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CN101231533A - 堆叠式恒温器 - Google Patents

堆叠式恒温器 Download PDF

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CN101231533A
CN101231533A CNA2007103007568A CN200710300756A CN101231533A CN 101231533 A CN101231533 A CN 101231533A CN A2007103007568 A CNA2007103007568 A CN A2007103007568A CN 200710300756 A CN200710300756 A CN 200710300756A CN 101231533 A CN101231533 A CN 101231533A
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thermostat
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electric power
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CNA2007103007568A
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M·A·罗赫
T·科默富德
W·F·范奥斯特兰斯
J·D·瑞安
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Carrier Corp
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Carrier Corp
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Abstract

本发明涉及包括用户界面模块的恒温器。用户界面模块具有显示器、多个用户界面按钮、以及第一电力和通信界面。恒温器也包括I/O模块、I/O模块电耦合到HVAC设备和具有多个开关的I/O模块以控制HVAC设备，以及第二电力和通信界面。用户界面模块和I/O模块经由电力和通信界面而通信地耦合并交换功率，并且恒温器可以以两个使用者可选择结构之一而安装和操作：堆叠构造，其包括具有直接安装到I/O模块的用户界面模块的恒温器，或者遥距构造，包括具有相对I/O模块遥距安装的用户界面模块的恒温器。

Description

堆叠式恒温器
技术领域
本发明大体涉及壁装式恒温器，并且更具体地涉及与旧有恒温器线缆相容并在墙壁上占据更小物理和视觉范围的壁装恒温器。
背景技术
通常，舒适系统由壁装式恒温器来控制。现代壁装式恒温器典型地包括显示器和包括用户按钮的键座，用户按钮用来编程恒温器或用来手动地调整空间中的空气温度，在该空间中恒温器控制舒适水平。布线用来连接恒温器到在相应装置之间变化的加热、通风、和空气调节(HVAC)设备。例如，在一些传统家用安装中，例如那些设计为标准圆形恒温器，两条布线通常安装在恒温器和火炉之间。相反，许多现代HVAC设备包括单级或多级加热系统、加湿器、风扇调节器、以及单级或多级空气调节器。该现代装置可以需求多达11条或更多的布线，以建立在数字壁装式恒温器和HVAC设备之间的充分控制。在许多情况下，改进恒温器或HVAC设备或这两者的安装程序，也必须在将要安装新恒温器的墙壁和HVAC设备位置之间安装新布线。在一些情况下，其中仅要求改进恒温器，许多人不过没有改进恒温器也行，因为安装新的多布线恒温器控制电缆不实际。
具有包括时间可编程设置点、加热和冷却之间自动改变、以及安装湿度控制等重要功能性的现代墙壁恒温器在当前是有用的。总之，该相对复杂性由于微型计算机和普遍地电子零件的小型化而已经成为可能。然而，特别是更复杂的恒温器趋向于填充典型地从墙壁向外扩展1.5-3英寸的外形因素。不管是对家用或是商用设置来说，人走过该壁装式恒温器来偶尔与其接触是寻常的。一些情况下对于壁装式恒温器在一些设置上是如此的视觉流行，其也较少地在审美方面上令人愉悦。
需要一种恒温器，能够为HVAC设备的多重性能提供足够的控制，而不需要更替在恒温器壁装位置与HVAC设备之间的现存恒温器控制电缆。也需要更美观悦人的恒温器，作为壁装单元占据更小的视觉范围。
发明内容
