EP3908889A1 - Universal multifunctional device - Google Patents

Universal multifunctional device

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Publication number
EP3908889A1
EP3908889A1 EP19832159.8A EP19832159A EP3908889A1 EP 3908889 A1 EP3908889 A1 EP 3908889A1 EP 19832159 A EP19832159 A EP 19832159A EP 3908889 A1 EP3908889 A1 EP 3908889A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
sensors
sensor
network
designed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19832159.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Lutz HARDER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shpi GmbH
Original Assignee
Shpi GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE202019000228.6U external-priority patent/DE202019000228U1/en
Priority claimed from DE202019000229.4U external-priority patent/DE202019000229U1/en
Application filed by Shpi GmbH filed Critical Shpi GmbH
Publication of EP3908889A1 publication Critical patent/EP3908889A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00Systems controlled by a computer
    • G05B15/02Systems controlled by a computer electric
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    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00Control or safety arrangements
    • F24F11/30Control or safety arrangements for purposes related to the operation of the system, e.g. for safety or monitoring
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
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    • F24F11/50Control or safety arrangements characterised by user interfaces or communication
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24F11/89Arrangement or mounting of control or safety devices
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
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    • H04L12/2816Controlling appliance services of a home automation network by calling their functionalities
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24F2110/20Humidity
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    • F24F2110/50Air quality properties
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
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    • F24F2120/10Occupancy
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    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/20Pc systems
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    • G05B2219/2642Domotique, domestic, home control, automation, smart house
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/2803Home automation networks
    • H04L2012/2847Home automation networks characterised by the type of home appliance used
    • H04L2012/285Generic home appliances, e.g. refrigerators

Definitions

  • the invention relates to a universal decentralized building automation device, also called a “smart home device”, and to a method for realizing a decentralized building automation network.
  • the devices according to the invention are used to control devices and house technology in the context of building automation.
  • the current state of the art knows various building automation applications, such as networked devices for light control, heating, ventilation and air conditioning system control, networked measuring devices for recording consumption values (water, electricity, heat, gas, etc.), intelligent household appliances (TV, speakers, washing machines, etc .) and sensors for recording environmental values (temperature, brightness, air quality, air pressure, presence detection).
  • networked devices for light control heating, ventilation and air conditioning system control
  • networked measuring devices for recording consumption values water, electricity, heat, gas, etc.
  • intelligent household appliances TV, speakers, washing machines, etc .
  • sensors for recording environmental values temperature, brightness, air quality, air pressure, presence detection
  • control devices or servers are usually housed in control cabinets or set-up devices, which are then connected to sensors, switches or actuators.
  • Radio sensors are powered by batteries or accumulators in order to reduce installation work. Conversely, this means higher maintenance costs in the long term.
  • Sensors and switches are also installed in standard flush-mounted boxes or the devices are designed for wall mounting.
  • flush-mounted boxes typically have an inner diameter of 60 mm and a depth of at least 40 mm.
  • control units already solve a multitude of different automation tasks, such as lighting and heating controls, but they either do not fit into one commercially available flush-mounted box and you need additional external devices (servers, sensors, actuators).
  • the "typical" flush-mounted box of the individual room control is in the optimal range (1.5 m high, centrally in each room near the door) for use as a storage location for a compact smart home device.
  • Another major problem in the current state of the art is a higher probability of failure compared to conventional control technology and safety concerns on the part of the end user.
  • the object of the invention is to reduce known disadvantages of the prior art and to reduce the costs.
  • a particular advantage of the invention resides in the universal character of the multifunction device for realizing building automation applications, the device having a housing and a display and comprising the following components:
  • the building automation applications can be of a different nature to one another. This means that heating / air conditioning control, for example with lighting control, smart metering functions or intercom can be combined in one device. All smart home stand-alone devices currently on the market are typically specialized in a control task (e.g. Smart Home Thermostat).
  • the invention is a control device which aims to implement all typical automation applications that recur in different rooms with a single device, without external sensors, user interfaces, gateways, actuators, servers or control units.
  • Recurring automation applications include:
  • the device according to the invention does not specify the area of application, but is designed in such a way that - individual
  • the device is designed to accommodate
  • Extension modules which are placed on the main board and can be screwed through the main board to the housing, whereby the electrical contact is made via spring pin contacts, which are sunk in the main board (spring pins are in a TH hole and the solder collar is not on the Side of the expansion module, this makes a contact point possible, which has no overall height.).
  • the expansion modules have gold contact surfaces or conventional THT holes (through-hole technology) at the contact point. Examples of expansion modules:
  • Multi-channel gas sensors e.g. MICS6814
  • Connection modules for special wired networks e.g.
  • the computing units can be programmed individually, so that any one
  • Processing units processing units (processors), power supply, I / O devices for
  • interfaces and actuators which together can form a completely separate universal smart home system, integrated in one housing.
  • Motion detection and / or as a video camera and the actuators directly control electrical consumers and are designed as relays and / or dimmers and / or thyristors and / or triac and / or actuators.
  • the device is fully functional without an external gateway or server.
  • the device according to the invention is distinguished by the fact that it is designed as a drop-in replacement for a wall thermostat (used in the context of single-cell control).
  • the position is predestined for other spatial ones
  • Control tasks such as air conditioning control, roller shutter control or light control.
  • the device is with a
  • Touch-sensitive display equipped to show current status and record user input.
  • the device according to the invention can also be built into the socket of a commercially available flush-mounted switch, socket or the like.
  • the housing to be built in. It consists of at least two parts, with a pot-shaped bulge being formed on the underside of the housing and this being firmly connected to a commercially available flush-mounted box, the housing having at least one ventilation opening or sensor opening in the edge area, and having at least one opening in the upper part which are used to record a touch-sensitive
  • the device according to the invention is capable of any electrical
  • actuators delays, dimmers, thyristors, etc.
  • TTL TTL, WLan, Bluetooth, proprietary 433/868 / 915Mhz radio modules) for controlling "smart" devices, actuators, switches, sensors or household appliances and conventional control outputs (analog output, PWM output, digital output).
  • the multifunction device also has a storage unit for recording the sensor data and storing decentralized control tasks and / or acoustic and optical signal transmitters or warning devices and / or radio modules for communication and / or wired interfaces (KNX, CAN, RS485, TTL) and / or a fan, preferably designed as a speed-controlled blower, primarily for thermal decoupling of the integrated sensors and cooling of the device.
  • a storage unit for recording the sensor data and storing decentralized control tasks and / or acoustic and optical signal transmitters or warning devices and / or radio modules for communication and / or wired interfaces (KNX, CAN, RS485, TTL) and / or a fan, preferably designed as a speed-controlled blower, primarily for thermal decoupling of the integrated sensors and cooling of the device.
  • the device according to the invention takes a decentralized approach. As far as possible, it carries out the local control tasks in the decentralized, typically "room-wise” subnetwork. It serves as a local server or gateway for "smart” devices in the "near" environment and is geared towards linking to similar devices according to the invention in other areas / rooms, for example to solve cross-room automation tasks. This increases the susceptibility of the automation tasks to recurring in each room reduced, since each room or section forms its own independent "smart home subnetwork" and if one fails
  • a combination of all decentralized devices according to the invention on one server is possible and desired. It is conceivable e.g. a
  • the “central server” can also be a device according to the invention, since this has the necessary
  • the device according to the invention reduces the total network load (bus load) and “radio load”, which improves the overall stability of the smart home network.
  • the devices according to the invention can be connected to one another via various radio and wired interfaces (WiFi, Bluetooth, CAN bus, KNX bus, RS485, TTL / serial, proprietary radio connection on 433/868 / 915Mhz). Range problems can be avoided, since each device according to the invention extends the range of the
  • connection to the outside world can also be established via the integrated W-LAN interface. If no local internet access is available, one can
  • the device has a fan designed as an active, speed-controlled, integrated fan, which each can supply the integrated sensors with a different amount of fresh ambient air according to the requirement profile.
  • This causes the sensors to react. eg gas sensors, faster on changes in the environment and a better thermal decoupling of the sensors to integrated components with self-heating is achieved (processor, gas sensors with heating, power supply).
  • At least one valve can be integrated in a spatially separated area within the housing, which is controlled actively or under pressure.
  • the spatially separated area has a connection to the ambient air, the valve opening in the direction of the rest of the interior of the housing (or a region thereof) and thus enabling a transfer of the ambient air across the separated space into the remaining part of the interior of the housing.
  • the device according to the invention relies on open source software. Vulnerabilities and errors in open source software are discovered faster than in proprietary variants. By using open source software, the device can also be more quickly integrated into individual automation applications.
  • the device is able to integrate into many existing, also proprietary systems for which free software modules exist (e.g. Homematic, Somfy, etc.)
  • free software modules e.g. Homematic, Somfy, etc.
  • control unit in the device according to the invention is in a
  • the main processing unit is characterized by the fact that it uses a multi-tasking operating system, has significantly more computing power than a secondary processing unit and can provide more complex functions (graphical user interface, web server, evaluation of the data from the camera module, etc.).
  • the secondary arithmetic unit is characterized by the fact that elementary control tasks can be outsourced to it and can also take over on its own when the main unit is out of operation.
  • Elementary control tasks refer to tasks that can occur locally and can be solved with the integrated sensors and actuators, e.g. Individual room temperature control, light switch, CO alarm.
  • 8-, 16- and 32-bit microcontrollers are suitable as secondary units, which have a non-volatile memory for storing program code and data e.g. AVR microcontroller: Atmega32u4, AT90USB * AT XMEGA or 32-bit ATSAMD microcontroller.
  • the secondary units are connected to the main processing unit via an internal network (e.g. I2C, USB, SPI etc.).
  • the sensors can be queried by all computing units via the bus system.
  • the main processing unit has sovereignty over the secondary units and is able to change the program code of the secondary processing units during operation.
  • the secondary processing units can thus be adapted to all current conditions and control tasks.
  • a higher overall stability can be achieved by using two separate systems in the device.
  • the computing units can monitor one another and, in the event of a failure, warn the end user or try to restore an operational state, for example by triggering a reset.
  • the reset pins of the built-in processing units are each connected to a GPIO pin of the other processing unit.
  • the integrated computing units are interconnected in such a way that they monitor each other and, in the event of a failure of one computing unit, another computing unit is able independently to warn the user acoustically, optically or via network about the failure.
  • Programs that complement the main processor can run on secondary programmable computing units.
  • the integrated secondary processing units can be reprogrammed by the main processing unit during operation.
  • a separate power supply for the separate computing units can also be implemented in the device.
  • the secondary processing units have a much lower power consumption than the main processing unit and can be e.g. supply separately by a capacitor power supply.
  • the device according to the invention is modular and has a flexible range of functions. For example, in rooms with increased need for privacy camera modules and microphones undesirable.
  • the device can be adapted to these different needs.
  • the device according to the invention also allows variable equipping with different radio modules, so that the device can be made specifically compatible for certain radio systems (including proprietary radio systems).
  • the device consists of a flush-mounted part and a surface-mounted part, both components being electrically connected via a pin header and mechanically via a plastic snap connection.
  • a power supply unit, the switch actuators and at least one current measuring device are integrated in the flush-mounted area of the device.
  • the flush-mounted area also provides an interface to supply, data and control lines.
  • Direct switching actuators are e.g. relays, trailing edge dimmers, leading edge dimmers and thyristor controllers.
  • the device can optionally be equipped with various flush-mounted components. Depending on the application, different actuators can be installed to control connected devices.
  • the housing can be shaped in such a way that, without modification, it is possible to retrofit a camera module into a precisely fitting shape in the upper part of the housing without having to remove a light sensor installed in the same area.
  • the housing in the flush-mounted area can be shaped to accommodate a modular power supply unit with an electrical plug connection to the rest of the control unit.
  • the device is equipped with a current sensor for recording own consumption and / or current consumption of at least one connected consumer.
  • the device is also equipped with an LSA insulation displacement terminal for receiving data lines and / or with a thermally protected varistor to protect itself and consumers connected to the actuators against overvoltage.
  • the invention can therefore also be used in typical AC environments (110v - 240v 50 / 60Hz) and
  • AC power supply lines are laid in the ring in rooms.
  • the current measuring device can therefore be used as a measuring device for the total current consumption of the “ring” or for measuring a device connected to an actuator.
  • the cleaning unit consists for example of:
  • Light (brightness), temperature sensor, air pressure, humidity, motion detector, IR sensors, gas sensors, (video) camera, microphone
  • At least one further secondary computing unit without an operating system typically 8-32 bit microcontrollers
  • Another advantage and part of the device according to the invention is a data output for connecting serially connected, color and brightness controllable, multi-color lamps.
  • Illuminants in the "string” can take on different colors and brightness. This can be used in different areas of a room
  • the number of connected lamps is variable, so that rooms of different sizes can be illuminated.
  • Typical light sources are RGB light emitting diodes.
  • the camera installed in the device e.g. analyze the image of a TV set in the room and adapt the color mood of the room to it.
  • IRS infrared sensor
  • the multifunction device is equipped with one to the room
  • the infrared sensor being arranged such that it measures horizontally or almost horizontally into the space in front of the device.
  • this also allows a person's approach to the device according to the invention to be predicted.
  • the determined temperature difference between the internal temperature sensors and the infrared sensor provides information about the approach of a body that is warmer than the room because the infrared sensor is stronger due to the
  • the IRS infrared sensor can optionally also be a thermal imager.
  • the approximation of an approximation enables the device to prepare for future user inputs, e.g.
  • Controls are shown on the display screen, which are otherwise hidden in order to display room data more clearly.
  • the method according to the invention for realizing a decentralized building automation network is based on several spatially distributed “decentralized” devices, each decentralized device serving as a connection interface for "close” other network-compatible smart home devices, sensors or Actuators acts and thus spans its own decentralized network, the various decentralized devices forming their own higher-level network, but still remain functional individually.
  • Figure 2.2 view of the entire device with raised upper shell, for
  • FIG. 7 representation of a range finder for users of the
  • FIG. 1 shows a version of the device according to the invention.
  • a full-surface touchscreen is embedded in the front of the housing.
  • 1a, 1b, 1c and 1g are horizontally arranged in the housing Sensors that are aligned with the area in front of the device. It is a light sensor / camera, infrared sensor / thermal imaging camera IRS and motion detector.
  • the 1h forms the air inlet openings.
  • the openings are arranged diagonally and allow air to flow through the sensor area, even when the valve is closed.
  • Sensors are arranged near the air inlet opening.
  • 1i is an external USB port on the device
  • FIG. 2 shows the airflow 2e in the device, the airflow being formed between the main circuit board and the lower housing part.
  • fan 2a When fan 2a is activated, the device sucks in ambient air from areas 2c and 2d and expels it at 2e.
  • the sensor area is separated from the rest of the control unit by the partition 2g formed in the lower part.
