DE102017116327A1 - Electrical installation device, system for implementing a smart home and method for operating such a system - Google Patents

Electrical installation device, system for implementing a smart home and method for operating such a system Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Installationsgerät zur Steuerung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers, umfassend ein Positionserfassungssystem, wobei das Positionserfassungssystem wenigstens ein Mittel zur Erfassung der absoluten Position des elektrischen Installationsgeräts und/oder wenigstens ein Mittel zur Erfassung der relativen Position des elektrischen Installationsgeräts zu wenigstens einem weiteren elektrischen Installationsgerät und/oder einem Mobilgerät aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner ein System zur Realisierung eines Smart Homes und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Systems.

Figure DE102017116327A1_0000
The invention relates to an electrical installation device for controlling at least one electrical consumer, comprising a position detection system, wherein the position detection system at least one means for detecting the absolute position of the electrical installation device and / or at least one means for detecting the relative position of the electrical installation device to at least one further electrical Installation device and / or a mobile device.
The invention further relates to a system for realizing a smart home and a method for operating such a system.
Figure DE102017116327A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Installationsgerät, ein System zur Realisierung eines Smart Homes und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Systems.The invention relates to an electrical installation device, a system for the realization of a smart home and a method for operating such a system.

Unter „Smart Home“ wird insbesondere ein System in Gebäuden verstanden, welches Geräte und Installationen im Gebäude vernetzt und damit beispielsweise Automatisierungen und Fernsteuerung der Geräte ermöglicht. Ein bekanntes Smart Home System ist beispielsweise in WO 2015/200689 A1 beschrieben.A "smart home" is understood in particular to be a system in buildings which networks devices and installations in the building and thus enables, for example, automation and remote control of the devices. A well-known smart home system is for example in WO 2015/200689 A1 described.

Smart Home Systeme sind kompliziert in Installation und Verwendung, da sie aus vielen Einzelteilen bestehen und durch eine teure Zentraleinheit gesteuert werden müssen. Es besteht daher der Wunsch nach einer Vorrichtung, die die zur Realisierung eines Smart Homes notwendigen Einzelteile in sich vereint.Smart home systems are complicated to install and use because they consist of many parts and must be controlled by an expensive central unit. There is therefore a desire for a device that combines the necessary to realize a smart home items in itself.

Einzelteile und Einzelkomponenten von Haussteuerungsanlagen und Hausschalteinrichtungen sind beispielsweise aus DE 20 2011 051 925 U1 , DE 102 51 133 B3 , DE 31 03 503 A1 , DE 20 2007 016 252 U1 , DE 20 2005 018 658 U1 , DE 198 47 225 A1 , WO 2016/045376 A1 , WO 2015/101708 A1 , DE 20 2011 104 251 U1 und US 2003/0050737 A1 bekannt.Individual parts and individual components of home control systems and home switching devices are for example off DE 20 2011 051 925 U1 . DE 102 51 133 B3 . DE 31 03 503 A1 . DE 20 2007 016 252 U1 . DE 20 2005 018 658 U1 . DE 198 47 225 A1 . WO 2016/045376 A1 . WO 2015/101708 A1 . DE 20 2011 104 251 U1 and US 2003/0050737 A1 known.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues elektrisches Installationsgerät anzugeben, insbesondere ein elektrisches Installationsgerät, welches die Realisierung eines Smart Homes ermöglicht. Ferner soll ein neuartiges System zur Realisierung eines Smart Homes und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Systems angegeben werden.The present invention has for its object to provide a new electrical installation device, in particular an electrical installation device, which allows the realization of a smart home. Furthermore, a novel system for the realization of a smart home and a method for operating such a system should be specified.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des elektrischen Installationsgeräts gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich des Systems zur Realisierung eines Smart Homes durch die Merkmale des Anspruchs 18 und hinsichtlich des Verfahrens zum Betrieb dieses Systems durch die Merkmale des Anspruchs 19. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved with respect to the electrical installation device by the features of claim 1, in terms of the system for realizing a smart home by the features of claim 18 and in terms of the method for operating this system by the features of claim 19. Advantageous embodiments and further developments are in the respective dependent claims.

Das erfindungsgemäße elektrische Installationsgerät zur Steuerung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers umfasst ein Positionserfassungssystem, wobei das Positionserfassungssystem wenigstens ein Mittel zur Erfassung der absoluten Position des elektrischen Installationsgeräts und/oder wenigstens ein Mittel zur Erfassung der relativen Position des elektrischen Installationsgeräts zu wenigstens einem weiteren elektrischen Installationsgerät und/oder einem Mobilgerät aufweist.The electrical installation device according to the invention for controlling at least one electrical consumer comprises a position detection system, wherein the position detection system comprises at least one means for detecting the absolute position of the electrical installation device and / or at least one means for detecting the relative position of the electrical installation device to at least one further electrical installation device and / / or a mobile device.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass das erfindungsgemäße elektrische Installationsgerät in bestehenden Gebäuden einfach nachgerüstet werden kann und dort die Realisierung eines Smart Homes ermöglicht.The advantages of the invention are in particular that the electrical installation device according to the invention can be easily retrofitted in existing buildings and there allows the realization of a smart home.

Als Bezugspunkt für die absolute Position ist bevorzugt der Nordpol vorgesehen.As a reference point for the absolute position of the north pole is preferably provided.

Bei dem elektrischen Verbraucher kann es sich beispielsweise um eine Lichtquelle, wie eine Lampe oder eine Beleuchtungsvorrichtung, handeln.The electrical load can be, for example, a light source, such as a lamp or a lighting device.

Bevorzugt ist oder umfasst das Mittel zur Erfassung der relativen Position wenigstens ein Element zur Durchführung eines Laufzeitverfahrens. Beispiele für Laufzeitverfahren und deren Verfahrenskomponenten werden untenstehend erläutert. Unterstützend kann gegebenenfalls ein Element zur Durchführung eines Signalstärkeverfahren, insbesondere eines RSSI-Verfahrens (Receive Signal Strength Indicator), vorgesehen sein.Preferably, the means for detecting the relative position is or comprises at least one element for performing a transit time method. Examples of transit time methods and their process components are explained below. If appropriate, an element for carrying out a signal strength method, in particular an RSSI method (Receive Signal Strength Indicator), may be provided.

Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Element zur Durchführung eines Laufzeitverfahrens eine WLAN-Einheit und/oder eine RFID-Einheit und/oder eine Zigbee-Einheit und/oder eine Bluetooth-Einheit und/oder eine Beacon-Einheit ist oder umfasst.It can also be provided that the element for carrying out a transit time method is or comprises a WLAN unit and / or an RFID unit and / or a Zigbee unit and / or a Bluetooth unit and / or a beacon unit.

Ferner kann das elektrische Installationsgerät wenigstens eine Einrichtung zur Erhöhung der Genauigkeit des Laufzeitverfahrens umfassen, wobei die Einrichtung vorzugsweise ein Mittel zur Durchführung eines Phasendifferenzverfahrens und/oder ein Mittel zum Vergleichen der zeitlichen Differenzen der Signallaufzeiten und/oder ein Mittel zur Durchführung eines Verfahrens auf Basis des Doppler-Effekts und/oder ein Mittel zur Bestimmung eines Abstand auf Basis von Infrarot und/oder Near-Field Electromagnetic Ranging und/oder Ultra-Wide-Band und/oder eines Dauerstrichradars, beispielsweise eines FMCW-Radars, umfasst oder istFurthermore, the electrical installation device may comprise at least one device for increasing the accuracy of the transit time method, the device preferably comprising a means for performing a phase difference method and / or a means for comparing the time differences of the signal propagation times and / or a means for performing a method based on the Doppler effect and / or a means for determining a distance based on infrared and / or near-field Electromagnetic Ranging and / or ultra-wide band and / or a continuous wave radar, such as an FMCW radar comprises or is

Das Mittel zur Erfassung der relativen Position kann wenigstens ein Element zur Durchführung eines Laterations- und/oder Triangulationsverfahrens umfassen oder sein.The relative position detecting means may comprise or be at least one element for performing a lateration and / or triangulation method.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Mittel zur Erfassung der relativen Position wenigstens drei Antennen umfasst, so dass eine Antennen-Diversität-Funktion nutzbar ist, wobei eine Sende-Antenne als 360°-Antenne und wenigstens zwei weitere Antennen als Empfänger-Antennen mit Richtcharakteristik vorgesehen sind oder wenigstens zwei Antennen als Sende-Antennen mit Richtcharakteristik und eine Antenne als Empfänger-Antenne als 360°-Antenne vorgesehen sind.According to a further embodiment variant of the invention it can be provided that the means for detecting the relative position comprises at least three antennas, so that an antenna diversity function can be used, wherein a transmitting antenna as a 360 ° antenna and at least two further antennas than Receiver antennas are provided with directional characteristics or at least two antennas as transmitting antennas with directional characteristics and a Antenna are provided as a receiver antenna as a 360 ° antenna.

