Микропроцессорная информационно-управляющая система "умный дом"
Полезная модель относится к области электротехники, а также к области обработки и передачи данных для специальных применений и может быть использована для создания централизованных систем контроля и интеллектуального управления инфраструктурой жилых, офисных и общественных зданий и помещений, включающих системы электроснабжения, водоснабжения, теплоснабжения, газоснабжения, вентиляции, и т.п. Требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей и повышении оперативности управления, ремонтнопригодности и экономичности, достигается в системе, содержащей N блоков обработки и связи, блок управления, состоящего из блок питания и микропроцессора, подключенного к внешнему компьютеру, N групп датчиков и N групп исполнительных устройств.
Полезная модель относится к области электротехники, а также к области обработки и передачи данных для специальных применений и может быть использована для создания централизованных систем контроля и интеллектуального управления инфраструктурой жилых, офисных и общественных зданий и помещений, включающих системы электроснабжения, водоснабжения, теплоснабжения, газоснабжения, вентиляции, и т.п.
Известна система релейной защиты и автоматики, содержащая устройства обработки, узлы связи, микропроцессорный преобразователь [RU, 2210104, G 06 F 15/16, 2003].
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности.
Известно также устройство, содержащее блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессорную систему управления выходными реле и сигнализацией, формирователь сигналов контроля и диагностики, группа входов которого соединена с группой выходов аналого-цифрового преобразователя, причем, группы выходов блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения соединены, соответственно, с первой и второй группами входов блока частотных фильтров, группа выходов которого соединена с группой входов аналого-цифрового преобразователя, группа входов-выходов которого соединена с группой входов аналого-цифрового преобразователя, группа входов-выходов которого соединена с первой группой входов-выходов
микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, первая группа выходов формирователя сигналов контроля и диагностики соединена со второй группой входов блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока, вторая группа выходов формирователя сигналов контроля и диагностики соединена со второй группой входов блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде напряжения [RU, 2173924, Н 02 Н 7/26, 2001].
Недостатком устройства также является относительно узкие функциональные возможности.
Кроме того, известна система, содержащая N устройств обработки, каждый из которых содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, N узлов связи, причем, выход b-го узла связи (b=1...N-1) соединен со входом (b-l)-го узла связи, и микропроцессорный преобразователь, группа входов-выходов которого является группой входов-выходов системы для подключения к внешнему компьютеру, при этом, информационные входы-выходы первой группы каждого устройства обработки соединены с информационными входами-выходами соответствующего узла связи, информационные входы-выходы второй группы каждого устройства обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группами входов-выходов блоков обработки, первая и вторая группы входов которых являются группой входов системы, выход каждого из узлов связи соединен с соответствующим входом микропроцессорного преобразователя, выход которого соединен со входом первого узла связи, группа входов-выходов микропроцессорного преобразователя является третьей группой входов-выходов системы, а микропроцессорный преобразователь содержит два усилителя, микропроцессор, набор элементов ИЛИ, элемент и, преобразователь электрических сигналов в оптические и преобразователь
оптических сигналов в электрические, при этом, группа входов-выходов микропроцессорного преобразователя является входом первого усилителя и выходом второго усилителя, вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого соединен с третьим входом набора элементов ИЛИ и с первым входом микропроцессора, вход которого соединен с выходом первого усилителя, второй выход микропроцессора соединен с первым входом набора элементов ИЛИ, второй вход которого соединен со вторыми входами элемента И и с выходом преобразователя оптических сигналов в электрические, вход которого является входом микропроцессорного преобразователя, выход которого является выходом преобразователя электрических сигналов в оптические, вход которого соединен с выходом набора элементов ИЛИ [RU, 2210104, С2, G 06 F 15/16, Н 01 Н 83/00, Н 02 Н 7/00, 2001]
Недостатком этой системы также является относительно узкие функциональные возможности, поскольку известная система предназначена для автоматизации процесса сбора информации о контролируемых средствах, обработки информации и передачи информации потребителю (обслуживающему персоналу), но не позволяет произвести управление исполнительными устройствами системы.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система «Умный дом», содержащая блок управления, состоящий из микропроцессора, первая группа входов-выходов которого является первой группой входов-выходов блока управления и группой входов-выходов системы для подключения к внешнему компьютеру, а вторая группа входов-выходов - второй группой входов-выходов блока управления, а также N групп датчиков и N групп исполнительных устройств, при этом, выходы N групп датчиков и входы N групп исполнительных устройств соединены с первой группой входов-выходов блока управления [Система «Умный дом», сайт http//www.realdom.ru/, 2005].
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что
управление всеми датчиками и исполнительными устройствами производится с единого блока управления, что существенно затрудняет быструю замену, развитие, модернизацию и перепрограммирование датчиков и исполнительных устройств, находящихся, например, в отдельных изолированных и/или удаленных помещениях.
