Умная система мониторинга контролируемой среды, подходящая для мультисенсорного взаимодействия с пользователем

Изобретение относится к области управления и мониторинга зданий. Техническим результатом является обеспечение передачи потока информации для пользователя только в присутствии пользователя в здании за счет осуществления проверки присутствия пользователя в здании с помощью физических датчиков и самого пользователя, считаемого источником информации. Для этого система для мониторинга контролируемой среды, подходящая для мультисенсорного взаимодействия с пользователем, содержит многопротокольный блок (2) управления, снабженный одним внутренним беспроводным модемом (16), соединителем (71) источника питания, микропроцессорным блоком (15), средствами (13) ОЗУ, средствами (12) программной памяти и средствами (14) памяти данных, модем, модем-маршрутизатор (30), внешний по отношению к блоку (2) управления и функционально связанный с ним. Кроме того, система (1) также содержит датчиковые средства, внутренние по отношению к блоку (2) управления, множество исполнительных средств (20), внешних по отношению к блоку (2) управления, и датчиковые средства, внешние по отношению к блоку (2) управления. Причем датчиковые средства, внутренние по отношению к блоку (2) управления, обнаруживают значение контролируемой среды, датчиковые средства (10, 11), внешние по отношению к блоку (2) управления и функционально связанные с блоком (2) управления, обнаруживают второе значение контролируемой среды. При этом система содержит компьютерные средства, выполненные внутри блока управления (2), снабженные программным обеспечением (80) для обработки коэффициента вероятности присутствия пользователя в контролируемой среде на основе первого и второго значения, обнаруженных посредством внутренних датчиковых средств (3, 4, 5, 6) и внешних датчиковых средств (10, 11), и для их обработки для получения параметра среды, относящегося к условию контролируемой среды, и направления команды на исполнительные средства, внутренние по отношению к блоку (2) управления, и на соответствующие внешние исполнительные средства (20) для сенсорного сообщения обратной связи, касающегося одного или более условий указанной контролируемой среды, пользователю. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом относится к системам управления и мониторинга зданий (контролируемых сред), которые могут обеспечивать данные об условиях в здании с точки зрения комфорта окружающей среды, энергоэффективности и безопасности в отношении различных частей здания, его конструкции и его пользователей.

В частности, настоящее изобретение относится к умной системе, подходящей для взаимодействия между средой здания и блоком управления (умным шлюзом), между блоком управления и серверной системой на основе облака, а также между блоком управления и пользователем.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Системы автоматизации дома, которые в настоящее время обычно называют Интернетом вещей для умного здания и умного дома, представляют собой сложные, трудные в установке и зачастую дорогие системы; их сложность является причиной усталости пользователя от использования системы, прекращения ее использования и безразличия к ее функциям.

Кроме того, в том, что касается управления и, следовательно, проверки функций подобных систем, указанные процедуры всегда выполняются пользователем с помощью компьютера или удаленно с помощью мобильного устройства; если пользователь хочет проверить энергоэффективность дома, ему всегда необходимо подключаться к сети Интернет и осуществлять проверку посредством персонального компьютера (ПК) или мобильного устройства; подобная конфигурация известных систем в конечном итоге приведет к потере интереса пользователя к участию в использовании указанных блоков управления.

В настоящее время известные системы не позволяют пользователю свободно просматривать данные о потреблении каким-либо образом за исключением использования подходящих приложений для смартфонов или ПК, которые могут быть использованы лишь некоторыми пользователями.

Во-первых, система по настоящему изобретению решает проблему непрерывного взаимодействия с пользователем таким образом, что указанное взаимодействие представляет интерес для любого пользовательского сегмента: пожилых людей, детей, даже пользователей, не использующих высокие технологии, а также людей с ограниченными возможностями (например, слепых, слабослышащих); для обеспечения взаимодействия с пользователем настоящая система одновременно решает и другую проблему, тесно связанную с интересами пользователя, а именно проблему проверки присутствия пользователя в здании с большей точностью и надежностью.

В результате анализа уровня техники были отмечены следующие документы:

- В полезной модели CN 204707135, озаглавленной "Энергетический шлюз семейства HEMS на основе Интернета вещей", раскрыта трехуровневая система: уровень восприятия (датчики), сетевой уровень (шлюз) и уровень приложения (статистика, анализ, отображение, обратная связь и управление). Указанная система предназначена для использования предпочтительно в КНР на частоте 780 МГц, которая не используется в других локациях, и с использованием таких услуг, как "интерактивные веб-службы 95598", которые очевидно предназначены для операторов поставщиков электроэнергии на рынке КНР. В данном документе не отмечено решение технической проблемы проверки присутствия пользователя в контролируемой среде с целью обеспечения обратной связи непосредственно через исполнительные механизмы, реализованные в блоке управления. Кроме того, указанное решение не обеспечивает возможность удаленного перепрограммирования, а обеспечивает возможность перепрограммирования лишь через RS485;

- в патентном документе TW201347240, озаглавленном «Система и способ обнаружения служб для умного здания надлежащим образом», упор сделан на распределенную архитектуру для управления зданием с функцией удаленного интеллекта посредством облачной службы, с алгоритмами, обнаруживающими корреляции между событиями и предоставляющими пользователю предложения, которая также основана на измерении потребления электроэнергии прибором. Однако указанная система не содержит функции мультисенсорной обратной связи с пользователем посредством шлюза и смартфона, а также не имеет внутренних датчиков шлюза, и, соответственно, система не предусматривает минимальной установки, позволяющей обеспечивать функции при использовании лишь блока управления;

В документе "Умная мультисенсорная система для мониторинга окружающей среды DIEEI" ("A Smart Multy-Sensory System for Environmental Monitoring DIEEI") сделана ссылка на алгоритмы обнаружения присутствия человека, основанные только на датчиках, реализованных внутри шлюза. Однако в списке указанных датчиков не сделаны ссылки ни на датчики относительной влажности, ни на датчики атмосферного давления; в документе не представлены конкретные результаты измерений энергопотребления; описание не охватывает использование смартфона в качестве входа и, по существу, не включает какой-либо конкретный вид выхода ни с точки зрения исполнения, ни с точки зрения обратной связи с пользователем, за исключением света пассивного ИК-датчика; в документе не указаны внутренние функции на внешних серверах, а также удаленное обновление аппаратнореализованного программного обеспечения блока управления; наконец, не раскрыто мобильное приложение, гарантирующее взаимодействие с пользователем посредством смартфонов;