Für die Alternative mit 360°-Antenne und Empfänger-Antennen mit Richtcharakteristik gilt bevorzugt: Die Antennen zeichnen sich dadurch aus, dass die Sende-Antenne in einer 360° Richtung, d.h. ohne Richtcharakteristik abstrahlt und nur die Empfänger-Antennen eine Richtcharakteristik von einem bestimmten Winkel aufweisen (z.B. 2-Sektor (2x 180°), 3-Sektor (3x 120°), 4-Sektor (4x 90°) oder Antennen-Array). Bei diesem Prinzip kann die Signalstärke von den mindestens zwei Empfänger-Antennen verglichen und dadurch die Richtung des Signals bestimmt werden.For the alternative with 360 ° antenna and receiver antennas with directional characteristic is preferred: The antennas are characterized in that the transmitting antenna in a 360 ° direction, i. non-directional radiation and only the receiver antennas have a directional characteristic from a certain angle (e.g., 2 sector (2x 180 °), 3 sector (3x 120 °), 4 sector (4x 90 °) or antenna array). In this principle, the signal strength of the at least two receiver antennas can be compared and thereby the direction of the signal can be determined.

Für die Alternative mit Sende-Antennen mit Richtcharakteristik und Empfänger-Antenne als 360°-Antenne gilt bevorzugt: Es können mehrere Sende-Antennen mit Richtcharakteristik, welche zusammen 360° abdecken als Sende-Antennen genutzt werden (z.B. 2-Sektor (2× 180°), 3-Sektor (3× 120°), 4-Sektor (4× 90°) oder Antennen-Array). Die Empfänger-Antenne verfügt hierbei über eine 360°-Ausrichtung. Werden nun die Sende-Antennen mit Richtcharakteristik einzeln angesteuert und die jeweilige Signalstärke des Empfängersignals miteinander verglichen, kann die Richtung eines Signals bestimmt werden. Dies setzt voraus, dass dem Empfänger mitgeteilt wird, aus welcher Richt-Antenne des Senders das Signal entspringt.For the alternative with transmit antennas with directional characteristics and receiver antenna as a 360 ° antenna, the following is preferred: Several transmit antennas with directional characteristics, which together cover 360 °, can be used as transmit antennas (eg 2 sector (2 × 180 °) °), 3 sector (3 × 120 °), 4 sector (4 × 90 °) or antenna array). The receiver antenna has a 360 ° orientation. If now the transmitting antennas with directional characteristic are individually controlled and the respective signal strength of the receiver signal compared with each other, the direction of a signal can be determined. This assumes that the receiver is informed from which directional antenna of the transmitter, the signal springs.

Als Antenne kann beispielsweise eine Zweibandantenne für weitbandigen Funk (UWB) und schmalbandigen Funk (BLE, WLAN, usw.) oder alternativ jeweils eine eigene Antenne für den weitbandigen Funk und den schmalbandigen Funk vorgesehen sein.As an antenna, for example, a dual-band antenna for long-range radio (UWB) and narrow-band radio (BLE, WLAN, etc.) or alternatively each have its own antenna for the broadband radio and the narrow-band radio can be provided.

Die Entfernungen und Winkel mehrerer elektrischer Installationsgeräte zueinander können zur Berechnung eines fixen Bezugssystems für andere Geräte, wie Mobilgeräte, verwendet werden.The distances and angles of multiple electrical installation devices to each other can be used to calculate a fixed reference system for other devices, such as mobile devices.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist das elektrische Installationsgerät wenigstens ein Barometer und/oder wenigstens ein Magnetometer, beispielsweise einen Hall-Sensor oder eine Förster-Sonde oder ein SQUIDS, auf. Das Barometer dient beispielsweise als Mittel zur Erfassung der absoluten Position und/oder als Mittel zur Erfassung der relativen Position. Beispielsweise kann mit dem Barometer die Position des elektrischen Installationsgeräts in der 3. Dimension (Z-Achse; Höhe) bestimmt werden. Dadurch lässt sich zum Beispiel das Positionserfassungssystem über mehrere Stockwerke eines Gebäudes realisieren. Das Magnetometer und/oder der Hall-Sensor dienen beispielsweise als Mittel zur Erfassung der absoluten Position, aber auch insbesondere zur Bestimmung der Orientierung (auch: Blickrichtung) von Mobilgeräten. Bei dem Magnetometer kann es sich beispielsweise um ein Squid-Gradiometer und/oder ein Fluxgate-Magnetometer handeln.According to one development of the invention, the electrical installation device has at least one barometer and / or at least one magnetometer, for example a Hall sensor or a Förster probe or a SQUIDS. The barometer serves, for example, as a means for detecting the absolute position and / or as means for detecting the relative position. For example, the position of the electrical installation device in the third dimension (Z-axis, height) can be determined with the barometer. As a result, for example, the position detection system can be implemented over several floors of a building. The magnetometer and / or the Hall sensor serve, for example, as a means for detecting the absolute position, but also in particular for determining the orientation (also: viewing direction) of mobile devices. The magnetometer may be, for example, a squid gradiometer and / or a fluxgate magnetometer.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Mittel zur Erfassung der absoluten Position eine IP-Adresslokalisierungseinheit und/oder ein Mittel zur Erfassung und/oder Erkennung einer Mobilfunkzelle umfasst oder eine IP-Adresslokalisierungseinheit und/oder ein Mittel zur Erfassung und/oder Erkennung einer Mobilfunkzelle ist.According to one embodiment of the invention, it is provided that the means for detecting the absolute position comprises an IP address localization unit and / or a means for detecting and / or detecting a mobile radio cell or an IP address localization unit and / or a means for detection and / or detection a mobile radio cell is.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist das elektrische Installationsgerät ein Lichtschalter oder eine Steckdose, insbesondere eine schaltbare Steckdose, oder umfasst einen Lichtschalter oder eine Steckdose, insbesondere eine schaltbare Steckdose.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the electrical installation device is a light switch or a socket, in particular a switchable socket, or comprises a light switch or a socket, in particular a switchable socket.

Vorzugsweise handelt es sich bei den elektrischen Installationsgeräten um Unterputz- und/oder Aufputzgeräte. Beispielsweise können Lichtschalter oder Steckdose in einer Unterputzdose oder in einer Aufputzdose vorgesehen sein.The electrical installation devices are preferably flush-mounted and / or surface-mounted devices. For example, light switch or socket can be provided in a flush-mounted box or in a surface-mounted box.

Das elektrische Installationsgerät kann beispielsweise als „Remote Switch“ verwendet werden, so dass kabellose Kreuz- oder Reihenschaltungen ohne Neuverkabelung möglich sind.The electrical installation device can be used for example as a "remote switch", so that wireless cross-connect or series connections without rewiring are possible.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das elektrische Installationsgerät ein Steuerelement, insbesondere einen Microcontroller, zur Beeinflussung zumindest eines Betriebszustands wenigstens einer Komponente des elektrischen Verbrauchers aufweist.A development of the invention provides that the electrical installation device has a control, in particular a microcontroller, for influencing at least one operating state of at least one component of the electrical load.

Besonders bevorzugt weist das elektrische Installationsgerät ein berührungsloses Steuerelement zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer Lichtquelle, auf, wobei das berührungslose Steuerelement eine kapazitive Oberfläche und/oder einen oder mehrere Ultraschallsensoren und/oder einen oder mehrere Infrarot-Sensoren und/oder ein Laser-Entfernungsmessungs-Modul (Laser-Ranging Modul), insbesondere ein Laufzeitmessungs-Laser-Entfernungsmessungsmodul (Time-of-Flight Laser-Ranging Modul) aufweist. Mit dem Laufzeitmessungs-Laser-Entfernungsmessungsmodul (Time-of-Flight Laser-Ranging Modul) lässt sich über das optische Messverfahren eine Gestenerkennung von 1D bis 3D realisieren.Particularly preferably, the electrical installation device has a non-contact control element for controlling the electrical load, in particular a light source, wherein the non-contact control element has a capacitive surface and / or one or more ultrasonic sensors and / or one or more infrared sensors and / or a laser Distance Measuring Module (Laser Ranging Module), in particular a time-of-flight laser distance measuring module (time-of-flight laser ranging module). With the time-of-flight laser distance measuring module (time-of-flight laser-ranging module), gesture recognition from 1D to 3D can be realized via the optical measuring method.

