RU208620U1 - Многофункциональное устройство зональной автоматизации помещения "МУЗА" - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам цифровой обработки данных для специальных применений и системам автоматизированного управления помещениями ("Умный дом"). Технический результат заключается в расширении функциональности, существующей в других решениях, а также упрощении эксплуатации и производственного процесса путем физической интеграции датчиков, камеры видеонаблюдения и модуля Умного динамика в одном корпусе.Многофункциональное устройство зональной автоматизации (далее МУЗА) предназначено для автоматического управления приборами в одном помещении и выполняет функции мониторинга параметров в помещении (движения, температуры, влажности, дыма, освещенности), индикации (звуковой и световой), видеонаблюдения, голосового управления, воспроизведения аудио.Корпус может иметь форму сферы, цилиндра, параллелепипеда и другого произвольного объемного тела. Вариант корпуса в виде сферы состоит из соединяемых резьбой дна 1, основы крышки 2 и защитной сетки 3, имеет отверстия для датчика освещенности 4, микрофонов, объектива камеры видеонаблюдения 5, датчиков движения 6, перфорации для динамиков 7, отверстия для разъема питания 8 и аудио 9 и сенсорные кнопки управления питанием 10.В одном корпусе МУЗА объединяет:1) Основную плату 11 с микроконтроллером, системой питания от сети и резервных аккумуляторов, встроенными 3 датчиками движения, датчиками освещенности, дыма, температуры и влажности, светодиодами 12.2) Плату 13 с микроконтроллером, микрофонами, аудиочипом, подключаемыми динамиками 14 и креплением 15.3) Плату 16 с микроконтроллером камеры и подключенным объективом 17. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Полезная модель относится к устройствам цифровой обработки данных для специальных применений, в частности к системам автоматизированного управления помещениями ("Умный дом").

Известно решение Микропроцессорного информационно-управляющего устройства "Умный дом" для отдельного помещения (Патент RU №184240 U1 MПК G05B 15/02, G05B 19/418, опубликовано 18.10.2018).

В известном техническом решении требуемый результат по упрощению эксплуатации не достигается, поскольку датчики подключаются извне: через порты или беспроводную связь. Умный динамик также не интегрируется в одном корпусе, а подключается дополнительно, поскольку для этого требуется совершенствование конструкции корпуса, системы питания и программного обеспечения. Реализовано только питание от сети, а для осуществления автономности необходимо использовать специализированные элементы (микроконтроллеры и датчики), технологии и программные алгоритмы.

Известным решением являются Умные динамики (колонки), примером может служить Яндекс. Станция (https:yandex.ru/alice/station).

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении требуемого технического результата, заключается в том, что объединение в одном корпусе всех датчиков и камеры, помимо модуля динамика, требует совершенствования конструкции корпуса, системы литания (включая добавление источников автономного питания) и программного обеспечения.

Ближайшим аналогом является устройство, объединяющее в одном корпусе некоторые датчики, управляемые микроконтроллером и использующее для питания батарейку (https://www.fibaro.com/ru/products/motion-sensor/).

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении требуемого технического результата, заключается в том, что известное техническое решение не интегрирует в одном корпусе датчик дыма, модули камеры и Умного динамика, поскольку наиболее распространенные датчики дыма каталитического типа нагреваются и влияют на показания датчиков температуры, следовательно, требуется проработка перечня датчиков, их взаимодействия и взаимовлияния, совершенствование конструкции корпуса, системы питания модулей и программного обеспечения.

