EP0700557B1 - Signalauswertungsschaltung für einen bewegungsmelder - Google Patents

Signalauswertungsschaltung für einen bewegungsmelder Download PDF

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EP0700557B1
EP0700557B1 EP95911179A EP95911179A EP0700557B1 EP 0700557 B1 EP0700557 B1 EP 0700557B1 EP 95911179 A EP95911179 A EP 95911179A EP 95911179 A EP95911179 A EP 95911179A EP 0700557 B1 EP0700557 B1 EP 0700557B1
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Siemens Building Technologies AG
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Siemens Building Technologies AG
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    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/18Prevention or correction of operating errors
    • G08B29/20Calibration, including self-calibrating arrangements
    • G08B29/24Self-calibration, e.g. compensating for environmental drift or ageing of components
    • G08B29/26Self-calibration, e.g. compensating for environmental drift or ageing of components by updating and storing reference thresholds
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/18Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
    • G08B13/189Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems
    • G08B13/19Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using infrared-radiation detection systems

Definitions

  • the present invention relates to a signal evaluation circuit for one Motion sensor containing sensor, the sensor signal of a relatively large Contains direct current and a small proportion of alternating current, with means for filtering of the direct current component, with an analog / digital converter and with one Amplifier for the AC component of the sensor signal.
  • a motion detector with an analog / digital converter for converting the Sensor signal is e.g. known from WO-A-93/18492.
  • the sensor signal of such motion detectors is made up of a strongly scattering and temperature-dependent direct current component and from an alternating current component together.
  • the direct current component which does not contribute anything to the useful signal, is not predictable and not stable in the long term, and that is the useful signal for triggering the alarm supplying AC component is approximately one per mille of the DC component and must therefore be amplified accordingly.
  • the signal evaluation circuit contains a series of capacitors that act as high pass filters and filter out the DC component gradually. The remaining AC signal is then digitized and strengthened. Because of the low usage frequencies large coupling electrolytic capacitors are required for filtering, but not only expensive and electrically problematic, but which also cannot be integrated and thus a desirable design of the evaluation circuit for cost reasons enable as an integrated circuit (IC).
  • the invention is now to provide an evaluation circuit that is inexpensive and is robust, and that as an integrated circuit, preferably as a system-integrated Circuit (ASIC) can be formed.
  • ASIC system-integrated Circuit
  • this object is achieved in that the analog / digital converter is provided for the direct / digitization of the entire sensor signal, and that the means for filtering out the DC component by means of the analog / digital converter downstream digital high pass filter are formed.
  • a first preferred embodiment of the signal evaluation circuit according to the invention is characterized in that the analog / digital converter in sigma-delta Structure is formed According to a second preferred embodiment contains the analog / digital converter has a sigma-delta loop and one downstream of it Decimator. This decimator is according to another preferred embodiment executed as a counter.
  • the analog / digital converter which is designed in a sigma-delta structure, meets all requirements in terms of robustness, stability and low costs, generated from the Sensor signal a bit stream from which the digital high pass filter the higher order Bits and thus any DC component removed absolutely offset-free.
