DE112017003679T5

DE112017003679T5 - ASIC-implementierter Bewegungssensor

Info

Publication number: DE112017003679T5
Application number: DE112017003679.8T
Authority: DE
Inventors: Martin Pohlmann; William DiPoala; Lev Altman
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2019-04-04
Also published as: CN109643481A; US10473777B2; US20180059233A1; AU2017320225A1; AU2017320225B2; WO2018041464A1

Abstract

Ein Bewegungssensor und ein Verfahren für das Betreiben eines Bewegungssensors einschließlich einer Antenne, die dazu ausgelegt ist, Funkfrequenz (radio frequency - RF) - Signale zu übertragen und reflektierte RF-Signale zu empfangen. Der Bewegungssensor beinhaltet auch eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, eine Benachrichtigung zu erzeugen, wenn ein Zielobjekt erkannt wird, und eine elektrisch mit der Antenne und der Steuerung gekoppelte anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application specific integrated circuit - ASIC). Die ASIC ist dazu ausgelegt, die RF-Signale zu erzeugen und an die Antenne zu senden und die reflektierten RF-Signale über die Antenne zu empfangen. Die ASIC empfängt auch mindestens einen Steuerparameter von der Steuerung und sendet ein Ausgangssignal, das die Bewegung eines Zielobjekts anzeigt, basierend auf dem mindestens einen Steuerparameter und den reflektierten RF-Signalen, an die Steuerung.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der nicht vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 15/253835 , eingereicht am 31. August 2016, deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
FELD
Ausführungsformen beziehen sich auf Funkfrequenzbewegungssensoren.
HINTERGRUND
Moderne Überwachungssysteme enthalten verschiedene Typen von Sensoren für das Erkennen von Personen innerhalb eines unter Beobachtung stehenden Bereichs. In einigen Fällen beinhalten die Überwachungssysteme einen Bewegungssensor, der Funkfrequenz (radio frequency - RF) -Wellen verwendet, um Bewegung von Objekten innerhalb des unter Beobachtung stehenden Bereichs wahrzunehmen. In solchen Fällen überträgt der Bewegungssensor eine RF-Welle und empfängt eine reflektierte RF-Welle von dem Objekt. Basierend darauf, wann die reflektierten Wellen empfangen werden, kann ein Abstand zwischen dem Objekt und dem Bewegungssensor bestimmt werden. Der Bewegungssensor kann den Abstand zwischen dem Objekt und dem Bewegungssensor über die Zeit überwachen und eine Benachrichtigung oder einen Alarm auslösen, wenn eine Bewegung erkannt wird. Auf diese Weise kann der Bewegungssensor die Anwesenheit einer Person, zum Beispiel eines Eindringlings, in dem unter Beobachtung stehenden Bereich erkennen. Typischerweise sind diese Typen von Bewegungssensoren durch Verwenden eines Mikrocontrollers und spezieller Komponenten aufgebaut.
KURZFASSUNG
Ausführungsformen stellen unter anderem ein System und ein Verfahren zur Bewegungserkennung bereit, das einen Bewegungssensor bereitstellt, der durch Verwenden einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (application specific integrated circuit - ASIC) implementiert ist. Die ASIC kommuniziert mit einer Steuerung zur Bereichsanpassung und Alarmanzeige während des Ausführens der Funkfrequenz (RF) - Übertragung und des Verarbeitens von RF-Reflexionen innerhalb der ASIC. Dies stellt unter anderem eine relativ kostengünstige Implementierung eines Bewegungssensors bereit.
Eine Ausführungsform stellt einen Bewegungssensor bereit, der eine Antenne beinhaltet, die dazu ausgelegt ist, Funkfrequenz (RF) -Signale zu senden und reflektierte RF-Signale zu empfangen. Der Bewegungssensor beinhaltet auch eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, eine Benachrichtigung zu erzeugen, wenn ein Zielobjekt erkannt wird, und eine elektrisch mit der Antenne und der Steuerung gekoppelte anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC). Die ASIC ist dazu ausgelegt, die RF-Signale zu erzeugen und an die Antenne zu senden und die reflektierten RF-Signale über die Antenne zu empfangen. Die ASIC empfängt auch mindestens einen Steuerparameter von der Steuerung und sendet ein Ausgangssignal, das die Bewegung eines Zielobjekts anzeigt, basierend auf dem mindestens einen Steuerparameter und den reflektierten RF-Signalen, an die Steuerung.
