WO2010003408A1 - Verfahren für die überwachung eines raumes mittels funksignale übertragender sensoren - Google Patents

Verfahren für die überwachung eines raumes mittels funksignale übertragender sensoren Download PDF

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    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
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    • G08B13/22—Electrical actuation
    • G08B13/24—Electrical actuation by interference with electromagnetic field distribution
    • G08B13/2491—Intrusion detection systems, i.e. where the body of an intruder causes the interference with the electromagnetic field
    • G08B13/2494—Intrusion detection systems, i.e. where the body of an intruder causes the interference with the electromagnetic field by interference with electro-magnetic field distribution combined with other electrical sensor means, e.g. microwave detectors combined with other sensor means
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B19/00—Alarms responsive to two or more different undesired or abnormal conditions, e.g. burglary and fire, abnormal temperature and abnormal rate of flow
    • G08B19/005—Alarms responsive to two or more different undesired or abnormal conditions, e.g. burglary and fire, abnormal temperature and abnormal rate of flow combined burglary and fire alarm systems

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a room by means of wirelessly communicating sensors.
  • a variety of different sensors is used to monitor rooms. When a predetermined sensory threshold is exceeded, a reaction is triggered by the sensors. For example, this may be the control of an air conditioning system in temperature sensors to maintain a room temperature within a predetermined range.
  • Smoke and gas detectors are used for the safety of a building and persons inside it. Such measuring systems regularly trigger an audible alarm when the concentration of smoke or gas has again exceeded a threshold.
  • infrared or ultrasound sensors are often used, which, as motion detectors, detect a movement in the monitored space and thus a change in its spatial presence.
  • areas to be monitored are highly structured, for example, very winding, displaced by furniture or the like, or are divided by Spanish walls
  • the detection of movements in such rooms by the known motion detectors is only very limited possible, since they can only detect sections in such rooms. A variety of sensors would be necessary for complete monitoring.
  • the thresholds are set very high in which natural movements occur, such as movements of bushes or trees in the wind or in which z. B. arise due to large temperature differences strong air currents. It is known, for example, that false alarms often occur in ultrasound systems in sun-drenched motor vehicles.
  • the evaluation of the data determined by the sensors is usually done centrally in an evaluation device.
  • the measured values are usually transmitted by cable, although temperature measurement results of an outdoor sensor, which are transmitted wirelessly in particular in the case of weather stations, are also known.
  • the evaluation of the data is further limited mostly in the display of the measured values, if necessary. in the formation of means of similar data, for example, to obtain an average temperature of a space for the control of the air conditioner. It can be left undecided whether such an evaluation device is also suitable, in addition to mitzuverwalten example of temperature and measured values of smoke and gas detectors, a combination of the data determined by the sensors of different types, however, is not regularly.
  • the object of the invention is to provide a method of room monitoring, with which complex-equipped or can be safely monitored for any change in their spatial presence, and that relies on easy-to-install sensors, can also be integrated in existing monitoring systems.
  • the invention is based on a monitoring of a room by means of wirelessly communicating sensors, so that expensive cabling is not necessary. Due to this measure, the method according to the invention can also be used in already existing monitoring systems.
  • a light control can turn on the light, or if only windows and / or doors are open and possibly move. According to specifications made can then be triggered by the evaluation a response to such events.
