DE202020001414U1

DE202020001414U1 - Energy-saving device for the detection and bidirectional counting of people

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Publication number: DE202020001414U1
Application number: DE202020001414.1U
Authority: DE
Original assignee: Ecosoph GmbH
Current assignee: Ecosoph GmbH
Priority date: 2020-04-07
Filing date: 2020-04-07
Publication date: 2020-04-27
Anticipated expiration: 2030-04-08

Abstract

Energiesparende Vorrichtung zur Detektion und bidirektionalen Zählung von Personen, durch folgende Merkmale gekennzeichnet:
- Mindestens zwei Infrarotsensoren zur bidirektionalen Detektion von Personen;
- Einem Ultraschallsensor oder einem Radarsensor zur Zählung der Personen;
- Einem Mikroprozessor zur Speisung der angeschlossenen Sensoren und des Transceivermoduls mit elektrischer Energie sowie zur bidirektionalen Kommunikation mit den angeschlossenen Komponenten;
- Weitere Sensoren, welche vom Mikroprozessor mit Strom gespeist werden und an diesen elektrische Signale übertragen;
- Einer Batterie, welche den Mikroprozessor mit einer konstanten Spannung versorgt;
- Einer Vorrichtung zur externen Ladung der Batterie;
- Einem Powermanagement-Modul, welches von externen stromerzeugenden Generatoren gespeist wird;
- Einem bidirektionalen Transceivermodul zur drahtlosen Kommunikation mit der Außenwelt;
- Ein Interface zur Kommunikation des Anwenders mit der Vorrichtung.

Energy-saving device for the detection and bidirectional counting of people, characterized by the following features:
- At least two infrared sensors for bidirectional detection of people;
- An ultrasonic sensor or a radar sensor for counting people;
- A microprocessor for supplying the connected sensors and the transceiver module with electrical energy and for bidirectional communication with the connected components;
- Other sensors, which are powered by the microprocessor and transmit electrical signals to them;
- A battery that supplies the microprocessor with a constant voltage;
- A device for external charging of the battery;
- A power management module, which is fed by external power-generating generators;
- A bidirectional transceiver module for wireless communication with the outside world;
- An interface for communication between the user and the device.

Description

In diesem Gebrauchsmuster wird eine Vorrichtung zur bidirektionalen Zählung von Personen offenbart. Durch die Verwendung von mindestens zwei passiven Infrarotsensoren und eines Mikroprozessors mit unterschiedlichen Energiesparmodi sowie einer Interruptfunktion, wird die Vorrichtung extrem energieeffizient konzipiert. Durch diese Erfindung erhöht sich die Batterielaufzeit der Vorrichtung beträchtlich, was dem Anwender eine Reduzierung seines Arbeitsaufwands als Mehrwert erschließt. Darüber hinaus lässt sich mit der Zählvorrichtung der Besucherstrom bei Gebäuden überwachen und limitieren.In this utility model, a device for bidirectional counting of people is disclosed. By using at least two passive infrared sensors and a microprocessor with different energy saving modes and an interrupt function, the device is designed to be extremely energy efficient. With this invention, the battery life of the device increases considerably, which opens up a reduction in the amount of work for the user as an added value. In addition, the flow of visitors to buildings can be monitored and limited using the counting device.

Für viele Anwendungen ist es wichtig, die genaue Anzahl der Personen zu kennen, die sich in einem bestimmten Areal aufhalten. So können im Notfall in Gebäuden Personen durch Kenntnis ihres Aufenthaltsorts dieser der Feuerwehr mitgeteilt werden und die Personen zuverlässig und vollständig in Sicherheit gebracht werden. Im Falle einer Epidemie oder Pandemie, wie sie durch das Virus COVID-19 Ende 2019 und 2020, verursacht wurde, lassen sich durch eine Personenzählvorrichtung auch die Besucherzahlen von hochfrequentierten Gebäuden und Orten überwachen und limitieren, um eine weitere Ausbreitung zu reduzieren. Darüber hinaus hat die Überwachung von Besucher- und Kundenströmen für viele Nutzer einen ökonomischen Vorteil. Die Betreuer von weitläufigen Arealen wie Naturparks, Naturschutz- oder Naherholungsgebieten können ihr Besuchermanagement digitalisieren und das Interesse der Bevölkerung bzw. der Kunden quantifizieren.For many applications it is important to know the exact number of people who are in a certain area. In emergencies, people in buildings can be informed of this by knowing their whereabouts and the people can be brought to safety reliably and completely. In the event of an epidemic or pandemic, such as that caused by the COVID-19 virus at the end of 2019 and 2020, the number of visitors to high-traffic buildings and locations can be monitored and limited by a people counting device in order to reduce further spread. In addition, monitoring visitor and customer flows has an economic advantage for many users. The supervisors of extensive areas such as nature parks, nature conservation or recreational areas can digitize their visitor management and quantify the interest of the population or customers.

Stand der TechnikState of the art

Die Siemens Schweiz AG hat ein europäisches Patent ( EP3349190 ) für einen bidirektionalen Personenzähler für Gebäudemanagement angemeldet, der im Wesentlichen aus zwei Infrarotsensoren besteht. Dieses Patent gilt allerdings als zurückgenommen.
Panasonic Intellectual Property Management Co. hat ein europäisches Patent mit dem Titel „Personenzählvorrichtung, Personenzählsystem und Personenzählverfahren“ angemeldet ( EP2947602 ). Diese Erfindung basiert auf der Verwendung von Bilderfassung- und bearbeitung.Siemens Schweiz AG has a European patent ( EP3349190 ) registered for a bidirectional people counter for building management, which essentially consists of two infrared sensors. However, this patent is deemed to be withdrawn.
Panasonic Intellectual Property Management Co. has applied for a European patent entitled "People Counting Device, People Counting System and People Counting Method" ( EP2947602 ). This invention is based on the use of image capture and processing.

Raedyne Systems Pty. Ltd. haben ein Patent mit dem Titel „People and object counter method and system“ eingereicht ( WO2014179839A1 ), allerdings wieder zurückgenommen. In der Erfindung wurde eine Vorrichtung mit einem Laserscanner offenbart, welcher Objekte und Personen detektiert und zählt.Raedyne Systems Pty. Ltd. have filed a patent entitled "People and object counter method and system" ( WO2014179839A1 ), but withdrawn again. In the invention, a device with a laser scanner has been disclosed, which detects and counts objects and people.

Die Konica Minolta Holdincs Inc. meldete ein japanisches Patent ( JP2005148863A ) mit dem Titel „Number of Person counting System“ an. Die Erfindung basierte auf der Aufzeichnung und Verarbeitung von Fotos.Konica Minolta Holdincs Inc. filed a Japanese patent ( JP2005148863A ) with the title "Number of Person counting System". The invention was based on the recording and processing of photos.

