DE202019000228U1 - Universal device for building automation applications - Google Patents
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Abstract
Ein universelles eigenständiges Gerät, welches mehr als eine Gebäudeautomatisierungsanwendung, worunter auch Überwachungs- und Smart-Metering Anwendungen zählen, in einem Gerät vereint und ohne Verbindung zu einem zentralen Gateway oder Netzwerkgerät funktionsfähig ist und sich hierbei mindestens ein benötigter Sensor, die Verarbeitungslogik und mindestens ein Aktor, der direkt einen elektrischen Verbraucher steuert, im selben Gerät und Gehäuse befindet.
Hierbei wird eingeschränkt, dass diese verschiedenen Gebäudeautomatisierungsanwendungen, die das Gerät bewältigen kann, untereinander artfremd sein können, z.B. Licht- und Heizungssteuerung.
A universal stand-alone device that combines more than one building automation application, including monitoring and smart metering applications, in one device and works without connecting to a central gateway or network device with at least one required sensor, processing logic, and at least one Actuator that controls directly an electrical consumer, located in the same device and housing.
This limits the fact that these various building automation applications that the device can handle can be alien to each other, eg lighting and heating control.
Description
Die Erfindung betrifft ein universelles dezentrales Gebäudeautomatisierungsgerät auch „Smart-Home-Gerät“ genannt. Solche Geräte werden zum Steuern von Geräten und Haustechnik im Rahmen der Gebäudeautomatisierung eingesetzt.The invention relates to a universal decentralized building automation device also called "smart home device". Such devices are used to control devices and home automation in the context of building automation.
Der aktuelle Stand der Technik kennt verschiedene Gebäudeautomatisierungsanwendungen, wie vernetzte Geräte zur Lichtsteuerung, Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensteuerung, vernetzte Messgeräte zur Erfassung von Verbrauchswerten (Wasser, Strom, Wärme, Gas etc.), intelligente Haushaltsgeräte (Fernseher, Lautsprecher, Waschmaschinen etc.) und Sensoren zur Erfassung von Umweltwerten (Temperatur, Helligkeit, Luftqualität, Luftdruck, Präsenzerkennung).The current state of the art knows various building automation applications, such as networked devices for lighting control, heating, ventilation and air conditioning control, networked meters for recording consumption values (water, electricity, heat, gas, etc.), intelligent home appliances (TVs, speakers, washing machines, etc .) and sensors for recording environmental values (temperature, brightness, air quality, air pressure, presence detection).
Zur Erreichung gängiger Gebäudeautomatisierungslösungen (Heizungs-, Lichtsteuerung, Überwachungsaufgaben) werden im aktuellen Stand der Technik eine Vielzahl von verschiedenen Geräten (Server, Sensoren, Aktoren) eingesetzt.To achieve common building automation solutions (heating, lighting control, monitoring tasks) a variety of different devices (servers, sensors, actuators) are used in the current state of the art.
Die Vernetzung über Funk oder Kabel, die Stromversorgung mittels Kabel oder Batterien und die Wartung vieler einzelner Geräte ist aufwendig und teuer.The networking via radio or cable, the power supply by means of cables or batteries and the maintenance of many individual devices is complicated and expensive.
Einer größeren Verbreitung von Gebäudeautomatisierungssystemen stehen die hohen Gesamtkosten, Wartungs- Verwaltungsaufwand entgegen.A greater spread of building automation systems is opposed by the high total costs, maintenance overhead.
Der Installationsaufwand für ein vollständiges Gebäudeautomatisierungssystem lohnt sicher daher oft nicht für kleinere Wohneinheiten.The installation effort for a complete building automation system is therefore often not worthwhile for smaller units.
Gebäudeautomatisierungssysteme die über eine größere Fläche, oder mehrere. Etagen hinweg aufgebaut sind, haben systembedingte Einschränkungen hinsichtlich der Reichweite, da alle Geräte über einen zentralen Gateway bzw. Server kommunizieren und die Entfernungen für einige Übertragungsstandards zu groß sind. Vor allem batteriebetriebene Geräte nutzen häufig extrem sparsame Funkstandards (z.B. Bluetooth LE) mit stark eingeschränkter Reichweite und daraus resultierenden Verbindungsproblemen bereits im Einfamilienhausumfeld.Building automation systems covering a larger area, or more. Floors have systemic limitations on reach, as all devices communicate via a central gateway or server and the distances are too large for some transmission standards. Battery-powered devices, in particular, often use extremely economical radio standards (for example Bluetooth LE) with a very limited range and resulting connection problems even in a single-family home environment.
Die bekannten Steuergeräte bzw. Server sind üblicherweise in Schaltschränken oder Aufstellgeräten untergebracht, die dann mit Sensoren, Schaltern oder Aktoren verbunden sind.The known control devices or servers are usually housed in cabinets or set-up devices, which are then connected to sensors, switches or actuators.
Viele Funksensoren werden, um Installationsaufwand zu verringern, über Batterien oder Akkumulatoren mit Energie versorgt. Im Umkehrschluss bedeutet das langfristig höheren Wartungsaufwand.Many wireless sensors are powered by batteries or accumulators to reduce installation costs. Conversely, this means longer-term maintenance.
Sensoren und Schalter werden aber auch in handelsübliche Unterputzdosen eingebaut oder die Geräte sind zur Wandmontage ausgelegt.Sensors and switches are also installed in commercially available flush-mounted boxes or the devices are designed for wall mounting.
Unterputzdosen haben in Europa typischerweise einen Innendurchmesser von 60 mm und eine Tiefe von mindestens 40 mm.Flush-mounted boxes typically have an inside diameter of 60 mm and a depth of at least 40 mm in Europe.
