DE60105289T2 - Selbstgeregelte alarmvorrichtung mit geringem energieverbrauch - Google Patents

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Alarmvorrichtung, die in der Lage ist, Schalldruckunterschiede nach der unbeabsichtigten Öffnung einer Tür bzw. eines Fensters oder bei einem Einbruch durch diese/s festzustellen, und insbesondere eine selbstregelnde Alarmvorrichtung mit sehr niedrigem Energieverbrauch.
• Stand der Technik
• In Alarmvorrichtungen dieses Typs wird das Ausgangssignal eines Mikrofons zunächst verstärkt und anschließend ganz allgemein mit einer festgelegten Bezugsspannung in einem Komparator verglichen, dessen Ausgang zwei mögliche Zustände entsprechend dem relativen Wert des vom Mikrofon kommenden Signals und der Bezugsspannung haben kann.
• Diese Vorrichtungen lösen einen Alarm unter dem Einfluss einer aperiodischen Druckwelle aus, während sie gegenüber einem periodischen Signal wie einem hörbaren Schall unempfindlich sind, wobei die Überwachung insbesondere in Bezug auf die Form und die Amplitude der empfangenen Signale erfolgt.
• Bei den meisten der Vorrichtungen des Standes der Technik, die dazu vorgesehen sind, das ungewollte Öffnen von Türen und Fenstern in einem geschlossenen Raum zu verhindern, muss die Einstellung der Empfindlichkeitsgrenze von Fall zu Fall manuell erfolgen.
• Diese Einstellung ist in der Praxis eng mit möglichen Undichtheiten des entsprechenden Raums sowie mit der übermäßigen Flexibilität bestimmter verwendeter Baumaterialien verbunden, was bei starkem Wind durch eine Druckwirkung oder durch Einströmen zu Druckschwankungen im Raum führt.
• Um das Auslösen eines Alarms zu verhindern, der nicht von einem Einbruch verursacht worden ist, ist es üblich, die Empfindlichkeitsgrenze dieser Detektoren auf einen relativ hohen Wert einzustellen, damit sie nicht auf diese zufälligen und unbeeinflussbaren atmosphärischen Störungen reagieren, die vorübergehend sind, da sie von starkem Wind verursacht werden. Eine solche Einstellung erfolgt auf Kosten der Wirksamkeit des Detektors bei ruhigem Wetter.
• Um diese Nachteile zu beheben, ist von der Anmelderin eine selbstregelnde Alarmvorrichtung entwickelt worden, die im europäischen Patent 0 317 459 beschrieben ist. In dieser Vorrichtung enthält ein Schalldruckdifferentialdetektor eine Empfindlichkeitsgrenze, die ständig auf ihren optimalen Wert durch das Ausgangssignal des Mikrofons geregelt wird, das von den atmosphärischen Störungen abhängig ist, die am Mikrofoneingang aufgenommen werden.
• Leider werden in der im Patent EP 0 317 459 beschriebenen Vorrichtung analoge elektronische Komponenten wie Kondensatoren und Widerstände verwendet, deren Charakteristika von einer Komponente zur nächsten bei ein und demselben Komponententyp variieren. Diese Schwankung der Charakteristika bei einer gegebenen Komponente, selbst wenn sie relativ klein ist, kann zu beträchtlichen Funktionsabweichungen zwischen zwei Vorrichtungen bei der Messung führen, wobei die Funktionsweise der Vorrichtung aus der Kombination einer Vielzahl solcher Komponenten resultiert. Außerdem wird eine solche Vorrichtung im Allgemeinen ständig mit Strom versorgt und verursacht daher einen übermäßigen Energieverbrauch aufgrund der Tatsache, dass sie über das Stromnetz mit der Alarmzentrale verbunden ist.
• Es stehen jedoch Dokumente wie die Dokumente US-A-5 705 985, US-A-5 084 696 oder EP-A-0 159 218 zur Verfügung, in welchen Alarmvorrichtungen beschrieben sind, in welchen die Regelungsmittel aus einem Analog/Digital-Umwandler und einem Mikroprozessor bestehen, wobei jedoch in keinem dieser Dokumente die Dauer der atmosphärischen Störung zur Erhöhung der Empfindlichkeitsgrenze der Alarmvorrichtung genutzt wird.