Die Firmen UDP Technology Ltd. und VCA Technology Ltd haben ein Patent mit dem Titel „People Counter Having Setting Interface and Method for setting same“ angemeldet ( WO2012176953 ), jedoch wieder zurückgenommen. Die Erfindung basierte auf dem Aufzeichnen und Verarbeiten von Fotos. Das Patent US5138638A mit dem Titel „System for determining the number of shoppers in a retail store and for processing that information to produce data for store management“ offenbart eine Vorrichtung zur Zählung von Personen mit aktiven Infrarotsensoren. Nico International AS hat ein europäisches Patent mit dem Namen Personenzählvorrichtung ( EP1305777 ) angemeldet, welches Distanzsensoren wie einen Radar- oder Ultraschallsensor enthält. Die Redar Nah Ortungstechnik GmbH hat ein deutsches Patent ( DE3301763A1 ) mit dem Titel „Einrichtung zur exakten automatischen Zählung von eine Tor- oder Schleusenanordnung passierenden Zählobjekten“ 1983 angemeldet, welches mit mindestens zwei Sendern/Empfängern zur Distanzmessung ausgestattet ist. Die Gen Signal Corp hat 1985 ein Patent mit dem Titel „Automatic counting system for passages“ angemeldet ( US4528679A ). Diese Erfindung offenbarte eine Vorrichtung zur automatisierten Zählung von Personen im Verkehr durch eine Distanzmessung mit drei Ultraschallsensoren. Die NCR CO meldete 1992 ein Patent mit dem Titel „Method of counting the number of passers-by“ ( US5187688A ) an. Diese Erfindung offenbarte eine Vorrichtung zur Zählung von Passanten mit Hilfe von mehreren Ultraschallsensoren. Die Cupps Halbert D meldete 1988 ein Patent mit dem Titel „Electronic management system employing radar type infrared emitter and sensor combined with counter“ US4993049A an. Diese Erfindung offenbarte eine Vorrichtung zur Zählung von Personen unter Verwendung von Infrarot-LEDs zur Detektion von Personen und zur Steuerung von elektronischen Systemen. Die Matsushita Electric Ind Co Ltd meldete 1997 ein Patent mit dem Titel „Gerät zum Feststellen der Zahl der Passanten“ ( EP0828233A2 ) an. Die Erfindung offenbarte eine Vorrichtung zur Zählung von Personen mit Hilfe einer Anordnung mehrerer aktiver Lichtsensoren. Die Kone Elevator GmbH meldete 1988 ein Patent mit dem Titel „Procedure and apparatus for detecting objects moving at varying speeds within a certain area“ an ( US5073706A ). Diese Erfindung offenbarte eine Vorrichtung zur Zählung von Personen und Objekten unter Verwendung von passiven Sensoren, welche eine Änderung der Hintergrundstrahlung der bewegten Personen oder Objekte detektieren.The companies UDP Technology Ltd. and VCA Technology Ltd have registered a patent entitled "People Counter Having Setting Interface and Method for setting same" ( WO2012176953 ), but withdrawn again. The invention was based on the recording and processing of photos. The patent US5138638A entitled "System for determining the number of shoppers in a retail store and for processing that information to produce data for store management" discloses a device for counting people with active infrared sensors. Nico International AS has a European patent called People Counting Device ( EP1305777 ) registered, which contains distance sensors such as a radar or ultrasonic sensor. Redar Nah Ortungstechnik GmbH has a German patent ( DE3301763A1 ) with the title "Device for the exact automatic counting of counting objects passing through a gate or lock arrangement" registered in 1983, which is equipped with at least two transmitters / receivers for distance measurement. Gen Signal Corp filed a patent in 1985 entitled "Automatic counting system for passages" ( US4528679A ). This invention disclosed a device for the automated counting of people in traffic by means of a distance measurement with three ultrasonic sensors. In 1992, NCR CO filed a patent entitled "Method of counting the number of passers-by" ( US5187688A ) at. This invention disclosed a device for counting passers-by using multiple ultrasonic sensors. The Cupps Halbert D registered a patent in 1988 with the title "Electronic management system employing radar type infrared emitter and sensor combined with counter" US4993049A at. This invention disclosed an apparatus for counting people using infrared LEDs for detecting people and for controlling electronic systems. Matsushita Electric Ind Co Ltd registered a patent in 1997 entitled "Device for determining the number of passers-by" ( EP0828233A2 ) at. The invention disclosed a device for counting people using an arrangement of several active light sensors. In 1988 Kone Elevator GmbH applied for a patent entitled "Procedure and apparatus for detecting objects moving at varying speeds within a certain area" ( US5073706A ). This invention disclosed a device for counting people and objects using passive sensors which detect a change in the background radiation of the moving people or objects.

Karlheinz Paglotke meldete 1986 ein Patent mit dem Titel „Vehicle or pedestrian traffic counting device - uses movement sensor for indexing counter indicating passing at traffic level“ an ( CH670905A5 ). Diese Erfindung offenbarte eine Vorrichtung zur Detektion des Besucherverhaltens unter Verwendung von Infrarotsensoren, aktiven Lichtsensoren sowie Radarsensoren. Die Elektronik dieser Erfindung befindet sich ständig im aktiven Modus und verbraucht daher mehr Energie als die in diesem Gebrauchsmuster vorgestellte Erfindung. Karlheinz Paglotke filed a patent in 1986 with the title "Vehicle or pedestrian traffic counting device - uses movement sensor for indexing counter indicating passing at traffic level" ( CH670905A5 ). This invention disclosed a device for detecting visitor behavior using infrared sensors, active light sensors and radar sensors. The electronics of this invention are always in active mode and therefore use more energy than the invention presented in this utility model.

Das Zählen von Personen, Objekten oder Tieren mit Infrarotsensoren sowie Ultraschall- oder Radarsensoren ist altbekannt. Durch die digitale Revolution des 21. Jahrhunderts, die eng mit Begriffen wie Industrie 4.0 oder dem Internet der Dinge verknüpft ist, steigt die Nachfrage nach intelligenter, vernetzter sowie stromsparender Elektronikhardware. Bisherige Erfindungen oder kommerziell verfügbare Produkte zur Personenzählung sind auf eine permanente Stromversorgung angewiesen. Der hohe Energiebedarf kann durch folgende Punkte erklärt werden: i) Es werden aktive Sensoren verwendet wie Ultraschall- oder Radarsensoren sowie aktive Infrarotsensoren. Diese Sensoren haben eine Leistungsaufnahme von ca. 10mW bis 200mW, was stark von den verwendeten Sensoren und der Betriebsspannung abhängt, ii) die Personenzählvorrichtungen wurden schlicht nicht für eine geringe Leistungsaufnahme konzipiert, weil diese ohnehin in der Nähe eines Stromanschlusses betrieben werden sollten.The counting of people, objects or animals with infrared sensors as well as ultrasonic or radar sensors is well known. Through the digital revolution of the 21st century, closely related to terms like industry 4.0 or linked to the Internet of Things, the demand for intelligent, networked and energy-saving electronic hardware is increasing. Previous inventions or commercially available products for counting people rely on a permanent power supply. The high energy requirement can be explained by the following points: i) Active sensors such as ultrasound or radar sensors as well as active infrared sensors are used. These sensors have a power consumption of approx. 10mW to 200mW, which strongly depends on the sensors used and the operating voltage, ii) the people counting devices were simply not designed for low power consumption because they should be operated in the vicinity of a power connection anyway.

Selbst die sparsamsten herkömmlichen Personenzähler weisen eine durchschnittliche Stromaufnahme von wenigen mA auf. Nimmt man an, dass solch ein Zähler über vier handelsübliche AA-NiMH-Batterien mit einer in Reihe geschalteter Versorgungsspannung von ca. 5.0 V und einer Kapazität von 2100 mAh verfügt und die Stromaufnahme nur 1 mA beträgt, so liegt die Batterielaufzeit bei 2100 h, also ca. bei 87 Tagen bzw. ca. bei drei Monaten. Bei einer durchschnittlichen Stromaufnahme von 10 mA reduziert sich die Batterielaufzeit schon auf ca. 9 Tage. Für viele Anwender wie etwa die Betreiber von Nationalparks, Naturschutzgebieten oder Erholungsgebieten sowie weiteren weitläufigen Arealen stellt der regelmäßige Wechsel von Batterien einen erheblichen Kostenpunkt dar und ist darüber hinaus noch unkomfortabel.Even the most economical conventional people counters have an average current consumption of a few mA. Assuming that such a counter has four commercially available AA-NiMH batteries with a series-connected supply voltage of approx. 5.0 V and a capacity of 2100 mAh and the current consumption is only 1 mA, the battery life is 2100 h, around 87 days or around three months. With an average current consumption of 10 mA, the battery life is reduced to approx. 9 days. For many users such as the operators of national parks, nature reserves or recreational areas, as well as other extensive areas, the regular change of batteries is a significant cost and is also uncomfortable.

Zur Lösung des im vorangegangenen Paragraphen beschriebenen Problems wird in diesem Gebrauchsmuster folgende Erfindung offenbart: Eine energiesparende Vorrichtung zur Detektion und bidirektionalen Zählung von Personen und Tieren. Die Elektronik der Vorrichtung befindet sich nur während des Zählvorgangs im aktiven Modus und verbraucht dort die meiste Energie. In der Zeit zwischen den Zählungen befindet sich die Elektronik in einem Schlafmodus, auch „Deep sleep mode“ genannt. Aufgeweckt wird die Elektronik durch die Infrarotsensoren, sofern diese Menschen oder Tiere detektieren.To solve the problem described in the previous paragraph, the following invention is disclosed in this utility model: An energy-saving device for the detection and bidirectional counting of people and animals. The electronics of the device are only in active mode during the counting process and use the most energy there. In the time between the counts, the electronics are in a sleep mode, also called "deep sleep mode". The electronics are woken up by the infrared sensors, provided they detect people or animals.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die vorgestellte Vorrichtung Personen unter Verwendung von Infrarot-, Ultraschall- oder Radarsensoren detektiert und nicht über die Aufzeichnung und Bearbeitung von Bildmaterial. Letztere Methode stellt in vielen Ländern einen erheblichen Eingriff in die Privatsphäre von Menschen dar und ist unter Umständen gesetzlich überhaupt nicht gestattet. Aufgeweckt wird der Mikroprozessor der Elektronik durch die Veränderung eines Spannungssignals, das an einem Interrupt-Pin des Mikroprozessors anliegt.At this point it should be pointed out that the device presented detects people using infrared, ultrasound or radar sensors and not via the recording and processing of image material. The latter method represents a significant intrusion into people's privacy in many countries and may not be permitted by law at all. The microprocessor of the electronics is woken up by changing a voltage signal that is present at an interrupt pin of the microprocessor.

