CN109643481A - Asic实现的运动检测器 - Google Patents

Abstract

运动检测器（100）和操作运动检测器的方法，运动检测器包括被配置为传输射频（RF）信号和接收反射RF信号的天线（115）。运动检测器还包括被配置为当检测到目标对象时生成通知的控制器（110），以及电气耦合到天线和控制器的专用集成电路（ASIC）（105）。ASIC被配置为生成RF信号并将RF信号发送到天线，并经由天线接收反射RF信号。ASIC还从控制器接收至少一个控制参数，并基于至少一个控制参数和反射RF信号向控制器发送指示目标对象的运动的输出信号。

Description

ASIC实现的运动检测器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年8月31日提交的美国非临时专利申请序列号15/253835的权益，借此通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

实施例涉及射频运动检测器。

背景技术

现代监控系统并入各种类型的传感器用于检测受监控区域内的人。在一些实例中，监控系统包括运动检测器，所述运动检测器使用射频（RF）波来感测受监控区域内的对象的运动。在这类情况下，运动检测器传输RF波并从对象接收反射RF波。基于何时接收到反射波，可以确定对象和运动检测器之间的距离。运动检测器可以随时间监视对象和运动检测器之间的距离，并当检测到运动时触发通知或警报。以该方式，运动检测器可以检测受监控区域中的人（例如入侵者）的存在。典型地，使用微控制器和分立组件来构造这些类型的运动检测器。

发明内容

除其他事物外，实施例还提供运动检测的系统和方法，所述系统和方法提供使用专用集成电路（ASIC）实现的运动检测器。ASIC在执行射频（RF）传输和ASIC内的RF反射的处理时与控制器通信用于范围调整和警报指示。除其他事物外，这还提供运动检测器的相对低成本的实现。

一个实施例提供一种运动检测器，所述运动检测器包括被配置为传输射频（RF）信号并接收反射RF信号的天线。运动检测器还包括被配置为当检测到目标对象时生成通知的控制器，以及电气耦合到天线和控制器的专用集成电路（ASIC）。ASIC被配置为生成RF信号并将RF信号发送到天线，并经由天线接收反射RF信号。ASIC还从控制器接收至少一个控制参数，并基于至少一个控制参数和反射RF信号向控制器发送指示目标对象的运动的输出信号。

另一个实施例提供一种操作运动检测器的方法。所述方法包括利用专用集成电路（ASIC）生成RF信号，以及在ASIC处接收反射RF信号。控制器生成至少一个控制参数并将至少一个控制参数发送到ASIC。ASIC基于至少一个控制参数和反射RF信号向控制器发送指示目标对象的运动的输出信号。然后，当检测到目标对象时，控制器生成通知。

附图说明

图1是根据一个实施例的具有专用集成电路（ASIC）和控制器的运动检测器的图。

图2是根据一个实施例的图1的控制器的图。

图3是根据一个实施例的用于图1的ASIC的定时序列的图。

图4是根据一个实施例的来自图1的运动检测器的射频（RF）传输脉冲串的图。

图5是根据一个实施例的图1的控制器的操作方法的流程图。

图6是根据一个实施例的图1的ASIC的操作方法的流程图。

具体实施方式

在详细解释任何实施例之前，要理解，本发明在其应用方面不限于以下描述中阐述的或所附附图中图示的组件的构造细节和布置。实施例能够以各种方式被实践或被施行。

图1图示了根据一个实施例的运动检测器100。在图示的示例中，运动检测器100包括专用集成电路（ASIC）105、控制器110、天线115、可选的第二天线120、运算放大器125、指示器130和用户接口135。ASIC 105包括射频（RF）形状生成器140（例如，RF脉冲串生成器）、时间门和脉冲生成器145、振荡器150、低噪声放大器155、混频器160以及采样和保持电路165。图1提供运动检测器100的一个示例构造，其具有放置在ASIC 105上的组件。然而，除本文图示和描述的那些之外的配置是可能的。在一些实施例中，ASIC 105包括附加的组件，所述附加的组件包括图示在ASIC 105的外部的那些组件。ASIC 105还可以包括附加的放大器以执行增益控制，用于接收信号相对于到对象的距离的标准化。

在图示的示例中，时间门和脉冲生成器145的输出电气耦合到RF形状生成器140，并且RF形状生成器140电气耦合到天线115。到时间门和脉冲生成器145的输入通信耦合到控制器110。在一些实施例中，时间门和脉冲生成器145以及控制器110每个包括串行外围接口（SPI）。SPI使得通信和控制信号能够从控制器110被发送到时间门和脉冲生成器145。时间门和脉冲生成器145的输出电气耦合到低噪声放大器155、混频器160以及采样和保持电路165。天线120（例如，接收天线）电气耦合到低噪声放大器155的输入，并且低噪声放大器155的输出电气耦合到混频器160的输入。混频器160的输出电气耦合到采样和保持电路165的输入。采样和保持电路165的输出电气耦合到运算放大器125。运算放大器125的输出电气耦合到控制器110，并且控制器110的输出电气耦合到指示器130。在一些实施例中，运动检测器100可以具有如图1中虚线指示的将天线115与天线120耦合的用于传输和接收RF信号的单个天线（例如，单静态雷达天线）。

