IT201900010695A1 - Sistema di controllo di dispositivi per la domotica wireless - Google Patents

Description

Domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“SISTEMA DI CONTROLLO DI DISPOSITIVI PER LA DOMOTICA WIRELESS”

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce in generale ad un sistema distribuito per la domotica.

In particolare la presente invenzione si riferisce ad un sistema per un impianto elettrico con comandi wireless per realizzare un impianto elettrico in ambito abitativo civile, terziario e industriale, interconnesso, automatizzato e controllabile localmente e da remoto.

Più nel dettaglio la presente invenzione si riferisce ad un sistema che abbia un minimo impatto estetico, atomicità dei componenti, massima adattabilità a impianti tradizionali esistenti e massima flessibilità e scalabilità.

Stato della tecnica

Le principali soluzioni analizzate attualmente in commercio sono Somfy, Domoki, Fibaro System, wiDom e I-Domotica.

Una ulteriore soluzione nota è il sistema “Living Now” della Bticino.

Le soluzioni analizzate si caratterizzano per essere le più tecnologicamente all’ avanguardia e pertanto si pongono come parametro di riferimento del trovato qui presentato.

Lo stato dell’arte nella domotica e nella building automation oggi si distingue in due grandi categorie: impianti con collegamenti cablati mediante conduttori schermati speciali (cavi “bus”) e impianti wireless.

Gli impianti del primo tipo con bus cablato presentano una difficoltà e un costo di ingegnerizzazione tali da scoraggiare in molti casi l’installazione in impianti preesistenti, lasciando quindi esclusa dal deployment una fetta di mercato enorme. Inoltre, sono poco flessibili rispetto a modifiche funzionali e ampliamenti che si rendessero necessari in seguito alla prima installazione poiché richiedono sempre nuovi cablaggi. Pertanto, tali tipologie sono state escluse dalle soluzioni qui considerate.

Le caratteristiche dei prodotti dei concorrenti sopracitati sono essenzialmente molto simili tra loro e presentano almeno uno dei seguenti punti di criticità, svantaggi e limiti.

I prodotti noti necessitano di installare a vista apparecchiature con presa a bordo comandabile, innestati su prese a muro tradizionali e pertanto i sistemi hanno una estetica invasiva che ne rende impossibile l’applicazione in diversi casi, come ad esempio, nei siti archeologico-monumentali o nei palazzi storici, in entrambi i casi evidentemente sia per ragioni di tipo strutturale che per i vincoli architettonici che li possono riguardare.

I prodotti noti necessitano di un dispositivo per ogni punto luce o presa da controllare, moltiplicando in tal modo costi, aumentando l’invasività estetica e la possibilità di manomissione (bambini, domestiche, urti accidentali).

I prodotti noti necessitano di installare una centralina di controllo, che di fatto diventa l’anello debole del sistema che, in caso di guasto, rende l’intero impianto inutilizzabile; inoltre, alcuni di questi sistemi, necessitano altresì, di qualche apparecchiatura aggiuntiva di controllo e supervisione ad hoc (come uno o più dispositivi touchscreen) per poter controllare tutti gli accessori del sistema.

Il protocollo di comunicazione utilizzato dalle soluzioni note è prevalentemente lo zwave, tramite la centrale di controllo, ovvero un protocollo wireless progettato appositamente per la domotica, il cui ambito di utilizzo comprende l'automazione negli ambienti residenziali, commerciali, ricettivi e assistenziali e le cui applicazioni spaziano dalla domotica alla telesorveglianza e alla telemedicina, per continuare con l'intrattenimento domestico, il controllo accessi, i sistemi di efficientamento e di risparmio energetico.

L’accesso ai sistemi noti da remoto avviene prevalentemente mediante collegamento diretto al router del sistema tramite DMZ De-Militarized Zone o port forwarding, il che rende la rete vulnerabile dall’esterno e richiede un indirizzo IP statico che può rappresentare un costo aggiuntivo.

I prodotti noti hanno dispositivi di commutazione elettromeccanici (relè) per attivare e disattivare i carichi, i quali soffrono di usura elettrica e meccanica e sono rumorosi, quindi poco idonei soprattutto per uffici, hotel, B&B, ospedali.

Tutti i dispositivi noti analizzati idonei ad essere integrati con gli interruttori o pulsanti della serie civile, funzionano con linee ausiliarie a bassa tensione per inviare dei comandi; pertanto necessitano di un alimentatore o trasformatore a bassa tensione e, laddove sia già esistente un impianto tradizionale con pulsanti luce corridoio o scale, comporta la modifica dello stesso per utilizzare gli stessi pulsanti come comandi per la domotica.

Il costo della tecnologia dei prodotti noti, a parità di oggetti automatizzati, è del tutto paragonabile alla domotica tradizionale cablata.

I prodotti noti sono complessi da programmare, necessitano personale specializzato, rendono complessa un’operazione di upgrade o ampliamento o modifica della programmazione.

Sommario dell’invenzione

La presente invenzione si prefigge lo scopo di realizzare un sistema per domotica e building automation con i seguenti obiettivi:

- sistema dal costo competitivo, economico sia per i componenti che per la ingegnerizzazione,

- sistema semplice da installare da parte di personale senza particolari competenze, - sistema facilmente applicabile ad impianti tradizionali (edifici storici, domestici ed industriali) preesistenti senza ulteriori cablaggi,

- sistema privo di invasività estetica,

- sistema privo di invasività edile e impiantistica,

- sistema scalabile, espandibile e aggiornabile,

- sistema con architettura a stella e in grado di isolare gli errori,

- sistema con architettura di interconnessione tra i moduli che compongono il sistema esclusivamente basata su software senza alcuna infrastruttura hardware e del tipo a stella centrata su un Access Point (“AP”)-Router in modalità standard “Root Mode” ossia con le funzioni di hub wireless che smista i pacchetti TCP/IP e UDP tra i vari moduli e/o opzionalmente, tramite Router-Modem, da e verso la WAN, - sistema in grado di isolare gli errori e guasti in qualche modulo, in modo che non compromettano la funzionalità della restante parte del sistema.

L’invenzione si riferisce ad un sistema di controllo da remoto di dispositivi per la domotica comprendente un dispositivo di controllo, un punto di accesso (AP) ad una rete wireless, e almeno un dispositivo di comando installato completamente all’interno di una scatola di derivazione o di una scatola porta-frutti di un impianto elettrico, e collegato direttamente ai conduttori presenti nella scatola che a loro volta sono connessi alla tensione di rete.

L’almeno un dispositivo di comando comunica in modo wireless con il punto di accesso, e invia e/o riceve un messaggio dal dispositivo di controllo (smartphone) per attivare e/o disattivare una utenza.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione seguente fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle figure illustrate nelle tavole allegate, in cui:

la Figura 1 mostra un esempio di un impianto domotico minimale secondo la presente invenzione;

la Figura 2 mostra un esempio di impianto domotico semplice secondo la presente invenzione;

la Figura 3 mostra un esempio di applicazione del sistema oggetto della presente invenzione in ambito di civile abitazione;

la Figura 4 mostra un esempio di applicazione del sistema in ambito commerciale e industriale, in particolare in un supermercato;

la Figura 5 mostra un esempio di uno schema a blocchi del sistema completo; la Figura 6 mostra uno schema a blocchi che esemplifica l’architettura hardware di un modulo tipo;

la Figura 7 mostra un esempio di ingressi universali su un modulo del sistema (nel caso illustrato, il modulo “Impera” H).

Le parti componenti il sistema secondo la presente descrizione sono state rappresentate nei disegni, ove opportuno, con simboli convenzionali, mostrando solo quei dettagli specifici che sono pertinenti alla comprensione delle forme di realizzazione della presente invenzione, in modo da non evidenziare dettagli comuni che saranno immediatamente evidenti, ai tecnici esperti dell'arte.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

La soluzione qui descritta è il risultato della progettazione di un sistema di dispositivi per domotica wireless e relativi software applicativi (App) e firmware, eseguita con l’obiettivo di superare gli inconvenienti tecnici, i costi e tutte le altre limitazioni dei sistemi attualmente esistenti.

La presente invenzione ha per oggetto l’architettura hardware e software di un sistema di domotica e building-automation costituita da moduli ossia dispositivi hardware specificamente progettati e dai relativi software (App e Firmware).