Eine Vorrichtung zur Zählung von Personen birgt einen Nutzen für unterschiedliche Bereiche. So können beispielsweise Ladenbesitzer die Anzahl ihrer Kunden und deren Verteilung über den Tag feststellen. Betreiber von weitläufigen Arealen wie Nationalparks, Naturschutzgebiete oder Erholungsgebiete haben durch solch eine Vorrichtung eine Möglichkeit zur Erfassung ihrer Besucherströme. Anhand dieser Besucherströme kann wiederum der Nutzen für die Bevölkerung quantifiziert werdenA device for counting people is useful for different areas. For example, shopkeepers can determine the number of their customers and their distribution throughout the day. Such a device enables operators of extensive areas such as national parks, nature reserves or recreation areas to record their visitor flows. On the basis of these visitor flows, the benefits for the population can be quantified

Ein passiver Infrarotsensor, auch pyroelektrischer Sensor oder PIR-Sensor genannt, ist ein Halbleitersensor, welcher Temperaturunterschiede detektiert. Handelsübliche PIR-Sensoren verfügen über eine Beschichtung und weisen in einem Bereich von 5 bis 14 µm die höchste Sensitivität auf. In diesem Bereich emittieren auch Menschen und Tiere Wärmestrahlung. Als Halbleiterelement wird häufig LithiumTantalat (LiTaO₃) verwendet.A passive infrared sensor, also called a pyroelectric sensor or PIR sensor, is a semiconductor sensor that detects temperature differences. Commercial PIR sensors have a coating and have the highest sensitivity in a range from 5 to 14 µm. People and animals also emit heat radiation in this area. Lithium tantalate (LiTaO ₃ ) is often used as the semiconductor element.

AusführungsbeispieleEmbodiments

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figure 1 gezeigt und im Folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in Figure 1 and explained in more detail below.

Es zeigen:

1: Schematische Darstellung des bidirektionalen und stromsparenden Personenzählers im Betrieb. Es werden Passanten von beiden Richtungen detektiert.
2: Schematische Darstellung des Personenzählers, welcher mit mindestens zwei Infrarotsensors sowie mit mindestens einem Ultraschallsensor ausgeführt ist.
3: Schematische Darstellung aller zur drahtlosen Personenzählung beteiligter Komponenten sowie deren Wechselwirkungen untereinander.
4: Diagramm zum logischen Ablauf der Personenzählung. Für die Zeit, in der keine Personen detektiert werden, befindet sich der Personenzähler in einem sehr energiesparenden Schlafmodus.
5: Schematische Darstellung der Leistungsaufnahme des im Personenzähler verbauten Mikroprozessors im Verlauf der Zeit für unterschiedliche Betriebsmodi.
6: Schematische Darstellung der Leistungsaufnahme eines Mikroprozessors für verschiedene Betriebsmodi exemplarisch am Beispiel des bekannten MSP430XX vom Unternehmen Texas Instruments ausgeführt.
7: Schematische Darstellung der Kommunikation zwischen Netzwerk, portablen Endgeräten, der Zählvorrichtung sowie zu steuernder bzw. zu regelnder Vorrichtungen.
8: Schematische Darstellung der Verwendung der Personenzählvorrichtung für Gebäude.

Show it:

1 : Schematic representation of the bidirectional and energy-saving people counter in operation. Passers-by from both directions are detected.
2nd : Schematic representation of the people counter, which is designed with at least two infrared sensors and with at least one ultrasonic sensor.
3rd : Schematic representation of all components involved in wireless people counting and their interactions with one another.
4th : Diagram of the logical sequence of people counting. For the time in which no people are detected, there is the People counter in a very energy-saving sleep mode.
5 : Schematic representation of the power consumption of the microprocessor built into the people counter over time for different operating modes.
6 : Schematic representation of the power consumption of a microprocessor for various operating modes, exemplified using the example of the well-known MSP430XX from Texas Instruments.
7 : Schematic representation of the communication between the network, portable devices, the counting device and devices to be controlled or regulated.
8th : Schematic representation of the use of the people counter for buildings.

Eine schematische Darstellung zur Funktion des Personenzählers ist in 1 abgebildet. Es befinden sich insgesamt drei Passanten auf einem Pfad (102). Die erste Person (101) läuft gerade von links in den Messbereich der Vorrichtung, die zweite Person (104) wird gerade gezählt und die dritte Person (105) läuft gerade von rechts in den Messbereich des Sensors. Die Vorrichtung zur Personenzählung (107) ist am Rande des Weges befestigt. Üblicherweise liegt die Messgrenze von kompakten Radarsensoren bei etwa 50m, die von Ultraschallsensoren bei ca. 10m und diejenige von passiven Infrarotsensoren bei etwa 10m. Limitiert wird die Reichweite der Vorrichtung durch den Sensor mit der geringsten Reichweite, diese liegt üblicherweise in einem Bereich von 5-15m. In einer weiteren Ausführung des Personenzählers verfügt die Vorrichtung über zwei passive Infrarotsensoren (110 und 108) sowie einen Ultraschallsensor (109). In weiteren Ausführungen dieser Erfindung kann die Vorrichtung mit mehr als zwei passiven Infrarotsensoren oder mit mehr als einem Ultraschallsensor oder mit einem Radarsensor an Stelle des Ultraschallsensors sowie aus deren Kombinationen ausgestattet sein. Sobald sich eine Person oder ein Tier dem Messbereich des Infrarotsensors von links (103) oder von rechts (111) nähert, wird die Elektronik aufgeweckt und befindet sich im aktiven Modus. In diesem aktiven Modus werden die Personen mit einem Ultraschall- oder Radarsensor gezählt. In 1 ist schematisch die Verwendung eines Ultraschallsensors zur Ermittlung der Laufzeit eines Ultraschallsignals dargestellt. Das emittierte Signal (113) wird an der Person reflektiert und als reflektiertes Signal (112) vom Sensor detektiert.A schematic representation of the function of the people counter is in 1 pictured. There are a total of three passers-by on a path ( 102 ). The first person ( 101 ) is currently running from the left into the measuring range of the device, the second person ( 104 ) is being counted and the third person ( 105 ) is currently running from the right into the measuring range of the sensor. The people counting device ( 107 ) is attached to the edge of the path. The measurement limit of compact radar sensors is usually around 50m, that of ultrasonic sensors around 10m and that of passive infrared sensors around 10m. The range of the device is limited by the sensor with the lowest range, which is usually in a range of 5-15m. In a further embodiment of the people counter, the device has two passive infrared sensors ( 110 and 108 ) and an ultrasonic sensor ( 109 ). In further embodiments of this invention, the device can be equipped with more than two passive infrared sensors or with more than one ultrasonic sensor or with a radar sensor instead of the ultrasonic sensor and combinations thereof. As soon as a person or animal approaches the measuring range of the infrared sensor from the left ( 103 ) or from the right ( 111 ) approaches, the electronics are woken up and are in active mode. In this active mode, people are counted with an ultrasound or radar sensor. In 1 the use of an ultrasonic sensor for determining the transit time of an ultrasonic signal is shown schematically. The emitted signal (113) is reflected on the person and as a reflected signal ( 112 ) detected by the sensor.

Die Entfernung v von Ultraschallsensor zum Objekt ergibt sich durch folgende Gleichung (Eq. 1): $d = t_{tof} \cdot c (T) / 2$

wobei t_tof die Laufzeit des Signals und c(t) die temperaturabhängige Schallgeschwindigkeit beschreiben. Der Faktor 2 berücksichtigt, dass die Distanz zwischen Sensor und Ziel nur die halbe vom Ultraschallsignal durchlaufende Strecke darstellt. Da der Personenzähler starken Temperaturschwankungen von ca. -20 °C bis +50 °C ausgesetzt ist, muss die Temperaturabhängigkeit der Schallgeschwindigkeit berücksichtigt werden. Diese Temperaturabhängigkeit wird durch folgende Gleichung (Eq. 2) beschrieben:

c (T) = 331.3 \cdot \sqrt{1 + \frac{T}{273.15}} m / s

Wobei T die Temperatur in Grad Celsius ist. Der Einfachheit halber kann Eq. 2 in einer Taylorentwicklung in folgende lineare Gleichung umgeführt werden:

c (T) = (331.3 + 0.606 \cdot T) m / s

Der Gleichung Eq. 3 nach schwankt die Schallgeschwindigkeit in einem Temperaturbereich von -20 °C bis +50 °C von 319 ms^-1 zu 362 ms^-1, also um ca. 13% gemessen an der Schallgeschwindigkeit bei 0 Grad Celsius. Der Personenzähler wird zwar nicht zur Messung einer genauen Distanz eingesetzt, allerdings kann die Temperaturabhängigkeit des Schalls den Algorithmus für die Personenzählung stören. Deshalb wird ein Temperatursensor zur Berechnung der Schallgeschwindigkeit eingesetzt, wie weiter unten noch erklärt.The distance v from the ultrasonic sensor to the object results from the following equation (Eq. 1):

d = t_{tof} \cdot c (T) / 2nd

in which t _tof the duration of the signal and c (t) describe the temperature-dependent speed of sound. The factor 2nd takes into account that the distance between the sensor and the target is only half the distance traveled by the ultrasound signal. Since the people counter is exposed to strong temperature fluctuations from approx. -20 ° C to +50 ° C, the temperature dependence of the speed of sound must be taken into account. This temperature dependency is described by the following equation (Eq. 2):

c (T) = 331.3 \cdot \sqrt{1 + \frac{T}{273.15}} m / s

Where T is the temperature in degrees Celsius. For the sake of simplicity, Eq. 2 can be converted into the following linear equation in a Taylor expansion:

c (T) = (331.3 + 0.606 \cdot T) m / s

According to equation 3, the speed of sound fluctuates in a temperature range from -20 ° C to +50 ° C from 319 ms ^-1 to 362 ms ^-1 , i.e. by approx. 13% measured at the speed of sound at 0 degrees Celsius. The people counter is not used to measure an exact distance, but the temperature dependence of the sound can interfere with the algorithm for counting people. A temperature sensor is therefore used to calculate the speed of sound, as explained below.

