DE202013011821U1

DE202013011821U1 - Circuit for integrated control and management in service networks of intelligent buildings

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Publication number: DE202013011821U1
Application number: DE202013011821.0U
Authority: DE
Original assignee: Ceske Vut V Praze Fakulta Elektrotechnicka; Czech Technical University In Prague
Current assignee: Ceske Vut V Praze Fakulta Elektrotechnicka; Czech Technical University In Prague
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2023-07-12
Also published as: DE102013107333A1; CZ2012685A3; CZ304151B6

Abstract

Schaltung für eine integrierte Steuerung und Verwaltung in Service-Netzwerken von intelligenten Gebäuden, dadurch gekennzeichnet, dass sie mittels drei Steckverbindern (A, B, C) an UTP-Kabeln angeschlossen ist, die über vier Drahtpaare (1 – 2, 3 – 6, 5 – 4 und 7 – 8) gemäß der Ethernet-Norm 802.3c an Kontakten der Steckverbinder (A, B, C) angeschlossen sind, dass das erste Drahtpaar (1 – 2) und das zweite Drahtpaar (3 – 6) des ersten Steckverbinders (A) zum Netzanschluss mittels einer Schnittstelle (2) benutzt ist und die Protokolle des Ethernets und IP implementiert, dass durch diese Schnittstelle (2) ein Zentralprozessor (1) mit der Möglichkeit einer alternativen Programmierung angeschlossen ist dass die freien Drahtpaare (5 – 4) aller angeschlossenen UTP-Kabel Bussysteme bilden, die dem Standard RS-485 in seinem Synchronmodus entsprechen und durch eine Schnittstelle (3) des Bussystems RS-485 mit dem Zentralprozessor (1) verbunden sind und dass an den anderen freien Drahtpaaren (7 – 8) der UTP-Kabel ein Modul (5) einer Stromquelle angeschlossen ist, wobei externe Sensoren und Steuerelemente in dem intelligenten Gebäude an die UTP-Kabel mittels der Steckverbinder (A, B, C) angeschlossen und alle Steckverbinder (A, B, C) als Steckverbinder des RJ-45-Typs ausgebildet sind.Circuit for integrated control and administration in service networks of intelligent buildings, characterized in that it is connected to UTP cables by means of three plug connectors (A, B, C), which are connected via four wire pairs (1 - 2, 3 - 6, 5 - 4 and 7 - 8) are connected to contacts of the connectors (A, B, C) in accordance with the Ethernet standard 802.3c, that the first wire pair (1 - 2) and the second wire pair (3 - 6) of the first connector (A) is used for network connection by means of an interface (2) and the protocols of Ethernet and IP are implemented, that a central processor (1) is connected through this interface (2) with the possibility of alternative programming that the free wire pairs (5 - 4 ) of all connected UTP cables form bus systems that correspond to the RS-485 standard in its synchronous mode and are connected to the central processor (1) through an interface (3) of the RS-485 bus system and that the other free wire pairs (7 - 8) a module (5) of a power source is connected to the UTP cable, whereby external sensors and control elements in the intelligent building are connected to the UTP cable by means of the connectors (A, B, C) and all connectors (A, B, C ) are designed as connectors of the RJ-45 type.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für eine integrierte Steuerung und Verwaltung in Service-Netzwerken von intelligenten Gebäuden.The invention relates to a circuit for integrated control and administration in service networks of intelligent buildings.

Moderne Technologien von intelligenten Gebäuden ermöglichen, eine hochwertige Steuerung verschiedener Funktionen mit Hilfe von Sensoren und Steuerelementen zu sichern. Die Komplexität der Verbindungsnetzwerke führt zu der Notwendigkeit, die Architektur der Signalvernetzung solcher Sensoren und Steuerelemente zu minimalisieren und die Funktionen auf spezialisierte Einrichtungen zu übertragen, die dann fähig sind, die verschiedenen Funktionen, wie z. B. Beleuchtungssteuerung, Heizung, Sicherheitsstellung, zu unterstützen. Auch das Niveau der Programme kann leicht an konkrete Anforderungen angepasst werden und somit gleichzeitig ihre zukünftige arbeitsgünstige wesentliche Modifikation zu ermöglichen.Modern technologies of intelligent buildings allow to secure high-quality control of various functions with the help of sensors and controls. The complexity of the interconnection networks results in the need to minimize the signal interconnection architecture of such sensors and controls, and to transfer the functions to specialized devices that are then capable of handling the various functions, such B. lighting control, heating, safety position to support. Also, the level of programs can be easily adapted to specific requirements and thus at the same time to enable their future labor-efficient major modification.

Die Technologie der intelligenten Gebäude basiert auf Sensoren, z. B. für eine Temperaturmessung, eine Lichtintensität oder eine Bewegungsdetektion, und auf Steuerelementen, wie Schalter von lokalen und entfernten Komponenten, die miteinander mit einem geeigneten Netz verbunden sind, so dass sie die Befehle und Sensoren eines indizierten Wertes übertragen können. Der Anspruch an die kleinen Verkabelungsanforderungen, der auch der Sinn der hier dargestellten Lösung ist, ist es, ein Ergebnis einer hohen Funktionenzahl sowie der benötigten Sensoren und Steuerelemente zu erreichen (z. B. im Gegensatz zu der einfachen Umschaltung des Heizkessels durch das Schließen des Temperaturschalters in einem der Wohnungsräume oder des Wohnhauses).The technology of intelligent buildings is based on sensors, eg. For temperature measurement, light intensity or motion detection, and controls such as local and remote component switches interconnected with a suitable network so that they can transmit the commands and sensors of an indexed value. The requirement for the small cabling requirements, which is also the purpose of the solution presented here, is to achieve a result of a high number of functions as well as the required sensors and controls (eg in contrast to the simple switching of the boiler by closing the Temperature switch in one of the apartment rooms or the residential building).

