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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Systeme im Bereich der Sicherheitstechnik und der Smart Home-Steuerung, und insbesondere einen Multifunktionssensor zum Einsatz in diesen Bereichen.
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Stand der Technik
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In der Sicherheits- und Alarmtechnik wird seit Jahrzehnten für jede Überwachungsaufgabe ein spezieller Sensor verwendet. So existieren beispielsweise Bewegungsmelder, Magnetöffnungssensoren, Wassermelder, Gasmelder, Rauchmelder, Glasbruchmelder und viele mehr. Die Alarmtechnik hat sich hierbei in den letzten Jahrzehnten kaum weiterentwickelt. Aus dem Stand der Technik bekannte Einbruchmeldeanlagen nutzen für die Kommunikation überwiegend 315, 433 und 868 MHz analoge Funksignale.
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Ferner hat die Automatisierung auch Einzug in Privathäuser gefunden. Dadurch wird es ermöglicht, vor Ort und unterwegs über das Smartphone elektrische Geräte zu steuern und zu regeln. Bekannt geworden ist dieses Thema unter dem Sammelbegriff „Smart Home“. Gebräuchliche Funkprotokolle im Smart Home-Bereich sind Zigbee (2.4GHz) und Zwave (868 MHz).
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Entsprechende Smart Home-Systeme sind beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung
WO 2013/071999 A1 der Giesecke & Devrient GmbH, der US-Patentanmeldung
US 2015/0097663 A1 der Google Inc. und der US-Patentanmeldung
US 2014/0129006 A1 der Hon Hai Precision Industry Co. Ltd. offenbart. Ferner offenbart die chinesische Patentanmeldung
CN 106225844 A einen multifunktionalen Smart Home-Sensor, welcher mehrere unterschiedliche Sensoren enthält.
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Allen bekannten Smart Home-Systemen ist jedoch gemein, dass die Funkkommunikation zwischen Sensoren und Aktoren (z.B. Schaltern) stets über eine Zentrale stattfindet, die in der Regel an den DSL-Router angeschlossen wird. Dies ist schematisch in 1 dargestellt. Ferner besteht im Stand der Technik keine Lösung, die eine freie, individuelle Programmierung aller Sensoren erlauben würde.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Gebäudeautomatisierungssystem bereitzustellen, das die oben angesprochenen Nachteile des Standes der Technik zumindest zum Teil überwindet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Gebäudeautomatisierungssystem bereitgestellt. Das Gebäudeautomatisierungssystem umfasst einen Multifunktionssensor, der eine Mehrzahl von unterschiedlichen Sensoren umfasst, einen Aktor zum Auslösen einer technischen Funktion und ein mobiles Benutzerendgerät. Der Multifunktionssensor ist konfiguriert, um in Antwort auf das Eintreten eines Ereignisses eine Ereignisnachricht direkt an das mobile Benutzerendgerät und/oder direkt an den Aktor zu senden. Das mobile Benutzerendgerät ist konfiguriert, in Antwort auf den Empfang der Ereignisnachricht den Aktor zu veranlassen, die technische Funktion auszulösen.
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Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich dadurch vom Stand der Technik, dass die vorbekannten Einbruchmeldeanlagen und Smart Home-Steuerungen niemals direkt mit mobilen Benutzerendgeräten kommunizieren können, sondern stets Zentralen zwischengeschaltet werden müssen. Bis heute ist kein Sensor bekannt, der ohne zwischengeschaltete Zentrale direkt mit solchen mobilen Endgeräten zusammenarbeiten kann, um das Haus abzusichern und/oder intelligente Steuerungsaufgaben zu übernehmen.
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Die erfindungsgemäße direkte Zusammenarbeit zwischen dem Multifunktionssensor und dem mobilen Benutzerendgerät ermöglicht es dem Benutzer erstmals, auch ältere, nicht mehr im Einsatz befindliche Smartphones und/oder Tablets einer neuen Nutzung zuzuführen. Neben der Kostenersparnis und der höheren Funktionalität hat dies auch umweltschonende Aspekte, da ungenutzte Geräte nicht frühzeitig entsorgt werden müssen.
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Ferner umfasst der Multifunktionssensor eine Mehrzahl von unterschiedlichen Sensoren, vorzugsweise in einem einzigen Gehäuse. Dies erspart dem Benutzer einen erheblichen Montage- und Wartungsaufwand und im Einkauf ergibt sich ein wesentlich günstigerer Preis. In der Sicherheitstechnik gemäß dem Stand der Technik wird stattdessen typischerweise für jede Überwachungsaufgabe ein spezieller Sensor verwendet. So existieren beispielsweise Bewegungsmelder, Magnetöffnungssensoren, Wassermelder, Gasmelder, Rauchmelder, Glasbruchmelder, usw.
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Vorzugsweise ist der Multifunktionssensor mittels einer Applikation auf dem mobilen Benutzerendgerät frei programmierbar. Somit kann der Benutzer alle gewünschten Einstellungen, die der Multifunktionssensor zukünftig durchführen soll, in einer Smartphone-App vornehmen und überträgt diese Konfiguration dann (z.B. per Bluetooth) auf den Multifunktionssensor, um sie dort in einer CPU des Multifunktionssensor abzuspeichern.