Eine mögliche Ausführung des Personenzählers ist in 2 dargestellt. Die zwei Infrarotsensoren sind jeweils auf der linken (202) bzw. auf der rechten Seite (204) angeordnet, der Ultraschallsensor (203) befindet sich in der Mitte. Das Gehäuse (201) der Vorrichtung wird mit zwei Pfeilen ausgeführt, um den Nutzer die Zählrichtung zu kennzeichnen. So kann der Pfeil von links nach rechts für die Zählrichtung 1 stehen und der Pfeil von rechts nach links (206) für die Zählrichtung 2. Für eine eindeutige Zuordnung der Zählrichtung ist das Gehäuse noch mit einem Pfeil ausgeführt, welcher die Oberseite (208) des Gehäuses kennzeichnet. Die Infrarotsensoren können am Gehäuse in einem leicht abgeschrägten Winkel (205) angebracht werden, um Personen durch die veränderten Messbereiche früher zu erkennen. In weiteren Ausführungen kann die Vorrichtung über mehr als zwei Infrarotsensoren oder mehr als einen Ultraschall- oder Radarsensor sowie deren Kombinationen verfügen. Durch die Verwendung zusätzlicher Sensoren können größere Messbereiche erschlossen sowie eine Redundanz des Systems gewährleistet werden.A possible version of the people counter is in 2nd shown. The two infrared sensors are each on the left ( 202 ) or on the right side ( 204 ) arranged, the ultrasonic sensor ( 203 ) is in the middle. The housing ( 201 ) the device is executed with two arrows to indicate the counting direction to the user. So the arrow can go from left to right for the counting direction 1 stand and the arrow from right to left ( 206 ) for the counting direction 2nd . For an unambiguous assignment of the counting direction, the housing is also designed with an arrow that marks the top ( 208 ) of the housing. The infrared sensors can be attached to the housing at a slightly beveled angle ( 205 ) can be attached to recognize people earlier due to the changed measuring ranges. In further embodiments, the device can have more than two infrared sensors or more than one ultrasound or radar sensor and combinations thereof. By using additional sensors, larger measuring ranges can be opened up and redundancy of the system can be guaranteed.

In einer weiteren Ausführung dieser Erfindung enthält die Vorrichtung noch eine energieautarke Stromversorgung sowie ein Transceivermodul zur drahtlosen Kommunikation mit der Außenwelt. Eine schematische Darstellung aller Komponenten und deren Wechselspiels ist in 3 abgebildet. In der Grundkonfiguration ist die Zählvorrichtung mit zwei Infrarotsensoren (301 und 302) und einem Ultraschallsensor (303) ausgestattet, welche ein elektrisches Signal ohne Beschränkung in Form einer Spannung, eines Stroms oder einer Kombination daraus in konstanter oder gepulster Form an die Steuereinheit (304) speisen. Der Mikroprozessor befindet sich zwischen der Zählung in einem extrem energiesparenden Modus und wird von den Infrarotsensoren bei der Detektion eines Menschen oder eines Tieres aufgeweckt. Der Aufweckvorgang dauert nur wenige Millisekunden und wird dadurch eingeleitet, dass einer der beiden Infrarotsensoren entweder das Signal „LOW“ oder „HIGH“ an einen InterruptPin des Mikroprozessors anlegt. LOW und HIGH bezeichnen jeweils digitale Zustände, welche als analoge Spannungen etwa 0-0.3V=LOW und <0.7V=HIGH entsprechen. Der Mikroprozessor kann über die Sensoren (301), (302) und (303) hinaus noch weitere Sensoren (305) mit Strom speisen und deren Signale verarbeiten. So kann noch ein Temperatursensor angeschlossen werden, welcher zur Berechnung der Schallgeschwindigkeit und respektive für genauere Ergebnisse des Ultraschallsensors eingesetzt wird.In a further embodiment of this invention, the device contains another Energy self-sufficient power supply and a transceiver module for wireless communication with the outside world. A schematic representation of all components and their interplay is in 3rd pictured. In the basic configuration, the counting device is equipped with two infrared sensors ( 301 and 302 ) and an ultrasonic sensor ( 303 ), which sends an electrical signal to the control unit without limitation in the form of a voltage, a current or a combination thereof in constant or pulsed form ( 304 ) Food. The microprocessor is in an extremely energy-saving mode between the counts and is woken up by the infrared sensors when a human or animal is detected. The wake-up process takes only a few milliseconds and is initiated by one of the two infrared sensors applying either the "LOW" or "HIGH" signal to an interrupt pin of the microprocessor. LOW and HIGH each denote digital states which, as analog voltages, correspond to approximately 0-0.3V = LOW and <0.7V = HIGH. The microprocessor can be 301 ), ( 302 ) and ( 303 ) further sensors ( 305 ) feed with electricity and process their signals. In this way, a temperature sensor can be connected, which is used to calculate the speed of sound and for more accurate results from the ultrasonic sensor.

Die meisten Mikroprozessoren verfügen über einen oder mehrere Interruptpins, an denen Interrupts, sogenannte Unterbrechungsanforderungen registriert werden können. Diese Interrupts werden durch folgende Ereignisse ausgelöst: i) es ändert sich der Spannungspegel an einem Pin, ii) eine definierte Zeitspanne ist abgelaufen, ii) eine serielle Datenübertragung ist beendet oder iv) die Messung des Analog-Digital-Wandlers ist abgeschlossen. In der hier offenbarten Erfindung wird der Interrupt durch die Änderung des Pegelwerts hervorgerufen. Diese Pegeländerung findet statt, sobald einer der beiden Infrarotsensoren eine Person detektiert. Der Mikroprozessor muss deshalb über mindestens zwei Interruptpins verfügen. Wird der Interrupt ausgelöst, wird eine für diesen Interrupt programmierte Routine ausgeführt. Durch die Verwendung von mindestens zwei Infrarotsensoren, die an mindestens zwei Interruptpins angeschlossen sind, wird somit eine bidirektionale Zählung ermöglicht.Most microprocessors have one or more interrupt pins on which interrupts, so-called interrupt requests, can be registered. These interrupts are triggered by the following events: i) the voltage level on a pin changes, ii) a defined period of time has expired, ii) serial data transmission has ended or iv) the measurement of the analog-digital converter has been completed. In the invention disclosed here, the interrupt is caused by the change in the level value. This level change takes place as soon as one of the two infrared sensors detects a person. The microprocessor must therefore have at least two interrupt pins. If the interrupt is triggered, a routine programmed for this interrupt is executed. A bidirectional count is thus made possible by using at least two infrared sensors which are connected to at least two interrupt pins.

Um eine vollständige energieautarke Versorgung der Vorrichtung zu erreichen, können stromerzeugende Generatoren (312) eingesetzt werden. Folgende stromerzeugende Generatoren sowie deren Kombinationen können verwendet werden: Photovoltaikzellen, Thermogeneratoren, piezo-, tribo-, und pyroelektrische Generatoren sowie elektromagnetische Generatoren (313, 314 und 315). Diese Generatoren speisen ein Powermanagement-Modul (307), das über bekannte Methoden zur Wandlung von DC (= Gleichstrom) oder AC (=Wechselstrom) nach DC die eingespeiste Energie wandelt. Die vom Powermanagement-Modul ausgegebene Spannung sollte in einem für Batterien, Sensoren und Mikroprozessoren akzeptablen Bereich von 3.0-5.0V liegen. Über eine Batterie (306), welche über eine externe Stromquelle (308) aufgeladen werden kann, wird der Mikroprozessor mit elektrischem Strom gespeist.In order to achieve a complete energy self-sufficient supply to the device, power-generating generators ( 312 ) are used. The following current-generating generators and their combinations can be used: photovoltaic cells, thermogenerators, piezo, tribo and pyroelectric generators as well as electromagnetic generators ( 313 , 314 and 315 ). These generators feed a power management module ( 307 ), which converts the energy fed in using known methods for converting from DC (= direct current) or AC (= alternating current) to DC. The voltage output by the power management module should be in an acceptable range of 3.0-5.0V for batteries, sensors and microprocessors. Via a battery ( 306 ), which via an external power source ( 308 ) can be charged, the microprocessor is supplied with electrical current.