Die gegenwärtigen Technologien der Zusammenschaltung der Sensoren und Steuerelemente der intelligenten Gebäude basieren typisch auf Busschnittstellen, die der Norm EIA-485 , früher und häufiger der RS-485-Schnittstelle, entsprechen. Die RS-485-Schnittstelle ermöglicht eine Verbindung von max. 32 Elementen bis auf eine Entfernung von 1200 m bei einer Übertragungsrate von 19200 b/s. Bei kleineren Netzwerken können solche Einschränkungen akzeptiert werden. Bei der Anfrage nach größeren Entfernungen und/oder nach einer größeren Anzahl von Funktionselementen können die Verlängerungselemente, die ihrem eigenen Standard-RS-485 entsprechen, verwendet werden, oder man kann diese Verbindungen per Computer und mehreren gesteuerten RS-485-Schnittstellen realisieren.The current technologies of interconnection of sensors and smart building controls are typically based on bus interfaces that the Standard EIA-485 , earlier and more frequently the RS-485 interface, correspond. The RS-485 interface allows a connection of max. 32 elements up to a distance of 1200 m at a transmission rate of 19200 b / s. For smaller networks, such restrictions may be accepted. When requesting larger distances and / or for a larger number of functional elements, the extension elements can be their own Standard RS-485 can be used, or you can implement these connections by computer and several controlled RS-485 interfaces.

Die Norm der RS-485 -Schnittstelle selbst definiert die elektrischen und funktionalen Signalparameter auf den Doppelleiter, der die Schnittstellenelemente verbindet. Die einzige Voraussetzung für eine solche Vernetzung ist, die Polarität und gedrehte Doppelleiter einzuhalten, die die gewisse Resistenz gegen externe elektromagnetische Felder sichert. Die Norm selbst definiert nicht den konkreten Typ des Kabels, so wie es mit Kabeln im Fall der Standard-Ethernet-Netzwerke oder Anschlüsse ist. Der Grund dafür ist ihre Geschichte. Ihre primäre Verwendung waren die Netze für die Steuerung der industriellen Prozesse, wobei Schraubverbindungen der Leiter eine hohe Zuverlässigkeit sichern. Andererseits ist dies relativ anspruchsvoll, was die Installationspräzision betrifft.The Standard of the RS-485 Interface itself defines the electrical and functional signal parameters on the double conductor connecting the interface elements. The only requirement for such networking is to maintain the polarity and twisted pair conductors, which ensures some resistance to external electromagnetic fields. The standard itself does not define the specific type of cable, as it is with cables in the case of standard Ethernet networks or ports. The reason is their story. Their primary use was the industrial process control networks, with screwed connections of the conductors ensuring high reliability. On the other hand, this is relatively demanding in terms of installation precision.

Die meisten der derzeit laut RS-485-Norm umgesetzten Netzwerke der intelligenten Gebäude verwenden und besitzen eigene funktionale Elemente, Sensoren und Steuerelemente, die der Norm RS-485 direkt entsprechen.Most of the currently noisy RS-485 standard use converted networks of intelligent buildings and have their own functional elements, sensors and controls that the Standard RS-485 directly correspond.

Die umfangreichen Netzwerke der intelligenten Gebäude für eine sinnvollere Schnittstelle mit dem Benutzer bieten oft neben fest installierten Steuerelementen die Möglichkeit einer Steuerung mit Hilfe von einem Computerprogramm im Gebäude selbst oder von einem Programm auf einem entfernten Computer an, der über das Netzwerk oder auf einem lokalen oder entfernten Remote-Client-Gerät ange-schlossen ist, wie z. B. an einem drahtlos verbundenen Laptop oder Tablett. Solche Lösungen zur Steuerung der modernen intelligenten Gebäude basieren in der Regel auf Elementen, die fähig sind, die Kommunikation mit der Benutzerschnittstelle solcher Typen bereitzustellen.The extensive networks of intelligent buildings for a more meaningful interface with the user often offer, in addition to permanently installed controls, the possibility of control by means of a computer program in the building itself or from a program on a remote computer, over the network or on a local or remote client device, such as a remote client device. B. on a wirelessly connected laptop or tablet. Such solutions for controlling modern intelligent buildings are typically based on elements capable of providing communication with the user interface of such types.

Die Netzwerke der intelligenten Gebäude können außer der Steuerung auch komplizierte Operationen sichern, die auf der Funktion von Programmen basieren, die die Informationen auch in umfangreichen Daten-Bibliotheken speichern können, wie z. B. die Aufnahmen der bewegenden Personen oder auf unterschiedliche Art und Weise, wie z. B. das Senden von einer Nachricht, das Gestalten eines bestimmten Programms usw., auf die die aktuellen Zustandsveränderungen reagieren.The intelligent building networks can, in addition to the control, also secure complicated operations based on the function of programs that can store the information even in large data libraries, such as: As the shots of the moving people or in different ways, such. Sending a message, designing a particular program, etc., to which the current state changes respond.

Man kann also zusammenfassen, dass die aktuellen Systeme für eine integrierte Steuerung und Verwaltung der Sensoren und/oder der Steuerelemente in den Netzwerken von intelligenten Gebäuden, d. h. also ihr Abtast- und Steuerungsteil, auf einem Bussystem aufgebaut sind, typischerweise auf einem RS-485-Bussystem. Dieses Bussystem ist über Wandler, typischerweise von RS-485/USB, RS-485/IP, an den Elementen des Computer-Netzwerks angeschlossen, die die Überwachung und Steuerung von einem zentralen Server, von den entfernten Remote-Client-Komponenten über das Internet oder von lokalen Client-Elementen ermöglichen. So eine Lösung trennt das eigene Steuerungssystem der Sensoren und die Steuerelemente von dem Computernetzwerksystem in dem Gebäude oder in der Wohnung. Ihr Nachteil ist, dass dies eine eigene Verkabelung für das Bussystem des Steuerungssystems und für das Netzwerk der Computerkommunikation erfordert.It can therefore be summarized that the current systems for integrated control and management of the sensors and / or the controls in the networks of intelligent buildings, ie, their sampling and control part, are constructed on a bus system, typically on an RS-485 bus system. This bus system is connected via transducers, typically from RS-485 / USB, RS-485 / IP, to the elements of the computer network that allow the monitoring and control of a central server, remote from the remote client components via the Internet or from local client elements. Such a solution separates the sensors' own control system and the controls from the Computer network system in the building or apartment. Their disadvantage is that this requires separate cabling for the bus system of the control system and for the network of computer communication.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Mangel der bekannten Systeme zu vermeiden.It is an object of the invention to avoid this deficiency of the known systems.