Il sistema oggetto dell’invenzione è modulare e scalabile, e può essere costituito da uno o più dei seguenti componenti:

- almeno un modulo idoneo ad essere installato all’interno di una scatola di derivazione o di una scatola porta-frutti di un impianto elettrico, e collegato direttamente ai conduttori presenti nella scatola che a loro volta sono connessi alla tensione di rete, a pulsanti o interruttori e a prese per utilizzatori elettrici;

- un punto di accesso Access Point “AP” che genera una rete locale wireless WLAN WL opzionalmente connesso ad una rete esterna WAN (Internet) e, tramite essa, ad un Cloud-server,

- uno o più dispositivi di supervisione e controllo (che possono essere smartphone, tablet, PC commerciali o dispositivi logici simili o assimilabili compresi i relativi software);

- un software di configurazione e un software di supervisione e controllo, eventualmente integrati in un’unica Applicazione (APP).

Nel sistema la presenza di uno smartphone e/o tablet commerciale su cui è scaricata ed installata un’apposita “App” o software applicativo, conferisce al sistema il vantaggio di essere aggiornabile nel tempo, garantendo un’efficienza negli anni che altri sistemi non offrono.

Inoltre, il sistema qui descritto risulta facilmente installabile e gestibile direttamente o con la sola assistenza di un elettricista.

Con il termine App in questa descrizione si intende un software per dispositivi mobili come Smartphone, Tablet o PC appositamente sviluppato per il sistema in oggetto che può essere distribuita in vari modi tramite Play-store e Apple Store e comprende essenzialmente due insiemi di funzioni, ovvero funzioni per la configurazione del sistema in fase di installazione iniziale e/o modifica della configurazione (APPC), e funzioni per la gestione quotidiana del sistema, denominate funzioni di supervisione e controllo (APPS).

In fase di distribuzione si può decidere di integrare i due insiemi di funzioni in un’unica App o fornire due App separate.

Grazie all’elevata flessibilità del sistema e la sua adattabilità ad impianti tradizionali utilizzati da persone senza specifica competenza e aggiornamento tecnologico, il sistema è stato progettato in modo tale da poter utilizzare l’impianto in due modalità fondamentali: una modalità base e una modalità avanzata.

In modalità base l’impianto si presenta esternamente come un impianto elettrico tradizionale e viene comandato tramite pulsanti e interruttori, ma con un più elevato grado di automazione ed efficienza rispetto ad un impianto tradizionale. In questa modalità non si rende necessario l’uso di nessuna App per la supervisione e controllo, ma soltanto per l’installazione e configurazione. Questa tipologia di uso è particolarmente orientata all’uso da parte di anziani.

In modalità avanzata l’impianto può essere gestito interamente da dispositivi mobili sui quali è installata una App di supervisione e controllo (APPS) consentendo di avere molte informazioni aggiuntive sullo stato dell’impianto, tra cui potenza assorbita ed energia consumata, misure di parametri ambientali (temperatura, umidità, velocità del vento, movimento persone, etc.) e di eseguire tutti i comandi tramite dispositivo mobile, anche da remoto tramite Cloud e Internet.

Le due modalità d’uso per lo stesso impianto possono coesistere.

Il sistema ha la seguente metodologia di funzionamento: ogni modulo comunica in modalità wireless tramite il punto di accesso (AP) e la rete WLAN, con uno o più altri moduli e scambia (invia e/o riceve) messaggi di stato, controllo, misura, errore e diagnosi, avvertenza con altri moduli e con il/i dispositivo/i di supervisione e controllo (smartphone, tablet, PC) allo scopo di visualizzare stato e misure, attivare e/o disattivare utilizzatori elettrici dell’impianto e/o impostare scenari, regole di controllo, orari di attivazione e disattivazione degli utilizzatori, controllo accessi, aperture e chiusure cancelli, serramenti, infissi, vasistas.

Nel seguito sarà utilizzata una terminologia avente il significato specifico indicato nel seguente glossario.

Il modulo è una apparecchiatura sviluppata ad hoc facente parte del sistema domotico completo con il quale è interconnesso e il cui funzionamento avviene in modo coordinato con altri moduli. Esso è costituito di hardware e software.

La tecnologia Wireless è la metodologia di comunicazione via etere tra dispositivi che non usa mezzi trasmissivi metallici o fibre ottiche, ma usa onde elettromagnetiche.

Un dispositivo di comando è un interruttore o pulsante della serie civile.

Un dispositivo di controllo e supervisione è un dispositivo mobile (come smartphone, tablet, personal computer standard o dispositivo ad hoc) in grado sia di impartire comandi sia di visualizzare lo stato del sistema.

Un dispositivo di commutazione è un modulo contenente a bordo uno o più interruttori per la tensione di rete elettrica quindi in grado di dare e togliere tensione a prese e utilizzatori elettrici.

Gli ingressi in un modulo sono punti di ingresso di segnali esterni provenienti da dispositivi di comando (pulsanti) o da sensori (anemometri, luxmetri, sensori PIR, sensori di temperatura e umidità etc.)

Le uscite in un modulo sono uscite di potenza a tensione di rete in grado di alimentare prese con utilizzatori elettrici. Normalmente sono fisicamente costituite da morsetti per conduttori elettrici.

I messaggi sono -pacchetti di dati informatici scambiati tra apparecchiature di una rete; nel caso in fattispecie scambiati tra uno o più dispositivi quali: moduli, accesspoint, smartphone, tablet, PC, modem, Internet, Cloud. I messaggi possono contenere: dati di misure, comandi, configurazioni, errori, avvertimenti.

Il cloud è l’insieme di servizi forniti su rete WAN da una serie di software applicativi sviluppati ad hoc che in questo contesto sono parte integrante dell’invenzione. Il Firmware è un software specifico residente in un modulo che ne costituisce contemporaneamente il suo sistema operativo e programma applicativo. In questo contesto il firmware è parte integrante dell’invenzione.

Il controllo è una azione atta ad imporre un comportamento desiderato ad un sistema o dispositivo o ad una grandezza fisica. In questo contesto è usata questa accezione anglosassone che è lo standard di fatto in ambito tecnico, piuttosto che l’accezione latina di “verifica” la quale sarà indicata con i termini tecnici “supervisione” e “monitoraggio”.

Da “remoto” è detto di controllo o monitoraggio e indica che l’azione è eseguita da un dispositivo sito in una rete esterna all’impianto quindi non facente parte della rete LAN dell’impianto, ma che su di esso è effettuato da una rete WAN esterna.

Software applicativo o “App” è un programma informatico contenente funzioni logiche, algoritmi, funzioni di comunicazione, funzioni grafiche, sviluppato per microprocessori, idoneo a funzionare su una piattaforma costituita da un sistema operativo e un computer o device intelligente. In questo contesto le “App” sono sviluppate ad hoc e sono parte integrante dell’invenzione.

Le peculiarità fondamentali del sistema qui descritto che lo differenziano dall’arte nota e ne superano le limitazioni citate prima sono qui di seguito descritte. Il sistema è progettato per essere installato totalmente a scomparsa dentro le scatole di derivazione e scatole porta-frutti dell’impianto elettrico nuovo o preesistente e inoltre non richiede cablaggi supplementari; in tal modo è idoneo alle applicazioni retrofit su impianti tradizionali; ciò ne permette l’adozione sia in ambito residenziale, terziario e commerciale e industriale, ma soprattutto in ambito dei beni culturali e dei palazzi storici, spesso caratterizzati da condizioni edili e impiantistiche limitanti o da vincoli di tipo architettonico.

Se applicato a impianti di nuova costruzione, permette di ridurre drasticamente la quantità di cavi da utilizzare.

Nel sistema qui proposto un solo modulo dotato di dispositivi di commutazione può controllare diversi utilizzatori (prese, punti luce, elettrodomestici, caldaie, serrande motorizzate, etc.) anche disomogenei e posti in ambienti diversi e inoltre alcuni degli stessi moduli, possono accettare anche input da diversi dispositivi di comando (pulsanti e/o interruttori).

L’architettura hardware e software del sistema è tale che ogni singolo nodo è autonomo e comunica tramite protocolli intelligenti con gli altri nodi, da punto a punto (peer to peer), senza necessità di una centralina o apparato domotico di coordinamento; pertanto, se un nodo o modulo si guasta o si blocca o non è più alimentato, il disservizio rimane limitato e comunque immediatamente identificabile in quanto il sistema ha capacità di autodiagnostica tramite i software applicativi che provvedono ad informare l’utente, mentre il resto del sistema continua a funzionare. Il sistema è scalabile a partire da un singolo modulo ad un numero molto grande, praticamente illimitato, di dispositivi.

Il sistema può essere utilizzato in due modalità fondamentali: una modalità di base o elementare, particolarmente idonea agli utenti anziani, e una modalità avanzata che permette di ottenere elevate prestazioni di automazione e controllabilità.

