DE69832259T2

DE69832259T2 - Anwesenheitssensor und sein betriebsverfahren

Info

Publication number: DE69832259T2
Application number: DE69832259T
Authority: DE
Inventors: D. Douglas MYRON; A. Vadim KONRADI; G. Bruce WILLIAMS; J. John FOWLER; W. Timothy WOYTEK; D. Jonathan WILLIAMS; L. Gerard CULLEN
Original assignee: Hubbell Inc
Current assignee: Hubbell Inc
Priority date: 1997-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2018-02-05
Also published as: DE69832259D1; WO1998034206A1; US6078253A; CA2280165C; CA2280165A1; ATE309592T1; AU6054998A; EP0958562B1; EP0958562A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Anwesenheitssensoren.
Ein Anwesenheitssensor ist eine Energiesparvorrichtung, die dafür ausgelegt ist, die Anwesenheit eines oder mehrerer menschlicher Bewohner in einem gegebenen Bereich zu detektieren. Wenn eine Anwesenheit erfasst wird, werden die verschiedenen elektrisch versorgten Lasten in diesen von dem Sensor kontrollierten Bereich (zum Beispiel Licht, Ventilation und dergleichen) eingeschaltet. Wenn derselbe Bereich für eine vorbestimmte Zeitdauer nicht belegt wurde, schaltet der Sensor die von ihm gesteuerten elektrischen Lasten aus. Anwesenheitssensoren können daher eine große Energiemenge in Bereichen speichern, in welchen die Bewohner keine Sorgfalt darauf verwendet, diese elektrischen Lasten auszuschalten, wenn sie den Bereich verlassen.
Über die letzten wenigen Jahrzehnte haben verschiedene Ereignisse zu dem Wachstum eines großen Verbrauchermarktes für energiesparende Vorrichtungen, einschließlich Anwesenheitssensoren geführt. Zuerst gab es ein öffentliches Bewusstsein zur Energieeinsparung und dessen nützlichen Umweltkonsequenzen. Zusätzlich gab es eine gesteigerte Realisierung sowohl durch die private, als auch regierungsgesteuerte Energieerzeugungsindustrie hinsichtlich wirtschaftlicher und umweltpolitischer Vorteile der Energieeinsparung als ein Mittel Spitzenlastanforderungen zu bewältigen. Schließlich gab es gesetzgeberische Verfügungen auf bundesstaatlicher und lokaler Ebene für die Verwendung energiesparender Vorrichtungen, wie z.B. Anwesenheitssensoren in Regierungsgebäuden und anderen öffentlichen Gebäuden.
Anwesenheitssensoren wurden erfolgreich unter Verwendung mehrere Technologien konstruiert und getestet. Eine kurze Beschreibung der am häufigsten eingesetzten Anwesenheitssensor-Technologie zusammen mit den Stärken und Schwächen dieser Technologien folgt:
Aktive Doppler-Ultraschallakustik-Anwesenheitsdetektion.
Diese Technologie ermöglicht die kontinuierliche Detektion von sich bewegenden Objekten, die ultraschallakustische Energie reflektieren. Dieses Verfahren einer Anwesenheitsdetektion ist sehr empfindlich, da es auf einer aktiven Quelle von ultraschallakustischer Energie beruht. Eine Vorrichtung und ein Verfahren dieses Typs sind in dem U.S. Patent Nr. 5,640,143, das demselben Zessionar wie dem der vorliegenden Erfindung erteilt ist und WO96/25021 entspricht, offenbart.
Jedoch weist dieses Verfahren zur Anwesenheitsdetektion mehrere Einschränkungen auf: erstens ist es gegenüber Bewegung, die senkrecht zu der Richtung zu dem Empfänger liegt unempfindlich; zweitens ist es gegenüber Bewegung, die im Allgemeinen nicht in der Sichtlinie des Empfängers liegt, unempfindlich; drittens unterliegt es einer Fehlauslösung aufgrund anderer Quellen von Ultraschallenergie; viertens kann es zu Fehlauslösungen aufgrund von Heizungs- und Klimatisierungsluftströmen kommen; und schließlich weist es keine Mittel zur Reichweitenunterscheidung auf. Da auf Doppler-Techniken basierende Anwesenheitssensoren keine Mittel zur Reichweitenunterscheidung besitzen, kann ein Ziel in großen Abstand, das sich mit angenähert derselben Geschwindigkeit wie ein kleineres nahe liegendes Ziel bewegt, ähnliche Zielsignaturen zeigen.
Aktive elektromagnetische Doppler-Anwesenheitsdetektion.
Diese Technologie ermöglicht eine kontinuierliche Detektion sich bewegender Objekte, die elektromagnetische Energie reflektieren. Jedoch weist dieses Verfahren zur Anwesenheitsdetektion mehrere Einschränkungen auf: erstens ist es gegenüber Bewegung, die senkrecht zu der Richtung zu dem Empfänger liegt unempfindlich; zweitens ist es gegenüber Bewegung, die im Allgemeinen nicht in der Sichtlinie des Empfängers liegt, unempfindlich; drittens unterliegt es einer Fehlauslösung aufgrund anderer Quellen von Ultraschallenergie, und schließlich weist es keine Mittel zur Reichweitenunterscheidung auf.
Passiv-Audioakustik-Anwesenheitsdetektion. Diese Technologie ermöglicht eine kontinuierliche Detektion von Objekten, die audioakustische Energie emittieren. Dieses Anwesenheitsdetektionsverfahren ist ziemlich empfindlich, unterliegt jedoch einer Fehlauslösung aufgrund von Quellen audioakustischer Energie nie nicht von Bewohnern stemmen, wie zum Beispiel Tönen eines Faxgerätes, Telefons und Sicherheitssystems, Automobil- und Einsatzfahrzeug-Signalhornen, usw..
Passiv-Infrarot-Anwesenheitsdetektion. Diese Technologie ermöglicht eine kontinuierliche Detektion von Objekten, die Infrarot-Energie emittieren. Dieses Anwesenheitsdetektionsverfahren ist ebenfalls ziemlich empfindlich, obwohl es auf einer passiven Erfassung sich bewegender Infrarotenergie-Quellen basiert. Dieses Anwesenheitsdetektionsverfahren weist ebenfalls einige Einschränkungen auf: erstens ist es unempfindlich gegenüber Quellen, die sich im Allgemeinen nicht in der Sichtlinie des Empfängers befinden; zweitens unterliegt es einer Blendung durch starke stationäre Quellen von Infrarotenergie; drittens unterliegt es einer Fehlauslösung aufgrund rascher Schwankungen in der Intensität stationärer Infrarotquellen; und schließlich unterliegt es einem Detektions erfassungskompromiss hinsichtlich der Anzahl von Linsenfacetten in Abhängigkeit von dem Detektionsbereich.
Anwesenheitsdetektion auf Stellungssensorbasis. Diese Technologie verwendet einen oder mehrere Quecksilberschalter, um Veränderungen in der physikalischen Stellung des Sensors zu erfassen. Diese Technologie hat mehrere Einschränkungen: 1. ist sie unempfindlich gegen eine kleinere Bewegung, die eine Anwesenheit anzeigen kann; und 2. besteht sie aus einer inhärent digitalen (Aus/Ein-Vorrichtung).
Anwesenheitsdetektion auf der Basis eines piezoelektrischen Sensors. Diese Technologie erfasst die Veränderung in dem Widerstand eines piezoelektrischen Sensors, um eine Anwesenheit zu erfassen. Diese Technologie unterliegt einer Fehlauslösung aufgrund von Temperaturänderungen.
