TWI446300B

TWI446300B - Intelligent Seismic Alarms and Methods

Info

Publication number: TWI446300B
Application number: TW101126799A
Authority: TW
Original assignee: Univ Nat Taipei Technology
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2014-07-21
Also published as: TW201405493A; US20140028460A1

Description

智慧型地震警報器及方法

本發明是有關於一種地震警報器及方法，特別是指一種可偵測震度等級並分級警示的智慧型地震警報器及方法。

震度(Seismic Scale)是表示某地區受地震的影響程度，分成數個等級，等級愈高表示愈強烈，造成的災情也愈重，通常以地震晃動產生的加速度作為分級定義。

以往的地震警報器常使用一種擺垂器，透過擺垂器偵測地震搖晃的擺動角度，但是無法準確得知其震動晃動產生的加速度變化，所以對於震度的偵測較不準確。

因此，市面上亦有利用加速度偵測器進行震度偵測的地震警報器，然而，其判斷標準較為單一，使用者無法得知實際的震度等級強弱，也就無法做出適當的處置；再者，其警報方式通常是為使用蜂鳴器產生警報音，易造成不悅感。

因此，本發明之目的，即在提供一種可偵測震度等級並分級警示的智慧型地震警報器及方法。

於是，本發明智慧型地震警報器包括一加速度偵測模組、一控制電路及一警示電路。

該加速度偵測模組用以感測地震產生之加速度變化並輸出一多軸加速度的感測信號；該控制電路電性連接於該加速度偵測模組，依據該多軸加速度的感測信號類比/數位轉換數據換算一偵測值，該控制電路預設有多組臨界值以區分多數個震度等級，若該控制電路判斷該偵測值未超過任何臨界值即表示未產生地震，若該控制電路判斷該偵測值超過代表區分各該震度等級的任一臨界值，則輸出一產生代表不同震度等級的驅動信號；該警示電路電性連接於該控制電路，受該驅動信號觸發而產生一警示信號，且該警示訊號是依據該驅動訊號調整其警示等級。

較佳的，該控制電路對於該偵測值的換算方式是對於各軸分別累計該感測信號的類比/數位轉換數據，並判斷是已否累加至一預定筆數，若是已累加至該預定筆數則將該類比/數位轉換數據的累計值除以該預定筆數以得到一平均值；接續判斷是否第一次執行，若是第一次執行，則將各軸的該平均值設為各軸的一基底值；若不是第一次執行，則對各軸平均值減去基底值後之變化量進行均方根計算以得到該偵測值。

較佳的，該智慧型地震警報器還包括一用以供應各元件所需之電能的電源模組，該電源模組利用一充電電池或一市電作為供應電能來源，市電供電時可對該充電電池儲能，且於市電無法供應時切換由該充電電池作為供應電能來源。

較佳的，該警示電路包括一照明模組，該照明模組是受該控制電路控制而調整其發光訊號強弱。

較佳的，該警示電路包括一可顯示震度等級的顯示模組，且該顯示模組是受該控制電路控制而調整其顯示的震度等級。

較佳的，該警示電路包括一預先錄製警示語的錄放音模組，該錄放音模組是受該控制電路控制而調整其警示語的音量強弱或警示內容。

較佳的，該警示電路包括一收音機模組，該控制電路還計時一預定時間且當該預定時間計時結束後即控制該收音機模組接收及播放廣播信號。

本發明的智慧型地震警報方法是用於一智慧型地震警報器，該智慧型地震警報具有一預設多組臨界值以區分多數個震度等級的控制電路及一警示電路，該控制電路接收一多軸加速度的感測信號並驅動該警示電路，且執行包括下述步驟：(a)對於各軸分別累計該感測信號的類比/數位轉換數據，並判斷是已否累加至一預定筆數，若是已累加至該預定筆數則將該類比/數位轉換數據的累計值除以該預定筆數以得到一平均值；接續判斷是否第一次執行，若是第一次執行，則將各軸的該平均值設為各軸的一基底值；若不是第一次執行，則對各軸平均值減去基底值後之變化量進行均方根計算以得到一偵測值；(b)若判斷該偵測值未超過任何臨界值即表示未產生地震，若判斷該偵測值超過代表區分各該震度等級的任一臨界值，則輸出一產生代表不同震度等級的驅動信號；以及(c)令該警示電路產生一警示信號，且該警示訊號是依據該驅動訊號調整其警示等級。

