DE3740000A1

DE3740000A1 - Elektronische sirene

Info

Publication number: DE3740000A1
Application number: DE19873740000
Authority: DE
Inventors: Takaaki Iwama
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 1986-11-26
Filing date: 1987-11-25
Publication date: 1988-06-09
Also published as: JPS63133199A; JPH087593B2

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Sirene, die unter Verwendung von elektronischen Einrichtungen einen Klang aus verschiedenen Tönen erzeugen kann, der dem einer Sirene ähnlich ist.

Bei der erfindungsgemäßen Sirene ist eine Sirenensignal generatoreinrichtung vergesehen, die einen Mikrocomputer verwendet, und werden Variationen in der Frequenz des Sire nensignals, das durch die Einrichtung erzeugt wird, durch eine Gruppe von Schrittsegmenten erzeugt, die durch Berech nungen mittels einer Datentabelle (Anfangsfrequenz, An stiegsgeschwindigkeit der Frequenz usw.) erhalten werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Frequenz durch Berechnungen ausgegeben, die den ganzzah ligen Teil der Frequenz verwenden, die durch die oben er wähnten Rechenergebnisse erhalten wird. Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Summe der zeitli chen Dauer der Signale mit Frequenzen, die den oben beschrie benen Segmenten entsprechen, auf der Grundlage eines System taktsignals berechnet.

Nahezu alle bekannten elektronischen Sirenen sind analoge Sirenen, die einen Multivibrator oder einen spannungsgesteuer ten Oszillator VCO verwendet. Fig. 6 der zugehörigen Zeich nung zeigt in einem Blockschaltbild den Aufbau eines Bei spiels einer derartigen elektronischen Sirene mit einer span nungsgesteuerten Generatorschaltung 1, einem spannungsgesteu erten Oszillator VCO 2, einer Amplitudenmodulatorschaltung 3, einem Verstärker 4 und einem Lautsprecher 5. Es ist wei terhin ein Sirenenschalter S ₁ vorgesehen.

Eine derartige elektronische Sirene hat die folgenden Nach teile:

i) Da die Frequenz des Sirenensignals durch die Steuer spannung bestimmt ist, die durch die Schaltung 1 er zeugt wird, und seine Wellenform durch die Art der Amplitudenmodulation mittels der Schaltung 3 bestimmt ist, schwanken die Frequenz des Sirenensignals und die Anstiegs- und Abfallscharakteristik aufgrund von Schwankungen der Bauteile der verschiedenen Schaltun gen, so daß viele Regulierungseinrichtungen notwendig sind.
ii) Abweichungen in der Charakteristik der Bauteile auf grund von Temperaturänderungen treten in starkem Maße auf, so daß Temperaturkorrekturen notwendig sind.
iii) Es sind viele Bauteile erforderlich, und die Anzahl der Herstellungsschritte ist groß.
iv) Bei einer analogen Sirene liegt der Sirenenklang fest und ist es nicht möglich, mehrere Sirenenklänge zu er zeugen.

Als ein weiteres Verfahren ist das sogenannte PCM-Verfahren bekannt. Bei diesem Verfahren ist der Sirenenklang kurz, so daß dieses Verfahren nur dann anwendbar ist, wenn Sirenenklän ge, die wiederholt werden, wie beispielsweise "pi-i-po-o-" usw. erzeugt werden. Da weiterhin der Sirenenklang eine nahe zu rechteckige Welle ist, enthält er sehr hochfrequente An teile, so daß es zur Wiedergabe dieser Wellenform nach dem PCM-Verfahren notwendig ist, daß die Sampling- oder Abtast frequenz hoch ist, und daher dieses Verfahren den Nachteil hat, daß viele Speicher benötigt werden.

Da es weiterhin erforderlich ist, daß elektronische Sirenen einen Klang "u-u-" liefern, der der Standardklang beispiels weise einer Sirene ist, und große Variationen in der Fre quenz dieses Klanges auftreten und dieser Klang zeitlich lang andauert, ist es nicht möglich, eine elektronische Si rene nach dem PCM-Verfahren vom Standpunkt der Speicherkapa zität zu verwirklichen.

Durch die Erfindung soll eine elektronische Sirene geschaffen werden, die das PCM-Verfahren nicht verwendet.