Nella modalità base, dispositivi di comando indicati con il riferimento DC in Figura 2, sono pulsanti e interruttori standard della serie civile, opportunamente programmati in fase di configurazione. Tali dispositivi di comando DC possono assolvere a compiti avanzati come impostare uno scenario o comandare a grande distanza o avere una molteplicità di funzioni a seconda che vengano premuti ripetutamente o in rapida successione o mantenuti premuti per un dato intervallo di tempo. Ad esempio, mantenendo premuto un pulsante a muro per più di due secondi, e poi premendo ripetutamente entro dieci secondi, si può cambiare la temperatura di colore dell’illuminazione a LED del salone oppure altre funzioni a scelta impostate in fase di configurazione dell’impianto. In tale modalità l’utente non ha necessità di usare dispositivi mobili come smartphone e tablet.

In modalità avanzata, vedere le Figure 3 e 4, l’utente controlla e supervisiona l’impianto localmente o da remoto mediante dispositivi mobili avanzati. Le due modalità possono coesistere nello stesso impianto usato sia da utenti evoluti che utenti semplici.

Il mezzo di comunicazione tra i dispositivi e/o con il Cloud è la rete Wi-Fi IEEE 802.11 a 2,4GHz, che è ormai uno standard presente in ogni abitazione, scelto perché ha un’adeguata portata, un adeguato livello di sicurezza, si può rendere ridondato ed è rapidamente e facilmente sostituibile in caso di guasti, a costi irrisori. Questo permette di realizzare un impianto domotico interconnesso con portate ad elevata distanza senza dovere utilizzare cablaggi aggiuntivi con cavi “bus”. L’Access-Point (AP) a cui questo mezzo si appoggia non ha una funzione assimilabile a quella di centralina domotica in quanto non origina alcun pacchetto dati o messaggio e non ha caratteristiche ad hoc per sistemi domotici, ma svolge delle funzioni elementari standard di smistamento di pacchetti TCP/IP ed è sostituibile con qualsiasi altro dispositivo simile di ampia diffusione sul mercato. I segnali di ingresso ai moduli provenienti dai dispositivi di comando (pulsanti o interruttori) sono universali in quanto accettano collegamenti a tensione di rete, anziché richiedere speciali tensioni ausiliarie, e rispondono indifferentemente ai due poli della rete elettrica monofase che sono L (fase) e N (neutro). Pertanto si ha che il sistema è flessibile in quanto consente di lasciare invariati i cablaggi dei pulsanti preesistenti e inoltre il sistema è robusto e tollerante all’errore in quanto un errore di cablaggio non produce malfunzionamenti né guasti ai dispositivi.

I dispositivi preposti alla commutazione della potenza elettrica sugli utilizzatori elettrici utilizzano una tecnologia a stato solido ossia a semiconduttori in alternativa ai componenti elettromeccanici a contatti mobili (relè).

Di conseguenza i dispositivi non soffrono usura né meccanica né elettrica, permettono una commutazione assolutamente silenziosa, e sono veloci. Il ritardo è al massimo un semiperiodo della tensione di alimentazione ossia minore di 0,01s. Inoltre i dispositivi sono dotati di un intervento di chiusura e apertura del contatto al passaggio per lo zero della tensione alternata, quindi non irradiano radiodisturbi, non trasmettono forti correnti di spunto a utilizzatori con carichi reattivi (motori, lampade), riducendone l’incidenza dei guasti e non determinano nella rete elettrica buchi di tensione.

Altra caratteristica peculiare della soluzione qui proposta è la sua facilità di installazione, configurazione e controllo tale da non richiedere nozioni e strumenti o speciali dispositivi aggiuntivi, ma si esegue semplicemente e senza fili per mezzo di una App su smartphone/tablet sviluppata ad hoc.

La prima configurazione degli apparati avverrà tramite procedura guidata estremamente semplice e user-friendly.

Il sistema infatti è progettato in modo da poter essere configurato, programmato, riconfigurato e gestito, senza la necessità di particolari competenze informatiche. Il software di configurazione è orientato per guidare l’installatore passo-passo. Le “App” su piattaforme iOS e Android abbinate al sistema sono progettate in modo tale da rendere il sistema facilmente adattabile alle esigenze dell’utilizzatore finale e poter essere modificato dallo stesso in ogni momento senza l’intervento di personale tecnico specializzato.

La flessibilità del sistema, inoltre, è tale da consentire un servizio di assistenza postvendita per la configurazione del sistema da remoto.

Il software per la configurazione degli apparati sarà reso disponibile su piattaforma Android PlayStore e iOS AppleStore.

Il software comunicherà direttamente con gli apparati tramite WiFi, se il dispositivo di controllo (smartphone) si trova nella stessa WLAN.

In alternativa, se il sistema è dotato di una connessione ad Internet, l’utilizzatore potrà accedere alle funzioni disponibili, tramite il Cloud, senza modifiche alla connessione di casa (port-forwarding, DMZ, ecc.).

Il sistema è orientato alle funzioni Cloud ossia può essere isolato da reti esterne oppure opzionalmente si interfaccia tramite rete Internet con un server Cloud che lo rende controllabile e aggiornabile da remoto. Questa caratteristica consente un costante aggiornamento e miglioramento da remoto e un download automatico della configurazione in caso di sostituzione per guasto.

Il sistema funziona indifferentemente con tensioni alternate da 90 a 250V di frequenza compresa tra 50 e 60Hz e pertanto è universalmente applicabile in tutte le regioni del mondo.

Il sistema non richiede alcun dispositivo “web server” aggiuntivo.

L’architettura hardware e software del sistema lo rende flessibilmente idoneo ad applicazioni nell’abito industriale e dei beni culturali (industria conserviera, agricoltura, cantine, logistica e depositi, musei, pinacoteche etc).

I moduli con sensori per diverse grandezze fisiche come temperatura, umidità, velocità del vento etc., possono convogliare i dati verso dei server Cloud dai quali possono essere archiviati, esaminati da remoto, monitorati con emissione di notifiche ed allarmi.

Verranno ora descritte in dettaglio le Figure da 1 a 3 che illustrano alcune possibili configurazioni tipiche a partire dalle più elementari fino alle più complesse.

Nella tabella qui sotto riportata vengono elencati in modo univoco i riferimenti usati in tutte le figure e nel testo della descrizione seguente.

TABELLA

La tabella è univoca, completa e valida per tutte le Figure e riporta un riferimento letterale costituito da una o più lettere, il corrispondente nome commerciale del dispositivo e il nome interno.

Nelle Figure, le linee tratteggiate indicano i cablaggi elettrici tradizionali effettuati mediante conduttori in rame isolato per trasporto di energia.

In Figura 1 è illustrato un impianto domotico costituito esclusivamente da un unico modulo di tipo Octo indicato nelle Figure con il riferimento E, che necessita solo in fase di installazione di essere configurato mediante un dispositivo mobile (smartphone, SP) e una App di configurazione (APPC), mentre nel funzionamento normale è totalmente autonomo. Il modulo può essere configurato per dare tensione in determinati intervalli orari a utilizzatori elettrici. Il sistema così costituito è già completo per l’uso in semplici applicazioni. Può essere utilizzato per illuminare insegne di negozi, luci giardino, serrande motorizzate, in determinati orari. La complessità, la flessibilità e la gestione sono ridotte al minimo.

La Figura 2 mostra un semplice impianto domotico costituito dai moduli indicati nelle Figure con i riferimenti E, D, H inseriti dentro le scatole insieme con interruttori e prese, e un access-point AP. Il sistema necessita solo in fase di installazione di essere configurato mediante un dispositivo mobile (smartphone, SP) con una App di configurazione (APPC). Nel funzionamento normale è utilizzato in modalità base ad accesso facilitato ossia l’utente preme i dispositivi di comando DC (pulsanti e/o interruttori standard della serie civile) collegati con brevi conduttori al modulo H sito nella stessa scatola. I moduli contenti dispositivi di commutazione E e D, posti a distanza, ricevono dei messaggi costituiti da pacchetti dati su rete WLAN e attivano o disattivano la tensione di rete sulle prese degli utilizzatori elettrici UT.

Un access-point AP standard commerciale è inserito per generare la rete WLAN e far sì che i moduli possano comunicare tra loro tramite protocolli TCP (IP e/o UDP). In fase di configurazione ad ogni pulsante collegato ad un input fisico del modulo H viene associata la generazione di un messaggio contenente dati essenziali che descrivono a quale altro modulo D o E o entrambi il messaggio è destinato e in quale/i uscita/e si intende attivare/disattivare l’alimentazione.