- В публикации патентной заявки США US 2003050737 (А1), озаглавленной "Энергосберегающая домашняя система", раскрыта комплексная система домашней автоматизации, основанная на умной распределительной коробке, в которой обеспечены преимущества при управлении энергопотреблением здания с добавлением в каждую розетку здания, средства измерения энергии, средства измерения температуры, голосовые средства, средства движения, видеокамеры, дисплеи и динамики, возможность обработки всех данных и обеспечения связи по сети электропитания с ПК и интернет-функциями. В указанной системе не приведена ссылка на алгоритмы, основанные на мультисенсорном обнаружении присутствия пользователя, которое обнаруживают лишь посредством датчика движения, или, по меньшей мере, не приведена комбинация измерения атмосферного давления, звука, влажности и температуры для обнаружения присутствия пользователя;

- Патент ЕР 1946790 (А1), озаглавленный "Мультисенсорный рассеиватель с оздоровительными последовательностями, связанными с медитацией, сном, расслаблением и энергией" относится к дистанционному программируемому мультисенсорному рассеивателю, который выполнен с возможностью распространения в окружающей среде четырех видов контролируемой терапии: ароматерапии, хромотерапии, музыкотерапии и прикладной кристаллотерапии. Однако удаленное программируемое устройство не описано с точки зрения возможности связи, и устройство обновляют путем замены карты памяти. В устройстве не используют мультисенсорные распределения в соответствии с состоянием здания, обрабатываемые на основании показаний датчиков, устройство не взаимодействует с пользователем, устройство не взаимодействует посредством программного обеспечения устройства с внешним сервером, способным предоставлять расширенные услуги на основании алгоритмов анализа данных и системы поддержки принятия решений, что реализовано в настоящем изобретении.

Задача настоящего изобретения заключается в устранении всех недостатков, присущих известным из уровня техники решениям.

В частности, изобретение обеспечивает оригинальное решение проблемы обеспечения системы мониторинга контролируемой среды, подходящей для мультисенсорного взаимодействия с пользователем, с обеспечением непрерывного взаимодействия с пользователем, которое может быть доступно для всех пользователей любой возрастной группы, а также для лиц с ограниченными возможностями.

Другая решаемая проблема заключается в том, что поток информации для пользователя (оповещения и предложения посредством приложений, мультисенсорная обратная связь, автоматизация устройств, потребляющих электроэнергию, комфорт и безопасность здания) передают в присутствии пользователя в здании; проверку присутствия пользователя в здании осуществляют с помощью оригинальной комбинации элементов, включающей физические датчики и самого пользователя, считаемого источником информации.

В контексте аспекта обнаружения присутствия пользователя в среде, настоящее изобретение позволяет решить некоторые проблемы, связанные с использованием известных датчиков в настоящее время. Наиболее часто используемыми датчиками являются датчики движения; указанные датчики эффективно работают в качестве датчиков присутствия лишь в случае нахождения пользователя в состоянии непрерывного движения; иногда присутствие в среде человека, выполняющего незначительные движения или вовсе неподвижного, может не быть обнаружено.

Другими часто используемыми датчиками являются датчики-маяки, которые, с другой стороны, требуют постоянного ношения пользователем РЧ-излучателя; указанные датчики с определенной точки зрения решают проблему пропусков в обнаружении, осуществляемом датчиками движения, вследствие того, что использование постоянно носимого пользователем РЧ-излучателя позволяет проверить присутствие человека в среде даже при нахождении человека в неподвижном состоянии; с другой стороны, указанные датчики также имеют ограничения: например, пользователь может забыть включить датчик или может не носить его.

Обе указанные системы подвержены проблемам, связанным с ложной тревогой.

Напротив, оригинальная комбинация входных параметров настоящего изобретения позволяет минимизировать ложные тревоги и повысить точность и достоверность информации, связанной с присутствием пользователя в контролируемой среде.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вышеописанные проблемы решены путем обеспечения системы мониторинга контролируемой среды, подходящей для мультисенсорного взаимодействия с пользователем и состоящей из:

- многопротокольного блока управления, снабженного внутренними датчиками и исполнительными механизмами, а также внутренними и внешними устройствами связи (модемами), со средствами обработки и хранения данных, касающихся здания, в котором расположена система;

- внешних датчиков и исполнительных механизмов; процессорных средств, содержащих:

программное обеспечение блока управления;

программное обеспечение сервера, не находящееся в здании / доме, а размещенное на сервере / в облаке, выполняющее функции обработки и хранения данных для всех многопротокольных блоков управления в различных средах, а также данных, доступных через Интернет из нескольких источников, включая открытые данные;

программное обеспечение приложения, исполняемое на смартфонах или планшетных компьютерах, которые взаимодействуют с блоком управления и с указанными процессорными средствами; функции приложений частично доступны также через веб-доступ с любого терминала, даже с ПК, через известные браузеры.

Система по настоящему изобретению выполняет следующие функции:

- функцию шлюза (беспроводного, проводного, LAN, WAN / Интернет) посредством многопротокольного блока управления;

- функцию получения данных посредством датчиков, выполненных в блоке управления (датчик атмосферного давления) и вне указанного блока (устройство, такое как смартфоны и планшетные компьютеры, которые посредством приложения предоставляют данные, поступающие от датчиков, физически выполненных на смартфоне / планшетном компьютере, и данные, вводимые пользователем в ответ на обратную связь). Данные от всех датчиков обрабатывают с целью предоставления информации о вероятности присутствия пользователя в здании, ключевых данных для программного обеспечения (программное обеспечение умного шлюза, сервера, приложений для смартфонов и ПК) с целью выработки обратной связи для пользователя и автоматических операций, касающихся нагрузок и исполнительных механизмов;

- функция отправки данных и команд на внутренние исполнительные механизмы (свет, акустические излучатели, распылители ароматизаторов) и внешние, физические и виртуальные исполнительные механизмы (смартфон и планшетный компьютер, которые посредством приложения обеспечивают оповещения и уведомления) обеспечивает мультисенсорную обратную связь, касающуюся состояния здания;

- функции контроля, координации и обработки данных с использованием высокопроизводительных вычислительных ресурсов, предоставляемых умному шлюзу и, соответственно, всей технологической системе здания, через интернет-соединение с сервером, снабженным программным обеспечением сервера, также выполненным с возможностью удаленного обновления программного обеспечения блока управления, а также отправки инструкций, замещающих решения, независимо обработанные умным шлюзом.