Eine andere Ausführungsform stellt ein Verfahren für das Betreiben eines Bewegungssensors bereit. Das Verfahren beinhaltet das Erzeugen von RF-Signalen mit einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) und das Empfangen reflektierter RF-Signale an der ASIC. Eine Steuerung erzeugt mindestens einen Steuerparameter und sendet den mindestens einen Steuerparameter an die ASIC. Die ASIC sendet ein Ausgangssignal, das die Bewegung eines Zielobjekts anzeigt, an die Steuerung, basierend auf dem mindestens einen Steuerparameter und den reflektierten RF-Signalen. Die Steuerung erzeugt dann eine Benachrichtigung, wenn ein Zielobjekt erkannt wird.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm eines Bewegungssensors mit einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) und einer Steuerung, gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein Diagramm der Steuerung von 1, gemäß einer Ausführungsform.
3 ist ein Diagramm einer Zeitablaufsequenz für die ASIC von 1, gemäß einer Ausführungsform.
4 ist ein Diagramm eines Funkfrequenz (RF) -Übertragungs-Bursts von dem Bewegungssensor von 1, gemäß einer Ausführungsform.
5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens des Betriebs der Steuerung von 1, gemäß einer Ausführungsform.
6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens des Betriebs der ASIC von 1, gemäß einer Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bevor jegliche Ausführungsformen detailliert erläutert werden, versteht es sich, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung von Komponenten beschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den folgenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Ausführungsformen können auf verschiedene Weisen praktiziert oder ausgeführt werden.
1 veranschaulicht einen Bewegungssensor 100, gemäß einer Ausführungsform. In dem veranschaulichten Beispiel beinhaltet der Bewegungssensor 100 anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 105, Steuerung 110, Antenne 115, optionale zweite Antenne 120, Operationsverstärker 125, Indikator 130 und Benutzerschnittstelle 135. Die ASIC 105 beinhaltet Funkfrequenz (RF) -Formgenerator 140 (zum Beispiel einen RF-Burst-Generator), Zeitgatter- und Impulsgenerator 145, Oszillator 150, rauscharmen Verstärker 155, Mischer 160 und Abtast- und Halteschaltung 165. 1 stellt einen beispielhaften Aufbau des Bewegungssensors 100 mit auf der ASIC 105 abgelegten Komponenten bereit. Andere Konfigurationen als die hierin veranschaulichten und beschriebenen sind jedoch möglich. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die ASIC 105 zusätzliche Komponenten, einschließlich jener, die außerhalb der ASIC 105 veranschaulicht sind. Die ASIC 105 kann auch einen zusätzlichen Verstärker beinhalten, um Verstärkungssteuerung für die Normalisierung des empfangenen Signals in Bezug auf die Entfernung zu einem Objekt auszuführen.
In dem veranschaulichten Beispiel ist ein Ausgang des Zeitgatter- und Impulsgenerators 145 elektrisch mit dem RF-Formgenerator 140 gekoppelt, und der RF-Formgenerator 140 ist elektrisch mit der Antenne 115 gekoppelt. Ein Eingang zu dem Zeitgatter- und Impulsgenerator 145 ist kommunizierend mit der Steuerung 110 gekoppelt. In einigen Ausführungsformen beinhalten der Zeitgatter- und Impulsgenerator 145 und die Steuerung 110 jeweils eine serielle Peripherieschnittstelle (serial peripheral interface - SPI). Die SPI ermöglicht es, dass Kommunikations- und Steuersignale von der Steuerung 110 zu dem Zeitgatter- und Impulsgenerator 145 gesendet werden. Ausgänge des Zeitgatter- und Impulsgenerators 145 sind elektrisch mit dem rauscharmen Verstärker 155, dem Mischer 160 und der Abtast- und Halteschaltung 165 gekoppelt. Die Antenne 120 (zum Beispiel eine Empfangsantenne) ist elektrisch mit einem Eingang des rauscharmen Verstärkers 155 gekoppelt, und ein Ausgang des rauscharmen Verstärkers 155 ist elektrisch mit einem Eingang des Mischers 160 gekoppelt. Ein Ausgang des Mischers 160 ist elektrisch mit einem Eingang der Abtast- und Halteschaltung 165 gekoppelt. Ein Ausgang der Abtast- und Halteschaltung 165 ist elektrisch mit dem Operationsverstärker 125 gekoppelt. Ein Ausgang des Operationsverstärkers 125 ist elektrisch mit der Steuerung 110 gekoppelt, und ein Ausgang der Steuerung 110 ist elektrisch mit dem Indikator 130 gekoppelt. In einigen Ausführungsformen kann der Bewegungssensor 100 eine einzelne Antenne (zum Beispiel eine monostatische Radarantenne) für das Übertragen und Empfangen von RF-Signalen aufweisen, wie durch eine gestrichelte Linie in 1 veranschaulicht, die die Antenne 115 mit der Antenne 120 koppelt.
