DE10062297C1

DE10062297C1 - Wireless alarm system has distributed unit broadband detector receiving pulses from central unit to detect state changes by comparison using schema agreed with central unit

Info

Publication number: DE10062297C1
Application number: DE10062297A
Authority: DE
Inventors: Oliver Bartels
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2002-04-11
Anticipated expiration: 2020-12-15

Abstract

The system has a central unit(s) and at least one distributed unit that can exchange information contactlessly via transmitters and receivers. The distributed unit has at least one input filter in its receiver. The central unit normally transmits pulses at defined times that are distributed in spectrally broadband manner. The distributed unit receives the pulses with a broadband detector and detects state changes using an agreed schema. The system has at least one central unit and at least one distributed unit, e.g. a motion sensor, which can exchange information contactlessly via transmitters and receivers in each unit. The distributed unit has at least one input filter (F1) in its receiver and a broadband detector (BD1). The central unit normally transmits pulses at defined times that are distributed in spectrally broadband manner. The distributed unit receives the pulse with the broadband detector and detects state changes by comparison using a schema agreed with the central unit.

Description

Die Anmeldung betrifft eine drahtlose Alarmanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Alarmanlage ist im Patent DE 195 31 081 C2 beschrieben. In diesem Patent ist auch bereits ein Verfahren zur Erkennung von Zustandsänderungen durch Benutzung eines Hilfskanals be schrieben.The application relates to a wireless alarm system according to the preamble of claim 1 such an alarm system is described in patent DE 195 31 081 C2. This patent is already there a method for the detection of changes in state by using an auxiliary channel be wrote.

Der Hilfskanal wird benötigt, um den abgesetzten Meldern die Information über eine Zustandsän derung, insbesondere den Übergang in den scharfen Zustand zukommen zu lassen. Dadurch kann die Sendetätigkeit der zumeist batteriegespeisten Melder auf ein Minimum reduziert werden, indem Bewegungs- und Schleifenmeldungen während des unscharfen Zustands unterdrückt werden. Da solche Meldungen im scharfen Zustand grundsätzlich für einen Alarm stehen, werden sie äußerst selten auftreten, womit die Batterie der Melder in beiden Zuständen, Scharf wie Unscharf, geschont wird. Ein Problem ist lediglich die Erkennung des scharfen Zustandes durch die Melder, da hierzu ein Empfänger in den Meldern notwendig ist, der während seines Betriebs eine erhebliche Leistung aus der Batterie aufnimmt. In DE 195 31 081 C2 ist daher ein Weg beschrieben, die Statusinforma tion durch regelmäßige Abfrage eines Hilfsweges oder Hilfskanals unter vereinfachter Auswertung der Statusberichte zu übermitteln.The auxiliary channel is required to provide the detectors with information about a status change, especially the transition to the armed state. This can the transmission activity of the mostly battery-powered detectors can be reduced to a minimum by Motion and loop messages can be suppressed during the unset state. There such messages in the armed state basically stand for an alarm, they become extreme occur rarely, which protects the battery of the detectors in both states, armed and disarmed becomes. The only problem is the detection of the sharp state by the detectors, because of this a receiver is required in the detectors, which performs a significant amount during its operation from the battery. DE 195 31 081 C2 therefore describes one way, the status information tion by regularly querying an auxiliary path or auxiliary channel with simplified evaluation of the status reports.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Hilfskanal auf besonders energiesparende, spek trumeffiziente und kostengünstige Art und Weise zu realisieren. Bisherige Systeme nutzen dazu den regulären Empfänger für den Rückkanal im Melder und verwenden lediglich einen logischen Rückkanal durch Senden vereinfachter Statusmeldungen. Zu dessen Nutzung ist trotzdem die Akti vierung des gesamten Empfängers nötig, durch die Hochlaufzeiten von Phasenregelschleifen für den Lokaloszillator geht somit bei jeder Abfrage viel Batterieenergie verloren.The invention is based on the object, this auxiliary channel to particularly energy-saving, spec to implement the most efficient and cost-effective way. Previous systems use this the regular receiver for the return channel in the detector and only use a logical one Return channel by sending simplified status messages. The Akti is still for its use The entire receiver is required due to the ramp-up times of phase locked loops for the Local oscillator is therefore lost a lot of battery energy with every query.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch die in Patentanspruch 1. beschriebene Vorrichtung ge löst, deren Funktion im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wird:
Üblicherweise verfügt ein Melder über einen Rückkanalempfänger, der in der Zeichnung 1 beispiel haft als Überlagerungsempfänger dargestellt ist. Dazu wird zunächst eine Vorselektion des von der Antenne gelieferten Signalgemischs durch ein Filter F1 vorgenommen, und danach das Signal nach weiterer Verstärkung durch den Vorverstärker V1 in einem Mischer M1 mittels einer vom Lokalos zillator OSC1 erzeugten Frequenz auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt. Diese wird den nachfol genden Zwischenfrequenzstufen ZF1 zur weiteren Filterung sowie darauffolgend dem Demodulator DEM1 zugeführt. Dieser übermittelt nun die regulären Rückkanalinformationen an den Mikropro zessor CPU1 zur weiteren Auswertung.The problem is solved according to the invention by the device described in claim 1, the function of which is explained below using an exemplary embodiment:
Usually, a detector has a return channel receiver, which is shown as an overlay receiver in FIG. 1 by way of example. For this purpose, a preselection of the signal mixture supplied by the antenna is first carried out by a filter F1, and then the signal, after further amplification by the preamplifier V1, is converted to an intermediate frequency in a mixer M1 by means of a frequency generated by the local oscillator OSC1. This is fed to the following intermediate frequency stages ZF1 for further filtering and subsequently to the demodulator DEM1. This now transmits the regular return channel information to the microprocessor CPU1 for further evaluation.

