IT202000006883A1

IT202000006883A1 - Sistema e metodo di rilevamento di presenza in un ambiente da monitorare

Info

Publication number: IT202000006883A1
Application number: IT102020000006883A
Authority: IT
Inventors: Fabio Passaniti; Enrico Rosario Alessi
Original assignee: St Microelectronics Srl
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2021-10-01
Also published as: CN113495298A; US20210312778A1; EP3889927A1; EP3889927B1; US11847897B2

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

?SISTEMA E METODO DI RILEVAMENTO DI PRESENZA IN UN AMBIENTE DA MONITORARE?

La presente invenzione ? relativa ad un sistema e un metodo di rilevamento di presenza in un ambiente da monitorare, ad esempio a scopo antifurto o anti-intrusione.

Sensori di campo elettrico sono utilizzati in alternativa o in aggiunta ai sensori accelerometrici per la determinazione dell'attivit? di un utente, o per aiutare a interpretare i segnali generati da altri dispositivi sensori.

La carica elettrica ? una componente fondamentale della natura. Gli elettroni di un elemento vengono facilmente trasferiti ad un altro elemento in condizioni di contatto diretto tra gli elementi o a distanza. Quando la carica viene trasferita tra due oggetti isolati elettricamente, si genera una carica statica per cui l'oggetto con un eccesso di elettroni viene caricato negativamente e l'oggetto con un deficit di elettroni viene caricato positivamente.

Gli elettroni si muovono all'interno di un oggetto in modi diversi a seconda che l'oggetto sia un oggetto conduttore o isolante. In un conduttore, gli elettroni sono pi? o meno uniformemente distribuiti in tutto il materiale e possono muoversi facilmente in base all'influenza dei campi elettrici esterni. In un isolante, la carica esiste principalmente in superficie. La carica pu? comunque essere mobile, a seconda delle propriet? del materiale e di altri fattori ambientali.

Al giorno d'oggi esistono molte tecnologie e prodotti che si occupano dell'applicazione anti-intrusione e del rilevamento di presenza. Qui un elenco degli approcci pi? comuni per il rilevamento di un'intrusione: Immagine termica di un soggetto tramite sensori a infrarossi; Infrarosso passivo che reagisce alla variazione di temperatura (PIR); Infrarosso attivo in cui un raggio da un punto di emissione e da un punto di ricezione ? interrotto; Emissione di microonde che vengono riflesse da un soggetto, con la possibilit? di misurare anche la velocit? del soggetto; Ultrasuoni; uso di dispositivi fotoelettrici a fascio (?beam-type?); uso di microfoni; uso di fotocamere.

Tutti i metodi sopra citati offrono punti di forza e di debolezza nel rilevare un'intrusione indesiderata. Questo ? il motivo per cui i sistemi pi? robusti e sofisticati combinano pi? tecnologie tra loro. Ad esempio, i sensori a infrarossi passivi sono sensibili alle temperature ambientali, mentre i sistemi anti-intrusione a microonde non sono in grado di rilevare dietro oggetti metallici. Inoltre, una luce fluorescente o un leggero movimento possono far scattare gli allarmi. Per questo motivo, la doppia tecnologia basata sulla combinazione di PIR e microonde ? abbastanza comune. Incrociando sia informazioni che allarmi, un sistema anti-intrusione diventa pi? affidabile rispetto ai falsi positivi e agli allarmi indesiderati, e ottiene ulteriori vantaggi come l'immunit? rispetto agli animali domestici. Di seguito sono riportati alcuni esempi di arte nota.

Il documento brevettuale EP2533219 descrive un sistema antintrusione comprendente almeno un dispositivo di rilevamento a microonde, per rilevare l'ingresso non autorizzato di un soggetto in un'area sottoposta a sorveglianza; il dispositivo di rilevamento comprendente un'antenna emittente per l'emissione di microonde e un'antenna ricevente per la ricezione del segnale riflesso.

Il documento brevettuale US6188318 descrive un rilevatore di intrusione a doppia tecnologia microonde pi? PIR con immunit? agli animali domestici.

Il documento brevettuale EP1587041 descrive un sistema di rilevamento delle intrusioni che comprende un'ottica a infrarossi passiva e un ricetrasmettitore a microonde.

Sono altres? noti dispositivi che rilevano la variazione del campo elettrico generato da un uomo durante i movimenti dello stesso, o che sfruttano un rilevamento di tipo capacitivo. Tecnologie che utilizzano questo ultimo tipo di rilevamento includono ad esempio schermi tattili, sistemi di rilevamento della posizione degli occupanti in automobili, e dispositivi per determinare la posizione, l'orientamento e la massa di un oggetto, come ad esempio descritto nel documento brevettuale US 5,844,415, che riguarda un dispositivo di rilevamento di campo elettrico per determinare la posizione, la distribuzione di massa e l'orientamento di un oggetto all'interno di uno spazio definito, disponendo una pluralit? di elettrodi all'interno dello spazio definito. Tale soluzione tecnica poteva inoltre essere utilizzata per riconoscere i gesti di un utente, la posizione della mano e l'orientamento, ad esempio ad uso interattivo con un sistema di elaborazione, in sostituzione un mouse o un joystick.

Il documento brevettuale KR20110061750 fa riferimento all?utilizzo di un sensore elettrostatico in associazione ad un sensore infrarosso per la rilevazione della presenza di un individuo. L?applicazione specifica riguarda l?apertura/chiusura automatica di una porta.