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Traditionell ist in jedem Sensor fest eingespeichert, ob es ein Bewegungsmelder, Türsensor, Wassermelder, usw. ist. Diese Funktion kann vom Anwender nicht geändert werden. Deshalb ist der Anwender gezwungen, für jeden Einsatzbereich einen speziellen Sensor zu kaufen und mit der Zentrale zu verbinden. Das ist bei dem Multifunktionssensor nicht der Fall. Der Anwender sucht sich aus, welche der im Multifunktionssensor vorhandenen Sensoren er nutzen möchte, nimmt ggf. die gewünschten Parametereinstellungen wie Sensibilität, Ansprechverhalten, und/oder Kombination mit anderen Sensoren, usw. vor und überträgt dann erst die Funktionsdaten auf den Multifunktionssensor. In einigen Ausführungsformen des Multifunktionssensors sind insgesamt sechzehn Sensoren bzw. Funktionen vorhanden, die der Anwender einzeln oder auch zusammen nutzen kann. Diese Möglichkeit, selbst festzulegen, als was der Multifunktionssensor arbeiten soll, wann und wie er arbeiten soll, ist einzigartig im Bereich der Überwachungssensorik.
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Das mobile Benutzerendgerät kann konfiguriert sein, eine Konfigurationsnachricht direkt an den Multifunktionssensor zu senden, wobei die Konfigurationsnachricht einen vordefinierten Aktionscode umfasst. Vorzugsweise wird die Konfigurationsnachricht von dem Benutzerendgerät zu dem Multifunktionssensor über eine Bluetooth- oder NFC-Verbindung gesendet.
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Der Multifunktionssensor kann auch konfiguriert sein, um in Antwort auf das Eintreten eines Ereignisses eine Ereignisnachricht direkt an den Aktor zu senden. Dies kann zusätzlich oder alternativ zum Senden einer Ereignisnachricht zum mobilen Benutzerendgerät erfolgen. Der Multifunktionssensor kann folglich als eigenständiger Signalgeber für Aktoren wie beispielsweise Smart Home-Funkschaltern dienen, die sich im gemeinsamen Netzwerk befinden. So kann der Benutzer beispielsweise festlegen, ob, wann und/oder unter welchen Bedingungen der Multifunktionssensor einen externen Schalter ein- oder ausschalten soll, um z.B. Licht, Rollladen oder andere beliebige Schalter zu steuern. Einzigartig ist auch in diesem Zusammenhang die Unabhängigkeit von Gateways, Hubs, DSL-Routern, wie sie aktuell von allen erhältlichen Smart-Home-Schaltern benötigt werden. Der Multifunktionssensor ist in der Lage, ein eigenständiges Netzwerk mit einem Schalter zu bilden und diesen nach Bedarf zu steuern. Die Programmierung wird, wie eingangs erläutert, mittels einer mobilen App durchgeführt, für die anschließende Funktion ist das mobile Benutzerendgerät aber nicht zwingend notwendig.
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Der Multifunktionssensor kann ferner konfiguriert sein, in Antwort auf das Eintreten eines Ereignisses eine Ereignisnachricht an einen zweiten Multifunktionssensor zu senden. Somit kann der Multifunktionssensor auch als Repeater fungieren, um die Reichweite des Systems zu erhöhen.
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Die Ereignisnachricht umfasst vorzugsweise einen vordefinierten Aktionscode. Der vordefinierte Aktionscode ist vorzugsweise in einer Bluetooth-Anmeldesequenz codiert, welche über Bluetooth-Advertising-Kanäle übertragen wird.
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Der Stand der Technik entwickelte sich stattdessen bisher auf der Basis, dass zunächst eine Kopplung zwischen Smartphone und Gerät stattfand, und nach erfolgreicher Koppelung mittels Datenübermittlung ein Informationsaustausch stattfand. Da dieser übliche technische Weg sehr lange dauert, wurde gemäß diesem Aspekt der Erfindung auf die Datenübertragungsphase vollständig verzichtet und alle erforderlichen Informationen in die Bluetooth-Anmeldesequenz integriert. Ein anfängliches Hindernis bei diesem Erfindungsaspekt war, dass dieser Weg der Bluetooth-Signalnutzung völlig unbekannt war und somit einer EU-Zertifizierung zunächst entgegenstand. Nach Abstimmung mit der Bluetooth Special Interest Group (SIG), dem Dachverband für die Bluetooth-Technologie, wurde dieser neue Weg der Nutzung freigegeben und die Zertifizierung wurde durch ein staatlich akkreditiertes Prüflabor durchgeführt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Multifunktionssensor zumindest zwei der folgenden Sensoren: Bewegungsmelder, Fenster-Tür Öffnung, Fenster-Kippsensor, Glasbruchmelder, Vibrationssensor, Feuersensor, Gasmelder, Wassermelder, Smart Home-Steuerung (externer Schalter), Zeitschaltuhr, Temperatursensor, (Luft-)Feuchtigkeitssensor, Tageslicht-Sensor, Infrarot-Lichtschranke und/oder (3G-)Neigungssensor.
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Der Aktor kann einen Smart Home-Schalter und/oder einen Smart Home-Sprachassistenten umfassen. Im letzteren Fall kann das mobile Benutzerendgerät konfiguriert sein, in Antwort auf den Empfang der Ereignisnachricht Audiodaten auszugeben, um den Smart Home-Sprachassistenten zu veranlassen, eine Funktion auszulösen. Somit können auch beliebige Sprachassistenten nahtlos in das Automatisierungssystem integriert werden.
