專利名稱：用于控制電子換向電機的操作的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總的來說涉及有時被稱為無電刷DC電機的電子換向電機的操作，更具體地說，涉及用于控制電子換向電機的操作的方法和系統(tǒng)。
背景技術：
在實踐中，用一組操作特征來對電子換向電機進行編程。典型地，用涉及符合電機的預計使用的期望操作特征的數據在出貨之間通過串行接口對所述操作特征進行編程。然而，這些電機如同幾乎所有的其它機械裝置一樣，有時候會出故障并需要替換。對這些可編程電機的現場替換典型地需要用被編程到正被替換的電機的操作特征對替換電機進行編程。
操作特征從正被替換的電機到新安裝的電機的復制引起涉及對替換電機的供應的細節(jié)部署問題。引起這種細節(jié)部署問題的一個原因在于存在許多電子換向電機的模型，大多數所述模型采用不同的操作特征。由于用于所述電子換向電機的編程設備投入很大，所以當前在中央位置而不是服務點執(zhí)行對替換電機的編程。結果大量的替換部件不得不常備在中央位置。
為了進一步示出可采用電子換向電機的不同操作特征和應用，簡單的住宅用、商用或工業(yè)用HVAC系統(tǒng)可包含多個電子換向電機，例如，室內風機、室外冷凝器風扇和燃燒器氣流葉輪?？刹捎盟鲭娮訐Q向電機的其它應用包括清潔室過濾系統(tǒng)，其中，許多風機/過濾單元在天花板布置中，以及包括對于高層建筑的可變空氣容積箱。

發(fā)明內容
在一方面，提供一種用于解決多個以通信方式耦合到系統(tǒng)控制器的電子換向電機之間的尋址沖突的方法。所述方法包括將命令從系統(tǒng)控制器發(fā)送到一地址，基于在系統(tǒng)控制器接收的響應或缺少所述響應的情況，確定所述地址的狀態(tài)，以及重復所述發(fā)送和確定步驟，以確定哪些地址沒有被使用以及哪些地址指示尋址沖突的存在。所述方法還包括如果狀態(tài)指示一個或多個地址具有沖突，則從系統(tǒng)控制器發(fā)送消息以將所述多個電機中的至少一個的地址重新分配到未使用地址。
在另一方面，提供一種電機控制系統(tǒng)，其包括系統(tǒng)控制器；以及多個電子換向電機(ECM)。所述ECM以通信方式耦合到所述系統(tǒng)控制器，每個ECM被分配一地址。對所述系統(tǒng)控制器進行編程以確定在所述多個ECM之間是否存在尋址沖突，并且進一步對其進行編程以便為具有尋址沖突的那些ECM重新分配地址。
在另一方面，提供一種用于電機控制系統(tǒng)的系統(tǒng)控制器。所述系統(tǒng)控制器包括處理器，被配置以與多個以通信方式耦合到其的電子換向電機(ECM)通信，每個ECM以多個地址中的一個而被配置。對所述處理器進行編程以便將消息發(fā)送到多個地址；接收對所發(fā)送的消息的響應；通過所述響應確定是否存在與多個ECM相關的尋址沖突；以及發(fā)送消息，以便為下述ECM重新分配地址，所述ECM的地址在接收的響應中被指示有尋址沖突。


圖1是多電機系統(tǒng)的框圖，電機的操作由系統(tǒng)控制器來控制。
圖2是并入圖1的電機的接口電路的示意圖。
圖3是在圖1的電機與系統(tǒng)控制器之間的通信協(xié)議的示圖。
圖4是系統(tǒng)控制器與一個或多個電機之間的命令的示圖，所述命令涉及對電機地址的改變。
圖5是示出在多電機系統(tǒng)中解決地址沖突的方法的流程圖。
具體實施例方式