  • Such a thing digital high-pass filter is cheap to integrate despite the low useful frequency, so that the evaluation circuit according to the invention is excellently suited for this, in form of a system integrated circuit.
  • FIG. 1 a passive one is shown as an example of a movement sensor according to the invention
  • Infrared motion detector shown which is known to be located in the far infrared and body radiation contrasting with the heat radiation of the environment Appeals to people.
  • the detection principle used for example pyro sensor
  • the type of sensor for example pyro sensor
  • the present signal evaluation circuit is rather for all types Suitable for motion detectors whose sensor signal has a large DC and has a small alternating current component.
  • the passive infrared motion detector of Figure 1 contains one of the main components Optics 1, a sensor element 2 and a signal evaluation circuit 3.
  • the sensor element 2 is via the optics 1 with infrared radiation IR from the room to be monitored acts upon and gives a subsequent depending on the level of the incident radiation electrical signal SS referred to as the sensor signal.
  • the main components mentioned of the infrared motion detector are preferably in a common housing arranged, which on a wall or at another suitable location of the monitoring room is attached.
  • the signal evaluation circuit will now be described below with reference to FIG. 2 become.
  • This is designed as a system-integrated circuit (ASIC) and, as shown, contains two main blocks, namely an analog / digital converter 4 and one digital high-pass filter 5.
  • the analog / digital converter 4 is a so-called sigma-delta Converter and contains a sigma-delta loop 6 and a decimator 7 which
  • the main component of the sensor signal SS supplied to the ASIC 3 contains a strongly scattering and temperature-dependent direct current component of approximately 1 V, which is superimposed by an alternating current signal of 1 mV, which forms the actual useful signal and whose frequency is in the range from 0.2 to 10 Hz.
  • This useful signal must be amplified in the ASIC by a factor of, for example, between a hundred and a thousand.
  • the sensor signal SS is integrated in the integrator 8, the output signal of which is compared in the comparator 9 with a threshold value.
  • the comparator 9 is either clocked at a clock frequency f o , as shown in the figure, or it contains a downstream clocked flip-flop (so-called D-FF).
  • the clock frequency f o is also the frequency at which the sigma-delta loop 6 runs.
  • the output signal of the comparator 9 is fed to the decimator 7 on the one hand and on the other hand clocks the 1-bit digital / analog converter 10 formed by a switch, which is switched between the reference voltage V ref supplied by a voltage source and the voltage Gnd.
  • the voltage source supplying the reference voltage V ref is preferably also used to supply the sensor 2 (FIG. 1).
  • the 1-bit digital / analog converter 10 has the effect that, in the comparator 9, the integrated sensor signal SS is only considered in the range between the voltages Gnd and V ref .
  • the signal supplied to the decimator 7 has the form of a bit stream; this means that its mean value is pulse density modulated and therefore represents the analog input signal.
  • the digitized sensor signal reaches the digital high-pass filter 5, which is a first-order filter and removes all DC components from the sensor signal without offset.
  • amplified signal formed a digital threshold at whose If the signal is triggered, a timer is triggered that has a directly connected Relay or an optical display, for example a light emitting diode, for a specific one Time activated.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Signalauswertungsschaltung für einen einen Sensor enthaltenden Bewegungsmelder, dessen Sensorsignal einen relativ grossen Gleichstrom- und einen kleinen Wechselstromanteil enthält, mit Mitteln für die Ausfilterung des Gleichstromanteils, mit einem Analog/Digital-Wandler und mit einem Verstärker für den Wechselstromanteil des Sensorsignals.