  • the valve 2b opens due to the resulting negative pressure with the fan 2a activated.
  • a foil 2e separates the power supply from the upper part almost airtight.
  • the screw openings, for example marked 2e and 2g are closed delivered and only the required openings are opened by the installer to keep the vacuum loss low.
  • FIG. 2.2a shows the insulated partition between the sensor area and the rest of the device.
  • the partition is hollow for better insulation (see Figure 10, position 10h).
  • FIG. 3 shows the device according to the invention in an exploded view.
  • 3a shows the touchscreen glass surface
  • 3b shows the opening for the infrared thermal sensor in the glass
  • 3c shows the opening for loudspeakers
  • 3d shows the opening for motion detectors
  • 3e shows the recess for the light sensor
  • 3g shows the infrared sensor
  • 3h shows the RGB-Led with light guide filter for logo in front glass
  • 3i shows the motion detector with a plastic lens
  • 3j shows the recess in the plastic for camera lens
  • 3k shows the recess in the board for camera lens
  • 3m shows the power supply board with spring contacts
  • 3n shows the circuit board for LSA terminal with connection cable (cable not shown)
  • 3o shows the insulation film for electrical insulation and air sealing to the upper part
  • 3r shows the opening for micro SD card 4 shows the device according to the invention in typical installation positions 4a and 4b.
  • FIG. 5 contains a schematic overview of the functions and connections of the device according to the invention in its application environment.
  • 5a shows the device according to the invention, a main computing unit and secondary computing unit are shown as examples
  • 5k shows the external power supply: AC voltage or DC voltage
  • 5b is a representation of the sensors integrated in the device itself. So motion, temperature, gas, humidity, air pressure sensors, as well as optional microphone and camera are accommodated in the device. Presence detection or relative position determination is also possible via an integrated radio module, which e.g. detected the signal level of a cell phone.
  • 5m represents external switches or contacts (window contact, door contact, typically reed contact), without their own processing logic
  • 5c shows actuators integrated in the device according to the invention (signal LED, loudspeaker, piezo speaker)
  • 5d shows typical electrical consumers that can be controlled directly with the actuators integrated in the device according to the invention
  • 5e shows a power measurement module integrated in the device according to the invention, for recording consumption
  • connection 5f shows the connection to an external camera.
  • the connection can be bidirectional if the camera has a speaker and microphone
  • 5g shows the surveillance and intrusion detection separately. Interactions (warning announcements) with detected intruders are conceivable
  • 5h represents the connection to "smart” household appliances. These devices may also provide sensor values (example: washing machine report “laundry done”)
  • 5i shows possible interaction options of a user with the device. Touch inputs, voice inputs and communication with third parties via the device according to the invention are shown
  • 5j is intended to represent the internal gateway, server and processing functions. Each device according to the invention can record, process, evaluate and make it available via the network.
  • 5r represents an optional external server, via which the functions of the devices according to the invention can be managed centrally, e.g. integration into a KNX, OpenHAB or FHEM server
  • connection arrows between 5a and further devices 5s and 5t according to the invention illustrate the flexible network topology. So the devices can optionally log into a central radio network, however also connect with each other, act as a repeater and achieve range advantages.
  • 5q represents available interfaces of the device: close radio interfaces (WLAN, Bluetooth %), long-range radio connection (2G, 3G, 4G - EDGE / UMTS / LTE) and wired systems (LAN, RS485, CAN %)
  • FIG. 6 shows the device according to the invention in a typical installation position 6a.
  • the rays 6b represent the detection area of the integrated infrared sensor IRS.
  • FIG. 7 compares the detection area of the motion detector 7b and the detection area of the infrared sensor IRS for temperature detection 7d.
  • a person outside the detection range of the infrared sensor IRS 7c does not influence the determined temperature value of the infrared sensor IRS.
  • a person 7a continually influences the sensor IRS more strongly when approaching the device 7e according to the invention. The determined temperature value approaches the radiation temperature of the person 7a.
  • the system only works under normal frame controls. If the room temperature is too high, the measurable temperature difference is reduced so that the system cannot detect any approach.
  • FIG. 8 shows the device 8a according to the invention with an exemplary ambient lighting 8c in the ceiling and floor area.
  • the device is connected to the ambient lighting 8c via flush-mounted lines 8b.
  • the device according to the invention can control the brightness and color of each individual lamp (point in lines 8c) separately via the data line. This allows, for example, a different lighting situation to be created near the bed than near the entrance door.
  • 8d indicates an optional additional Flush-mounted power supply if the required power is higher than the capacity of the integrated power supply of the device according to the invention.
  • the housing of a control device is not suitable for accommodating a complete building automation system that can take on a multitude of different and alien types of automation tasks and can also be part of a higher-level, decentralized building automation system.
  • a housing of a control device is now also created which fulfills the above-mentioned requirements.
  • the housing according to the present invention consists of a rectangular housing upper part which is mounted on the top of a plate of the housing lower part, a cup-shaped bulge being formed on the underside of the plate of the housing lower part.
  • the housing is advantageously designed uniformly for all rooms in a building and fits into a standard flush-mounted box. It is suitable for a control unit that enables various typical automation applications that recur in different rooms, such as:
  • the housing allows a strong variation in the range of functions of the built-in control unit.
  • the housing can be equipped with a light sensor and a camera module, the housing being shaped in such a way that, without modification, the retrofitting of a camera module into a suitable shape in the upper housing part is possible without having to remove the light sensor. This means that one and the same device can be used in rooms with increased need for privacy and in public areas with increased security requirements.
  • the housing has a thermally decoupled, separated area near the air inlet, in which sensors are arranged in order to record environmental data as precisely as possible and to reduce any impairment of the sensor values by the control unit generating its own heat. Partitions partition the sensors from heat sources (Processor) in the device and form air ducts for optimized cooling of the device.
  • Heat sources Processor
  • the housing according to the invention optionally also includes a valve in the above. Partition walls near the air inlet opening to prevent the sensor values of the above To minimize sensors by self-heating the control unit.
  • the valve separates the isolated above. Sensor range from the rest of the control unit. This reduces heat transfer (by convection, heat radiation) to the sensor area, which enables the acquisition of more precise environmental data.
  • the valve opens due to the resulting negative pressure when the internal fan is activated.
  • the valve closes by gravity when the fan is deactivated.
  • the valve can consist, for example, of a flap, membrane or the like.
  • FIG. 9 shows a front view of the housing, which has an upper part with a rectangular shape. A full-surface glass plate with a touch-sensitive surface is embedded in the top.
  • the upper housing part is designed to hold a circuit board and to mount a lower housing part (see illustration in FIG. 11).
  • the openings 9a, 9b, 9c are suitable for receiving a photo / video camera, light sensor, infrared temperature sensor, thermal imaging camera.
  • 9d identifies the programmable backlit device logo.
  • 9e shows the visible area of the color display. The glass front outside the visible area is colored in the housing color.
  • the cutout 9g serves as an opening for a motion detector.
  • the opening 9f forms the sound outlet opening for the loudspeaker mounted behind it.
  • the perspective view of the upper housing part according to FIG. 10 clarifies the opening 10a in the edge area, which enables external access for “releasing” the snap-fit latching connection 10b.
  • Openings 10c for European or 86mm flush-mounted boxes and American flush-mounted boxes 10d are incorporated on the underside.
  • 10f identifies the spring contact terminal for the electrical connection of the supply lines and consumers.
  • the housing openings for the electrical cables are equipped with a taper 10e for clamping the electrical lines.
  • An LSA terminal 10g is also incorporated in the flush-mounted area.
  • the partition of the sensor area is hollow for better insulation, recognizable by marking 10h
  • Figures 11 to 14 show all side views of the housing, the upper housing part is mounted on the top of a plate of a lower housing part.
  • a pot-shaped bulge is formed on the underside of the plate of the lower housing part.
  • the pot-shaped bulge of the lower housing part has an outer diameter that is smaller than the inner diameter of a standard flush-mounted box.
  • the height of the bulge of the lower housing part is smaller than the height of a standard flush-mounted box.
  • Figure 13 side view from the left, with:
  • FIG. 15 shows the recording position for the light sensor or LED and the camera module.
  • the soldered SMD component 15b on the circuit board forms the permanently installed light sensor.
  • the housing shape 15c optionally allows the angular camera module 15a to be accommodated or a round plastic lens to be accommodated.
  • FIGS. 16 and 17 A further development of the separated sensor area with valve is shown schematically in FIGS. 16 and 17.
  • the numbering in both drawings is identical.
  • the shielding of the sensor area is formed via a longitudinal cutout in the circuit board 16f and via a partition 16c.
  • the separated sensor area has direct contact with the ambient air via the openings in the edge area 16h in the upper housing part 16e.
  • the valve flap 16d completely closes off the separated area from the rest of the control unit. Gravity, which acts in the direction of arrow 16a, keeps the flap closed in the normal state.
  • control device has an increased cooling requirement or there is another reason for ventilation, an air flow is generated in the direction 16b by a fan, and the resulting suppression opens the flap / lever 16d.
  • the opened flap then allows air to flow through the entire housing.
  • the stop point 16g limits the range of motion to such an extent that the center of gravity of the valve flap 16d cannot lie above the axis of rotation and the acting gravity 16a closes the flap again when the fan is switched off.
  • the valve flap 16d can also be designed as a membrane (for example a flexible membrane fixed on one side).
  • FIG. 18 shows the exemplary installation of an expansion module in the device.
  • the main board 18c is screwed to the upper housing part 18a via plastic domes 18b with screws 18e.
  • a spring pin contact is soldered or pressed into the main circuit board as an example. If the pin is soldered, it is soldered from the back.
  • the collar 18j on the spring pin determines the correct position in the main board and at the same time serves as a solder receiving surface.
  • the spring pin head 18i is freely movable vertically and a spring present in the spring pin (detail drawing A) presses the head in the direction of the expansion board 18d.
  • Metallic contact points 18h or metallized THT bores (exemplarily 18f) are present in the expansion board.
  • the bias of the spring of the spring pin creates a secure electrical connection between the two boards. Due to the type of construction, the distance 18k between the boards is almost 0. In the main board, there are milled-out areas below the expansion modules to enable expansion modules equipped on both sides.
  • the invention is not limited to the present embodiments.

Abstract

The invention relates to a universal decentralized building automation device, also known as a smart home device, and to a method for implementing a decentralized building automation network. The devices according to the invention are used to control devices and building technology in the context of building automation. The device according to the invention has a housing and a display and comprises the components of at least one sensor, at least one actuator, and at least one computing unit, wherein the components are arranged in the housing and are thus combined in one device, and the device is functional without connecting to a central gateway or network device. The device is designed to be assembled in a flush-mounted socket or as a replacement device for a wall thermostat and has a power supply unit or a voltage converter.

Description

Universelles Multifunktionsgerät Universal multifunction device
Universelles Gerät für Gebäudeautomatisierungsanwendungen und Verfahren zur Realisierung eines dezentralisierten Gebäudeautomatisierungs-Netzwerkes, Universal device for building automation applications and method for implementing a decentralized building automation network,
Die Erfindung betrifft ein universelles dezentrales Gebäudeautomatisierungsgerät auch„Smart-Home-Gerät“ genannt sowie ein Verfahren zur Realisierung eines dezentralisierten Gebäudeautomatisierungs-Netzwerkes, Die erfindungsgemäßen Geräte werden zum Steuern von Geräten und Haustechnik im Rahmen der Gebäudeautomatisierung eingesetzt. The invention relates to a universal decentralized building automation device, also called a “smart home device”, and to a method for realizing a decentralized building automation network. The devices according to the invention are used to control devices and house technology in the context of building automation.
Der aktuelle Stand der Technik kennt verschiedene Gebäudeautomatisierungsanwendungen, wie vernetzte Geräte zur Lichtsteuerung, Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensteuerung, vernetzte Messgeräte zur Erfassung von Verbrauchswerten (Wasser, Strom, Wärme, Gas etc.), intelligente Haushaltsgeräte (Fernseher, Lautsprecher, Waschmaschinen etc.) und Sensoren zur Erfassung von Umweltwerten (Temperatur, Helligkeit, Luftqualität, Luftdruck, Präsenzerkennung). The current state of the art knows various building automation applications, such as networked devices for light control, heating, ventilation and air conditioning system control, networked measuring devices for recording consumption values (water, electricity, heat, gas, etc.), intelligent household appliances (TV, speakers, washing machines, etc .) and sensors for recording environmental values (temperature, brightness, air quality, air pressure, presence detection).
Zur Erreichung gängiger Gebäudeautomatisierungslösungen (Heizungs-, Lichtsteuerung, Überwachungsaufgaben) werden im aktuellen Stand der Technik eine Vielzahl von verschiedenen Geräten (Server, Sensoren, Aktoren) eingesetzt. In order to achieve common building automation solutions (heating, lighting control, monitoring tasks), a large number of different devices (servers, sensors, actuators) are used in the current state of the art.
Die Vernetzung über Funk oder Kabel, die Stromversorgung mittels Kabel oder Batterien und die Wartung vieler einzelner Geräte ist aufwendig und teuer. Networking via radio or cable, the power supply using cables or batteries and the maintenance of many individual devices is complex and expensive.
Einer größeren Verbreitung von Gebäudeautomatisierungssystemen stehen die hohen Gesamtkosten, Wartungs- Verwaltungsaufwand entgegen. Der Installationsaufwand für ein vollständigesA greater spread of building automation systems is countered by the high total costs and maintenance overhead. The installation effort for a complete
Gebäudeautomatisierungssystem lohnt sicher daher oft nicht für kleinere Wohneinheiten. Building automation systems are therefore often not worthwhile for smaller residential units.
Gebäudeautomatisierungssysteme die über eine größere Fläche, oder mehrere Etagen hinweg aufgebaut sind, haben systembedingte Einschränkungen hinsichtlich der Reichweite, da alle Geräte über einen zentralen Gateway bzw. Server kommunizieren und die Entfernungen für einige Übertragungsstandards zu groß sind. Vor allem batteriebetriebene Geräte nutzen häufig extrem sparsame Funkstandards (z.B. Bluetooth LE) mit stark eingeschränkter Reichweite und daraus resultierenden Verbindungsproblemen bereits im Einfamilienhausumfeld. Building automation systems that are built over a larger area or across several floors have system-related restrictions in terms of range, since all devices communicate via a central gateway or server and the distances are too great for some transmission standards. Battery-operated devices in particular often use extremely economical radio standards (e.g. Bluetooth LE) with a very limited range and the resulting connection problems even in single-family homes.
Die bekannten Steuergeräte bzw. Server sind üblicherweise in Schaltschränken oder Aufstellgeräten untergebracht, die dann mit Sensoren, Schaltern oder Aktoren verbunden sind. The known control devices or servers are usually housed in control cabinets or set-up devices, which are then connected to sensors, switches or actuators.