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Die Erfindung betrifft ferner auch einen Multifunktionssensor, ein mobiles Benutzerendgerät und einen Aktor, die jeweils zur Verwendung in einem wie oben beschriebenen Gebäudeautomatisierungssystem konfiguriert sind. Zuletzt wird eine Applikation für ein mobiles Benutzerendgerät bereitgestellt, die zur Verwendung in einem wie oben beschriebenen Gebäudeautomatisierungssystem konfiguriert ist.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert:
- 1: Blockdiagramm eines Smart Home-Systems mit Zentrale gemäß dem Stand der Technik;
- 2: Blockdiagramm eines Gebäudeautomatisierungssystems gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
- 3a-b: Schematische Ansichten eines Multifunktionssensors gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
- 4: Schematische Ansicht einer Datenstruktur zur Verwendung in Ausführungsformen der Erfindung; und
- 5a-e, 6: Schematische Ansichten einer grafischen Benutzeroberfläche gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Die Ausgangsbasis für die vorliegende Erfindung ist der Markt der heutigen Sicherheitstechnik mit seiner Vielzahl von Sensoren, dem neuen Markt der Smart Home-Steuerung, der weltweiten Verbreitung mobiler Endgeräte wie Smartphones und Tablets, sowie der Funkstandard Bluetooth Low Energy, der in neueren Versionen Reichweiten bis zu 500 m ermöglicht. Diese vier Faktoren wurden in Ausführungsformen der Erfindung zu einer Gesamteinheit kombiniert und dadurch eine neue Produktkategorie geschaffen, die es in dieser Art bisher nicht auf dem Markt gibt.
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Ein besonders verbesserungswürdiger Nachteil der Lösungen gemäß dem Stand der Technik ist hierbei, dass die im Einsatz befindlichen Einbruchmeldeanlagen und Smart Home-Steuerungen niemals direkt mit den mobilen Endgeräten arbeiten können, sondern stets Zentralen zwischengeschaltet werden müssen (siehe 1). Ferner besteht im Stand der Technik keine Lösung, die eine freie, individuelle Programmierung aller Sensoren, beispielsweise nach dem IFTT-Standard („if this than that“), ermöglicht.
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Überblick über das Gesamtsystem:
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2 zeigt schematisch ein Blockdiagramm eines Gebäudeautomatisierungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das System umfasst hier einen Multifunktionssensor 1, einen Aktor 2 (z.B. einen Smarthome-Schalter; nachfolgend der Einfachheit halber auch als „Schalter“ bezeichnet) und ein Benutzer-Endgerät 3 (z.B. ein Smartphone oder Tablet). Bei dem in 2 gezeigten System handelt es sich um ein stark vereinfachtes System, um die grundlegenden Funktionen der Erfindung zu erläutern. Es versteht sich, dass die Erfindung weitaus komplexere Systeme mit mehreren Multifunktionssensoren 1, Aktoren 2 und/oder mobilen Benutzerendgeräten 3 erlaubt.
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Multifunktionssensor:
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3a zeigt schematisch einen Multifunktionssensor 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 3b zeigt eine weitere Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Multifunktionssensors 1 mit bevorzugten, jedoch nicht zwingenden, Abmessungen.
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In der dargestellten Ausführungsform enthält der Multifunktionssensor 1 die folgenden Sensoren in einem einzigen Gehäuse: Bewegungsmelder, Fenster-Tür Öffnung, Fenster-Kippsensor, Glasbruchmelder, Vibrationssensor, Feuersensor, Gasmelder, Wassermelder, Smart Home-Steuerung (externer Schalter), Zeitschaltuhr, Temperatursensor, (Luft-)Feuchtigkeitssensor, Tageslicht-Sensor, Infrarot-Lichtschranke, (3G-)Neigungssensor.
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Es versteht sich jedoch, dass alternative Ausführungsformen eines Multifunktionssensors 1 nur eine Untermenge der genannten Sensoren und/oder zusätzliche, nicht aufgezählte Sensoren umfassen können, wie beispielsweise ein Mikrofon als Geräuschsensor, welches direkt auf einer Platine des Multifunktionssensors 1 angeordnet sein kann.
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Der Multifunktionssensor 1 kann eine Sende/Empfangseinheit mit Bluetooth-Schnittstelle umfassen. Vorzugsweise wird jedem Multifunktionssensor 1 eine eindeutige und/oder einzigartige MAC-Adresse zugewiesen, die ihn unverwechselbar gegenüber dem Smartphone 3 und/oder Schalter 2 identifiziert. Außerdem umfasst der Multifunktionssensor 1 eine CPU.
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Der Multifunktionssensor 1 kann über eine kabellose Energieversorgung, insbesondere über zwei parallel geschaltete 3.6V-Lithiumbatterien, verfügen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Anschluss für eine Netzstromversorgung vorgesehen sein. Beispielsweise kann Strom über eine kabelgebundene Netzstromversorgung bezogen werden, falls der Multifunktionssensor 1 mehr Strom benötigt als über die kabellose Energieversorgung zur Verfügung gestellt werden kann. Der Stromanschluss ist vorzugsweise als USB-Anschluss, besonders bevorzugt als USB-C-Anschluss ausgebildet.
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Ferner kann der Multifunktionssensor 1 einen Anschluss für externe Sensoren bzw. NC/NO-Sensoren, wie beispielsweise Wassermelder, umfassen, bei dem es sich bevorzugt um einen USB- oder USB-C-Anschluss handelt. Dieser kann als Stromversorgung für den/die externen Sensoren dienen sowie ferner als vorzugsweise potentialfreier, auswählbarer NC/NO Schaltausgang. Darüber können externe verkabelte Schalter geschaltet werden oder externe verkabelte Sensoren ein Funksignal auslösen, je nach Einstellung über die Smartphone-App.
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Ferner kann der Multifunktionssensor 1 einen Repeater umfassen.