Erfindungsgemäß wird nun nach dem Vorselektionsfilter das Signal zusätzlich einem Breitband detektor BD1 zugeführt, welcher auf die insgesamt im vorselektierten Frequenzband vorhandene Leistung reagiert. Sinnvollerweise wird hierzu das durch V1 verstärkte Signal verwendet.According to the invention, the signal is now additionally a broadband after the preselection filter Detector BD1 supplied, which is based on the total available in the preselected frequency band Performance responds. It makes sense to use the signal amplified by V1.

Zu vordefinierten Zeitpunkten wird nun von der Zentrale ein pulsmoduliertes Signal abgestrahlt. Dabei wird die Breite und Steilheit der Pulse so gewählt, dass das entstehende Spektrum sich im Rahmen der regulatorischen Vorgaben im zulässigen Frequenzband befindet, dort aber über das Band hinreichend gut verteilt ist. Dadurch ist die Störenergie pro Frequenzkanal für andere Nutzer sehr gering. A pulse-modulated signal is now emitted from the control center at predefined times. The width and slope of the pulses are selected so that the resulting spectrum is in the Within the permissible frequency band, but there via the Band is distributed well enough. This means that the interference energy per frequency channel is for other users very low.

Eine definierte Erzeugung dieser Pulse kann beispielsweise mittels einer Tabelle im Halbleiter speicher und eines schnellen Digital-/Analog-Wandlers oder auch mit den Methoden der digitalen Signalverarbeitung vorgenommen werden. Zusätzlich können die Pulse über die Signalverarbeitung gezielt gespreizt oder verrauscht werden. Die Melder wissen nun durch in der Betriebssoftware ge troffene Vereinbarungen von den für Außenstehende willkürlich erscheinenden Sendezeitpunkten der Pulse und leiten aus dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Pulse gemäß dem verein barten Schema sowohl die Information über mögliche Zustandsänderungen wie auch über den unge störten Funkkontakt zur Alarmzentrale her.A defined generation of these pulses can be done, for example, using a table in the semiconductor memory and a fast digital / analog converter or with the methods of digital Signal processing can be done. In addition, the pulses can be processed via the signal can be deliberately spread or noisy. The detectors now know ge in the operating software Agreements made on the transmission times that appear arbitrary to outsiders of the pulses and derive from the presence or absence of the pulses according to the association barten schema both the information about possible changes of state as well as about the young disturbed radio contact to the alarm center.