L’uso previsto di un impianto così costituito è una modalità cosiddetta di base o semplificata, in quanto, l’utente non necessita dell’utilizzo di alcun smartphone o tablet o pc, ma gestisce l’impianto tramite i comuni pulsanti e interruttori tradizionali. Il sistema si presenta esternamente sotto l’aspetto di un comune impianto elettrico, ma può avere in più svariate funzioni di automazione ad accesso semplificato. Nella Figura 2 è evidente la differenza tra moduli per dispositivi di comando e moduli con dispositivi di commutazione. I riferimenti DC rappresentano i dispositivi di comando (pulsanti o interruttori serie civile) collegati con conduttori a un modulo per dispositivi di comando H e ad un modulo D. In particolare, i moduli di tipo D hanno sia dispositivi di commutazione che ingressi per dispositivi di comando. I moduli H e D possono essere installati in prossimità di DC e anche entro le stesse scatole contenenti pulsanti e/o prese.

I moduli H e D, possono inviare messaggi con comandi tramite rete wireless WLAN ad un qualsiasi altro modulo dell’impianto, sito anche in un altro ambiente, con dispositivi di commutazione, ad esempio i dispositivi indicati nelle Figure con i riferimenti D, DX, E, che danno tensione agli utilizzatori elettrici UT.

Quello illustrato in Figura 3 è un esempio di impianto domotico complesso tipico per un appartamento di civile abitazione che gestisce, tra le altre cose, apriporta, apricancello, illuminazione giardino, illuminazione a strisce LED, tapparelle motorizzate, aperture chiusura vasistas, prese TV e set-top box, elettrodomestici, in cui sono utilizzate diverse tipologie di moduli domotici (C, CM, D, DX, S, LX, H, etc.), una App di configurazione APPC, una App di supervisione e controllo APPS, e un Access Point AP collegato tramite internet al Cloud.

L’impianto prevede un utilizzo in modalità avanzata e quindi possiede molteplici funzioni aggiuntive rispetto ai casi precedenti, quali: il controllo tramite dispositivi mobili, da remoto tramite Cloud, oltre al contemporaneo utilizzo in modalità base tramite pulsanti e in automazione ad orari.

Le diverse zone che compongono una abitazione domestica sono rappresentate nella Figura 3 e sono controllate da un access point AP in comunicazione con la rete Internet.

L’access point AP può essere un semplice access-point switch in modalità oppure un router-modem connesso anche ad Internet o connesso in modo wireless agli altri apparati della abitazione domestica.

In particolare in Figura 3a, relativa ad un ambiente esterno, si ha il comando di un cancello elettrico tramite un modulo con dispositivo di commutazione C e di uno o più lampioni di illuminazione tramite un modulo con dispositivo di commutazione E. Nella Figura 3b, relativa ad una zona cucina, sono indicate due prese comandate rispettivamente da un modulo per dispositivi di comando H e da un dispositivo di commutazione DX. In particolare il modulo per dispositivi di comando H legge pressioni dei pulsanti da parte degli utenti e invia messaggi per controllare interruttori o prese generiche, tramite il dispositivo di commutazione DX che controlla l’accensione e/o lo spegnimento di un forno a microonde, della macchina per il caffè espresso e dei fornelli, e l’apertura e/o la chiusura di una tapparella elettrica.

Con riferimento alla Figura 3c, relativa ad un ambiente come un soggiorno o un salotto, sono indicate tre prese diverse comandate rispettivamente da un modulo per dispositivi di comando H, un dispositivo di commutazione a otto uscite E un dispositivo di commutazione a due uscite D e un modulo L di gestione di strisce LED. In particolare il modulo E controlla l’accensione e lo spegnimento di una TV, e dei vari apparati ad essa connessi (play station, videoregistratori, box digitale terrestre o satellitare, moduli vari), il modulo D controlla l’apertura e/o la chiusura di una tapparella elettrica, e il dispositivo di comando H controlla interruttori o prese generiche.

Inoltre, in Figura 3d, relativa ad una stanza adibita ad uso studio o ufficio, sono indicate tre prese diverse comandate rispettivamente da un modulo dispositivo di commutazione a due uscite DX, un modulo con sensori SS e un modulo per dispositivi di comando H. Più nei dettagli il modulo DX permette di controllare l’accensione e/o lo spegnimento di un terminale, come ad esempio un PC, e delle diverse periferiche ad esso collegate come una stampante, uno scanner etc. Nuovamente il modulo H riceve segnali da (ossia legge lo stato di) dispositivi di comando (pulsanti e interruttori) e invia messaggi a dispositivi di commutazione che controllano interruttori o prese generiche, mentre il modulo SS legge informazioni da sensori (temperatura, umidità, etc).

La Figura 3e mostra un locale lavanderia in cui sono indicate due prese controllate da un modulo con dispositivi di commutazione DX che controlla l’accensione e/o lo spegnimento di uno scaldaacqua e di una lavatrice, un modulo per controllo attuatori motorizzati CM collegato al vasistas, e un modulo per dispositivi di comando H collegato fisicamente a interruttori o pulsanti.

In particolare, il modulo H riceve comandi dati fisicamente dagli utenti tramite pulsanti e invia messaggi sulla rete WLAN che controllano le prese e l’attuatore che apre e chiude il vasistas ma possono essere programmati per controllare qualsiasi altra presa o attuatore sito negli altri ambienti, il modulo con dispositivo di commutazione.

Infine, la Figura 3f è relativa ad una camera da letto, in cui sono indicate due prese diverse comandate rispettivamente da un modulo per dispositivi di comando H e un dispositivo di commutazione E.

Il dispositivo di comando H recepisce comandi da pulsanti sella serie civile mentre il dispositivo di commutazione E controlla l’accensione e lo spegnimento di punti luce, centro volta, e apparecchi come sveglie, lampade da comodino etc.

L’architettura del sistema permette con qualunque modulo di comando H e/o qualunque dispositivo di controllo e supervisione (smartphone, tablet, PC) di azionare qualsiasi altro modulo con dispositivo di commutazione.

La Figura 4 esemplifica un impianto domotico applicato al settore commerciale e/o industriale (nella fattispecie un supermarket) in cui vengono utilizzati diversi moduli (M, LX, DX, S, H, etc.) più una App di configurazione APPC e una App di supervisione e controllo APPS.

Rispetto al caso precedente, ulteriori funzioni aggiuntive possono essere attivate, quali ad esempio: registrazione delle temperature delle celle frigorifere tramite modulo SS e dei consumi elettrici tramite modulo M in un database su Cloud, consultabile da remoto.

NELLA FIG. 4 NON SONO RIPORTATI I RIFERIMENTI a,b,c,d In Figura 4b sono illustrati banchi frigo alimentati da una presa in cui un modulo DX controlla l’alimentazione e l’illuminazione è controllata da un modulo E.

Nella zona in Figura 4c è installato un modulo M che misura l’energia elettrica attiva assorbita e nella zona in Figura 4d un modulo H per dispositivi di comando permette mediante pulsanti di comandare i dispositivi E e DX.

Gli impianti illustrati nelle Figure 1, 2 e 3 sono esemplificativi; naturalmente in un impianto reale è possibile installare una qualsiasi combinazione di moduli anche con ripetizioni dei suddetti moduli in qualsiasi numero oppure sottoinsiemi di moduli e, come visto in Figura 1, l’impianto minimale può essere costituito anche da un singolo modulo.

Nelle scatole con soli interruttori sarà installato un modulo del tipo “Impera” indicato nelle Figure con il riferimento “H” che accetta fino a quattro comandi da interruttori o pulsanti e può inviare comandi tramite rete WiFi a qualsiasi altro dispositivo domotico. Il modulo H può controllare interruttori o prese generiche, accendere o spegnere carichi generici o impostare scenari. Esso si alimenta direttamente dalla tensione di rete e può ricevere segnali anche da una parte di impianto tradizionale preinstallato.

Nelle scatole contenenti prese o vicine ad esse possono essere installati:

- moduli di tipo “Duo”, indicati nelle Figure con il riferimento D,

- moduli di tipo “Duo Maxima”, indicati nelle Figure con il riferimento DX, o

- moduli di tipo “Octo” indicati nelle Figure con il riferimento E.

Questi moduli D, DX ed E contengono interruttori comandabili e sono quindi in grado di dare o togliere alimentazione a utenze elettriche come abatjour, lavatrici, scaldacqua, luci, climatizzatori, televisori.

