JP4251404B2 - 移動物体検出装置 - Google Patents

Description

本発明は移動物体検出装置に関するものであり、特に簡単な構造で小型化が可能であり、かつ見通し範囲外でも検出可能な移動物体検出装置に関するものである。

従来、人などの移動物体検出装置としてマイクロ波を使用した装置が提案されていた。例えば下記特許文献１には、マイクロ波を使用したドップラーセンサから出力される定在波出力の変動等によって人体を検出する技術が開示されている。
特開２００２−２７７５５８号公報

上記したような従来の人などの移動物体検出装置においては、マイクロ波を使用するために、アンテナや送信、受信装置が大きくなり、かつ高価であるという問題点があった。また、マイクロ波は指向性が強く、検出範囲が狭い上に、障害物があると検出できないという問題点もあった。

本発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決し、特に簡単な構造で小型化が可能であり、かつ見通し範囲外でも検出可能な移動物体検出装置を提供することにある。

本発明の移動物体検出装置は、高周波信号生成手段と、高周波信号を放射する送信アンテナ手段と、高周波信号を受信する受信アンテナ手段と、受信信号を増幅するアンプ手段と、前記アンプ手段の出力信号を検波する検波手段と、前記検波手段の出力信号が所定のレベル範囲外になった場合に移動物体有りと判定する判定手段と、判定手段の出力を表示する表示手段とを備えたことを主要な特徴とする。

また、前記した移動物体検出装置において、前記検波手段は直交検波回路からなり、前記判定手段は、前記直交検波手段の２つの出力信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力データを読み込み、過去に読み込んだデータの平均値と比較することによって移動物体の有無を判定するコンピュータ手段とを備えた点にも特徴がある。

また、前記した移動物体検出装置において、更に、検波信号から変調信号を検出し、復調する復調手段を備えた点にも特徴がある。また、前記した移動物体検出装置において、更にハイブリッド回路を備え、前記高周波信号を放射する送信アンテナ手段と高周波信号を受信する受信アンテナ手段とを１つのアンテナで兼用した点にも特徴がある。

本発明の移動物体検出装置は、小型化が可能で安価に製作できるという効果がある。また、マイクロ波や赤外線を使用した装置とは異なり、壁や樹木などの障害物がある見通し範囲外でも移動物体を検出可能であり、検出範囲、検出角度が広いという効果もある。更に、検出用の信号を使用して情報を伝送するので、ハードウェアを増加させずに検出結果を容易に伝送可能であるという効果もある。

以下に、図面を参照して本発明の移動物体検出装置について説明する。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の移動物体検出装置の実施例１の構成を示すブロック図である。例えば水晶振動子を使用し、マイクロコンピュータ２０によってオン／オフ制御される発振回路１０は、例えばＨＦ帯、ＶＨＦ帯あるいはＵＨＦ帯のキャリヤ信号を発生する。

発生したキャリヤ信号は送信アンテナ１１から放射されると共に、９０°移相器１２にも入力される。なお、周波数は用途等によって実験に基づき決定すればよいが、他の通信等に影響なく無許可で使用できる周波数および電力を選択してもよい。

送信されたキャリヤ信号は、受信アンテナ１３に直接到達する他、人２５その他の移動物体あるいは固定物体で反射あるいは吸収され、反射波が受信アンテナ１３に到達する。また、直接波を人２５その他の移動物体が遮った場合には、直接波が他の方向へ反射したり、吸収されて減衰する。

受信回路はダイレクトコンバージョン（ホモダイン）受信機を構成している。受信アンテナ１３によって受信された信号はアンプ１４によって増幅され、２個のバランスドデモジュレータ等の復調器１５、１６に入力される。２個の復調器１５、１６には９０°位相差がある９０°移相器１２の２つの出力がそれぞれ入力されており、直交検波回路が構成されている。

２個の復調器１５、１６の出力はそれぞれローパスフィルタ（ＬＰＦ）１７、１８を介してＡ／Ｄ変換器１９に入力され、それぞれＡ／Ｄ変換されてマイクロコンピュータ２０に出力される。ＬＰＦ１７、１８のカットオフ周波数は子機からの情報を受信する構成の場合には数百Hzから十数kHzとするが、単独で使用する場合など、子機からの情報を受信しない構成の場合には、被検出物体の移動する速度にもよるが、数Hzから数十Hz程度とする。

マイクロコンピュータ２０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏポート等を内蔵した公知の１チップコンピュータであり、後述する検出処理を実行する。マイクロコンピュータ２０のＩ／Ｏポートには、発振回路１０、Ａ／Ｄ変換器１９の他、例えば液晶パネル、ＬＥＤや電子ブザーを使用した表示装置２１、各種の設定を行うためのＤＩＰスイッチ２２も接続されている。電源は図示していないが、商用電源、乾電池、太陽電池と充電池の組み合わせ、燃料電池などを採用可能である。

