JPH10511455A - 距離決定および警報装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 向上された信頼性を持ち、広範囲の信号特性で作動可能な範囲外警報装置を提供する。システムは複数のトランシーバを持ち、それは親ユニットと１または２以上の携帯自在の着用可能な子ユニットとを備えていて、子のトランシーバユニットが親のトランシーバユニットから所定の距離よりも遠くに離れたときに警報を出力する。その距離は、基準信号が親ユニットによってｒｆ信号で送信され、子ユニットによって受信されかつ送信され、その後に親ユニットによって再び受信されるまでの時間からその基準信号の位相差基づいて決定される。

Description

【発明の詳細な説明】 距離決定および警報装置発明の技術分野 本願発明は、ｒｆ信号を変調する基準信号の位相遅延を用いてユニット間の距 離を決定する複数の送信機ユニットを持つタイプの距離決定および警報装置に関 する。従来技術 多数の範囲外警報装置の例が存在する。そのような装置は一般的には親ユニッ ト及び人間が身につけることができる１または２以上の携帯自在な子ユニットを 備える。子ユニットは一般的にＲF信号を送信し、それは親ユニットによって受 信される。ユニット間の距離は子ユニットから受け取った信号の強度に基づいて 決定される。それらの装置は、多くの場合、ユニット間の距離が所定の距離を越 えたときに警報を発生するいくつかの手段を、子ユニットを身につけた動物また は人間が範囲外にいる場合に親ユニットにおいて人に注意を与える手段として備 える。 それらの装置は距離決定手段として受信信号の強度に依存するので信頼性がな いことはわかっていた。その計算は、信号が常に同一強度で出力され、さらに、 それは同一の方法における距離の関数として減衰するが、子ユニットの電源とし て用いられる電池の強度、装置が用いられる区域の自然環境、送信及び受信アン テナの位置、ならびに、天候状態その他の信号減衰に差を生じさせるような要因 の影響は受けないと仮定するものである。常に未知の要因が存在しており、それ によって多くの場合必ずＲＦ信号が異なって減衰するので、そのような装置は本 質的に信頼性がない。発明の概要 本願発明は、向上された信頼性を持ち、広範囲の信号特性で作動可能な範囲外 警報装置を提供する。その装置は複数の受信機ユニットを持ち、それは親ユニ ットおよび１または２以上の子ユニットを備えていて、子受信機ユニットが親受 信機ユニットから所定の距離よりも離れたときに警報を発生する。本願発明の望 ましい実施例によると、親ユニットに第１の受信機が設けられており、さらに、 第１周波数のｒｆ信号を提供する第１送信機と、第１基準信号を発生する信号発 生装置と、第１送信機に結合されていて第１基準信号を持つ第１搬送波を変調す る第１変調器と、第１送信機の出力を識別するために変調された搬送波をデジタ ル符号によってデジタル方式でコード化する第１デジタルエンコーダとを備える 。第２送信機は携帯自在な子ユニット内にあり、それは子供が身につけることが できる程度の小さな寸法で、さらに、第１搬送周波数に同調して第１送信機の出 力から信号通信を受け取る第２受信機と、第２受信機によって受け取った信号か らデジタル信号を復号するとともに復号された出力を提供するデジタルデコーダ と、そのデジタルデコーダに結合されていて復号された出力が子ユニットに格納 された基準と一致しない場合に子ユニットによって送信を阻止するための阻止配 置とを備える。 本願発明の実施例において、子ユニットは、第２搬送周波数で作動し、出力を 持つ第２ｒｆ送信機と、その第２ｒｆ送信機及び第２受信機に結合されていて第 ２受信機によって受信されたときに第１基準信号に対しあらかじめ指定された位 相関係を持つ第２の基準信号で第２搬送波を変調する第２変調器とを備える。さ らに、親ユニットは、第２搬送周波数と同調して復号された第２基準信号の出力 を提供するための第１受信機と、第１受信機及び信号発生装置に結合されていて 、第１基準信号と復号された第２基準信号との位相関係に基づき、子ユニットと 親ユニットとの間の距離を示す出力信号を提供する距離決定装置と、その距離決 定装置に結合されていて、距離決定装置からの出力信号が指定した最大距離を越 える場合に作動する警報装置とを備える。 別の実施例においては、子ユニットは親ユニットに送信するための警報信号の 発生を生じさせる緊急ボタンと最大距離を指定するためにユーザがアクセス可能 な範囲選択スイッチとを備えることができる。図面の簡単な説明 本願発明の他の特徴は図面とともに以下の詳細な説明を参照することによって より容易に理解されるであろう。 図１は本願発明に係る範囲外警報装置の概略ブロック図である。 図２は図１の親ユニットの第１の実施例の詳細なブロック図である。 図３は図１の子ユニットの第１の実施例の詳細なブロック図である。 図４は本願の第２の望ましい実施例に関連した信号のタイミングを示す図であ る。 図５は図４の望ましい実施例に係る親ユニットを示すブロック図である。 図６は図４の望ましい実施例に係る子ユニットを示すブロック図である。特定の実施例の詳細な説明 本願発明は、親ユニットおよび１または２以上の子ユニットを持ち、子ユニッ トが親ユニットから所定の距離より離れたときに警報を発生する装置を提供する 。親ユニットは基準信号で変調されたｒｆ信号を送信するための送信機を含むト ランシーバを備える。子ユニットは親ユニットによって発生された信号を受け取 るとともに基準信号を復号する受信機を含むトランシーバを備える。子ユニット は次に基準信号を用いてその送信機のｒｆ信号を変調する。親ユニットは子ユニ ットから送信された信号を受け取って復号するための受信機を備える。それらの ２つのユニット間の距離は送信されて受信された基準信号の位相差の関数として 親ユニットによって決定される。 それらの２つの信号の間の位相遅延は、信号が親ユニットから子ユニットまで 伝わり、そして親ユニットまで戻るために必要な時間によって生じる(各ユニッ トの回路で生じる別の位相遅延も伴う)。内部で生じる位相遅延は一定であるの で、位相差は距離を決定するための正確な条件である。親ユニットは距離を決定 してその距離が既定のしきい値より大きくなると警報信号を発生する。