Известно решение Детектора опасности Умного дома, обеспечивающий управление позиционированием устройство на основе датчиков (US 20150254970 А1, опубликованный 10.09.2015), классифицируемый как средство визуальной индикации и сигнализации.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении требуемого технического результата, заключается в том, что известное техническое решение в первую очередь позиционируется и используется как детектор опасности: устройство обрабатывает и оценивает показания датчиков позиционирования в пространстве, дыма, освещенности и температуры, наличия сигнала беспроводной передачи данных с целью аудио- и визуального оповещения об экстренной ситуации перемещении детектора, неправильного позиционирования в пространстве, появлении дыма, экстремально высокой температуре и освещенности относительно обычного состояния, что будет свидетельствовать о возникновении пожара. Звуковое распознавание предназначено для определения повышения голоса в экстренных ситуациях, а звуковое воспроизведение для оповещения. При этом устройство может выступать управляющим элементов узлов с дополнительными сенсорами и камерой наблюдения в некоторых случаях, когда эти узлы не могут обрабатывать или передавать данные самостоятельно. Таким образом, данное техническое решение упрощает использование лишь незначительно, поскольку узлов с дачниками движения и камерами подключаются дополнительно, датчики освещенности и температуры используются только для определения экстренных ситуаций, а модули звукового распознавания и воспроизведения позволяют только сообщить и узнать об экстренной ситуации, без возможности управления приборами Умного дома (лампочками и розетками) и проигрывания музыки.

Техническая проблема заключается в реализации заявленного технического результата без снижения качества работы устройства: без изменений показаний датчиков в зависимости от работы всего устройства или отдельных его элементов, без излишнего нагрева плат, нарушений конструкции из-за особенностей аппаратной составляющей. Большинство датчиков дыма производятся, продаются и используются в отдельном корпусе, поскольку, как правило, производители используют более дешевые, менее точные каталитические датчики дыма, которые сильно нагреваются во время работы. При объединении в одном корпусе всего спектра датчиков, это влияет на датчики температуры, что препятствует полноценному корректному мониторингу. Дополнительным аспектом возможного ухудшения качества работы устройства является организация системы питания, чтобы в ситуациях повышенного потребления тока некоторыми элементами (камерой или модулем Умного динамика), работа других элементов не нарушалась. При разработке конструкции корпуса, топологии плат и определении расположения элементов должны учитываться особенности аппаратной архитектуры.

Технический результат заключается в упрощении процесса эксплуатации устройства и увеличении функциональности за счет физической интеграции важнейших функциональных элементов в области автоматизации помещения: микроконтроллера, датчиков, светодиодов, модулей камеры и Умного динамика в одном устройстве. Таким образом, одно комплексное устройство заменяет 7 отдельных приборов, при этом увеличивается количество функций, поскольку управлять модулями камеры и Умною динамика можно не только по отдельности, но и в комплексе с датчиками, при этом без предварительной дополнительной настройки каждого из элементов.

Технический результат достигается тем, что в заявленном устройстве помимо микроконтроллера, датчиков движения, освещенности и температуры объединяются в одном корпусе также датчик дыма, модули камеры. Умного динамика и светодиоды. Это реализовано за счет применения 3 аппаратных модулей: основной платы с микроконтроллером, датчиками движения, освещенности, температуры, дыма, светодиодами и системой питания всего устройства, включая необходимые источники питания, преобразователи напряжение, аккумуляторы и разъемы для подключения к сети, для питания модулей камеры и Умного динамика; модуля камеры, включая плату с микроконтроллером и объектив камеры; модуль Умного динамика, а именно плату с микроконтроллером, микрофоны, аудиочип и динамики. Данные 3 аппаратных модуля объединяются в одно устройство посредством проводов питания от основной платы к двум дополнительным модулям. Данное решение используется в связи с упрощением производства на начальном этапе, но необходимо отметить, что все модули могут располагаться на одной плате. При этом все элементы работают в комплексе, что позволяет упрощать процесс эксплуатации за счет звуковых уведомлений, голосового управления и визуальной индикации с помощью светодиодов одновременно. Реализовано питание от сети и резервное питание от аккумуляторов, рассчитанное приблизительно на 3 часа при отключении от сети, что удобно при перемещении устройства в другую комнату и аварийном отключении электричества.

Технический результат дополнительно достигается за счет уникальной сферической конструкции корпуса устройства, представленной в виде 3 соединяемых резьбой элементов: светопроницаемого дна; основания крышки с отверстиями для датчиков, объектива камеры, перфорацией комплексом отверстий, расположенных на определенном расстоянии друг от друга в пределах заданного контура) для динамиков, углубленной планкой с разъемом питания и аудиоразъемами; защитной перфорированной сетки крышки с отверстиями для объектива, датчика освещенности, планки с вырезами для подключения питания и аудиоразъемов.