例如電子換向電機(ECM)的電機是網絡的一部分，它們典型地被分配地址。將各個地址分配給網絡中的每個電機的處理允許系統(tǒng)控制器與采用通信總線的每個單獨的電機通信。一種已知的分配電機地址的方法在于并入對于每個電機的小型開關的陣列，所述開關的組合確定電機的地址。然而，由于必須在安裝之前手動地設置每個電機地址，所以所述設置電機地址的機械方法并不令人滿意。同時，必須謹慎地管理每個電機地址的獨特性。這里所述的用于以電子方式分配和更新電機地址的方法和系統(tǒng)允許在不考慮電機初始地址設置的情況下安裝或替換電機。
圖1是包括系統(tǒng)控制器12的多電機系統(tǒng)10的框圖，所述系統(tǒng)控制器12可操作為自動檢測和解決電機地址沖突。如圖所示，多電機系統(tǒng)10還包括多個電子換向電機20、22和24，它們驅動各自的風機30、32和34。如本領域技術人員所理解的，多電機系統(tǒng)10可并入驅動風機的附加電機或用于其它目的的電機，多電機系統(tǒng)10的三電機/風機配置僅被看作示例。
由系統(tǒng)控制器12通過電機20、22和24中的每一個之內的光學隔離的信號接口來整體控制電機20、22和24的操作，從而控制風機30、32和34的操作。在一實施例中，將以下參照圖2描述的信號接口配置為容許采用總線40在系統(tǒng)控制器12與電機20、22和24內的微控制器之間進行串行通信。將系統(tǒng)控制器12配置為總線40的主設備，并且電機20、22和24僅響應于從系統(tǒng)控制器12接收的命令。更具體地說，系統(tǒng)控制器12發(fā)起所有事務處理，并且電機20、22和24僅響應于系統(tǒng)控制器12。
在圖1中沒有示出的一實施例中，用于與系統(tǒng)控制器12的串行通信的協(xié)議包括擴展它的應用范圍的屬性。更具體地說，還可將風機30、32和34連接到系統(tǒng)控制器12，作為建筑自動化總線的一部分。為了允許多個單元串行連接到系統(tǒng)控制器12，采用能夠允許向多個電機以及從單個電機進行傳信的接口電路。
圖2是并入電機20、22和24的光學隔離的信號接口50的示意圖，所述信號接口50可選地是在風機30、32和34(全部在圖1中示出)內。光學隔離的信號接口50提供允許在如圖1所示的系統(tǒng)控制器12與多個電機之間進行通信的機制?，F在參照信號接口50，發(fā)送節(jié)點Tx(ecm)連接到電機的微控制器(未示出)的USART輸出，接收節(jié)點Rx(ecm)連接到所述微控制器的USART輸入。開始于Tx(ecm)并結束于TxOUT(ecm)的信號路徑包括用于由電機發(fā)送的消息的發(fā)送電路，開始于RxIN(ecm)并到達Rx(ecm)的信號路徑包括用于由電機接收的消息的接收電路。所述兩個電路共享公共節(jié)點(Com)，或返回以減少接口50內的線纜的數量。
當系統(tǒng)控制器12開始將消息發(fā)送到電機之一時，將RxIN設置為相對于公共節(jié)點的正電壓，例如，12伏。流入U1的射極二極管的電流通過R28和R37來限制，并通過R34來建立最小電流閾值。U1的輸出晶體管連接到反向放大器Q2，從而當向RxIN供能時，Q2關閉，在Rx(ecm)的電壓下降到零。
當電子換向電機的微控制器響應于接收的消息時，Tx(ecm)成為地電位，開啟Q3并提供電流通過U2的發(fā)射二極管。U2的輸出晶體管連接到反向放大器Q26，從而當向U2供能時，Q26關閉并允許基極電流流入反向器Q1，其將電流排入Com。由位于系統(tǒng)控制器12內的外部電路來確定進入管腳TxOUT(ecm)的電流。由于當電機沒有在發(fā)送時Q1處于關閉狀態(tài)，所以可按照多支路總線配置來連接多個電機。在可選實施例中，用不同的參考節(jié)點，而不是所述的公共節(jié)點(Com)來配置發(fā)送和接收電路。