Die elektrischen Installationsgeräte können über eine elektrisch leitende Oberfläche zur Entfernungsmessung verfügen, welche den Sensor darstellt. Über diese kapazitive Oberfläche, beispielsweise eine elektrisch leitende Platte, kommt die eigentliche Blende mit Rahmen. Die beispielhaft angeführte Platte ist somit zusätzlich zur Blende unter der Blende montiert. Die Blende selbst und der Rahmen verfügen dann über keine kapazitive Oberfläche und sind rein dekorativ. Dabei kann vorgesehen sein, dass das elektronische Installationsgerät die Blende automatisch erkennt und vorgegebene Korrekturfaktoren bzw. einen vorgefertigten Korrekturalgorithmus anwendet, um ein sicheres Schalten für verschiedene Blendenaufsätze gewährleisten zu können.The electrical installation devices may have an electrically conductive surface for measuring distance, which represents the sensor. About this capacitive surface, such as an electrically conductive plate, comes actual aperture with frame. The exemplified plate is thus mounted in addition to the aperture under the panel. The panel itself and the frame then have no capacitive surface and are purely decorative. It can be provided that the electronic installation device detects the aperture automatically and applies predetermined correction factors or a ready-made correction algorithm to ensure safe switching for different aperture attachments can.

Die kapazitive Oberfläche kann auch Leiterbahnen, vorzugsweise zusätzliche Leiterbahnen auf einer zur Blende hin nächstgelegenen Leiterplatte, umfassen.The capacitive surface may also comprise printed conductors, preferably additional printed conductors on a printed circuit board closest to the panel.

Vorzugsweise weist das elektrische Installationsgerät einen oder mehrere optische Sensoren, beispielsweise Mikrowellen-Sensoren oder Radareinrichtungen und/oder einen oder mehrere akustische Sensoren auf.Preferably, the electrical installation device has one or more optical sensors, for example microwave sensors or radar devices and / or one or more acoustic sensors.

Es kann vorgesehen sein, dass das elektrische Installationsgerät zur Realisierung einer Dimm- und/oder Schaltfunktion des elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer Lichtquelle, einen Dimmer, insbesondere einen Sinusdimmer, und/oder eine Phasenanschnitts- und/oder Phasenabschnittsteuerung und/oder eine Pulsweitenmodulations-Schnittstelle umfasst.It can be provided that the electrical installation device for realizing a dimming and / or switching function of the electrical load, in particular a light source, a dimmer, in particular a sine dimmer, and / or a Phasenanschnitts- and / or phase section control and / or a pulse width modulation interface includes.

Es kann vorgesehen sein, dass das elektrische Installationsgerät funk- und/oder kabelgebundene Busschnittstellen aufweist.It can be provided that the electrical installation device has radio and / or wired bus interfaces.

Ferner kann vorgesehen sein, dass das elektronische Installationsgerät Mittel zur Durchführung eines Verfahrens zur geräteübergreifenden Zeitsynchronisierung aufweist, wobei die Mittel beispielsweise funk- oder busbasierte Taktgeber sind oder umfassen, und/oder uhrzeit- oder netzbasiert gesteuert werden oder steuerbar sind. Dabei kann beispielsweise ein UWB-Signal (UWB: Ultra-wideband, Ultrabreitband) als Taktgeber oder im Hausnetz zum Beispiel der Nulldurchgang der Netzfrequenz als Taktgeber verwendet werden.Furthermore, it can be provided that the electronic installation device has means for carrying out a method for cross-device time synchronization, wherein the means are, for example, radio or bus-based clocks or include, and / or clock time or network-based controlled or controllable. In this case, for example, a UWB signal (UWB: Ultra wideband, ultra wide band) can be used as a clock or home network, for example, the zero crossing of the mains frequency as a clock.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektrische Installationsgerät wenigstens einen Sensor zur Ermittlung von Bedingungen eines Raumes, in welchem das elektrische Installationsgerät vorgesehen ist, aufweist, wobei der Sensor einen Helligkeitssensor zur Ermittlung der Raumhelligkeit, und/oder einen Temperatursensor zur Ermittlung der Raumtemperatur, und/oder einen Feuchtigkeitssensor zur Ermittlung der Raumfeuchtigkeit, und/oder einen Kohlendioxidsensor zur Ermittlung der Raumluftgüte umfasst.According to one embodiment of the invention, it is provided that the electrical installation device at least one sensor for determining conditions of a room in which the electrical installation device is provided, wherein the sensor is a brightness sensor for determining the room brightness, and / or a temperature sensor for determining the Room temperature, and / or a humidity sensor for determining the room humidity, and / or a carbon dioxide sensor for determining the indoor air quality.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das elektrische Installationsgerät eine Softwarearchitektur aufweist, wobei die Softwarearchitektur autark und/oder dezentral und/oder modular ausgebildet ist.A development of the invention provides that the electrical installation device has a software architecture, wherein the software architecture is self-sufficient and / or decentralized and / or modular.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektrische Installationsgerät wenigstens ein Steuerungsmodul, vorzugsweise mit einem Mikrocontroller, aufweist, wobei das Steuerungsmodul eine Schnittstelle aufweist, wobei die Schnittstelle zur Bildung von Topologien mittels eines Bluetooth Low Energy Netzwerks ausgebildet ist, und wobei die Schnittstelle zur Änderung von Parametern des Steuerungsmoduls und/oder zur Änderung von Betriebszuständen des elektrischen Installationsgeräts vorgesehen ist.According to one embodiment of the invention, it is provided that the electrical installation device has at least one control module, preferably with a microcontroller, wherein the control module has an interface, wherein the interface for forming topologies is formed by means of a Bluetooth low energy network, and wherein the interface is provided for changing parameters of the control module and / or for changing operating states of the electrical installation device.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektrische Installationsgerät Mittel zur Leistungsmessung des elektrischen Installationsgeräts und/oder Mittel zur Energieüberwachung und/oder eine Standby-Erkennung aufweist.According to one embodiment of the invention it is provided that the electrical installation device comprises means for measuring the power of the electrical installation device and / or means for energy monitoring and / or a standby detection.

Es kann vorgesehen sein, dass das elektrische Installationsgerät einen Speicher für elektrische Energie, beispielsweise einen Akku, aufweist.It can be provided that the electrical installation device has a memory for electrical energy, such as a battery.

Bevorzugt weist das elektrische Installationsgerät ein LED-Interface auf, wobei die LEDs des LED-Interfaces als Matrix oder als Ring angeordnet sind. Alternativ oder additiv kann vorgesehen sein, dass das elektrische Installationsgerät ein LCD-Display aufweist.Preferably, the electrical installation device has an LED interface, wherein the LEDs of the LED interface are arranged as a matrix or as a ring. Alternatively or additionally, it may be provided that the electrical installation device has an LCD display.

Es kann vorgesehen sein, dass das Interface über eine mit dem elektrischen Installationsgerät verbundene oder verbindbare App oder einen mit dem elektrischen Installationsgerät verbundenen oder verbindbaren Browser verbunden ist oder ein Stand-Alone-Interface ist.It can be provided that the interface is connected via an app connected or connectable to the electrical installation device or a browser connected or connectable to the electrical installation device or is a stand-alone interface.

Das elektrische Installationsgerät kann einen integrierten Gleichrichter umfassen, insbesondere einen integrierten Gleichrichter, der eine Netzwechselspannung in eine Gleichspannung zur Versorgung weiterer integrierter Bauteile, insbesondere Mikrocontroller und/oder Sensoren, umwandelt, beispielsweise eine 230V-Netzwechselspannung in eine 5V Gleichspannung.The electrical installation device may comprise an integrated rectifier, in particular an integrated rectifier, which converts an AC line voltage into a DC voltage for supplying further integrated components, in particular microcontroller and / or sensors, for example a 230V AC line voltage to a 5V DC voltage.

Das erfindungsgemäße System zur Realisierung eines Smart Homes umfasst einerseits ein erfindungsgemäßes elektrisches Installationsgerät und andererseits wenigstens ein zweites erfindungsgemäßes elektrisches Installationsgerät und/oder ein Mobilgerät. Unter einem Mobilgerät wird insbesondere eine mobile, mit Akkus betriebene Kommunikationseinheit mit Rechen- und Datenverarbeitung verstanden, welche über Sensorik, Aktorik sowie einer Empfangs- und Sendeeinheit verfügt.The inventive system for realizing a smart home comprises on the one hand an inventive electrical installation device and on the other hand, at least a second inventive electrical installation device and / or a mobile device. A mobile device is in particular a mobile, battery-powered communication unit with computing and data processing understood, which has sensors, actuators and a receiving and transmitting unit.