Stand 2018 werden 80 - 90 % der neugebauten Häuser mit Fußboden-, Wand- oder Decken Heizungs- bzw. Klimaanlagen ausgerüstet. Diese Häuser verfügen fast immer über Unterputzdosen in Sichthöhe mit integrierter Stromversorgung (Wechselspannung oder Gleichspannung) und optionalen Datenleitungen. Eine Einzelraumregelung von Heizungsanlagen ist in vielen EG Staaten im Baurecht vorgeschrieben.As of 2018, 80-90% of newly built houses will be equipped with floor, wall or ceiling heating or air conditioning systems. These houses almost always have flush-mounted boxes at eye level with integrated power supply (AC or DC) and optional data lines. A single room control of heating systems is required in many EC states in building law.
Die bekannten Steuergeräte lösen bereits eine Vielzahl an unterschiedlichen Automatisierungsaufgaben, wie Licht und Heizungssteuerungen, aber sie passen entweder nicht in eine einzige handelsübliche Unterputzdose und Sie benötigen weitere externe Geräte (Server, Sensoren, Aktoren).The known control units already solve a variety of different automation tasks, such as light and heating controls, but they either do not fit into a single commercially available flush-mounted box and you need more external devices (servers, sensors, actuators).
Bekannte Stand-Alone-Lösungen sind derzeit nur für konkrete Anwendungen (z.B. Smart-Home Thermostat) verfügbar.Known stand-alone solutions are currently available only for specific applications (e.g., smart home thermostat).
Die „typische“ Unterputzdose der Einzelraumregelung liegt im optimalen Bereich (1,5m Höhe, in jedem Raum zentral in Türnähe) zur Nutzung als Unterbringungsort eines kompakten Smart-Home Geräts.The "typical" flush-mounted box of the individual room control is in the optimum range (1.5 m height, in each room centrally near the door) for use as a place of accommodation of a compact smart home device.
Ein weiteres großes Problem im aktuellen Stand der Technik ist eine höhere Ausfallwahrscheinlichkeit gegenüber konventionellen Steuerungstechniken und Sicherheitsbedenken seitens der Endanwender.Another major problem in the current state of the art is a higher probability of failure compared to conventional control techniques and security concerns on the part of the end user.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bekannte Nachteile des Stand der Technik zu mindern und die Kosten zu reduzieren.The object of the invention is to reduce known disadvantages of the prior art and to reduce costs.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Schutzansprüche gelöst.The object is achieved with the features of the claims.
Die Erfindung ist ein Steuergerät welches zum Ziel hat, alle typischen raumweise wiederkehrenden Automatisierungsanwendungen mit einem Einzelgerät, unter Verzicht auf externe Sensoren, Benutzerinterfaces, Gateways, Aktoren, Server bzw. Kontrolleinheiten umzusetzen.The invention is a control device which has the goal to implement all typical space-wise recurring automation applications with a single device, waiving external sensors, user interfaces, gateways, actuators, servers or control units.
Zu den wiederkehrenden Automatisierungsanwendungen gehören u.a.:
- - Einzellraumregelung der Heizungs-, Lüftungs-, Klimasteuerungsaufgaben
- - Lichtsteuerung
- - Rollladensteuerung
- - Ambiente-Lichtsteuerung
- - Präsenzerkennung, Indoor-Positioning System
- - Präsenzvortäuschung (Einbruchschutz)
- - Überwachung (Surveillance-System mit integrierter Kamera und Anzeige externer Kameras)
- - Geräuscherkennung / Spracherkennung
- - Smart-Metering, Leistungsmessung angschlossener Verbraucher bzw. Stromverbrauch des Raumes
- - Sicherheit (Alarmsystem, Brandmelder, Gasmelder, Feuchtigkeitsmelder, Fenster-/Türauswertung)
- - optisches und akustisches Meldesystem
- - Aufzeichnung von Sensordaten zu Statistik-, Auswertung- und Beweiszwecken
- - interaktive Anzeige zu Unterhaltungszwecken (digitalter Bilderrahmen)
- - Statusdisplay
- - interne Kommunikation, Kommunikation mit Außen (Tür/Klingel, Wechselsprechsystem)
- - Single room control of heating, ventilation, climate control tasks
- - Lighting control
- - Roller shutter control
- - Ambient light control
- - Presence detection, indoor positioning system
- - Presidential fake (burglary protection)
- - Surveillance (surveillance system with integrated camera and display of external cameras)
- - Noise detection / Speech recognition
- - Smart metering, power measurement of connected consumers or electricity consumption of the room
- - Security (alarm system, fire detector, gas detector, moisture detector, window / door evaluation)
- - optical and acoustic reporting system
- - Recording of sensor data for statistical, evaluation and proof purposes
- - interactive display for entertainment purposes (digital picture frame)
- - Status display
- - internal communication, external communication (door / bell, intercom system)
Das erfindungsgemäße Gerät gibt den Anwendungsbereich aber nicht vor, sondern ist so ausgestaltet, dass sich auch untypische Automatisierungsanwendungen lösen lassen. Es soll universell einsetzbar sein. Die Recheneinheiten können individuell programmiert werden, so dass auf beliebige Sensorwerte, externe Daten oder Benutzereingaben beliebige Aktionen ausgeführt werden können.However, the device according to the invention does not specify the field of application, but is designed in such a way that atypical automation applications can also be solved. It should be universally applicable. The arithmetic units can be programmed individually, so that any actions can be performed on any sensor values, external data or user input.
Die typischen wiederkehrenden Automatisierungsaufgaben erfordern Sensoren, Schalter und Aktoren, welche im Stand der Technik mehrere Einzelgeräte pro Raum notwendig machen.The typical recurring automation tasks require sensors, switches and actuators, which in the prior art make several individual devices per room necessary.
