DE102012102540A1 - Sensorsignal-Auswerteinrichtung und Verfahren zum Auswerten eines von einem einkanaligen Radarsensor erzeugten Sensorsignals - Google Patents

Sensorsignal-Auswerteinrichtung und Verfahren zum Auswerten eines von einem einkanaligen Radarsensor erzeugten Sensorsignals Download PDF

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Abstract

Es wird eine Sensorsignal-Auswerteinrichtung (7) zur Auswertung eines von einem einkanaligen Radarsensor (1) erzeugten und von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung (7) empfangenen Sensorsignals (a) vorgeschlagen, die eine Einrichtung zum Erzeugen eines Auslösesignals (Umax) aufweist, wenn das empfangene Sensorsignal (a) Signalanteile in einem vorbestimmten Frequenzbereich (f1, f2) aufweist, der charakteristisch ist für wenigstens ein Objekt, das sich in einer Bewegungsrichtung relativ zu dem Radarsensor (1) in dessen Radarfeld (3) bewegt, die für die Auswertung des Sensorsignals (a) von Interesse ist; und eine Analyseeinrichtung zum Analysieren des zeitlichen Amplitudenverlaufs des Sensorsignals (a), die dazu ausgebildet ist, das Auslösesignal (Umax) zu empfangen und die Analyse unter der Bedingung zu starten, dass das Auslösesignal (Umax) erzeugt wurde.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sensorsignal-Auswerteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Auswerten eines von einem einkanaligen Radarsensor erzeugten Sensorsignals gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
  • Sensorsignal-Auswerteinrichtungen und entsprechende Verfahren der hier angesprochenen Art sind aus dem Stand der Technik für verschiedene Anwendungsgebiete grundsätzlich bekannt. Sie dienen zur Auswertung der von einem Radarsensor ausgegebenen Sensorsignale, um festzustellen, ob sich ein Objekt, beispielsweise eine Person oder ein Fahrzeug, in dem Radarfeld des Radarsensors befindet, das eine bestimmte Bewegungsrichtung relativ zu dem Radarsensor aufweist, insbesondere ein Objekt, das sich auf den Radarsensor zubewegt. Besonders problematisch ist die Auswertung der Sensorsignale dann, wenn sich nicht nur ein, sondern mehrere Objekte im Radarfeld des Sensors befinden, die sich in verschiedene Richtungen bezüglich des Radarsensors bewegen. In diesem Fall empfängt der Sensor von jedem der in dem Radarfeld befindlichen Objekte ein reflektiertes Signal. Die Aufgabe der Sensorsignal-Auswerteinrichtung ist es, durch die Auswertung der Sensorsignale herauszufinden, ob sich unter den mehreren Objekten ein Objekt in dem Radarfeld befindet, das eine bestimmte Bewegungsrichtung relativ zu dem Radarsensor aufweist, die für einen bestimmten Anwendungsfall von Interesse ist. Die Information, ob sich ein Objekt auf den Radarsensor zubewegt, ist beispielsweise für die Funktionsweise von automatisch öffnenden Türen von entscheidender Bedeutung. Die automatische Tür soll sich nämlich ausschließlich dann öffnen, wenn sich eine Person gezielt auf die Tür zubewegt und nicht bereits, wenn eine Person nur an der Tür vorbeiläuft. Die Funktionsweise von Radarsensoren und entsprechenden Sensorsignal-Auswerteinrichtungen der hier angesprochenen Art geht somit weit über die Funktionsweise von einfachen Präsenz- und Bewegungsmeldern hinaus. Von grundlegender Bedeutung ist es somit, dass die Sensorsignal-Auswerteinrichtung, die sich üblicherweise zusammen mit dem Radarsensor in oder an dem zu steuernden Objekt, wie einer Tür, befindet, anhand der empfangenen Sensorsignale des Radarsensors zwischen den Bewegungsrichtungen einzelner im Radarfeld befindlichen Objekte unterscheiden können muss. Auch sind Anwendungsfälle denkbar, in denen eine bestimmte Bewegungsrichtung eines Fahrzeugs, eines Flugobjekts oder auch eines Tieres von Interesse ist. Die zu detektierende Bewegungsrichtung des Objekts kann beispielsweise ein Vorbeilaufen oder ein auf den Sensor Zukommen oder ein von dem Sensor Wegbewegen umfassen. Entscheidend ist, dass die Sensorsignal-Auswerteinrichtung die Sensorsignale so auswerten kann, dass eine zu detektierende, d.h. eine „interessierende“ Bewegungsrichtung eines beliebigen Objekts erkannt wird, auch wenn sich mehrere Objekte in dem Radarfeld befinden.
  • Eine derartige Sensorsignal-Auswerteinrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Verwendung mit automatisch öffnenden Türen ist aus der DE 102 34 291 A1 bekannt. Zur Lösung der oben genannten Problematik, d.h. die Bewegungsrichtungen von mehreren im Radarfeld des Radarsensors befindlichen Personen unterscheiden zu können, sieht die vorgenannte Druckschrift einen zweikanaligen Radarsensor vor, der zwei Sendekanäle (Sendeantennen) sowie zwei Empfangskanäle (Empfangsantennen) aufweist. Durch die zweikanalige Ausbildung des Radarsensors und die resultierenden beiden Sensorsignale ist es möglich, mittels der Sensorsignal-Auswerteinrichtung Personen im Radarfeld des Radarsensors hinsichtlich ihrer Bewegungsrichtungen zu unterscheiden. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Phasenlagen der beiden empfangenen Sensorsignale miteinander verglichen werden und auf diese Weise der Einstrahlwinkel einer Person erfasst und verfolgt werden kann, was wiederum einen Rückschluss auf die Bewegungsrichtung der Personen zulässt. Nachteilig an den Sensorsignal-Auswerteinrichtungen der bekannten Art ist es, dass die Auswertung zwei Sensorsignale erfordert, um die Phasenlagen vergleichen zu können und daraus die Bewegungsrichtung einer Person ableiten zu können. Hierzu sind zwangsläufig zweikanalige Radarsensoren erforderlich, die vergleichsweise teuer sind. Darüber hinaus sind die Sensorsignal-Auswerteinrichtungen aufgrund der erforderlichen Verarbeitung von zwei Sensorsignalen hinsichtlich ihrer Auswertelektronik komplex aufgebaut. Eine zuverlässige Bewegungserkennung eines Objekts unter mehreren, das sich im Radarfeld eines Radarsensors auf einen einkanaligen Radarsensor bewegt, wurde bislang nicht erreicht.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Sensorsignal-Auswerteinrichtung und ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, welche(s) die Auswertung eines von einem einkanaligen Radarsensor erzeugten Sensorsignals im Hinblick auf eine zuverlässige Erkennung eines sich auf den Radarsensor zubewegenden Objekts unter mehreren Objekten zuverlässig ermöglicht, und welche(s) darüber hinaus kostengünstig und einfach aufgebaut ist.
  • Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird eine Sensorsignal-Auswerteinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Die Sensorsignal-Auswerteinrichtung ist zur Auswertung eines von einem einkanaligen Radarsensor erzeugten und von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals ausgebildet und umfasst eine Einrichtung zum Erzeugen eines Auslösesignals, wenn das empfangene Sensorsignal Signalanteile in einem vorbestimmten Frequenzbereich aufweist, der charakteristisch ist für wenigstens ein Objekt, das sich in einer Bewegungsrichtung relativ zu dem Radarsensor in dessen Radarfeld bewegt, die für die Auswertung des Sensorsignals von Interesse ist; und eine Analyseeinrichtung zum Analysieren des zeitlichen Amplitudenverlaufs des Sensorsignals, die dazu ausgebildet ist, das Auslösesignal zu empfangen und die Analyse unter der Bedingung zu starten, dass das Auslösesignal erzeugt wurde.
  • Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt somit darin, dass die erfindungsgemäße Sensorsignal-Auswerteinrichtung anhand eines von einem einkanaligen Radarsensor erzeugten Sensorsignals eine zuverlässige Unterscheidung zwischen den Bewegungsrichtungen von mehreren in einem Radarfeld befindlichen Objekten, beispielsweise Personen, vornehmen kann.
  • Dadurch ist es möglich, die Sensorsignal-Auswerteinrichtung zum einen einfacher aufzubauen, da nur ein einziges Sensorsignal ausgewertet werden muss. Insbesondere sind in vorteilhafter Weise weniger Peripheriekomponenten, also beispielsweise weniger Filter- und Verstärkungskomponenten, notwenig, um die Sensorsignal-Auswerteinrichtung zu realisieren. Zum anderen kann die Sensorsignal-Auswerteinrichtung mit einem wesentlich kostengünstigeren einkanaligen Radarsensor betrieben werden, der also lediglich einen Empfangs- und einen Sendekanal aufweist. Die zuverlässige Unterscheidung zwischen den Bewegungsrichtungen von mehreren in einem Radarfeld befindlichen Objekten wird durch die im Wesentlichen zweistufige Sensorsignal-Auswertungseinrichtung gemäß der Erfindung möglich. Der Kern der Erfindung ist es, dass in einer ersten Stufe aufgrund des Frequenzspektrums des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals erkannt wird, ob sich im Radarfeld des Sensors ein Objekt befindet, das eine Bewegungsrichtung relativ zu dem Radarsensor aufweist, die für die weitere Analyse des Sensorsignals von Interesse ist. Diese Bewegungsrichtung kann je nach Anwendungsfall unterschiedlich sein. Im Falle der automatischen Tür ist eine Bewegungsrichtung von Interesse, bei der sich eine Person auf den Radarsensor zubewegt. Andererseits sind auch Anwendungsfälle denkbar, bei denen ein an dem Radarsensor Vorbeibewegen eines Objekts als Bewegungsrichtung bzw. Bewegungsmuster von Interesse ist, während ein auf den Radarsensor Zubewegen oder ein Wegbewegen ausgeblendet werden soll, weil diese Bewegungsrichtungen in diesem spezifischen Anwendungsfall nicht von Interesse sind. Je nach Anwendungsfall kann somit die bei der Auswertung des Sensorsignals interessierende Bewegungsrichtung variieren. Je nach verwendetem Sensortyp, Geschwindigkeit des Objekts bzw. der Objekte im Radarfeld und der zu detektierenden Bewegungsrichtung des Objekts, variiert auch der vorbestimmte Frequenzbereich, der charakteristisch ist für eine bestimmte Bewegungsrichtung.
  • Dieser ersten Stufe liegt die später noch detaillierter erläuterte Erkenntnis zugrunde, dass sich die Bewegungsrichtungen von im Radarfeld befindlichen Objekten im Wesentlichen in drei Bewegungsmuster einteilen lassen: 1) ein Objekt bewegt sich auf den Radarsensor zu, 2) ein Objekt bewegt sich von dem Radarsensor weg, und 3) ein Objekt bewegt sich an dem Radarsensor vorbei. Entscheidend ist, dass sich die drei Bewegungsmuster anhand des empfangenen Frequenzspektrums des Radarsensors eindeutig unterscheiden lassen, insbesondere auch dann, wenn sich mehrere Objekte gleichzeitig in dem Radarfeld des Radarsensors befinden. In der ersten Stufe der Sensorsignal-Auswerteinrichtung wird erfindungsgemäß ein Auslösesignal, insbesondere in Form einer maximalen Spannung erzeugt, wenn das von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangene Sensorsignal Signalanteile umfasst, die in einem Frequenzbereich liegen, der charakteristisch ist für die Bewegungsrichtung eines Objekts relativ zu dem Radarsensor, welche im spezifischen Anwendungsfall von Interesse ist. Je nachdem, welche Bewegungsrichtung bzw. welches der drei oben genannten Bewegungsmuster von Interesse für eine bestimmte Anwendung ist, kann der vorbestimmte Frequenzbereich entsprechend unterschiedlich sein. Entscheidend ist nämlich, dass der Frequenzbereich eines von dem Radarsensor ausgegebenen Sensorsignals, welches aufgrund eines an dem Radarsensor vorbeigehenden Objekts empfangen wurde, niedriger ist als derjenige Frequenzbereich, der durch ein auf den Radarsensor zukommendes oder von diesem weggehendes Objekt erzeugt wird. Das Auslösesignal wird nur dann erzeugt, wenn das Sensorsignal durch seine Frequenzanteile auf diejenige Bewegungsrichtung des Objekts hinweist, die für den jeweiligen Anwendungsfall von Interesse ist. Ist der vorbestimmte Frequenzbereich beispielsweise so gewählt, dass er charakteristisch ist für ein Objekt, welches sich auf den Radarsensor zu bewegt oder sich von diesem wegbewegt, wird folglich kein Auslösesignal erzeugt, wenn sich ausschließlich ein Objekt an dem Radarsensor vorbeibewegt, weil die resultierenden Frequenzen des empfangenen Sensorsignals nicht in dem vorbestimmten Frequenzbereich liegen.