Die oben genannten Nachteile beseitigt die Schaltung für eine integrierte Steuerung und Verwaltung der Sensoren und/oder der Steuerelemente in Netzwerken von intelligenten Gebäuden dadurch, dass sie mit Hilfe von drei Steckverbindern an die UTP-Kabel mit vier Paaren angeschlossen ist, die über vier Drahtpaare gemäß der Ethernet-Norm IEEE 802.3c an Kontakten der Steckverbinder angeschlossen sind. An die zwei Drahtpaare, die laut der Ethernet-Norm IEEE 802.3c zur Kommunikation vom Ethernet des zum Netzanschließen benutzten ersten Steckverbinders bestimmt sind, sind mit Hilfe einer Schnittstelle 802.3 die Ethernet-Protokolle und IP realisiert. Ein zentraler Prozessor mit der Möglichkeit des alternativen Einprogrammierens ist angeschlossen. Ein freies Drahtpaar aller angeschlossenen UTP-Kabel bildet ein Bussystem, das dem Standard RS-485 in seinem synchronen Modus entspricht. Die UTP-Kabel sind durch die Schnittstelle des Bussystems RS-485 mit dem zentralen Prozessor verbunden. Zu den anderen freien Drahtpaaren der UTP-Kabel ist ein Modul der Stromversorgung angeschlossen. Externe Sensoren und Steuerelemente im intelligenten Gebäude sind an den UTP-Kabeln angeschlossen, die an den Steckverbindern angeschlossen sind, wobei alle Steckverbinder dem RJ-45-Typ entsprechen.The above drawbacks eliminate the circuitry for integrated control and management of the sensors and / or intelligent building network networks by connecting them to the four pair UTP cables via three connectors, which are arranged over four pairs of wires of the Ethernet standard IEEE 802.3c are connected to contacts of the connectors. The two pairs of wires, which according to the IEEE 802.3c Ethernet standard are intended for communication by the Ethernet of the first connector used for network connection, are implemented with the aid of an interface 802.3, the Ethernet protocols and IP. A central processor with the possibility of alternative programming is connected. A free wire pair of all connected UTP cable forms a bus system, which is the Standard RS-485 in its synchronous mode. The UTP cables are connected to the central processor through the interface of the RS-485 bus system. To the other free wire pairs of the UTP cables a module of the power supply is connected. External sensors and smart building controls are connected to the UTP cables connected to the connectors, with all connectors of the RJ-45 type.

Der Zentralprozessor kann weiter mit mindestens einem Eingabe/Ausgabe-Modul zur Datenverarbeitung der lokalen Sensoren und/oder der Steuerelemente und/oder für die lokale Kommunikation mit dem Benutzer und/oder zur Signalverarbeitung der lokalen Sensoren mit der Geschwindigkeit und erforderlichen Speicherkapazität, z. B. zur Bewegungserkennung, die die Fähigkeit des RS-485-Bussystems überschreitet, verbunden sein.The central processor may further be provided with at least one input / output module for data processing of the local sensors and / or controls and / or for local communication with the user and / or signal processing of the local sensors at the speed and required storage capacity, e.g. B. for motion detection, which exceeds the ability of the RS-485 bus system to be connected.

Eine andere Möglichkeit ist in dem Fall einzusetzen, wenn die Drahtpaare des zweiten und dritten Steckverbinders, die in erster Linie für das übergehende Signal laut des IEEE 802.3c-Standards bestimmt aber nicht benutzt sind, mit der RS-485-Bussystemschnittstelle mit Hilfe eines Anbaugeräts mit diesen Drahtpaaren mit dem zweiten und dritten Steckverbinder verbunden sind, und so das RS-485-Bussystem im asynchronen Modus bilden.Another possibility is to be used in the case when the wire pairs of the second and third connectors, which are primarily for the passing signal according to the IEEE 802.3c standards but are not used, are connected to the RS-485 bus system interface using an implement with these wire pairs connected to the second and third connectors, thus forming the RS-485 bus system in asynchronous mode.

Das Modul für die Stromversorgung mit dem Anschluss der Eingangsspannung ist vorteilhaft über die freien Drahtpaare aller Steckverbinder mit dem Eingang der lokalen externen Quelle verbunden und weist einen eigenen Akkumulator auf. Seine Funktion kann dann als ausgewählte Quelle aus dem angeschlossenen Kabel, der lokalen Quelle und/oder dem internen Akkumulator zur Versorgung aller Geräte-Module verwendet werden. Für das Wiederaufladen kann das Modul der Speisequelle alleine sorgen.The module for the power supply with the connection of the input voltage is advantageously connected via the free wire pairs of all connectors to the input of the local external source and has its own accumulator. Its function can then be used as a selected source from the connected cable, the local source and / or the internal accumulator to power all the device modules. For recharging, the module of the supply source can provide alone.

Die freien UTP-Kabel-Paare sind also hier zur Durchführung des RS-485-Bussystems und zur Verteilung der Versorgungsspannung für ihre Elemente verwendet. Die Kabelteilung für die Anschlüsse IEEE 802.3c und für das Bussystem RS-485 bringt eine signifikante Einsparung der Installationsmaterialkosten und eine einfachere Lösung der Grafarchitektur des Endnetzwerks. Die Lösung ermöglicht auch die Installation von Funktionselementen des Netzes der intelligenten Gebäude in beliebigen Linien der Netzwerk-Topologie und einen Vorschlag für effektive Service-Netzwerke von intelligenten Gebäuden. Ein weiterer Vorteil ist die Sicherstellung der Verfügbarkeit von Funktionselementen des Netzwerks von intelligenten Gebäuden mittels mehrerer Netzwerkwege, einerseits zur Stabilitätser-höhung gegenüber dem Ausfall einzelner Netzelemente, wie z. B. der einzelnen Netzwerkschalter oder der einzelnen Routen, und andererseits zur Erleichterung der Realisierung der Steuerungsfunktionen verschiedener Typen oder Funktionen, die nur für bestimme Nutzer bestimmt sind.The free UTP cable pairs are thus used here for implementing the RS-485 bus system and for distributing the supply voltage for their elements. The cable division for the connections IEEE 802.3c and for the RS-485 bus system brings a significant saving on installation material costs and a simpler solution to the graphics architecture of the end network. The solution also allows the installation of functional elements of the network of intelligent buildings in any lines of the network topology and a proposal for effective service networks of intelligent buildings. Another advantage is the assurance of the availability of functional elements of the network of intelligent buildings by means of multiple network paths, on the one hand to increase the stability against the failure of individual network elements, such. As the individual network switch or the individual routes, and on the other hand to facilitate the realization of the control functions of various types or functions that are intended only for certain users.

Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawings. Show it:

1 die Grundstruktur der Schaltung, die die Architektur des integrierten Service-Netzwerks mit einem kombinierten Einsatz von UTP-Kabeln für das Ethernet und die RS-485-Bussystem-Technologie unterstützt, 1 the basic structure of the circuit that supports the architecture of the integrated service network with a combined use of Ethernet UTP cables and RS-485 bus system technology,

2 ein Beispiel der Nutzung einer Schaltung nach 1 in der Architektur integrierter Service-Netzwerke, 2 an example of using a circuit after 1 architecture-integrated service networks,

3 ein Beispiel der Verwendung der Verkabelung, die durch den zweiten und dritten RJ-45-Typ durchgeht und für das Ethernet-Signal nicht be-nutzt ist, für eine zusätzliche Gestaltung des Bussystems RS-485 in einem asynchronen Modus und 3 an example of the use of cabling that passes through the second and third RJ-45 type and is not used for the Ethernet signal, for an additional design of the RS-485 bus system in an asynchronous mode and

4 ein Beispiel der Nutzung gemäß 3, wobei die Verbindung eine Architektur integrierter Service-Netzwerke bildet. 4 an example of usage according to 3 wherein the connection forms an architecture of integrated service networks.

Die vorliegende Schaltung ermöglicht die Verwendung einer Verkabelung mit UTP-Kabeln, die in den Ethernet-Netzwerken gemäß dem Standard IEEE 802.3c für den Anschluss von Sensoren und Steuerelementen von Service-Netzwerken intelligenter Gebäude genutzt werden. Die Schaltung ist mit drei Steckverbindern des Typs RJ-45 A, B und C ausgestattet, wobei nur die Steckverbinder A, B, C einen Anschluss über UTP-Kabel ermöglichen. Der erste Steckverbinder A stellt einen primären Schnittstellenanschluss 2 IEEE 802.3 dar, der die Ethernet-Protokolle und IP durchführt. Die ungenutzten Drahtpaare können aber die Stromversorgung und den Anschluss der Funktionsmodule von intelligenten Gebäude-Netzwerken sicherstellen. Der zweite Steckverbinder B und der dritte Steckverbinder C sind mit den Drahtpaaren, die das Signal IEEE 802.3c übertragen, direkt miteinander verbunden und ermöglichen die Übertragung eines IEEE 802.3c-Signals, das nicht direkt mit der Funktion der Schaltung zusammenhängt. Die Alternative, bei der Drahtpaare zum Übertragen des IEEE 802.3c-Signals zu dem zweiten Steckverbinder B und dem dritten Steckverbinder C nicht genutzt werden, ist die Möglichkeit ihrer Verwendung für ein asynchrones RS-485-Bussystem.The present circuit allows the use of cabling with UTP cables that are used in the Ethernet networks according to the Standard IEEE 802.3c for connecting sensors and controls of service networks intelligent building. The circuit is equipped with three RJ-45 A, B and C connectors, with only connectors A, B, C allowing connection via UTP cable. The first connector A provides a primary interface connection 2 IEEE 802.3, which implements the Ethernet protocols and IP. The unused wire pairs can, however, ensure the power supply and the connection of the functional modules of intelligent building networks. The second connector B and the third connector C are directly connected to the wire pairs transmitting the IEEE 802.3c signal and allow the transmission of an IEEE 802.3c signal which is not directly related to the function of the circuit. The alternative in which wire pairs are not used to transmit the IEEE 802.3c signal to the second connector B and the third connector C is the possibility of their use for an asynchronous RS-485 bus system.

Dank eines zentralen Prozessors 1 kann diese Schaltung auch ziemlich komplizierte Funktionen sicherstellen, wie z. B. die Signalverarbeitung aus optischen Sensoren oder das Sicherstellen einer Adressenübersetzung entsprechend einem RS-485-Standard und von IP-Adressen eines privaten Netzwerks, die das Entstehen miteinander funktionell unabhängiger Elementengruppen im intelligenten Gebäude ermöglichen, wie z. B. Temperaturregulation, Lichtsteuerung nach einer indizierten Bewegung und einer Menschenanwesenheit, die Distribution von optischen Aufzeichnungen von Kamerasensoren usw.Thanks to a central processor 1 This circuit can also ensure rather complicated functions, such. As the signal processing from optical sensors or ensuring an address translation according to a RS-485 standard and IP addresses of a private network, which allow the creation of functionally independent element groups in the intelligent building, such as As temperature regulation, light control for an indexed movement and a human presence, the distribution of optical recordings of camera sensors, etc.

