Способ и устройство интеллектуального управления объектом

Изобретение относится к области систем управления, а именно к способам и устройствам голосового и жестового управления объектами. Техническим результатом изобретения является повышение стабильности и надежности управления объектом. Технический результат достигается за счет устройства интеллектуального управления объектом, состоящего из приемника и модулей идентификации и обработки первичного управляющего сигнала, контроллера, исполнительного модуля, модулей дешифрования, формирования и воспроизведения сообщений, модуля памяти, биометрического датчика, которые в совокупности с упомянутыми контроллером, приемником сигналов, модулем идентификации и модулем обработки первичного управляющего сигнала, выполненного в виде модуля шифрования образуют блок управления и контроля, а исполнительный модуль выполнен в виде объектового блока и содержит контроллер с подключенными к нему модулем обработки команд управления, модулем коммутации входных сигналов и модулем последовательного порта ввода-вывода информации, к модулю обработки команд управления подключен модуль вывода дискретных и аналоговых сигналов. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области систем управления, а именно к способам и устройствам голосового и жестового управления объектами [G10L15/00, G10L21/00, G05B19/02, G05B19/04].

Известно УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ И КОНТРОЛЯ ИХ СОСТОЯНИЯ (ВАРИАНТЫ) [RU125736 (U1), опубл.: 10.03.2013], представляющего собой печатную плату, на которой установлены микроконтроллер, интерфейс (в качестве интерфейса может использоваться любой проводной или беспроводный интерфейс), РППЗУ (репрограммируемое постоянное запоминающее устройство), реле (в качестве реле может использоваться механическое или оптическое реле), батарея, зарядное устройство, GSM-модуль, осуществляет передачу и прием GSM-сигналов и определяет номер звонящего абонента, SIM-карта, служащей для хранения номера устройства, антенна, служащая для излучения и приема, радиочастотных GSM-сигналов, отличающееся тем, что авторизация пользователя (пользователей) осуществляется по номеру SIM-карты звонящего присваиваемым оператором связи.

Недостатком аналога является низкий уровень защиты от несанкционированного доступа, обусловленный наличием доступа к управления объектом другим пользователем с этого же номера SIM-карты.

Также известна СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ МНОЖЕСТВА УСТРОЙСТВ, СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ И ПРОГРАММА УСТРОЙСТВА [JP2018078652 (A), опубл.: 17.05.2018], подключенная к множеству целевых устройств, расположенных в одном доме, и управляющая множеством целевых устройств через сеть; от устройства голосового ввода, связанного с устройством, принимается информация, включающая в себя первую голосовую информацию, представляющую операции для одного или более целевых устройств из множества целевых устройств, и информацию, включенную в инструкцию, операционная инструкция распознается из первой голосовой информации, определяет, включает ли информация вторую голосовую информацию, представляющую цель операции, в противном случае команда управления для выполнения распознанного операционного содержимого передается на конкретное целевое устройство, соответствующее устройству ввода голоса, через сеть, и вторая голосовая информация включается в инструкцию.

Недостатком аналога, также как и в предыдущем варианте, является отсутствие возможности идентификации авторизованного пользователя, что снижает стойкость защиты системы от несанкционированного доступа. Другим недостатком является невозможность управления системой пользователями с ограниченными возможностями.

Наиболее близкой по технической сущности является СИСТЕМА ГОЛОСОВОГО УПРАВЛЕНИЯ УМНОГО ДОМА [CN205563135 (U), опубл.: 07.09.2016], состоящая из модуля сбора голоса, модуля обработки голоса и модуля хранения голоса, модуль сбора голоса и модуль хранения голоса подключены к модулю обработки голоса, который подключен к модулю контроллера микропроцессора MCU, модуль контроллера микропроцессора MCU подключен к исполнительному модулю, модуль сбора голоса представляет собой микрофон, а модуль обработки голоса включает в себя операционный усилитель, фильтр сглаживания, A/D-преобразователь и ядро управления цифровой обработкой сигналов, операционный усилитель усиливает электрический сигнал, преобразованный модулем сбора голоса из полученного голосового сигнала, усиленный электрический сигнал фильтруется с помощью сглаживающего фильтра, а отфильтрованный электрический сигнал преобразуется в цифровой аналого-цифровым преобразователем, а преобразованный цифровой сигнал обрабатывается и идентифицируется ядром управления цифровой обработкой сигналов, модуль контроллера микропроцессора MCU выводит соответствующие инструкции в исполнительный модуль в соответствии с результатом модуля обработки речи.

