EP1476858A1 - Heim- und gebaudeautomationssystem - Google Patents

Heim- und gebaudeautomationssystem

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EP1476858A1
EP1476858A1 EP03701430A EP03701430A EP1476858A1 EP 1476858 A1 EP1476858 A1 EP 1476858A1 EP 03701430 A EP03701430 A EP 03701430A EP 03701430 A EP03701430 A EP 03701430A EP 1476858 A1 EP1476858 A1 EP 1476858A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
automation system
control unit
installations
home
Prior art date
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EP03701430A
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English (en)
French (fr)
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EP1476858B1 (de
Inventor
James Bodmer
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Adhoco AG
Original Assignee
Adhoco AG
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Publication date
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Application filed by Adhoco AG filed Critical Adhoco AG
Publication of EP1476858A1 publication Critical patent/EP1476858A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1476858B1 publication Critical patent/EP1476858B1/de
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Revoked legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B25/00—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems
    • G08B25/14—Central alarm receiver or annunciator arrangements

Definitions

  • the invention relates to a home and building automation system for the integral control of house installations, including alarm, security and monitoring devices, with the aid of a room and / or personnel monitoring, which system sensors for generating an output signal for actuators, from an actuator controlled installations or installation groups and computers with software for controlling the automation system.
  • Motion detectors which generally work on the principle of passive infrared technology, are on the market in numerous embodiments. These measure and compare the infrared radiation in their detection range, but do not emit any rays themselves, which is why they are called passive.
  • a motion detector is an electronic switch, which perceives the invisible infrared heat radiation with its optics and automatically sends switching signals to actuators when a heat source moves in its detection area.
  • Modern motion and / or presence detectors are devices that are increasingly used in home and building automation. Their possible uses go far beyond those of a conventional light switch. Motion and / or presence detectors must be able to cover a wide range of possible operating conditions. They are therefore equipped with corresponding setting options for operating parameters such as brightness threshold, run-on times, switch-on delays, to name a few typical examples.
  • Another major step forward is the remote control of motion and / or presence detectors in accordance with EP.A1 1158840.
  • the parameters no longer have to be set manually one after the other, with sensors arranged on the ceiling usually with conductors to be climbed, saved parameter sets can be set to one or at the same time multiple sensors are transmitted.
  • the invention has for its object to reduce the acquisition and installation costs of home and building automation systems and to simplify their operation.
  • At least one sensor with electronics has an electrical energy supply in the form of photo cells with a power store and a wireless transmitter and / or receiver module for signal transmission and thus forms an autonomous sensor and control unit.
  • the solution according to the invention there is no longer any need for special, previously necessary electrical installations for sensors and control units mounted in a room or on the outside of a building, and thus also considerable ones Costs.
  • the sensor and control units can be mounted at almost any location where a sufficient collector area can be attached. Their photocells feed a power storage, which is charged as required and is designed as a buffer for the sufficient supply of electrical power to the sensor and control unit at all times.
  • this arrangement according to the invention with autonomous power supply there is no need to replace non-automatically rechargeable batteries, which is known as an alternative.
  • the sensor and control unit (sensors, microphone, loudspeaker, display unit, buttons, electronics, communication unit (transmitter / receiver unit) etc.) is arranged on a piece of furniture, decoration or equipment in the building. All such objects are suitable as supports for the sensor and control unit, which can accommodate the necessary components, enable the most extensive room surveillance possible with IR, ultrasound, visible light etc. and are stationary. It is preferable to use objects, especially at sight level on the wall.
  • Examples of furnishings, decorations or equipment are pictures or mirrors with frames, cupboards, bookcases and plastics.
  • the control unit preferably has a wireless receiver for control signals of a remote control, with which operating parameters can be set individually, in groups or in total.
  • the receiver for control signals works primarily with electromagnetic waves, in particular with infrared rays, visible light, also in the form of lasers or radio, but also with sound waves, in particular ultrasound waves.
  • a parallel connection comprises several slaves, one slave and one master or several slaves and one master.
  • a slave and a master differ in that the master includes a server / control unit in addition to the functions of the slave for the preparation of the room-related self-learning algorithms and coordination tasks in connection with the use of several sensor and control units, which are used for burglar protection, Social care and energy management applications are necessary.
  • Sensors used according to the invention are presence, temperature, humidity, sound, air quality or radiation sensors, but can also be an image search head (in the visible range or thermally operating camera) or a personal identification device, to mention just a few examples.
  • parts of the sensor and control unit can always be switched from active to inactive (sleep mode) when the relevant parts are not expected to function immediately.
  • the passive IR sensors used differ from the known IR sensors in that they can be switched over automatically or manually from presence mode (presence / absence) to movement mode (intrusion / monitoring) via software.
  • the photocells integrated in a sensor and control unit can perform adequately even in poor light conditions they have a sufficiently large surface area of expediently 10 to 500 cm 2 , in particular 20 to 200 cm 2 .