Die Batteriechemie sollte unter ökonomisch sowie sicherheitsrelevanten Aspekten, aber auch im Hinblick auf Energiedichte, Lebenserwartung, Memory-Effekt und Selbstentladung ausgewählt werden. Eine Abwägung dieser Punkte legt die Verwendung von Lithium- oder Nickel-Metall-Hydrid-basierten Batterien nahe. Darüber hinaus lassen sich ohne Beschränkung auch noch weitere Batterietypen verwenden.Battery chemistry should be selected from an economic and safety perspective, but also with regard to energy density, life expectancy, memory effect and self-discharge. A consideration of these points suggests the use of lithium or nickel metal hydride based batteries. In addition, other types of batteries can be used without restriction.

Die drahtlose Kommunikation mit der Außenwelt wird über das Transceivermodul (309) hergestellt. Dieses gewährleistet eine bidirektionale Kommunikation (310 und 311) zwischen dem Mikroprozessor und der Außenwelt in Form von Mobilfunkmasten, Routern oder Gateways (316) sowie Satelliten (317). Zur Verlängerung der Batterielaufzeit werden Funkmodule basierend auf energieeffizienten Übertragungsstandards für die Kommunikation des Sensorhubs mit der Außenwelt verwendet. Zu diesen Übertragungsstandards zählen ohne Beschränkung Narrowband Internet of Things (NB-IoT), LoRaWAN, Sigfox, Dash7 oder Bluetooth low energy (BLE). Es können jedoch auch weitere Funkstandards genutzt werden, einschließlich Global System for Mobile Communication (GSM), Long Term Evolution (LTE), WiFi und weitere.Wireless communication with the outside world is carried out via the transceiver module ( 309 ) produced. This ensures bidirectional communication ( 310 and 311 ) between the microprocessor and the outside world in the form of cell towers, routers or gateways ( 316 ) and satellites ( 317 ). To extend the battery life, radio modules based on energy-efficient transmission standards are used to communicate the sensor stroke with the outside world. These transmission standards include, without limitation, narrowband Internet of Things (NB-IoT), LoRaWAN, Sigfox, Dash7 or Bluetooth low energy (BLE). However, other radio standards can also be used, including Global System for Mobile Communication (GSM), Long Term Evolution (LTE), WiFi and others.

Eine schematische Darstellung der logischen Abläufe der Vorrichtung ist in 4 skizziert. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen befindets ich der Mikroprozessor, auch Microcontroller (=MCU) genannt in einem tiefen Schlafmodus (401). Die Abfolge der beiden Signgale durch die Infrarotsensoren kann vertauscht werden. Erfolgt eine Detektion eines Signals durch den Infrarotsensor 1 (402), so wird der Mikroprozessor aus dem Schlafmodus aufgeweckt und die Interruptfunktion für den Zeitraum der Messung ausgeschaltet (407). Erfolgt keine Detektion durch den Infrarotsensor 1 (IR1), so wird auf eine Detektion durch den Infrarotsensor 2 (IR2) gewartet und nach dem identischen Prinzip wie bei IR1 vorgegangen. Nachdem der Mikroprozessor aufgeweckt wurde (404), beginnt die Zählung der Personen (406). Für den Fall, dass in einem vorgegebenen Zeitabschnitt keine weiteren Personen gezählt oder detektiert werden, sendet die Vorrichtung drahtlos Informationen zur Anzahl der Personen, deren Bewegungsrichtung sowie der Zeit (408). Im letzten Schritt wird die Interruptfunktion des Mikroprozessors wieder angeschaltet (409) und dieser in den Tiefschlafmodus versetzt.A schematic representation of the logical processes of the device is in 4th outlined. Between two successive measurements, the microprocessor, also called microcontroller (= MCU), is in a deep sleep mode ( 401 ). The sequence of the two signal signals through the infrared sensors can be interchanged. If a signal is detected by the infrared sensor 1 ( 402 ), the microprocessor is woken up from sleep mode and the interrupt function is switched off for the duration of the measurement ( 407 ). There is no detection by the infrared sensor 1 ( IR1 ), detection by the infrared sensor 2nd ( IR2 ) maintained and on the same principle as for IR1 proceeded. After the microprocessor is woken up ( 404 ), the number of people starts ( 406 ). In the event that no further people are counted or detected in a predetermined time period, the device wirelessly sends information on the number of people, their direction of movement and the time ( 408 ). The last step is the interrupt function of the microprocessor switched on again ( 409 ) and put it into deep sleep mode.

Durch die Nutzung des Tiefschlafmodus' wird die Vorrichtung extrem stromsparend konzipiert. Figure 5 skizziert die Leistungsaufnahme (501) des Mikroprozessors gegenüber der Zeit (502) für verschiedene Betriebsmodi: Im „Deep-sleep-Modus“, auch Tiefschlafmodus (503) genannt, verbraucht der Mikroprozessor am wenigsten Energie. In diesem Modus befindet sich die offenbarte Vorrichtung die überwiegende Zeit, während dieser keine Personen gezählt werden. Sobald ein Infrarotsignal detektiert wird, wird der Mikroprozessor aufgeweckt (504). Dieser Vorgang dauert nur wenige Millisekunden. Im aktiven Modus (505) wird deutlich mehr Leistung vom Mikroprozessor aufgenommen. In diesem Modus findet die Zählung der Personen statt. Am Ende der Zählung werden die gesammelten Informationen drahtlos über das Transceivermodul (506) übertragen, was zur höchsten Leistungsaufnahme führt.By using the deep sleep mode, the device is designed to be extremely energy efficient. Figure 5 outlines the power consumption ( 501 ) of the microprocessor versus time ( 502 ) for different operating modes: in "deep sleep mode", also deep sleep mode ( 503 ), the microprocessor uses the least energy. In this mode, the disclosed device is for most of the time during which no people are counted. As soon as an infrared signal is detected, the microprocessor is woken up ( 504 ). This process takes only a few milliseconds. In active mode ( 505 ) significantly more power is consumed by the microprocessor. In this mode the people are counted. At the end of the count, the information collected is transmitted wirelessly via the transceiver module ( 506 ) transmit, which leads to the highest power consumption.

Zur Verdeutlichung des Stromsparpotentials durch die Verwendung von Stromsparmodi dient 6. In dieser Abbildung ist die Stromaufnahme eines Mikroprozessors in µA pro 1 MHz für verschiedene Modi und (602) für zwei unterschiedliche Versorgungsspannungen von 3.3V (603) und 2.0V (604) dargestellt. Die gemessenen Werte beziehen sich auf eine weltweit bekannte und äußerst stromsparende Serie von Microcontrollern von Texas Instruments, nämlich der MSP430XX-Serie. Eine Bedeutung der Stromsparmodi LPM (=Low Power Modes) für LPM0, LPM2, LPM3 und LPM4 ist weiter unten gegeben:

Active: Alle System-Taktgeber sind in Funktion
LPM0: CPU und MCLK aus, SMCLK und ACLK aktiv, DC-Generator an
LPM2: CPU, MCLK, SMCLK und DCO aus, ACLK aktiv, DC-Generator an
LPM3: CPU, MCLK, SMCLK und DCO aus, ACLK aktiv, DC-Generator aus
LPM4: alles aus

Folgende Abkürzungen werden für die internen Taktquellen verwendet: MCLK - Main-Clock, ACLK - Auxilliary-Clock, SMCLK - Sub-System-Clock, DCO - Digitally-controlled-Oscillator. Für die hier offenbarte Erfindung sind im Wesentlichen die beiden Modi Aktiver Modus und LPM3 relevant. Wie man aus 6 erkennen kann, findet eine Reduzierung der Stromaufnahme von etwa 300µA auf 1 µA statt.Used to illustrate the power saving potential through the use of power saving modes 6 . In this figure, the current consumption of a microprocessor in µA per 1 MHz for different modes and ( 602 ) for two different supply voltages of 3.3V (603) and 2.0V ( 604 ). The measured values refer to a worldwide known and extremely energy-saving series of microcontrollers from Texas Instruments, namely the MSP430XX series. A meaning of the power saving modes LPM (= Low Power Modes) for LPM0, LPM2, LPM3 and LPM4 is given below:

Active: All system clocks are working
LPM0: CPU and MCLK off, SMCLK and ACLK active, DC generator on
LPM2: CPU, MCLK, SMCLK and DCO off, ACLK active, DC generator on
LPM3: CPU, MCLK, SMCLK and DCO off, ACLK active, DC generator off
LPM4: everything out

The following abbreviations are used for the internal clock sources: MCLK - Main-Clock, ACLK - Auxilliary-Clock, SMCLK - Sub-System-Clock, DCO - Digitally-controlled-Oscillator. The two modes active mode and LPM3 are essentially relevant for the invention disclosed here. How to get out 6 can see, the current consumption is reduced from about 300µA to 1 µA.