Da hierzu nur wenige Bit an Information erforderlich sind, reicht auch eine kleine Anzahl an Pulsen pro Zeiteinheit völlig aus. Zur Erkennung der Pulse kann der Empfänger nunmehr weitgehend abge schaltet bleiben, lediglich die Baugruppen F1, V1 und BD1 sind zu speisen, wenn in einem be stimmten Zeitraum ein eingehender Funkpuls erwartet wird.Since only a few bits of information are required for this, a small number of pulses is also sufficient per unit of time completely. To detect the pulses, the receiver can now largely abge remain switched, only the modules F1, V1 and BD1 are to be fed if in a be certain period of time an incoming radio pulse is expected.

Dazu wird die Stromversorgung des Empfängers von der Batterie BAT1 ausgehend über zwei elek tronische Schalter geführt, wobei S1 nur F1, V1 und BD1 aktiviert und S2 den Rest des Empfän gers. Im Falle der Übertragung regulärer Meldungen werden beide Schalter vom steuernden Mikro controller CPU1 oder der Steuerlogik eingeschaltet. Da in F1, V1 und BD1 keine Lokaloszillatoren benötigt werden, im Gegensatz zum Hauptempfangspfad mit OSC1, die erst beispielsweise über Phasenregelschleifen (PLL) stabilisiert werden müssen, sind diese Baugruppen im Gegensatz zum Rest des Empfängers sofort innerhalb von Mikrosekunden betriebsbereit, bei genauer zeitlicher Steuerung kann die Einschaltdauer von S1 und somit die mittlere Leistungsaufnahme minimiert werden.For this purpose, the power supply of the receiver is started from the battery BAT1 via two elec tronic switches, with S1 only activating F1, V1 and BD1 and S2 the rest of the receiver gers. In the case of transmission of regular messages, both switches are switched by the controlling micro controller CPU1 or the control logic switched on. There are no local oscillators in F1, V1 and BD1 are required, in contrast to the main receive path with OSC1, which is only available via, for example In contrast to phase locked loops (PLL) that need to be stabilized, these modules are The rest of the receiver is ready for operation within microseconds, if the time is precise Control can minimize the duty cycle of S1 and thus the average power consumption become.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Signal so konstruiert, dass die Pulse bei keiner Zustandsänderung in relativ großen Zeitabständen, z. B. im Minutenbereich, ge sendet werden, während bei einer Zustandsänderung in den scharfen Zustand der Abstand erheblich verkürzt wird. Dadurch wird das Funkspektrum nur minimal durch die Pulse genutzt.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the signal is constructed in such a way that the pulses with no change of state in relatively large time intervals, e.g. B. in the minute range, ge are sent while the distance changes considerably when the state changes to the sharp state is shortened. As a result, the radio spectrum is used only minimally by the pulses.

Die genaue zeitliche Positionierung der Pulse kann auf wenige Mikrosekunden genau durch die Verwendung von Pseudo-Zufallsgeneratoren z. B. aus rückgekoppelten Schieberegistern in der Soft ware der Alarmzentrale und der Melder getroffen werden, wobei die Initialisierung oder andere Pa rameter der Zufallsgeneratoren z. B. pro Installation individuell mit Kennwörtern oder einem Systemschlüssel verknüpft werden kann. Wichtig ist hierbei nur eine einheitliche Festlegung und zeitliche Synchronisation für alle Melder und die Alarmzentrale einer Installation. Die Synchronisa tion kann z. B. anfänglich durch reguläre Funkmeldungen erfolgen und dann in eine Zeitverfolgung der eingehenden Pulse überführt werden. Anhand dieser werden dann die lokalen Zeitgeber in den Meldern mit der Alarmzentrale synchronisiert.The exact temporal positioning of the pulses can be done within a few microseconds Use of pseudo-random generators e.g. B. from feedback shift registers in the soft ware the alarm center and the detector are taken, whereby the initialization or other Pa parameters of the random generators z. B. individually for each installation with passwords or one System key can be linked. What is important here is only a uniform definition and Time synchronization for all detectors and the alarm center of an installation. The Synchronisa tion z. B. initially by regular radio messages and then in a time tracking of the incoming pulses. The local timers in the Detectors synchronized with the alarm center.