在一方面，本发明涉及包括用户界面模块的恒温器。用户界面模块具有显示器、多个用户界面按钮、以及第一电力和通信界面。恒温器也包括I/O模块、以及第二电力和通信界面，该I/O模块电耦合到HVAC设备并且该I/O模块具有多个开关以控制HVAC设备。第一电力和通信界面电耦合到第二电力和通信界面。用户界面模块和I/O模块通信地耦合并且经由第一与第二电源和通信界面以及恒温器交换电力，在两种使用者可选择装设状态中的一个状态下安装和操作的恒温器至少选择一种：堆叠构造，共包括具有直接安装到I/O模块的用户界面模块的恒温器；以及遥距构造，其包括具有离开I/O模块遥距安装的用户界面模块的恒温器。
根据另一方面，本发明涉及一种在安装恒温器处安装者可用的预先装设恒温器电线比起要将恒温器连接到HVAC设备所需的更少的情况安装恒温器的方法，包括以下步骤：提供预安装恒温器电线；提供具有两个可分离部分的恒温器，恒温器包括用户界面模块和I/O模块；将I/O模块物理地定位在HVAC设备附近；在I/O模块和HVAC设备之间连接多个电线以通过I/O模块控制HVAC设备；将用户界面模块定位于可以通过恒温器控制舒适程度的空间；以及使用预安装恒温器电线连接用户界面模块到I/O模块以实现用户界面模块和I/O模块之间的通信和电力传输。
附图说明
为进一步理解这些以及本发明的目的，以下本发明的详细描述将作为参考，其通过结合附图来理解，其中：
图1A示出了根据本发明堆叠恒温器的一个实施例的透视图；
图1B示出了图1A恒温器的I/O模块的透视图；
图1C示出了图1A恒温器的用户界面模块的透视图；
图1D示出了包括防尘罩的图1A恒温器的I/O模块的另一个视图；
图1E示出了配对到壁装设备的图1A恒温器的用户界面模块的侧视图；
图2示出了图1A恒温器的I/O模块的关闭视图；
图3A示出了图1A恒温器的用户界面模块的电路侧的闭合视图；
图3B示出了适合于与图3A中所示用户界面模块一起使用的壁装板；
图4A示出了图1A恒温器的显示侧视图；
图4B示出了具有铰链盖开着的图4A恒温器；
图5A示出了用在堆叠构造中的堆叠恒温器的简化方框图；
图5B示出了用在遥距构造中的堆叠恒温器的简化方框图；以及
图6示出了包括通信模块的堆叠恒温器的简化方框图。
附图并不必然地显示比例和重点，相反通常用来阐述本发明的原理。在附图中，相同的附图标记在不同视图中用来指示相同的对象。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的恒温器100的一个实施例。如所示，用户界面模块101电耦合或机械耦合到I/O模块102。在第一堆叠构造中，组装的部分可以以常规方式安装在墙壁上，典型地通过螺钉或适当的紧固件固定到墙壁表面上。当以堆叠构造安装时，用户界面模块101和I/O模块102这两个部分通常可以从安装表面伸出约1.5-3英寸的范围。还需要接口到HVAC设备(图1A中未示出)的全数电线以控制关联的HVAC系统。尽管第一堆叠构造在某些方面类似于传统的壁装恒温器，但是它有一个优点就是在发生因电子器件失效或由机械损坏所引起的故障导致恒温器失效的情况下，失效的很可能只是恒温器的一半，即用户界面模块101或I/O模块102需要被更换，因此降低了修理成本。
图1B和图1C示出了恒温器100被拆成为两个分开的部分，即用户界面模块101和I/O模块102。尽管为了仅修理和更换上述两部分中的一个可以进行这种分离，但是也可以为了根据第二分离或遥距构造安装恒温器而进行这种分离。在第二遥距构造中，I/O模块102可以安装在HVAC设备的附近，并且使用多条电线直接接线到HVAC设备。在第一堆叠构造中，典型地由塑料形成的盖103可以安装到先前被用户界面模块101覆盖的I/O模块102侧的上方。盖103可制成为便于适合任何重叠或脊部以提供良好的配合。通常可以在模块箱的侧面中设有一个或更多的适当开口，以便提供空气来冷却I/O模块102中的电子部件。而且，根据第二结构，如图1E所示，用户界面模块101可以安装到墙壁上，通常是由恒温器100来控制舒适等级的空间中的墙壁。例如可由塑料来制造安装板104，以便在第一堆叠构造中与I/O模块102配合安装。然而，安装板104可以比I/O模块102薄得多，导致由用户界面模块101的整个组合单元与安装板104的结合所形成的用户界面模块101的“薄”安装结构可以从墙壁上伸出少于1.5英寸。而且，如可从图1E中看到的，盖105可以连接到包括有显示器和用户界面按钮(图1E中未示出)的用户界面模块101的基底106上。盖105可以铰链到基底106上。
