用于通過使用電力協商協議而經由電力線控制負載設備的裝置、方法和系統與流程

本發明涉及用于控制負載設備的裝置、方法和系統的領域，該負載設備諸如照明設備或傳感器設備。

背景技術：

us2013/0117581a1公開了一種方法，其中第一設備使用多個導體之中的第一導體集合向第二設備提供第一電力。響應于接收到通知，第一設備使用多個導體之中的第一和第二導體集合而向第二設備提供第二電力。通知指示可以使用多個導體之中的第一導體集合和第二導體集合為第二設備供應第二電力，并且還可以指定用于使得能夠實現第二電力的配置。用于在電力協商的上下文中的電力遞送和數據傳輸的“混合線”如下文被描述和使用。在電力協商協議的開始處，通過使用第一導體集合的電力供應向負載設備提供初始電力。電力協商協議可以在首次耦合負載設備和電力供應時發起，或者在處于斷電狀態中之后的開啟時發起。一旦負載設備接收到該初始電力，該負載設備就可以使用其經由第一導體集合的連接而向電力供應發送通知。該通知可以指示可以使用第二導體集合為負載設備供應第二電力。電力供應然后可以使用第一和第二導體集合二者，向負載設備提供第二電力。

技術實現要素：

本發明提供了如在權利要求1中要求保護的裝置、如在權利要求6中要求保護的負載設備、如在權利要求8中要求保護的電力供應設備、如在權利要求9中要求保護的系統、如在權利要求12中要求保護的方法以及如在權利要求13中要求保護的計算機程序產品。

根據本發明的第一方面，根據本發明的用于控制負載設備的裝置包括：

-控制單元，適配為使用電力協商協議信令以便與負載設備交換控制和狀態信息中的至少一個；以及

-收發器，用于通過用于向所述負載設備供應電力的電力線而向負載設備傳送控制或狀態信息或者從該負載設備接收該控制或狀態信息。

控制單元配置為使用usb電力遞送電力協商協議來交換控制或狀態信息。

本發明是基于以下考慮。

通用串行總線（usb）是在20世紀90年代中期開發的工業標準，其限定使用在總線中以用于計算機和電子設備之間的連接、通信和電力供應的線纜、連接器和通信協議。usb設計為標準化計算機外圍設備（包括鍵盤、指向設備、數字相機、打印機、便攜式媒體播放器、盤驅動器和網絡適配器）到個人計算機的連接，以便進行通信和供應電子電力二者。usb已經在諸如智能電話、pda和視頻游戲操控臺之類的其它設備上變得無處不在。usb已經有效地替換各種早期接口（諸如串行和并行端口，以及用于便攜式設備的分離電力充電器）。

usb的設計架構在其拓撲上是非對稱的，其包括主機、眾多下游usb端口、以及連接在分層式星形拓撲中的多個外圍設備。usb主機可以實現多個主機控制器，并且每一個主機控制器可以提供一個或多個usb端口。usb設備通過集線器而串聯鏈接。內置到主機控制器中的一個集線器是根集線器。

usb已經從能夠供應有限電力的數據接口演變成具有數據接口的主要電力提供者。現在，許多設備從包含在膝上型電腦、汽車、航空器或甚至小型壁上插座中的usb端口充電或獲得其電力。對于諸如手機、mp3播放器和其它手持式設備之類的許多小型設備，usb已經是普遍存在的電力插座。用戶需要usb不僅在數據方面滿足其要求而且還向其設備簡單地提供電力或充電，這通常不需要加載驅動器，以便施行“傳統”usb功能。

進一步的細節可以從http://www.usb.org/developers/powerdelivery/在線可獲得的“usbpowerdelivery”，網站，15.11.2013來搜集，以及從http://www.usb.org在線可獲得的bradsaunders，usb3.0promotergroup：usb3.0promotergroupannouncesavailabilityofusbpowerdeliveryspecification；hillsboro，ore.–2012年7月18日來搜集。

usb供電的照明設備（例如，照明器）或者其它類型的負載設備可以配置為僅從usb端口獲得電力。在一些情況下，照明器或者線纜上可以安裝有手動操作的開關。然而，usb線纜的長度有限。更具體地，usb規范將線纜運行長度限制為用于usb2.0高速規范的5m或者用于usb1.1低速設備的3m。本質上，這意味著不大可能將若干usb擴展線纜“菊鏈”（daisychain）在一起并且使它們運行超過5m。大多數usb線纜落在usb2.0高速規范之下并且具有5m限制。為了超出這些限制，要求集線器、主動擴展線纜或以太網產品之上的usb。