Проблема непрерывного взаимодействия пользователя с данными о состоянии здания решена посредством системы, использующей взаимодействие между указанными функциями для обеспечения мультисенсорной связи с пользователем.

Настоящее изобретение также решает проблему улучшения указанного взаимодействия между пользователем и контролируемой средой (под термином "контролируемая среда" также понимают часть здания) с обеспечением системы управления параметрами среды зданий и жилищ, в которых обеспечена двусторонняя связь между пользователем и системой посредством блока управления.

Другая решенная проблема заключается в обеспечении свободного взаимодействия системы с пользователем таким образом, что пользователь заинтересован в продолжении ее использования.

Еще одно преимущество системы по настоящему изобретению заключается в обеспечении возможности управления устройствами и установками в здании с целью оптимизации энергопотребления, а также сохранения комфорта и безопасности более эффективным по сравнению с известными системами образом; по существу, при повышении надежности функции обнаружения присутствия пользователя в контролируемой среде может быть реализована более эффективная логика энергоэффективности (например, отключения устройств в случае длительного отсутствия людей) посредством активного взаимодействия с пользователем, осведомленность которого об энергопотреблении и связи пользователя с характером энергопотребления играет ключевую роль; указанное взаимодействие обеспечено посредством простых и инновационных встроенных элементов обратной связи - визуальных, звуковых и обонятельных.

Таким образом, система в целом решает проблему непрерывного взаимодействия с пользователями любого вида - пожилыми людьми, детьми, лицами с ограниченными возможностями и даже людьми, не привыкшими к высоким технологиям.

Еще одно преимущество системы заключается в постоянном взаимодействии с пользователем с течением времени и, следовательно, в обеспечении осведомленности пользователя об энергоэффективности и энергопотреблении здания.

Кроме того, настоящая система отличается модульностью и масштабируемостью, то есть возможностью для пользователя начать с базового (упрощенного) набора, состоящего из многопротокольного блока управления и устройства измерения энергопотребления; многопротокольный блок управления также совместим со всеми коммерчески доступными устройствами, и, в случае взаимодействия с инновационными устройствами, блок может быть обновлен.

Другие аспекты, признаки и варианты использования умной системы мониторинга контролируемой среды, подходящей для мультисенсорного взаимодействия с пользователем согласно настоящему изобретению, раскрыты в нижеприведенном описании со ссылкой на подробное описание примера реализации, раскрытого в пояснительных целях и проиллюстрированного на нижеприведенных чертежах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 показан схематичный вид системы взаимодействия с пользователем, включающей контролируемую среду или набор, состоящий из многопротокольного блока управления и устройства измерения энергопотребления, датчиков и исполнительных механизмов и внешнего маршрутизатора, а также отображение устройств, связанных с блоком управления посредством сети Интернет.

На фиг. 2 показан схематичный вид мультисенсорного взаимодействия между пользователем и устройством многопротокольного блока управления, расположенным в контролируемой среде.

На фиг. 3 показана блок-схема, иллюстрирующая взаимодействие между блоком управления и контролируемой средой (зданием) и обработку данных, получаемых от внутренних и внешних датчиков, выполняемую блоком управления с целью определения состояния здания в зависимости от присутствия пользователя и изменения параметров окружающей среды, и передачу указанных данных пользователю с целью обеспечения взаимодействия пользователя посредством сенсорных исполнительных механизмов, внутренних и внешних по отношению к блоку управления.

На фиг. 4 показана подробная блок-схема одной из функций обработки данных (то есть присутствия пользователя в среде) по фиг. 3 посредством программного обеспечения многопротокольного блока управления.

На фиг. 5 показана блок-схема действий, выполняемых серверным или облачным программным обеспечением, и его взаимодействие с многопротокольным блоком управления.

На фиг. 6 показан схематичный вид сверху устройств внутри многопротокольного блока управления.

На фиг. 7 показан вид сверху в аксонометрической проекции многопротокольного блока управления.

На фиг. 8 показан вид снизу многопротокольного блока управления.

ПОЗИЦИИ НА ЧЕРТЕЖАХ

1 - Умная система по настоящему изобретению;

2 - Многопротокольный блок управления;

3 - Внутренний микрофонный датчик;

4 - Внутренний датчик относительной влажности;

5 - Внутренний датчик температуры;

6 - Внутренний датчик атмосферного давления;

7 - Излучатель многоцветного света;

8 - Громкоговоритель;

9 - Устройства для подачи распыленных и/или паровидных ароматизаторов;

10 - Внешние датчики;

11 - Устройство для измерения энергопотребления с переключателем включения/выключения;

12 - Программная память;

13 - ОЗУ;

14 - Память данных;

15 - Микропроцессорный блок;

16 - Внутренний беспроводной модем;

17 - Универсальные последовательные порты ввода-вывода;

18 - Аккумуляторная батарея

19 - Источник питания с преобразователем USB/ связь по линии электропередачи (ЛЭП) (PLC);

20 - Внешние исполнительные механизмы;

30 - Внешний модем/маршрутизатор;

40 - Терминал ПК;

50 - Мобильное устройство;

60 - Устройства связи;

70 - Соединители;

71 - Соединитель для питания по USB источника 19 питания;

72 - Выделенный соединитель 14 памяти данных и соединитель 12 программной памяти;

80 - Программное обеспечение умного шлюза;

90 - Серверное программное обеспечение;

100 - Сервер

200 - Программное обеспечение, выполненное в виде приложения

500 - Набор

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно настоящему изобретению, умная система 1 для мониторинга контролируемой среды, подходящая для мультисенсорного взаимодействия с пользователем, содержит:

- по меньшей мере многопротокольный блок 2 управления, снабженный по меньшей мере одним внутренним беспроводным модемом 16, соединителем 71 источника питания, микропроцессорным блоком 15, ОЗУ 13, программной памятью 12 и памятью 14 данных;