Основной технической проблемой прототипа является невозможность жестового управления устройством, а также отсутствие обратной связи с исполнительным модулем, что значительно затрудняет управление такой системой и влияет на бесперебойность ее работы и надежность.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в повышении стабильности и надежности управления объектом.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство интеллектуального управления объектом, состоящее из приемника и модулей идентификации и обработки первичного управляющего сигнала, контроллера и исполнительного модуля, отличающийся тем, что дополнительно содержит подключенные к контроллеру модули дешифрования, формирования и воспроизведения сообщений, а также модуль памяти, и подключенный к модулю дешифрования биометрический датчик, которые в совокупности с упомянутыми контроллером, приемником сигналов, модулем идентификации и модулем обработки первичного управляющего сигнала, выполненного в виде модуля шифрования образуют блок управления и контроля, а исполнительный модуль выполнен в виде объектового блока и содержит контроллер с подключенными к нему модулем обработки команд управления, модулем коммутации входных сигналов и модулем последовательного порта ввода-вывода информации, к модулю обработки команд управления подключен модуль вывода дискретных и аналоговых сигналов, ко входу модуля коммутации входных сигналов подключен модуль ввода дискретных и аналоговых сигналов, блок управления и контроля и объектовый блок соединены между собой модулями связи.

В частности, устройство содержит, как минимум, по одному блоку управления и контроля и объектовому блоку.

В частности, устройство содержит несколько объектовых блоков, подключенных к одному блоку управления и контроля.

В частности, устройство содержит один объектовый блок, подключенный к нескольким блокам управления и контроля.

В частности, приемник сигналов выполнен с возможностью получения аудио-, видеосигнала от пользователя.

В частности, к модулю обработки команд управления и модулю коммутации входных сигналов подключен модуль радиопорта.

В частности, к выходам модулей вывода дискретных и аналоговых сигналов и последовательного порта ввода-вывода подключены исполнительные механизмы.

В частности, ко входам модулей радиопорта, ввода дискретных и аналоговых сигналов и последовательного порта ввода-вывода подключены датчики.

Краткое описание чертежей.

На фигуре схематично изображено устройство интеллектуального управления объектом, на которой обозначено: 1 - блок управления и контроля, 2 - объектовый блок, 3 - контроллеры, 4 - модуль памяти, 5 - приемники сигналов, 6 - модуль идентификации, 7 - модуль шифрования, 8 - модуль дешифрования, 9 - модуль формирования сообщений, 10 - модуль воспроизведения, 11 - модуль обработки команд управления, 12 - модуль вывода сигналов, 13 - модуль радиопорта, 14 - модуль коммутации входных сигналов, 15 - модуль ввода сигналов, 16 - модуль последовательного порта ввода-вывода, 17 - исполнительные механизмы, 18 - датчики, 19 - модули связи, 20 - биометрические датчики.

Осуществление изобретения.

Устройство интеллектуального управления объектом состоит из, как минимум, одного блока управления и контроля 1 и, подключенного к блоку управления и контроля 1, как минимум, одного объектового блока 2. В некоторых вариантах реализации устройства к блоку управления и контроля 1 может быть подключено несколько объектовых блоков 2. В других вариантах реализации устройства один объектовый блок 2 может быть подключен к нескольким блокам управления и контроля 1.

Блок управления и контроля 1 содержит контроллер 3 с подключенным к нему модулем памяти 4. К контроллеру 3 подключены модуль шифрования 7, к которому соединен модуль идентификации 6. Ко входу модуля идентификации 6 подключен, как минимум, один приемник сигналов 5, при этом приемник сигналов 5 подключен с возможностью приема команд управления от пользователя и выполнен в виде, например, видеокамеры, микрофона, клавиатуры, в том числе сенсорной и т.д. К выходу контроллера 3 подключены последовательно соединенные модуль дешифрования 8, модуль формирования сообщений 9 и, как минимум, один модуль воспроизведения 10. Модуль воспроизведения выполнен, например, в виде громкоговорителей, головных телефонов, монитора и т.д.