  • the more sensors are also wirelessly interconnected and have networked sensors via an evaluation device for determining the signal strengths.
  • an evaluation device for determining the signal strengths As a result, a plurality of radio links is created, the disturbance of which enables a localization of changes in the spatial presence of the monitored space. The number of such radio links is increased again when the sensors are bidirectionally networked.
  • the sensors are fixedly installed, a comparatively simple evaluation of the change in the field strength and / or a change in the received power, for example, of a transmitted measured value signal can preferably take place. Again, it is again thought that then a certain bandwidth of the received power or the field strength is given, so that only after a threshold is exceeded, a corresponding reaction takes place.
  • the wireless communication takes place on the basis of cost and availability of technologies known ISM bands, in particular at 868 MHz, 2.4 GHz and / or 5.8 GHz.
  • the method according to the invention offers the advantage that changes in the measured values of sensors and the evaluation of the signal strength of received radio signals of a change in the spatial presence of the monitored space are determined.
  • information can be obtained from various information that would otherwise not be directly accessible.
  • Such a sensor fusion allows the combination of, for example, ultrasonic sensors, temperature sensors, noise sensors or the like, from which a room occupancy can be detected in its entirety.
  • sensor 1 may monitor the temperature
  • sensor 2 may be a gas detector
  • sensor 3 may be an ultrasonic sensor
  • sensor 4 may only emit radio signals.
  • the sensors 1 to 4 are arranged stationarily in a space 5 to be monitored.
  • the sensors 1 to 4 are bidirectionally and wirelessly networked with each other, indicated by the Double arrows between the sensors 1 to 4. Accordingly, the sensors 1 to 4 have both a transmitting and a receiving device for wireless communication.
  • each of the sensors 1 to 4 has an evaluation device, not shown, for evaluating the signal strength of the radio signals emanating from the other three sensors. If an evaluation device is still assigned to the sensors 1 to 4, a reaction to a change in the signal strength of the received radio signals due to a change in the spatial presence of the monitored space 5 by such a detecting sensor, for example a message to a central processing unit 6, then if necessary. triggers an alarm.
  • the central unit 6 will also have transmitting and receiving devices and communicate bidirectionally with the sensors 1 to 4 wirelessly, so that a multiplicity of further radio links are set up and a close-meshed network is created.
  • the central unit 6 will receive and evaluate the measured value signals of the sensors 1 to 3, so here the time course of the temperature, which is measured by the sensor 1, the smoke or gas concentration, measured by the sensor 2 and movements, determined by the Sensor 3.
  • the central unit 6 will also monitor the radio signals of the sensors 1 to 4 received by it and evaluate them for changes in the signal strength. Such is also done by each of the sensors 1 to 4 as nodes of the radio network. Become a sensor significant changes in the signal strength of the other sensors and the central unit 6 detected, this is passed to the central unit 6, which will then trigger a response, for example in the form of an alarm or the like.
  • the advantage here is that changes in the measured values of the sensors 1 to 4 can also be taken into account by such a central unit 6, for example in the event of a fire due to the increase in the temperature measured by the sensor 1 and the increasing gas concentration measured by the sensor 2 extremely slight changes in the signal strengths of the radio signals due to, for example, flames and rising flue gases.
  • such a central unit 6 also enables a self-learning, adaptive evaluation of all data, so that the system can readily recognize that changes in the spatial presence of the monitored space have taken place only to a normal extent.

