor puede incluir adicionalmente un elemento conductor separado de la pluralidad de elementos electricamente conductores para formar un condensador entre el elemento conductor en el motor y uno o mas de la pluralidad de elementos electricamente conductores en la placa de circuito impreso. La capacidad del condensador depende de una posicion rotacional del motor. El controlador puede configurarse para determinar la posicion rotacional del motor basandose en la capacidad del condensador.

El motor puede incluir dos conjuntos de rotores y dos conjuntos de estatores. Uno de los rotores y uno de los estatores pueden formar un primer “submotor” y el otro de los rotores y el otro de los estatores pueden formar un segundo “submotor”. Los dos submotores pueden estar dispuestos uno junto al otro y engranarse juntos.

El sistema para controlar un HVAC puede incluir adicionalmente una unidad de control remoto portatil que incluye un transmisor inalambrico y al menos un control accionable por el usuario. El registro controlado inteligente puede configurarse para recibir una senal inalambrica desde la unidad de control remoto portatil. El controlador puede configurarse para determinar automaticamente la operacion deseada del regulador de tiro basandose, al menos en parte, en la senal inalambrica recibida desde la unidad de control remoto portatil.

El transmisor inalambrico del control remoto portatil puede incluir un transmisor inalambrico de linea de vision y/o un detector de linea de vision inalambrico.

Cada uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes puede incluir un regulador de tiro de control de volumen configurado para controlar de manera ajustable una cantidad de calor entregado a traves del registro controlado inteligente. Un motor puede estar bajo el control del programa de control autonomo y acoplado mecanicamente para operar el regulador de tiro de control de volumen. Una placa de circuito impreso puede incluir circuitos electronicos y devanados del motor. El motor puede ser un motor a pasos.

El sistema para controlar un sistema de HVAC puede incluir tambien un indicador de posicion de regulador de tiro de control de volumen que incluye al menos dos elementos electricamente conductores separados por un dielectrico, tal como aire, formando de esta manera un condensador. Al menos uno de los al menos dos elementos electricamente conductores puede configurarse para moverse, con respecto al otro de los al menos dos elementos electricamente conductores. El movimiento puede ser en relacion a la operacion del regulador de tiro de control de volumen, para variar la capacidad del condensador en relacion a la operacion del regulador de tiro de control de volumen.

Cada uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes puede configurarse, en ausencia de una entrada externa que especifica una temperatura de punto de ajuste para la localizacion correspondiente, para igualar temperaturas de las localizaciones en el edificio.

Cada uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes puede configurarse para maximizar el flujo a traves de al menos uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes.

El sistema de HVAC puede incluir un soplador y una unidad de calefaccion o refrigeracion. Al menos uno de la pluralidad de respiraderos de HVAC puede incluir un respiradero de retorno, y al menos uno de la pluralidad de respiraderos de HVAC puede incluir un respiradero de suministro. El sistema puede incluir adicionalmente un termostato acoplado al sistema de HVAC para controlar el soplador y acoplado a al menos uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes. Cada uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes puede configurarse para operar para permitir que el aire se aspire mediante al menos uno del respiradero de retorno automaticamente seleccionado. El aire puede moverse mediante el soplador, y el aire puede expulsarse a traves de al menos uno del respiradero de suministro automaticamente seleccionado, todo sin operar la unidad de calefaccion o refrigeracion. Por lo tanto, el aire puede transferirse desde al menos una localizacion automaticamente seleccionada en el edificio

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(tal como una habitacion donde el aire esta demasiado caliente) a al menos otra localizacion automaticamente seleccionada en el edificio (tal como una habitacion donde el aire es demasiado frio).

El sistema de HVAC puede incluir un soplador controlado por alambres de control de soplador y una unidad de calefaccion o refrigeracion controlada por alambres de control de unidad de calefaccion o de refrigeracion. El sistema de control de HVAC puede incluir adicionalmente un termostato acoplado al sistema de HVAC para controlar el soplador y la unidad de calefaccion o refrigeracion. El termostato puede acoplarse adicionalmente a al menos uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes. El termostato puede configurarse para identificar automaticamente: alambres de potencia conectados al termostato, los alambres de control de soplador conectados al termostato y los alambres de control de unidad de calefaccion o refrigeracion conectados al termostato.

Una realizacion de la presente invencion proporciona un sistema para controlar un sistema de HVAC de un tipo que tiene una pluralidad de respiraderos de HVAC. Cada respiradero de HVAC puede estar dispuesto en una localizacion correspondiente en un edificio, tal como para proporcionar calor o aire acondicionado a una region del edificio. El sistema de control de HVAC puede incluir una pluralidad correspondiente de registros controlados inteligentes. Cada registro controlado inteligente puede estar asociado con uno distinto de los respiraderos de HVAC. Cada registro controlado inteligente puede incluir un motor acoplado a un regulador de tiro controlable, a un sensor de temperatura y a un transceptor inalambrico para comunicar con al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes. Un controlador puede acoplarse al motor, al sensor de temperatura y al transceptor. Una fuente de alimentacion puede acoplarse al motor, al transceptor y al controlador. El controlador puede configurarse para llevar a cabo procesos, tales como obtener datos desde el sensor de temperatura y, mediante el transceptor inalambrico, datos desde al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes. Usando los datos obtenidos, el controlador puede determinar automaticamente una operacion deseada del regulador de tiro; y accionar el motor para provocar la operacion deseada del regulador de tiro.

Otra realizacion mas de la presente invencion proporciona un metodo para controlar un sistema de HVAC de un tipo que tiene una pluralidad de respiraderos de HvAc, en el que cada respiradero de HVAC esta dispuesto en una localizacion correspondiente en un edificio. El sistema de control de HVAC puede incluir una pluralidad correspondiente de registros controlados inteligentes. Cada registro controlado inteligente puede estar asociado con uno distinto de los respiraderos de HVAC. Los datos se obtienen desde un sensor de temperatura. Ademas, los datos se obtienen inalambricamente desde al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes. Los datos obtenidos se usan para determinar automaticamente una operacion deseada de un regulador de tiro. Un motor se acciona para provocar la operacion deseada del regulador de tiro.

La presencia de un registro controlado inteligente que no es parte del sistema para controlar el sistema de HVAC puede determinarse automaticamente de manera inalambrica. El registro controlado inteligente determinado puede anadirse automaticamente al sistema para controlar el sistema de HVAC.

Los datos pueden recibirse inalambricamente desde al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes. Al menos algunos de los datos recibidos pueden reenviarse a al menos otro diferente de la pluralidad de registros controlados inteligentes.

La potencia electrica puede generarse con un conjunto de celulas fotovoltaicas y/o con un generador alimentado por ventilador en al menos uno de la pluralidad de respiraderos de HVAC. El motor puede alimentarse al menos parcialmente mediante la potencia electrica generada.

El motor puede ajustar las paletas de un regulador de tiro de control de volumen de aire, ajustar una valvula, ajustar un conmutador controlado electricamente y/o ajustar un dispositivo de control proporcional controlado electricamente.

Una senal inalambrica puede recibirse desde una unidad de control remoto portatil. La senal inalambrica recibida puede usarse para obtener los datos para determinar automaticamente una operacion deseada de un regulador de tiro.

Otra realizacion de la presente invencion proporciona un registro controlado inteligente para uso en un sistema de HVAC de un tipo que tiene una pluralidad de respiraderos de HVAC. Cada respiradero de HVAC puede estar dispuesto en una localizacion correspondiente en un edificio. El registro controlado inteligente incluye un motor acoplado a un regulador de tiro controlable, un sensor de temperatura y un transceptor inalambrico para comunicar con al menos otro registro controlado inteligente. Un controlador puede acoplarse al motor, al sensor de temperatura y al transceptor. Una fuente de alimentacion puede acoplarse al motor, al transceptor y al controlador. El controlador puede configurarse para llevar a cabo procesos, tales como obtener datos desde el sensor de temperatura y, mediante el transceptor inalambrico, datos desde al menos uno del al menos otro registro controlado inteligente. El controlador puede usar los datos obtenidos para determinar automaticamente una operacion deseada del regulador de tiro y accionar el motor para provocar la operacion deseada del regulador de tiro.

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Breve descripcion de los dibujos

La invencion se entendera mas completamente haciendo referencia a la siguiente descripcion detallada de realizaciones espedficas en conjunto con los dibujos, en los que:

La Figura 1 es un diagrama esquematico de un sistema de HVAC en el que pueden ponerse en practica las realizaciones de la presente invencion;

la Figura 2 es una vista en perspectiva de la parte frontal de un registro controlado inteligente, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 3 es una vista en perspectiva, desde la derecha, de la parte trasera del registro controlado inteligente de la Figura 2;

la Figura 4 es una vista en perspectiva, desde la izquierda, de la parte trasera del registro controlado inteligente de la Figura 2;

la Figura 5 es una vista en perspectiva en despiece del registro controlado inteligente de la Figura 2; la Figura 6 es un diagrama de bloques esquematico del registro controlado inteligente de la Figura 2; la Figura 7 es un diagrama de circuito esquematico de una fuente de alimentacion para el registro controlado de la Figura 2, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 8 es un diagrama de bloques esquematico de una unidad de control remoto de HVAC de la Figura 1, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 9 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de control de temperatura, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 10 es un diagrama de flujo que ilustra otro proceso de control de temperatura, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 11 es un diagrama de flujo que ilustra la operacion del registro controlado de la Figura 2, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.

la Figura 12 es un diagrama de temporizacion esquematico de un protocolo de comunicacion entre los registros controlados de la Figura 1, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 13 es un diagrama de flujo que ilustra operaciones realizadas mediante el registro controlado de la Figura 2 despues de instalarse en primer lugar o despues de recuperarse de una condicion de apagado, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 14 es un diagrama de flujo que ilustra operaciones realizadas mediante el registro controlado inteligente de la Figura 2 para formar una red con otros registros controlados inteligentes, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 15 es un diagrama de flujo que ilustra operaciones realizadas mediante el registro controlado inteligente de la Figura 2 para unir una red existente de otros registros controlados inteligentes, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 16 es una vista en perspectiva de un conjunto de motor y sensor integrados, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 17 es una vista en perspectiva en despiece del conjunto de motor y sensor integrados de la Figura 16;

la Figura 18 es otra vista en perspectiva en despiece del conjunto de motor y sensor integrados de la Figura 16,

que muestra los cojinetes de sensor, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 19 es una vista en perspectiva en despiece del conjunto de motor y sensor integrados de la Figura 16,

que muestra los cojinetes de sensor a medida que el motor se rota a una posicion diferente;

la Figura 20 es un diagrama esquematico de otro sistema de HVAC en el que pueden ponerse en practica las

realizaciones de la presente invencion;

la Figura 21 es un diagrama de bloques esquematico de un paquete de datos a modo de ejemplo, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 22 es un diagrama de bloques esquematico de un paquete de datos de ajuste de dispositivo a modo de ejemplo, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 23 es un diagrama de bloques esquematico de un paquete de comando remoto a modo de ejemplo, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 24 es un diagrama de bloques esquematico de un paquete de actualizacion convencional remoto a modo de ejemplo, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la Figura 25 es un diagrama de bloques esquematico de un paquete de actualizacion de ajustes remoto a modo de ejemplo de acuerdo con una realizacion de la presente invencion; y

la Figura 26 es un diagrama de bloques esquematico de una tabla de informacion de dispositivo a modo de ejemplo, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.

Descripcion detallada de realizaciones espedficas

Definiciones. Como se usa en esta descripcion y en los dibujos adjuntos, los siguientes terminos deberan tener los significados indicados, a menos que el contexto lo requiera de otra manera:

“Sistema de HVAC" significa un sistema que proporciona calor, ventilacion y/o aire acondicionado a un edificio o una porcion de un edificio. Un sistema de HVAC puede proporcionar una o mas de tales funciones.

“Conjunto de celulas fotovoltaicas” significa una o mas celulas que convierten luz en electricidad mediante el efecto

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fotovoltaico.

“Hidronico” significa el uso de agua como un medio de transferencia de calor en un sistema de calefaccion o refrigeracion de HVAC. Ejemplos de sistemas de calefaccion incluyen radiadores de vapor y de agua caliente. En edificios comerciales a gran escala, tales como instalaciones de gran altura y de campus, un sistema hidronico puede incluir un bucle de agua enfriada y un bucle de agua calentada para proporcionar tanto calefaccion como aire acondicionado. Las torres de enfriamiento y refrigeracion pueden usarse por separado o juntas para proporcionar refrigeracion de agua, mientras que las calderas pueden usarse para calentar agua.

Un “regulador de tiro controlable” es un dispositivo que controla la transferencia de calor dentro o fuera de una region asociada con una localizacion en un edificio. En un sistema de HVAC basado en aire, un regulador de tiro controlable puede implementarse mediante un registro ajustable en un respiradero, tal como mediante una paleta ajustable. El registro puede ser binario, es decir, el registro puede tener exactamente dos posibles estados (tal como parcial o completamente cerrado y parcial o completamente abierto), o el registro puede ser variable por pasos o de manera continua entre dos estados extremos, es decir, el registro puede tener mas de dos posibles estados. En un sistema de HVAC hidronico o en un sistema de calefaccion de resistencia electrica, un regulador de tiro controlable puede implementarse mediante un regulador ajustable, de manera similar al usado en un sistema de HVAC basado en aire, para controlar el flujo de aire a traves de o cerca de un intercambiador de calor, tal como un radiador. Opcionalmente o como alternativa, un regulador de tiro controlable hidronico puede implementarse mediante una valvula para controlar el flujo de agua, vapor u otro fluido.

Las realizaciones de la presente invencion proporcionan metodos y sistemas para controlar sistemas de HVAC de una manera distribuida. En diversas realizaciones, tal control se consigue proporcionando controladores de registro inteligente que operan en una manera entre iguales. La Figura 1 es un diagrama esquematico de un sistema de control de HVAC basado en aire 100 (encerrado dentro de una linea discontinua) que incluye componentes, y que realiza procesos, de acuerdo con una realizacion de la invencion. Sin embargo, como se describira a continuacion, otras realizaciones de la presente invencion emplean componentes similares y principios similares para controlar otros tipos de sistemas de HVAC, tal como sistemas de calefaccion hidronicos o de resistencia electrica.

Como se muestra en la Figura 1, una caldera, bomba de calor, refrigerador y/u otro dispositivo o combinacion de dispositivos 103 calienta o refrigera aire que se mueve a continuacion a traves del sistema de HVAC mediante un soplador 106. (El soplador 106 puede acoplarse a la entrada, en lugar de a la salida, del dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103). Un termostato convencional 108 y una unidad de control de HVAC convencional 109 controlan la operacion del dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103 y el soplador 106. Opcionalmente o como alternativa, el aire puede filtrarse y/o intercambiarse por aire exterior, etc. (no mostrado). Por simplicidad de explicacion, el aire se hace referencia en el presente documento como que esta “acondicionado”, independientemente de como se trate el aire, es decir, calentado, refrigerado, etc.

El aire acondicionado se lleva mediante una serie de conductos 110 a una pluralidad de respiraderos de HVAC, tal como los registros de suministro 113, 116, 120 y 128. Por supuesto, puede haber mas o menos registros de suministro y mas o menos canalizaciones complejas que lo mostrado en la Figura 1. Los registros de suministro 113120 y 128 pueden estar dispuestos en diversas localizaciones de un edificio, tal como en paredes de habitaciones de una casa, en paredes o techos de pasillos o en techos de un edificio de oficinas. Uno o mas de los registros de suministro 113-120 y 128 puede estar en una habitacion dada. Cada registro de suministro 113-120 y 128 puede introducir aire acondicionado en su respectiva region. Los registros de retorno 123, 126 y 129 y un conducto de retorno asociado 130 retornan aire al dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103. Por supuesto, puede haber otro numero de registros de retorno y mas o menos canalizaciones de retorno complejas.

Uno o mas de los registros de suministro 113-120 y 128 pueden incluir un respectivo controlador de registro inteligente 133, 136 y 140. Cada controlador de registro 133-140 opera un regulador de tiro controlable para controlar la cantidad del aire acondicionado que el correspondiente registro de suministro 113-120 permite en su respectiva region. Ademas, cada controlador de registro 133-140 mide la temperatura de su region respectiva.