In einigen Ausführungsformen erzeugt der Zeitgatter- und Impulsgenerator 145 die in 3 veranschaulichten Steuersignale. Die Steuersignale können basierend auf einem Steuersignal, das über die SPI von der Steuerung 110 gesendet wird, erzeugt werden. Die Steuersignale können Steuersignal 175, Steuersignal 180, Steuersignal 185 und Steuersignal 190 beinhalten. In einigen Ausführungsformen erzeugt der Zeitgatter- und Impulsgenerator 145 die Steuersignale zumindest teilweise basierend auf Steuerparametern, die an der Benutzerschnittstelle 135 ausgewählt und über die Steuerung 110 gesendet werden.
Der Bewegungssensor 100 kann mehrere Formen der RF-Übertragung und des RF-Empfangs verwenden. Zum Beispiel kann der Bewegungssensor 100 Infrarot, Mikrowelle oder beides für die Übertragung und den Empfang von RF-Wellen verwenden. In einigen Ausführungsformen aktiviert der Bewegungssensor 100 den Indikator 130 ausschließlich basierend auf einer Magnitude des Dopplersignals, wie unten beschrieben. In anderen Ausführungsformen aktiviert der Bewegungssensor 100 den Indikator 130 zumindest teilweise basierend auf der Magnitude des Dopplersignals und einer anderen Bedingung. Zum Beispiel setzt der Bewegungssensor 100 in einigen Ausführungsformen eine Bedingung in der Steuerung 110, die ein Bewegungsereignis anzeigt, basierend auf der Magnitude des Dopplersignals, und aktiviert den Indikator 130 nur nach Bestätigung des Bewegungsereignisses durch einen anderen innerhalb oder außerhalb des Bewegungssensors 100 platzierten Sensor. Zum Beispiel wird in einigen Ausführungsformen der Indikator 130 teilweise basierend auf innerhalb der Steuerung 110 gespeicherten Informationen, die anzeigen, ob das Bewegungsereignis erkannt wurde, ausgelöst. Insbesondere kann der Indikator 130 zumindest teilweise basierend auf der Aktivierung eines Bits in einem Register der Steuerung 110, das die Erkennung des Bewegungsereignisses anzeigt, ausgelöst werden. In diesem Fall kann der Indikator 130 nach der Erkennung eines Bewegungsereignisses nicht sofort ausgelöst werden. Vielmehr kann der Indikator 130 nur ausgelöst werden, wenn das Bit anzeigt, dass die Erkennung des Bewegungsereignisses aufgetreten ist, und wenn das Bewegungsereignis von einem anderen Detektor (zum Beispiel dem Infrarotdetektor) bestätigt wird.