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Abstract

Bei einem Verfahren für die Überwachung eines Raumes (5) mittels drahtlos kommunizierender Sensoren (1, 2, 3, 4, 6) sind in einem Raum (5) fest installierte, Funksignale übertragende Sensoren (1, 2, 3, 4, 6) vorgesehen, wenigstens eine Empfangsvorrichtung für den Empfang der Funksignale, ist der wenigstens einen Empfangsvorrichtung eine Auswertevorrichtung zugeordnet und ermittelt die Auswertevorrichtung aus einer Auswertung der Signalstärke empfangener Funksignale eine Änderung der räumlichen Präsenz des überwachten Raumes.

Description

VERFAHREN FUR DIE ÜBERWACHUNG EINES RAUMES MITTELS FUNKSIGNALE ÜBERTRAGENDER
SENSOREN
Beschreibung :
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Überwachung eines Raums mittels drahtlos kommunizierender Sensoren.
Eine Vielzahl unterschiedlichster Sensoren dient der Überwachung von Räumen. Bei dem Überschreiten einer vorgegebenen sensorischen Schwelle wird durch die Sensoren eine Reaktion ausgelöst. Dies kann beispielsweise bei Temperatursensoren die Steuerung einer Klimaanlage sein, um eine Raumtemperatur innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite zu halten. Rauch- und Gasmelder dienen der Sicherheit eines Gebäudes und darin befindlicher Personen. Durch solche MeIdeSysteme wird regelmäßig ein akustischer Alarm ausgelöst, wenn die Konzentration eines Rauchs oder eines Gases gleichfalls wieder einen Schwellenwert überschritten hat. Um Bewegungen innerhalb eines Raums zu erfassen, finden vielfach Infrarot- oder Ultraschallsensoren Verwendung, die, als Bewegungsmelder bekannt, eine Bewegung in dem überwachten Raum erfassen und damit eine Änderung seiner räumlichen Präsenz .
Sind jedoch zu überwachende Räume stark strukturiert, beispielsweise sehr verwinkelt, durch Möbel oder dergleichen verstellt, oder sind durch spanische Wände aufgeteilte Großraumbüros, durch Regalwände strukturierte Geschäftsräume usw. zu überwachen, ist die Erfassung von Bewegungen in solchen Räume durch die bekannten Bewegungsmelder nur sehr eingeschränkt möglich, da diese in solchen Räumen nur Ausschnitte erfassen können. Eine Vielzahl von Sensoren wäre für eine vollständige Überwachung notwendig. Darüber hinaus müssen, um Fehleralarme zu vermeiden, solche Bereiche aus der Überwachung ausgespart werden oder sind für diese Bereiche die Schwellenwerte sehr hoch anzusetzen, in denen naturbedingte Bewegungen erfolgen, beispielsweise Bewegungen von Büschen oder Bäumen im Wind oder in denen z. B. aufgrund von großen Temperaturunterschieden starke Luftströmungen entstehen. So ist bekannt, dass es bei UltraschalIaIarmanlagen in von Sonne beschienenen Kraftfahrzeugen häufig zu Fehlalarmen kommt.
Die Auswertung der von den Sensoren ermittelten Daten erfolgt zumeist zentral in einer Auswertevorrichtung. Die Messwerte werden zumeist kabelgebunden übertragen, bekannt sind jedoch auch insbesondere bei Wetterstationen drahtlos übertragene Temperaturmessergebnisse eines Außensensors . Die Auswertung der Daten beschränkt sich ferner zumeist in der Anzeige der gemessenen Werte, ggfIs. in der Bildung von Mittelwerten gleichartiger Daten, um beispielsweise eine Durchschnittstemperatur eines Raums für die Steuerung der Klimaanlage zu gewinnen. Dabei kann dahingestellt bleiben, ob eine solche Auswertevorrichtung auch geeignet ist, zusätzlich beispielsweise zur Temperatur auch Messwerte von Rauch- und Gasmeldern mitzuverwalten, eine Kombination der von den Sensoren ermittelten Daten unterschiedlicher Art erfolgt jedoch regelmäßig nicht.
Vor diesem technischen Hintergrund macht die Erfindung es sich zur Aufgabe, ein Verfahren der Raumüberwachung zur Verfügung zu stellen, mit dem auch komplex eingerichtete oder ausgestaltete Räume sicher auf eine Änderung ihrer räumlichen Präsenz überwacht werden können, und das auf einfach zu installierende Sensoren zurückgreift, die ggfIs. auch in bereits vorhandenen Überwachungsanlagen integriert sein können .
Die Erfindung geht von einer Überwachung eines Raums mittels drahtlos kommunizierender Sensoren aus, sodass aufwendige Verkabelungen nicht von Nöten sind. Aufgrund dieser Maßnahme kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei bereits bestehenden Überwachungsanlagen Verwendung finden.