Zur Reduzierung des Installationsaufwand eines Smart-Home-Systems werden im erfindungsgemäßen Gerät die notwendigen Sensoren, Verarbeitungseinheiten (Prozessoren), Stromversorgung, E-A-Geräte zur Benutzerinteraktion, Schnittstellen und Aktoren (meint Relais, Dimmer, Thyristosteller o.ä.), welche zusammen ein komplett eigenes universelles Smart-Home-System bilden können, in einem Gehäuse integriert.To reduce the installation cost of a smart home system in the device according to the invention, the necessary sensors, processing units (processors), power supply, EA devices for user interaction, interfaces and actuators (means relay, dimmer, thyristor, etc.), which together can form its own universal smart home system, integrated in a housing.
Das Gerät ist voll funktionsfähig ohne ein externes Gateway oder Server.The device is fully functional without an external gateway or server.
Auch wenn vereinzelt mehr Sensoren notwendig sind (z.B. Außentemperatursensor, Gasverbrauchsmessung) reduziert sich der Installationsaufwand des Gesamt-Gebäudeautomatisierungssystems mit dem erfindungsgemäßen Gerät stark. Vor allem in kleinen Wohnungen und Häusern (EFH, ZFH) reduzieren sich dadurch Installationskosten signifikant. Bereits mit einem Einzelgerät lassen sich umfangreiche Steuerungsaufgaben lösen.Although occasionally more sensors are necessary (for example, outside temperature sensor, gas consumption measurement), the installation cost of the overall building automation system with the device according to the invention is greatly reduced. This reduces installation costs significantly, especially in small apartments and houses (EFH, ZFH). Already with a single device can solve extensive control tasks.
Das erfindungsgemäße Gerät zeichnet sich dadurch aus, dass es als Drop-In-Replacement für ein Wandthermostat (genutzt im Rahmen der Einzellraumregelung) ausgeführt ist.The device according to the invention is characterized in that it is designed as a drop-in replacement for a wall thermostat (used in the context of single-room control).
Die Position ist prädestiniert für weitere raumbezogene Steuerungsaufgaben, wie Klimaanlagensteuerung, Rollladensteuerung oder Lichtsteuerung. Gleichzeitig ist das Gerät mit einem berührungssensitivem Display ausgestattet um aktuelle Zustände anzuzeigen und Benutzereingaben aufzunehmen.The position is predestined for further room-related control tasks, such as air conditioning control, roller shutter control or lighting control. At the same time, the device is equipped with a touch-sensitive display to indicate current states and record user input.
Es kann durch die Bauform aber auch in die Dose eines handelsüblichen Unterputzschalters, Steckdose o.ä. eingebaut werden.It can by the design but also in the box of a commercial flush-mounted switch, socket or similar. to be built in.
Das erfindungsgemäße Gerät ist in der Lage beliebige elektrische Verbraucher, ebenso wie netzwerkfähige „smarte“ Verbraucher anzusteuern. Hierzu befinden sich im Gerät selbst Aktoren (Relais, Dimmer, Thyristor o.ä.) zum Ansteuern von Heizungsstellgliedern, Motoren, Lampen, Lüfter etc., Schnittstellen (KNX, CAN-Bus, RS485, TTL, WLan, Bluetooth, proprietäre 433/868/915Mhz Funkmodule) zum Ansteuern von „smarten“ Geräten, Aktoren, Schaltern , Sensoren oder Haushaltsgeräten und konventionellen Steuerausgängen (Analogausgang , PWM-Ausgang, Digitalausgang).The device according to the invention is able to control any electrical consumers, as well as network-capable "smart" consumers. Actuators (relays, dimmers, thyristors, etc.) are located in the device for controlling heating actuators, motors, lamps, fans, etc., interfaces (KNX, CAN bus, RS485, TTL, WLAN, Bluetooth, proprietary 433 / 868 / 915Mhz radio modules) for controlling "smart" devices, actuators, switches, sensors or household appliances and conventional control outputs (analog output, PWM output, digital output).
Das erfindungsgemäße Gerät verfolgt einen dezentralen Ansatz. Es führt die lokalen Steuerungsaufgaben, soweit möglich, im dezentralem typischerweise „raumweisen“ Unternetzwerk aus. Es dient als lokaler Server bzw. Gateway für „smarte“ Geräte im „nahen“ Umfeld und ist ausgerichtet auf die Verknüpfung zu gleichartigen erfindungsgemäßen Geräten in anderen Bereichen/Räumen, um z.B. Raumübergreifende Automatisierungsaufgaben zu lösen. Hierdurch wird die Fehleranfälligkeit der raumweise-wiederkehrenden Automatisierungsaufgaben stark reduziert, da jeder Raum bzw. Abschnitt sein eigenes unabhängiges „Smart-Home-Unternetzwerk“ ausbildet und bei Ausfall eines Unternetzwerk andere Unternetzwerke nicht betroffen sind.The device according to the invention follows a decentralized approach. It carries out the local control tasks, as far as possible, in the decentralized, "spatially" subnetwork. It serves as a local server or gateway for "smart" devices in the "near" environment and is aimed at linking to similar devices of the invention in other areas / spaces, e.g. To solve space-spanning automation tasks. This greatly reduces the susceptibility to error of the room-by-room repetitive automation tasks, since each room or section forms its own independent "smart home subnetwork" and other subnetworks are not affected if one subnetwork fails.