Opcionalmente, uno o mas de los registros de retorno 123-129 incluye tambien un controlador de registro 143 y 146 que controla la cantidad relativa de aire permitido que puede aspirarse desde su respectiva region de vuelta en el sistema de HVAC. Un registro 113-120 y 123-126 que esta equipado con un controlador de registro puede denominarse en el presente documento como un “registro controlado inteligente” o simplemente un “registro controlado”.

La cantidad de aire permitido que fluya a traves de un registro 113-126 puede controlarse mediante cualquier estructura adecuada, tal como una paleta ajustable monitorizada o un conjunto de paletas en el registro. Cada controlador del controlador de registro 133-146 opera su respectiva paleta o paletas.

Los registros de control 113-126 y los controladores de registro 133-146, sin embargo, no se controlan de manera central. Adicionalmente, los controladores de registro 133-146 no estan necesariamente conectados al termostato de sistema de calefaccion/refrigeracion 108, el soplador 106, la unidad de control de HVAC 109 o el dispositivo de

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calefaccion/refrigeracion 103. Los controladores de registro 133-146 forman una red de comunicacion inalambrica, mediante la cual los controladores de registro 133-146 (y opcionalmente otros componentes del sistema de control de HVAC 100, denominados de manera colectiva como “nodos" de la red) pueden proporcionar informacion a otros controladores de registro 133-146 en la red.

Cada controlador de registro 133-146 determina automaticamente cuanto aire acondicionado permitir en su region, o cuanto aire de retorno permitir que se extraiga desde su region, basandose en informacion recopilada mediante el controlador de registro 133-146. Esta informacion puede incluir: la temperatura actual de la region; una temperatura deseada de la region; una cantidad calculada del aire acondicionado requerida para cambiar la temperatura de la region a la temperatura deseada: temperatura del aire acondicionado que se empieza a suministrar mediante un conducto al registro; hora actual, dia de la semana, vacaciones u otros datos de calendario; temperaturas de otras regiones y sus respectivas temperaturas deseadas; cantidades calculadas de aire requerido que se suministre o extraiga mediante los otros registros controlados para cambiar sus respectivas temperaturas de las regiones a sus temperaturas deseadas; estado de carga de una bateria que alimenta el controlador de registro 133-146 o una combinacion de los mismos. Basandose en la determinacion de la cantidad del aire acondicionado requerida, cada controlador de registro 133-146 determina automaticamente cuando operar su respectivo regulador de tiro controlable y una extension hasta la que deberia abrirse o cerrarse el regulador de tiro controlable, y el controlador de registro 133-146 opera el regulador de tiro controlable. Deberia observarse que un regulador de tiro controlable del registro puede abrirse para unicamente una porcion de la cantidad de tiempo que esta operando el soplador 106.

Cada nodo de la red puede basar su operacion al menos en parte en informacion acerca de uno o mas (idealmente todos) los otros nodos en la red. Por lo tanto, los controladores de registro inteligentes 133-146 (y opcionalmente otros nodos) de la red controlan de manera colectiva la cantidad del aire acondicionado introducida en cada region. Esta funcion de control se distribuye a traves de la red de registros controlados inteligentes. De manera significativa, esta funcion de control no usa un controlador central. Es decir, ningun controlador central ordena a cada controlador de registro como y cuando operar su regulador de tiro controlable. Ningun de los controladores de registro 133-146 es un “maestro" que controla los otros controladores de registro. Una unidad de control remoto 150-153 (descrita en mas detalle a continuation) o un nodo central, tal como un ordenador 156, puede proporcionar informacion acerca de temperaturas deseadas, tiempos de retraso, etc. Sin embargo, enviando esta informacion, la unidad de control remoto 150-153 o el ordenador 156 no ordena a un controlador de registro 133-146 abrir o cerrar su regulador de tiro controlable. En su lugar, los controladores de registro 133-146 usan esta informacion como parte de sus calculos para determinar cuando y como operar sus respectivos reguladores de tiro controlables.

Cada controlador de registro 133-146 incluye un transceptor inalambrico que posibilita que el controlador de registro 133-146 comunique inalambricamente con otros controladores de registro 133-146 en registros cercanos 113-126. Los conductos 110 y 130 pueden actuar como guias de onda para llevar senales inalambricas o facilitar de otra manera la comunicacion inalambrica entre los controladores de registro 133-146. Sin embargo, todos los controladores de registro 133-146 pueden no ser capaces de comunicar directamente de manera inalambrica con todos los otros controladores de registro 133-146, debido a limitaciones en potencia de transmision, distancias implicadas, interferencia electromagnetica (EMI), nivel de carga de bateria, etc. Por lo tanto, cada controlador de registro 133-146 reenvia datos que recibe desde otros controladores de registro 133-146 a otros controladores mas de registro 133-146. Por lo tanto, cada controlador de registro 133-146 puede recibir finalmente informacion acerca de cada otro controlador de registro 133-146 en el sistema de control de HVAC 100, aunque no necesariamente directamente desde el controlador de registro acerca del cual se proporciona la informacion.

Puede usarse cualquier numero (incluyendo el cero) de unidades de control remoto portatiles, ejemplificadas mediante las unidades de control remoto 150 y 153. Estas unidades de control remoto comunican inalambricamente con los controladores de registro 133-146 en registros cercanos 113-126, aunque la comunicacion entre una unidad de control remoto 150-153 y un controlador de registro 133-146 puede implicar un medio diferente (tal como comunicacion basada en luz infrarroja o comunicacion basada en frecuencia de radio (RF) o una frecuencia diferente a la comunicacion entre los controladores de registro 133-146. Cada unidad de control remoto 150-153 incluye un teclado y una pantalla, mediante los cuales un usuario puede ordenar al sistema de control de HVAC 100 o a un componente del mismo cambiar un parametro, tal como una temperatura deseada en la region donde esta localizado el usuario. Opcionalmente, una o mas de las unidades de control remoto 150-153 pueden sujetarse a localizaciones fijas, tales como en paredes, en el edificio.

Opcionalmente, uno o mas termostatos de red, ejemplificados mediante termostato de red 160, pueden incluirse en el sistema de control de HVAC 100. El termostato de red 160 puede instalarse en una region, tal como montado en una pared de una habitation, para permitir al usuario establecer directamente una temperatura deseada o programa de temperatura para el area cercana. Como los registros, los termostatos detectan y se conectan automaticamente a una red existente, pero a diferencia de los registros, nunca crean una nueva red. La funcion principal del termostato de red es informar a los registros de los deseos del usuario del sistema, y proporcionar la suficiente informacion en su entorno de modo que cada registro pueda determinar si es para usar la informacion de punto de ajuste. Por ejemplo el termostato de red puede registrar e informar a la red los tiempos de aumento o disminucion repentina en el nivel de luz, presumiblemente provocado por alguien que encienda una luz o abra una puerta o una persiana. Cualquier registro que observe los mismos cambios del entorno asumiria a continuacion que esta cerca de ese

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termostato, y deberia usar ese punto de ajuste de temperatura de termostato como su objetivo de temperatura. El termostato de red 160 puede alimentarse mediante una celula fotovoltaica y/o una bateria reemplazable por el usuario convencional.

Opcionalmente, uno o mas de los termostatos de red, ejemplificados mediante el termostato de red 163, pueden conectarse a (o sustituir) el termostato 108. Opcionalmente o como alternativa, el termostato de red 163 puede conectarse al control de HVAC 109, o el termostato de red 163 puede conectarse de otra manera al sistema de HVAC. En cualquier caso, el termostato de red 163 puede controlar la operacion del dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103 y/o el soplador 106. Por ejemplo, si una region esta mas calida de lo que es necesario que este, mientras que otra region esta mas fria de lo que es necesario que este, el sistema de control de HVAC 100 puede mover algo de aire desde la region calida a la region fria abriendo los reguladores de tiro controlables en las respectivas regiones, cerrando otros reguladores de tiro controlables y provocando que opere el soplador 106 (pero no el dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103). Uno o mas registros de retorno controlables 123-126 proximos a la region desde la que se ha de mover el aire pueden abrirse mientras que los registros de retorno controlables proximos a otras regiones pueden cerrarse, y uno o mas registros de suministro controlables 113-120 proximos a la region a la que se ha de mover el aire pueden abrirse mientras que los registros de suministro controlables proximos a otras regiones pueden cerrarse. Un termostato de red que esta electricamente conectado al termostato 108, etc. puede alimentarse mediante el sistema de HVAC y no es necesario, por lo tanto, que incluya necesariamente una celula fotovoltaica.

Como se indica, los controladores de registro 133-146 reciben informacion acerca de los otros controladores de registro 133-146. Usando esta informacion, asi como informacion acerca de una temperatura deseada en la region servida por un controlador de registro 133-146 dado, el controlador de registro 133-146 determina una operacion deseada de un regulador de tiro controlable en su correspondiente registro controlado, y el controlador de registro 133-146 acciona un servo, tal como un motor a pasos y sensor de posicion, para provocar la operacion deseada del regulador de tiro. Por lo tanto, el controlador de registro 133-146 controla la cantidad del aire acondicionado introducido en su region o extraido de su region para cumplir (siempre que sea posible, dada la capacidad del dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103 y el soplador 106, condiciones del ambiente, etc.) la temperatura deseada. En ausencia de informacion desde cualquier unidad de control remoto 150-153, ordenador 156 o termostato de red 160-163 acerca de una temperatura deseada, los controladores de registro 133-146 pueden operar para igualar las temperaturas de todas las regiones. Por lo tanto, en una instalacion con un unico termostato de HVAC convencional 108, que no esta conectado a la red de registros, y la adicion de unicamente los registros de control 113-126 puede operar para igualar la temperatura en todas las habitaciones de una casa. Esta caracteristica, en solitario, proporciona una mejora significativa en nivel de comodidad y ahorros de energia (evitando sobrecalentar una o mas de las habitaciones para satisfacer el termostato 108) sobre sistemas de control de HVAC de la tecnica anterior.

Instalacion

Uno o mas componentes del sistema de control de HVAC 100 pueden instalarse en un nuevo sistema de HVAC, o uno o mas componentes del sistema de control de HVAC 100 pueden readaptarse en una estructura existente. En cualquier caso, mas adelante, pueden instalarse tambien componentes adicionales del sistema de control de HVAC 100.

Despues de que se han instalado, cada nuevo componente intenta comunicar con otros componentes del sistema de control de HVAC 100 que estan dentro del alcance del transceptor inalambrico del componente recien instalado. El componente recien instalado a continuacion identifica cual, si los hubiera, de estos otros componentes son parte de el mismo sistema de HVAC como el componente recien instalado. (Deberia observarse que puede haber mas componentes instalados en sistemas de HVAC no relacionados que estan dentro del alcance de comunicacion inalambrica, tal como sistemas de HVAC en hogares cercanos o en otras plantas de un edificio de multiples plantas, y el componente recien instalado deberia ignorar estos componentes no relacionados). Un proceso de descubrimiento de otros componentes se describe en el contexto de instalacion de un controlador de registro; sin embargo, puede usarse un proceso similar mediante otros tipos de componentes.

Un controlador de registro recien instalado 133-146 monitoriza las comunicaciones de otros controladores de registro que estan dentro del alcance del transceptor inalambrico del controlador de registro recien instalado. Comparando los datos del entorno recibidos desde la red descubierta, tal como el tiempo en el que el flujo de aire se inicia y se detiene, con sus propias mediciones, el registro determina si deberia unirse o no a esa red. Los componentes con celulas fotovoltaicas pueden observar, opcionalmente o como alternativa, tiempos en los que las intensidades de luz (presumiblemente debido al movimiento aparente del sol o iluminacion artificial) son altas o bajas y se correlacionan a los patrones de nivel de iluminacion detectados con otros componentes sensibles a la luz, como se describe en mas detalle a continuacion. Si la red descubierta esta en el mismo entorno que el nuevo registro, se une a esa red. Los controladores de registro 133-146 pueden enviar rutinariamente informacion acerca de sus respectivos tiempos de flujo de aire, patrones de iluminacion de luz, etc., o los controladores de registro 133-146 pueden consultarse mediante el controlador de registro recien instalado para esta informacion.

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De manera similar, los termostatos de red 160-163 deberian experimentar cambios del entorno que se correlacionan bien con registros cercanos.

Aunque en algunas realizaciones los componentes usan temporizaciones de flujos de aire o cambios de temperatura para facilitar descubrir automaticamente otros componentes, este descubrimiento automatico puede ser basandose en temporizaciones de otros cambios del entorno, tal como humedad o luz. Por ejemplo, como se indica a continuacion, los registros controlados pueden incluir celulas fotovoltaicas para alimentar los controladores de registro 133-146. Usando temporizaciones e intensidades de senales desde estas celulas fotovoltaicas, los controladores de registro 133-146 pueden correlacionar tiempos en los que la luz relativamente intensa, tal como luz del sol, brilla en las celulas fotovoltaicas, o tiempos en los que luz relativamente debil, tal como luz artificial de lamparas de interior, o ninguna luz brilla en las celulas fotovoltaicas.

Si el controlador de registro recien instalado 133-146 falla al encontrar una red usando el mismo sistema de HVAC, el controlador de registro recien instalado 133-146 forma una nueva red y opera en solitario, hasta que otro controlador de registro 133-146 o termostato de red 160-163 que es parte de el mismo sistema de HVAC entra dentro del alcance y se une a su red. Los termostatos de red 160-163 realizan operaciones similares despues de su instalacion.

Por lo tanto, cada controlador de registro 133-146 y termostato de red 160-163 es esencialmente auto-instalable, en que no se requiere implicacion del usuario para interconectar los controladores de registro 133-146 o los termostatos de red 160-163 entre si. El usuario unicamente necesita poner los registros y termostatos donde el desea que esten. El sistema de HVAC 100 facilita el crecimiento incremental; pueden anadirse componentes en cualquier momento, y no todos los registros necesitan equiparse con controladores de registro. En consecuencia, un propietario de edificio puede instalar controladores de registro en unas pocas localizaciones seleccionadas, tales como habitaciones que estan cronicamente demasiado calientes o demasiado frias, para mejorar la comodidad en estas regiones. En otro escenario, el propietario del edificio puede instalar controladores de registro 133-146 en localizaciones que estan frecuentemente desocupadas, para ahorrar energia minimizando la cantidad del aire acondicionado suministrado a estas regiones. Aunque la instalacion de los controladores de registro 133-146 en menos que en todos los registros de un sistema de HVAC puede no ser optima, una instalacion de este tipo puede proporcionar el mayor ahorro o mejora de comodidad para la inversion correspondiente, es decir, el coste de los registros controlados.

Controlador de registro inteligente

Las funciones principales del controlador de registro inteligente 133-146 son: controlar dinamicamente la cantidad de aire permitido que pase a traves de un registro asociado 113-126; medir temperatura del aire en la region asociada (habitacion); medir temperatura del aire en el conducto asociado; identificar, comunicar con y coordinar con otros componentes de red; mantener un reloj/calendario; generar potencia electrica para operar el controlador de registro; y comunicar con una o mas unidades de control remoto 150-156.

La Figura 2 es una vista en perspectiva de la parte frontal de un registro 200 ilustrativo. Gran parte de la cara 203 del registro 200 puede cubrirse por, o construirse de, celulas fotovoltaicas, ejemplificadas mediante las celulas fotovoltaicas 206. Un indicador, tal como un diodo de emision de luz (LED) 210, puede incluirse para visualizar informacion de estado. Una placa de circuito 213 puede sujetarse a la parte trasera, o a otra porcion conveniente, del registro 200. La placa de circuito 213 incluye un procesador, circuitos control de potencia, etc., como se describe en el presente documento.