即將到來的趨勢是使用usb以用于許多消費者設備的直流（dc）供應。因此，已經開發新的標準usb-pd（usb電力遞送）以便支持要從usb連接的一側向另一側所供應的高達100w電力并且僅在電力供應線（vbus）之上提供協商能力。

因而，由于根據本發明可以使用usb-pd電力協商協議經由電力線，轉移控制和狀態信息，所以不要求分離的數據連接以用于與負載設備交換命令或狀態信息。因此負載設備不需要用于具體數據連接（例如，usb連接）的能力，使得連接線纜（例如，usb線纜）可以減少為（多個）電力供應導線，例如兩個usb線和引腳。作為結果，典型的線纜長度限制（例如，usb線纜的那些）可以被極大地克服。

此外，用于交換控制或狀態信息的usb-pd電力協商協議的使用提供了以下優點：已經在usb-pd設備中提供的調制解調器電路和/或功能可以用于實現所提出的控制和狀態信令。

在一個實施例中，裝置適配為根據usb電力遞送電力協商協議在銷售商限定的消息中，編碼控制和/或狀態信息。優選地，控制單元適配為根據usb電力遞送電力協商協議在銷售商限定的消息中，編碼控制和/或狀態信息。

在一個實施例中，控制單元適配為使用usb-pd協商協議，以僅用于向負載設備提供控制信道，而根本就不運用實際usb-pd協商。單對線纜可以用來實現這種控制信道。

根據可以與以上實施例中的任一個相組合的實施例，所提出的信令用于從照明控制系統轉移控制命令或狀態分組或向該照明控制系統轉移該控制命令或狀態分組。由此，所提出的信令可以用于控制照明設備而不要求任何附加控制線。照明控制系統可以例如由一個或多個中央照明控制計算設備實現。在操作中，這樣的照明控制計算設備被連接以用于與一個或多個照明設備（其形成負載設備）進行通信。照明控制系統服務于包括作為負載設備的多個照明設備的照明系統的總體控制。在變型中，該實施例的一個裝置提供作為照明控制系統的部分，并且該實施例的另一個裝置提供作為負載設備的部分。因而，實施例提出了使用usb-pd以用于在照明控制系統與照明系統中的至少一個負載設備之間的交換中的控制命令或狀態信息的交換。

在該實施例的具體示例中，裝置適配為通過使用upnp照明控制協議從照明控制系統接收控制命令或狀態分組或者向該照明控制系統傳送該控制命令或狀態分組。由此，所提出的使用usb-pd的電力線信令可以有利地在upnp系統中應用。

根據可以與以上實施例中的任一個相組合的另外的實施例，裝置適配為向用戶或安裝者發信號通知（signal）信息，該信息指示通過電力線成功建立的到負載設備的通信信道。由此，可以容易地確定，負載設備支持所提出的功能并且該連接有效。

本發明的第二方面由包括第一方面或其實施例之一的裝置的負載設備而形成。

在操作中，負載設備有利地使用用于利用電力供應設備或者利用照明控制系統接收和傳送控制和狀態信息的裝置，所述電力供應設備還包括根據本發明的第一方面或其任何實施例的裝置，所述照明控制系統還具有根據本發明的第一方面或其任何實施例的裝置。

本發明的第三方面由包括本發明的第一方面或其任何實施例的裝置的電力供應設備而形成。

在操作中，電力供應設備有利地使用用于利用負載設備或者利用照明控制系統接收和傳送控制和狀態信息的裝置，所述負載設備還包括根據本發明的第一方面或其任何實施例的裝置，所述照明控制系統還具有根據本發明的第一方面或其任何實施例的裝置。在一個實施例中，電力供應設備還形成照明控制系統。特別地，這樣的實施例的電力供應設備包括一個或多個中央照明控制計算設備。在另一個實施例中，照明控制系統是與供應設備分離的設備并且包括第一方面或其實施例之一的裝置。

根據可以與以上實施例中的任一個相組合的實施例，電力供應設備包括具有電力輸入和數據端口的usb-pd電力供應單元。因而，例如可以從電力供應設備向負載設備供應外部控制數據，并且可以經由數據端口輸出來自負載設備的狀態數據。