Des weiteren ist auch die Verwendung von Pulsgruppen innerhalb bestimmter Zeitintervalle denk bar, aus der Anordnung der Pulse in einer Gruppe kann die Information bezüglich bestimmter Zu standsänderungen entnommen werden, die Gruppenposition selber kann zur Systemsynchronisation dienen. Auch können im Zuge geeigneter Fehlerkorrekturverfahren mehrere Pulse oder Gruppen zur Erhöhung der Übertragungssicherheit gemeinsam ausgewertet werden. The use of pulse groups within certain time intervals is also conceivable bar, from the arrangement of the pulses in a group, the information relating to certain zu status changes can be taken, the group position itself can be used for system synchronization serve. In the course of suitable error correction methods, several pulses or groups can also be used Increased transmission security can be evaluated together.

In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird anstelle eines gepulsten Trä gers von der Alarmzentrale ein gepulstes Chirp-Signal ausgestrahlt. Dieses zeichnet sich durch eine kontinuierliche Frequenzänderung, zum Beispiel eine von Beginn zum Ende des Pulses hin kontinu ierlich steigende Frequenz aus. Aus der Radartechnik ist bekannt, dass man solche Pulse durch ge eignete Filter, die z. B. für niedrige Frequenzen eine langsamere Gruppenlaufzeit haben als für höhere Frequenzen, komprimieren kann. Wenn daher dem Breitbanddetektor ein solches Filter vor geschaltet wird, so wird der Puls zeitlich zusammengeschoben und nach dem Grundsatz der Ener gieerhaltung die Energie pro Zeiteinheit gesteigert. Somit können auch schwächere Pulse über grö ßere Entfernungen besonders gut erkannt werden, gleichzeitig ist das Chirp-Signal, da auch die Trägermittenfrequenz über einen weiten Bereich verschmiert wird und somit die Leistung pro Funk kanal weiter reduziert wird, ähnlich einem Spread Spektrum System sehr resourcenschonend und gleichzeitig sehr störunempfindlich. Als Kompressionsfilter kann z. B. ein geeignetes SAW (Ober flächenwellen-)Filter Verwendung finden. Auch das Eingangsfilter F1 wird üblicherweise als SAW Filter ausgeführt.In a further very advantageous embodiment of the invention, instead of a pulsed Trä a pulsed chirp signal is emitted by the alarm center. This is characterized by a continuous frequency change, for example a continuous change from the beginning to the end of the pulse increasing frequency. It is known from radar technology that such pulses can be obtained by ge suitable filters, the z. B. have a slower group delay for low frequencies than for higher frequencies, can compress. Therefore, if the broadband detector before such a filter is switched, the pulse is pushed together in time and according to the principle of energy energy conservation increased the energy per unit of time. This means that even weaker pulses can exceed Greater distances can be recognized particularly well, at the same time the chirp signal, since also the Carrier center frequency is smeared over a wide range and thus the performance per radio channel is further reduced, very resource-saving and similar to a spread spectrum system at the same time very insensitive to interference. As a compression filter z. B. a suitable SAW (Ober surface wave) filters are used. The input filter F1 is also usually called a SAW Filter executed.

Daneben ist auch eine digitale Realisierung der Filter oder eine Mischung oder Korrelation der Pulse mit einem intern erzeugten Vergleichssignal bei vorzugsweise nachfolgender Filterung des Mischungs- oder Korrelationsergebnisses denkbar, ebenso wird in vielen Fällen eine Verlagerung der Pseudo-Zufallszahlengeneratoren und anderer langsamerer Funktionen in die Betriebssoftware der Alarmanlage stattfinden.In addition, there is also a digital implementation of the filter or a mixture or correlation of the Pulse with an internally generated comparison signal with preferably subsequent filtering of the Mixing or correlation results are conceivable, as is shifting in many cases the pseudo-random number generators and other slower functions in the operating software the alarm system take place.

Bei Ausbleiben grundsätzlich erwarteter Pulse, oder wenn die Pulse keinem gültigen Schema ent sprechen, kann eine Anfrage auf regulären Funkkanälen seitens der Melder bei der Zentrale erfol gen. Auf diese Weise können auch Frequenzwechsel als weitere denkbare Systemzustandsänderun gen seitens der Zentrale signalisiert werden. Ebenso können Schaltanforderungen oder Blockschloß bereichszustandsänderungen vorab signalisiert werden.If there are no generally expected pulses, or if the pulses do not follow a valid scheme speak, a request on regular radio channels from the detectors can be made to the control center In this way, frequency changes can also change as further conceivable system state changes be signaled by the head office. Likewise, switching requirements or block lock changes in area status are signaled in advance.

Sicherheitshalber sollte mit dem Erkennen einer anstehenden Anforderung aber nochmals eine regu läre Anfrage bei der Zentrale oder zumindest die Aktivierung des eigenen Melder-Empfängers zwecks des Empfangs detaillierterer Meldungen - diese ggf. verschlüsselt und mit Prüfsumme - für einen gewissen Zeitraum vorgenommen werden. Da solche Zustandsänderungen aber nur relativ sel ten auftreten, wird trotzdem der Stromverbrauch der Melder somit deutlich reduziert. Des weiteren kann im Rahmen dieser regulären Abfrage auch eine Freigabe für eine weitere Zustandsänderung seitens der Melder erteilt werden. So kann zum Beispiel ein Aufwecken der Melder beim Übergang in den Zustand "Scharfschalteanforderung" erfolgen, was die Melder gleichzeitig dazu veranlaßt, eine Quittierung "Scharfschaltefreigabe" abzugeben. Erst wenn jeder Melder diese Freigabe erteilt hat, also alle Schleifen geschlossen sind und keine Bewegungen mehr erkannt werden, führt die Alarmzentrale den Übergang in den Zustand "scharf" endgültig durch.To be on the safe side, a regu should be recognized when an upcoming request is recognized Inquiry to the head office or at least the activation of your own detector receiver for the purpose of receiving more detailed messages - these may be encrypted and with a checksum - for be made for a certain period of time. Since such changes in state are only relatively sel However, the power consumption of the detectors is significantly reduced. Furthermore can also release another status change as part of this regular query be issued by the notifier. For example, the detectors can be woken up during the transition in the "arming request" state, which at the same time causes the detectors to to issue an acknowledgment "arming enable". Only when each detector gives this approval has, i.e. all loops are closed and no more movements are detected, the Alarm center through the transition to the "armed" state finally.

Diese Quittierung kann auch auf unterschiedlichen Funkfrequenzen oder Funkkanälen erfolgen, wenn in der Zentrale eine spektrale Analyse eines oder mehrerer vollständiger Frequenzbänder er folgt. Die Zuordnung zu bestimmten Frequenzen kann dabei fest für jeden Melder vorgegeben sein oder dynamisch erfolgen, z. B. unter Nutzung von Zufallszahlengeneratoren oder durch Ableitung der Zufallszahlen aus dem Funkspektrum wie in DE 195 31 082 C2 beschrieben. Im Fall einer Störung oder Ausbleiben einer weiteren Rückbestätigung von der Zentrale kann die Zuteilung zudem dynamisch geändert werden, im Extremfall sogar durch den Wechsel des Frequenzbandes. This acknowledgment can also take place on different radio frequencies or radio channels, if at the center a spectral analysis of one or more complete frequency bands follows. The assignment to certain frequencies can be fixed for each detector or done dynamically, e.g. B. using random number generators or by derivation the random numbers from the radio spectrum as described in DE 195 31 082 C2. In the case of one The allocation can be disrupted or there is no further confirmation from the head office can also be changed dynamically, in extreme cases even by changing the frequency band.

Zur spektralen Analyse eines Frequenzbandes bietet sich die Nutzung einer Fouriertransformation oder FIR-Filterung an, sollen mehrere Frequenzbänder gleichzeitig analysiert werden, so kann dies durch vorherige Zusammenmischung auf in einem gemeinsamen ZF-Pfad nebeneinander liegende ZF-Bänder geschehen.A Fourier transformation can be used for the spectral analysis of a frequency band or FIR filtering, if several frequency bands are to be analyzed at the same time, this can be done by prior mixing to those lying next to each other in a common IF path ZF bands happen.