Anche questi moduli D, DX ed E si alimentano direttamente dalla tensione di rete, ricevono messaggi tramite la rete WiFi e hanno a bordo dispositivi di interruzione di corrente di potenza del tipo comunemente denominato “SSR - Solid State Relay” ossia Relè a Stato Solido e corrispondenti morsetti per uscite di potenza.

La Figura 5 mostra uno schema sinottico a blocchi di un impianto in cui ogni tipologia di modulo è stato indicato una ed una sola volta.

I riferimenti letterali hanno lo stesso significato indicato nella Tabella sopra riportata e nelle Figure 1, 2 e 3.

I blocchi indicano i singoli moduli o dispositivi e le lettere al loro interno i riferimenti riportati in tabella e descritti nel testo.

Tutti i dispositivi si collegano alla rete WLAN Wi-Fi 802.11 generata dall’Access Point “AP”.

Esistono tipologie di dispositivi con soli ingressi come il modulo H, con sole uscite come i moduli DX, E, EX, L, LX, C, CM, con ingressi e uscite come il modulo D, e dispositivi con sensori a bordo e/o che eseguono misurazioni ambientali come i moduli S, L.

I dispositivi di supervisione e controllo sono indicati con i riferimenti SP (smartphone), TA (tablet), PC (personal computer). Il riferimento APP indica genericamente il software applicativo installato sui dispostivi di supervisione che è essenzialmente di due tipi: di configurazione indicato con il riferimento APPC e di supervisione e controllo indicato con il riferimento APPS.

Le frecce accanto ai dispositivi indicano le interazioni tra i moduli ossia il flusso di informazione entrante e/o uscente nel o dal modulo. Il flusso è costituito da messaggi contenuti in pacchetti TCP/IP e/o UDP su rete WiFi.

I messaggi possono contenere:

- comandi o istruzioni da eseguire come, ad esempio, chiudere un contatto, aprire un contatto, alternare un contatto temporizzato con opportuni intervalli di tempo alla chiusura e/o dell’apertura;

- messaggi informativi ossia contenenti valori relativi a misurazioni ambientali come temperatura, umidità, illuminazione, velocità del vento, movimento persone, potenza attiva, energia attiva etc.;

- messaggi di configurazione del sistema;

- messaggi diagnostici di errore o di avvertimento.

Le frecce indicano il verso in cui viaggiano i messaggi: quelle a singola punta indicano interazioni monodirezionali; le frecce a due punte opposte indicano interazioni bidirezionali.

Qui di seguito viene riportata la descrizione dettagliata dei singoli moduli che costituiscono il sistema.

Per ogni modulo o dispositivo viene data una descrizione specifica ed è indicato il riferimento sulle Figure e il nome interno.

I nomi commerciali di ciascun dispositivo e alcune loro caratteristiche quantitative, come numero di ingressi e uscite, peso, dimensioni e aspetto estetico, capacità in termini di potenza elettrica, potranno essere soggetti a variazioni così come, in futuro, potranno essere aggiunti alla serie ulteriori nuovi modelli di dispositivi, aventi tuttavia la stessa architettura hardware, software e funzionale. I riferimenti alfanumerici sono relativi alla Tabella e a tutte le Figure.

Il modulo “Impera” indicato nelle Figure con il riferimento H è un dispositivo dotato di quattro ingressi a morsetti per collegare comandi a pulsante e/o interruttori e ha lo scopo di inviare messaggi o comandi destinati ad essere attuati da altri dispositivi e/o consente di attivare scenari. Non è previsto che riceva alcun comando da altri dispositivi, in quanto non possiede a bordo attuatori o interruttori: pertanto nello schema esso è indicato in figura con solo una freccia uscente. Esso si alimenta direttamente dalla tensione di rete. Si integra con le altre apparecchiature del sistema tramite collegamenti WiFi riducendo cablaggi, opere, edili, tempi e costi. In particolare, nella Figura 7, è rappresentato lo schema dei collegamenti del modulo “Impera” H. Esso ha degli ingressi universali ossia rispondono indifferentemente se il contatto connette linea o neutro della tensione di rete alternata monofase. I riferimenti “L1” e “N” indicano l’alimentazione del dispositivo direttamente dalla tensione di rete, mentre i riferimenti “I1” “I2” “I3” “I4” indicano ingressi universali che accettano indifferentemente linea o neutro o tensioni continue o alternate da circa 24V a 250V. Ha dimensioni molto ridotte al fine di poter essere inserito al posto di uno dei frutti della serie civile. La sua applicazione ideale è in abbinamento con quattro interruttori a pulsante, ad esempio due frutti, ciascuno a doppio pulsante.

Il modulo “Duo” indicato nelle Figure con il riferimento D è un dispositivo dotato di due ingressi per dispositivi di comando e due dispositivi di commutazione, quindi è un dispositivo dotato sia di ingressi che di uscite e può sia inviare comandi che riceverli. Esso può essere usato per distribuire e controllare l’alimentazione su due linee elettriche di piccola potenza (8A 230V AC) ed è particolarmente indicato per l’azionamento di una serranda a tapparelle avvolgibili motorizzata ma può essere utilizzato per comandare uno o due utilizzatori generici di bassa potenza come luci, oltre che accettare comandi e inoltrarli localmente sullo stesso dispositivo o trasmetterli ad altri moduli dell’impianto così come i due dispositivi di commutazione possono essere comandati da altri dispositivi dell’impianto tramite messaggi trasmessi su rete WiFi. Esso si alimenta direttamente dalla tensione di rete. Si integra con le altre apparecchiature del sistema tramite collegamenti WiFi riducendo cablaggi, opere, edili, tempi e costi.

Il modulo “Duo Maxima” indicato nelle Figure con il riferimento DX è funzionalmente simile a al modulo Duo D con le seguenti differenze: non ha alcun ingresso, le due uscite sono ad alta potenza e sono isolate galvanicamente sia tra di loro che dalla alimentazione del modulo quindi sono assimilabili a contatti puliti; costruttivamente ha dimensioni maggiori rispetto al modulo D. È dotato di un sensore di temperatura a bordo scheda che permette di monitorare un eventuale surriscaldamento e disinserire i carichi in caso di sovraccarico. Pertanto in condizioni particolari può essere programmato per inviare dei messaggi di avviso o pericolo. È particolarmente indicato per alimentare elettrodomestici come lavatrici, scaldacqua, forni, macchine da caffè, climatizzatori monofase. Si alimenta direttamente dalla tensione di rete.

Il modulo “Octo” indicato nelle Figure con il riferimento E è un dispositivo dotato di otto uscite. Esso pertanto è idoneo solo a ricevere messaggi e attivare otto interruttori. È dotato di un sensore di temperatura a bordo scheda che permette di monitorare un eventuale surriscaldamento e disinserire i carichi in caso di sovraccarico. Pertanto in condizioni particolari può essere programmato per inviare dei messaggi di avviso o pericolo. Si alimenta direttamente dalla tensione di rete. Si integra con altre apparecchiature tramite collegamenti WiFi.

Il modulo “Octo Maxima” indicato nelle Figure con il riferimento EX permette di distribuire e comandare l’alimentazione di otto linee elettriche monofase fino a 16A continuativi a 230V AC e 110A di picco e accetta in ingresso sei linee provenienti da comandi (pulsanti, interruttori). Esso ha inoltre due delle linee di uscita dotate di contatori di energia attiva. Si integra con altre apparecchiature tramite collegamenti WiFi.

Il modulo “Mensor” indicato nelle Figure con il riferimento M è un misuratore di potenza attiva e contatore di energia attiva, per due linee monofase. Ha involucro modulare per guida DIN omega, Esso è dotato di un metodo di taratura ad elevata precisione inserito nel firmware tale da ridurre l’errore di misura a livelli minori della tolleranza dei componenti utilizzati. Si integra con altre apparecchiature tramite collegamenti senza fili WiFi. Consente di generare diagrammi dei consumi energetici. Esso può essere programmato in modo tale che al superamento di determinate soglie di potenza, invii dei messaggi su rete WiFi indirizzati ad uno o più dispositivi allo scopo di disinserire temporaneamente utenze elettriche non prioritarie evitando il distacco del contatore al superamento della soglia contrattuale. Il modulo “Claves” indicato nelle Figure con il riferimento C è un dispositivo di azionamento per elettro-serrature che si alimenta a bassissima tensione di sicurezza. Rende intelligente e domotizzata una qualsiasi elettro-serratura. Può essere programmato per funzionare sia inserito in un impianto domotico completo sia anche in modo stand-alone senza alcun AP. In tal caso si può avere un semplice impianto domotico costituito da un singolo modulo. Non necessita altri alimentatori o dispositivi oltre quello già presente nell’impianto citofonico. L’App che lo gestisce, in sinergia con i servizi Cloud, può implementare particolari protocolli con token, tali che la serratura può essere attivata solo da particolari utenti e/o solo in particolari intervalli temporali e/o solo inserendo nell’App particolari codici o OTP (One Time Password) e inoltre può registrare su Cloud gli accessi, rendendo il sistema un controllo accessi completo e sicuro idoneo per B&B, villaggi turistici, case vacanze, rifugi montani, hotel, uffici, laboratori etc.