Eine Zusammenführung aller dezentralen erfindungsgemäßen Geräte auf einem Server ist möglich und gewollt. Denkbar ist z.B. ein Kommunikationsmodul im Betriebssystem des erfindungsgemäßen Geräts, welches separat mit einem zentralen Server (z.B. KNX, Openhab, FHEM Server) kommuniziert. Der „zentrale Server“ kann hierbei auch ein erfindungsgemäßes Gerät sein, da dieses über die notwendigen Komponenten verfügt. Bei Ausfall des deklarierten „Hauptservers“ sind technisch bereits bekannte Fail-Over-Lösungen umsetzbar.A combination of all decentralized devices according to the invention on a server is possible and wanted. It is conceivable, for example, a communication module in the operating system of the device according to the invention, which separately with a central Server (eg KNX, Openhab, FHEM Server) communicates. The "central server" can also be an inventive device, since this has the necessary components. If the declared "main server" fails, technically known fail-over solutions can be implemented.
Durch die Komprimierung von vielen Netzwerkkomponenten im erfindungsgemäßen Gerät sinkt die Gesamtnetzwerklast (Buslast) und und „Funklast“, welches die Gesamtstabilität des Smart Home Netzwerk verbessert.The compression of many network components in the device according to the invention reduces the overall network load (bus load) and "radio load", which improves the overall stability of the smart home network.
Die erfindungsgemäßen Geräte lassen sich über diverse Funk- und kabelgebundene Schnittstellen (W-Lan, Bluetooth, CAN-Bus, KNX-Bus, RS485, TTL/Seriell, proprietäre Funkverbindung auf 433/868/915Mhz) untereinander verbinden. Reichweitenprobleme können umgangen werden, da jedes erfindungsgemäße Gerät die Reichweite des Gesamtsystems erhöht (Repeaterfunktion).The devices according to the invention can be interconnected via various wireless and wired interfaces (W-Lan, Bluetooth, CAN bus, KNX bus, RS485, TTL / serial, proprietary radio connection to 433/868/915 MHz). Range problems can be circumvented because each device according to the invention increases the range of the overall system (repeater function).
Die Verbindung zur Außenwelt (Internet, abwesender Nutzer) kann über die integrierte W-LAN Schnittstelle ggf. auch LAN-Verbindung hergestellt werden. Sollte kein lokaler Internetzugriff verfügbar sein, kann eine Weiterentwicklung des Gerätes über ein GSM/2G/3G/LTE Funkmodul direkt Verbindung zum Internet oder Endnutzer herstellen.The connection to the outside world (Internet, absent users) can be established via the integrated W-LAN interface, if necessary also LAN connection. If no local Internet access is available, further development of the device via a GSM / 2G / 3G / LTE wireless module can connect directly to the Internet or end user.
Zur Verbesserung der Erfassung von Umgebungsdaten, wie Temperatur, Luftfeuchte oder Luftqualität, verfügt das Gerät über ein aktives drehzahlgeregeltes integriertes Gebläse, welches je nach Anforderungsprofil die integrierten Sensoren mit einer unterschiedlichen Menge frischer Umgebungsluft versorgen kann. Hierdurch reagieren die Sensoren. z.B. Gassensoren, schneller auf Änderungen der Umgebung und es wird eine bessere thermische Entkopplung der Sensoren zu integrierten Komponenten mit Eigenerwärmung erreicht (Prozessor, Gassensoren mit Heizung, Netzteil).To improve the detection of environmental data, such as temperature, humidity or air quality, the device has an active speed-controlled integrated fan, which can supply the integrated sensors with a different amount of fresh ambient air depending on the requirement profile. This causes the sensors to react. e.g. Gas sensors, faster to changes in the environment and it is a better thermal decoupling of the sensors to integrated components with self-heating achieved (processor, gas sensors with heating, power supply).
Die Hauptbedenken von Kunden gegen den Einsatz von Gebäudeautomatisierungstechnik liegen in der Ausfallsicherheit und Computersicherheit, im Sinne von Schutz gegen Angriffe von Außen auf das System.The main concerns of customers against the use of building automation technology are reliability and computer security, in terms of protection against external attacks on the system.
Zur Erhöhung der Computersicherheit bzw. als Schutz gegen Hackerangriffe setzt das erfindungsgemäße Gerät auf OpenSource Software. Schwachstellen und Fehler in OpenSource Software werden schneller aufgedeckt als in proprietären Varianten. Durch den Einsatz von quelloffener Software kann das Gerät auch schneller in individuelle Automatisierungsanwendungen eingepasst werden.To increase computer security or as protection against hacker attacks, the device according to the invention relies on open source software. Vulnerabilities and faults in open source software are detected faster than in proprietary variants. Through the use of open source software, the device can also be fitted more quickly into individual automation applications.
Gleichzeitig ist das Gerät dadurch in der Lage sich in viele bereits vorhandene, auch proprietäre System zu integrieren, zu denen freie Softwaremodule existieren (z.B. Homematic, Somfy, etc.)At the same time, the device is thus able to integrate into many existing, even proprietary, systems to which free software modules exist (e.g., Homematic, Somfy, etc.).
Auf die weiteren Vorteile durch den Einsatz von Open Source Software soll hier nicht eingegangen werden.The further benefits of using open source software should not be discussed here.
Zur Erhöhung der technischen Ausfallsicherheit wird im erfindungsgemäßen Gerät die Steuerungseinheit in eine Hauptrecheneinheit und mindestens eine weitere sekundäre Recheneinheit aufgeteilt.To increase the technical reliability, the control unit is divided into a main computing unit and at least one additional secondary processing unit in the device according to the invention.
Wobei sich die Hauptrecheneinheit dadurch auszeichnet, dass diese ein Multi-Tasking Betriebssystem nutzt, wesentlich mehr Rechenleistung als eine sekundäre Recheneinheit besitzt und komplexere Funktionen (grafisches Benutzerinterface, Webserver, Auswertung der Daten des Kameramoduls, etc.) zur Verfügung stellen kann.Where the main computing unit is characterized by the fact that it uses a multi-tasking operating system, has significantly more computing power than a secondary processing unit and more complex functions (graphical user interface, web server, evaluation of the data of the camera module, etc.) can provide.
