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建筑智能系统
美国专利
专利号：4567557
专利日期：1986年1月28日
发明领域
本发明主要涉及控制系统领域，更为具体地说，它涉及到一种具有监视能力的小型计算机控制系统。它能自动控制大多数电气和机械功能，通常安装在一个家庭或其他建筑物和周围。
发明背景
人们通常的做法是在最初建造时或在未来的时间里，房屋及其他建筑物能在建筑物的主人想要或需要的任何时候提供各种电力、机械及i5机电系统。这类系统通常包括照明系统、供暖系统、空调系统、烟雾探测器、热探测器、防盗系统、警报系统之类的。大部分安装的系统都是个别控制和监视的，而这些系统必须由大厦业主或使用人自己手动调整改变来达到业主或使用人的要求。
在照明系统中，已知的是能提供单独的调光控制的设备、能提供定时的照明序列的设备、能提供监视能源消耗的设备等。至于典型的防盗报警系统和火警系统，有30台备用电池并包括自动发送设备可在当前故障时使用，以此提供连续的电路检测，短路检测或断线检测。在发生35起预定事件时，此系统可调用当地消防和警察部门，自动的控制空调，加热器和风扇。众所周知的，大多数每月使用的控制装置也是可以随时购买和安装的。
然而，要是他拥有通过使用单一的系统控制装置从一个容易调节或可编程的人的单一位置开始自动控制每一个安装在建筑物中的机械和电气系统的能力，目前是不可能实现的。即使在使用已知的目前是可用的45种系统控制装置这也是不能实现。
发明内容
本发明主要涉及一种自动马季奇控制系统，更为具体地来说，本发明涉及一种适合安装在建筑物(如住宅)中以提供能够自动控制建筑物内部和周围的各种功能的智能系统。。
本发明的建筑智能系统主要包括一个相对较小尺寸的中央面板，适于以不明显的方式安装在墙面上。例如，商业建筑内公用区域的墙壁，或典型住宅地下室或壁橱墙上的那堵墙。安装后，各种电路和系统的控制或用于粒子应用的附加编程通常不需要直接访问面板本身。
通常，建筑智能系统从平常的115伏交流电，60赫兹的电源处接收它的电源，最好是直接连接的家用电源插座，再通过熔断器或断路器到达建筑物的电力面板.。该系统装配有不间断电源，电源可包括一个6伏电池，一个合适的与适当的电池充电装置一起输入的蓄电池。本发明的智能系统一般应用的方面包括硬连线输入的输入端子、输出端子，带继电器输出的具有已知设计和合适的逻辑网络的具有多路传输载波电流接口。而建筑情报系统-独立安装和操作，则使用标准的rs 232接口，它允许系统与任何个人或商业计算机通信，以便为专用的程序进行额外的编程。而集成电路得应用，用于视频的显示、状态的检查等。
一种简单的控制语言发展得以提供逻辑网络中存储的命令，然后可以用它来控制各种家庭或其他建筑物内外的系统。网络每秒钟扫描四到十次。通过种寄存器的使用可以提供二进制存储寄存器并且智能系统的所有操作都可以执行。这些寄存器包括多个专用寄存器，另外，用户可以自行定义多个通用寄存器。语言控制系统包括智能系统为控制各种建筑系统而识别命令。这些命令是用来操作寄存器和所有系统中合乎逻辑的部分控制装置。这些命令可以从单独的个人计算机执行，也可以作为网络的一部分执行。命令用于操作寄存器和所有逻辑控制装置。使用其他命令可以实现电力线载波发射机的功能，来控制合适的无线载波电流模块。
随着用户指定的输出寄存器也相应地被打开/关闭，16个24小时的开/关计划时间被减少。除了15分钟的解析之外，按照每周7位的日程安排每个计划都会随之被启用/禁用。每次执行适当的命令时，这些计数器上的时间都会减少.。计数器的计数范围从1到60000计数不等。
所述建筑智能系统包括秒计时器，该定时器包括用户定义的输出寄存器，该寄存器在超过用户自定义的定时设置的门时被激活。CH计时器有1秒到18个小时的范围。闹钟会在用户指定的的时间输出寄存器会被激活被排除.。闹钟可根据规定启用/禁用根据七位一周的日程安排。包括日历事件，在预置日期12：00，用户指定的输出寄存器将被激活。
构建智能系统还包括数据监视器，以监视或记录参考输入寄存器在逻辑输入数1的时候。其容量可达60000分钟并且是可以累积的。