Il documento brevettuale EP2980609 ? relativo all?utilizzo di un sensore di campo elettrostatico in aggiunta ad un sensore magnetico per la rilevazione di una presenza umana in un ambiente.

Il documento scientifico di ?Development of Non-Contact Measurement System of Human Stepping?, SICE Annual Conference 2008, Japan, illustra un Sistema ed un metodo per contare i passi effettuati da un soggetto sfruttando una tecnica senza contatto. Tale tecnica prevede il rilevamento della corrente di induzione elettrostatica, generata come conseguenza diretta del movimento del soggetto nell?ambiente, attraverso un elettrodo posto a una distanza di 1,5 m dal soggetto. Tuttavia, l?esperimento illustrato in questo documento ? eseguito in condizioni ideali, ed ? una mera dimostrazione dell?applicabilit? della tecnologia al conteggio dei passi.

Oltre agli svantaggi gi? evidenziati, nessuno dei documenti sopra citati, insegna un sistema e/o un metodo di rilevamento di presenza in un ambiente da monitorare, in particolare a scopo anti-intrusione o antifurto, atto ad essere implementato senza l?ausilio di una pluralit? di sensori che richiedano la cooperazione reciproca e di elevata affidabilit?.

? pertanto sentita la necessit? di sopperire alle mancanze della tecnica nota, fornendo un sistema e un metodo di rilevamento di presenza in un ambiente da monitorare.

Secondo la presente invenzione vengono realizzati un sistema e un metodo di rilevamento di presenza in un ambiente da monitorare, come definiti nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione dell?invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 illustra schematicamente un sistema di rilevamento presenza includente un sensore di carica elettrica ambientale ed una unit? di elaborazione, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 2 illustra una forma di realizzazione del sensore di carica elettrica ambientale;

- la figura 3 illustra, mediante diagramma di flusso, fasi di un metodo implementato dal sistema di figura 1;

- la figura 4 illustra, mediante diagramma di flusso, un dettaglio delle fasi del metodo di figura 3;

- le figure 5A e 5B sono una rappresentazione grafica di una elaborazione del segnale di carica ambientale fornito dal sensore di figura 2, secondo il metodo di figura 3 e in una condizione di assenza di presenza nell?ambiente da monitorare;

- la figura 6 illustra, mediante diagramma di flusso, un ulteriore dettaglio delle fasi del metodo di figura 3;

- le figure 7A e 7B sono una rappresentazione grafica di una elaborazione del segnale di carica ambientale fornito dal sensore di figura 2, secondo il metodo di figura 3 e in una condizione di presenza nell?ambiente umana nell?ambiente da monitorare e con segnale di carica ambientale forte o intenso (dovuto ad un campo elettrico generato dalla rete elettrica a 50Hz o 60Hz); e

- le figure 8A e 8B sono una rappresentazione grafica di una elaborazione del segnale di carica ambientale fornito dal sensore di figura 2, secondo il metodo di figura 3 e in una condizione di presenza umana nell?ambiente da monitorare e con segnale di carica ambientale debole (ovvero di un campo elettrostatico o segnale lentamente variabile, ad esempio generato da una rete elettrica, e poco intenso).

La figura 1 illustra schematicamente un sistema di rilevamento presenza, o sistema anti-intrusione, 1. Il sistema di rilevamento presenza 1 ? atto a rilevare una presenza umana in un ambiente e comprende una unit? di elaborazione 2 ed un sensore di carica elettrostatica 6 accoppiato all?unit? di elaborazione 2.

L?unit? di elaborazione 2 riceve dal sensore di carica elettrostatica 6 un segnale SQ correlato ad una carica elettrica ambientale nell?ambiente monitorato e genera, in funzione del segnale di carica SQ, un segnale di ?interrupt? ovvero un segnale di avvertimento di presenza di una persona nell?ambiente considerato e monitorato.

L?unit? di elaborazione 2 ? ad esempio un computer includente un microcontrollore, mentre il sensore di carica elettrostatica 6 ? illustrato in figura 2 e descritto con riferimento a tale figura.

La figura 2 illustra una forma di realizzazione esemplificativa e non limitativa del sensore di carica elettrostatica 6. Il sensore di carica elettrostatica 6 comprende una coppia di terminali di ingresso 8a, 8b, accoppiati ad elettrodi di ingresso E1, E2, rispettivamente.

Ciascuno degli elettrodi E1, E2 ?, in una forma di realizzazione, realizzato di materiale conduttore, rivestito da uno strato isolante. La geometria degli elettrodi E1, E2 determina la sensibilit? che, in prima approssimazione, ? proporzionale alla superficie degli elettrodi stessi; la forma degli elettrodi e il loro posizionamento nello spazio incide sulla direttivit?, sulla reiezione di segnali comuni ad entrambi gli elettrodi (lo stadio di ingresso ? differenziale, pertanto "cancella" i segnali che si presentano in ugual modo su entrambi i canali ed amplifica le differenze). In una forma di realizzazione esemplificativa, gli elettrodi E1, E2 sono di forma quadrata, con lato pari a circa 2-10 cm, ad esempio 5 cm.

In particolare, gli elettrodi di ingresso E1, E2, sono disposti nell?ambiente nel quale si desidera rilevare una presenza umana, mentre il resto del sensore di carica elettrostatica 6 pu? essere disposto anche al di fuori dell?ambiente da monitorare, o all?interno di tale ambiente, indifferentemente.