- по меньшей мере один модем, соответственно, модем-маршрутизатор 30, внешний по отношению к блоку управления и функционально связанный с ним;

- датчики, внутренние по отношению к блоку 2 управления, отдельно и в комбинации представляющие собой микрофонный датчик 3, датчик 4 относительной влажности, датчик 5 температуры, датчик 6 атмосферного давления или т.п., с целью обнаружения по меньшей мере первого значения контролируемой среды;

- исполнительные механизмы, внутренние по отношению к блоку 2 управления, отдельно или в комбинации представляющие собой излучатель 7 многоцветного света, громкоговоритель 8, устройства 9 для подачи распыленных и/или паровидных ароматизаторов или т.п., и

- множество исполнительных механизмов 20, внешних по отношению к блоку 2 управления;

- датчики 10 и 11, внешние по отношению к блоку 2 управления и функционально связанные с блоком 2 управления с целью обнаружения по меньшей мере второго значения контролируемой среды;

- компьютерные средства, выполненные внутри указанного блока 2 управления, снабженные средствами 80 программного обеспечения.

Многопротокольный блок 2 управления по настоящему изобретению выполняет функции шлюза; соответственно, он снабжен несколькими внутренними беспроводными модемами 16, обеспечивающими:

- беспроводную связь LAN (Wi-Fi, ВТ, включая ВТ-LP, 802.15.4-Zigbee, Thread, 6Lowpan и т.д., WMBus, Zwave, Lora);

- проводную связь LAN (порт Ethernet eRS485, порт связи по линии электропередачи посредством умного источника питания);

- Интернет-связь через общедоступную мобильную сеть GPRS/UMTS, общедоступную мобильную сеть 5G, или общедоступную проводную сеть ADSL или сеть другого вида посредством внешних модемов и модемов-маршрутизаторов, таких как универсальные последовательные порты ввода-вывода, или в целом по сети LAN или посредством беспроводной сети LAN;

- другие возможные виды связи посредством разъемов USB и с функцией удаленного обновления.

Многопротокольный блок 2 управления также содержит память 14 данных, микропроцессорный блок 15, ОЗУ 13 и программную память 12, в которой выполнено программное обеспечение 80, и таким образом, блок 2 управления может исполнять программы и обрабатывать сигналы, поступающие от различных внутренних и внешних датчиков (см. фиг. 6).

Доступ к указанным программной памяти 12 и памяти 14 данных может быть осуществлен извне посредством специального соединителя 72, и следовательно, указанные элементы памяти могут быть приварены внутри к печатной плате блока 2 управления или вставлены извне в соединитель 72.

Указанный блок 2 управления также содержит множество соединителей 70 для проводного соединения с локальными сетями LAN и соединитель 71 для питания по USB для обеспечения связи указанного блока 2 управления с электросетью посредством внешнего источника 19 питания; указанный преобразователь USB/связь по ЛЭП источника питания содержит умное устройство, подходящее для преобразования протокола USB в соответствующий протокол связи по линии электропередачи; указанный источник питания также может быть снабжен функцией измерения потребления электроэнергии типа "умной розетки". В случае сбоя питания в сети умное устройство продолжает работать в течение нескольких часов вследствие использования аккумуляторной батареи 18, размещенной в блоке 2 управления.

Блок 2 управления также содержит множество входных портов 17, представляющих собой универсальные последовательные порты ввода-вывода (USB) и т.п., для обеспечения связи блока управления с внешними модемами 30 и/или с внешними средствами 20 исполнительного механизма, причем указанное соединение также может быть установлено посредством внутреннего беспроводного модема 16, такого как Wi-Fi модем, или посредством портов 70 LAN.

Блок 2 управления содержит датчиковые средства различных видов:

- один или более микрофонных датчиков 3;

- датчик относительной влажности 4;

- датчик температуры 5, и

- датчик атмосферного давления 6.

Микрофонный датчик 3 улавливает шум окружающей среды и, в зависимости от длины волны обнаруженного шума (шумов или специфических звуков, издаваемых людьми), способен обнаруживать присутствие пользователя в среде, в которой расположен блок управления.

Датчик 4 относительной влажности фиксирует колебания влажности, способствующие определению присутствия людей в среде.

Датчик 5 температуры может фиксировать колебания температуры, связанные с активизацией систем кондиционирования и с колебаниями температуры во времени, указывающими на присутствие людей в среде.

Датчик 6 атмосферного давления содействует определению параметра присутствия людей в случае присутствия человека и его перемещения в среде с определением колебания атмосферного давления или в случае нахождения человека в неподвижном состоянии и наличии открытого окна, что приводит к изменению атмосферного давления в результате вентиляции комнаты.

В отношении внешних датчиков, схематично показанных на фиг. 2, указанные датчики представляют собой:

- смартфон для подачи сигнала видимости Bluetooth;

- датчики движения на основе одной и/или двух технологий, в частности ИК/микроволновые датчики;

- датчики CO2 или других газов;

- датчик открытия окна;

- датчики температуры и влажности воздуха в комнатах, в которых не расположен блок управления;

- датчики яркости;

- счетчики для измерения общего потребления электроэнергии, воды, газа и фотоэлектрических параметров;

- любое устройство типа "умной розетки";

- смартфоны с реализацией посредством конкретных мобильных приложений;

- датчики вибрации.

В частности, мощность сигнала видимости Bluetooth, поступающего от смартфона 50, позволяет отслеживать расстояние каждого отдельного пользователя, разрешившего осуществление функции.

Сигнал движения на основе одной и/или двух технологий обрабатывают посредством блока управления или отправляют на сервер посредством сети Интернет с последующей обработкой посредством серверного программного обеспечения с целью отсеивания ложных тревог и обеспечения указаний на присутствие людей в здании/среде.

Сигналы от датчиков СО₂ и других газов также используют в качестве возможных переменных в случае указания на присутствие пользователя в среде.

Сигналы, поступающие от датчиков открытия окна, могут указывать на возможность исполнения некоторых рабочих команд для систем кондиционирования и обогрева, а также могут содействовать обработке сигнала о присутствии пользователя в среде также в функционале датчика 6 атмосферного давления.