• Beschreibung der Erfindung
• Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, selbstregelnde Alarmvorrichtungen bereitzustellen, die unbedeutende Funktionsabweichungen von einer Vorrichtung zur nächsten aufweisen, insbesondere aufgrund der Tatsache, dass ein Teil der Funktionen der Vorrichtungen durch einen Mikroprozessor realisiert wird.
• Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer Alarmvorrichtung des zuvor genannten Typs, die aufgrund der Verwendung eines Mikroprozessors einen sehr niedrigen Energieverbrauch aufweist.
• Deshalb betrifft die Erfindung eine Alarmvorrichtung nach Patentanspruch 1.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die Aufgaben, Gegenstände und andere Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen näher erläutert, wobei
• 1 ein synoptisches Schema einer erfindungsgemäßen Alarmvorrichtung und
• 2 ein Diagramm, in welchem die Signale dargestellt sind, die an verschiedenen Punkten der Vorrichtung beobachtet werden, wenn sich diese in Ruhe befindet, wenn sie auf eine atmosphärische Störung reagiert und wenn sie einem Einbruch ausgesetzt ist,
  zeigt.
• Spezielle Beschreibung der Erfindung
• In 1 werden die Signale, die von einem Schalldrucksensor 10 wie einem Mikrofon empfangen werden, einerseits auf den +-Eingang eines Verstärkungsmittels 12 mit konstantem Gewinn und andererseits auf den +-Eingang eines Verstärkungsmittels 14 mit re gelbarem Gewinn über einen Widerstand 16, der an eine 0,8-Volt-Spannungsquelle angeschlossen ist, übertragen.
• Das Verstärkungsmittel 12 besteht hauptsächlich aus einem Operationsverstärker 13, der zwischen seinem –-Eingang und seinem Ausgang einen Widerstand (3 MΩ) und einen Kondensator (1 nF) enthält, die als Gegenreaktion dienen, um den Gewinn zu begrenzen. Dabei ist der –-Eingang mit der Masse über einen Elektrolytkondensator verbunden, der die Verstärkung der Ruhespannung verhindert.
• Das Verstärkungsmittel 14 besteht hauptsächlich aus einem Operationsverstärker 15, der zwischen seinem –-Eingang und seinem Ausgang einen Widerstand (4,7 MΩ) und einen Kondensator (1 nF) enthält, die als Gegenreaktion dienen, um den Gewinn zu begrenzen. Der –-Eingang ist an die Masse über einen Elektrolytkondensator 20, der die Verstärkung der Ruhespannung verhindert, und ein Potentiometer 22 mit 210 bis 10 000, dessen Regelung in Abhängigkeit von dem Raum, in welchem die Alarmvorrichtung installiert ist, erfolgt, angeschlossen, wobei der notwendige Gewinn des Verstärkungsmittels geringer wird, je schalldichter der Raum ist.
• Der Ausgang des Verstärkungsmittels 12 ist an den +-Eingang eines Komparators 24 angeschlossen, dessen Aufgabe es ist, das analoge Signal, das von dem Verstärkungsmittel 12 geliefert wird, in ein binäres Signal umzuwandeln, dessen Breite von der Größe der Störung abhängig ist und welches zum Zweck der Selbstregelung der Alarmvorrichtung zum Mikroprozessor 26 geleitet wird.
• Wenn eine atmosphärische Störung wie Wind auftritt, so löst sie am Ausgang des Verstärkungsmittels 12 ein moduliertes Signal aus, das im Allgemeinen eine niedrige Frequenz von 10 bis 20 Hz hat. Dieses dem +-Eingang des Komparators 24 gelieferte Signal führt zu einem digitalen Ausgangssignal am Ausgang 30 des Komparators und somit am Eingang des Mikroprozessors 26. Dieser detektiert einen Wert 1 am Ausgang 30 des Komparators 24 und überträgt dann nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung digitale Pulse auf die Ausgangsleitung 32, deren Aufgabe es ist, die Empfindlichkeit der Vorrichtung derart zu verringern, dass bei einem Windstoß kein ungewollter Alarm ausgelöst wird, wie weiter unten gezeigt werden wird. Der Wert der Zeitverzögerung kann derart auf 1 s festgelegt werden, dass, wenn das in der Leitung 30 empfangene Signal kürzer als diese Zeitverzögerung dauert, der Mikroprozessor 26 keine Maßnahmen ergreift.
