DE3226517A1 - Method and device for room surveillance by digital analysis of a complex echo signal - Google Patents
Method and device for room surveillance by digital analysis of a complex echo signalInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Einrichtung zur Raumüberwachung durchProcedure and equipment for room surveillance by
digitale Auswertung eines komplexen Echosignals Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Raumüberwachung mit einem Ultraschall-Raumüberwachungssystem, bestehend aus einem Ultraschallgeber und einem Empfänger für die reflektierten Schallwellen, wobei Geber und Empfänger jeweils für ein bestimmtes Zeitintervall aktivierbar sind, sowie aus einer Auswertungseinrichtung mit Baugruppen, wie Verstärker, Filter und Schreib-Lesespeicher zur Registrierung der empfangenen Signale.digital evaluation of a complex echo signal The invention relates to a method for room surveillance with an ultrasonic room surveillance system, consisting of an ultrasonic transmitter and a receiver for the reflected sound waves, where the transmitter and receiver can each be activated for a specific time interval, as well as from an evaluation device with assemblies such as amplifiers, filters and Read / write memory for registering the received signals.
Durch ein derartiges Verfahren soll eine mögliche Änderung der Geometrie eines Raumes erfaßt und unmittelbar danach Schaltvorgänge ausgelöst werden.Such a method is intended to allow a possible change in the geometry of a room and immediately afterwards switching operations are triggered.
Eine Raumüberwachung mit Ultraschall ist bekannt (DE-OS 29 38 969). Dabei werden periodisch Ultraschallimpulse ausgesendet und der Empfänger jeweils zwischen zwei Ultraschallimpulsen aktiviert. Die Periode wird so gewählt, daß bei einer Reflexion die reflektierten Ultraschallwellen aus einer Raumzone mit der Form einer Kugel schale herrühren, in deren Zentrum die Sende- und Empfangsanlage steht. Durch eine zeitliche Abfolge solcher Messungen mit unterschiedlicher Periode können nacheinander Raumzonen in der Form von Kugelschalen mit unterschiedlichen Radien überwacht werden. Gemessene Echosignale werden in Binärwerte umgewandelt und abgespeichert. Wenn ein wenig später gemessenes Echosignal aus einer bestimmten Raumzone gegenüber einem gespeicherten Referenzsignal aus der gleichen Raumzone differiert, wird ein Warnsignal ausgesendet.A room monitoring with ultrasound is known (DE-OS 29 38 969). Ultrasonic pulses are sent out periodically, and the receiver in each case activated between two ultrasonic pulses. The period is chosen so that at a reflection the reflected ultrasonic waves from a spatial zone with the shape stem from a spherical shell, in the center of which is the transmitter and receiver system. A time sequence of such measurements with different periods allows successive spatial zones in the form of spherical shells with different radii be monitored. Measured echo signals are converted into binary values and stored. When compared with a little later measured echo signal from a certain room zone a stored reference signal from the same room zone differs, a warning signal is sent out.
Dabei ist es notwendig, zur Uberwachung eines Raumes, mehrere Messungen nacheinander durchzuführen, wobei jede nur eine kleine Raumzone abdeckt. Eine Veränderung der Geometrie des Raumes wird nur einmal gemeldet. Danach gilt der geänderte Raum als Grundzustand.It is necessary to carry out several measurements in order to monitor a room to be carried out one after the other, each covering only a small area of space. A change the geometry of the room is only reported once. After that, the changed room applies as the basic state.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das mit einer Messung den gesamten Raum überwacht und eine Veränderung des Raumes so oft meldet, bis sie revidiert wird.The invention is based on the object of developing a method that monitors the entire room with one measurement and a change in the room reports until it is revised.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß nach dem Aussenden eines Signals durch den Geber der Empfänger so lange aktiviert wird, bis alle meßtechnisch noch erfaßbaren, im Raum einfach oder mehrfach reflektierten Signale, die in ihrer Gesamtheit den Raum charakterisieren, den Empfänger erreicht haben, daß während einer bestimmten Aktivierung des Empfängers gemessene Signale als Referenzsignale abgespeichert werden, und daß dann während nachfolgender Aktivierungen des Empfängers gemessene Signale jeweils mit den Referenzsignalen verglichen werden, wobei ein Abweichen zum Auslösen ton Schaltvorgängen führt. Dabei ist es nicht erforderlich, den Raum anfangs in Raumzonen aufzuteilen.This object is achieved according to the invention in that after the Transmission of a signal by the transmitter of the receiver is activated until all signals that can still be measured and that are reflected once or several times in the room, which in their entirety characterize the room, have reached the recipient, that measured signals during a certain activation of the receiver as reference signals stored, and that then during subsequent activations of the receiver measured signals are each compared with the reference signals, wherein a Deviating leads to triggering ton switching processes. It is not necessary to Initially divide the room into room zones.