Ein Bewegungsmelder mit einem Analog/Digital - Wandler für die Konvertierung des Sensorsignales ist z.B. aus WO-A-93/18492 bekannt.
Das Sensorsignal derartiger Bewegungsmelder setzt sich aus einer stark streuenden und temperaturabhängigen Gleichstromkomponente und aus einem Wechselstromanteil zusammen. Der Gleichstromanteil, der zum Nutzsignal nichts beiträgt, ist nicht vorhersehbar und längerfristig nicht stabil, und der das Nutzsignal für die Alarmauslösung liefernde Wechselstromanteil liegt bei etwa einem Promille des Gleichstromanteils und muss daher entsprechend stark verstärkt werden.Üblicherweise enthält die Signalauswertungsschaltung eine Reihe von Kondensatoren, die als Hochpassfilter wirken und den Gleichstromanteil stufenweise ausfiltern. Das verbleibende Wechselstromsignal wird anschliessend digitalisiert und verstärkt. Wegen der niedrigen Nutzfrequenzen sind für die Filterung grosse Koppel-Elektrolytkondensatoren erforderlich, die nicht nur teuer und elektrisch problematisch, sondern die auch nicht integrierbar sind und somit eine aus Kostengründen wünschenswerte Ausbildung der Auswertungsschaltung als integrierte Schaltung (IC) verumnöglichen.
Durch die Erfindung soll nun eine Auswertungsschaltung angegeben werden, die kostengünstig und robust ist, und die als integrierte Schaltung, vorzugsweise als system-integrierter Schaltkreis (ASIC) ausgebildet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Analog/Digital-Wandler für die direkten/Digitalisierung des gesamten Sensorsignals vorgesehen ist, und dass die Mittel für die Ausfilterung des Gleichstromanteils durch ein dem Analog/Digital-Wandler nachgeschaltetes digitales Hochpassfilter gebildet sind.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Signalauswertungsschaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Analog/Digital-Wandler in Sigma-Delta Struktur ausgebildet ist Gemäss einer zweiten bevorzugten Ausführungsform enthält der Analog/Digital-Wandler eine Sigma-Delta Schleife und einen dieser nachgeschalteten Dezimator. Dieser Dezimator ist gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform als Zähler ausgeführt.
Der in Sigma-Delta Struktur ausgebildete Analog/Digital-Wandler, der alle Anforderungen bezüglich Robustheit, Stabilität und günstiger Kosten erfüllt, erzeugt aus dem Sensorsignal einen Bitstrom, aus dem das digitale Hochpassfilter die höherwertigen Bits und damit jeglichen Gleichstromanteil absolut offsetfrei entfernt. Ein derartiges digitales Hochpassfilter ist trotz niedriger Nutzfrequenz billig zu integrieren, so dass sich die erfindungsgemässe Auswertungsschaltung hervorragend dazu eignet, in Form eines systemintegrierten Schaltkreises hergestellt zu werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert; dabei zeigt:
  • Fig. 1 ein Blockschema eines Bewegungsmelders; und
  • Fig. 2 ein Blockschaltbild der Signalauswertungsschaltung des Melden von Fig. 1.
  • In Figur 1 ist als Beispiel für einen erfindungsgemässen Bewegungamelder ein passiver Infrarotbewegungsmelder dargestellt, der bekanntlich auf die im fernen Infrarot liegende und sich von der Wärmestrahlung der Umgebung abhebende Körperstrahlung eines Menschen anspricht. Weder das verwendete Detektionsprinzip (passive Infrarotstrahlung) noch die Art des Sensors (beispielsweise Pyrosensor) ist jedoch einschränkend zu verstehen. Die vorliegende Signalauswertungsschaltung ist vielmehr für alle Arten von Bewegungsmeldern geeignet, deren Sensorsignal eine grosse Gleichstrom- und eine kleine Wechselsromkomponente aufweist.
    Der passive Infrarotbewegungsmelder von Figur lenthält als Hauptbestandteile eine Optik 1, ein Sensorelement 2 und eine Signalauswertungaschaltung 3. Das Sensorelement 2 ist über die Optik 1 mit Infrarotstrahlung IR aus dem zu überwachenden Raum beaufschlagt und gibt in Abhängigkeit vom Pegel der auftreffenden Strahlung ein nachfolgend als Sensorsignal bezeichnetes elektrisches Signal SS ab. Dieses wird der Signalauswertungsschaltung 3 zugeführt, an deren Ausgang bei entsprechender Grösse des Sensorsignals SS ein Alarmsignal AS erhältlich ist. Die genannten Hauptbestandteile des Infrarotbewegungsmelders sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, welches an einer Wand oder an einer anderen geeigneten Stelle des zu überwachenden Raumes befestigt ist.