Die vorgeschlagene Schaltung, deren Innenstrukturen in 1 und 3 dargestellt sind, ist von fünf funktionalen Teilen gebildet, und zwar von dem Zentralprozessor 1, der Schnittstelle 2 nach IEEE 802.3 , die eine Verbindung mit dem Ethernet und IP über UTP-Kabel an dem Steckverbinder A, der Schnittstelle 3 des RS-485-Bussystems sicherstellt. Die primäre Funktion des Bussystems mit den Parametern, die den Standard RS-485 erfüllen, ist mit allen angeschlossenen UTP-Kabeln mit dem Input/Output-Modul 4 und der Stromversorgung 5 verbunden. Die Anlage ist an den UTP-Kabeln mittels eines standardisierten Steckverbinders, hier A, B und C, gekennzeichnet, also mittels Steckverbindern, die von den Ethernet-Netzwerken 10BASE-T a 100BASE-Tx benutzt werden.The proposed circuit whose internal structures in 1 and 3 are represented by five functional parts, namely the central processor 1 , the interface 2 to IEEE 802.3 that connects to the ethernet and ip via UTP cable to connector A, the interface 3 of the RS-485 bus system. The primary function of the bus system with the parameters that the Standard RS-485 is compatible with all connected UTP cables with the input / output module 4 and the power supply 5 connected. The system is marked on the UTP cables by means of a standardized connector, here A, B and C, ie by means of connectors used by the Ethernet networks 10BASE-T a 100BASE-Tx.

Die UTP-Verkabelung, die zum Bau der lokalen Netzwerke laut des IEEE 802.3c-Standards verwendet sind, haben vier Drahtpaare 1 – 2, 3 – 6, 5 – 4 und 7 – 8 der UTP-Kabel Cat. 5 oder Cat. 6. An zwei dieser Paare, und zwar am Sendepaar 1 – 2 802.3 Tx und am Empfangspaar 3 – 6 802.3 Rx ist durch die Schnittstelle 2 IEEE 802.3 der Zentralprozessor 1 angeschlossen. Am unbenutzten Drahtpaar 7 – 8 ist die Stromquelle 5 angeschlossen. Am unbenutzten Drahtpaar 4 – 5 ist die Schnittstelle 3 des RS-485-Bussystems zur Erstellung der Bussysteme des Synchronmodus RS-485 für alle Kabel, die an die Steckverbinder A, B und C angeschlossen sind, angeschlossen. Die Schnittstelle 3 des RS-485-Bussystems und die Stromquelle 5 sind miteinander mit der Schnittstelle 2 IEEE 802.3 2 und dem Zentralprozessor 1 gekoppelt. Der Zentralprozessor 1 ist mit einer Software für die Kommunikation mit Elementen, die im intelligenten Gebäude gelagert sind, und mit dem UTP-Kabel mittels der Steckverbinder A, B und C angeschlossen. Bei den angeführten Beispie-len ist gleichzeitig der Zentralprozessor 1 bidirektional mit dem Eingabe/Ausgabe-Modul 4 für eine Datenverarbeitung von lokalen Sensoren verbunden und/oder mit den Steuerelementen zur Bereitstellung von Informationen an den Benutzer. 1 zeigt eine Situation, in der die Drahtpaare 1 – 2 und 3 – 6 für den Durchgang des Signals gemäß IEEE 802.3c verwendet sind. 3 zeigt die Situation, in der die unbenutzten Drahtpaare 1 – 2 und 3 – 6 für die Kommunikation laut IEEE 802.3c über Schalter mit der Schnittstelle 3 des RS-485-Bussystems verbunden sind und die ein weiteres RS-485-Bussystem im Synchronmodus unterstützen.The UTP cabling used to build the local area networks according to the IEEE 802.3c standard has four wire pairs 1 - 2, 3 - 6, 5 - 4, and 7 - 8 of the Cat UTP cable. 5 or Cat. 6. To two of these pairs, on the transmit pair 1 - 2 802.3 Tx and on the receive pair 3 - 6 802.3 Rx is through the interface 2 IEEE 802.3 the central processor 1 connected. On the unused wire pair 7 - 8 is the power source 5 connected. At the unused wire pair 4 - 5 is the interface 3 of the RS-485 bus system for creating the RS-485 synchronous mode bus systems for all cables connected to connectors A, B and C. the interface 3 of the RS-485 bus system and the power source 5 are with each other with the interface 2 IEEE 802.3 2 and the central processor 1 coupled. The central processor 1 is connected with software for communication with elements stored in the intelligent building and with the UTP cable via connectors A, B and C. In the examples given here is also the central processor 1 bidirectional with the input / output module 4 for data processing connected by local sensors and / or with the controls for providing information to the user. 1 shows a situation in which the wire pairs 1 - 2 and 3 - 6 are used for the passage of the signal according to IEEE 802.3c. 3 shows the situation where the unused wire pairs 1 - 2 and 3 - 6 are loud for communication IEEE 802.3c via switch with the interface 3 are connected to the RS-485 bus system and support another RS-485 bus system in synchronous mode.

Der Zentralprozessor 1 sichert die Datensammlung und das Befehlesenden der Sensoren und Steuerelemente, die am Bussystem RS-485 mittels der Schnittstelle 3 des Bussystems RS-485 und zur Kommunikation mit den Elementen des Internetnetzwerks angeschlossen sind, und die mittels der Schnittstelle 2 IEEE 802.3 verfügbar sind. Beispiele für die Verwendung der Schaltung im Service-Netzwerk von intelligenten Gebäuden stellen die 2 und 4 dar. Die Sensoren und Steuer-elemente können an den UTP-Kabeln mit der Nutzung des Synchronmodus ange-schlossen sein – die Strichlinien in 2 und 4 – bzw. mit der Nutzung des Synchron-modus – strichpunktierte Linien in 4. Seine Funktion ist von seinem eigenen Programm bestimmt, das weithin auch seinen eigenen Datenspeicher benutzen kann. Die funktionelle Verbindung des Zentralprozessors 1 beschränkt sich nicht nur auf die Grundelemente, d. h. auf die Schnittstelle 2 IEEE 802.3 und die Schnittstelle 3 des RS-485-Bussystems, sondern ermöglicht auch die Arbeit mit dem Eingabe/Ausgabe-Modul 4, z. B. bei der Nutzung der Schaltung als Benutzerschnitt-stelle.The central processor 1 secures the data collection and the command end of the sensors and controls connected to the RS-485 bus system via the interface 3 bus system RS-485 and for communication with the elements of the Internet network are connected, and by means of the interface 2 IEEE 802.3 Are available. Examples of the use of the circuit in the service network of intelligent buildings are the 2 and 4 The sensors and control elements may be connected to the UTP cables using the synchronous mode - the dashed lines in 2 and 4 - or with the use of synchronous mode - dash-dotted lines in 4 , Its function is determined by its own program, which can also widely use its own data store. The functional connection of the central processor 1 is not limited to the basic elements, ie the interface 2 IEEE 802.3 and the interface 3 of the RS-485 bus system, but also allows working with the input / output module 4 , z. B. in the use of the circuit as a user interface.