Die sekundäre Recheneinheit zeichnet sich dadurch aus, dass in ihr elementare Steueraufgaben ausgelagert werden können und auch alleine übernehmen kann, wenn die Haupteinheit außer Betrieb ist. Als elementare Steueraufgaben sind Aufgaben gemeint die lokal auftreten können und mit den integrierten Sensoren und Aktoren gelöst werden können z.B. Einzelraumtemperaturregelung, Lichtschalter, CO-Warner.The secondary arithmetic unit is characterized by the fact that in it elementary control tasks can be outsourced and can also take over alone when the main unit is out of operation. Elementary control tasks are tasks which can occur locally and can be solved with the integrated sensors and actuators, e.g. Individual room temperature control, light switch, CO-Warner.
Als sekundäre Einheit eignen sich 8-, 16- und 32-Bit Mikrocontroller, die über einen nicht-flüchtigen Speicher zum Speichern von Programmcode und Daten verfügt z.B. AVR Mikrocontroller: Atmega32u4, AT90USB*, AT XMEGA oder auch 32-Bit ATSAMD Mikrocontroller.8-, 16-, and 32-bit microcontrollers having a non-volatile memory for storing program code and data, e.g. AVR microcontroller: Atmega32u4, AT90USB *, AT XMEGA or even 32-bit ATSAMD microcontroller.
Die sekundären Einheiten sind mit der Hauptrecheneinheit über ein internes Netzwerk miteinander verbunden (z.B. I2C, USB, SPI etc.). Die Sensoren können von allen Recheneinheiten über das Bussystem abgefragt werden.The secondary units are interconnected to the main computing unit via an internal network (e.g., I2C, USB, SPI, etc.). The sensors can be queried by all computing units via the bus system.
Die Hauptrecheneinheit hat die Hoheit über die sekundären Einheiten und ist in der Lage den Programmcode der sekundären Recheneinheiten im laufenden Betrieb zu ändern. Somit lassen sich die sekundären Recheneinheiten allen aktuellen Gegebenheiten und Steueraufgaben anpassen.The main processing unit has the sovereignty over the secondary units and is able to change the program code of the secondary processing units during operation. Thus, the secondary processing units can be adapted to all current conditions and control tasks.
Durch den Einsatz von 2 getrennten Systemen im Gerät lässt sich eine höhere Gesamtstabilität erreichen. Die Recheneinheiten können sich gegenseitig überwachen und bei Ausfall den Endnutzer warnen oder versuchen einen betriebsfähigen Zustand wiederherzustellen z.B. durch Resetauslösung. Hierfür sind die Reset-Pins der eingebauten Recheneinheiten jeweils mit einem GPIO-Pin der anderen Recheneinheit verbunden.By using 2 separate systems in the device, a higher overall stability can be achieved. The computing units may monitor each other and, in the event of failure, alert the end user or attempt to restore an operational condition, e.g. by reset release. For this purpose, the reset pins of the built-in arithmetic units are each connected to a GPIO pin of the other arithmetic unit.
Auch eine getrennte Stromversorgung für die getrennten Recheneinheiten ist im Gerät umsetzbar. Die sekundären Recheneinheiten haben im Vergleich zur Hauprecheneinheit einen sehr viel niedrigeren Stromverbrauch und lassen sich z.B. durch ein Kondensatornetzteil separat versorgen. A separate power supply for the separate computing units can be implemented in the device. The secondary arithmetic units have a much lower power consumption compared to the main unit and can be supplied separately by a capacitor power supply, for example.
Das erfindungsgemäße Gerät ist modular aufgebaut und hat einen flexiblen Funktionsumfang. So sind z.B. in Räumen mit erhöhtem Bedarf an Privatsphäre Kameramodule und Mikrofone unerwünscht. Das Gerät kann an diese verschiedene Bedarfssituationen angepasst werden.The device according to the invention is modular and has a flexible range of functions. Thus, e.g. In rooms with increased need for privacy camera modules and microphones undesirable. The device can be adapted to these different needs.
Das erfindungsgemäße Geräte lässt auch die variable Bestückung mit verschiedenen Funkmodulen zu, somit kann das Gerät gezielt für bestimmte Funksystem (auch proprietäre Funksysteme) kompatibel gemacht werden.The device according to the invention also permits the variable equipping with different radio modules, thus the device can be specifically made compatible for certain radio systems (even proprietary radio systems).
Das Gerät besteht aus einem Unterputzteil und Aufputzteil, wobei beide Bestandteile elektrisch über eine Stiftleiste und mechanisch über eine Kunststoffrastverbindung fest verbunden werden können.The device consists of a flush-mounted part and surface-mounted part, wherein both components can be electrically connected via a pin header and mechanically via a plastic frame connection.
Im Unterputzbereich des Gerätes sind ein Netzteil, die Schaltaktoren und mindestens eine Strommesseinrichtung integriert. Ebenso stellt der Unterputzbereich eine Schnittelle zu Versorgungs-, Daten- und Steuerleitungen zur Verfügung.In the flush-mounted area of the device, a power supply, the switching actuators and at least one current measuring device are integrated. Likewise, the flush-mounted area provides an interface to supply, data and control lines.
Direkte Schaltaktoren sind z.B.: Relais, Phasenabschnittsdimmer, Phasenanschnittsdimmer und Thyristorsteller.Direct switching actuators are, for example: relays, phase section dimmers, phase control dimmers and thyristor actuators.