Новые и существенные признаки заключаются в объединении микроконтроллера, датчиков движения, освещенности, температуры и влажности, дыма, светодиодов, модулей камеры и Умного динамика в одном корпусе на одной или нескольких печатных платах, соединяемыми проводами и разъемами.

Новым признаком является реализация единой системы питания микроконтроллера, датчиков, светодиодов, модулей камеры и Умного динамика, включающей разъем для питания, аккумуляторы, чипы защиты от перезаряда, модули понижения напряжения, кнопки для отключения всего устройства или модулей камеры и Умного динамики.

К новым признакам можно отнести применение уникального корпуса, состоящего из 3 деталей, соединяемых резьбой: светопроницаемого дня. пропускающего свет от светодиодов; основания крышки с отверстиями для датчиков, объектива камеры, перфорацией (комплексом отверстий, расположенных на определенном расстоянии друг от друга в пределах заданного контура) для динамиков, углубленной планкой с разъемом питания и аудиоразъемами; защитной перфорированной сетки крышки с отверстиями для объектива, датчика освещенности, планки с вырезами для подключения питания и аудиоразъемов.

В качестве нового признака можно отметить комплексную системную работу элементов за счет физической интеграции, в качестве примера можно выделить воспроизведение звукового оповещения и световую индикацию при обнаружении дыма или постороннего человека в помещении, а также одновременное отключение модулей по расписанию (например, ночью) и при выходе пользователя из дома.

В устройстве может применяться корпус в форме сферы, цилиндра, параллелепипеда и другого произвольного объемного тела. Разработан корпус сферической формы. На изображении Фиг. 1 представлены стандартные проекционные виды модели корпуса устройства: сверху слева - вид спереди; сверху справа - вид сбоку; снизу вид сверху, на изображении Фиг. 2 представлен проекционное изображение вида сзади модели корпуса устройства. На изображении Фиг. 3 представлено изображение модели корпуса устройства внутри (сечение по центру). На изображении Фиг. 4 представлено изометрическое изображение модели корпуса устройства. Корпус устройства состоит из дна 1, основы крышки 2 и защитной сетки 3.

Дно 1 светопроницаемое, поскольку должно пропускать свет от светодиодов; имеет очертания полусферы с отсекаемым дном для обеспечения устойчивости корпуса, вырез для светодиодов и два отверстия для крепления платы 11. Дно имеет внешнюю резьбу для присоединения основы крышки.

Основа крышки 2 имеет отверстия для датчиков движения 6, датчика освещенности 4, объектива камеры видеонаблюдения 5, перфорацию для датчиков температуры, влажности и дыма, перфорацию для динамиков 7, отверстия для подключения штекера питания 8, аудиоразъемов 9, углубления для сенсорных кнопок 10. На основе крышки 2 имеются крепления 15 для платы модуля Умного динамика 13 и отверстия для микрофонов. Основа крышки 2 имеет внутреннюю резьбу для присоединения ко дну 1 и внешнюю резьбу для присоединения защитной сетки 3.

Защитная сетка 3 имеет вид полусферы с шестиугольниками и перфорацией (комплексом отверстий, расположенных на определенном расстоянии друг от друга в пределах заданного контура), что обеспечивает рассеивание звука от динамиков, пропускание воздуха к датчикам дыма, температуры и влажности. Защитная сетка имеет дополнительные отверстия для объектива камеры 5, датчика освещенности 4 и планки с выходами питания 8 и аудио 9 на основе крышки 2. Защитная крышка имеет внутреннюю резьбу для присоединения к основе крышки 2.

Для более рационального расположения в корпусе и снижения риска выхода всего устройства при сбое одного элемента, аппаратная составляющая разделена на три части (Фиг. 3): основную плату с датчиками 11; модуль камеры 16 и 17, модуль Умного динамика 13 и 14. При этом необходимо отметить, что при использовании другого корпуса или в зависимости от других факторов производства все элементы можно расположить на одной плате.

На первой плате 11 размещаются микроконтроллер, датчики, система питания и светодиоды 12.