Das Mobilgerät kann ein Mobiltelefon und/oder ein Smartphone und/oder ein Notebook und/oder ein Tablet und/oder ein Wearable und/oder ein Smart-Accessoire und/oder eine Smart-Watch und/oder eine Internet-of-Things-Device sein oder umfassen.The mobile device may be a mobile phone and / or a smartphone and / or a notebook and / or a tablet and / or a wearable and / or a smart accessory and / or a smart watch and / or an internet-of-things device be or include.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb des vorbeschriebenen Systems zur Realisierung eines Smart Homes ist dadurch gekennzeichnet, dass ein räumliches Bezugssystem zwischen dem elektrischen Installationsgerät und dem wenigstens einen zweiten elektrischen Installationsgerät und/oder dem Mobilgerät mittels eines Verfahrens, insbesondere eines Laufzeitverfahrens, generiert wird, das eine der nachfolgend genannten Verfahren oder Verfahrenskomponenten umfasst oder zwei oder mehrere der nachfolgend genannten Verfahren oder Verfahrenskomponenten kombiniert:

  • - Bestimmung der absoluten Entfernung der beteiligten Geräte zueinander, insbesondere mittels eines Time of Arrival-Verfahrens;
  • - Bestimmung der Signalrichtung mittels der Antennen-Diversität;
  • - Bestimmung der Orientierung der beteiligten Geräte mittels eines Kompasses in jedem beteiligten Gerät;
  • - Ermittlung der Höhe der beteiligten Geräte mittels eines oder mehrerer Barometer;
  • - zeitliche Synchronisation der beteiligten Geräte, insbesondere mittels eines UWB-Signals als Taktgeber und/oder mittels eines Nulldurchgangs der Netzfrequenz als Taktgeber, in beiden Varianten vorzugsweise in Kombination mit einer Korrektur, die zeitliche Verzögerungen aufgrund der Entfernungen zwischen den Geräten bzw. der Signallaufstrecke berücksichtigt.
The method according to the invention for operating the above-described system for realizing a smart home is characterized in that a spatial reference system is generated between the electrical installation device and the at least one second electrical installation device and / or the mobile device by means of a method, in particular a transit time method the method or process components listed below or combines two or more of the following methods or process components:
  • Determination of the absolute distance between the devices involved, in particular by means of a time-of-arrival method;
  • - Determination of the signal direction by means of the antenna diversity;
  • - Determination of the orientation of the participating devices by means of a compass in each participating device;
  • - Determination of the height of the participating equipment by means of one or more barometers;
  • Timing synchronization of the devices involved, in particular by means of a UWB signal as a clock and / or by means of a zero crossing of the network frequency as a clock, in both variants, preferably in combination with a correction that takes into account delays due to the distances between the devices or the signal propagation distance ,

Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass ausgehend von den ermittelten Daten ein Grundriss eines Gebäudes, in dem die beteiligten elektrischen Installationsgeräte installiert sind, berechnet wird. Dieser Grundriss kann als Grundlage für ein Positionierungssystem für Mobilgeräte herangezogen werden.A development of the method provides that, based on the determined data, a floor plan of a building in which the participating electrical installation devices are installed is calculated. This floor plan can be used as the basis for a mobile positioning system.

Beispielsweise kann das Verfahren zur Berechnung und Darstellung des Grundrisses eines Gebäudes folgendermaßen ausgestaltet sein: Sämtliche UWB-fähigen elektrischen Installationsgeräte, welche durch die Netzspannung gespeist werden, befinden sich zwangsweise als Unter- oder Aufputz-Ausführung in bzw. auf einer Wand. Mit den absoluten Entfernungen zueinander, der Bestimmung der Signalrichtung durch die Antennen Diversität (RSSI, Phasendifferenz oder das Vergleichen der Laufzeitunterschiede der Empfangsantennen), der Bestimmung der Blickrichtung (Orientierung) der Geräte mittels Kompass sowie der Ermittlung der Höhe über ein Barometer können die jeweiligen Wände, in denen das elektronische Installationsgerät verbaut ist, in ihrer Ausrichtung und Etage bestimmt werden. Mit einer Mehrzahl an Geräten, insbesondere einer für die Größe und Komplexität des jeweiligen Gebäudes ausreichenden Anzahl an Geräten, lässt sich somit ein automatisiertes Verfahren zur Berechnung und Darstellung des Grundrisses des Gebäudes realisieren. Dies dient als Grundlage für ein Positionierungssystem für Mobilgeräte (Wearables, Smartphones, etc.).For example, the method for calculating and displaying the floor plan of a building can be configured as follows: All UWB-capable electrical installation devices, which are fed by the mains voltage, are forcibly located as a surface or surface-mounted version in or on a wall. With the absolute distances to each other, the determination of the signal direction by the antenna diversity (RSSI, phase difference or comparing the transit time differences of the receiving antennas), the determination of the viewing direction (orientation) of the devices by means of compass and the determination of the height via a barometer, the respective walls in which the electronic installation device is installed, are determined in their orientation and floor. With a plurality of devices, in particular a sufficient number of devices for the size and complexity of the respective building, an automated method for calculating and displaying the floor plan of the building can thus be realized. This serves as the basis for a positioning system for mobile devices (wearables, smartphones, etc.).

Die relative Position des Mobilgeräts zu den beteiligten elektrischen Installationsgeräten kann mittels eines Verfahrens, insbesondere eines Laufzeitverfahrens, ermittelt werden, das eine der nachfolgend genannten Verfahren oder Verfahrenskomponenten umfasst oder zwei oder mehrere der nachfolgend genannten Verfahren oder Verfahrenskomponenten kombiniert:

  • - Time of Arrival-Verfahren, vorzugsweise mittels eines Trilaterations-Verfahrens, beispielsweise unter Verwendung von UWB bei einem UWB-fähigen Mobilgerät;
  • - Time Differenz of Arrival Verfahren (Streckendifferenzmessung), insbesondere bei zeitlich synchronisierten beteiligten Installationsgeräten, vorzugsweise bei einem nicht-UWB-fähigen Mobilgerät;
  • - RSSI-Messung, insbesondere bei nicht-UWB-fähigen Mobilgeräten, wobei vorzugsweise ein korrigiertes Ausbreitungsmodell für die RSSI-Messung eingesetzt wird, wobei das korrigierte Ausbreitungsmodell durch Vergleich von RSSI-Messungen und UWB-Messungen bei UWB-fähigen Mobilgeräten ermittelt wurde.
The relative position of the mobile device to the electrical installation devices involved can be determined by a method, in particular a transit time method, which comprises one of the methods or method components mentioned below or combines two or more of the following methods or method components:
  • Time-of-Arrival procedure, preferably by means of a trilateration method, for example using UWB in a UWB-capable mobile device;
  • Time difference of arrival method, especially in time-synchronized installation devices involved, preferably in a non-UWB-enabled mobile device;
  • RSSI measurement, especially for non-UWB enabled mobile devices, preferably using a corrected propagation model for RSSI measurement, where the corrected propagation model was determined by comparing RSSI measurements and UWB measurements on UWB-enabled mobile devices.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende, schematische Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained below with respect to further features and advantages with reference to the description of exemplary embodiments and with reference to the accompanying schematic drawing.

Zunächst sollen Beispiele für ein gemäß der Erfindung vorgesehenes Verfahren zur Generierung eines räumlichen Bezugssystems beschrieben werden: First, examples of a method according to the invention for generating a spatial reference system will be described:

Als erstes sei ein Time of Arrival-Verfahren (TOA) mit UWB als Zwei-Wege-Entfernungsmessung (Two-way ranging) anhand von 1 beschrieben. Beim Time of Arrival-Verfahren (TOA) erfolgt die Berechnung der Distanz zwischen Sender und Empfänger anhand der Laufzeit ti für eine elektromagnetische Welle mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit in Luft c=const=2,99·108 m/s. Mit Hilfe dieser Größen können die Strecken si zwischen den Geräten A, B und C (vorzugsweise elektrische Installationsgeräte gemäß der Erfindung) berechnet werden. Die Messung kann beispielsweise durch Auswertung der zweifachen Strecke 2si erfolgen. In diesem Fall fungiert der Empfänger nur als Reflektor.First, consider a time of arrival (TOA) method using UWB as two-way ranging based on 1 described. With the time of arrival (TOA) method, the distance between transmitter and receiver is calculated based on the runtime t i for an electromagnetic wave with the propagation velocity in air c = const = 2.99 × 10 8 m / s. With the help of these sizes, the routes can s i between the devices A . B and C (preferably electrical installation equipment according to the invention) are calculated. The measurement can be done, for example, by evaluating the double distance 2s i respectively. In this case, the receiver acts only as a reflector.