  • In der zweiten Stufe der Sensorsignal-Auswerteinrichtung ist erfindungsgemäß die Analyseeinrichtung dazu ausgebildet, den zeitlichen Amplitudenverlauf des Sensorsignals nur unter der Bedingung zu analysieren, dass das Auslösesignal in der ersten Stufe erzeugt wurde. Der zweiten Stufe liegt die weitere Erkenntnis zugrunde, dass die Amplitude des Sensorsignals einen Rückschluss auf die Entfernung einer oder mehrerer Objekten von dem Sensor erlaubt. Dementsprechend lässt sich bei einer Auswertung des zeitlichen Amplitudenverlaufs des Sensorsignals feststellen, ob die Amplitude mit der Zeit ansteigt, was auf ein sich dem Radarsensor näherndes Objekt schließen lässt, oder ob die Amplitude des empfangenen Sensorsignals abnimmt, was auf ein sich von dem Radarsensor entfernendes Objekt schließen lässt, oder ob die Amplitude zunächst ansteigt, anschließend abfällt und schließlich wieder ansteigt, was auf ein sich an dem Radarsensor vorbeibewegendes Objekt schließen lässt.
  • Entscheidend ist die Kombination einer Betrachtung des Frequenzspektrums des empfangenen Sensorsignals und seines zeitlichen Amplitudenverlaufs, wobei der zeitliche Amplitudenverlauf erfindungsgemäß nur dann ausgewertet wird, wenn das Auslösesignal erzeugt wurde. Im Falle eines Auslösesignals lässt sich nämlich auf das Vorhandensein von Signalanteilen des Sensorsignals mit Frequenzen schließen, die von Interesse für die weitere Betrachtung sind. Eine permanente zeitliche Analyse des Amplitudenverlaufs des Sensorsignals ist für sich genommen nicht zielführend, weil es Situationen im Radarfeld geben kann, durch die eine ansteigende Amplitude des Sensorsignals erzeugt wird, die nicht auf eine sich dem Radarsensor nähernde Person zurückzuführen ist. Daher wird die Analyse des zeitlichen Amplitudenverlaufs gemäß der Erfindung durch das Auslösesignal „getriggert“. Dadurch wird sichergestellt, dass die Analyse des zeitlichen Amplitudenverlaufs nur dann stattfindet, wenn tatsächlich ein Objekt eine Bewegungsrichtung relativ zu dem Radarsensor aufweist, die für die Auswertung des Sensorsignals je nach Anwendungsfall von Interesse ist. Die Analyse des zeitlichen Amplitudenverlaufs ermöglicht dann die genaue Unterscheidung, ob sich ein Objekt auf den Sensor zu (ansteigende Amplitude) oder von diesem weg bewegt (abnehmende Amplitude) oder an dem Sensor vorbeigeht (ansteigende und anschließend abnehmende Amplitude). Erfindungsgemäß wird somit anhand des Frequenzspektrums des Sensorsignals zunächst nur erkannt, ob die Sensorsignale Frequenzen in einem vorbestimmten Frequenzbereich aufweisen (das Frequenzspektrum einer vorbeilaufenden Person erzeugt in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kein Auslösesignal, weil der vorbestimmte Frequenzbereich charakteristisch ist für eine auf den Sensor zu kommende Person). Falls dies der Fall ist, wird das Auslösesignal erzeugt und es wird anhand der anschließenden Analyse des zeitlichen Amplitudenverlaufs des Sensorsignals die endgültige Entscheidung getroffen, ob sich tatsächlich ein Objekt im Radarfeld befindet, welches die zu detektierende (die interessierende) Bewegungsrichtung aufweist. Dies ist in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung genau dann der Fall, wenn die Analyse eine ansteigende Amplitude des Sensorsignals detektiert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann dies dann der Fall sein, wenn die Analyse eine ansteigende und anschließend eine absteigende Amplitude des Sensorsignals ergibt.
  • Durch die im Wesentlichen zweistufig ausgebildete Sensorsignal-Auswerteinrichtung gemäß der Erfindung ist es somit in vorteilhafter Weise möglich, anhand eines einzigen Sensorsignals eines einkanaligen Radarsensors eindeutig zu erkennen, ob sich eines von mehreren im Radarfeld eines Radarsensors befindlichen Objekte auf den Radarsensor zubewegt. Die erfindungsgemäße Sensorsignal-Auswerteinrichtung kann in vorteilhafter Weise in Kombination mit Schalteinheiten jeglicher Art, insbesondere mit Selbstbedienungsautomaten wie Ticket-, Getränke-, Zigaretten-, Briefmarken-, Parkschein- oder Snack-Automaten, aber auch mit Werbebannern oder Beleuchtungseinrichtungen, beispielsweise in Parkgaragen zum Einsatz kommen. Unter den Begriff der Schalteinheit fallen im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung jedoch auch Anwendungsgebiete wie automatische Türen sowie Anwendungen im Sanitärbereich, die bei der Näherung einer Person automatisch von einem Ruhezustand bzw. „Schlafmodus“ oder „Stand-by-Betrieb“ zumindest in einen Bereitschaftsmodus versetzt werden sollen.
  • Besonders bevorzugt wird eine Sensorsignal-Auswerteinrichtung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Analyseeinrichtung dazu ausgebildet ist, die Analyse unter der weiteren Bedingung zu starten, dass die Amplitude des Sensorsignals einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Dadurch wird verhindert, dass die Analyse in der Analyseeinheit bereits aufgrund des (ersten) Auslösesignals gestartet wird, obwohl die Amplitude des Sensorsignals einen geringen Wert aufweist. Durch die weitere Bedingung wird folglich sichergestellt, dass die Analyse nicht aufgrund eines Rauschsignals gestartet wird.
  • Weiterhin bevorzugt wird eine Sensorsignal-Auswerteinrichtung, die sich dadurch auszeichnet, dass eine Verstärkungseinrichtung zum Verstärken des empfangenen Sensorsignals und zum Erzeugen eines vorverstärkten Signals vorgesehen ist. Die Verstärkungseinrichtung weist vorzugsweise zwei invertierende Operationsverstärker auf, deren Verstärkung zusammen vorzugsweise zwischen 60 und 80 dB beträgt. Es versteht sich, dass je nach Anwendungsfall und verwendetem Radarsensortyp die Verstärkung variieren kann.
  • Besonders bevorzugt wird auch eine Sensorsignal-Auswerteinrichtung, bei welcher die Einrichtung zum Erzeugen eines Auslösesignals eine aktive Filtereinheit zum Filtern und Verstärken des Sensorsignals, insbesondere des vorverstärkten Signals, in dem vorbestimmten Frequenzbereich und zum Erzeugen eines gefilterten und verstärkten Signals aufweist. Bei der aktiven Filtereinheit handelt es vorteilhafter Weise um einen Bandpassfilter 2. Ordnung mit einem nachgeschalteten Operationsverstärker, der das gefilterte Signal verstärkt. Der vorbestimmte Frequenzbereich liegt beispielsweise zwischen 120 Hz und 300 Hz, wenn ein einkanaliger Radarsensor verwendet wird und Personen im Radarfeld des Radarsensors detektiert werden sollen, die eine Gehgeschwindigkeit zwischen 2 km/h und 8 km/h aufweisen, und die sich auf den Radarsensor zu bewegen. Signalanteile, deren Frequenzen zwischen 120 und 300 Hz liegen, lassen bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung den Schluss zu, dass sie durch die Bewegung einer im Radarfeld befindlichen Person hervorgerufen wurden, die sich auf den Radarsensor zu oder von diesem wegbewegt. Diese Signalanteile sind folglich von Interesse für die weitere Auswertung des Sensorsignals und werden daher durch die Analyseeinrichtung analysiert. Die aktive Filtereinheit ist vorzugsweise so dimensioniert, dass Signalanteile des Sensorsignals mit Frequenzen, die in dem vorbestimmten Frequenzbereich liegen, mit einem Faktor > 1 verstärkt werden. Auf diese Weise kann das resultierende gefilterte und verstärkte Signal besonders vorteilhaft zur Erzeugung des Auslösesignals verwendet werden.
  • Vorzugsweise sind darüber hinaus ein erster Hüllkurvengenerator zum Erzeugen eines ersten Hüllkurvensignals aus dem vorverstärkten Signal und ein zweiter Hüllkurvengenerator zum Erzeugen eines zweiten Hüllkurvensignals aus dem gefilterten und verstärkten Signal vorgesehen. Beide Hüllkurvengeneratoren weisen vorzugsweise jeweils eine Gleichrichterdiode sowie einen der Gleichrichterdiode nachgeschalteten Ladekondensator und einen Entladewiderstand auf. Auf diese Weise erzeugen die Hüllkurvengeneratoren aus den ursprünglichen Signalen jeweils Hüllkurvensignale.
  • Besonders bevorzugt wird weiterhin eine Sensorsignal-Auswerteinrichtung, bei der die Einrichtung zum Erzeugen eines Auslösesignals eine Vergleichseinrichtung aufweist, zum Vergleichen des ersten Hüllkurvensignals mit dem zweiten Hüllkurvensignal und zum Erzeugen einer maximalen Ausgangsspannung als Auslösesignal in dem Fall, dass das zweite Hüllkurvensignal größer ist als das erste Hüllkurvensignal. Die Vergleichseinrichtung, die vorzugsweise als Komparator ausgebildet ist, bildet zusammen mit der aktiven Filtereinheit eine Übertragungsfunktion, die einem idealen Filter gleicht.
  • Weiterhin weist die Analyseeinrichtung vorzugsweise einen Signalverlaufsdetektor auf, der dazu ausgebildet ist, einen über die Zeit betrachteten absteigenden und/oder einen ansteigenden Verlauf der Amplitude des ersten Sensorsignals, insbesondere des Hüllkurvensignals, anhand mehrerer zeitlich versetzter Amplitudenabtastwerte zu erkennen. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Analyseeinrichtung im Übrigen dazu ausgebildet, ein Erkennungssignal zu erzeugen, wenn die Analyse einen ansteigenden Verlauf der Amplitude des Sensorsignals, insbesondere des ersten Hüllkurvensignals ergibt, wobei das Erkennungssignal dazu vorgesehen ist, eine mit der Sensorsignal-Auswerteinrichtung verbundene Schalteinheit, insbesondere einen Selbstbedienungsautomaten der oben genannten Art, von einem Ruhezustand oder „Schlafmodus“ in einen Bereitschaftsmodus zu versetzen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Erkennungssignal erzeugt wird, wenn die Analyse zunächst einen ansteigenden und anschließend einen absteigenden Verlauf der Amplitude des Sensorsignals ergibt.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Einrichtung zum Erzeugen eines Auslösesignals und/oder die Analyseeinrichtung in einem Mikroprozessor implementiert sind. Im Übrigen können sämtliche Elemente der Einrichtung zum erzeugen eines Auslösesignals und/oder der Analyseeinrichtung in Digitaltechnik und/oder Analogtechnik realisiert sein.
  • Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird auch eine Sensoreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß einen einkanaligen Radarsensor zur Erzeugung und Ausgabe eines Sensorsignals und eine mit dem Radarsensor verbundene und das Sensorsignal empfangende Sensorsignal-Auswerteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst. Dadurch, dass der Radarsensor einkanalig ausgebildet ist, umfasst er lediglich einen Empfangs- und eine Sendekanal und leitet folglich nur ein einziges Sensorsignal an die Sensorsignal-Auswerteinrichtung weiter. Dadurch kann auch die Sensorsignal-Auswerteinrichtung entsprechend einfacher aufgebaut sein und benötigt insbesondere wesentlich weniger Peripheriekomponenten. Der Radarsensor arbeitet im Übrigen bevorzugt in einem Frequenzbereich von 24 GHz (deutscher Standard). Die Frequenzen der Radarsensoren sind länderspezifisch und daraus resultierende Differenzen der Frequenzen müssen bei der Ausgestaltung der Sensorsignal-Auswerteinrichtung und insbesondere des vorbestimmten Frequenzbereichs berücksichtigt werden.
  • Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird auch eine Schalteinheit mit dem Merkmal des Anspruchs 11 vorgeschlagen. Erfindungsgemäß umfasst die Schalteinheit eine Sensoreinheit gemäß der Erfindung. Unter einer Schalteinheit wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jegliche elektrische Apparatur verstanden, die geeignet ist, eine Aktion auszulösen, wenn sich eine Person auf die jeweilige Schalteinheit zubewegt. Unter einer Schalteinheit wird insbesondere jegliche Art von Selbstbedienungsautomaten, insbesondere Zigaretten-, Briefmarken-, Snack- und Getränkeautomaten ebenso wie Ticketautomaten verstanden. Gleichermaßen fallen darunter auch Lichtbänder oder Werbebanner, die sich im Ruhezustand befinden, solange sich kein Objekt, insbesondere keine Person im Radarfeld eines Radarsensors befindet, der in oder an dem Werbebanner angebracht ist, und der in einen aktiven Zustand geschaltet wird, sobald sich eine Person auf den Radarsensor und damit auf den Werbebanner zubewegt. Entsprechendes kann auch für eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein. Auch eine automatische Tür und sonstige vergleichbare Anwendungen können von der Schalteinheit in diesem Sinne umfasst sein.
  • Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird auch ein Verfahren zum Auswerten eines von einem einkanaligen Radarsensor erzeugten Sensorsignals mit den Merkmalen des Anspruchs 12 vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf: empfangen des Sensorsignals; erzeugen eines Auslösesignals, wenn das Sensorsignal Signalanteile in einem vorbestimmten Frequenzbereich aufweist, der charakteristisch ist für wenigstens ein Objekt, welches sich in einer Bewegungsrichtung relativ zu dem Radarsensor in dessen Radarfeld bewegt, die für die Auswertung des Sensorsignals von Interesse ist; und analysieren des zeitlichen Amplitudenverlaufs des Sensorsignals unter der Bedingung, dass das Auslösesignal erzeugt wurde.
  • Hinsichtlich der Wirkung und der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die entsprechenden Ausführungen zu der korrespondierenden Sensorsignal-Auswerteinrichtung verwiesen.
  • Besonders bevorzugt wird ein Verfahren, bei dem weiterhin der Schritt vorgesehen ist, den zeitlichen Amplitudenverlauf des Sensorsignals nur unter der weiteren Bedingung zu analysieren, dass die Amplitude des Sensorsignals einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Weiterhin kann zusätzlich das Verstärken des empfangenen Sensorsignals und das Erzeugen eines vorverstärkten Signals aus dem Sensorsignal sowie filtern und verstärken des vorverstärkten Signals in dem vorbestimmten Frequenzbereich und das Erzeugen eines gefilterten und verstärkten Signals vorgesehen sein. Die Wahl des vorbestimmten Frequenzbereichs ist abhängig von dem verwendeten Sensortyp, der Geschwindigkeit des im Radarfeld befindlichen Objekts sowie von der Bewegungsrichtung des Objekts relativ zu dem Sensor aufgrund des Zusammenhangs f → v, cosα, und kann dementsprechend stark je nach Anwendungsfall variieren. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren folgenden Schritt umfassend: erzeugen eines ersten Hüllkurvensignals aufgrund des vorverstärkten Signals und erzeugen eines zweiten Hüllkurvensignals aufgrund des gefilterten und verstärkten Signals. Anschließend kann das erste Hüllkurvensignal mit dem zweiten Hüllkurvensignal verglichen werden und eine maximale Ausgangsspannung als Auslösesignal erzeugt werden, falls das zweite Hüllkurvensignal größer ist als das erste Hüllkurvensignal.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zeitliche Amplitudenverlauf des Sensorsignals analysiert wird, um einen absteigenden und/oder ansteigenden Verlauf der Amplitude des ersten Sensorsignals, insbesondere des ersten Hüllkurvensignals, durch ein zeitlich versetztes Abtasten der Amplitude des ersten Sensorsignals, insbesondere des ersten Hüllkurvensignals, zu detektieren. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Erkennungssignal ausgegeben wird, wenn ein ansteigender Verlauf oder ein ansteigender und ein absteigender Verlauf der Amplitude des Sensorsignals, insbesondere des ersten Hüllkurvensignals, während der Analyse des zeitlichen Amplitudenverlaufs des Sensorsignals detektiert wurde. Das Erkennungssignal kann dann dazu dienen, eine Schalteinheit, vorzugsweise einen Selbstbedienungsautomaten, von einem Ruhezustand in einen Bereitschaftsmodus zu versetzen, wenn das Erkennungssignal ausgegeben wird.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Prinzip-Zeichnung eines Radarsensors mit einem Radarfeld sowie mehreren darin befindlichen bewegten Objekten;
  • 2a ein schematisches Schaubild des Frequenzgangs über der Zeit des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer sich auf den Radarsensor zu bewegenden Person;
  • 2b ein schematisches Schaubild des Frequenzgangs über der Zeit des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer sich von dem Radarsensor wegbewegenden Person;
  • 2c ein schematisches Schaubild des Frequenzgangs über der Zeit des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer an dem Radarsensor vorbeigehenden Person;
  • 3a ein Schaubild einer FFT-Analyse des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer an dem Radarsensor vorbeigehenden Person;
  • 3b ein Schaubild einer FFT-Analyse des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer sich von dem Radarsensor wegbewegenden Person;
  • 3c ein Schaubild einer FFT-Analyse des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer sich auf den Radarsensor zu bewegenden Person;
  • 4a ein schematisches Schaubild des Frequenzgangs über der Zeit des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer ersten sich auf den Radarsensor zu bewegenden Person und einer zweiten sich von dem Radarsensor wegbewegenden Person;
  • 4b ein schematisches Schaubild des Frequenzgangs über der Zeit des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer ersten sich auf den Radarsensor zu bewegenden Person und einer zweiten an dem Radarsensor vorbeigehenden Person;
  • 4c ein schematisches Schaubild des Frequenzgangs über der Zeit des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer ersten sich von dem Radarsensor wegbewegenden Person und einer zweiten an dem Radarsensor vorbeigehenden Person;
  • 4d ein schematisches Schaubild des Frequenzgangs über der Zeit des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer ersten sich von dem Radarsensor wegbewegenden Person, einer zweiten sich auf den Radarsensor zu bewegenden Person und einer dritten an dem Radarsensor vorbeigehenden Person;
  • 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Sensorsignal-Auswerteinrichtung gemäß der Erfindung;
  • 6 eine schematische Darstellung eines einkanaligen Radarsensors;
  • 7 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Sensorsignal-Auswerteinrichtung gemäß der Erfindung;
  • 8 eine schematische Darstellung der Übertragungsfunktion der Sensorsignal-Auswerteinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 9 eine schematische Darstellung der Funktionsweise der Vergleichseinrichtung, und
  • 10a bis 10h schematische Schaubilder von verschiedenen Bewegungsmustern ein oder mehrerer Personen relativ zu einem Radarsensor, insbesondere eine schematische Darstellung der Ausgangsspannung der Vergleichseinrichtung sowie der Spannungen des ersten und zweiten Hüllkurvensignals über der Zeit.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines einkanaligen Radarsensors 1, der ein Radarfeld 3 erzeugt, welches je nach Radarsensor beispielsweise einen Radius von 5–10 m aufweist, in dem sich mehrere Objekte 5 befinden. Bei den Objekten handelt es sich beispielsweise um sich bewegende Personen, die sich verschiedenen Bewegungsmustern zuordnen lassen. Der Radarsensor 1 kann beispielsweise zusammen mit einer Sensorsignal-Auswerteinrichtung in oder an einem Ticketautomaten oder dergleichen Selbstbedienungsautomat angebracht sein. Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Einteilung der Bewegungsrichtung eines im Radarfeld befindlichen Objekts im Wesentlichen in drei Bewegungsmuster erfolgen kann. Ein erstes Bewegungsmuster wird anhand des Objekts 5a gezeigt, welches sich an dem Radarsensor 1 vorbeibewegt. Ein zweites Bewegungsmuster wird anhand des Objekts 5b deutlich, welches sich auf den Radarsensor 1 zubewegt. Das dritte Bewegungsmuster verdeutlicht das Objekt 5c, welche sich von dem Radarsensor 1 wegbewegt.
  • Jedes der Objekte 5a, 5b und 5c hat eine bestimmte Geschwindigkeit v und bewegt sich unter einem bestimmten Winkel α relativ zu dem Radarsensor 1. Es ist allgemein bekannt, dass aufgrund des Dopplereffekts die Frequenz fD des von dem Radarsensor 1 empfangenen reflektierten Signals maßgeblich von der Geschwindigkeit des im Radarfeld 3 befindlichen Objekts und dem Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Objekts und der Verbindungslinie zwischen dem Objekt und dem Radarsensor abhängt. Insbesondere gilt Folgendes: fD = 2f0·(v/c0)·cosα, wobei fD die Dopplerfrequenz, f0 die Sendefrequenz des Radarsensors, v die Geschwindigkeit des bewegten Objekts, c0 die Lichtgeschwindigkeit und α der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Objekts und der Verbindungslinie zwischen dem Objekt und dem Radarsensor ist. Somit ergibt sich für die Frequenz des empfangenen Sensorsignals die folgende maßgebliche Abhängigkeit: f → v, cosα
  • Weiterhin gibt die Amplitude, d.h. die Spannung des von dem Radarsensor empfangenen Signals Auskunft über die Distanz zwischen einem Objekt und dem Radarsensor. Da das reflektierte Signal stärker ist, wenn sich ein Objekt näher am Radarsensor befindet, ist auch die Amplitude in diesem Fall höher als in dem Fall, in dem das Objekt weiter entfernt ist von dem Radarsensor 1. Folglich ist die Amplitude, d.h. die Signalstärke des an dem Objekt reflektierten und von dem Radarsensor empfangenen Sensorsignals umgekehrt proportional zu der Entfernung zwischen dem Objekt und dem Radarsensor. Die Amplitude eines empfangenen Sensorsignals, welches auf einem auf den Radarsensor zukommenden Objekt beruht, nimmt folglich mit der Zeit zu, während die Amplitude eines empfangenen Sensorsignals, welches auf einem von dem Radarsensor wegbewegenden Objekt beruht, mit der Zeit abnimmt.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass sich jedes der drei oben definierten Bewegungsmuster eines im Radarfeld des Radarsensors befindlichen Objekts anhand des Frequenzgangs des empfangenen Sensorsignals über der Zeit eindeutig erkennen lässt, wie insbesondere anhand der 2a–2c und 3a–3c deutlich wird.
  • Die in den 2 bis 4 dargestellten beispielhaften Messergebnisse beruhen auf einem Sensorsignal eines einkanaligen Sensors, der für den Gebrauch in Europa in einem Frequenzbereich von 24 GHz arbeitet. Weiterhin wurden die Messergebnisse für den Anwendungsfall erfasst, dass sich ein oder mehrere Personen in einem Radarfeld des einkanaligen Radarsensors bewegen, wobei die Personen übliche Gehgeschwindigkeiten von ca. 2 km/h bis 8 km/h aufwiesen. Die Messergebnisse wurden für verschiedene Bewegungsrichtungen (wie in 1 gezeigt) erfasst und ausgewertet, u. a. mittels einer Frequenzspektrenanalyse, insbesondere mittels einer FFT-Analyse.
  • Die 2a zeigt ein schematisches Schaubild des Frequenzgangs über der Zeit des von einer Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer sich auf den Radarsensor zubewegenden Person. Sie zeigt folglich den Frequenzgang des Sensorsignals, wie es beispielsweise aufgrund des in 1 gezeigten Objekts 5b resultiert. Die Bewegung einer Person auf den Radarsensor 1 zu zeichnet sich in der Regel dadurch aus, dass nach dem Eintritt der Person in das Radarfeld 3 die Gehgeschwindigkeit der Person im Wesentlichen konstant bleibt und sich erst dann verlangsamt, wenn die Person fast bei dem Radarsensor 1 angekommen ist, bis sie schließlich stehen bleibt. Weiterhin bleibt der Winkel, unter dem sich die Person auf den Radarsensor 1 zubewegt, im Wesentlichen konstant.
  • Dieser charakteristische Bewegungsablauf einer sich auf den Radarsensor zubewegenden Person spiegelt sich in dem Frequenzgang des empfangenen Sensorsignals gemäß 2a wider. Demnach ist die Frequenz zunächst im Wesentlichen konstant aufgrund der relativ konstanten Geschwindigkeit und des relativ konstanten Winkels der Person. Eine Untersuchung der Erfinder hat ergeben, dass die Frequenzen des empfangenen Sensorsignals in diesem Zeitabschnitt in der Regel zwischen 120 Hz und 300 Hz liegen. Die Frequenz verringert sich jedoch mit der Zeit aufgrund des Zusammenhangs zwischen der Frequenz, der Geschwindigkeit und des Winkels. Wenn die Person dann unmittelbar vor dem Radarsensor 1 stehen bleibt, ist die Frequenz schließlich „Null“, weil v = 0 ist.
  • 2b zeigt eine schematisches Schaubild des Frequenzgangs über der Zeit des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer sich von dem Radarsensor wegbewegenden Person. Die Bewegung einer Person von dem Radarsensor weg, wie es insbesondere das Objekt 5c in der 1 zeigt, zeichnet sich durch die anfängliche Beschleunigung der Person und dem damit verbundenen Frequenzanstieg aus. Nach der anfänglichen Beschleunigung bleibt die Gehgeschwindigkeit der Person und damit die Frequenz des empfangenen Sensorsignals im Wesentlichen über der Zeit konstant, bis die Person schließlich aus dem Radarfeld 3 verschwunden ist. Eine Untersuchung der Erfinder hat ergeben, dass die Frequenzen des empfangenen Sensorsignals auch in diesem Zeitabschnitt in der Regel zwischen 120 Hz und 300 Hz liegen.