从使用者的观点来看，在第二构造中I/O模块102遥距地接近于HVAC设备而安装是不重要的。然而从美学的观点来看，薄安装结构会在视觉上更令人愉悦。而且，从安全的观点来看，从墙壁表面上突出更少距离的单元更少可能地被经过的人或对象钩住或撞击，因而对行人和恒温器100两者都减少了损伤和损坏。在第二遥距构造中，尽管可以在I/O模块102和HVAC设备之间安装全部专属电线，但是仅需要更少的电线来电耦合遥距定位的用户界面模块101和I/O模块102。在本发明的恒温器100的许多实施例中，可以用少到两条电线来操作性连接用户界面模块101到I/O模块102。
来看图2，其中更详细地显示了I/O模块102。安装孔203允许通常使用螺钉来将I/O模块102安装到表面上。也可以使用任何其它适当的紧固件，这包括满意程度更低的双面带。在第一堆叠构造的情况中，该紧固件(图2中未示出)支撑I/O模块102和用户界面模块101。在第二遥距安装构造的情况中，盖103可以作为防尘盖使用，以保护I/O模块102中的电子部件。盖103可以使用搭扣205或包括螺钉的其它适当紧固件来固定到I/O模块102上。微型计算机204用来促进I/O模块102和用户界面模块101之间的通信，并且控制继电器202以控制HVAC设备。也应当注意，在适当时可用固态开关、例如包括硅控整流器(SCR)或场效应晶体管(FET)等来替代继电器202。其它类型的适合固态开关也可以使用。在第二遥距构造中，采用一个或更多个接线板201来接受从HVAC设备来的电线以及到I/O模块102的电线。在第一堆叠构造中，I/O模块102和用户界面模块101之间的布线可以通过配套管脚和插槽或者通过插入一侧、两侧或旁侧的连接器来完成。例如，在用户界面模块101的电路卡上可以设有管脚以接受具有配套插槽的插头。随后将插头的抽头线附到两个或更多的接线板201上的端子(典型地仅有两条电线)。也可以使用在I/O模块102和用户界面模块101之间连接电线的其它适当方法。
图3A示出了根据本发明的用户界面模块101的一个实施例的电路侧。微型计算机303促进用户界面模块101和I/O模块102之间的通信，并提供用户界面功能，这典型地经由显示器和使用者可操作的按键(图3A中未示出)来实现。具有两个管脚的插槽301示出了一种适合的用来将用户界面模块101电耦合到I/O模块102的电连接类型。图3B示出了在第二遥距构造中适合于接受并机械地固定用户界面模块101到表面、典型地是墙壁上的安装板104。电连接302可以包括螺钉以接受用来电耦合用户界面模块101到I/O模块102的电线。用户界面模块101可以通过导电弹簧触点(图3B中未示出)、电连接器(图3B中未示出)或抽头线(图3B中未示出)来耦合到电连接302，这些导电弹簧触点等端接在用户界面模块101的电路板上，或具有例如将适合于插入到连接器301中的电连接器。
来看图4A，在一个典型实施例中，恒温器100的使用者能看到显示屏幕401和可以通过铰链403(图4B)的转动等而打开的盖105。图4B示出了典型用户界面模块101的视图，其具有开着的盖105以露出用户界面模块101的基底106上的用户界面按钮402。应当注意，在该正视图中，使用者在绝大多数实施例中看到相同的视图，无论I/O模块102存在于第一堆叠构造中，还是不存在于第二遥距构造中。
图5示出了根据第一堆叠构造的一个典型结构的简化模块图。如已讨论的，用户界面模块101典型地包括微型计算机以接受使用者经由恒温器用户界面按钮402的输入，并且经由显示器401提供显示信息给使用者。应当理解，在本发明的一些实施例中，显示器401可以包括触敏用户按钮。微型计算机303也可以经由电力和通信模块501促进用户界面模块101到I/O模块102之间的通信。在用户界面模块101和I/O模块102堆叠的第一安装结构中，多条电线506可以以传统方式布置，典型地在恒温器100和HVAC设备505之间以多线连接电缆方式布置。
典型地，采用两条或更多条电线来操作性连接两个电力和通信模块501，其中一个位于用户界面模块101中而另一个位于I/O模块102中。两个电力和通信模块501可以是相同的，然而它们不需要在物理上或电子结构上相同，只要它们相互电兼容即可。典型地，一个电力和通信模块501可以构造成供给电力到构造成接收电力的另一个电力和通信模块501。通常在遥距构造中电力可以来源于任何一侧，同时电力可以更方便地来源于邻近具有充足电力源的HVAC设备的I/O模块102，并供给到位于遥距的壁装用户界面模块101。
在绝大多数实施例中，两条电线502适合于在用户界面模块101和I/O模块102之间既供给电力又供给数字通信。一个适当的该电力和通信界面在题为“Method and apparatus for providing both power and communication over two wiresbetween multiple low voltage AC devices”、发明人为Crenella等人并转让给CarrierCorporation的专利US 6956463中有描述。该专利US 6956463全文通过引用结合在本文中。