根據本發明的第四方面，提供了一種集線器設備。集線器設備可以與以上實施例中的任一個相組合。集線器設備具有來自市電的電力供應并且配置為支持與外部設備（諸如，負載設備或照明控制系統）的數據連接，從而支持通用即插即用（upnp）。集線器設備適配為在銷售商特定照明代碼和照明相關upnp數據包之間中繼消息。本發明實施例的第三方面的集線器允許將usb供電照明設備連接到upnp網絡。

在特定實施例中，集線器設備配置為使用通用即插即用（upnp）協議支持數據連接。集線器設備還具有根據本發明的第一方面的裝置以用于根據usb-pd協議在照明相關upnp數據包和銷售商特定消息之間中繼消息。upnp數據包可以使用usb連接或者支持upnp的任何其它數據連接來接收或傳送。優選地銷售商特定消息輸運照明代碼以用于控制照明設備的操作，或者用于提供關于照明設備的操作狀態的狀態信息。

本發明的第五方面由一種系統形成，該系統包括第三方面或其實施例之一的電力供應設備，并且還包括本發明的第二方面或其實施例之一的至少一個負載設備，該負載設備連接到電力供應設備。

本發明的第六方面由一種控制負載設備的方法形成。所述方法包括：

-使用電力協商協議信令，以便與負載設備交換控制和狀態信息中的至少一個；以及

-通過用于向負載設備供應電力的電力線傳送或接收控制或狀態信息，其中

-用于交換控制或狀態信息的電力協商協議是usb電力遞送協議。

本發明的第七方面由一種計算機程序產品形成，該計算機程序產品包括代碼部件以用于在計算設備上運行時產生第六方面的方法的步驟。

應當理解到，權利要求1的裝置、權利要求6的負載設備、權利要求8的電力供應設備、權利要求9的系統、權利要求12的方法和權利要求13的計算機程序產品具有類似和/或同樣的優選實施例，特別地如在從屬權利要求中限定的優選實施例。

應當理解到，本發明的優選實施例也可以是從屬權利要求或以上實施例與相應獨立權利要求的任何組合。

本發明的這些和其它方面將從在此之后描述的實施例顯而易見并且將參照在此之后描述的實施例進行闡述。

附圖說明

在以下附圖中：

圖1示出了由usb連接供電的照明設備；

圖2示出了usb電力遞送通信堆棧；以及

圖3示出了根據本發明的實施例的控制系統的示意性框圖。

具體實施方式

以下實施例是針對一種用于向照明設備傳送控制命令的usb-pd接口的電力協商連接（即，vbus信道）。該電力協商連接是完全獨立于數據連接的通信信道。其例如使用與數據連接不同的協議和不同的導線。

圖1示出了其中臺燈由usb供電的示例性電力控制系統。usb供電的臺燈包括安裝在臺燈的頭部10中的數個發光二極管（led）、具有末端處的usb連接器11的線纜、以及潛在地具有手動操作開關12的驅動器盒。

常規地，為了從usb側控制臺燈，需要添加usb枚舉型即插即用控制系統，從而還要求進行連接的數據線。

利用usb-pd標準的第一有益特征，也就是說，在電力供應有效并且電流流動時還可獲得電力協商的特征。這不同于諸如以太網供電（poe）之類的其它系統，其中協商僅對于接通供應電壓之前的新連接（freshconnection）可能。第二有益特征在于，協商主要不是使用usb數據連接信道。然而，已經開發用于電力遞送的新連接信道，該連接信道通過在usb連接的兩側上安裝電力線調制解調器而使用電力導體以用于并行數據連接。

在實施例中，建議將電力協商連接附加地用于控制usb供電負載或終端設備。這是有益的，因為電力協商連接完全獨立于usb數據連接和相關處理。此外，要求具有僅兩個導線的布線以用于電力供應和控制，從而留下usb連接的數據引腳完全開放。

因而，使用usb-pd的電力協商信道以用于負載設備和主機之間的控制信令減少了所要求的線纜，最大利用所安裝的銅，并且允許增加的線纜長度。

此外，因為對于usb-pd而言用于新協商信道的調制解調器設備不可缺少，所以預期的是，相關標準化芯片將在未來以低成本可獲得。協商信道可以用于經由電力供應線向受控制的負載設備傳送制造商特定代碼。這可以經由專用制造商相關代碼實現。