Объектовый блок 2 содержит контроллер 3, к которому подключены модуль обработки команд управления 11. К выходам модуля обработки команд управления 11 подключены модуль вывода дискретных и аналоговых сигналов 12 и модуль радиопорта 13. К другим входам/выходам контроллера 3 подключены модуль коммутации входных сигналов 14, модуль последовательного порта ввода-вывода 16. Ко входам модуля коммутации входных сигналов 14 подключены модуль ввода дискретных и аналоговых сигналов 15 и модуль радиопорта 13.

Блок управления и контроля 1 и объектовый блок 2 соединены между собой посредством модулей связи 19, подключенных к контроллерам 3 каждого из упомянутых блоков 1 и 2.

Модули связи 19 выполнены в виде проводных, оптических, беспроводных, радиомодулей и т.д. с возможностью организации приема-передачи информации от блока управления 1 к объектовому блоку 2 и обратно.

К выходам модуля вывода дискретных и аналоговых сигналов 12 подключены исполнительные механизмы 17, а ко входам модуля ввода дискретных и аналоговых сигналов 15 подключены датчики 18.

Исполнительные механизмы 17 выполнены в виде электрических, гидравлических, пневматических и т.д. устройств с возможностью воздействия на управляющие (регулирующие) органы управляемого объекта.

Датчики 18 выполнены в виде элементов измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующие контролируемую величину (температуру, давление, частоту, силу света, электрическое напряжение, ток и т.д.) в дискретный или аналоговый сигнал для последующего его измерения, передачи, хранения и обработки.

В варианте реализации исполнительных механизмов 17 и датчиков 18 цифровыми, управляющие входы упомянутых механизмов 17 и информационные выходы датчиков 18 подключены к модулю последовательного порта ввода-вывода 16.

К модулю идентификации 6 с возможностью регистрации биометрических характеристик пользователя подключен биометрический датчик 20, выполненный, например, в виде сканера отпечатков пальцев, сканера сетчатки глаза или радужной оболочки, почерка и т.д.

Устройство интеллектуального управления объектом используют следующим образом.

Перед началом использования монтируют устройство на объекте (сооружении или строительном сооружении, здании, помещении и т.д.), агрегатном механизме, машине и других объектах, управление которыми предполагают осуществлять, при этом блок управления 1 и объектовый блок 2 монтируют как на одном, так и на разных объектах, с учетом характеристик и условий размещения объекта, а также способа организации связи с помощью модулей связи 19.

Размещают на объекте управления исполнительные механизмы 17 и датчики 18 исходя из решаемых задач. Например, для обеспечения защиты и блокирования объекта от несанкционированного проникновения в качестве датчиков 18 могут быть датчики, фиксирующие изменение состояния окружающей обстановки объекта, такие как, видеокамеры, датчики движения, вибрации, разбития, оптические датчики, магнитоконтактные датчики и т.д., а в качестве исполнительных механизмов 17 могут быть электрические оповещатели, сигнализация, освещение, блокировочные устройства (замки, приводы окон и/или дверей, рольставней и т.д.). Подключают упомянутые исполнительные механизмы 17 и датчики 18 к объектовому блоку 2.

Далее, в модуль памяти 4 контроллера 3 блока управления и контроля 1 записывают базу данных заранее определенных для данного объекта голосовых и жестовых команд управления, предварительно преобразованные в двоичный код и сопоставляют каждой из них соответствующий сигнал управления. Кроме того, в модуль памяти 4 записывают базу кодов сигналов обратной связи с устройством для формирования сообщений, передаваемых от устройства пользователю. В качестве сигналов обратной связи могут быть сигналы, содержащие информацию о измеряемых физических величинах датчиками 18, выражаемых словесным или количественным способами. Кроме того, сигналами обратной связи может быть информация о текущем состоянии исполнительных механизмов 17.

В модуль идентификации 6 записывают индивидуальные данные допущенных к управлению объектом пользователей. При идентификации пользователя по голосу в качестве индивидуальных данных пользователя в модуль идентификации 6 записывают акустическую модель его голоса. При идентификации пользователя по биометрическим характеристикам, в зависимости от идентифицируемой характеристики и соответственно типа подключенного биометрического датчика 20 в модуль идентификации 6 записывают изображения сетчатки глаза или радужной оболочки, 2D или 3D изображение лица, изображение вен руки, 2D изображение кистей рук и т.д.