Dazu ist die erfindungsgemäße elektronische Sirene dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Mikrocomputer, der Variationen in der Frequenz, ausgehend von einer Gruppe von Schrittsegmenten in einem Frequenzzeitdiagramm, die durch Berechnungen mittels einer Datentabelle einschließlich der Anfangsfrequenz, Variationen in der Frequenz in Zeiteinheit und anderer notwendiger Daten erhalten werden, berechnet, eine elektronische Schaltung zum Erzeugen einer elektrischen Schwingung mit einer Frequenz, die durch eine Anweisung vom Mikrocomputer bestimmt ist, und zum Verstärken dieser Schwingung und einen Lautsprecher zum Umwandeln des elektrischen Signals, das von der elektronischen Schaltung erzeugt wird, in ein akustisches Klangsignal umfaßt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nur der ganzzahlige Teil der durch die Anweisung vom Mikrocomputer bestimmten Frequenz als elektrisches Signal ausge geben.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Summe der zeitlichen Dauer der Signale mit Frequenzen, die den oben beschriebenen Segmenten entsprechen, auf der Grundlage eines Systemtaktsignals berechnet.

Die Frequenz wird nach Maßgabe von Anweisungen vom Mikrocomputer auf der Grundlage der Frequenz eines Quarzschwingers so variiert, daß die Frequenzverteilung eines Sirenen klangs unter Verwendung vieler schrittweise die Frequenz ändernder Segmente approximiert wird.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 in einem Blockschaltbild den Aufbau des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektronischen Sirene,

Fig. 2 ein Beispiel der Frequenzverteilungskurven des Sirenensignals,

Fig. 3 in einer schematischen Darstellung nur den Anfangsteil der Frequenzverteilungskurve von Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Approximationsverfahrens, das zur Verwirklichung der erfindungsgemäßen Sirene verwandt wird,

Fig. 5 in einem Flußdiagramm das Approximationsverfahren, das zur Verwirklichung der erfindungsgemäßen Sirene verwandt wird, und

Fig. 6 in einem Blockschaltbild den Aufbau eines Beispiels einer bekannten elektronischen Sirene.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektronischen Sirene. In Fig. 1 sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 6 für gleiche oder entsprechende Bauteile verwandt und sind zusätz lich ein Sirenenhandschalter S ₂, ein automatischer Sirenen schalter S ₃, ein Schalter S ₄ zum Umschalten zwischen den Sirenenklängen, ein Mikrocomputer 6 mit 4 oder 8 Bit und beispielsweise ein 12-Bit-Digital-Analogwandler 7 dargestellt.

Der Mikrocomputer 6 gibt digitale Signale aus, die zum Erzeugen eines Sirenensignals notwendig sind, das in mehrere Teile unterteilt wird. In jedem Teil variiert die Frequenz linear bezüglich der Zeit in einer später beschriebenen Weise. Der Mikrocomputer 6 liefert das Sirenensignal dem Digital- Analogwandler 7. Der Digital-Analogwandler 7 wandelt die digitalen Signale um, um ein gewünschtes Sirenensignal, d. h. ein analoges Signal, zu erzeugen. Dieses Sirenensignal liegt über den Verstärker 4 am Lautsprecher 5, um den Sirenenklang zu erzeugen.

Der Mikrocomputer 6 ist mit den Schaltern S ₂, S ₃ und S ₄ versehen. Der Schalter S ₂ ist beispielsweise ein Druckknopfschalter, so daß es möglich ist, den Sirenenklang solange zu erzeugen, solange dieser Schalter gedrückt ist. Wenn der Schal ter S ₃ angeschaltet ist, ist es möglich, den Sirenenklang so oft zu wiederholen, wie es erwünscht ist. Wenn weiterhin der Schalter S ₄ angeschaltet ist, ist es möglich, ein Sirenensignal aus verschiedenen Tönen durch eine Variation der Frequenz des Sirenensignals, der Art, die Frequenz zu variieren, usw. zu erzeugen.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel der Frequenzverteilung des Sirenensignals. Es sei dabei angenommen, daß die Anfangsfrequenz des Sirenensignals 50 Hz beträgt und daß die maximale Frequenz 800 Hz beträgt. T ₁ bezeichnet die Anstiegszeit der Frequenz des Sirenensignals von 50 Hz auf 800 Hz. T ₂ ist die Sättigungszeit, während der die Frequenz des Sirenensignals bei 800 Hz gehalten wird. T ₃ bezeichnet schließlich die Abfallszeit, während der die Frequenz des Sirenensignals von 800 Hz auf 50 Hz abfällt. Das heißt, daß der Betrieb der Sirene am Ende des Zeitintervalls T ₂ beendet wird.

Obwohl die reale Frequenzverteilungskurve des Sirenensignals eine stetige Kurve ist, da das Sirenensignal vom Mikrocom puter 6 erzeugt wird, wird die reale Frequenzverteilungskurve mit einer Gruppe von Segmenten approximiert, die in Fig. 2 als acht Segmente 1 bis 8 dargestellt sind. Das heißt, daß Tabellendaten einschließlich der Anfangsfrequenz, der Fre quenzänderungsgeschwindigkeit in Zeiteinheit und andere notwendige Daten des Sirenensignals, das durch die Segmente von 1 bis 8 angegeben ist, vom Programm im Mikrocomputer 1 kom men.