Um das Strom- und Energieeinsparpotential durch die Verwendung des Mikroprozessors im Schlafmodus zu verdeutlichen, wird folgendes Rechenbeispiel im Detail ausgeführt: Angenommen die Vorrichtung wird über 3xNimH Batterien gespeist, die zusammen auf eine Versorgungsspannung von etwa 3.6V und eine Kapazität von 2100 mAh kommen. Die Stromaufnahme im Schlafmodus ist die Summe aus der Stromaufnahme des Mikroprozessors (etwa 1µA) und der beiden Infrarotsensoren. Die Selbstentladung wird in diesem Beispiel nicht berücksichtigt, weil weiter angenommen wird, dass besonders vorteilhafte Batterien, sogenannte Low-Self-Discharge (LSD) Batterien ausgewählt wurden. Beide Infrarotsensoren verbrauchen zusammen etwa 30µA, was einen handelsüblichen Wert darstellt. Im aktiven Modus verbraucht die Sensorvorrichtung etwa 10mA für eine Dauer von 1Minute. Die Dauer des aktiven Betriebs hängt von der Anzahl der detektierten Personen ab. Der Einfachheit halber wird hier angenommen, dass der aktive Modus etwa 50 Mal am Tag ausgelöst wird. Für diesen Fall werden pro Tag etwa 9.5mAh verbraucht, was zu einer Batterielaufzeit von ca. 221 Tagen führt, ohne externe Energieversorgung. Würde die Vorrichtung konstant mit einer durchschnittlichen Stromaufnahme von 10mA betrieben, betrüge die Batterielaufzeit nur etwa 9 Tage. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Abschätzung nur einen möglichst realistischen Fall nachbilden soll. Die Extrem energiesparende Ausführung der Vorrichtung ist vor allem auch dann interessant, wenn nur wenige Personen pro Tag gezählt werden, wie etwa bei schlechtem Wetter oder in den Wintermonaten. Für diese Fälle ist die Leistungsaufnahme nahezu vernachlässigbar, aber eine zuverlässige Detektion von Personen in Echtzeit immernoch gewährleistet.In order to clarify the current and energy saving potential by using the microprocessor in sleep mode, the following calculation example is carried out in detail: Assuming the device is powered by 3xNimH batteries, which together have a supply voltage of about 3.6V and a capacity of 2100 mAh. The current consumption in sleep mode is the sum of the current consumption of the microprocessor (approx. 1µA) and the two infrared sensors. Self-discharge is not taken into account in this example because it is further assumed that particularly advantageous batteries, so-called low self-discharge (LSD) batteries, were selected. Both infrared sensors together consume about 30µA, which is a standard value. In active mode, the sensor device consumes approximately 10 mA for a period of 1 minute. The duration of active operation depends on the number of people detected. For the sake of simplicity, it is assumed here that the active mode is triggered about 50 times a day. In this case, about 9.5mAh are consumed per day, which leads to a battery life of approx. 221 Days without external energy supply. If the device were operated constantly with an average current consumption of 10 mA, the battery life would be only about 9 days. It should be pointed out that this estimate is only intended to simulate a case that is as realistic as possible. The extremely energy-saving design of the device is particularly interesting when only a few people are counted per day, such as in bad weather or in the winter months. In these cases, the power consumption is almost negligible, but reliable detection of people in real time is still guaranteed.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in 7 dargestellt ist, unterstützt die Personenzählvorrichtung (702) eine bidirektionale Kommunikation mit einem Netzwerk (701) oder einem mobilen Endgerät (703). Das mobile Endgerät kann beispielsweise aber ohne Beschränkung ein Tablet, ein Smartphone, ein Personal Computer oder eine Smartwatch sein.In another embodiment, which in 7 is shown, supports the people counting device ( 702 ) bidirectional communication with a network ( 701 ) or a mobile device ( 703 ). The mobile device can, for example, be a tablet, a smartphone, a personal computer or a smartwatch without restriction.

Dem Anwender werden die gemessenen Daten der Vorrichtung wie die Anzahl der Personen über einen bestimmten Zeitraum sowie weitere Sensordaten (704) wie ohne Beschränkung Temperatur, relative Luftfeuchte, Lichtintensität, Kohlendioxidkonzentration, Sauerstoffkonzentration, Ammoniakkonzentration oder Partikeldichte und deren Kombinationen angezeigt. Der Anwender hat darüber hinaus über das Interface die Möglichkeit, weitere Vorrichtungen zu steuern bzw. zu regeln (706). So kann ohne Beschränkung über ein Display eine Warnung ausgegeben, sollten sich zu viele Personen in einem Bereich aufhalten oder die gemessenen Luftwerte auf eine zu hohe Belastung hindeuten. Es kann beispielsweise auch eine Schranke heruntergefahren werden, um keine weiteren Personen mehr in ein bestimmtes Gebiet zu lassen. Des Weiteren kann über eine Regelung gemessene Parameter aktiv beeinflusst, also regelt werden. Bei einer zu hohen Kohlendioxidbelastung in geschlossenen Räumen, können Fenster geöffnet oder eine Belüftung geregelt werden.The measured data of the device such as the number of people over a certain period of time and further sensor data ( 704 ) such as without limitation temperature, relative air humidity, light intensity, carbon dioxide concentration, oxygen concentration, ammonia concentration or particle density and their combinations. The user can also use the interface to control or regulate other devices ( 706 ). A warning can be issued via a display without restriction if there are too many people in an area or the measured air values indicate an excessive load. For example, a barrier can also be lowered to prevent further people from entering a certain area. Furthermore, measured parameters can be actively influenced, that is to say controlled, by means of a regulation. If it is too high Carbon dioxide pollution in closed rooms, windows can be opened or ventilation can be regulated.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in Figure 8 dargestellt ist, wird die Personenzählvorrichtung an den Ein- und oder Ausgängen von Gebäuden oder eingegrenzten Arealen angebracht, um dort den Besucherstrom zu zählen. Der Inhaber bzw. der Betreiber des Gebäudes erhält dadurch die Möglichkeit, zeitaufgelöste und anonymisierte Nutzerdaten zu generieren, welche vor allem jedoch ohne Beschränkung für Supermärkte, Geschäfte oder Einrichtungen zur Personenbeförderung interessant sind. Darüber hinaus kann der Betreiber gemäß der Kapazität des Gebäudes bzw. äußerer Umstände die maximal erlaubte Anzahl an Personen steuern. Zu den äußeren Umständen kann beispielsweise eine von der Regierung angeordnete Ausgangsbeschränkung für Personen in Folge einer Epidemie oder Pandemie zählen. Diese Ausgangsbeschränkung kann unter Umständen festlegen, wie viele Personen sich gleichzeitig bei einer bestimmten Quadratmeteranzahl aufhalten dürfen bzw. wie viele Personen maximal über einen bestimmten Zeitraum wie einen Tag oder einer Woche in einem Gebäude verkehren dürfen.In a further embodiment, which is shown in Figure 8th is shown, the people counting device is attached to the entrances and exits of buildings or restricted areas in order to count the flow of visitors there. This gives the owner or operator of the building the opportunity to generate time-resolved and anonymized user data, which is of particular interest for supermarkets, shops or facilities for the transportation of people without restrictions. In addition, the operator can control the maximum number of people allowed according to the capacity of the building or external circumstances. External circumstances may include, for example, a government-imposed exit restriction for people following an epidemic or pandemic. Under certain circumstances, this exit restriction can determine how many people can stay in a certain number of square meters at the same time or how many people can travel in a building for a certain period of time such as a day or a week.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besucht ein Kunde (801) ein Geschäft, welches über eine elektrische Schiebetür (804) betreten werden kann. Die Schiebetür kann sich ohne Beschränkung beispielsweise linear bewegen (805) und wird über ein Steuerelement (803) betrieben. Die Personenzählvorrichtung (802) kann ohne Beschränkung seitlich, unterhalb oder oberhalb der Schiebetür angebracht werden. Eine Anzeigetafel (807), welche ohne Beschränkung am Boden, der Wand oder anderweitig angebracht werden kann, zeigt dem Besucher an, ob dieser das Gebäude betreten darf oder nicht. Die Anzeige kann ohne Beschränkung durch ein thin-filmtransistor (TFT), ein liquid-crystal oder ein organic light-emitting diode Display oder deren Kombinationen ausgeführt werden. In einer weiteren Ausführung wird das Display nicht physisch in der Nähe des Ein- und Ausgangsbereichs angebracht, sondern nur als Barcode oder Quickresponse (QR-Code). Dieser verlinkt auf eine Website oder App und kann über ein Smartphone oder Tablet eingelesen werden. Auf der Website bzw. über die App werden dem Besucher die gleichen Daten wie über das Display angezeigt. Darüber hinaus zeigt das Display dem Besucher an, wie viele Personen sich im Gebäude befinden und was die maximal zulässige Besucherzahl ist. Sofern die maximale Besucheranzahl erreicht ist, wird den wartenden Besuchern angezeigt, wie lange ihre durchschnittliche Wartezeit beträgt. Die Wartezeit, welche der Besuchszeit einer Person gleichgesetzt ist, wird anhand einer Besucherstatistik errechnet.In the illustrated embodiment, a customer visits ( 801 ) a shop that has an electric sliding door ( 804 ) can be entered. For example, the sliding door can move linearly without restriction ( 805 ) and is via a control (803) operated. The people counter ( 802 ) can be attached to the side, below or above the sliding door without restriction. A scoreboard ( 807 ), which can be attached to the floor, wall or otherwise without restriction, indicates to the visitor whether he may enter the building or not. The display can be carried out without restriction using a thin-film transistor (TFT), a liquid crystal or an organic light-emitting diode display or a combination thereof. In a further embodiment, the display is not physically attached to the entrance and exit area, but only as a barcode or quick response (QR code). This links to a website or app and can be read in via a smartphone or tablet. The same data is shown to the visitor on the website or via the app as on the display. The display also shows the visitor how many people are in the building and what the maximum number of visitors is. If the maximum number of visitors has been reached, the waiting visitors are shown how long their average waiting time is. The waiting time, which is equivalent to a person's visit time, is calculated on the basis of visitor statistics.