Il modulo “Claves Motor” indicato nelle Figure con il riferimento CM è un dispositivo multifunzione, per l’azionamento di elettro-serrature, per automazione di cancelli, barriere, e per attuatori motorizzati con motori a corrente continua (DC) avente caratteristiche innovative. Il controllo degli attuatori avviene tramite WiFi ed è dotato di un controllo di coppia per l’arresto di emergenza in caso di ostacoli al movimento per prevenire rischi a persone o cose e idoneo ad evitare sforzi eccessivi e pericoli. È particolarmente indicato ad azionare vasistas, prese d’aria per tetti di serre.

Esso normalmente riceve messaggi di comando da altri dispositivi del sistema domotico tramite rete WiFi. Può essere comunque programmato per inviare messaggi contenenti informazioni diagnostiche come situazioni di sovraccarico elettrico del motore. Si alimenta in bassa tensione continua.

Il modulo “Sensum” indicato nelle Figure con il riferimento SS è un dispositivo sensore di parametri ambientali: temperatura, umidità, illuminazione, velocità del vento, movimento persone tramite sensori PIR o multi-tecnologia e lo stato di chiusura e apertura di porte e in generale di contatti elettrici. Esso è dotato anche di un ingresso per termocoppia. Consente di trasmettere agli altri dispositivi della rete domotica le misure dei parametri ambientali e la rilevazione delle presenze di persone.

Il modulo “Lux” indicato nelle Figure con il riferimento L è un dispositivo che permette di regolare l’intensità luminosa e il colore di una linea di strisce a LED a 4 colori (RGBA) fino ad una corrente massima di 1,25A (30W) per ogni colore. Ha solo frecce entranti in quanto è idoneo solo a ricevere comandi o segnali da altri dispositivi, ma non invia comandi o segnali ad alcuno. Si alimenta dallo stesso alimentatore a tensione 12V o 24V continua, idoneo ad alimentare le strisce a LED. Si integra con gli altri dispositivi tramite rete WiFi.

Il modulo “Lux Maxima” indicato nelle Figure con il riferimento LX è un dispositivo che permette di regolare l’intensità della luminosità e il colore di due linee indipendenti di strisce a LED a cinque colori (RGBAW) fino ad una corrente massima di 40A (960W) per ogni colore. Ha solo frecce entranti in quanto è idoneo solo a ricevere comandi o segnali da altri dispositivi ma non invia comandi o segnali ad alcuno. Si alimenta dallo stesso alimentatore a tensione continua 12V o 24V idoneo ad alimentare le strisce. Si integra con gli altri dispositivi tramite rete WiFi. Qualsiasi modulo della serie, oltre a ricevere o inviare messaggi generati da un utente dell’impianto tramite un pulsante della serie civile e/o un device mobile, può essere programmato per generare messaggi sulla base di un evento a tempo (un timer, orario giornaliero, settimanale, annuale) e, nel caso in cui sia attivata l’opzione Cloud, un messaggio può essere generato e/o trasmesso dal Cloud all’intero sistema che lo eseguirà.

Quindi a titolo esemplificativo e non esaustivo: un dispositivo della serie domotica può essere programmato per dare alimentazione a delle linee di illuminazione o dare il comando di chiusura di serrande motorizzate ad un determinato orario in determinati giorni della settimana, agendo sulle proprie uscite a bordo o inviando un messaggio ad altri dispositivi, e/o quando sono verificate delle condizioni programmabili, come ad esempio luminosità ambiente al disotto di una determinata soglia programmabile e per un certo tempo e/o velocità del vento superiore a dei parametri programmabili.

Viene ora descritta l’architettura hardware dei moduli.

I diversi modelli della linea di apparecchi domotici hanno architetture interne hardware fra loro simili e derivanti da un modello di riferimento che, con poche varianti si ripete.

In Figura 6 è descritto il modello capostipite più completo, essendo gli altri modelli derivati per sottrazione di una o più parti. I riferimenti letterali nel testo seguente sono in relazione alla Figura 6.

- Connettori di potenza a morsetti MO per gli ingressi di comando, i sensori e le uscite di potenza;

- un adattatore di rete “AC/DC” modulare che accetta tensioni di alimentazione da 90V a 250V, 50/60Hz, e produce in uscita una tensione continua stabilizzata di 5V;

- un regolatore lineare RL di tensione che produce una tensione precisa e stabilizzata;

- un modulo MOD contenente un microprocessore uP un modulo radio WiFi 802.11 completo integrato comprensivo di antenna A;

- un firmware ossia un software residente dentro una memoria FLASH non volatile abbinata al microprocessore;

- uno o più circuiti condizionatori di segnale CS che accettano ingressi digitali DI a tensione di rete universali (L o N);

- gli elementi PISO sono dei registri digitali Parallel-Input Serial-Output;

- gli elementi SIPO sono dei registri digitali Serial-Input Parallel-Output;

- uno o più circuiti di commutazione di potenza a stato solido PW-DO con rilevamento del passaggio per lo zero PZ della tensione di alimentazione;

- LED di segnalazione utili per guidare l’installatore;

- pulsanti PU di reset e di configurazione;

- i moduli con misuratori di potenza ed energia elettrica (come il modulo MENSOR) hanno anche uno o più circuiti integrati per energy metering EM;

- i moduli con sensori ambientali (come il modulo SENSUM) hanno a bordo anche uno o più sensori S di luce, umidità e temperatura integrati o esterni collegabili tramite morsetti;

- i moduli che controllano strisce a LED, hanno anche un controller specifico PWM.

Qui di seguito viene riportata la descrizione funzionale dei blocchi.

Un segnale o comando può pervenire ad uno dei moduli a partire da un pulsante o interruttore collegato via cavo elettrico, o sensore o orologio software in tempo reale o da una misurazione di potenza energetica o di altre grandezze e dal loro confronto con una soglia o valore di riferimento, oppure ancora il comando può provenire da un server Cloud esterno.

Tale comando viene veicolato utilizzando il protocollo MQTT (publisher/subscriber) che permette di assegnare un comando con etichette per ogni apparato. Questo permette ad ogni modulo di trovare sul server in cloud solo i comandi che hanno la sua etichetta.

Tale messaggio è atto ad essere associato, in fase di configurazione dell’impianto, ad uno o più eventi sullo stesso apparecchio e/o sugli altri apparecchi.

Gli eventi possono essere del tipo, a titolo di esempio non esaustivo: ordine di chiusura/apertura di un contatto elettrico istantaneo o ritardato o ciclico o con attivazione istantanea e disattivazione ritardata (monostabile) o dipendente da un’altra condizione su orologio e/o stato di ingressi e/o sensori.

Il collegamento logico tra il segnale di comando e gli eventi conseguenti è eseguita in fase di configurazione degli apparecchi mediante uno smartphone o tablet.

Il software di configurazione offre un set di possibili eventi associabili ad ogni tipologia di comando e ad ogni tipologia di uscita.

Al termine della procedura di configurazione del sistema un file di configurazione è generato e salvato nella memoria non volatile degli apparecchi. La procedura di configurazione è ripetibile tutte le volte che si vuole cambiare la logica di funzionamento.

Nel caso in cui l’impianto sia dotato di un modem-router collegato alla rete Internet e sia attivata l’opzione Cloud, vari comandi possono anche provenire all’impianto dal server Cloud e lo stato dell’impianto domotico è consultabile sul Cloud da qualsiasi luogo.

Gli apparecchi provengono dalla fabbrica già programmati con il firmware di base ma senza configurazione degli ingressi e delle uscite. Tale configurazione deve essere effettuata sul luogo dall’installatore ad apparecchi già installati e alimentati. Viene ora descritta la procedura di installazione fisica dei moduli.

I vari apparecchi della serie domotica sono inseriti nelle scatole o cassette di derivazione, ad incasso o esterne, e nelle scatole porta-frutti (di solito del tipo “503” “504” “507” e simili) di un impianto nuovo o di un impianto preesistente.