Gem. des Anspruchs 1 erfolgt erfindungsgemäß die Lösung des eingangs erläuterten Problems durch die Maßnahmen, dass in einem Raum fest installierte, Funksignale übertragende Sensoren vorgesehen sind, dass wenigstens eine Empfangsvorrichtung für den Empfang der Funksignale vorgesehen ist, dass der wenigstens einen Empfangsvorrichtung einer Auswertevorrichtung zugeordnet ist und dass die Auswertevorrichtung aus einer Auswertung der Signalstärke empfangener Funksignale eine Änderung der räumlichen Präsenz des überwachten Raums ermittelt.
Bei den Funksignalen der ortsfest installierten Sensoren, die ihre Messwerte wie Temperatur, Gaskonzentration oder dergleichen mehr, in üblicher Weise drahtlos übertragen, werden sich deutliche Änderungen der Signalstärken ergeben, wenn Änderungen der räumlichen Präsenz auf den Übertragungswegen von den Sensoren hin zu der Empfangsvorrichtung statt finden. Eine solche Änderung kann durch eine sich dort bewegende Person erfolgen, das Einbringen eines entsprechend großen Gegenstandes oder dergleichen mehr. Aus einer Vielzahl der Änderungen von Signalstärken von in dem zu überwachenden Raum verteilten Sensoren, ggfIs. weiteren, außerhalb des Raums angeordneten Sensoren, kann auch auf den Ort der Änderung der räumlichen Präsenz in dem überwachten Raum geschlossen werden. So kann beispielsweise festgestellt werden, ob jemand durch eine Türe einen leeren Raum betreten hat, ob noch sich bewegende Personen oder Gegenstände in dem Raum befindlich sind, so dass beispielsweise eine LichtSteuerung das Licht einschalten kann, oder ob lediglich Fenster und/oder Türen geöffnet sind und sich möglicherweise bewegen. Entsprechend gemachter Vorgaben kann dann durch die Auswertevorrichtung eine Reaktion auf solche Vorgänge ausgelöst werden.
Das Verfahren wird umso genauer, je mehr Sensoren auch untereinander drahtlos vernetzt sind und vernetzte Sensoren über eine Auswertevorrichtung zur Feststellung der Signalstärken aufweisen. Hierdurch wird eine Vielzahl von Funkstrecken geschaffen, deren Störung eine Lokalisierung von Änderungen der räumlichen Präsenz des überwachten Raums ermöglichen. Die Zahl solcher Funkstrecken wird nochmals erhöht, wenn die Sensoren bidirektional vernetzt sind.
Für die Auswertung der Änderung der Empfangssignalstärken der einzelnen Sensoren bieten sich eine Reihe von Möglichkeiten an. Da nach der Erfindung die Sensoren ortsfest installiert sind, kann bevorzugt eine vergleichsweise einfache Auswertung der Änderung der Feldstärke und/oder eine Änderung der Empfangsleistung bspw. eines übertragenen Messwertsignals erfolgen. Auch hierbei ist wieder daran gedacht, dass dann eine gewisse Bandbreite der Empfangsleistung bzw. der Feldstärke vorgegeben wird, so dass erst nach einem Überschreiten einer Schwelle eine entsprechende Reaktion erfolgt.
Zweckmäßigerweise erfolgt die drahtlose Kommunikation aus Kostengründen und Verfügbarkeit von Technologien auf den bekannten ISM-Bändern, insbesondere bei 868 MHz, 2,4 GHz und/oder 5,8 GHz.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet darüber hinaus noch den Vorteil, dass aus Änderungen der Messwerte von Sensoren und aus der Auswertung der Signalstärke empfangener Funksignale einer Änderung der räumlichen Präsenz des überwachten Raums ermittelt wird. So kombiniert, können aus verschiedenen Informationen weitere Informationen gewonnen werden, die sonst nicht unmittelbar zugänglich wären. Eine solche Sensorfusion erlaubt die Kombination von beispielsweise Ultraschallsensoren, Temperatursensoren, Geräuschsensoren oder dergleichen, aus der dann eine Raumbelegung insgesamt erkannt werden kann.
Dabei ist es dennoch möglich, dass eine selbstlernende, adaptive Auswertung aller Signale erfolgt, so dass übliche Ruhezustände des Raums erkannt werden und keine Reaktionen auf eine geringfügige Änderung der Präsenz eines Raums erfolgen.
Das Wesen der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der lediglich von Sensoren gebildete Knoten eines Netzes schematisch dargestellt sind.
Die einzige Figur 1 der Zeichnung zeigt beispielhaft vier Sensoren, die nahezu beliebige Aufgaben erfüllen können, auch durchaus unterschiedliche. So mag Sensor 1 die Temperatur überwachen, Sensor 2 ein Gasmelder sein, Sensor 3 ein Ultraschallsensor und strahlt der Sensor 4 lediglich Funksignale ab.