Viele Funksensoren werden, um Installationsaufwand zu verringern, über Batterien oder Akkumulatoren mit Energie versorgt. Im Umkehrschluss bedeutet das langfristig höheren Wartungsaufwand. Many radio sensors are powered by batteries or accumulators in order to reduce installation work. Conversely, this means higher maintenance costs in the long term.
Sensoren und Schalter werden aber auch in handelsübliche Unterputzdosen eingebaut oder die Geräte sind zur Wandmontage ausgelegt. Sensors and switches are also installed in standard flush-mounted boxes or the devices are designed for wall mounting.
Unterputzdosen haben in Europa typischerweise einen Innendurchmesser von 60 mm und eine Tiefe von mindestens 40 mm. In Europe, flush-mounted boxes typically have an inner diameter of 60 mm and a depth of at least 40 mm.
Stand 2018 werden 80 - 90 % der neugebauten Häuser mit Fußboden-, Wand- oder Decken Heizungs- bzw. Klimaanlagen ausgerüstet. Diese Häuser verfügen fast immer über Unterputzdosen in Sichthöhe mit integrierter Stromversorgung (Wechselspannung oder Gleichspannung) und optionalen Datenleitungen. Eine Einzelraumregelung von Heizungsanlagen ist in vielen EG Staaten im Baurecht vorgeschrieben. As of 2018, 80 - 90% of the newly built houses will be equipped with floor, wall or ceiling heating and air conditioning systems. These houses almost always have flush-mounted boxes at eye level with integrated power supply (AC or DC voltage) and optional data lines. Individual room control of heating systems is mandatory in many EC countries in building law.
Die bekannten Steuergeräte lösen bereits eine Vielzahl an unterschiedlichen Automatisierungsaufgaben, wie Licht und Heizungssteuerungen, aber sie passen entweder nicht in eine einzige handelsübliche Unterputzdose und sie benötigen weitere externe Geräte (Server, Sensoren, Aktoren). The known control units already solve a multitude of different automation tasks, such as lighting and heating controls, but they either do not fit into one commercially available flush-mounted box and you need additional external devices (servers, sensors, actuators).
Bekannte Stand-Alone-Lösungen sind derzeit nur für konkrete Anwendungen ( z.B. Smart-Home Thermostat) verfügbar. Known stand-alone solutions are currently only available for specific applications (e.g. smart home thermostat).
Die„typische“ Unterputzdose der Einzelraumregelung liegt im optimalen Bereich (1 ,5m Höhe, in jedem Raum zentral in Türnähe) zur Nutzung als Unterbringungsort eines kompakten Smart-Home Geräts. The "typical" flush-mounted box of the individual room control is in the optimal range (1.5 m high, centrally in each room near the door) for use as a storage location for a compact smart home device.
Ein weiteres großes Problem im aktuellen Stand der Technik ist eine höhere Ausfallwahrscheinlichkeit gegenüber konventionellen Steuerungstechniken und Sicherheitsbedenken seitens der Endanwender. Another major problem in the current state of the art is a higher probability of failure compared to conventional control technology and safety concerns on the part of the end user.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bekannte Nachteile des Standes der Technik zu mindern und die Kosten zu reduzieren. The object of the invention is to reduce known disadvantages of the prior art and to reduce the costs.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 15 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. The object is achieved with the features of claims 1 and 15. Appropriate embodiments of the invention are contained in the subclaims.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht in dem universellen Charakter des Multifunktionsgerätes zur Realisierung von Gebäudeautomatisierungsanwendungen, wobei das Gerät ein Gehäuse und eine Display aufweist und die folgenden Bauelemente umfasst: A particular advantage of the invention resides in the universal character of the multifunction device for realizing building automation applications, the device having a housing and a display and comprising the following components:
mindestens einen Sensor, mindestens einen Aktor, mindestens eine Recheneinheit, mindestens einen Lüfter, mindestens einen Lautsprecher und mindestens ein Mikrofon, wobei die Bauelemente in dem Gehäuse angeordnet und somit in einem Gerät vereint sind und das Gerät ohne Verbindung zu einem zentralen Gateway oder Netzwerkgerät funktionsfähig ist. Die Gebäudeautomatisierungsanwendungen können hierbei untereinander artfremder Natur sein. Hiermit ist gemeint, dass Heizungs-/Klima Steuerung z.B. mit der Lichtsteuerung, Smart Metering Funktionen oder Gegensprechanlage in einem Gerät kombiniert werden. Alle aktuell auf dem Markt befindlichen Smart-Home Stand-Alone Geräte sind typischerweise auf eine Steuerungsaufgabe spezialisiert (z.B.: Smart Home Thermostat). at least one sensor, at least one actuator, at least one computing unit, at least one fan, at least one loudspeaker and at least one microphone, the components being arranged in the housing and thus being combined in one device and the device functioning without a connection to a central gateway or network device is. The building automation applications can be of a different nature to one another. This means that heating / air conditioning control, for example with lighting control, smart metering functions or intercom can be combined in one device. All smart home stand-alone devices currently on the market are typically specialized in a control task (e.g. Smart Home Thermostat).
Die Erfindung ist ein Steuergerät, welches zum Ziel hat, alle typischen raumweise wiederkehrenden Automatisierungsanwendungen mit einem Einzelgerät, unter Verzicht auf externe Sensoren, Benutzerinterfaces, Gateways, Aktoren, Server bzw. Kontrolleinheiten umzusetzen. The invention is a control device which aims to implement all typical automation applications that recur in different rooms with a single device, without external sensors, user interfaces, gateways, actuators, servers or control units.
Zu den wiederkehrenden Automatisierungsanwendungen gehören u.a.: Recurring automation applications include:
- Einzelraumregelung der Heizungs-, Lüftungs-,- Individual room control of heating, ventilation,
Klimasteuerungsaufgaben Climate control tasks
- Lichtsteuerung - light control
- Rollladensteuerung - Roller shutter control
- Ambiente-Lichtsteuerung - Ambient lighting control
- Präsenzerkennung, Indoor-Positioning System - Presence detection, indoor positioning system
- Präsenzvortäuschung (Einbruchschutz) - presence pretense (burglary protection)
- Überwachung (Surveillance-System mit integrierter Kamera und Anzeige externer Kameras) - Surveillance (surveillance system with integrated camera and display of external cameras)
- Geräuscherkennung / Spracherkennung - Noise detection / speech detection
- Smart-Metering, Leistungsmessung angeschlossener Verbraucher bzw. Stromverbrauch des Raumes - Smart metering, power measurement of connected consumers or electricity consumption of the room
- Sicherheit (Alarmsystem, Brandmelder, Gasmelder, - Security (alarm system, fire detectors, gas detectors,
Feuchtigkeitsmelder, Fenster-/Türauswertung) Moisture detector, window / door evaluation)
- optisches und akustisches Meldesystem - Optical and acoustic reporting system
- Aufzeichnung von Sensordaten zu Statistik-, Auswertung- und - Recording of sensor data for statistics, evaluation and
Beweiszwecken Evidence
- interaktive Anzeige zu Unterhaltungszwecken (digitaler - Interactive display for entertainment purposes (digital
Bilderrahmen) Picture Frame)
- Statusdisplay - Status display
- interne Kommunikation, Kommunikation mit Außen (Tür/Klingel, Wechselsprechsystem) - internal communication, communication with outside (door / bell, intercom system)
Das erfindungsgemäße Gerät gibt den Anwendungsbereich aber nicht vor, sondern ist so ausgestaltet, dass sich auch - individuelle However, the device according to the invention does not specify the area of application, but is designed in such a way that - individual
Automatisierungsanwendungen über die Nachrüstung von Automation applications for retrofitting
Erweiterungsmodulen lösen lassen. Have expansion modules solved.
Hierfür ist das Gerät ausgestaltet zur Aufnahme von For this purpose, the device is designed to accommodate
Erweiterungsmodulen, welche auf die Hauptplatine gelegt und durch die Hauptplatine mit dem Gehäuse verschraubbar ausgebildet sind, wobei der elektrische Kontakt über Federstiftkontakte hergestellt wird, welche in der Hauptplatine versenkt eingelötet sind (Federstifte befinden sich in einer TH Bohrung und der Lötkragen befindet sich nicht auf der Seite des Erweiterungsmoduls, hierdurch ist eine Kontaktstelle möglich, welche keine Bauhöhe aufweist.). Die Erweiterungsmodule verfügen an der Kontaktstelle über Goldkontaktflächen oder übliche THT Bohrungen (Through-Hole-Technology). Beispiele für Erweiterungsmodule: Extension modules, which are placed on the main board and can be screwed through the main board to the housing, whereby the electrical contact is made via spring pin contacts, which are sunk in the main board (spring pins are in a TH hole and the solder collar is not on the Side of the expansion module, this makes a contact point possible, which has no overall height.). The expansion modules have gold contact surfaces or conventional THT holes (through-hole technology) at the contact point. Examples of expansion modules:
Module für spezielle Funkstandards: ZigBee, Zwave, Enocean, LTE, 5G, HomeMatic Modules for special radio standards: ZigBee, Zwave, Enocean, LTE, 5G, HomeMatic
Sensormodule zur Spannungsüberwachung Sensor modules for voltage monitoring
Mehrkanalgassensoren (z.B. MICS6814) Multi-channel gas sensors (e.g. MICS6814)
Verbindungsmodule für spezielle kabelgebundene Netzwerke, z.B. Connection modules for special wired networks, e.g.
KNX KNX
Weiterhin soll das Gerät universell einsetzbar sein. Die Recheneinheiten können individuell programmiert werden, so dass auf beliebige Furthermore, the device should be universally applicable. The computing units can be programmed individually, so that any
Sensorwerte, externe Daten oder Benutzereingaben beliebige Aktionen ausgeführt werden können. Sensor values, external data or user inputs, any actions can be carried out.
Die typischen wiederkehrenden Automatisierungsaufgaben erfordern Sensoren, Schalter und Aktoren, welche im Stand der Technik mehrere Einzelgeräte pro Raum notwendig machen. The typical recurring automation tasks require sensors, switches and actuators, which in the state of the art require several individual devices per room.
Zur Reduzierung des Installationsaufwand eines Smart-Home-Systems werden im erfindungsgemäßen Gerät die notwendigen Sensoren, To reduce the installation effort of a smart home system, the necessary sensors,
Verarbeitungseinheiten (Prozessoren), Stromversorgung, E-A-Geräte zur Processing units (processors), power supply, I / O devices for
Benutzerinteraktion, Schnittstellen und Aktoren ( Relais, Dimmer, Thyristosteller, Triac o.ä.), welche zusammen ein komplett eigenes universelles Smart-Home-System bilden können, in einem Gehäuse integriert. User interaction, interfaces and actuators (relays, dimmers, Thyristo controller, triac or similar), which together can form a completely separate universal smart home system, integrated in one housing.
Das erfindungsgemäße Multifunktionsgerät ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren ausgebildet sind zur The multifunction device according to the invention is further characterized in that the sensors are designed for
Temperaturmessung und/oder Luftfeuchtemessung und/oder Temperature measurement and / or humidity measurement and / or
Luftdruckmessung und/oder Luftqualitätsmessung und/oder Air pressure measurement and / or air quality measurement and / or
Bewegungsmeldung und/oder als Videokamera und die Aktoren direkt elektrische Verbraucher steuern und ausgebildet sind als Relais und/oder Dimmer und/oder Thyristor und/oder Triac und/oder Stellglieder. Motion detection and / or as a video camera and the actuators directly control electrical consumers and are designed as relays and / or dimmers and / or thyristors and / or triac and / or actuators.
Das Gerät ist voll funktionsfähig ohne ein externes Gateway oder Server. The device is fully functional without an external gateway or server.
Auch wenn vereinzelt mehr Sensoren notwendig sind (z.B. Even if occasionally more sensors are necessary (e.g.
Außentemperatursensor, Gasverbrauchsmessung) reduziert sich der Installationsaufwand des Gesamt-Gebäudeautomatisierungssystems mit dem erfindungsgemäßen Gerät stark. Vor allem in kleinen Wohnungen und Häusern wie Einfamilien- und Zweifamilienhäusern reduzieren sich dadurch Installationskosten signifikant. Bereits mit einem Einzelgerät lassen sich umfangreiche Steuerungsaufgaben lösen. Outside temperature sensor, gas consumption measurement), the installation effort of the overall building automation system with the device according to the invention is greatly reduced. This reduces installation costs significantly, especially in small apartments and houses such as single-family and two-family houses. Extensive control tasks can be solved with a single device.
Das erfindungsgemäße Gerät zeichnet sich dadurch aus, dass es als Drop-In-Replacement für ein Wandthermostat (genutzt im Rahmen der Einzellraumregelung) ausgeführt ist. The device according to the invention is distinguished by the fact that it is designed as a drop-in replacement for a wall thermostat (used in the context of single-cell control).
Die Position ist prädestiniert für weitere raumbezogene The position is predestined for other spatial ones
Steuerungsaufgaben, wie Klimaanlagensteuerung, Rollladensteuerung oder Lichtsteuerung. Gleichzeitig ist das Gerät mit einem Control tasks such as air conditioning control, roller shutter control or light control. At the same time, the device is with a
berührungssensitiven Display ausgestattet, um aktuelle Zustände anzuzeigen und Benutzereingaben aufzunehmen. Touch-sensitive display equipped to show current status and record user input.
Das erfindungsgemäße Gerät kann durch die Bauform aber auch in die Dose eines handelsüblichen Unterputzschalters, Steckdose o.ä. The device according to the invention can also be built into the socket of a commercially available flush-mounted switch, socket or the like.
eingebaut werden. Es besteht aus mindestens zwei Teilen, wobei eine topfartig ausgebildete Ausbuchtung an der Unterseite des Gehäuses angeformt ist und diese fest mit einer handelsüblichen Unterputzdose verbindbar ausgebildet ist, wobei das Gehäuse im Randbereich mindestens eine Lüftungsöffnung oder Sensoröffnung aufweist, sowie über mindestens eine Öffnung im Oberteil verfügt, welche zur Aufnahme eines berührungssensitivem to be built in. It consists of at least two parts, with a pot-shaped bulge being formed on the underside of the housing and this being firmly connected to a commercially available flush-mounted box, the housing having at least one ventilation opening or sensor opening in the edge area, and having at least one opening in the upper part which are used to record a touch-sensitive
Displays ausgebildet ist. Displays is formed.
