DE102014014421A1

DE102014014421A1 - Heimautomatisierungssteuerungssystem

Info

Publication number: DE102014014421A1
Application number: DE102014014421.6A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2016-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heimautomatisierungssteuerungssystem, mit einer Ultraschalldistanzsensorvorrichtung zum Erfassen einer Anwesenheit eines Objekts innerhalb eines Detektionsbereichs entlang einer Detektionsrichtung und zum Bestimmen einer aktuellen Distanz des erfassten Objekts zu der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung in der Detektionsrichtung; einer Speichervorrichtung zum Speichern einer jeweiligen Zuordnung zwischen einem vorbestimmten Distanzbereichs und einem zugehörigen Steuerzustand eines Aktors; und einer Steuerungsvorrichtung zum Bestimmen eines aktuellen Distanzbereichs aufgrund der bestimmten aktuellen Distanz des erfassten Objekts zu der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung, und zum Ansteuern des Aktors entsprechend einem dem bestimmten aktuellen Distanzbereich zugehörigen Steuerungszustand, wobei die Auflösung der Distanz der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung kleiner 10 cm ist.

Description

Herkömmliche Schalter in Gebäuden, vornehmlich Lichtschalter, öffnen/schließen einen Last-Stromkreis, beispielsweise einer Glühbirne als Last. Durch den Einsatz von sogenannter ”intelligenter Wohnraumsteuerung” durch BUS-gesteuerte Systeme oder ”Hausautomatisierungssystemen” wird der herkömmliche Aufbau meist in Steuer- und Lastkreis aufgeteilt. Durch den Einsatz von intelligenten Steuerungen und der Einbindung von mobilen Geräten wie Tablets und Smartphones lassen sich herkömmliche Lasten, wie z. B. Lampen, schalten. Dies geschieht meist durch Präsenzerkennungssystemen in den Wohnräumen, oder durch Benutzereingaben an mobilen Geräten. Weiter können herkömmliche Schalter oder Funkschalter in die Systeme eingebunden werden.
Präsenzerkennungssysteme sind meist sehr aufwändig und können zumeist nicht auf individuelle Benutzereingaben reagieren. Benutzereingaben mit Hilfe von mobilen Geräten setzen zum einen das Mitführen dieser Geräte voraus und verlangsamen die Benutzereingaben durch die notwendige Programmanwahl und Aktionsauswahl. Funkschalter ermöglichen, wie die beiden vorher erwähnten Systeme, einen verringerten Aufwand in der Hausinstallation, da auf Elemente wie z. B. Unterputzdosen und Kabel verzichtet werden kann. Funksysteme sind jedoch mit relativ hohen Kosten verbunden. Zudem benötigen diese Systeme eine entsprechende Stromversorgung, beispielsweise über Batterien. Herkömmliche Schalter, eingesetzt in einem Steuerkreis, bieten zwar eine gewohnte und direkte Benutzereingabe, allerdings ist der Installationsaufwand vergleichbar mit der ursprünglichen Schaltung im Lastkreis aufwändig und bietet daher keinen explizierten Vorteil.
Durch eine steigende Steuerungsmöglichkeit von Wohnräumen steigt zugleich die Notwendigkeit eine intuitive, kostengünstige und mit einer großen Anzahl an Schaltzuständen versehenen Schaltmöglichkeit bereitzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heimautomatisierungssteuerungssystem mit einer einfachen berührungslosen Bedienung zu verringerten Kosten bereitzustellen, das gleichzeitig eine vereinfachte Installation ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch das Heimautomatisierungssteuerungssystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist ein Heimautomatisierungssteuerungssystem vorgesehen mit einer Ultraschalldistanzsensorvorrichtung zum Erfassen einer Anwesenheit eines Objekts innerhalb eines Detektionsbereichs entlang einer Detektionsrichtung und zum Bestimmen einer aktuellen Distanz des erfassten Objekts zu der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung in der Detektionsrichtung, einer Speichervorrichtung zum Speichern einer jeweiligen Zuordnung zwischen einem vorbestimmten Distanzbereich und einem zugehörigen Steuerzustand eines Aktors, einer Steuerungsvorrichtung zum Bestimmen eines aktuellen Distanzbereichs aufgrund der bestimmten aktuellen Distanz des erfassten Objekts zu der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung, und zum Ansteuern des Aktors entsprechend einem dem bestimmten aktuellen Distanzbereich zugehörigen Steuerungszustand, wobei die Auflösung der Distanz der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung kleiner 10 cm ist.
Für eine einfache Installation einer durch das erfindungsgemäße Heimautomatisierungssteuerungssystem gesteuerten Deckenlampe, wobei sämtliche stromführende Leitungen lediglich in der Boden- oder Deckenwand geführt werden müssen, ist es von Vorteil, wenn die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung an einer Wand, einer Decke oder einem Boden eines Raumes angeordnet und dazu angepasst ist, die Distanz des Objekts zu der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung in einer vertikalen Richtung zu erfassen.