Eine signifikante Innovation in der Auslegung von Anwesenheitssensoren erfolgte über die letzten wenigen Jahrzehnte. Die früheren Anwesenheitssensoren verwendeten primär analoge Signalbearbeitungstechniken. Der in dem U.S. Patent 3,967,283 beschriebene Großbereichs-Bewegungssensor nutzte eine elektromagnetische Bewegungsdetektion und basierte auf analogen Signalbearbeitungstechniken. Der in dem U.S. Patent 4,661,720 beschriebene Anwesenheitssensor und der in dem U.S. Patent 4,820,938 beschriebene Niederspannungs-Bewegungssensor zum Aktivieren einer Hochspannungslast verwendeten analoge Signalverarbeitungstechniken. Der in diesen Sensoren verwendete Verstärker mit variabler Verstärkung erforderte eine manuelle Einstellung. Der Raumanwesenheitssensor, die Linse und das Verfahren zur Linsenherstellung, die in dem U.S. Patent 5,221,919 beschrieben sind, verwendeten eine passive Infrarotdetektion und basierten auf analogen Signalverarbeitungstechniken. Der in dem U.S. Patent 5,281,961 beschriebene Be wegungsdetektionssensor mit Computerschnittstelle verwendete eine Ultraschallbewegungsdetektion und basierte primär auf analogen Signalverarbeitungstechniken. Obwohl sie relativ einfach zu konstruieren und relativ preiswert zu implementieren waren, hatten die Analogfilter in diesen Vorrichtungen Filterantworteigenschaften, die mit Temperaturschwankungen drifteten und sich über die Lebensdauer der verschiedenen analogen Filterkomponenten veränderten. Das Gesamtergebnis der Verwendung eines Sensors auf der Basis von analogen Signalverarbeitungstechniken war ein Anwesenheitssensor dessen Verhalten unvorhersagbar war.
Zusätzlich basierte die Mehrzahl dieser früheren Anwesenheitssensoren auf nur einer einzigen Erfassungstechnologie. Da jede Technologie ihre eigenen inhärenten Einschränkungen aufweist, unterlagen diese Sensoren einer Fehlauslösung aufgrund einer Vielzahl von Quellen. Beispielsweise unterlagen Ultraschall-Doppler-Sensoren einer Fehlauslösung aufgrund der Luftströmung von Klimaanlagen und Heizsystemen. Da diese Sensoren keine Mittel zur Reichweitenunterscheidung hatten, unterlagen sie Fehlauslösungen aufgrund einer Bewegung außerhalb des gewünschten interessierenden Bereichs. In ähnlicher Weise unterlagen Passive-Infrarot-(PIR)-Sensoren einer Blendung durch intensive stationäre Quellen von Infrarotenergie. Die in dem U.S. Patent 4,751,399 beschriebene automatische Lichtsteuerungsvorrichtung verwendete nur akustische Bewegungsdetektion. Dieser Sensor unterlag einer Fehlauslösung aufgrund von audioakustischer Energie, wie z.B. eines Faxgerätes, Telefons und Sicherheitssystems, Automobil- und Einsatzfahrzeug-Signalhornen, usw. Die in dem U.S. Patent 4,225,808 beschriebene selektive Beleuchtungstechnik ermöglichte die Verwendung von Druck-, Ultraschallbewegungs-, Mik rowellen-, Photoelektrischen und Sensoren in hörbarem Bereich, kombinierte aber diese Technologien nicht, um einen zuverlässigeren Sensor mit einer reduzierten Wahrscheinlichkeit zur Fehlauslösung zu erzielen, um die Wahrscheinlichkeit von Fehlauslösungen zu reduzieren, war der Benutzer oft gezwungen, die Empfindlichkeit der Sensoren zu reduzieren. Das Gesamtergebnis einer Verwendung eines auf nur einer einzigen Technologie basierenden Sensors war ein Anwesenheitssensor mit reduzierter Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit.
Die nächste Generation von Anwesenheitssensoren verwendete zwei oder mehr Erfassungstechnologien. Diese Sensoren erforderten typischerweise das der Benutzer einen getrennten Aktivierungsschwellwert für jede Detektortechnologie in dem Sensor spezifiziert. Das digitale Detektorausgangssignal aus jeder Sensortechnologie wurde dann unter Verwendung klassischer digitaler Logik zum Detektieren von Anwesenheit kombiniert. Die in dem U.S. Patent 5,128,654 beschriebene voreingestellte Lichtsteuerung mit einem in mehreren Modi betreibbaren Infrarotsensor verwendete Sensoren für Infrarot und sichtbares Licht. Die in dem U.S. Patent 5,189,393 beschriebene Dual-Technologie-Bewegungssensor kombinierte die Ausgangssignale seiner Ultraschall- und Infrarotsensoren unter Verwendung klassischer Bool'scher UND- und ODER-Hardwarelogik. Im Allgemeinen hatten diese Sensoren mit Mehrfacherfassungstechnologie ein besseres Verhalten als ihre Vorgänger, zeigten jedoch noch immer einen Empfindlichkeits/Fehlalarm-Kompromiss. Beispielsweise stieg, wenn die verschiedenen Detektorsignale unter Verwendung der logischen ODER-Funktion kombiniert wurden, die Gesamtempfindlichkeit des Sensors auf Kosten eines erhöhten Auftrittes von Fehlalarmen an. Andererseits verringerte sich, wenn die verschiedenen Detektor signale unter Verwendung der logischen UND-Funktion kombiniert wurden, das Gesamtauftreten von Fehlauslösungen auf Kosten einer verringerten Sensorempfindlichkeit. Da jede Erfassungstechnologie ihren eigenen getrennten Aktivierungsschwellwert aufweist, waren diese Sensoren oft nicht in der Lage, zuverlässig Bewegung in Randfällen zu detektieren, in welchen eine oder mehrere Erfassungstechnologie Signalpegel gerade unterhalb des benutzerdefinierten Schwellwertpegels beobachteten. Das Gesamtergebnis einer Verwendung dieser früherer Anwesenheitssensoren auf der Basis von Mehrfacherfassungstechnologie war ein verbessertes Verhalten der Anwesenheitssensors, der nicht in der Lage war eine Anwesenheit in den komplexeren Situationen mit marginalen Sensorsignalpegeln zu erfassen.
Die dem vorstehend erwähnten US-5,640,143 entsprechende internationale Patentanmeldung WO96/25021 offenbart einen Anwesenheitssensor, welcher von der Detektion von Ultraschallenergieimpulsen und Reflexionsimpulsen zu vorbestimmten Zeitintervallen Gebrauch macht. Das Anwesenheitssignal wird mit dem Aussenden von Ultraschallenergieimpulsen quadratursynchronisiert, um dadurch die Ermittlung einer Doppler-Verschiebung zwischen ausgesendeten Impulsen und Quadraturabtastwerten zu ermöglichen. Ein synchroner Spitzendetektorschaltkreis wird dazu verwendet, um das Anwesenheitssignal synchron mit dem Sendevorgang abzutasten.
Ein weiterer Mehrfachsensor-Wandschalter ist in dem U.S. Patent 5,586,048 von Coveley offenbart. Der offenbarte Sensorschalter enthält Druckimpulswellensensoren und einen Passivinfrarot-Sensor, und macht von einer Technik Gebrauch, in welcher drei Signale (ein PIR-Signal und zwei PPW-Signale) erzeugt werden. Jeder Sensor führt eine getrennte Aktivie rungsermittlung auf der Basis seines eigenen Aktivierungsschwellwertes durch. Sobald eine Ermittlung durchgeführt ist, wird ein binäres Signal an einen Zähler gesendet, welcher diesem Sensor, der eine Anwesenheit detektiert, einen Gewichtungsfaktor zuordnet. Diese gewichteten Werte werden dann summiert, und wenn die Summe einen Bezugswert überschreitet, wird die angeschlossene Last eingeschaltet.
Im Allgemeinen leiden herkömmliche Anwesenheitssensor bisher an einer Reihe von Nachteilen, einschließlich:

1. einem Mangel an technisch ausgereifter Sensorsignalkonditionierung in der Mehrfacherfassungstechnologie, um die Vorteile der Erfassungstechnologien unter gleichzeitiger Minimierung der Nachteile vollständiger zu nutzen. Die herkömmliche Technik kombinierte nicht die verschiedenen Anwesenheitssensor-Detektionstechnologien in einer technisch ausgereiften Weise, um die Gesamtwahrscheinlichkeit einer Anwesenheitsdetektion unter gleichzeitiger Verringerung der Gesamtwahrscheinlichkeit einer Fehlauslösung zu steigern.
2. Mangel an adaptivem Sensorverhalten. Die herkömmliche Technik stellte keinen Anwesenheitssensor bereit, dessen Verhalten sich mit der Zeit anpasste, um das Sensorverhalten zu optimieren.
3. Mangel an digitalen Signalverarbeitungstechniken. Der Stand der Technik verwendete analoge Signalverarbeitungstechniken. Die in diesen Sensoren verwendeten analogen Filter erforderten eine manuelle Abstimmung, die ein teuerer, zeitaufwendiger Prozess waren. Zusätzlich war das Verhalten dieser analogen Filter temperaturabhängig und driftete mit der Zeit.
4. Mangel an Mitteln zum einfachen und effizienten Übertragen des Status des Sensors an das Installations- und War tungspersonal. Ein Anwesenheitssensor weist typischerweise eine Anzahl von Einstellmöglichkeiten auf, die dessen Betriebsmodus bestimmen und die die Person, welche den Sensor installiert oder wartet, kennen will. Der Sensor wird typischerweise außerhalb einer Reichweite an der Decke oder der Wand so angebracht, dass dessen Einstellknöpfe oder Tasten nicht ohne weiteres sichtbar sind. Die herkömmliche Technik enthielt kein System, um derartige Einstellungen einfach verfügbar und für eine Person, welche diese abfragen möchte einfach verfügbar machte.
5. Mangel an Mitteln zum Einstellen des Status des kontrollierten Signals, um zu ermitteln, ob eine Lastvorrichtung angeschlossen ist oder ob das gesteuerte Ausgangssignal falsch angeschlossen oder kurzgeschlossen ist.
6. Mangel an permanenter Speicherung von Sensorvariablen. Der Stand der Technik speicherte die verschiedenen Sensoreinstellungen nicht permanent. Im Falle eines Netzausfalls hatten diese Sensoren keine Mittel zur Wiederherstellung ihrer vorherigen Einstellungen.
7. Mangel an Mitteln zum Erkennen eines extrem halligen kontrollierten Raums mit überhoher Ultraschallrücklaufsignalamplitude und Mangeln an Mitteln zum Kompensieren durch Einstellen der Ultraschallsendeamplitude.
8. Mangel an Verhaltensüberwachungsmitteln für den Ultraschallempfänger-Vorverstärker und Demodulator. Der Stand der Technik überwachte das Verhalten des Ultraschall-Vorverstärkers und Demodulators nicht und hatte keine Mittel, um Einstellungen zur Anpassung an eine schlecht ausgeführte Installation oder an einen stark akustisch reflektierenden Raum vorzunehmen. Ein technisch ausgereifter Ultraschallsen sor enthält einen Vorverstärker mit hoher Verstärkung, der aufgrund zu hoher akustischer Reflektionen von Raumwänden und anderen harten Strukturen innerhalb des Raumes gesättigt werden kann. Ferner kann der Sensor fehlerhaft zu nahe an einem festen akustischen Reflektor, wie zum Beispiel an einer Wand, einem Ausgangsschild oder einem anderen Architekturmerkmal installiert sein. Die Sättigung des Empfängervorverstärkers bewirkt, dass das Bewegungssignal verloren geht und dass der Sensor effektiv durch den zu hohen Signalpegel geblendet wird. Es ist erwünscht, dass der Sensor von nicht ausgebildetem Personal installiert werden kann und dass der Sensor in der Lage ist, sich an nicht-ideale Situationen anzupassen, die entweder durch eine ungeeignete Installation oder schwierige akustische Umgebungen erzeugt werden. Der Stand der Technik hatte keine Mittel, um eine Sättigung des Empfängervorverstärkers zu ermitteln oder keine Mittel, um eine derartige Sättigung zu korrigieren.
9. Mangel an einer Anwesenheitszyklusdetektion und Nutzung. Der Stand der Technik detektierte nicht den typischen täglichen und wöchentlichen Anwesenheitszyklus der Sensorumgebung, um diese Information zum Treffen der Anwesenheitsentscheidungen zu nutzen. Ein Arbeitsraum wird typischerweise gemäß einem Zyklus belegt, der sich vorhersagbar über den Tagesverlauf, und auch gemäß einem eingestellten Muster über die Arbeitswoche verändert. Bisher haben Sensoren dieses Muster nicht berücksichtigt und der Stand der Technik hat weder Mittel, um die typischen täglichen und wöchentlichen Anwesenheitsmuster zu überwachen und aufzuzeichnen, noch diese Information zu speichern oder auf der Basis dieser Information zu arbeiten.
10. Mangel an einer adaptiven PIR-Empfindlichkeitsanpassung für eine Anpassung an unterschiedliche und zeitlich variierende Pegel von umgebender PIR-Störung.

Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend erwähnten Mängel des Stands der Technik, indem eine Laststeuereinrichtung auf Anwesenheitsbasis gemäß Definition in Anspruch 1 bereitgestellt wird. Ausführungsformen der Laststeuereinrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 15 angegeben.
Die mehreren Anwesenheitsschätzsignale sind bevorzugt digitale Darstellungen auf der Basis von Signalpegeln, die bei den mehreren Anwesenheitssensoren detektiert werden. Die Erfindung kann von jedem Typ von Anwesenheitssensortechnologie in jeder Kombination, einschließlich beispielsweise einem Ultraschallsensor und Sensor, einem passiven Infrarot-(PIR)-Detektor, einem passiven audioakustischen Detektor und einem Mikrowellensender und Sensor oder jeder Kombination von zwei oder mehr von diesen Sensortechnologien Gebrauch machen.
Der Gesamt-Anwesenheitsschätzwert kann mittels jeder nützlichen mathematischen Kombination der mehreren Anwesenheitsschätzsignale beispielsweise durch arithmetische Summe, gewichtete arithmetische Summe oder eine Yager-Union-Funktion der mehreren Anwesenheitsschätzsignale berechnet werden. Zusätzlich kann der Gesamt-Anwesenheitsschätzwert durch das Auslesen einer Tabelle auf der Basis mehrere Anwesenheitsschätzsignale erzeugt werden.
Die Gesamt-Aktivierungs- und Halteschwellwerte sind bevorzugt programmierbar.
Die Empfindlichkeit von wenigstens einem der mehreren Anwesenheitssensoren kann beispielsweise auf der Basis von Nutzungsverlaufmustern des Raumes auf der Basis der Detektion Fehleinschaltvorgänge bzw. Fehleinschaltvorgänge oder auf der Basis Fehlausschaltvorgänge bzw. Fehlausschaltungen detektiert werden.
Eine Ausführungsform kann auch einen mit dem Mikroprozessor verbundenen Umgebungssensor enthalten, um eine Umgebungsbedingung des Raums zu erfassen, einschließlich beispielsweise eines Umgebungstemperatursensors oder eines Umgebungslichtsensors. Ein zusätzliches Merkmal einer Ausführungsform ist die Speicherung eines Status der Laststeuerung und eine visuelle Anzeige des Status der Laststeuerung. Der Status kann zu vorbestimmten Zeitintervallen oder auf Benutzerabfrage beispielsweise bei der Detektion eines vorbestimmten Bewegungsmusters berichtet werden.
Der Ultraschallsender kann so arbeiten, dass der kontinuierliche Ultraschallsignale aussendet; und der Ultraschallsensor enthält einen Ultraschallempfänger. Ein Vorstärkerschaltkreis mit steuerbarer Verstärkung besitzt einen Eingang, der zum Empfangen eines Doppler-verschobenen Ultraschallsignals verschaltet ist, das durch den Ultraschallempfänger erzeugt wird, und einem mit dem Nulldurchgang synchronisierten Abtastpunktschaltkreis mit einem Eingang, welcher zum Empfang eines Abtastpunktsteuersignals verschaltet ist. Der Ausgang liefert einen Abtastwert des Doppler-verschobenen Ultraschallsignals in der Nähe eines Nulldurchgangspunktes des Doppler-verschobenen Ultraschallsignals.
Demzufolge beinhalten einige Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer technisch ausgereiften Mehrfacherfassungstechnologie auf der Basis eines Sensorzusammenfassungs-Detektionsalgorithmus. Dieser Algorithmus kombiniert die Ausgangssignale von mehreren Anwesenheitssensoren, einschließlich beispiels weise Ultraschall-, PIR-, Mikrowellen- und Akustiksensoren, um ein Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal zu erzeugen, das mit einem Gesamt-Schwellwert verbunden wird, um die Anwesenheit zu ermitteln. Dieses ergibt einen hochempfindlichen und hochzuverlässigen Anwesenheitssensor.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet bevorzugt eine Vielzahl von selbstanpassenden Merkmalen. Diese Anpassungsmerkmale können individuell aktiviert oder deaktiviert werden, indem die benutzergesteuerten Optionsschalter entsprechend eingestellt werden. Im Allgemeinen ist das Anwesenheitsdetektionsverhalten, umso besser, je länger es den Sensor ermöglicht wird, sich innerhalb einer gegebenen Umgebung anzupassen.
Die Erfindung liefert bevorzugt Mittel zum einfachen und effizienten Übertragen des Status des Sensors an Installations- und Wartungspersonal. Eine visuelle Anzeige der internen Einstellungen und Variablen des Sensors kann in der Form einer Folge von Lichtblitzen, die zur Darstellung der numerischen Werte codiert sind, berichtet werden. Er gibt auch Eigenschaftsbeschreibungen seines Betriebszustands wie beispielsweise zufriedenstellend, ausgefallen oder anderweitig nicht optimal in der Form einer Folge von Lichtblitzen aus. Somit ist es für den Sensor möglich, Schlüsselmerkmale seiner internen Zustandsinformation an Installationstechniker oder Wartungspersonal zu übermitteln. Diese Übermittlung findet aus einem Abstand ohne die Notwendigkeit physikalisch auf den Sensor zuzugreifen, statt.
Ein Teil der Sensorstatusinformation kann automatisch in periodischen Intervallen ausgegeben werden. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auch in der Lage, eine choreographierte Folge von Handbewegungen zu erkennen, die den Sensor anweisen, eine detaillierte Sequenz von Statusbe schreibungen und variable Information auf Befehl auszugeben. Nachdem Empfang dieser Folge von Bewegungen tritt der Sensor in einen Informationshohlmodus ein, und detaillierte Information über den internen Status wird in einer vorbestimmten Folge ausgegeben. Somit ist es für das Installations- oder Wartungspersonal möglich, den Sensor auf seinen Status hin abzufragen und einen detaillierten Bereicht zu empfangen. Sowohl die Abfrage, als auch der Empfang des Berichtes erfolgen über einen Abstand unter Verwendung der Belegungserfassungsfunktion des Sensors ohne die Notwendigkeit physikalisch auf den Sensor zuzugreifen und ohne die Notwendigkeit spezielle Hardware zu verwenden, um den Sensor aus seinem normalen Betriebsmodus in einen Statusberichtsmodus umzuschalten.
Die vorliegende Erfindung enthält bevorzugt Mittel zum Speichern angepasster Sensorvariablen in der Weise, dass sie beibehalten werden, wenn die Energieversorgung zu dem Sensor unterbrochen wird. Es wird allgemein bevorzugt, dass ein Anwesenheitssensor ständig mit Energie versorgt wird. In zahlreichen Anwendungen ist jedoch die Energieversorgung zu dem Sensor in Reihe mit einem Wandschalter geschaltet, der die Beleuchtung steuert. Dieses tritt auch bei Nachrüstungssituationen auf, in welcher die Senderstromversorgung und das Relais in eine existierende Beleuchtungsschaltung in der einfachsten Weise in der Nähe der Beleuchtungseinrichtung installiert werden und im dem Teil des Schaltkreises der bereits an der Wand geschaltet wird. In derartigen Situationen verliert der Sensor periodisch seine Energieversorgung und es ist wichtig, dass er seine zuvor angepassten Einstellungen beibehält.
Die vorliegende Erfindung enthält bevorzugt auch Mittel, um festzustellen, ob der Ultraschall-Vorverstärker gesättigt ist, um die Phase des Abtastpunktes des synchronen Demodulatorschaltkreises in Bezug auf das abgehende Trägersignal anzupassen, indem der Nulldurchgang des Vorverstärkersignals gesucht wird. Dieses stellt sicher, dass der Synchrondemodulationsabtastpunkt am optimalen Punkt genommen wird und dass das Verhalten des Empfängers nicht durch eine Vorverstärkersättigung beeinflusst wird, die zwischen den Nullgängen des Signals stattfindet. Ferner verringert, wenn aufgrund einer extremen Vorverstärkersättigung der Abtastpunkt-Suchalgorithmus nicht in der Lage ist, einen Abtastpunkt zu finden, der einen ausreichenden Sättigungsabstand aufweist, der Algorithmus dann die Senderansteueramplitude, um den zu hohen Signalrücklauf an den Vorverstärker zu reduzieren. Der Suchalgorithmus wird dann wieder gestartet und der gesamte Prozess wiederholt, bis ein zufriedenstellender Abtastpunkt ohne übermäßige Signalsättigung gefunden wird.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Detektion der typischen täglichen und wöchentlichen Anwesenheitszyklen des kontrollierten Raums und die Verwendung dieser Information zum Verbessern der Genauigkeit der Entscheidungen des Anwesenheitssensors. Dieses wird erreicht, indem eine Uhr betrieben wird und die sieben Tage der Woche und die 24 Stunden jedes Tags in mehreren Zeitschlitze unterteilt werden. Zugehörig zu jedem dieser Zeitschlitze wird ein Datenwert gespeichert, der die Wahrscheinlichkeit anzeigt, dass der Arbeitsraum während dieser speziellen Zeit und an diesem speziellen Wochentag belegt ist, und somit ein Histogramm erzeugt. Dieses Anwesenheitswahrscheinlichkeits-Histogramm wird über eine Periode von Tagen oder Wochen erzeugt, während welchen der Sensor die detektierte Belegung des Raums für diesen spezifischen Zeitschlitz aufzeichnet und ausmit telt. Wenn ein marginales Bewegungssignal empfangen wird, wendet der Sensor darauf eine Korrektur auf der Basis der Wahrscheinlichkeit der Anwesenheit, die für diesen speziellen Zeitschlitz ermittelt wurde, an. Wenn der Zeitschlitz einer ist, der typischerweise belegt ist, wird die Anwesenheitsentscheidung zugunsten der Erklärung einer Anwesenheit begünstigt und die elektrischen Lasten werden eingeschaltet. Umgekehrt wird, wenn der Zeitschlitz einer ist, der typischerweise nicht belegt ist, die Anwesenheitsentscheidung zugunsten einer Entscheidung einer Nicht-Anwesenheit begünstigt, und die elektrischen Lasten bleiben ausgeschaltet. Das Ergebnis dieses Algorithmus ist ein Sensor, der weiß, wann typischerweise Personen anwesend sind, und die elektrischen Lasten schnell für diese einschaltet, und welcher weiß, wann der Raum typischerweise leer ist und die elektrischen Lasten ausgeschaltet lässt, bis ein unmissverständliches Bewegungssignal empfangen wird.