电路包括顺序器，每增加一次，下一个指定的内部寄存器将被打开，而先前的内部寄存器被关闭。序列的长度是可变的，并且是循环的。
载波电流表包括引用专用输入寄存器的信道。当—代理寄存器经历了一个逻辑过渡，即从打开到关闭或从打开到打开，一个合适的命令已经通过大楼内的电线系统传输。
当发生电源故障时，指定的寄存器将自动关闭。该系统在断电的时候将安排所有定时器、计数器、网络等的状态将被保存。
本发明的建筑智能系统与被控制的建筑物相互作用，包括广泛的输入/输出能力。通过带有256 个波道容量的载波电流接口，该系统可以与已知的载波通信模块通信，例如已经开发并正在由Leviton Manufa Co，Inc.和BSR公司出售的载波电流操作开关。通过使用这种载波电流模块，可以打开或关闭建筑物内的特定电路，或者可选地将其调到预设的电平处。
在优选实施例中，提供了三十二个单独的开关设备，用于输入信号感测，通过智能系统中的积分接线终端来感测监视输入信号。输入接口接受干接触关闭，打开合闸和电压电平输入，而不接受与智能系统本身外部的任何信号调节。可选地，16个信号的传感输入可以作为模拟输入加倍，以便直接输入诸如温度、压力、湿度等数据。除了模拟计算命令，复杂的自定义控制算法可以被选择性地加以改进，以实现对给定设施的最优控制。输入模拟值的能力进一步使管理感应低压安全报警系统和火灾报警系统的直接实现成为可能，从而在监控系统中纳入了确定短路和开路条件的能力。
继电器输出控制包括8 SPDT 125 v继电器，该继电器具有“C”型触点(NO和NC)。继电器可用于控制建筑物中的各种负荷，并能通过电源故障操作连接。如有需要，可在前面板内设置多盏LED灯，以显示或宣布与操作有关的任何一组选定条件。.
楼宇智能系统的控制程序是通过用通常的RS 232接口交流的PC机实现的。我们已经开发了一种新颖的“英文字”控制语言这样的控制策略，几乎可以实施任何控制策略。控件通过使用应用程序定义的编程功能来实现：
1.逻辑网络用来实现反馈切换功能，使用传统的逻辑功能来模拟复杂的“网络”控制结构。这些逻辑网络可以用来定义照明、温度、烟雾探测器、热探测器、安全警报器等的控制.
2.建立了能量管理功能，为有条件的负荷脱落和负荷的分时占比控制提供了支持。这些功能允许用户指定设备表。它的设施必须以协调的方式运作，以达到节约能源的目的。例如，可以通过优先考虑防止大功率消耗设备同时工作。指定设备的最大功率负荷。编写循环功能允许大型电力用户以“交错”的方式运行。尽管他们看起来连续工作，但是他们是连续地打开和关闭，以允许电源从一个设备到下一个设备的转换。
3.在一周中给定的一组工作日内，负荷超过二十四小时的调度，允许电力需求符合该电源的产品需求。除了调度前夜，它全天必须和其他机器每天发生一次的交换，一个长达三十二天的整个工作日程可以被规划为全年。
4.可提供8个二极管前面板显示，这是应用程序定义的，以指示设施运行程序内部的任何八个条件。因此，程序员可以编写这些程序的意思是为非技术人员提供诊断某些操作问题的能力--例如，可以编写一盏灯的程序来判断故障。编写一种空调系统，可以表明需要某些维护程序；另一种系统可以监视锅炉等的低水位。
因此，本发明的目标之一是提供一种新型的建筑智能系统，它能够完全家庭控制，包括能源管理、家庭安全、照明控制，安全监控，家庭性能监控和家电控制。
本发明的另一个目的是提供一种新的建筑智能系统，该系统提供安全、能源、消防、安全和照明系统之间的交互能力，一个可以提高居住者的安全和舒适的家，在完全独立和独立的系统中，这是前所未有的。
因此，本发明的目标之一是提供一种新型的建筑智能系统，它能够完全家庭控制，包括能源管理、家庭安全、照明控制，安全监控和设备控制。
本发明的另一个目的提供一个新的安装在一个紧凑的外壳中的建筑智能化系统，此外壳包括一个联合不可中断的电源，硬线D输入、中继输出、电力线载波收发器、通过RS 232接口进行个人计算机通信的能力以及两线网络协议。
本发明的另一个目的提供一个新的建筑智能化系统，包括一个内置的包括通信能力的计算机，一台个人电脑，通过一个RS 232接口，计算机是完全可编程的，没有任何预先设想的概念，没有任何预先存在的环境系统.