Als zweites sei ein Verfahren zur Bestimmung der Signalrichtung mittels der Antennen-Diversität beschrieben. Mit dem vorstehend anhand von 1 beschriebenen Verfahren kann die reale Position weiterer Geräte nicht exakt bestimmt werden, vergleiche 2. Die Anordnung der Geräte B und C relativ zum Gerät A ist nicht eindeutig ermittelbar, vielmehr kann die Anordnung der Geräte B und C beliebig um eine imaginäre Achse durch das Gerät A rotieren. Dies ist in 2 beispielshaft dargestellt, indem eine reale Position der Geräte B und C in durchgezogenen Linien gezeichnet ist und eine gemäß den Messergebnissen mögliche, aber nur scheinbare Position in gestrichelten Linien gezeichnet ist.Second, a method for determining the signal direction by means of the antenna diversity will be described. With the above with reference to 1 described method, the real position of other devices can not be determined exactly, cf. 2 , The arrangement of the devices B and C relative to the device A is not clearly determinable, but the arrangement of the devices B and C arbitrarily about an imaginary axis through the device A rotate. This is in 2 exemplified by a real position of the devices B and C is drawn in solid lines and a possible according to the measurement results, but only apparent position is shown in dashed lines.

Mittels der gemäß der Erfindung vorgesehenen Verwendung der Antennen Diversität kombiniert mit einem Kompass in jedem elektrischen Installationsgerät wird die Eindeutigkeit der ermittelten Anordnung der Geräte erreicht. Dabei kann die Signalstärke RSSI von mindestens zwei entgegengesetzten Richtantennen verglichen werden. Neben dem Vergleichen der Phasendifferenz kann auch das Vergleichen der zeitlichen Differenzen der Signallaufzeit für die jeweiligen Empfängerantennen zum gewünschten Resultat führen. Hierbei kann neben der Entfernung auch der exakte Winkel des Senders bestimmt werden. Bei den Antennen kann es sich um eine Zweibandantenne für den weitbandigen Funk (UWB) und schmalbandigen (BLE, WLAN, usw.) oder alternativ um jeweils eigene Antennen für den weitbandigen Funk und den schmalbandigen Funk handeln.By means of the intended use of the antenna diversity according to the invention combined with a compass in each electrical installation device, the uniqueness of the determined arrangement of the devices is achieved. In this case, the signal strength RSSI of at least two opposite directional antennas can be compared. In addition to comparing the phase difference, comparing the time differences of the signal propagation time for the respective receiver antennas can also lead to the desired result. Here, in addition to the distance and the exact angle of the transmitter can be determined. The antennas may be a dual-band antenna for the wideband radio (UWB) and narrowband (BLE, WLAN, etc.) or, alternatively, their own antennas for the wideband radio and the narrow-band radio.

Als drittes sei die zeitliche Synchronisation mit UWB und/oder Netzfrequenz genannt. Soll eine Ein-Weg-Distanzmessung (d.h. Signalauswertung beim Empfänger) stattfinden, dann ist eine zeitliche Synchronisation zwischen Sender und Empfänger notwendig. Dies ist der Fall, wenn die Position eines mobilen Geräts über das TOA Verfahren mit einem Nicht UWB-Protokoll wie zum Beispiel Bluetooth ermittelt werden soll. Diese zeitliche Synchronisation kann auf zwei Arten gelöst werden, zum einen mittels eines UWB-Signals als Taktgeber und zum anderen mittels eines Nulldurchgangs der Netzfrequenz als Taktgeber. Beide Verfahren werden nachfolgend beschrieben.The third is the temporal synchronization with UWB and / or network frequency. If a one-way distance measurement (i.e., signal evaluation at the receiver) is to take place, then temporal synchronization between transmitter and receiver is necessary. This is the case when the position of a mobile device is to be determined via the TOA method with a non-UWB protocol such as Bluetooth. This temporal synchronization can be solved in two ways, on the one hand by means of a UWB signal as a clock and the other by means of a zero crossing of the mains frequency as a clock. Both methods are described below.

Die Verwendung eines UWB-Signals als Taktgeber ist in 3 gezeigt. Ein vorher definiertes Gerät A im Netzwerk wird als Taktgeber festgelegt. Dieser sendet ein regelmäßiges Taktsignal an alle seine Nachbarn B und C. Dieses Taktsignal erreicht B und C mit einer zeitlichen Verzögerung ti abhängig der Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle sowie der Entfernung. Da aber die exakte Entfernung und die Bearbeitungszeiten der Mikrokontroller bekannt sind, kann dieser statische Fehler über einen Offset korrigiert werden. Damit wird eine extrem genaue zeitliche Synchronisation aller elektrischen UWB-fähigen Installationsgeräte erreicht.The use of a UWB signal as the clock is in 3 shown. A previously defined device A in the network is set as a clock. This sends a regular clock signal to all its neighbors B and C , This clock signal reaches B and C with a time delay t i depending on the propagation velocity of the electromagnetic wave as well as the distance. However, since the exact distance and the processing times of the microcontroller are known, this static error can be corrected by an offset. This achieves an extremely accurate time synchronization of all electrical UWB-capable installation devices.

Die Verwendung des Nulldurchgangs der Netzfrequenz als Taktgeber ist in 4 gezeigt. Hierbei wird der Nulldurchgang der Netzfrequenz als Taktgeber für alle an der Netzspannung befindlichen Geräte im Haus genutzt oder ein Takt aufmoduliert. Auch hier weist die Phase/der Takt eine Verschiebung aufgrund der Laufstrecke zwischen Taktgeber A und Empfänger B, C auf (Signallaufzeit). Diese zeitliche Differenz u(t)i kann als Korrekturwert herangezogen werden.The use of the zero crossing of the mains frequency as a clock is in 4 shown. Here, the zero crossing of the mains frequency is used as a clock for all devices located at the mains voltage in the house or a clock aufmoduliert. Again, the phase / the clock has a shift due to the running distance between clock A and receiver B . C on (signal delay). This time difference u (t) i can be used as a correction value.

Das erfindungsgemäße Installationsgerät, das erfindungsgemäße System zur Realisierung eines Smart Homes sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb dieses Systems, insbesondere das Verfahren zur Generierung eines Bezugssystems, ermöglichen als Weiterbildung ein Verfahren zur Positionierung (auch: Ortung) von Mobilgeräten. Nachfolgend werden anhand von 5, 6 und 7 drei Verfahrensvarianten zur Ermittlung der relativen Position des Mobilgeräts zu den beteiligten elektrischen Installationsgeräten beschrieben (auch als Indoor-Positionierung bezeichnet).The installation device according to the invention, the system according to the invention for realizing a smart home and the method according to the invention for operating this system, in particular the method for generating a reference system, make possible as a development a method for positioning (also: positioning) of mobile devices. The following are based on 5 . 6 and 7 describes three variants of the method for determining the relative position of the mobile device to the electrical installation equipment involved (also referred to as indoor positioning).

5 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung der Position von UWB-fähigen Mobilgeräten über Two-Way-Ranging TOA. Die Bestimmung der Position von einem UWB-fähigen Mobilgerät funktioniert wie vorstehend anhand von 1 beschrieben. Anhand der Entfernungen zwischen mindestens drei Referenzstationen A, B, C und einem Mobilgerät kann die Position des Endgerätes im Raum über das Trilateration Verfahren (auch bekannt als räumlicher Bogenschnitt) bestimmt werden. 5 shows a method for determining the location of UWB-enabled mobile devices via two-way ranging TOA. Determining the position of a UWB-enabled mobile device works as above based on 1 described. Based on the distances between at least three reference stations A . B . C and a mobile device, the position of the terminal in space via the trilateration method (also known as spatial arc section) can be determined.