Eine weitere Ausführungsform enthält auch eine aktive Ultraschalldauersignal-Doppler-Bewegungsanwesenheitsdetektion. Das Tastverhältnis der Ultraschallsenderwellenform kann verändert werden, um eine automatische Ausgangspegeleinstellung zu erzielen. Die vorliegende Erfindung kann auch eine PIR-Bewegungs-Anwesenheitsdetektion, Akustikschall-Detektion, Mikrowellen-Detektion oder jede Kombination von Ultraschall-, PIR-, Akustik- und Mikrowellen-Detektionsverfahren beinhalten.
Eine weitere Ausführungsform kann auch eine energiesparende Tageslicht-Steueroperation mit enthalten. Dieses Merkmal wird dazu verwendet, elektrische Lichtlasten in einem belegten Bereich auszuschalten, der einen ausreichenden Anteil an natürlichem Licht hat, oder um steuerbare Mehrpegelbe leuchtungssysteme zu steuern, um nur den zusätzlichen Anteil von zusätzlichen (elektrischen) Licht zu bereitzustellen.
Eine weitere Ausführungsform ist in der Lage, die Sättigung des Ultraschallempfänger-Vorverstärkers aufgrund einer zu hohen Rücklaufsignalamplitude zu erkennen. Sie ist in der Lage das Tastverhältnis der an dem Ultraschallsender angelegten Wellenform von 50% (Maximalamplitude) Tastverhältnis zu variieren und die Amplitude durch Veränderung auf ein niedrigeres Tastverhältnis zu verringern.
Eine weitere Ausführungsform beinhaltet auch eine leichte Auswahl des Betriebsmodus und der Einstellung von Empfindlichkeit und einer Zeitgeberverzögerung. Dieses Merkmal ermöglicht es dem Benutzer leicht den Betriebsmodus des Sensors, die Empfindlichkeit des Sensors und die Einstellung des Verzögerungszeitgebers für den gewünschten Betrieb des Sensors einzustellen. Ein Benutzer hat eine Vielzahl technisch ausgereifter Dual-Technologie-Auswahleinstellungen, einschließlich eines HOCHZUVERLÄSSIGKEITS-Modus und eines Hochempfindlichkeits-Modus.
Eine weitere Ausführungsform zieht auch eine Laststeuereinrichtung auf Anwesenheitsbasis in Betracht, welche wenigstens einen Anwesenheitssensor, um wenigstens ein Anwesenheitsschätzsignal zu erzeugen, das eine Bewegung in einem Raum anzeigt, einen programmierbaren Mikroprozessor, der mit dem wenigstens einen Anwesenheitssensor berechnet ist, um ein Anwesenheitssignal für das wenigstens eine Anwesenheitsschätzsignal zu erzeugen, um das Anwesenheitssignal mit einem Aktivierungsschwellwert zu vergleichen und um die Empfindlichkeit des wenigstens einen Anwesenheitssensors als eine Funktion von zeitlich sich verändernder Störung anzupassen, die das wenigstens eine Anwesenheitsschätzsignal verfälscht; und eine steuerbare Lasteinschaltvorrichtung aufweist, die auf den programmierbaren Mikroprozessor reagiert, der so betreibbar ist, dass er automatisch eine elektrische Last einschaltet, wenn der Mikroprozessor ermittelt, dass das Anwesenheitssignal größer als ein Aktivierungsschwellwert ist.
Der wenigstens eine Anwesenheitssensor kann ein PIR-Sensor sein, wobei in diesem Falle der programmierbare Mikroprozessor die Empfindlichkeit des PIR-Sensors als eine Funktion von jahreszeitlicher Infrarotstörung anpasst, die das Ausgangssignal des PIR-Sensors verfälscht.
Weitere Vorteile der Erfindung werden aus der Betrachtung der Zeichnungen und der beigefügten detaillierten Beschreibung ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen ist bzw. sind:
1 ein vereinfachtes Funktionsblockschaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ein detailliertes Funktionsblockschaltbild der Ausführungsform.
3 der Benutzer-Einstell/Umschalt-Schaltkreis der Ausführungsform.
4 der Ultraschall-Senderschaltkreis einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 der Ultraschall-Empfängerschaltkreis der Ausführungsform.
6 der Ultraschallsendersignal-Aufbereitungsschaltkreis der Ausführungsform.
7A die Ultraschallempfängersignal-Aufbereitungsschaltkreis der Ausführungsform.
7B ein alternativer Abtaststeuerungsschaltkreis der in dem Schaltkreis in 7A verwendbar ist.
8 der Infrarotsensor-Schaltkreis.
9 der Infrarotsignal-Aufbereitungsschaltkreis.
10 der Akustik-Sensorschaltkreis.
11 der Akustiksignal-Aufbereitungsschaltkreis.
12 der Mikrowellen-Sender/Empfänger-Schaltkreis.
13 der Mikrowellensignal-Aufbereitungsschaltkreis
14 der Photozellen-Senderschaltkreis.
15 das für die Aufgabenzuweisung verwendete Software-Zeitmultiplexverfahren.
16A bis F graphische Darstellungen, welche herkömmliche Dual-Technologie-Anwesenheitsdetektion unter Verwendung der Bool'schen UND-Funktion darstellen.
17 eine Entscheidungsoberfläche für die arithmetische Summenformel gemäß der Ausführungsform.
18A–F graphische Darstellung, die eine Dual-Technologie-Anwesenheitsdetektion gemäß der Ausführungsform darstellen.
19 eine Entscheidungsoberfläche der Yager-Union-Funktion (K = 1, p = 2).
20 eine Entscheidungsoberfläche der Yager-Union-Funktion (K = 1, p = 0,5).
21 eine Entscheidungsoberfläche für eine Tabellennachschlageversion der Yager-Union-Funktion in 19.
22 eine Entscheidungsoberfläche für eine Tabellennachschlageversion der Yager-Union-Funktion in 20.
23 eine Zeitliniendarstellung der Anpassung der Sensorempfindlichkeit für einen Fehleinschaltvorgang.
24 eine Zeitliniendarstellung der Anpassung der Sensorempfindlichkeit für einen vom Flur aus ausgelösten Fehldauerbetrieb.
25 eine Zeitliniendarstellung der Anpassung der Sensorempfindlichkeit für einen Fehlausschaltvorgang.
26 eine Zeitliniendarstellung eines Dauerbetriebs ohne größere Aktivität.
27 eine Zeitliniendarstellung eines Dauerbetriebs mit mehreren Aktivierungsvorgängen.
28 eine Zeitliniendarstellung eines erweiterten Anwesenheitsschätzsignals für einen Dauerbetrieb bei mehreren Aktivierungsvorgängen.
29 ein Arbeitsflussdiagramm eines Dauerbetrieb-Mehrfachaktivierungsvorgangs und der Analyse starker Luftströmung für die Ausführungsform.
30 eine Darstellung, die Sensorinstallationen darstellt, die zu einer Adaptation der Sensorempfindlichkeit führen können.
31 ein Messverfahren für die Anwesenheitszyklusdetektion und Nutzungs-Messverfahren.
32 das Arbeitsflussdiagramm für die Anwesenheitszyklusdetektion und Nutzung.
33 eine typische Lernkurve, die das adaptive Verhalten beschreibt.
34 ein "Lichtausschalt"-Arbeitsflussdiagramm, wenn ein akustischer Sensor zum Verhindern einer "Fehlausschaltung" verwendet wird.
35 ein PIR-Störpegelanpassungs-Arbeitsflussdiagramm.
36 eine Zeitlinie, die die Einstellung der Ultraschallempfindlichkeit auf der Basis einer Akustiksignaldetektion darstellt.
37 ein Zeitgebereinstellungs-Arbeitsflussdiagramm.
38 ein Arbeitsflussdiagramm zur Minimierung der Energienutzung bei einem Einschaltvorgang.
39 das Haupt-(Vordergrund)-Routineflussdiagramm.
40 das Flussdiagramm für die Hardware- und Systemvariablen-Initialisierungsroutine.
41 das Routineflussdiagramm für den Abfragestatusbericht.
42 das Routineflussdiagramm für den Zwei-Minuten-Statusbericht.
43 das Korrektur-Arbeitsflussdiagramm für Fehleinschalten.
44 das Korrektur-Arbeitsflussdiagramm für Fehlausschalten.
45–45A das Interrupt-(Hintergrund)-Routineflussdiagramm.
46 das Sensors-Arbeitsflussdiagramm.
47 das Ultraschall-DSC-Arbeitsblockschaltbild.
48 das Infrarot-DSP-Arbeitsblockschaltbild.
49 eine Zeitlinie von zwei ungestreckten Anwesenheitssignalen.
50 eine Zeitlinie von zwei gestreckten Anwesenheitssignalen.
51 eine Zeitlinie von zwei in der Spitze gestreckten Anwesenheitssignal.
52 das HOCHZUVERLÄSSIGKEITS-Arbeitsflussdiagramm.
53 das Hochempfindlichkeits-Arbeitsflussdiagramm.
54 das Routineflussdiagramm für die durchschnittliche Zeit zwischen Bewegungen.
55 das Zähleraktualisierungs-Arbeitsflussdiagramm.
56 das Arbeitsflussdiagramm für die Einstellung des Zeitgebers zum Minimieren des Energieverbrauchs.
57–57A das MUX-Arbeitsflussdiagramm.
58 das Ultraschallabtastroutineanpassungs-Flussdiagramm.
59 ein Ultraschallsender-Tastverhältniseinstellverfahren-Flussdiagramm.
60 eine Zeitlinie der Eingangsempfängersättigung.
61–61A das LED-Arbeitsflussdiagramm.
62A–62A1 das LED-Status-Arbeitsflussdiagramm.
62B ein Beispiel eines Statusberichts.
63 das Relaisunterdrückungs-Arbeitsflussdiagramm.
64 das zweite Arbeitsflussdiagramm.
65 das Relais-Arbeitsflussdiagramm.
66 das Minuten-Arbeitsflussdiagramm.
67 das Arbeitsflussdiagramm für die Initialisierung der I/O-Anschlussdatenrichtungsregister.
68 das Abfrage-Arbeitsflussdiagramm.
69 das EEPROM-Arbeitsflussdiagramm.
70 eine Grafik, die eine jahreszeitliche Veränderung der PIR-Störung darstellt;
71 eine Grafik von PIR-Schwellwerten
72 ein PIR-Schwellwerteinstellungs-Flussdiagramm.
BESCHREIBUNG VON BEISPIELSAUSFÜHRUNGSFORMEN
Liste der Abkürzungen

