DE3432292A1 - Ultrasound alarm system having an ultrasound transmitter/receiver arrangement - Google Patents
Ultrasound alarm system having an ultrasound transmitter/receiver arrangementInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Ultraschall-Alarmsystem mit einer US-Sender-Empfängeranordnung zum Aussenden von US-Signalen und zum Empfang der reflektierten Signale, einer Auswerteelektronik und einem optischen und/oder akustischen Alarmgeber bzw. einem Alarmübertragungsträger.The invention relates to an ultrasonic alarm system with a US transmitter-receiver arrangement for sending out US signals and for receiving the reflected signals, evaluation electronics and an optical and / or acoustic alarm transmitter or an alarm transmission carrier.
Die bisher bekannten Ultraschall-Alarmsysteme arbeiten im allgemeinen in der Weise, daß von einem US-Sendewandler Ultraschallsignale in den zu überwachenden Raum abgestrahlt werden, die von bei liebigen Gegenständen oder Wänden des Raumes reflektiert und in einem Empfängerwandler aufgenommen werden. In einer speziellen Auswerteelektronik wird dann ein Phasenvergleich zwischen den ausgesandten und den empfangenen Signalen vorgenommen. Wenn sich nun ein Gegenstand oder eine Person in dem so überwachten Raum bewegt, dann tritt infolge des Doppier-Effektes eine Phasenverschiebung zwischen den ausgesandten und den empfangenen Signalen ein. Diese Phasenverschiebung wird ermittelt, und durch eine spezielle elektronische Schaltung wird, ggf. durch ein Relais, ein akustisches und/oder optisches SignalThe previously known ultrasonic alarm systems generally work in such a way that ultrasonic signals are emitted from a US transmitter transducer into the room to be monitored, which signals are reflected by any objects or walls in the room and recorded in a receiver transducer. A phase comparison between the transmitted and received signals is then carried out in special evaluation electronics. If an object or a person moves in the space monitored in this way, a phase shift occurs between the transmitted and received signals as a result of the Doppier effect. This phase shift is determined and an acoustic and / or optical signal is generated by a special electronic circuit, possibly by a relay
- 5 -ausgelöst. - 5 - triggered.
Diese sog. "Bewegungsmelder" haben jedoch den Nachteil, daß sie nur dann ansprechen, wenn eine genügend schnelle Bewegung innerhalb des überwachten Raumes stattfindet. Ein derartiges bewegungsabhängiges System kann daher durch geschickte Bewegungsmanipulationen überlistet werden.However, these so-called "motion detectors" have the disadvantage that they only respond if there is sufficiently rapid movement within the monitored area. Such a thing Movement-dependent systems can therefore be outwitted by skillful movement manipulations.
Außerdem sind die bekannten US-Alarmsysteme durch die verschiedensten Einflüsse, wie durch Wärme ausgelöste Luftströmungen usw., störempfindlich, da sie in solchen Fällen vielfach Fehlalarme auslösen.In addition, the known US alarm systems are by the most diverse Influences, such as air currents triggered by heat, etc., are susceptible to interference, as they often generate false alarms in such cases trigger.
Außerdem war es mit den bisher bekannten, auf die Bewegung ansprechenden Ultraschallsysteme nicht möglich, spezielle oder beliebig kleine statische Veränderungen im Raum, wie z. B. das Entfernen eines kleinen Gegenstandes usw., zu erfassen.In addition, it was not possible with the previously known, motion-responsive ultrasound systems, special or any small static changes in the room, such as B. the removal of a small object, etc. to detect.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im wesentlichen auf dem statischen Prinzip beruhendes Ultraschall-Alarmsystem zu schaffen, das auch, je nach der Programmierung, auf die dynamischen Bewegungsänderungen anspricht.The present invention is based on the object of an ultrasonic alarm system based essentially on the static principle to create that, depending on the programming, also responds to the dynamic changes in movement.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird ein Ultraschall-Alarmsystem mit einer US-Sender-Empfängeranordnung zum Aussenden der US-Schwingungen und zum Empfang der reflektierten US-Schwingungen, einer Auswerteelektronik und einem optischen und/oder akustischen Alarmgeber und/oder einem Älarmübertragungsträger vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß, vorzugsweise durch einen Mikroprozessor gesteuert, mit einer bestimmten Frequenz Bursts von US-Schwingungen eines Oszillators in Frequenz und/oder Leistung gesteuert, erzeugt und durch den US-Wandler al gestrahlt werden, und daß durch die Art und den zeitlichen Abstand der durch den US-Wandler empfangenen Echosignale, die in den Computer eingelesen und im Speicher gespeichert werden, einAn ultrasonic alarm system is used to solve the task at hand with a US transmitter / receiver arrangement for emitting the US vibrations and for receiving the reflected US vibrations, an evaluation electronics and an optical and / or acoustic alarm transmitter and / or an alarm transmission carrier proposed, which is characterized in that, preferably controlled by a microprocessor, with a certain Frequency bursts of US oscillations of an oscillator in frequency and / or power controlled, generated and generated by the US converter al are radiated, and that by the type and the time interval of the echo signals received by the US converter, which in read into the computer and stored in memory