Перед управлением устройством для исключения несанкционированного управления разблокируют ее. Для этого с помощью приемника сигналов 5 регистрируют речевой сигнал пользователя или захватывают с помощью биометрического датчика 20 его биометрические данные или вводят пароль или пин-код и передают в модуль идентификации 6. В модуле идентификации 6 сравнивают полученные данные с записанными данными и при их совпадении разрешают управление объектом. В случае несанкционированного управления объектом полученные данные не совпадают с записанными, с модуля идентификации 6 отправляют сигнал в контроллер 3 где блокируют устройство и управление объектом.

После успешной верификации пользователя осуществляют управление объектом. Для этого через приемник сигналов 5 подают голосом или жестами команду управления, при этом жестовые команду могут быть поданы жестами тела, рук или кистей рук, головой или лицом, в зависимости от классификации жестов, записанных в контроллере 3. При получении команды управления приемник сигналов 5 передает ее в виде аналогового или цифрового сигнала в модуль шифрования 7, в котором полученную команду преобразуют в двоичный код и передают в контроллер 3. В контроллере 3 сравнивают полученный код команды с записанными в модуле памяти 4 и классифицируют его.

При отсутствии в модуле памяти 4 кода записанной команды, соответствующей коду полученной команды из контроллера 3 в модуль дешифрования 8 передают цифровой сигнал для формирования сообщения пользователю о несовпадении или отсутствии в базе данных поданной им команды. В модуле дешифрования 8 сигнал преобразуют в один из кодов сообщений, записанных в модуле памяти 4 и передают в модуль формирования сообщений 9 и модуль воспроизведения 10. Модуль воспроизведения 10 выполнен с возможностью преобразования кода сообщения в акустический сигнал, например, в виде громкоговорителя, головных телефонов и т.д. или в визуальный сигнал, например, в виде монитора.

В случае успешной классификации команды из контроллера 3 код управления передают посредством модулей связи 19 в контроллер 3 объектового блока 2.

Из контроллера 3 объектового блока 2 полученный код управления передают в модуль обработки команд управления 11, в котором по полученному коду формируют аналоговый или дискретный сигнал управления для конкретного исполнительного устройства 17, подключенного к одному из каналов вывода модуля вывода дискретных и аналоговых сигналов 12. В модуле вывода дискретных и аналоговых сигналов 12 по дискретному сигналу устанавливают на клеммах дискретного выхода напряжение, например, 24 V или 0 V, или замыкают или размыкают внутренний контакт релейного типа и управляют исполнительными механизмами 17, например, приводами, отсечными клапанами, освещением, звуковой сигнализацией и т.д., а по аналоговому сигналу с модуля вывода дискретных аналоговых сигналов 12 подают токовый управляющий сигнал на исполнительные механизмы 17 с аналоговым управляющим сигналом.

В одном из вариантов реализации устройства сигнал управления исполнительному механизму 17 передают от модуля обработки команд управления 11 через модуль радиопорта 13. Данный вариант реализации устройства предпочтителен для тех объектов, где отсутствует возможность соединения исполнительных механизмов 17 с объектовым блоком 2 по кабельной линии.

В варианте реализации исполнительных механизмов 17 цифровыми сигнал управления от контроллера 3 объектового блока 2 передают через модуль последовательного порта ввода-вывода 16 на исполнительный механизм 17, в котором осуществляют преобразование электрического цифрового сигнала, например, в виде последовательного кода сформированного в модуле последовательного порта ввода-вывода 16, в пропорциональное перемещение регулирующего органа или в пропорциональное изменение регулирующего воздействия исполнительного механизма 17.

Датчиками 18 фиксируют состояние объекта, например, положение исполнительных механизмов 17 или управляемых с помощью их элементов объекта, например, окон, дверей, автоматов питания, задвижек, дросселей, клапанов, сигнализации и т.д. или освещение, температуру, влажность, давление, уровень шума, задымленности, загазованности и т.д. и передают в виде аналогового или дискретного сигнала в модуль ввода дискретных и аналоговых сигналов 15 или в виде цифрового сигнала в модуль последовательного порта ввода-вывода 16, а в варианте соединения датчиков 18 через модуль радиопорта 13 передают в виде цифрового сигнала в модуль радиопорта 13.