Сигналы от датчиков яркости используют не только в алгоритмах, управляющих включением и выключением освещения здания, но также и в алгоритмах, содействующих определению присутствия пользователя в среде; таким образом, указанные датчики обнаруживают внезапное изменение яркости вследствие включения лампы пользователем, вошедшим в здание, или, например, вследствие открытия окна или открытия ставней, представляющих собой действия, связанные с присутствием пользователя в среде.

Сигналы измерений от счетчиков потребления воды, газа и света, включая электрические параметры фотоэлектрических счетчиков, а также счетчиков, обеспечивающих измерение, хранение и обработку данных о потреблении для любых других целей мониторинга и управления потреблением энергии в зданиях, также способствуют определению присутствия людей в течение длительных промежутков времени, поскольку в случае длительного отсутствия людей в здании потребление постепенно падает.

Сигналы измерения энергопотребления от так называемых умных розеток 11, розеток для питания отдельного электрического оборудования (стиральная машина, лампа и т.д.), на основании которых могут быть определены привычки пользователя, также способствуют указанию на присутствие пользователя в среде при внезапном появлении электрической нагрузки.

Сигналы, поступающие от смартфонов пользователей посредством специального приложения вследствие произвольного ввода, осуществляемого пользователем, и вследствие действия внутренних датчиков смартфона, таких как акселерометр и другие датчики, обеспечивают данные о привычках пользователя, а также данные, которые пользователь может вводить произвольно:

- предупреждение о присутствии пользователя даже при отсутствии его обнаружения датчиками движения с целью исключения ложных сигналов; в этом случае приложение подтверждает присутствие пользователя;

- предупреждение о перемещении смартфона, обнаруженном посредством внутреннего акселерометра; приложение отправляет пользователю уведомление с запросом, испытывает ли пользователь надлежащий уровень комфорта в комнате/среде, в которой находится пользователь, или просит подтвердить входные значения, поступающие от датчиков и связанные с состоянием дома (подтверждение того факта, что некоторый прибор был ошибочно оставлен включенным или открыто окно);

- планирование присутствия пользователя в контролируемой среде путем согласования личного календаря (например, Google calendar или другого календаря) с приложением.

Сигналы, поступающие от датчиков вибрации в звуковом и ультразвуковом диапазоне, обеспечивают указания, касающиеся безопасности и технического состояния несущих конструкций здания, а также выступают в качестве дополнения к микрофонному датчику 3 с целью обнаружения присутствия людей на основании шума, вызываемого людьми при их перемещении и/или разговоре.

Указанные сигналы, обеспечиваемые указанным внешним датчиком 10, обеспечивают дополнительные данные в дополнение к данным, полученным внутренним датчиком 11, которые обрабатывают в блоке 2 управления посредством программного обеспечения 80 или посредством серверного программного обеспечения 90 на удаленном сервере 100, также виртуализованного в облаке.

Основная задача программного обеспечения 80 заключается в определении одного или более параметров среды, представляющих собой просто состояние здания, и в передаче данных об указанном состоянии посредством мультисенсорных исполнительных средств, внутренних исполнительных средств 7, 8, 9 и внешних исполнительных средств 20. В указанных целях программное обеспечение 80 обеспечивает и обрабатывает дополнительные входные данные, а именно коэффициент вероятности присутствия пользователя, в дополнение к обработке значений, поступающих от внутренних датчиковых средств 3, 4, 5, 6 и, соответственно, внешних датчиковых средств 10, 11.

Таким образом, после обработки указанного коэффициента вероятности программное обеспечение 80 обрабатывает первое и второе значения относительно указанной контролируемой среды, обнаруженные теми же внутренними датчиковыми средствами 3, 4, 5, 6 и внешними датчиковыми средствами 10, 11, и упомянутый коэффициент вероятности, с получением по меньшей мере, первого и второго параметров среды, относящихся к условию контролируемой среды.

Для определения коэффициента вероятности присутствия пользователя программное обеспечение 80 по отношению к соответствующему первому значению, обнаруженному внутренними датчиками (обнаружение человеческого голоса, повышение температуры и относительной влажности, а также изменение атмосферного давления) обрабатывает приростное весовое значение второго значения, обнаруженного некоторыми внешними датчиками (включая датчик закрытого окна, датчик СО₂, датчик яркости, датчик выключенного состояния кондиционера, датчик колебания потребления, умную розетку, Bluetooth-датчик смартфона); на фиг. 4 в первой строке показаны первые параметры, относящиеся к внутренним датчикам, а затем каскадно показаны лишь несколько параметров для внешних датчиков вплоть до n параметров внешних датчиков, выраженных штриховой линией.

После обработки указанного коэффициента вероятности присутствия пользователя в контролируемой среде программное обеспечение 80 направляет запрос подтверждения присутствия по меньшей мере на один терминал 40 ПК, и соответственно, по меньшей мере на одно мобильное устройство 50, снабженное программным обеспечением, выполненным в виде приложения 200, для обеспечения функционального взаимодействия с указанным программным обеспечением 80.

Намеренный ответ пользователя, отправляемый программному обеспечению, выполненному в виде приложения 200, посредством мобильного устройства 50, подтверждает присутствие пользователя в среде.

Программное обеспечение 80 блока 2 управления также обеспечивает эффективное и надежное предупреждение об обнаружении пользователей в здании на основе сигналов, поступающих только от внутренних датчиков.

Таким образом, пользователь может быть идентифицирован как присутствующий в контролируемой среде с помощью недорогого, но эффективного решения, даже без необходимости использования внешних датчиков, зачастую являющихся ненадежными: указанное обнаружение важно для всех критериев контроля, реализуемых блоком 2 управления, т.е. для формирования выхода обработанных данных посредством собственного программного обеспечения 80 и управления несколькими внешними исполнительными механизмами 20, расположенными в здании.

После обработки программным обеспечением 80 данных, поступающих от внутренних и, в конечном итоге, от внешних датчиков, а также после более надежного определения состояния или присутствия пользователей в здании, программное обеспечение 80 определяет один или более параметров среды, отражающих состояние здания и отправляет команды; многопротокольный блок 2 управления осуществляет мультисенсорную обратную связь с пользователем посредством внутренних исполнительных механизмов (фиг. 3), функции которых подробно раскрыты в нижеприведенном описании с теми же исполнительными механизмами:

- световые сигналы, излучаемые многоцветным светодиодным устройством 7;

-звуковые сигналы посредством громкоговорителя 8;

- обонятельные сигналы, издаваемые посредством распылителя/испарителя ароматизаторов 9.