Auch ist die Verwendung dieser Erfindung mit mehreren Unterzentralen möglich, sinnvollerweise sollten die Pulse dann aber zwischen den Unterzentralen koordiniert werden. Daneben kann die Erfindung auch in anderen Funksystemen, zum Beispiel zur Gebäudeautomation, genutzt werden, bei denen es auf die Schonung von Batterien oder Akkumulatoren ankommt. In diesem Fall ist die Alarmzentrale eine allgemeine Zentraleinheit und der Melder eine allgemeine Außeneinheit, welche beispielsweise auch Schaltvorgänge durchführen kann.The use of this invention with several sub-centers is also possible, sensibly the pulses should then be coordinated between the sub-centers. In addition, the Invention can also be used in other radio systems, for example for building automation, where it is important to protect batteries or accumulators. In this case it is Alarm center a general central unit and the detector a general outdoor unit, which can also perform switching operations, for example.

Claims

1. Wireless alarm system, signaling system or other condition-controlled radio system, consisting of at least one central unit, for example the alarm center, and at least one outdoor unit, for example a motion detector, which wirelessly with one another in at least one transmitter and receiver per outdoor unit and central unit in both directions Can exchange information, characterized in that (1) the outdoor unit has at least one input filter in the receiver, (2) the filtered reception signal is passed on to at least one broadband detector in addition to the regular reception signal path , or via additional components, in particular preamplifiers, in that ( 3) the central unit regularly transmits radio pulses at certain times, which are distributed spectrally over a broadband spectrum, that (4) the outdoor unit receives these radio pulses by means of the broadband detector and from their presence, not before presence or shape or frequency or temporal arrangement by comparison with at least one scheme agreed between the central unit and the outdoor unit, pending changes in state, in particular special transition to the armed state, or switching requirements.

2. Plant or system according to claim 1, characterized in that the input filter and the broadband detector and any preamplifier are independent of the rest of the receiver Power can be supplied and only in the time intervals in which radio pulses are expected are actually supplied with power via an electronic switch as well Reduction of the power consumption of the regular receivers in the absence of a status signal remains switched off via another electronic switch.

3. Plant or system according to claim 1, characterized in that at least one short Pulse per pulse transmission interval with an edge steepness is used, for example by means of a Fourier transformation was dimensioned so that the radiated power essentially chen is limited to the usable frequency band

4. Plant or system according to claim 1, characterized in that chirp pulses or fre Frequency-modulated pulses are used using an input filter or Intermediate filter with adapted to the time course of the frequency change in the respective pulse ten group delays in the filter are compressed in time in order to make them more recognizable to ensure the pulses.

5. Plant or system according to claim 1, characterized in that in a short time space several pulses follow one another, their number or time interval or width to the Er state change identifier is used.

6. Plant or system according to claim 1, characterized in that for synchronization and / or to detect the undisturbed transmission of regular pulses in longer periods are blasted and only to be defined at shorter intervals in the event of changes in state Time pulses can be added.

7. Plant or system according to claim 1, characterized in that the times at which Pulses can be sent using a pseudo-random number generator be determined in the central unit and the outdoor unit.

8. Plant or system according to claim 1, characterized in that after detection of a zu change in status and / or in the event of suspected transmission interference as a result of the absence teter pulses or in the presence of increased levels on the broadband detector using the regular A confirmation of the status message is requested from the transmitting and receiving units and / or an approval for this, for example in accordance with the inevitability requirements for alarm systems or a further change of state is given by means of a sent response.

9. Plant or system according to claim 1 or 8, characterized in that incoming regu answers from several outdoor units on different radio frequencies or radio channels len are emitted and in the central unit by spectral analysis of a broad frequency bandes, for example, independently of one another using Fourier analysis or FIR filtering become.

10. Plant according to one of claims 1 to 9, characterized in that for control Arithmetic units or microcomputers are used and described in the claims fully or partially implemented functions by means of a computer program (software) become.