較佳的，該警示電路包括一預先錄製警示語的錄放音模組，步驟(c)的警示信號是受該控制電路控制而調整其警示語的音量強弱或警示內容。

本發明智慧型地震警報器及方法之功效在於：依中央氣象局發部之地震分級表區分為弱震、中震或強震，並可依據所判斷的地震分級啟動不同音量的警示語音，於警報時播放提醒人們目前發生災害提醒即時逃生；此外，並提供多重警報方式，包括提供照明有助於夜間發生災害時，降低因視線不佳造成之傷害，並於警報過後開啟收音機模式以透過收音機接收外界資訊以便降低災害後發生之恐慌。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1，本發明之較佳實施例中，智慧型地震警報器100包含一電源模組10、一加速度偵測模組2、一控制電路1及一警示電路3，各元件作用原理介紹如下。

電源模組10用以供應各元件所需之電能，該電源模組10可利用一充電電池或一市電作為供應電能來源，市電供電時可對該充電電池儲能，且於市電無法供應時切換由該充電電池作為供應電能來源，即使在地震停電的情況也可以使用。

配合圖1與圖2，電源模組10包括一交流轉直流供電電路111、一電池供電電路112、多個穩壓元件101-103、一充電控制電路104、一比較電路105、一分壓電路106、一切換電路107及一輸出電路108；其中，穩壓元件101是採用6伏的穩壓IC(如：元件型號7806)；穩壓元件102是採用3.3伏的穩壓IC(如：元件型號LM1117)；穩壓元件103 是採用9伏的穩壓IC(如：元件型號7809)；充電控制電路104是採用固態繼電器(如：元件型號D3P052)控制電池是否充電；比較電路105是採用比較器(如：元件型號LM358)來判斷電池是否過度充電；切換電路107是採用一繼電器(如：元件型號LEG-9)，用來切換交流轉直流供電電路111或電池供電電路112當作各元件所需電能的供電來源。

市電電源111是將市電110伏的交流電轉換為12伏的直流電源，電池電源112則是提供9伏的電池電源。

穩壓電路101輸出的6伏電壓是提供給比較電路105當作其工作電源(VCC)，穩壓元件102輸出的3.3伏電壓則作為比較電路105的參考電源(INA+,INB+)。

市電電源111產生的12伏直流電源是供應給穩壓元件103以產生9伏的穩壓電壓，並將9伏的穩壓電壓輸出給充電控制電路104。充電控制電路104充電時，電源同時經由比較電路105及分壓電路106的電阻分壓(15KΩ,22KΩ)或(75KΩ,45KΩ)，再提供給比較電路105的參考電源((INA-,INB-)。若電池電壓超過8.8伏時，經過分壓電路106的電阻分壓(75KΩ,45KΩ)後，比較電路105的參考電源INB-會大於3.3伏，透過輸出信號OUTB關閉104的繼電器以停止充電。

若電池供電電路112的電池電壓降至5.5伏時，經過比較電路106的電阻分壓(15KΩ,22KΩ)後，比較電路105的參考電源INA-的電壓會低於3.2伏；此時，比較電路105輸出會驅動LED1發亮，提醒電源不足，提醒人員應該立即將充電器接上。

若電池供電電路112有接充電座，切換電路107的繼電器導通(ON)，會將繼電器的開關切換至發光二極體LED2，讓發光二極體LED2的一端透過切換電路107的繼電器的輸出端連接到電池供電電路112之9伏電池輸入端，發光二極體LED2的另一端接地，因此發光二極體LED2發亮。

若電池供電電路112沒有接充電座，切換電路107的繼電器不導通(OFF)，會將繼電器的開關切換至下方，此時，輸出電路108透過切換電路107的繼電器輸出端連接到電池供電電路112之9伏電池輸入端。發光二極體LED2的一端空接及另一端接地，因此發光二極體LED2不發亮。

配合圖1與圖3，加速度偵測模組2用以感測地震產生之加速度變化並輸出一多軸加速度的感測信號；加速度偵測模組2包括一加速度計(Accelerometer Sensor)21及一類比數位轉換器(A/D Convertor)22，加速度計21可偵測三軸向的加速度，亦即分別感測X軸、Y軸、Z軸三個方向的加速度的感測信號，類比數位轉換器22將前述多軸加速度的感測信號類比/數位轉換數據轉換後，可暫存於該控制電路1內部的暫存器(圖未示)進行後續的計算。

控制電路1電性連接於加速度偵測模組2，依據該多軸加速度的感測信號類比/數位轉換數據換算一偵測值，且控制電路1預設有多組臨界值以區分多數個震度等級，本實施例是設定一對應弱震為8gal以上(未達25gal)的弱震門檻值、一對應中震為25gal以上(未達80gal)的中震門檻值，及一對應強震為80gal以上的強震門檻值，其中單位gal是公分/每秒² ，代表地動的加速度。

但需說明的是本實施例為例示而非限制，可參考如中央氣象局公布的地震級數和gal之表1進行不同分級的設計。

控制電路1的控制原理為：若判斷該偵測值未超過任何臨界值即表示未產生地震，若控制電路1判斷該偵測值超過代表區分各該震度等級的任一臨界值，則輸出一產生代表不同震度等級的驅動信號；警示電路3電性連接於控制電路1，受該驅動信號觸發而產生一警示信號，且該警示訊號是依據該驅動訊號調整其警示等級。