Essi sono collegati all’impianto elettrico mediante morsetti e normali cavi elettrici per installazioni civili: in particolare direttamente dall’impianto elettrico derivano la propria alimentazione a tensione di rete con l’eccezione degli apparecchi LUX (controllo LED) e CLAVES (apriporta) che attingono l’alimentazione a bassa tensione rispettivamente in DC da un alimentatore esterno e in AC da un trasformatore dell’impianto citofonico.

Le uscite di potenza degli apparecchi che comandano prese o utilizzatori a tensione di rete sono anche esse collegate tramite comuni cavi per impianti elettrici tipo N07V-K o NG7 o simili.

Le installazioni devono essere effettuate da elettricisti o persone competenti nei lavori elettrici e con parti elettriche preferibilmente fuori tensione o adottando attrezzi isolati e dispositivi di protezione individuali.

Dopo avere eseguito i collegamenti dei cavi nei morsetti degli apparecchi le scatole di derivazione sono chiuse mediante i rispettivi coperchi che devono essere in plastica o avere almeno una fenditura trasparente alle onde radio a 2,4 GHz.

Sono di seguito indicate le principali differenze rispetto allo stato dell’arte nota. Il sistema oggetto della presente domanda di brevetto:

- è costituito da moduli totalmente occultati dentro le scatole di derivazione; - è costituito da moduli wireless ossia comunicano tra di essi e con dispositivi di supervisione e controllo senza uso di fili, pertanto l’installazione dell’impianto non richiede la posa di conduttori speciali cosiddetti “bus”;

- può riutilizzare gli stessi dispositivi di comando (interruttori, pulsanti e prese) del preesistente impianto elettrico tradizionale (che possono essere di pregio e valore economico elevati e/o ben integrati esteticamente) o qualsiasi altro tipo di comandi e prese tradizionali reperibili sul mercato anche a costi modesti;

- può sfruttare gli stessi cavi elettrici preesistenti o una parte degli stessi riducendo di molto costi, dispersioni di potenza e tempi di installazione;

- è scalabile: può partire da un insieme minimo anche costituito da un solo modulo, suscettibile di ampliamenti successivi con minimo sforzo;

- è costituito da moduli con ingressi per i pulsanti di comando a tensione di rete e con polarità universale; queste due caratteristiche originali semplificano l’impianto, in quanto non richiedono alimentatori aggiuntivi e cablaggi aggiuntivi, semplificano l’installazione e riducono errori e guasti per erroneo cablaggio;

- ha una programmazione delle funzioni modificabile in qualunque momento con mimino sforzo senza ricorso a personale specializzato e senza dover eseguire modifiche hardware;

- può essere utilizzato sia in modalità base, utilizzando solo i pulsanti e gli interruttori di un impianto elettrico civile e ciononostante conferendo all’impianto delle funzioni di automazione avanzate sia in modalità avanzata in cui le interfacce con l’uomo sono dispositivi avanzati di controllo e supervisione e le due modalità d’uso possono coesistere;

- ha funzioni di autodiagnostica;

- non dipende per il suo funzionamento da una centralina dedicata, ma un comunissimo access-point-switch commerciale e può usare come interfacce utente dei dispositivi come gli smartphone e i tablet commerciali che a prezzi accessibili a tutti offrono una tecnologia molto avanzata con grafica a colori e touch screen, sono semplici da usare, diffusi, multifunzione, intercambiabili e oggi tutti portano in tasca. Quindi il sistema non necessita per funzionare di apposite interfacce dedicate, costose e limitate solo alle funzioni domotiche, difficilmente sostituibili o che necessitano apposita programmazione per essere integrate nell’impianto.

Inoltre il sistema è integrabile, con un elevato livello di simbioticità, con una tipologia emergente di interfaccia utente: gli “smart-speaker” come ad es. Amazon Echo (Alexa), Apple HomePod, Google Assistant ed eventuali altri simili.

La funzionalità in concreto può essere esemplificata:

- nella possibilità di impartire comandi a voce (accensione/spegnimento apparecchiature);

- nella possibilità di interrogare il sistema chiedendo ad esempio qual è la potenza assorbita dall’illuminazione o dai banchi frigo.

I vantaggi della soluzione proposta rispetto ai sistemi noti sono elencati qui di seguito.

- Facilità ed economicità di installazione. Non dovranno essere eseguiti scavi o cablaggi aggiuntivi e non dovrà essere effettuata alcuna modifica all’impianto esistente.

- Programmazione semplificata, tramite app intuitiva.

- Basso costo dei dispositivi.

- Flessibilità ed espandibilità.

- Silenziosità e affidabilità.

- Controllo locale e remoto degli impianti tramite Cloud.

- Risparmio energetico.

- Autodiagnostica dell’impianto.

- Il sistema può risolvere problemi tecnici in modo originale: un esempio di caso pratico è il seguente: in un edificio storico con affreschi, stucchi e decorazioni su pareti e volte, è installato un impianto elettrico tradizionale; senza eseguire alcuno scavo o installazione addizionale sottotraccia o a vista, si vuol automatizzare e aumentare il numero di accensioni possibili per un grande lampadario, e/o si vuol rendere l’accensione automatica al passaggio di persone. Il sistema qui presentato può risolvere questo problema mediante un modulo E occultato nel gancio del lampadario che attinge l’alimentazione dalla singola coppia di conduttori preesistenti e con le sue 8 uscite alimenta le varie sezioni del lampadario; il modulo E può essere controllato sia da un modulo H inserito in una scatola 503 dietro i pulsanti o interruttori e invia messaggi su rete WiFi diretti al modulo E in grado di attivare le diverse uscite; sia tramite un dispositivo mobile (smartphone e/o tablet e/o PC); sia con un comando impartito da una modulo sensori (S), con sensori di movimento persone ad infrarosso passivo (PIR); oppure ancora il modulo E può essere programmato ad orari prestabiliti o ancora tramite comandi provenienti da un server Cloud tramite un AP e rete Internet.

- Il sistema può essere predisposto dalla fabbrica con un programma base e/o può essere programmato in modo immediato usando dei moduli software predefiniti per attuare funzioni di energy saving o risparmio intelligente.

- L’architettura hardware permette di applicare il sistema a impianti esistenti senza alterare il cablaggio e in impianti nuovi permette di risparmiare una grande quantità di cavi (e le relative perdite di energia in calore) rispetto agli impianti tradizionali. La domotica classica a differenza del nostro sistema necessita di una complessa ingegnerizzazione, un programmatore specializzato, un cablaggio specifico e, talvolta, la necessità di onerose opere edili per installare l’impianto con i relativi cavi bus, o in via riduttiva di installare degli accessori radio controllati che alterano l’estetica dell’impianto esistente. Di fatto il sistema consente l’applicazione retrofit della domotica wireless low-cost con un grado di controllo capillare senza fare alcuna modifica invasiva dell’impianto esistente.

La soluzione qui descritta consente di conseguire risparmi energetici e ridurre l’impatto ambientale.

Il sistema permette di eseguire il monitoraggio dei consumi energetici, grazie al quale potrà disattivare i carichi inutili come i climatizzatori in presenza di finestre aperte o in assenza di persone per un tempo superiore ad un dato intervallo; evitare il distacco intempestivo da parte del fornitore elettrico per superamento della potenza impegnata disattivando i carichi non privilegiati (scaldabagno, climatizzatore) in caso di eccessivo assorbimento momentaneo. Se lasciare la luci accese inutilmente accade sempre più raramente e gli sprechi ad oggi sono stati ridotti, il sistema proposto può andare oltre. È stato stimato che gli apparecchi come televisori, caricabatteria, hifi e apparecchiature varie in stand-by possono avere un impatto economico annuo di circa 70€. Grazie a al sistema qui descritto si potranno attivare tutte le prese su cui sono collegati gli apparati in stand-by, semplicemente tornando a casa. Il sistema darà tensione alle prese programmate, appena lo smartphone si connetterà alla rete di casa, o manualmente tramite l’app di gestione o anche premendo semplicemente un pulsante posto all’ingresso della casa, opportunamente configurato con uno scenario.

Il sistema qui descritto rende controllabile da remoto la propria abitazione, e consente risparmi energetici durante la vita utile dell’impianto, senza introdurre degli apparati integrativi, proposti dai vari competitor (lampadine intelligenti, dal costo molto elevato, vistosi pannelli di controllo, prese comandate aggiuntive da innestare sulle prese tradizionali, ecc), che oltre ad accrescere in modo esponenziali i costi, nella quasi totalità dei casi non sono ben accette dai clienti finali, per il loro impatto estetico sull’abitazione, soprattutto nei locali commerciali e negli edifici storici. I dispositivi domotici sopra descritti sono idonei ad essere installati nelle scatole di derivazione sia in impianti nuovi che in quelli tradizionali esistenti.