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Wie nachfolgend noch genauer erläutert werden wird, kann der Multifunktionssensor 1 ein beliebiges Multifunktionssignal erzeugen und an unterschiedliche (Funk-)Schalter 2 senden, um den jeweiligen Schalter 2 ein- bzw. ausschalten (z.B. wenn es zu warm im Raum wird, wird ein Signal an den Schalter der Klimaanalage gesendet). Der Signalversand kann in bevorzugten Ausführungsformen völlig frei nach dem IFTTT-Protokoll vom Anwender programmiert werden. Auch können mehrere Multifunktionssensoren 1 auf denselben Schalter 2 zugreifen und diesen steuern.
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Konfiguration:
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Nachfolgend wird die Konfiguration des Multifunktionssensors 1 mittels einer Anwendung („App“) auf dem Mobilgerät 3 anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Während im folgenden Beispiel ein Smartphone 3 zur Konfiguration benutzt wird, versteht es sich, dass auch jedes andere mobile Benutzer-Endgerät 3 verwendet werden kann, beispielsweise ein Tablet oder ähnliches.
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Bei der Auslieferung ist der Multifunktionssensor 1 zunächst im Wesentlichen unprogrammiert, d.h. er ist noch nicht für seinen zukünftigen Einsatzzweck konfiguriert. Es ist gegebenenfalls lediglich eine Betriebssoftware vorinstalliert.
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Der Benutzer installiert ein Anwendungsprogramm (nachfolgend auch als „App“ bezeichnet) auf dem Smartphone 3. Die App kann beispielsweise aus einem der gebräuchlichen „App-Stores“ der Smartphone-Anbieter bezogen werden.
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In der Smartphone-App gibt der Benutzer die gewünschten Parameter in der Sensorübersicht ein. Vorzugsweise wird der Benutzer dafür Schritt für Schritt durch den Programmiermodus geleitet. In 5a-e und 6 sind entsprechende Elemente einer grafischen Benutzeroberfläche dargestellt.
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Beispielsweise kann der Benutzer gefragt werden, ob er den Temperatursensor nutzen möchte und wenn ja, ob ein Alarmsignal bei Unter- oder Überschreiten einer Temperaturschwelle versendet werden soll. Gegebenenfalls muss der Benutzer entsprechende Werte eingeben. Entsprechende Schritte kann der Benutzer für alle anderen Sensoren durchführen.
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Anschließend wird abgefragt, was geschehen soll, wenn z.B. die Temperatur den Schwellwert überschreitet, d.h. ob dann sofort ein Signal versendet werden soll, oder ob dies abhängig ist von anderen Faktoren, wie z.B. einem Zeitfenster oder dem Auslösen des (Infrarot-)Feuersensors sein soll.
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In anderen Worten wird mittels der App zunächst das „wenn“ festgelegt (d.h. unter welchen Bedingungen soll ein Funksignal erzeugt werden). Anschließend kann in der App definiert werden, „was“ geschehen soll, z. B. dass ein Funkschalter 2 für eine bestimmte Zeit eingeschaltet werden soll, damit das Licht angeht, oder Rollladen herunterfährt, oder das Radio startet etc.
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In der App sind die Einstellungen vorzugsweise in einer Auswahlliste aufgeführt. Der User kann in der App festlegen, ob der Temperatursensor bei Überschreiten einer Temperaturgrenze aktiv werden soll und dann sofort ein Funksignal an einen Funkschalter 2 versendet wird, oder ob der Temperatursensor dann erst noch andere Sensoren abfragen muss, ob diese auch auslösen, z.B, ob der Lichtsensor mitteilt, dass es im Raum hell ist. In diesem Fall führt das dazu, dass die CPU im Sensor 1 ein anderes Funksignal versendet.
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Beispiel:
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Nehmen wir an, dem Temperatursensor ist beim Überschreiten einer eingestellten Temperatur der Funkcode „b3“ zugeordnet. Dieser Funkcode wird von Funkschaltern 2 empfangen und diese schalten dann die Klimaanlage an.
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Nehmen wir an, zusätzlich ist der Temperatursensor mit dem Lichtsensor „verknüpft“. Wenn der Temperatursensor und der Lichtsensor auslösen, dann wird das Funksignal „b4“ versendet. Der Funkschalter 2 der Rollladen kennt den Code „b4“, der Funkschalter 2 der Klimaanlage kennt nur den Code „b3“ und reagiert deshalb nicht. Wird es also warm im Raum und es ist hell, dann kann der Benutzer festlegen, dass der Rollladen herunterfährt, dann ist die Sonne ausgesperrt und der Raum kühlt wieder herunter.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der App ist bereits eine im Wesentlichen vollständige Funktionsliste mit Funkcodes hinterlegt (in einem Produkt der Anmelderin sind dies 99 verschiedene Codes). Jedem Code ist eine Funktion nach dem Prinzip IFTTT („if this then that“) zugeordnet. Der Benutzer wählt aus, welche Funktionen er nutzen möchte, überträgt die Daten dann vom Smartphone 3 auf den Sensor 1 und speichert sie dort ab. Das gleiche macht er mit den Funkschaltern 2.
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Wenn dann Sensor 1 und Funkschalter 2 gespeichert haben, was sie machen sollen, dann können Sensor 1 und Funkschalter 2 auch ohne Smartphone 3 kommunizieren und aktiv werden, der Benutzer kann das Smartphone 3 dann als Zentrale bzw. als Anzeigegerät nutzen.