在一些实施例中，时间门和脉冲生成器145生成图3中图示的控制信号。可以基于经由SPI从控制器110发送的控制信号来生成控制信号。控制信号可以包括控制信号175、控制信号180、控制信号185和控制信号190。在一些实施例中，时间门和脉冲生成器145至少部分地基于在用户接口135处选择的并经由控制器110发送的控制参数来生成控制信号。

运动检测器100可以使用多种形式的RF传输和接收。例如，运动检测器100可以使用红外、微波或两者用于RF波的传输和接收。在一些实施例中，运动检测器100单独基于多普勒信号的振幅来激活指示器130，如下面描述的。在其他实施例中，运动检测器100至少部分地基于多普勒信号的振幅和另一条件来激活指示器130。例如，在一些实施例中，运动检测器100基于多普勒信号的振幅在控制器110内设置指示运动事件的条件，并仅在定位在运动检测器100的内部或外部的另一传感器对运动事件的确认后激活指示器130。例如，在一些实施例中，部分地基于控制器110内存储的指示是否检测到运动事件的信息来触发指示器130。特别地，可以至少部分地基于控制器110的寄存器中指示运动事件的检测的比特的激活来触发指示器130。在该情况下，在运动事件的检测后可以不立即触发指示器130。而是，可以仅当该比特指示运动事件的检测已经发生时并且当另一检测器（例如，红外检测器）确认运动事件时，才触发指示器130。

指示器130和用户接口135可以具有各种形式和构造。例如，指示器130可以包括视觉设备（例如，发光二极管（LED）、图形显示器上的图标或灯）、音频设备（例如，扬声器、警笛等）、触觉设备（例如，振动告警设备）或前述的组合。在一些实施例中，指示器130可以包括基于控制器110的信号来激活指示器130的警报继电器、电子开关或其他触发器。用户接口135可以包括用于向用户提供状态信息的输出设备。例如，用户接口135可以包括显示器、灯、LED、扬声器等。用户接口135还可以包括供用户进行参数选择的各种输入机构。例如，用户接口135可以包括按钮、可选择图标、开关、按键等。通过使用输入机构，用户可以选择限定针对运动检测器100的检测范围的控制参数，如下面讨论的。

图2图示了根据一个实施例的控制器110的组件。在图示的示例中，控制器110包括多个电气和电子组件，所述多个电气和电子组件向控制器110内的组件和模块提供功率、操作控制和保护。除其他事物外，控制器110还包括电子处理器205（诸如可编程电子微处理器、微控制器或类似设备）、存储器210（例如，非暂时性机器可读存储器）以及输入/输出接口215。输入/输出接口215可以包括用于与时间门和脉冲生成器145通信的分离或集成的SPI。控制器110可以包括附加的电子处理器、存储器或输入/输出。附加于电子处理器205或代替电子处理器205，控制器110可以包括专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或两者。除其他事物外，控制器110还被配置为实现本文描述的过程和方法的部分。在其他实施例中，控制器110可以包括附加的、更少的或不同的组件。

电子处理器205通信耦合到存储器210并执行能够被存储在存储器210上的指令。电子处理器205被配置为从存储器210检索并执行与运动检测器100的操作方法相关的指令。电子处理器205通信耦合到输入/输出接口215。输入/输出接口215通信耦合到控制器110外部的硬件。例如，输入/输出接口215通信耦合到指示器130和用户接口135。在一些实施例中，输入/输出接口215发送限定由控制信号275、280、285、290实现的定时的控制信号。在一些实施例中，输入/输出接口215借助于中央安全系统、消息传送系统、安全网络、本地警报（例如，警报灯或警笛）等来直接或间接地激活运动的指示（例如，警报）。

图3图示了根据一个实施例的用于由时间门和脉冲生成器145所生成的控制信号275、280、285、290的定时序列的图。图3图示了单个传输和接收循环（例如，在100纳秒内发生的）。在图3中图示的传输和接收循环可以被生成为周期性地（例如每1000纳秒）重新发生。在下面描述的方法的讨论中将参考定时序列和控制信号。