Fig. 3 zeigt nur den Anfangsteil der in Fig. 2 dargestellten Kurve. Wenn die Frequenz von der Anfangsfrequenz von 50 Hz auf 460 Hz in 0,5 s zunimmt, da

Δ t = 500 ms Δ f = 460 - 50 = 410 Hz,

ist die Anstiegsgeschwindigkeit der Frequenz D pro Zeiteinheit gegeben durch

D = Δ f / Δ t = 410/0,5
= 820 Hz/s

Diese gerade Linie kann weiter über eine Gruppe von Schrittsegmenten in der Weise approximiert werden, wie es in Fig. 4 angegeben ist.

Das heißt, daß die folgenden Gleichungen gelten:
F _h= F + Δ F _η Δ F _{η= ( Σ T _η-1) × D T _η-1= 1/F _h-1wobei
F:AnfangsfrequenzΔ F _η:Zunahme der FrequenzΣ T _η-1:Gesamtmeßzeit vom BeginnD:Anstiegsgeschwindigkeit der FrequenzF _h:ausgegebene FrequenzWenn angenommen wird, daß die Anfangsfrequenz 50 HZ beträgt
und T 20 ms beträgt, dann ist F ₁ gegeben durch:
Δ F₁= (20 × 10^-3) × 820 =16,4 Hz
F₁= F + Δ F₁ = 50 Hz + 16,4 Hz = 66,4 Hz
Als nächstes kann F₂ in der folgenden Weise erhalten werden:
T _η-1= 1/F _η-1 = 1/66,4 Hz = 15,060241 msΔ F₂= (20 × 10^-3 + 15,060241 × 10^-3) × 820
= 28,749 Hz
F₂= F + Δ F₂ = 50 Hz + 28,749 Hz = 78,749 Hz
In derselben Weise werden F₃, F₄ . . . der Reihe nach berechnet.
Dabei werden Fehler zwischen den wirklich ausgegebenen
Frequenzen und den Berechnungsergebnissen erzeugt. Der
Grund dafür besteht darin, daß im Mikrocomputer die kleinste
Befehlsausführungszeit durch das Systemtaktsignal bestimmt
ist, das vom Quarzoszillator OSC erzeugt wird, und somit natürlich
das Frequenzauflösungsvermögen bestimmt ist. Die Ab
weichung der Berechnungsergebnisse von den wirklich ausgegebenen
Frequenzen kann in der folgenden Weise berechnet wer
den.