Практика конструирования и практического использования подобных систем показывает, что при обслуживании относительно больших загородных домов и усадеб более удобным является наличие отдельных блоков, размещенных в изолированных и/или удаленных помещениях, которые могут выполнять локальные функции управления соответствующими датчиками и исполнительными устройствами. Это существенно упрощает процесс изменения программ работы этих элементов, процесс их ремонта, замены и модернизации, т.е. повышает ремонтнопригодность системы, особенно при ее развитии, а также при ремонте отдельных помещений и дополнительном строительстве отдельных зданий. Кроме того, исключается необходимость соединения физическими линиями управления и связи всех датчиков и исполнительных устройств с блоком управления. Более экономичным также является соединения отдельных их подгрупп одной физической линией с блоком управления. Это упрощает систему, повышает ее надежность, упрощает управление, а также позволяет использовать более простую конструкцию блока управления.
Требуемым техническим результатом является расширение функциональных возможностей, повышение надежности и оперативности управления, а также ремонтнопригодности и экономичности.
Этот технический результат достигается тем, что в систему, содержащую блок управления, состоящий из микропроцессора, первая группа входов-выходов которого является первой группой входов-выходов блока управления, а вторая группа входов-выходов - второй группой входов-выходов блока управления для подключения к внешнему компьютеру, а также N групп датчиков и N групп исполнительных устройств, введены
N блоков обработки и связи и блок питания, включенный в состав блока управления и выход которого является выходом питания блока управления и соединен с входами питания N блоков обработки и связи, при этом, группа выходов каждого из N блоков управления и связи соединена с группой входов соответствующих групп исполнительных устройств, группа входов -соединена с группой входов соответствующих групп датчиков, а группа входов-выходов соединена с первой группой входов-выходов блока управления.
На чертеже представлена электрическая структурная схема микропроцессорной информационно-управляющей системы «Умный дом».
Микропроцессорная информационно-управляющая система «Умный дом» (ниже «система») содержит N блоков 1-1...1-N обработки и связи, а также блок 2 управления, состоящий из микропроцессора 2-1, первая группа входов-выходов которого является первой группой входов-выходов блока управления и группой входов-выходов системы для подключения к внешнему компьютеру 3.
Кроме того, система содержит N групп 4-1...4-N датчиков, группа выходов каждой из которых соединена с группой входов одноименного блока 1-1...1-N обработки и связи, а также N групп исполнительных устройств 5-1...5-N, группа входов каждой из которых соединена с группой выходов одноименного блока 1-1...1-N обработки и связи.
Дополнительно блок 2 управления содержит блок 2-2 питания, выход которого является выходом питания блока 2 управления и соединен с входами питания N блоков 1-1...1-N обработки и связи.
При этом, вторая группа входов-выходов микропроцессора 2-1 является второй группой входов-выходов блока 2 управления и соединена с входами-выходами N блоков 1-1...1-N обработки и связи.
В качестве микропроцессора 2-1 блока 2 управления может быть использован микропроцессор ATMega128-16AI, в качестве блока питания 2-2 - блок питания БПС 12-2 12V 2A стабилизированный, в качестве блоков
1-1...1-N обработки и связи - микропроцессор типа ATMega81-8AI, в качестве датчиков групп 4-1...4-N - любые датчики с релейными выходами, в качестве исполнительных устройств - реле, электромагнитные клапаны, пневмоприводы, диммеры, радиоэлектронные устройства ИК-управления и т.д.
Микропроцессорная информационно-управляющая система «Умный дом» работает следующим образом.
Система обеспечивает механизм централизованного контроля и интеллектуального управления в жилых, офисных или общественных помещениях, современный сервис и согласованную работу всех входящих в инфраструктуру квартиры, дома или поселка автономных систем, осуществляет контроль и управление инженерными системами, многоуровневое оповещение в случае аварии, а также учет потребления ресурсов.
Система позволяет в рамках среды обитания задавать и контролировать параметры этой среды (свет, температура воздуха, влажность, звук и т.д.), создавать индивидуальные сценарии работы. Кроме того, система позволяет осуществлять контроль и управление инженерными системами (освещение, климат, видеонаблюдение, отопление, газо и водоснабжения, вентиляции, охраны...). При этом имеется возможность осуществлять управление с одного пульта (блока управления) всеми элементами инфраструктуры в доме (аудио-видео техника, сауна, бытовые приборы, жалюзи, свет...), получать доступ к информации о состоянии всех элементов, жизнеобеспечения дома (находясь внутри него или удаленно), а также оповещение в случае аварийной ситуации, исполнение сервисных функций (ведение протокола событий, звуковые приветствия, имитация присутствия, имитация наличия животных...). Предоставляется возможность включить в систему персональный компьютер, PALM, или иное средство для наглядного общения системы с пользователем. Контроль и
управление системой может осуществляться удаленно, с помощью мобильной связи и Интернет
Блок 2-2 питания является источником вторичного электропитания и обеспечивает стабилизированный уровень напряжения 12В для питания всех энергопотребляющих элементов системы. Микропроцессорный преобразователь 2-2 блока 2 управления содержит всю логику работы системы.
Группа 4-1...4-N датчиков включает датчики температуры, освещенности, задымленности, движения и др.
Группа 5-1...5-N исполнительных устройств включает выключатели светильников, кондиционеров, домашних кинотеатров, магнитофонов, а также диммеры, реле, электро-магнитные клапана, интерфейсы управления (кнопочные выключатели, пульты ДУ, сенсорные панели, web/wap интерфейс, кнопочные ЖК панели) и т.п.
