DE3805439A1

DE3805439A1 - Verfahren zur ueberwachung eines raumes gegen unbefugten eintritt mittels ultraschall

Info

Publication number: DE3805439A1
Application number: DE19883805439
Authority: DE
Inventors: Stephan Urra
Original assignee: DOTRONIC MIKROPROZESSORTECHNIK
Current assignee: DOTRONIC MIKROPROZESSORTECHNIK
Priority date: 1988-02-22
Filing date: 1988-02-22
Publication date: 1989-09-07

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Überwa chung eines Raumes gegen unbefugten Eintritt, insbesondere zur Überwachung eines Fahrzeuginnenraumes, mit wenigstens einem Ultraschallsender und wenigstens einem die reflek tierten Signale aufnehmenden Empfänger.

Raumüberwachungssysteme auf Ultraschallbasis sind bekannt. Derartige Anlagen arbeiten nach dem sogenannten Doppler- Verfahren, d. h. z. B. mit einem piezoelektrischen Ultra schallsender mit einer Frequenz von 40 kHz in Schallschwin gungen umgesetzt. Diese Schwingungen werden von einem Ul traschallempfänger aufgenommen und als elektrische Signale weiterverarbeitet, wobei die Reflektionen der Ultraschall signale ausgenutzt werden. Dabei bestimmt die Art dieses Verfahrens ausschließlich die Amplitude der empfangenen Signale. Die Frequenz ändert sich nicht. Wenn sich nunmehr ein bewegtes Objekt im Ultraschallfeld befindet, so wird die Frequenz verschoben, was mit dem sogenannten Doppler- Effekt bezeichnet wird. Die Intensität der Frequenzände rung ist proportional zur Geschwindigkeit.

Derartige nach diesem Effekt arbeitende Überwachungsanla gen sind sehr zuverlässig, sie haben aber, da sie sehr empfindlich sind, den Nachteil, daß sie sich insbesondere für Pkw-Überwachungsanlagen nur bedingt eignen, da es häu fig zu Fehlauslösungen kommt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lösung, mit der eine zuverlässige Raumüberwachung möglich wird, mit der derartige Fehlauslösungen vermeidbar sind.

Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß vom Sender Schallimpulse auf Objekte gesendet und die unmittel bare Reflektion als Echo empfangen werden, daß die so em pfangenen Daten mit Hilfe eines Mikroprozessors elektro nisch aufgezeichnet werden und daß das sich ergebende Schallbild des zu überwachenden Raumes gespeichert und mit nachfolgend erzeugten Schallbildern verglichen und bei Auftreten von Änderungen der Schallbilder ein Alarm od. dgl. ausgelöst wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich eine Fülle von Vorteilen erzielen. So lassen sich insbesondere durch äußere Einflüsse ausgelöste Fehlbetätigungen vermeiden, da diese in der Regel das über das Schallecho entstandene elektronische Bild eines zu überwachenden Raumes nicht än dern. Auch lassen sich Fehlauslösungen z. B. durch im Raum umherfliegende Insekten verhindern, da auf Impuls- bzw. Echoänderungen, die durch derartige Objekte ausgelöst wer den, vom Mikroprozessor geregelt Rücksicht genommen werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist es z. B. auch möglich, offene Fahrzeuge zu überwachen, z. B. Fahrzeuge mit geöffneten Scheiben oder gänzlich offene Fahrzeuge, wie Cabriolets oder dgl.

Die Erfindung sieht auch vor, daß, um Störreflektionen auszufiltern, die Schallimpulse nur über eine Zeit vom Empfänger empfangen werden, die der direkten Reflektion einer Schallwelle entspricht. Damit wird erreicht, daß z. B. an den Fahrzeugwänden, -scheiben oder dgl. reflektier te Schallwellen, die den Empfänger später erreichen als die direkt reflektierte Welle, nicht mehr mitverarbeitet werden, so daß das erzeugte Schallbild immer eindeutig ist.

In weiterer Ausgestaltung ist nach der Erfindung vorgese hen, daß etwa zehn Reflektionsbilder pro Sekunde angefer tigt, elektronisch digitalisiert und als digitale elektro nische Bilder abgelegt werden, wobei die so erzeugten digi talisierten elektronischen Bilder miteinander verglichen werden.

Es ist besonders zweckmäßig, von dem zu überwachenden Raum ein Standardreflektionsbild elektronisch digitalisiert ab zulegen, um es als Vergleichsbild jederzeit zur Verfügung zu haben.

