CN1971643B - 用于安全应用的微波智能运动传感器 - Google Patents

Abstract

一种双模式运动传感器用于检测运动目标的运动和运动目标的范围。双模式运动传感器一般工作在脉冲发送模式。如果检测到运动，传感器自动切换到调频连续波发送模式。这就允许传感器确定运动目标的范围。传感器包括微控制器，它将所确定的运动目标的范围与预定最大检测范围进行比较。如果所确定的范围在或超出预定最大检测范围之外，传感器则忽略该运动。如果所确定的范围在预定最大检测范围内，就产生报警。

Description

用于安全应用的微波智能运动传感器

技术领域

本发明涉及用于安全行业以检测所保护区域侵入者的双技术运动传感器。更具体地说，本发明涉及既检测运动又检测该运动距传感器的范围或距离的运动传感器。

背景技术

有几种类型的侵入检测传感器如今常被使用，例如无源红外(PIR)超声或无线电检测。超声运动检测器价格低廉，并工作在窄带宽，并常用在自动开门器中。

无源红外(PIR)传感器常用在家庭安全装置中，并采用物体的热图像来检测侵入。但是，PIR传感器没有范围调节，且许多虚假报警会由目标范围外的运动所触发。

无线电检测传感器使用微波信号，并通过对发送的信号和接收的回声信号进行比较来检测侵入，并检测多普勒频移回声。但典型的无线电检测传感器也不能确定运动目标的范围。此外，对于目前基于多普勒的运动检测器，安装者必须走到距检测器最远的被保护距离，并调节装置的灵敏度，然后重新走这段距离，然后重新调节其灵敏度，直到检测器在最远的距离但不能再远了报警为止。这就有了内置误差，即，会在比较小目标更远距离处检测到较大目标。

由于上述传感器不能测量范围，因此传感器就缺少了确定所检测运动是否在被保护区域内的能力。

为了确定物体的范围，一些运动传感器采用脉冲雷达或门控技术。脉冲雷达使用窄脉冲来得到时域中的距离信息。距接收器的距离与所接收信号和所发送信号的时间差成比例。

但是，当前具有测距能力的运动传感器需要很大的电流消耗，并且很贵。所以，有需要减少安装时间，并减少在确定范围时所需的电流消耗。

发明内容

本发明的运动检测器将运动检测器的性能与有效范围确定检测器的性能结合起来，以减少虚假报警事件并减少安装时间。本发明涉及用于安全行业以检测被保护区域侵入者的运动传感器。

具体地说，该检测器一般在脉冲模式与微波压控收发器一起工作。当使用多普勒技术检测到运动时，传感器会切换到FMCW(调频连续波)发送。

这就允许确定运动物体的范围。本发明使用微波多普勒检测来确定何时测量范围。因此，范围确定电路仅在需要时被接通，于是，电流消耗减少了。

范围确定可使用专用的DSP(数字信号处理)集成电路，或备选的是，可将这种DSP特性组合到大微控制器中，以进行必要的快速傅立叶变换。

如果物体超出安装者所设定的范围，则被忽略。如果它在安装者所设定的范围内，就被认为是侵入并启动报警。在FMCW范围确定系统中，所接收的频率是该范围的直接函数，而不是目标的大小。

按照本发明，提供了一种双模式运动传感器。该双模式传感器包括：运动检测模式，用于检测物体的运动；以及距离确定模式，用于确定运动物体的范围。距离确定模式使用调频连续波(FMCW)传输。

该双模式运动传感器还包括报警算法，如果所检测运动的范围在预定最大检测范围内，该报警算法就产生报警。如果所检测运动的范围超出预定最大运动检测范围，该报警算法不产生报警。

这个预定最大检测范围(PMDR)由操作员在安装期间使用选择器进行选择。

距离确定模式计算从物体所接收信号的频率，并通过将计算的频率值与之前从前一周期计算的频率值进行比较，运动范围就可被确定。频率值是使用快速傅立叶变换计算的。

而且，按照本发明，提供了一种包括微波压控振荡器(VCO)的双模式运动检测器，它具有脉冲模式以检测目标的运动，以及调频连续波(FMCW)模式以确定所检测运动目标的范围。

当检测到运动目标时，脉冲模式切换到FMCW模式。

双模式运动检测器还包括微控制器，以控制微波VCO，并计算所接收信号的频率。

微控制器通过将计算的频率值与之前从前一周期计算的频率值进行比较来确定运动目标的范围。

对于在预定最大检测范围值之外的所有运动目标，微控制器禁止产生报警信号，其中PMDR可由操作员调节。

所检测运动目标的范围被确定为在具有所定义宽度的小区内。所定义宽度由微波VCO工作的频带宽度确定。

还提供了一种相应的运动检测方法。

附图说明

参阅以下文本附图，本发明的这些和其它特性、益处和优点就显而易见，在所有视图中相同的参考编号指相同的结构，附图包括：

图1示出雷达运动检测器的方框图。

图2示出按照本发明图示实施例操作运动检测器的方法流程。

具体实施方式

本发明提供了一种用于微波运动检测器或传感器的方法和电路，以确定何时测量所检测运动的范围。图1示出按照本发明的电路的微波部分及其相关联的方框图。但这个电路可以和其它技术相结合，例如无源红外或声学。通过在产生报警前使用两种技术来确定运动，就可避免不正确的报警。现参阅图1所示的电路并参阅图2所示的方法来说明传感器的工作。

在安装运动传感器期间，安装者使用印刷电路板上的最大范围选择器开关2设定需要保护的最大范围(步骤200)。通过使用这个开关2，安装者就不必像用大多数检测器那样“走来走去”地设定检测器的灵敏度。