  • the collector surfaces are not made larger than necessary with photocells so that they remain harmoniously integrated in a piece of furniture, decoration or equipment.
  • An LCD display is expediently used.
  • a humidity sensor of the indoor air for the control of the air conditioning and / or humidifier.
  • An air quality sensor for controlling the ventilation system.
  • a microphone suitably with a broadband frequency, for receiving commands, calls, noises and tones.
  • a loudspeaker for playing conversations, noises and tones A loudspeaker for playing conversations, noises and tones.
  • a room surveillance camera for the security of people and valuables.
  • the sensor and control unit has an MMI (Men Machine Interface), using optical, acoustic and mechanical elements, for example light-emitting diodes (LED), microphones and control buttons.
  • MMI Machine Interface
  • LED light-emitting diodes
  • Nanotechnology which is currently in rapid development and which allows the miniaturization of all components, is useful for industrial implementation. Only the photocells need a relatively large area. When selecting the components, the focus is on considerations regarding operating and user comfort, energy consumption, aesthetic effect and economy, with individual weighting of the individual factors.
  • Table 1 summarizes a selection of applications for a home and building automation system.
  • home and building automation for a wide range of users is moving into the area of economic possibilities.
  • the need for comfort and security can be realized at affordable costs and with simple knowledge, without having to accept extensive installations and / or disruptive aesthetic effects in the living and working area.
  • the sensor and control unit according to the invention for home and building automation delivers
  • the recording of current events e.g. Weather forecast or news
  • a user interface e.g. as a display or as a control panel.
  • FIG. 1 is a view of a mirror with an integrated sensor and control unit
  • FIG. 2 shows an image corresponding to FIG. 1, with additional components
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of a home and building automation system
  • FIG. 4 shows a sensor with remote control for setting parameters
  • 5 shows a room with a home surveillance system.
  • a piece of furniture 10 in a living room in the present case a mirror with a frame 12 mounted at medium eye level, is equipped with a sensor and control unit SU (see also FIG. 3) for a home and building automation system.
  • the sensor 14 is arranged in the mirror frame 12, it comprises, in a manner known per se, a regulating device (controller) and switching outputs for the simultaneous and needs-based switching of actuators for installations or installation groups, such as lighting, HVAC etc. in a corresponding recess in the frame 12, photo cells 16 are inserted, which have a current storage 18, not shown, shown in broken lines charge electrically.
  • the photocells 16, also called solar collectors form an effective, energy-controlled power pack with a powerful battery 18. If the charge / discharge cycles are regulated in an energy-controlled manner, the lifespan can be increased well over 10 years.
  • the sensor and control unit SU is completed by a transmitter 20 for output signals, which can also be a receiver for control signals of a remote control.
  • the components 14, 16, 18 and 20 form the basic equipment of a sensor and control unit SU. If necessary, all of these, as well as the other components, have their own electronics known per se and are connected to one another by suitable conductors.
  • Additional equipment includes a display 22 and interfaces 24 (Man Machine Interface, MMI), which include optical, acoustic and mechanical elements, e.g. LED, microphones, buttons.
  • MMI Man Machine Interface
  • FIG. 2 shows a decorative object 28, in the present case an image with a frame 12.
  • the sensor and control unit SU is arranged in the frame 12 as in FIG. 1.
  • the frame which generally consists of wood, can also be designed as a prefabricated hollow profile made of other materials with at least one correspondingly designed interior.
  • the sensor 14 for presence and / or activity monitoring comprises electronics and adjustable Fresnel and / or multi-lenses.
  • the sensor 14 is mounted on a concealed mechanical system 15 for positioning and setting the detection area.
  • the photocells 16 mounted on the frame 12 have a transparent cover film and are connected to three powerful current stores 18 in the form of rechargeable batteries in a housing 30, which feed sensors 14, transmitter / receiver 20 and all electronics.
  • the transmitter / receiver 20 for output and control signals with its own electronics has an antenna which is physically adapted to the carrier frequency used.
  • the LCD display 22 satisfies on the one hand comfort requirements with regard to messages (weather, energy consumption), graphic representations and general information, but on the other hand can also be used for other purposes, for example for displaying blood pressure or pulse rate.
  • a speaker 36 is installed in the frame on the left.
  • a mirror or an image with a sensor and control unit SU is expediently not only hung up, but additionally secured with simple means 51 against careless removal, e.g. a twist lock.
  • the components can in principle be arranged in any manner in the frame 12, and aesthetic concerns can also be taken into account.
  • Flat, transparent photocells 16 can also be arranged on the mirror glass or on the image surface 26.
  • FIG. 3 shows a home and building automation system 58 with a sensor and control unit SU according to the invention with the components 14, 16, 18, 20 (FIG. 1, 2) is recorded, the automation system of which has a presence and activity-controlled control circuit 60.
  • the sensor and control unit SU is integrated in a piece of furniture, decoration or equipment not shown here. The most advantageous location, which also appeals aesthetically, is empirically selected for the object, in particular an image or a mirror.