  • Die 2c zeigt ein schematisches Schaubild des Frequenzgangs über der Zeit des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer an dem Radarsensor vorbeigehenden Person. Der Bewegungsablauf einer an einem Radarsensor 1 vorbeigehenden Person ist in der 1 anhand des Objekts 5a dargestellt. Für dieses Bewegungsmuster ist charakteristisch, dass die Person eine im Wesentlichen konstante Geschwindigkeit im Radarfeld aufweist, während sich der Winkel α, unter dem sich die Person relativ zu dem Radarsensor 1 bewegt, kontinuierlich verändert. Aufgrund des Zusammenhangs f → cosα ändert sich die Frequenz des empfangenen Sensorsignals folglich so, dass sie zunächst abfällt bis α = 90° ist und somit cosα = 0 gilt, wodurch die Frequenz des empfangenen Sensorsignals „Null“ wird. Im weiteren Verlauf der Bewegung nimmt der Winkel weiter zu, und die Frequenz steigt folglich wieder an. Eine Untersuchung der Erfinder hat ergeben, dass die Frequenzen des empfangenen Sensorsignals aufgrund einer an dem Radarsensor vorbeigehenden Person in der Regel zwischen 50 Hz und 80 Hz liegen und damit niedriger sind als diejenigen Frequenzen, die sich für den Fall ergeben, dass sich eine Person auf den Radarsensor zu oder von diesem wegbewegt.
  • Die 3a zeigt ein Schaubild einer FFT-Analyse (FFT = Fast Fourier Transform) des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer an dem Radarsensor vorbeigehenden Person. Die 3b zeigt ein Schaubild einer FFT-Analyse des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer sich von dem Radarsensor wegbewegenden Person, und die 3c zeigt ein Schaubild einer FFT-Analyse des von der Sensorsignal Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer sich auf den Radarsensor zu bewegenden Person. Die 3a bis 3c verdeutlichen die in den Schaubildern gemäß den 2a bis 2c erkennbare Tatsache, dass die Frequenzen des Sensorsignals in der 3a (vorbeigehende Person) deutlich geringer sind als die Frequenzen in den 3a und 3b (herankommende und weggehende Person).
  • Die 4a bis 4d zeigen schematische Schaubilder des Frequenzgangs des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals, für den Fall, dass sich mehrere Personen in dem Radarfeld befinden, die unterschiedlichen Bewegungsmustern zugeordnet werden können.
  • Beispielsweise zeigt die 4a ein schematisches Schaubild des Frequenzgangs über der Zeit des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals, bei einer ersten sich auf den Radarsensor zu bewegenden Person und einer zweiten sich von dem Radarsensor wegbewegenden Person. Die 4b zeigt ein entsprechendes schematisches Schaubild des Frequenzgangs über der Zeit des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer ersten sich auf den Radarsensor zu bewegenden Person und einer zweiten an dem Radarsensor vorbeigehenden Person. Die 4c zeigt ein schematisches Schaubild des Frequenzgangs über der Zeit des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer ersten sich von dem Radarsensor wegbewegenden Person und einer zweiten an dem Radarsensor vorbeigehenden Person, und die 4d zeigt ein schematisches Schaubild des Frequenzgangs über der Zeit des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals bei einer ersten sich von dem Radarsensor wegbewegenden Person, einer zweiten sich auf den Radarsensor zu bewegenden Person und einer dritten an dem Radarsensor vorbeigehenden Person.
  • Die 4a bis 4d machen deutlich, dass sich beim Vorhandensein von mehreren Personen in dem Radarfeld 3, die unterschiedlichen Bewegungsmustern zuzuordnen sind, die Frequenzspektren der Einzelbewegungsmuster überlagern. Entscheidend ist dabei die Erkenntnis, dass sich aufgrund der charakteristischen Bewegungsmuster diejenigen Frequenzanteile, die durch eine vorbeigehende Person resultieren, von denjenigen Frequenzanteilen eindeutig unterscheiden lassen, die auf Personen zurückgehen, die sich auf den Radarsensor zu oder von diesem wegbewegen. Hierzu sei insbesondere auf die 4b–4d verwiesen, wo eine derartige Überlagerung gut erkennbar ist.
  • Die entscheidende Erkenntnis, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegt, ist folglich die Möglichkeit, das Bewegungsmuster einer oder mehrerer im Radarfeld befindlichen Personen anhand des Frequenzspektrums des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung erkennen und unterscheiden zu können. Gleichzeitig ist für die Erfindung von entscheidender Bedeutung, dass sich anhand der Amplitude des empfangenen Sensorsignals erkennen lässt, ob sich eine Person auf den Sensor zu oder von diesem wegbewegt oder sich an diesem vorbeibewegt. Steigt nämlich die Amplitude des empfangenen Sensorsignals mit der Zeit an, bedeutet dies, dass das empfangene Sensorsignal stärker wird und die Person folglich auf den Radarsensor 1 zugeht. Nimmt die Amplitude des Sensorsignals hingegen mit der Zeit ab, so bedeutet dies, dass sich eine Person von dem Radarsensor wegbewegt, weil das reflektierte Signal mit der Zeit aufgrund der größeren Distanz zwischen der Person und dem Radarsensor 1 schwächer wird. Nimmt die Amplitude zunächst zu, anschließend ab und dann wieder zu, kann darauf geschlossen werden, dass ein Objekt, in dem oben dargelegten Beispiel eine Person, an dem Sensor vorbeibewegt. Dies machen besonders die 2c und die 4b–4d deutlich, in denen eine „Zick-Zack-Form“ des Amplitudenverlaufs erkennbar ist, wenn sich eine Person an dem Radarsensor vorbeibewegt.
  • Wie im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung noch näher erläutert wird, können die Frequenzunterschiede der einzelnen Bewegungsmuster beispielsweise dazu ausgenutzt werden, um zunächst festzustellen, ob sich eine Person im Radarfeld des Radarsensors 1 befindet, die sich auf den Radarsensor zu oder von diesem wegbewegt. Hierbei kommt eine Einrichtung zum Erzeugen eines Auslösesignals zum Einsatz, die ein Auslösesignal dann erzeugt, wenn das empfangene Sensorsignal Signalanteile in einem vorbestimmten Frequenzbereich aufweist, die wenigstens eine Person in einem Radarfeld des Radarsensors anzeigen, die auf den Radarsensor zukommt oder sich von diesem weg bewegt. Dies bedeutet, dass zunächst Informationen, die ausschließlich auf einer an dem Radarsensor vorbeigehenden Person beruhen, kein Auslösesignal bewirken und somit ausgeblendet werden. Der vorbestimmte Frequenzbereich ist in diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, dass er dem in den 2a und 2b gezeigten Frequenzbereich zwischen 120 und 300 Hz entspricht, der auf eine Person schließen lässt, die sich auf den Radarsensor zu oder von diesem wegbewegt. Das Auslösesignal kann nun dazu genutzt werden, mit einer Analyseeinrichtung zum Analysieren des zeitlichen Amplitudenverlaufs des Sensorsignals zusammenzuwirken. Insbesondere kann das Auslösesignal eine notwendige, insbesondere auch hinreichende Bedingung für das Starten einer Analyse des zeitlichen Amplitudenverlaufs des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals sein. Die Bedingung zum Starten der Analyse ist nur dann hinreichend, wenn keine weitere Bedingung vorgesehen ist, die erfüllt sein muss, damit die Analyse startet. Die Analyseeinrichtung ist folglich dazu ausgebildet, das Auslösesignal zu empfangen und die Analyse unter der Bedingung zu starten, dass das Auslösesignal erzeugt wurde. Anhand des zeitlichen Amplitudenverlaufs des empfangenen Sensorsignals kann erkannt werden, ob sich eine Person auf den Radarsensor 1 zubewegt, weil in diesem Fall die Amplitude des Sensorsignals mit der Zeit ansteigt.
  • Andererseits können Situationen auftreten, in denen die Amplitude ansteigt, ohne dass sich eine Person gezielt auf den Radarsensor 1 zubewegt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine Person besonders nah an dem Radarsensor 1 vorbeigeht oder wenn mehrere Personen unmittelbar hintereinander an dem Radarsensor vorbeilaufen. Auch in diesem Fall wird die Amplitude aufgrund des geringen Abstands zwischen der Person und dem Radarsensor 1 ansteigen. Die bloße kontinuierliche Auswertung des zeitlichen Amplitudenverlaufs des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals ist folglich nicht ausreichend, um eine sichere Aussage darüber treffen zu können, ob sich eine Person im Radarfeld befindet, die sich tatsächlich gezielt auf den Radarsensor 1 zubewegt. Insgesamt ist es daher notwendig, auch die Frequenz in Betracht zu ziehen, und die Analyse des Amplitudenverlaufs erst in dem Moment zu starten, wenn das Frequenzspektrum des empfangenen Sensorsignals von einer Person stammen könnte, die sich auf den Radarsensor 1 zubewegt.
  • Der vorbestimmte Frequenzbereich hängt im Wesentlichen von drei Parametern ab und ist daher je nach Anwendungsfall neu durch eine Frequenzspektrenanalyse zu bestimmten. Die Hüllkurvenverläufe für die spezifischen Bewegungsmuster gemäß den 2a bis 2c lassen sich hingegen auf verschiedene Anwendungsfälle übertragen. Insbesondere beeinflusst der verwendete Sensortyp die in den 2 bis 4 gezeigten Frequenzbereiche des von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung empfangenen Sensorsignals. Weiterhin ist die Geschwindigkeit des Objekts aufgrund des Dopplereffekts von Bedeutung. Der vorbestimmte Frequenzbereich, der charakteristisch ist für eine Person, die sich auf den Radarsensor zubewegt, ist folglich aufgrund des Zusammenhangs f → v, cosα unterschiedlich zu dem vorbestimmten Frequenzbereich, der charakteristisch ist für einen Gabelstapler, der sich mit einer weit höheren Geschwindigkeit als ein Fußgänger auf den Radarsensor zubewegt. Weiterhin hängt der vorbestimmte Frequenzbereich von dem zu detektierenden Bewegungsmuster bzw. der Bewegungsrichtung des Objekts ab. Dies wird anhand der 2a bis 2c besonders deutlich. Soll nämlich der vorbestimmte Frequenzbereich charakteristisch sein für ein Vorbeigehen einer Person, liegt er zwischen 0 Hz und 80 Hz. Soll er jedoch charakteristisch sein für eine Person, die auf den Radarsensor zugeht, liegt er zwischen 120 Hz und 300 Hz.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, bei dem der vorbestimmte Frequenzbereich so gewählt ist, dass er charakteristisch ist für eine Person, die auf den Radarsensor zu kommt. Dieser Anwendungsfall ist beispielsweise für automatische Türen von Interesse. Aufgrund der Randbedingungen, die den Messergebnissen der 2 bis 4 zugrunde liegen, liegt der vorbestimmte Frequenzbereich vorzugsweise zwischen 120 Hz und 300 Hz, weil dieser Frequenzbereich charakteristisch ist für eine Person, die sich auf den einkanaligen Radarsensor vom oben genannten Typ mit einer normalen Gehgeschwindigkeit zubewegt.
  • Die 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Sensorsignal-Auswerteinrichtung 7 gemäß der Erfindung. Die Sensorsignal-Auswerteinrichtung 7, im Folgenden nur noch als „Auswerteinrichtung“ bezeichnet, empfängt ein Sensorsignal a von einem einkanaligen Radarsensor 1, wie er beispielsweise schematisch in 6 gezeigt ist. Der Radarsensor 1 ist einkanalig ausgebildet und weist dementsprechend einen Sendekanal 9 und einen Empfangskanal 11 auf. Der Empfangskanal 11 sendet ein durch einen Signalgenerator 13 erzeugtes Signal und erzeugt auf diese Weise ein in 1 gezeigtes Radarfeld 3. Das im Radarfeld an einer dort befindlichen Person reflektierte Signal wird von dem Empfangskanal 11 empfangen und einer Mischvorrichtung 15 zugeführt, die ein Sensorsignal a ausgibt. Im Wesentlichen erfüllt die Mischvorrichtung 15 die Funktion, dass das empfangene reflektierte Signal von dem ursprünglichen Sendesignal des Signalgenerators 13 subtrahiert wird, so dass das resultierende „heruntergemischte“ Sensorsignal a Signalanteile mit Frequenzen in einem niederfrequenten Frequenzband aufweist, welches leichter zu filtern und zu verstärken ist.
  • Wie in 5 gezeigt ist, wird das von dem Radarsensor 1 ausgegebene Sensorsignal a der Sensorsignal-Auswerteinrichtung 7 zugeführt. Die Sensorsignal-Auswerteinrichtung 7 umfasst eine Verstärkungseinrichtung 17, der das Sensorsignal a zugeführt wird. In der Verstärkungseinrichtung 17 wird das Sensorsignal a um ca. 60 bis 80 dB verstärkt und resultiert somit in einem vorverstärkten Signal b. Die Verstärkung kann, wie eingangs bereits angesprochen, je nach Anwendungsfall variieren. Das vorverstärkte Signal b wird anschließend aufgesplittet und wird einerseits einer aktiven Filtereinheit 19 zugeführt, die eine Filterung und eine Verstärkung des vorverstärkten Signals b bewirkt und ein entsprechendes zweites gefiltertes und verstärktes Signal b2 ausgibt. Die aktive Filtereinheit 19 bewirkt eine Filterung in dem vorbestimmten Frequenzbereich, der bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen 120 bis 300 Hz liegt. Wäre ein Bewegungsmuster einer Person von Interesse, bei dem eine Person an dem Sensor vorbeigeht, müsste die aktive Filtereinheit so ausgelegt werden, dass der vorbestimmte Frequenzbereich zwischen 0 und 80 Hz liegt. Noch anders wäre der vorbestimmte Frequenzbereich zu wählen, wenn in einem Anwendungsfall ein auf den Radarsensor zukommender Gabelstapler von Interesse für die weitere Auswertung des Sensorsignals wäre. Entscheidend ist, dass die aktive Filtereinheit Signalanteile in dem bestimmten Frequenzbereich durchlässt und verstärkt, die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wenigstens eine Person in einem Radarfeld des Radarsensors anzeigen, die auf den Radarsensor zukommt oder sich von diesem wegbewegt. Signalanteile mit Frequenzen, die außerhalb dieses vorbestimmten Frequenzbereichs liegen, sollen hingegen durch die aktive Filtereinheit gedämpft werden, da sie insbesondere auf Personen zurückzuführen sind, die an dem Radarsensor vorbeigehen und damit für die weitere Auswertung des Sensorsignals nicht von Interesse sind.