Hierbei ist es zweckmäßig, wenn ein vorbestimmter Distanzbereich eine Länge entlang der Detektionsrichtung aufweist, die größer als 1 cm und kleiner als 50 cm, weiter bevorzugt kleiner als 20 cm, und insbesondere kleiner als 10 cm ist. Der vorbestimmte Distanzbereich ist der Bereich, der einem bestimmten Steuerungszustand des Aktors entspricht. Hierbei können mehrere vorbestimmte Distanzbereiche hintereinander angeordnet werden, um unterschiedliche Steuerungszustände des Aktors oder auch von unterschiedlichen Aktoren auszulösen. Die mehreren vorbestimmten Distanzbereiche können voneinander um einen bestimmten Abstand beabstandet sein, beispielsweise zwischen 2 cm und 5 cm, um zu vermeiden, dass sich das Objekt gleichzeitig in zwei hintereinander liegenden vorbestimmten Distanzbereichen befindet, wodurch gleichzeitig zwei Steuerungszustände des Aktors ausgelöst würden.
Für eine vereinfachte Bedienung und eine Orientierung des Benutzers hinsichtlich der Steuerungsmöglichkeiten ist es von Vorteil, wenn das erfindungsgemäße Heimautomatisierungssteuerungssystem ferner einen Bedienbereich aufweist, der für eine für einen Benutzer erkennbare Zuordnung eines vorbestimmten Distanzbereichs zu einem zugehörigen Steuerungszustand des Aktors angepasst ist.
Für eine einfache und intuitive Bedienbarkeit des Bedienbereichs ist es besonders zweckmäßig, wenn der Bedienbereich eine an einer Wand eines Raumes angeordnete symbolische Darstellung eines Steuerungszustands des Aktors aufweist.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn der Bedienbereich auf einer Raumbegrenzungsfläche aufgemalt, aufgedruckt, aufgeklebt ist, als Relief oder als Platte ausgeführt ist.
Das Heimautomatisierungssteuerungssystem ist geeignet zur Steuerung einer Vielzahl von Aktoren in einem Haus-, Wohnungs- oder allgemeinen Heimbereich, wobei allgemein auch ein Garagenbereich oder ein Gartenhausbereich mit umfasst sein soll. Das erfindungsgemäße Heimautomatisierungssteuerungssystem kann auch in Bereichen Anwendung finden, in welchen ein Benutzer ähnlich wie in einem Heimbereich vorbestimmte Steuerungszustände eines Aktors wie beispielsweise einer Lampe schalten muss. So findet das erfindungsgemäße Heimautomatisierungssteuerungssystem beispielsweise auch Anwendung in Wohnbereichen von Schiffen, Bussen, oder Wohnmobilen. Selbst eine Anwendung im öffentlichen Raum wie beispielsweise das Erzeugen von Schaltzuständen in Zügen oder Flugzeugen ist denkbar.
Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn der Aktor ein Lichtschalter, eine Dimmvorrichtung, eine Rollo-Ansteuerung, eine Lautstärkeregelung einer Musikanlage, eine Ventilansteuerung für einen Heizkörper, oder eine Ventilansteuerung zum Steuern von Durchfluss und Temperatur in Duschköpfen ist.
In der einfachsten Ausgestaltung der Erfindung ist es besonders von Vorteil, wenn das Objekt eine Hand eines Benutzers ist. Dies ist besonders zweckmässig, da sich eine Hand deutlich besser als Objekt eignet als z. B. ein glatter Gegenstand (Brett). Offenbar reflektiert die Hand als unebene Fläche die Strahlen in einem geringeren Maße. Dies ermöglicht jedoch eine bessere Ansteuerung, da vermutlich gerade in den äußeren Bereichen zu wenig reflektiert wird und damit keine Eingabe erfolgt. Ist die Hand relativ zentral, so wird vermutlich genug reflektiert und die Eingabe gut erkannt.
Zur Sicherstellung einer präzisen Distanzmessung des Heimautomatisierungssteuerungssystems ist es von Vorteil, wenn die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung dazu angepasst ist, die aktuelle Distanz aus einer Vielzahl von über einen vorbestimmten Zeitraum erfassten Distanzen des Objekts zu der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung zu ermitteln.
Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die aktuelle Distanz einem Minimalwert der erfassten Distanzen der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung in dem vorbestimmten Zeitraum entspricht.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel zur Sicherstellung einer präzisen Distanzmessung ist es zweckmäßig, wenn die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung einen ersten Ultraschalldistanzsensor und einen zweiten Ultraschalldistanzsensor umfasst, die entlang der Detektionsrichtung in einem vorbestimmten Abstand von einander angeordnet sind, wobei die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung nur aktuelle Distanzen bestimmt oder ausgibt, bei welchen eine vom ersten Ultraschallsensor gemessene Distanz und eine vom zweiten Ultraschallsensor gemessene Distanz um den vorbestimmten Abstand abweicht.
In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn der Aktor eine Dimmvorrichtung ist, wobei der Bedienbereich in einen Aktivierungsbereich, einen über dem Aktivierungsbereich angeordneten Lichtintensitätserhöhungsbereich und einen unter dem Aktivierungsbereich angeordneten Lichtintensitätsreduzierungsbereich aufgeteilt ist.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Dimmvorrichtung bei einer Erfassung des Objekts innerhalb des Aktivierungsbereichs aktiviert wird, wobei die Dimmvorrichtung dazu angepasst ist, bei einer Bewegung des erfassten Objekts in Richtung des Lichtintensitätserhöhungsbereichs und des Lichtintensitätsreduzierungsbereichs die Intensität einer Lichtquelle zu erhöhen bzw. zu reduzieren.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Erhöhung und/oder der Reduzierung der Lichtintensität proportional zu einem Abstand des Objekts zu dem Aktivierungsbereich ist.