Das erfindungsgemäße Gerät ist in der Lage, beliebige elektrische The device according to the invention is capable of any electrical
Verbraucher, ebenso wie netzwerkfähige„smarte“ Verbraucher Consumers, as well as network-capable "smart" consumers
anzusteuern. Hierzu befinden sich im Gerät selbst Aktoren (Relais, Dimmer, Thyristor o.ä.) zum Ansteuern von Heizungsstellgliedern, head for. For this purpose, there are actuators (relays, dimmers, thyristors, etc.) in the device for controlling heating actuators,
Motoren, Lampen, Lüfter etc., Schnittstellen (KNX, CAN-Bus, RS485, Motors, lamps, fans etc., interfaces (KNX, CAN bus, RS485,
TTL, WLan, Bluetooth, proprietäre 433/868/915Mhz Funkmodule) zum Ansteuern von„smarten“ Geräten, Aktoren, Schaltern , Sensoren oder Haushaltsgeräten und konventionellen Steuerausgängen (Analogausgang , PWM-Ausgang, Digitalausgang). TTL, WLan, Bluetooth, proprietary 433/868 / 915Mhz radio modules) for controlling "smart" devices, actuators, switches, sensors or household appliances and conventional control outputs (analog output, PWM output, digital output).
Das Multifunktionsgerät weist weiterhin eine Speichereinheit zur Aufzeichnung der Sensordaten und Speicherung von dezentralen Steueraufgaben und/oder akustische und optischen Signalgeber oder Warnmelder und/oder Funkmodule zur Kommunikation und/oder kabelgebundene Schnittstellen (KNX, CAN, RS485, TTL) und/oder einen Lüfter, vorzugsweise als ein drehzahlgeregeltes Gebläse ausgebildet, vorrangig zur thermischen Entkopplung der integrierter Sensoren und Kühlung des Gerätes, auf. The multifunction device also has a storage unit for recording the sensor data and storing decentralized control tasks and / or acoustic and optical signal transmitters or warning devices and / or radio modules for communication and / or wired interfaces (KNX, CAN, RS485, TTL) and / or a fan, preferably designed as a speed-controlled blower, primarily for thermal decoupling of the integrated sensors and cooling of the device.
Das erfindungsgemäße Gerät verfolgt einen dezentralen Ansatz. Es führt die lokalen Steuerungsaufgaben, soweit möglich, im dezentralem typischerweise„raumweisen“ Unternetzwerk aus. Es dient als lokaler Server bzw. Gateway für„smarte“ Geräte im„nahen“ Umfeld und ist ausgerichtet auf die Verknüpfung zu gleichartigen erfindungsgemäßen Geräten in anderen Bereichen/Räumen, um z.B. Raumübergreifende Automatisierungsaufgaben zu lösen. Hierdurch wird die Fehleranfälligkeit der raumweise-wiederkehrenden Automatisierungsaufgaben stark reduziert, da jeder Raum bzw. Abschnitt sein eigenes unabhängiges „Smart-Home-Unternetzwerk“ ausbildet und bei Ausfall eines The device according to the invention takes a decentralized approach. As far as possible, it carries out the local control tasks in the decentralized, typically "room-wise" subnetwork. It serves as a local server or gateway for "smart" devices in the "near" environment and is geared towards linking to similar devices according to the invention in other areas / rooms, for example to solve cross-room automation tasks. This increases the susceptibility of the automation tasks to recurring in each room reduced, since each room or section forms its own independent "smart home subnetwork" and if one fails
Unternetzwerk andere Unternetzwerke nicht betroffen sind. Subnetwork other subnetworks are not affected.
Eine Zusammenführung aller dezentralen erfindungsgemäßen Geräte auf einem Server ist möglich und gewollt. Denkbar ist z.B. ein A combination of all decentralized devices according to the invention on one server is possible and desired. It is conceivable e.g. a
Kommunikationsmodul im Betriebssystem des erfindungsgemäßen Communication module in the operating system of the invention
Geräts, welches separat mit einem zentralen Server (z.B. KNX, Openhab, FHEM Server) kommuniziert. Der„zentrale Server“ kann hierbei auch ein erfindungsgemäßes Gerät sein, da dieses über die notwendigen Device that communicates separately with a central server (e.g. KNX, Openhab, FHEM server). The “central server” can also be a device according to the invention, since this has the necessary
Komponenten verfügt. Bei Ausfall des deklarierten„Hauptservers“ sind technisch bereits bekannte Fail-Over-Lösungen umsetzbar. Components. If the declared "main server" fails, technically known fail-over solutions can be implemented.
Durch die Komprimierung von vielen Netzwerkkomponenten im By compressing many network components in the
erfindungsgemäßen Gerät sinkt die Gesamtnetzwerklast (Buslast) und „Funklast“, welches die Gesamtstabilität des Smart Home Netzwerk verbessert. The device according to the invention reduces the total network load (bus load) and “radio load”, which improves the overall stability of the smart home network.
Die erfindungsgemäßen Geräte lassen sich über diverse Funk- und kabelgebundene Schnittstellen (W-Lan, Bluetooth, CAN-Bus, KNX-Bus, RS485, TTL/Seriell, proprietäre Funkverbindung auf 433/868/915Mhz) untereinander verbinden. Reichweitenprobleme können umgangen werden, da jedes erfindungsgemäße Gerät die Reichweite des The devices according to the invention can be connected to one another via various radio and wired interfaces (WiFi, Bluetooth, CAN bus, KNX bus, RS485, TTL / serial, proprietary radio connection on 433/868 / 915Mhz). Range problems can be avoided, since each device according to the invention extends the range of the
Gesamtsystems erhöht (Repeaterfunktion). Overall system increased (repeater function).
Die Verbindung zur Außenwelt (Internet, abwesender Nutzer) kann über die integrierte W-LAN Schnittstelle ggf. auch LAN-Verbindung hergestellt werden. Sollte kein lokaler Internetzugriff verfügbar sein, kann eine The connection to the outside world (Internet, absent user) can also be established via the integrated W-LAN interface. If no local internet access is available, one can
Weiterentwicklung des Gerätes über ein GSM/2G/3G/LTE Funkmodul direkt Verbindung zum Internet oder Endnutzer hersteilen. Further development of the device via a GSM / 2G / 3G / LTE radio module to establish a direct connection to the Internet or end users.
Zur Verbesserung der Erfassung von Umgebungsdaten, wie Temperatur, Luftfeuchte oder Luftqualität, verfügt das Gerät über einen als aktives drehzahlgeregeltes integriertes Gebläse ausgebildeten Lüfter, welcher je nach Anforderungsprofil die integrierten Sensoren mit einer unterschiedlichen Menge frischer Umgebungsluft versorgen kann. Hierdurch reagieren die Sensoren. z.B. Gassensoren, schneller auf Änderungen der Umgebung und es wird eine bessere thermische Entkopplung der Sensoren zu integrierten Komponenten mit Eigenerwärmung erreicht (Prozessor, Gassensoren mit Heizung, Netzteil). In einem räumlich separiertem Bereich innerhalb des Gehäuses kann mindestens ein Ventil integriert sein, welches aktiv- oder unterdruckgesteuert wird. Der räumlich separierte Bereich hat eine Verbindung zur Umgebungsluft, wobei das Ventil in Richtung des restlichem Gehäuseinneren (oder einem Bereich davon) öffnet und damit einen Transfer der Umgebungsluft über den abgetrennten Raum hinweg in den restlichen Teil des Gehäuseinneren ermöglicht. To improve the recording of environmental data, such as temperature, humidity or air quality, the device has a fan designed as an active, speed-controlled, integrated fan, which each can supply the integrated sensors with a different amount of fresh ambient air according to the requirement profile. This causes the sensors to react. eg gas sensors, faster on changes in the environment and a better thermal decoupling of the sensors to integrated components with self-heating is achieved (processor, gas sensors with heating, power supply). At least one valve can be integrated in a spatially separated area within the housing, which is controlled actively or under pressure. The spatially separated area has a connection to the ambient air, the valve opening in the direction of the rest of the interior of the housing (or a region thereof) and thus enabling a transfer of the ambient air across the separated space into the remaining part of the interior of the housing.
Die Hauptbedenken von Kunden gegen den Einsatz von Gebäudeautomatisierungstechnik liegen in der Ausfallsicherheit und Computersicherheit, im Sinne von Schutz gegen Angriffe von außen auf das System. The main concerns of customers against the use of building automation technology are reliability and computer security, in the sense of protection against external attacks on the system.
Zur Erhöhung der Computersicherheit bzw. als Schutz gegen Hackerangriffe setzt das erfindungsgemäße Gerät auf OpenSource Software. Schwachstellen und Fehler in OpenSource Software werden schneller aufgedeckt als in proprietären Varianten. Durch den Einsatz von quelloffener Software kann das Gerät auch schneller in individuelle Automatisierungsanwendungen eingepasst werden. To increase computer security or as protection against hacker attacks, the device according to the invention relies on open source software. Vulnerabilities and errors in open source software are discovered faster than in proprietary variants. By using open source software, the device can also be more quickly integrated into individual automation applications.
Gleichzeitig ist das Gerät dadurch in der Lage, sich in viele bereits vorhandene, auch proprietäre System zu integrieren, zu denen freie Softwaremodule existieren (z.B. Homematic, Somfy, etc.) At the same time, the device is able to integrate into many existing, also proprietary systems for which free software modules exist (e.g. Homematic, Somfy, etc.)
Auf die weiteren Vorteile durch den Einsatz von Open Source Software soll hier nicht eingegangen werden. Zur Erhöhung der technischen Ausfallsicherheit wird im erfindungsgemäßen Gerät die Steuerungseinheit in eineThe other advantages of using open source software will not be discussed here. To increase the technical reliability, the control unit in the device according to the invention is in a
Hauptrecheneinheit und mindestens eine weitere sekundäreMain processor and at least one other secondary
Recheneinheit aufgeteilt. Split computing unit.
Wobei sich die Hauptrecheneinheit dadurch auszeichnet, dass diese ein Multi-Tasking Betriebssystem nutzt, wesentlich mehr Rechenleistung als eine sekundäre Recheneinheit besitzt und komplexere Funktionen (grafisches Benutzerinterface, Webserver, Auswertung der Daten des Kameramoduls, etc.) zur Verfügung stellen kann. The main processing unit is characterized by the fact that it uses a multi-tasking operating system, has significantly more computing power than a secondary processing unit and can provide more complex functions (graphical user interface, web server, evaluation of the data from the camera module, etc.).
Die sekundäre Recheneinheit zeichnet sich dadurch aus, dass in ihr elementare Steueraufgaben ausgelagert werden können und auch alleine übernehmen kann, wenn die Haupteinheit außer Betrieb ist. Als elementare Steueraufgaben sind Aufgaben gemeint, die lokal auftreten können und mit den integrierten Sensoren und Aktoren gelöst werden können, z.B. Einzelraumtemperaturregelung, Lichtschalter, CO-Warner. The secondary arithmetic unit is characterized by the fact that elementary control tasks can be outsourced to it and can also take over on its own when the main unit is out of operation. Elementary control tasks refer to tasks that can occur locally and can be solved with the integrated sensors and actuators, e.g. Individual room temperature control, light switch, CO alarm.
Als sekundäre Einheit eignen sich 8-, 16- und 32-Bit Mikrocontroller, die über einen nicht-flüchtigen Speicher zum Speichern von Programmcode und Daten verfügt z.B. AVR Mikrocontroller: Atmega32u4, AT90USB* AT XMEGA oder auch 32-Bit ATSAMD Mikrocontroller. 8-, 16- and 32-bit microcontrollers are suitable as secondary units, which have a non-volatile memory for storing program code and data e.g. AVR microcontroller: Atmega32u4, AT90USB * AT XMEGA or 32-bit ATSAMD microcontroller.
Die sekundären Einheiten sind mit der Hauptrecheneinheit über ein internes Netzwerk miteinander verbunden (z.B. I2C, USB, SPI etc.). Die Sensoren können von allen Recheneinheiten über das Bussystem abgefragt werden. The secondary units are connected to the main processing unit via an internal network (e.g. I2C, USB, SPI etc.). The sensors can be queried by all computing units via the bus system.
Die Hauptrecheneinheit hat die Hoheit über die sekundären Einheiten und ist in der Lage, den Programmcode der sekundären Recheneinheiten im laufenden Betrieb zu ändern. Somit lassen sich die sekundären Recheneinheiten allen aktuellen Gegebenheiten und Steueraufgaben anpassen. Durch den Einsatz von zwei getrennten Systemen im Gerät lässt sich eine höhere Gesamtstabilität erreichen. Die Recheneinheiten können sich gegenseitig überwachen und bei Ausfall den Endnutzer warnen oder versuchen, einen betriebsfähigen Zustand wiederherzustellen, z.B. durch Resetauslösung. Hierfür sind die Reset-Pins der eingebauten Recheneinheiten jeweils mit einem GPIO-Pin der anderen Recheneinheit verbunden. The main processing unit has sovereignty over the secondary units and is able to change the program code of the secondary processing units during operation. The secondary processing units can thus be adapted to all current conditions and control tasks. A higher overall stability can be achieved by using two separate systems in the device. The computing units can monitor one another and, in the event of a failure, warn the end user or try to restore an operational state, for example by triggering a reset. For this purpose, the reset pins of the built-in processing units are each connected to a GPIO pin of the other processing unit.
Die integrierten Recheneinheiten sind so verschaltet , dass sie sich gegenseitig überwachen und im Falle eines Ausfalls einer Recheneinheit eine andere Recheneinheit selbständig in der Lage ist, den Anwender akustisch, optisch oder per Netzwerk über den Ausfall zu warnen. Auf sekundären programmierbaren Recheneinheiten können Programme laufen, die den Hauptprozessor ergänzen. Die integrierten sekundären Recheneinheiten lassen sich von der Hauptrecheneinheit im laufenden Betrieb umprogrammieren. The integrated computing units are interconnected in such a way that they monitor each other and, in the event of a failure of one computing unit, another computing unit is able independently to warn the user acoustically, optically or via network about the failure. Programs that complement the main processor can run on secondary programmable computing units. The integrated secondary processing units can be reprogrammed by the main processing unit during operation.
Auch eine getrennte Stromversorgung für die getrennten Recheneinheiten ist im Gerät umsetzbar. Die sekundären Recheneinheiten haben im Vergleich zur Hauptrecheneinheit einen sehr viel niedrigeren Stromverbrauch und lassen sich z.B. durch ein Kondensatornetzteil separat versorgen. A separate power supply for the separate computing units can also be implemented in the device. The secondary processing units have a much lower power consumption than the main processing unit and can be e.g. supply separately by a capacitor power supply.
Das erfindungsgemäße Gerät ist modular aufgebaut und hat einen flexiblen Funktionsumfang. So sind z.B. in Räumen mit erhöhtem Bedarf an Privatsphäre Kameramodule und Mikrofone unerwünscht. Das Gerät kann an diese verschiedenen Bedarfssituationen angepasst werden. The device according to the invention is modular and has a flexible range of functions. For example, in rooms with increased need for privacy camera modules and microphones undesirable. The device can be adapted to these different needs.