La Figura 3 es una vista en perspectiva de la parte trasera del registro 200. Un regulador de tiro controlable, en este punto ejemplificado mediante las dos paletas contra-rotatorias 300 y 303, esta sujeto al registro 200 para controlar el flujo de aire a traves del registro 200. El regulador de tiro controlable puede operarse mediante un servo, tal como un motor a pasos y sensor de posicion (no visible). El regulador de tiro controlable puede construirse para mantener su posicion, tal como mediante friccion, sin uso de potencia entre los tiempos en los que las posiciones de las paletas 300 y 303 se cambian por el servo motor 306. Puede usarse un motor de alto recuento de polos, tal como un motor a pasos. Los retenes magneticos naturales proporcionados por los polos pueden usarse para mantener el regulador de tiro controlable en su lugar. La posicion del regulador de tiro controlable puede ajustarse manualmente por un usuario, tal como mediante una rueda de seleccion (no mostrada), en el caso que el controlador de registro falle. Los registros de retorno 123-126 deberian equiparse con reguladores de tiro controlables que caigan en un estado abierto, de modo que si un registro de este tipo falla, el aire puede aun retornar mediante el registro.

La Figura 4 es otra vista en perspectiva de la parte trasera del registro 200, en el que la placa de circuito 213 puede observarse de manera mas evidente. La Figura 5 es una vista en despiece del registro 200. En la realization mostrada en la Figura 5, una plancha frontal transparente 500 cubre las celulas fotovoltaicas 206. Una rejilla perforada 503 dispersa el aire que fluye a traves de la rejilla 200. El servo motor 506 es visible en la Figura 5.

La Figura 6 es un diagrama de bloques esquematico de uno de los controladores de registro inteligentes 133-146. El controlador de registro puede implementarse mediante componentes electronicos en, o conectados a, la placa de circuito 213. Las celulas fotovoltaicas 206 estan conectadas a una fuente de alimentation 600, que se describe en

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mas detalle a continuacion. La fuente de alimentacion 600 puede incluir una bateria recargable, un super condensador u otro dispositivo de almacenamiento de energia adecuado para alimentar los circuitos restantes cuando las celulas fotovoltaicas 206 estan insuficientemente iluminadas para alimentar directamente potencia a los circuitos. El controlador de registro puede comunicar con otros nodos de red mediante un transceptor inalambrico 603, tal como un transceptor de RF. Entre otra informacion, el controlador de registro inteligente puede informar a otros nodos de la cantidad de energia en su dispositivo de almacenamiento de energia, de modo que las tareas de red pueden asignarse a nodos que tienen las reservas de potencia mas grandes.

Un transceptor de infrarrojos (IR) (o, en algunos casos, unicamente un receptor o transmisor) 606 facilita la comunicacion inalambrica entre el controlador de registro y una unidad de control remoto 150-153. Uno o mas sensores de temperatura 610, tal como uno o mas termistores, diodos de siliceo o cualquier otro componente sensible a temperatura adecuado, estan localizados para ser expuestos al aire que fluye a traves del registro 200. Un controlador 613 controla la operacion de los componentes restantes del controlador de registro. El controlador 613 puede implementarse con un procesador 620 que ejecuta instrucciones almacenadas en una memoria 622. Un reloj 626 posibilita que el controlador 613 rastree el tiempo y fecha aunque, como se indica a continuacion, el reloj puede rastrear el tiempo de acuerdo con una zona horaria arbitraria, tal como una zona horaria basandose en las 12 en punto que corresponden a mediodia o medianoche, segun se detecta por la luz brillante que ilumina las celulas fotovoltaicas.

Para minimizar el consumo de potencia, el deflector deberia mantener su posicion sin uso de potencia. Ademas, un usuario deberia poder ajustar manualmente la posicion del deflector, en el caso de un fallo del registro. En una realizacion, un motor de alto recuento de polos, tal como un motor a pasos, acciona el deflector sin engranaje. Las propiedades de retencion magnetica natural de un motor magnetico de este tipo pueden usarse para mantener el deflector en su lugar. El deflector, el motor y la rueda de ajuste manual pueden estar en un eje comun. En el caso de multiples cuchillas deflectoras, que pueden usarse para reducir la profundidad del registro, una cuchilla puede estar en el eje comun, y las otras cuchillas pueden accionarse por engranajes o una articulacion.

Para reducir el recuento de partes, cableado y coste del mecanismo de deflector de motor a pasos, parte del motor y dispositivo de deteccion de posicion pueden montarse en la placa de circuito impreso principal. Los devanados del motor pueden montarse en la placa de circuito, y las piezas del polo magnetico permanente pueden sujetarse al eje. Un orificio (chapado a traves) en la placa de circuito puede proporcionar un rodamiento de eje para mantener las partes del motor alineadas. Un sensor de posicion puede ser tambien parte de la placa. Un sensor de capacidad puede formarse por cojinetes en la placa y planchas segmentadas rotatorias sujetadas al eje. La pieza de polo magnetico permanente en movimiento puede ser en forma de una taza que rodea un conjunto de bobina con forma de disco sujetado a la placa de circuito, o los polos magneticos permanentes rotatorios pueden estar en el centro de un anillo estatico de un conjunto de bobina. En cualquier caso, las planchas de condensador en movimiento pueden sujetarse al conjunto de pieza del polo. Las planchas de condensador, o todo el conjunto de deflector-eje, pueden montarse con resortes para forzarlas a entrar en contacto con la placa, y una de las planchas (fija o en movimiento) puede cubrirse con un aislante fino. Las planchas en movimiento pueden activarse mediante un segmento de plancha estatico en la placa de circuito, de modo que pueda no requerirse cables en las partes en movimiento.

El ajuste manual del deflector puede hacerse usando una rueda en el eje de deflector que tiene un diametro suficiente grande de modo que un cordon de la rueda sobresalga a traves de una ranura en la cara del registro. El eje desde el deflector a la rueda puede fabricarse ligeramente flexible, de modo que empujar la rueda en la cara del registro (provocado, por ejemplo, por alguien que pise el registro) no provoca dano.

Reloj

Cada controlador de registro 113-146 mantiene varios tiempos de reloj y varios estados relacionados con estos tiempos. El tiempo mas fundamental en cada controlador de registro 113-146 es un reloj de tiempo unitario (UT). Este es un recuento que se inicializa a cero cuando se fabrica el controlador de registro 113-146 y se incrementa a una tasa fija cada vez que se enciende el procesador del controlador de registro 620. Este tiempo tiene suficiente resolucion para registrar el tiempo de eventos de manera tan precisa como sea necesaria, tal como en 1/256 segundos. El acumulador para este tiempo tiene suficientes bits, tal como 40 bits, que no se sobrecargaran durante el tiempo de vida esperado del controlador de registro. Si el procesador 620 detecta que pronto se quedara sin potencia, este reloj se graba en memoria no volatil.

Como parte del estado para este reloj, hay otros tres valores grabados. Un valor es el estado actual del UT: resetear o valido. Este bit de estado se establece a “resetear” desde el tiempo en el que el componente graba el UT en preparacion para un apagado completo, debido a baja potencia, hasta que se restaure la potencia y se reanude la acumulacion. Cuando el UT se ejecuta de nuevo, este estado se cambia a “valido”. El segundo dato de estado es el valor del UT en el fallo de potencia anterior, o Tiempo Unitario de Ultimo Bloqueo (LCUT). Este valor se inicializa en el momento de fabricacion a cero y se establece al valor del UT grabado cuando se reinicia el UT, y puede de hecho ser el valor en memoria no volatil grabado en el momento de un fallo de potencia. El tiempo desde el ultimo fallo de potencia puede calcularse restando LCUT del UT actual. El procesador puede determinar si un valor de UT almacenado es valido como una medicion de transcurso de tiempo comprobando que este valor es mayor que el

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LCUT. El tercer valor es un recuento del numero de veces que se ha cambiado LCUT, es decir el numero de bloqueos de fallo de potencia de procesador. Este ultimo valor se usa para determinar si un controlador de registro esta teniendo fallos de potencia frecuentes y tal vez deberia subir de un controlador de registro de potencia de luz a un controlador de registro de luz y viento o alimentado externamente.

El segundo “tiempo” que mantiene cada controlador de registro es el tiempo de red (NT). Este de hecho es una correccion del UT a un tiempo coherente entre los miembros de una red. Se establece al UT del miembro mas antiguo de una red. Cada componente de red mantiene un valor con signo que, cuando se anade a su UT, proporciona el NT y un valor de estado que se establece a valido despues de que un registro se une a una red y se le proporciona o proporciona el NT. Para evitar desacuerdos en NT cuando se une un nuevo componente a una red, hay un proceso que en primer lugar tiene todos los componentes en la red establecidos a NT como no validos. El proceso a continuation distribuye el nuevo NT, desde el que cada componente calcula su valor de correccion, y a continuation el proceso establece el NT como valido.

El ultimo tiempo que mantiene el controlador de registro es el tiempo real. Esto tambien se mantiene como un desplazamiento desde UT, y un estado. El desplazamiento es el numero el que debe anadirse al UT para producir el tiempo real local en segundos desde un tiempo predeterminado, tal como el comienzo del ano 2000. Este valor tiene al menos dos posibles estados: valido y no valido. El estado se inicializa a no valido y se resetea a no valido en cualquier bloqueo. El estado se establece a valido cuando el controlador de registro se informa del tiempo local mediante una unidad de control remoto 150-153 o desde otro nodo de la red.

Usando el sensor de temperatura 610, el controlador de registro puede determinar la temperatura del aire acondicionado que se esta entregando a la region. Ademas, el controlador de registro puede determinar la velocidad del aire que se esta entregando, tal como forzando una corriente electrica conocida a traves del termistor durante un corto tiempo, calendando de esta manera el termistor por encima de la temperatura del aire acondicionado, y a continuacion midiendo la cantidad de tiempo requerido para que la temperatura del termistor caiga a una cantidad predeterminada, tal como una mitad de la diferencia entre la temperatura calentada y la temperatura del aire que fluye.

Una relation entre la velocidad de flujo de aire y la caida de temperatura, como una funcion del tiempo, puede determinarse experimental o algoritmicamente usando caracteristicas conocidas del termistor. Los datos que representan esta relacion o representativos de los pares de valores de velocidad del aire-tiempo de caida de la temperatura pueden almacenarse en una tabla, tal como en la memoria 622 del controlador 613. Opcionalmente o como alternativa, esta relacion puede almacenarse como una funcion matematica en la memoria 622. La tabla o funcion pueden usarse para calcular la velocidad del flujo del aire a partir del tiempo de caida de temperatura.

Despues de que el soplador 106 haya detenido la operation y haya pasado una cantidad adecuada de tiempo para las temperaturas en el registro para estabilizarse con la region, el sensor de temperatura 610 puede usarse para medir la temperatura de la region, obviando de esta manera o reduciendo la necesidad de un termometro en la region.

Opcionalmente o como alternativa, la tasa de flujo de aire acondicionado puede medirse por otro sensor (no mostrado), tal como dos cojinetes electricamente conductores. Una de los cojinetes puede fijarse en la placa de circuito 213, y el otro cojinete puede sujetarse a una paleta flexible en la ruta del flujo del aire acondicionado. Cuando el aire acondicionado fluye, inclina la paleta flexible una cantidad proporcional a la tasa de flujo de aire. El controlador 613 mide la capacidad entre los dos cojinetes cuando fluye el aire acondicionado y cuando no fluye. La diferencia en las dos mediciones de capacidad indica la cantidad de desviacion de paleta y, por lo tanto, la tasa de flujo de aire.

Por lo tanto, el controlador 613 puede determinar tres piezas de information: temperatura de region, temperatura de aire acondicionado y tasa de flujo de aire acondicionado.

Probando el flujo de aire a intervalos frecuentes, el controlador 613 puede medir la cantidad de tiempo que opera el dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103 y/o el soplador 106, es decir, un “tiempo de ejecucion” de sistema de HVAC. Sin embargo, todos los registros controlados 112-126 experimentan flujos de aire casi al mismo tiempo. Por lo tanto, todos los controladores de registro 133-146 no necesitan realizar simultaneamente sus propias mediciones de tiempo de ejecucion de sistema de HVAC. En su lugar, unicamente uno o un pequeno numero de los controladores de registro 133-146 pueden necesitar realizar la medicion de tiempo de ejecucion del sistema de HVAC en cualquier punto en el tiempo, y la informacion de tiempo de ejecucion puede a continuacion proporcionarse a los otros controladores de registro 133-146 en la red. Los controladores de registro 133-146 que no realizan la medicion de tiempo de ejecucion del sistema de HVAC pueden entrar en un estado de baja potencia, conservando de esta manera energia. La tarea de medir el tiempo de ejecucion del sistema de HVAC puede asignarse de una manera por turnos rotativos entre los controladores de registro 133-146. Opcionalmente o como alternativa, esta asignacion puede modificarse para usar exclusivamente o mas frecuentemente los controladores de registro 133146 que tienen las mayores reservas de potencia (es decir, los niveles mas altos de carga en sus baterias).

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El tiempo de ejecucion del sistema de HVAC y la informacion acerca de las diferencias entre temperaturas del aire acondicionado suministrado a regiones y las temperaturas de las regiones pueden usarse mediante uno o mas nodos de la red para calcular la cantidad energia entregada a traves de los registros 112-126. Si la energia usada mediante el sistema de HVAC es tambien conocida, la eficacia del sistema de HVAC puede calcularse. La energia usada mediante el sistema de HVAC puede introducirse por un usuario, tal como introduciendo los datos a partir de facturas de energia. Como alternativa, si se conoce la potencia nominal (por ejemplo, los kilovatios nominales de una unidad de aire acondicionado) de los componentes de sistema de HVAC, es decir, el dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103 y el soplador 106, la cantidad de energia usada por el sistema de HVAC puede calcularse multiplicando la potencia nominal por la cantidad de tiempo que operan los componentes del sistema de HVAC.

Incluso si no se conoce la cantidad de energia usada mediante el sistema de HVAC, las eficacias relativas de proporcionar aire acondicionado a diversas regiones, es decir, a traves de registros controlados 113-120 particulares puede calcularse mediante los nodos de la red. Si una o mas de estas regiones o registros 112-120 opera de manera menos eficaz que los otros, un nodo puede notificar a un usuario, tal como enviando un mensaje a una unidad de control remoto 150-153 o al ordenador 156 o iluminando el indicador 210 en los registros 200. Esto puede alertar a que el usuario mejore el aislamiento termico de la region y/o reduzca la infiltracion del aire exterior en la region. Opcionalmente o como alternativa, el usuario puede poder realizar decisiones informadas con respecto a la calefaccion o refrigeracion continuada de la region, en luz de la cantidad de uso que recibe la region, con relacion a la cantidad de energia usada para calentar o enfriar la region. De manera similar, una disminucion repentina en la eficacia de una region puede producirse por una ventana que se ha dejado abierta, y puede alertarse al usuario de manera similar.

Opcionalmente, cada registro controlado 113-126 puede equiparse con un sensor de infrarrojos termico 212 (Figuras 2, 5 y 6), posicionado y orientado para tener una vista en la region servida por el registro controlado 113-126. Este sensor mide la radiacion de cuerpos negros desde el objeto solido mas cercano o delante de el. El sensor de infrarrojos 212 acepta radicacion a traves de una ventana en la cara 500 del registro 200, por lo que si el registro 200 esta montado en un suelo, el sensor de infrarrojos 212 puede medir la temperatura de un techo. Esta medicion puede correlacionarse con la medicion de temperatura del aire de la region realizada usando el sensor de temperatura 610. Usando esta correlacion, la temperatura de infrarrojos puede usarse para calcular la temperatura del aire de la habitacion de la region, incluso cuando el aire esta pasando a traves del registro 200.

La informacion de ocupacion de region puede usarse ventajosamente mediante el controlador 613 para ahorrar energia proporcionando menos que la cantidad habitual del aire acondicionado en una region que no ha sido ocupada durante algun tiempo. El controlador 613 puede emplear uno o mas de varios metodos para determinar la ocupacion de la region. Por ejemplo, el sensor de infrarrojos 212 puede usarse para detectar cuando una persona o animal pasa brevemente delante del registro 200. Opcionalmente o como alternativa, las celulas fotovoltaicas 206 pueden usarse para detectar que las luces de la habitacion estan encendidas, que puede indicar que la habitacion esta ocupada. Una sombra, por ejemplo una sombra emitida por un ocupante que pasa, que pasa brevemente sobre las celulas fotovoltaicas 206 puede indicar tambien que la region esta ocupada. En algunos casos, abrir o cerrar una puerta en una region modifica el flujo de aire dentro o fuera de la region. Por lo tanto, un cambio en el flujo de aire a traves del registro controlado 113-126, sin haber provocado el controlador 613 un cambio en las paletas de control de aire 300-303, puede indicar que un ocupante entro o salio de la region.