• Der Ausgang des Verstärkungsmittels 14 ist an den +-Eingang eines Komparators 34 angeschlossen, der das von dem Verstärkungsmittel 14 gelieferte analoge Signal in ein binäres Signal umwandelt, das dem Mikroprozessor 26 mit dem Ziel zugeleitet wird, ihn über eine ungewollte Öffnung der Tür oder einen Einbruch zu informieren. Wenn ein Signal, das diesem Ereignistyp entspricht, von dem Mikroprozessor 26 erkannt wird, überträgt dieser ein Signal an das Alarmmittel 28, das vorzugsweise ein Radiosender ist, der das Alarmsignal zur Alarmzentrale sendet.
• Wie zuvor ersichtlich, ist der Mikroprozessor 26 programmiert, um ein Signal zu seinem Ausgang 32 zu schicken, wenn er ein digitales Signal mit dem Wert 1 an seinem Eingang 30 detektiert, das vom Komparator 24 kommt. Dieses Signal wird von Pulsen mit veränderlicher Breite gebildet, die von Anzahl und Breite der Pulse mit dem Wert 1 abhängig sind, die am Eingang 30 detektiert worden sind. Eine Signalabtastung mit einer Frequenz von 150 Hz dieses Eingangs vorausgesetzt, wird daher ein Eingangsbit mit einer Frequenz von 15 Hz etwa 5-mal abgetastet, wenn das empfangene Signal eine vollkommene Sinuskurve ist. Mit jeder Abtastung wird die Breite des zur Leitung 32 geschickten Pulses vergrößert. Auf dieselbe Weise wird diese Breite jedes Mal verkleinert, wenn der Mikroprozessor den Wert 0 des Signals in der Leitung 30 feststellt. Es ist daher zu entnehmen, dass mit stärkerem Wind die auf den Ausgang des Komparators 24 übertragenen Pulse breiter werden und außerdem der der Leitung 32 gelieferte Puls ebenfalls breit wird. Es wird so eine Modulierung durch die Pulsbreite erhalten.
• Der auf die Leitung 32 übertragene Puls lädt mehr oder weniger den Kondensator 38 (1 μF) durch den Widerstand 36 (4,7 MΩ) und liefert eine Spannung, deren Wert von der Breite des der Leitung 32 gelieferten Pulses abhängig ist. Mit größerer Breite dieses Pulses wird die Spannung, die dem –-Eingang des Komparators 34 bereitgestellt wird, höher und die Empfindlichkeit des Komparators 34, auf das vom Sensor 10 empfangene Signal zu reagieren, weniger groß, um den Alarm 28 auszulösen. Dabei ist festzustellen, dass die Dauer, während welcher der Mikroprozessor 26 auf das Vorhandensein der atmosphärischen Störung reagiert, indem immer breitere Pulse zum Integrator 36–38 übertragen werden, auf einen Maximalwert wie 10 bzw. 20 s begrenzt werden kann.
• Der Selbstregelung der Empfindlichkeitsgrenze, die zuvor beschrieben worden ist, ist zu entnehmen, dass, wenn sich der Wind in einen Sturm verwandelt, der Alarm aufgrund der Tatsache nicht ausgelöst wird, dass die Empfindlichkeitsgrenze des Komparators 34 zuvor automatisch erhöht worden ist.
• Es ist daher festzustellen, dass es die Herstellungszwänge, die mit der Genauigkeit der Komponenten, aber auch mit den thermischen Abweichungen verbunden sind, erfordern, einen Spielraum vorzusehen, durch welchen die Empfindlichkeit der Vorrichtung verringert wird, damit nicht die Gefahr einer ungewollten Alarmauslösung besteht. Deshalb ist in der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform eine Selbstkalibrierung der Vorrichtung vorgesehen. Diese findet am Ende der Startphase nach dem Anlegen der Spannung statt und besteht für den Mikroprozessor darin, die Breite des Signals 32 zu suchen, die es erlaubt, eine optimale Empfindlichkeit zu erhalten. Indem sukzessive Anpassungen des Signals 32 vorgenommen werden, sucht er die Empfindlichkeitsgrenze, die ein ungewolltes Auslösen verursacht, das sich in einem ständigen Signal 32 materialisiert. Es sind jedoch periodische Nach-Einstellungen aufgrund möglicher thermischer Veränderungen erforderlich. Dazu arbeitet der Mikroprozessor auf zwei Arten und Weisen. Ohne ein Ereignis berechnet er die optimale Breite des Signals 32 (beispielsweise alle 1/2 Stunden) neu. Im Falle eines festgestellten Ereignisses überprüft er, ob es sich nicht um ein ungewolltes Auslösen handelt, indem er die Empfindlichkeitsgrenze vor dem Gültig-Machen des Ereignisses überprüft.