图5B示出了第二安装结构中的恒温器100，其中I/O模块102相对用户界面模块101遥距地定位。同样，用户界面模块101和I/O模块102可以通过少到两条电线503而耦合。用户界面模块101和I/O模块102将用少到两条电线操作地耦合的能力允许恒温器100以传统结构方式安装，即在确定和维持舒适设定的空间与遮盖相应HVAC设备的有用空间之间仅提供两条电电线。因而，完全现代数字控制可以以该传统结构方式而使用，同时仍提供多条电线506来耦合I/O模块102到一个或更多个HVAC设备505的HVAC部件。
图6示出了根据本发明的恒温器100的一个实施例，具有经由通信模块601进行附加布线通信能力或更典型的无线通信能力。在一个典型实施例中，通信模块601可以插入或焊接到用户界面模块101的电路板上。该通信能力在题为“Universal Thermostat Expansion Port”、转让给Carrier Corporation的待审美国专利申请(申请日和序列号待定)中描述。序该美国专利申请全文在通过引用结合在本文中。
术语“微型计算机”，如同结合微型计算机204和303中所用的，在此定义为与“微处理器”、“微控制器”以及例如“数字信号处理器(DSP)”芯片和“场可编程逻辑阵列”(FPGA)等可编程以执行微型计算机功能的任何其它集成设备同义并且可互换。
尽管本发明已经详尽地示出并且参考如附图中所阐述的优选模式而描述，所属领域技术人员应当理解，细节的各种改变可以受到其影响，只要不背离由权利要求书所定义的本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种恒温器，包括：
用户界面模块，该用户界面模块具有显示器、多个用户界面按钮、以及第一电力和通信界面；
I/O模块，该I/O模块电耦合到HVAC设备，并具有多个用于控制HVAC设备的开关，以及第二电力和通信界面；
其中，第一电力和通信界面电耦合到第二电力和通信界面；以及
用户界面模块和I/O模块经由第一与第二电力和通信界面可通信地耦合并交换电力，并且恒温器可以在以下两种使用者可选择的装设状态中选择的至少一种状态来安装并操作：
堆叠构造，包括具有直接安装到I/O模块的用户界面模块的恒温器，和
遥距构造，包括具有离开I/O模块遥距安装的用户界面模块的恒温器。
2.根据权利要求1所述的恒温器，其特征在于，用户界面模块通过少于电耦合I/O模块到HVAC设备所必须的电线而电耦合到I/O模块。
3.根据权利要求2所述的恒温器，其特征在于，用户界面模块仅通过两条电线电耦合到I/O模块。
4.根据权利要求1所述的恒温器，其特征在于，当以遥距构造安装在安装板上时，用户界面模块从表面上突出小于1.5英寸。
5.根据权利要求1所述的恒温器，其特征在于，用户界面按钮是作为显示器上的触敏区域提供的。
6.根据权利要求1所述的恒温器，其特征在于，I/O模块包括继电器以电控制HVAC设备。
7.根据权利要求1所述的恒温器，其特征在于，I/O模块包括固态开关。
8.根据权利要求7所述的恒温器，其特征在于，固态开关为Triacs式或硅控整流器。
9.根据权利要求1所述的恒温器，其特征在于，当在遥距构造中使用时I/O模块还包括防尘盖。
10.根据权利要求1所述的恒温器，其特征在于，当在遥距构造中使用时用户界面模块还包括壁安装板。
11.根据权利要求1所述的恒温器，其特征在于，第一和第二电力和通信界面构造成从I/O模块中的第二电力和通信界面中传输电力到位于用户界面模块中的第一电力和通信界面。
12.根据权利要求11所述的恒温器，其特征在于，I/O模块在遥距构造中位于邻近HVAC设备的位置。
13.一种用于安装恒温器的方法，其中预安装的恒温器电线少于连接恒温器到HVAC设备所需的电线，该方法包括以下步骤：
提供预安装的恒温器电线；
提供具有两个可分离部分的恒温器，该恒温器包括用户界面模块和I/O模块；
将I/O模块置于HVAC设备的附近；
在I/O模块和HVAC设备之间连接多条电线，以通过I/O模块来控制HVAC设备；
将用户界面模块置于通过恒温器来控制舒适程度的空间中；以及
使用预安装的恒温器电线来连接用户界面模块到I/O模块，以便于用户界面模块和I/O模块之间的通信和电力传输。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，提供预安装恒温器电线的步骤包括仅提供两条预安装恒温器电线的步骤。
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