Ein wichtiger Bestandteil der Schaltung ist die Schnittstelle 2 IEEE 802.3, die die Zusammenarbeit zwischen den Servern und Klienten sichert, die mittels der Protokolle TCP und UDP von Internettechnologien kommunizieren und entweder durch lokale auf dem Gebiet der intelligenten Gebäude oder der Gruppe der Gebäude, (die ein privates IP-Netzwerk benutzten) oder durch entfernte, typisch mit der Nutzung von Firewall (die ein nötiges Sicherheitsniveau sichern) steuerbar sind.An important part of the circuit is the interface 2 IEEE 802.3, which ensures the collaboration between the servers and clients communicating by means of the TCP and UDP protocols of Internet technologies and either by local in the field of intelligent buildings or group of buildings, (using a private IP network) or by removed, typical with the Use of firewall (which ensure a necessary level of security) are controllable.

Die Schnittstelle 2 IEEE 802.3 sichert den Zugang der Schaltung zum UTP-Kabel, die primär die IEEE 802.3-Norm erfüllt, die als Ethernet 10BASE-T und/oder 100BASE-Tx bezeichnet ist. Das ist aber nicht die einzige Tätigkeit der Schnittstelle. Die Schnittstelle 2 IEEE 802.3 ist technologisch mit einem eigenen Prozessor ausgerüstet und sichert auch die Kommunikationssichten, die nicht nur die RFC-Standards der Protokolle TCP und UDP erfüllen, sondern auch eine eventuelle Erweiterung erlauben, um z. B. die Nutzung mehrerer IP-Adressen und/oder der Porte der IP-Protokolle zu ermöglichen. Die Schaltung laut dieses Vorschlags unter-stützt dank der Schnittstelle 2 IEEE 802.3, die die Standardprotokolle des Internets unterstützt und die die Erweiterung um eine weitere Schicht erlaubt, das Kommunikationssystem und macht es geeignet für ein höheres Niveau für das ganze Netzwerk des intelligenten Gebäudes und ihren Internetanschluss.the interface 2 IEEE 802.3 secures the access of the circuit to the UTP cable that primarily meets the IEEE 802.3 standard, which is referred to as Ethernet 10BASE-T and / or 100BASE-Tx. But that is not the only activity of the interface. the interface 2 IEEE 802.3 is technologically equipped with its own processor and also secures the communication views, which not only meet the RFC standards of the protocols TCP and UDP, but also allow a possible extension, for. B. to allow the use of multiple IP addresses and / or the port of the IP protocols. The circuit according to this proposal supports thanks to the interface 2 IEEE 802.3, which supports the standard protocols of the Internet and allows the extension of another layer, the communication system and makes it suitable for a higher level of the whole network of the intelligent building and its Internet connection.

Die Kommunikation mit den Sensoren und den Steuerelementen des Netzwerks von intelligenten Gebäuden sichert die Schnittstelle des RS-485-Bussystems. Diese Schnittstelle ist meistens mit der gängigen Synchronsteuerung gesichert, sog. Peer-to-Peer-Kommunikation nach dem Standard RS-485 , und benutzt nur das einzige Drahtpaar 5 – 4 des UTP-Kabels, das mit dem Steckverbinder A, B, C verbunden ist.The communication with the sensors and the controls of the network of intelligent buildings secures the interface of the RS-485 bus system. This interface is usually secured with the usual synchronous control, so-called peer-to-peer communication after the Standard RS-485 , and uses only the single wire pair 5-4 of the UTP cable connected to the connector A, B, C.

Als eine Alternative erlaubt die Schnittstelle 3 des RS-485-Leiters des Sendepaars 1 – 2 und des Leiters des Empfangspaars 3 – 6 (die nicht zur Nutzung des Signals IEEE 802.3c verwendet sind) zur Kommunikation, die einer asynchronen entspricht, sog. Master-Slave zu verwenden (also zur Kommunikation in Übereinstimmung mit RS-485). Das genutzte UTP-Kabel erlaubt dann, die Sensoren und Leitgeräte, die fähig sind, im synchronen Modus Peer-to-Peer und/oder im asynchronen Modus Master-Slave zu arbeiten, anzuschließen und zwar mit zwei RS-485-Bussystemen. Dies wird nur durch ein einziges UTP-Kabel verwirklicht.As an alternative, the interface allows 3 of the RS-485 conductor of the transmission pair 1 - 2 and the conductor of the reception pair 3 - 6 (which are not for the use of the signal IEEE 802.3c are used) for communication, which corresponds to an asynchronous to use so-called master-slave (ie for communication in accordance with RS-485). The UTP cable used then allows the sensors and control devices capable of operating in peer-to-peer synchronous mode and / or master-slave asynchronous mode to be connected to two RS-485 bus systems. This is realized only by a single UTP cable.

Das Input/Output-Modul 4 ermöglicht eine Schaltung, um Funktionen, die anders von Sensoren und Steuerelementen der Service-Netzwerke lokalisiert an dem Ort nahe der Schaltung gesichert sind, um eine Schnittstelle für den Benutzer am Gerät und/oder eine Signalverarbeitung mit hoher Kapazität von verarbeiteten Daten zu erweitern. Der Vorteil dieser Funktion ist die Einsparung der Zahl aller Elemente des Netzwerk-Services von intelligenten Gebäuden bei der Anforderung an die Unterbringung der Schaltung an der Stelle, wo sie gebraucht wird sowie die Funktionalität eines solchen Sensors oder Steuerelements. Ein typisches Beispiel für die Funktion so eines Elements ist ein Sensor, der Lichthelligkeit, Temperatur und/oder Feuchtigkeit erfasst, und der als Tastsensor oder Taste, Drehregler oder mechanisches oder optisches Relais ausgebildet ist.The input / output module 4 allows a circuit to extend functions other than sensors and controls of the service networks located at the location near the circuit to extend an interface to the user on the device and / or high-capacity signal processing of processed data. The advantage of this feature is the savings in the number of all elements of the network service of intelligent buildings in the requirement of housing the circuit where it is needed and the functionality of such a sensor or control. A typical example of the function of such an element is a sensor which detects light brightness, temperature and / or humidity, and which is designed as a push button or button, rotary control or mechanical or optical relay.