  • Die aktive Filtereinheit 19 muss folglich Bandpasseigenschaften aufweisen. Für die weitere Auswertung des gefilterten Signals ist es von besonderer Bedeutung, dass das gefilterte Signal zusätzlich verstärkt wird, weil das resultierende gefilterte und verstärkte Signal b2 sonst dauerhaft kleiner wäre in Bezug auf seine Signalstärke (Amplitude, Spannung), als das vorgefilterte Signal b und somit für die weitere Verwertung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht geeignet.
  • Die Grenzfrequenzen der aktiven Filtereinheit 19 sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzugsweise auf die üblichen Gehgeschwindigkeiten einer Person abgestimmt und entsprechen somit vorzugsweise 2 bis 8 km/h. Wie später noch näher erläutert wird, ist die aktive Filtereinheit 19 vorzugsweise so dimensioniert, dass Signalanteile des Sensorsignals mit Frequenzen, die in dem vorbestimmten Frequenzbereich, vorliegend also zwischen 120 und 300 Hz liegen, eine Verstärkung > 1 aufweisen. Signalanteile des vorverstärkten Signals b, die außerhalb des Grenzfrequenzbereichs liegen, werden durch die aktive Filtereinheit 19 folglich nicht verstärkt. Das Resultat ist das gefilterte und verstärkte Signal b2, welches relativ flache Flanken aufweist.
  • Die 5 macht deutlich, dass das vorverstärkte Signal b gleichzeitig an einen ersten Hüllkurvengenerator 21 weitergeleitet wird, der aus dem vorverstärkten Signal b ein Hüllkurvensignal c1 erzeugt. Auf die Funktion und Ausgestaltung des Hüllkurvengenerators 21 wird später noch näher eingegangen. Auch das durch die aktive Filtereinheit 19 gefilterte und verstärkte Signal b2 wird einem zweiten Hüllkurvengenerator 23 zugeführt, der ein zweites Hüllkurvensignal c2 erzeugt.
  • Weiterhin ist eine Vergleichseinrichtung 25 vorgesehen, welcher das erste und das zweite Hüllkurvensignal zugeführt wird. Insbesondere ist die Vergleichseinrichtung 25 bei einer Ausführungsform der Erfindung als Komparator ausgebildet, auf dessen positiven Anschluss das zweite Hüllkurvensignal c2 gelegt wird, während das erste Hüllkurvensignal c1 an dem negativen Eingang des Komparators anliegt. Die Vergleichseinrichtung 25 vergleicht das erste Hüllkurvensignal c1 mit dem zweiten Hüllkurvensignal c2 und erzeugt ein Ausgangssignal d mit einer maximalen Ausgangsspannung Umax, wenn das zweite Hüllkurvensignal c2 größer ist als das erste Hüllkurvensignal c1. Das Ausgangssignal d der Vergleichseinrichtung entspricht folglich einem Rechtecksignal, welches zwischen einer minimalen Ausgangsspannung Umin und einer maximalen Ausgangsspannung Umax hin und her springt, und welches nur dann die maximale Ausgangsspannung aufweist, wenn das zweite Hüllkurvensignal größer ist als das erste Hüllkurvensignal. Aufgrund dieser Eigenschaft erfüllt die Vergleichseinrichtung quasi die Funktion eines idealen Filters, wie später noch näher erläutert wird.
  • Die aktive Filtereinheit 19 und die Vergleichseinrichtung 25 bilden im vorliegenden Ausführungsbeispiel zumindest einen Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Erzeugen eines Auslösesignals, wenn das empfangene Sensorsignal Signalanteile mit Frequenzen in einem vorbestimmten Frequenzbereich aufweist, die wenigstens eine Person in einem Radarfeld des Radarsensors anzeigen, die auf den Radar Signal b2 umfasst zwar bereits diejenigen verstärkten Signalanteile, die auf eine Person zurückgehen, die sich auf den Radarsensor zubewegt oder von diesem wegbewegt, jedoch weist das Signal b2 sehr flache Flanken auf und eignet sich daher noch nicht als Auslösesignal für die Analyseeinrichtung. Die Vergleichseinrichtung hingegen erzeugt ein Ausgangssignal, welches im Wesentlichen eine Rechteckform aufweist und sich daher gut als Auslösesignal für die Analyseeinrichtung eignet. Als Auslösesignal dient dabei vorzugsweise eine maximale Ausgangsspannung Umax, die von der Vergleichseinrichtung 25 aufgrund der beiden Hüllkurvensignale c1 und c2 erzeugt wird.
  • Weiterhin umfasst die Analyseeinrichtung der Auswerteinrichtung 7 einen Signalverlaufsdetektor 27, der den zeitlichen Verlauf der Amplitude des ersten Hüllkurvensignals c1 erfassen kann. Insbesondere kann der Signalverlaufsdetektor 27 erkennen, ob die Amplitude des ersten Hüllkurvensignals ansteigt oder abfällt. Dies wird vorzugsweise dadurch bewerkstelligt, dass der Signalverlaufsdetektor 27 die Amplitude in kurzen zeitlichen Abständen abtastet und die abgetasteten Amplitudenwerte miteinander vergleicht. Hierzu wird das Hüllkurvensignal c1 vorzugsweise einer Analog/Digital-Wandlung unterzogen. Steigen die Werte innerhalb einer bestimmten Zeitspanne bzw. nach mehreren Abtastwerten an, so liegt ein ansteigender Verlauf der Amplitude vor, der anzeigt, dass sich eine Person auf den Radarsensor zubewegt. Werden die Amplitudenabtastwerte hingegen mit zunehmender Zeit geringer, liegt ein absteigender Verlauf der Amplitude des ersten Hüllkurvensignals c1 vor, der anzeigt, dass sich eine Person von dem Radarsensor wegbewegt. Wie eingangs erläutert wurde, lässt sich somit durch den Signalverlaufsdetektor 27 erkennen, ob sich eine Person auf den Radarsensor 1 zubewegt oder wegbewegt.
  • Die 5 macht noch deutlich, dass das resultierende Ausgangssignal d der Vergleichseinrichtung 25 dem Signalverlaufsdetektor 27 zugeführt wird, was dem Zuführen des Auslösesignals von der Einrichtung zum Erzeugen des Auslösesignals zu der Analyseeinrichtung entspricht. Die Analyse, insbesondere die Abtastung des Hüllkurvensignal c1 wird unter der Bedingung gestartet, dass das Ausgangssignal d der Vergleichseinrichtung 25 die maximale Ausgangsspannung Umax aufweist.
  • Die Auswerteinrichtung 7 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 5 noch eine weitere Vergleichseinrichtung 29 auf, die ebenfalls als Komparator ausgebildet sein kann. In der 5 liegt auf dem positiven Eingang der Vergleichseinrichtung 29 eine vorgegebene Schwellspannung URef und auf dem negativen Ausgang das erste Hüllkurvensignal c1 an. Die Vergleichseinrichtung 29 vergleicht die Spannungen des ersten Hüllkurvensignals c1 mit der vorgegebenen Referenzspannung URef und erzeugt ein Ausgangssignal e, welches für den Fall einen maximalen Spannungswert annimmt, dass die Referenzspannung URef größer ist als die Spannung bzw. die Amplitude des ersten Hüllkurvensignals c1. Auch das Ausgangssignal e erzeugt somit ein Rechtecksignal, welches zwischen einer maximalen Ausgangsspannung und einer minimalen Ausgangsspannung verläuft, in Abhängigkeit davon, ob das erste Hüllkurvensignal c1 größer ist als die Referenzspannung. Das Ausgangssignal d der Vergleichseinrichtung 29 kann dazu genutzt werden, neben dem Auslösesignal eine weitere notwendige Bedingung für die Analyseeinrichtung zu schaffen. Demnach kann die weitere Bedingung dazu vorgesehen sein, dass die Analyseeinrichtung und insbesondere der Signalverlaufsdetektor 27 mit der Analyse des Sensorsignals erst beginnt, wenn auch die weitere Bedingung erfüllt ist. Dadurch kann vermieden werden, dass die Analyse bereits dann beginnt, wenn die Amplitude des Sensorsignals bzw. des ersten Hüllkurvensignals lediglich einen Rauschpegel aufweist.
  • Die 7 zeigt ein beispielhaftes Schaltbild für eine Auswerteinrichtung 7 gemäß der 5. Anhand der 7 wird deutlich, dass die Verstärkungseinrichtung 17 in Form von zwei invertierenden Operationsverstärkern 31a und 31b ausgebildet ist. Weiterhin ist erkennbar, dass die aktive Filtereinheit 19 als Bandpassfilter 2. Ordnung 33 ausgebildet ist, der einen nachgeschalteten Operationsverstärker 35 aufweist. Die beiden Hüllkurvengeneratoren 21 und 23 umfassen jeweils eine Gleichrichterdiode D1, D2 sowie einen nachgeschalteten Ladekondensator C1, C2 und einen Entladewiderstand R1, R2. Die Funktionsweise der Hüllkurvengeneratoren ist derart, dass die Gleichrichterdiode das eingehende Signal b bzw. b2 gleichrichtet, indem es die positiven Flanken des Signals durchlässt und mit diesen positiven Flanken den Ladekondensator auflädt. Bei der darauffolgenden negativen Flanke des Signals sperrt die Diode und der Kondensator entlädt sich in dieser Phase über den Entladewiderstand. Das resultierende Hüllkurvensignal c1 umfasst somit nur noch die Spitzenwerte des vorverstärkten Signals b, während das zweite Hüllkurvensignal c2 nur noch die Spitzenwerte des gefilterten und verstärkten Signals b2 umfasst.
  • Die auf diese Weise erzeugten Hüllkurvensignale c1 und c2 werden dann einem Mikroprozessor 37 zugeführt, in dem vorzugsweise die Vergleichseinrichtungen 25 und 29 gemäß 5 implementiert sind. Es versteht sich, dass nicht nur die Vergleichseinrichtungen, sondern insbesondere auch der Signalverlaufsdetektor 27 und weitere Komponenten der Auswerteinrichtung 7 gemäß der Erfindung in dem Mikroprozessor 37 implementiert sein können.
  • Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Auswerteinrichtung 7 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist wie folgt:
    Die Auswerteinrichtung 7 empfängt von dem Radarsensor 1 das Sensorsignal a. Das Sensorsignal a wird in der Verstärkungseinrichtung 17 verstärkt, die das vorverstärkte Signal b ausgibt. Das vorverstärkte Signal b wird anschließend in dem Bandpassfilter 33 in einem vorbestimmten Frequenzbereich, insbesondere zwischen 120 und 300 Hz gefiltert und die gefilterten, d.h. durchgelassenen Signalanteile mittels des Operationsverstärkers 35 verstärkt, so dass letztendlich das gefilterte und verstärkte Signal b2 resultiert. Da die Anteile eines vorverstärkten Signals b, die auf einem „Vorbeigehen“ einer Person an dem Radarsensor 1 beruhen, eine geringere Frequenz aufweisen, werden diese Signalanteile in dem Bandpassfilter 33 gedämpft und die Amplitude des Ausgangssignals b2 ist für Signalanteile mit diesen Frequenzen entsprechend gering. Es entsteht ein gefiltertes und verstärktes Signal b2, welches aufgrund der Funktion des Bandpassfilters 33 flache Flanken aufweist.
  • Mit anderen Worten werden Signalanteile, die auf einem „Vorbeigehen“ einer Person beruhen, durch die aktive Filtereinheit 19 „ausgeblendet“, indem sie in dem Bandpassfilter 33 gedämpft werden. Wenn hingegen Anteile des verstärkten Signals b eine hohe Frequenz aufweisen, beruhen diese auf einem „Herankommen“ oder auf einem „Weggehen“ einer Person, wie einleitend erläutert wurde. Diese Signale sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel für die nachfolgende Auswertung von Interesse, weil sie auf eine Person zurückgehen könnten, die sich dem Radarsensor gezielt nähert. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn der Radarsensor zusammen mit der Sensorsignal-Auswerteinrichtung dazu verwendet werden soll, einen „schlafenden“ Automaten zu wecken, wenn eine Person gezielt auf den Automaten zugeht. Der Radarsensor, der an dem Automaten befestigt bzw. in diesen integriert ist, wobei der Radarsensor ein halbkreisförmiges Radarfeld um den Automaten herum erzeugt, muss hierzu einwandfrei erkennen können, ob sich eine Person gezielt auf den Automaten zubewegt.