Im Fall 1 von Fig. 2
Nach einem Rechenergebnis der Frequenz ist F₁ = 66,4 Hz
und beträgt das Zeitintervall 1/F₁ = 15,060241 ms.
Wenn die Befehlseinheit des Mikrocomputers 6 1 µs beträgt,
ist das Frequenzauflösungsvermögen für die ausgegebenen Frequenzen
größer als 1 µs.
Das Zeitintervall von 15,060241 ms wird daher im Ausgangssignal
auf 15 060 µs abgerundet. Der Fehler ist somit gegeben als:
15 060,241 µs - 15 060,0 µs = 0,241 µs.
Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß zur Verringerung
dieses Fehlers es nicht das Systemtaktsignal oder die wirklich
ausgegebene Periode, sondern die Periode, die durch die
Berechnung erhalten wird, ist, die für T _n-1 in der internen
Berechnung im Mikrocomputer verwandt wird.
Es versteht sich natürlich, daß dieselbe Frequenz wiederholt
wird, wenn die Änderung in der Periode kleiner als 1 µs ist.
Ob die Tabellendaten 1 beendet werden oder nicht, wird
darüber bestimmt, ob die Frequenz F _n 460 Hz erreicht hat
oder nicht.
Wenn die Arbeit von 50 Hz auf 460 Hz in dieser Weise beendet
ist, geht der Arbeitsvorgang auf die Daten 2 über. Zu diesem
Zeitpunkt ist die Anfangsfrequenz F = 460 Hz. Für die
Frequenzanstiegsgeschwindigkeit D werden neue Daten benutzt,
und es werden ähnliche Rechenvorgänge ausgeführt, wie sie
oben beschrieben wurden.
Dann werden während der Sättigungszeit die zwei Berechnungen
mit einer Frequenzanstiegsgeschwindigkeit D = 0 durchgeführt
und wird die gleiche Frequenz nacheinander ausgegeben.
Wenn der Sirenenhandschalter S₂ ausgeschaltet wird, geht der
Arbeitsvorgang auf den Abfallzeitabschnitt T₃ über und werden
Rechenvorgänge ausgeführt, die umgekehrt zu den Rechenvorgängen
für den Frequenzanstieg sind. Das gleiche gilt
auch für den automatischen Sirenenschalter S₃.Für den Zeit
abschnitt T₂ wird geprüft, ob eine vorbestimmte Zeit T₀ abgelaufen
ist oder nicht, und der Arbeitsvorgang geht auf den
Abfallzeitabschnitt über.
Da bei den oben beschriebenen Rechenvorgängen mittels des
Mikrocomputers 6 die nicht sehr hohe Rechengeschwindigkeit
stark das Frequenzauflösungsvermögen beeinflußt, ist es
wünschenswert, nicht zu komplizierte Rechenvorgänge auszuführen.
Da die Rechenzeit sehr lang ist, um das Ergebnis zu
erhalten, wenn reale Zahlen für die Ausgangsfrequenz verwandt
werden, können die Rechenvorgänge vorzugsweise mit ganzen
Zahlen bewirkt werden, um das Auflösungsvermögen zu erhöhen.
Das heißt, daß die Berechnungen unter Verwendung beispielsweise
von 835 Hz statt 835,253 Hz durchgeführt werden.
Fig. 5 zeigt in einem Flußdiagramm die Arbeitsvorgänge im oben
beschriebenen Mikrocomputer 6.
Wie es oben beschrieben wurde, hat die erfindungsgemäße Sirene
die folgenden Vorteile:
1. Da die Sirenenfrequenz auf der Grundlage des Systemtaktsignals
von einem Qaurzoszillator bestimmt wird, sind
Frequenzschwankungen aufgrund von Temperaturschwankungen
sehr klein, so daß die Frequenz stabil ist.2. Es sind geringere Regulierungen bezüglich derjenigen
notwendig, die bei analogen elektronischen Sirenen be
benötigt werden.3. Es ist möglich, eine Vielzahl von Sirenenklängen durch
Umschalten in einfacher Weise zu erzeugen.4. Eine sehr kleine Speicherkapazität, verglichen mit der
beim PCM-Verfahren ist ausreichend-Darüber hinaus können verschiedene Arten von Sirenenklängen
mit sehr geringen Kosten mit der erfindungsgemäßen elektronischen
Sirene erzeugt werden, so daß diese bei Spielzeugpolizeiautos,
zum Erzeugen des Tons eines Notarztwagens, usw.,
verwandt werden kann.}

Claims

1. Elektronische Sirene, gekennzeichnet durch einen Mikrocomputer (6), der digitale Signale ausgibt, die zum Erzeugen eines gewünschten Sirenenklangs notwendig sind, eine elektronische Schaltung (7), die ein analoges Sirenensignal mit bestimmten Frequenzvariationen auf die digitalen Signale vom Mikrocomputer (6) anspre chend erzeugt, und einen Lautsprecher (5), der vom Sirenensignal angetrie ben wird, um den Sirenenklang zu erzeugen, wobei der Mikrocomputer (6) die digitalen Signale nach Maßgabe einer Anfangsfrequenz des Sirenensignals und Daten erzeugt, die durch Berechnen der Frequenzver teilung aus einer Vielzahl von Teilen erhalten werden, wobei in jedem Teil, ausgehend von der Anfangsfrequenz die Frequenz linear mit der Zeit variiert.

2. Elektronische Sirene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (6) die Daten so berechnet, daß die Frequenzverteilung aus einem ansteigenden Teil, an dem die Frequenz von der Anfangs frequenz auf die maximale Frequenz ansteigt, aus einem Sättigungsteil, an dem die Frequenz auf der maximalen Frequenz gehalten wird, und aus einem abfallenden Teil besteht, an dem die Frequenz von der maximalen Frequenz auf die Anfangsfrequenz abfällt.

3. Elektronische Sirene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (6) eine Frequenzverteilung berechnet, bei der nur der ganzzahli ge Teil der Frequenz für jeden der Teile benutzt wird.

4. Elektronische Sirene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (6) jeden Teil der Frequenzverteilung in Form einer Gruppe von sich schrittweise ändernden Segmenten berechnet.

5. Elektronische Sirene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (6) mit einem ein Systemtaktsignal erzeugenden Quarzoszillator (OSC) versehen ist und die Summe der zeitlichen Dauer des Signals mit einer Frequenz, die jedem der Teile der Frequenzverteilung entspricht, bildet, wobei sich die Frequenz linear mit der Zeit auf der Grundlage des Systemtaktsignals ändert.