Opcionalmente o como alternativa, una unidad de control remoto 150-153 puede usarse por un ocupante para indicar que la region esta ocupada. Por ejemplo, la unidad de control remoto 150-153 puede incluir un boton que, cuando se presiona, indica que la region que esta ocupada. Adicionalmente, recibir cualquier comando, tal como establecer una temperatura deseada o un tiempo de retraso, emitido en una region puede usarse para inferir que la region esta ocupada. La ausencia de cualquier indicacion de ocupacion durante varios minutos puede indicar que una region no esta ocupada.

La luz artificial puede diferenciarse de la luz del sol por el nivel relativamente bajo de iluminacion proporcionado por las luces artificiales y el rapido aumento o disminucion en nivel de luz cuando una lampara se enciende o apaga, en comparacion con el aumento o disminucion gradual en el nivel de luz durante la salida del sol o la puesta del sol, la salida de la luna o la puesta de la luna. Por lo tanto, el tiempo del dia frente al tiempo de la noche puede distinguirse automaticamente, incluso si el reloj 626 no esta establecido. Incluso sin establecerse el reloj 626, los controladores de registro 133-146 pueden compartir su informacion acerca de la detection de luz brillante y, por lo tanto, medir el numero de horas de luz del dia.

Si se ha establecido el reloj de sistema 626, el controlador 613 puede determinar los tiempos de salida del sol y puesta del sol indicando los tiempos cuando la luz intensa empieza a brillar en las celulas fotovoltaicas 206 y cuando esta luz intensa deja de brillar en las celulas fotovoltaicas 206. Por lo tanto, puede crearse una zona de tiempo arbitraria, en la que mediodia se hace que corresponda al nivel de luz promedio mas brillante detectada, o como alternativa a medio camino entre salida del sol y la puesta del sol, durante una serie de periodos de 24 horas.

El sensor infrarrojos termico 212 puede usarse tambien para medir una cantidad de radiacion de infrarrojos termicos

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del ambiente en la region. El nivel de infrarrojos termico del ambiente es un componente importante de nivel de comodidad. Midiendo tanto la temperatura del aire como nivel de infrarrojos termico, la red puede mantener un mejor nivel de comodidad. Por ejemplo, los registros controlados 113-120 pueden proporcionar menos aire calentado en areas con cantidades significativas de radiacion de infrarrojos termicos, tal como desde las ventanas, consiguiendo de esta manera ahorros de energia.

Fuente de alimentacion

Como se indica, las celulas fotovoltaicas 206 proporcionan potencia electrica para el controlador de registro. Opcionalmente o como alternativa, un ventilador (no mostrado) localizado en la corriente de flujo de aire puede usarse para accionar un generador (no mostrado). El ventilador deberia posicionarse por lo que nunca se tape por el regulador de tiro ajustable o de manera que esta tapado unicamente cerca del estado cerrado extremo del regulador. Opcionalmente, puede proporcionarse una bateria principal (no mostrada) y/o una fuente de alimentacion externa (no mostrada).

La Figura 7 es un diagrama de circuito esquematico de una fuente de alimentacion 600 ilustrativo. La energia se suministra mediante las celulas fotovoltaicas Vl-Vn 206 y/o un generador alimentado por ventilador. Puede proporcionarse tambien una entrada de potencia de CC opcional, de modo que pueda usarse tambien una fuente externa. Los diodos D1 y D2 combinan la potencia desde la fuente externa y las celulas fotovoltaicas (y/o el generador alimentado por ventilador) en el condensador C1. Las resistencias R1 y R2 dividen la tension desde la fuente externa a un nivel tolerable para un microprocesador U4 para permitir que las dos fuentes se distingan. La tension en C1 se aplica a un convertidor de potencia de conmutacion U1. Este convertidor suministra una salida de corriente, que se suministra a las baterias recargables B1-Bn. La corriente suministrada a las baterias recargables B1-Bn se controla, mediante un convertidor de conmutacion U1, mediante el microprocesador U4. El microprocesador U4 puede monitorizar tambien la corriente dentro o fuera de las baterias recargables B1-Bn mediante R3 y el amplificador U2. El microprocesador U4 puede por lo tanto maximizar la corriente en las baterias, optimizando por lo tanto la utilizacion de la potencia de las celulas solares para cualquier nivel de luz.

Las resistencias R4 y R5 dividen la tension desde las baterias recargables B1-Bn a un nivel tolerado por el microprocesador U4. El microprocesador U4 por lo tanto puede medir tanto los niveles de tension y corriente en las baterias recargables B1-Bn para optimizar la carga de la bateria.

La potencia desde las baterias recargables B1-Bn se suministra directamente al servo motor y tambien a un convertidor de potencia de conmutacion U3, que proporciona tension regulada al microprocesador U4 y a otra circuiteria en el controlador de registro. Puesto que el microprocesador U4 puede determinar la tension de la bateria recargable B1-Bn, el microprocesador U4 puede compensar las senales de accionamiento de motor en consecuencia. La salida del convertidor de potencia U3 se conecta a un condensador grande C2 que permite que el microprocesador U4 desconecte el convertidor U3 la mayoria del tiempo, reduciendo la energia usada por el convertidor U3. Otra circuiteria de desconexion (no mostrada) permite que el microprocesador U4 ahorre potencia adicional encendiendo los dispositivos unicamente cuando son necesarios. La circuiteria se disena tambien de modo que la carga de la bateria recargable B1-Bn tenga lugar automaticamente, incluso si la tension de la bateria recargable B1-Bn es demasiado baja para la operacion del microprocesador U4.

Red

Los objetivos de la red incluyen conservar energia y mejorar la comodidad. La red consigue estos objetivos de un numero de maneras, algunas de las cuales se resumen en la Tabla 1.

Objetivos de la red

__________________________________________Tabla 1___________________________________________

Mantiene temperatura deseada en todas las areas (controlando la cantidad del aire acondicionado suministrada a cada region)

Mide temperatura con mayor precision y tiene en cuenta fondo de IR

Elimina o reduce el sobrecalentamiento o refrigeracion de un area del hogar

Simplifica retraso de temperatura iniciado por el propietario de areas seleccionadas

Simplifica la reduccion de calefaccion/refrigeracion de todo el hogar a tiempos seleccionados

Posibilita retrasar cuando una habitacion esta desocupada

Reduce el desperdicio de sobre-presion en los conductos

Solicita o provoca la circulacion de aire de areas sobrecalentadas (sobre-refrigeradas) a areas infra calentadas (infra-enfriadas) con el soplador del sistema de HVAC en solitario Genera alarmas de desperdicio de energia de puertas o ventanas abiertas Identifica areas que necesitan aislamiento mejorado o infiltracion reducida

Mide la eficacia del sistema global mejorando de esta manera decisiones de mejora______________________

Aunque los controladores de registro 113-146 se han descrito como que tienen un transceptor de RF para comunicar con otros nodos de la red, pueden usarse otras formas de comunicacion inalambrica, tal como ultrasonica o de

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infrarrojos. Cada nodo de red tiene una direccion de comunicaciones unica asignada durante la fabrication y usada para comunicacion de punto a punto. Esta direccion puede usarse tambien como el numero de serie del nodo. Todos los nodos tambien tienen una direccion comun (difusion) a la que todos los componentes responden.

Un uso para la direccion comun es permitir que las unidades remotas portatiles 150-153 descubran la direccion unica de cualquier nodo de red. Esto se hace apuntando la unidad remota portatil 150-153 en un nodo y transmitiendo un comando desde la unidad de control remoto 150-153 mediante el transceptor de RF en la unidad de control remoto a todos los nodos, donde el comando provoca que los nodos transmitan sus direcciones unicas mediante sus transceptores infrarrojos 606 (Figura 6). La unidad de control remoto tiene un transceptor de infrarrojos 816 (Figura 8) que es direccional y unicamente recibe esta senal optica desde el nodo al que esta apuntada la unidad de control remoto 150-153. Una vez que la unidad de control remoto ha recibido una direccion unica del nodo, puede comunicar con ese nodo explicitamente a traves de la red inalambrica de RF normal. La ruta optica puede usare para determinar que el usuario de la unidad de control remoto aun esta apuntando al mismo componente para todas las comunicaciones posteriores, pero en este caso un unico destello de luz desde unicamente el nodo direccionado por la unidad de control remoto es suficiente para confirmar que el nodo correcto se ha direccionado. Si la unidad de control remoto falla al detectar este destello, reiniciara el procedimiento de descubrimiento de direccion.

La unidad de control remoto permite que el usuario seleccione un componente de red apuntando al control remoto como si fuera una pistola, pero evita el gasto de un sistema de comunicaciones optico de alta velocidad de duplex completo separado para cada registro controlado. El sistema propuesto requiere la adicion de unicamente un unico LED, que puede usarse para otras funciones, tal como para indicar al propietario que el registro controlado esta funcionando apropiadamente. Aunque la unidad de control remoto debe tener un detector de luz, necesita soportar unicamente comunicaciones de baja velocidad que pueden ejecutarse mediante el microprocesador, sin la necesidad de otro hardware especializado.

En algunas realizaciones, un nodo devuelve su direccion unica a traves de la ruta de la luz. En otras realizaciones, pueden usarse otros sistemas. Por ejemplo, puesto que la unidad de control remoto 150-153 normalmente tiene una lista de todas las direcciones en el sistema 100, puede ordenar secuencialmente a cada uno de ellas que hagan destellar su LED (visible o IR) hasta que la unidad de control remoto detecte un destello. En la instalacion, si la unidad de control remoto no ha obtenido ya la lista de direcciones de componente unico, puede usar la direccion de difusion para descubrir todos los nodos en el alcance, no todos los cuales pueden estar en el sistema local 100. Sin embargo, el uso de realimentacion optica desde el nodo permite que se use un modo de “apuntar para seleccionar”.

Cada nodo de red tiene varios estados, y entre estos estan: Nuevo (nunca instalado); Descubrimiento (instalado en un sistema de HVAC, pero aun descubriendo otros componentes); e Instalado. Cuando un registro controlado 113126 se instala en un conducto, el registro controlado 113-126 eventualmente detecta el flujo de aire que esta mas caliente o mas frio que la temperatura ambiente en la region. El controlador de registro anota el (relativo) tiempo (UT) en el que el flujo de aire se inicia y detiene. La existencia de aire caliente o frio que pasa a traves del registro indica que el registro controlado se ha instalado en un sistema de HVAC. En ese momento, el registro controlado conmuta al modo de descubrimiento. El controlador de registro envia una solicitud a la direccion comun para que todas las unidades en alcance de comunicacion respondan con su direccion unica. Esta solicitud se acompana mediante la propia direccion unica del controlador de registro recien instalado. Como alternativa la nueva unidad puede monitorizar todas las frecuencias usadas por redes de registros, y si es apropiado, anexa una solicitud para unirse al final de la transmision de red normal. En cualquier caso la unidad unicamente se une a redes que parecen estar en el mismo sistema de HVAC. Como se indica, esto puede conseguirse comparando los tiempos que ambos nodos observaron inicios y detenciones recientes de flujo de aire. Si estos tiempos son aproximadamente iguales, tal como dentro de aproximadamente tres segundos, el nodo recien instalado se une a la red de comunicaciones del nodo descubierto, y el nodo recien instalado cambia su modo a “instalado”.

La red incluye todos los nodos que han establecido sus estados para indicar que estan en la misma red. La red puede tener un numero de identification que es arbitrario pero unico. Una manera de garantizar la unicidad del ID de red es usar la direccion unica de cualquier unidad en la red, por ejemplo el primer controlador de registro en la red. Este nodo se denomina en cualquier lugar el componente “mas antiguo” y es la base para el tiempo de red, en que el NT es identico al UT de este nodo.

Un nodo puede eliminarse de la lista de nodos de la red por cualquiera de varias razones. Por ejemplo, si un nodo no ha comunicado con cualquier nodo de la red durante un periodo de tiempo sustancial, tal como alrededor de un dia, la red puede marcar el nodo no comunicativo como que ya no es un miembro de la red. Esto puede ocurrir si un registro se ha eliminado del sistema de HVAC. Si cualquier nodo de la red se identifica a si mismo como un miembro de otra red, se elimina como un miembro de esta red. Si un controlador de registro registra los tiempos de encendido y apagado del sistema de HVAC como sustancialmente diferentes de los tiempos de encendido y apagado acordados, el controlador de registro se elimina de la red.

Si por alguna razon el nodo “mas antiguo” ya no es un componente de la red, es posible que se haga el componente “mas antiguo” de una red diferente. Para mantener la unicidad, la red cambia su ID a la direccion unica de un

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componente diferente, tal como el ID numericamente mas pequeno entre los nodos restantes. El desplazamiento para el NT no es necesario que se cambie, de modo que el tiempo puede permanecer coherente en la red.

Un registro controlado 113-126 puede tambien suponer que se ha instalado cuando detecta un nivel umbral de flujo de aire. Requerir la detection de aire caliente o frio y un flujo de aire puede reducir falsos intentos de instalacion. Sin embargo, debido a que los falsos intentos de instalacion hacen poco dano, es posible intentar la instalacion en el flujo de aire unicamente Un registro controlado 113-126 no deberia intentar instalarse a si mismo hasta que haya recibido una carga de fuente de alimentation bastante completa y haya detectado un ciclo de soplador de sistema completo de minima duration (por ejemplo mayor que un minuto), por lo que puede determinar si esta en el mismo sistema que las otras unidades que descubre.

Puede haber varios metodos de determination de si dos nodos estan en el mismo sistema 100, pero todos ellos pueden equivaler a descubrir similitudes en sus respectivos entornos. Los tiempos de “encendido” y “apagado” para el flujo de aire son buenos indicadores para los registros controlados 113-126. Para identificar un termostato de red 160-163, pueden correlacionarse las fluctuaciones de temperatura con el tiempo, que deberian correlacionarse mejor con un registro controlado cercano 113-126. Una vez que se identifica el controlador de registro, todos los otros nodos de sistema pueden revelarse por ese controlador de registro. En el caso de un termostato de red 160163, puede haber una correlation minima de temperatura con el tiempo y una intensidad de senal minima para el enlace de comunicacion antes de que el termostato de red se incorpore en el sistema 100. Este umbral de aceptacion puede reducirse con el tiempo, por lo que el termostato de red 160-163 se acepta eventualmente, incluso si la correlacion y la senal son debiles. Puede suponerse que el termostato de red 160-163 deberia ser una parte de algun sistema y que un usuario no podria un termostato de red en una region con registros no controlados.

Como una protection adicional contra errores de instalacion, en una realization, los controladores de registro 133146 aceptan cambios de punto de ajuste unicamente desde un termostato de red 160-163, y ese termostato de red debe ser el de la correlacion mas alta de fluctuaciones de temperatura con el controlador de registro. Ademas, cada cambio de punto de ajuste puede usarse a continuation para realizar un experimento para asegurar que todos los controladores de registro estan respondiendo al termostato de red correcto, no un termostato de red en una region cercana.

Por ejemplo, si el sistema esta calentando, y el punto de ajuste local se reduce por debajo de la temperatura de la region actual (tal como por un ser humano ajustando el termostato), todos los registros controlados asociados pueden cerrar sus deflectores para reducir el flujo de aire. Esto daria como resultado una reduction en la temperatura, principalmente en la region en la que estan localizados el termostato de red y su registro o registros controlados asociados. Si hay una gran correlacion con un termostato de red diferente o con un registro controlado que no esta asociado con este termostato de red, la asociacion puede ser incorrecta y deberia cambiarse.

El “experimento” anteriormente descrito se inicio como resultado de una action por un ser humano. Es posible tambien que cualquier nodo inicie un experimento similar, en ausencia de la accion por un ser humano. Por ejemplo, si la temperatura sobre la correlacion del tiempo esta por debajo de un umbral, y hay una correlacion comparable con otros nodos no asociados, el nodo puede iniciar automaticamente el experimento.