Das Gerät kann wahlweise mit verschiedenen Unterputzkomponenten bestückt werden. Je nach Einsatzzweck können unterschiedliche Aktoren zur Steuerung von angeschlossenen Geräten eingebaut werden.The device can optionally be equipped with various flush-mounted components. Depending on the application, different actuators can be installed to control connected devices.
Die Erfindung lässt sich daher auch in typischen Wechselstromumgebungen (110v - 240v 50/60Hz) und Gleichspannungsumgebungen (Inselsysteme, 24V Heizungen, KFZ, Boote 6v - 80v, Off-Grid Umgebungen) durch die Auswahl des geeigneten Netzteils nutzen.The invention can therefore also be used in typical AC environments (110v -
Gleichzeitig ermöglicht der getrennte Unterputzbereich auch eine Anpassung an die benötigten Smart-Metering Aufgaben.At the same time, the separate flush-mounted area also allows adaptation to the required smart-metering tasks.
Typischerweise sind AC-Stromversorgungsleitungen raumweise im Ring verlegt.Typically, AC power supply lines are laid in space in the ring.
Die Strommesseinrichtung kann daher als Messgerät für den gesamten Stromverbrauch des „Rings“ oder zur Messung eines an einen Aktor angeschlossenen Gerätes genutzt werden.The current measuring device can therefore be used as a measuring device for the total power consumption of the "ring" or for measuring a device connected to an actuator.
Die Aufputzeinheit besteht aus:
- - einem berührungssensitivem Display
- - den Sensoren zur Erfassung aller raumabhängingen Umweltwerte: Licht (Helligkeit), Temperatursensor, Luftdruck, Luftfeuchte, Bewegungsmelder, IR-Sensoren, Gas-Sensoren, (Video)kamera, Mikrofon
- - einer Hauptrecheneinheit mit Open-Source Betriebssystem
- - mindestens einer weiteren sekundären Recheneinheit ohne Betriebssystem typischerweise 8 - 32bit Mikrocontroller
- - einer Speichereinheit zur Aufzeichnung von Sensordaten und Speicherung von denzentralen Steueraufgaben
- - akustischen und optischen Signalgebern / Warnmeldern
- - Funkmodulen zur Kommunikation
- - Kabelgebundenen Schnittstellen (KNX, CAN, RS485, TTL)
- - drehzahlgeregeltes Gebläse, vorrangig zur thermischen Entkopplung der integrierter Sensoren und Kühlung des Gerätes
- - A touch-sensitive display
- - The sensors for recording all room-dependent environmental values: light (brightness), temperature sensor, air pressure, humidity, motion detector, IR sensors, gas sensors, (video) camera, microphone
- - a main computing unit with open-source operating system
- - At least one further secondary processing unit without operating system typically 8 - 32bit microcontroller
- a memory unit for recording sensor data and storing the central control tasks
- - audible and visual signaling devices / alarms
- - Radio modules for communication
- - Wired interfaces (KNX, CAN, RS485, TTL)
- - Speed-controlled fan, primarily for thermal decoupling of the integrated sensors and cooling of the device
Ein weiterer Vorteil und Bestandteil des erfindungsgemäßen Gerätes ist ein Datenausgang zum Anschluss von seriell verschaltenen, in Farbe und Helligkeit steuerbaren, Mehrfarb-Leuchtmitteln. Die verbundenen Leuchtmittel können hierbei unterschiedliche Farben und Helligkeiten annehmen.Another advantage and component of the device according to the invention is a data output for connecting serially interconnected, controllable in color and brightness, multi-color bulbs. The connected bulbs can assume different colors and brightnesses.
Dadurch lassen sich in verschiedenen Bereichen eines Raumes unterschiedliche Farbstimmungen und Beleuchtungsintensitäten kreieren.As a result, different color moods and lighting intensities can be created in different areas of a room.
Die Anzahl der angeschlossenen Leuchtmittel ist variabel, so dass unterschiedlich große Räume beleuchtet werden können. Typische Leuchtmittel sind RGB-LED.The number of connected bulbs is variable, so that different sized rooms can be illuminated. Typical bulbs are RGB LED.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gerätes ist die Integration eines Infrarotsensors (IR-Thermopile) genannt IRS, der im Gehäuseoberteil integriert und ausgerichtet ist, um die Wärmestrahlung in Raummitte erfassen zu können. Die Messung der IR-Strahlung im Raum verspricht Vorteile, besser die von Personen im Raum „gefühlte Temperatur“ zu bestimmen und exakter die Heizung nach Bedarf regeln zu können.A further advantageous embodiment of the device according to the invention is the integration of an infrared sensor (IR thermopile) called IRS, which is integrated and aligned in the upper housing part to detect the heat radiation in the center of the room can. The measurement of IR radiation in the room promises advantages, better to determine the "perceived temperature" of people in the room and to be able to regulate the heating more precisely as needed.
In Kombination mit dem integrierten Bewegungsmelder lässt sich dadurch auch die Annäherung einer Person an das erfindungsgemäße Gerät vorhersehen.In combination with the integrated motion detector can thereby also predict the approach of a person to the device according to the invention.
Bei Annäherung einer Person an das Gerät, beeinflusst die Wärmestrahlung der Person den Infrarotsensor IRS kontinuierlich stärker. When approaching a person to the device, the heat radiation of the person continuously influences the infrared sensor IRS more.
Die Approximation einer Annäherung ermöglichen dem Gerät sich auf zukünftige Benutzereingaben vorzubereiten, so können z.B. Steuerelemente auf dem Anzeigebildschirm eingeblendet werden, die sonst ausgeblendet sind, um Raumdaten übersichtlicher darzustellen.The approximation of approximation allows the device to prepare for future user input, e.g. On the display screen, you can see controls that are otherwise hidden to make spatial information clearer.