Die Sensoren 1 bis 4 sind ortsfest in einem zu überwachendem Raum 5 angeordnet. Die Sensoren 1 bis 4 sind bidirektional und drahtlos untereinander vernetzt, angedeutet durch die Doppelpfeile zwischen den Sensoren 1 bis 4. Dementsprechend verfügen die Sensoren 1 bis 4 sowohl über eine Sende- als auch über eine Empfangvorrichtung für die drahtlose Kommunikation .
Des Weiteren verfügt bei dem Ausführungsbeispiel jeder der Sensoren 1 bis 4 über eine nicht dargestellte Auswertevorrichtung für eine Auswertung der Signalstärke der von den übrigen drei Sensoren ausgehenden Funksignale. Ist den Sensoren 1 bis 4 jeweils eine Auswertevorrichtung noch zugeordnet, kann bei einer Änderung der Signalstärke der empfangenen Funksignale aufgrund einer Änderung der räumlichen Präsenz des überwachten Raums 5 durch einen solches feststellenden Sensor eine Reaktion erfolgen, beispielsweise eine Meldung an eine Zentraleinheit 6, die dann ggfIs . einen Alarm auslöst .
Entsprechend den Sensoren 1 bis 4 wird auch die Zentraleinheit 6 über Sende- und Empfangsvorrichtungen verfügen und bidirektional mit den Sensoren 1 bis 4 drahtlos kommunizieren, so dass eine Vielzahl weiterer Funkstrecken aufgebaut werden und ein engmaschiges Netz entsteht. Darüber hinaus wird die Zentraleinheit 6 die MesswertSignale der Sensoren 1 bis 3 empfangen und auswerten, so hier den zeitlichen Verlauf der Temperatur, die von dem Sensor 1 gemessen wird, die Rauch- oder Gaskonzentration, gemessen von dem Sensor 2 und Bewegungsabläufe, festgestellt durch den Sensor 3.
Es wird ferner die Zentraleinheit 6 auch die von ihr empfangenen Funksignale der Sensoren 1 bis 4 überwachen und auf Änderungen der Signalstärke auswerten. Solches erfolgt ebenfalls durch jeden der Sensoren 1 bis 4 als Knoten des Funknetzes. Werden von einem Sensor signifikante Änderungen der Signalstärke der übrigen Sensoren und der Zentraleinheit 6 erkannt, wird dies an die Zentraleinheit 6 weitergegeben, die dann eine Reaktion beispielsweise in Form eines Alarms oder dergleichen auslösen wird.
Von Vorteil ist hierbei, dass durch eine solche Zentraleinheit 6 auch Änderungen der Messwerte der Sensoren 1 bis 4 berücksichtigt werden können, beispielsweise bei einem Brand durch den Anstieg der von dem Sensor 1 gemessenen Temperatur und der steigenden Gaskonzentration, gemessen von dem Sensor 2 bei nur äußerst geringfügigen Änderungen der Signalstärken der Funksignale durch beispielsweise Flammen und aufsteigende Rauchgase.
Andererseits wird durch eine solche Zentraleinheit 6 auch eine selbstlernende, adaptive Auswertung aller Daten ermöglicht, so das dass System problemlos erkennen kann, dass Änderungen der räumlichen Präsenz des überwachten Raums lediglich einem in normalen Umfang statt gefunden haben.

Claims

Ansprüche :
1. Verfahren für die Überwachung eines Raums mittels drahtlos kommunizierender Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Raum fest installierte, Funksignale übertragende Sensoren vorgesehen sind, dass wenigstens eine Empfangsvorrichtung für den Empfang der Funksignale vorgesehen ist, dass der wenigstens einen Empfangsvorrichtung eine Auswertevorrichtung zugeordnet ist und dass die Auswertevorrichtung aus einer Auswertung der Signalstärke empfangener Funksignale eine Änderung der räumlichen Präsenz des überwachten Raums ermittelt .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren drahtlos untereinander vernetzt sind und dass vernetzte Sensoren über eine Auswertevorrichtung zur Feststellung der Signalstärke aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren bidirektional vernetzt- sind.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswertung der Änderung der Feldstärke und/oder eine Änderung der Empfangsleistung eines übertragenen Funksignals erfolgt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drahtlose Kommunikation auf ISM-Bändern erfolgt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus Änderungen der Messwerte von Sensoren und aus der Auswertung der Signalstärke empfangener Funksignale eine Änderung der räumlichen Präsenz des überwachten Raums ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine selbstlernende, adaptive Auswertung.
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