Das Input/Output-Modul 4 ermöglicht auch die Aufnahme von Signalen, die eine Übertragungsgeschwindigkeit und Datenverarbeitung und eine deutlich übersteigende Begrenzung des RS-485-Standards erlaubt. Ein anschauliches Beispiel für solche Elemente umfassen z. B. die Kamerasensoren und Dienste, die auf der Grundlage von ihren Daten, die eine Bewegung indizieren und die Referenzdaten auf dem Speicher mit einer ausreichend hohen Kapazität, wie z. B. einer SD-Speicherkarte, speichern können.The input / output module 4 It also allows you to record signals that allow transmission speed and data processing and a significantly higher limit of the RS-485 standard. An illustrative example of such elements include e.g. For example, the camera sensors and services based on their data indicating movement and the reference data on the memory having a sufficiently high capacity, such as memory. As an SD memory card, can save.

Dank des Input/Output-Moduls 4 kann die Schaltung auch zur Kommunikation mit dem Benutzer verwendet werden, z. B. mittels optischer Indikatoren und mechanischer Steuerelemente. Außerdem sind natürlich auch solche durch das Input/Output-Modul 4 gesteuerte Schnittstellen möglich, wie z. B. Touch-Tab, oder die volle Funktion gesicherter Detektoren von Eingabetasten, Fingerabdruck-Detektoren oder Stimmendetektoren.Thanks to the input / output module 4 the circuit can also be used for communication with the user, eg. B. by means of optical indicators and mechanical controls. Of course, there are also those through the input / output module 4 controlled interfaces possible, such. B. Touch tab, or the full function of secured detectors of input keys, fingerprint detectors or voice detectors.

Die Stromversorgung 5 bietet allen Teilen der beschriebenen Schaltung die Versorgungspannung von 5 V und/oder 3,6 V, die typisch für den modernen inte-grierten Leistungskreis und den Mikrocomputer ist. Die Schaltung, die mit einer programmgesteuerten Stromversorgung 5 ausgestattet ist, kann sowohl für die Nutzung der Stromversorgung, für die stromversorgten Drahtpaare der UTP-Kabel als auch für eine lokale externe Stromversorgung eingesetzt werden. Sie kann jedoch auch mittels eines eigenen Akkumulators arbeiten. Die Auswahl der geeigneten Stromversorgung aller Module der Schaltung und Steuerung des eventuellen Aufladens ihrer eigenen Akkumulatoren ist durch das Stromversorgungs-Programm 5 definiert. Die Stromversorgung 5 erlaubt dabei in der Schaltungsstruktur die Nutzung des ausgewählten Drahtpaars oder einer lokal angeschlossenen externen Stromquelle sowohl für den eigenen Betrieb als auch für das Aufladen der Batterie und die Unterstützung der anderen Elemente des Service-Netzwerks.The power supply 5 provides all parts of the circuit described the supply voltage of 5 V and / or 3.6 V, which is typical of the modern integrated power circuit and the microcomputer. The circuit, with a programmatic power supply 5 can be used both for the use of the power supply, for the power-supplied wire pairs of the UTP cable as well as for a local external power supply. However, it can also work by means of its own accumulator. The selection of suitable power supply to all modules of the circuit and control of the eventual charging of their own batteries is through the power supply program 5 Are defined. The power supply 5 allows in the circuit structure, the use of the selected wire pair or a locally connected external power source both for its own operation and for charging the battery and the support of the other elements of the service network.

Die 2 und die 4 stellen die Beispiele für die Verwendung der Schaltung gemäß 1 und 3 in der Architektur des integrierten Service-Netzwerks dar. Die Beispiele nehmen eine Verknüpfung eines zentralen Computerservers S und ihn erweiternde Datenspeicherung M mittels des Basisreglers/Routers R_Sw an. Der eigene Basisregler/Router R_Sw mit seiner Struktur, die bei den Beispielen in 2 und 4 zu sehen ist, also nah den Basisreglern, die zum Bau der kleinen Computernetzwerke in den Haushalten bestimmt sind, sichert gleichzeitig eine verlässliche Verbindung mit dem Internet über das Telefonnetz der Technologie ADSL bzw. VDSL und die Verbindung auf einer drahtlosen WiFi von Steuerelementen, wie z. B. Tab mit einem Betriebssystem.The 2 and the 4 provide the examples of the use of the circuit according to 1 and 3 in the architecture of the integrated service network. The examples assume a linkage of a central computer server S and expanding data storage M by means of the basic controller / router R_Sw. The own basic controller / router R_Sw with its structure, which in the examples in 2 and 4 It can be seen, so close to the basic controllers intended for construction of small computer networks in the households secures at the same time a reliable connection to the Internet via the telephone network of the ADSL or VDSL technology and the connection on a wireless WiFi of controls such. B. Tab with an operating system.

Die beschriebene Schaltung ist hier in drei Funktionen genutzt, wobei die erste mit D₁, die zweite mit D₂ und die dritte mit D₃ dargestellt ist. Die Steckverbinder aller Bestandteile der Schaltung sind Steckverbinder des RJ-45-Typs und sind als A, B und C bezeichnet. Die Programmankopplung zwischen der Baumarchitektur des Ethernets und der IP ist hier mit einer Volllinie gekennzeichnet, und die Bussystem-Architektur RS-485 im Synchronmodus ist mit der Strichlinie bzw. das Bussystem RS-485 in einem asynchronen Modus mit einer strichpunktierten Linie gekennzeichnet.The circuit described here is used in three functions, the first with D ₁ , the second with D ₂ and the third with D _{3 is} shown. The connectors of all components of the circuit are connectors of the RJ-45 type and are designated as A, B and C. The program link between the Ethernet and the IP tree architecture is here marked with a solid line, and the RS-485 bus system architecture in synchronous mode is indicated by the dotted line or the RS-485 bus system in dotted-line asynchronous mode.