電阻器R6和R7從Vcc為晶體管Q26和Q1提供基極驅動電流，所述Vcc連接到由系統(tǒng)控制器12提供的正DC電壓源。因此，在所述配置中，需要四條線纜將一個或多個電機連接到系統(tǒng)控制器12。在可選實施例中，將Vcc連接到TxOUT，并且僅需要三條線纜來使一個或多個電機與系統(tǒng)控制器12互連。在所述實施例中，將系統(tǒng)控制器12中的電路配置為容許三條線纜配置。
在特定實施例中，將一串8比特字節(jié)組合為定義的消息序列。系統(tǒng)控制器12產生命令，并且消息序列被發(fā)送到在特定地址(包含在消息序列中的地址)的電機。所述電機隨后發(fā)送響應，例如，在100毫秒內發(fā)送。
圖3是用于圖1的多電機系統(tǒng)10的消息包結構的示例實施例的示圖。每個消息序列或包包括代表以下內容中的一個或多個的字節(jié)前導或消息包的類型、包的長度、協(xié)議版本、消息被發(fā)送到的地址、包括命令的可變長度字節(jié)序列、以及諸如校驗和的兩個字節(jié)檢錯信息。以回車來結束消息序列。在所述實施例中，每個消息100在其中包含稱為協(xié)議版本(PVER)的字節(jié)，其代表由發(fā)送者使用的消息協(xié)議的修訂版級別。遵守消息100的協(xié)議的消息發(fā)送者是系統(tǒng)控制器，或者可選地，是響應于來自消息控制器的消息的電機。修訂版級別數據的一個功能在于在提供允許有不同修訂版的消息序列共存于終端應用中的機制的同時，允許將命令設置為隨著產品系列的成熟而擴展。
會引起修訂版兼容性問題的一個示例包括包含一個電機和一個系統(tǒng)控制器的系統(tǒng)，其中，一個或另一個出現故障時，用較新的版本來替換故障部件。具有較新版本的部件檢測另一個的修訂版級別，并隨之使用較早的協(xié)議來進行通信。在另一示例中，包含全部連接到一條數據總線的多個電機和一個控制器的系統(tǒng)具有不同修訂版級別的電機。如果任何電機具有的級別高于系統(tǒng)控制器正使用的級別，則所述電機將它們自身限制到較低版本。如果系統(tǒng)控制器檢測到具有較低修訂版協(xié)議的電機，則其對所有電機使用較低級別，或者僅對所述電機使用較低級別(應注意，對于所述兩種方式的通信需要尋址單個電機)。
在一特定實施例中，用于系統(tǒng)控制器與以通信方式耦合到電機控制器的一個或多個電機之間的通信的消息協(xié)議規(guī)定每個電機具有8比特地址，其如消息100中所示被使用。在所述特定實施例中，預留所述地址中的兩個，即，255用于新的未配置的(仍未尋址的電機)，0用于廣播地址，剩下253個獨特的電機地址。在兩個或更多電機被配置為具有相同地址的示例中，由系統(tǒng)控制器發(fā)送到所述地址的命令包含多個響應。所述情況出現在兩個或更多未配置的電機被置于系統(tǒng)內的服務中時?；蛘?，所述情況出現在帶有先前存在的地址的電機被置于系統(tǒng)內的服務時，在所述系統(tǒng)中，已經用相同地址配置了另一電機。
當由系統(tǒng)控制器從電機接收到對由系統(tǒng)控制器發(fā)送的命令的響應時，所述響應隨機地分布于100毫秒窗口內。由于電機每100毫秒都處理并響應于接收的命令，并且所述響應沒有彼此同步，所以會出現所述隨機分布。在更可能出現的情況中，來自具有相同地址的電機的響應相沖突，并且由于在帶有校驗和的情況下發(fā)送消息，所以沖突幾乎一定會造成無效校驗和。因此，如果系統(tǒng)控制器接收到多個有效消息或一個非完整或無效消息，則系統(tǒng)控制器將消息送往的地址具有尋址沖突。