  • a processor 56 with the software comprises an adaptive home automation system and a changeable behavior pattern database 62.
  • An arrow 64 is used to connect to further communication networks, such as e.g. the Internet, a stationary or mobile phone.
  • the presence and activities of a user 66 are monitored by an energy-autonomous sensor and control unit SU.
  • the electrical signals generated by the sensor 14 are transmitted to a conventional data bus 70 via a radio data bus 68 shown in broken lines with the aid of transmitters / receivers 20. This connects the processor 56 to a bus interface 72.
  • the bus interface 72 forms a functional unit with the presence and activity-controlled control circuit 60, which is indicated by a dashed rectangle 74.
  • the bus interface 72 outputs the “+” electrical pulses, the setpoints, to the summing point 80.
  • the electrical pulses, designated “-" for the actual values, are fed in via the control circuit 60 to form the setpoint-actual control difference ,
  • P, I and D are adjusted adaptively.
  • the database 62 of the processor 56 and / or the processor itself or the relevant algorithms triggers an actuator 82 via the data bus 70, the bus interface 71 and the control circuit 60, which actuator 86 or actuates an installation group, in the present case opens a valve 84 of a heating system.
  • An arrow 88 indicates the comfort level of the user 66, which is influenced by the actuation of the installation 86.
  • FIG. 4 shows the sensor 14 of a sensor and control unit mounted in a book frame (not shown) with parameters that can be set by a remote control 94.
  • the remote control 94 has a display 96 and a plurality of function keys 98 which allow an extraordinarily simple setting of parameter sets on one, several or all sensors 14 in one or more rooms.
  • the remote control 94 sends an infrared beam, shown as an arrow for a send command S, in the direction of the sensor 14.
  • the remote control 94 can trigger a call command R sent by the sensor 14, shown in broken lines. Both a single send command S and a single call command R transmit the complete content of a parameter set, in certain cases also of several parameter sets.
  • FIG. 5 shows a room with a seating group 102 and a stand lamp 104.
  • the drive 106 for the window blinds 108, the television set 110 and the valve 84 of the radiators 112 is connected to the home automation system.
  • a seated reader 114 is about to watch a television program. To do this, he sends a send command to the sensor and control unit SU with the remote control 94 in Fig. 28.
  • a saved parameter set now switches Takes over the television set 110 via actuators 82 (FIG. 3), takes back the light of the stand lamp 104, switches on a dim television lamp 116 for this purpose and actuates the drive 106 to lower the disturbances 108.
  • the valve 84 of the radiators remains unchanged.
  • room 100 is unused, this or all rooms in the apartment can be “armed”: If an unauthorized person 118 enters the room, an alarm is triggered in a predetermined manner, and the sensor and control unit has automatically switched from a presence mode to a movement mode via SW.

Landscapes

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Description

Heim- und Gebäudeautomationssystem
Die Erfindung bezieht sich auf ein Heim- und Gebäudeautomationssystem zur integralen Steuerung von Hausinstallationen, eingeschlossen Alarm-, Sicherheits- und Überwachungseinrichtungen, mit Hilfe einer Raum- und/oder Personalüberwachung, welches System Sensoren zur Erzeugung eines Ausgangs- Signals für Aktoren, von einem Aktor angesteuerte Installationen oder Installationsgruppen und Rechner mit Software zur Steuerung des Automationssystems umfasst.
Bewegungsmelder, welche in der Regel nach dem Prinzip der Passiv-Infrarot- Technik arbeiten, sind in zahlreichen Ausführungsformen auf dem Markt. Diese messen und vergleichen in ihrem Erfassungsbereich die Infrarotstrahlung, senden jedoch selbst keine Strahlen aus, weshalb sie als passiv bezeichnet werden. Ein Bewegungsmelder ist im Prinzip ein elektronischer Schalter, welcher mit seiner Optik die unsichtbare Infrarot-Wärmestrahlung wahrnimmt und bei einer in seinem Erfassungsbereich bewegten Wärmequelle automatisch Schaltsignale an Aktoren abgibt.
Modernere Bewegungs- und/oder Präsenzmelder sind Geräte, die zunehmend auch in der Heim- und Gebäudeautomation Verwendung finden. Ihre Einsatz- möglichkeiten gehen weit über diejenigen eines konventionellen Lichtschalters hinaus. Bewegungs- und/oder Präsenzmelder müssen in der Lage sein, eine grosse Bandbreite möglicher Einsatzbedingungen abzudecken. Sie sind daher mit entsprechenden Einstellmöglichkeiten für Betriebsparameter, wie Helligkeitsschwelle, Nachlaufzeiten, Einschaltverzögerungen, ausgerüstet, um einige typische Beispiele zu nennen.
Die Verfahren zum optimierten Steuern eines Heim- und/oder Gebäudeauto- mationssystems über Software und Sensoren in Abhängigkeit der Anwesenheit von Personen sind bereits weitgehend optimiert worden, beispielsweise gemäss der EP,B1 0900417.