Die 2 und 4 zeigen ein Beispiel mit einer einfachen Funktion der Anlage, markiert mit D1, wobei diese Anlage mittels des ersten Steckverbinders A an das Computernetzwerk angeschlossen ist, und der zweite Steckverbinder B und der dritte Steckverbinder C nur für den Anschluss der funktionalen Elemente des RS-485 Bussystems verwendet sind.The 2 and 4 show an example with a simple function of the system, marked D1, this system is connected by means of the first connector A to the computer network, and the second connector B and the third connector C only for the connection of the functional elements of the RS-485 bus system are used.

Das Gerät D2 in den 2 und 4 lässt ein Drahtpaar des Ethernets zwischen dem zweiten Steckverbinder B und dem dritten Steckverbinder C durchgehen. Die Verwendung einer solchen Funktion ist bei der Anlage, die das Bussystem RS-485 in den Leitungen zwischen den Elementen des lokalen Netzwerkes bildet, von einer großen Bedeutung, also in den Kabeln zwischen dem Basisregler R_Sw und dem Schalter SW.The device D2 in the 2 and 4 allows a wire pair of the Ethernet between the second connector B and the third connector C go through. The use of such a function is of great importance in the system which forms the RS-485 bus system in the lines between the elements of the local network, ie in the cables between the basic controller R_Sw and the switch SW.

Die Schaltbrücke zwischen der Schnittstelle 3 RS-485 und dem zweiten und dritten Steckverbinder B und C entspricht der 3. Die Schaltung ermöglicht die Arbeit mit zwei Bussystemen auf jedem UTP-Kabel, von denen eines synchron und das andere asynchron ist. Diese Schaltungsfunktion spiegelt die Kennzeichnung D3 in 4.The switching bridge between the interface 3 RS-485 and the second and third connectors B and C corresponds to 3 , The circuit allows working with two bus systems on each UTP cable, one of which is synchronous and the other is asynchronous. This circuit function reflects the label D3 in 4 ,

Die Schaltung gemäß der Erfindung ist für eine integrierte Steuerung und Verwaltung der Sensoren und/oder der Steuerelemente in den Netzwerken von intelligenten Gebäuden nutzbar. Die Schaltung ermöglicht, das Service-Netzwerk der intelligenten Gebäude durchzuführen, die die beliebigen üblichen Elemente der lokalen Computernetze nutzen, wie es z. B. Basisregler/Router, Schalter/Switches, Server, Speicherzentren, Drucker sowie andere sind, und zusätzliche Bussysteme für im Standard verwendete Sensoren und Steuerelemente zu ergänzen. Gleichzeitig erlaubt sie, die Architektur des Computernetzwerks auch für die Funktion der Datenerfassung, Steuerung, lokale Zustandsverarbeitung und der lokalisierten Steuerung zu nutzen.The circuit according to the invention can be used for integrated control and management of the sensors and / or the controls in the networks of intelligent buildings. The circuit makes it possible to perform the service network of the intelligent buildings, which use any conventional elements of the local computer networks, such as. Basic controllers / routers, switches / switches, servers, storage centers, printers and others, and additional bus systems for standard sensors and controls. At the same time, it allows to use the architecture of the computer network also for the function of data acquisition, control, local state processing and localized control.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Standard EIA-485 [0004]
Standard RS-485 [0004]
Standard of RS-485 [0005]
RS-485 standard [0006]
Standard RS-485 [0006]
Ethernet standard IEEE 802.3c [0011]
Standard RS-485 [0011]
IEEE 802.3c standards [0013]
IEEE 802.3c [0015]
Standard IEEE 802.3c [0021]
RS-485 standard [0022]
IEEE 802.3 [0023]
Standard RS-485 [0023]
IEEE 802.3c [0024]
IEEE 802.3 [0025]
IEEE 802.3 [0027]
Standard RS-485 [0028]
IEEE 802.3c [0029]

Claims

Circuit for integrated control and management in service networks of intelligent buildings, characterized in that it is connected by means of three connectors (A, B, C) to UTP cables which are connected via four pairs of wires (1 - 2, 3 - 6, 5 - 4 and 7 - 8) are connected to contacts of the connectors (A, B, C) according to the Ethernet standard 802.3c, that the first wire pair (1-2) and the second wire pair (3-6) of the first connector (A) for network connection by means of an interface ( 2 ) and implements the protocols of the Ethernet and IP that through this interface ( 2 ) a central processor ( 1 ) is connected with the possibility of an alternative programming that the free wire pairs (5 - 4) of all connected UTP cables form bus systems that correspond to the standard RS-485 in its synchronous mode and through an interface ( 3 ) of the RS-485 bus system with the central processor ( 1 ) and that at the other free wire pairs (7 - 8) of the UTP cable a module ( 5 ), wherein external sensors and controls in the smart building are connected to the UTP cables by means of the connectors (A, B, C), and all connectors (A, B, C) are formed as connectors of the RJ-45 type are.

Circuit according to Claim 1, characterized in that the central processor ( 1 ) with at least one input / output module for data processing of local sensors and / or controls and / or for local communication with the user and / or signal processing of the local sensors with the speed and required storage capacity, eg. B. for motion detection, which exceeds the ability of the RS-485 bus system is connected.

Circuit according to Claim 1 or 2, characterized in that the interface ( 3 ) of the RS-485 bus system is connected to the second (B) and third (C) connectors via the first and second wire pairs (1 - 2, 3 - 6) and thus the RS-485 bus system in its asynchronous Mode forms.

Circuit according to Claims 1 to 3, characterized in that the power supply module ( 5 ) with the input voltage connected to the free pairs of conductors (7 - 8) of all connectors (A, B, C) connected to the input of the local external source.

Circuit according to Claim 4, characterized in that the power supply module ( 5 ) has its own accumulator.