akustisch-physikalisches Raumbild bzw. Raummuster erzeugt wird, und daß fortlaufend Signale neuer Raummuster eingelesen werden, wobei die neuen Raummuster mit dem ursprünglichen Raummuster und/oder untereinander nach einem von der Programmierung vorgegebenen Verfahren, welches vorzugsweise Verdeckungen von vorher erfaßten Objekten auswertet und mit einer gesonderten Fehlererkennungsroutine versehen ist, verglichen werden, derart, daß bei von der Programmierung vorgegebenen Veränderungen des Raummusters der Alarm ausgelöst wird.acoustic-physical spatial image or spatial pattern is generated, and that continuously signals of new spatial patterns are read in, the new spatial pattern with the original spatial pattern and / or with one another according to a method specified by the programming, which preferably covers up previously detected objects are evaluated and provided with a separate error detection routine, are compared in such a way that The alarm is triggered if the room pattern changes as specified by the programming.
Das erfindungsgemäße US-Alarmsystem weist gegenüber den bekennten, bewegungsabhängigen US-Alarmsystemen mehrere Vorteile auf. Infolge des rein statischen Systems ist keine Überlistungsmögl ichkeit gegeben, da jede Veränderung des durch die Programmierung festgelegten Raumbildes einen Alarm auslösen kann. Gegenüber den Infrarot-Systemen weist das US-Alarmsystem gemäß der Erfindung den Vorteil auf, daß durch Wärmeabschirmung des menschlichen Körpers keine Überl istungsmögl ichkeit besteht. Auch ist ein Kriechen bzw. Überlaufen, wie dies beim US-Bewegungserfassungssystem vorkommen kann, nicht möglich.The US alarm system according to the invention has to the avowed, motion-dependent US alarm systems have several advantages. As a result of the purely static system, it is not possible to defraud given, as any change in the room image determined by the programming triggers an alarm can. Compared to the infrared systems, the US alarm system according to the invention has the advantage that by heat shielding there is no possibility of overload in the human body. There is also a creep or overflow like this may occur with the US motion detection system, not possible.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen US-Alarmsystems besteht darin, daß eine größere Anzahl von Sensoren an eine Computerauswerteschaltung geschaltet werden kann. Dadurch ist eine kostengünstige Überwachung von großen und verwinkelten Räumen möglich. Ferner eignet sich das System besonders gut für die Objektüberwachung eines oder mehrerer Objekte/s. Durch Software gesteuert, können beliebige Gegenstände, beispielsweise Bilder, Ausstellungsgegenstände od. dgl., gegen unerlaubtes Entfernen geschützt werden. Ferner ist auch ein Schutz größerer Flächen entsprechend der verwendeten Wandler möglich. Schließlich können, ebenfalls durch Software gesteuert, Veränderungen erkannt werden, ob es sich hierbei um Störpegel oder um eine den gewünschten Alarm auszulösende Veränderung des Raumbild-There is another advantage of the US alarm system according to the invention in that a larger number of sensors can be connected to a computer evaluation circuit. This is inexpensive monitoring of large and winding rooms is possible. The system is also particularly suitable for object monitoring of one or more objects / s. Controlled by software, any objects, for example Pictures, exhibits or the like are protected against unauthorized removal. Furthermore, protection is also greater Areas corresponding to the transducers used are possible. Finally, changes can also be controlled by software it can be recognized whether this is a disturbance level or a change in the room image that is to be triggered by the desired alarm.
musters handelt.- Dabei ist die manuelle Einstellung von bestimmten Erfassungszonen möglich. Das erfindungsgemäße US-Alarmsystem ermöglicht also eine preis- und kostengünstige Objekt- und Raumsicherung.pattern - This is the manual setting of certain Detection zones possible. The US alarm system according to the invention thus enables an inexpensive and inexpensive object and room security.