A/D

Analog/Digital-Wandler

ASA

automatische Empfindlichkeitseinstellung

ATA

automatische Zeitgebereinstellung

CCP

Erfassung/Vergleich/PWM

CMOS

komplementärer Metalloxidhalbleiter

DSP

digitale Signalverarbeitung

EEPROM

elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher

GSB

Verstärkungsrückstellung

HVAC

Heizung, Ventilation, Klimatisierung

I/O

Eingangs/Ausgangs

LED

lichtemittierende Diode

MUX

Multiplexer

OP AMP

Operationsverstärker

PIR

passiv Infrarot

PWN

Impulsbreitenmodulation

RAM

Arbeitsspeicher

ROM

Nur-Lese-Speicher

TTL

Transistor-Transistor-Logik

VDC

Volt Gleichspannung

Ein vereinfachtes Funktionsblockschaltbild des Multi-Technologie-basierenden Anwesenheitssensors 100 einer Ausführungsform ist in 1 dargestellt. Die Anwesenheitssensoreingänge befinden sich auf der linken Seite von 1. Der digitale Microcontroller 101 und verschiedene Signalkonditionierungsblöcke befinden sich in der Mitte von 1. Die verschiedenen Ausgänge befinden sich auf der rechten Seite von 1. 1 stellt die Verwendung von fünf unterschiedlichen Sensortechnologien dar: Ultraschall 102, Infrarot 103, Akustik 104, Mikrowelle 105 und sichtbares Licht 106. Das analoge Ausgangssignal des Ultraschallsensors 102 wird unter Verwendung eines Analog/Digital-Wandlers (A/D) 107 digitalisiert. Das digitale Ultraschallsensorsignal wird dann unter Verwendung eines Ultraschall-DSP-Algorithmus 108 in dem digitalen Microcontroller verarbeitet. Das sich ergebende als ein Anwesenheitsschätzsignal bezeichnete Ultraschallausgangssignal wird dann einem Digitalsensor-Zusammenfassungsdetektor 109 zugeführt. In einer ähnlichen Weise werden Anwesenheitsschätzsignale für die analogen Signale aus den Sensoren für Infrarot, Akustik, Mikrowellen- und für sichtbares Licht 103, 104, 105, 106 unter Digitalisierung des analogen Signals unter Verwendung von A/D's 110, 111, 112, 113 und Verarbeitung des Signals unter Verwendung der entsprechenden DSP-Algorithmen 114, 115, 116, 117 erzeugt. Die sich ergebenden Anwesenheitsschätzsignale werden dem digitalen Sensorzusammenfassungsdetektor 109 zugeführt. Der digitale Sensorzusammenfassungs-Anwesenheitsdetektor 109 kombiniert die unterschiedlich verarbeiteten Sensorsignale, um ein Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal zu erzeugen, das mit einem Gesamt-Sensorzusam menfassungsschwellwert 118 verglichen wird (entweder einen Gesamt-Aktivierungs- oder einen Gesamt-Halteschwellwert), um die Anwesenheit zu ermitteln. Das Ausgangssignal des Sensorzusammenfassungsdetektors 109 wird dann dazu verwendet, ein Relais zu aktivieren, das die durch den Anwesenheitssensor gesteuerten elektrischen Lasten einschaltet.
Wenn das Ausgangssignal des Ultraschall-DSP 108 den benutzerdefinierten Ultraschall-Aktivierungschwellwert 119 gemäß Ermittlung durch den Komparator 121 überschreitet werden die Ultraschallbewegungsanzeigeeinrichtung eingeschaltet. In gleicher Weise werden, wenn das Ausgangssignal des Infrarot-DSP 114 den benutzerdefinierten Infrarot-Aktivierungsschwellwert 122 gemäß Ermittlung durch den Komparator 123 überschreitet, die Infrarot-Bewegungsanzeigeeinrichtung eingeschaltet. Es sei angemerkt, dass die einzelnen Sensortechnologie-Aktivierungsschwellwerte 119 und 122 bevorzugt nur dazu verwendet werden, die Bewegungsanzeigeeinrichtungen der verschiedenen Sensortechnologien anzusteuern und nicht nur allein zum Erfassen der Anwesenheit verwendet werden. Ein detaillierteres Funktionsblockschaltbild der Ausführungsform ist in 2 dargestellt. Die Anwesenheitssensoreingänge befinden sich auf der linken Seite des Schaltbildes. Der digitale Microcontroller und seine zugeordneten Blöcke befinden sich in der Mitte des Schaltbildes. Die verschiedenen Ausgänge befinden sich auf der rechten Seite des Schaltbildes. Der Anwesenheitssensor hat die nachstehenden Hauptfunktionsblöcke: einen Energieversorgungsschaltkreis 201; einen Taktgeneratorschaltkreis 202; einen Energieversorgungs-Rücksetzschaltkreis 203; Benutzersteuerungseinrichtungen und Schalter 204, einen EEPROM-Schaltkreis 206, einen Ultraschall-Senderschaltkreis 207; einen Ultraschall-Empfängerschaltkreis 102; einen Ultraschallsendesignal-Aufbereitungsschaltkreis 209; einen Ultraschallempfängersignal-Aufbereitungsschaltkreis 211; einen Infrarot-Sensorschaltkreis 103; einen Infrarotsignal-Aufbereitungsschaltkreis 214, Akustik-Sensorschaltkreis 104; Akustiksignal-Aufbereitungsschalkreis 217; einen Mikrowellen-Sensorschaltkreis 105; einen Mikrowellensignal-Aufbereitungsschaltkreis 215; einen Mikrowellen-Sendeschaltkreis 255; einen Mikrowellensendesignal-Aufbereitungsschaltkreis 210; einen Photozellen-Sensorschaltkreis 106; einen Photozellensignal-Aufbereitungsschaltkreis 219; einen Ultraschall-Bewegungsanzeigeeinrichtungsschaltkreis 223; Infrarot-Bewegungsanzeigeschaltkreis 224; eine Schalt- und Dimmersteuerschnittstelle 226 für elektrische Lasten; und einen digitalen Microcontroller-Schaltkreis 229.
Jeder von diesen elektrischen Hardwareblöcken wird nun im Detail beschrieben. Eine exemplarische Ausführungsform der Energieversorgungsschaltung 201 empfängt eine ungeregelte Eingangsspannung Vin und erzeugt eine oder mehrere geregelte Ausgangsspannungen die dazu verwendet werden, die verschiedenen in 2 dargestellten Komponenten mit Energie zu versorgen. Eine exemplarische Ausführungsform weist eine Eingangsspannung von 24 VDC auf und erzeugt nominelle Ausgangsspannungen von 13,1, 5,1 und 2,5 VDC, obwohl auch andere Eingangs- und Ausgangsspannungen angemessen wären. Die 2,5 VDC wird auch als VREF bezeichnet.
Die Taktgeneratorschaltung 202 kann eine herkömmliche Quarzoszillatorkonstruktion sein und enthält in der exemplarischen Ausführungsform eine Quarz- und Takttreiberschaltung innerhalb des digitalen Microcontrollers 229. Der Taktgeneratorschaltkreis 222 besitzt keinen Eingang und das Ausgangssignal des Taktgeneratorschaltkreises ist das Taktsignal des digitalen Oszillators für den digitalen Microcontrollers 229. Ein 8,0 MHz oder 9,8 MHz Quarz mit Parallelschnitt wird abhängig von der gewünschten Ultraschallsensorfrequenz verwendet.
Der Energieversorgungs-Rücksetzschaltkreis 203 weist eine herkömmliche Konstruktion auf. Das Eingangssignal zu dem Energieversorgungs-Rücksetzschaltkreis 203 ist die Energieversorgung von 5,1 VDC. Das Ausgangssignal des Energieversorgungs-Rücksetzschaltkreises 203 ist ein exponentiell ansteigendes Analogsignal, das zum Zurücksetzen des digitalen Microcontrollers 209 nachdem Anlegen der Energieversorgung verwendet wird.
Eine exemplarische Ausführungsform des Blockes 204 der Benutzersteuerungseinrichtungen und Schalter ist in 3 dargestellt und weist zwei Bänke mit Schaltern 301, 302, vier Potentiometer 303 und einen CMOS 4-Kanal-Differential-Analogmultiplexer 304 auf. Die Eingangssignale zu dem Block 204 der Benutzereinstelleinrichtungen und Schalter sind die benutzerspezifizierten Einstellungen dieser Schalter und Potentiometer. Die Ausgangssignale des Blockes 204 der Benutzereinstellrichtungen und Schalter sind die analogen Spannungen, die den benutzerspezifizierten Einstellungen entsprechen.
Die erste Schalterbank 301 enthält vier Schalter 306, 307, 308, 309, die den Basisbetriebsmodus des Sensors festlegen. Insbesondere enthalten diese Schalter einen manuellen Überschreibungsschalter 306, einen Dual-Technologiemodusschalter 307, einen LED-Überschreibungsschalter 308 und einen Adaptations-Rücksetzschalter 309.
Der manuelle Überschreibungsschalter 306 wird dazu verwendet, den normalen Betrieb des Sensors zu überschreiben. In dem EIN-Zustand wird die durch den Sensor geschaltete elektrische Last zu allen Zeitpunkten eingeschaltet. In dem AUS-Zustand wird die durch den Sensor geschaltete elektrische Last immer eingeschaltet, wenn eine Belegung erfasst wird.
Der Dual-Technologiemodusschalter 307 bestimmt für den Vergleich mit dem Gesamtbelegungsschätzwert zu verwendende Schwellwerte. Das System kann mit jeder beliebigen Kombination von Ultraschall-, PIR- und Akustik-Detektionstechnologien konfiguriert werden. In dem (als der HOCHZUVERLÄSSIGKEITS-SCHWELLWERTMODUS bezeichneten) AUS-Zustand wird der Gesamt-Aktivierungsschwellwert des Sensors auf einen hohen Pegel eingestellt. In diesem Modus wird der Sensor weniger wahrscheinlich fehlausgelöst, aber der Sensor ist nicht so empfindlich und detektiert weniger wahrscheinlich marginale Detektionsfälle. In dem (als HOCHEMPFINDLICHKEITS-SCHWELLWERTMODUS bezeichneten) EIN-Zustand (bezeichnet als der HOCHEMPFINDLICHKEITS-SCHWELLWERTMODUS) ist der Sensorgesamtaktivierungszustand auf einen niedrigeren Pegel als in dem HOCHZUVERLÄSSIGKEITS-SCHWELLWERTMODUS eingestellt. In diesem Modus ist der Sensor empfindlicher und detektiert genauer kleine Fälle mit dem Risiko einer größeren Wahrscheinlichkeit einer Fehlauslösung.
Der LED-Überschreibungsschalter 308 wird dazu verwendet, den normalen Betrieb der Sensor-LEDs zu überschreiben. In dem AUS-Zustand werden alle LEDs ausgeschaltet. In dem EIN-Zustand werden alle Sensor-LEDs eingeschaltet.