6 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung der Position von Nicht-UWB-fähigen Mobilgeräten über das Time Difference of Arrival-Verfahren (TDOA - auch: Streckendifferenzmessung). Hier wird die Differenz der Strecken von mindestens zwei Feststationen zum Empfänger anhand der Laufzeitdifferenz ermittelt. Bei dieser Methode müssen die Feststationen A, B, C zeitlich synchronisiert sein. Eine Auswertemethode, bei der Streckendifferenzen zur Positionsbestimmung genutzt werden, ist der Hyperbelschnitt. A, B und C sind die Feststationen, die für die Streckendifferenzmessung genutzt werden. Die Hyperbellinien sind die Orte aller Punkte N, bei denen die Streckendifferenz dAB=NA-NB immer gleich groß ist. Der Schnitt dieser Hyperbeln liefert dann die eindeutige Lösung für N. Das Signal für das TDOA-Verfahren wird hierbei bei gängigen Funkprotokollen, insbesondere gängigen schmalbandigen Funkprotokollen, beispielsweise Bluetooth oder WLAN, noch vor der Bearbeitung der übersendeten Daten abgegriffen und anschließend werden die Empfangszeiten bei den Empfängern miteinander verglichen. 6 shows a method for determining the position of non-UWB-enabled mobile devices via the Time Difference of Arrival (TDOA) method. Here, the difference between the distances from at least two fixed stations to the receiver is determined on the basis of the transit time difference. In this method, the base stations A . B . C be synchronized in time. An evaluation method in which route differences are used to determine the position is the hyperbolic section. A . B and C are the base stations that are used for the path difference measurement. The hyperbolic lines are the locations of all points N, where the path difference d AB = NA-NB always the same is great. The cut of these hyperbolas then provides the unique solution for N. The signal for the TDOA method is here in common radio protocols, especially common narrowband radio protocols, such as Bluetooth or WLAN, tapped before processing the transmitted data and then the reception times at the Recipients compared with each other.

Konkret kann vorgesehen sein, dass zunächst ein Signal für die Positionsmessung von A an B und C und an das Mobilgerät gesendet wird, das den internen Timer von A, B, C startet. Dann sendet das Mobilgerät ein spezifisches Signal an A, B, C. Sobald das Signal angekommen ist, wird der interne Timer gestoppt. Die Signallaufzeiten zu A, B, C werden miteinander verglichen und Korrekturfaktoren berücksichtigt. Daraus lässt sich die Position des Mobilgeräts berechnen.Specifically, it can be provided that initially a signal for the position measurement of A at B and C and sent to the mobile device that is the internal timer of A . B . C starts. Then the mobile device sends a specific signal A . B . C , Once the signal has arrived, the internal timer is stopped. The signal propagation times too A . B . C are compared and correction factors taken into account. From this, the position of the mobile device can be calculated.

7 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung der Position von Nicht-UWB-fähigen Mobilgeräten über RSSI. Hierbei werden die Positionen, welche mit dem UWB-Verfahren gemessen wurden, mit den Positionen der RSSI-Messung verglichen. Auf Basis einer Vielzahl an Messpunkten im Raum oder im Gebäude lässt sich ein korrigiertes Ausbreitungsmodell für das RSSI-Messverfahren bilden. 7 shows a method for determining the position of non-UWB enabled mobile devices over RSSI. Here, the positions measured by the UWB method are compared with the positions of the RSSI measurement. On the basis of a large number of measuring points in the room or in the building, a corrected propagation model for the RSSI measuring method can be formed.

Nachfolgend werden weitere zusätzliche Aspekte, Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung dargestellt:Hereinafter, further additional aspects, embodiments and developments of the invention are shown:

Im Inneren von Gebäuden müssen neben den Störsignalen, die das Signal auf dem direkten Weg vom Sender zum Empfänger zum Beispiel durch Wände, Personen oder andere Hindernisse erfährt, zusätzlich noch weitere Effekte beachtet werden. Besonders zu nennen sind hier die Mehrwegeausbreitung (multipath propagation), die auch mit guten Ausbreitungsmodellen nur schwer vorherzusagen ist, sowie Reflektionen im Raum. Dabei können die Bewegungsprofile von Mobilgeräten im Bezugssystem genutzt werden, um das Ausbreitungsmodell der Signale zu verbessern. Mittels mathematischer Algorithmen wird das System lernfähig und generiert selbstständig eine Heatmap von „Point of Interests“ oder häufig genutzten Wegen. Das Ausbreitungsmodell wird somit im laufenden Betrieb mit Hilfe der Mobilgeräte sowie der Ermittlung der Positionen der Mobilgeräte zueinander und mit Hilfe der Bewegungsmuster von Personen im Bezugssystem verbessert. Dies dient dazu, das verwendete Ausbreitungsmodell zu überprüfen und bei Bedarf an die aktuellen Gegebenheiten anzupassen. Dies kann unter Umständen auch nötig werden, wenn sich charakteristische Eigenschaften der Umgebung ändern.Inside buildings, in addition to the interfering signals that the signal experiences on the direct route from the transmitter to the receiver, for example through walls, people or other obstacles, additional effects must be taken into account. Particularly noteworthy here are the multipath propagation, which is difficult to predict even with good propagation models, as well as reflections in space. The motion profiles of mobile devices in the frame of reference can be used to improve the propagation model of the signals. Using mathematical algorithms, the system becomes adaptive and independently generates a heatmap of "points of interests" or frequently used paths. The propagation model is thus improved on the fly with the help of the mobile devices and the determination of the positions of the mobile devices relative to one another and with the aid of the movement patterns of persons in the reference system. This serves to check the propagation model used and, if necessary, to adapt it to current conditions. This may also be necessary if characteristic properties of the environment change.

Mittels Algorithmen kann das System lernen. Es erkennt mittels Heatmap wichtige Positionen im Haus, wie den Eingangsbereich, die Couch oder das Bett und kann dadurch ein weitgehend automatisiertes Smart Home ermöglichen. Es können Lebenssituationen wie Schlafen, Lernen oder Lesen erkannt werden. Verlässt der Nutzer das Haus, werden alle vordefinierten Geräte oder Mobilgeräte vom Netz getrennt oder allgemein beliebige Szenarien abgespielt.Using algorithms, the system can learn. It uses heat maps to detect important positions in the house, such as the entrance area, the couch or the bed, and can thus enable a largely automated smart home. It can recognize life situations such as sleeping, learning or reading. If the user leaves the house, all predefined devices or mobile devices are disconnected from the network or generally played any scenarios.

Durch die räumlich eindeutige Bestimmtheit der Teilnehmer ist es möglich, ein Licht zu generieren, welches einem Nutzer folgt. Das Licht ist automatisch an oder aus, je nachdem, ob ein Nutzer im Raum ist oder nicht (unabhängig ob einem Bewegungsmelder). Unter anderem ist damit auch eine Sturzprävention möglich. Eine weitere Anwendung bei Abwesenheit oder im Urlaub wäre die Simulation einer Person, die sich abends durch das Haus bewegt. Dies kann über automatisches und räumlich logisches Schalten der elektrischen Verbraucher, in diesem Fall der Lichtquellen, realisiert werden.Due to the spatially unambiguous determination of the participants, it is possible to generate a light that follows a user. The light is automatically on or off, depending on whether a user is in the room or not (regardless of whether a motion detector). Among other things, a fall prevention is possible. Another application in the absence or on vacation would be the simulation of a person moving through the house in the evening. This can be realized via automatic and spatially logical switching of the electrical consumers, in this case the light sources.

Durch räumliche Positionierung der elektrischen Installationsgeräte können das oder die elektrischen Installationsgeräte ermittelt werden, welche einem Ausgang am nächsten sind. Dadurch wäre beispielsweise ein Lichtleitsystem möglich, welches mittels dem LED Interface bei Brand oder im Notfall den Weg zum Ausgang deutet.By spatial positioning of the electrical installation equipment or the electrical installation equipment can be determined which are closest to an output. This would, for example, a light guide system is possible, which indicates the way to the output by means of the LED interface in case of fire or in an emergency.

In einem Notfall, wie einem Brand oder Einbruch, können beispielsweise alle Lichter im Haus angeschaltet werden.In an emergency, such as a fire or burglary, for example, all the lights in the house can be turned on.

Ebenso kann eine so genannte „Watchdog Funktion“ realisiert werden. Diese kann von einem Nutzer manuell oder automatisch beim Verlassen des Gebäudes aktiviert werden. Der Messbereich des oder der Ultraschallsensoren bzw. der Laser-Ranging Module wird dann auf ihre maximale Reichweite, beispielsweise mehrere Meter, angehoben. Weist die gemessene Entfernung dann von dem vorher ermittelten konstanten Wert ab, so wurde eine nicht autorisierte Person oder ein nicht autorisiertes Objekt detektiert und führt zu einem Alarm. Die Kommunikation nach außen kann über ein Internetgateway erfolgen. Dieses kann als optionales Zusatzgerät oder im Set mit dem elektrischen Installationsgerät mit WLAN-Funktion verwendet werden. Auch kann in diesem Szenario ein so genanntes Einbrecher-Licht realisiert werden, in dem alle Lichter im Haus eingeschaltet oder zum Blinken gebracht werden.Likewise, a so-called "watchdog function" can be realized. This can be activated by a user manually or automatically when leaving the building. The measuring range of the ultrasonic sensor (s) or the laser ranging module is then raised to its maximum range, for example several meters. If the measured distance then deviates from the previously determined constant value, then an unauthorized person or an unauthorized object was detected and leads to an alarm. Communication to the outside can be done via an internet gateway. This can be used as an optional accessory or in a set with the electrical installation device with WLAN function. Also, in this scenario, a so-called burglar-light can be realized, in which all lights in the house are turned on or flashing.