Schließlich kann auch, je nach der Programmierung, also softwaremäßig, das Alarmsystem auf dynamisch ansprechende Bewegungsänderungen programmiert werden.Finally, depending on the programming, i.e. in terms of software, the alarm system can be programmed for dynamically responsive movement changes.
In den Unteransprüchen ist eine bevorzugte Schaltungsanordnung sowie ein Programmbeispiel für die Steuerung des Mikrocomputers angegeben.A preferred circuit arrangement is set out in the subclaims and a sample program for controlling the microcomputer is given.
Eine bevorzugte Schaltungsanordnung für das System gemäß Anspruch 1 besteht darin, daß ein elektroakustischer Wandler mit einem Sender verbunden ist, der mit einem in Frequenz- und/ oder Leistung steuerbaren Oszillator in Verbindung steht, derart, daß die digitalisierte Information über Frequenz- und/oder Leistung von einem computerperipheren Baustein übermittelt wird, welcher die Veränderung der gemessenen Größen vornimmt und den Oszillator entsprechend steuert, wobei das vom elektroakustischen Wandler aufgenommene Empfangssignal vorverstärkt und einer selektivnn Empfangsverstärkerstufe zugeführt wird, die mit einem Hüllkurvenmodulator verbunden ist und über einen peripheren A/D-Wandler mit dem Computer in Verbindung steht, wobei der Computer den oder die Wandler so steuert, daß entsprechend dem aufgenommenen und digitalisierten Raumprofil in Verknüpfung mit dem fest in ROM'S oder einem beliebigen anderen Datenträger abgelegten Programm die Frequenz und/oder Leistung der Senderendstufe entsprechend ansteuert, wobei eine optimale Raumerkennung möglich ist.A preferred circuit arrangement for the system according to claim 1 is that an electroacoustic transducer with a transmitter is connected, which is connected to an oscillator controllable in frequency and / or power, in such a way, that the digitized information about frequency and / or power is transmitted by a computer-peripheral component, which changes the measured values and controls the oscillator accordingly, with the electroacoustic The received signal received by the transducer is preamplified and fed to a selective receiving amplifier stage, which is connected to an envelope modulator and is in communication with the computer via a peripheral A / D converter, wherein the computer controls the transducer or transducers so that in accordance with the recorded and digitized spatial profile in Linking with the program stored permanently in ROM'S or any other data carrier, the frequency and / or power controls the transmitter output stage accordingly, whereby an optimal room detection is possible.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Mikrocomputer über entsprechende periphere Stufen mit einer Elektronik und einem Relais zur Abgabe von optischen und/oder akustischen Signalen verbunden werden. Es kann auch ein Alarmübertragungsträger, beispielsweise auf Hochfrequenz, Infrarot usw., überAccording to a further development of the invention, the microcomputer Via corresponding peripheral stages with electronics and a relay for outputting optical and / or acoustic signals Signals are connected. An alarm transmission medium, for example on radio frequency, infrared, etc., can also be used
eine größere Entfernung benutzt werden. Schließlich ist es auch möglich, das Lichtnetz zur Übertragung der Alarmsignale und der entsprechenden Rückmeldungen durch an sich bekannte Lichtnetzein- und -auskopplungssysteme zu benutzen.be used a greater distance. After all, it is too possible to use the lighting network to transmit the alarm signals and to use the corresponding feedback through known lighting network input and output systems.
Anhand der Zeichnung soll das Funktionsprinzip des US-Alarmsystems gemäß der Erfindung an einer bevorzugten Schaltungsanordnung und an Impulsdiagrammen für die Profilerkennung sowie einem Programm zur Steuerung des Computers näher erläutert werden.The functional principle of the US alarm system should be based on the drawing according to the invention on a preferred circuit arrangement and on pulse diagrams for profile recognition and a program for controlling the computer are explained in more detail.
In den Zeichnungen zeigtIn the drawings shows
Fig. 1 ein Prinzipschema der Schaltungsanordnung für das System gemäß der Erfindung.Fig. 1 is a schematic diagram of the circuit arrangement for the System according to the invention.
Fig. 2 zeiqt ein Prinzipschaltbild des Steuercomputers.Fig. 2 shows a basic circuit diagram of the control computer.
Fig. 3 zeigt ein Funktionsdiagramm der Sender- und Empfängerimpulse. Fig. 3 shows a functional diagram of the transmitter and receiver pulses.
Fig. 4 zeigt im Prinzip ein Ablaufdiagramm eines Programms zur Steuerung des Computers.Fig. 4 shows in principle a flow chart of a program for controlling the computer.