    Nachfolgend soll nun anhand von Fig. 2 die Signalauswertungsschaltung beschrieben werden. Diese ist als systemintegrierter Schaltkreis (ASIC) ausgebildet und enthält darstellungsgemäss zwei Hauptblöcke, und zwar einen Analog/Digital-Wandler 4 und ein digitales Hochpassfilter 5. Der Analog/Digital-Wandler 4 ist ein sogenannter Sigma-Delta Wandler und enthält eine Sigma-Delta Schleife 6 und einen Dezimator 7, der vorzugsweise als einfacher Zähler ausgeführt ist Die Sigma-Delta Schleife 6 ihrerseits besteht aus einem vorzugsweise von einem Operationsverstärker gebildeten Integrator 8, einem Komparator 9 und einem vom Ausgangssignal des Komparators 9 getakteten 1Bit Digital/Analog-Wandler 10, der wahlweise eine Referenzspannung Vref oder eine Spannung Gnd (=Ground) mit dem Wert null an den Integrator 8 rückkoppelt.
    Das dem ASIC 3 zugeführte Sensorsignal SS enthält als Hauptbestandteil eine stark streuende und temperaturabhängige Gleichstromkomponente von ungefähr 1 V, die von einem Wechselstromsignal von 1 mV überlagert ist, welches das eigentliche Nutzsignal bildet und dessen Frequenz im Bereich von 0,2 bis 10 Hz liegt. Dieses Nutzsignal muss im ASIC um einen Faktor von beispielsweise zwischen hundert und tausend verstärkt werden. Das Sensorsignal SS wird im Integrator 8 integriert, dessen Ausgangssignal im Komparator 9 mit einem Schwellenwert verglichen wird. Der Komparator 9 ist entweder, so wie in der Figur dargestellt, mit einer Taktfrequenz fo getaktet, oder er enthält ein nachgeschaltetes getaktetes Flip-Flop (sogenanntes D-FF). Die Taktfrequenz fo ist auch die Frequenz, mit der die Sigma-Delta-Schleife 6 läuft.
    Das Ausgangssignal des Komparators 9 ist einerseits an den Dezimator 7 geführt und taktet andererseits den durch einen Schalter gebildeten 1Bit Digital/Analog-Wandler 10, der zwischen der von einer Spannungsquelle gelieferten Referenzspannung Vref und der Spannung Gnd umgeschaltet wird. Dabei dient die die Referenzspannung Vref liefernde Spannungsquelle vorzugsweise auch zur Speisung des Sensors 2 (Fig. 1). Der 1Bit Digital/Analog-Wandler 10 bewirkt, dass im Komparator 9 das integrierte Sensorsignal SS nur im Bereich zwischen den Spannungen Gnd und Vref betrachtet wird.
    Das dem Dezimator 7 zugeführte Signal hat die Form eines Bitstroms; das bedeutet, dass sein Mittelwert pulsdichtenmoduliert ist und daher das analoge Eingangssignal repräsentiert. Dieser Bitstrom wird im Dezimator 7 in ein Parallelwort von einer bestimmten Breite akkumuliert. Wenn die Sigma-Delta-Schleife mit der Frequenz fo läuft und die Breite des Parallelworts gleich n Bit beträgt, dann steht dieses Parallelwort alle fr = fo/2n zur Verfügung, wobei fr die eigentliche Abtastrate des Sensorsignals darstellt. Wenn beispielsweise fo gleich 500 kHz und das Parallelwort 14Bit breit ist, dann gilt für fr: fr = 500 kHz/214 = 30,5 Hz.
    Nach dem Zähler gelangt das digitalisierte Sensorsignal in das digitale Hochpassfilter 5, das ein Filter erster Ordnung ist und aus dem Sensorsignal alle Gleichstromanteile offsetfrei entfernt. Das Hochpassfilter 5, dessen Eckfrequenz beispielsweise bei etwa 70 mHz liegen kann, ist so ausgelegt, dass nicht alle n Bits des ursprünglichen Parallelworts weiterverarbeitet werden, sondern nur eine Anzahl der m der niederwertigeren Bits des ursprünglichen n-Bit Parallelwortes. Dies führt zu einer digitalen Verstärkung von 2n-m, die zusammen mit der Verstärkung des analogen Integrators 8 die Gesamtverstärkung der Auswerteschaltung 3 ergibt. So ergibt beispielsweise m = 8 eine digitale Verstärkung von 64, womit zusammen mit einer Verstärkung von 16 im analogen Integrator die eingangs erwähnte Gesamtverstärkung von rund 1000 erreicht wird.
    Zur Weiterverarbeitung des Ausgangssignals des Hochpassfilters 5 wird auf dem als mBit-Wort vorliegenden, verstärkten Signal eine digitale Schwelle gebildet, bei deren Überschreiten durch das Signal ein Timer getriggert wird, der ein direkt angeschlossenes Relais oder eine optische Anzeige, beispielsweise eine Leuchtdiode, für eine bestimmte Zeit aktiviert.