したがっ て、そのような装置は、子供が近くにいることを親が監視するために用いるのに 適している。本願発明の望ましい実施例では、子ユニットは持ち運びに便利で、 また、子供が楽に身につけることができるぐらいに小さい。 図１には、本願発明の第１の実施例に係る範囲外警報装置９を示す。その装 置９は「親ユニット」と称する親トランシーバユニット１０と、「子ユニット」 と称する第２のトランシーバユニット１００とを備える。親ユニット１０は基準 信号で変調された第１ｒｆ信号を送信するための親送信機１１を備える。子ユニ ット１００は送信機１１から送信された基準信号を受信して復号するための受信 機１０１を備える。子ユニット１００はその復号された基準信号を用いて送信機 １０３のｒｆ信号を変調して第２のｒｆ信号を送信する。その第２のｒｆ信号は 親ユニット１０の受信機１３によって受信されて復号される。距離決定装置１５ が次に受信機１３によって復号された基準信号の位相を送信機１１によって送信 された基準信号の位相と比較し、そしてその距離決定装置１５はそれらの２つの 信号の間の位相遅延に基づいてユニット１０とユニット１００との間の距離を決 定する。警報装置１７が、決定装置１５と通信し、決定された距離が所定のしき い値より大きな場合には警報出力信号を発生する。装置の範囲の限界が親ユニッ ト１０に中心がある円によって表されており、それは警報１７と関連する既定の しきい値に対応する。 図１の基本および子ユニットの第１の実施例のブロック図をそれぞれ図２およ び図３に示す。図２の親ユニット１０ａは、送信機１１ａを備えており、それは 、基準信号を供給する１ＭＨz発振器１２を含む。この発振器からの信号はＦＭ 変調器１４に供給され、それは３８０ＭＨｚの搬送信号を発生して１ＭＨｚの信 号を搬送信号上で変調する。変調器１４からの出力はｒｆパワーアンプ１６によ って増幅されてアンテナ整合回路１８を通過してアンテナに供給される。 アンテナ２０から放射された信号は図３の子ユニットのアンテナ１０２によっ て受信される。受信機１０１ａは信号を増幅するＲＦ増幅器１０４を含み、信号 対ノイズ比を改善し、そしてその信号をミキサ１１０に伝える。ローカル発振器 １０６と周波数トリプラー１０８とが４２３ＭＨｚ信号を発生し、それはミキサ １１０に供給される。ミキサ１１０は４３ＭＨｚのヘテロダインされた出力を給 し、それはＩＦフィルタ１１２によってフィルタされ、第１増幅器１１４によっ て増幅され、さらに、第２リミッタ／復号器１１６によって増幅されるとともに 復号される。その第２リミッタ／復号器１１６は最初は親ユニットから発生され た１ＭＨｚ基準信号を回復する。 その復号された１ＭＨｚの基準信号は送信機１０３ａに供給され、それはその 信号をフィルタするためのバッファ１１８と、子ユニットで受信された信号がそ の子ユニットに適合する親ユニットによって発生されることを保証するデコーダ ２０（スモールマイクロプロセッサ）とを備える。換言すると、各々が親ユニッ トおよび１または２以上の子ユニットを持つ他のシステムから干渉を受ける可能 性がある。その符号化はそのシステムを構成するユニットの近くで作動する他の 同様なシステムから干渉されるのを排除するために用いられる。 符号化はマイクロプロセッサ／コントローラ４６を用いて親ユニット１０ａで 実行され、マイクロプロセッサ／コントローラ４６は変調器１４と通信して各送 信の第１の部分の間に迅速に１ＭＨｚの基準信号のオンおよびオフを行う。さら に、マイクロプロセッサ／コントローラ４６はｒｆ電力アンプ１６を１秒ごとに １秒の１０分の１ずつ規則的にオンすることによって出力の消耗を減少するため に用いることができ、そのような規則的な切り換えは、符号化との干渉を回避す るようにタイミングを合わせて行わなければならない。 図３の子ユニットに戻ると、デコーダ回路１２０が送信されたコードを探して 、その送信されたコードが、親ユニットおよび子ユニットの双方を識別するアド レスを含むような内部に格納された基準と一致するか否かを決定する。その基準 に一致すると、デコーダ１２０によって子ユニットが親ユニットの信号送信の持 続時間の間その送信機をオンにすることができる。その「送信ＯＫ」信号はＦＭ 変調器１２２に供給され、それは２１９ＭＨｚ搬送信号上で１ＭＨｚ信号を再び 変調する。その変調された信号はｒｆ電力アンプ１２４によって増幅されてアン テナ整合回路１２６を経由してアンテナ１２２に供給される。その信号は次にア ンテナ１０２によって送信される。 緊急ボタン１１９が携帯者によって押されると親ユニットに送信するための警 報信号を発生することができる。この方法では、携帯者は必要に応じて親ユニッ トのモニターと接触することができる。 アンテナ１０２から送信された信号は図２の親ユニット１０ａの受信機１３ａ によって受信される。受信機１３ａは子ユニットが１ＭＨｚ信号を回復した方法 と同様な方法によって１ＭＨｚ信号を回復する。基準信号回復は、ｒｆ増幅器 ２２、ミキサ２４によって実行され、ミキサは周波数トリプラー２８から５２８ ＭＨｚの信号を受け取り、その基本振動数はローカル発振器２６によって発生さ れる。その合成４３ＭＨｚ信号はＩＦフィルタ３０によってフィルタされ、第１ リミッタ３２によって増幅され、さらに、第２リミッタ／復号器３４によって増 幅されかつ復号される。第２リミッタ／復号器３４の出力信号はアンテナ２０に よって受信された１ＭＨｚ信号である。 回復された基準信号は、バッファ３６からフィルタされたのちに位相検出器３ ８に送られる。位相検出器は距離決定装置１５ａの一部である。位相検出器３８ は発振器１２から最初の１ＭＨｚ信号を受け取り、バッファ３６からの信号の位 相と発振器１２からの信号の位相とを比較する。親ユニットから子ユニットに伝 わってさらに戻ってくる信号によって時間遅延が発生するので、バッファ３６に よって供給された回復基準信号は、発振器１２によって供給された基準信号から 、移動距離の関数である量（及び一定のシステム遅延）だけ位相がずれる。位相 検出器の出力はＤＣ電圧であり、それはアナログ・デジタル変換器４０によって デジタル化され、次に、マイクロプロセッサ／コントローラ４６によって距離情 報に処理される。