• Die in 2 abgebildeten Diagramme erlauben es, den Wert der Signale S₁ am Ausgang des Verstärkungsmittels 12, S₂ am Ausgang des Komparators 24, S₃ am Ausgang des Komparators 34, S₄ in der Ausgangsleitung 32, S₅ am Eingang des Komparators 34 und S₆ am Ausgang des Mikroprozessors 26 zum Alarm 28, wenn 1) die Vorrichtung sich im Ruhezustand befindet, 2) bei einer atmosphärischen Störung und 3) bei einem Einbruch zu veranschaulichen.
• Wenn keine atmosphärische Störung (Diagramm 1) wie Wind oder kein Einbruch vorliegt, hat das von dem Verstärkungsmittel 12 gelieferte Signal S₁ einen konstanten Wert (0,8 Volt) und liefern die Komparatoren 24 und 34 jeweils ein Signal S₂ bzw. S₃, das praktisch gleich Null ist. In diesem Fall ist das Signal Sa, das vom Mikroprozessor der Leitung 32 bereitgestellt wird, ein regelmäßiges Signal, das es erlaubt, ein Signal S₅ am –-Eingang des Komparators von etwa 1 Volt zu erhalten. Das Signal S₃ ist auf 0 reduziert, dasselbe gilt für das Alarmsignal S₆.
• Wenn Wind aufkommt (Diagramm 2) wird das Signal S₁, das dem Ausgang des Verstärkungsmittels 12 bereitgestellt wird, etwa sinusförmig und hat das Signal S₂, das dem Mikroprozessor bereitgestellt wird, eine Pulsform mit einer Breite, die je nach Größe der Störung variiert. Das Signal S₃ ist immer noch praktisch gleich Null aufgrund der Tatsache, dass die Empfindlichkeitsgrenze erhöht worden ist. Das Vorhandensein von Pulsen S₂ führt durch den Mikroprozessor zur Erzeugung von Pulsen Sa, deren Breite von der Breite und der Anzahl der Pulse S₂ abhängig ist, was in einem höheren Spannungssignal S₅ (2 Volt im vorliegenden Fall) am –-Eingang des Komparators 34 resultiert. Wie zuvor ist das Signal S₃ auf 0 reduziert und gilt dasselbe auf das Alarmsignal S₆.
• Bei einem Einbruch (Diagramm 3) ist das Signal S₁ sowohl in der Breite als auch in der Amplitude sehr groß, jedoch ohne sinusförmig zu sein. Das Signal S₂ am Ausgang des Komparators 24 enthält dann eine große Pulsbreite. Dasselbe trifft auf das Signal S₃ am Ausgang des Komparators 34 zu, und dies unabhängig von der durch den –-Eingang festgelegten Empfindlichkeitsgrenze. Folglich nimmt das Signal S₆ einen hohen Wert nach einer festgelegten Zeitverzögerung an und löst so den Alarm 28 aus. Dabei ist festzustellen, dass die Signale S₄ und S₅ in diesem Fall keine Bedeutung haben (sie sind gestrichelt dargestellt), da der Einbruch viel stärker als eine mögliche Störung ist.
• Dabei ist festzustellen, dass die Analyse der Breite des Signals S₃ durch den Mikroprozessor es erlauben kann, das bereitgestellte Alarmsignal zu unterscheiden. So kann vorgesehen werden, dass, wenn diese Breite sich zwischen einer minimalen und einer maximalen Breite bewegt, es sich um einen Schlag (beispielsweise auf eine Glasscheibe) oder einen Ein bruchsversuch handelt, während es kein Einbruch ist, wenn diese Breite größer als die maximale Breite ist.
• Ohne den Erfindungsumfang zu verlassen, können Modifizierungen vorgenommen werden. So kann der Komparator 24 durch einen Analog/Digital-Wandler ersetzt werden, der es erlaubt, Bitkonfigurationen zu liefern, die mit der Signatur der möglichen atmosphärischen Störungen verbunden sind, wobei diese Konfigurationen vom Mikroprozessor 26 analysiert und erkannt werden, bevor dieser ein Signal S₄ auf seinen Ausgang 32 schickt, das von der festgestellten Störung abhängig ist.