該警示電路3包括一照明模組31、一顯示模組32、一錄放音模組33、一收音機模組34、一音頻放大器35及一揚聲器36；錄放音模組33及收音機模組34皆電性連接音頻放大器35及揚聲器36。

照明模組31是隨著控制電路1輸出之驅動訊號的強度調整其發光訊號強弱；顯示模組32是受該控制電路1控制而調整其顯示的震度等級；錄放音模組33可預先錄製警示語，且受控制電路1控制而調整其警示語的音量強弱或警示內容；收音機模組34受控制電路1控制而啟動接收廣播信號，且控制電路1是在判斷發生地震後計時一預定時間(如：15秒)，當預定時間計時結束即控制收音機模組34播放廣播信號。

參閱圖4，本發明的智慧型地震警報方法中，如圖1的控制電路1的初始控制程序是讀取多軸該感測信號的類比/數位轉換數據(步驟401)，分別累加至暫存器(步驟402)，並判斷是已否累加N筆資料(步驟403)，也就是各軸感測信號的類比/數位轉換數據都需累加至預定筆數N；若未累加至該預定筆數則重複步驟401至403，若是已累加至該預定筆數，則將該類比/數位轉換數據的累計值除以N(步驟404)以得到一平均值；接續步驟404之後，會判斷是否第一次執行(步驟405)，若是第一次執行，則將各軸的該平均值設為各軸的一基底值，並儲存基底值(步驟406)；若不是第一次執行，則計算各軸平均值減去基底值(步驟407)後，再計算偵測值D(步驟408)，也就是對各軸平均值減去基底值後之變化量進行均方根計算以得到該偵測值D；然後，判斷該偵測值D是否大於弱震門檻值(步驟409)？若未大於弱震門檻值，繼續重複上述步驟401至408，若是大於弱震門檻值，則接續圖5的流程。

參閱圖5，本發明的智慧型地震警報方法中，如圖1的控制電路1的警示控制程序，主要是會依據震度門檻值判斷(步驟501)屬於哪一種震度，同時將換算的偵測值在顯示模組上顯示，且換算的偵測值依震度由弱至強分別對應執行設定弱音量(步驟502)、設定中音量(步驟503)，及設定強音量(步驟504)，接著，啟動照明、開始計時、播放警示語(步驟505)；待判斷計時結束(步驟506)後，啟動收音機模組34(步驟507)，自動搜索可接收之電台，並且透過音頻放大器35及揚聲器36播放，若未計時結束，則重複步驟505。

綜上所述，本發明的智慧型地震警報器100及方法的功效為：

1.依中央氣象局發部之地震分級表區分為弱震、中震或強震，並可依據所判斷的地震分級啟動不同音量的警示語音，於警報時播放提醒人們目前發生災害提醒即時逃生。

2.提供多重警報方式，達到最佳警示效果，例如：照明模組31讓睡夢中驚醒的人們能看清楚四周狀況和逃生方向，避免在黑暗中遭掉落物品擊中或是踩到碎玻璃，減少地震時遭受的傷害；錄放音模組33依據不同的震度等級可調整播放音量與不同警示語；另外，經過數秒後自動關閉警告語的播放，繼而開啟收音機模組34，自動接收新聞電台資訊，讓人們獲得外界資訊、免於恐懼。

3.電源模組10是採用市電及充電電池的供電方式，即使在停電亦可以使用，方便應用在一般民眾的家庭中，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧智慧型地震警報器

1‧‧‧控制電路

10‧‧‧電源模組

111‧‧‧交流轉直流供電電路

112‧‧‧電池供電電路

101-103‧‧‧穩壓元件

104‧‧‧充電控制電路

105‧‧‧比較電路

106‧‧‧分壓電路

107‧‧‧切換電路

108‧‧‧輸出電路

2‧‧‧加速度偵測模組

21‧‧‧加速度計

22‧‧‧類比數位轉換器

3‧‧‧警示電路

31‧‧‧照明模組

32‧‧‧顯示模組

33‧‧‧錄放音模組

34‧‧‧收音機模組

35‧‧‧音頻放大器

36‧‧‧揚聲器

401-409‧‧‧步驟

501-507‧‧‧步驟

圖1是一電路方塊圖，說明本發明的智慧型地震警報器之較佳實施例；圖2是一電路圖，說明本發明的智慧型地震警報器之電源模組；圖3是一電路圖，說明本發明的智慧型地震警報器之加速度偵測模組；圖4是一電路圖，說明本發明的智慧型地震警報方法的初始控制程序；及圖5是一電路圖，說明本發明的智慧型地震警報方法的警示控制程序。