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Dem User werden somit eine Vorauswahl an Verknüpfungen vorgeschlagen, aber auch freie Programmierplätze, die selbst verknüpft werden können.
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Wenn all diese Parameter abgefragt und festgelegt wurden, erfolgt der nächste Schritt: Der Benutzer koppelt den Multifunktionssensor 1, vorzugsweise mittels NFC oder Bluetooth, mit seinem Smartphone 3. Hierfür aktiviert er im Multifunktionssensor 1 über eine entsprechende Taste den Programmiermodus und wählt den Fertigstellungsmodus in der Smartphone-App.
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Die App ermittelt nun die unterschiedlichen Verknüpfungen und Befehle und weist ihnen einen Aktionscode wie oben erläutert zu. Das Smartphone 3 sucht nach empfangsbereiten Multifunktionssensoren 1 und fragt den Benutzer nach dessen Zustimmung, wenn ein Multifunktionssensor 1 gefunden wurde.
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Anschließend werden alle Daten der Smartphone-App auf den Multifunktionssensor 1 übertragen und dort in der CPU abgelegt. Bei der Datenübertragung zwecks Programmierung wird vorzugsweise das herkömmliche Bluetooth-Koppelungs- und Datenübertragungsverfahren verwendet.
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4 zeigt ein Beispiel des Aufbaus eines entsprechenden Signals. Die einzelnen Felder sind:
- - Network ID (4 Bytes): Individueller, bei App-Installation und/oder App-Erststart generierter Identifizierer, der dazu dient, die Einsatzumgebung eindeutig zuordnen zu können (z.B. falls ein Nachbar des Benutzers ebenfalls das System in Betrieb hat). So können sich mehrere Systeme nicht gegenseitig stören und die Signale können eindeutig zugeordnet werden. Die Netzwerk (Network)-ID ist vorzugsweise eine 4 Byte große ID, die bei Erstinstallation zufällig aus Zahlen und Buchstaben auf dem Gerät erzeugt wird. Sie dient lediglich der eindeutigen Zuordnung im lokalen Umfeld falls z.B. jemand zwei voneinander unabhängige Zentralen im Haushalt nutzt oder der Nachbar das System ebenfalls im Einsatz hat.
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Beispiel: 4kVN
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- - Message Type (1 Byte): Dient zur Unterscheidung, ob die gesendete Nachricht von der App oder dem Multifunktionssensor gesendet wurde.
Beispiel: o = Meldung von Sensor an App; 1 = Meldung von App an Sensor
- - Message ID (2 Bytes): Fortlaufende Nummer, die sich aus der Source Module ID und einer Zahl zwischen 0 und 255 zusammensetzt und dazu dient, dass eine Nachricht nicht mehrfach nacheinander erfasst und interpretiert werden muss.
- - Source Module ID (1 Byte): Ein Identifizierer des Multifunktionssensors, von der die Nachricht gesendet wurde. Vorzugsweise eine von der App zugewiesene Nummer zwischen o und 79, die beim Einlernen in die App dem Sensor zugeordnet und übermittelt wird (Module ID). In einer Ausführungsform umfasst der Multifunktionssensor 79 Speicherplätze für 79 Sensoren und weitere Speicherplätze von 80-98, die für Funkschalter reserviert sind.
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Beispiel: 8
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- - Function Code (1 Byte): Repräsentiert die Aktion, die am Modul ausgelöst werden soll bzw. durchgeführt wurde oder (bei Sendung von der App zum Modul) welche Aktion ausgeführt werden soll.
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Beispiel: 6 = bei Bewegungsmelder „Bewegung registriert“
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- - Switch Output Level (1 Byte): Wird nur bei der Übermittlung von der App zum Modul verwendet, wenn vom Modul Strom ausgegeben werden soll.
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Beispiel: low voltage; high voltage; no voltage
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- - Switch Timer (4 Bytes): Wird nur bei der Übermittlung von der App zum Modul verwendet und legt fest, für wie lange Strom vom Modul ausgegeben werden soll.
- - Target Module ID (1 Byte): Wird nur bei der Übermittlung von der App zum Modul verwendet und legt fest, für welches Modul die Nachricht gilt. Ein Modul bzw. Sensor bekommt vorzugsweise eine Module ID zugewiesen (z.B. zwischen 0 und 79). Wird nun eine Meldung von der App an das Modul gesendet, muss die Target Module ID festgelegt werden, um das entsprechende Modul anzusprechen. Die Source Module ID ist nur von Bedeutung, wenn ein Modul eine Meldung an die App sendet, damit die App weiß, welche Modul ID die Quelle für die Meldung ist.
- - Battery Voltage (2 Bytes): Gibt die aktuelle Stromspannung des Moduls zur Zeit der Nachrichtenübermittlung an und dient zur Interpretation des Batterieladestands.
- - Reserve (6 Bytes): Keine Informationen enthalten. Dient als Leerbytes, um die feste Längenvorgabe einer Bluetooth LE-Nachricht aufzufüllen.
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Vorzugsweise werden die Felder „Network ID“, „Message Type“ und/oder „Message ID“ in einem unverschlüsselten Teil der Nachricht übertragen. Die Felder „Source Module ID“, „Function Code“, „Switch Output Level“, „Switch Timer“, „Target Module ID“, „Battery Voltage“ und/oder „Reserve“ werden vorzugsweise in einem verschlüsselten Teil der Nachricht übertragen, beispielsweise mittels 3DES.