在运动检测器100的操作期间，将控制信号175从控制器110发送到RF形状生成器140。基于控制信号175，RF形状生成器140根据基于控制信号175的激活的频率和时间段来生成RF脉冲串。图4图示了RF脉冲串的一个示例。在一个示例中，RF脉冲串可以是以近似7.5千兆赫兹的RF能量的传输。当控制信号175活动时，RF形状生成器140可以在0至2纳秒的时间范围内生成RF脉冲串。RF脉冲串可以是用于超宽带操作的500兆赫兹带宽的脉冲串波形。可以由RF形状生成器140根据用于传输的RF波的各种RF规则来生成RF脉冲串。例如，RF脉冲串可以成形为符合联邦通信委员会（FCC）部分15.517和15.521以及欧洲通信委员会（ECC）技术要求（CEPTREP034.pdf）（包括谐波（-41.3dBm/MHz EIRP，0dBm峰值EIRP，带宽>500MHz））。

图5图示了根据一个实施例的操作运动检测器100的控制器110的方法500。在图示的实施例中，控制器110激活ASIC 105（块505）。从用户接口135接收至少一个控制参数（块510）。可以通过由运动检测器100的用户、安装者或制造商在各种时间在用户接口135处录入或更新的选择来接收控制参数。控制器110基于至少一个控制参数生成控制信号，并通过SPI连接将至少一个控制参数发送到ASIC 105（块515）。在运动检测器100的操作期间，ASIC105生成指示目标对象的运动的信号。然后在控制器110处接收信号（块520）。控制器110确定信号是否大于预定阈值（块525）。当信号大于预定阈值时，这指示对象的运动大于特定移动量，并且控制器110激活指示器130（块535）。当信号低于预定阈值时，这指示对象的运动小于特定移动量，并且控制器110不激活指示器130（块530）。

图6图示了根据一个实施例的操作ASIC 105的方法600。在图示的实施例中，ASIC105生成RF信号（即，一系列RF脉冲串）并将RF信号发送到天线115（块605）。ASIC 105经由天线115从目标对象接收反射RF信号（块610）。ASIC 105还从控制器110接收具有控制参数的至少一个控制信号（块615）。ASIC 105基于控制信号中接收的控制参数来激活ASIC 105的组件（块620），如下面详述的。然后ASIC 105将ASIC 105的输出信号发送到控制器110，所述输出信号指示目标对象的运动并且取决于至少一个控制参数和反射RF信号（块625）。

在方法600的执行中（在块620处），控制器110生成控制信号185并将控制信号185输出到混频器160。混频器160基于控制信号185和接收的RF信号的组合来提供多普勒信号。例如，多普勒信号可以表示控制信号185和接收的RF信号之间的差异。多普勒信号可以具有低频率（例如，0.1至100赫兹）。控制信号185设置针对运动检测器100的检测范围。例如，控制信号185可以在100纳秒内是活动的来为运动检测器100提供特定检测范围。由于对于检测范围的每英尺，传输的RF波要花费近似2纳秒被反射回到天线120，所以100纳秒控制信号将检测范围限制到50英尺。因此，归因于在100纳秒之后控制信号185的缺失，在100纳秒之后接收的反射RF波不创建多普勒信号。

控制器110还生成控制信号190并将控制信号190发送到采样和保持电路165。如图3图示的，控制信号190可以是在反射信号的接收期间激活采样和保持电路165的100纳秒脉冲。由于可以将传输的RF波作为脉冲串传输，因此采样和保持电路165将也可以作为脉冲串被接收的多普勒信号转换成连续波信号。在一些实施例中，来自采样和保持电路165的输出的信号在被发送到控制器110之前被运算放大器 125放大。

由于基于从控制器110接收的控制信号来至少部分地控制控制信号175、180、185、190，因此控制参数可以限定运动检测器100的最小检测范围和最大检测范围。最小检测范围可以例如在2至10英尺之间可调整。时间门和脉冲生成器145通过控制控制信号175、180、185、190的定时来控制反射RF信号的处理。例如，对于最小检测范围，时间门和脉冲生成器145可以激活控制信号190来在4至20ns之间激活采样和保持电路165。可以通过从用户接口135接收的参数以例如2ns步长来调整4至20ns的最小范围。4至20ns调整窗口对应于可调整最小检测范围的2至10英尺。此外，对于最大检测窗口，时间门和脉冲生成器145可以在对应于3至100英尺之间的6至200ns之间激活采样和保持电路165。可以通过从用户接口135接收的参数以例如20ns步长来调整6至200ns的最大范围。

如图3图示的，控制器110可以调整控制信号180以在其活动的时间段内增大低噪声放大器155的增益或减小串联定位的可变衰减器（未示出）的衰减。例如，取决于运动检测器100的期望范围，控制信号180可以在近似100纳秒内是活动的。因此，调整接收的RF信号以补偿在对应于各种距离的各种幅度处接收的RF反射。特别地，在接收循环中稍后接收的RF反射归因于行进较大距离（例如，归因于色散）而自然衰减，并因此导致较低幅度的接收信号。由控制器110对控制信号180的调整增大这些较低幅度的接收信号的幅度。