Asi como una red de configuration automatica deberia prepararse para anadir nuevos nodos, la red deberia tambien eliminar componentes que parece que han dejado la red. Es posible que un nodo se haya eliminado por el propietario para usar en un sistema de control de HVAC 100 diferente que esta dentro del alcance de comunicacion. Por ejemplo, el nodo puede haberse movido a otra zona en el mismo edificio. Continuando tratando este componente como un miembro de la red antigua podria provocar funcionamiento incorrecto o rendimiento suboptimo de la red. El sistema de control de HVAC 100 deberia comparar periodica u ocasionalmente tiempos de encendido y apagado de HVAC y comprobar otros criterios, tales como temperatura correlacionada con el tiempo, para asegurar que los componentes movidos se eliminan de la red.

Un registro controlado 113-126 puede determinar si esta compartiendo una region con otro registro controlado 113126 cerrando su regulador de tiro y a continuacion monitorizando la red para observar si algun otro registro controlado ha tenido que abrir su regulador de tiro para compensar. El experimento puede ejecutarse tambien abriendo el regulador de tiro y observando que registros controlados han tenido que cerrar su regulador de tiro para compensar. Normalmente, la tecnica mas eficaz (abrir o cerrar) es la que provoca el mayor cambio en el flujo de aire total dentro o fuera de la region. Ademas, la presion del conducto en el registro controlado que inicio el experimento y todos los otros registros puede medirse y compararse. Cerrar un registro de suministro deberia aumentar la presion del conducto en registros de suministro cercanos, y abrir un registro de suministro deberia reducir las presiones de registro de suministro cercanas. Los resultados de estos experimentos pueden combinarse con correlaciones de temperatura y presion de conducto.

Registro de retorno

En sistemas de HVAC convencionales, el flujo de aire se controla unicamente mediante registros de suministro de aire. Los registros de retorno de aire no tienen deflector de control. En un sistema convencional, cualquier intento

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para controlar los registros de retorno de aire haria el equilibrio del sistema dificil.

En algunas realizaciones de la presente invencion, se usa un registro de aire de retorno para mejorar la capacidad del sistema para mover aire desde areas que estan demasiado calientes hasta donde se necesita (o en el caso de aire acondicionado, para mover aire frio hasta donde se necesita). Sin control de los retornos de aire, el aire de retorno entraria desde todas las areas y tenderia a ser la temperatura del aire promedio en el edificio. Esto limitaria la utilidad de simplemente mover el aire, sin operar el dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103, para conseguir comodidad. De hecho, si el sistema intenta mover el aire desde todo un edificio a una region especifica, una mayor porcion del aire retornado proviene desde esa region, puesto que la region con el registro de suministro abierto tiende a tener una presion de aire superior que otras regiones con registros de suministro cerrados. En consecuencia, se realiza poco cambio o ninguno de la red, y la energia se desperdicia abriendo el soplador 106.

En el caso de calefaccion, tener deflectores controlados en todos los retornos permite que el sistema mueva de manera selectiva el aire desde el area mas caliente al area mas fria. Un uso secundario del retorno de aire controlado es para limitar el movimiento del aire desde el resto del edificio a regiones que se han retrasado o apagado.

Aunque los registros de retorno controlados 123-126 tienen hardware similar a los registros de suministro controlados 113-120, el algoritmo de control puede ser diferente. En algunas realizaciones, los registros de retorno controlados 123-126 tienen unicamente dos posiciones de regulador: abierto y cerrado.

La prioridad mas alta para un registro de retorno es asegurar que nunca falla en el estado cerrado. Puesto que la mayoria del tiempo la red controla la temperatura ajustando los registros de suministro de aire, es importante que un registro de retorno controlado inoperativo no interfiera con este proceso. Para este fin, el hardware deberia incluir un “por defecto a abierto".

Unidad de control remoto

La funcion principal de las unidades de control remoto 150-153 es permitir que un usuario comunique con la red, tal como para establecer una temperatura deseada en la region especifica o para encender o apagar el suministro del aire acondicionado en la region. Sin embargo, las unidades de control remoto 150-153 no actuan como controles centrales para el sistema de HVAC. Como se indica, el control del sistema de HVAC se distribuye entre al menos los controladores de registro 133-146.

Cada unidad de control remoto 150-153 posibilita que el usuario: establezca una temperatura deseada dentro de una region especifica; programe una planificacion de retraso de temperatura para cada region; programe retrasos basandose en otras condiciones, tales como ocupacion de habitacion; establezca la hora y fecha en la red; conecte o desconecte el sistema de HVAC, en su conjunto o en una region seleccionada; anule parametros de instalacion automaticos; visualice informacion de estado; visualice datos de rendimiento de sistema; visualice sugerencias desde la red para conservacion de energia o mejora de comodidad; y visualice mensajes de error, tales como mensajes relacionados con componentes disfuncionales o ineficacias.

La Figura 8 es un diagrama de bloques esquematico de una unidad de control remoto a modo de ejemplo. Un procesador 800 ejecuta instrucciones almacenadas en una memoria 803. De acuerdo con las instrucciones, el procesador acepta entradas de usuario mediante un conjunto de botones de interfaz de usuario 806 y/o una pantalla tactil 819 y visualiza informacion en la pantalla 810 o la pantalla tactil 819. El procesador 800 comunica con un controlador 613 (Figura 6) en un registro controlado cercano 113-120 mediante un transceptor de infrarrojos 813 y/o un transceptor de RF 816. Por lo tanto, el usuario puede usar cualquier unidad de control remoto 150-153 para comunicar con cualquier registro controlado 113-120 apuntando el transceptor de infrarrojos 813 en el transceptor de infrarrojos 606 (Figura 6) del registro controlado 113-120.

Termostato

Volviendo a la Figura 1, pueden usarse hasta tres tipos de termostatos. El termostato de sistema de HVAC original 108 puede mantenerse para controlar el dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103 y el soplador 106. Un termostato de red 163 que esta conectado para controlar el dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103 y el soplador 106 puede conectarse al termostato de sistema de HVAC original 108, o el termostato de red 163 puede sustituir el sistema del termostato de HVAC 108. En cualquier caso, el termostato de red 163 incluye un transceptor inalambrico, de modo que puede comunicar con otros nodos de la red. Un usuario puede establecer una temperatura deseada, tal como con los botones de interfaz de usuario convencionales y una pantalla en el termostato de red 163. El termostato de red 163 envia informacion acerca de las entradas de usuario, tal como una temperatura deseada o tiempo de retraso, a los nodos de la red.

El tercer tipo de termostato es un termostato de red 160 que no esta conectado para controlar el sistema de HVAC. En otros aspectos, el termostato de red 160 es similar al termostato de red 163.

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Los termostatos de red 160-163 pueden anadirse a cualquier region. Para facilidad de instalacion, en algunas realizaciones, los termostatos de red no necesitan conexiones de alimentacion. Cada termostato de red 160-163 puede tener una celula fotovoltaica en su propia superficie frontal. El termostato de red tambien puede tener que aprovisionarse de una bateria principal. Aunque el termostato de red puede tener los mismos dispositivos de medicion de temperatura (termistor y/o IR) que los controladores de registro, estos se usan principalmente para determinar que registros controlados estan en la misma region que el termostato. Una vez instalado en la red, el termostato de red puede apagarse completamente hasta que el usuario presione un boton. En este caso, la potencia para transmitir el nuevo ajuste a la red puede generarse a medida que se presiona el boton, tal como de una manera similar a la usada para controles de iluminacion remotos. El termostato puede ser suficientemente delgado para parecer como una plancha de interruptor electrico cuando se pega en una pared.

Como se indica, un termostato de red 163 puede remplazar el termostato de HVAC 108. Para realizar el remplazo de un termostato existente sencillo, el termostato de red 163 permite que la conexion al cableado se haga arbitrariamente. Una realization del termostato de red 163 tiene 7 terminales de entrada, que proporcionan un conector para cada posible alambre desde el control de HVAC 109. Una vez conectados al control de HVAC 109, el termostato de red 163 mide la tension, resistencia y/o impedancias entre pares de conexiones. Estos pares son cualquiera de fuentes de alimentacion o devanados en reles que controlan la calefaccion, refrigeration y el soplador. Hay, como maximo, 6+5+4+3+2+1= 21 de tales pares. Las entradas de potencia deberian ser evidentes a partir de la tension a traves de un par. Los pares con una resistencia bastante baja son de manera similar a los devanados de los reles de control en el control de HVAC 109. El termostato de red puede a continuation determinar que reles controlan la calefaccion, refrigeracion y el soplador aplicando la potencia suministrada de HVAC a uno o mas de los alambres de rele y determinar que ocurre, es decir, si comienza el flujo de aire, si el aire que fluye esta calentado o refrigerado, etc. Este mecanismo no unicamente hace la instalacion del termostato de red facil, tambien evita errores de instalacion del usuario.

El termostato de red 160 es principalmente una interfaz de usuario que permite al usuario observar la temperatura real y la temperatura de punto de ajuste, para ajustar la temperatura de punto de ajuste y desconectar la calefaccion (refrigeracion) en una region. Como se indica, el termostato de red 160 tiene capacidad de medicion de temperatura local, pero es tal como se ha informado a la red y no ajusta directamente ningun registro. Por esta razon, el termostato de red 160 unicamente necesita encenderse para la instalacion o despues de que se presione un boton. Una combination de una bateria principal y potencia generadas a partir de presionar el boton deberia permitir que un termostato se instalara el mismo en una red y continuara realizando sus funciones mas importantes despues de que la bateria se agote.

Algoritmo de control de temperatura

Cada controlador de registro inteligente 133-140 en un registro de suministro controlado 113-120, y opcionalmente cada controlador de registro inteligente 143-146 en un registro de retorno controlado 123-126, ejecuta un algoritmo que determina como y cuando deberia operarse el regulador de tiro ajustable del respectivo registro. En un sistema con reservas de potencia generosas disponibles, el algoritmo de control puede ser bastante sencillo, como se ilustra mediante el diagrama de flujo de la Figura 9. Por ejemplo, en modo de calefaccion, en 920, cada controlador de registro 133-146 abre sus paletas y cuando se suministra calor mediante el dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103 y el soplador 106, y en 923, los controladores de registro 133-146 cierran las paletas cuando sus respectivas regiones alcanzan las temperaturas deseadas. Cerrando las paletas la mayoria del tiempo en los registros 128 convencionales, es decir, no controlados en la region que contiene el termostato de HVAC 108, la region servida por los registros no controlados 128 calienta mas lentamente que las regiones suministradas por los registros controlados 112-120. El dispositivo de calefaccion 103 se desconecta cuando se satisface el termostato de HVAC 108. Durante ese momento, las regiones suministradas por los registros controlados 113-120 deberian haber alcanzado sus respectivas temperaturas objetivo, y sus respectivos controladores de registro 133-128 deberian haber cerrado sus reguladores de tiro ajustables.

En 900, si se detecta flujo de aire, el control pasa a 903, donde se mide la temperatura de la habitation. Si el sistema de HVAC esta operando en un modo de calefaccion, en 906 el control pasa a 910, de otra manera el control pasa a 913. En 910, si la habitacion esta mas caliente que la temperatura objetivo para la habitacion, el control pasa a 923, en la que las paletas del registro se cierran en una cantidad incremental, tal como un numero predeterminado de pasos de un motor a pasos. Por otra parte, si en 910 la habitacion no esta suficiente caliente, el control pasa a 920, donde el registro se abre en una cantidad incremental. Despues de que un retardo 926 permita que la temperatura de la habitacion cambie en respuesta al flujo de aire aumentado o reducido resultante de la apertura incremental 920 o el cierre incremental 923 del registro, el control retorna a 900. Por lo tanto, siempre que el aire este fluyendo a traves del registro, el bucle de control repetido compara la temperatura de la habitacion a la temperatura de la habitacion deseada y abre o cierra incrementalmente el registro, segun sea necesario. Opcionalmente (no mostrado), si la temperatura de la habitacion esta dentro de un intervalo predeterminado de la temperatura deseada (es decir, dentro de una “banda muerta”), la apertura del registro puede dejarse como si estuviera en una iteration anterior del bucle. Opcionalmente (no mostrado), si el nivel de carga en la bateria esta por debajo de un umbral predeterminado, la apertura del registro puede dejarse como si estuviera en una iteracion anterior del bucle para conservar potencia de bateria que se hubiera consumido de otra manera operando el servo.

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De manera similar, si el sistema de HVAC esta operando en un modo de refrigeracion, en 913 la comparacion entre la temperatura de la habitation actual y la temperatura de la habitation deseada provoca que el registro se abra incrementalmente 930 o se cierre incrementalmente 933.

En otra realization, el algoritmo es mas complejo, como se ilustra en el diagrama de flujo de la Figura 10. Las paletas no se mueven necesariamente de manera continua en reaction a condiciones de tiempo real. En su lugar, las paletas se mueven unicamente un paso o dos a la vez de acuerdo con un algoritmo que monitoriza el comportamiento del sistema con el tiempo y predice los ajustes necesarios minimos, basandose en los requisitos de energia y caracteristicas fisicas de cada region que compone el sistema entero. En otras palabras, la red recopila datos relacionados con cuanto cambio de temperatura se provoca por un cierto cambio en la apertura de un registro. Por ejemplo, puede determinarse experimentalmente que, para un registro dado, durante una estacion particular del ano, un cambio del 10 % en la cantidad que el registro esta abierto normalmente provoca un cambio de 0,17 °C (0,3 °F) en la temperatura de la habitacion. Una vez que se han recopilado estos datos, en 1026, puede calcularse la cantidad por la que un registro deberia abrirse o cerrarse incrementalmente, basandose en la diferencia entre la temperatura de la habitacion actual y la temperatura de la habitacion deseada. A continuation, en 1043, 1046, 1050 o 1053, el registro puede abrirse o cerrarse por la cantidad incremental calculada. Otros aspectos del diagrama de flujo de la Figura 10 son similares al diagrama de flujo de la Figura 9.

Cada nodo de la red, o al menos cada controlador de registro 133-140 en un registro controlado, mantiene una tabla (una tabla de information de dispositivo (DIT)) de datos para cada otro nodo en la red, o al menos cada controlador de registro 133-140. Los datos en esta tabla se usan para mantener la red de comunicaciones y para soportar el algoritmo de control. La mayoria de estos datos se actualizan periodica u ocasionalmente, tal como cada dos minutos. Se proporciona ahora una description de las entradas de DIT y otros datos relevantes para el calculo de control.

Temperatura medida actual (Tpresent) - Una mejor estimation de la temperatura de la region en el dispositivo. Para un registro controlado 113-126, la temperatura del suelo se mide mediante un termistor y la temperatura del techo se mide mediante un detector de IR termico, como se ha analizado anteriormente. La temperatura informada es una media ponderada de los dos dispositivos. Las unidades de control remoto 150-153 y los termostatos de red 160-163 miden temperatura con termistores internos.

Temperatura objetivo (Ttarget) - Una temperatura que el registro controlado 112-126 esta intentando conseguir, si el dispositivo esta en un modo de temperatura constante. Por otra parte, si una planificacion esta activa para el dispositivo, este valor se ignora, y se usa la temperatura objetivo establecida por la planificacion.

Position de respiradero (registros controlados 112-126) - Un porcentaje en el que los respiraderos estan actualmente abiertos.

Ganancia de respiradero de calefaccion (Fventgainh) - Un factor usado para determinar la efectividad de abrir un respiradero una cantidad dada. Por ejemplo, esto puede calcularse como una tasa de cambio en temperatura que puede experimentar una region para una temperatura exterior de 25 °C operando el dispositivo de calefaccion 103 y todos los respiraderos en el edificio abiertos al 50 %.

Ganancia de respiradero de refrigeracion (Fventgainc) - Un factor usado para determinar la efectividad de abrir un respiradero una cantidad dada. Por ejemplo, este puede calcularse como la tasa de cambio en temperatura que puede experimentar una region para una temperatura exterior del 25 °C operando el refrigerador 103 y todos los respiraderos en el edificio abiertos al 50 %.

Factor de posicion de temperatura de calefaccion y refrigeracion (Fposh y Fposc) - Las regiones cerca del exterior de un edificio generalmente requieren entradas de energia que son diferentes de las entradas requeridas por las regiones interiores. Estos factores tienen en cuenta esa diferencia.

Factor de temperatura de aire exterior/interior (Foutin) - Un factor basandose en el porcentaje de tiempo que el dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103 ha operado durante el ultimo periodo de 24 horas, que es proporcional a la diferencia en temperaturas del interior y exterior. La operation y temperatura del soplador 106 ambas se monitorizan para descartar el tiempo “unicamente de soplador".

Patron de temperatura diaria (Fpattern) - Un perfil de temperatura a traves del curso de un dia normalmente sigue el patron similar a dias anteriores, y la temperatura maxima normalmente tiene lugar a aproximadamente el mismo momento de dia a dia. El algoritmo puede incluir un factor basandose en este patron. Por ejemplo, el algoritmo puede anticipar una necesidad de proporcionar mas o menos calefaccion o refrigeracion en el futuro inmediato o cercano, basandose en estos datos historicos. Por ejemplo, los datos historicos pueden mostrar que la calefaccion adicional es probable que se requiera que comience a aproximadamente 5:00 PM, al menos en ciertas habitaciones, tal como debido a que el sol deja de brillar a aproximadamente ese momento en la parte del edificio donde estan localizadas las habitaciones. Por lo tanto, el sistema de control de HVAC 100 puede empezar a calentar estas habitaciones, empezando un poco antes de las 5:00 PM. Tal calefaccion o refrigeracion anticipada puede compensar

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la carga en el dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103 (Figura 1), reduciendo por lo tanto la capacidad del dispositivo de calefaccion-refrigeracion 103 requerida para cumplir necesidades instantaneas.

Potencia disponible - Una variable que proporciona una indication de la potencia disponible para un dispositivo. Esta puede ser una indicacion del nivel al que se carga la bateria. Puede usarse cualquier intervalo adecuado, tal como numeros enteros de 0 a 10. Por ejemplo, 0 y 1 pueden indicar que el dispositivo no tiene potencia adecuada disponible para ajustar sus respiraderos.

Tiempos de amanecer y anochecer - Cada dispositivo utiliza sus sensores para establecer una estimation de tiempos de amanecer y anochecer usando dos tecnicas. La primera registra la salida de las celulas fotovoltaicas para determinar un patron de salida del sol y puesta del sol, como se ha descrito anteriormente. La segunda monitoriza el patron de flujo de aire para determinar cuando tienen lugar los tiempos de calefaccion o refrigeration pico. (Puede suponerse que la calefaccion pico tiene lugar a media noche, y la refrigeracion pico tiene lugar a mediodia). Puesto que cada dispositivo tiene los datos desde todos los otros dispositivos, estos numeros pueden combinarse para realizar la mejor estimacion de amanecer y anochecer. Puesto que todos los dispositivos ejecutan el mismo algoritmo y usan los mismos datos, todos los dispositivos llegan a los mismos valores. El tiempo de amanecer y anochecer se usa para calibrar en tiempo un patron de temperatura convencional, anteriormente descrito.

Como se indica, el sistema de control de HVAC 100 no incluye controlador central. Cada controlador de registro 133146 acumula datos desde todos los otros controladores de registro 133-146 en el sistema 100, y a continuation cada controlador de registro 133-146 calcula su siguiente action, teniendo en cuenta las acciones calculadas de todos los otros controladores de registro 133-146. Estos calculos tienen lugar periodicamente u ocasionalmente, tal como cada dos minutos durante periodos de flujo de aire activos. El calculo da como resultado una decision de abrir o cerrar las paletas uno o mas pasos o dejar las paletas sin cambios. El objetivo es calentar o refrigerar todas las regiones a la misma tasa de cambio de temperatura por lo que, cuando el flujo de aire cesa, cada habitation habra conseguido su temperatura objetivo. El algoritmo continua como sigue, como se ilustra mediante el diagrama de flujo en la Figura 10. Las versiones de calefaccion o refrigeracion de los factores se eligen para hacer coincidir el modo actual del sistema.

En 1020, para cada registro controlado 113-126, determinar que se consiga un cambio objetivo en temperatura a traves del ciclo de flujo de aire actual. Si una planificacion de retraso, vacaciones u otra esta activa para el registro, se usa la temperatura objetivo a partir de esa fuente.

En 1023, para cada registro controlado 113-126, calcular un valor proporcional al flujo de energia, tal como de acuerdo con la ecuacion (1).

contribucion de flujo de energia (n) —

(Ttarget - Tpresent) * Fventgain * Fpos * Foutin * Fpattem (1)

En 1026, sumar y normalizar los valores recien calculados para determinar las aperturas de respiraderos objetivo requeridas a lo largo de todo el sistema 100. Compensar cualquier registro que pueda atascarse en position debido a reservas de potencia inadecuadas. Preferentemente, ajustar los valores de modo que al menos un registro de suministro controlado 113-120 tendra sus respiraderos completamente abiertos. Esto maximiza el flujo de aire y minimiza las fugas de aire.

En 1030, a partir de estos resultados, determinar la direction y tasas a las que deberian moverse las paletas de registro. Examinar el tiempo en el que tuvo lugar por ultima vez un movimiento para evaluar si un nuevo movimiento es debido. Si es asi, ejecutar ese movimiento. Como se indica, si la temperatura de la habitacion actual esta dentro de la banda muerta, o si el nivel de carga de bateria del registro es bajo, las paletas del registro pueden dejarse sin cambiar, al menos para la iteration actual a traves del bucle de control.

Cuando el flujo de aire cesa, actualizar los valores calculados para cada uno de los factores anteriormente enumerados, basandose en datos desde el ciclo de flujo de aire.

Movimiento de aire

Mover aire de una region a otra region, sin operar el dispositivo de calefaccion/refrigeracion 103, puede ahorrar energia mientras aumenta la comodidad, si se cumplen varios criterios. En primer lugar, deberia haber una diferencia de temperatura entre las dos regiones. En segundo lugar, deberia haber al menos dos regiones que estuvieran dentro de sus “bandas muertas”, es decir, temperaturas que estan dentro de un intervalo predeterminado, tal como aproximadamente tres grados, de sus puntos de ajuste. Sin embargo, al menos una de las regiones deberia estar por encima de su temperatura objetivo, y al menos una de las regiones deberia estar por debajo de su

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temperatura objetivo. Ademas, la region por encima de su temperatura objetivo deberia estar mas caliente que la region que esta por debajo de su temperatura objetivo.

Cada controlador de registro 113-146 puede tener varios objetivos, que incluyen: mantener una temperatura deseada, minimizar consumo de ene^a por el sistema de HVAc y mantener un nivel de energia minimo en su fuente de alimentacion. Si se mantiene una carga minima en su fuente de alimentacion, un controlador de registro intenta mantener el intervalo de temperatura deseada, y a continuacion minimizar el consumo de energia mediante el sistema de HVAC.

Si un controlador de registro 113-146 esta bajo de potencia, reduce su consumo de potencia aumentando en primer lugar su banda muerta. Si la reserva de potencia continua bajando, en un punto predeterminado el controlador de registro notifica a la red del problema y se desconecta a si mismo. El controlador de registro no se conecta de nuevo hasta que se ha restaurado un nivel de potencia minimo (superior al nivel de desconexion).

La manera principal en la que el propietario puede ayudar a que el sistema minimice el consumo de energia de HVAC es expandir la banda muerta. Si el sistema esta calentando, y un registro controlado esta en una region que esta por debajo del intervalo de temperatura de banda muerta, el registro controlado normalmente abre su regulador de tiro hasta que la region alcanza la temperatura minima deseada. Si el registro controlado recibe informacion a traves de la red que indica que otras regiones fallaron en alcanzar sus temperaturas deseadas, el registro controlado expande temporalmente su banda muerta, permitiendo de esta manera que la temperatura sea mas baja o mas alta (dependiendo de si el sistema de HVAC esta calentando o refrigerando) que el punto de ajuste original. El objetivo de minimizar el consumo de energia de HVAC a continuacion produce que el registro controlado cierre su regulador de tiro en una cantidad que es una funcion de como de lejos esta el aire de la habitacion de la temperatura comoda, y cuanta duracion ha estado de esa manera.

La Figura 11 es un diagrama de flujo que ilustra la operation de un registro controlado inteligente 113-120. En 1100, se mide la temperatura del aire de una region. En 1103, opcionalmente, se recibe una senal desde una unidad de control remoto. La senal puede transportar informacion acerca de una temperatura de punto de ajuste deseada, tiempo de retraso, o similares. En 1106, se reciben senales desde uno o mas primeros otros registros controlados inteligentes 113-120. Las senales pueden transportar informacion acerca de temperaturas de aire medidas, temperaturas de punto de ajuste deseadas, niveles de carga de bateria, tasas de flujo de aire, estados de regulador de tiro y similares para el respectivo registro o registros controlados inteligentes. En 1110, la informacion recibida desde el otro registro o registros controlados inteligentes, junto con informacion correspondiente acerca de este registro controlado inteligente, se envia (“reenvia”), de modo que otros registros controlados inteligentes que no estan en alcance de comunicacion inalambrica de los primeros otros registros controlados inteligentes puedan recibir la informacion. Es decir, la informacion se distribuye a otros nodos de la red. En 1113, se calcula una operacion de regulador de tiro deseada, basandose al menos en parte en la informacion disponible acerca de este y los otros registros controlados inteligentes de la red. El calculo puede implicar tambien informacion recibida desde la unidad de control remoto y/o un termostato inalambrico. En 1116, se acciona un servo para operar un regulador de tiro, de acuerdo con la operacion de regulador de tiro deseada calculada. El control a continuacion vuelve a 1100.

Comunicacion de red

En operacion normal, los dispositivos en el sistema de control de HVAC 100 pueden entrar en reposo entre mensajes, y se minimiza la cantidad de tiempo en que los receptores estan encendidos. Esto se hace para conservar la pequena cantidad de potencia (normalmente suministrada por celulas solares) que esta disponible para cada dispositivo. Todos los dispositivos en la red reactivan su sincronizacion muy brevemente, tal como a intervalos regulares, tal como cada dos segundos, para observar si un control remoto esta intentando comunicar. Durante uno de estos periodos de reactivation, en otro intervalo, tal como cada dos minutos, cada uno de los dispositivos en el sistema 100 para unos mensajes de datos convencionales en serie a todos los otros dispositivos. El mensaje de datos convencional puede incluir estado actual y datos criticos para el dispositivo e informacion adicional que esta designada para optimizar y mantener la integridad de la red. Cada mensaje contiene un ID de dispositivo embebido y una comprobacion de integridad de mensaje de CRC.

Cada dispositivo mantiene una tabla de informacion de dispositivo (DIT). Esta tabla contiene informacion detallada acerca de todos los dispositivos en la red. La DIT puede actualizarse a traves del transcurso de varias rafagas de mensajes. Los datos incluyen informacion de estabilidad y disponibilidad de potencia para cada dispositivo, asi como datos sobre la fiabilidad de reception de cada dispositivo por los otros dispositivos. Esto permite que un dispositivo solicite que se establezcan canales de reenvio, de modo que pueda obtener datos desde dispositivos que no pueda recibir directamente de manera fiable.

Puesto que todos los dispositivos tienen datos disponibles desde todos los otros dispositivos, y todos los dispositivos ejecutan el mismo software, cada dispositivo individual puede calcular las decisiones de control para toda la red y a continuacion aplicar localmente las decisiones que son aplicables a si mismos. Este es el elemento de diseno clave que permite que el sistema 100 opere sin un controlador central.

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Se proporcionan numeros ilustrativos para las diversas temporizaciones del sistema. Muchos de estos valores se definen por ajustes de sistema en el software y se someten a cambio. Los valores proporcionados en el presente documento son unicamente a modo de ejemplo; pueden usarse otros valores, basandose en las necesidades del sistema, preferencias de usuario y otras consideraciones de diseno.

Normalmente, despues de que el sistema 100 ha formado una red de trabajo, se usan rafagas de comunicaciones periodicas u ocasionales. En una realizacion, cada dos minutos, todos los dispositivos en el sistema 100 pasan datos entre si mismos en una rafaga de mensajes sucesivos, como se ilustra en la Figura 12. Se describiran ahora porciones de la rafaga de mensajes de la Figura 12.

IDQ - durante este intervalo de tiempo de 10 ms, cada dispositivo calibra un sintetizador interno, activa su receptor y escucha un comando de consulta de ID desde el control remoto. La busqueda de IDQ tiene lugar cada 2 segundos. El resto de la rafaga tiene lugar unicamente en el intervalo de dos minutos.

Dev 0-Dev n - Esta es la sucesion normal de transmisiones por cada miembro de la red. Empiezan a tiempos predeterminados en incrementos de 2 ms. Si un dispositivo falla al transmitir, el siguiente dispositivo transmitira aun en su tiempo permitido. El primer dispositivo transmite sus datos dos veces como parte del sistema de evitacion de colisiones, que se describe a continuation.

FWD - uno o mas paquetes pueden aparecer en esta position para datos reenviados. Un paquete de datos reenviado es identico al enviado originalmente por el dispositivo que esta renviando. El reenvio se explica mas adelante en este documento.

JOIN - nuevos dispositivos que solicitan ser miembros en la red transmiten un paquete durante este tiempo. Unirse a la red sigue un protocolo descrito mas adelante en este documento.

UPDT - Un bloque largo con datos de actualization de software puede anexarse al flujo de mensaje en esta posicion. Los dispositivos unicamente buscaran este bloque si se establece previamente el bit de actualizacion de software en el byte de estado del paquete recibido.

I RID - si el control remoto se consulta para identificar un dispositivo durante el periodo de IDQ, todos los dispositivos responderan con un mensaje de ID usando el enlace de infrarrojos (IR). Si la consulta remota tiene lugar en el tiempo en el que se planifica una rafaga de mensaje, la respuesta de IR tiene lugar al final de la rafaga de mensaje como se muestra. De otra manera, la respuesta de IR tiene lugar inmediatamente despues de la consulta.

Los dispositivos en el sistema tienen potencia muy limitada disponible para ellos. Cuando se instala un nuevo dispositivo, puede tener algo de potencia almacenada en la bateria recargable, o la bateria puede necesitar cargarse antes de que el dispositivo recien instalado pueda ser un miembro fiable del sistema 100. Cuando un dispositivo se “reactiva” la primera vez, evalua las reservas de potencia disponibles para el. No intentara unirse o iniciar una red de comunicaciones hasta que determine que tiene reservas de potencia adecuadas para soportar comunicacion fiable durante veinticuatro horas. Las operaciones realizadas mediante un dispositivo tras la reactivation, tales como buscar una red para unirse, se ilustran en un diagrama de flujo en la Figura 13.

Un dispositivo puede detener el funcionamiento si sufre una perdida de potencia durante un largo periodo extendido. Como resultado, tendria que detener la comunicacion en una red de la que era previamente parte. Aunque el dispositivo estaba sin ponerse en marcha, puede haber tenido lugar un numero de eventos. En la mayoria de los casos, la red tendria que haber reanudado la operation normal sin el miembro descartado. La interferencia de RF puede haber causado que la red se desplace a una frecuencia alternativa. El descubrimiento de otra red que opere a la misma frecuencia puede haber provocado que la red cambie a otra frecuencia. El dispositivo puede haberse sacado de la red y puesto en otra. Todos los dispositivos en la red pueden haberse descartado. El dispositivo puede ser nuevo y nunca haber sido parte de una red antes.

Una vez que se ha establecido potencia fiable, el dispositivo comprueba la memoria no volatil para ver si era previamente parte de una red. Si era parte de una red, buscara en memoria no volatil la posicion que mantuvo en la secuencia de rafaga de mensaje y la frecuencia e ID de red de comunicacion seleccionados.