В частности, многоцветный светодиод 7 может обеспечивать бесконечное число цветовые комбинации путем модулирования интенсивности света и градаций цвета; кроме того, указанный многоцветный светодиод 7 имеет наружную поверхность в форме круглой короны.

Громкоговоритель 8 выполняет функцию оповещения пользователя о состоянии здания путем испускания и воспроизведения звуков и музыкальных дорожек.

Устройство 9 для для подачи распыленных и/или паровидных ароматизаторов информирует пользователя путем испускания по меньшей мере двух ароматизаторов, один из которых связан с положительным состоянием здания, а другой - с отрицательным состоянием здания.

Указанные внутренние исполнительные механизмы 7, 8 и 9, выполненные в многопротокольном блоке 2 управления, предоставляют пользователю мультисенсорное сообщение обратной связи посредством оригинальной комбинации цвета, звука и ароматов, что таким образом способствует непрерывному взаимодействию с пользователем.

Пользователь может настроить мультисенсорное сообщение обратной связи, предоставляемое внутренними исполнительными механизмами 7, 8 и 9, или настроить цветовые комбинации и продолжительность светового сигнала, тип и длительность звуков, а также тип запаха, также посредством интерфейса веб-браузера, используемого с любого терминала 40 ПК или сходного терминала, посредством которого пользователь имеет доступ к общедоступной сети передачи данных путем обеспечения связи с физическим или виртуальным сервером 100, на котором реализовано серверное программное обеспечение, или даже посредством интерфейса приложения, установленного на его мобильном устройстве 50, связывающегося с блоком 2 управления посредством модема-маршрутизатора 30 и серверного программного обеспечения 90.

Таким образом, компьютерные средства блока 2 управления снабжены специализированными программными средствами для удаленного программирования, а не одного или более рабочих параметров указанных внутренних исполнительных средств 7, 8, 9, указанных внешних исполнительных средств 20, указанных внутренних датчиковых средств 3, 4, 5, 6 и, соответственно, указанных внешних датчиковых средств 10, 11.

Система также обеспечивает исполнительные механизмы 20, внешние по отношению к блоку 2 управления, включая смартфон 50, функции которого подробно раскрыты в нижеприведенном описании:

- информативное уведомление, отправляемое пользователю посредством специализированного приложения 200 для смартфонов;

- переключатели включения/выключения электрических нагрузок, таких как приборы, лампы и т.д.;

- инфракрасные или радиочастотные настенные командные средства для приборов с ИК- или РЧ-приемниками;

- клапанные регуляторы для отдельных радиаторов/нагревателей и для водогазопроводных труб, включая регуляторы котла и термостата.

Информативное уведомление, отправляемое пользователю посредством специализированного приложения 200 для смартфона, по существу представляет собой систему поддержки принятия решений; указанные информативные функции приложения 200 в значительной степени повышают уровень взаимодействия системы с пользователем и предоставляют пользователю стимул, с одной стороны, к улучшению осведомленности пользователя о потреблении ресурсов в доме и его энергетическом поведении, а также с другой стороны, стимул к предоставлению обратной связи в качестве ответа на уведомления, поступающие посредством приложения 200, путем предоставления ввода в систему в виде подтверждений с целью снижения неопределенности положения и поведения, а также происходящих в здании событий.

Таким образом, мобильное устройство 50 посредством приложения 200 одновременно выполняет функции виртуального датчика и исполнительного механизма, принимающего и отправляющего информационные сообщения обратной связи.

Мобильное устройство 50 и терминал 40 ПК, соответственно, содержат программные средства, выполненные в виде приложения 200 для функционального взаимодействия с блоком 2 управления, соответственно, с указанным удаленным сервером 100.

Удаленный сервер 100 реализован с серверными программными средствами 90 для функционального взаимодействия с указанным блоком 2 управления, указанным терминалом 40 ПК, соответственно, с указанным мобильным устройством 50.

Приложение 200, обычно используемое на мобильных устройствах, но также и на ПК, связано с многопротокольным блоком 2 управления, со своим программным обеспечением 80 и с серверным программным обеспечением 90, с отправлением входных данных для блока управления и для серверного программного обеспечения и с получением выходных данных от блока управления и серверного программного обеспечения; в частности, пользователь посредством приложения связывается с блоком управления в случае присутствия пользователя в здании, и с сервером посредством сети Интернет при нахождении пользователя за пределами здания (фиг. 5).

Таким образом, пользователь получает интерактивную обратную связь в удобном для пользователя режиме, включая режим геймификации, от блока 2 управления и от серверного программного обеспечения 90 на сервере 100, а блок 2 управления будет иметь привилегию при нахождении мобильного устройства 50 в пределах дальности беспроводной связи здания и/или дома.

Мультисенсорная обратная связь может быть связана не только с состоянием здания, но также с другими специализированными оповещениями, генерируемыми алгоритмами бизнес-аналитики и анализа данных, которые могут быть реализованы в серверном программном обеспечении 90.

Последний аспект настоящего описания заключается в функции системы 1 для хранения и обработки данных, причем указанная функция реализована программным обеспечением 80 блока управления и серверным программным обеспечением 90, которое также может передавать в блок 2 управления инструкции и правила реализации команд и обновлять данные; указанные функции реализованы в серверном программном обеспечении 90, исполняемом на сервере 100 или даже в облаке; сервер 100 содержит базу данных и алгоритмы для расчета потребления ресурсов и для предоставления обратной связи пользователю посредством приложения 200 с целью уменьшения потребления и получения информации о потреблении ресурсов зданием с обеспечением сходной степени комфорта.

В контексте функции обработки, выполняемой серверным программным обеспечением 90, указанная функция обработки реализована в трех отдельных потоках данных:

- данных, передаваемых блоком управления;

- данных, содержащихся в его базе данных и относящихся к множеству блоков управления;

- данныех поступающих из сети Интернет, включая открытые хранилища данных и данные, предоставляемые сторонними интернет-службами.