  • Die Verstärkungsfunktion der aktiven Filtereinheit 19, insbesondere mittels des Operationsverstärkers 35, ist deshalb von besonderer Bedeutung, weil das gefilterte und verstärkte Ausgangssignal b2 notwendigerweise größer sein muss als das Eingangssignal bzw. das verstärkte Sensorsignal b, weil sonst das Ausgangssignal d der Vergleichseinrichtung 25 permanent eine minimale Ausgangsspannung aufweisen würde.
  • Nach dem Durchlaufen der Hüllkurvengeneratoren 21, 23 werden die ersten und zweiten Hüllkurvensignale c1 und c2 der Vergleichseinrichtung 25 zugeführt. Die maximale Spannung Umax, und somit das Auslösesignal für die Analyseeinrichtung, wird am Ausgang der Vergleichseinrichtung 25 nur dann erzeugt, wenn das zweite Hüllkurvensignal c2 größer ist als das erste Hüllkurvensignal c1. Wenn das zweite Hüllkurvensignal c2 größer ist als das erste Hüllkurvensignal c1, bedeutet dies, dass der Bandpassfilter 33 Signalanteile durchgelassen hat, deren Frequenzen im interessierenden Frequenzbereich, nämlich zwischen 120 und 300 Hz liegen. Diese „ungedämpften“ Signale werden von dem Verstärker 35 derart verstärkt, dass sie größer als das Eingangssignal b sind. Auf diese Weise kann die Vergleichseinrichtung 25 erkennen, dass die aktive Filtereinheit 19 von einem Signal mit einer Frequenz durchlaufen wurde, die für die weitere Auswertung von Interesse ist, da es sich um ein Signal handeln könnte, welches von einer auf den Radarsensor 1 zulaufenden Person herrühren könnte. In diesem Fall erzeugt die Vergleichseinrichtung das Auslösesignal Umax. Die Vergleichseinrichtung 25 realisiert quasi die Funktion eines idealen Filters, in dem das Ausgangssignal zwischen zwei Spannungswerten springt. Auf diese Weise werden auch Signalanteile durch die Vergleichseinrichtung abgeschnitten, die in den weichen Flanken des gefilterten und verstärkten Signals b2 liegen, und die nach der Verstärkung durch die aktive Filtereinheit 19 eine geringere Signalstärke aufweisen als das vorverstärkte Signal b. Die maximale Ausgangsspannung der Vergleichseinrichtung 25 wird also nur dann erzeugt, wenn das Signal b2 nicht nur in dem interessierenden Frequenzbereich, insbesondere zwischen 120 und 300 Hz liegt, sondern wenn das verstärkte Signal b2 zusätzlich größer ist als das vorverstärkte Signal b. Dadurch werden die flachen Flanken des gefilterten und verstärkten Signals b2 nicht mit berücksichtigt. Die Vergleichseinrichtung 25 ist somit besonders vorteilhaft, weil sie einen nahezu idealen Filter darstellt, dessen Ausgangssignal d im Gegensatz zu der aktiven Filtereinheit 19 keine flachen, sondern steile Flanken aufweist.
  • Die Funktion der aktiven Filtereinheit 19 wird im Folgenden anhand der 8 näher erläutert. Die 8 zeigt eine schematische Darstellung der Übertragungsfunktion der aktiven Filtereinheit 19 gemäß dem in 5 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welcher der vorbestimmte Frequenzbereich so gewählt ist, dass er charakteristisch ist für eine Person, die sich dem Radarsensor nähert. Die in der 8 dargestellte Kurve verdeutlicht dabei, dass das Frequenzspektrum des Signals b viele verschiedene Frequenzanteile aufweisen kann. Entscheidend ist, dass die aktive Filtereinheit 19 nur diejenigen Frequenzen in einem Frequenzbereich von f1 bis f2 herausfiltert und verstärkt, die wenigstens eine Person in einem Radarfeld des Radarsensors anzeigen, die auf den Radarsensor zukommt oder sich von diesem wegbewegt. Wie oben dargestellt, liegen diese Grenzfrequenzen bei dem vorliegenden Beispiel zwischen 120 Hz und 300 Hz. Je näher die Frequenz des Sensorsignals an der Mittenfrequenz des Bandpassfilters liegt, desto größer ist die Verstärkung des Signals durch die aktive Filtereinheit. Daher ist die aktive Filtereinheit vorzugsweise so dimensioniert, dass Signalanteile des Sensorsignals mit Frequenzen, die in dem vorbestimmten Frequenzbereich liegen, mit einem Faktor > 1 verstärkt werden und folglich größer sind als das ursprüngliche Eingangssignal. Signalanteile, deren Frequenz hingegen kleiner bzw. größer sind als die Grenzfrequenzen f1, f2, werden nicht verstärkt, da außerhalb des vorbestimmten Frequenzbereichs die Verstärkung kleiner als 1 ist und das Ausgangssignal folglich kleiner als das Eingangssignal ist. Während also Signalanteile mit Frequenzen in den Bereichen E, die außerhalb des vorbestimmten Frequenzbereichs zwischen f1 und f2 liegen, nicht verstärkt werden, werden Signalanteile des Sensor(eingangs)signals b mit einer Frequenz, die innerhalb des vorbestimmten Frequenzbereichs f1–f2 liegen, von dem aktiven Filter mit einem Faktor > 1 verstärkt. Dieser „Durchlassbereich“ der aktiven Filtereinheit 19 ist durch den schraffierten Bereich in der 8 gezeigt und mit F bezeichnet. Entscheidend für die weitere Funktion der erfindungsgemäßen Auswerteinrichtung 7 ist es nunmehr, dass die weichen Flanken des gefilterten und verstärkten Signals b2 gewissermaßen „abgeschnitten“ werden, was durch die Vergleichseinrichtung 25 bewerkstelligt wird. Es versteht sich, dass der vorbestimmte Frequenzbereich f1–f2 für verschiedene Anwendungsfälle variieren kann und die aktive Filtereinheit jeweils entsprechend angepasst zu dimensionieren ist.
  • Die Vergleichseinrichtung 25 erzeugt folglich nur dann ein in 9 gezeigtes Signal „1“, welches gleichbedeutend ist mit der maximalen Ausgangsspannung Umax, wenn die Amplitude des gefilterten und verstärkten Signals b2 größer ist als die Amplitude des vorgefilterten Signals b. In der 8 ergibt sich dieser Zustand der maximalen Ausgangsspannung der Vergleichseinrichtung 25 also dann, wenn die Amplitude des gefilterten und verstärkten Signals b2 in dem karierten Bereich G liegt, in welchem die Amplitude des gefilterten und verstärkten Signals b2 bzw. des zweiten Hüllkurvensignals c2 größer ist als das vorverstärkte Signal b bzw. des ersten Hüllkurvensignals c1. In der 8 wird dies dadurch deutlich, dass das Verhältnis der Amplitude des zweiten Hüllkurvensignals c2 (gefiltertes und verstärktes Signal b2) zu dem ersten Hüllkurvensignal c1 (vorverstärktes Signal b) größer als 1 ist, d.h. |A| > 1, wobei |A| = Ab2/Ab.
  • Das resultierende Ausgangssignal d der Vergleichseinrichtung 25 ist schematisch in der 9 gezeigt. In Verbindung mit 8 zeigt sich, dass das Ausgangssignal d nur dann eine maximale Ausgangsspannung Umax erzeugt, und somit quasi den Wert „1“ annimmt, wenn die Signalanteile des gefilterten und verstärkten Signals b2 im Bereich G der 8 liegen.
  • Die 10a bis 10h zeigen die prinzipielle Wirkungsweise der Einrichtung zum Erzeugen des Auslösesignals und der Analyseeinrichtung gemäß der Erfindung und insbesondere der aktiven Filtereinheit 19, der Vergleichseinrichtung 25 und dessen Zusammenwirken mit dem Signalverlaufsdetektor 27. In den 10a bis 10h ist jeweils das Ausgangssignal d der Vergleichseinrichtung 25 über der Zeit, das erste Hüllkurvensignal c1 über der Zeit sowie das zweite Hüllkurvensignal c2 über der Zeit für verschiedene Bewegungsmuster einer oder mehrerer im Radarfeld des Radarsensors 1 befindlichen Person(en), abgebildet.
  • Die 10a zeigt die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Auswerteinrichtung 7 für den Fall, dass sich Radarfeld des Sensors eine Person befindet, die sich auf den Sensor zubewegt. Die 10a macht deutliche, dass die maximale Ausgangsspannung Umax des Ausgangssignals d dann erzeugt wird, wenn das zweite Hüllkurvensignal c2 größer ist als das Hüllkurvensignal c1 des vorgefilterten Signals b. Die maximale Ausgangsspannung der Vergleichseinrichtung 25 bildet somit das Auslösesignal für die Analyseeinrichtung und insbesondere für den Signalverlaufsdetektor 27, der nun den zeitlichen Verlauf der Amplitude des ersten Hüllkurvensignals c1 anhand mehrerer zeitlich versetzter Amplitudenabtastwerte detektieren kann. Hierzu wird vorzugsweise eine Analog/Digital-Wandlung des Hüllkurvensignals c1 vorgenommen. Die Abtastung erfolgt vorzugsweise in kurzen zeitlichen Abständen. Steigen die Werte der abgetasteten Amplitude mit der Zeit an, so erkennt die Analyseeinrichtung, dass es sich um einen ansteigenden Verlauf der Amplitude handelt, der eine ansteigende Signalstärke des an einer im Radarfeld befindlichen Person reflektierten Signals belegt. Wie eingangs erläutert wurde, nimmt die Signalstärke zu, wenn sich eine Person auf den Radar zubewegt, weil das reflektierte Signal kontinuierlich stärker wird. In dem in 10a dargestellten Fall kann somit die Analyseeinrichtung eindeutig detektieren, dass sich eine Person auf den Radarsensor 1 zubewegt. Die Analyseeinrichtung kann infolgedessen ein Erkennungssignal f erzeugen, welches beispielsweise einer mit der Sensorsignal-Auswerteinrichtung bzw. mit der Sensoreinheit verbundene Schalteinheit, insbesondere einem Selbstbedienungsautomaten, zugeführt werden kann. Der Selbstbedienungsautomat kann aufgrund des Erkennungssignals von einem Ruhezustand in einen Bereitschaftsmodus versetzt werden.
  • Ein Erkennungssignal wird vorzugsweise über einen potentialfreien Relaiskontakt an die jeweilige Schalteinheit weitergeleitet. Denkbar ist auch die Übertragung des Erkennungssignals mittels eines Pulssignals oder eines Optokopplers. Vorzugsweise ist die Sensorsignal-Auswerteinheit bzw. die Sensoreinheit gemäß der Erfindung so ausgebildet, dass sie universell einsetzbar ist und mit jeder beliebigen Schnittstelle eines Herstellers kompatibel ist. Das System ist also vorzugsweise herstellerunabhängig und beliebig an verschiedene Anwendungsbereiche anpassbar. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn ein potentialfreier Anschluss der Sensorsignal-Auswerteinheit bzw. der Sensoreinheit vorgesehen ist.
  • Eine Bedingung für den Startzeitpunkt der durch die Analyseeinrichtung ausgeführten Analyse des ersten Hüllkurvensignals c1 kann nicht nur das Ausgangssignal d der Vergleichseinrichtung 25 sein, sondern zusätzlich kann das Ausgangssignal e der Vergleichseinrichtung 29 eine weitere notwendige Bedingung für den Startzeitpunkt liefern. Die zusätzliche Bedingung kann beispielsweise nur dann als erfüllt angesehen werden, wenn das Ausgangssignal e eine maximale Spannung aufweist, die nur dann erzeugt wird, wenn das erste Hüllkurvensignal c1 einen bestimmten Spannungsschwellenwert übersteigt. Hierdurch wird verhindert, dass die Analyse bereits aufgrund eines Rauschsignals beginnt.
  • In der 10b ist wiederum die Signalstärke des Ausgangssignals d der Vergleichseinrichtung 25, des zweiten Hüllkurvensignals c2 und des ersten Hüllkurvensignals c1 über der Zeit aufgetragen. Unter der Bedingung, dass das Ausgangssignal d die maximale Ausgangsspannung Umax annimmt und somit das Auslösesignal erzeugt wurde, beginnt die Analyseeinrichtung mit der zeitlichen Analyse des ersten Hüllkurvensignals c1. Sofern noch eine weitere Bedingung erfüllt sein muss, startet die Analyse nicht, bevor diese weitere Bedingung nicht auch erfüllt ist. Die Analyseeinrichtung tastet daraufhin die Amplitude des ersten Hüllkurvensignals c1 ab. Die Auswertung des Hüllkurvensignals c1 anstelle des zweiten Hüllkurvensignals c2 ist im Übrigen von Vorteil, weil es im Gegensatz zu dem Hüllkurvensignal c2 nicht durch den Bandpassfilter 33 der aktiven Filtereinheit 19 mit flachen Flanken verfälscht ist.