正常工作时，传感器工作在脉冲模式作为多普勒运动传感器(步骤210)。微控制器1控制微波VCO/收发器5，特别是振荡器5A。振荡器通过发送天线5C发出微波信号。该信号从所有物体上反射回来，由接收天线5D拾取，然后馈入混频器5E。

一部分发送信号功率通过耦合器5B被耦合到混频器5E，并与所接收的回声信号或多普勒信号混频。这部分功率用于驱动混频器。如果接收到多普勒信号，则该多普勒信号在放大器4中被放大，并由微控制器1检查以确定它是否为侵入(步骤220)。微控制器将接收的多普勒信号与预定义的阈值进行比较，以确定是否检测到任何运动。预定阈值是基于该系统的噪声最低限度。这个值在传感器的设计阶段设定。如果多普勒信号大于该预定阈值，这表明物体正在运动。低于该阈值的多普勒信号被认为是噪声。如果没有检测到运动，传感器就保持在脉冲发送模式(步骤210)。

如果微控制器1指示有侵入，微控制器就会触发微波压控收发器5切换到调频连续波(FMCW)传输(步骤230)。

在FMCW传输中，微波压控收发器5将扫描或改变所发送信号的频率(步骤230)。新信号会从微波压控收发器5前方的所有物体反射或接收，各个距离则由不同的接收频率表示。通过对记录的信号进行快速傅立叶变换即可确定该频率，且其结果被记录(步骤240)。结果记录在存储器部件中。即接收到物体是在运动还是静止的信号。

具体地说，所接收的频率将由DSP(数字信号处理器)3使用快速傅立叶变换来确定。备选的是，在本发明另一实施例中，快速傅立叶变换功能可结合到大微控制器1中。

传感器使范围和所接收的频率相关；频率越高，范围越长(步骤250)。

通过对从一个传输周期所接收的频率与从另一传输周期所接收的频率进行比较，即可确定运动目标的范围(步骤250)。从另一传输周期所接收的频率被用作基准。根据在从一个传输周期所接收的频率和另一传输周期的基准频率中的改变，即可确定运动物体的范围。

微控制器1然后将确定该范围是否在预定最大检测范围内(步骤260)。具体地说，在所确定的运动目标的范围和由安装者使用最大范围选择器2所设定的所关心的最大范围之间进行比较。该结果被输入到微控制器中作为控制信号，用于决定是否产生报警。

如果比较结果表明所确定的范围超出或在所关心的预定最大范围之外，则微控制器将指示或使传感器忽略所检测的运动(步骤265)。另一方面，如果比较结果表明所确定的范围在预定最大值内，则微控制器1指示传感器产生报警，表明在被保护区域内有侵入(步骤270)。

在本发明的图示实施例中，运动目标的范围被确定在预定义小区范围内。测距传感器的分辨率将由管理机构允许的带宽确定。

上述传感器防止在大于所需区域中检测运动，故可防止触发虚假报警。

给出上述说明书和附图是为了作说明和提供本发明各方面的实例。不应将本发明仅限于这些实例和图示。给出了上述公开内容的优点，所属领域的技术人员就能够设计各种修改和备选构造，它们虽然不同于本文所公开的实例，但仍可享有本发明的优点，并属于本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种双模式运动传感器，包括：

运动检测脉冲模式，用于使用多普勒技术来检测物体的运动；

距离确定调频连续波模式，用于确定由所述运动检测脉冲模式检测的运动的范围，所述距离确定调频连续波模式使用调频连续波传输；

最大范围选择器开关；

报警算法，用于如果所述距离确定调频连续波模式确定所述检测的运动的所述范围在所选择的预定最大检测范围内就产生报警，如果所述距离确定调频连续波模式确定所述物体的所述检测的运动的所述范围超出所述预定最大检测范围，所述报警算法就忽略所述检测的运动并且不产生报警；以及

微控制器，当所述运动检测脉冲模式检测到所述物体的运动时，所述微控制器从所述运动检测脉冲模式切换到所述距离确定调频连续波模式。

2.如权利要求1所述的双模式运动传感器，其中所述检测的运动的范围被确定在具有所定义宽度的小区内。

3.如权利要求1所述的双模式运动传感器，其中所述距离确定调频连续波模式通过对接收的信号进行快速傅立叶变换来计算该接收的信号的频率。

4.如权利要求3所述的双模式运动传感器，其中所述距离确定调频连续波模式通过将所述计算的频率值与之前从前一周期计算的频率值进行比较来确定所述检测的运动的范围。

5.一种使用微波压控振荡器的运动检测方法，包括以下步骤：

为要由运动检测器保护的区域选择所关心的最大检测范围；

检测至少一个目标的运动；

当在检测步骤检测到运动目标时，将工作模式从运动检测脉冲模式切换到距离确定调频连续波模式；

使用调频连续波传输，确定所述目标的所述检测的运动是否在所述最大检测范围内；以及

，当所述检测的运动目标被确定为在所述最大检测范围之外时，忽略所述检测的运动并禁止产生报警信号。

6.如权利要求5所述的运动检测方法，还包括以下步骤：

计算在所述调频连续波传输中所接收信号的频率；

将所述频率与存储在存储器中的之前计算的频率进行比较；以及

根据所述比较确定运动的范围。

7.如权利要求6所述的运动检测方法，其中所述确定所述目标的所述检测的运动是否在所述最大检测范围内的步骤还包括将所述确定的运动范围与所述选择的最大检测范围进行比较的步骤。