Кроме того, система 1 посредством серверного программного обеспечения 90 отправляет инструкции в блок 2 управления, который, в свою очередь, отправляет команды во внешние исполнительные механизмы 20; серверное программное обеспечение 90 может управлять автоматическим обновлением данных программного обеспечения 80 многопротокольного блока управления, а также внесением новых устройств, устанавливаемых в доме (масштабируемость системы), с обеспечением постоянной удаленной обновляемости системы.

В случае отсутствия сетевой связи многопротокольный блок 2 управления может продолжать мониторинг и может осуществлять синхронизацию непосредственно после восстановления связи с сетью Интернет.

Система является модульной, так как она состоит из независимых подгрупп с общими интерфейсами связи, взаимодействующих друг с другом; система является масштабируемой, так как она выполнена с возможностью увеличивения и уменьшения своих возможностей в зависимости от потребностей пользователя.

Таким образом, пользователь может начать с упрощенного базового набора, состоящего из блока управления и устройства для измерения потребления, характеристики которого могут быть улучшены путем приобретения любого датчика движения, в результате чего датчики температуры и датчики относительной влажности могут быть размещены в комнатах, а также приобретения умных розеток и беспроводных клапанов, датчиков и исполнительных механизмов.

ПРОЦЕСС

Процесс реализации системы по настоящему изобретению посредством блока 2 управления включает следующие этапы:

- обнаружение посредством указанных датчиков 3, 4, 5, 6, внутренних по отношению к блоку 2 управления, по меньшей мере одного первого значения, относящегося к контролируемой среде;

- обнаружение посредством указанных датчиков 10, 11, внешних по отношению к блоку 2 управления, по меньшей мере второго значения, относящегося к указанной контролируемой среде;

- обработку посредством указанных программных средств 80, специализированных и выполненных в указанных компьютерных средствах блока 2 управления, приростного весового значения указанного по меньшей мере первого и, соответственно, второго значения, относящегося к указанной контролируемой среде, и обработку коэффициента вероятности присутствия пользователя в контролируемой среде на основе указанного приростного весового значения, полученного указанным образом;

- обработку посредством программных средств 80, выполненных в указанных компьютерных средствах блока 2 управления, по меньшей мере первого и, соответственно, второго значения, относящегося к указанной контролируемой среде, соответственно, указанного коэффициента вероятности, и получение по меньшей мере первого и, соответственно, второго соответствующего параметра среды, относящегося по меньшей мере к одному условию контролируемой среды; один или более параметров среды в совокупности отображают состояние здания;

- направление, на основе указанного первого и, соответственно, второго параметра среды, команды на указанные внутренние исполнительные средства 7, 8, 9 и, соответственно, внешние исполнительные средства 20, внешние по отношению к блоку 2 управления, с целью выработки по меньшей мере сообщения сенсорной обратной связи для пользователя, причем сообщение касается одного или более условий указанной контролируемой среды.

Один или более параметров среды отображают состояние здания.

После получения указанного коэффициента вероятности обеспечена возможность отправления запроса на подтверждение присутствия пользователя на терминал 40 ПК и/или на мобильное устройство 50, снабженное специализированным программным обеспечением 200 для функционального взаимодействия с программным обеспечением 80, выполненным в блоке 2 управления.

После обработки программным обеспечением 80 данных, полученных от внутренних и внешних датчиков, и определения им коэффициента вероятности присутствия пользователя в контролируемой среде, обеспечены более подробные данные о состоянии дома, и многопротокольный блок 2 управления посредством внутренних и внешних исполнительных механизмов отправляет мультисенсорную обратную связь пользователю. Программное обеспечение 80 осуществляет обработку первого и второго значений, относящихся к указанной контролируемой среде, обнаруженных внутренними датчиками 3, 4, 5, 6 и, соответственно, внешними датчиками 10, 11, и указанного коэффициента вероятности с целью получения по меньшей мере одного первого и второго соответствующих параметров среды, относящихся по меньшей мере к одному условию (состоянию) контролируемой среды, и с целью направления, на основании полученных таким образом указанных параметров, по меньшей мере одной команды на указанные внутренние исполнительные средства 7, 8, 9 и внешние исполнительные средства 20 для предоставления пользователю по меньшей мере одного сенсорного сообщения обратной связи, касающегося одного или более условий указанной контролируемой среды.

В изобретение могут быть внесены многочисленные модификации и изменения, не выходящие за рамки объема изобретения, заданного в сопутствующей формуле изобретения.

Все детали могут быть заменены на другие технически эквивалентные элементы по мере необходимости и без выхода за рамки объема настоящего изобретения.

Несмотря на то, что настоящее изобретение описано со ссылкой на сопутствующие чертежи, использованные в описании и формуле изобретения позиции приведены с целью облегчения понимания изобретения и не представляют собой какое-либо ограничение объема изобретения.

1. Умная система (1) для мониторинга контролируемой среды, подходящая для мультисенсорного взаимодействия с пользователем и содержащая:

- по меньшей мере один многопротокольный блок (2) управления, снабженный по меньшей мере одним внутренним беспроводным модемом (16), соединителем (71) источника питания, микропроцессорным блоком (15), средствами (13) ОЗУ, средствами (12) программной памяти и средствами (14) памяти данных;

- по меньшей мере один модем, соответственно модем-маршрутизатор (30), внешний по отношению к блоку (2) управления и функционально связанный с ним;

причем указанная система (1) также содержит:

- датчиковые средства, внутренние по отношению к блоку (2) управления;

- множество исполнительных средств (20), внешних по отношению к блоку (2) управления;

- датчиковые средства, внешние по отношению к блоку (2) управления;

отличающаяся тем, что:

- указанные датчиковые средства, внутренние по отношению к блоку (2) управления, отдельно или в комбинации представляющие собой по меньшей мере микрофонный датчик (3), датчик (4) относительной влажности, датчик (5) температуры и соответственно датчик (6) атмосферного давления или тому подобное, выполнены с возможностью обнаружения по меньшей мере первого значения контролируемой среды;

- указанные датчиковые средства (10, 11), внешние по отношению к блоку (2) управления и функционально связанные с блоком (2) управления, выполнены с возможностью обнаружения по меньшей мере второго значения контролируемой среды;