Das erfindungsgemäße Gerät lässt auch die variable Bestückung mit verschiedenen Funkmodulen zu, somit kann das Gerät gezielt für bestimmte Funksystem (auch proprietäre Funksysteme) kompatibel gemacht werden. Das Gerät besteht aus einem Unterputzteil und einem Aufputzteil, wobei beide Bestandteile elektrisch über eine Stiftleiste und mechanisch über eine Kunststoffrastverbindung fest verbunden sind. The device according to the invention also allows variable equipping with different radio modules, so that the device can be made specifically compatible for certain radio systems (including proprietary radio systems). The device consists of a flush-mounted part and a surface-mounted part, both components being electrically connected via a pin header and mechanically via a plastic snap connection.
Im Unterputzbereich des Gerätes sind ein Netzteil, die Schaltaktoren und mindestens eine Strommesseinrichtung integriert. Ebenso stellt der Unterputzbereich eine Schnittelle zu Versorgungs-, Daten- und Steuerleitungen zur Verfügung. A power supply unit, the switch actuators and at least one current measuring device are integrated in the flush-mounted area of the device. The flush-mounted area also provides an interface to supply, data and control lines.
Direkte Schaltaktoren sind z.B.: Relais, Phasenabschnittsdimmer, Phasenanschnittsdimmer und Thyristorsteller. Direct switching actuators are e.g. relays, trailing edge dimmers, leading edge dimmers and thyristor controllers.
Das Gerät kann wahlweise mit verschiedenen Unterputzkomponenten bestückt werden. Je nach Einsatzzweck können unterschiedliche Aktoren zur Steuerung von angeschlossenen Geräten eingebaut werden. The device can optionally be equipped with various flush-mounted components. Depending on the application, different actuators can be installed to control connected devices.
Das Gehäuse kann so ausgeformt sein, dass es ohne Modifikation die Nachrüstung eines Kameramoduls in eine passgenaue Ausformung im Gehäuseoberteil ermöglicht, ohne einen im selben Bereich installierten Lichtsensor entfernen zu müssen. The housing can be shaped in such a way that, without modification, it is possible to retrofit a camera module into a precisely fitting shape in the upper part of the housing without having to remove a light sensor installed in the same area.
Weiterhin kann das Gehäuse im Unterputzbereich ausgeformt sein für die Aufnahme eines modularen Netzteils mit einer elektrischen Steckverbindung zum restlichen Steuergerät. Das Gerät ist ausgestattet mit einem Stromsensor zur Erfassung des Eigenverbrauchs und/oder Stromverbrauchs mindestens eines angeschlossenen Verbrauchers. Furthermore, the housing in the flush-mounted area can be shaped to accommodate a modular power supply unit with an electrical plug connection to the rest of the control unit. The device is equipped with a current sensor for recording own consumption and / or current consumption of at least one connected consumer.
Das Gerät ist weiterhin im Unterputzbereich ausgestattet mit einem LSA- Schneideklemmen -Terminal zur Aufnahme von Datenleitungen und/oder mit einem thermisch-geschütztem Varistor, um sich selbst und an die Aktoren angeschlossene Verbraucher vor Überspannung zu schützen. In the flush-mounted area, the device is also equipped with an LSA insulation displacement terminal for receiving data lines and / or with a thermally protected varistor to protect itself and consumers connected to the actuators against overvoltage.
Die Erfindung lässt sich daher auch in typischen Wechselstromumgebungen (110v - 240v 50/60Hz) undThe invention can therefore also be used in typical AC environments (110v - 240v 50 / 60Hz) and
Gleichspannungsumgebungen (Inselsysteme, 24V Heizungen, KFZ, Boote 6v - 80v, Off-Grid Umgebungen) durch die Auswahl des geeigneten Netzteils nutzen. Gleichzeitig ermöglicht der getrennte Unterputzbereich auch eine Anpassung an die benötigten Smart-Metering Aufgaben. Use DC environments (island systems, 24V heating, cars, boats 6v - 80v, off-grid environments) by selecting the appropriate power supply. At the same time, the separate concealed area also enables adaptation to the required smart metering tasks.
Typischerweise sind AC-Stromversorgungsleitungen raumweise im Ring verlegt. Typically, AC power supply lines are laid in the ring in rooms.
Die Strommesseinrichtung kann daher als Messgerät für den gesamten Stromverbrauch des „Rings“ oder zur Messung eines an einen Aktor angeschlossenen Gerätes genutzt werden. The current measuring device can therefore be used as a measuring device for the total current consumption of the “ring” or for measuring a device connected to an actuator.
Die Aufputzeinheit besteht beispielsweise aus: The cleaning unit consists for example of:
- einem berührungssensitivem Display - a touch sensitive display
- den Sensoren zur Erfassung aller raumabhängingen Umweltwerte: - the sensors for recording all space-dependent environmental values:
Licht (Helligkeit), Temperatursensor, Luftdruck, Luftfeuchte, Bewegungsmelder, IR-Sensoren, Gas-Sensoren, (Video)kamera, Mikrofon Light (brightness), temperature sensor, air pressure, humidity, motion detector, IR sensors, gas sensors, (video) camera, microphone
- einer Hauptrecheneinheit mit Open-Source Betriebssystem - a main processor with an open source operating system
- mindestens einer weiteren sekundären Recheneinheit ohne Betriebssystem typischerweise 8 - 32bit Mikrocontroller - At least one further secondary computing unit without an operating system, typically 8-32 bit microcontrollers
- einer Speichereinheit zur Aufzeichnung von Sensordaten und Speicherung von denzentralen Steueraufgaben - A storage unit for recording sensor data and storing the central control tasks
- akustischen und optischen Signalgebern / Warnmeldern - acoustic and visual signaling devices / warning devices
- Funkmodulen zur Kommunikation - Radio modules for communication
- Kabelgebundenen Schnittstellen (KNX, CAN, RS485, TTL) - Wired interfaces (KNX, CAN, RS485, TTL)
- drehzahlgeregeltes Gebläse, vorrangig zur thermischen Entkopplung der integrierter Sensoren und Kühlung des Gerätes - Speed-controlled fan, primarily for thermal decoupling of the integrated sensors and cooling of the device
Ein weiterer Vorteil und Bestandteil des erfindungsgemäßen Gerätes ist ein Datenausgang zum Anschluss von seriell verschalteten, in Farbe und Helligkeit steuerbaren, Mehrfarb-Leuchtmitteln. Die verbundenen Another advantage and part of the device according to the invention is a data output for connecting serially connected, color and brightness controllable, multi-color lamps. The connected
Leuchtmittel im„String“ können hierbei unterschiedliche Farben und Helligkeiten annehmen. Dadurch lassen sich in verschiedenen Bereichen eines Raumes Illuminants in the "string" can take on different colors and brightness. This can be used in different areas of a room
unterschiedliche Farbstimmungen und Beleuchtungsintensitäten kreieren. create different color moods and lighting intensities.
Die Anzahl der angeschlossenen Leuchtmittel ist variabel, so dass unterschiedlich große Räume beleuchtet werden können. Typische Leuchtmittel sind RGB Leuchtdioden. In Zusammenspiel mit der im Gerät verbauten Kamera lässt sich z.B. das Bild eines im Raum befindlichen TV- Gerätes analysieren und die Farbstimmung des Raumes daran anpassen. The number of connected lamps is variable, so that rooms of different sizes can be illuminated. Typical light sources are RGB light emitting diodes. In combination with the camera installed in the device, e.g. analyze the image of a TV set in the room and adapt the color mood of the room to it.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gerätes ist die Integration eines Infrarotsensors (IR-Thermopile), nachfolgend genannt IRS, der im Gehäuseoberteil integriert und ausgerichtet ist, um die Wärmestrahlung in Raummitte erfassen zu können. Die Messung der IR-Strahlung im Raum verspricht Vorteile, besser die von Personen im Raum„gefühlte Temperatur“ zu bestimmen und exakter die Heizung nach Bedarf regeln zu können. Another advantageous embodiment of the device according to the invention is the integration of an infrared sensor (IR thermopile), hereinafter referred to as IRS, which is integrated and aligned in the upper housing part in order to be able to detect the heat radiation in the center of the room. The measurement of the IR radiation in the room promises advantages to better determine the temperature “felt by people in the room” and to be able to regulate the heating more precisely as required.
Das Multifunktionsgerät ist ausgerüstet mit einem zum Raum The multifunction device is equipped with one to the room
ausgerichteten Infrarotsensor zur Temperaturerfassung mit dem Ziel, die Entfernung einer durch den Bewegungsmelder erkannten Präsenz im Raum über die gemessene Temperatur des Infrarotsensors Aligned infrared sensor for temperature detection with the aim of removing a presence in the room detected by the motion detector via the measured temperature of the infrared sensor
näherungsweise zu bestimmen, wobei der Infrarotsensor so angeordnet ist, dass er in den Raum vor dem Gerät horizontal oder nahezu horizontal hinein misst. to be approximately determined, the infrared sensor being arranged such that it measures horizontally or almost horizontally into the space in front of the device.
In Kombination mit dem integrierten Bewegungsmelder lässt sich dadurch auch die Annäherung einer Person an das erfindungsgemäße Gerät vorhersehen. In combination with the integrated motion detector, this also allows a person's approach to the device according to the invention to be predicted.
Die ermittelte Temperaturdifferenz der internen Temperatursensoren zum Infrarotsensor gibt Aufschluss über Annäherung eines gegenüber dem Raum wärmeren Körpers, weil der Infrarotsensor stärker durch die The determined temperature difference between the internal temperature sensors and the infrared sensor provides information about the approach of a body that is warmer than the room because the infrared sensor is stronger due to the
Annährung beeinflusst wird. Bei Annäherung einer Person an das Gerät, beeinflusst die Approach is affected. When a person approaches the device, the
Wärmestrahlung der Person den Infrarotsensor IRS kontinuierlich stärker. Der Infrarotsensor IRS kann wahlweise auch eine Wärmebildkamera sein. Heat radiation from the person continuously increases the infrared sensor IRS. The IRS infrared sensor can optionally also be a thermal imager.
Die Approximation einer Annäherung ermöglichen dem Gerät sich auf zukünftige Benutzereingaben vorzubereiten, so können z.B. The approximation of an approximation enables the device to prepare for future user inputs, e.g.
Steuerelemente auf dem Anzeigebildschirm eingeblendet werden, die sonst ausgeblendet sind, um Raumdaten übersichtlicher darzustellen. Controls are shown on the display screen, which are otherwise hidden in order to display room data more clearly.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Realisierung eines dezentralisierten Gebäudeautomatisierungs-Netzwerkes, auch Smart-Home Netzwerkes, basiert auf der Grundlage von mehreren räumlich verteilten„dezentralen“ Geräten, wobei jedes dezentrale Gerät als Verbindungsschnittstelle für „nahe“ andere netzwerkfähige Smart-Home-Geräte, Sensoren oder Aktoren fungiert und somit ein eigenes dezentrales Netzwerk aufspannt, wobei die verschiedenen dezentralen Geräte ein eigenes übergeordnetes Netzwerk bilden, aber dennoch einzeln funktionsfähig bleiben. The method according to the invention for realizing a decentralized building automation network, also known as a smart home network, is based on several spatially distributed "decentralized" devices, each decentralized device serving as a connection interface for "close" other network-compatible smart home devices, sensors or Actuators acts and thus spans its own decentralized network, the various decentralized devices forming their own higher-level network, but still remain functional individually.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments shown at least in part in the figures.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 , Ansicht der Gerätefront Figure 1, view of the front of the device
Figur 2, Ansicht des Gesamtgerätes mit ausgeblendeter Platine und Figure 2, view of the entire device with hidden board and
Display, zur Darstellung der Luftführung im Gehäuse Display to show the air flow in the housing
Figur 2.2, Ansicht des Gesamtgerätes mit angehobener Oberschale, zur Figure 2.2, view of the entire device with raised upper shell, for
Darstellung der Luftführung im Gehäuse Representation of the air flow in the housing
Figur 3, Explosionszeichnung des Gerätes Figure 3, exploded view of the device
Figur 4, Darstellung des Gerätes im Raum in typischen Figure 4, representation of the device in the room in typical
Einbaupositionen Figur 5, Darstellung Schema Funktionsübersicht / Netzwerk Installation positions Figure 5, diagram of the overview of functions / network
Figur 6, Darstellung Raumtemperaturerfassung über Infrarotsensors Figure 6, representation of room temperature detection via infrared sensor
Figur 7, Darstellung tendenzielle Entfernungsmesser von Nutzer des FIG. 7, representation of a range finder for users of the
Gerätes mit Hilfe des Bewegungsmelders und Infrarotsensors Device with the help of the motion detector and infrared sensor
Figur 8, Darstellung seriell angeordnete mehrfarbige Figure 8, representation of serially arranged multicolored
Ambientebeleuchtung, angeschlossen an Gerät Ambient lighting, connected to the device
Figur 9, Frontansicht des Gehäuses Figure 9, front view of the housing
Figur 10, perspektivische Darstellung des Gehäuseoberteils von unten Figure 10, perspective view of the upper housing part from below
Figur 11 , Seitenansicht des gesamten Gehäuses von oben Figure 11, side view of the entire housing from above
Figur 12, Seitenansicht des gesamten Gehäuses von unten Figure 12, side view of the entire housing from below
Figur 13, Seitenansicht des gesamten Gehäuses von links Figure 13, side view of the entire housing from the left
Figur 14, Seitenansicht des gesamten Gehäuses von rechts Figure 14, side view of the entire housing from the right
Figur 15, Detailaufnahme Gehäusebereich zur Aufnahme des Figure 15, detailed view of the housing area for receiving the
Kameramoduls Camera module
Figur 16, Beispielausbildung Ventil des internen Sensorbereichs Figure 16, example training valve of the internal sensor area
Figur 17, Beispielausbildung Ventil aus der Vogelperspektive Figure 17, example training valve from a bird's eye view
Figur 18, Erweiterungsmodulaufnahme im Gehäuse Figure 18, expansion module holder in the housing
In Figur 1 wird eine Version des erfindungsgemäßen Gerätes dargestellt. In der Gehäusefront ist ein vollflächiges Touchscreen eingelassen. Bei 1a, 1b, 1c und 1g handelt es sich um horizontal im Gehäuse angeordnete Sensoren, die auf den Bereich vor dem Gerät ausgerichtet sind. Es handelt sich hierbei um einen Lichtsensor/Kamera, Infrarotsensor/Wärmebildkamera IRS und Bewegungsmelder. 1 shows a version of the device according to the invention. A full-surface touchscreen is embedded in the front of the housing. 1a, 1b, 1c and 1g are horizontally arranged in the housing Sensors that are aligned with the area in front of the device. It is a light sensor / camera, infrared sensor / thermal imaging camera IRS and motion detector.