Ein weiterer wesentlicher Fortschritt stellt die Fernbedienung von Bewegungsund/oder Präsenzmeldern gemäss der EP.A1 1158840 dar. Die Parameter müssen nicht mehr manuell nacheinander, bei an der Decke angeordneten Sensoren meist mit zu besteigenden Leitern, eingestellt werden, gespeicherte Parametersätze können gleichzeitig auf einen oder mehrere Sensoren übertra- gen werden.
Trotz hoher Anstrengungen und punktueller Fortschritte in der Heim- und Gebäudeautomation ist ein breiter Durchbruch noch nicht gelungen. Komplizierte Elektroinstallationen, insbesondere für die Sensoren, damit verbunden hohe Kosten sowie verhältnismässig niedriger Bedienungs- und Benutzungskomfort stehen einem Einsatz auf breiter Basis entgegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anschaffungs- und Installationskosten von Heim- und Gebäudeautomationssystemen zu senken und deren Bedienung zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in einem Heim- und Gebäudeautomationssystem der eingangs genannten Art wenigstens ein Sensor mit Elektronik über eine elektrische Energieversorgung in Form von Foto- zellen mit einem Stromspeicher und ein drahtlos arbeitendes Sender- und/oder Empfängermodul für die Signalübertragung verfügt und so eine autonome Sensor- und Kontrolleinheit bildet. Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.
Dank der erfindungsgemässen Lösung entfallen spezielle, bisher notwendige elektrische Installationen für in einem Raum oder an einer Gebäudeaussen- wand angebrachte Sensoren- und Kontrolleinheiten und damit auch erhebliche Kosten. Die Sensor- und Kontrolleinheiten können an fast jedem beliebigen Ort montiert werden, wo eine hinreichende Kollektorfläche angebracht werden kann. Deren Fotozellen speisen einen Stromspeicher, welcher nach Bedarf geladen wird und als Puffer für eine jederzeitige genügende Abgabe von elektri- schem Strom an die Sensor- und Kontrolleinheit ausgelegt ist. Mit dieser erfindungsgemässen Anordnung mit autonomer Stromversorgung entfällt der Austausch von nicht automatisch wiederaufladbaren Batterien, welcher als Alternative bekannt ist.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Sensor- und Kontrolleinheit (Sensoren, Mikrophon, Lautsprecher, Anzeigeeinheit, Tasten, Elektronik, Kommunikationseinheit (Sende- /Empfangseinheit) usw.) auf einem Einrichtungs-, Dekorations- oder Ausstattungsgegenstand des Gebäudes angeordnet. Als Träger für die Sensor- und Kontrolleinheit sind alle derartigen Gegenstände geeignet, welche die erforderlichen Komponenten aufnehmen können, eine möglichst flächendeckende Raumüberwachung mit IR, Ultraschall, sichtbarem Licht usw. ermöglichen und stationär sind. Vorzugsweise sind Gegenstände, insbesondere auf Sichthöhe an der Wand, zu nutzen.
Beispiele für Einrichtungs-, Dekorations- oder Ausstattungsgegenstände sind Bilder oder Spiegel mit Rahmen, Schränke, Büchergestelle und Plastiken.
Die Betriebsparameter der Sensor- und Kontrolleinheit sowie anderer System- komponenten können, sofern eine Abweichung gewünscht wird, in gewohnter Weise manuell eingestellt werden. Vorzugsweise verfügt die Kontrolleinheit jedoch über einen drahtlos arbeitenden Empfänger für Steuersignale einer Fernbedienung, mit welcher einzeln, gruppenweise oder gesamthaft Betriebsparameter eingestellt werden können. Der Empfänger für Steuersignale arbeitet in erster Linie mit elektromagnetischen Wellen, insbesondere mit Infrarotstrahlen, sichtbarem Licht, auch in Form von Laser, oder Funk, aber ebenso mit Schallwellen, insbesondere Ultraschallwellen. Mit einer mobilen Fernbedienung können auch mehrere Sensor- und Kontrolleinheiten, welche mit drahtloser Parallelschaltung verbunden sind, angesteuert und die erforderlichen Parametersätze übertragen werden. Eine Parallelschal- tung umfasst mehrere Slaves, einen Slave und einen Master oder mehrere Slaves und einen Master.
Definitionsgemäss unterscheiden sich ein Slave und ein Master dadurch, dass der Master zusätzlich zu den Funktionen des Slaves eine Server/Kontrolleinheit beinhaltet für die Aufbereitung der raumbezogenen Selbstlern-Algorithmen und Koordinationsaufgaben im Zusammenhang mit der Verwendung mehrerer Sensor- und Kontrolleinheiten, welche für Einbruchsicherung-, Social Care- und Energiemanagement- Anwendungen notwendig sind.
Erfindungsgemäss eingesetzte Sensoren, einer oder mehrere auf der Sensor- und Kontrolleinheit, sind Präsenz-, Temperatur-, Feuchte-, Schall-, Luftqualität-, oder Strahlungssensoren, können aber auch ein Bild-Suchkopf (im sichtbaren Bereich oder thermisch arbeitende Kamera) oder ein Personenidentifikationsgerät sein, um nur einige Beispiele zu erwähnen.