對于usb-pd，當前的標準usb電力遞送規范修訂1.2在www.usb.org在線可獲得，其描述了使用專用通信信道的協商技術。

圖2示出了電力供應設備20和負載設備30之間的usb-pd通信堆棧，其中電力供應設備20處的該信道的物理層（phy）功能204和負載設備30處的該信道的物理層功能304負責跨電力線40（即，vbus）發送和接收消息。物理層（phy）功能204,304兩者包括收發器，該收發器在電力供應線40上疊加信號并且負責管理電力供應線40上的數據。除其它之外，這包括避免電力供應線40上的沖突并且在發生這樣的沖突時從其進行恢復。它們還使用循環冗余碼校驗（crc）檢測消息中的錯誤。

通信堆棧的更高層處的兩側上的附加功能是相應的協議功能203,303、策略引擎功能202,302、以及設備策略管理器功能201,301。信息在一個通信端處在向下方向上成功地轉移和轉換通過通信堆棧的所有層，并且然后經由電力供應線40到達另一個通信端，其中該信息在向上方向上成功地轉移和轉換通過通信堆棧的所有層，并且反之亦然。由此，電力供應設備20處的設備策略管理器201可以與負載設備30處的設備策略管理器301交換信息。

usb-pd規范允許通過vbus信道遞送數據消息以用于電力協商、用于執行自測試、又用于轉移銷售商特定代碼。

根據實施例，用于usb供電負載設備的控制命令（諸如在照明設備的情況下的調光水平和顏色或者涉及負載設備的功能的其它命令），可以被編碼在銷售商限定的消息中。這具有優于使用數據連接以用于向照明設備遞送這樣的命令的若干益處。負載設備不需要用于usb數據連接和usb電力供應的能力，并且控制連接可以簡化為僅兩個導線和引腳。作為結果，usb的典型線纜長度限制可以被極大地克服。

usb-pd使用調制有信息的23.2mhz的載波以避免來自電力供應的任何噪聲。使用連續相頻移鍵控（fsk）來編碼控制命令或狀態信息的比特，以用于在vbus信道上傳送。所使用的比特率可以在300kbps的量級上。當然，本發明不限于這種類型的調制、載波頻率或數據率。

usb-pdv.1.2規范限定了控制消息和數據消息，該控制消息和數據消息可以在本實施例中使用，以在電力供應側和供電負載側之間交換控制和狀態信息。

可以使用三種類型的數據消息來在一對端口伙伴之間交換信息并且長度范圍從48到240位。用于暴露能力和協商電力的那些、用于內置自測試（bist）的那些、以及是銷售商限定并且可以發信號通知本發明的附加控制和狀態信息的那些。

已經限定了一個銷售商限定消息（vdm）代碼。建議用于轉移針對負載設備的控制和/或狀態信息的vdm包括報頭、銷售商id和一個或多個“對象”（用于第一對象的16位、用于每一個隨后對象的32位）。為了確保vdm的銷售商唯一性，所有vdm應當包含第一vdm對象中的usb銷售商身份（id）。vdm包括至少一個數據對象、第一vdm對象，并且可以包含高達最大六個附加vdm對象。如果負載設備處的端口接收到其不知曉的vdm，則該端口可以簡單地忽略該消息。

在照明設備或燈的情況下，銷售商限定的代碼可以提供用于例如燈狀態、類型、可用顏色、溫度、壽命、效率等。此外，控制消息可以提供用于控制照明設備，諸如例如設置通量水平、最大功率百分比（調光水平）、色溫顏色等。

因為協商可以通過僅使用電力接觸而實現，所以這樣的所提出的照明設備可以僅通過單對線纜連接，從而不會浪費銅以及針對數據連接的隔離。

圖3示出了根據第一實施例的控制系統的示意性框圖。在usb電力供應端（例如，usb主機或集線器）處，電力供應單元（p）56適配為將供應至電力輸入終端pi的交流ac電力輸入轉換成所要求的dc電力。經由電容c和隔離電抗l向電力供應線（vbus）40（其可以可選地通過接地同軸屏蔽44而屏蔽）與第二地（gnd）線42一起供應dc電力。在usb線纜的另一端處，經由用于抑制不期望的ac分量的另一個電容c和隔離電抗c向負載設備（l）66供應dc電力。

根據第一實施例，在電力供應側處提供數據端口dp以便輸入或輸出經由電力供應線40交換的控制或狀態數據。為了實現此，提供控制單元50以及包括傳送器部分（tx）52和接收器部分（rx）54的收發器，以便基于經由數據端口dp所供應的輸入數據來生成以上提及的銷售商限定的消息（vdm）并且經由電力供應線40傳送或者相應地接收vdm。傳送器部分52適配為根據usb-pd規范對vdm進行調制，并且接收器部分54適配為根據usb-pd規范對所接收的vdm進行解調。經調制的vdm然后經由ac耦合電容cac被耦合到電力供應線40。傳送器部分52的輸出處的電阻r服務于使傳送器部分52的輸出電阻適配于usb線纜的電阻。