Блоки 1-1...1-N обработки и связи принимают сигналы от датчиков -в виде дискретных сигналов логических нулей и единиц «замкнуто-разомкнуто» («сработал - не сработал») от соответствующих им датчиков групп 4-1...4-N - датчиков температуры, освещенности, показания сопротивления и т.д.
Блоки 1-1...1-N обработки и связи преобразуют эти сигналы в пакеты (данные внутренней сети), согласовывает с блоком 2 управления отправку данных, и отправляет по внутренней сети (связям между блоками системы) в блок 2 управления, являющийся главным блоком управления системы. Входящий в его состав микропроцессор 2-1 (центральный процессор системы) обрабатывает данные по заданной программе, определяемой требуемым алгоритмом управления системой, применяет требуемые связи и зависимости и выдает результат и список действий, который по внутренней сети опять поступает к блокам 1-1...1-N обработки и связи, в которых они конвертируются в сигналы управления исполнительными устройствами соответствующих групп 5-1...5-N
исполнительных устройств - срабатывание реле, плавное изменение напряжения и т.д.
Кроме того, блоки 1-1...1-N обработки и связи постоянно «общаются» с блоком 2 управления, сообщая ей необходимые параметры некоторых датчиков через определенный промежуток времени, и если сигнал от соответствующего датчика отсутствует, то блок 2 управления принимает решение о аварийной ситуации и действует по соответствующему сценарию, формируя, например. Сигнал аварийного отключения (включения) соответствующих устройств.
Внутренняя сеть напоминает локальную сеть, где данные идут в виде пакетов, в которых указывается какая точка его должна принять, и какие действия должна выполнить.
Контроль и управление инженерными элементами инфраструктуры осуществляется следующим образом. Информация от датчиков (протечки воды, утечки газа, влажности, температуры, охранные, пожарные и проч.) поступает через блоки 1-1...1-N обработки связи к микропроцессору 2-1 блока 2 управления и, в случае выхода контролируемых параметров за пределы (max-min), или при срабатывании какого-либо датчика или таймера блок 2 управления обрабатывает полученную информацию, вырабатывает управляющий сигнал согласно заданному алгоритму, определенного заказчиком, и передает его исполнительному механизму (клапану воды - в случае протечки, двигателю - при закрытии ставней или открывании ворот, сирене - в случае проникновения; выключателю - для управления светом и т.д.). Все происходящие события заносятся в протокол, который можно в любой момент прочитать на экране компьютера 3. Кроме того, в экстренных (аварийных) ситуациях, система оповестит по телефонной линии и голосом сообщит причину вызова или вышлет тревожное SMS-сообщение по мобильной связи. Оповещение осуществляется по нескольким номерам в каждом случае и не заканчивается до тех пор, пока не дозвонится.
Система работает всегда, независимо от того, находится хозяин дома или нет, она только переходит из одного режима в другой. Например, при использования блока 2-2 питания с резервным аккумулятором и отключении электропитания система переходит на аккумуляторное питание и сообщает об этом по телефонной линии.
Система обеспечивает сервисные функции - приветствие самой системы, возможность записать и прочитать голосовые сообщения членам семьи (голосовая почта), голосовой будильник - он разбудит вас или напомнит о чем-то важном. Кроме того, в ваше отсутствие отпугнет случайных воров, воспроизведя лай собаки при нажатии на входной звонок, сымитирует ваше присутствие, зажигая свет и включая музыку при приближении к вашей квартире кого-либо.
Система может дополнительно осуществлять контроль и управление уже существующими системами в квартире, доме или коттедже.
В системе основным устройством является блок 2 управления, который является ведущим устройством системы, хранящим все алгоритмы, логические связи и конфигурацию данной системы. Компактность позволяет установить его в скрытом и недоступном для третьих лиц месте, позволяя, таким образом, даже при повреждении пультов и других открыто установленных устройств сохранять работоспособность системы, повышая безопасность дома.
Расширение системы не требует вторжения в уже смонтированную ее часть, что позволяет избежать прокладки дополнительного кабеля в ранее отремонтированной части квартиры, дома или здания.
Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройства достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей, повышение надежности и оперативности управления, а также ремонтнопригодности и экономичности.
Микропроцессорная информационно-управляющая система "Умный дом", содержащая N групп датчиков, N групп исполнительных устройств и блок управления, состоящий из микропроцессора, имеющего первую группу входов-выходов, которая является первой группой входов-выходов блока управления и группой входов-выходов системы для подключения к внешнему компьютеру, а также вторую группу входов-выходов, отличающаяся тем, что, введены N блоков обработки и связи и блок питания, включенный в состав блока управления и выход которого является выходом питания блока управления и соединен с входами питания N блоков обработки и связи, при этом группа выходов каждого из N блоков обработки и связи соединена с группой входов соответствующих групп исполнительных устройств, группа входов соединена с группой входов соотвествующих групп датчиков, а группа входов-выходов соединена со второй группой входов-выходов блока управления.