Um den Stromverbrauch tief zu halten, können Teile der Sensor- und Kontrolleinheit immer dann vom Aktivzustand in den Inaktivzustand (sleep mode) umgeschaltet werden, wenn keine unmittelbare Funktion der entsprechenden Teile zu erwarten ist.
Die zum Einsatz kommenden passiv IR-Sensoren unterscheiden sich von den bekannten IR-Sensoren dadurch, dass sie vom Präsenz-Modus (Anwesenheit/Abwesenheit) auf Bewegungs-Modus (Einbruch/Überwachung) über SW automatisch oder manuell umgeschaltet werden können.
Damit die in eine Sensor- und Kontrolleinheit integrierten Fotozellen auch bei schwachem Lichteinfall eine hinreichende Leistung erbringen können, weisen sie eine genügend grosse Oberfläche von zweckmässig 10 - 500 cm2, insbesondere 20 - 200 cm2, auf. Aus ästhetischen Gründen werden jedoch die Kollektorflächen mit Fotozellen nicht grösser als notwendig ausgebildet, damit sie harmonisch in einen Einrichtungs-, Dekorations- oder Ausstattungsgegenstand integriert bleiben.
Auf dem Einrichtungs-, Dekorations- oder Ausstattungsgegenstand für die Sensor- und Kontrolleinheit sind je nach den gebotenen Möglichkeiten und dem zu befriedigenden Komfortbedürfnis weitere Komponenten des Heim- und Gebäu- deautomationssystems eingebaut oder aufgebracht, welche ebenfalls vom Stromspeicher der Sensor- und Kontrolleinheit gespeist werden:
- Ein Informationsdisplay für Nachrichten, insbesondere Wetter, Energieverbrauch, usw. Zweckmässig wird ein LCD-Display eingesetzt. - Ein Helligkeitsmesser zu Erfassung und Messung von Tageslicht und verschiedensten Quellen von künstlichem Licht. Die Energieversorgung der künstlichen Beleuchtung erfolgt in Funktion des Gesamthelligkeitswertes, bei über einem Schwellenwert liegendem Tageslicht wird die künstliche Beleuchtung teilweise oder vollständig ausgeschaltet. - Ein Temperatursensor für die Raumluft zur Heizungssteuerung.
Ein Feuchtigkeitssensor der Raumluft für die Steuerung der Klimaanlagen und/oder Luftbefeuchter.
Ein Luftqualitätssensor für die Steuerung der Lüftungsanlage.
Ein Mikrophon, zweckmässig mit Breitbandfrequenz, für den Empfang von Befehlen, Gesprächen, Geräuschen und Tönen.
Ein Lautsprecher für die Wiedergabe von Gesprächen, Geräuschen und Tönen.
Eine Raumüberwachungskamera für die Sicherheit von Menschen und Wertgegenständen.
Alle diese individuell möglichen, an sich bekannten Bauelemente sind mit entsprechender, ebenfalls an sich bekannter Elektronik ausgerüstet. Die Sensor- und Kontrolleinheit hat ein MMI (Men Machine Interface), wobei optische, akustische und mechanische Elemente benutzt werden, beispielsweise lichtemittierende Dioden (LED), Mikrophone und Bedienungsknöpfe.
Für die industrielle Realisierung ist die gegenwärtig in rasanter Entwicklung befindliche Nanotechnologie dienlich, welche die Miniaturisierung aller Bauelemente erlaubt. Eine verhältnismässig grosse Fläche benötigen lediglich die Fotozellen. Bei der Auswahl der Bauelemente stehen Überlegungen bezüglich des Bedienungs- und Benutzerkomforts, des Energieverbrauchs, der ästhetischen Wirkung und der Wirtschaftlichkeit im Vordergrund, mit individueller Gewichtung der einzelnen Faktoren.
Für das optimale Steuern eines Heim- und Gebäudeautomationssystems gemäss der vorliegenden Erfindung mit selbstlernenden und veränderbaren Algo- rithmen unter Einbezug externer Parameter wird ausdrücklich auf die EP.B1 0900417 des Erfinders verwiesen, welche auch für ein Automationssystem mit autonomen Sensor- und Kontrolleinheiten volle Gültigkeit haben.