    Claims (8)

    1. Signalauswertungsschaltung für einen einen Sensor enthaltenden Bewegungsmelder, dessen Sensorsignal einen relativ grossen Gleichstrom- und einen kleinen Wechselstromanteil enthält, mit Mitteln für die Ausfilterung des Gleichstromanteils, mit einem Analog/Digital-Wandler und mit einem Verstärker für den Wechselstomanteil des Sensorsignals, dadurch gekennzeichnet, dass der Analog/Digital-Wandler (4) für die direkte Digitalisierung des gesamten Sensorsignals vorgesehen ist, und dass die Mittel für die Ausfilterung des Gleichstromanteils durch ein dem Analog/Digital-Wandler nachgeschaltetes digitales Hochpassfilter (5) gebildet sind.
    2. Signalauswertungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Analog/Digital-Wandler (4) in Sigma-Delta Struktur ausgebildet ist.
    3. Signalauswertungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Analog/Digital-Wandler (4) eine Sigma-Delta Schleife (6) und einen dieser nachgeschalteten Dezimator (7) enthält.
    4. Signalauswerrungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dezimator (7) als Zähler ausgeführt ist.
    5. Signalauswertungsschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sigma-Delta Schleife (6) aus einem vorzugsweise durch einen Operationsverstärker gebildeten Integrator (8), einem Komparator (9) und aus einem von dessen Ausgangssignal getakteten 1Bit Digital/Analog-Wandler (10) gebildet ist, durch den wahlweise eine von zwei Spannungen (Vref, Gnd) an den Integrator rückgekoppelt und dadurch der Bereich für die Betrachtung des integrierten Sensorsignals (SS) im Komparator festgelegt ist.
    6. Signalauswertungsschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Form eines Bitstroms aufweisende Ausgangssignal der Sigma-Delta Schleife (6) im Dezimator (7) in ein Parallelwort einer bestimmten Breite (n) akkumuliert wird.
    7. Signalauswertungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Hochpassfilter (5) so ausgelegt ist, dass von dem zugeführten Parallelwort der bestimmten Breite (n) nur eine reduzierte Anzahl (m) der tiefsten Bits weiterverarbeitet wird.
    8. Signalauswertungsschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem als Parallelwort mit der reduzierten Bitanzahl (m) vorliegenden Signal eine digitale Schwelle gebildet wird, bei deren Überschreiten durch das Signal die Auslösung eines Alarmsignals (AS) erfolgt.
    EP95911179A 1994-03-24 1995-03-16 Signalauswertungsschaltung für einen bewegungsmelder Expired - Lifetime EP0700557B1 (de)

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    CH88294 1994-03-24
    CH00882/94A CH689071A5 (de) 1994-03-24 1994-03-24 Signalauswertungsschaltung fuer einen Bewegungsmelder.
    CH882/94 1994-03-24
    PCT/CH1995/000058 WO1995026017A1 (de) 1994-03-24 1995-03-16 Signalauswertungsschaltung für einen bewegungsmelder

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0700557A1 EP0700557A1 (de) 1996-03-13
    EP0700557B1 true EP0700557B1 (de) 2000-03-01

    Family

    ID=4197379

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    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP95911179A Expired - Lifetime EP0700557B1 (de) 1994-03-24 1995-03-16 Signalauswertungsschaltung für einen bewegungsmelder

    Country Status (8)

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    US (1) US5659316A (de)
    EP (1) EP0700557B1 (de)
    JP (1) JPH08511349A (de)
    CN (1) CN1135510C (de)
    CA (1) CA2161878C (de)
    CH (1) CH689071A5 (de)
    DE (1) DE59507873D1 (de)
    WO (1) WO1995026017A1 (de)

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    CA2161878A1 (en) 1995-09-28
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