Der Indikator 130 und die Benutzerschnittstelle 135 können von verschiedenen Formen und Konstruktionen sein. Zum Beispiel kann der Indikator 130 ein visuelles Gerät (zum Beispiel eine Leuchtdiode (light emitting diode - LED), ein Symbol oder Licht auf einer grafischen Anzeige), ein Audiogerät (zum Beispiel einen Lautsprecher, eine Sirene und dergleichen), ein haptisches Gerät (zum Beispiel ein Vibrationsalarmgerät) oder eine Kombination des Vorstehenden beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann der Indikator 130 ein Alarmrelais, einen elektronischen Schalter oder anderen Auslöser beinhalten, der den Indikator 130 basierend auf einem Signal durch die Steuerung 110 aktiviert. Die Benutzerschnittstelle 135 kann ein Ausgabegerät beinhalten, um Statusinformationen an einen Benutzer bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Benutzerschnittstelle 135 eine Anzeige, Lichter, LED, einen Lautsprecher und dergleichen beinhalten. Die Benutzerschnittstelle 135 kann auch verschiedene Eingabemechanismen für die Parameterauswahl durch einen Benutzer beinhalten. Zum Beispiel kann die Benutzerschnittstelle 135 Knöpfe, auswählbare Symbole, Schalter, Tasten und dergleichen beinhalten. Durch Verwenden der Eingabemechanismen kann ein Benutzer Steuerparameter auswählen, die Erkennungsbereiche für den Bewegungssensor 100 definieren, wie unten diskutiert.
2 veranschaulicht Komponenten der Steuerung 110, gemäß einer Ausführungsform. In dem veranschaulichten Beispiel beinhaltet die Steuerung 110 mehrere elektrische und elektronische Komponenten, die Leistung, Betriebssteuerung und Schutz für die Komponenten und Module innerhalb der Steuerung 110 bereitstellen. Die Steuerung 110 beinhaltet unter anderem elektronischen Prozessor 205 (wie zum Beispiel einen programmierbaren elektronischen Mikroprozessor, Mikrocontroller oder ein ähnliches Gerät), Speicher 210 (zum Beispiel einen nichtflüchtigen, maschinenlesbaren Speicher) und Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 215. Die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 215 kann eine separate oder integrierte SPI für die Kommunikation mit dem Zeitgatter- und Impulsgenerator 145 beinhalten. Die Steuerung 110 kann zusätzliche elektronische Prozessoren, Speicher oder Ein-/Ausgänge beinhalten. Die Steuerung 110 kann zusätzlich oder anstelle des elektronischen Prozessors 205 anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), feldprogrammierbare Gate-Arrays (field programmable gate arrays - FPGA) oder beides beinhalten. Die Steuerung 110 ist dazu ausgelegt, unter anderem Bereiche der hierin beschriebenen Prozesse und Verfahren zu implementieren. In anderen Ausführungsformen kann der Controller 110 zusätzliche, weniger oder unterschiedliche Komponenten beinhalten.
Der elektronische Prozessor 205 ist kommunizierend mit dem Speicher 210 gekoppelt und führt Anweisungen aus, die in dem Speicher 210 gespeichert werden können. Der elektronische Prozessor 205 ist dazu ausgelegt, von dem Speicher 210 abzurufen und Anweisungen auszuführen, die sich auf die Betriebsverfahren des Bewegungssensors 100 beziehen. Der elektronische Prozessor 205 ist kommunizierend mit der Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 215 gekoppelt. Die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 215 ist kommunizierend mit Hardware außerhalb der Steuerung 110 gekoppelt. Zum Beispiel ist die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 215 kommunizierend mit dem Indikator 130 und der Benutzerschnittstelle 135 gekoppelt. In einigen Ausführungsformen sendet die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 215 ein Steuersignal, das den durch Steuersignale 275, 280, 285, 290 implementierten Zeitablauf definiert. In einigen Ausführungsformen aktiviert die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 215 direkt oder indirekt eine Bewegungsanzeige (zum Beispiel einen Alarm) mit Hilfe eines zentralen Sicherheitssystems, eines Nachrichtensystems, eines Sicherheitsnetzwerks, eines lokalen Alarms (zum Beispiel eines Alarmlichts oder einer Sirene) und dergleichen.
3 veranschaulicht ein Diagramm einer Zeitablaufsequenz für die Steuersignale 275, 280, 285, 290, wie von dem Zeitgatter- und Impulsgenerator 145 erzeugt, gemäß einer Ausführungsform. 3 veranschaulicht einen einzelnen Übertragungs- und Empfangszyklus (der zum Beispiel über 100 Nanosekunden auftritt). Der in 3 veranschaulichte Übertragungs- und Empfangszyklus kann so erzeugt werden, dass er periodisch wieder auftritt, zum Beispiel alle 1000 Nanosekunden. Auf die Zeitablaufsequenzen und Steuersignale wird bei der Diskussion der unten beschriebenen Verfahren Bezug genommen.