本发明的另一个目的是通过微处理器控制提供一种新的建筑智能系统，用于全面的建造控制，并包括实现任何必要功能的灵活性。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的建筑智能系统，该系统包括一个小型的、独立的面板中的专用微型计算机系统，以及一个输入板，一个有线低压系统，一个用于家庭电压操作的继电器输出板，以及多个具有电力线载波工作能力的模块。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的建筑智能系统，该系统在设计中自成体系，易于编程以控制本地系统。其制造成本也低得多。
未来对其他的对象和对发明的获得更全面的理解，将通过引用下面的描述和与附随的图一起进行的优选实施例来说明。图中类似的参考字符指的是几个视图中相似的部分，其中：
本发明优选实施例的说明
虽然为了清晰起见，在下列描述中使用了特定的术语，但这些术语倾向于仅指选择用于说明的本发明的特定结构。这些图纸，并不是为了界定或限制在一定的范围内的发明.。
参考图纸，图中有图示图1建筑智能系统，10一般包括适合安装的独立的、紧凑的面板，12适合装在在平坦的墙壁上，例如在商业建筑的公用区域的一堵墙，或者在一所普通家庭的地下室或壁橱墙上。通常的电源线14和插头16在电井中提供已知的合适的115伏交流电，60赫兹电源。电源55电源最好包括一个墙壁插座（未示出），该插座应连接在著名的电源面板在没有任何其他家庭运行电路插座的建筑工地上。面板12的输入侧18应包括连接多个硬连线设备的终端条的输出装置，例如烟雾探测器20，恒温器22，运动探测器24，光探测器26和其他类似装置28。连接到输入端18的硬连线设备应该在低压下工作，并且是包含在一般在建筑物内和周围使用的65种类型中，向建筑物情报系统提供有关建筑物内特定活动和条件的信息。
面板12的输出侧30设有终端条输出装置，通过适当的继电器连接由建筑物智能系统控制的各种输出设备。例如能源系统132、安全系统134、应用程序136、灯138和其他类似性质的装置140。
由两线家庭通信网络32组成的政党线连接到建筑物智能系统，以提供附加的功能和功能，例如个人的计算机34，所需的附加通信设备36，或者可能增加了具有附加类似建筑智能系统性质的容量38。与个人计算机34的接口可以通过常规互连(例如，标准RS 232接口40)以已知的方式容易地制作。
现在请参考图2.建筑物智能系统10通常包括一对类似的输入板42，44，其中每个输入板包含多个缓冲的、受保护的数字输入。在所示的实施例中，可以提供多个缓冲的、受保护的数字输入；在必要时，可以容易地将该能力扩展到六十四个输入。因此，两个单独的开关设备通常可以使用系统中提供的整体接线终端来监控。输入接口接受干接触闭合，打开收集器和电平输入，不需要任何信号调节以外的建筑智能系统10。可选地，16个输入可以连接成模拟输入加倍，从而能够直接输入诸如温度、压力、湿度等数据。还有可选的阿纳洛G计算命令，复杂的自定义控制算法可以实现，以实现最佳控制的任何给定的设施。这种输入模拟值的能力还可以直接实现对安全系统和火灾报警系统布线的“监督”感知，从而提供确定短路电路值的能力。当需要时，报警电路和安全电路故障或开路。
输出继电器板46包含多个125伏继电器，例如8 SPDT 3A继电器，其具有形式“C”触点(NO和NC)。这些继电器连接到专用终端。可用于控制建筑物内的各种电气负荷，例如警报装置、电器、电动机等。在优选实施例中，继电器被连接以提供通过电源故障操作的额外好处。
不间断电源48是系统10的一个重要特点，通常由电源电容器、变压器和电池组成，以确保在任何时候连续运行。在机柜或面板12内，与电源48相邻的是注册计算机板50和电源输入/输出板52。电源输入/输出板52设计并连接为载波电流接口，以与许多已知类型的电力线载波模块(例如载波电流)中的任何一个进行通信。例如由Leviton Mfg公司制造和销售的NT模块。BSR公司生产和销售的BSR-X-10模块。
现在参考图3，每个输入板42,44通常包括一个连接硬连接设备的终端带54和一个适当设计的输入保护网络56。提供一个外围总线接口电路58，以呈现输入板的功能。
如图4所示，输出继电器板46包括多个125伏的SPDT继电器60和一个相邻的终端带62，这些终端具有某些专用于继电器60的终端。提供一个合适的外围总线接口电路64，可以使继电器板46完成它的功能。
如图5所示，计算机板50一般由内部计算机部件RAM 66、ROM 68和CPU 70组成。它提供了波特率和网络地址选择DIP开关72，以及适当的输入/输出芯片74、外围总线连接器76和必要的定时和复位电路78。
参考图6，电源输入/输出板52由一个三相电源80组成，一般包括一个五伏主电源、一个五伏电池电源和一个已知结构的6.9伏电池充电装置。由一个25载波无线电收发机82提供与安装在建筑物内的载波电流操作装置(未显示)之间通信。这些设备可能包括已知设计的开关或换能器，例如由Leviton Mfg制造的载波电
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