Eine günstige Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich mit dem bekannten Ultraschallüberwachungsver fahren, wobei die Verfahrensweise nach der Erfindung darin besteht, daß zunächst eine an sich bekannte Ultraschall überwachung eines zu überwachenden Raumes vorgenommen wird, wobei bei Störmeldungen über diese Standardultra schallüberwachung eine Impulsschallüberwachung nach der Erfindung ausgelöst wird, die das dann empfangene elektro nisch digitalisierte Schallbild des zu überwachenden Rau mes mit dem gespeicherten Standardschallbild vergleicht und dann bei Auftreten von Abweichungen ein Alarmsignal od. dgl. auslöst.

Diese Kombination ermöglicht es, eine Vielzahl von Fehl auslösungen der Standardultraschallüberwachungen zu vermei den. Statt eines Alarmsignales löst die Ultraschallüberwa chung hier das Einschalten der Impulsüberwachung nach der Erfindung aus.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei spielsweise näher erläutert, diese zeigt in

Fig. 1 ein einfaches Prinzipschaltbild einer Anlage nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Prinzipbild eines Objektes mit einer Verstär kungskennlinie nach dem Verfahren gemäß der Erfindung.

Bei dem Schaltbild in Fig. 1 ist vereinfacht dargestellt, daß ein Sender 1 Impulse 2 aussendet. Diese werden von einem Empfänger 3 in direkter Reflektion empfangen, einem Verstärker 4 zugeleitet, der die empfangenen Signale einem Analogdigitalwandler 5 zuführt. Dieser beaufschlagt einen Mikroprozessor 6, über den sowohl ein Alarmgeber gesteuert wird, was durch den Pfeil 7 angedeutet ist, als auch ein Verstärker 8 für den Sender 1, was wiederum durch den Pfeil 9 angedeutet ist.

Die Funktionsweise ist vereinfacht dargestellt wie folgt:

Ein Generator erzeugt einen 200 µs langen Impuls, der z. B. aus acht Schwingungen mit einer Frequenz von 40 kHz be steht. Diese Modulation ist sinnvoll, damit der schmalban dige Ultraschallsender ein Signal mit ausreichender Schall intensität aussenden kann. Trifft dieser Impuls auf ein reflektierendes Medium im Abstand s 1, so wird nach der Zeit t 1 = 2 s 1/c (Schallgeschwindigkeit) der Empfänger USE erreicht. Ein im Abstand s 2 < s 1 befindliches reflektie rendes Medium erzeugt ein Echoimpuls, welches den Empfän ger nach t 2 = 2 s 2/c erreicht. Bei dem in Fig. 2 darge stellten Beispiel ist ein reflektierendes Objekt 10 im Abstand von s = 0,5 m vom Ultraschallsender dargestellt. Der ausgesendete, gestrichelt dargestellte Impuls nach der Gesamtwegstrecke 2s = 1 m dem Empfänger zugeführt. Da die Schallgeschwindigkeit als Konstante angesehen werden kann, ergibt sich aus dem Weg/Zeit/Gesetz, daß der Impuls nach 3 msec den Empfänger erreicht, was im unteren Teil der Fig. 2 angedeutet ist.

Das Signal y(t) kann nach Gleichrichtung und Filterung der Auswertung unterzogen werden, etwa in der Weise, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Nach der A-D-Wandlung kann das binäre Muster des Erfassungsbereiches in einem RAM abge legt und in nachfolgend aufgezeichneten Mustern verglichen werden, womit jede Änderung im abgelegten Schallbild so fort erkannt wird. Dabei wird erkannt, ob ein Gegenstand aus dem abgebildeten Schallraum entfernt wird (ein Echo verschwindet), ob ein Objekt eingebracht wird, so daß ein neues Echo erzeugt wird, oder ob eine Bewegung im Raum stattfindet, da die Scheitelwerte des Echos im abgelegten Zeitfenster wandern.

Die weitere Signalauswertung erfolgt wie nachfolgend be schrieben:

Das analoge Signal y(t) wird z. B. mit einem Analog/Digi tal-Wandler (ADC) amplitudenquantisiert: In diskreten Zeit schritten (vorgegeben durch die Abtastfrequenz des ADC) wird der momentane Spannungswert y(t) des analogen Ein gangssignals eingelesen, quantisiert (0 . . . 255) und dann in Form eines binärcodierten Datums am Ausgang des ADC zur Verarbeitung bereitgestellt. Diese Datenwörter werden in einen geeigneten organisierten Halbleiterspeicher (RAM) geschrieben.