Für die Erzeugung von Steuerungszuständen eines Aktors, die einen Schlüssel benötigen, also nicht von jedem Benutzer betätigt werden sollen oder dürfen, ist es zur Erzeugung des Schlüssels mittels Gesten des Benutzers von Vorteil, wenn die Speichervorrichtung dazu angepasst ist, aus einem vorgegebenen Muster einer Bewegung des Objekts in unterschiedliche Distanzbereiche einen zu dem Bewegungsmuster entsprechenden Steuerungszustand des Aktors zu ermitteln.
Für ein einfaches Einlernen des erfindungsgemäßen Heimautomatisierungssteuerungssystems ist es besonders von Vorteil, wenn die Steuerungsvorrichtung dazu angepasst ist, eine Zuordnung zwischen einem vorbestimmten Distanzbereich und einem Steuerungszustand des Aktors durch Eingabe eines Benutzers zu erlernen und in der Speichervorrichtung abzuspeichern.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielweise anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Heimautomatisierungssteuerungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei in einem ersten Zustand ein Aktor nicht angesteuert und in einem zweiten Zustand der Aktor angesteuert wird,
2 eine schematische Seitenansicht des Heimautomatisierungssteuerungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 ein schematisches Blockschaltbild des Heimautomatisierungssteuerungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine schematische Ansicht eines Bedienbereichs zum Betreiben der Dimmvorrichtung durch das Heimautomatisierungssteuerungssystem gemäß einem der Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des Heimautomatisierungssteuerungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 eine schematische Ansicht eines Heimautomatisierungssteuerungssystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
7 eine schematische Ansicht eines Heimautomatisierungssteuerungssystems gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung von vorne, von der Seite und von oben.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnungen sind einander entsprechende Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Heimautomatisierungssteuerungssystems 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Heimautomatisierungssteuerungssystem 10 weist eine Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 zum Erfassen eine Anwesenheit eines Objekts 14, beispielsweise einer Hand eines Benutzers 16, innerhalb eines Detektionsbereichs 18 entlang einer Detektionsrichtung D auf. Die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 ist ferner dazu angepasst, eine aktuelle Distanz a des erfassten Objekts 14, also der Benutzerhand, zu der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 in der Detektionsrichtung D zu bestimmen. Das Heimautomatisierungssteuerungssystem 10 weist ferner eine Speichervorrichtung 20 auf, die zum Speichern einer jeweiligen Zuordnung zwischen einem vorbestimmten Distanzbereich b (siehe die Distanzbereiche b1 bis b5 in den 1 und 4) und einem zugehörigen Steuerzustand eines Aktors 22 angepasst ist.
Das erfindungsgemäße Heimautomatisierungssteuerungssystem 10 weist ferner eine Steuerungsvorrichtung 24 auf, die dazu angepasst ist, einen aktuellen Distanzbereich b aufgrund der bestimmten aktuellen Distanz a des erfassten Objekts 14 zu der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 zu bestimmen. Ferner ist die Steuerungsvorrichtung 24 dazu eingerichtet, den Aktor 22 durch eine Funkverbindung oder eine Steuerleitung 26 entsprechend einem dem bestimmten aktuellen Distanzbereich b zugehörigen Steuerungszustand anzusteuern. Ein Steuerungszustand kann beispielsweise das Einschalten oder Ausschalten einer Lampe 28 sein, wie in 1 gezeigt. Die Auflösung der Distanz der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung ist hierbei erfindungsgemäß kleiner 10 cm. Es ist weiter bevorzugt, dass die Auflösung der Distanz der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 kleiner als 5 cm, besonders bevorzugt kleiner als 2 cm, und insbesondere kleiner 1 cm ist. Eine Auflösung des Ultraschallsensors ist in der Regel größer 0,5 cm. Unter Auflösung der Distanz versteht man den kleinsten Unterschied der aktuellen Distanz a, der erfasst werden kann. Die Distanzauflösung ist auf eine aktuelle Distanz im Bereich zwischen 0,5 m und 3 m, vorzugsweise zwischen 1 m und 2 m, und insbesondere zwischen 1 m und 1,5 m bezogen. Ultraschallsensoren sind besonders kostengünstige Distanzsensoren, die den Abstand zwischen Sensor und dem Gegenstand 14 als digitales oder analoges elektrisches Signal ausgeben. Verbindet man die Ultraschalldistanzsensor-vorrichtung 12 mit der Steuerungsvorrichtung 24, die beispielsweise als Micro-Controller ausgebildet sein kann, so kann die relativ abstrakte Information einer Entfernung a zwischen Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 und dem Objekt 14 als Steuerungs-zustand des Aktors 22, also beispielsweise als Schalteingabe interpretiert und für weitere Systeme auswertbar ausgegeben werden.
Wie in 1 und 2 gezeigt, ist die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 vorzugsweise an einer Wand 30, einer Decke 32 oder einem Boden 34 eines Raums angeordnet und dazu angepasst, die Distanz a des Objekts 14 zu der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 in einer vertikalen Richtung zu erfassen. Die Detektionsvorrichtung ist also vorzugsweise eine vertikale Richtung, also eine Richtung, die sich orthogonal zu einer Bodenfläche des Bodens 34 und von einer Deckenfläche nach unten erstreckt. Die vertikale Richtung entspricht im Heimbereich also in der Regel der Schwerkraftrichtung. Der vorbestimmte Distanzbereich b weist vorzugsweise eine Länge entlang der Detektionsrichtung D auf, die größer als 1 cm und kleiner als 50 cm, weiter bevorzugt kleiner als 20 cm, und insbesondere kleiner als 10 cm ist. Somit kann also bei einer Distanzauflösung der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 von beispielsweise 2 cm eine sichere Detektion einer aktuellen Distanz a des Objekts 14 bestimmt und einem vorbestimmten Distanzbereich b zugewiesen werden. Die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 kann zumindest eine Ultraschallquelle und zumindest ein Ultraschallmikrophon aufweisen und arbeitet nach dem Echolot-Prinzip.