Während des Betriebs des Bewegungssensors 100 wird das Steuersignal 175 von der Steuerung 110 an den RF-Formgenerator 140 gesendet. Basierend auf dem Steuersignal 175 erzeugt der RF-Formgenerator 140 einen RF-Burst gemäß einer Frequenz und einer auf dem Steuersignal 175 basierenden Aktivierungszeitdauer. 4 veranschaulicht ein Beispiel eines RF-Bursts. In einem Beispiel kann der RF-Burst eine Übertragung von RF-Energie bei ungefähr 7,5 Giga-Hertz sein. Der RF-Formgenerator 140 kann den RF-Burst über einen Zeitbereich von 0 bis 2 Nanosekunden erzeugen, während das Steuersignal 175 aktiv ist. Der RF-Burst kann für den Ultrabreitbandbetrieb eine Burst-Wellenform mit einer Bandbreite von 500 Megahertz sein. Der RF-Burst kann durch den RF-Formgenerator 140 gemäß verschiedenen RF-Bestimmungen für übertragene RF-Wellen erzeugt werden. Zum Beispiel kann der RF-Burst so gestaltet werden, dass er die Anforderungen der Federal Communications Commission (FCC), Teile 15.517 und 15.521 und die technischen Anforderungen des European Communications Committee (ECC) (CEPTREP034.pdf) einschließlich Oberschwingungen (-41,3dBm/MHz EIRP, 0dBm Peak EIRP, Bandbreite > 500MHz) erfüllt.
5 veranschaulicht Verfahren 500 zum Betreiben der Steuerung 110 des Bewegungssensors 100, gemäß einer Ausführungsform. In der veranschaulichten Ausführungsform aktiviert die Steuerung 110 die ASIC 105 (Block 505). Mindestens ein Steuerparameter wird von der Benutzerschnittstelle 135 empfangen (Block 510). Der Steuerparameter kann durch Auswahlen empfangen werden, die zu verschiedenen Zeiten durch einen Benutzer, Installierer oder Hersteller des Bewegungssensors 100 an der Benutzerschnittstelle 135 eingegeben oder aktualisiert werden. Die Steuerung 110 erzeugt das Steuersignal basierend auf dem mindestens einen Steuerparameter und sendet den mindestens einen Steuerparameter über die SPI-Verbindung an die ASIC 105 (Block 515). Während des Betriebs des Bewegungssensors 100 erzeugt die ASIC 105 ein Signal, das die Bewegung eines Zielobjekts anzeigt. Das Signal wird dann an der Steuerung 110 empfangen (Block 520). Die Steuerung 110 bestimmt, ob das Signal größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist (Block 525). Wenn das Signal größer als der vorgegebene Schwellenwert ist, zeigt dies an, dass die Bewegung des Objekts größer als ein bestimmter Bewegungsbetrag ist, und die Steuerung 110 aktiviert den Indikator 130 (Block 535). Wenn das Signal niedriger als der vorgegebene Schwellenwert ist, zeigt dies an, dass die Bewegung des Objekts weniger als der bestimmte Bewegungsbetrag ist, und die Steuerung 110 aktiviert den Indikator 130 nicht (Block 530).
6 veranschaulicht Verfahren 600 für das Betreiben der ASIC 105, gemäß einer Ausführungsform. In der veranschaulichten Ausführungsform erzeugt und sendet die ASIC 105 RF-Signale (das heißt, eine Reihe von RF-Bursts) an die Antenne 115 (Block 605). Die ASIC 105 empfängt reflektierte RF-Signale von dem Zielobjekt über die Antenne 115 (Block 610). Die ASIC 105 empfängt auch mindestens ein Steuersignal von der Steuerung 110 mit Steuerparametern (Block 615). Die ASIC 105 aktiviert die Komponenten der ASIC 105 basierend auf den Steuerparametern, die in dem Steuersignal empfangen werden (Block 620), wie unten näher beschrieben. Die ASIC 105 sendet dann das Ausgangssignal der ASIC 105, das die Bewegung des Zielobjekts anzeigt und das von dem mindestens einen Steuerparameter und den reflektierten RF-Signalen abhängt, an die Steuerung 110 (Block 625).