La coppia di terminali di ingresso 8a, 8b riceve dai rispettivi elettrodi E1, E2 una tensione di ingresso Vd (segnale differenziale), che viene fornita ad un amplificatore per strumentazione (?instrumentation amplifier?) 12. In modo di per s? noto, una presenza umana genera una variazione della carica elettrostatica ambientale che, a sua volta, dopo essere stata rilevata dagli elettrodi E1, E2, genera la tensione di ingresso Vd.

L?amplificatore per strumentazione 12 comprende, in una forma di realizzazione esemplificativa, due amplificatori operazionali OP1 e OP2 ed uno stadio di polarizzazione (buffer) OP3 che ha la funzione di polarizzare l?amplificatore da strumentazione 12 ad una tensione di modo comune VCM.

Il terminale invertente dell?amplificatore OP1 ? collegato al terminale invertente dell?amplificatore OP2 mediante un resistore R2 ai cui capi sar? presente una tensione pari alla tensione di ingresso Vd; pertanto, attraverso tale resistore R2 scorrer? una corrente pari a I2=Vd/R2. Questa corrente I2 non proviene dai terminali di ingresso degli amplificatori operazionali OP1, OP2 e perci? percorre i due resistori R1 collegati fra le uscite degli amplificatori operazionali OP1, OP2, in serie al resistore R2; la corrente I2, dunque percorrendo la serie dei tre resistori R1-R2-R1, produce una tensione di uscita Vd? data da Vd?=(2R1+R2)I2=(2R1+R2)Vd/R2. Pertanto, il guadagno complessivo del circuito di figura 2 risulta Ad=Vd?/Vd=(2R1+R2)/R2=1+2R1/R2. Il guadagno differenziale dipende dal valore del resistore R2 e pu? quindi essere modificato agendo sul resistore R2.

L?uscita differenziale Vd?, che ? dunque proporzionale al potenziale Vd tra gli elettrodi di ingresso 8a, 8b, viene fornita in ingresso ad un convertitore analogico-digitale 14, che fornisce in uscita il segnale di variazione di carica SQ per l?unit? di elaborazione 2. Il segnale di variazione di carica SQ ?, ad esempio, un flusso digitale ad elevata risoluzione (16 bits o 24 bits). Il convertitore analogicodigitale 14 ? opzionale, in quanto l?unit? di elaborazione 2 pu? essere configurata per lavorare direttamente sul segnale analogico, o pu? comprendere essa stessa un convertitore analogico-digitale atto a convertire il segnale Vd?.

In alternativa, in presenza del convertitore analogicodigitale 14, l?amplificatore da strumentazione 12 pu? essere omesso, cosicch? il convertitore analogico-digitale 14 riceva la tensione differenziale Vd tra gli elettrodi E1, E2 e campioni direttamente tale segnale Vd.

La figura 3 illustra mediante diagramma di flusso un metodo di rilevamento della presenza umana implementato dal sistema 1 di figura 1.

Con riferimento alla fase 30 di figura 2, viene definita una condizione di partenza caratterizzata da una assenza di presenza umana nell?ambiente da monitorare. Questa operazione viene effettuata acquisendo mediante gli elettrodi E1, E2 il segnale SQ in una condizione controllata, ovvero in una condizione in cui si ha la certezza che non vi sia alcuna presenza umana nell?area monitorata. Il segnale SQ viene quindi elaborato, fase 32, per poter rilevare una variazione della carica ambientale nell?ambiente monitorato rispetto a detta condizione di partenza.

Nel caso in cui l?elaborazione della fase 32 rilevasse uno scostamento della carica ambientale ritenuto significativo rispetto alla condizione di partenza, allora si ha la generazione del segnale di interrupt, che identifica una condizione di rilevamento della presenza umana. Il segnale di interrupt pu? attivare, ad esempio, un antifurto o altro tipo di segnalazione.

? possibile interrompere manualmente o automaticamente l?elaborazione della fase 32 in qualsiasi momento, come identificato dal blocco 34 di figura 2. Questa fase corrisponde, ad esempio, alla disattivazione del sistema anti-intrusione, ad esempio per sopraggiunta presenza del proprietario o gestore del sistema anti-intrusione.

Alternativamente, la disattivazione pu? essere programmata mediante timer, o controllata da remoto.

La figura 4 illustra, mediante diagramma di flusso, una possibile implementazione del blocco 30 di figura 3.

Il blocco 40 identifica l?operazione eseguita dal convertitore 14 di figura 2, e prevede un campionamento della tensione Vd? ad un rate di campionamento di 50 Hz, generando il segnale SQ. Il rate di campionamento pu? essere diverso dai 50 Hz, ad esempio nell?intervallo 50 Hz ? 1 kHz.

Quindi, blocco 42, si esegue opzionalmente un filtraggio del segnale SQ, per rimuovere o attenuare eventuali componenti spettrali non correlate alla presenza umana e/o ad un movimento di un essere umano nell?ambiente monitorato.

La Richiedente ha verificato che il moto nello spazio di un essere umano, rilevato mediante il dispositivo 6 di figura 2, ha componenti spettrali principalmente nel range 0-20 Hz, mentre componenti spettrali centrate sui 50 Hz (alternativamente, 60 Hz) in particolare nel range 40-70 Hz, sono utili per il rilevamento della prossimit? di un essere umano agli elettrodi E1, E2.

Sulla base di quanto sopra, la fase del blocco 42 prevede un primo filtraggio passa-basso per isolare le componenti del segnale SQ tra 0 e 20 Hz, ed un secondo filtraggio passa-banda per isolare le componenti del segnale SQ tra 40 e 70 Hz.

In alternativa, ? possibile eseguire un unico filtraggio delle componenti del segnale SQ tra 0 e 60 Hz.

Risulta evidente che i range indicati possono essere modificati secondo necessit?, anche in funzione dell?hardware disponibile. Come detto, il filtraggio ? opzionale, ma la sua implementazione rende il metodo descritto pi? robusto.

Si ottiene cos? un segnale SQ filtrato.

Quindi, blocco 44, vengono estratti parametri di interesse dal segnale SQ (nel seguito, ci si riferisce al ?segnale SQ? per identificare indifferentemente tale segnale SQ con o senza filtraggio) che saranno utilizzati per eseguire il confronto tra la condizione di partenza (assenza di presenza umana) e la condizione di rilevamento della presenza umana.

Le operazioni del blocco 44 prevedono la costruzione di un diagramma di stato in un sistema di riferimento biassiale di coordinate X e Y, dove X ? l?asse delle ascisse e Y l?asse delle ordinate. Sull?asse X vengono rappresentati i valori campionati del segnale SQ; sull?asse Y vengono rappresentati valori proporzionali alla derivata rispetto al tempo di ciascun rispettivo valore campionato di SQ rappresentato sull?asse X, ovvero SF?d(x1-xN)/dt, dove SF ? un fattore di scala tipicamente compreso tra 1 e 10, avente la funzione di rendere i valori della derivata di SQ dello stesso ordine di grandezza di quelli del segnale SQ e x1-xN sono i valori campionati del segnale SQ.

Ogni valore della derivata si calcola elaborando un certo numero di punti del segnale campionato. Un modo per eseguire questa operazione ? stimare la derivata come yi=(xi+1-xi)/dt (noto come ?forward difference method?), dove dt ? il periodo di campionamento. Altri metodi permettono di stimare la derivata con maggiore accuratezza e minore sensibilit? al rumore, impegando un maggior numero di punti; nel metodo noto come ?second order central difference? si ha che yi=(xi+1-xi-1)/2dt; nel metodo noto come ?fourth order central difference? si ha che yi=(-xi+2+8xi+1-8xi-1+xi-2)/12dt.

Alla luce di quanto sopra, ogni punto del vettore della derivata [y1, ..., yN] ? ottenuto spostando una finestra mobile di valutazione, di lunghezza dipendente dal metodo impiegato, sul vettore [x1, ..., xN]. In altre parole, per ciascun valore campionato x1, ?, xN del segnale SQ (rappresentati sull?asse X), si calcola quindi un rispettivo valore y1, ?, yN rappresentato sull?asse Y, dove y1=SF?(dx/dt)x1, ?, yN=SF?(dx/dt)xN.

Nella forma di realizzazione precedentemente illustrata, la tensione Vd? viene, come detto, campionata a 50 Hz. Questo significa rappresentare 2 secondi del segnale Vd? con 100 campioni x1-x100 (cio?, N=100) del segnale SQ.

Nel sistema di riferimento biassiale X, Y del diagramma di stato vengono quindi rappresentati 100 punti P1, ?, P100 definiti ciascuno da rispettive coordinate P1=(x1, y1), ?, PN=(xN, yN). La Richiedente ha verificato che, a seconda della tipologia del segnale SQ, questa operazione genera il diagramma di stato di figura 5A o il diagramma di stato di figura 5B. Il caso di figura 5A, si ottiene quando il segnale acquisito dagli elettrodi E1, E2 ? un segnale con la presenza di una componente armonica (dovuta ad esempio al campo elettrico generato dalla rete elettrica), mentre il caso di figura 5B si ottiene quando il segnale acquisito dagli elettrodi E1, E2 ? un segnale privo di componenti armoniche rilevanti. Il segnale in ascissa ? sinusoidale e la derivata, in ordinata, cosinusoidale; la composizione nel sistema di riferimento XY si distribuisce dunque idealmente su una circonferenza, come illustrato ad esempio nella figura 5A.

L?ampiezza del segnale SQ dipende da svariati fattori, tra cui la tipologia (forma, materiali, ecc.) degli elettrodi E1, E2, la loro disposizione nello spazio, ed altri fattori (ad esempio la configurazione dei parametri di guadagno dello stadio analogico, la banda del filtro, la frequenza di campionamento). Tuttavia, la presente invenzione trova applicazione indipendentemente dai parametri summenzionati, che causano la generazione del diagramma di stato di figura 5A o di quello di figura 5B.

Come si nota dalla figura 5A, i punti P1, ?, PN sono qui sostanzialmente distribuiti in modo uniforme su una circonferenza di raggio rS e centro geometrico (centroide, di coordinate xC, yC) a distanza dS dall?intersezione degli assi X e Y del sistema di riferimento biassiale utilizzato.

Come si nota dalla figura 5B, in questo caso i punti P1, ?, PN sono distribuiti in modo pi? concentrato a formare una ?nuvola? o ?fog? confinabile all?interno di una circonferenza di raggio rP e centro geometrico (centroide, di coordinate xC, yC) a distanza dP dall?intersezione degli assi X e Y del sistema di riferimento biassiale utilizzato.

Il centroide, sia nel caso di figura 5A che di figura 5B, ? definito come il baricentro dei punti P1-PN valori. Se il campionamento del segnale SQ ? fatto a 50 Hz, il centroide ? calcolato sulla base degli ultimi 2 secondi di acquisizione (100 punti P1-PN, con N=100). Le coordinate xC e yC del centroide sono pertanto date da:

xC=mean(X1-xN), ovvero xC ? la media di tutte le coordinate sull?asse X dei punti P1, ?, PN (ovvero, la media di x1, ?, xN);

yC=mean(y1-yN), ovvero yC ? la media di tutte le coordinate sull?asse Y dei punti P1, ?, PN (ovvero, la media di y1, ?, yN).

Tornando alla figura 4, il blocco 46, prevede il calcolo di una ?baseline?, ovvero di un diagramma di stato che rappresenta la condizione di partenza e di riferimento (assenza di presenza umana), per il successivo riconoscimento della presenza umana mediante confronto. La baseline corrisponde a quanto illustrato nelle figure 5A, 5B (a seconda del rispettivo caso di segnale intenso o debole), acquisendo il segnale SQ in assenza di presenza umana nell?ambiente da monitorare e costruendo il rispettivo diagramma di stato.

Sulla base di quanto precedentemente detto, la baseline ? dunque un cerchio con centro geometrico di coordinate xC, yC e raggio rS o rP (a seconda del rispettivo caso di segnale intenso o debole, rispettivamente).

La definizione del raggio rS / rP della baseline pu? essere eseguita secondo una delle seguenti modalit?:

a. Il raggio rS / rP ? il valore medio dMEAN di alcune delle distanze d1-dN dei punti P1, ?, PN dal centroide (ad esempio 10-50 distanze); oppure b. Il raggio rS / rP ? il valor medio dMEAN di tutte le distanze d1-dN dei punti P1, ?, PN dal centroide; In questo contesto, la distanza d1-dN di ciascun punto P1-PN dal centroide ? la lunghezza della retta che collega il rispettivo punto P1-PN al centroide. Ad esempio, per il punto PN, di coordinate xN, yN, la distanza dN dal centroide ? calcolata come SQRT[(xN-xC)<2>+(yN-yC)<2>], dove ?SQRT? rappresenta l?operazione di radice quadrata.

Inoltre, al valore del raggio rS / rP calcolato secondo una delle possibilit? sopra identificate, ? possibile aggiungere un valore proporzionale (es., con fattore di proporzionalit? k compreso tra 2 e 7) alla deviazione standard ? delle summenzionate distanze. In questo caso si ha che rS=dMEAN+k?? (analogamente, rP=dMEAN+k??).

Una ulteriore possibilit? per il calcolo del raggio rS o rP prevede che il raggio rS o rP sia la maggiore tra le distanze d1-dN dei punti P1, ?, PN dal centroide, eventualmente moltiplicata per un fattore di margine. Il fattore di margine pu? valere 1 nel caso in cui tutti i punti P1, ?, PN siano alla stessa distanza dal centroide, oppure il fattore di margine ? maggiore di 1 (es., 1.1-1.5) in modo da tenere in considerazione eventuali disturbi (rumore). Il fattore di margine maggiore di 1 garantisce dunque una tolleranza maggiore al rilevamento.

Con riferimento alla figura 6, vengono illustrate le operazioni corrispondenti al blocco 32 di figura 3.

Durante l?uso, il segnale SQ viene costantemente monitorato (blocco 60), ad esempio a intervalli regolari, e viene eseguito un controllo di presenza umana (blocco 62).

Al blocco 62 viene costruito un diagramma di stato corrente, utilizzando il segnale SQ (campionato) acquisito al blocco 60 per l?intervallo di monitoraggio corrente, e tale diagramma di stato corrente viene confrontato con quello della baseline memorizzata.

La Richiedente ha verificato che nel caso di presenza umana, il diagramma di stato di figura 5A varia come illustrato nelle figure 7A e 7B, ovvero deformando il cerchio della baseline. In particolare, la deformazione segue un pattern specifico nel caso di segnale intenso. Se si rileva una presenza umana in avvicinamento agli elettrodi E1, E2 il raggio rS aumenta ad un valore rS?>rS (figura 7A). Se si rileva una presenza umana in allontanamento dagli elettrodi E1, E2 il raggio rS si riduce ad un valore rS?<rS (figura 7B).

? dunque sufficiente verificare una variazione corrente del raggio rS? o rS? rispetto al raggio rS della baseline per generare l?interrupt (blocco 66 di figura 6) che identifica il rilevamento presenza umana. Risulta evidente che, per evitare falsi allarmi, l?interrupt pu? essere generato quando si identificano variazioni del valore del raggio rS al di sopra di una soglia di sicurezza predefinita (blocco 64 di figura 6). Tale soglia di sicurezza corrisponde ad esempio ad una variazione pari ad almeno il 10% del raggio rS.

La Richiedente ha altres? verificato che, nel caso di presenza umana e segnale debole, il diagramma di stato di figura 5B varia come illustrato nelle figure 8A e 8B, ovvero deformando il cerchio della baseline in modo differente rispetto al caso di segnale forte. In particolare, la deformazione segue un pattern che ricorda una ellisse. Se si rileva una presenza umana in avvicinamento agli elettrodi E1, E2 la distribuzione dei punti P1?-PN? rispetto alla condizione della baseline ? illustrata in figura 8A; se si rileva una presenza umana in allontanamento dagli elettrodi E1, E2 la distribuzione dei punti P1-PN rispetto alla condizione della baseline ? illustrata in figura 8B.

In questa condizione di uso, si pu? effettuare una verifica della distanza d1?, ?, dN? dei punti P1?, ?, PN? rispetto al centroide (xC, yC) della baseline; se tutti i punti P1?, ?, PN?, o un numero di punti superiore ad un numero predefinito, hanno una rispettiva distanza d1?-dN? dal centroide (xC, yC) della baseline maggiore del raggio rP precedentemente calcolato, allora si genera l?interrupt che identifica il rilevamento della presenza umana (blocco 66).