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Illustratives Beispiel:
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Netzwerk ID = 4kVN, Sensornummer = 8
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Meldungscode (hexadezimal):
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346B564Eooo8ABo8o6oooooooooooooC320ooooooooooo
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Unverschlüsselter Teil:
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Network ID, Message Type (o=Meldung von Sensor an App), Message ID
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DES-verschlüsselter Teil:
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Source Modul ID, Function Code (6=bei Bewegungsmelder „Bewegung registriert“), Switch Output Level, Switch Timer, Target Module ID, Battery Voltage, Reserve
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Der Multifunktionssensor 1 kann in Ausführungsformen der Erfindung neben der Funktionalität eines frei programmierbaren Überwachungssensors auch als eigenständiger Signalgeber für Smart Home-Funkschalter 2 dienen, die sich im gemeinsamen Netzwerk befinden. So kann der Benutzer festlegen, ob und wann und unter welchen Bedingungen der Multifunktionssensor 1 einen externen Schalter 2 ein oder ausschalten soll, um beispielsweise Licht, Rollladen, oder andere beliebige Funktionen zu steuern.
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Einzigartig ist in diesem Zusammenhang die Unabhängigkeit von Gateways, Hub, DSL-Routern oder anderen Zentralen, wie sie aktuell von allen Smart Home-Schaltern benötigt werden. Der Multifunktionssensor 1 ist in der Lage, ein eigenständiges Netzwerk mit mehreren Schaltern 2 zu bilden und diese nach Bedarf zu steuern. Die Programmierung wird wie oben erläutert mittels Smartphone-App durchgeführt, für die anschließende Funktion wird das Smartphone 3 allerdings nicht zwingend benötigt. Wie bereits weiter oben erläutert ist eine freie Programmierung beispielsweise nach dem IFTTT-Standard („if this than that“) möglich.
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Laufzeit:
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Nach der oben erläuterten Programmierung bzw. Konfiguration ist der Multifunktionssensor 1 in der Lage, beim Eintritt eines entsprechenden Sensorereignisses eine oder mehrere entsprechende Aktionen zu veranlassen. Dies erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform wie folgt:
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Wenn einer der Sensoren des Multifunktionssensors 1 getriggert wird, prüft das Programm des Multifunktionssensors 1, ob eine Aktion hinterlegt wurde. Falls ja, wird das entsprechende Funksignal mit dem Aktionscode an das Smartphone 3 und/oder den bzw. die externen Schalter 2 übermittelt.
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Die externen Schalter 2 sind vorzugsweise so konfiguriert (z.B. über eine auf dem Schalter 2 installierte Software), dass bei Erhalt eines passenden Signals die eingestellte Schaltung ausführt wird.
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Der Multifunktionssensor 1 kann das Funksignal zum Smartphone 3, direkt zum Schalter 2 oder zu beiden Geräten senden.
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Vorzugsweise wird in der Grundeinstellung über die App festgelegt, wer mit wem und was kommunizieren soll. Dies kann dann anschließend vom Smartphone 3 nacheinander in dem MF Sensor 1 und im Funk-Schalter 2 in deren CPU gespeichert werden. Dies ist einer der wesentlichen Unterschiede zu anderen bekannten Produkten, denn der Kunde kann selbst in der App bestimmen, welches Gerät (Sensor 1 und Funkschalter 2) was wie und wann machen sollen, danach können die Geräte auch ohne ein Smartphone 3 als Zentrale arbeiten, wenn dies so festgelegt wurde.
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Die Datenübertragung vom Multifunktionssensor 1 zum Smartphone 3 und/oder Schalter 2 erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform mittels einer abgekürzten Bluetooth-Übertragung mittels der in Bluetooth vorgesehenen Advertising-Kanäle: Alle für die Funktion notwendigen Daten (siehe die obige Datenstruktur) sind bereits in der Anmeldesequenz enthalten. Statt zunächst eine Anmeldung, Koppelung und dann Datenübertragung durchzuführen, wird auf Koppelung und Datenübertragung verzichtet und es wird ein (zuvor von der Smartphone-App erzeugtes und im Multifunktionssensor 1 abgespeichertes) Datenpaket vom Multifunktionssensor 1 an das Smartphone 3 gesendet. Die Software im Smartphone 3 erkennt anhand der empfangenen Daten, um welchen Sensor es sich handelt, ob dieser berechtigt ist zu senden, und was im Sensor ausgelöst wurde.
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Ein wichtiger Unterschied zu vorbekannten Geräten besteht darin, dass nur die Anmeldesequenz verwendet wird und in ihr alle benötigten Informationen enthalten sind. Es findet also keine Koppelung und anschließender Datenaustausch statt. Während der Anmeldesequenz ist lediglich ein dreimaliger Kanalwechsel innerhalb von einer Sekunde erforderlich. In der Software des Multifunktionssensors 1, der Software des Schalters 2 und/oder der App der Smartphones 3 ist vorzugsweise vordefiniert, welche Funktionen den einzelnen Datenpaketen bzw. Aktionscodes zugeordnet sind, sodass sich der Multifunktionssensor 1, die App und der Schalter 2 im praktischen Gebrauch „verstehen“.
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Eine Schwierigkeit, die es zu lösen galt, war die Vielzahl der Kombinationen, die sich aus den vielen im Multifunktionssensor integrierten Sensoren ergeben. Für jede Kombination wird ein anderes Datensignal benötigt. Damit diese Funktionen vom Benutzer bestimmt werden können, wird es dem Benutzer zunächst erlaubt, auf der App im Smartphone 3 die gewünschten Funktionen festzulegen. Diese Informationen werden dann durch die App in Datenpakete gewandelt und anschließend auf einem Speicher des Multifunktionssensors 1 abgelegt. Der Multifunktionssensor 1 nutzt vorzugsweise eine CPU zur Verwaltung aller Sensoren, Parameter und/oder Kombinationen und sendet dann im Betrieb nur das Signal mit den entsprechenden Daten, das der gewünschten Funktion entspricht.