Bei der Ausführung des Verfahrens 600 (bei Block 620) erzeugt die Steuerung 110 das Steuersignal 185 und gibt das Steuersignal 185 an den Mischer 160 aus. Der Mischer 160 stellt ein Dopplersignal basierend auf einer Kombination des Steuersignals 185 und des empfangenen RF-Signals bereit. Zum Beispiel kann das Dopplersignal eine Differenz zwischen dem Steuersignal 185 und dem empfangenen RF-Signal darstellen. Das Dopplersignal kann eine niedrige Frequenz haben (zum Beispiel 0,1 bis 100 Hertz). Das Steuersignal 185 stellt einen Erkennungsbereich für den Bewegungssensor 100 ein. Zum Beispiel kann das Steuersignal 185 für 100 Nanosekunden aktiv sein, um einen bestimmten Erkennungsbereich für den Bewegungssensor 100 bereitzustellen. Da es ungefähr 2 Nanosekunden dauert, bis die übertragene RF-Welle für jeden Fuß des Erkennungsbereichs zu der Antenne 120 zurück reflektiert wird, begrenzt ein Steuersignal von 100 Nanosekunden den Erkennungsbereich auf 50 Fuß. Als eine Folge erzeugen nach 100 Nanosekunden empfangene reflektierte RF-Wellen das Dopplersignal aufgrund des Fehlens des Steuersignals 185 nach 100 Nanosekunden nicht.
Die Steuerung 110 erzeugt auch das Steuersignal 190 und sendet das Steuersignal 190 an die Abtast- und Halteschaltung 165. Wie in 3 veranschaulicht, kann das Steuersignal 190 ein 100-Nanosekunden-Impuls sein, um die Abtast- und Halteschaltung 165 während des Empfangs des reflektierten Signals zu aktivieren. Da die übertragene RF-Welle als ein Burst übertragen werden kann, wandelt die Abtast- und Halteschaltung 165 das Dopplersignal, das auch als ein Burst empfangen werden kann, in ein Dauerwellensignal um. In einigen Ausführungsformen wird ein Signal von dem Ausgang der Abtast- und Halteschaltung 165 durch den Operationsverstärker 125 verstärkt, bevor es an die Steuerung 110 gesendet wird.
Da die Steuersignale 175, 180, 185, 190 mindestens teilweise basierend auf dem von der Steuerung 110 empfangenen Steuersignal gesteuert werden, können die Steuerparameter einen minimalen Erkennungsbereich und einen maximalen Erkennungsbereich des Bewegungssensors 100 definieren. Der minimale Erkennungsbereich kann zum Beispiel zwischen 2 und 10 Fuß einstellbar sein. Der Zeitgatter- und Impulsgenerator 145 steuert das Verarbeiten der reflektierten RF-Signale durch Steuern des Zeitablaufs der Steuersignale 175, 180, 185, 190. Zum Beispiel kann der Zeitgatter- und Impulsgenerator 145 das Steuersignal 190 aktivieren, um die Abtast- und Halteschaltung 165 zwischen 4 und 20 ns für den minimalen Erkennungsbereich zu aktivieren. Der minimale Bereich von 4 bis 20 ns kann durch Parameter eingestellt werden, die von der Benutzerschnittstelle 135 zum Beispiel in Schritten von 2 ns empfangen werden. Das Einstellfenster von 4 bis 20 ns entspricht dem einstellbaren minimalen Erkennungsbereich von 2 bis 10 Fuß. Zusätzlich kann der Zeitgatter- und Impulsgenerator 145 die Abtast- und Halteschaltung 165 zwischen 6 und 200 ns aktivieren, was 3 bis 100 Fuß für das maximale Erkennungsfenster entspricht. Der maximale Bereich von 6 bis 200 ns kann durch Parameter eingestellt werden, die von der Benutzerschnittstelle 135 zum Beispiel in Schritten von 20 ns empfangen werden.