マイクロプロセッサ／コントローラ４６の出力に供給された距 離情報は範囲警報装置１７に供給され、それは測定値が距離範囲選択スイッチ４ ４を介して利用者によって選択されたしきい値を越えると、警報信号を出力する 。その警報装置は子ユニットの「緊急」ボタンが押されたときにも音を発生する 。マイクロプロセッサ／コントローラ４６は親ユニット１０ａ用のタイミングコ ントローラおよびコード発生器としても機能する。それは変調器１４による変調 も制御し、また、必要な場合にはその変調を抑制することもできる。 この機構は、したがって、距離を決定する手段として信号強度の減衰に依存す ることなく２つのユニット間の距離を決定することができる。位相遅延はシステ ムの内部回路の特性および２つのユニット間の距離に起因する一定の遅延の結果 に過ぎないので、位相遅延はユニット間の距離を決定するための正確な手段を提 供する。各ユニットの回路による位相遅延の量は、それらが既知の距離だけ離れ ているときにレンジ較正スイッチ４２を用いてユニットを較正することによって 効果的に取り消すことができる。レンジ較正の例として、操作者に、ある量、 例えば約６．１ｍ（２０ｆｅｅｔ）まで子ユニットと親ユニットとが離れられる ことを知らせることができる。レンジ較正スイッチ４２は次に押されると、送信 、再送信および受信サイクルを行うことができる。距離はわかっているので、距 離によって引き起こされる遅延の他のすべての遅延は内部回路によって引き起こ される遅延である。そのシステム遅延は次に格納することができ、そのシステム を利用している間に、Ａ／Ｄコンバータ４０からマイクロプロセッサ／コントロ ーラ４６によって測定された遅延から引くことができ、それにより、マイクロプ ロセッサ／コントローラ４６によって提供されるレンジ情報が正確になる。 両方のユニットへの電力はＡＡバッテリーを用いて供給される（図示せず）。 図示しないオン／オフスイッチも各ユニットに設けられてユニットを用いないと きにバッテリーの節約を行う。 図４は本願発明の第２の望ましい実施例に関連する信号のタイミングを示す。 親の送信はショートパケットであり、各送信の後に、親ユニットは受信モードに なる。親ユニットがそのパケットの送信を完了した後に各子ユニットからの送信 された応答が発生し、その装置は一度には１つのユニットのみが送信するように 構成されている。（図５および図６はこの構成を回路で実行する方法を示す。）こ の実施例では、実施例のために、親ユニットと関連する３つの子ユニットがある と仮定する。親ユニットおよび各子ユニットは唯一のランダムなシステムアドレ スによってプログラム的に符号化されて（ＥＥＰＲＯＭを用いて）ユニットの特 定のグループを識別する。さらに、各子ユニットはスイッチ選択可能な数字での 確認装置を持っていてシステム内で１つの子ユニットを他のユニットから区別す る。 この実施例は親ユニットと各子ユニット間での向上されたデータ交換を提供す る。例えば、その実施例によると、人が親ユニットの「呼出し」ボタンを押して 子ユニットから「呼出し」信号を出すことができる。子ユニットが距離のしきい 値を越えた場合には、親ユニットは自動的にその子ユニットに情報を提供する。 子ユニットがその距離しきい値を越えた場合に親ユニットの「呼出し」ボタンが 押されると、「呼出し」信号が自動的により高い緊急性を音で知らせる。親ユニ ットおよびいずれかの子ユニットは、特別の「アダプション」(adoption)モード に置くこともでき、その間は、親ユニットと子ユニットは互いに近くに置かれて いるとの仮定すると、子ユニットは親のシステムアドレスを採用し、親ユニット は特定の子ユニットに関するシステム遅延を測定して格納する。そのアダプショ ンモードは４秒間「呼出し」ボタンをホールドし、それからそれをホールドしつ づけることによって親ユニットに入ってそこに保持される。また、そのアダプシ ョンモードは、４秒間「ヘルプ」ボタンをホールドし、それからそれをホールド しつづけることによって子ユニットに入ってそこに保持される。そのアダプショ ンは親ユニットおよび子ユニットの両方が同時にアダプションモードに維持され なければ生じない。アダプションの終わりには、親ユニットは子ユニットにアダ プションは成功し、その結果両方のユニットは長いビーツというビープ音信号を 発生してオフになる。また、子ユニットは、取り付けクリップ(子ユニットを衣 類等に取り付けるためのもの)が開かれたときには親ユニットに情報を提供する 。各ユニットは低バッテリー状態等の情報も提供する。その状態は別の警報信号 をトリガするように用いることができる。最後に、子ユニットの取り付けクリッ プが開かれて、親ユニットが警報状態に入ったときには、その親ユニットはオフ になったときに子ユニットに連絡することができる。親ユニットの信号は、その 親ユニットのユーザが４秒間「ミュート」ボタンを押し下げつづけたときに発生 する。 親ユニットは選択可能な距離のしきい値を持つ。４つの選択、つまり、３．７ ｍ(１５フィート)、９．１ｍ(３０フィート)、１８．３ｍ（６０フィート）およ び３０．５ｍ(１００フィート)を提供する。その選択は、親ユニットの「距離設 定」ボタンを押すことによって選択され、５つのＬＥＤのアレーのうちの適当な ＬＥＤを点灯することによって表示される（５番目のＬＥＤは、３０．５ｍ（１ ００フィート）を越えた距離を識別するためのもので、３０．５ｍ（１００フィ ート）を越えた子ユニットを識別するためだけに用いられる。子ユニットが設定 しきい値を越えると、アレー内の２番目のＬＥＤが親ユニットと子ユニットとの 間の距離の範囲を表す点滅を行う。例えば、その範囲が３．７ｍ（１５フィート ）に設定されている場合には、３．７ｍ（１５フィート）ＬＥＤが安定して点灯 する。さらに、９．１ｍ（３０フィート）ＬＥＤが点滅する場合には、子ユ ニットは親ユニットから３．７ｍ（１５フィート）と９．１ｍ（３０フィート） との間にある。点滅速度はユニット間の距離が増加するに連れて早くなる。ビー ツという音は親ユニットからも出すことができ、そのビーツという音の繰り返す 割合はユニット間の距離を表す。さらに、親ユニットの他のアレーの３つのＬＥ Ｄの内の１つのＬＥＤがそのユニット（数字で識別されたもの）が境界の外にあ ることを示す。その時間の間、境界外の子ユニットが独特な境界外ビープ音を出 力する。出力を節約するために、子ユニットが境界の外にない場合には、選択さ れたしきい値ＬＥＤ及び各子ユニットに対応し監視されたＬＥＤが遅い繰り返し 速度で点滅し、ビーツという音を出力しない。この「ＯＫ」点滅は境界外点滅と 区別できるので混乱は生じない。各子ユニットにそれが親ユニットと通信状態に あることを示すＬＥＤも設けられている。 それらの追加の特徴のすべては、親ユニット及び子ユニットの各々においてマ イクロプロセッサを用いることによって達成され、それにより、設計技術者の想 像によって限定されるだけの新たな特徴を追加することができる。 図４において、ライン４０１は親ユニットが送信モード（「Ｔｘ」として区別さ れたもの）または受信モード（「Ｒｘ」として区別されたもの）にあるときの時間 のセグメントを示す。同様に、ライン４０２，４０３および４０４はそれぞれ子 ユニット１,２および３に対する送信および受信モードのタイミングを示す。親 ユニットが送信モードにあるときに、それはｒｆ搬送（９２０．９ＭＨｚ）を送 信する。それは、第１の実施例に関連して上述したように基準信号（ここでは２ ５０ｋＨｚ）で周波数変調されている。その基準信号は図４に示されたフォーマ ットで情報とともにデジタル方式で符号化される。送信４１０は例えば子ユニッ トＮo.１にアドレス付けされる。送信４３０および４４０はそれぞれ子ユニット Ｎo.２およびＮo.３にアドレス付けされるその後に、送信シーケンスは繰り返さ れ、子ユニット１に再びアドレス付けされる。その繰り返し間隔はここでは各子 ユニットごとに１秒で実行される。つまり、各子ユニットは１秒ごとに一度質問 される。各送信の持続時間（親ユニットまたは子ユニットのいずれによるものも ）は９ミリセコンド程度である。符号化された情報のデータ速度は１秒ごとに約 ３１．２５キロビットである。 親の各送信は５バイトの情報を含み、それにはコード化されていない基準信号 が先行しかつ後続する。図４における送信の拡大図は、符号化されたいない基準 信号セグメント４１１に続いて、最初のバイト情報がその情報のビット同期のた めの同期バイト４１２であることを示す。第２および第３のバイトは特定の装置 のための１６ビットアドレス４１３からなる。（このアドレスはその装置のデジ タル信号を構成する。）第４番目のバイトは子番号確認４１４と特定の子ユニッ ト用の追加のデータ４１５である。その追加のデータは、例えば、(i)親ユニッ トがアドレス付けされた子ユニットを呼んでいる、(ii)そのアドレス付けされた 子ユニットが距離のしきい値を越えている、(iii)親ユニットの「呼出し」ボタ ンが４秒間押され、そしてさらに押し続けられて親ユニットがアドプションモー ドになる、(iv)親ユニットがアドレスつけられた子ユニットに適合する、（v） 親ユニットのミュートボタンが４秒間押し続けられ、それにより、子ユニットへ の警報の指示がオフにされる、さらに（vi）親ユニットが低バッテリーを持つ、 というようなこととすることができる。第５および最後のバイトはチェック合計 ４１６であり、その後には、符号化していない基準信号のセグメント４１７が続 く。 各子ユニットは送信セグメント（９１０．２ＭＨzで作動）も持っており、そ れは子ユニット１,２および３のそれぞれに対しアイテム４２０，４５０および ４６０によって表されている。図４における送信４２０の拡大図は、符号化され ていない基準信号セグメント４２１に続いて、第１および第２バイトの情報がそ の特定のシステム用に１６ビットアドレス４２２からなることを示しす。第３の バイトは子の番号確認４２３および特定の子ユニットからの追加のデータ４２４ である。その追加のデータは、例えば、(i)子ユニットの「ヘルプ」ボタンが押 されてアドレス付けされた親ユニットを呼んでいる、(ii)子ユニットの取り付け クリップが開かれている、(iii)「ヘルプ」ボタンが４秒間押され、そしてさらに 押し続けられて、子ユニットがアドプションモードになる、(iv)子ユニットが低 バッテリーを持つ、というようなこととすることができる。第４および最後のバ イトはチェック合計４２５である。 この実施例の親および子ユニットの送信周波数は、９０２−９２８ＭＨzの帯 域に入るように選ばれている。その周波数は、ＩＦ段階で低コストの成分を用い やすくし、さらに、送信用の上方コンバータを排除するために、わずか１０．７ ＭＨz離れているようにも選択される。さらに、その周波数帯域によりＦＣＣパ ート１５の条件により容易に従うことができる。さらに、セル式電話の帯域に近 いので低コストのｒｆ成分を用いることができ、さらに、その成分はセル式電話 のために容易に利用することができる。その帯域における有効なアンテナ構造は 小さいので、プリント印刷回路図を用いかつコンパクト機器を促進することによ って容易に達成することができる。 図５および図６は図４の望ましい実施例に係る親ユニットおよび子ユニットを それぞれ示すブロック図である。それらのおのおののユニットはそれぞれマイク ロプロセッサ５０１および６０１の制御下で作動する。そのプロセッサはここで はモトローラ(Ｍotorola)の68ＨＣ05Ｐ6であり、それは、内臓プログラムＲＯＭ を含んでおり、それは、プロセッサ用のプログラムを保持する。各プロセッサの プログラムは従来から知られた方法で図４に関連して説明したような信号タイミ ングおよび他の特徴を実行するように書かれている。このプロセッサは、プログ ラム変数のためのＲＡＭと、スイッチを読み、ＬＥＤを点灯し、電力を制御し、 さらにビープ音を発生するためのスタティックＩ/Ｏと、バッテリー電圧および 位相遅延情報のためのアナログ・デジタルコンバータ入力と、データ変換を送信 および受信するためのシリアルＩ/Ｏと、ＥＥＰＲＯＭＩ/Ｏとを備える。(子ユ ニットは、コンパレータを用いて低バッテリー電圧を決定するとして、高価でな いＭotorola 68ＨＣ05Ｐ4を任意に用いることができる。 親ユニットは図４のセグメント４１０に関連して説明した内容を持つセグメン ト内で通信を行う。基準信号は、親ユニットによって送信されたｒｆ搬送波をＦ Ｍ変調するように用いられ、子ユニットによって再発生されかつ再送信された後 に、親ユニットによって復調される。最初の基準信号と復調された受信信号との 間の位相遅延はユニット間の距離を決定する。最初の基準信号は親ユニットの周 波数シンセサイザー５０３によって生成される。基準信号はクリスタル発振器５ ０９（4.000ＭＨz）と、デバイダチェーン５３７(1/2)、538（1/8）と、追加ロ ーパスフィルタ５３９から抽出される。この信号は以下に説明する方法でｒｆ 搬送波を変調するために用いられる。 親ユニットで用いられるｒｆ搬送波は、ミキサ５２３（受信機で用いられてい る）への入力として現れたミキシング周波数で作動し、それは整合ネットワーク ５１４を経由して送信機増幅器（送信機アンプ）５０４に供給される。そのｒｆ 送信搬送波は（ミキシング信号とともに）基準信号を発生するために用いられる 同一の周波数シンセサイザー５０３から導き出される。位相ロックループは、ミ キシング周波数およびｒｆ送信搬送波を発生するために用いられ、電圧制御発振 器（ＶＣＯ）５３１と、デバイダチェーン（２５９＊８の積による割り算となる ）５３２(1/64および1/65の間で切り換え自在である)、５３３（1/4）及び５３ ４（1/8）と、周波数/位相検出器および積分器５３５と、加算器５４０とから構 成される。このループによって、周波数ＶＣＯ531がクリスタル発振器５０９の 信号（4.000ＭＨｚ）の適当な非積分多重（2072/9）に従うようになり、それは デバイダ(1/9)５３６を通って周波数/位相検出器および積分器５３５に供給され る。 親ユニットによる送信の間、搬送波の周波数変調は、変調信号を加算器５４０ を経由してＶＣＯ５３１の入力に加えることによって達成される。その変調信号 はローパスフィルタ５３９の基準出力から導き出され、それは、変調イネーブル スイッチ５０７によってゲートされ、データ変調器回路５０８によるレベル制御 を受ける。そのデータ変調器５０８は情報を伴う基準信号を図４の送信セグメン ト４１０に関連して示したフォーマットにデジタル的に符号化する。加算器５４ ０、データ変調器回路５０８および変調イネーブルスイッチ５０７は、送信搬送 波の中心周波数がデータ変調の影響を受けないように設計されている。(この説 明から、加算器５４０は、周波数/位相検出器および積分器５３５と他の入力の 小さな変調デジタル符号化ａｃ信号とからＤＣ入力を受け取ることは明らかであ る。) 各ユニットはそれぞれ受信セクション５０２および６０２を持っていて、それ ぞれアンテナ５７０および６７０からｒｆ信号を受け取り、それらはそれぞれ送 信・受信スイッチ５７１および６７１を通って結合されている。それぞれの場合 の受信機はそれぞれバンドパスフィルター５２１および６２１と、低ノイズ増 幅器５２２および６２２と、ミキサ５２３および６２３とを備える。ミキサ５２ ３および６２３は受信ｒｆ信号と周波数シンセサイザー５０３および６０３から のローカル発振器信号ととヘテロダイン混合をして、１０.７ＭＨｚのＩＦ信号 （商業用ＦＭ放送より広い帯域にもかかわらず）を生成し、これにより、信号処 理のために低コストの従来からの成分の利用が可能となる。そのミキサ５２３お よび６２３のＩＦ出力はそれぞれ広帯域増幅器フィルタ５２４および６２４と、 集積化されたリミッターフィルタＦＭ復調器５２５および６２５とに送られる。 受信機５０２および６０２からの復調された信号出力は、ＡＭ検出器・ローパ スフィルタ５０６および６０６に達して、図４の送信されたセグメント４１０お よび４２０に関して説明したシリアルデジタル情報を供給する。このデジタル情 報はそれぞれマイクロプロセッサ５０１および６０１の「ＲｘＤ」入力二送られ る。図６の子ユニットにおいては、マイクロプロセッサ６０１は、データ流れを 処理する際のそのマイクロプロセッサの制限に適合させるために、同期（ｓｙｎ ｃ）バイト４１２（図４）におけるデータ移行を用いて、データ転移のためのビ ット同期を最適化する。その構成においては、シリアルデータ（ＲｘＤ）は通常 のシリアルポートｓｄｉのみならずポートｐｄ７に接続される。ポートｐｄ７へ の入力はタイトなソフトウエアループにおいてサンプルリングされて同期タイミ ングを確認し、それはシリアルポートｓｄｉおよびｓｄｏの同期を図る。この実 施例のために選択された低コストのマイクロプロセッサは、通常自動的にビット 同期を提供するような従来のＵＡＲＴは備えていない。 図６の子ユニットにおいては、復調された基準信号は、周波数シンセサイザー ６０３によって電圧制御のクリスタル発振器（ＶＣＸＯ）６０９から導き出され た合成のローカル基準信号の位相を調節するために用いられる。その位相調節は 、位相検出器６１５と、ＶＣＸＯ６０９に結合されたゲートされたループ積分器 ６１０と、デバイダチェーン６３７(1/2)、６３８(1/8)および光学ローパスフィ ルタ６３９とからなる位相ロックループを用いることによって達成される。ＶＣ ＸＯ６０９はわずか4.000ＭＨｚで作動し、十分な調節範囲を持っていて、図４ に関連して説明した送信時間の間に位相ロックを達成する。ゲートループ積分器 ６１０は、親送信を受信する間に位相を調節するためにマイクロプロセッサ 601によって制御され、また、子ユニットがその応答を送信する間にその位相を 調節する。ＶＣＸＯ６０９は、子ユニットの送信セグメントの短い時間の間に、 装置の正確さのために要求されるローカル基準の位相安定性を保持する。 子ユニットの周波数シンセサイザー６０３によって生成された位相調節のロー カル基準信号がローパスフィルタ６３９の出力のように示されている。親ユニッ トの動作に概略似ている方法で、その信号は子ユニットによって送信されたｒｆ 搬送波をＦＭ変調するために用いられる。子ユニットはミキサ６２３への入力と して現れたミキシング周波数でｒｆ搬送波を利用し、それは、整合ネットワーク ６１４を経由して送信機増幅器６０４に供給される。ミキシング信号は（ｒｆ送 信搬送はとともに）異なる位相ロックループを用いたにもかかわらず。ローカル 基準信号を発生するために用いられた同一の周波数シンセサイザー６０３から導 き出される。ミキシング周波数およびｒｆ送信搬送波を発生するために用いられ たループは、電圧制御の発振器（ＶＣＯ）６３１と、デバイダチェーン６３２(1 /8)および６３３(1/16)と、周波数/位相検出器・積分器６３５と、加算器６４０ とを備える。このループによって周波数ＶＣＯ６３１がＶＣＸＯ６０９の適当な 非積分多重(2048/9)に従うようになり、それは、デバイダ(1/9)６３６を通って 周波数/位相検出器・積分器６３５に供給される。 子ユニットは、図４のセグメントのために示されているフォーマットの、適当 なアドレス(アドプション処理の間に与えられるシステム番号)、子ユニット番号 (それ自身の子番号)、データおよびチェックサムの受信を待つようにプログラム される。ＲｘＤ入力を経由してマイクロプロセッサに送られて受信されるデータ がそれらの予想に適合する場合には、マイクロプロセッサは送信シーケンスを開 始し、それにより、マイクロプロセッサのターミナルｐａ０によってＯＫ ＬＥ Ｄが点灯する。データが予想に対応しない場合（異なる子ユニットまたは異なる システムアドレスにアドレス付けされたような場合）には送信はイネーブルとな って行われない。 子ユニットによる送信の間に、搬送波の周波数変調が、加算器６４０を経由し て変調信号をＶＣＯ６３１の入力に加えることによって達成される。その変調信 号はローパスフィルタ６３９におけるローカル基準出力から導き出され、それ は変調イネーブルスイッチ６０７によってゲートされ、さらに、データ変調器回 路６０８によるレベル制御を受ける。データ変調６０８は図４の送信セグメント ４２０に関連して示されたフォーマットの情報を伴うローカル基準信号をデジタ ル的に符号化する。加算器６４０、データ変調器回路６０８および変調イネーブ ルスイッチ６０７は、送信搬送波の中心周波数がデータ変調の影響を受けないよ うに設計されている。(この説明から、加算器６４０が、周波数/位相検出器・積 分器６３５および他の入力の小さな変調デジタル符号化ａｃ信号からＤＣ入力を 受け取ることは明らかである。) 図５の親ユニットの受信機５０２の動作は上述したが、それはＡＭ検出器・ロ ーパスフィルタ５０６からデータ入力をマイクロプロセッサに提供する。受信デ ータのマイクロプロセッサによる同期は親ユニットにおいては不要であるが、そ れは、子ユニットが親ユニットの同期と整合するからである。さらに、集積され たリミッタ・フィルタ・ＦＭ変調器５２５は子ユニットから受け取った復調され た基準信号を供給し、そのリミッタ・フィルタ・ＦＭ変調器５２５からの受信機 出力は位相検出器５０５への入力として与えられる。その位相検出器への第２の 入力は周波数シンセサイザー５０３によって発生された親基準信号である。位相 検出器の出力は、親ユニットと子ユニットとの間の距離の関数で、マイクロプロ セッサ５０１のＡ／Ｄ入力に供給される。 マイクロプロセッサは復調された子の基準信号を数ミリ秒受け取った後にその 位相をサンプリングする。サンプリングの時点は図４に符号４２６で示されてい る。そのタイミングは、図４に示すタイミング周期に基づいて親のマイクロプロ セッサ５０１によってオープンループで決定され、親ユニットによる送信の時間 に関連して一定に保持される。その時点では、親のマイクロプロセッサは、位相 遅延が有効な距離測定を生成したか否かは決定していない。親ユニットは、質問 される子ユニットに対応する、適当なアドレス、子ユニット番号、データおよび チェックサムの受け取りを待つようにプログラムされている。ＲｘＤ入力を経由 してマイクロプロセッサに送られて受信されるデータそれらの期待を満たす場合 には、マイクロプロセッサは距離測定値を有効なものとして受け取る。その距離 測定値は次にそのマイクロプロセッサによってさらに処理されて以下のように システム位相遅延および複数経路現象を処理する。 (i) アドプション処理の間に格納された、距離の特徴的システム位相遅延を 減じて最新の距離の値を生じさせる。 (ii) その最新の距離の値を前の測定サイクルの終わりに決定された距離と比 較する。 (iii)その比較による差が、予め特定した領域（最大量および最小量を持ち、 例えば、図４における１秒のサンプリング間隔の間中の一般的な人間の歩く速度 を考慮に入れたもの）の外側への親ユニットと子ユニットとの間の相対移動の量 を示す場合には、新たに決定された距離を適当な領域最大量または最小量に特定 する。 (iv) その特定した距離の測定値をステップ(iii)から用いて５つの距離範囲の どれに適切な子ユニットが入るのかを決定する。 (v) 標準的なソフトウエア・非バウンド(debouncing)技術を用いてステップ(i v)の範囲決定を非バウンド(debounce)する。 (vi) 選択された範囲の制限に対しステップ(v)から選られた非バウンドされた 範囲をチェックし、上記の装置の動作に従って必要に応じて適切な警報を実施し 、それには、必要であれば、ステップ(iii)からの特定された距離測定値に基づ いてビープ音の速度を設定することを含める。 当然であるが、他の平滑化手法も利用することができる。距離範囲のＬＥＤは 直接にマイクロプロセッサ５０１に接続され、望ましくは、ターミナルpa０、pa １、pa２、pa３およびpa４での電流を制限するために抵抗を用いる点に注意すべ きである。子ユニット番号のＬＥＤは同様にターミナルpa５、pa６およびpa７に 接続される。 図５および図６から明らかなように、ユニットは３つのＡＡＡバッテリー５５ ０および６５０からの電力とＥＥＰＲＯＭ５６０および６６０の格納システムパ ラメータ（システムアドレスおよび較正データを含む）とに依存する。送信イネ ーブルのための電力管理はブロック５８１および６８１によって制御され、受信 イネーブルのためにはブロック５８０および６８０によって制御される。ユニッ トは期待のために次の送信の時点を決定することができるので(図４に関連して 説 明したタイミング配置を用いるため)、マイクロプロセッサは、受信機が必要と なる直前まで、各測定サイクルごとに受信機をオフにすることによってシステム 電力を節約することができる。受信機回路素子が適切なマイクロプロセッサ動作 を必要とする場合には(マイクロプロセッサのクロックを導き出すために用いら れる発振器５０９または６０９ならびにデバイダチェーン５３７および６３７) 、それらの素子には当然に電力は維持されなければならない。この電力管理方法 の利用はシステムに用いられるさまざまな位相ロックループの必要な決定時間に 逆に悪影響を与える。