具有控制單元60、包括傳送器部分62和接收器部分64的收發器、電阻器r和ac耦合電容器cac的類似配置在負載設備66處提供。因為這些組件以與電力供應側處的對應組件相同的方式運行，所以此處省去詳細描述。附加地，控制單元60可以耦合到負載設備66以便基于所接收的控制命令來控制負載設備66或者檢測要朝向電力供應設備發信號通知的狀態。

由此，經由耦合到電力供應線40的經調制的vdm所轉發的狀態和控制信息可以在電力供應設備和負載設備之間被交換。作為示例，電力供應設備可以向負載設備傳送控制消息以便控制負載設備的功能，并且負載設備可以向電力供應設備傳送狀態信息以便指示預確定的狀態。作為這樣的狀態信息的示例，可以使用指示器向安裝者或用戶發信號通知的是，已經使用usb-pd協商信道建立到照明設備的連接以用于控制。

在以上第一實施例中，用于經由電力供應線vbus的電力協商而提供的usb-pd協商調制解調器可以僅“誤用”于經由單對線纜連接的負載設備的控制信道，而根本就沒有利用usb-pd協商。這可能非常有益，因為假設相關芯片以低成本在高容量下可獲得。受控制的負載設備66因而僅與兩個極子連接并且仍然是可控制的。

根據第二實施例，所提出的經由usb電力供應線的消息轉移是用于中繼upnp照明控制消息（例如來自usb數據信道）。在upnp聯網中，每一個設備具有動態主機配置協議（dhcp）客戶端并且在設備首次連接到網絡時搜索dhcp服務器。如果可獲得dhcp服務器，即，網絡被管理，則設備使用分配給它的ip地址。如果不可獲得dhcp服務器，即，網絡不受管理并且設備使用自動ip以獲得地址。為了控制upnp設備，控制點調用設備服務上的動作。為了完成此，控制點向用于服務的控制url發送適合的控制消息。作為響應，服務從該動作返回任何結果或錯誤。動作的效果（如果有的話）還可以通過描述服務的運行時間狀態的變量中的改變來建模。當這些狀態變量改變時，向所有感興趣的控制點發布事件。

作為第二實施例的附加構建塊，提出了一種照明級usb-pd集線器，該集線器具有來自市電的電力供應以及支持upnp的usb或任何其它數據連接。集線器在銷售商特定usb-pd照明代碼和照明相關upnp數據包之間中繼所有消息。相關消息由在http://upnp.org在線可獲得的“lightingcontrolv1.0”中upnp論壇所發布。

使用所提出的用于upnp的信令具有特殊含義，因為使用在usb連接上的典型協議與upnp相關。但是，還可以以相同方式支持其它照明控制語言或協議（除其它之外：xclip、dali、knx等）。

作為總結，已經提出使用電力遞送接口的電力協商連接（例如，vbus信道）以用于向負載設備傳送或者從負載設備接收控制命令或者相應地狀態信息。電力協商連接可以用作完全獨立于數據連接的通信信道。電力協商連接例如使用與數據連接不同的協議和不同的導線。諸如調光水平或顏色之類的控制命令，可以被編碼在相關電力協商協議的銷售商限定的消息中。

本發明不受約束于以上實施例并且不限于usb連接。本發明可以使用在其中經由電力供應線提供電力協商功能的任何接口或連接技術中，以及用于任何種類的負載設備，并且更具體地，用于照明器內部的（多個）led模塊的任何種類的室內照明和/或連接或者用于任何種類的傳感器設備。

本領域技術人員在實踐要求保護的發明時，通過研究附圖、公開內容和隨附權利要求，可以理解和實現對所公開的實施例的其它變型。

所述實施例的任何處理和/或控制和/或信令功能可以實現為計算機程序的程序代碼部件和/或實現為專用硬件。計算機程序可以存儲/分布在適合的介質上，該介質諸如與其它硬件一起或者作為其它硬件的部分而供應的光學存儲介質或固態介質，但是該介質也可以以諸如經由互聯網或者其它有線或無線電信系統之類的其它形式分布。

在權利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。

單個處理器或其它單元可以實現權利要求中記載的若干項的功能。在相互不同的從屬權利要求中記載某些措施的僅有事實不指示這些措施的組合不能用于獲益。