可附帶地檢測沖突，或者，可通過單獨的枚舉過程來檢測沖突，在枚舉過程中，系統(tǒng)控制器系統(tǒng)地測試每個地址的狀態(tài)。在某個點上，系統(tǒng)控制器至少具有具有沖突的地址的部分列表以及空閑(未使用)地址的部分列表。一旦系統(tǒng)控制器產生所述列表，則其可將帶有沖突地址的電機改址到未使用地址。
現在參照圖4，在特定實施例中，將系統(tǒng)控制器12(圖1中所示的)配置為采用設置地址命令120，其可操作以將在地址x(ADDR)的任何電機的地址改變?yōu)榈刂穣(ADDN)。發(fā)送響應消息130，例如，在地址x的電機響應于其接收的設置地址命令120而發(fā)送所述消息。因此，可將系統(tǒng)控制器12配置為采用設置地址條件命令140，其將對于在地址x(ADDR)的電機進行相同的地址改變，但是，使用這一命令的成功取決于在電機微控制器中的計數器比特的狀態(tài)。由接收命令140的電機發(fā)送響應消息150，并且具有在允許地址改變的狀態(tài)下的計數器比特。
基于計數器比特的狀態(tài)，設置地址條件命令140具有接近50％的改變電機地址的成功率。為了解決尋址沖突，系統(tǒng)控制器12將設置地址條件命令140發(fā)送到所述地址，已將具有沖突地址的所有電機移動到空閑地址?；谟嫈灯鞅忍貭顟B(tài)，平均說來，大約一半的電機將被改址。采用計數器比特是因為它是隨機的一比特數的方便來源。在一實施例中，能夠以這種方式來采用計數器比特，這是因為計數器以如下的速率來進行計數，所述速率比控制器12與系統(tǒng)內的各個電機之間的消息傳送速率快多個數量級。另外，計數器比特沒有與系統(tǒng)控制器12同步，因此，關于這里所述的應用，計數器比特用作并且可被稱為隨機比特。還考慮隨機比特的其它來源。
還將系統(tǒng)控制器12配置為測試舊的地址或新的地址以查看結果。如果結果是在先前沖突的地址留有一個電機，也就是說，一個電機響應于系統(tǒng)控制器，則所述特定地址被清除。如果沒有電機作出響應，則將所述地址添加到空閑(未使用)地址的列表。如果尋址沖突仍舊存在(兩個電機在相同的邏輯電平具有那樣的計數器比特)，則重復所述處理。通過反復地將沖突電機移動到已知的空閑地址，并測試以確保已經重新分配電機地址，最終，系統(tǒng)內的所有電機將以獨特的地址來配置。
圖5是使用上述電路和消息協(xié)議來解決尋址沖突的方法的流程圖200。參照流程圖200，將例如配置消息的命令從系統(tǒng)控制器發(fā)送到(202)一地址。系統(tǒng)控制器基于接收的響應或者缺少接收的響應的情況來確定所述地址的狀態(tài)(204)。
重復發(fā)送和確定步驟，以創(chuàng)建具有沖突的地址和沒有使用的地址的表(206)。系統(tǒng)控制器隨后使用作為示例的設置地址條件命令140將命令發(fā)送到一個或多個沖突地址(208)，將所述電機重新分配到未使用地址。在發(fā)送命令以重新分配電機地址(208)之后，系統(tǒng)控制器隨后確定任何地址是否仍具有沖突(210)。如上所述，如果狀態(tài)比特沒有處于允許電機改變它的地址的狀態(tài)，則某些電機不會響應于設置地址條件命令140。如果沒有發(fā)現沖突，則處理結束，系統(tǒng)控制器能夠單獨地尋址系統(tǒng)中的每個電機。
然而，如果尋址沖突仍舊存在，則重復發(fā)送和確定步驟以重新創(chuàng)建具有沖突的地址以及沒有使用的地址的表(206)。系統(tǒng)控制器隨后使用作為示例的設置地址條件命令140將命令發(fā)送到一個或多個沖突地址，將所述電機重新分配到未使用地址(208)。考慮上述狀態(tài)比特的狀態(tài)來重復所述反復處理，直到系統(tǒng)中的所有電機被分配獨特的地址。