причем указанная система содержит:

- компьютерные средства, внутренние по отношению к указанному блоку управления (2), снабженные программным обеспечением (80) для обработки по меньшей мере одного коэффициента вероятности присутствия пользователя в контролируемой среде на основе указанного по меньшей мере первого и соответственно второго значения, обнаруженного посредством указанных внутренних датчиковых средств (3, 4, 5, 6) и соответственно внешних датчиковых средств (10, 11), и для обработки по меньшей мере первого и соответственно второго значения указанной контролируемой среды, обнаруженных посредством указанных внутренних датчиковых средств (3, 4, 5, 6) и соответственно внешних датчиковых средств (10, 11), соответственно указанного коэффициента вероятности, для получения по меньшей мере первого и соответственно второго соответствующего параметра среды, относящегося по меньшей мере к одному условию контролируемой среды, и для направления, на основании полученных указанным образом указанных параметров, по меньшей мере одной команды на:

- исполнительные средства, внутренние по отношению к блоку (2) управления, отдельно или в комбинации представляющие собой излучательные средства (7) для излучения многоцветного света, громкоговорительные средства (8), устройства (9) для подачи распыленных и/или паровидных ароматизаторов или тому подобное, и на соответствующие внешние исполнительные средства (20) для предоставления пользователю по меньшей мере одного сенсорного сообщения обратной связи, касающегося одного или более условий указанной контролируемой среды.

2. Умная система (1) по п. 1, отличающаяся тем, что указанные программные средства (80), хранящиеся на указанных компьютерных средствах блока (2) управления, подходят для направления, на основании указанного коэффициента вероятности присутствия пользователя в контролируемой среде, запроса о подтверждении присутствия по меньшей мере на один персональный компьютер (40) и соответственно по меньшей мере на одно мобильное устройство (50), снабженное специализированными программными средствами (200), для обеспечения функционального взаимодействия с указанными программными средствами (80), хранящимися на указанных компьютерных средствах блока (2) управления.

3. Умная система (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что указанные внешние датчиковые средства (10) содержат устройство (11) для измерения потребления.

4. Умная система (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит удаленный сервер (100), снабженный специализированными программными средствами для удаленного программирования одного или более рабочих параметров указанных внутренних исполнительных средств (7, 8, 9), указанных внешних исполнительных средств (20), указанных внутренних датчиковых средств (3, 4, 5, 6) и соответственно указанных внешних датчиковых средств (10, 11).

5. Умная система (1) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что указанные компьютерные средства блока (2) управления снабжены специализированными программными средствами для установки одного или более рабочих параметров указанных внутренних исполнительных средств (7, 8, 9), указанных внешних исполнительных средств (20), указанных внутренних датчиковых средств (3, 4, 5, 6) и соответственно указанных внешних датчиковых средств (10, 11).

6. Умная система (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что указанные внутренние датчиковые средства содержат излучательные средства (7) для излучения света, содержащие многоцветные светодиодные средства, имеющие наружную поверхность в форме круглой короны.

7. Умная система (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что указанное мобильное устройство (50) и соответственно указанный персональный компьютер (40) содержат программные средства, выполненные в виде приложения (200) для функционального взаимодействия с блоком (2) управления и соответственно с указанным удаленным сервером (100).

8. Умная система (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что указанный удаленный сервер (100) реализован с серверными программными средствами (90) для функционального взаимодействия с указанным блоком (2) управления, с указанным персональным компьютером (40) и соответственно с указанным мобильным устройством (50).

9. Умная система (1) по п. 8, отличающаяся тем, что указанные серверные программные средства (90) подходят для автоматического осуществления удаленного обновления указанных программных средств (80), хранящихся на указанных компьютерных средствах блока (2) управления.

10. Умная система (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что указанная система (1) является модульной и масштабируемой.

11. Умная система (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит преобразователь (19) питания по USB/ связь по ЛЭП, электрически соединенный с указанным соединителем (71) блока (2) управления и содержащий умное устройство, подходящее для преобразования протокола USB в соответствующий протокол связи по линии электропередачи.

12. Способ мониторинга контролируемой среды, подходящий для мультисенсорного взаимодействия с пользователем, реализованный посредством блока (2) управления по одному или более из пп. 1-11 и включающий:

- обнаружение посредством указанных датчиковых средств (3, 4, 5, 6), внутренних по отношению к электронному блоку (2) управления, по меньшей мере первого значения, относящегося к контролируемой среде;

- обнаружение посредством указанных датчиковых средств (10, 11), внешних по отношению к блоку (2) управления, по меньшей мере второго значения, относящегося к указанной контролируемой среде;

- обработку посредством указанных программных средств (80), специализированных и хранящихся в указанных компьютерных средствах блока (2) управления, приростного весового значения указанного по меньшей мере одного второго значения по отношению по меньшей мере к соответствующему первому значению в отношении указанной контролируемой среды и обработку коэффициента вероятности присутствия пользователя в контролируемой среде на основе указанного приростного весового значения, полученного указанным образом;

- обработку посредством программных средств (80), хранящихся в указанных компьютерных средствах блока (2) управления, указанного по меньшей мере первого и соответственно второго значения, относящегося к указанной контролируемой среде, соответственно указанного коэффициента вероятности, и получение по меньшей мере первого и соответственно второго соответствующего параметра среды, относящегося по меньшей мере к одному условию контролируемой среды;

- направление, на основе указанного первого и соответственно второго параметра среды, команды на указанные внутренние по отношению к блоку (2) управления исполнительные средства (7, 8, 9) и соответственно внешние по отношению к блоку (2) управления исполнительные средства (20) для выработки для пользователя по меньшей мере сообщения сенсорной обратной связи, касающегося одного или более условий указанной контролируемой среды.

13. Способ по п. 12, в котором указанный определенный коэффициент вероятности присутствия пользователя в контролируемой среде равен или превышает заданное пороговое значение, отличающийся тем, что он включает направление запроса подтверждения присутствия пользователя по меньшей мере на один персональный компьютер (40) и соответственно по меньшей мере на одно мобильное устройство пользователя, снабженные специализированными программными средствами (200) для обеспечения функционального взаимодействия с указанными программными средствами (80), хранящимися на указанных компьютерных средствах блока (2) управления.