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, besteht das Prinzipschema der Schaltungsanordnung für das System gemäß der Erfindung aus einer mikrocomputergesteuerten Zentraleinheit 1 mit D/A-und A/D-Wandlern und Speichern, die in Fig. 2 im Detail dargestellt ist. Die Zentraleinheit 1 steuert einen US-Oszillator 2 in Frequenz und Leistung, welcher mit der Senderendstufe 3 verbunden ist, der über einen Wandler 4 die Ultraschallschwingungen abstrahlt.As can be seen from FIG. 1, there is the basic diagram of the circuit arrangement for the system according to the invention from a microcomputer-controlled central unit 1 with D / A and A / D converters and memory, which is shown in detail in FIG. The central unit 1 controls a US oscillator 2 in frequency and power, which is connected to the transmitter output stage 3, which emits the ultrasonic vibrations via a transducer 4.
Oie Zentraleinheit 1 ist ferner mit einem selektiven Empfangsverstärker 5 verbunden, der mit der Vorstufe 6 des US-Empfängers in Verbindung steht, welcher die reflektierten US-SchwingungenThe central unit 1 is also equipped with a selective receiving amplifier 5 connected to the pre-amplifier 6 of the US receiver which is related to the reflected US vibrations
über den Wandler 7 aufnimmt.via the converter 7 receives.
Der selektive Empfangsverstärker 5 ist ferner mit einem Hüllkurvenmodulator 8 verbunden, der über einen A/D-Wandler 9 mit der Zentraleinheit verbunden ist. Die Triggerung erfolgt über die Leitung 10. Die Zentraleinheit ist ferner über eine Ausgangsstufe 11 mit einem Alarmgeber 12 oder einem Sender 13 verbunden, der beispielsweise ein HF-Sender, ein Infrarotsender od. dgl. sein kann. Der Ausgang der Zentraleinheit 1 kann ferner über eine Leitung 14 mit einer Einspeisstufe 15 für das Lichtnetz 16 verbunden sein. Schließlich kann auch eine Auskopplungsstufe 17 mit dem Lichtnetz 16 und der Zentraleinheit 1 verbunden sein.The selective receiving amplifier 5 is also provided with an envelope modulator 8 connected, which is connected to the central unit via an A / D converter 9. Triggering takes place via the line 10. The central unit is also connected via an output stage 11 to an alarm transmitter 12 or a transmitter 13, for example, an RF transmitter, an infrared transmitter or the like. can be. The output of the central unit 1 can also be connected to a feed stage 15 for the lighting network 16 via a line 14 be connected. Finally, a decoupling stage 17 can also be connected to the lighting network 16 and the central unit 1.
In Fig. 2 ist die mikroprozessorgesteuerte Zentraleinheit 1 ebenfalls im Prinzipschaltbild dargestellt. Der Mikroprozessor 1$, der beispielsweise ein Z80 sein kann, ist über einen Datenbus, einen Adressbus und einen Kontrollbus mit dem Schreib-Lese-Speicher 19 (RAM), einem Nur-Lese-Speicher 20 (ROM, welches das Betriebssystem und die Tabellen enthält), einem Parallelein/ausgang 21 und einem seriellen Ausgang 22 verbunden. Der Takt und der Reset erfolgen über die Stufe 23, die mit dem Mikroprozessor 18 und der seriellen Ein- und Ausgangsstufe 22 verbunden ist.In Fig. 2, the microprocessor-controlled central unit 1 is also shown in the block diagram. The microprocessor $ 1, the for example, a Z80 is connected to the read / write memory 19 via a data bus, an address bus and a control bus (RAM), a read-only memory 20 (ROM, which contains the operating system and the tables), a parallel input / output 21 and a serial output 22 connected. The clock and the reset take place via stage 23, which is connected to microprocessor 18 and serial input and output stage 22.
Fig. 3 zeigt je ein Impulsdiagramm des ausgesendeten Sendeimpulses, des empfangenen Raumechos sowie der Digitalisierung des empfangenen Raumechos.Fig. 3 shows a pulse diagram of the transmitted pulse, of the received room echo as well as the digitization of the received Room echoes.
Der Sendeimpuls ist durch die Kurve A dargestellt, der vom Ultraschal I wandler 4 durch entsprechende Steuerung der Zentraleinheit in Frequenz und/oder Leistung gesteuert abgestrahlt wird.The transmission pulse is shown by curve A, the transducer from the ultrasonic I 4 by appropriate control of the central unit is radiated controlled in frequency and / or power.