Wie in 3 veranschaulicht, kann die Steuerung 110 das Steuersignal 180 anpassen, um die Verstärkung des rauscharmen Verstärkers 155 zu erhöhen oder die Dämpfung eines variablen Dämpfungsglieds, das in Reihe (nicht gezeigt) über die Zeitdauer positioniert ist, in der es aktiv ist, zu verringern. Zum Beispiel kann das Steuersignal 180 abhängig von dem angestrebten Bereich des Bewegungssensors 100 für ungefähr 100 Nanosekunden aktiv sein. Als eine Folge wird das empfangene RF-Signal angepasst, um RF-Reflexionen, die bei verschiedenen Amplituden, die verschiedenen Entfernungen entsprechen, empfangen werden, zu kompensieren. Insbesondere werden RF-Reflexionen, die später in dem Empfangszyklus empfangen werden, naturgemäß aufgrund des Zurücklegens einer größeren Entfernung (zum Beispiel aufgrund von Streuung) gedämpft und haben somit empfangene Signale mit niedrigerer Amplitude zur Folge. Die Anpassung des Steuersignals 180 durch die Steuerung 110 erhöht die Amplitude dieser empfangenen Signale mit niedrigerer Amplitude.
Somit stellen Ausführungsformen der Erfindung unter anderem einen Bewegungssensor, der mindestens teilweise auf einer ASIC implementiert ist, und ein Verfahren für das Ausführen einer Bewegungserkennung durch die ASIC und eine Steuerung bereit. Verschiedene Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen der Erfindung werden in den folgenden Ansprüchen dargelegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 15253835 [0001]

Claims

Bewegungssensor, der Folgendes umfasst: eine Antenne, die dazu ausgelegt ist, Funkfrequenz (radio frequency - RF) - Signale zu senden und reflektierte RF-Signale zu empfangen; eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, eine Benachrichtigung zu erzeugen, wenn ein Zielobjekt erkannt wird; und eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application specific integrated circuit - ASIC), die elektrisch mit der Antenne und der Steuerung gekoppelt ist, wobei die ASIC dazu ausgelegt ist, die RF-Signale zu erzeugen und an die Antenne zu senden; die reflektierten RF-Signale über die Antenne zu empfangen; mindestens einen Steuerparameter von der Steuerung zu empfangen; und ein Ausgangssignal, das die Bewegung eines Zielobjekts basierend auf dem mindestens einen Steuerparameter und den reflektierten RF-Signalen anzeigt, an die Steuerung zu senden.
Bewegungssensor nach Anspruch 1, der ferner eine Benutzerschnittstelle umfasst, die kommunizierend mit der Steuerung gekoppelt ist, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, den mindestens einen Steuerparameter an die ASIC basierend auf von der Benutzerschnittstelle empfangenen Auswahlen zu senden.
Bewegungssensor nach Anspruch 1, der ferner ein Alarmrelais umfasst, das kommunizierend mit der Steuerung gekoppelt ist, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, die Benachrichtigung zu erzeugen, wenn eine Magnitude des Ausgangssignals größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
Bewegungssensor nach Anspruch 1, wobei die ASIC Folgendes beinhaltet: einen rauscharmen Verstärker, der elektrisch mit der Antenne gekoppelt ist; einen Mischer, der elektrisch mit dem rauscharmen Verstärker gekoppelt ist; eine Abtast- und Halteschaltung, die elektrisch mit dem Mischer verbunden ist; und einen Zeitgatter- und Impulsgenerator, der elektrisch mit dem rauscharmen Verstärker, dem Mischer und der Abtast- und Halteschaltung gekoppelt ist, wobei der Zeitgatter- und Impulsgenerator den mindestens einen Steuerparameter von der Steuerung empfängt und den Zeitablauf von Steuersignalen zu dem rauscharmen Verstärker, dem Mischer und der Abtast- und Halteschaltung basierend auf dem mindestens einen Steuerparameter steuert.
Bewegungssensor nach Anspruch 4, wobei die ASIC ferner Folgendes beinhaltet: einen Impulsgenerator, der elektrisch mit der Antenne und dem Zeitgatter- und Impulsgenerator gekoppelt ist, wobei der Impulsgenerator dazu ausgelegt ist, einen Breitband-RF-Impuls basierend auf einem Steuersignal, das von dem Zeitgatter- und Impulsgenerator gesendet wird, zu erzeugen; und einen Oszillator, der elektrisch mit dem Zeitgatter- und Impulsgenerator gekoppelt ist.