図７は、本発明による検出処理の内容を示すフローチャートである。この処理はマイクロコンピュータ２０によって実行される。Ｓ１０においては、例えばＤＩＰスイッチ２２の状態を読み込むことにより、表示のみの親機か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１１に移行するが、肯定の場合にはＳ２２に移行する。Ｓ１１においては、発振回路１０を起動する。Ｓ１２においては、Ａ／Ｄ変換器１９からＬＰＦ１７、１８の出力信号がＡ／Ｄ変換された値をそれぞれ読み込む。

Ｓ１３においては、所定数の読み込みが完了したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１４に移行するが、肯定の場合にはＳ１５に移行する。Ｓ１４においては、読み込み周期が経過するまで待ち、Ｓ１２に移行する。
Ｓ１５においては、例えば読み込んだデータ群を含む直近の所定数のデータに基づいて２つの信号値のそれぞれについて平均値を算出し、平均値を更新して、保存する。

Ｓ１６においては、今回読み込んだ信号値データ群が異常か否かを判定する。即ち、例えば２つの信号のいずれかについて、今回読み込んだデータ群の中の所定数のデータが［平均値±閾値］の範囲を超えた場合には異常と判定する。Ｓ１７においては、異常か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ２２に移行するが、肯定の場合にはＳ１８に移行する。Ｓ１８においては、表示装置が有るか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ２０に移行するが、肯定の場合にはＳ１９に移行する。Ｓ１９においては、表示装置に異常を表示する。なお、表示には音も含む。

Ｓ２０以降の処理は、例えば１台あるいは複数台の子機で検出した異常（移動物体検出）を親機に伝送して表示するようなシステムを構成した場合の処理であり、各移動物体検出装置のＤＩＰスイッチ２２には、自機が子機か、親機か、表示のみかなどの情報が設定されているものとする。なお子機であり、かつ親機である場合もある。Ｓ２０においては、例えばＤＩＰスイッチ２２の状態を読み込むことにより、自機が子機か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ２２に移行するが、肯定の場合にはＳ２１に移行する。

Ｓ２１においては、親機へ異常を送信する。送信方法は、例えば発振器１０を所定のタイミングでオンオフ制御するＡＳＫ（振幅シフトキーイング）変調によって調歩同期信号やモールス信号等により、異常信号を送信する。なお送信情報には少なくとも自機のＩＤ番号を含める。送信時間は検出周期より短い時間とし、その間に所定の間隔あるいはランダムな間隔で複数回送信する。なお自機が親機でもある場合には送信時間は例えば検出周期の半分以下とする。

本発明においては、移動物体検出用に例えばＨＦ帯、ＶＨＦ帯あるいはＵＨＦ帯のキャリヤ信号を使用することにより、このキャリヤ信号を異常信号の伝送にも使用することが可能となり、回路規模の削減が可能となる。

Ｓ２２においては、親機か否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１０に移行するが、肯定の場合にはＳ２３に移行する。Ｓ２３においては、子機から異常を受信する。Ｓ２４においては、受信した異常情報を子機のＩＤ情報と共に表示する。Ｓ２５においては、検出周期が経過したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ２３に移行するが、肯定の場合にはＳ１０に移行する。

図６は、本発明の移動物体検出装置において使用するアンテナの例を示す説明図である。図６（ａ）は送信アンテナ１１および受信アンテナ１３として１／４波長ホイップアンテナを使用した例である。送信アンテナ１１と受信アンテナ１３とは所定の距離だけ離して設置し、例えば送信アンテナ１１と検出装置５０の間は同軸ケーブル５１等によって接続する。２つのアンテナ間を移動物体が通過するように配置してもよい。なお、アンテナとしてはこの他にダブレットアンテナ、コリニアアンテナ、ループアンテナ、八木アンテナ、携帯電話機において使用されているＦ型アンテナなど公知の任意のアンテナを使用可能である。

図６（ｂ）は送信アンテナ（６０、６１）および受信アンテナ（６２、６３）として１／２波長ダブレットアンテナを使用した例である。この例においては、送信アンテナ（６０、６１）および受信アンテナ（６２、６３）が同一平面内において９０度角度差を持って配置されている。

ダブレットアンテナの指向性（利得）はダブレットアンテナのエレメントと直角な方向においては０となるので、送信アンテナから送信された信号が直接受信アンテナに受信されることはなく、物体等に当たって反射してきた信号のみが受信される。但し反射波の偏波面が元の信号から回転している必要がある。

図２は、本発明の移動物体検出装置の実施例２の構成を示すブロック図である。この実施例は第１実施例の回路に加えてハイブリッド回路３０を備え、送信アンテナと受信アンテナとを１つのアンテナ３１で兼用したものである。

図５は、実施例２において使用するハイブリッド回路３０の構成例を示す回路図である。このハイブリッド回路は公知のクワッドレチャ・ハイブリッド回路と呼ばれる回路である。発振回路１０から出力される高周波信号電力はアンテナ３１および抵抗３２に分配され、アンテナ３１から放射されるが、受信アンプ１４には分配されない。また、アンテナ３１において受信された信号電力は、発振回路１０および受信アンプ１４に分配される。従って、受信アンプ１４には受信信号のみが入力されることになる。