Микроконтроллер, включающий микропроцессор, аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, программируемые входные и выходные порты, модуль беспроводной связи Wi-Fi и Bluelooth. предназначен для считывания и обработки показаний с датчиков, оценки уровня заряда аккумулятора, управления адресными светодиодами и связи с контроллером системы.

К микроконтроллеру подключены следующие элементы: 3 пассивных инфракрасных датчика движения с углом обзора в 120 градусов и дальностью 6 метров, направленные в разные стороны для полного охвата помещения; датчик освещенности (фоторезистор) - к АЦП микроконтроллера; датчик температуры (диапазон измерения - -40 →+125°С.точность - ±0,3°С) и влажности (диапазон измерения - 0-100%. точность - ±2%RH); электрохимический датчик дыма - к АЦП микроконтроллера; цепь из 12 адресных RGBW-светодиодов - к ЦАП микроконтроллера; кнопки для управления питанием модулей камеры и динамика. Применение электрохимического датчика дыма обосновано большей надежностью и точностью, по сравнению с каталитическими, а также отсутствием нагрева, следовательно, корректными показаниями датчика температуры. Объединение всех элементов в одном корпусе упрощает процесс эксплуатации, поскольку уменьшается количество подключаемых устройств и соответствующих настроек, а также вместо замены батарейки каждые несколько месяцев в каждом датчике МУЗА нужно только подключать к сети с помощью обычного блока питания, аналогичного зарядным устройствам телефонов, без электромонтажных работ.

Модуль камеры включает плату с микроконтроллером 16 и объективом 17. Микроконтроллер считывает изображение, обрабатывает, транслирует изображение посредством подключения к сети Интернет на устройство пользователя (смартфон или компьютер), записывает видео или сохраняет единичный кадр при поступлении соответствующей команды, включении специального режима или обнаружении движения. Модуль камеры способен распознавать и сохранять лица авторизованных пользователей, для дальнейшего сравнения и опознания присутствующих в помещении. Это обеспечивает своевременное предупреждение пользователя с помощью уведомления о постороннем. Интеграция в одном корпусе камеры увеличивает функциональность за счет интеграции с датчиками (включение или выключение записи и отправка изображения с камеры пользователю при обнаружении аварий или посторонних людей), а также упрощает процесс эксплуатации, поскольку взаимодействия элементов не нужно настраивать дополнительно.

Модуль Умного динамика включает плату с микроконтроллером 13 для управления и подключения к сети Интернет, микрофонами (ближнего и дальнего радиуса распознавания), периферией для обработки аудио, портами для питания и подключения динамиков, а также непосредственно сами динамики 14. Благодаря данному модулю можно управлять приборами посредством голоса, получать уведомления о проникновении посторонних и аварийных ситуациях, воспроизводить музыку именно в той комнате, где находится пользователь (при условии использования нескольких МУЗА в различных комнатах). Это упрощает процесс эксплуатации, поскольку при переходе в другую комнату переключение музыки или перемещение акустической системы не нужно; голосовое управление актуально в случае, когда у пользователя нет возможности переключать режимы или устройства с помощью приложения; при этом не требуются дополнительные настройки интеграции отдельных датчиков и Умного динамика. Помимо этого, модуль Умного динамика можно запрограммировать на опознавание голоса и кодовых фраз, что может служить дополнительной мерой безопасности и определении присутствия посторонних людей.

Работа МУЗА в составе локальной системы «Умный дом» заключается в выполнении функций мониторинга среды для управления исполнительными устройствами освещения и контроля питания других бытовых электронных приборов.

МУЗА может быть установлена в любой зоне комнаты, рекомендуется, чтобы рядом была розетка для подключения устройства к сети, а также чтобы объектив камеры и отверстия датчиков были направлены на большую часть комнаты для полноценною мониторинга. Одно устройство предназначено для одной комнаты. МУЗА обрабатывает показания датчиков, получает голосовые команды с помощью микрофонов, изображения с камеры видеонаблюдения и отправляет соответствующую информацию на специализированный контроллер посредством Wi-Fi. В случае возникновения аварии или незаконном проникновении МУЗА служить устройством индикации, как световой (с помощью светодиодов), так и звуковой (за счет оповещений).