Per alcuni o tutti i punti P1, ?, PN, ? dunque importante rilevare se nel tempo si ha una variazione che porta tali punti fuori dal cerchio della baseline. A questo fine, si pu? effettuare ad intervalli regolari un calcolo di distanza euclidea tra le coordinate di tale punto e le coordinate del centroide, nel sistema di riferimento X, Y. Ad esempio, per il punto PN, di coordinate xN, yN, la distanza euclidea dal centroide ? calcolata come SQRT[(xN-xC)<2 >+ (yN-yC)<2>], dove ?SQRT? rappresenta l?operazione di radice quadrata. Se la distanza euclidea cos? calcolata ? maggiore del raggio rS/rP della baseline, allora il punto PN ? identificato come punto esterno al cerchio della baseline. Il criterio per identificare una presenza umana pu? variare secondo necessit?. Ad esempio, si pu? utilizzare come criterio a soglia la verifica di un numero minimo di punti fuori dalla baseline non temporalmente consecutivi; oppure si pu? utilizzare un criterio che prevede la necessit? di avere un numero minimo di punti tra loro consecutivi per determinare la presenza umana.

Nella pratica, tuttavia, la Richiedente ha verificato che la carica ambientale non ha valore immutabile nel tempo anche in assenza di presenza umana. Questo significa che le coordinate xC, yC del centroide della baseline ed il raggio rS/rP del cerchio della baseline variano nel tempo. ? dunque previsto di aggiornare la baseline ad intervalli regolari, ad esempio ogni 2-5 minuti, eseguendo le operazioni del blocco 30 di figura 3.

Quando ? necessario definire per la prima volta, o aggiornare successivamente, la baseline, le operazioni del blocco 30 di figura 3 possono essere eseguite una sola volta oppure una pluralit? di volte consecutive, prima di memorizzare le coordinate del centroide e il valore del raggio della baseline. Poich? il sistema potrebbe trovarsi in una fase transitoria, quindi non assestato (magari a causa di una precedente rilevazione di presenza), questa procedura consente di acquisire i parametri di interesse (centroide e raggio) in una condizione stazionaria per il sistema.

Ad esempio, viene eseguita la seguente routine per la definizione della baseline al blocco 30 di figura 3:

STEP 1

a. acquisizione del segnale SQ,

b. formazione del diagramma di stato.

STEP 2

c. calcolo delle coordinate del centroide,

d. calcolo della media delle distanze di ogni punto P1-PN nel diagramma di stato dal centroide corrente, e. calcolo del valore k??, proporzionale alla deviazione standard ? di ogni punto P1-PN nel diagramma di stato rispetto al centroide corrente.

STEP 3

f. definizione della baseline come il cerchio di raggio pari alla media delle distanze di ogni punto P1-PN nel diagramma di stato dal centroide corrente, sommata a k??.

STEP 4

g. si verifica che le seguenti condizioni siano valide per un numero consecutivo di volte (es., tre volte): - che la variazione delle coordinate del centroide in calcoli successivi dello stesso rimanga inferiore ad una soglia,

- che la variazione del raggio in calcoli successivi dello stesso rimanga inferiore ad una rispettiva soglia.

Allora, si impostano come valori che definiscono la baseline gli ultimi valori calcolati per le coordinate xC, yC del centroide e per il raggio rS/rP del centroide.

Inoltre, come detto, durante il funzionamento del sistema anti-intrusione, la baseline viene aggiornata ad intervalli regolari (es., ogni minuto o alcuni minuti) al fine di tenere in considerazioni eventuali variazioni minime naturali nell?ambiente monitorato e non relative ad una presenza umana. Come detto precedentemente, una variazione sotto soglia non causa la generazione dell?interrupt, ma, in questo caso, un aggiornamento della baseline (ovvero, un aggiornamento delle coordinate xC, yC del centroide e del valore del raggio rS/rP).

I vantaggi conseguiti dalla presente invenzione sono evidenti dalla precedente descrizione.

In particolare, si ottengono i seguenti vantaggi rispetto alla tecnica nota:

- insensibilit? alle condizioni ambientali;

- consumo molto basso se comparato con altre tecnologie (infrarosso, microonde ecc);

- ingobro ridotto e facilit? di integrazione in dispositivi, contenitori, hardware esistenti;

- a differenza dei comuni rilevatori, dotati di ?lenti? o antenne che ne vincolano la forma, la geometria degli elettrodi e quindi del rilevatore pu? essere modellata in funzione dell?applicazione - presumibilmente costo ridotto rispetto alle attuali soluzioni.

Ulteriori varianti, rispetto a quanto descritto, possono inoltre essere previste.