その他の構成および動作は実施例１と同一である。実施例２の構成では、アンテナが１つで済み、検出装置の設置スペースが少なくて済む。また、直接波は受信されずに反射波のみが受信されるので移動物体の検出が容易となる。但し、アンテナ３１とのインピーダンスマッチングを正確に取り、アンテナ３１からの反射波を極力少なくすることが好ましい。なお、実施例２においては、公知の任意の形式のアンテナを使用可能である。

図３は、本発明の移動物体検出装置の実施例３の構成を示すブロック図である。実施例１においては、発振回路１０をオン／オフ制御することによりＡＳＫ変調する例を開示したが、更に、変調回路３５を設けることにより、任意の変調方式で変調を行うことが可能となる。例えば変調回路として振幅変調回路を採用することによってＡＭ変調、位相変調回路を設けることによりＰＳＫ変調、双方を備えることによりＡＰＳＫ変調などを行うことができる。なお、変調方式としては、ダイレクトコンバージョン方式で受信、復調が可能なものを採用する。

図４は、本発明の移動物体検出装置の実施例４の構成を示すブロック図である。実施例４は、移動物体を検出し、検出情報を親機に送信する１つあるいは複数の子機４５と、子機からの情報を受信して表示するのみの親機からなるシステムにおける親機の例である。子機４５としては図１あるいは図２に開示した移動物体検出装置を使用する。

親機は、送信アンテナは不要であり、受信機能および表示機能のみを備えているが、回路構成および動作は図１に示した実施例１とほぼ同様である。但し、マイクロコンピュータ２０は例えばＤＩＰスイッチ２２の設定状態に基づき、移動物体の検出処理は行わず、受信信号の復調および表示のみを行う。

なお、親機として図１〜図３のいずれかの移動物体検出装置を使用し、親機から子機へポーリング指示等の信号を送信するようにしてもよい。この場合には子機側にも信号の受信処理や送信タイミングの制御等の処理が必要になるが、子機における移動物体検出処理や親機への送信タイミング等を全て親機から制御可能となるので、子機から親機への情報の伝達がより確実に実行できる。

以上実施例を説明したが、本発明には以下のような変形例も考えられる。実施例においては、受信機の方式としてダイレクトコンバージョン方式を採用した例を開示したが、例えばヘテロダイン方式を採用してもよく、また復調回路も採用する変調方式と対応して任意に変更可能である。

実施例２の方式や図６（ｂ）のアンテナを使用する場合など、反射波の変化を検出する場合には移動物体が通過する領域のアンテナと反対側に電磁波の反射あるいは吸収装置を設置してもよい。電磁波の反射装置としては、検出に使用する電波の周波数の１／２波長よりも少し長い金属棒を用いることができる。

移動物体が通過する領域が広い場合には、その両端にアンテナを設置することが困難である。そこで、信号を送信するのみの子機を設置して子機から間欠的に信号を送信し、領域の反対側に設置された親機で受信信号の変化を検出するようにしてもよい。

信号の周波数が低ければ復調以降の処理を全てデジタル処理することも可能である。この場合にはマイクロコンピュータ２０として処理能力の高いものを使用し、アンプ１４の出力をＤ／Ａ変換器に入力し、マイクロコンピュータ２０が復調処理を行うようにする。

本発明の移動物体検出装置の実施例１の構成を示すブロック図である。 本発明の移動物体検出装置の実施例２の構成を示すブロック図である。 本発明の移動物体検出装置の実施例３の構成を示すブロック図である。 本発明の移動物体検出装置の実施例４の構成を示すブロック図である。 実施例２において使用するハイブリッド回路３０の構成例を示す回路図である。 本発明の移動物体検出装置において使用するアンテナの例を示す説明図である。 本発明による検出処理の内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 発振回路
１１ 送信アンテナ
１２ ９０°移相器
１３ 受信アンテナ
１４ アンプ
１５、１６ 復調器
１７、１８ ＬＰＦ
１９ Ａ／Ｄ変換器
２０ マイクロコンピュータ
２１ 表示装置
２２ ＤＩＰスイッチ
２５ 人

Claims (3)

1. 高周波信号生成手段と、
   高周波信号を放射する送信アンテナ手段と、
   高周波信号を受信する受信アンテナ手段と、
   受信信号を増幅するアンプ手段と、
   前記アンプ手段の出力信号を検波する直交検波回路からなる検波手段と、
   前記検波手段の出力信号が所定のレベル範囲外になった場合に移動物体有りと判定する判定手段と、
   判定手段の出力を表示する表示手段と、
   ハイブリッド回路を備え、
   前記判定手段は、前記直交検波手段の２つの出力信号をそれぞれＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力データを読み込み、過去に読み込んだデータの平均値と比較することによって移動物体の有無を判定するコンピュータ手段とを備え、かつ
   前記高周波信号を放射する送信アンテナ手段と高周波信号を受信する受信アンテナ手段とを１つのアンテナで兼用した、
   ことを特徴とする移動物体検出装置。
2. 移動物体検出結果情報に基づき、前記高周波信号を変調する変調手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の移動物体検出装置。
3. 更に、検波信号から変調信号を検出し、復調する復調手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の移動物体検出装置。

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