Контроллер управляет работой устройств и предоставляет доступ к дистанционному мониторингу помещения за счет сети Интернет. С помощью специализированного туннельного сервера устройство пользователя (смартфон или компьютер) и приборы Умного дома соединяются через контроллер напрямую, без обработки и хранения данных с помощью облачных технологий, за счет чего увеличивается информационная безопасность и снижаются затраты на поддержание инфраструктуры. Применение такого решения позволит отказаться от использования корпоративного облака, сторонних служб или серверов, а хранить всю информацию именно на контроллере.

С помощью контроллера и специализированного веб-приложения пользователю будут поступать оповещения об аварии (задымлении, протечке воды) или незаконном проникновении, переходе к резервному питанию при отключении электричества. При этом пользователь сможет самостоятельно следить за происходящим с помощью камеры видеонаблюдения, включать и отключать элементы (светодиодную матрицу или Умный динамик), проверять статистику показаний датчиков за определенный временной интервал.

Контроллер связывает МУЗА и исполнительные устройства (освещения и контроля питания других бытовых электронных приборов). При изменении показаний датчиков движения и освещенности, а также при поступлении соответствующей голосовой команды или настройки в приложении в помещении могут автоматически включаться или отключаться осветительные приборы. При отсутствии движения, поступлении голосовой команды или настройки в приложении о выходе пользователя из дома могут автоматически отключаться все бытовые приборы.

МУЗА дополнительно может служить устройством индикации в случае возникновения протечки воды, распознанной соответствующим датчиком, что также упрощает процесс эксплуатации и увеличивает функциональность решения.

Claims (7)

1. Многофункциональное устройство зональной автоматизации помещения (МУЗА), характеризующееся тем, что объединяет следующие элементы: основной модуль с микроконтроллером и подключаемыми к нему по меньшей мере одному датчику из группы, включающей датчики движения, освещенности, дыма, температуры и влажности, для анализа и мониторинга помещения и светодиодами для дополнительного освещения и индикации; модуль видеонаблюдения с микроконтроллером и подключаемым к микроконтроллеру объективом камеры; модуль Умного динамика с микроконтроллером и подключаемыми к микроконтроллеру аудиочипом, микрофонами и динамиками для голосового управления, воспроизведения аудио и оповещений; комплексная система питания и управления, объединяющая все перечисленные модули и представленная микросхемами подачи и регулирования напряжения, кнопками для отключения всего устройства и отдельных модулей, разъемом питания от сети, подключаемым к разъему кабелю и блоку питания; один корпус, в котором расположены все перечисленные модули и система управления, состоящий из 2 и более соединяемых частей и имеющий необходимые функциональные отверстия и крепления для датчиков, плат и других элементов.

2. Многофункциональное устройство зональной автоматизации по п.1, которое является анализирующим элементом системы Умный дом, обрабатывает показания датчиков, изображения с камеры видеонаблюдения, голосовые команды и используется для мониторинга, управления другими бытовыми устройствами, воспроизведения аудио, световой и звуковой индикации, с поддержкой для передачи данных различных стандартов беспроводной передачи данных (Bluetooth, Wi-Fi, Z-Wave, ZigBee).

3. Многофункциональное устройство зональной автоматизации по п.1, в котором соответствующие функциональные элементы объединены на одной печатной плате.

4. Многофункциональное устройство зональной автоматизации по п.1, в котором соответствующие функциональные элементы разделены на нескольких печатных платах, соединяемых посредством проводов и / или разъемов.

5. Многофункциональное устройство зональной автоматизации по п.1, в котором реализовано питание от сети и резервное питание от аккумуляторов.

6. Многофункциональное устройство зональной автоматизации по п.1, имеющее корпус сферической формы с соответствующими креплениями для плат и отверстиями для объектива камеры, микрофонов, разъемов питания и аудио, датчиков движения и освещенности; углубления для сенсорных кнопок; перфорацию (комплекс отверстий, расположенных на определенном расстоянии друг от друга в пределах заданного контура) для динамиков, датчиков дыма, температуры и влажности.

7. Многофункциональное устройство зональной автоматизации по п.1, имеющее корпус в форме параллелепипеда с дополнительными функциональными отверстиями и креплениями для плат, датчиков и других элементов устройства.

Images