Der Infrarotsensor IRS kann wahlweise auch eine Wärmebildkamera sein.The infrared sensor IRS can optionally also be a thermal imaging camera.
Es zeigen:
-
1 , Ansicht des Gesamtgerätes in Vogelperspektive -
2 , Ansicht des Gesamtgerätes mit ausgeblendeter Oberschale und Display, zur Darstellung der Luftführung im Gehäuse -
3 , Explosionszeichnung des Gerätes -
4 , Darstellung des Gerätes im Raum in typischen Einbaupositionen -
5 , Darstellung Schema Funktionsübersicht / Netzwerk -
6 , Darstellung Raumtemperaturerfassung über Infrarotsensors -
7 , Darstellung tendenzielle Entfernungsmesser von Nutzer des Gerätes mit Hilfe des Bewegungsmelders und Infrarotsensors8 , Darstellung seriell angeordnete mehrfarbige Ambientebeleuchtung angeschlossen an Gerät
-
1 , View of the whole apparatus in aerial view -
2 , View of the entire device with hidden upper shell and display, showing the air flow in the housing -
3 , Exploded view of the device -
4 , Presentation of the device in the room in typical installation positions -
5 , Presentation Scheme Function Overview / Network -
6 , Representation of room temperature detection via infrared sensor -
7 , Viewing rangefinder of users of the device using the motion detector and infrared sensor8th , Illustration serially arranged multicolored ambient lighting connected to device
In
- 1j bildet die Lufteintrittsöffnung und beeinhaltet eine kleine Ausbuchtung, um einen im Gerät integrierten Reset-Taster betätigen zu können. Nahe der Lufteintrittsöffnung sind Sensoren angeordnet.
- 1e Luftaustrittsöffnung mit dahinter liegendem Gebläse
- 1d berührungssensitive Farbanzeige
- 1i ist ein USB-Anschluss des Gerätes
- 1h Federkontakte zum Anschluss an Stromversorgung und Anschluss für elektrische gesteuerte Verbraucher
- 1m Speicherkarte
- 1f Abdeckung und Tool zum Entfernen der Speicherkarte
- 1c zeigt auf die Oberseite des PC/ABS Kunststoffoberteils des Gehäuses
- 1j forms the air inlet and includes a small bulge to operate a built-in reset button can. Near the air inlet sensors are arranged.
- 1e air outlet opening with fan behind
- 1d touch-sensitive color display
- 1i is a USB port of the device
- 1h spring contacts for connection to power supply and connection for electrical controlled consumers
- 1m memory card
- 1f Cover and Removable Memory Card Tool
- Figure 1c shows the top of the PC / ABS plastic top of the housing
In der
Die
- 3a bildet das Gehäuseoberteil
- 3b zeigt das berührungssensitive Display
- 3c zeigt das optionale Kameramodul
- 3d zeigt die Signal-LED mit Abdecklinse
- 3e zeigt den separierten Sensorbereich der Platine
- 3f zeigt das drehzahlgeregelte Gebläse
- 3g zeigt die Hauptplatine mit Sensoren und Recheneinheiten
- 3h zeigt das über einen Steckverbinder mit der Hauptplatine modulare verbundene Netzteil samt Federkontakten
- 3i Speicherkarte
- 3a forms the upper housing part
- 3b shows the touch-sensitive display
- 3c shows the optional camera module
- 3d shows the signal LED with cover lens
- 3e shows the separated sensor area of the board
- 3f shows the speed-controlled fan
- 3g shows the motherboard with sensors and processing units
- 3h shows the connected via a connector to the motherboard modular power supply including spring contacts
- 3i memory card
In der
Die
- 5a stellt das erfindungsgemäße Gerät dar, eine Hauptrecheneinheit und sekundäre Recheneinheit ist exemplarisch eingezeichnet
- 5k zeigt die externe Stromversorgung: Wechselspannung oder Gleichspannung
- 5b ist eine Darstellung der im Gerät selbst integrierten Sensoren. So sind im Gerät Bewegungs-, Temperatur-, Gas-, Luftfeuchte-, Luftdrucksensoren, sowie optional Mikrofon und Kamera untergebracht. Eine Präsenzerkennung oder relative Positionsbestimmung ist auch über ein integriertes Funkmodul möglich, welches z.B. den Signalpegel eines Mobiltelefons erfasst.
- 5o stellt externe Sensoren, ohne eigene Verarbeitungslogik, dar
- 5p zeigt „smarte“ Sensoren, welche eine Kommunikation in beide Richtungen ermöglichen
- 5m stellt externe Schalter oder Kontakte (Fensterkontakt, Türkontakt, typ. Reed-Kontakt), ohne eigene Verarbeitungslogik, dar
- 5n stellt „smarte“ Schalter mit optionalen integrierten Aktoren dar
- 5c zeigt im erfindungsgemäßen Gerät integrierte Aktoren (Signal-LED, Lautsprecher, Piezo-Lautsprecher)
- 5d zeigt typische elektrische Verbraucher die direkt mit dem im erfindungsgemäßen Gerät integrierten Aktoren gesteuert werden können
- 5e zeigt ein im erfindungsgemäßen Geräte integrierte Leistungsmessmodul, zur Verbrauchserfassung
- 5f zeigt die Verbindung zu einer externen Kamera. Die Verbindung kann bidirektional sein, wenn die Kamera über ein Lautsprecher und Mikrofon verfügt
- 5g stellt die Überwachungs- bzw. Einbruchserkennung separat dar. Denkbar sind Interaktionen (Warnansagen) mit detektierten Einbrechern
- 5h stellt die Verbindung zu „smarten“ Haushaltsgeräten dar. Diese Geräte stellen unter Umständen auch Sensorwerte zur Verfügung (Beispiel: Waschmaschine melde „Wäsche fertig“)
- 5i zeigt mögliche Interaktionsmöglichkeiten eines Nutzers mit dem Gerät. Toucheingaben, Spracheingaben und Kommunikation mit Dritten über das erfindungsgemäße Gerät werden dargestellt
- 5j soll die internen Gateway-, Server- und Verarbeitungsfunktionen darstellen. Jedes erfindungsgemäße Gerät kann Daten aufzeichnen, verarbeiten, auswerten und über das Netzwerk verfügbar machen.