因此，除其他事物外，本发明的实施例还提供至少部分地在ASIC上实现的运动检测器以及通过ASIC和控制器执行运动检测的方法。在所附权利要求中阐述了本发明的实施例的各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种运动检测器，包括：

天线，被配置为传输射频（RF）信号并接收反射RF信号；

控制器，被配置为当检测到目标对象时生成通知；以及

电气耦合到天线和控制器的专用集成电路（ASIC），ASIC被配置为

生成RF信号并将RF信号发送到天线；

经由天线接收反射RF信号；

从控制器接收至少一个控制参数；以及

基于所述至少一个控制参数和反射RF信号向控制器发送指示目标对象的运动的输出信号。

2.根据权利要求1所述的运动检测器，还包括通信耦合到控制器的用户接口，其中控制器被配置为基于从用户接口接收的选择而将所述至少一个控制参数发送到ASIC。

3.根据权利要求1所述的运动检测器，还包括通信耦合到控制器的警报继电器，其中控制器还被配置为当输出信号的振幅大于预定阈值时生成通知。

4.根据权利要求1所述的运动检测器，其中ASIC包括

电气耦合到天线的低噪声放大器；

电气耦合到低噪声放大器的混频器；

电气连接到混频器的采样和保持电路；以及

电气连接到低噪声放大器、混频器以及采样和保持电路的时间门和脉冲生成器，

其中时间门和脉冲生成器从控制器接收所述至少一个控制参数，并基于所述至少一个控制参数来控制到低噪声放大器、混频器以及采样和保持电路的控制信号的定时。

5.根据权利要求4所述的运动检测器，其中ASIC还包括

电气耦合到天线以及时间门和脉冲生成器的脉冲生成器，脉冲生成器被配置为基于由时间门和脉冲生成器发送的控制信号来生成宽带RF脉冲；以及

电气耦合到时间门和脉冲生成器的振荡器。

6.根据权利要求1所述的运动检测器，其中ASIC还被配置为调整反射RF信号的信号处理，以基于所述至少一个控制参数来设置检测范围。

7.根据权利要求6所述的运动检测器，其中ASIC被配置为通过基于所述至少一个控制参数来设置针对目标对象的最小检测距离和最大检测距离，而调整检测范围。

8.根据权利要求1所述的运动检测器，其中ASIC被配置为基于反射RF信号生成多普勒信号，所述多普勒信号指示目标对象相对于运动检测器的运动。

9.根据权利要求1所述的运动检测器，其中ASIC还被配置为通过在预定时间内调整对ASIC的反射RF信号的灵敏度来标准化反射RF信号的振幅，所述预定时间基于所述至少一个控制参数。

10.根据权利要求1所述的运动检测器，其中控制器和ASIC每个包括被配置为控制所述至少一个控制参数的传输的串行外围接口，并且其中所述至少一个控制参数限定用于在ASIC内内部地处理反射RF信号的开始和停止时间。

11.一种操作运动检测器的方法，所述方法包括：

利用专用集成电路（ASIC）生成RF信号；

在ASIC处接收反射RF信号；

由控制器生成至少一个控制参数；

将所述至少一个控制参数发送到ASIC；

将指示目标对象的运动的输出信号从ASIC发送到控制器，所述输出信号取决于所述至少一个控制参数和反射RF信号；以及

当检测到目标对象时，由控制器生成通知。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括从用户接口接收参数的选择，并且其中由控制器生成所述至少一个控制参数是基于参数的选择的。

13.根据权利要求11所述的方法，其中当输出信号的振幅大于预定阈值时，生成通知发生。

14.根据权利要求11所述的方法，还包括：

在时间门和脉冲生成器处从控制器接收所述至少一个控制参数；以及

基于所述至少一个控制参数来控制到低噪声放大器、混频器以及采样和保持电路的控制信号的定时。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括基于由时间门和脉冲生成器发送的控制信号来生成宽带RF脉冲。

16.根据权利要求11所述的方法，还包括调整反射RF信号的处理，以基于所述至少一个控制参数来设置检测范围。

17.根据权利要求11所述的方法，还包括基于所述至少一个控制参数来针对目标对象设置最小检测距离和最大检测距离。

18.根据权利要求11所述的方法，还包括基于反射RF信号生成多普勒信号，所述多普勒信号指示目标对象相对于运动检测器的运动。

19.根据权利要求11所述的方法，还包括通过在预定时间内调整对ASIC的反射RF信号的灵敏度来标准化反射RF信号的振幅，所述预定时间基于所述至少一个控制参数。

20.根据权利要求11所述的方法，其中将所述至少一个控制参数发送到ASIC包括经由串行外围接口发送所述至少一个控制参数，并且其中所述至少一个控制参数限定用于在ASIC内内部地处理反射RF信号的开始和停止时间。