Die Kurve B zeigt das vom Wandler 7 empfangene Echo, welches das Raumprofil der in verschiedenen Abständen vorhandenen Gegenstände in Form von Amplitudenspitzen darstellt. Um nun das empfangene Raumprofil im Hinblick auf die Alarmgebung auszu-The curve B shows the echo received by the transducer 7, which is the spatial profile of the objects present at different distances represents in the form of amplitude peaks. To now that received room profile with regard to the alarm
werten, muß dieses Raumprofil digitalisiert werden, so wie dies durch die Kurve C dargesellt ist. Die Digitalisierung findet im A/D-Wandler 9 statt. Das digitalisierte Echo wird dann der mikrocomputergesteuerten Zentraleinheit zugeführt und dort entsprechend dem vorgegebenen Programm ausgewertet.evaluate, this spatial profile must be digitized, as shown by curve C. Digitization takes place in the A / D converter 9 instead. The digitized echo then becomes the microcomputer controlled Central unit fed and there accordingly evaluated according to the specified program.
Die Auswertung erfolgt dabei in der Weise, daß durch die Art und den zeitlichen Abstand der durch den US-Wandler 7 empfangenen Echosignale, die in den Computer eingelesen und im Speicher 19 gespeichert werden, ein akustisch-physikalisches Raumbild bzw. ein Raummuster erzeugt wird. Durch das Programm werden nun fortlaufend Signale neuer Raummuster eingelesen, wobei die jeweils neuen Raummuster mit dem ursprünglichen Raummuster und/oder untereinander nach dem durch die Programmierung vorgegebenen Verfahren verglichen werden. Das Programmierungsverfahren wertet vorzugsweise Verdeckungen von vorher erfaßten Objekten aus und ist mit einer gesonderten Fehlererkennungsroutine versehen. Somit ist es möglich, daß bei von der Programmierung vorgegebenen Veränderungen des Raummusters Alarm ausgelöst wird.The evaluation takes place in such a way that by the type and the time interval of the received by the US converter 7 Echo signals that are read into the computer and stored in the memory 19, an acoustical-physical spatial image or a spatial pattern is generated. Signals of new room patterns are now continuously read in by the program, whereby the new room pattern with the original room pattern and / or are compared with one another according to the method specified by the programming. The programming procedure preferably evaluates concealments of previously detected objects and has a separate error detection routine Mistake. In this way, it is possible that an alarm will be triggered if the room pattern changes, which are predetermined by the programming is triggered.
Ein mögliches Programmschema ist in dem Flußdiagramm gemäß Fig. 4 dargestellt. Dieses Flußdiagramm läuft wie folgt ab.A possible program scheme is shown in the flow chart according to FIG. This flow chart is as follows.
Vom Start aus beginnt die Initialisierung, um die optimale Frequenz und/oder Leistung des bzw. der US-Wandler/s zu ermitteln. Der weitere Programmverlauf stellt die Scharfschaltung der Anlage fest. Die nächste Stufe bezieht sich auf die Einlesung des Referenzraummusters, worauf das Einlesen des reellen Raummusters erfolgt und eine Auswertung nach vorherbestimmten Algorithmen durchgeführt wird. Die Alarmauslösung wird schließlich nochmals überprüft, und zwar nach Unterteilung, ob Störungen vorliegen, wobei die Störungen angezeigt werden und eine Überprüfung der Scharfschaltanlage erfolgt.From the start the initialization begins to the optimal frequency and / or to determine the power of the US converter (s). The further course of the program represents the arming of the system fixed. The next stage relates to the reading in of the reference space pattern, followed by reading in the real space pattern takes place and an evaluation is carried out according to predetermined algorithms. The alarm will eventually be triggered again checked, after subdivision, whether there are faults, the faults are displayed and a review of the Arming system takes place.
Mit diesem Flußdiagramm ist es möglich, ein Ultraschallalarmsystem zu schaffen, das unempfindlich gegen Luftströmungsstörungen ist und das durch geschickte Bewegungsmanipulationen nicht überlistet werden kann. Außerdem kann mit dem Ultraschallsystem gemäß der Erfindung auch je nach der Programmierung ein System geschaffen wenden, das auf die dynamischen Bewegungsänderungen anspricht, was mit den bisherigen Ultraschallbewegungsmeldern nicht möglich war.With this flow chart it is possible to set up an ultrasonic alarm system to create that insensitive to air flow disturbances and that cannot be outwitted by skillful manipulation of movements. You can also use the ultrasound system according to the invention also a system depending on the programming turn created, which responds to the dynamic changes in movement, what with the previous ultrasonic motion detectors was not possible.
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