Ultraschallwellen werden an den Wänden und an im Raum befindlichen Gegenständen reflektiert. Das vom Empfänger innerhalb einer festen Zeitspanne registrierte Echo ist eine Uberlagerung mehrerer reflektierter Wellen. Einfach reflektierte Schallwellen treffen nach verschiedenen Zeitspannen ein, die bei konstanter Schallgeschwindigkeit von der Geometrie des Raumes bestimmt werden. Aber auch innerhalb des Raumes mehrfach reflektierte Schallwellen können den Empfänger während seiner Aktivierungszeit erreichen. Der Empfänger registriert also innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne eine Signalsumme, die sich aus aufeinanderfolgenden und überlagerten Signalen zusammensetzt. Diese Signalsumme charakterisiert die Geometrie des gesamten Raumes und erfährt eine Änderung, wenn die Geometrie des Raumes geändert wird. Die empfangene Signalsumme des unveränderten Raumes wird abgespeichert und dient als Referenz für alle späteren Messungen. Weicht eine gemessene Signalsumme von der festen Referenzsignalsumme ab,so werden Schaltvorgänge ausgelöst.Ultrasonic waves are on the walls and in the room Objects reflected. That registered by the recipient within a fixed period of time Echo is a superposition of several reflected waves. Simply reflected sound waves meet after different periods of time, which at constant speed of sound be determined by the geometry of the room. But also several times within the room reflected sound waves can reach the receiver during its activation time. The receiver registers a signal sum within a predetermined period of time, which is composed of successive and superimposed signals. These Signal sum characterizes the geometry of the entire room and experiences a change, when the geometry of the room is changed. The received signal sum of the unchanged Space is saved and serves as a reference for all subsequent measurements. Gives way a measured signal sum from the fixed reference signal sum, then switching operations triggered.
Die Intensität der reflektierten Signale und somit auch die Signalsumme erhöht sich, wenn man den Geber einen Burst aus mehreren Ultraschalleinzelimpulsen abstrahlen läßt. Nach dem Burst folgt eine Ausschwingpause. Es ist günstig, eine Folge von Intensitätswerten dadurch zu ermitteln, daß jeweils zu festen Zeiten die Intensität der reflektierten Signalsumme gemessen wird. Dadurch kommt man mit Speichern wesentlich geringerer Kapazität, als sie für eine Abspeicherung der gesamten empfangenen Signalsumme erforderlich wäre, Us.The intensity of the reflected signals and thus also the signal sum increases if you give the encoder a burst of several single ultrasonic pulses can radiate. There is a break after the burst. It's cheap to have one To determine the sequence of intensity values that in each case at fixed times the Intensity of the reflected signal sum is measured. This brings you to save Much less capacity than it is for storing the entire received Signal sum would be required Us.
Die Pause zwischen zwei derartigen Intensitätsmessungen sollte günstigerweise so klein sein, daß der inzwischen zurückgelegte Schaltweg kleiner als die Abmessungen der kleinsten zu. registrierenden Körper ist.The pause between two such intensity measurements should favorably be so small that the switching path covered in the meantime is smaller than the dimensions the smallest too. registering body is.
Dadurch wird das Auflösungsvermögen der RaumUberwachung bestimmt.This determines the resolution of the room surveillance.
Diejenige Folge aus Intensitätswerten, die den unveränderten Raum charakterisiert, läßt sich in Binärwerte umwandeln und abspeichern. Sie dient als Referenzfolge für alle später gemessenen Signalfolgen.That sequence of intensity values that results in unchanged space characterized, can be converted into binary values and saved. It serves as a Reference sequence for all signal sequences measured later.
Wenn ein oder mehrere Meßwerte einer Signalfolge den korrespondierenden Meßwerte der gespeicherten Referenzfolge nicht entsprechen, wird ein Schaltvorgang ausgelöst. Es ist dadurch möglich, jede Veränderung im Raum zu erfassen. Ein dabei erforderlicher Vergleich von Meßwertepaaren läßt sich mit bekannten Mitteln der Technik leicht durchführen.If one or more measured values of a signal sequence match the corresponding If the measured values do not correspond to the stored reference sequence, a switching process is started triggered. This makes it possible to capture every change in the room. One of them Required comparison of pairs of measured values can be made with known means of Perform technique easily.
Der Schaltvorgang kann zum Beispiel das Einschalten der Raumbeleuchtung, aber auch das Auslösen eines Warnsignals bewirken.The switching process can, for example, switch on the room lighting, but also trigger a warning signal.