上述系統(tǒng)、協(xié)議和方法向用戶提供對于與將電機添加到多電機控制系統(tǒng)中相關的問題以及與在所述系統(tǒng)中替換損壞單元相關的問題的簡單解決方案。具體說來，一旦如上所述解決尋址沖突，則系統(tǒng)控制器能夠在正常操作期間將設置(例如，操作特征)從系統(tǒng)控制器下載到各個電機。這樣，替換單元在被置于所述系統(tǒng)內的服務中之前不需要被編程。進一步的結果為，當以通信方式耦合的電機從系統(tǒng)控制器接收到它們的配置數據時，需要常備較少類型的替換單元。
如上所述，住宅用、商用或工業(yè)用HVAC系統(tǒng)可包含多個電子換向電機，例如，室內風機、室外冷凝器風扇和燃燒器氣流葉輪。用于電子換向電機的其它應用包括清潔室過濾系統(tǒng)，其中，許多風機/過濾單元在天花板布置中，以及包括對于高層建筑的可變空氣容積箱。在所有這些應用中，當通過中央控制器來配置電機并且該電機響應于所述中央控制器時，控制電子換向電機的操作的上述方法和系統(tǒng)提供安裝和服務方面的優(yōu)點，其中，所述中央控制器控制與多個單元的控制相關的扇出成本。
盡管參照各個特定實施例描述了本發(fā)明，但是本領域的技術人員將認識到在權利要求的精神和范圍內，可通過修改來實施本發(fā)明。
權利要求
1.一種用于解決以通信方式耦合到系統(tǒng)控制器的多個電子換向電機之間的尋址沖突的方法，所述方法包括將命令從系統(tǒng)控制器發(fā)送到一地址；基于在系統(tǒng)控制器接收的響應或缺少所述響應的情況，確定所述地址的狀態(tài)；重復所述發(fā)送和確定步驟，以確定哪些地址沒有被使用以及哪些地址指示尋址沖突的存在；以及如果狀態(tài)指示一個或多個地址具有沖突，則從系統(tǒng)控制器發(fā)送消息以將所述多個電機中的至少一個的地址重新分配到未使用地址。
2.如權利要求1所述的方法，其中，確定地址的狀態(tài)的步驟包括在系統(tǒng)控制器從具有相同地址的多個電機接收無響應消息、多個有效電機響應消息、一個或多個非完整電機響應消息以及電機響應消息內的無效校驗和中的至少一個；以及確定地址是否具有沖突或者地址是否是未使用地址。
3.如權利要求1所述的方法，其中，確定地址的狀態(tài)的步驟還包括維護未使用地址的表和具有沖突的地址的表。
4.如權利要求1所述的方法，還包括將消息發(fā)送到未使用地址，以確定電機是否已經成功移動到所述地址。
5.如權利要求1所述的方法，還包括基于電機的微控制器內的隨機比特的狀態(tài)，將在具有沖突的地址的多個電機中的至少一個的地址重新分配到未使用地址。
6.一種電機控制系統(tǒng)，包括系統(tǒng)控制器；以及以通信方式耦合到所述系統(tǒng)控制器的多個電子換向電機(ECM)，每個ECM被分配一地址，對所述系統(tǒng)控制器進行編程以確定在所述多個ECM之間是否存在尋址沖突，并且為具有尋址沖突的那些ECM重新分配地址。
7.如權利要求6所述的電機控制系統(tǒng)，其中，所述ECM均包括以隨機比特配置的微控制器，所述隨機比特的狀態(tài)指示是否能夠改變所述ECM的地址。
8.如權利要求7所述的電機控制系統(tǒng)，其中，將所述系統(tǒng)控制器配置為發(fā)送尋址到具有地址沖突的所述ECM的消息，根據所述隨機比特的狀態(tài)，所述消息指示所述ECM將其地址改變?yōu)榘谒鱿鹊男碌牡刂贰?br> 9.如權利要求6所述的電機控制系統(tǒng)，其中，將所述系統(tǒng)控制器配置為反復地確定在所述多個ECM之間是否存在尋址沖突，并為具有地址沖突的那些ECM重新分配地址，直到確定在所述多個ECM之間沒有尋址沖突。