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Das folgende Beispiel soll zur Verdeutlichung dienen: Der Multifunktionssensor 1 verfügt über einen Temperatursensor und einen Lichtsensor. So ist es zum Beispiel möglich, eine Temperaturobergrenze einzustellen, bei deren Überschreitung ein Funksignal versendet werden soll. Als zusätzlicher Parameter kann festgelegt werden, dass dieses Funksignal nur dann versendet wird, wenn der Lichtsensor bestätigt, dass noch Tageslicht vorliegt. Durch die Kombination von Temperaturobergrenze und Tageslicht kann zum Beispiel ein Funksignal versendet werden, dass einen Smart Home-Schalter 2, der mit dem Rollladen verbunden ist, für eine einstellbare Zeit aktiviert. So wird der Rollladen zum Beispiel zur Hälfte heruntergefahren, um die Temperatur im Raum zu senken. Die Kombination zwischen Temperatur und Tageslicht und Einschaltdauer des Smart Home-Schalters 2 benötigt ein spezifisches Signal, das zuvor mit dem Smartphone 3 und dem Smart Home-Schalter 2 abgestimmt wurde.
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Ein Kern der Erfindung ist somit die Entwicklung eines Multifunktionssensors 1, der mittels eigener Software über Bluetooth-Funk mit der Software eines Smartphones 3 nach Kundenbedarf programmiert werden kann. Dabei wird vorzugsweise sowohl die Hardware als auch die Software des Multifunktionssensors 1 als auch die Software des Smartphones 3 als ein Gesamtpaket bereitgestellt.
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Einbindung von Sprachassistenten:
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Ein Kernmerkmal heutiger Sprachassistenten ist es, dass sie mittels natürlicher Sprache gesteuert werden und kompatible Geräte steuern können, z.B. Licht ein- und ausschalten, usw.
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Der Markt der Smart-Home-Steuerungen und Sprachassistenten wie Alexa, Google Home, Siri, usw. ist Experten zufolge einer der größten Wachstumsmärkte der kommenden Jahre. Gleichzeitig ist der Markt jedoch extrem zersplittert. Jeder Hersteller weltweit versucht derzeit sein eigenes technisches System im Markt zu etablieren, aber alle Systeme haben eines gemein: Die Systeme sind untereinander fast nie kompatibel und alle Systeme benötigen eine zusätzliche Zentrale im jeweiligen Funkfrequenznetz. Das verursacht beim Anwender, dass er viele unterschiedliche Systeme nebeneinander in Betrieb hat deren Funktionen nicht mittels intelligenter Verknüpfung nutzen kann.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der Lage, alle bestehenden und zukünftigen Smarthome-Steuerungen und Sprachassistenten, egal von welchem Hersteller, in einer einzigen Anlage zu integrieren und somit herstellerübergreifend kompatibel zu machen. Hierdurch kann der Anwender die unterschiedlichen Systeme miteinander verknüpfen und eine intelligente Haussteuerung und Absicherung erreichen.
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Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Multifunktionssensor 1 als Außensensor installiert sein (Ausführungsformen des Multifunktionssensors 1 können ein Wetterschutzgehäuse umfassen und ihn dadurch auch als Außen-Infrarot-Lichtschranke und/oder Bewegungsmelder einsetzbar machen). Im Smartphone 3, das als Zentrale genutzt wird, wurde konfiguriert, dass der Außensensor 1, wenn das Tageslicht schwindet und der Lichtsensor dies registriert, bei Auslösung der Lichtschranke bzw. Bewegungsmelder ein Funksignal senden soll. Das Funksignal lautet dementsprechend sinnbildlich: „es ist dunkel draußen und die Lichtschranke wurde ausgelöst“. Das Smartphone 3 als Zentrale weiß, dass in diesem Fall das Innenlicht für zehn Minuten einzuschalten ist, um evtl. Einbrecher abzuschrecken. Der Bewohner hat ein Alexa-Sprachsystem mit einer Lichtsteuerung installiert. Nun müssen die Meldung des Außensensors 1 im Smartphone 3 den Sprachassistenten steuern, indem sie Alexa mitteilen, dass das Licht für zehn Minuten eingeschaltet werden soll.
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Der Außensensor 1 sendet sein Signal, das Smartphone 3 will nun Alexa den Befehl geben, das Licht einzuschalten. Damit dies möglich wird, nutzt die Erfindung das Mikrofon und/oder den Lautsprecher des Smartphones 3. Hierzu werden Befehle zur Verfügung gestellt, die mittels Sprache beim Vorliegen bestimmter Kriterien laut und deutlich als Audiodatei abgespielt werden. Somit spielt das Smartphone 3 beim Vorliegen der zuvor einprogrammierten Bedingungen eine Audiodatei mit beliebigem Befehl ab, z.B.: „Alexa, schalte das Licht für zehn Minuten ein“.
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Somit können beliebige Sprachassistenten integriert werden, die mittels Audiodateien gesteuert werden und deren Abspielen an frei einstellbare Parameter des Multifunktionssensors 1 gekoppelt ist. Es versteht sich, dass die obige Einbindung von Sprachassistenten nicht auf die beispielhaft genannte Konfiguration des Multifunktionssensors 1 als Außensensor beschränkt ist.