Claims (10)

1. Eine Alarmvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Atmosphärendrucksensor (10), der einerseits einem ersten Verstärkermittel (12) und andererseits einem zweiten Verstärkermittel (14) ein analoges Signal bereitstellt, einen ersten Vergleicher (34), dessen positiver Eingang mit dem Ausgang des zweiten Verstärkermittel verbunden ist und dessen Ausgang im Falle eines Einbruchs oder eines Einbruchsversuchs einem programmierten Mikroprozessor (26) ein Alarmsignal bereitstellt, Selbstregelungsmittel, die auf eine atmosphärische Störung, wie etwa Wind von sinusförmiger Darstellung reagieren und einen Analog-Digital-Umwandler (24) umfassen, dessen Eingang mit dem Ausgang des ersten Verstärkermittels verbunden ist, um je nach atmosphärischer Störung ein digitales Signal bereitzustellen; wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Mikroprozessor programmiert ist, um als Reaktion auf das Erfassen des vom Umwandler bereitgestellten digitalen Signals dem negativen Eingang des ersten Vergleichers, dessen Impulse eine variable Länge aufweisen, die je nach Dauer und Ausmaß der atmosphärischen Störung derart wächst, dass die Schwelle zum Auslösen der Alarmvorrichtung automatisch erhöht wird und folglich ihre Empfindlichkeit verringert wird, wenn der Atmosphärensensor die atmosphärische Störung erfasst, ein digitales Signal bereitzustellen.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei Mittel zur Pulsumwandlung (36, 38), die mit dem negativen Eingang des ersten Vergleichers (34) verbunden sind, ein Signal, dessen Spannung je nach zeitabhängiger Länge der Impulse von variabler Länge variiert, bereitstellen.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Mittel zur Pulsumwandlung einen Kondensator (38) umfassen, der durch die Impulse von variabler Länge mit tels eines Widerstands (36) geladen wird, um die Impulse von variabler Länge in ein Spannungssignal, dessen Wert proportional zu ihrer zeitabhängigen Länge ist, umzuformen.
4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Analog-Digital-Umwandler (24) eine Bitkonfiguration bereitstellt, die der Störung zugehört, und der Mikroprozessor (26) programmiert ist, um dem negativen Eingang des ersten Vergleichers (34) je nach dieser Konfiguration ein Signal zur Erhöhung der angelegten Spannung bereitzustellen.
5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Analog-Digital-Umwandler ein zweiter Vergleicher (24) ist, der Impulse von variabler Länge je nach Ausmaß der atmosphärischen Störung bereitstellt.
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Alarmmittel den Mikroprozessor (26), der zum Bereitstellen eines Spannungssignals (S₆) als Reaktion auf das Alarmsignal, dessen zeitabhängige Länge eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, programmiert ist, und ein Alarmmittel (28), das zur Erfassung des Spannungssignals aktiviert wird, umfassen.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei das Alarmmittel (28) unterschiedlich aktiviert wird, je nachdem, ob die Größe des Alarmsignals zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert liegt, was anzeigt, dass ein Einbruchsversuch oder Aufprall stattgefunden hat, oder ob die Größe über dem Maximalwert liegt, was anzeigt, dass ein Einbruch stattgefunden hat.
8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das zweite Verstärkermittel (14) einen Operationsverstärker (15) beinhaltet und aufgrund eines Potentiometers (22), das zwischen dem Erdschluss und dem negativen Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, im Verstärkungsgrad variabel ist, wobei die Regelung des Potentiometers vom Raum abhängt, in dem sich die Alarmvorrichtung befindet.
9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Mikroprozessor (26), durch aufeinander folgende Anpassungen, die optimale Länger der Impulse von variabler Länge sucht, die bei der Initialisierung der Vorrichtung ein durch ein permanentes Signal (32) verwirklichtes unzeitiges Auslösen verursachen.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei der Mikroprozessor (26), periodische Neuanpassungen durchführt, indem er bei Nichtstattfinden eines Vorfalls oder beim Überprüfen, dass es sich nicht um ein unzeitiges Auslösen beim Testen der Empfindlichkeitsschwelle im Falle eines erfassten Vorfalls handelt, erneut die optimale Länge berechnet.