Der Adaptations-Rücksetzschalter 309 wird dazu verwendet, die adaptiven Variablen des Sensors zurückzusetzen. Wenn sich die Umgebungsbedingungen des Sensors erheblich nach einer langen Zeit nach der Energierücksetzbedingung verändern, kann es notwendig sein, dass die adaptiven Variablen des Sensor zurückgesetzt werden müssen, so dass der Sensor beginnen kann sich an seine neue Umgebung anzupassen. In dem AUS-Zustand werden die adaptiven Variablen des Sensors nicht zurückgesetzt. In dem EIN-Zustand werden die adaptiven Variablen des Sensors zurückgesetzt.
Die zweite Schalterbank 302 umfasst die vier Schalter 311, 312, 313, 314, welche die moderneren Merkmale des Sensors auswählen. Insbesondere umfassen diese Schalter: einen Algorithmusschalter 311 für starke Luftströmung, einen Verstärkungsrücksetzungsschalter 312, einen Schalter 313 für automatische Zeitgebereinstellung, und einen Schalter 314 für automatische Empfindlichkeitseinstellung.
Der Schalter 311 für einen Algorithmus bei starker Luftströmung wird dazu verwendet, dass Ansprechen des Ultraschallsensors zu modifizieren, um besser das Vorliegen einer Luftströmung zu kompensieren. In dem AUS-Zustand verwendet der Sensor seinen standardmäßigen Luftströmungs-Ultraschall-DSP-Algorithmus. In dem EIN-Zustand verwendet der Sensor den Ultraschall-DSP-Algorithmus bei starker Luftströmung.
Der Verstärkungsrücksetzschalter 312 wird dazu verwendet, um die Verstärkung des Sensors als eine Funktion der Zeit der zuletzt erfassten Bewegung einzustellen. In dem AUS-Zustand verändert sich die Verstärkung des Sensors nicht als eine Funktion der Zeit. In dem EIN-Zustand verändert sich die Verstärkung des Sensors als eine Funktion der Zeit.
Der Schalter 313 für die automatische Zeitgebereinstellung wird dazu verwendet, um die Zeitgeberverzögerungseinstellung des Sensors als eine Funktion der Zeit zu verändern. Im AUS-Zustand variieren die Zeitgeberverzögerungseinstellungen des Sensors nicht automatisch als eine Funktion der Zeit.
Im EIN-Zustand variieren die Zeitgeberverzögerungseinstellungen des Sensors automatisch als eine Funktion der Zeit.
Der Block 204 für die Benutzereinstellungen und Schalter enthält auch vier Potentiometer: ein Ultraschall-Empfindlichkeits-Potentiometer 316, ein PIR-Empfindlichkeits-Potentiometer 317, ein Tageslichtsteuerungs-Empfindlichkeits-Potentiometer 318 und ein Zeitgeberverzögerungs-Potentiometer 319.
Das Ultraschall-Empfindlichkeits-Potentiometer 316 wird dazu verwendet, die Ultraschallempfindlichkeit des Sensors zu erhöhen oder zu reduzieren. Die Einstellung des Ultraschall-Empfindlichkeits-Potentiometers bildet linear den Sensorbereich ab. Das PIR-Empfindlichkeits-Potentiometer 317 wird dazu verwendet die PIR-Empfindlichkeit des Sensors zu erhöhen oder zu reduzieren. Das Tageslichtsteuerungs-Empfindlichkeits-Potentiometer 318 wird dazu verwendet, um die Tageslichtsteuerungsempfindlichkeit des Sensors einzustellen, indem der Umgebungslichtstellenwert der Tageslichtsteuerung erhöht oder reduziert wird. Das Zeitgeber-Potentiometer 319 wird dazu verwendet, die Zeitgeberverzögerung des Sensors durch Verlängern oder Verkürzen der Zeitdauer, über welche die elektrischen Lasten nach der Anwesenheitsdetektion eingeschaltet werden, zu verlängern oder zu reduzieren. Die Einstellung des Zeitgeberverzögerungs-Potentiometers ist linear der Sensorzeitverzögerung zugeordnet.
Der Block 204 für die Benutzersteuerungen und Schalter auch einen CMOS 4-Kanal-Differential-Analogmultiplexer 304. Der Multiplexer 304 kann ein Multiplexer des Typs 4052 sein, der von National Semiconductor beziehbar ist. Der Multiplexer 304 ermöglicht es dem Benutzer, gleichzeitig zwei analoge Eingangssignale einzulesen. Die Eingangssignale zu dem Multiplexer 304 sind zwei Bänke von vier analogen Signalen 302, 303, und zwei digitale Logiksteuersignale A und B, die durch den digitalen Microcontroller 229 (2) erzeugt werden. Die Ausgangssignale des Multiplexers 304 sind die zwei analogen Signale, die unter Verwendung des Multiplexers 304 zum Anlegen an den digitalen Microcontroller 229 ausgewählt werden.
In der exemplarischen Ausführungsform weist der EEPROM-Schaltkreis 206 ein serielles 256 × 8 CMOS-EEPROM für eine nicht flüchtige Speicherung der verschiedenen Anwesenheitssensorregister auf, obwohl auch andere Speicher verwendet werden können. Der EEPROM-Schaltkreis 206 weist zwei Eingänge, einen seriellen Takt und eine serielle Datenleitung auf. Der Ausgang des EEPROM-Schaltkreises ist eine serielle Datenleitung. In der exemplarischen Ausführungsform verwendet das EEPROM 206 ein standardmäßiges serielles Busprotokoll zum Speichern und Zurücklesen der verschiedenen Anwesenheitssensorregisterwerte.
Eine exemplarische Ausführung des Ultraschall-Senderschaltkreises 207 ist in 4 dargestellt und weist ein oder zwei 16 mm Schmalband-Luftultraschall-Keramikwandler 401, 402 auf. Das Eingangssignal 403 zu diesen Wandlern 401, 402 ist entweder eine Rechteck welle 0 bis 15 Volt oder eine Rechteckwelle von –15 bis +15 Volt mit variablen Tastverhältnis, obwohl auch ein anderes Ansteuersignal angemessen sein kann. Das Ausgangssignal der Wandler 401, 402 ist ein Ultraschalldauerton mit der gewünschten interessierenden Frequenz. Eine exemplarische Ausführungsform unterstützt Ultraschallsenderfrequenzen von 25 KHz, 32 KHz und 40 KHz, wobei aber auch andere Frequenzen angemessen wären. Eine Vielzahl kommerzieller Ultraschallsendewandler steht zur Verfügung. Bei spielsweise sind akzeptable 16 mm Sendewandler von S-Square gemäß Darstellung in der Tabelle 1 erhältlich.
Tabelle 1 exemplarische S-SQUARE Ultraschallsendewandler Eine exemplarische Ausführungsform eines Ultraschall-Empfängerschaltkreises 102 ist in 5 dargestellt und enthält einen oder zwei 16 mm Schmalband-Luftultraschall-Keramikwandler 501, 502. Das Eingangssignal für die Wandler 501, 502 ist ein Ultraschalldauerton, zentriert bei der interessierenden Frequenz mit einem zusätzlichen Doppler-verschobenen Signal, das einer Bewegung in dem Sichtfeld des Sensors entspricht. Das Ausgangssignal 503 des Ultraschall-Empfängerschaltkreises 102 ist ein elektrisches Signal, das dem empfangenen akustischen Signal entspricht. Eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterstützt Ultraschallempfängerfrequenzen von 25 KHz, 32 KHz und 40 KHz und es sind eine Vielzahl kommerziell erhältlicher Ultraschallempfangswandler verfügbar. Beispielsweise sind akzeptable 16 mm Empfangswandler von S-Square gemäß Darstellung in Tabelle 2 erhältlich.
Tabelle 2 exemplarische S-Square Ultraschallempfangswandler Ein exemplarischer Ultraschallsendersignal-Aufbereitungsschaltkreis 209 ist in 6 dargestellt und enthält einen NPN-Transistorschaltkreis 601, eine C-MOS-Pufferschaltkreis 602, einen C-MOS-Inverterschaltkreis 603 und zwei C-MOS-Treiberschaltkreise 604, 605. Das Eingangssignal zu dem Schaltkreis 209 ist ein von dem digitalen Mikrokontroller 229 erzeugtes Rechteckwellensignal mit variablem Tastverhältnis auf TTL-Pegel. Das Ausgangssignal des Schaltkreises 209 wird an den Ultraschall-Senderschaltkreis 207 (4) angelegt und ist entweder ein unsymmetrisches oder symmetrisches Ultraschallsendersignal mit der gewünschten interessierenden Frequenz.
Das von dem digitalen Microcontroller 229 erzeugte Rechteckwellen-Eingangssignal 606 mit variablem Tastverhältnis auf TTL-Pegel wird mittels eines (nicht dargestellten) Zwischenspeichers erzeugt, der auf eine Geschwindigkeit eingestellt ist, die durch einen Trägerperioden-Zählerwert bestimmt ist und der innerhalb jeder Trägerperiode an einen Punkt gelöscht wird, der durch den Trägerimpulsbreitenzählerwert bestimmt ist. Ungleiche Einschalt- und Ausschaltzeiten des Sendersignal-Aufbereitungsschaltkreises 209, der den Trägersendewandler ansteuert, können zu einem asymmetrischen Signal an dem Verstärkerausgang führen und somit dazu, dass weniger als die volle Leistung in dem Sender dissipiert wird. Der Sensoralgorithmus kann ungleiche Einschalt- und Ausschaltzeiten kompensieren, indem er den Trägerimpulsbreitenzähler auf einen vorbestimmten Wert setzt, der dafür gedacht ist, eine symmetrische Rechteckwelle an den Verstärkerausgang zu liefern. In dem Falle, dass es erwünscht ist, den Senderausgangsleistungspegel zu verringern, kann der Impulsbreitenzähler verändert werden, so dass er von einer Rechteckwelle mit 50% Tastverhältnis abweicht, was den effektiven AC-Ansteuerpegel an den Wandler und somit den Ausgangsleistungspegel absenkt.
Der NPN-Transistorschaltkreis 601 wird als ein Pegelwandler verwendet. Das Eingangssignal zu dem NPN-Transistorschaltkreis 601 ist eine Rechteckwelle mit TTL-Pegel. Das Ausgangssignal des NPN-Transistorschaltkreises 601 ist eine Rechteckwelle mit einem Pegel von 0 bis 15 Volt. Der CMOS-Pufferschaltkreis besteht aus einem einzigen CMOS-Inverter mit Schmitt-Trigger-Schaltkreis. Dieser CMOS-Inverter 602 wird dazu verwendet, die Ausgangstreiberfähigkeit des NPN-Transistorschaltkreises 601 zu erhöhen. Das Eingangssignal zu dem CMOS-Puffer 602 ist eine Rechteckwelle mit einem Pegle von 0 bis 15 Volt. Das Ausgangssignal des CMOS-Puffers 602 ist eine Rechteckwelle mit 0 bis 15 Volt Pegel. Der CMOS-Inverterschaltkreis 603 besteht aus einem einzigen CMOS-Inverter mit Schmitt-Trigger-Schaltkreis. Der CMOS-Inverterschaltkreis 603 invertiert das Ultraschallsendersignal, um eine symmetrischer Senderansteuerfähigkeit bereitzustellen. Die zweiten CMOS-Treiberschaltkreise 604, 605 bestehen jeweils aus zwei CMOS-Invertern mit Schmitt-Trigger-Schaltkreisen in Parallelschaltung. Diese zwei Treiberschaltungen 604, 605 ermöglichen die Ansteuerung des, bzw. der Wandler entweder in einem unsymmetrischen oder symmetrischen Modus. Für einen symmetrischen Modus wird der, bzw. die Wandler zwischen der Treiberschaltung 604 über einen Kondensator 607 angeschlossen und die an den, bzw. die Wandler angelegte Ansteuerung ist eine Rechteckwelle mit einer Amplitude von +7,5 Volt bis –7,5 Volt. Für eine Differentialansteuerung ist der Wandler, bzw. die Wandler zwischen der Treiberschaltung 604, über einen Kondensator 607 angekoppelt, und dem Treiberschaltkreis 605 angeschlossen, und die an den, bzw. die Wandler angelegte Ansteuerung ist eine Rechteckwelle mit einer Amplitude von +15 Volt bis –15 Volt.