Wenn in dem zu überwachenden Raum eine gewollte Geometrieveränderung erfolgt ist, wird die Folge von Intensitätswerten, die man bei der ersten Meßreihe nach der Veränderung erhält, abgespeichert. Sie ersetzt dann die alte Referenzfolge.If there is an intentional change in geometry in the room to be monitored is done, the sequence of intensity values that are obtained in the first series of measurements received after the change. It then replaces the old reference sequence.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung erzielt man den Vorteil, daß der gesamte Raum gleichzeitig überwacht wird. Eine Unterteilung in einzelne, nacheinander zu überwachende Sektoren erübrigt sich somit. Eine Geometrieveränderung wird daher schneller erfaßt.With the method according to the invention one achieves the advantage that the entire room is monitored at the same time. A division into individual ones, one after the other Sectors to be monitored are therefore superfluous. A geometry change is therefore captured faster.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine einmalige Veränderung der Raumgeometrie bei jeder folgenden Meßreihe erneut erkannt wird. So kann dadurch Licht eingeschaltet bleiben, so lange sich eine Person in einem Raum aufhält.Another advantage is that it is a one-time change the spatial geometry is recognized again in each subsequent series of measurements. So can through it Keep the lights on as long as a person is in a room.
Die Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispieles näher erläutert werden: Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines RaumUberwachungssystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem in Abhängigkeit von der Zeit t die ausgestrahlte und die empfangene Ultraschall-Intensität I während einer Periode sowie die aus dem reflektierten Signal gebildete Folge von Binärwerten veranschaulicht ist.The invention is intended to be roughly based on one in the drawing schematic illustrated embodiment are explained in more detail: Fig. 1 shows the block diagram a room surveillance system for carrying out the method according to the invention, Fig. 2 shows a diagram in which, as a function of time t, the transmitted and the received ultrasound intensity I during a period as well as the off the reflected signal formed sequence of binary values is illustrated.
Ein Oszillator 1 nach Figur 1 erzeugt eine Ultraschallfrequenz, wie auch eine Taktfrequenz. Die Taktfrequenz wird einer Steuerlogik 2, die Ultraschallfrequenz über einen ersten Verstärker 3 und einen ersten elektronischen Schalter 10 einem Ultraschallgeber 4 zugeführt. Der Schalter 10 greift einen Burst 18 bestehend aus mehreren Ultraschallimpulsen heraus, die von dem Ultraschallgeber 4 abgestrahlt werden. In dem zu überwachenden Raum reflektierte Schallwellen erreichen zum Teil überlagert den Empfänger 5. Die empfangene Summe 20 der Signale wird über einen zwei ten elektronischen Schalter 11, einen zweiten Verstärker 6, einen Filter 7 und eine Rauschsperre 8 einem Analog-Digitalwandler 9 zugeführt. Die elektronischen Schalter 10 und 11, die von der Steuerlogik 2 gesteuert werden, ermöglichen es, den Ultraschallgeber 4 und den Empfänger 5 jeweils für ein bestimmtes Zeitintervall zu aktivieren.An oscillator 1 according to Figure 1 generates an ultrasonic frequency, such as also a clock frequency. The clock frequency is a control logic 2, the ultrasonic frequency via a first amplifier 3 and a first electronic switch 10 a Ultrasonic generator 4 supplied. The switch 10 engages a burst 18 consisting of several ultrasonic pulses emitted by the ultrasonic generator 4 will. Sound waves reflected in the room to be monitored sometimes reach superimposed on the receiver 5. The received sum 20 of the signals is over a two electronic switches 11, a second amplifier 6, a filter 7 and a squelch 8 is supplied to an analog-digital converter 9. The electronic Switches 10 and 11, which are controlled by control logic 2, make it possible to the ultrasound transmitter 4 and the receiver 5 each for a specific time interval to activate.
Die Steuerlogik 2 ist darauf ausgelegt, den Analog-Digitalwandler 9 so zu betätigen, daß über die Laufzeit der reflektierten Signal summe 20 in gleichen zeit- lichen Abständen Meßwerte 19 entnommen werden. Die dann erhaltene Folge von Binärwerten 22, die den ungestörten Raum charakterisiert, wird in einem ersten Schreib-Lesespeicher 12 abgespeichert und dient als Referenzfolge. Ein dritter elektronischer Schalter 13 schließt den Zugang zum ersten Schreib-Lesespeicher 12 und ein vierter elektronischer Schalter 14 öffnet einen zweiten Schreib-Lesespeicher 15. Binärwertfolgen, die aufgrund nachfolgender Aktivierungen des Empfängers 5 gebildet werden, speichert jeweils der zweite Schreib-Lesespeicher 15.The control logic 2 is designed to use the analog-to-digital converter 9 to operate so that over the duration of the reflected signal sum 20 in the same Time- Measured values 19 are taken from union intervals. The then received Sequence of binary values 22, which characterize the undisturbed space, is in a first read-write memory 12 and serves as a reference sequence. A third Electronic switch 13 closes access to first read / write memory 12 and a fourth electronic switch 14 opens a second read-write memory 15. Binary value sequences that are formed on the basis of subsequent activations of the receiver 5 are stored in the second read / write memory 15.