Der Abstrahlkegel der Ultraschallquelle der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 kann stark gerichtet sein, um ein Auslösen eines Steuerungszustandes des Aktors 22 zu vermeiden, wenn das Objekt 14 in einer Richtung senkrecht zur Detektionsrichtung D von der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 um einen bestimmten Mindestabstand entfernt ist. Somit kann der vorbestimmte Distanzbereich b nur angesprochen werden, wenn sich das Objekt 14 auch lateral in einem bestimmten Bereich befindet. Bei einem Abstand der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 von dem vorbestimmten Distanzbereich b von etwa 1,5 m kann die Richtwirkung der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 so eingestellt werden, dass nur ein Objekt 14, das sich in lateraler Richtung (oder senkrecht zur Detektionsrichtung) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet, detektiert wird. Die Breite dieses vorbestimmten Bereichs kann hierbei größer als 1 cm und kleiner als 50 cm, vorzugsweise kleiner als 20 cm, und insbesondere kleiner als 10 cm sein. Der Frequenzbereich des abgestrahlten Ultraschalls kann in einem Bereich zwischen 10 kHz und 1 GHz, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 16 kHz und 200 kHz, und insbesondere in einem Bereich von 20 kHz bis 100 kHz liegen. Die Richtwirkung der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 kann mittels eines Horntrichters erreicht werden. Es können jedoch auch fokussierende Lautsprecher verwendet werden. Dabei werden quasipunktförmige Ultraschallquellen in den Fokus eines Parabolspiegels montiert, welcher die Ultraschallwellen reflektiert und entsprechend seiner Apertur mit stärkerer Richtwirkung abstrahlt. Auch können Arrays von phasengesteuerten Ultraschallquellen verwendet werden, um eine Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 mit einer gerichteten parametrischen Ultraschallquelle vorzusehen. Der Öffnungswinkel einer Ultraschallquelle der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 kann dabei größer als 5° und kleiner als 45°, vorzugsweise kleiner als 30° und insbesondere kleiner als 15° sein.
Um dem Benutzer 16 eine einfache Bedienung zu ermöglichen, weist das Heimautomatisierungssteuerungssystem 10 vorzugsweise ferner einen Bedienbereich 36 auf, der für eine für einen Benutzer 16 erkennbare Zuordnung eines vorbestimmten Distanzbereichs b zu einem zugehörigen Steuerungszustand des Aktors 22 angepasst ist. Wie beispielsweise aus 1 und 4 ersichtlich, weist der Bedienbereich 36 vorzugsweise eine an der Wand 30 eines Raums angeordnete symbolische Darstellung eines Steuerungszustands des Aktors 22 auf. So ist in 1 und 4 ein Licht-An-Zustand mit einem zugeordneten vorbestimmten Distanzbereich b1, ein Licht-aus-Zustand mit einem zugeordneten vorbestimmten Distanzbereich b2 und Dimmer-Steuerungszustände mit den zugeordneten vorbestimmten Distanzbereichen b3 bis b5 dargestellt. In 1 ist also ein als Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 ausgebildeter Distanzsensor, eine aufgemalte Bedientafel 36, eine Lampe 28 und ein Bediener 16 in einem Raum abgebildet.
Die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 befindet sich an der Wand nahe der Decke 32 und misst die Entfernung in vertikaler Richtung zum Boden 34 des Raums. Bei der Bedientafel 36 handelt es sich um eine auf der Wand aufgemalte symbolische Darstellung der gewünschten Steuerungszustände oder Schaltzustände. Ferner die Bedientafel 36 auch eine symbolische Darstellung einer „Wechsler”-Funktion beinhalten, bei welcher ein aktueller Steuerungszustand zwischen zwei alternativen Steuerungszuständen durch erneutes Ansprechen durch das Objekt 14 hin- und hergewechselt wird, also beispielsweise „Licht an” und „Licht aus”. So kann ein Bedienelement also als Wechsel des geschalteten Ist-Zustandes z. B. bei Licht-An zu Licht-Aus und umgekehrt dienen. Die Bedientafel 36 befindet sich unterhalb des Distanzsensors 12 und damit im oder nahe des Messbereichs 18. Bei der Lampe 28 handelt es sich um eine herkömmliche Last, die beispielsweise über Relais mit einem Steuerkreis 26 verbunden ist. Durch eine Eingabe des Benutzers 16 an der Bedientafel oder des Bedienbereichs 36 wird ein Signal an die Steuerungsvorrichtung 24 oder ein Relais gegeben und die Lampe 28 geschalten.
Um eine Schalt- oder Steuerungszustandseingabe handelt es sich, wenn die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 eine definierte Distanz a misst. Die jeweilige Distanz a ist durch das Objekt 14, beispielsweise die menschliche Hand, veränderbar. Dadurch sind unterschiedliche Schaltzustände realisierbar. Um dem Benutzer 16 die Eingabe zu erleichtern, können die jeweiligen Schaltzustände symbolisch auf dem Bedienbereich oder der Bedientafel 36 aufgedruckt sein. Hält der Bediener 16 seine Hand 14 in der entsprechenden Höhe vor die Bedientafel 36, so kann die entsprechende Bedieneingabe interpretiert werden. Die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 kann an der Wand 30, der Decke 32 oder am Boden 34 befestigt sein. Es misst jedoch vorzugsweise in einer hier vertikalen Richtung. Ist die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 an der Decke 32 befestigt, so ist sie zumeist nahe der Wand 30, sie kann jedoch auch ohne Bezug zu einer Wand ”frei im Raum” befestigt sein. Der Bedienbereich 36 ist also vorzugsweise auf einer Raumbegrenzungsfläche aufgemalt, aufgedruckt, aufgeklebt oder als Relief oder als Platte ausgeführt. Die Bedienplatte 36 oder der Bedienbereich 36 kann ferner beleuchtet oder selbstleuchtend sein. Es kann ferner Blindenschrift an dem Bedienbereich 36 oder der Bedienplatte 36 angebracht sein.
In 3 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Heimautomatisierungssteuerungssystems 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Wie in 1 und 2 gezeigt, können die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12, die Speichervorrichtung 20 und die Steuerungsvorrichtung 24 in unterschiedlichen Bereichen eines gemeinsamen Gehäuses 38 aufgenommen sein. Es ist jedoch auch möglich, die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12, die Speichervorrichtung 20 und die Steuerungsvorrichtung 24 jeweils an unterschiedlichen Orten oder zumindest eine von diesen Vorrichtungen an einem unterschiedlichen Ort unterzubringen. So kann beispielsweise die Steuerleitung 26 lediglich ein Messsignal der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 übertragen, wobei der Aktor 22, die Speichervorrichtung 20 und die Steuerungsvorrichtung 24 in einem Gehäuse untergebracht sind. Ferner kann die Speichervorrichtung 20 auch über Funkkontakt durch die Steuerungsvorrichtung 24 kontaktiert werden, um Daten von der Speichervorrichtung 20 auf die Steuerungsvorrichtung 24 zu übertragen. Die Zuordnung der vorbestimmten Distanzbereiche b zu den zugehörigen Steuerzuständen von Aktoren kann also auf einem PC oder in einer Cloud im Netz gespeichert werden.
Wie in 3 gezeigt, bildet die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 mit der Steuerungsvorrichtung 24 und der Speichervorrichtung 20 zusammen die hier beschriebene Haupteinheit. Die Steuerungsvorrichtung 24 oder der Controller interpretiert die Messdaten des Distanzsensors, also der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12, und gibt entsprechende Signale an eine übergeordnete Instanz aus, zum Beispiel ein Heimautomatisierungssystem, oder beispielsweise direkt an ein Relais, Dimmer oder Ventile, die als Aktoren 22 arbeiten. Die Signale können seriell, parallel, analog oder digital ausgegeben werden. Als Aktoren 22 sind alle möglichen Aktoren, welche in einem Heimbereich eingesetzt werden, vorstellbar. Insbesondere kann der Aktor 22 vorzugsweise ein Lichtschalter, eine Dimmvorrichtung, eine Rollo-Ansteuerung, eine Lautstärkeregelung einer Musikanlage, eine Ventilansteuerung für einen Heizkörper oder eine Ventilansteuerung zum Steuern von Durchfluss und Temperatur in Duschköpfen sein.
Im Folgenden soll ein Ausführungsbeispiel eines Heimautomatisierungssteuerungssystems 10 erläutert werden, bei welcher der Aktor 22 eine Dimmvorrichtung ist. Der Bedienbereich 36 für die Dimmvorrichtung ist in 4 gezeigt. Da die Bedienereingabe des Benutzers 16 einer gewissen Toleranz unterlegen ist, muss das System diese Toleranz erlauben, um Eingaben sicher erkennen zu können. Hierfür ist es vorgesehen, zu bestimmen, ob eine aktuelle gemessene Distanz a innerhalb des Toleranzbereichs +/– x, also innerhalb des vorbestimmten Distanzbereichs b₁ liegt. In 4 ist dies folgendermaßen veranschaulicht. Der Schalter A, hier als ”Licht an” dargestellt, ist primär durch den Abstand a1 von dem Distanzsensor gekennzeichnet. Die Benutzereingabe kann dabei in der Toleranz +/– x erfolgen. Mehrere Schalter können so untereinander angebracht werden. Neben einfachen Schaltaufgaben, hier als ”Licht an” und ”Licht aus” dargestellt, lassen sich auch komplexere Funktionen für beispielsweise eine Intensitätssteuerung verwirklichen. Dies ist beispielsweise in dem Schalter ”C” dargestellt, welcher beispielsweise eine dimmbare Lampe steuern könnte. Zunächst muss der Schalter im Bereich b₄ durch den Benutzer aktiviert werden.
Wird die Hand, also das Objekt 14, nach oben in den Bereich b₃ gebracht, so wird die Lichtintensität vergrößert. Bei einer Bewegung nach unten wird die Lichtintensität entsprechend verringert. Es ist zum einen denkbar, dass die Intensität proportional zu einem Abstand a ansteigt oder verringert wird. Zum anderen kann die Dauer der Benutzereingabe des Benutzers 16 eine Veränderung der Intensität bewirken. Es ist also als Aktor 22 eine Dimmvorrichtung vorgesehen, wobei der Bedienbereich 36 in einen Aktivierungsbereich b₄, einen über dem Aktivierungsbereich angeordneten Lichtintensitätserhöhungsbereich b₃ und einen unter dem Aktivierungsbereich b₄ angeordneten Lichtintensitätsreduzierungsbereich b₅ aufgeteilt ist.
Die Dimmvorrichtung wird dabei bei einer Erfassung des Objekt 14 innerhalb des Aktivierungsbereichs b₄ aktiviert. Ferner ist die Dimmvorrichtung dazu angepasst, bei einer Bewegung des erfassten Objekts 14 in Richtung des Lichtintensitätserhöhungsbereichs b₃ und des Lichtintensitätsreduzierungsbereichs b₅ die Intensität einer Lichtquelle 28 zu erhöhen bzw. reduzieren. Die Änderungsgeschwindigkeit der Erhöhung und/oder der Reduzierung der Lichtintensität ist dabei vorzugsweise proportional zu einem Abstand des Objekts 14 zu den Aktivierungsbereich b₄.
Kostengünstige Distanzsensoren wie Ultraschalldistanzsensoren schwanken häufig in ihren Ausgabewerten. Hier hat sich gezeigt, dass die schwankenden Ausgabewerte vor allem an der Auswertung liegen. „Zählt” die Auswerteeinheit die Zeit ungenau, so kommt es zur Verzerrung der ausgewerteten Distanz. Beim Einsatz einfacher und kostengünstiger Sensoren ist es daher notwendig, die Eingabe zu verifizieren. Dies kann dadurch geschehen, dass mehrere Sensorergebnisse zusammengeführt und gegeneinander bewertet werden. Dies ist beispielsweise in 5 veranschaulicht. So kann aus einer Anzahl von n Messungen innerhalb einer Dauer t_n – t₀ das Maximum und Minimum der Abstände a' ermittelt werden. Liegen über einen gewissen Zeitraum Sensorergebnisse innerhalb eines vorbestimmten Distanzbereichs b vor, so kann dies als Benutzereingabe interpretiert werden. Der Wert der Benutzereingabe bezieht sich dann beispielsweise auf das Minimum der erkannten Werte. Ob das Minimum, Maximum oder ein Zwischenwert, wie beispielsweise ein Durchschnittswert, als echter Eingabewert, also als aktuelle Distanz a interpretiert werden, kann frei gewählt werden. Allerdings messen beispielsweise Ultraschalldistanzsensoren zumeist bei Fehlmessungen zu lange Distanzen a'. Daher ist es sinnvoll, das Minimum a als wahre Benutzereingabe zu interpretieren. Die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 ist also dazu angepasst, die aktuelle Distanz a aus einer Vielzahl von über einem vorbestimmten Zeitraum t_n – t₀ erfassten Distanzen a' des Objekts 14 zu der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 zu ermitteln. Hierbei entspricht die aktuelle Distanz a vorzugsweise einem Minimalwert der erfassten Distanzen a' der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 in dem vorbestimmten Zeitraum t_n – t₀, wie in 5 beispielhaft dargestellt.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Heimautomatisierungssteuerungssystems 10 gemäß der Erfindung. Hierbei umfasst die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 einen ersten Ultraschalldistanzsensor 12a und einen zweiten Ultraschalldistanzsensor 12b, die entlang der Detektionsrichtung D in einem vorbestimmten Abstand Δa voneinander angeordnet sind. Die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 ist dazu angepasst, nur aktuelle Distanzen a zu bestimmen, bei welchen eine vom ersten Ultraschallsensor 12a gemessene Distanz a₁ und eine vom zweiten Ultraschallsensor 12b gemessene Distanz a₂ um den vorbestimmten Abstand Δa abweicht. Somit werden also Fehlmessungen des ersten Ultraschalldistanzsensors 12a und/oder des zweiten Ultraschalldistanzsensors 12b ausgeschlossen, da bei einem erfassten Objekt 14 verifiziert wird, dass sich die gemessenen Distanzen a₁, a₂ um den vorbestimmten Abstand Δa unterscheiden, dass also a₁ – a₂ = Δa ist.
Das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel soll als Beispiel verstanden werden. Es ist beispielsweise auch möglich, einen an der Decke 32 angeordneten ersten Ultraschalldistanzsensor 12a und einen am Boden 34 gegenüberliegend angeordneten zweiten Ultraschalldistanzsensor 12b anzubringen, wobei ein Objekt 14 dann einen von dem ersten Ultraschallsensor 12a gemessenen Abstand a₁ zur Raumdecke aufweist, das Objekt 14 einen zu dem zweiten Ultraschallsensor 12b gemessenen Abstand a₂ von einer Bodenfläche aufweist. Hierbei kann überprüft werden, ob die Summe der Abstände a₁ und a₂ der gesamten Raumhöhe oder dem Abstand der beiden Ultraschallsensoren 12a und 12b zueinander entspricht. Durch das Vorsehen einer Vielzahl von Ultraschallsensoren kann ferner ein Messbereich in einer lateralen Richtung eingeschränkt werden.