Bei kontinuierlicher Digitalisierung (Abtastung) des Ein gangssignals entsteht eine Folge von Datenwörtern, die nacheinander im RAM abgelegt werden. Vor der Ablage im RAM ist die Adresse anzugeben, an der das Datenwort gespei chert werden soll. Bei linear ansteigender Adreßzählung steht nach vollständiger Digitalisierung des Signals y(t) ein binäres Muster im Speicher, dessen diskrete Werte die Amplitude des Signals (y-Achse) repräsentieren. Die zu den Werten gehörenden Adressen führen zu einer Diskretisierung der Zeitachse t.

Das binäre Muster stellt somit ein vollständiges digitales Abbild des analogen Eingangssignals y(t) dar. Die Digitali sierung des Eingangssignals wird in regelmäßigen Abständen vorgenommen. Das binäre Muster M 1, das beginnend mit dem Zeitpunkt t 1 aufgezeichnet wurde, ist genau dann identisch mit einem zum Zeitpunkt t 2 < t 1 aufgezeichneten Muster M 2, wenn sich im Fahrzeuginnenraum keine Änderungen ergeben haben: Subtrahiert man die binären Muster voneinander, so ist das Ergebnis null.

Wird ein Objekt, das sich zum Zeitpunkt t 1 im Erfassungs bereich des Bewegungsmelders Melders befunden hat, wegge nommen, dann fehlt im Muster M 2 dessen Echo. Die Subtra hierung ergibt eine Differenz größer null.

Wird ein Objekt, das sich zum Zeitpunkt t 1 nicht im Erfas sungsbereich des Bewegungsmelders befunden hat, eingefügt, dann erscheint dessen Echo im Muster M 2. Die Subtrahierung ergibt eine Differenz kleiner null.

Bewegt sich im Erfassungsbereich des Bewegungsmelders ein Objekt, so kommt es durch die Reflektionen, die dieses Ob jekt verursacht, zu einer ständigen Änderung der Muster.

Alle Funktionen des Bewegungsmelders nach dem Impuls-Echo- Verfahren werden von einem Mikroprozessor gesteuert:

1. Erzeugung der erforderlichen Impulse
2. Steuerung der Analog/Digital-Wandlung
3. Abspeichern der binären Muster
4. Auswertung der binären Muster
5. gegebenenfalls Auslösung des Alarms

Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Er findung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann beispielsweise in ei nem Fahrzeug in einem vorbestimmten Abstand auch ein Kon trollempfänger installiert sein, der die vom Sender aus gesendeten Signale ohne Reflektion direkt empfängt, um auf dem direkten Weg ebenfalls Änderungen der Schallimpulsabga be aufspüren zu können.

Claims

1. Verfahren zur Überwachung eines Raumes gegen unbefugten Eintritt, insbesondere zur Überwachung eines Fahrzeuginnen raumes, mit wenigstens einem Ultraschallsender und wenig stens einem die reflektierten Signale aufnehmenden Empfän ger, dadurch gekennzeichnet, daß vom Sender Schallimpulse auf Objekte gesendet und die unmittelbare Reflektion als Echo empfangen werden, daß die so empfangenen Daten mit Hilfe eines Mikroprozessors elek tronisch aufgezeichnet werden und daß das sich ergebende Schallbild des zu überwachenden Raumes gespeichert und mit nachfolgend erzeugten Schallbildern verglichen und bei Auf treten von Änderungen der Schallbilder ein Alarm od. dgl. ausgelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um Störreflektionen auszufiltern die Schallimpulse nur über eine Zeit vom Empfänger empfangen werden, die der di rekten Reflektion einer Schallwelle entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß etwa zehn Reflektionsbilder pro Sekunde angefertigt, elektronisch digitalisiert und als digitale elektronische Bilder abgelegt werden, wobei die so erzeugten digitali sierten elektronischen Bilder miteinander verglichen wer den.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom zu überwachenden Raum ein Standardreflektionsbild elektronisch digitalisiert abgelegt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine an sich bekannte Ultraschallüberwachung eines zu überwachenden Raumes vorgenommen wird, wobei bei Störmeldungen über die Standardultraschallüberwachung eine Impulsschallüberwachung ausgelöst wird, die das dann emp fangene elektronisch digitalisierte Schallbild des zu über wachenden Raumes mit dem gespeicherten Standardschallbild vergleicht und dann bei Auftreten von Abweichungen ein Alarmsignal od. dgl. auslöst.