  • In der 10b detektiert der Signalverlaufsdetektor 27 eine abfallende Flanke des Hüllkurvensignals c1, wiederum durch Erfassen von mehreren Abtastwerten des Hüllkurvensignals c1 in kurzen zeitlichen Abstände. Daraus kann wiederum geschlossen werden, dass die Signalstärke des reflektierten Sensorsignals a mit der Zeit schwächer wird, was auf eine Person im Radarfeld des Radarsensors hindeutet, die sich von dem Sensor wegbewegt. In diesem Fall wird folglich kein Erkennungssignal f erzeugt, bzw. weist das Erkennungssignal f eine minimale Spannung auf.
  • Die 10c zeigt den Signalverlauf des Ausgangssignals d, des zweiten Hüllkurvensignals c2 und des ersten Hüllkurvensignals c1 über der Zeit für den Fall, dass sich eine einzige Person im Radarfeld befindet, die sich lediglich an dem Radarsensor 1 vorbeibewegt, entsprechend dem in der 1 gezeigten Objekt 5a. Der positive Effekt der Erfindung wird hier besonders deutlich, weil das Ausgangssignal d der Vergleichseinrichtung 25 in diesem Fall nur einen minimalen Spannungswert aufweist und folglich kein Auslösesignal erzeugt wird. Der minimale Spannungswert resultiert daraus, dass in dem Bandpassfilter 33 der aktiven Filtereinheit 19 die Frequenzen, die auf das Vorbeilaufen einer Person zurückzuführen sind, herausgefiltert werden und folglich das gefilterte und verstärkte Signal b2 eine kleinere Amplitude aufweist, als das vorverstärkte Eingangssignal b. Infolgedessen wird die Vergleichseinrichtung 25, welche die beiden Hüllkurven dieser Signale miteinander vergleicht, lediglich ein minimales Spannungssignal ausgeben. Da das Ausgangssignal d der Vergleichseinrichtung 25 jedoch nur einen minimalen Wert aufweist, wird die Analyseeinrichtung nicht dazu veranlasst, eine Analyse des ersten Hüllkurvensignals c1 vorzunehmen, weil der Fall ausgeschlossen ist, dass eine ggf. ansteigende Amplitude auf eine Person zurückzuführen ist, die sich auf den Radarsensor zubewegt.
  • Die 10d zeigt einen Signalverlauf des Ausgangssignals d der Vergleichseinrichtung 25, des zweiten Hüllkurvensignals c2 und des ersten Hüllkurvensignals c1 über der Zeit für den Fall, dass sich zwei Personen im Radarfeld des Radarsensors 1 befinden, von denen sich eine Person auf den Radarsensor zubewegt, während sich die andere Person von dem Radarsensor wegbewegt. Beide Personen werden in diesem Fall eine maximale Ausgangsspannung des Ausgangssignals d der Vergleichseinrichtung 25 bewirken, weil die Frequenzen der durch diese Personen erzeugten reflektierten Sensorsignale in dem relevanten Frequenzbereich liegen. Aufgrund des Auslösesignals Umax wird wiederum ein Auswertvorgang des Amplitudenverlaufs des Hüllkurvensignals c1 durch die Analyseeinrichtung gestartet. Zu Beginn der maximalen Ausgangsspannung weist das erste Hüllkurvensignal c1 eine abfallende Flanke auf, die auf eine von dem Radarsensor weggehende Person zurückzuführen ist. Im weiteren Verlauf weist das erste Hüllkurvensignal c1 jedoch einen ansteigenden Verlauf auf, welches die Analyseeinrichtung als Ansteigen der Amplituden- und Abtastwerte des ersten Hüllkurvensignals c1 erkennt. Die Analyseeinrichtung wird hieraus wiederum auf eine Person schließen können, die sich auf den Radarsensor zubewegt und wird infolgedessen ein entsprechendes Erkennungssignal f erzeugen, um einer angeschlossenen Schalteinheit zu signalisieren, dass von einem Energiesparmodus oder Ruhezustand in einen Bereitschaftsmodus geschaltet werden muss. Die 10d macht im Übrigen deutlich, dass das erste Hüllkurvensignal c1 im Wesentlichen einer Kombination der in den 10a und 10b gezeigten Hüllkurvensignalverläufe entspricht.
  • Die 10e zeigt einen weiteren Signalverlauf des Ausgangssignals d der Vergleichseinrichtung 25, des zweiten Hüllkurvensignals c2 und des ersten Hüllkurvensignals c1 über der Zeit für den Fall, dass sich eine Person in dem Radarfeld befindet, die an dem Radarsensor vorbeigeht und gleichzeitig eine Person auf den Radarsensor zugeht. Durch die maximale Ausgangsspannung des Ausgangssignals d der Vergleichseinrichtung 25 wird wiederum der Auswertvorgang durch die Analyseeinrichtung gestartet, der daraufhin eine ansteigende Amplitude des ersten Hüllkurvensignals c1 detektiert. Durch das Abtasten des Amplitudenverlaufs des Hüllkurvensignals c1 in kurzen zeitlichen Abständen stellt die Analyseeinrichtung fest, dass die Amplitude ansteigt, so dass eindeutig auf eine Person geschlossen werden kann, die sich im Radarfeld gezielt auf den Radarsensor zubewegt.
  • Die 10f zeigt den Signalverlauf des Ausgangssignals d der Vergleichseinrichtung 25, des zweiten Hüllkurvensignals c2 und des ersten Hüllkurvensignals c1 über der Zeit für den Fall, dass sich zwei Personen im Radarfeld eines Radarsensors befinden, von denen sich die eine Person an dem Radarsensor 1 vorbeibewegt und die andere sich von dem Radarsensor 1 wegbewegt. In diesem Fall wird die Analyseeinrichtung lediglich eine abfallende Flanke der Amplitude des Hüllkurvensignals c1 erfassen und dementsprechend kein Erkennungssignal f ausgeben.
  • Die 10g und 10h zeigen noch Signalverläufe des Ausgangssignals d der Vergleichseinrichtung 25, des zweiten Hüllkurvensignals c2 und des ersten Hüllkurvensignals c1 für zwei weitere Fälle, in denen sich mehrere Personen im Radarfeld eines Radarsensors aufhalten.
  • Die 10g zeigt dabei einen Fall, bei dem sich drei Personen im Radarfeld aufhalten, von dem eine Person an dem Radarsensor vorbeiläuft, eine Person von dem Radarsensor weggeht und eine Person auf den Radarsensor zugeht. Dabei wird deutlich, dass die Analyseeinrichtung nach dem Erzeugen des Auslösesignals eine ansteigende Flanke des Hüllkurvensignals c1 erfassen kann, so dass hieraus auf die Anwesenheit einer Person im Radarfeld des Radarsensors geschlossen werden kann, die sich auf den Radarsensor zubewegt. Es zeigt sich somit, dass die Sensorsignal-Auswerteinrichtung 7 gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage ist, auch beim Vorhandensein aller drei Bewegungsmuster, eindeutig eine Person unter mehreren zu identifizieren, die sich gezielt auf den Radarsensor zubewegt.
  • Die 10h zeigt noch den Sonderfall, dass sich eine Person an dem Radarsensor im Radarfeld mit erhöhter Geschwindigkeit vorbeibewegt, insbesondere vorbeirennt. In diesem Fall ist aufgrund der eingangs erläuterten Abhängigkeit der Frequenz von der Geschwindigkeit und des Winkels einer Person, die Situation denkbar, dass durch die hohe Geschwindigkeit der vorbeirennenden Person das Sensorsignal a eine hohe Frequenz aufweist, welches das Auslösesignal Umax erzeugt. Auch in diesem Fall kann die Auswerteinrichtung 7 jedoch eindeutig erkennen, dass es sich bei der vorbeirennenden Person nicht um eine Person handelt, die auf den Radarsensor zukommt, weil die Analyseeinrichtung über eine bestimmte Zeitspanne hinweg keine ansteigende Amplitude des Hüllkurvensignals c1 detektieren kann, die einen Rückschluss auf eine näher kommende Person zulässt.
  • Sofern bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung der vorbestimmte Frequenzbereich charakteristisch ist für ein Objekt, insbesondere eine Person, das sich an dem Radarsensor vorbeibewegt, ist der zeitliche Amplitudenverlauf dahingehend zu untersuchen, ob die Amplitude zunächst ansteigt, wieder abfällt und schließlich wieder ansteigt. Dies ist aufgrund des sich ständig ändernden Winkels des Objekts zu dem Radarsensor das typische Muster des zeitlichen Amplitudenverlaufs eines Sensorsignals, welches durch ein Objekt resultiert, das sich an dem Radarsensor vorbeibewegt. Der entsprechende Hüllkurvenverlauf resultiert daraus, dass die Frequenz f von cosα abhängt und cosα = 0 für α = 90° und cosα = 1 für α = 0 gilt. Daraus ergibt sich ein „N-förmiger“ (s. 2c) bzw. „M-förmiger“ Frequenzverlauf des Sensorsignals. Der vorbestimmte Frequenzbereich der aktiven Filtereinheit ist bei diesem Ausführungsbeispiel für eine Person zwischen 0 und 80 Hz zu wählen.
  • Im Folgenden wird anhand der 10a bis 10h noch ein Beispiel für eine Analyse des zeitlichen Amplitudenverlaufs des Sensorsignals bzw. des ersten Hüllkurvensignals c1 erläutert.
  • Für die Analyse können beispielsweise mindestens vier Abtastwerte 1, 2, 3 und 4 in einem zeitlichen Abstand zueinander erfasst werden. Das zeitliche Fenster, innerhalb dessen die Abtastwerte erfasst werden, beträgt beispielsweise eine Sekunde. Wenn das Auslösesignal Umax bzw. die beiden Auslösesignale Umax und e vorliegen, wird der erste Abtastwert erfasst. Die weiteren drei Abtastwerte werden jeweils in zeitlichen Abständen von insbesondere 330 Millisekunden erfasst. Die Abtastwerte sind in den 10a bis 10h als Punkte auf dem ersten Hüllkurvensignal c1 markiert. Da die Hüllkurvensignale c1 und c2 im Wesentlichen die gleiche Form aufweisen, können die Abtastwerte prinzipiell auch von dem zweiten Hüllkurvensignal c2 erfasst werden.
  • In einem nachfolgenden Schritt müssen die erfassten Abtastwerte nun analysiert werden. Insbesondere erfolgt ein Vergleich der Abtastwerte, auf die im Folgenden als M1, M2, M3 und M4 Bezug genommen wird. Anhand von beispielsweise 6 Variablen V1–V6 kann dann der Amplitudenverlauf wie folgt geprüft werden:
    V1 = 1, wenn die Bedingung M1 < M2 erfüllt ist,
    V1 = 0, wenn die Bedingung M1 < M2 nicht erfüllt ist,
    V2 = 1, wenn die Bedingung M1 < M3 erfüllt ist,
    V2 = 0, wenn die Bedingung M1 < M3 nicht erfüllt ist,
    V3 = 1, wenn die Bedingung M1 < M4 erfüllt ist,
    V3 = 0, wenn die Bedingung M1 < M4 nicht erfüllt ist,
    V4 = 1, wenn die Bedingung M2 < M3 erfüllt ist,
    V4 = 0, wenn die Bedingung M2 < M3 nicht erfüllt ist,
    V5 = 1, wenn die Bedingung M3 < M4 erfüllt ist,
    V5 = 0, wenn die Bedingung M3 < M4 nicht erfüllt ist,
    V6 = 1, wenn die Bedingung M2 < M4 erfüllt ist,
    V6 = 0, wenn die Bedingung M2 < M4 nicht erfüllt ist.
  • Anhand der jeweiligen Werte der Parameter V1 bis V6 lässt sich eindeutig feststellen, welches der drei Bewegungsmuster vorliegt (auf den Sensor zubewegen, davon wegbewegen oder daran vorbeibewegen). Die Auswertung der Parameter kann mittels einer tabellarischen Auflistung erfolgen, wie im Folgenden beispielhaft dargestellt ist:
    V1 V2 V3 V4 V5 V6
    1 1 1 1 1 1
    0 1 1 1 1 1
    1 1 1 0 1 1
  • Auf diese Weise kann eine Liste erstellt werden, in der alle denkbaren Kombinationen von einer vordefinierten Anzahl von Abtastwerten erfasst sind, die dem entsprechenden Bewegungsmuster folgen. Die Parameter V1, ..., V6 müssen nicht durchgängig „1“ sein, um beispielsweise eine kontinuierlich ansteigende Amplitude detektieren zu können. Entscheidend ist, dass eine ausreichend hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass ein entsprechendes Bewegungsmuster vorliegt. Somit kann schnell erkannt werden, dass ein Objekt auf den Radarsensor zukommt. Auf die gleich Art und Weise können für die anderen beiden Bewegungsrichtungen bzw. Bewegungsmuster alle denkbaren Kombinationen erfasst werden, die das Absinken der Amplitude für den Fall kennzeichnen, dass ein Objekt sich von dem Radarsensor entfernt, oder die das Ansteigen, das anschließende Absinken und das nachfolgende Ansteigen der Amplitude für den Fall kennzeichnen, dass sich ein Objekt an dem Radarsensor vorbeibewegt.