Negli impianti nuovi essi consentiranno di risparmiare conduttori elettrici e realizzazione di tubi sottotraccia.

Negli impianti esistenti, si installeranno comunque nelle scatole e possono riutilizzare una parte dei conduttori già installati.

In dettaglio, si descrive la procedura tipica di installazione. I moduli del sistema si collocano dentro le scatole di derivazione dell’impianto e ivi si collegano per la parte alimentazione a Linea (L) e Neutro (N) presenti dentro la scatola. Se nella scatola confluiscono conduttori collegati a pulsanti, essi saranno collegati agli ingressi del dispositivo. Se la scatola di derivazione è il punto di partenza per luci, i relativi conduttori sono collegati alle uscite del modulo. Analogamente se la scatola di derivazione è il punto di partenza per prese che si intende comandare, i relativi conduttori sono collegati alle uscite del modulo.

A seconda dei casi si usano anche dei cappucci elettrici isolati per distribuire uno dei poli (quello diretto) alle luci o prese, i dispositivi di commutazione nei moduli essendo unipolari, non bipolari.

Riassumendo si ha un sistema domotico wireless da incassare nelle scatole di derivazione dell’impianto quindi a scomparsa totale che è idoneo ad essere applicato ad impianti tradizionali senza modifiche e cablaggi aggiuntivi. Il sistema domotico può essere applicato a tutti i frutti (prese interruttori e pulsanti) commerciali. Il sistema è utilizzabile in due modalità base e avanzata. Il sistema ha ingressi universali a tensione di rete e risulta scalabile, riconfigurabile senza modifiche hardware, configurabile attraverso una procedura guidata da App. inoltre il sistema permette funzioni cloud e sfrutta la commutazione a stato solido zero crossing.

Naturalmente, fermo restando il principio dell’invenzione, i particolari di costruzione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1) Sistema di controllo di dispositivi per la domotica comprendente: - almeno un dispositivo (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) installabile completamente a scomparsa all’interno di scatole di derivazione o di scatole portafrutti di un impianto elettrico, collegato direttamente ai conduttori presenti nella scatola che a loro volta sono connessi alla tensione di rete, ai pulsanti e agli utilizzatori; - un punto di accesso (AP) ad una rete wireless (WL), e - un dispositivo di controllo e supervisione (SP,TA,PC) su cui sono installate Applicazioni (APP, APPC, APPS); in cui detto almeno un dispositivo (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) comunica in modo wireless, tramite detto punto di accesso (AP), con gli altri dispositivi e/o con il dispositivo di controllo e supervisione (SP,TA,PC), e in cui detto almeno un dispositivo (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) invia e/o riceve un messaggio da altri dispositivi e da detto dispositivo di controllo e supervisione (SP,TA,PC) per attivare o disattivare una utenza, o programmare la sua attivazione o disattivazione ad orari o sulla base di regole logiche.
2. 2) Sistema di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui la comunicazione tra i dispositivi (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) e tra i dispositivi (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) e il dispositivo di controllo e supervisione (SP,TA,PC) è basata sulla rete Wi-Fi IEEE 802.11 a 2,4GHz.
3. 3) Sistema di controllo secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui detto punto di accesso (AP) svolge funzioni di smistamento di pacchetti TCP/IP.
4. 4) Sistema di controllo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui i dispositivi (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) utilizzano per la commutazione dell’alimentazione elettrica di potenza a tensione di rete una tecnologia a stato solido, ossia a semiconduttori.
5. 5) Sistema di controllo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui i dispositivi (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) sono basati sulla tecnologia zero-crossing, ovvero sono dotati di un intervento di chiusura e apertura del contatto al passaggio per lo zero della tensione alternata di alimentazione.
6. 6) Sistema di controllo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui l’installazione, la configurazione, la programmazione, la riconfigurazione e la gestione e il controllo del sistema avviene per mezzo delle Applicazioni (APP, APPC, APPS) installate sul dispositivo di controllo e supervisione (SP,TA,PC), in cui dette Applicazioni (APP, APPC, APPS) comunicano direttamente con i dispositivi (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) se il dispositivo di controllo e supervisione (SP,TA,PC), si trova nella stessa rete wireless (WL), o in caso di connessione ad Internet il dispositivo di controllo e supervisione (SP,TA,PC) accede al sistema tramite un server Cloud (CL).
7. 7) Sistema di controllo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui detto sistema funziona con tensioni alternate da 90 a 250V e con frequenza compresa tra 50 e 60Hz.
8. 8) Sistema di controllo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, in cui detto sistema gestisce moduli apriporta, moduli apri-cancello, moduli illuminazione giardino, moduli illuminazione a strisce LED, moduli controllo tapparelle motorizzate, moduli controllo apertura e chiusura vasistas, moduli controllo prese TV e set-top box, moduli controllo elettrodomestici, moduli illuminazione interno, moduli gestione elettrodomestici, moduli gestione interruttori e prese.
9. 9) Dispositivo (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) da installare in un sistema secondo una o più delle rivendicazioni 1 a 8 in cui detto dispositivo (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) comprende: - uno o più connettori di potenza a morsetti (MO) per gli ingressi di comando, i sensori e le uscite di potenza; - un adattatore di rete(AC/DC) modulare che accetta tensioni di alimentazione da 90V a 250V, 50/60Hz, e produce in uscita una tensione continua stabilizzata di 5V; - un regolatore lineare (RL) di tensione che produce una tensione precisa e stabilizzata; - un modulo (MOD) contenente un microprocessore (uP), un modulo radio WiFi 802.11 completo integrato, una antenna (A); - un firmware residente dentro una memoria (FLASH) non volatile abbinata al microprocessore (uP) interno al modulo (MOD); - uno o più circuiti condizionatori di segnale (CS) che accettano ingressi digitali (DI) a tensione di rete universali; - registri digitali Parallel-Input Serial-Output (PISO); - registri digitali Serial-Input Parallel-Output (SIPO); - uno o più circuiti di commutazione di potenza a stato solido (PW-DO) con rilevamento del passaggio per lo zero (PZ) della tensione di alimentazione; - LED di segnalazione (LED) utili per guidare l’installatore; e - pulsanti (PU) di reset e di configurazione.
10. 10) Dispositivo (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) secondo la rivendicazione 9, in cui il modulo misuratore di potenza ed energia elettrica (M) comprende anche uno o più circuiti integrati per energy metering (EM).
11. 11) Dispositivo (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) secondo la rivendicazione 9, in cui il modulo con sensori ambientali (SS) comprende anche uno o più sensori (S) di luce, umidità e temperatura integrati o esterni collegabili tramite morsetti.
12. 12) Dispositivo (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) secondo la rivendicazione 9, in cui il modulo di controllo delle strisce a LED, comprende anche un controller specifico (PWM).
13. 13) Metodo di controllo di dispositivi per la domotica comprendente le fasi di: - predisporre almeno un modulo (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) installabile completamente a scomparsa all’interno di scatole di derivazione o di scatole portafrutti di un impianto elettrico, - collegare direttamente tale modulo (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) ai conduttori presenti nella scatola che a loro volta sono connessi alla tensione di rete, ai pulsanti e agli utilizzatori, - predisporre un punto di accesso (AP) per creare una rete WLAN (WL), - predisporre un dispositivo di supervisione e controllo (SP,TA,PC), - inviare e/o ricevere messaggi con altri moduli e con il dispositivo di supervisione e controllo (SP,TA,PC) allo scopo di visualizzare stato e misure, attivare e/o disattivare utilizzatori elettrici dell’impianto e/o impostare scenari, regole di controllo, orari di attivazione e disattivazione degli utilizzatori, controllo accessi, aperture e chiusure cancelli, serramenti, infissi, vasistas.
14. 14) Metodo di controllo di dispositivi per la domotica secondo la rivendicazione 13, comprendente la fase di configurazione dei moduli (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM) mediante detto dispositivo di supervisione e controllo (SP,TA,PC), in cui al termine della fase di configurazione viene generato un file di configurazione salvato nella memoria dei moduli (H,M,D,DX,E,EX,L,LX,SS,C,CM).
15. 15) Metodo di controllo di dispositivi per la domotica secondo la rivendicazione 13 o la rivendicazione 14, comprendente la fase di modifica delle funzioni tramite detto dispositivo di supervisione e controllo (SP,TA,PC).