En todos los casos, el dispositivo a continuacion esperara hasta que su sensor de flujo de aire interno indique que el ventilador de HVAC se ha activado. Una vez que observa el flujo de aire, registra el tiempo en el que el flujo de aire se inicio y activa su receptor. Si era previamente parte de una red, escuchara en primer lugar la frecuencia memorizada. De otra manera, escuchara la frecuencia por defecto. Escuchara la frecuencia de inicio durante 2,5 minutos. Si no se encuentra una red, se desplazara a la siguiente frecuencia alternativa y realizara la misma busqueda. Pasara a traves de todas las frecuencias dos veces de esta manera. A medida que pasa a traves de las frecuencias, el dispositivo realizara un registro de estas frecuencias que estaban libres de interferencia o de otras redes.

El receptor consume potencia significativa y, en la mayoria de los casos, no puede ejecutase continuamente. Si la

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busqueda para una red es insatisfactoria, el receptor se apagara y la busqueda se intentara de nuevo en un tiempo mas tarde determinado por la potencia disponible.

Si se encuentra una red con el mismo tiempo de flujo de aire, la busqueda finaliza. Un ex miembro que no perdio su intervalo de tiempo simplemente reanuda la transmision. Un nuevo dispositivo o un ex miembro de red que haya perdido su intervalo de tiempo entrara en el proceso de union de red descrito a continuacion. Un dispositivo que era parte de una red previamente pero encuentra un ID de red diferente puede haberse eliminado de una red y colocado en otra, pero hay una pequena posibilidad de que haya descubierto otra red y que las calderas se hayan encendido al mismo tiempo. Este caso se maneja mediante acciones del proceso de auto-reparacion descrito mas adelante en este documento.

Si se encuentra una red con un tiempo de inicio de flujo de aire diferente, esa red se ignorara y la busqueda se reanudara cuando el canal este de nuevo libre.

Si no se encuentra red, un nuevo dispositivo intentara establecer una. Para hacer esto, reiniciara su receptor en la frecuencia mas baja que se haya encontrado para que este libre de interferencia u otro trafico de red. Buscara a continuacion en esta frecuencia una cantidad de tiempo pseudo-aleatoria que varia de cero a 2,5 minutos. Si no se encuentra otro dispositivo en ese momento, intentara formar una nueva red, como se describe en la siguiente seccion.

El analisis anterior supone que el dispositivo tiene acceso a un sensor de flujo de aire, como lo tienen los registros, termostatos principales y controles remotos acoplados en una parte trasera del termostato. Los termostatos de habitacion y controles remotos independientes no tienen acceso directo a los sensores de flujo de aire. Estos dispositivos monitorizan temperaturas a traves de una duracion de tiempo para correlacionar con cambios en la temperatura de la habitacion y por lo tanto calculan un tiempo de inicio de flujo de aire equivalente. Si se usa un control remoto para acceder a un dispositivo que esta conectado a una red, obtendra la informacion de red desde el dispositivo y se unira en ese momento.

El proceso de formacion de red se ilustra mediante un diagrama de flujo en la Figura 14. El proceso se inicia normalmente mediante un registro. Todos los sistemas practicos contienen al menos un registro, y los registros tendran tambien el acceso necesario a sensores de flujo de aire.

Para formar la red, el dispositivo transmite la secuencia MSGOa, MSGOb anteriormente descrita, buscando la presencia de una portadora despues de cada mensaje. Si no se encuentra portadora, supone que es el primer mensajero en la red, y continua transmitiendo en consecuencia. Otros dispositivos formaran alrededor de el de acuerdo con el proceso de union de red anteriormente descrito. Si se encuentra una portadora inmediatamente despues de cualquiera de MSGOa o MSGOb, se supone que otro dispositivo esta intentando enviar en la posicion de MSGO, y el dispositivo reinicia el proceso de buscar una red establecida. Las posibilidades de una colision de este tipo son extremadamente pequenas. El transmisor unicamente iniciara si observa un canal libre. La posibilidad de que dos transmisores inicien al mismo tiempo es aproximadamente de 5 ^s/2 minutos o una de 4,17E-8. El dispositivo establecido como el primer mensajero descarta la red y reinicia el proceso si ningun otro dispositivo intenta unirse en 24 horas.

Un dispositivo que desea unirse a la red normalmente encuentra en primer lugar una red existente usando el procedimiento anteriormente detallado e ilustrado por un diagrama de flujo en la Figura 15.

A continuacion envia un mensaje de datos convencional dos veces. El primero es durante el intervalo de tiempo “unir” anteriormente descrito. El segundo es en el momento dentro del transcurso de tiempo que se requeriria para una rafaga de mensaje para un sistema de tamano maximo. El intervalo de tiempo en el que el dispositivo envia su mensaje se determina por un numero pseudo-aleatorio.

Cuando el dispositivo que es el primer mensajero observa un mensaje en el intervalo de tiempo “unir”, mantiene su escucha abierta para el resto de la rafaga de mensaje de tamano maximo. Si observa uno o mas mensajes validos durante ese tiempo, enviara, en la siguiente rafaga, los Id para los nuevos dispositivos observados en las areas de datos ciclicas de MSGOa y MSGOb. Indicara tambien a estos dispositivos su posicion en la rafaga de mensaje. Despues de ese punto los nuevos dispositivos empezaran a transmitir en sus intervalos de tiempo permitidos. Este proceso continua hasta que todos los dispositivos solicitantes se hayan unido a la red. Pueden tener lugar algunas colisiones durante este tiempo, pero todos los dispositivos se uniran durante unos pocos ciclos.

Cada miembro de red recopila datos desde todos los otros miembros. Puede haber problemas fisicos, tales como distancia excesiva u obstrucciones de ruta, que evitan la recepcion directa de un mensaje de un miembro a otro. Para superar esta dificultad, se implementa un sistema de reenvio de mensaje que opera como sigue:

1 - El paquete de datos transmitido mediante cada miembro contiene tres valores que ayudan en el establecimiento de un enlace de reenvio. Estos son el ID del miembro anterior y una tripleta rotatoria que consiste en el ID, intensidad de senal de recepcion e indice de fiabilidad de potencia de cada uno de los otros

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miembros en la red.

2 - Cada miembro crea una tabla de informacion de dispositivo (DIT) que contiene un bloque de datos para cada otro miembro de la red que consiste en ID, indice de fiabilidad de potencia e intensidades de senal de recepcion para todos los otros miembros en la red.

3 - El miembro que tiene ausencia de datos de otro miembro analiza la tabla para determinar el mejor miembro para seleccionar como un reenviador para los datos faltantes. La seleccion es basandose en la fiabilidad de potencia y calidad de senal recibida desde tanto el miembro faltante como el miembro solicitante. El dispositivo solicitante a continuacion envia una solicitud para el reenviador seleccionado para reenviar de manera regular los datos faltantes. Esta solicitud esta contenida en la seccion de datos ciclicos del mensaje de datos convencional del miembro solicitante.

El control remoto 150-153 puede usarse en diversos modos. En la mayoria de los sistemas, se usa para introducir preferencias de usuario, tal como objetivos y planificaciones de temperatura, en el sistema. Para hacer esto, el control remoto puede apuntarse a un dispositivo para enviar un mensaje de consulta de RF hasta el y recibir una respuesta de IR desde el. Esto se denomina modo de apuntar para conectar. El control remoto puede interactuar tambien con dispositivo de manera remota mediante RF, que sirven como una “consola de salon" para el sistema. Tambien se acopla con un termostato para actuar como el termostato de control de caldera central para el sistema.

Cuando se acopla con un termostato, el control remoto normalmente puede recibir potencia desde el circuito de termostato. En este caso, conecta al sistema como otros dispositivos y comunica al intervalo regular de dos minutos.

Si no se acopla, el control remoto puede operar en el mismo modo de comunicacion regular o, para conservar potencia y extender la vida de la bateria, puede comunicar a intervalos mucho mas largos, descartando la red y reuniendose segun sea necesario.

Cuando se opera en modo de apuntar para conectar, el remoto puede acceder al dispositivo rapidamente de la siguiente manera:

Adquisicion de dispositivo de apuntar para conectar - Cuando el control remoto se ordena que se conecte a un dispositivo usando el enlace de infrarrojos (IR), el proceso es como sigue:

1 - Si el control remoto ha estado comunicando de manera activa con la red, temporizara el envio del mensaje de consulta para no interferir. Si no, comprueba para observar si el trafico de RF esta presente. Si es asi, el control remoto esperara hasta que el trafico se detenga, monitorizando la rafaga de mensaje de modo que se sincronizara a trafico adicional. A continuacion enviara un mensaje de consulta de ID de RF.

2 - El control remoto espera una respuesta de IR inmediata si no estaba presente trafico de RF, o para una respuesta al final del trafico. Si se recibe una respuesta, el control remoto continua con el procesamiento. Si no, el control remoto repite la consulta hasta que se reciba una respuesta, o hayan transcurrido 2,5 segundos. Despues de cada consulta, el control remoto comprueba trafico de RF. Si se encuentra trafico, el control remoto registra el tiempo del trafico y predice el tiempo del siguiente bucle de modo que pueda evitar interferencia futura con la red. El mensaje de IR devuelto tambien incluye el tiempo del siguiente bucle de RF para el mismo fin. El mensaje tambien incluye el ID de dispositivo y, si se establece, el ID de red.

3 - El dispositivo que responde ahora estara “reactivado” de modo que busca continuamente consultas de RF direccionadas adicionales desde el control remoto. Estas incluyen solicitudes para enviar datos o informacion de ajustes y descargas desde el control remoto de informacion actualizada.

4 - Una vez que el control remoto ha recibido la informacion de ajustes desde el dispositivo, usara la tabla de variables y la pantalla de visualizacion principal que corresponde a ese dispositivo.

5 - Si tiene lugar un periodo de limite de tiempo sin actividad, el dispositivo volvera a la operacion normal.

Cada vez que el control remoto esta encendido, monitoriza la red, actualizando informacion desde todos los otros dispositivos. Una pantalla de control remoto futura permitira el examen de la salud general de la red.

La red esta disenada para ser auto-regenerativa. Los cambios a la estructura de la red siguen el mismo modelo general que el metodo de establecimiento de rutas de reenvio. Cada dispositivo en la red se espera que actue como un miembro riguroso. Es responsable de su propia prevision, estando seguro de que tiene potencia adecuada antes de intentar transmisiones u otras acciones. Si no puede escuchar uno de los otros miembros, pedira a otro miembro que reenvie mensajes, pero unicamente despues de estar seguro que el otro miembro tiene reservas de potencia adecuadas para manejar tales solicitudes, y que el otro miembro puede tambien escuchar claramente al dispositivo distante. Si un dispositivo determina que pronto descartara la red debido a una perdida de potencia u otro problema, informara a los otros miembros del tiempo cuando tendra lugar el descarte.

Interferencia y frecuencia de cambio - Es posible que dos redes puedan operarse a la misma frecuencia pero no verse entre si puesto que tienen diferentes tiempos de inicio. Eventualmente, a medida que se desvian debido a ligeras diferencias en sus frecuencias de cristal, colisionaran. Cuando esto tiene lugar, una o ambas redes desplazaran la frecuencia.

Descartar un dispositivo - Un dispositivo se descartara si los tiempos de flujo de aire no coinciden (comprobados en

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el tiempo de la segunda rafaga despues de que se inicie el flujo de aire). La perdida de potencia puede provocar que un dispositivo se descarte. Si es asi, notificara a la red con antelacion de que esta punto de abandonar.

Reasignacion de posicion de rafaga - Las transmisiones en la red estan sincronizadas al primer dispositivo para enviar un mensaje durante cada rafaga. El dispositivo que realiza la tarea es eficazmente el primer dispositivo a solicitar cuando se forma la red. Ese dispositivo continuara realizando la tarea a menos que desarrolle un problema de fiabilidad que provoque que se descarte desde la red. En ese caso, informara a la red de que se esta descartando. Otro dispositivo asumira el papel del “primer mensajero” automaticamente basandose en los datos en la DIT.

Cuando los dispositivos reciben un mensaje de actualizacion de informacion, si los dispositivos en el sistema que estan descubiertos no contienen la revision de codigo mas actual, el dispositivo con numero de ID mas bajo o con la revision de codigo mas actual difundira una copia del codigo. Estos dispositivos que no son actuales se actualizaran asi mismos.

Normalmente, las rafagas de mensajes tendran lugar cada dos minutos, como se ha descrito anteriormente. Puede introducirse un modo de demostracion mediante el control remoto. En este modo, tiene lugar la rafaga de mensaje cada dos segundos. El modo de demostracion puede provocar otros cambios de operacion en los dispositivos que varian de acuerdo con el tipo de dispositivo.

El paquete de datos del dispositivo convencional es de 48 bytes de longitud, y toma 1536 ^s para transmitir a 250 Kbps. El resto del intervalo de tiempo de 2 ms permite el cambio de RX / TX. Un paquete de datos a modo de ejemplo se ilustra en la Figura 21.

Datos ciclicos - Algunos elementos de datos unicamente necesitan actualizacion infrecuente. No transmitiendo estos cada ciclo, la longitud de paquete promedio puede reducirse, reduciendo el tiempo de recepcion, y por lo tanto, requisitos de potencia. El mas mayor de estos es una actualizacion de firmware, que se envia y acumula en pequenas parcelas que se almacenan en la EEPROM en serie mediante el dispositivo de recepcion para actualizacion de programa cuando todo el fichero esta completo. Incluye lo siguiente:

ID de red

Calidad de recepcion desde todos los otros dispositivos

Indicador de estabilidad de potencia

Tiempo de ultimo flujo de aire

Rev de software

Relojes de tiempo - UT,

ID de dispositivo - Cada producto contiene un ID de dispositivo de 32 bits o numero de serie que esta programado en una fabricacion.

Los tres MSB del ID tambien indican el tipo de dispositivo - 0 = registro, 1 = termostato, 7 = remoto.

Comprobacion de error - Se anexa una CRC de 16 bits a todos los paquetes. La recepcion de un mensaje que falla su comprobacion de CRC provoca que el mensaje se descarte. La frecuencia de actualizacion de datos es suficientemente grande que un paquete descartado ocasional no provoca problemas.

En la consulta desde el control remoto, el dispositivo envia informacion de ajustes mediante un paquete de datos de ajustes de dispositivo, un ejemplo del cual se muestra esquematicamente en la Figura 22.

Se envian paquetes cortos mediante el control remoto para provocar que todos los dispositivos envien sus ID mediante IR u otra informacion mediante RF. Estos paquetes son en total 26 bytes de longitud, que requieren 704 ^s para transmitir. Un ejemplo de un paquete de comando remoto de este tipo se muestra esquematicamente en la Figura 23.

El paquete de actualizacion convencional remoto es de 48 bytes de longitud y se usa para actualizar informacion convencional en un dispositivo despues de que se ha editado por el control remoto. Un ejemplo de un paquete de actualizacion convencional remoto de este tipo se muestra esquematicamente en la Figura 24.

Los paquetes de actualizacion de ajustes remotos son de 48 bytes de longitud y se usan para actualizar informacion de ajustes en un dispositivo despues de que se ha editado por el control remoto. Un ejemplo de un paquete de actualizacion de ajustes remotos de este tipo se muestra esquematicamente en la Figura 25.

Cada dispositivo mantiene una tabla que registra los datos transmitidos mas recientes por todos los dispositivos en el sistema asi como algun dato historico. Un ejemplo de una tabla de informacion de dispositivo de este tipo se muestra esquematicamente en la Figura 26.

Control remoto - El control remoto busca el bucle como cualquier otro dispositivo. Un mensaje de RF de consulta de ID se pone en cola para transmision. Si se encuentra un espacio no de portadora, el control remoto enviara

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consultas repetidas, esperando cada tiempo para una respuesta de IR. Si se encuentra una portadora de RF, se buscara una respuesta despues del final del bucle.

Dispositivo - Si se recibe una solicitud de mensaje de ID de IR durante el primer intervalo, la respuesta se demorara hasta el final de la cadena. Si se recibe una respuesta cuando no hay cadena siguiente, la respuesta se enviara inmediatamente.

Control remoto - el control remoto busca el bucle como cualquier otro dispositivo. Una vez que encuentra el bucle, evita comunicaciones directas durante tiempos de bucles planificados. De otra manera, enviara mensajes en cualquier momento que no haya portadora. Si el control remoto transmite al mismo tiempo que el comienzo del bucle, provocara interferencia para esa vez, aunque el sistema este disenado para recuperar. Los bucles sucesivos no se interferiran.