Die Anzeigetafel und die Personenzählvorrichtung können bidirektional drahtlos oder drahtgebunden sowie aus einer Kombination aus beiden Möglichkeiten miteinander kommunizieren (806). Im Fall einer drahtgebundenen Kommunikation kann ohne Beschränkung eine serielle Schnittstelle wie etwa RS485, RS232, RS422 oder USB verwendet werden. Eine drahtlose Kommunikation kann ohne Beschränkung über Bluetooth, WiFi, Sigfox, LoRaWAN, GSM oder LTE sowie deren Kombinationen erfolgen. Aufgrund des niedrigen Stromverbrauchs, der kurzen benötigten Reichweite, des Preises der Module sowie des Sicherheitsprotokolls bietet sich für die Kommunikation zwischen Personenzählvorrichtung und Anzeigetafel der Übertragungsstandard Bluetooth Low Energy ab einer Version 4.0 an.The display panel and the people counting device can communicate bidirectionally wirelessly or wired as well as from a combination of both possibilities ( 806 ). In the case of wired communication, a serial interface such as RS485, RS232, RS422 or USB can be used without restriction. Wireless communication can take place without restriction via Bluetooth, WiFi, Sigfox, LoRaWAN, GSM or LTE as well as their combinations. Due to the low power consumption, the short range required, the price of the modules and the security protocol, the Bluetooth Low Energy transmission standard from version 4.0 is ideal for communication between the people counter and the display panel.

Darüber hinaus wird die Personenzählvorrichtung so ausgeführt, dass sie wie im vorausgegangenen Paragraphen eine bidirektionale Kommunikation mit der elektrisch ausgeführten Schiebetür erlaubt (808). An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Tür nicht zwingend elektrisch ausgeführt sein muss. Falls diese jedoch elektrisch ausgeführt ist, kann die Zählvorrichtung unter Beachtung von Sicherheitsstandards die Schiebetür schließen, sobald die maximale Anzahl an Personen erreicht ist. Hierbei gilt zu beachten, dass die Tür vom Gebäude, also von innen, zwingend zu öffnen sein muss, sobald Personen das Gebäude verlassen möchten. Der Befehl zum Schließen und Öffnen der Schiebetür erfolgt über sogenannte AT (=Attention Commands), welche ohne Beschränkung über eine serielle Schnittstelle an die Steuereinheit (803) der Schiebetür gesandt werden können.In addition, the people counting device is designed such that, as in the previous paragraph, it allows bidirectional communication with the electrically operated sliding door ( 808 ). At this point it should be pointed out that the door does not necessarily have to be electrical. However, if this is carried out electrically, the counting device can close the sliding door, taking safety standards into account, as soon as the maximum number of people has been reached. It should be noted here that the door of the building, i.e. from the inside, must be opened as soon as people want to leave the building. The command to close and open the sliding door is issued via so-called AT (= Attention Commands), which are sent without restriction via a serial interface to the control unit ( 803 ) the sliding door can be sent.

Die Kapazität, also die maximal erlaubte Anzahl an Personen im Gebäude, kann vom Nutzer auf unterschiedliche Weise eingestellt werden: Entweder über eine serielle Schnittstelle wie USB oder Bluetooth, über welche unter Verwendung eines Smartphones oder eines PCs Attention Commands an die Zählvorrichtung geschickt werden oder online über ohne Beschränkung beispielsweise einen Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) Service, welcher mit den gleichen Attention Commands ausgeführt werden kann. Die Kommunikation über MQTT kann über das lokale Internet, Mobilfunk (316) oder Satellit (317) erfolgen.The capacity, i.e. the maximum permitted number of people in the building, can be set by the user in different ways: Either via a serial interface such as USB or Bluetooth, via which Attention Commands are sent to the counter using a smartphone or a PC, or online via without limitation, for example, a Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) service, which can be executed with the same attention commands. Communication via MQTT can be done via the local Internet, mobile radio ( 316 ) or satellite ( 317 ) respectively.

In einer weiteren Ausführung unterstützt die Zählvorrichtung die bidirektionale Kommunikation (809) mit einem Sensorknoten (810). Die bidirektionale Kommunikation wird wie in den vorausgegangenen Paragraphen ausgeführt. Der Sensorknoten kann ohne Beschränkung Umgebungsparameter wie Temperatur, Luft, Feuchte, Kohlendioxid, Stickoxid oder Rauch sowie deren Kombinationen detektieren. Der Anwender kann Grenzwerte für diese Parameter einstellen, bei deren Überschreitung das Gebäude durch den Besucher nicht mehr betreten werden darf. So kann es sinnvoll sein, dass ab einer bestimmten Kohlendioxidbelastung keine weiteren Besucher mehr eingelassen werden.In a further embodiment, the counting device supports bidirectional communication ( 809 ) with a sensor node ( 810 ). The bidirectional communication is carried out as in the previous paragraphs. The sensor node can detect environmental parameters such as temperature, air, humidity, carbon dioxide, nitrogen oxide or smoke as well as their combinations without restriction. The user can set limit values for these parameters Buildings that visitors are no longer allowed to enter. It can make sense that no more visitors are admitted after a certain carbon dioxide pollution.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.The exemplary embodiments described and shown in the figures are selected only as examples. Different exemplary embodiments can be combined with one another completely or with regard to individual features. An exemplary embodiment can also be supplemented by features of a further exemplary embodiment.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises an “and / or” link between a first feature and a second feature, this is to be read in such a way that the exemplary embodiment according to one embodiment has both the first feature and the second feature and according to a further embodiment either only that has the first feature or only the second feature.