Bisher werden Bluetooth Geräte untereinander mittels PIN Codes authentifiziert. Die Eingabe über Codes mit Ziffern ist umständlich und dauert lange. Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Installationsgerät kann vorgesehen sein, dass die Lichtschalter/Steckdosen zufällig eines aus mehreren vordefinierten Lichtpattern auswählen (rechtsdrehende Taskbar (rot, grün, blau, weiß), linksdrehende Taskbar (rot, grün, blau, weiß) oder Ring pulsierend (rot, grün, blau, weiß)). Dem Nutzer werden dann neun Beispiele auf seinem Mobilgerät angezeigt, von welchen er das Richtige wählen muss. Wird das korrekte Pattern ausgewählt, wird diese Prozedur zwei weitere Male wiederholt. Dadurch wird das Mobilgerät zum Netzwerk hinzugefügt. Wird das falsche Pattern gewählt, wird eine erneute Authentifizierung für beispielsweise 30 Sekunden unterbunden.So far, Bluetooth devices are authenticated with each other using PIN codes. The input via codes with numbers is cumbersome and takes a long time. In the electrical installation device according to the invention can be provided that the light switch / sockets randomly select one of several predefined Lichtpattern (right-handed Taskbar (red, green, blue, white), left-handed Taskbar (red, green, blue, white) or pulsating ring (red, green, blue, white)). The user will then see nine examples on his mobile device, from which he must choose the right one. If the correct pattern is selected, this procedure is repeated two more times. This adds the mobile device to the network. If the wrong pattern is selected, re-authentication is inhibited for, for example, 30 seconds.

Annahme für ein Beispiel: Der Nutzer hat einen neuen Lichtschalter erworben und einbauen lassen. Nähert sich der Nutzer dem Lichtschalter mit seinem Mobilgerät auf unter einen Meter, zeigt das LED Interface des Lichtschalters im Werksmodus eine rechtsdrehende rote Taskbar an. Assuming an example: The user has purchased and installed a new light switch. If the user approaches the light switch with his mobile device to less than one meter, the LED interface of the light switch in factory mode displays a clockwise red taskbar.

Alternativ für die Auswahl des korrekten Farbpatterns auf dem Mobilgerät kann auch die eingebaute Kamera des Mobilgeräts hierfür hinzugezogen werden. Eine App greift hierbei auf die Kamera zu. Über diese wird die Drehrichtung und Farbe des LED Interfaces des Lichtschalters bzw. der Steckdose erkannt, um das Gerät korrekt zu authentifizieren und einen Fremdzugriff zu verhindern.Alternatively, selecting the correct color pattern on the mobile device may also use the built-in camera on the mobile device. An app accesses the camera. These are used to detect the direction of rotation and color of the LED interface of the light switch or socket in order to correctly authenticate the device and prevent external access.

Um die Genauigkeit der Authentifizierung noch zu erhöhen, kann die Beacon Funktionalität aller Geräte mit einbezogen werden. Damit kann die Authentifizierung nur durchgeführt werden, wenn der Nutzer sich mit seinem Mobilgerät beispielsweise näher als einen Meter annähert.To increase the accuracy of the authentication, the beacon functionality of all devices can be included. Thus, the authentication can be performed only if the user approaches closer to his mobile device, for example, closer than one meter.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (21)