In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Hier umfasst die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 beispielsweise vier Ultraschallsensoren 12c–12f, die den Bedienbereich 36 überwachen. Wird eine Hand zur Bedienung an die „Taste”, also in einen vorbestimmten Distanzbereich, gebracht, so bedient die Hand, das Objekt 14, dann den „Schalter”, wenn der minimale Wert der erfassten Abstände der Wert des mittleren Ultraschallsensors 12c ist. Dadurch wird das Bedienfeld präziser bestimmt. Hierbei ist vermutlich jedoch zu vermeiden, dass sich die Ultraschallsensoren 12c–12f gegenseitig stören. Dies kann durch die Verwendung von stark gerichteten Ultraschallquellen, wie oben beschrieben, erreicht werden.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Heimautomatisierungssteuerungssystems ist die hohe Anzahl an möglichen Steuerungs- oder Schaltzuständen, ferner kann ein Ultraschallsensorsystem besonders gut in Nassräumen wie beispielsweise Duschen eingesetzt werden. Schließlich sind die Kosten für ein Heimautomatisierungssteuerungssystem 10 auf der Basis von Ultraschallsensoren besonders kostengünstig. Des Weiteren ist eine Zweihandbedienung durch den Einsatz von mehreren Ultraschallsensoren möglich. Durch sequentielles Anwählen von verschiedenen Distanzen a mit einer bestimmten Verweildauer an einer jeweiligen Position b lässt sich eine Art Schlüssel für beispielsweise eine Zugangsbeschränkung generieren. Die Speichervorrichtung 20 ist dabei vorzugsweise dazu angepasst, aus einem vorgegebenen Muster einer Bewegung des Objekts 14 in unterschiedliche Distanzbereiche b einen zu dem Bewegungsmuster entsprechenden Steuerungszustand des Aktors 22 zu ermitteln.
Eine fehlende direkte Rückmeldung, wie sie beispielsweise bei einem Kippschalter natürlicherweise gegeben ist, lässt sich durch eine Rückmeldung durch den Aktor 22 selbst, also beispielsweise dadurch, dass nach dem Ansteuern sofort das Licht angeht, erreichen. Ebenso kann ein zusätzliches Signal über eine Anzeige oder ein akustisches Signal erfolgen. Einsatzzwecke sind unter anderem das Schalten von Licht, Dimmer, Rollos, Lautstärke, Ventilstellungen (zum Beispiel zum Steuern von Durchfluss und Temperatur in Duschköpfen) und das Einstellen der gewünschten Wohnraumtemperatur. Um die Bedientafel 36 oder den Bedienbereich 36 zu standardisieren, kann der Auswerteeinheit 24 eine Kennung, die der jeweiligen Bedientafel-Konfektion entspricht, übergeben werden. Dies kann z. B. über eine Hardwarekonfiguration, beispielsweise über einen „Hardware-Token” an der Auswerteeinheit 24 eingegeben werden. Die Konfiguration kann jedoch auch über eine App, also eine Softwareapplikation auf einem Smartphone, eingestellt werden.
Die Steuerungsvorrichtung 24 kennt somit die verwendete Bedientafel 36 und verarbeitet die Eingaben entsprechend. Die Entfernung zwischen der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 und dem Bedienbereich 36 kann zum einen fest vorgegeben sein. Allerdings kann der Bedienbereich 36 auch durch einen Teach-Modus frei eingestellt werden. Denkbar ist hierzu ein Aktivieren dieses Modus durch langes Verweilen des Objekts 14, also der Hand des Benutzers 14, bei zum Beispiel 10 cm Abstand. Daraufhin kann die Position der Bedientafel 36 durch langes Verweilen auf der Bedientafelposition angegeben werden. Ebenso ist Ein-Teachen jeder Position, also eines vorbestimmten Distanzbereichs b, einzeln denkbar. Die Konfiguration, die Auswertelogik und die assoziierten Steuerbefehle können über eine App eingestellt/bedient werden. Des Weiteren kann der Teach-Vorgang mit App-Unterstützung erfolgen.
So kann bei dem Einlernvorgang beispielsweise eine aktuelle Distanz a gemessen werden, und der zugehörige vorbestimmte Distanzbereich b₁ durch ein Addieren einer Toleranz +/– x in vertikaler Richtung nach oben und nach unten hinzugefügt werden, um den vorbestimmten Distanzbereich b₁ zu bilden. Die Steuerungsvorrichtung 24 ist dabei vorzugsweise dazu angepasst, eine Zuordnung zwischen einem vorbestimmten Distanzbereich b und einem Steuerungszustand des Aktors 22 durch Eingabe eines Benutzers 16 zu erlernen und in der Speichervorrichtung 20 abzuspeichern.
Durch das erfindungsgemäße Heimautomatisierungssteuerungssystem 10 wird also ein Steuerungssystem geschaffen, welches unter Einsatz von kostengünstigen Ultraschallsensoren eine einfache Hausinstallation, insbesondere von Deckenlampen, ermöglicht. So können die üblichen Lichtkippschalter, die eine Verkabelung innerhalb der Wand benötigen, einfach durch Bedientafeln 36 ersetzt werden. Dadurch wird die gesamte Steuer- und Stromführung in den Decken und/oder Bodenbereich (bei mehrstückigen Häusern ist dies äquivalent) verlagert. Die Installation kann auch in/unter Stuckleisten geführt werden, wobei die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung 12 in den Stuck eingebettet sein kann Dies führt zu einer erheblichen Verringerung der Baukosten von Gebäuden, da die aufwändige Elektroinstallation innerhalb der Wände vermieden werden können. Bei Dunkelheit ist die Bedientafel 36 nicht zu erkennen und ein Ertasten und das Eindringen in den vorbestimmten Distanzbereich b löst irgendeinen Steuerungszustand oder Schaltzustand aus (sofern der Benutzer die entsprechende Höhe nicht kennt). Um dem zu entgegnen, ist es zweckmäßig, z. B. bei Dunkelheit jegliche Detektion im gesamten Auswertebereich (oder sogar gesamter Messbereich) auf ein Licht-an-Schaltung zu reduzieren. Ist nun das „Nachtlicht” aktiviert kann die Steuerung die Bedientafel wieder in ihrer normalen Konfiguration wie auf der Bedientafel 36 verwendet werden.