BezugszeichenlisteReference symbol list

(101)(101): Person, die von links nach rechts geht.Person who goes from left to right.
(102)(102): Pfadpath
(103)(103): Messbereich des linken Infrarotsensors.Measuring range of the left infrared sensor.
(104)(104): Person, die von links nach rechts geht und gerade gezählt wird.Person who goes from left to right and is being counted.
(105)(105): Person, die von rechts nach links geht.Person who goes from right to left.
(106)(106): Halterung der VorrichtungHolder of the device
(107)(107): Gehäuse der VorrichtungHousing of the device
(108)(108): Rechter InfrarotsensorRight infrared sensor
(109)(109): UltraschallsensorUltrasonic sensor
(110)(110): Linker InfrarotsensorLeft infrared sensor
(111)(111): Messbereich des rechten InfrarotsensorsMeasuring range of the right infrared sensor
(112)(112): Empfangenes UltraschallsignalReceived ultrasound signal
(113)(113): Gesendetes UltraschallsignalUltrasound signal sent
(201)(201): Gehäuse des ZählersHousing of the meter
(202)(202): Linker InfrarotsensorLeft infrared sensor
(203)(203): UltraschallsensorUltrasonic sensor
(204)(204): Rechner InfrarotsensorCalculator infrared sensor
(205)(205): Abschrägung für die InfrarotsensorenBevel for the infrared sensors
(301)(301): Linker InfrarotsensorLeft infrared sensor
(302)(302): Rechter InfrarotsensorRight infrared sensor
(303)(303): UltraschallsensorUltrasonic sensor
(304)(304): SteuereinheitControl unit
(305)(305): Weitere SensorenMore sensors
(306)(306): Batteriebattery
(307)(307): Power-Management-ModulPower management module
(308)(308): Externe StromquelleExternal power source
(309)(309): TransceiverTransceiver
(310)(310): Emittiertes elektromagnetisches SignalEmitted electromagnetic signal
(311)(311): Empfangenes elektromagnetisches SignalReceived electromagnetic signal
(312)(312): Generatoren zur StromerzeugungGenerators for electricity generation
(313)(313): SolarzellenSolar cells
(314)(314): ThermogeneratorenThermogenerators
(315)(315): Andere GeneratorenOther generators
(316)(316): Mobilfunkmast, Gateway oder RouterCell tower, gateway or router
(317)(317): Satellitsatellite
(318)(318): Interfaceinterface
(401)(401): Microcontroller (MCU) schläftMicrocontroller (MCU) is sleeping
(402)(402): Hat Infrarotsensor links (IR1) ein Signal detektiert?Has infrared sensor on the left ( IR1 ) detected a signal?
(403)(403): Hat Infrarotsensor rechts (IR2) ein Signal detektiert?Has infrared sensor on the right ( IR2 ) detected a signal?
(404)(404): Microcontroller wurde aufgeweckt.Microcontroller was woken up.
(405)(405): Personen werden gezähltPeople are counted
(406)(406): Detektieren die beiden Infrarotsensoren oder der Ultraschallsensor noch Signale?Do the two infrared sensors or the ultrasonic sensor still detect signals?
(407)(407): Interrupt ausInterrupt off
(408)(408): Drahtlose ÜbertragungWireless transmission
(409)(409): Interrupt anInterrupt on
(501)(501): Achse für die elektrische LeistungsaufnahmeAxis for the electrical power consumption
(502)(502): Achse für die ZeitAxis for time
(503)(503): Deep-Sleep-ModusDeep sleep mode
(504)(504): Wake-upWake up
(505)(505): Aktiver ModusActive mode
(506)(506): Drahtlose ÜbertragungWireless transmission
(601)(601): StromaufnahmePower consumption
(602)(602): Verschiedene StromsparmodiDifferent power saving modes
(603)(603): Versorgungsspannung von 3.3VSupply voltage of 3.3V
(604)(604): Versorgungsspannung von 2.0VSupply voltage of 2.0V
(605)(605): Aktiver Modus (AM)Active mode (AM)
(606)(606): Low-Power-Modus 0 (=LPM0)Low power mode 0 (= LPM0)
(607)(607): Low-Power-Modus 2 (=LPM2)Low power mode 2 (= LPM2)
(608) (608): Low-Power-Modus 3 (=LPM3)Low power mode 3 (= LPM3)
(609)(609): Low-Power-Modus 4 (=LPM4)Low power mode 4 (= LPM4)
(701)(701): Netzwerk bzw. externe Dienste wie eine CloudNetwork or external services like a cloud
(702)(702): PersonenzählvorrichtungPeople counting device
(703)(703): Externes Gerät wie ein Smartphone oder TabletExternal device such as a smartphone or tablet
(704)(704): Graphical Unit Interface (GUI) für den NutzerGraphical Unit Interface (GUI) for the user
(705)(705): Warnungwarning
(706)(706): Vorrichtung zur Steuerung oder RegelungControl or regulation device
(801)(801): BesucherVisitor
(802)(802): PersonenzählvorrichtungPeople counting device
(803)(803): Steuerelement der elektrischen SchiebetürControl of the electric sliding door
(804)(804): Elektrische SchiebetürElectric sliding door
(805)(805): Bewegungsrichtung der SchiebetürDirection of movement of the sliding door
(806)(806): Bidirektionale Kommunikation zwischen Anzeigetafel und PersonenzählvorrichtungBi-directional communication between the scoreboard and the people counter
(807)(807): AnzeigetafelScoreboard
(808)(808): Bidirektionale Kommunikation zwischen Personenzählvorrichtung und dem Steuerelement der Schiebetür.Bi-directional communication between people counter and the sliding door control.
(809)(809): Bidirektionale Kommunikation zwischen Personenzählvorrichtung und dem SensorknotenBi-directional communication between the people counter and the sensor node
(810)(810): SensorknotenSensor node

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 3349190 [0003]
EP 2947602 [0003]
WO 2014179839 A1 [0004]
JP 2005148863 A [0005]
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US 4528679 A [0006]
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US 4993049 A [0006]
EP 0828233 A2 [0006]
US 5073706 A [0006]
CH 670905 A5 [0007]

Claims

Energy saving device for detection and bidirectional counting of people Claim 1 , characterized in that the infrared sensors are designed as passive infrared sensors to reduce the power consumption.

Energy-saving device for detection and bidirectional counting of people according to one of the preceding claims, characterized in that two or more infrared sensors can be used for bidirectional detection of people.

Energy-saving device for detection and bidirectional counting of people according to one of the preceding claims, characterized in that the infrared sensors wake up the microprocessor from the sleep mode when detecting people.

Energy saving device for detection and bidirectional counting of people Claim 1 , characterized in that several ultrasonic or radar sensors can be used to count people.

Energy saving device for detection and bidirectional counting of people Claim 1 , characterized in that the control unit contains a microprocessor and a memory consisting of EPROM, ROM, EEPROM, FLASH or RAM or combinations thereof, for information processing and storage.

Energy saving device for detection and bidirectional counting of people Claim 1 , characterized in that the following sensors and their combinations can be used for the further sensors: temperature, relative humidity, light intensity, carbon dioxide concentration, nitrogen oxide concentration, oxygen concentration, ammonia concentration or particle density.

Energy saving device for detection and bidirectional counting of people Claim 1 , characterized in that the microprocessor has an interrupt function.

Energy saving device for detection and bidirectional counting of people Claim 1 , characterized in that the microprocessor has energy-saving modes.

Energy saving device for detection and bidirectional counting of people Claim 1 , characterized in that it has a transceiver module for wireless communication with the outside world.

Energy saving device for detection and bidirectional counting of people Claim 1 or the previous claim, characterized in that the following transmission technologies and their combinations are supported: LoRaWAN ™, Sigfox ™, NB-IoT and all other mobile radio standards including LTE, Dash7, or GSM, Bluetooth including Bluetooth low-energy WiFi or satellite.

Energy saving device for detection and bidirectional counting of people Claim 1 , characterized in that it has an interface which graphically displays the measured values to the user and supports the transmission of commands to the device

Energy saving device for detection and bidirectional counting of people Claim 1 or the previous claim, characterized in that the device can control or regulate surrounding devices on the instruction of the user.

Energy saving device for detection and bidirectional counting of people Claim 1 or one of the two previous claims, characterized in that the surrounding devices to be controlled or regulated can be designed as barriers, warnings, alarm systems or ventilation systems and combinations thereof.

Energy saving device for detection and bidirectional counting of people Claim 1 , characterized in that the number of visitors to buildings and closed areas can be limited.

Energy-saving device for the detection and bidirectional counting of people according to the preceding claim, characterized in that the people counting device communicates bidirectionally with the locking device of the building or the closed areas via wire or wirelessly via GSM, LTE, LoRaWAN, Sigfox, Bluetooth, WiFi or their combinations.

Energy-saving device for the detection and bidirectional counting of people according to one of the two preceding claims, characterized in that the user can set a maximum number of allowed visitors.

Energy-saving device for the detection and bidirectional counting of people according to the preceding claim, characterized in that the locking device closes the access to the building or area as soon as the people counting device detects the maximum capacity of people specified by the user.

Energy-saving device for the detection and bidirectional counting of people according to one of the two preceding claims, characterized in that the user can set the maximum number of people via WiFi, Bluetooth, LoRaWAN, MQTT, GSM, LTE or a proprietary web interface.

Energy-saving device for detection and bidirectional counting of people according to one of the Claims 15 or 17th , characterized in that the visitor is informed via a display board whether the visitor is allowed to enter or not and the remaining person capacity and the predicted waiting time are communicated.

Energy-saving device for the detection and bidirectional counting of people according to the preceding claim, characterized in that the display can be designed as a TFT, LCD, OLED or as a barcode which links to a smartphone app.

Energy saving device for detection and bidirectional counting of people Claim 15 or 16 , characterized in that the people counting device can communicate bidirectionally with a sensor node.

Energy-saving device for detection and bidirectional counting of people according to the preceding claim or Claims 17 , 18th , 19th , characterized in that the closing device can be actuated when the sensor node exceeds or falls below parameters.

Energy-saving device for detection and bidirectional counting of people according to one of the two preceding claims, characterized in that the user can set the parameters via WiFi, Bluetooth, LoRaWAN, MQTT, GSM, LTE or a proprietary web interface.

Energy saving device for detection and bidirectional counting of people Claim 22 characterized in that the sensor node can detect environmental parameters such as temperature, barometric pressure, relative humidity, carbon dioxide concentration, nitrogen oxide concentration, brightness or combinations thereof.