1h bildet die Lufteintrittsöffnungen. Die Öffnungen sind diagonal angeordnet und ermöglichen einen Luftstrom durch den Sensorbereich, auch bei geschlossenem Ventil. Nahe der Lufteintrittsöffnung sind Sensoren angeordnet. 1h forms the air inlet openings. The openings are arranged diagonally and allow air to flow through the sensor area, even when the valve is closed. Sensors are arranged near the air inlet opening.
1k Position für Luftaustrittsöffnung mit dahinter liegendem Gebläse 1d Touchscreen in Gehäusefarbe (Touchglas rückseitig lackiert) 1k position for air outlet opening with blower behind it 1d touchscreen in housing color (touch glass painted on the back)
1e transparenter Touchscreenbereich für Grafikdisplay 1e transparent touchscreen area for graphic display
1i ist ein externer USB-Anschluss des Gerätes 1i is an external USB port on the device
1m Position des seitlich im Gehäuse angeordneten Schlitzes für Datenkarte und kombinierter Öffnung für Reset-Schalter und Mikrofon 1m position of the slot for data card and combined opening for reset switch and microphone
1f Öffnung im Frontglas für Lautsprecher 1f opening in the front glass for speakers
1j Position für hinterleuchtetes Logo 1j position for backlit logo
In der Figur 2 ist der Luftstrom 2e im Gerät dargestellt, wobei sich der Luftstrom zwischen der Hauptplatine und dem unteren Gehäuseteil bildet. Bei aktiviertem Gebläse 2a saugt das Gerät Umgebungsluft aus dem Bereich 2c und 2d an und stößt es bei 2e aus. Durch die im Unterteil ausgeformte Trennwand 2g ist der Sensorbereich vom restlichen Steuergerät separiert. Das Ventil 2b öffnet sich durch den entstehenden Unterdrück bei aktiviertem Gebläse 2a. Eine Folie 2e trennt das Netzteil nahezu luftdicht vom Oberteil ab. Die Verschraubungsöffnen, beispielweise gekennzeichnet mit 2e und 2g, werden verschlossen geliefert und nur die benötigten Öffnungen werden durch den Monteur geöffnet, um den Unterdruckverlust niedrig zu halten. FIG. 2 shows the airflow 2e in the device, the airflow being formed between the main circuit board and the lower housing part. When fan 2a is activated, the device sucks in ambient air from areas 2c and 2d and expels it at 2e. The sensor area is separated from the rest of the control unit by the partition 2g formed in the lower part. The valve 2b opens due to the resulting negative pressure with the fan 2a activated. A foil 2e separates the power supply from the upper part almost airtight. The screw openings, for example marked 2e and 2g, are closed delivered and only the required openings are opened by the installer to keep the vacuum loss low.
In der Figur 2.2 ist die Oberschale angehoben abgebildet. 2.2a zeigt die isolierte Trennwand zwischen dem Sensorbereich und restlichem Gerät. Die Trennwand ist zur besseren Isolierung hohl ausgebildet (siehe Figur 10, Position 10h). The upper shell is shown raised in FIG. 2.2. 2.2a shows the insulated partition between the sensor area and the rest of the device. The partition is hollow for better insulation (see Figure 10, position 10h).
2.2b Ventilmembran 2.2b valve membrane
2.2e Gebläse 2.2e blower
2.2d Lüftungsöffnungen unten 2.2d ventilation openings below
2.2c Lüftungsöffnungen seitlich 2.2c side ventilation openings
Die Figur 3 zeigt das erfindungsgemäße Gerät in Explosionsdarstellung. FIG. 3 shows the device according to the invention in an exploded view.
3a zeigt die Touchscreen Glasoberfläche 3a shows the touchscreen glass surface
3b zeigt die Öffnung für Infrarot Thermosensor im Glas 3b shows the opening for the infrared thermal sensor in the glass
3c zeigt die Öffnung für Lautsprecher 3c shows the opening for loudspeakers
3d zeigt die Öffnung für Bewegungsmelder 3d shows the opening for motion detectors
3e zeigt die Aussparung für Lichtsensor 3e shows the recess for the light sensor
3f zeigt das drehzahlregelbares Gebläse 3f shows the speed-adjustable fan
3g zeigt den Infrarotsensor 3g shows the infrared sensor
3h zeigt die RGB-Led mit Lichtleitfilter für Logo in Frontglas 3h shows the RGB-Led with light guide filter for logo in front glass
3i zeigt den Bewegungsmelder mit Kunstofflinse 3i shows the motion detector with a plastic lens
3j zeigt die Aussparung im Kunstoff für Kameralinse 3j shows the recess in the plastic for camera lens
3k zeigt die Aussparung in Platine für Kameralinse 3k shows the recess in the board for camera lens
3m zeigt die Netzteilplatine mit Federkontakten 3m shows the power supply board with spring contacts
3n zeigt die Platine für LSA-Terminal mit Verbindungskabel (Kabel nicht dargestellt) 3n shows the circuit board for LSA terminal with connection cable (cable not shown)
3o zeigt die Isolationsfolie zur elektrischen Isolation und Luftabdichtung zum Oberteil 3o shows the insulation film for electrical insulation and air sealing to the upper part
3p zeigt den seitlichen Luftaustritt 3p shows the side air outlet
3q zeigt die Öffnung für Resetschalter und Mikrofon 3q shows the opening for reset switch and microphone
3r zeigt die Öffnungs für micro-SD Karte In der Figur 4 ist das erfindungsgemäße Gerät in typischen Einbaupositionen 4a und 4b gezeigt. 3r shows the opening for micro SD card 4 shows the device according to the invention in typical installation positions 4a and 4b.
Die Figur 5 beinhaltet eine schematische Funktions- und Verbindungsübersicht des erfindungsgemäßen Gerätes in seiner Einsatzumgebung. FIG. 5 contains a schematic overview of the functions and connections of the device according to the invention in its application environment.
5a stellt das erfindungsgemäße Gerät dar, eine Hauptrecheneinheit und sekundäre Recheneinheit ist exemplarisch eingezeichnet 5a shows the device according to the invention, a main computing unit and secondary computing unit are shown as examples
5k zeigt die externe Stromversorgung: Wechselspannung oder Gleichspannung 5k shows the external power supply: AC voltage or DC voltage
5b ist eine Darstellung der im Gerät selbst integrierten Sensoren. So sind im Gerät Bewegungs-, Temperatur-, Gas-, Luftfeuchte-, Luftdrucksensoren, sowie optional Mikrofon und Kamera untergebracht. Eine Präsenzerkennung oder relative Positionsbestimmung ist auch über ein integriertes Funkmodul möglich, welches z.B. den Signalpegel eines Mobiltelefons erfasst. 5b is a representation of the sensors integrated in the device itself. So motion, temperature, gas, humidity, air pressure sensors, as well as optional microphone and camera are accommodated in the device. Presence detection or relative position determination is also possible via an integrated radio module, which e.g. detected the signal level of a cell phone.
5o stellt externe Sensoren, ohne eigene Verarbeitungslogik, dar 5o represents external sensors without their own processing logic
5p zeigt "smarte" Sensoren, welche eine Kommunikation in beide Richtungen ermöglichen 5p shows "smart" sensors which enable communication in both directions
5m stellt externe Schalter oder Kontakte (Fensterkontakt, Türkontakt, typ. Reed-Kontakt), ohne eigene Verarbeitungslogik, dar 5m represents external switches or contacts (window contact, door contact, typically reed contact), without their own processing logic
5n stellt "smarte" Schalter mit optionalen integrierten Aktoren dar 5n represents "smart" switches with optional integrated actuators
5c zeigt im erfindungsgemäßen Gerät integrierte Aktoren (Signal-LED, Lautsprecher, P iezo-Lautsprecher) 5d zeigt typische elektrische Verbraucher die direkt mit dem im erfindungsgemäßen Gerät integrierten Aktoren gesteuert werden können 5c shows actuators integrated in the device according to the invention (signal LED, loudspeaker, piezo speaker) 5d shows typical electrical consumers that can be controlled directly with the actuators integrated in the device according to the invention
5e zeigt ein im erfindungsgemäßen Geräte integrierte Leistungsmessmodul, zur Verbrauchserfassung 5e shows a power measurement module integrated in the device according to the invention, for recording consumption
5f zeigt die Verbindung zu einer externen Kamera. Die Verbindung kann bidirektional sein, wenn die Kamera über ein Lautsprecher und Mikrofon verfügt 5f shows the connection to an external camera. The connection can be bidirectional if the camera has a speaker and microphone
5g stellt die Überwachungs- bzw. Einbruchserkennung separat dar. Denkbar sind Interaktionen (Warnansagen) mit detektierten Einbrechern 5g shows the surveillance and intrusion detection separately. Interactions (warning announcements) with detected intruders are conceivable
5h stellt die Verbindung zu "smarten" Haushaltsgeräten dar. Diese Geräte stellen unter Umständen auch Sensorwerte zur Verfügung (Beispiel: Waschmaschine melde "Wäsche fertig") 5h represents the connection to "smart" household appliances. These devices may also provide sensor values (example: washing machine report "laundry done")
5i zeigt mögliche Interaktionsmöglichkeiten eines Nutzers mit dem Gerät. Toucheingaben, Spracheingaben und Kommunikation mit Dritten über das erfindungsgemäße Gerät werden dargestellt 5i shows possible interaction options of a user with the device. Touch inputs, voice inputs and communication with third parties via the device according to the invention are shown
5j soll die internen Gateway-, Server- und Verarbeitungsfunktionen darstellen. Jedes erfindungsgemäße Gerät kann Daten aufzeichnen, verarbeiten, auswerten und über das Netzwerk verfügbar machen. 5j is intended to represent the internal gateway, server and processing functions. Each device according to the invention can record, process, evaluate and make it available via the network.
5r stellt einen optionalen externen Server dar, über den sich die Funktionen der erfindungsgemäßen Geräte zentral verwalten lassen, denkbar ist z.B. die Integration in einen KNX, OpenHAB oder FHEM Server 5r represents an optional external server, via which the functions of the devices according to the invention can be managed centrally, e.g. integration into a KNX, OpenHAB or FHEM server
Die Verbindungspfeile zwischen 5a und weiteren erfindungsgemäßen Geräten 5s und 5t verdeutlicht die flexible Netzwerktopologie. So können die Geräte wahlweise sich in ein zentrales Funknetzwerk einloggen, aber auch untereinander verbinden, als Repeater fungieren und Reichweitenvorteile erzielen. The connection arrows between 5a and further devices 5s and 5t according to the invention illustrate the flexible network topology. So the devices can optionally log into a central radio network, however also connect with each other, act as a repeater and achieve range advantages.
5q stellt verfügbare Schnittstellen des Gerätes dar: nahe Funkschnittstellen (WLAN, Bluetooth ...), Long-Range Funkverbindung (2G, 3G, 4G - EDGE/UMTS/LTE) und kabelgebundene Systeme (LAN, RS485, CAN ...) 5q represents available interfaces of the device: close radio interfaces (WLAN, Bluetooth ...), long-range radio connection (2G, 3G, 4G - EDGE / UMTS / LTE) and wired systems (LAN, RS485, CAN ...)
In Figur 6 wird das erfindungsgemäße Gerät in einer typischen Einbauposition 6a gezeigt. Die Strahlen 6b stellen den Erfassungsbereich des integrierten Infrarotsensors IRS dar. FIG. 6 shows the device according to the invention in a typical installation position 6a. The rays 6b represent the detection area of the integrated infrared sensor IRS.
Figur 7 stellt den Erfassungsbereich des Bewegungsmelders 7b und den Erfassungsbereich des Infrarotsensors IRS zur Temperaturerfassung 7d gegenüber. Eine Person außerhalb des Erfassungsbereiches des Infrarotsensors IRS 7c beeinflusst nicht den ermittelten Temperaturwert des Infrarotsensors IRS. Eine Person 7a beeinflusst bei Annäherung an das erfindungsgemäße Gerät 7e fortwährend den Sensor IRS stärker. Der ermittelte Temperaturwert nähert sich der Strahlungstemperatur der Person 7a an. FIG. 7 compares the detection area of the motion detector 7b and the detection area of the infrared sensor IRS for temperature detection 7d. A person outside the detection range of the infrared sensor IRS 7c does not influence the determined temperature value of the infrared sensor IRS. A person 7a continually influences the sensor IRS more strongly when approaching the device 7e according to the invention. The determined temperature value approaches the radiation temperature of the person 7a.
Das System funktioniert nur unter normalen Rahmenbedienungen. Bei zu hoher Raumtemperatur verringert sich die messbare Temperaturdifferenz, so dass das System keine Annäherung detektieren kann. The system only works under normal frame controls. If the room temperature is too high, the measurable temperature difference is reduced so that the system cannot detect any approach.
In der Figur 8 ist das erfindungsgemäße Gerät 8a mit einer exemplarischen Ambientebeleuchtung 8c im Decken- und Fußbodenbereich dargestellt. Über Unterputzleitungen 8b ist das Gerät mit der Ambientebeleuchtung 8c verbunden. Das erfindungsgemäße Gerät kann über die Datenleitung die Helligkeit und Farbe jedes einzelnen Leuchtmittels (Punkt in den Linien 8c) getrennt steuern. Dadurch lässt sich z.B. nahe des Bettes eine andere Beleuchtungssituation als nahe der Eingangstür erzeugen. 8d kennzeichnet ein optionales zusätzliches Unterputznetzteil, wenn der benötigte Strombedarf höher ist als die Kapazität des integrierten Netzteils des erfindungsgemäßen Gerätes. FIG. 8 shows the device 8a according to the invention with an exemplary ambient lighting 8c in the ceiling and floor area. The device is connected to the ambient lighting 8c via flush-mounted lines 8b. The device according to the invention can control the brightness and color of each individual lamp (point in lines 8c) separately via the data line. This allows, for example, a different lighting situation to be created near the bed than near the entrance door. 8d indicates an optional additional Flush-mounted power supply if the required power is higher than the capacity of the integrated power supply of the device according to the invention.
Für ein -allein- in eine Unterputzdose verbaubares universelles Smart- Home-System besteht ein Platzproblem, weil einerseits im unteren Bereich der Dose genügend Platz für den Anschluss von Versorgungsleitungen verbleiben muss und im oberen Bereich der Dose ein Netzteil untergebracht werden muss, aber das Steuergerät ebenfalls Platz auch für deren Kühlung bzw. Lüftung benötigt, insbesondere dann, wenn die typischen Smart Home Bestandteile (Server, Recheneinheit, Sensoren, Aktoren) in einem Gerät komprimiert sind sowie auch untereinander artfremde Automatisierungsaufgaben übernommen werden sollen (Heizung / Präsenzerkennung - Licht / Überwachung). There is a space problem for a universal smart home system that can be built into a flush-mounted box because on the one hand there must be enough space in the lower area of the box for the connection of supply lines and in the upper area of the box a power supply must be accommodated, but the control unit Space is also required for their cooling or ventilation, especially if the typical smart home components (server, computing unit, sensors, actuators) are compressed in one device and automation tasks of a different type are also to be taken on (heating / presence detection - light / monitoring) ).