Bewegungssensor nach Anspruch 1, wobei die ASIC ferner dazu ausgelegt ist, das Signalverarbeiten der reflektierten RF-Signale anzupassen, um einen Erkennungsbereich basierend auf dem mindestens einen Steuerparameter einzustellen.
Bewegungssensor nach Anspruch 6, wobei die ASIC dazu ausgelegt ist, den Erkennungsbereich durch Einstellen eines minimalen Erkennungsabstands und eines maximalen Erkennungsabstands für das Zielobjekt basierend auf dem mindestens einen Steuerparameter anzupassen.
Bewegungssensor nach Anspruch 1, wobei die ASIC dazu ausgelegt ist, ein Dopplersignal zu erzeugen, das eine Bewegung des Zielobjekts relativ zu dem Bewegungssensor basierend auf dem reflektierten RF-Signal anzeigt.
Bewegungssensor nach Anspruch 1, wobei die ASIC ferner dazu ausgelegt ist, eine Magnitude der reflektierten RF-Signale zu normalisieren, indem eine Empfindlichkeit für die reflektierten RF-Signale der ASIC über eine vorgegebene Zeit angepasst wird, wobei die vorgegebene Zeit auf dem mindestens einen Steuerparameter basiert.
Bewegungssensor nach Anspruch 1, wobei die Steuerung und die ASIC jeweils eine serielle periphere Schnittstelle beinhalten, die dazu ausgelegt ist, die Übertragung des mindestens einen Steuerparameters zu steuern, und wobei der mindestens eine Steuerparameter Start- und Stoppzeiten für das Verarbeiten des reflektierten RF-Signals intern innerhalb der ASIC definiert.
Verfahren für das Betreiben eines Bewegungssensors, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: das Erzeugen von RF-Signalen mit einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC); das Empfangen der reflektierten RF-Signale an der ASIC; das Erzeugen mindestens eines Steuerparameters durch eine Steuerung; das Senden des mindestens einen Steuerparameters an die ASIC; das Senden eines Ausgangssignals, das die Bewegung eines Zielobjekts anzeigt, von der ASIC an die Steuerung, wobei das Ausgangssignal von dem mindestens einen Steuerparameter und den reflektierten RF-Signalen abhängt; und das Erzeugen einer Benachrichtigung durch die Steuerung, wenn ein Zielobjekt erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Empfangen einer Auswahl von Parametern von einer Benutzerschnittstelle umfasst, und wobei das Erzeugen des mindestens einen Steuerparameters durch die Steuerung auf der Auswahl von Parametern basiert.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erzeugen der Benachrichtigung erfolgt, wenn eine Magnitude des Ausgangssignals größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner Folgendes umfasst: das Empfangen des mindestens einen Steuerparameters von der Steuerung an einem Zeitgatter- und Impulsgenerator; und das Steuern des Zeitablaufs von Steuersignalen an einen rauscharmen Verstärker, einen Mischer und eine Abtast- und Halteschaltung basierend auf dem mindestens einen Steuerparameter.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Erzeugen eines Breitband-RF-Impulses basierend auf einem Steuersignal, das von dem Zeitgatter- und Impulsgenerator gesendet wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Anpassen des Verarbeitens der reflektierten RF-Signale umfasst, um einen Erkennungsbereich basierend auf dem mindestens einen Steuerparameter einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Einstellen eines minimalen Erkennungsabstands und eines maximalen Erkennungsabstands für das Zielobjekt basierend auf dem mindestens einen Steuerparameter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Erzeugen eines Dopplersignals, das eine Bewegung des Zielobjekts relativ zu dem Bewegungssensor basierend auf dem reflektierten RF-Signal anzeigt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Normalisieren einer Magnitude der reflektierten RF-Signale umfasst, indem eine Empfindlichkeit für die reflektierten RF-Signale der ASIC über eine vorgegebene Zeit angepasst wird, wobei die vorgegebene Zeit auf dem mindestens einen Steuerparameter basiert.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Senden des mindestens einen Steuerparameters an die ASIC das Senden des mindestens einen Steuerparameters über eine serielle periphere Schnittstelle umfasst, und wobei der mindestens eine Steuerparameter Start- und Stoppzeiten für das Verarbeiten des reflektierten RF-Signals intern innerhalb der ASIC definiert.