In der nachfolgenden Tabelle 1 ist eine Auswahl von Anwendungen eines Haus- und Gebäudeautomationssystems zusammengefasst. Mit der vorliegenden Erfindung rücken eine Heim- und Gebäudeautomation für breite Anwenderkreise in den Bereich der wirtschaftlichen Möglichkeiten. Das Komfort- und Sicherheitsbedürfnis kann zu tragbaren Kosten und mit einfachen Kenntnissen realisiert werden, ohne dass umfassendere Installationen und/oder störende ästhetische Auswirkungen im Wohn- und Arbeitsbereich in Kauf genommen werden müssen. Die erfindungsgemässe Sensor- und Kontrolleinheit für Heim- und Gebäudeautomation liefert
Informationen, z.B. über die Präsenz und Aktivitäten von Personen
- die Feststellung von Zuständen, z.B. Fenster offen - die Erfassung von Messwerten, z.B. Tageslicht/künstliches Licht, Aussen- /Innentemperatur, und
- die Erfassung von Aktualitäten, z.B. Wetterprognose oder Nachrichten, zwecks Weiterverarbeitung in speziellen Verwendungen oder zur Kenntnisnahme, und dient auch als Benutzeroberfläche, z.B. als Display oder als Be- dienpanel.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, welche auch Gegenstand von abhängigen Patenansprüchen sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- Fig. 1 eine Ansicht eines Spiegels mit integrierter Sensor- und Kontrolleinheit,
- Fig. 2 ein Fig. 1 entsprechendes Bild, mit zusätzlichen Komponenten,
- Fig. 3 eine Prinzipskizze eines Heim- und Gebäudeautomationssystems, - Fig. 4 einen Sensor mit Fernbedienung zur Einstellung von Parametern, und
- Fig. 5 einen Raum mit einem Heimüberwachungssystem.
Ein Einrichtungsgegenstand 10 in einem Wohnraum, vorliegend ein auf mittlerer Augenhöhe angebrachter Spiegel mit einem Rahmen 12 ist mit einer Sensor- und Kontrolleinheit SU (siehe auch Fig. 3) für ein Heim- und Gebäudeautomationssystem ausgerüstet. Der Sensor 14 ist im Spiegelrahmen 12 angeordnet, er umfasst in an sich bekannter Weise eine Regeleinrichtung (Controller) und Schaltausgänge für die gleichzeitige und bedarfsgerechte Schaltung von Akto- ren für Installationen oder Installationsgruppen, wie Beleuchtung, HLK usw. In einer entsprechenden Aussparung des Rahmens 12 sind Fotozellen 16 eingelegt, welche einen nicht sichtbaren, gestrichelt dargestellten Stromspeicher 18 elektrisch aufladen. Die Fotozellen 16, auch Solarkollektor genannt, bilden mit einer leistungsfähigen Batterie 18 ein wirkungsvolles, energiegesteuertes Kraftpaket (Power pack). Wenn die Ladungs-/Entladungszyklen energiegesteuert geregelt werden, kann die Lebensdauer weit über 10 Jahre erhöht werden.
Die Sensor- und Kontrolleinheit SU wird durch einen Sender 20 für Ausgangssignale vervollständigt, welcher auch Empfänger für Steuersignale einer Fernbedienung sein kann. Die Bauelemente 14, 16, 18 und 20 bilden die Grundausrüstung einer Sensor- und Kontrolleinheit SU. Alle diese, wie auch die weiteren Bauelemente haben wenn notwendig eine eigene, an sich bekannte Elektronik und sind durch geeignete Leiter miteinander verbunden.
Zur weiteren Ausrüstung gehören ein Display 22 und Schnittstellen 24 (Man Machine Interface, MMI), welche optische, akustische und mechanische Ele- mente umfassen, z.B. LED, Mikrophone, Tasten.
In Fig. 2 ist ein Dekorationsgegenstand 28, im vorliegenden Fall ein Bild mit einem Rahmen 12, dargestellt. Die Sensor- und Kontrolleinheit SU ist wie in Fig. 1 im Rahmen 12 angeordnet. Selbstverständlich kann der in der Regel aus Holz bestehende Rahmen auch als vorfabriziertes Hohlprofil aus anderen Werkstoffen mit wenigstens einem entsprechend ausgebildeten Innenraum ausgebildet sein.
Der Sensor 14 für die Präsenz- und/oder Aktivitätsüberwachung umfasst eine Elektronik und einstellbare Fresnel- und/oder Multilinsen. Der Sensor 14 ist auf einem verdeckten mechanischen System 15 zur Positionierung und Einstellung des Erfassungsbereichs gehaltert. Die auf dem Rahmen 12 aufgebrachten Fotozellen 16 haben eine transparente Deckfolie und sind mit drei leistungsfähigen Stromspeichern 18 in Form von aufladbaren Batterien in einem Gehäuse 30 verbunden, welche Sensoren 14, Sender/Empfänger 20 und alle Elektroniken speisen. Der Sender/Empfänger 20 für Ausgangs- und Steuersignale mit eigener Elektronik hat eine Antenne, welche physikalisch auf die zur Anwendung kommende Trägerfrequenz angepasst ist. Das LCD-Display 22 befriedigt einerseits Komfortansprüche bezüglich Mitteilungen (Wetter, Energieverbrauch), graphischer Darstellungen und allgemeiner Informationen, kann jedoch andererseits auch anderweitig eingesetzt werden, beispielsweise zur Blutdruck- oder Pulsfrequenzanzeige. Ein Lautsprecher 36 ist im Rahmen links eingebaut.