Los procesadores de MSP usados en el sistema pueden contener dos veces la memoria necesaria para soportar sus programas. Las actualizaciones de codigo se escriben en mitades alternas de la memoria de modo que, si una actualizacion fallara, el dispositivo puede continuar operando con la version anterior del codigo.

Un motor unico puede implementarse como parte del diseno de un registro de HVAC, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion. La construccion de una realizacion de un motor de este tipo se ilustra en las Figuras 16 y 17. Este motor cumple los siguientes objetivos:

Bajo coste - en ambos componentes y trabajo

Retencion integrada - para mantener la posicion cuando se elimina la potencia

Eficacia de alta potencia - para permitir que se accione desde una fuente de minima potencia, tal como un conjunto de celulas solares de bajo coste.

De acuerdo con una realizacion, el motor es un motor a pasos de 4 fases. En esta implementacion, se forman dos pilas de estatores como se ilustra en la Figura 17, donde los componentes de la mitad izquierda del motor se han mostrado en una vista en despiece. El primer componente a la derecha de la placa de circuito impreso (PCB) 1700 es el anillo de polo inferior 1703. Este es seguido por una bobina de cable 1706 enrollada en un carrete aislante y a continuacion al anillo de polo superior 1710. Estos componentes forman uno de los estatores. El siguiente componente a la derecha es un iman de anillo de rotor 1713, que ha sido magnetizado con polos alternos alrededor de su circunferencia al mismo campo que los dos anillos de polo 1703 y 1710. El componente final es el alojamiento del rotor 1716, al que esta montado permanentemente el iman del rotor. Un segundo conjunto similar 1720 se monta a la derecha para formar un segundo estator y rotor. Los dos alojamientos de rotor incluyen caracteristicas de engranaje integradas 1723 y 1726 que provocan la contra-rotacion simetrica de los dos rotores con un desplazamiento de una posicion de polo entre los rotores. Esto provoca que el motor actue como a pasos de 4 fases a medida que se proporciona energia a las bobinas de la manera convencional.

Los ahorros en coste de este motor sobre otras formas que pueden utilizarse son basandose en lo siguiente:

Construccion de polo estampada - los anillos de polo 1703 y 1710 se estampan formando material metalico laminado. Esto es un proceso de fabricacion eficaz y economico.

Bobina sencilla - El diseno de la bobina 1706 es el mas sencillo de las formas, reduciendo costes de construccion. Debido a que la bobina 1706 esta montada directamente a la PCB 1700, no se produce coste en la sujecion de los cables de alambre necesarios con motores convencionales.

Integracion con PCB - La PCB 1700 es el montaje para el motor. La parte trasera del carrete tiene clips integrados que eliminan tornillos de montaje, y orificios chapados en la PCB forman la mitad exterior de los rodamientos para los rotores.

Multiple uso de alojamientos de rotor - los alojamientos de rotor no son unicamente parte del motor, sino que forman parte del sensor de posicion descrito a continuacion, incluyen el brazo para el ajuste manual del registro, y se montan directamente a las paletas del registro.

Los segmentos de polo del motor estan disenados para provocar retenciones deliberadas. Estas estan disenadas para mantener la posicion de las paletas bajo condiciones de flujo de aire incluso cuando se elimina la potencia del motor.

La alta eficacia de la potencia se consigue parcialmente a traves de la ausencia de componentes de perdida mecanica tal como engranajes y acopladores. El motor esta disenado para tener un gran diametro para conseguir alto par de torsion sin el requisito de engranaje de reduccion. El diametro de motor de alta relacion al hueco entre el rotor y estator contribuye a alta eficacia. El diseno de rotor externo permite un tamano de bobina relativamente grande, reduciendo perdidas de resistencia electrica.

Un sensor, ilustrado en las Figuras 18 y 19, de acuerdo con una realizacion de la presente invencion, se emplea que

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es basandose en cambios en capacidad electrica. El diseno es muy bajo en coste, haciendo uso de la PCB 1700 y el alojamiento del rotor 1716 de una de las secciones del motor anteriormente descritas. El sensor opera de la siguiente manera. Los cojinetes electricamente conductores radiales 1800 estan dispuestos en la PCB 1700 alrededor del centro de un orificio de rotor 1803. Cada uno de los cojinetes radiales 1800 alrededor de la circunferencia del centro del orificio del rotor 1803 esta conectado electronicamente de manera secuencial a un circuito que mide la capacidad a tierra o algun otro nodo de referencia. Esta capacidad se ve afectada por la posicion del rotor 1716, que esta fabricado de un material metalicamente revestido. El cuerpo del rotor esta puesto a tierra a traves de los componentes de motor. A medida que el motor rota, uno o mas de los cojinetes radiales se vuelve parcial o completamente descubierto, cambiando la capacidad a tierra. La posicion del rotor puede por lo tanto calcularse a partir de los valores de capacidad de las medidas.

Aplicacion a sistemas de calefaccion electricos

El sistema de control de HVAC 100 puede aplicarse a sistemas de calefaccion que incorporan una caldera electrica o calentadores de placa base de resistencia electrica. Un sistema que use una caldera electrica es realmente un sistema hidronico, como se ha descrito anteriormente.

La Figura 20 muestra un sistema de calefaccion domestico tipico usando calentadores de resistencia electrica de placa base. Multiples circuitos de calefaccion se encaminan desde un disyuntor central a traves de un controlador de carga. Cada circuito a continuacion se encamina mediante uno o mas termostatos de alta tension electricos a uno o mas calentadores de placa base. Transformadores de corriente toroidales rodean cada uno de los cables de potencia de la red que entran en el disyuntor, y detectan cables desde estos transformadores que entran en la caja controladora de carga. Un conjunto electronico en el controlador de carga conecta o desconecta los circuitos de calefaccion para limitar la corriente de carga instantanea maxima extraida. Esto se hace para minimizar el gasto de energia.

Un sistema de control de HVAC para un sistema de calefaccion electrico tiene las mismas caracteristicas y ventajas que un sistema de control de HVAC para un sistema de aire forzado, excepto para la redistribution de aire. Pueden implementare sistemas combinados que utilizan aire forzado, elementos hidronicos y/o electricos segun sea necesario.

Un sistema de calefaccion de placa base electrico que usa un sistema de control de HVAC como se describe en el presente documento puede sustituir los termostatos electricos convencionales con un termostato electrico. Este dispositivo puede utilizar las capacidades de control de un registro controlable (como se ha descrito anteriormente), sin embargo puede controlar un rele o reles o tiristor o tiristores bidireccionales para controlar la corriente electrica al elemento de calefaccion. Puesto que el termostato electrico puede estar montado en pared, puede contener la pantalla y botones del termostato inalambrico convencional 160, anteriormente descrito con respecto a la Figura 1. Todos los elementos de este sistema pueden comunicar inalambricamente (u opcionalmente a traves de conexiones alambricas) con otros componentes, tales como termostatos de pared y controles remotos de la misma manera que en un sistema de aire forzado. Otro componente, un transceptor de sensor de corriente de toda la casa, puede anadirse en un sistema de control de calefaccion electrica. Este dispositivo utiliza los sensores de corriente ya conectados al controlador de carga y las derivaciones en las senales en el interior de la caja controladora de carga. La instalacion de este sistema no es una “disminucion”, como se ha descrito anteriormente para un sistema de aire forzado. Requiere el trabajo electrico de bajo nivel de sustituir los termostatos electricos y anadir el transceptor de sensor de corriente de toda la casa.

De acuerdo con una realization a modo de ejemplo, se proporcionan sistemas y metodos para controlar sistemas de HVAC. Aunque se indican valores especificos elegidos para estas realizaciones, se ha de entender que, dentro del alcance de la invention, los valores de todos los parametros pueden variar a traves de rangos amplios para adecuarse a diferentes aplicaciones.

Un controlador de registro inteligente se ha descrito como que incluye un procesador controlado por instrucciones almacenadas en una memoria. La memoria puede ser memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria de solo lectura (ROM), memoria flash o cualquier otra memoria, o combination de las mismas, adecuada para almacenar software de control u otras instrucciones y datos. Algunas de las funciones realizadas mediante el controlador de registro inteligente se han descrito con referencia unos diagramas de flujo y/o diagramas de bloque. Los expertos en la materia deberian apreciar facilmente que las funciones, operaciones, decisiones, etc., de toda o una portion de cada bloque, o una combinacion de bloques, de los diagramas de flujo o diagramas de bloque pueden implementarse como instrucciones de programa informatico, software, hardware, firmware o combinaciones de los mismos. Los expertos en la materia deberian apreciar tambien facilmente que las instrucciones o programas que definen las funciones de la presente invencion pueden entregarse a un procesador en muchas formas, incluyendo, pero sin limitation, information permanentemente almacenada en un medio de almacenamiento no escribible (por ejemplo dispositivos de memoria de solo lectura en un ordenador, tal como ROM, o dispositivos legibles por una conexion de E/S informatica, tal como discos CD-ROM o DVD), informacion almacenada de manera modificable en medio de almacenamiento escribible (por ejemplo disco flexibles, memoria flash extraible y discos duros) o informacion transportada a un ordenador a traves de medios de comunicacion, incluyendo redes informaticas alambricas o

inalambricas. Ademas, aunque la invencion puede realizarse en software, las funciones necesarias para implementar la invencion pueden realizarse, opcionalmente o como alternativa, en parte o en su totalidad usando componentes de firmware y/o hardware, tal como logica combinatoria, circuitos integrados espedficos de la aplicacion (ASIC), campos de matrices de puertas programables (FPGA) u otro hardware o alguna combinacion de 5 componentes de hardware, software y/o firmware.

Aunque la invencion se describe a traves de las realizaciones a modo de ejemplo anteriormente descritas, se entendera por los expertos en la materia que pueden realizarse modificaciones a, y variaciones de, las realizaciones ilustradas sin alejarse de los conceptos inventivos desvelados en el presente documento. Por ejemplo, aunque se 10 han descrito algunos aspectos de un sistema para controlar un sistema de HVAC con referencia a un diagrama de flujo, los expertos en la materia deberian apreciar facilmente que las funciones, operaciones, decisiones, etc., de toda o una porcion de cada bloque, o una combinacion de bloques, del diagrama de flujo pueden combinarse, separarse en operaciones separadas o realizadas en otros ordenes. Ademas, aunque se describen las realizaciones en relacion con diversas estructuras de datos ilustrativas, un experto en la materia reconocera que el sistema puede 15 realizarse usando diversas estructuras de datos. Adicionalmente, los aspectos desvelados, o porciones de estos aspectos, pueden combinarse en maneras no enumeradas anteriormente. Por consiguiente, la invencion no deberia verse como que esta limitada a la realizacion o realizaciones desveladas.

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REIVINDICACIONES

1. Un sistema (100) para controlar un sistema de HVAC de un tipo que tiene una pluralidad de respiraderos de HVAC, cada respiradero de HVAC dispuesto en una localizacion correspondiente en un edificio, comprendiendo el sistema una pluralidad correspondiente de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200), cada registro controlado inteligente (113, 116, 120, 123,126, 200) asociado a uno distinto de los respiraderos de HVAC, estando cada uno de los registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200) en comunicacion con al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200) y ejecutando un programa de control local autonomo, tales datos de procesamiento de programa proporcionados mediante cada uno de los otros registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200) para controlar de manera colectiva la pluralidad de respiraderos de HVAC en una base entre iguales, en donde cada registro controlado inteligente (113, 116, 120, 123, 126, 200) comprende:

un motor (506) acoplado a un regulador de tiro controlable (300, 303); un sensor de temperatura (610);

un transceptor inalambrico (603) para comunicar con al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200);

un controlador (613) acoplado al motor (506), al sensor de temperatura (610) y al transceptor (603); una fuente de alimentacion (206) acoplada al motor (506), al transceptor (603) y al controlador (613);

caracterizado por que el controlador (613) esta configurado para llevar a cabo procesos que incluyen:

obtener datos desde el sensor de temperatura (610) y, mediante el transceptor inalambrico (603), datos desde al menos otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200); usar los datos obtenidos para determinar automaticamente una operacion deseada del regulador de tiro (300, 303); y

accionar el motor (506) para provocar la operacion deseada del regulador de tiro (300, 303).
2. El sistema (100) para controlar un sistema de HVAC de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la fuente de alimentacion (206) comprende un conjunto de celulas fotovoltaicas (206) o en el que la fuente de alimentacion comprende un generador alimentado por ventilador.
3. El sistema (100) para controlar un sistema de HVAC de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el regulador de tiro controlable (300, 301) de al menos uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200) comprende una valvula y/o en el que cada uno de al menos uno de la pluralidad de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200) esta montado en un registro de aire.
4. El sistema (100) para controlar un sistema de HVAC de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que el motor (506) comprende una bobina (1706) y cada registro controlado inteligente (113, 116, 120, 123, 126, 200) comprende adicionalmente una placa de circuito (213, 1700) que comprende circuitos electronicos que implementan al menos una porcion del controlador (613) y en donde la bobina (1706) del motor (506) esta montada directamente en la placa de circuito impreso (1700).
5. El sistema (100) para controlar un sistema de HVAC de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que la placa de circuito (213, 1700) comprende adicionalmente una pluralidad de elementos electricamente conductores y el motor (506) comprende adicionalmente un elemento conductor separado de la pluralidad de elementos electricamente conductores para formar un condensador entre ellos, de manera que la capacidad del condensador depende de una posicion rotacional del motor (506), en donde el controlador (613) esta configurado para determinar la posicion rotacional del motor (506) basandose en la capacidad del condensador.
6. El sistema (100) para controlar un sistema de HVAC de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el motor (506) comprende dos conjuntos de rotores y dos conjuntos de estatores, formando uno de los rotores y uno de los estatores un primer submotor y formando el otro de los rotores y el otro de los estatores un segundo submotor, estando dispuestos los dos submotores uno junto al otro y engranados juntos.
7. El sistema (100) para controlar un sistema de HVAC de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el controlador (613) esta configurado adicionalmente de manera que cuando el aire fluye a traves del regulador de tiro controlable (300, 3003), al menos uno de los reguladores de tiro (300, 303) de la pluralidad de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200) esta completamente abierto.
8. El sistema (100) para controlar un sistema de HVAC de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el controlador (613) esta configurado adicionalmente de manera que si otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200) no consigue alcanzar una temperatura deseada a pesar del regulador de tiro (300, 303) del otro de la pluralidad de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200) que esta completamente abierto, el controlador (613) cierra al menos parcialmente su regulador de tiro (300, 303).
9. El sistema (100) para controlar un sistema de HVAC de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que el controlador (613) cierra completamente su regulador de tiro (300, 303).
10. El sistema para controlar un sistema de HVAC de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que el controlador (613)

5 cierra su regulador de tiro (300, 303) en una cantidad que es una funcion de en que medida el aire de la habitacion

esta lejos de la temperatura confortable y cuanto tiempo ha estado de esa manera.
11. Un metodo para controlar un sistema de HVAC de acuerdo con la reivindicacion 1, cada respiradero de HVAC dispuesto en una localizacion correspondiente en un edificio, comprendiendo el sistema una pluralidad

10 correspondiente de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200), cada registro controlado

inteligente (113, 116, 120, 123, 126, 200) asociado a uno distinto de los respiraderos de HVAC, comprendiendo el metodo:

obtener datos desde un sensor de temperatura y obtener inalambricamente datos desde al menos otro de la 15 pluralidad de registros controlados inteligentes (113, 116, 120, 123, 126, 200);

usar los datos obtenidos para determinar automaticamente una operacion deseada de un regulador de tiro (300, 303); y

accionar un motor (506) para provocar la operacion deseada del regulador de tiro (300, 303),

20 caracterizado por

determinar inalambricamente de manera automatica la presencia de un registro controlado inteligente (113, 116, 120, 123, 126, 200) que no es parte del sistema para controlar el sistema de HVAC; y

anadir automaticamente el registro controlado inteligente (113, 116, 120, 123, 126, 200) determinado al sistema para controlar el sistema de HVAC.

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