10.如權利要求6所述的電機控制系統(tǒng)，其中，將所述系統(tǒng)控制器配置為確定哪些地址是未使用的，并將消息發(fā)送到具有尋址沖突的所述ECM，從而將那些所述ECM重新分配到未使用的地址。
11.如權利要求6所述的電機控制系統(tǒng)，其中，將所述系統(tǒng)控制器配置為維護未使用地址的表和具有沖突的地址的表。
12.如權利要求6所述的電機控制系統(tǒng)，還包括以通信方式耦合到所述系統(tǒng)控制器的至少一個風機，每個風機被分配一地址，對所述系統(tǒng)控制器進行編程以便確定在所述多個ECM與所述至少一個風機之間是否存在尋址沖突；以及為具有尋址沖突的那些ECM和風機重新分配地址。
13.如權利要求6所述的電機控制系統(tǒng)，還包括串行接口，用于以通信方式將所述系統(tǒng)控制器耦合到所述電機。
14.一種用于電機控制系統(tǒng)的系統(tǒng)控制器，所述系統(tǒng)控制器包括處理器，被配置以與以通信方式耦合到其的多個電子換向電機(ECM)通信，每個ECM以多個地址中的一個而被配置，所述處理器被編程以便將消息發(fā)送到所述多個地址；接收對所發(fā)送的消息的響應；通過所述響應確定是否存在與所述多個ECM相關的尋址沖突；以及發(fā)送消息，以便為下述ECM重新分配地址，所述ECM的地址在接收的響應中指示有尋址沖突。
15.如權利要求14所述的系統(tǒng)控制器，其中，所述處理器還被編程，以便向所述多個地址發(fā)送消息并從所述多個地址接收消息，直到通過響應確定不存在尋址沖突。
16.如權利要求16所述的系統(tǒng)控制器，其中，所述處理器還被編程，以便維護未使用地址的表和具有沖突的地址的表。
17.如權利要求16所述的系統(tǒng)控制器，其中，為了發(fā)送消息以重新分配地址，所述處理器被配置為發(fā)送下述消息，所述消息將所述ECM的地址從具有沖突的地址改變?yōu)槲词褂玫刂贰?br> 18.如權利要求17所述的系統(tǒng)控制器，其中，所述處理器被配置為將消息發(fā)送到未使用地址；以及基于接收的消息確定一個或多個ECM是否已經成功移動到所述地址。
19.如權利要求17所述的系統(tǒng)控制器，其中，所述處理器被編程以便反復地發(fā)送和接收消息以確定尋址沖突的存在；以及發(fā)送消息以便為具有尋址沖突的ECM重新分配地址，直到通過接收的消息的內容確定已經解決了所有的尋址沖突。
20.如權利要求14所述的系統(tǒng)控制器，其中，發(fā)送到所述多個地址以及從所述多個地址接收的消息包括涉及協(xié)議版本的數據，所述系統(tǒng)控制器被配置為使得發(fā)送的消息適應于基于包括在接收的消息中的最早協(xié)議版本數據的協(xié)議。
全文摘要
描述了一種用于解決多個以通信方式耦合到系統(tǒng)控制器的電子換向電機之間的尋址沖突的方法。所述方法包括將命令從系統(tǒng)控制器發(fā)送到地址并基于在系統(tǒng)控制器接收的響應或缺少所述響應的情況，確定所述地址的狀態(tài)。所述方法還包括重復發(fā)送和確定步驟，以確定哪些地址沒有被使用以及哪些地址指示尋址沖突的存在；以及如果狀態(tài)指示一個或多個地址具有沖突，則從系統(tǒng)控制器發(fā)送消息以將所述多個電機中的至少一個的地址重新分配到未使用地址。
文檔編號G05B15/02GK101030745SQ200710005318
公開日2007年9月5日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權日2006年2月23日
發(fā)明者布萊恩·L·貝福斯 申請人:雷加爾-貝洛伊特公司