  • Die Abtastraten können je nach Anwendungsfall unterschiedlich sein. Weiterhin unterliegen die maximalen Abtastraten den Beschränkungen der verwendeten Hardware, insbesondere der Rechengeschwindigkeit des Mikroprozessors.
  • Insgesamt zeigt sich, dass die vorliegende erfindungsgemäße Auswerteinrichtung in vorteilhafter Weise das Sensorsignal eines einkanaligen Radarsensors so auswerten kann, dass das Bewegungsmuster von mehreren im Radarfeld eines Radarsensors befindlichen Objekten, insbesondere Personen unterschieden werden kann und insbesondere zuverlässig ein Objekt unter mehreren detektiert werden kann, das sich gezielt auf den Radarsensor zubewegt, das sich davon wegbewegt oder daran vorbeibewegt. Dies ist erfindungsgemäß möglich durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Auslösesignals, die in dem vorgestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen eine aktive Filtereinheit 19 und eine Vergleichseinrichtung 25 umfasst, die das Auslösesignal, insbesondere in Form einer maximalen Spannung Umax, nur dann erzeugt, wenn das empfangene Sensorsignal a Signalanteile mit Frequenzen in einem vorbestimmten Frequenzbereich f1–f2 aufweist, der charakteristisch ist für wenigstens ein Objekt, das sich in einer Bewegungsrichtung relativ zu dem Radarsensor in dessen Radarfeld bewegt, die für die Auswertung des Sensorsignals von Interesse ist. Weiterhin wird die Erfindung dadurch erreicht, dass eine Analyseeinrichtung zum Analysieren des zeitlichen Amplitudenverlaufs des Sensorsignals a bzw. des vorverstärkten Signals b und des daraus gewonnenen Hüllkurvensignals c1 vorgesehen ist, die das Auslösesignal empfängt, und die so ausgebildet ist, dass die Analyse unter der Bedingung gestartet wird, dass das Auslösesignal erzeugt wurde. Dadurch wird sichergestellt, dass eine Analyse zielgerichtet stattfindet, genau dann nämlich, wenn Frequenzen detektiert wurden, die auf ein Objekt hinweisen, welches das interessierende Bewegungsmuster aufweist. Sobald ein derartiges Signal detektiert wurde, muss der zeitliche Verlauf der Amplitude des Sensorsignals a bzw. des vorgefilterten Signals b und des daraus gewonnenen ersten Hüllkurvensignals c1 durch die Erfassung von mehreren Abtastsignalen dahingehend untersucht werden, ob die Amplitude im Laufe der Zeit ansteigt und/oder abfällt. Falls die Amplitude beispielsweise ansteigt kann daraus eindeutig geschlossen werden, dass sich tatsächlich ein Objekt im Radarfeld befindet, das sich auf den Radarsensor 1 zubewegt. In diesem Fall wird vorzugsweise ein Erkennungssignal von der Auswerteinrichtung ausgegeben, welches eine Schalteinheit, insbesondere einen Selbstbedienungsautomaten, von einem Stand-by-Modus oder „Schlafmodus“ in einen Bereitschaftsmodus versetzt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sensorsignal-Auswerteinrichtung zusammen mit dem Sensor als Sensoreinheit unmittelbar in die zu steuernde Schalteinheit eingebaut wird oder zumindest in deren Nähe angeordnet ist. Die Sensoreinheit ist vorzugsweise als separate Einheit ausgebildet und kann somit ohne Weiteres zur Nachrüstung von bestehenden Schalteinheiten, insbesondere von Selbstbedienungsautomaten, dienen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Radarsensor
    3
    Radarfeld
    5a, 5b, 5c
    Objekte
    7
    Sensorsignal-Auswerteinrichtung
    9
    Sendekanal
    11
    Empfangskanal
    13
    Signalgenerator
    15
    Mischervorrichtung
    17
    Verstärkungseinrichtung
    19
    Aktive Filtereinheit
    21
    Erster Hüllkurvengenerator
    23
    Zweiter Hüllkurvengenerator
    25
    Vergleichseinrichtung
    27
    Signalverlaufsdetektor
    29
    Vergleichseinrichtung
    31a, 31b
    Invertierender Operationsverstärker
    33
    Bandpass 2. Ordnung
    35
    Operationsverstärker
    37
    Mikroprozessor
    α
    Winkel
    a
    Sensorsignal
    b
    Vorverstärktes Signal
    b2
    Gefiltertes und verstärktes Signal
    c1
    Erstes Hüllkurvensignal
    c2
    Zweites Hüllkurvensignal
    d
    Ausgangssignal
    e
    Ausgangssignal
    f
    Erkennungssignal
    E, F, G
    Bereiche
    f
    Frequenz
    t
    Zeit
    A
    Amplitude
    Umax
    Maximale Ausgangsspannung/Auslösesignal
    M1–M4
    Abtastwerte
    V1–V6
    Parameter
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10234291 A1 [0003]

Claims (18)

  1. Sensorsignal-Auswerteinrichtung (7) zur Auswertung eines von einem einkanaligen Radarsensor (1) erzeugten und von der Sensorsignal-Auswerteinrichtung (7) empfangenen Sensorsignals (a), aufweisend: – eine Einrichtung zum Erzeugen eines Auslösesignals (Umax), wenn das empfangene Sensorsignal (a) Signalanteile in einem vorbestimmten Frequenzbereich (f1, f2) aufweist, der charakteristisch ist für wenigstens ein Objekt, das sich in einer Bewegungsrichtung relativ zu dem Radarsensor (1) in dessen Radarfeld (3) bewegt, die für die Auswertung des Sensorsignals (a) von Interesse ist; und – eine Analyseeinrichtung zum Analysieren des zeitlichen Amplitudenverlaufs des Sensorsignals (a), die dazu ausgebildet ist, das Auslösesignal (Umax) zu empfangen und die Analyse unter der Bedingung zu starten, dass das Auslösesignal (Umax) erzeugt wurde.
  2. Sensorsignal-Auswerteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung dazu ausgebildet ist, die Analyse unter der weiteren Bedingung zu starten, dass die Amplitude des Sensorsignals (a) einen vorbestimmten Schwellenwert (URef) überschreitet.
  3. Sensorsignal-Auswerteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstärkungseinrichtung (17) zum Verstärken des empfangenen Sensorsignals (a) und zum Erzeugen eines vorverstärkten Signals (b) vorgesehen ist, die insbesondere zwei invertierende Operationsverstärker (31a, 31b) aufweist.
  4. Sensorsignal-Auswerteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen eines Auslösesignals (Umax) eine aktive Filtereinheit (19) zum Filtern und Verstärken des Sensorsignals, insbesondere des vorverstärkten Signals (b), in dem vorbestimmten Frequenzbereich (f1, f2), und zum Erzeugen eines gefilterten und verstärkten Signals (b2) aufweist, wobei die aktive Filtereinheit insbesondere einen Bandpassfilter (33) 2. Ordnung und einen nachgeschalteten Operationsverstärker (35) aufweist, wobei die aktive Filtereinheit (19) insbesondere so dimensioniert ist, dass Signalanteile des Sensorsignals (a) mit Frequenzen, die in dem vorbestimmten Frequenzbereich (f1, f2) liegen, eine Verstärkung > 1 aufweisen.
  5. Sensorsignal-Auswerteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Hüllkurvengenerator (21) zum Erzeugen eines ersten Hüllkurvensignals (c1) aus dem vorverstärkten Signal (b) und ein zweiter Hüllkurvengenerator (23) zum Erzeugen eines zweiten Hüllkurvensignals (c2) aus dem gefilterten und verstärkten Signal (b2) vorgesehen ist, wobei die Hüllkurvengeneratoren (21, 23) vorzugsweise jeweils eine Gleichrichterdiode (D1, D2) sowie einen der Gleichrichterdiode (D1, D2) nachgeschalteten Ladekondensator (C1, C2) und einen Entladewiderstand (R1, R2) aufweisen.
  6. Sensorsignal-Auswerteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen eines Auslösesignals (Umax) eine Vergleichseinrichtung (25), insbesondere einen Komparator, aufweist, zum Vergleichen des ersten Hüllkurvensignals (c1) mit dem zweiten Hüllkurvensignal (c2) und zum Erzeugen einer maximalen Ausgangsspannung als Auslösesignal (Umax) in dem Fall, dass das zweite Hüllkurvensignal (c2) größer ist als das erste Hüllkurvensignal (c1).
  7. Sensorsignal-Auswerteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung einen Signalverlaufsdetektor (27) aufweist, der dazu ausgebildet ist, einen absteigenden und/oder einen ansteigenden Verlauf der Amplitude des Sensorsignals über der Zeit, insbesondere des ersten Hüllkurvensignals (c1), anhand mehrerer zeitlich versetzter Amplitudenabtastwerte zu erkennen.
  8. Sensorsignal-Auswerteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Erkennungssignal (f) zu erzeugen, wenn die Analyse einen ansteigenden oder einen ansteigenden und einen absteigenden Verlauf der Amplitude des Sensorsignals (a), insbesondere des ersten Hüllkurvensignals (c1) ergibt, wobei das Erkennungssignal insbesondere dazu vorgesehen ist, eine mit der Sensorsignal-Auswerteinrichtung verbundene Schalteinheit, insbesondere einen Selbstbedienungsautomaten, von einem Ruhezustand in einen Bereitschaftsmodus zu versetzen.
  9. Sensorsignal-Auswerteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erzeugen eines Auslösesignals (Umax) und/oder die Analyseeinrichtung in einem Mikroprozessor (37) implementiert sind.
  10. Sensoreinheit, aufweisend einen einkanaligen Radarsensor (1), der ein Sensorsignal (a) ausgibt, und eine mit dem Radarsensor verbundene und das Sensorsignal empfangende Sensorsignal-Auswerteinrichtung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Schalteinheit, insbesondere Selbstbedienungsautomat oder Werbebanner, aufweisend eine Sensoreinheit nach Anspruch 10.
  12. Verfahren zum Auswerten eines von einem einkanaligen Radarsensor (1) erzeugten Sensorsignals (a), aufweisend die folgenden Schritte: – empfangen des Sensorsignals (a); – erzeugen eines Auslösesignals (Umax), wenn das Sensorsignal (a) Signalanteile in einem vorbestimmten Frequenzbereich (f1, f2) aufweist, der charakteristisch ist für wenigstens ein Objekt, welches sich in einer Bewegungsrichtung relativ zu dem Radarsensor (1) in dessen Radarfeld bewegt, die für die Auswertung des Sensorsignals (a) von Interesse ist; und – analysieren des zeitlichen Amplitudenverlaufs des Sensorsignals (a) unter der Bedingung, dass das Auslösesignal (Umax) erzeugt wurde.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch analysieren des zeitlichen Amplitudenverlaufs des Sensorsignals (a) unter der weiteren Bedingung, dass die Amplitude des Sensorsignals (a) einen vorbestimmten Schwellwert (URef) überschreitet.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch verstärken des empfangenen Sensorsignals (a) und erzeugen eines vorverstärkten Signals (b) aus dem Sensorsignal (a) sowie filtern und verstärken des ersten vorverstärkten Signals (b) in dem vorbestimmten Frequenzbereich (f1, f2), und erzeugen eines gefilterten und verstärkten Signals (b2), wobei der vorbestimmte Frequenzbereich insbesondere abhängt von dem verwendeten Sensortyp, der Geschwindigkeit des Objekts sowie der zu detektierenden Bewegungsrichtung bzw. des Bewegungsmusters des Objekts.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch erzeugen eines ersten Hüllkurvensignals (c1) aufgrund des vorverstärkten Signals (b) und erzeugen eines zweiten Hüllkurvensignals (c2) aufgrund des gefilterten und verstärkten Signals (b2).
  16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch vergleichen des ersten Hüllkurvensignals (c1) mit dem zweiten Hüllkurvensignal (c2) und erzeugen einer maximalen Ausgangsspannung als Auslösesignal (Umax), falls das zweite Hüllkurvensignal (c2) größer ist als das erste Hüllkurvensignal (c1).
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, gekennzeichnet durch analysieren des zeitlichen Amplitudenverlaufs des Sensorsignals (a) zum Erkennen eines absteigenden und/oder eines ansteigenden Verlaufs der Amplitude des ersten Sensorsignals (a) über der Zeit, insbesondere des ersten Hüllkurvensignals (c1), durch ein zeitlich versetztes Abtasten der Amplitude des ersten Sensorsignals (a), insbesondere des ersten Hüllkurvensignals (c1).
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 17, gekennzeichnet durch ausgeben eines Erkennungssignals (f), insbesondere wenn ein ansteigender oder wenn ein ansteigender und ein absteigender Verlauf der Amplitude des ersten Hüllkurvensignals (c1) während der Analyse des zeitlichen Amplitudenverlaufs des Sensorsignals (a) detektiert wurde, und insbesondere versetzen einer Schalteinheit, vorzugsweise eines Selbstbedienungsautomaten, von einem Ruhezustand in einen Bereitschaftsmodus, wenn das Erkennungssignal (f) ausgegeben wird.
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