Claims

Heimautomatisierungssteuerungssystem (10), mit – einer Ultraschalldistanzsensorvorrichtung (12) zum Erfassen einer Anwesenheit eines Objekts (14) innerhalb eines Detektionsbereichs (18) entlang einer Detektionsrichtung (D) und zum Bestimmen einer aktuellen Distanz (a) des erfassten Objekts (14) zu der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung (12) in der Detektionsrichtung (D); – einer Speichervorrichtung (20) zum Speichern einer jeweiligen Zuordnung zwischen einem vorbestimmten Distanzbereich (b) und einem zugehörigen Steuerzustand eines Aktors (22); – einer Steuerungsvorrichtung (24) zum Bestimmen eines aktuellen Distanzbereichs (b) aufgrund der bestimmten aktuellen Distanz (a) des erfassten Objekts (14) zu der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung (12), und zum Ansteuern des Aktors (22) entsprechend einem dem bestimmten aktuellen Distanzbereich (b) zugehörigen Steuerungszustand, wobei die Auflösung der Distanz der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung (12) kleiner 10 cm ist.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung (12) an einer Wand (30), einer Decke (32) oder einem Boden (34) eines Raumes angeordnet und dazu angepasst ist, die Distanz (a') des Objekts zu der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung (12) in einer vertikalen Richtung zu erfassen.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorbestimmter Distanzbereich (b) eine Länge entlang der Detektionsrichtung (D) aufweist, die größer als 1 cm und kleiner als 50 cm, weiter bevorzugt kleiner als 20 cm, und insbesondere kleiner als 10 cm ist.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit einem Bedienbereich (36), der für eine für einen Benutzer (16) erkennbare Zuordnung eines vorbestimmten Distanzbereichs (b) zu einem zugehörigen Steuerungszustand des Aktors (22) angepasst ist.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bedienbereich (36) eine an einer Wand (30) eines Raumes angeordnete symbolische Darstellung eines Steuerungszustands des Aktors (22) aufweist.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bedienbereich (36) auf einer Raumbegrenzungsfläche (30, 32, 34) aufgemalt, aufgedruckt, aufgeklebt ist, als Relief oder als Platte ausgeführt ist.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (22) ein Lichtschalter, eine Dimmvorrichtung, eine Rollo-Ansteuerung, eine Lautstärkeregelung einer Musikanlage, eine Ventilansteuerung für einen Heizkörper, oder eine Ventilansteuerung zum Steuern von Durchfluss und Temperatur in Duschköpfen ist.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (14) eine Hand eines Benutzers (16) ist.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung (12) dazu angepasst ist, die aktuelle Distanz (a) aus einer Vielzahl von über einen vorbestimmten Zeitraum (t_n – t₀) erfassten Distanzen (a') des Objekts (14) zu der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung (12) zu ermitteln.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Distanz (a) einem Minimalwert der erfassten Distanzen (a') der Ultraschalldistanzsensorvorrichtung (12) in dem vorbestimmten Zeitraum (t_n – t₀) entspricht.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung (12) einen ersten Ultraschalldistanzsensor (12a) und einen zweiten Ultraschalldistanzsensor (12b) umfasst, die entlang der Detektionsrichtung (D) in einem vorbestimmten Abstand (Δa) von einander angeordnet sind, wobei die Ultraschalldistanzsensorvorrichtung (12) nur aktuelle Distanzen (a) bestimmt, bei welchen eine vom ersten Ultraschallsensor (12a) gemessene Distanz (a₁) und eine vom zweiten Ultraschallsensor (12b) gemessene Distanz (a₂) um den vorbestimmten Abstand (Δa) abweicht.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (22) eine Dimmvorrichtung ist, wobei der Bedienbereich (36) in einen Aktivierungsbereich (b₄), einen über dem Aktivierungsbereich (b₄) angeordneten Lichtintensitätserhöhungsbereich (b₃) und einem unter dem Aktivierungsbereich (b₄) angeordneten Lichtintensitätsreduzierungsbereich (b₅) aufgeteilt ist.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimmvorrichtung bei einer Erfassung des Objekts (14) innerhalb des Aktivierungsbereichs (b₄) aktiviert wird, wobei die Dimmvorrichtung dazu angepasst ist, bei einer Bewegung des erfassten Objekts (14) in Richtung des Lichtintensitätserhöhungsbereichs (b₃) und des Lichtintensitätsreduzierungsbereichs (b₅) die Intensität einer Lichtquelle (28) zu erhöhen bzw. zu reduzieren.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungsgeschwindigkeit der Erhöhung und/oder der Reduzierung der Lichtintensität proportional zu einem Abstand des Objekts (14) zu dem Aktivierungsbereich (b₄) ist.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichervorrichtung (20) dazu angepasst ist, aus einem vorgegebenen Muster einer Bewegung des Objekts (14) in unterschiedliche Distanzbereiche (b) einen zu dem Bewegungsmuster entsprechenden Steuerungszustand des Aktors (22) zu ermitteln.
Heimautomatisierungssteuerungssystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (24) dazu angepasst ist, eine Zuordnung zwischen einem vorbestimmten Distanzbereich (b) und einem Steuerungszustand des Aktors (22) durch Eingabe eines Benutzers (16) zu erlernen und in der Speichervorrichtung (20) abzuspeichern.