Gleichzeitig führt die Komprimierung aller Komponenten eines Gebäudeautomatisierungssystem in ein Gerät zu einer erhöhten Eigenerwärmung, welche die Genauigkeit der erfassten Umgebungsdaten negativ beeinflusst. At the same time, the compression of all components of a building automation system into one device leads to increased self-heating, which has a negative impact on the accuracy of the recorded environmental data.
Das Gehäuse eines Steuergeräts ist bei bekannten Lösungen nicht geeignet, ein vollständiges Gebäudeautomatisierungssystem aufzunehmen, dass eine Vielzahl von unterschiedlichen auch artfremden Automatisierungsaufgaben übernimmt und zugleich Bestandteil eines übergeordneten dezentralisierten Gebäudeautomatisierungssystem sein kann. In known solutions, the housing of a control device is not suitable for accommodating a complete building automation system that can take on a multitude of different and alien types of automation tasks and can also be part of a higher-level, decentralized building automation system.
Im Rahmen der Erfindung wird nun auch ein Gehäuse eines Steuergeräts geschaffen, welches die oben genannten Anforderungen erfüllt. Within the scope of the invention, a housing of a control device is now also created which fulfills the above-mentioned requirements.
Das Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einem rechteckigem Gehäuseoberteil, das auf der Oberseite einer Platte des Gehäuseunterteils montiert ist, wobei eine topfartig ausgebildeter Ausbuchtung an der Unterseite der Platte des Gehäuseunterteils angeformt ist. Das Gehäuse ist vorteilhaft einheitlich für alle Räume eines Gebäudes ausgebildet und passt in eine handelsübliche Unterputzdose. Es ist für ein Steuergerät geeignet, das unterschiedliche typische raumweise wiederkehrende Automatisierungsanwendungen ermöglicht, wie z.B.: The housing according to the present invention consists of a rectangular housing upper part which is mounted on the top of a plate of the housing lower part, a cup-shaped bulge being formed on the underside of the plate of the housing lower part. The housing is advantageously designed uniformly for all rooms in a building and fits into a standard flush-mounted box. It is suitable for a control unit that enables various typical automation applications that recur in different rooms, such as:
- Heizungs-, Lüftungs-, Klimasteuerungsaufgaben - Heating, ventilation, climate control tasks
- Lichtsteuerung - light control
- Rollladensteuerung - Roller shutter control
- Ambiente-Lichtsteuerung - Ambient lighting control
- Präsenzerkennung, Indoor-Positioning System, - presence detection, indoor positioning system,
Präsenzvortäuschung Pretending presence
- Überwachung (Surveillance-System mit integrierter Kamera und Anzeige externer Kameras) - Surveillance (surveillance system with integrated camera and display of external cameras)
- Geräuscherkennung / Spracherkennung - Noise detection / speech detection
- Smart-Metering, Leistungsmessung angschlossener Verbraucher - Smart metering, performance measurement of connected consumers
- Sicherheit (Alarmsystem, Brandmelder, Gasmelder, - Security (alarm system, fire detectors, gas detectors,
Feuchtigkeitsmelder, Fenster-/Türauswertung) Moisture detector, window / door evaluation)
- optisches und akustisches Meldungsystem - optical and acoustic notification system
Das Gehäuse lässt eine starke Variation vom Funktionsumfang des eingebauten Steuergerätes zu. Insbesondere kann das Gehäuse mit einem Lichtsensor und einem Kameramodul bestückt werden, wobei das Gehäuse so ausgeformt ist, dass es ohne Modifikation die Nachrüstung eines Kameramoduls in eine passgerechte Ausformung im Gehäuseoberteil ermöglicht, ohne den Lichtsensor entfernen zu müssen. Somit lässt sich ein und dasselbe Gerät wahlweise in Räumen mit erhöhtem Bedarf an Privatsphäre und in öffentlichen Bereichen mit erhöhtem Sicherheitsanspruch einsetzen. The housing allows a strong variation in the range of functions of the built-in control unit. In particular, the housing can be equipped with a light sensor and a camera module, the housing being shaped in such a way that, without modification, the retrofitting of a camera module into a suitable shape in the upper housing part is possible without having to remove the light sensor. This means that one and the same device can be used in rooms with increased need for privacy and in public areas with increased security requirements.
Das Gehäuse verfügt über einen thermisch entkoppelten, separierten Bereich nahe dem Lufteingang, in dem Sensoren angeordnet sind, um Umgebungsdaten möglichst genau zu erfassen und eine Beeinträchtigung der Sensorwerte durch Eigenwärmeerzeugung des Steuergeräts zu mindern. Trennwände schotten die Sensoren gegenüber Wärmequellen (Prozessor) im Gerät ab und bilden Luftleitkanäle zur zur optimierten Kühlung des Gerätes. The housing has a thermally decoupled, separated area near the air inlet, in which sensors are arranged in order to record environmental data as precisely as possible and to reduce any impairment of the sensor values by the control unit generating its own heat. Partitions partition the sensors from heat sources (Processor) in the device and form air ducts for optimized cooling of the device.
Das erfindungsgemäße Gehäuse umfasst optional zusätzlich auch ein Ventil in den o.g. Trennwänden nahe der Lufteintrittsöffnung, um die Beeinträchtigung der Sensorwerte der o.g. Sensoren durch Eigenerwärmung des Steuergerätes zu minimieren. The housing according to the invention optionally also includes a valve in the above. Partition walls near the air inlet opening to prevent the sensor values of the above To minimize sensors by self-heating the control unit.
Das Ventil trennt den isolierten o.g. Sensorbereich vom restlichen Steuergerät ab. Hierdurch wird eine Wärmeübertragung (durch Konvektion, Wärmestrahlung) auf den Sensorbereich verringert, welches die Erfassung genauerer Umgebungsdaten ermöglicht. Das Ventil öffnet sich durch den entstehenden Unterdrück bei aktiviertem internen Gebläse. Das Ventil schließt sich durch die Schwerkraft bei deaktiviertem Gebläse. Das Ventil kann beispielsweise aus einer Klappe, Membran oder Ähnlichem bestehen. The valve separates the isolated above. Sensor range from the rest of the control unit. This reduces heat transfer (by convection, heat radiation) to the sensor area, which enables the acquisition of more precise environmental data. The valve opens due to the resulting negative pressure when the internal fan is activated. The valve closes by gravity when the fan is deactivated. The valve can consist, for example, of a flap, membrane or the like.
Die Figur 9 zeigt eine Frontansicht des Gehäuses, welches ein Oberteil mit einer rechteckigen Form aufweist. In die Oberseite ist eine vollfläche Glasplatte mit berührungsempfindlicher Oberfläche eingelassen. Das Gehäuseoberteil ist zur Aufnahme einer Platine und zur Montage eines Gehäuseunterteils (siehe Darstellung in Fig. 11 ) ausgebildet. Die Öffnungen 9a, 9b , 9c sind geeignet für die Aufnahme einer Foto/Video- Kamera, Lichtsensor, Infrarottemperatursensor, Wärmebildkamera. 9d kennzeichnet das programmierbare farbig hinterleuchtete Gerätelogo. 9e stellt den sichtbaren Bereich der Farbanzeige dar. Die Glasfront außerhalb des sichtbaren Bereichs ist in Gehäusefarbe eingefärbt. Der Ausschnitt 9g dient als Öffnung für einen Bewegungsmelder. Die Öffnung 9f bildet die Schallaustrittsöffnung für den dahinter montieren Lautsprecher. FIG. 9 shows a front view of the housing, which has an upper part with a rectangular shape. A full-surface glass plate with a touch-sensitive surface is embedded in the top. The upper housing part is designed to hold a circuit board and to mount a lower housing part (see illustration in FIG. 11). The openings 9a, 9b, 9c are suitable for receiving a photo / video camera, light sensor, infrared temperature sensor, thermal imaging camera. 9d identifies the programmable backlit device logo. 9e shows the visible area of the color display. The glass front outside the visible area is colored in the housing color. The cutout 9g serves as an opening for a motion detector. The opening 9f forms the sound outlet opening for the loudspeaker mounted behind it.
Die perspektivische Darstellung des Gehäuseoberteils nach Fig. 10 verdeutlicht die Öffnung 10a im Randbereich, die einen externen Zugang zur „Lösen“ der Snap-Fit Rastverbindung 10b ermöglicht. In der Unterseite sind Öffnungen 10c für europäische bzw. 86mm UP-Dosen und amerikanische Unterputzdosen 10d eingearbeitet. 10f kennzeichnet das Federkontaktterminal zum elektrischen Anschluss der Versorgungsleitungen und Verbraucher. Die Gehäuseöffnungen für die elektrischen Kabel sind ausgestattet mit einer Verjüngung 10e zum Einklemmen der elektrischen Leitungen. Im Unterputzbereich ist ebenso ein LSA-Terminal 10g eingearbeitet. Die Trennwand des Sensorbereichs ist zur besseren Isolation hohl ausgebildet, erkennbar durch Markierung 10h The perspective view of the upper housing part according to FIG. 10 clarifies the opening 10a in the edge area, which enables external access for “releasing” the snap-fit latching connection 10b. In the Openings 10c for European or 86mm flush-mounted boxes and American flush-mounted boxes 10d are incorporated on the underside. 10f identifies the spring contact terminal for the electrical connection of the supply lines and consumers. The housing openings for the electrical cables are equipped with a taper 10e for clamping the electrical lines. An LSA terminal 10g is also incorporated in the flush-mounted area. The partition of the sensor area is hollow for better insulation, recognizable by marking 10h
Die Figuren 11 bis 14 zeigen alle Seitenansichten des Gehäuses, dessen Gehäuseoberteil auf der Oberseite einer Platte eines Gehäuseunterteils montiert ist. Eine topfartig ausgebildete Ausbuchtung ist an der Unterseite der Platte des Gehäuseunterteils eingeformt. Die topfartig ausgebildete Ausbuchtung des Gehäuseunterteils hat einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser einer handelsüblichen Unterputzdose. Die Höhe der Ausbuchtung des Gehäuseunterteils ist kleiner als die Höhe einer handelsüblichen Unterputzdose. Figures 11 to 14 show all side views of the housing, the upper housing part is mounted on the top of a plate of a lower housing part. A pot-shaped bulge is formed on the underside of the plate of the lower housing part. The pot-shaped bulge of the lower housing part has an outer diameter that is smaller than the inner diameter of a standard flush-mounted box. The height of the bulge of the lower housing part is smaller than the height of a standard flush-mounted box.
Figur 11 - Seitenansicht von oben Figure 11 - side view from above
11a kennzeichnet Bewegungsmelder 11a identifies motion detectors
11b kennzeichnet LSA-Terminal 11b denotes LSA terminal
Figur 12 - Seitenansicht von unten, mit: Figure 12 - side view from below, with:
12a Öffnungs für USB-C Anschluss 12a opening for USB-C connection
12b Öffnungshilfe für Snap-Fit-Entriegelung 12b Opening aid for snap-fit unlocking
12c Bewegungsmelder 12c motion detector
12d diagonal angeordnete Lüftungsöffnungen 12d diagonally arranged ventilation openings
Figur 13 - Seitenansicht von links, mit: Figure 13 - side view from the left, with:
13a LSA-Terminal 13a LSA terminal
13b Lüftungsöffnungen seitlich für Netzteil 13b side ventilation openings for power supply
13c Sensorbereich Lüftungsöffnungen diagonal Figur 14 - Seitenansicht von recgts, mit: 13c Sensor area ventilation openings diagonally Figure 14 - side view of recgts, with:
14a Öffnung für Resetschalter und Mikrofon 14a opening for reset switch and microphone
14b Öffnung für MicroSD Karte 14b opening for MicroSD card
14c Luftaustritt für Gebläse 14c air outlet for blower
Die Figur 15 stellt die Aufnahmeposition für den Lichtsensor oder LED und das Kameramodul dar. Das aufgelötete SMD-Bauteil 15b auf der Platine bildet den fest-installierten Lichtsensor. Die Gehäuseausformung 15c ermöglicht wahlweise die Aufnahme des eckigen Kameramoduls 15a bzw. die Aufnahme einer runden Kunstofflinse. FIG. 15 shows the recording position for the light sensor or LED and the camera module. The soldered SMD component 15b on the circuit board forms the permanently installed light sensor. The housing shape 15c optionally allows the angular camera module 15a to be accommodated or a round plastic lens to be accommodated.
In Figur 16 und 17 ist eine Weiterentwicklung des separierten Sensorbereichs mit Ventil schematisch dargestellt. Die Nummerierung in beiden Zeichnungen ist identisch. Die Abschirmung des Sensorbereichs wird über einen Längs-Ausschnitt in der Platine 16f und über eine Trennwand 16c gebildet. Über die Öffnungen im Randbereich 16h im Gehäuseoberteil 16e hat der abgetrennte Sensorbereich direkten Kontakt zur Umgebungsluft. Die Ventilklappe 16d schließt den abgetrennten Bereich vollständig vom restlichen Steuergerät ab. Durch die Schwerkraft, welche in Richtung des Pfeils 16a wirkt, bleibt die Klappe im Normalzustand geschlossen. A further development of the separated sensor area with valve is shown schematically in FIGS. 16 and 17. The numbering in both drawings is identical. The shielding of the sensor area is formed via a longitudinal cutout in the circuit board 16f and via a partition 16c. The separated sensor area has direct contact with the ambient air via the openings in the edge area 16h in the upper housing part 16e. The valve flap 16d completely closes off the separated area from the rest of the control unit. Gravity, which acts in the direction of arrow 16a, keeps the flap closed in the normal state.
Wenn das Steuergerät einen erhöhten Kühlungsbedarf hat, oder ein anderer Grund zur Lüftung besteht, wird durch ein Gebläse ein Luftstrom in Richtung 16b erzeugt, und der resultierende Unterdrück öffnet die Klappe/Hebel 16d. If the control device has an increased cooling requirement or there is another reason for ventilation, an air flow is generated in the direction 16b by a fan, and the resulting suppression opens the flap / lever 16d.
Die geöffnete Klappe ermöglicht dann einen Luftstrom durch das ganze Gehäuse. The opened flap then allows air to flow through the entire housing.
Der Anschlagpunkt 16g begrenzt den Bewegungsradius soweit, dass der Schwerpunkt der Ventilklappe 16d nicht über der Rotationsachse liegen kann und die wirkende Schwerkraft 16a die Klappe bei abgeschaltetem Gebläse wieder schließt. Die Ventilklappe 16d kann auch als Membran ausgeführt werden (z.B. eine einseitig fixierte flexible Membran). The stop point 16g limits the range of motion to such an extent that the center of gravity of the valve flap 16d cannot lie above the axis of rotation and the acting gravity 16a closes the flap again when the fan is switched off. The valve flap 16d can also be designed as a membrane (for example a flexible membrane fixed on one side).