Wenn jeder der beiden Schreib-Lesespeicher 12 und 15 eine Folge von Binärwerten 22 enthält, schließt die Steuerlogik 2 die Schalter 13 und 14 und sendet einen Leseimpuls an die Speicher 12 und 15. Ein Komparator 16 vergleicht Bit für Bit die Inhalte der beiden Schreib-Lesespeicher 12 und 15.If each of the two random access memories 12 and 15 is a sequence of Contains binary values 22, the control logic 2 closes the switches 13 and 14 and sends a read pulse to memories 12 and 15. A comparator 16 compares bits for Bit the contents of the two read / write memories 12 and 15.
Ist nur ein Bit-Paar ungleich, dann aktiviert der Komparator 16 eine Meldevorrichtung 17. Die Meldevorrichtung 17 kann eine bekannte Vorrichtung zum Auslösen von Schaltvorgängen, wie Lichtschalter oder Alarmanlagen beinhalten.If only one pair of bits is not the same, then the comparator 16 activates one Reporting device 17. The reporting device 17 may be a known device for Triggering of switching processes, such as light switches or alarm systems.
Figur 2 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf einer Meßperiode. Es wird mit einer Ultraschallfrequenz von 40 kHz ein Burst 18 aus 16 Impulsen abgesendet. Die Zeit tl, während der der Ultraschallgeber 4 aktiviert ist, beträgt also 0,4 ms. Die anschließende Ausschwingpause t2 für den Ultraschallgeber 4 entspricht 64 Ultraschallperioden, also 1,6 ms, und reicht daher aus, die Intensität unter das Niveau der Rauschsperre absinken zu lassen. Nach der Ausschwingpause wird damit begonnen, eine Folge von Intensitätswerten 19 der reflektierten Signalsumme 20 zu messen. Die Pause t3 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Intensitätsmessungen 19 laßt einen Schallweg von ungefähr 20 cm zu, beträgt also ungefähr 0,6 ms. Die gesamte Aktivierungszeit t4 des Empfängers 5 hängt vom Volumen des zu berwachenden Raumes ab und wird so gewählt, daß die ankommende Signalsumme 20 inzwischen unter das Niveau der Rauschsperre absinkt. Die Dauer der nachfolgenden Pause t5 zum Lesen und Vergleichen der registrierten Signalfolge mit der zuvor gespeicherten Referenzfolge wird auch durch die Speicherkapazitäten der Schreib-Lesespeicher 12 und 15 bestimmt. Dieser Vorgang wird beginnend mit der Abstrahlung eines neuen Bursts 21 periodisch wiederholt.FIG. 2 illustrates the course over time of a measurement period. It a burst 18 of 16 pulses is sent at an ultrasonic frequency of 40 kHz. The time t1 during which the ultrasonic generator 4 is activated is therefore 0.4 ms. The subsequent decay pause t2 for the ultrasonic transducer 4 corresponds to 64 Ultrasound periods, i.e. 1.6 ms, and is therefore sufficient to keep the intensity below the To lower the level of the squelch. After the break, it becomes started a sequence of intensity values 19 of the reflected To measure signal sum 20. The pause t3 between two successive intensity measurements 19 allows a sound path of about 20 cm, that is about 0.6 ms. the total activation time t4 of the receiver 5 depends on the volume to be monitored Space from and is chosen so that the incoming signal sum 20 is now below the level of the squelch drops. The duration of the subsequent pause t5 for reading and comparing the registered signal sequence with the previously stored reference sequence is also determined by the storage capacities of the read / write memories 12 and 15. This process is periodic beginning with the emission of a new burst 21 repeated.
Der Analog-Digltalwandler 9 wandelt die Folge von Intensitätswerten 19 der reflektierten Signalsumme 20 in eine Folge von Binarwerten 22 um, nachdem alle Intensitätswerte 19 durch die Rauschsperre 8 um den Intensitätsbetrag 23 des Rauschens vermindert worden sind. Diese Binärwerte 22 können in den Schreib-Lesespeichern 12 und 15 registriert und vom KQmparator 16 verglichen werden.The analog-digital converter 9 converts the sequence of intensity values 19 of the reflected signal sum 20 into a sequence of binary values 22 µm after all intensity values 19 through the squelch 8 by the intensity amount 23 des Noise have been reduced. These binary values 22 can be stored in the read / write memories 12 and 15 are registered and compared by the KQmparator 16.
8 Patentansprüche 2 Figuren8 claims 2 figures
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |