Система управління інфраструктурою будинку “розумний дім”

Реферат: UA 81054 U UA 81054 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до систем електронного управління інженерним обладнанням споруд різного призначення, таких як: індивідуальних житлових будинків, котеджів, офісних будівель, квартир тощо. Відома система автоматичного контролю та керування, що містить модуль прийому сигналів і модулі управління, які встановлені в місцях збору і виконання команд з модуля управління. Система також містить комунікаційну шину системи, комунікаційні контролери, датчики, кінцеві виконавчі пристрої. Система містить головний контролер як інтелектуальний керуючий елемент системи та контролери як елементи-посередники між головним контролером та датчиками і кінцевими виконавчими пристроями, причому контролери під'єднані до комунікаційної шини системи, що закільцьована з головним контролером (UA 64647 А, МПК(2006) G08B 19/00, опубл. 16.02.2004). Недоліком такого пристрою є його низька надійність. Це зумовлено тим, що при виході з ладу одного з блоків системи необхідно знеструмлювати і виводити з експлуатації всю систему через те, що характер збору пристрою такий, що такі складові елементи, як комунікаційна шина системи, комунікаційні контролери, датчики, кінцеві виконавчі пристрої, під'єднанні до одного головного контролера. Найбільш близьким аналогом системи, що заявляється, за технічною суттю, призначенням і результатом, що досягається, є пристрій керування системами будинку, в якому модуль прийому сигналів являє собою ІР-камеру, яка по засобах Wi-Fi або Ethernet-мережі зв'язана з відеосервером. Також пристрій містить сенсорну панель, телефон, який через GSM-мережу зв'язаний з GSM-модулем і сервером управління, причому як модуль управління використаний комп'ютер, зв'язаний з веб-сервером на сервері управління, а GSM-модуль зв'язаний з телефонами користувача. До складу пристрою також входять медіа-сервер, точка доступу Wi-Fi, модулі управління CM 7, пов'язані з CAN-BUS мережею, датчиками і виконавчими пристроями, шлюз GW4 × 2, що здійснює трансляцію пакетів між CAN і Ethernet мережами, з вбудованим блоком живлення і модем, а також модуль управління опалюванням, пов'язаний з опалювальними елементами (UA 62854 U, МПК(2011.01) G08B 19/00, опубл. 12.09.2011). У відомій системі при виході з ладу одного з блоків не порушується робота всієї системи, крім того, керування нею здійснюється з однієї панелі. Однак, недоліком відомої системи є використання інженерного обладнання з декількох розрізнених локальних підсистем (освітлення, ворота, ролети, нагрівачі, насоси, системи сніготанення, різноманітні датчики тощо) і необхідність використання при виконанні такого широкого обсягу завдань досить місткого об'єму дорогого та громіздкого обладнання та координації роботи між його елементами. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення системи управління інфраструктурою будинку "Розумний дім", в якому шляхом зміни сервісу управління забезпечується можливість автоматично керувати інженерним обладнанням будинку без безпосередньої присутності людини і видавати оперативну інформацію про стан контрольованого об'єкту, що дозволяє підвищити працездатність і надійність усіх елементів системи за будь-яких умов при мінімальній кількості обладнання і мінімальних затратах. Поставлена задача вирішується тим, що у системі управління інфраструктурою будинку "Розумний дім", що містить датчики, відеокамери і виконавчі пристрої (1), з'єднані з сервером управління, згідно з корисною моделлю як сервер управління використаний принаймні один шлюз (2), що містить безпровідний приймально-передаючий елемент і забезпечує вихід у мережу Ethernet (3), а мережею Internet (7) зв'язаний з хмаровим сервером (8), при цьому система виконана з можливістю реєстрації пристроїв і конфігурування алгоритмів їх взаємодії за допомогою WEB-сервісу у хмаровому сервері з подальшою передачею конфігурації у шлюз. Новим також є те, що шлюз (2) виконаний з можливістю працювати на одній з найрозповсюджених частот і приймати найбільш розповсюджені протоколи безпровідного зв'язку. Новим також є те, що шлюз (2) виконаний з можливістю підтримки керування системою за допомогою Android планшета (5) або смартфона (4) через домашню систему Wi-Fi (6). Новим також є те, що шлюз виконаний з можливістю за допомогою програми "бутлоадер" за потребою оновлювати внутрішні програми з хмарового серверу, вносячи інші стандарти інтелектуальних можливостей самого шлюзу по зв'язку з новими зовнішніми пристроями керування. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 схематично зображена система управління інфраструктурою будинку "Розумний дім"; на фіг. 2 бездротовий шлюз 1-М. 1 UA 81054 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Система управління інфраструктурою будинку "Розумний дім" у найкращому варіанті здійснення корисної моделі, що заявляється, який не є єдино можливим, містить датчики, відеокамери і виконавчі пристрої, безпровідними каналами зв'язку пов'язані зі шлюзами, що містять безпровідний приймально-передавальний елемент і забезпечують вихід у мережу Ethernet, яка пов'язує їх між собою. Шлюз може виконувати одночасно функції сервера і інтерфейсного модуля зв'язку з периферійною системою з допомогою провідних та безпровідних технологій. Шлюз безпосередньо зв'язаний з Internet, тобто включає проміжні модулі (шини, перетворювачі з одного типу шин в інший), а датчики і виконавчі елементи мають безпосередній зв'язок зі шлюзом. Шлюзи мережею Internet пов'язані з хмаровим сервером (розподілені сервери по всьому світу), куди направляються інформаційні потоки. При цьому система виконана з можливістю реєстрації пристроїв і конфігурування алгоритмів їх взаємодії за допомогою WEB-сервісу у хмаровому сервері, де розміщаються інтерфейс користувача та конфігуратор, з подальшою передачею конфігурації у шлюзи. При цьому шлюзи виконані з можливістю працювати на одній з найрозповсюджених частот і приймати найбільш розповсюджені протоколи безпровідного зв'язку. Відповідно це дає можливість використовувати датчики, пульти та виконавчі пристрої в домашній системі широко відомих на світовому ринку виробників. Шлюзи виконані з можливістю підтримки керування системою за допомогою Android планшета або смартфона через домашню систему Wi-Fi. Переваги хмарового серверу очевидні при сучасному всюди проникаючому Internet. Виникає можливість об'єднувати декілька об'єктів, переглядати яку завгодно периферію з відео та звуком. Розпізнавати голос і образи при тому не локально в сервері користувача, а на найпотужніших серверах світу, відповідно, максимальний ступінь розпізнавання та можливість прив'язувати їх до будь-якого сценарію з виконанням логічних дій. Аналіз погоди дозволяє автоматично планувати опалення та кондиціювання, автополив тощо, зменшувати затрати на електрику та воду. Формується дисковий простір, що не дає можливості викрадення домашнього серверу з відеореєстратора, тому що все знаходиться в "хмарі". Запис формується при відсутності користувача, якщо об'єкт під охороною. Все, що нове з'являється в Internet буде асимілюватися в системі, всі оновлення виконуються "хмарою". Усім цим з'являється можливість керувати з мобільного телефону та планшетника (комп'ютера, зв'язаного з Internet) - система крос-браузна. Одним з головних пристроїв в структурі схеми є безпровідний шлюз 1М-центральний контролер. Основні модулі та функції бездротового шлюзу 1М (2) схематично зображені на фіг. 2: - прийняття-передача команд керування по безпровідній мережі + конвертер протоколу безпровідного зв'язку. - підтримка найрозповсюджених протоколів безпровідного зв'язку. - взаємодія з іншими пристроями системи через мережу Internet. - підтримка керування системою з допомогою будь-якого Android планшета чи смартфона (через домашню систему Wi-Fi). - виконання сценаріїв - автоматичне керування обладнанням по заданих сценаріях. - організація безпечного каналу зв'язку з WEB-сервісом 1М biz через Internet для можливості розширеної функціональності (віддалений контроль, повідомлення…) та конфігурування. При конфігуруванні системи управління інфраструктурою будинку відбувається перетворення та компіляція даних, отриманих з центрального серверу у контролер шлюзу 1-М. Внаслідок цього будь-яка логіка легко вкладається у скомпільований алгоритм на малопотужний контролер шлюзу. Це дозволяє зменшити енерговитрати центрального контролера, що працює цілодобово (порядку 0,3 Вт) та підвищити надійність системи управління інфраструктурою будинку. Шлюз 1-М має всі канали зв'язку із зовнішніми пристроями. Дротові канали зв'язку: передача даних по різних дротових шинах (Ethernet, СОМ, RS232, RS485, USB тощо). Популярним рішенням є системи PLC (power line communication), принцип роботи яких заснований на передачі та отриманні команд управління по електричних дротах. При цьому немає необхідності прокладати нові інформаційні кабелі. Дані передаються по існуючій мережі 220В. Бездротові канали зв'язку: передача даних за допомогою інфрачервоного (ІЧ) та радіовипромінювання. ІЧ канал управління подає сигнали на відповідні приймачі – телевізори, 2 UA 81054 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 кондиціонери та іншіпристрої. Радіоканал управління дозволяє взаємодіяти із радіоприладами в широкому діапазоні частот, дозволяючи запам'ятовувати будь-який статичний код будь-якого виробника. Шлюз 1-М має можливість взаємодії і по більш прогресивним технологіям зв'язку різноманітних модифікацій таких як ZigBee, Wi-Fi та ін. Шлюз 1-М також може мати додаткові канали зв'язку: по Інтернету, через GPRS, тощо. Додаткове резервне живлення шлюзу 1-М робить системи управління інфраструктурою будинку "Розумний дім" більш захищеною. Процес конфігурації та реєстрації всіх пристроїв системи виконується з допомогою WEBсервісу 1М biz, для цього необхідно забезпечити доступ шлюзу в Internet, після чого конфігурація автоматично переноситься до шлюзу і надалі він має можливість виконувати свої основні функції без зв'язку з Internet. Наявність постійного каналу зв'язку шлюзу з WEB-сервісом 1М biz дозволяє суттєво розширювати можливості шлюзу і системи в цілому. Використання потужностей хмарових серверів для виконання завдань домашньої автоматизації, переміщення частини навантаження по конфігуруванню і по виконанню завдань системи домашньої автоматизації в "хмару" виконується з допомогою WEB-сервісу 1М biz. Його основні функції: - реєстрація пристроїв в єдиній системі; - конфігурування алгоритмів групової взаємодії пристроїв; - надання можливостей опрацювання сценаріїв та світлових сцен; - віддалений контроль і керування з будь-якого місця світу через мережу Internet; - повідомлення про ситуації через e-mail, sms, mms; - збереження фото та відеосистеми спостереження; - розширення можливостей: імітація життєдіяльності господарів, дії по світанку, заходу і т. ін. - підтримка самостійного опрацювання складних сценаріїв взаємодії обладнання на мові скриптів. Шлюз за допомогою програми "бутлоадер" має можливість постійно оновлювати внутрішні програми з хмарового серверу, вносячи інші стандарти інтелектуальних можливостей самого шлюзу по зв'язку з зовнішніми пристроями керування. Система дозволяє автоматично керувати інженерним обладнанням будинку без безпосередньої присутності людини і видавати оперативну інформацію про стан контрольованого об'єкту (наприклад на мобільний телефон) при мінімальних економічних затратах. Система управління інфраструктурою будинку "Розумний дім" працює таким чином. Центральний контролер-шлюз при підключенні до Internet звертається до хмарового серверу, який визначає, ідентифікує і завантажує в нього програму, створену і розміщену в "хмарі", таким чином можливе в довільний час оновлення програми за необхідністю. У центральний контролер користувачем прописуються периферійні пристрої для подальшого керування ними. За командою користувача конфігуратор "спаковує" сценарій і відправляє в шлюз. За бажанням споживача можливе оновлення програми. Конфігуратор - програма для візуального зображення сценарію, що знаходиться на WEBсервері. У центральному контролері прописуються всі відомі протоколи (провідні канали зв'язку), що виключає установку проміжних модулів управління. Протоколи постійно оновлюються за командою "хмари", що дає безмежні можливості керування системою користувачем, не заглиблюючись в складності комунікаційних технологій. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 1. Система управління інфраструктурою будинку, що містить датчики, відеокамери і виконавчі пристрої, з'єднані з сервером управління, яка відрізняється тим, що як сервер управління використаний принаймні один шлюз, що містить безпровідний приймально-передавальний елемент і забезпечує вихід у мережу Ethernet, а мережею Internet зв'язаний з хмаровим сервером, при цьому система виконана з можливістю реєстрації пристроїв і конфігурування алгоритмів їх взаємодії за допомогою WEB-сервісу у хмаровому сервері з подальшою передачею конфігурації у шлюз. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що шлюз виконаний з можливістю працювати на одній з найрозповсюджених частот і приймати найбільш розповсюджені протоколи безпровідного зв'язку. 3 UA 81054 U 5 3. Система за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що шлюз виконаний з можливістю підтримки керування системою за допомогою Android планшета або смартфона через домашню систему Wi-Fi. 4. Система за пп. 1-3, яка відрізняється тим, що шлюз виконаний з можливістю за допомогою програми "бутлоадер" постійно оновлювати внутрішні програми з хмарового серверу, вносячи інші стандарти інтелектуальних можливостей самого шлюзу по зв'язку з зовнішніми пристроями керування. 4 UA 81054 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України,вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5