電力管理を用いる場合にはそれらのループの素子の選択を 考慮しなければならない。 図４−６のための説明において、各ユニットが親の送信サイクルのタイミング を獲得することがわかっている。捕捉モードは子ユニットが親ユニットのタイミ ングサイクルと対等な関係を達成するために必要である。その捕捉モードは子ユ ニットが連続的に動作してターミナルpd７上の同期バイトとシステムアドレスお よび子ユニット番号によってアドレス付けされていることを示すデータとを確認 することを要求する。そのようなアドレス付けが確認されると、捕捉モードが終 了して電力管理が開始される。アドプションモードにおいては、同様にアドプシ ョンモードにある親からどのようなシステムアドレスをも受け入れる。子ユニッ トが新たなシステムアドレスを受け入れ他後に、それは、その新たなシステムの アドレスを用いることによって適合する親ユニットに応答し、さらに、図４のデ ータフィールド４２４内のアドプションビットを設定する。これは親ユニットに システムの新たな子ユニットが存在することを確認し、その親ユニットはＥＥＰ ＲＯＭ５６０にその子ユニットに関連する測定したシステム位相遅延を格納しな ければならない。 図５の親ユニットには衝突回避モードも設けることができ、それは親による最 初の送信の前に用いることができる。そのモードにおいては、その受信機および データ符号回路を作動してそれ自身以外の親ユニットに応答する子ユニットから の信号が存在するかいなかを決定する。その場合には、親ユニットはその最初の 送信セグメントを（従って送信シーケンスの繰り返し間隔も）選択して競合シス テムとの干渉を減少するような時間で作動を開始する。追加して(または代わ りに)その繰り返し間隔はシステムごとに異なるようにプログラムすることがで き、特に親ユニットによって選択されたランダムなシステムアドレスにしたがっ て選択することができる(さらにその後に各子ユニットによって選定される)。こ の方法では、同一の近くにある競合システムとの干渉信号が、連続的でなく時折 発生することがある。これらの時折生じる衝突は、上述した明瞭に識別できるア ドレス、チェックサムおよびデジタル信号処理を用いるので、本願発明のこの実 施例のシステム設計によって本質的に無視することができる。 この説明から、警報および距離決定装置と、エンコーダと、送信を阻止する抑 制装置とが、別々のハードウエア構成要素において、またはそれらの機能を達成 するようにプログラムされたマイクロプロセッサ利用のシステムのいずれにおい ても利用することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サンスタイン、ドリュー・イー アメリカ合衆国、ニュー・ハンプシャー州 03049、ホリス、ホイーラー・ロード 310

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 子トランシーバユニットが親トランシーバユニットから所定距離より遠くに 離れたときに警報を発生するように複数のトランシーバユニットを持つタイプの 装置であって、 (a) 親ユニットに配置された第１送信機部分であって、 (i) 出力を持つ第１搬送周波数で作動する第１ｒｆ送信機と、 (ii) 第１基準信号を発生する信号発生装置と、 (iii)第１ｒｆ送信機に結合されて第１基準信号で第１搬送波を変調する第１ 変調器と、 (iv) 変調された搬送波をデジタル信号でデジタル式に符号化して第１送信機 の出力を確認する第１デジタルエンコーダとを備える第１送信機部分と、 (b) 子供を含む人間が身に付けることができるサイズの携帯自在な子ユニットで あって、 (i) 第１搬送周波数に同調されて第１送信機の出力から信号放送を受け取る 第２と、 (ii) 該第２受信機から受け取った信号からのデジタル信号を復号しさらに復 号された出力を供給するデジタルデコーダと、 (iii)デジタルデコーダに接続されていて符号化された出力が子ユニットに格 納されている基準と一致しない場合には子ユニットによる送信を阻止するための 阻止構成と、 (iv) 第２搬送周波数で作動し、出力を持つ第２ｒｆ送信機と、 (v) 第２ｒｆ送信機および第２受信機に接続されていて第２受信機によって 受信されたときに第１基準信号に関連するあらかじめ特定した位相を持つ第２基 準信号で第２搬送波を変調する第２変調器とを備える携帯自在な子ユニットと、 (c) 親ユニットに配置された第１受信機部分であって、 (i) 第２搬送周波数に同調されて復調された第２基準信号の出力を提供する 第１受信機と、 (ii) 該第１受信機および信号発生器に結合されていて、子ユニットと親ユニ ッ トとの間の距離を示す、第１基準信号と復調された第２基準信号との間の位相関 係に基づく出力信号を供給する距離決定装置と、 (iii)該距離決定装置に接続されていて、その距離決定装置からの出力信号が 特定の最大距離を越える場合にはトリガされる警報装置とからなる第１受信機部 分とを備える装置。 ２ 請求項１の装置において、前記第１変調器がＦＭ変調であり、前記第２変調 器がＦＭ変調器である装置。 ３ 請求項１の装置において、前記子ユニットが、さらに、緊急ボタンを備えて いて、親ユニットへの送信のための警報信号の発生を生じさせる装置。 ４ 請求項２の装置において、子ユニットが、さらに、緊急ボタンを備えていて 、親ユニットへの送信のための警報信号の発生を生じさせる装置。 ５ 請求項１の装置において、親ユニットが、さらに、最大距離を特定するため に利用者がアクセス可能な範囲選択スイッチを持つ装置。 ６ 請求項２の装置において、親ユニットが、さらに、最大距離を特定するため に利用者がアクセス可能な範囲選択スイッチを持つ装置。 ７ 請求項１の装置において、子ユニットが、 第２受信機に関連して復調された第１基準信号を供給する復調器と、 整調可能な第２基準発振器と、 第２基準信号を発生するために、該整調可能な第２基準発振器を復調された第 １基準信号にロックする位相ロックループとを備える装置。 ８ 請求項２の装置において、子ユニットが、 第２受信機に関連して復調された第１基準信号を供給する復調器と、 整調可能な第２基準発振器と、 第２基準信号を発生するために、該整調可能な第２基準発振器を復調された第 １基準信号にロックする位相ロックループとを備える装置。 ９ 請求項１の装置において、 親ユニットが第１構成を備えていて、これにより、親ユニットが、繰り返し 間隔の間に、第１送信機と第１受信機との動作の間で交互に入れ替わり、 子ユニットが第２構成を備えていて、これにより、子ユニットが、繰り返 し間隔の間に、第２受信機と第２送信機との動作の間で交互に入れ替わり、 それにより、子ユニットがその第２受信機を作動するときに親ユニットがそ の第１送信機を作動し、子ユニットがその第２送信機を作動するときに尾やユニ とがその第１受信機を作動し、また、距離決定装置が、各繰り返し間隔ごとに一 度距離を示す新たな出力信号を供給する装置。 １０ 請求項９の装置において、さらに、 複数の子ユニットであって、各子ユニットが、その阻止構成において、アド レスを含む異なる組の基準を格納していて、各子ユニットを唯一のものとしてア ドレス付けすることができる複数の子ユニットを備えており、 さらに、親ユニットの第１エンコーダに供給されたデジタル信号が、唯一の 子ユニットのアドレスを含み、また、親ユニットが繰り返し間隔の経過にわたっ て個別に各子ユニットをアドレス付けするために、第１送信機によってデジタル 信号を連続的放送に変調するためのシーケンサを親ユニットが含む装置。 １１ 請求項９の装置において、前記第１構成が、繰り返し間隔の間に親ユニッ トおよび各子ユニットによる送信によって消費される総計時間が繰り返し間隔の 持続時間に比べて小さいように構成され、これにより、装置の一部ではなくて同 一の周波数で送信する同様な親ユニットおよび子ユニットによって引き起こされ る可能性のある干渉を減少することができる装置。 １２ 請求項１１の装置において、親ユニットが衝突検出器を備えていて、それ 自体ではなくて親ユニットに対応する子ユニットからの信号が存在するかいなか を決定し、その場合に、繰り返し間隔の開始または持続時間の少なくとも１つを 調節して潜在的な干渉を減少する装置。 １３ 請求項１１の装置において、親ユニットがそのデジタル信号をランダムに 割り当てる手段を備える装置。 １４ 請求項１１の装置において、親ユニットが潜在的な干渉を減少するために そのデジタル信号の関数としてその繰り返し間隔の持続時間を確立する手段を持 つ装置。 １５ 請求項１３の装置において、親ユニットが潜在的な干渉を減少するために そのデジタル信号の関数としてその繰り返し間隔の持続時間を確立する手段を 持つ装置。 １６ 請求項１の装置において、親ユニットおよび子ユニットのおのおのがアド プションモードを持ち、それによると、両方のユニットによって同時にイネーブ ルされると、子ユニットがその子ユニットに格納されている基準の一部として親 ユニットのデジタル信号を格納する装置。 １７ 請求項２の装置において、親ユニットおよび子ユニットのおのおのがアド プションモードを持ち、それによると、両方のユニットによって同時にイネーブ ルされると、子ユニットがその子ユニットに格納されている基準の一部として親 ユニットのデジタル信号を格納する装置。 １８ 請求項１０の装置において、親ユニットおよび子ユニットのおのおのがア ドプションモードを持ち、それによると、両方のユニットによって同時にイネー ブルされると、子ユニットがその子ユニットに格納されている基準の一部として 親ユニットのデジタル信号を格納する装置。 １９ 請求項１１の装置において、親ユニットおよび子ユニットのおのおのがア ドプションモードを持ち、それによると、両方のユニットによって同時にイネー ブルされると、子ユニットがその子ユニットに格納されている基準の一部として 親ユニットのデジタル信号を格納する装置。 ２０ 請求項１１の装置において、親ユニットが、それと子ユニットの間の近似 の距離が、特定された最大距離を越えると決定されたことを示す構成を有する装 置。 ２１ 請求項１１の装置において、親ユニットが、あるとすれば、子ユニットが 特定された最大距離を越えることを示す構成を有する装置。 ２２ 請求項２０の装置において、親ユニットが、あるとすれば、子ユニットが 特定された最大距離を越えることを示す構成を有する装置。 ２３ 請求項１の装置において、子ユニットが、距離決定装置の出力が特定の最 大距離を越える場合に親ユニットによって自動的にイネーブルされる警報装置も 備える装置。 ２４ 請求項９の装置において、子ユニットが、距離決定装置の出力が特定の最 大距離を越える場合に親ユニットによって自動的にイネーブルされる警報装置 も備える装置。 ２５ 請求項１の装置において、親ユニットは、子ユニットでイネーブルされた 呼出し信号を開始するスイッチも含む装置。 ２６ 請求項９の装置において、親ユニットは、子ユニットでイネーブルされた 呼出し信号を開始するスイッチも含む装置。 ２７ 請求項１の装置において、子ユニットが、取り付けクリップと、その取り 付けクリップの開放を検出する検出手段と、該検出手段が前記取り付けクリップ の開放を検出したことを親ユニットに合図する手段とを備える装置。 ２８ 請求項９の装置において、子ユニットが、取り付けクリップと、その取り 付けクリップの開放を検出する検出手段と、該検出手段が前記取り付けクリップ の開放を検出したことを親ユニットに合図する手段とを備える装置。 ２９ 請求項１の装置において、親ユニットおよび子ユニットの少なくとも一方 が、その親ユニットおよび子ユニットの他方との間で有効な通信が存在すること を合図で知らせる手段を備える装置。 ３０ 請求項９の装置において、親ユニットおよび子ユニットの少なくとも一方 が、その親ユニットおよび子ユニットの他方との間で有効な通信が存在すること を合図で知らせる手段を備える装置。 ３１ 請求項１の装置において、親ユニットおよび子ユニットの各々が、他方と の間で有効な通信が存在することを合図で知らせる手段を備える装置。 ３２ 請求項９の装置において、親ユニットおよび子ユニットの各々が、他方と の間で有効な通信が存在することを合図で知らせる手段を備える装置。 ３３ 請求項１の装置において、第１搬送周波数および第２搬送周波数が、９０ ２−９２８ＭＨz帯域内にある装置。 ３４ 請求項９の装置において、第１搬送周波数および第２搬送周波数が、９０ ２−９２８ＭＨz帯域内にある装置。