In der Figur 18 ist die exemplarische Montage eines Erweiterungsmoduls im Gerät dargestellt. Die Hauptplatine 18c ist am Gehäuseoberteil 18a über Kunstoffdome 18b mit Schrauben 18e verschraubt. FIG. 18 shows the exemplary installation of an expansion module in the device. The main board 18c is screwed to the upper housing part 18a via plastic domes 18b with screws 18e.
An der Position 18g ist exemplarisch ein Federstiftkontakt in der Hauptplatine eingelötet, oder verpresst. Sofern der Stift verlötet ist, wird er von der Rückseite her verlötet. Der Kragen 18j am Federstift bestimmt die korrekte Position in der Hauptplatine und dient gleichzeitig als Lotaufnahmefläche. Der Federstiftkopf 18i ist vertikal frei beweglich und eine im Federstift vorhandene Feder (Detailzeichnung A) drückt den Kopf in Richtung Erweiterungsplatine 18d. In der Erweiterungsplatine sind exemplarisch metallische Kontaktstellen 18h bzw. metallisierte THT Bohrungen (exemplarisch 18f) vorhanden. Die Vorspannung der Feder des Federstiftes stellt eine sichere elektrische Verbindung zwischen den beiden Platinen her. Durch die Art des Aufbaus ist der Abstand 18k zwischen den Platinen nahezu 0. In der Hauptplatine sind unterhalb der Erweiterungsmodule Ausfräsungen vorhanden, um doppelseitig bestückte Erweiterungsmodule zu ermöglichen. At position 18g, a spring pin contact is soldered or pressed into the main circuit board as an example. If the pin is soldered, it is soldered from the back. The collar 18j on the spring pin determines the correct position in the main board and at the same time serves as a solder receiving surface. The spring pin head 18i is freely movable vertically and a spring present in the spring pin (detail drawing A) presses the head in the direction of the expansion board 18d. Metallic contact points 18h or metallized THT bores (exemplarily 18f) are present in the expansion board. The bias of the spring of the spring pin creates a secure electrical connection between the two boards. Due to the type of construction, the distance 18k between the boards is almost 0. In the main board, there are milled-out areas below the expansion modules to enable expansion modules equipped on both sides.
18a Ausschnitt der Frontgehäuses mit verschraubter Hauptplatine 18a Cutout of the front housing with screwed main board
18b Haltedom mit Innengewinde 18b Haltedom with internal thread
18c Hauptplatine 18c motherboard
18d Erweiterungsplatine 18d expansion board
18e Montageschrauben 18e mounting screws
18f exempl. TH Loch 18f exempl. TH hole
18g Durchbohrung Hauptplatine mit eingelötetem Federkontaktstift 18h Goldkontaktfläche auf Erweiterungsplatine 18g through-hole main board with soldered spring contact pin 18h gold contact surface on expansion board
18i Federkontaktstiftkopf 18i spring contact pin head
18j Einlötkragen Federkontaktstift 18j solder collar spring contact pin
18k Abstand zwischen Hauptplatine und Erweiterungsmodul Detailzeichnung A: eingelöteter Federkontaktstift, Kopf beweglich 18k distance between motherboard and expansion module Detail drawing A: soldered spring contact pin, movable head
Die Erfindung ist nicht auf die vorliegenden Ausführungsformen beschränkt. The invention is not limited to the present embodiments.
Vielmehr ist es möglich, durch Variation und Modifikation der genannten Merkmale weitere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Rather, it is possible to implement further design variants by varying and modifying the features mentioned, without leaving the scope of the invention.

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Universelles Multifunktionsgerät zur Realisierung von mehreren 1. Universal multifunction device for the realization of several
Gebäudeautomatisierungsanwendungen mit einem Gehäuse und einem Display und/oder Schaltern oder Tastern umfassend die Bauelemente: Building automation applications with a housing and a display and / or switches or buttons comprising the components:
- mindestens einen Sensor - at least one sensor
- mindestens einen Aktor - at least one actuator
- mindestens eine Recheneinheit - at least one computing unit
wobei die Bauelemente in dem Gehäuse angeordnet und somit in einem Gerät vereint sind und das Gerät ohne Verbindung zu einem zentralen Gateway oder Netzwerkgerät funktionsfähig ist und das Gerät ausgeführt ist zur Montage in einer Unterputzdose oder als Austauschgerät für ein Wandthermostat und über ein Netzteil oder Spannungswandler verfügt. the components are arranged in the housing and thus combined in one device and the device is functional without a connection to a central gateway or network device and the device is designed for installation in a flush-mounted box or as an exchange device for a wall thermostat and has a power supply unit or voltage converter .
2. Multifunktionsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Display ein berührungsintensives Display ist und die Sensoren ausgebildet sind zur Temperaturmessung und/oder Luftfeuchtemessung und/oder Luftdruckmessung und/oder Luftqualitätsmessung und/oder Bewegungsmeldung und/oder als Videokamera 2. Multifunction device according to claim 1, characterized in that the display is a touch-intensive display and the sensors are designed for temperature measurement and / or air humidity measurement and / or air pressure measurement and / or air quality measurement and / or motion detection and / or as a video camera
und die Aktoren direkt elektrische Verbraucher steuern und ausgebildet sind als Relais und/oder Dimmer und/oder Thyristor und/oder Triac und/oder Stellglieder. and the actuators directly control electrical consumers and are designed as relays and / or dimmers and / or thyristors and / or triac and / or actuators.
3. Multifunktionsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Speichereinheit zur Aufzeichnung der Sensordaten und Speicherung von dezentralen Steueraufgaben und/oder akustische und optischen Signalgeber oder Warnmelder und/oder Funkmodule zur Kommunikation und/oder kabelgebundene Schnittstellen (KNX, CAN, RS485, TTL) und/oder ein Lüfter, vorzugsweise als ein drehzahlgeregeltes Gebläse ausgebildet, vorrangig zur thermischen Entkopplung der integrierter Sensoren und Kühlung des Gerätes, angeordnet ist/sind. 3. Multifunction device according to claim 1 or 2, characterized in that further a storage unit for recording the sensor data and storing decentralized control tasks and / or acoustic and optical signal transmitters or warning devices and / or radio modules for communication and / or wired interfaces (KNX, CAN, RS485, TTL) and / or a fan, preferably designed as a speed-controlled blower, is / are arranged primarily for thermal decoupling of the integrated sensors and cooling of the device.
4. Multifunktionsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es ausgerüstet ist mit einer Intensität-regelbaren Lüftungsanlage (Lüfter, Gebläse), welche ausgebildet ist, je nach Auslastung des Gerätes und Eigenerwärmung die thermische Entkopplung der integrierten Sensoren zu verbessern und diese schneller mit frischer zu messender Umgebungsluft zu versorgen. 4. Multifunction device according to claim 1, characterized in that it is equipped with an intensity-controllable ventilation system (fan, blower), which is designed to improve the thermal decoupling of the integrated sensors depending on the utilization of the device and self-heating, and this faster with fresher to supply ambient air to be measured.
5. Multifunktionsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus mindestens zwei Teilen besteht, wobei eine topfartig ausgebildete Ausbuchtung an der Unterseite des Gehäuses angeformt ist und diese fest mit einer handelsüblichen Unterputzdose verbindbar ausgebildet ist, wobei das Gehäuse im Randbereich mindestens eine Lüftungsöffnung oder Sensoröffnung aufweist, sowie über mindestens eine Öffnung im Oberteil verfügt, welche zur Aufnahme eines berührungssensitivem Displays ausgebildet ist. 5. Multifunction device according to claim 1, characterized in that the housing consists of at least two parts, a cup-shaped bulge is formed on the underside of the housing and this is firmly connected to a commercially available flush-mounted box, the housing in the edge region at least one ventilation opening or has a sensor opening, and has at least one opening in the upper part, which is designed to accommodate a touch-sensitive display.
6. Multifunktionsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es ausgerüstet ist mit einem zum Raum ausgerichtetem Infrarotsensor zur Temperaturerfassung, und/oder ausgestaltet ist, die Entfernung einer Präsenz im Raum über die gemessene Temperatur des Infrarotsensors näherungsweise zu bestimmen, 6. Multifunction device according to claim 1, characterized in that it is equipped with an infrared sensor oriented towards the room for temperature detection, and / or is designed to approximately determine the distance of a presence in the room via the measured temperature of the infrared sensor,
wobei der Infrarotsensor so angeordnet ist, dass er in den Raum vor dem Gerät horizontal oder nahezu horizontal hinein misst und das Gerät den Bewegungsmelder oder interne Temperatursensoren als Vergleichswert zur Berechnung der Entfernung der Präsenz heranzieht. the infrared sensor being arranged such that it measures horizontally or almost horizontally into the space in front of the device and the device uses the motion detector or internal temperature sensors as a comparison value for calculating the distance of the presence.
7. Multifunktionsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die integrierten Recheneinheiten und Sensoren so verschaltet sind, dass sie sich gegenseitig überwachen und im Falle eines Ausfalls einer Recheneinheit eine andere Recheneinheit selbständig in der Lage ist, den Anwender akustisch, optisch oder per Netzwerk über den Ausfall zu warnen und dass auf sekundären programmierbaren Recheneinheiten Programme laufen, die den Hauptprozessor ergänzen und dass die integrierten sekundären Recheneinheiten sich von der Hauptrecheneinheit im laufenden Betrieb umprogrammieren lassen. 7. Multi-function device according to claim 1, characterized in that the integrated computing units and sensors are connected so that they monitor each other and in the event of a failure of a computing unit, another computing unit is capable of the user acoustically, optically or via network to warn of the failure and that programs that complement the main processor are running on secondary programmable computing units and that the integrated secondary processing units can be reprogrammed by the main processing unit during operation.
8. Multifunktionsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass8. Multifunction device according to claim 1, characterized in that
In einem räumlich separiertem Bereich innerhalb des Gehäuses mindestens ein Ventil integriert ist, welches aktiv- oder unterdruckgesteuert wird und der räumlich separierte Bereich eine Verbindung zur Umgebungsluft hat und das Ventil in Richtung des restlichem Gehäuseinneren (oder einem Bereich davon) öffnet und damit einen Transfer der Umgebungsluft über den abgetrennten Raum hinweg in den restlichen Teil des Gehäuseinneren ermöglicht. At least one valve is integrated in a spatially separated area within the housing, which is controlled actively or under vacuum and the spatially separated area has a connection to the ambient air and opens the valve in the direction of the rest of the housing interior (or a region thereof) and thus a transfer of the Ambient air across the separated room in the remaining part of the housing interior.
9. Multifunktionsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es ausgestattet ist mit Lautsprecher und Mikrofon und eine9. Multi-function device according to claim 1, characterized in that it is equipped with speakers and a microphone
Gegensprechanlage bereitstellt und bei installierter Videokamera Videotelefonie ermöglicht. Intercom provides and enables video telephony with installed video camera.
10. Multifunktionsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es ausgestattet ist mit einem Datenanschluss für seriell miteinander verschaltbare Mehrfarb-Leuchtmittel und jede LED eine anderen Farbzustand annehmen kann. 10. Multifunction device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a data connection for serially interconnectable multi-color lamps and each LED can assume a different color state.
11. Multifunktionsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse so ausgeformt ist, dass es ohne Modifikation die Nachrüstung eines Kameramoduls in eine passgenaue Ausformung im Gehäuseoberteil ermöglicht, ohne einen im selben Bereich installierten Lichtsensor oder LED entfernen zu müssen. 11. Multifunction device according to claim 1, characterized in that the housing is shaped in such a way that, without modification, it is possible to retrofit a camera module into a precisely fitting shape in the upper part of the housing without having to remove a light sensor or LED installed in the same area.
12. Multifunktionsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse im Unterputzbereich ausgeformt ist für die Aufnahme eines modularen Netzteils mit einer elektrischen Steckverbindung zum restlichen Steuergerät und das Gerät ausgestattet ist mit einem Stromsensor zur Erfassung des Eigenverbrauchs und/oder Stromverbrauchs mindestens eines angeschlossenen Verbrauchers. 12. Multifunction device according to claim 1, characterized in that the housing is shaped in the flush-mounted area for receiving a modular power supply unit with an electrical plug connection to the rest of the control unit and the device is equipped with a current sensor for detecting the self-consumption and / or current consumption of at least one connected consumer .
13. Multifunktionsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät im Unterputzbereich ausgestattet ist mit einem LSA- Schneideklemmen -Terminal zur Aufnahme von Datenleitungen und/oderim Unterputzbereich mit einem thermisch-geschütztem Varistor ausgestattet ist, um sich selbst und an die Aktoren angeschlossene Verbraucher vor Überspannung zu schützen. 13. Multi-function device according to claim 1, characterized in that the device in the flush-mounted area is equipped with an LSA insulation displacement terminal for receiving data lines and / or in the flush-mounted area with a thermally-protected varistor to protect itself and consumers connected to the actuators to protect against overvoltage.
14. Multifunktionsgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es ausgestaltet ist zur Aufnahme von Erweiterungsmodulen, welche auf die Hauptplatine gelegt und durch die Hauptplatine mit dem Gehäuse verschraubbar ausgebildet sind, wobei der elektrische Kontakt über Federstiftkontakte hergestellt wird, welche in der Hauptplatine von der Rückseite her verlötbar ausgebildet sind und die Erweiterungmodule an der Kontaktstelle über Goldkontaktflächen oder übliche THT 14. Multifunction device according to claim 1, characterized in that it is designed to accommodate expansion modules which are placed on the main board and are screwable through the main board to the housing, the electrical contact being made via spring pin contacts which are in the main board from the Back are formed solderable and the expansion modules at the contact point via gold contact surfaces or conventional THT
Durchkontaktierungen (Through-Hole-Technology) verfügen. Have through-holes (through-hole technology).
15. Verfahren zur Realisierung eines dezentralisierten Gebäudeautomatisierungs-Netzwerkes, auch Smart-Home Netzwerkes, welches basiert auf der Grundlage von mehreren räumlich verteilten „dezentralen“ Geräten, wobei jedes dezentrale Gerät als Verbindungsschnittstelle für „nahe“ andere netzwerkfähige Smart- Home-Geräte, Sensoren oder Aktoren fungiert und somit ein eigenes dezentrales Netzwerk aufspannt, wobei die verschiedenen dezentralen Geräte ein eigenes übergeordnetes Netzwerk bilden, aber dennoch einzeln funktionsfähig bleiben. 15. Method for realizing a decentralized building automation network, also smart home network, which is based on several spatially distributed "decentralized" devices, each decentralized device as a connection interface for "close" other network-compatible smart home devices, sensors or actuators and thus spans its own decentralized network, with the various decentralized devices forming its own higher-level network, but still functioning individually.
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