Ad esempio, seppur la figura 2 illustri due soli elettrodi E1, E2, ? possibile prevedere una pluralit? di elettrodi collegati al terminale di ingresso 8a ed una pluralit? di elettrodi collegati al terminale di ingresso 8b.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema per il rilevamento di presenza in un ambiente da monitorare, comprendente: - una unit? di elaborazione (2); - un sensore di carica elettrostatica (6), accoppiato all?unit? di elaborazione (2), configurato per rilevare una carica elettrostatica in detto ambiente e generare un segnale di carica elettrostatica (Vd?), in cui, in una condizione di partenza di assenza di presenza nell?ambiente da monitorare, l?unit? di elaborazione (2) ? configurata per: a. acquisire un primo segnale di carica elettrostatica (Vd?), b. campionare detto primo segnale di carica elettrostatica (Vd?), generando un primo segnale campionato (SQ) formato da una pluralit? di primi campioni (x1-xN), c. per ciascun primo campione (x1-xN), calcolare la derivata rispetto al tempo, generando un primo segnale derivato formato da una rispettiva pluralit? di secondi campioni (y1-yN), ciascun primo campione e rispettivo secondo campione essendo coordinate di un rispettivo primo punto (P1-PN) in un sistema di riferimento biassiale, d. calcolare un primo valor medio (xC) di una pluralit?, o tutti, detti primi campioni (x1-xN), e. calcolare un secondo valor medio (yC) di una pluralit?, o tutti, detti secondi campioni (y1-yN), f. definire una forma base circolare, calcolando un raggio di una circonferenza avente come centro geometrico (xC, yC) il primo (xC) ed il secondo (yC) valor medio e che racchiude tutti detti primi punti (P1-PN) nel sistema di riferimento biassiale, e in cui, in una condizione operativa successiva a detta condizione di partenza, l?unit? di elaborazione (2) ? configurata per: g. acquisire un secondo segnale di carica elettrostatica (Vd?) corrente, h. campionare detto secondo segnale di carica elettrostatica (Vd?), generando un secondo segnale campionato (SQ) formato da una pluralit? di terzi campioni (x1-xN), i. per ciascun terzo campione (x1-xN), calcolare la derivata rispetto al tempo, generando un secondo segnale derivato formato da una rispettiva pluralit? di quarti campioni (y1-yN), ciascun terzo campione e rispettivo quarto campione essendo coordinate di un rispettivo secondo punto (P1?-PN?) nel sistema di riferimento biassiale, j. verificare se uno o pi? tra i secondi punti (P1?PN?) ha coordinate, in detto sistema di riferimento biassiale, al di fuori di detta forma base circolare, e k. in caso la verifica al punto j. sia positiva, generare un segnale di rilevamento di detta presenza nell?ambiente monitorato.
2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui il campionamento ai punti b. e h. ? eseguito a 50 Hz.
3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l?unit? di elaborazione (2) ? configurata per: dopo l?operazione a. di acquisire il primo segnale di carica elettrostatica (Vd?), eseguire un filtraggio del primo segnale di carica elettrostatica (Vd?) con banda passante tra 0 e 20 Hz e tra 40 e 70 Hz, e dopo l?operazione h. di acquisire il secondo segnale di carica elettrostatica (Vd?), eseguire un filtraggio del secondo segnale di carica elettrostatica (Vd?) con banda passante tra 0 e 20 Hz e tra 40 e 70 Hz.
4. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l?operazione f. di calcolare il raggio della circonferenza comprende impostare detto raggio al valore della massima distanza tra il centro geometrico (xC, yC) e ciascuno tra detti primi punti (P1-PN).
5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui l?operazione f. di calcolare il raggio della circonferenza comprende impostare detto raggio al valor medio delle distanze tra il centro geometrico (xC, yC) e ciascuno di detti primi punti (P1-PN), sommato ad un valore proporzionale (k) alla deviazione standard (?) di dette distanze tra il centro geometrico (xC, yC) e ciascuno di detti primi punti (P1-PN).
6. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui l?operazione f. di calcolare il raggio della circonferenza comprende impostare detto raggio al valor medio di due o pi? tra le distanze tra il centro geometrico (xC, yC) e due o pi? rispettivi primi punti (P1-PN), sommato ad un valore proporzionale (k) alla deviazione standard (?) di dette distanze tra il centro geometrico (xC, yC) e ciascuno di detti primi punti (P1-PN).
7. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 4-6, in cui l?operazione j. comprende verificare se la distanza tra detto centro geometrico (xC, yC) e detti uno o pi? tra i secondi punti (P1?-PN?) ? maggiore di detto raggio.
8. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui, durante la condizione di partenza, l?unit? di elaborazione (2) ? configurata per ripetere le fasi a.-f. una pluralit? di volte.
9. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui, durante la condizione operativa successiva alla condizione di partenza, l?unit? di elaborazione (2) ? configurata per iterare le operazioni a.-f. al fine di aggiornare i valori dei primi punti (P1-PN), del raggio e del centro geometrico (xC, yC), per tenere in considerazione eventuali variazioni di carica elettrica ambientale dovuti a fattori diversi da detta presenza da rilevare.
10. Sistema secondo la rivendicazione 9, in cui l?unit? di elaborazione (2) ? inoltre configurata per verificare se i primi punti (P1-PN) aggiornati soddisfano una relazione predeterminata con la forma base calcolata all?iterazione precedente.
11. Sistema secondo la rivendicazione 10, in cui verificare detta relazione predeterminata include uno tra: - verificare se tutti i primi punti (P1-PN) aggiornati sono ad una distanza dal centro geometrico (xC, yC) calcolato all?iterazione precedente pari o inferiore a detto raggio calcolato all?iterazione precedente; oppure - verificare se uno o pi? tra i primi punti (P1-PN) aggiornati sono ad una distanza dal centro geometrico (xC, yC) calcolato all?iterazione precedente che ? maggiore di detto raggio calcolato all?iterazione precedente, ma inferiore ad una soglia di tolleranza.
12. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sensore di carica elettrostatica (6) comprende almeno due elettrodi (E1, E2) configurati per rilevare detta carica elettrostatica in detto ambiente e generare un potenziale elettrico (Vd) proporzionale a detta carica elettrostatica rilevata in detto ambiente.
13. Metodo per il rilevamento di presenza in un ambiente da monitorare, comprendente le fasi di: - in una condizione di partenza di assenza di presenza nell?ambiente da monitorare: a. acquisire un primo segnale di carica elettrostatica (Vd?) in detto ambiente da monitorare, b. campionare detto primo segnale di carica elettrostatica (Vd?), generando un primo segnale campionato (SQ) formato da una pluralit? di primi campioni (x1-xN), c. per ciascun primo campione (x1-xN), calcolare la derivata rispetto al tempo, generando un primo segnale derivato formato da una rispettiva pluralit? di secondi campioni (y1-yN), ciascun primo campione e rispettivo secondo campione essendo coordinate di un rispettivo primo punto (P1-PN) in un sistema di riferimento biassiale, d. calcolare un primo valor medio (xC) di una pluralit?, o tutti, detti primi campioni (x1-xN), e. calcolare un secondo valor medio (yC) di una pluralit?, o tutti, detti secondi campioni (y1-yN), f. definire una forma base circolare, calcolando un raggio di una circonferenza avente come centro geometrico (xC, yC) il primo (xC) ed il secondo (yC) valor medio e che racchiude tutti detti primi punti (P1-PN) nel sistema di riferimento biassiale, e - in una condizione operativa successiva a detta condizione di partenza: g. acquisire un secondo segnale di carica elettrostatica (Vd?) corrente, h. campionare detto secondo segnale di carica elettrostatica (Vd?), generando un secondo segnale campionato (SQ) formato da una pluralit? di terzi campioni (x1-xN), i. per ciascun terzo campione (x1-xN), calcolare la derivata rispetto al tempo, generando un secondo segnale derivato formato da una rispettiva pluralit? di quarti campioni (y1-yN), ciascun terzo campione e rispettivo quarto campione essendo coordinate di un rispettivo secondo punto (P1?-PN?) nel sistema di riferimento biassiale, j. verificare se uno o pi? tra i secondi punti (P1?-PN?) ha coordinate, in detto sistema di riferimento biassiale, al di fuori di detta forma base circolare, e k. in caso la verifica al punto j. sia positiva, generare un segnale di rilevamento di detta presenza nell?ambiente monitorato.
14. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui il campionamento ai punti b. e h. ? eseguito a 50 Hz o 60 Hz.
15. Metodo secondo la rivendicazione 13 o 14, comprendente inoltre: dopo la fase a. di acquisire il primo segnale di carica elettrostatica (Vd?), la fase di filtrare il primo segnale di carica elettrostatica (Vd?) con banda passante tra 0 e 20 Hz e tra 40 e 70 Hz, e dopo la fase h. di acquisire il secondo segnale di carica elettrostatica (Vd?), la fase di filtrare il secondo segnale di carica elettrostatica (Vd?) con banda passante tra 0 e 20 Hz e tra 40 e 70 Hz.
16. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13-15, in cui la fase f. di calcolare il raggio della circonferenza comprende impostare detto raggio al valore della massima distanza tra il centro geometrico (xC, yC) e ciascuno tra detti primi punti (P1-PN).
17. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13-15, in cui la fase f. di calcolare il raggio della circonferenza comprende impostare detto raggio al valor medio delle distanze tra il centro geometrico (xC, yC) e ciascuno di detti primi punti (P1-PN), sommato ad un valore proporzionale (k) alla deviazione standard (?) di dette distanze tra il centro geometrico (xC, yC) e ciascuno di detti primi punti (P1-PN).
18. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13-15, in cui la fase f. di calcolare il raggio della circonferenza comprende impostare detto raggio al valor medio di due o pi? tra le distanze tra il centro geometrico (xC, yC) e due o pi? rispettivi primi punti (P1-PN), sommato ad un valore proporzionale (k) alla deviazione standard (?) di dette distanze tra il centro geometrico (xC, yC) e ciascuno di detti primi punti (P1-PN).
19. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 16-18, in cui la fase j. comprende verificare se la distanza tra detto centro geometrico (xC, yC) e detti uno o pi? tra i secondi punti (P1?-PN?) ? maggiore di detto raggio.
20. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13-19, in cui, durante la condizione di partenza, le fasi a.-f. vengono ripetute una pluralit? di volte.
21. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13-20, comprendente inoltre, durante la condizione operativa successiva alla condizione di partenza, la fase di iterare le operazioni a.-f. al fine di aggiornare i valori dei primi punti (P1-PN), del raggio e del centro geometrico (xC, yC), per tenere in considerazione eventuali variazioni di carica elettrica ambientale dovuti a fattori diversi da detta presenza da rilevare.
22. Metodo secondo la rivendicazione 21, comprendente inoltre la fase di verificare se i primi punti (P1-PN) aggiornati soddisfano una relazione predeterminata con la forma base calcolata all?iterazione precedente.
23. Metodo secondo la rivendicazione 22, in cui verificare detta relazione predeterminata include uno tra: - verificare se tutti i primi punti (P1-PN) aggiornati sono ad una distanza dal centro geometrico (xC, yC) calcolato all?iterazione precedente pari o inferiore a detto raggio calcolato all?iterazione precedente; oppure - verificare se uno o pi? tra i primi punti (P1-PN) aggiornati sono ad una distanza dal centro geometrico (xC, yC) calcolato all?iterazione precedente che ? maggiore di detto raggio calcolato all?iterazione precedente, ma inferiore ad una soglia di tolleranza.