Elektrisches Installationsgerät zur Steuerung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers, umfassend ein Positionserfassungssystem, wobei das Positionserfassungssystem wenigstens ein Mittel zur Erfassung der absoluten Position des elektrischen Installationsgeräts und/oder wenigstens ein Mittel zur Erfassung der relativen Position des elektrischen Installationsgeräts zu wenigstens einem weiteren elektrischen Installationsgerät und/oder einem Mobilgerät aufweist.Electrical installation device for controlling at least one electrical load, comprising a position detection system, wherein the position detection system comprises at least one means for detecting the absolute position of the electrical installation device and / or at least one means for detecting the relative position of the electrical installation device to at least one further electrical installation device and / or a mobile device. Elektrisches Installationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erfassung der relativen Position wenigstens ein Element zur Durchführung eines Laufzeitverfahrens umfasst oder ist.Electrical installation device after Claim 1 , characterized in that the means for detecting the relative position comprises or is at least one element for carrying out a transit time method. Elektrisches Installationsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element zur Durchführung eines Laufzeitverfahrens eine WLAN-Einheit und/oder eine RFID-Einheit und/oder eine Zigbee-Einheit und/oder eine Bluetooth-Einheit und/oder eine Beacon-Einheit ist oder umfasst.Electrical installation device after Claim 2 , characterized in that the element for carrying out a transit time method is or comprises a WLAN unit and / or an RFID unit and / or a Zigbee unit and / or a Bluetooth unit and / or a beacon unit. Elektrisches Installationsgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Installationsgerät wenigstens eine Einrichtung zur Erhöhung der Genauigkeit des Laufzeitverfahrens umfasst, wobei die Einrichtung vorzugsweise ein Mittel zur Durchführung eines Phasendifferenzverfahrens und/oder ein Mittel zum Vergleichen der zeitlichen Differenzen der Signallaufzeiten und/oder ein Mittel zur Durchführung eines Verfahrens auf Basis des Doppler-Effekts und/oder ein Mittel zur Bestimmung eines Abstand auf Basis von Infrarot und/oder Near-Field Electromagnetic Ranging und/oder Ultra-Wide-Band und/oder eines Dauerstrichradars umfasst oder ist.Electrical installation device after Claim 2 or 3 , characterized in that the electrical installation device comprises at least one device for increasing the accuracy of the transit time method, wherein the device preferably comprises means for performing a phase difference method and / or a means for comparing the time differences of the signal propagation times and / or a means for performing a method based on the Doppler effect and / or a means for determining a distance based on infrared and / or near-field Electromagnetic Ranging and / or ultra-wide band and / or a continuous wave radar comprises or is. Elektrisches Installationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erfassung der relativen Position wenigstens ein Element zur Durchführung eines Laterations- und/oder Triangulationsverfahrens umfasst oder ist.Electrical installation device according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the means for detecting the relative position comprises or is at least one element for carrying out a laterations and / or triangulation method. Elektrisches Installationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erfassung der relativen Position wenigstens drei Antennen umfasst, so dass eine Antennen-Diversität-Funktion nutzbar ist, wobei eine Sende-Antenne als 360°-Antenne und wenigstens zwei weitere Antennen als Empfänger-Antennen mit Richtcharakteristik vorgesehen sind oder wenigstens zwei Antennen als Sendeantennen mit Richtcharakteristik und eine Antenne als Empfänger-Antenne als 360°-Antenne vorgesehen sind.Electrical installation device according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the means for detecting the relative position comprises at least three antennas, so that an antenna diversity function is available, wherein a transmitting antenna provided as a 360 ° antenna and at least two further antennas as receiving antennas with directional characteristics or at least two antennas are provided as transmitting antennas with directional characteristics and an antenna as a receiver antenna as a 360 ° antenna. Elektrisches Installationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Installationsgerät wenigstens ein Barometer und/oder wenigstens ein Magnetometer aufweist.Electrical installation device according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the electrical installation device has at least one barometer and / or at least one magnetometer. Elektrisches Installationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erfassung der absoluten Position eine IP-Adresslokalisierungseinheit und/oder ein Mittel zur Erfassung und/oder Erkennung einer Mobilfunkzelle umfasst oder eine IP-Adresslokalisierungseinheit und/oder ein Mittel zur Erfassung und/oder Erkennung einer Mobilfunkzelle ist.Electrical installation device according to one of Claims 1 to 7 Characterized in that the means for detecting the absolute position comprises an IP address localization unit and / or a means for detecting and / or recognition of a mobile radio cell or an IP address localization unit and / or a means for detecting and / or recognition of a mobile radio cell. Elektrisches Installationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Installationsgerät ein Lichtschalter oder eine Steckdose ist oder einen Lichtschalter oder eine Steckdose umfasst.Electrical installation device according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the electrical installation device is a light switch or a socket or comprises a light switch or a socket. Elektrisches Installationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Installationsgerät ein Steuerelement zur Beeinflussung zumindest eines Betriebszustands wenigstens einer Komponente des elektrischen Verbrauchers aufweist.Electrical installation device according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that the electrical installation device comprises a control element for influencing at least one operating state of at least one component of the electrical load. Elektrisches Installationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Installationsgerät ein berührungsloses Steuerelement zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers aufweist, wobei das berührungslose Steuerelement eine kapazitive Oberfläche und/oder einen oder mehrere Ultraschallsensoren und/oder einen oder mehrere Infrarot-Sensoren und/oder ein Laser-Entfernungsmessungs-Modul, insbesondere ein Laufzeitmessungs-Laser-Entfernungsmessungsmodul aufweist.Electrical installation device according to one of Claims 1 to 10 , characterized in that the electrical installation device comprises a non-contact control element for controlling the electrical load, wherein the non-contact control element, a capacitive surface and / or one or more ultrasonic sensors and / or one or more infrared sensors and / or a laser rangefinder module , in particular has a transit time measurement laser distance measuring module. Elektrisches Installationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Installationsgerät einen oder mehrere optische Sensoren und/oder einen oder mehrere akustische Sensoren aufweist.Electrical installation device according to one of Claims 1 to 11 , characterized in that the electrical installation device comprises one or more optical sensors and / or one or more acoustic sensors. Elektrisches Installationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Installationsgerät zur Realisierung einer Dimm- und/oder Schaltfunktion des elektrischen Verbrauchers einen Dimmer, insbesondere einen Sinusdimmer, und/oder eine Phasenanschnitts- und/oder Phasenabschnittsteuerung und/oder eine Pulsweitenmodulations-Schnittstelle umfasst.Electrical installation device according to one of Claims 1 to 12 , characterized in that the electrical installation device for realizing a dimming and / or switching function of the electrical load comprises a dimmer, in particular a sine dimmer, and / or a Phasenanschnitts- and / or phase section control and / or a pulse width modulation interface. Elektrisches Installationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Installationsgerät Mittel zur Durchführung eines Verfahrens zur geräteübergreifenden Zeitsynchronisierung aufweist, wobei die Mittel beispielsweise funk- oder busbasierte Taktgeber sind oder umfassen, und/oder wobei die Mittel uhrzeit- oder hausnetzbasiert gesteuert werden oder steuerbar sind.Electrical installation device according to one of Claims 1 to 13 , characterized in that the electronic installation device comprises means for carrying out a method for cross-device time synchronization, wherein the means For example, radio or bus-based clocks are or include, and / or wherein the means are controlled by clock time or home-based or controllable. Elektrisches Installationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Installationsgerät wenigstens einen Sensor zur Ermittlung von Bedingungen eines Raumes, in welchem das elektrische Installationsgerät vorgesehen ist, aufweist, wobei der Sensor einen Helligkeitssensor zur Ermittlung der Raumhelligkeit, und/oder einen Temperatursensor zur Ermittlung der Raumtemperatur, und/oder einen Feuchtigkeitssensor zur Ermittlung der Raumfeuchtigkeit, und/oder einen Kohlendioxidsensor zur Ermittlung der Raumluftgüte umfasst.Electrical installation device according to one of Claims 1 to 14 characterized in that the electrical installation device comprises at least one sensor for determining conditions of a room in which the electrical installation device is provided, the sensor having a brightness sensor for determining the room brightness, and / or a temperature sensor for determining the room temperature, and / or a moisture sensor for determining the room humidity, and / or a carbon dioxide sensor for determining the indoor air quality. Elektrisches Installationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Installationsgerät ein LED-Interface aufweist, wobei die LEDs des LED-Interfaces als Matrix oder als Ring angeordnet sind, oder wobei das elektrische Installationsgerät ein LCD-Display aufweist.Electrical installation device according to one of Claims 1 to 15 , characterized in that the electrical installation device has an LED interface, wherein the LEDs of the LED interface are arranged as a matrix or as a ring, or wherein the electrical installation device has an LCD display. Elektrisches Installationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Installationsgerät einen integrierten Gleichrichter umfasst, insbesondere einen integrierten Gleichrichter, der eine Netzwechselspannung in eine Gleichspannung zur Versorgung weiterer integrierter Bauteile umwandelt.Electrical installation device according to one of Claims 1 to 16 , characterized in that the electrical installation device comprises an integrated rectifier, in particular an integrated rectifier, which converts a mains AC voltage into a DC voltage for supplying further integrated components. System zur Realisierung eines Smart Homes umfassend, ein elektrisches Installationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und wenigstens ein zweites elektrisches Installationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche und/oder ein Mobilgerät.Comprising a system for realizing a smart home, an electrical installation device according to one of the preceding claims, and at least one second electrical installation device according to one of the preceding claims and / or a mobile device. Verfahren zum Betrieb eines Systems nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein räumliches Bezugssystem zwischen dem elektrischen Installationsgerät und dem wenigstens einen zweiten elektrischen Installationsgerät und/oder dem Mobilgerät mittels eines Verfahrens, insbesondere eines Laufzeitverfahrens, generiert wird, das eine der nachfolgend genannten Verfahren oder Verfahrenskomponenten umfasst oder zwei oder mehrere der nachfolgend genannten Verfahren oder Verfahrenskomponenten kombiniert: Bestimmung der absoluten Entfernung der beteiligten Geräte zueinander, insbesondere mittels eines Time of Arrival-Verfahrens; Bestimmung der Signalrichtung mittels der Antennen-Diversität; Bestimmung der Orientierung der beteiligten Geräte mittels eines Kompasses in jedem beteiligten Gerät; Ermittlung der Höhe der beteiligten Geräte mittels eines oder mehrerer Barometer; zeitliche Synchronisation der beteiligten Geräte, insbesondere mittels eines UWB-Signals als Taktgeber und/oder mittels eines Nulldurchgangs der Netzfrequenz als Taktgeber, in beiden Varianten vorzugsweise in Kombination mit einer Korrektur, die zeitliche Verzögerungen aufgrund der Entfernungen zwischen den Geräten und/oder der Signallaufstrecke berücksichtigt.Method for operating a system Claim 18 , Characterized in that a spatial reference system between the electric installation device and the at least one second electrical installation device and / or the mobile device by means of a method, in particular a transit time method, is generated, which one of the method or process components listed below comprises, or two or more of the following combined method or process components: determination of the absolute distance of the devices involved, in particular by means of a time-of-arrival method; Determination of the signal direction by means of the antenna diversity; Determining the orientation of the participating devices by means of a compass in each participating device; Determining the height of the participating equipment by means of one or more barometers; temporal synchronization of the devices involved, in particular by means of a UWB signal as a clock and / or by means of a zero crossing of the network frequency as a clock, in both variants, preferably in combination with a correction that takes into account delays due to the distances between the devices and / or the signal propagation distance , Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von den ermittelten Daten ein Grundriss eines Gebäudes, in dem die beteiligten elektrischen Installationsgeräte installiert sind, berechnet wird, der vorzugsweise als Grundlage für ein Positionierungssystem für Mobilgeräte herangezogen wird.Method according to Claim 19 , characterized in that, starting from the determined data, a floor plan of a building in which the participating electrical installation devices are installed is calculated, which is preferably used as a basis for a positioning system for mobile devices. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Position des Mobilgeräts zu den beteiligten elektrischen Installationsgeräten mittels eines Verfahrens, insbesondere eines Laufzeitverfahrens, ermittelt wird, das eine der nachfolgend genannten Verfahren oder Verfahrenskomponenten umfasst oder zwei oder mehrere der nachfolgend genannten Verfahren oder Verfahrenskomponenten kombiniert: Time of Arrival-Verfahren, vorzugsweise mittels eines Trilaterations-Verfahrens, beispielsweise unter Verwendung von UWB bei einem UWB-fähigen Mobilgerät; Time Differenz of Arrival Verfahren, insbesondere bei zeitlich synchronisierten beteiligten Installationsgeräten, vorzugsweise bei einem nicht-UWB-fähigen Mobilgerät; RSSI-Messung, insbesondere bei nicht-UWB-fähigen Mobilgeräten, wobei vorzugsweise ein korrigiertes Ausbreitungsmodell für die RSSI-Messung eingesetzt wird, wobei das korrigierte Ausbreitungsmodell durch Vergleich von RSSI-Messungen und UWB-Messungen bei UWB-fähigen Mobilgeräten ermittelt wurde.Method according to Claim 19 or 20 , characterized in that the relative position of the mobile device to the participating electrical installation equipment by means of a method, in particular a transit time method is determined, comprising one of the following methods or process components or two or more of the following methods or process components combined: Time of Arrival Method, preferably by means of a trilateration method, for example using UWB in a UWB-capable mobile device; Time difference of arrival procedure, in particular in time-synchronized participating installation devices, preferably in a non-UWB-enabled mobile device; RSSI measurement, especially for non-UWB enabled mobile devices, preferably using a corrected propagation model for RSSI measurement, where the corrected propagation model was determined by comparing RSSI measurements and UWB measurements on UWB-enabled mobile devices.
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