Weitere Elemente sind auf dem Bild angeordnet:
- Mikrophon 38, Breitbandfrequenz
- Helligkeitsmesser 40 Luftqualitätssensor 41 Lufttemperatursensor 42 - Kontrolleinheit 34 für die Signal- und Informationsverarbeitung (CPU), verbunden mit den andern Elementen im Bilderrahmen 12
- Raumüberwachungskamera 44 Luftfeuchtigkeitsmesser 46 IR-Strahlungsmesser 48 - LED-Rotalarm 50 zur Anzeige von Fehlfunktionen
Ein Spiegel oder ein Bild mit einer Sensor- und Kontrolleinheit SU ist zweckmässig nicht nur aufgehängt, sondern zusätzlich mit einfachen Mitteln 51 gegen unbedachtes Wegnehmen gesichert, z.B. eine Verdreharretierung.
Die Bauelemente können grundsätzlich in beliebiger weise im Rahmen 12 angeordnet sein, wobei auch ästhetische Belange berücksichtigt werden können. Flache, transparente Fotozellen 16 können auch auf dem Spiegelglas oder auf der Bildfläche 26 angeordnet sein.
In Fig. 3 ist ein Heim- und Gebäudeautomationssystem 58 mit einer erfindungsgemässen Sensor- und Kontrolleinheit SU mit den Bauteilen 14, 16, 18, 20 (Fig. 1 , 2) aufgezeichnet, wobei dessen Automationssystem einen anwesenheits- und aktivitätsgesteuerten Regelkreis 60 aufweist. Die Sensor- und Kontrolleinheit SU ist in einen hier nicht gezeigten Einrichtungs-, Dekorations- oder Ausstattungsgegenstand integriert. Für den Gegenstand, insbesondere ein Bild oder ein Spiegel, wird empirisch der vorteilhafteste Ort ausgewählt, welcher auch ästhetisch anspricht.
Ein Prozessor 56 mit der Software umfasst eine adaptive Heimautomation und eine veränderbare Verhaltensmuster-Datenbank 62. Mit einem Pfeil 64 ist ein Anschluss an weitere Kommunikationsnetze, wie z.B. das Internet, ein stationäres oder mobiles Telefon, angedeutet.
Die Anwesenheit und Aktivitäten eines Benutzers 66 werden von einer energieautonomen Sensor- und Kontrolleinheit SU überwacht. Die vom Sensor 14 er- zeugten elektrischen Signale werden über einen gestrichelt dargestellten Funk- Datenbus 68 mit Hilfe von Sendern/Empfängern 20 auf einen konventionellen Datenbus 70 übertragen. Dieser verbindet den Prozessor 56 mit einem Bus- Interface 72.
Das Bus-Interface 72 bildet mit dem anwesenheits- und aktivitätsgesteuerten Regelkreis 60 eine funktioneile Einheit, was mit einem gestrichelten Rechteck 74 angedeutet ist. Vom Bus-Interface 72 abzweigende elektrische Leiter 76 münden über adaptiv verstellbare Parameter P (proportional), I (integral) und D (differential) in einen PID-Regler 78, über welchen der anwesenheits- und akti- vitätsgesteuerte Regelkreis 60 führt.
Weiter gibt das Bus-Interface 72 mit einem „+" bezeichnete elektrische Impulse, die Sollwerte, an die Summierstelle 80 ab. Die mit einem „-" bezeichneten elektrischen Impulse für die Istwerte werden über den Regelkreis 60 zur Bildung der Regeldifferenz Soll-Ist eingespeist. P, I und D werden wie erwähnt adaptiv verstellt. Je nach dem laufend angepassten Verhaltensmuster des Benutzers 66 löst die Datenbank 62 des Prozessors 56 und/oder dieser selbst bzw. die betreffenden Algorithmen über den Datenbus 70, das Bus-Interface 71 und den Regelkreis 60 einen Aktor 82 aus, welcher eine Installation 86 oder eine Installations- gruppe betätigt, im vorliegenden Fall ein Ventil 84 einer Heizungsanlage öffnet.
Mit einem Pfeil 88 wird das Behaglichkeitsempfinden des Benutzers 66 angedeutet, welches durch die Betätigung der Installation 86 beeinflusst wird.
Fig. 4 zeigt den Sensor 14 einer in einem nicht dargestellten Büchergestell montierten Sensor- und Kontrolleinheit mit durch eine Fernbedienung 94 einstellbaren Parametern. Ausser dem Sensor 14 mit einem Empfänger/Sender 92, welcher auf einen Sender/Empfänger 90 der Fernbedienung 94 anspricht, sind alle Komponenten der Sensor- und Kontrolleinheit einfachheitshalber weg- gelassen. Die Fernbedienung 94 hat ein Display 96 und mehrere Funktionstasten 98, welche eine ausserordentlich einfache Einstellung von Parametersätzen auf einem, mehreren oder allen Sensoren 14 in einem oder mehreren Räumen erlaubt. Die Fernbedienung 94 sendet einen Infrarotstrahl, als Pfeil für ein Sendekommando S dargestellt, in Richtung des Sensors 14. Ebenfalls mit einem Infrarotstrahl kann die Fernbedienung 94 ein vom Sensor 14 gesendetes, gestrichelt dargestelltes Rufkommando R auslösen. Sowohl ein einziges Sendekommando S als auch ein einziges Rufkommando R übermitteln den vollständigen Inhalt eines Parametersatzes, in bestimmten Fällen auch von mehreren Parametersätzen.