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Illustratives Beispiel:
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Der Benutzer will die Rollos abhängig von der momentanen Temperatur und der Tageszeit automatisch steuern und hierzu den Multifunktionssensor 1 entsprechend programmieren. Hierzu erstellt der Benutzer die folgenden zwei Szenarien in der App auf seinem Smartphone 3:
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Szenario 1:
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WENN (Temperatursensor >20°) und (Lichtsensor = Tageslicht)
DANN Rollo halb herunterfahren
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Szenario 2:
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WENN (Temperatursensor >28°) und (Lichtsensor = Tageslicht)
DANN Rollo ganz herunterfahren
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Wie man im entsprechenden „WENN“-Teil sieht, hat der Benutzer in beiden Szenarien also den Temperatursensor und den Lichtsensor des Multifunktionssensors 1 ausgewählt. Für beide Sensoren hat der Benutzer jeweils einen Sensorparameter definiert. Für den Lichtsensor ist der Sensorparameter in beiden Szenarien gleich (der Lichtsensor soll auslösen, wenn er Tageslicht registriert). Der Sensorparameter für den Temperatursensor unterscheidet sich allerdings in den beiden Szenarien (in Szenario 1 soll der Temperatursensor auslösen, wenn die Temperatur 20°C übersteigt, in Szenario 2 hingegen erst bei Überschreiten von 28°C).
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Im „DANN“-Teil hat der Benutzer jeweils eine entsprechende auszuführende Aktion definiert. So ist in beiden Szenarien als Aktor 2 die Rollosteuerung ausgewählt worden. Der Aktorparameter unterscheidet sich in beiden Szenarien: So soll bei Eintreten der „WENN“-Bedingung in Szenario 1 das Rollo halb heruntergefahren und in Szenario 2 vollständig heruntergefahren werden.
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Die App auf dem Smartphone 3 erstellt auf Basis dieser beiden Szenarien die Aktionscodes und Belegungen der weiter oben bereits erläuterten Datenstruktur. Die Unterscheidung der Szenarien bzw. Events erfolgt grundlegend anhand vordefinierter und eindeutiger Funktionscodes, die vom Sensor 1 ausgesendet und von der App entsprechend interpretiert und zugeordnet werden.
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Zusammenfassung:
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Ein Grundprinzip der vorliegenden Erfindung ist es, möglichst viele der einzelnen Sensoren aus dem Bereich der Sicherheitstechnik und/oder der individuell programmierbaren Haussteuerung in einem System zu vereinen. Der Multifunktionssensor 1 gemäß Ausführungsformen der Erfindung kombiniert in einem Gerät eine Vielzahl von Einzelsensoren. Durch die direkte Kommunikation zwischen Multifunktionssensor 1 und Smartphone 3 wird eine individuelle Programmierarbeit ermöglicht. Zur Einbindung des Themas Smart-Home-Steuerung ist in Ausführungsformen die Software des Multifunktionssensors 1, die Software des Smart Home-Schalters 2 und die Software des Smartphones 3 so untereinander kompatibel, dass über die Smartphone-App eine Programmierung aller gewünschten Funktionen und Kombinationen ermöglicht wird und anschließend die Kommunikation zwischen Multifunktionssensor 1 und Smart Home Schalter 3 auch ohne Einbindung des Smartphones 2 gemäß vorheriger Programmierung stattfinden kann.
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Durch diese Erfindung wird die Sicherheits-Technik und die Smart-Home-Steuerung auf ein völlig neues Level in der praktischen Anwendung gehoben. Sicherheitstechnik, Steuerungstechnik, und Informationstechnik verschmelzen zu einem plattformübergreifenden Gesamtsystem. Durch die Nutzung des neuen Bluetooth 5.0 LE Standards in Ausführungsformen der Erfindung wird zusätzlich das Problem der kurzen Funkreichweiten beseitigt, da die Bluetooth 5.0 LE Funksignale eine bis zu vierfach höhere Reichweite als die bisherigen Bluetooth 4.0 LE Funksignale aufweisen. Hinzu kommt, dass Bluetooth als „Weltfunkstandard“ in allen Ländern der Welt ohne Einschränkungen mit identischen Frequenzen eingesetzt werden darf. Dies unterstützt zusätzlich die internationale Anwendbarkeit der Erfindung.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Funksignale sowohl auf das mobile Benutzer-Endgerät 3 gesandt werden können, als auch untereinander zu anderen Multifunktionssensoren 1, weil diese als Repeater arbeiten können und das Ursprungssignal unverändert weiterleiten als auch direkt auf einen Schalter 2 (der zuvor auch über das Smartphone 3 wie ein Multifunktionssensor 1 programmiert wurde und somit als zugehörig zum Funknetz erkannt wird), damit der Schalter 2 die gewünschte Schaltung durchführt. Durch diese Flexibilität kann der Benutzer ein Schaltsystem aufbauen, dass mit und ohne Zentrale arbeitet und völlig unabhängig von Gateways, DSL, WLAN und externen Servern arbeitet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2013/071999 A1 [0004]
- US 2015/0097663 A1 [0004]
- US 2014/0129006 A1 [0004]
- CN 106225844 A [0004]
- US 2010298957 A1 [0005]
- US 2015195100 A1 [0005]
- US 2016036958 A1 [0005]
- US 2018109999 A1 [0005]
- WO 2017/218300 A1 [0005]
- US 2016323118 A1 [0006]
- CN 205451377 U [0006]
- US 5971597 A [0006]
- US 6798341 B1 [0006]
- US 2015256355 A1 [0006]
- US 2018129493 A1 [0006]