В модуле ввода дискретных и аналоговых сигналов 15 полученную от датчиков 18 измеренную физическую величину преобразуют в электрический сигнал и передают в модуль коммутации входных сигналов 14. В упомянутый модуль 14 также передают преобразованные из цифровых в электрические сигналы, полученные от датчиков 18, подключенных к модулю радиопорта 13.

В модуле коммутации входных сигналов 14 сигналы, полученные от модуля радиопорта 13 и модуля ввода дискретных и аналоговых сигналов 15, преобразуются в унифицированный вид, позволяющий ввести их в контроллер 3 объектового блока 2 и, соответственно, передают в контроллер 3 объектового блока 2. В контроллер 3 также передают сигналы от датчиков 18, поступивших в объектовый блок 2 через модуль последовательного порта ввода-вывода 16.

В контроллере 3 сигналы датчиков 18 преобразуют в сигнал в виде двоичного цифрового кода и посредством модулей связи 19 передают в контроллер 3 блока управления и контроля 1.

Из контроллера 3 полученный кодовый сигнал от датчиков 18 передают в модуль дешифрования 8, где цифровой сигнал для формирования сообщения пользователю идентифицируют и преобразуют в один из кодов сообщений, записанных в модуле памяти 4, и при необходимости набора параметров, присущих этому сообщению. Например, сообщение "Давление в магистрали выше допустимого и составляет 26,7 бар" имеет в модуле памяти 4 код сообщения 17293, а привязанный к нему параметр 26,7. Полученный код преобразуют в аналоговый сигнал и передают его в модуль формирования сообщений 9 и модуль воспроизведения 10.

Реализация в техническом решении алгоритма голосового и визуального оповещения пользователя о состоянии устройства и ошибке при идентификации команды управления, а также реализация в устройстве непрерывных трактов прохождения голосовых и жестовых команд управления от пользователя к исполнительным механизмам 17 управляемого объекта и прохождении в реальном времени обратной информации от датчиков 18 или непосредственно от исполнительных механизмов 17 об их текущем состоянии и состоянии объекта, предоставляют возможность постоянного контроля и управления выходных параметров объекта регулирования и характеристик возмущающих факторов объекта, что в итоге позволяет повысить надежность и бесперебойность функционирования устройства и обеспечивает достижение технического результата.

1. Устройство интеллектуального управления объектом, состоящее из приемника и модулей идентификации и обработки первичного управляющего сигнала, контроллера и исполнительного модуля, отличающееся тем, что дополнительно содержит подключенные к контроллеру модули дешифрования, формирования и воспроизведения сообщений, а также модуль памяти и подключенный к модулю дешифрования биометрический датчик, которые в совокупности с упомянутыми контроллером, приемником сигналов, модулем идентификации и модулем обработки первичного управляющего сигнала, выполненного в виде модуля шифрования, образуют блок управления и контроля, а исполнительный модуль выполнен в виде объектового блока и содержит контроллер с подключенными к нему модулем обработки команд управления, модулем коммутации входных сигналов и модулем последовательного порта ввода-вывода информации, к модулю обработки команд управления подключен модуль вывода дискретных и аналоговых сигналов, ко входу модуля коммутации входных сигналов подключен модуль ввода дискретных и аналоговых сигналов, блок управления и контроля и объектовый блок соединены между собой модулями связи.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит, как минимум, по одному блоку управления и контроля и объектовому блоку.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит несколько объектовых блоков, подключенных к одному блоку управления и контроля.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит один объектовый блок, подключенный к нескольким блокам управления и контроля.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приемник сигналов выполнен с возможностью получения аудио-, видеосигнала от пользователя.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к модулю обработки команд управления и модулю коммутации входных сигналов подключен модуль радиопорта.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к выходам модулей вывода дискретных и аналоговых сигналов и последовательного порта ввода-вывода подключены исполнительные механизмы.

8. Устройство по пп.1 и 6, отличающееся тем, что ко входам модулей радиопорта, ввода дискретных и аналоговых сигналов и последовательного порта ввода-вывода подключены датчики.