In Fig. 5 ist ein Raum mit einer Sitzgruppe 102 und einer Ständerlampe 104 skizziert. Diese ist, wie die in ein Bild 28 integrierte Sensor- und Kontrolleinheit SU, der Antrieb 106 für die Fensterstoren 108, der Fernsehapparat 110 und das Ventil 84 der Radiatoren 112 an die Heimautomatik angeschlossen. Ein sitzen- der Leser 114 ist kurz davor, sich eine Fernsehsendung anzusehen. Dazu gibt er mit der Fernbedienung 94 ein Sendekommando an die Sensor- und Kontrolleinheit SU im Bild 28. Ein gespeicherter Parametersatz schaltet nun über Aktoren 82 (Fig. 3) den Fernsehapparat 110 ein, nimmt das Licht der Ständerlampe 104 zurück, schaltet dafür eine lichtschwache Fernsehlampe 116 ein und betätigt den Antrieb 106 zum Senken der Stören 108. Das Ventil 84 der Radiatoren bleibt unverändert.
Bei unbenutztem Raum 100 kann dieser oder alle Räume der Wohnung „scharfgestellt" werden: Betritt eine unbefugte Person 118 den Raum, wird in vorausbestimmter Weise Alarm ausgelöst, die Sensor- und Kontrolleinheit hat über SW automatisch von einem Präsenzmodus auf einen Bewegungsmodus umgeschaltet.

Claims

Patentansprüche
1. Heim- und Gebäudeautomationssystem (58), zur integralen Steuerung von Hausinstallationen, eingeschlossen Alarm-, Sicherheits- und Überwachungseinrichtungen, mit Hilfe einer Raum- und/oder Personenüberwachung, welches System Sensoren (14) zur Erzeugung eines Ausgangssignals für Aktoren (82), von einem Aktor (82) angesteuerte Installationen (86) oder Installationsgruppen und Rechner (56) mit Software zur Steuerung des Automationssystems (58) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Sensor (14) mit Elektronik über eine elektrische Energieversorgung in Form von Fotozellen (16) mit einem Stromspeicher (18) und ein drahtlos arbeitendes Kommunikationsmodul (20) für die Signalübertragung verfügt und so eine autonome Sensor- und Kontrolleinheit (SU) bildet.
2. Automationssystem (58) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor- und Kontrolleinheit (SU) auf einem vorzugsweise lösbar befestigten oder verschiebbaren Einrichtungs- (10), Dekorations- (28) oder Ausstattungsgegenstand angeordnet ist.
3. Automationssystem (58) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensor- und Kontrolleinheit (SU) in und/oder auf einem Bilder- oder Spiegelrahmen (12), einem Schrank, einem Büchergestell oder einer Plastik angeordnet ist.
4. Automationssystem (58) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit einem Präsenzsensor (14) ausgerüstete Sensor- und Kontrolleinheit (SU) über SW automatisch oder manuell von einem Präsenzmodus (Anwesenheit/ Abwesenheit) auf einen Bewegungs-Modus (Einbruch/ Überwachung) umschaltbar ist. Automationssystem (58) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale von mehreren Sensoren (14) mit drahtloser Parallelschaltung, welche mehrere Masters oder einen Master mit wenigstens einem Slave umfasst, übertragbar ist.
Automationssystem (58) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Sensor- und Kontrolleinheit (SU) eine Kontrolleinheit (34), ein Display (22), ein Lautsprecher (36), ein Mikrophon (38) und/oder einen LED-Rotalarm (50) integriert sind.
Automationssystem (58) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (14) ein Präsenzsensor, eine im sichtbaren Bereich oder thermisch arbeitende Kamera (44), ein akustischer Sensor, ein Ultraschallsensor, ein Rauchsensor, ein Temperatursensor (42), ein Strahlungssensor (48), ein Luftqualitätssensor (41 ), ein Feuchtesensor (46) oder ein Helligkeitssensor (40) ist.
Automationssystem (58) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Sensor- und Kontrolleinheit (SU) eine intelligente und adaptive Umschaltung von der Aktiv- in die Inaktivphase und umgekehrt haben.
Automationssystem (58) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Sensor- und Kontrolleinheit (SU) integrierten Fotozellen (16) eine Oberfläche von 10 - 500 cm2, vorzugsweise 20 - 200 cm2, haben.
Automationssystem (58) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotozellen (16) mit dem Stromspeicher (18) und Steuerelektronik ein energiegesteuertes Kraftpaket (Power pack) bilden.
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