- 5r stellt einen optionalen externen Server dar, über den sich die Funktionen der erfindungsgemäßen Geräte zentral verwalten lassen, denkbar ist z.B. die Integration in einen KNX, OpenHAB oder FHEM Server
- 5a represents the device according to the invention, a main processing unit and secondary processing unit are shown by way of example
- 5k shows the external power supply: AC or DC
- 5b is an illustration of the sensors integrated in the device itself. Thus, in the device motion, temperature, gas, humidity, air pressure sensors, and optional microphone and camera housed. A presence detection or relative position determination is also possible via an integrated radio module, which detects, for example, the signal level of a mobile phone.
- 5o represents external sensors without their own processing logic
- 5p shows "smart" sensors which allow communication in both directions
- 5m represents external switches or contacts (window contact, door contact, typical reed contact), without own processing logic
- 5n represents "smart" switches with optional integrated actuators
- 5c shows actuators according to the invention (signal LED, loudspeakers, piezo loudspeakers)
- 5d shows typical electrical consumers which can be controlled directly with the actuators integrated in the device according to the invention
- 5e shows a power measuring module integrated in the device according to the invention, for consumption detection
- 5f shows the connection to an external camera. The connection can be bidirectional if the camera has a speaker and microphone
- 5g presents the monitoring or burglar detection separately. Conceivable are interactions (warning announcements) with detected burglars
- 5h represents the connection to "smart" household appliances. These devices may also provide sensor values (example: washing machine report "laundry ready")
- 5i shows possible interaction possibilities of a user with the device. Touch input, voice input and third party communication through the device of the invention are presented
- 5j is intended to represent the internal gateway, server and processing functions. Each device according to the invention can record, process, evaluate and make data available over the network.
- 5r represents an optional external server, via which the functions of the devices according to the invention can be centrally managed, eg the integration into a KNX, OpenHAB or FHEM server is conceivable
Die Verbindungspfeile zwischen 5a und weiteren erfindungsgemäßen Geräten
- 5q stellt verfügbare Schnittstellen des Gerätes dar: nahe Funkschnittstellen (WLAN, Bluetooth ...), Long-Range Funkverbindung (2G, 3G, 4G - EDGE/UMTS/LTE) und kabelgebundene Systeme (LAN, RS485, CAN ...)
- 5q represents available interfaces of the device: near radio interfaces (WLAN, Bluetooth ...), long-range wireless connection (2G, 3G, 4G - EDGE / UMTS / LTE) and wired systems (LAN, RS485, CAN ...)
In
Das System funktioniert nur unter normalen Rahmenbedienungen. Bei zu hoher Raumtemperatur verringert sich die messbare Temperaturdifferenz, so dass das System keine Annäherung detektieren kann.The system only works under normal frame conditions. If the room temperature is too high, the measurable temperature difference decreases so that the system can not detect any approach.
In der
Die Erfindung ist nicht auf die vorliegenden Ausführungsform beschränkt. So können offensichtlich weitere andere Ausführungen der Erfindung entwickelt bzw. eingesetzt werden, die vom gleichen Grundgedanken der Erfindung ausgehen und von den anliegenden Ansprüchen umfasst werden.The invention is not limited to the present embodiment. Thus, obviously other other embodiments of the invention can be developed or used, which are based on the same basic idea of the invention and are encompassed by the appended claims.
Claims (10)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202019000228.6U DE202019000228U1 (en) | 2019-01-11 | 2019-01-11 | Universal device for building automation applications |
EP19832159.8A EP3908889A1 (en) | 2019-01-11 | 2019-12-30 | Universal multifunctional device |
PCT/EP2019/087176 WO2020144081A1 (en) | 2019-01-11 | 2019-12-30 | Universal multifunctional device |
US17/372,488 US20210372645A1 (en) | 2019-01-11 | 2021-07-11 | Multipurpose multifunction device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202019000228.6U DE202019000228U1 (en) | 2019-01-11 | 2019-01-11 | Universal device for building automation applications |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202019000228U1 true DE202019000228U1 (en) | 2019-10-09 |
Family
ID=68337083
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202019000228.6U Expired - Lifetime DE202019000228U1 (en) | 2019-01-11 | 2019-01-11 | Universal device for building automation applications |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202019000228U1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112034729A (en) * | 2020-10-10 | 2020-12-04 | 上海杉达学院 | Intelligent building control comprehensive experiment device and system |
DE102020104700A1 (en) | 2020-02-21 | 2021-08-26 | Deutsche Telekom Ag | Smart switch suitable for a smart home environment |
DE102022134087A1 (en) | 2022-12-20 | 2024-06-20 | Albrecht Jung Gmbh & Co. Kg | Procedure for operating a presence detector |
-
2019
- 2019-01-11 DE DE202019000228.6U patent/DE202019000228U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020104700A1 (en) | 2020-02-21 | 2021-08-26 | Deutsche Telekom Ag | Smart switch suitable for a smart home environment |
CN112034729A (en) * | 2020-10-10 | 2020-12-04 | 上海杉达学院 | Intelligent building control comprehensive experiment device and system |
DE102022134087A1 (en) | 2022-12-20 | 2024-06-20 | Albrecht Jung Gmbh & Co. Kg | Procedure for operating a presence detector |
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