Die Ultraschallempfänger-Signalaufbereitungsschaltung 211 ist in 7A dargestellt und enthält einen Operationsverstärker-Schaltkreis 701 mit variabler Verstärkung, einen PNP-Transistorschaltkreis 702, einen NPN-Transistorschaltkreis 703, drei RC-Schaltkreise 704, 706, 707, einen Operationsverstärker-Pufferschaltkreis 708 und einen zweistufigen Operationsverstärker-Schaltkreis 709. Die Eingangssignale zu dem Ultraschallempfängersignal-Aufbereitungsschaltkreis 211 sind das Doppler-verschobene analoge Ultraschallempfängersignal 503 und ein digitales Abtastpunktsignal 711. Die Ausgangssignale der Ultraschallempfängersignal-Aufbereitungsschaltung 211 sind das demodulierte, gefilterte analoge Ultraschallempfängersignal 712 und ein analoges Ultraschall-Abtastpunktsignal 713. Ein Operationsverstärker-Schaltkreis 701 mit variabler Verstärkung ist ein Ultraschallempfänger-Vorverstärkerschaltkreis. Das Eingangssignal zu diesem Schaltkreis ist das modulierte analoge Ultraschallempfängersignal 503. Das Ausgangssignal dieses Schaltkreises ist ein verstärktes, moduliertes analoges Ultraschallempfängersignal. Der Schaltkreis 701 verwendet Dioden in dem negativen Rückkopplungspfad, zur Parallelschaltung mit einem Widerstand, um somit die Gesamtverstärkung für große Signalauslenkungen zu verringern und eine Hartbegrenzung des Verstärkers in dem Falle zu hoher Dauer-Empfangssignale zu verhindern. Die sich ergebende nicht-lineare Übertragungskennlinie ist vorteilhaft, wenn der Sensor in einem begrenzten Raum installiert wird, in welchem Wandreflexionen einen großen Anteil an akustischer Energie, die in den Ultraschallempfänger geleitet wird, verursachen.
Der PNP-Transistorschaltkreis 702 ist ein phasenstarr gekoppelter Nulldurchgangs-Abtastpunktschaltkreis. Das Eingangssignal zu dem Schaltkreis 702 ist ein digitales Abtastpunktsignal 711, das von dem digitalen Microcontroller 229 erzeugt wird. Das Ausgangssignal des Schaltkreises 702 ist ein analoges Abtastsignal, das zum Ansteuern des synchronen Demodulatorschaltkreises 703 verwendet wird. Der Schaltkreis 702 verändert die Stellung (oder Phase) des Abtastpunktes auf der Ultraschallempfängerwellenform, gesteuert von dem digitalen Microcontroller 229. Dieses verhindert den Verlust an Bewegungsinformation aufgrund großer Signalpegel. Für optimale Empfindlichkeit sollte der synchrone Abtastpunkt auf der Ultraschallempfängerwellenform so nahe wie möglich an dem Nulldurchgang liegen.
Der NPN-Transistorschaltkreis 703 ist ein Synchrondemodulator-Schaltkreis. Die zwei Eingangssignale zu dem Schaltkreis 703 sind das verstärkte modulierte analoge Ultraschallempfängersignal und das analoge Abtastpunktsignal. Das Ausgangssignal des Schaltkreises 703 ist das demodulierte Doppler-verschobene analoge Ultraschallempfängersignal. Der NPN-Transistorschaltkreis 703 ist in einer Seriendurchgangskonfiguration angeordnet und wird durch das analoge Abtastpunkt signal angesteuert, das durch den PNP-Transistorschaltkreis 702 erzeugt wird.
Der RC-Schaltkreis 704 ist ein Hüllkurvendetektorschaltkreis. Das Eingangssignal zu dem RC-Schaltkreis 704 ist das Doppler-verschobene Ultraschallempfängersignal. Das Ausgangssignal des RC-Schaltkreises 704 ist das gefilterte demodulierte Doppler-verschobene Ultraschallempfängersignal. Der RC-Schaltkreis 704 wirkt als ein Hüllkurvendetektor und filtert den Ultraschallträger aus, während er die niedrige Frequenz der Doppler-verschobenen Signalinformation beibehält.
Der Operationsverstärker-Schaltkreis 708 dient zum Erhöhen der Ansteuerfähigkeit des Synchrondemodulator-Schaltkreises 703. Das Eingangssignal zu dem Schaltkreis 708 ist das gefilterte, demodulierte Doppler-verschobene Ultraschallempfängersignal. Das Ausgangssignal des Schaltkreises 708 ist das gefilterte demodulierte Doppler-verschobene analoge Ultraschallempfängersignal mit vergrößertem Steuerpegel.
Der RC-Schaltkreis 706 ist ein Tiefpassfilterschaltkreis. Das Eingangssignal zu dem RC-Schaltkreis 706 ist das vergrößerte gefilterte, demodulierte Doppler-verschobene Ultraschallempfängeransteuersignal. Das Ausgangssignal des Schaltkreises 708 ist tiefpassgefiltert, um Beiträge aufgrund einer Bewegung in der Umgebung zu beseitigen, welche ein DC-Signal hinterlassen, das die Empfängerträgeramplitude an dem Ultraschallabtastpunkt präsentiert. Dieses Signal wird durch den digitalen Microcontroller 229 über das Signal 711 abgetastet, um ein analoges Ultraschall-Abtastpunktsignal 713 zu erzeugen. Der zweistufige Operationsverstärker-Schaltkreis 709 ist ein Bandpassfilterschaltkreis. Das Eingangssignal zu dem Schaltkreis 709 ist das verstärkte gefilterte demodulierte Doppler-verschobene analoge Ultraschallempfängeransteuersig nal. Das Ausgangssignal des Schaltkreises 709 ist das verstärkte bandpassgefilterte demodulierte Doppler-verschobene analoge Ultraschallempfängersignal mit erhöhtem Ansteuerpegel. Das Durchlassband des Schaltkreises 709 ist so ausgelegt, dass es das Doppler-verschobene Signal für interessierende Bewegungen hindurch lässt.
Der RC-Schaltkreis 707 ist ein Glättungsfilterschaltkreis. Das Eingangssignal zu dem RC-Schaltkreis 707 ist das verstärkte bandpassgefilterte demodulierte Doppler-verschobene analoge Ultraschallempfängersignal mit erhöhtem Ansteuerpegel. Das Ausgangssignal des RC-Schaltkreises ist das geglättete verstärkte bandpassgefilterte demodulierte Doppler-verschobene analoge Ultraschallempfängersignal mit erhöhtem Ansteuerpegel. Das Ausgangssignal 712 wird von dem A/D-Schaltkreis des digitalen Microcontrollers 229 abgetastet und unter Verwendung einer Vielzahl digitaler Signalverarbeitungstechniken gemäß nachstehender detaillierter Beschreibung verarbeitet.
7B ist eine exemplarische Ausführungsform eines Schaltkreises, der in Verbindung mit dem Schaltkreis von 7A verwendet werden kann, um eine Abtastung des Doppler-verschobenen Ultraschallsignals ohne die Verwendung des Microcontrollers 229 zum Erzeugen des Abtastsignals zu bewirken.
Der Schaltkreis von 7B basiert auf einem kommerziell erhältlichen 555 Zeitgeberschaltkreis 714 und peripherer Schaltung. Das Eingangssignal zu dem Zeitgeberschaltkreis 740 ist dasselbe wie das Eingangssignal 606 zu dem in 6 dargestellten Sendersignal-Aufbereitungsschaltkreis und das Ausgangssignal des Zeitgeberschaltkreises 714 ist mit dem Abtastpunktsignaleingang 711 zu der Ultraschallempfänger-Signalaufbereitungsschaltung von 7A verbunden.
Eine exemplarische Ausführungsform des Infrarot-Sensorschaltkreises 103 ist in 8 dargestellt und enthält einen pyroelektrischen Dual-Element-Infrarot-Bewegungssensor-Schaltkreis. Das Eingangssignal zu dem Infrarot-Sensorschaltkreis 103 ist infrarote elektromagnetische Strahlung. Das Ausgangssignal des Infrarot-Sensorschaltkreises 103 ist ein eine Bewegung anzeigendes elektrisches Signal.
Eine Vielzahl kommerzieller Infrarot-Bewegungssensoren ist erhältlich. Ein akzeptables Beispiel ist der pyroelektrische Dual-Element-Infrarot-Bewegungssensor Heimann LHi 878. Dieser Sensor ist dafür ausgelegt, eine Bewegung der Strahlung eines menschlichen Körpers in dem Bereich elektromagnetischer Wellenlängen von 5 bis 14 μm zu detektieren. Andere Infrarotsensoren werden ebenfalls angemessen.
Eine exemplarische Ausführungsform des Infrarotsignal-Aufbereitungsschaltkreises 214 ist in 9 dargestellt und enthält zwei in Reihe geschaltete Operationsverstärker-Bandpassschaltkreise 901, 902. Das Eingangssignal 903 zu dem Infrarotsignal-Aufbereitungsschaltkreis 204 ist das eine Bewegung anzeigende elektrische PIR-Sensorsignal. Das Ausgangssignal 904 des Infrarotsignal-Aufbereitungsschaltkreises 214 ist ein bandpassgefiltertes, eine Bewegung anzeigendes Infrarotsensorsignal. Das Ausgangssignal 904 dieses Schaltkreises wird durch den A/D-Schaltkreis innerhalb des digitalen Microcontrollers 229 abgetastet und unter Verwendung einer Vielzahl nachstehend diskutierter digitaler Verarbeitungstechniken verarbeitet.
Eine exemplarische Ausführungsform des Akustik-Sensorschaltkreises 104 ist in 10 dargestellt und enthält einen Audioakustiksensor 1002 und umgebende Schaltung. Das Eingangssignal zu dem Akustik-Sensorschaltkreis 104 ist Schall energie. Das Ausgangssignal 1001 ist ein eine Anwesenheit anzeigendes elektrisches Signal, wie zum Beispiel menschliche Sprache und Töne, die von menschlichen Anwesenden erzeugt werden.
Eine Vielzahl kommerzieller akustischer Sensoren 102 ist verfügbar. Ein akzeptables Beispiel ist die Elektret-Kondensatormikrofon-Kapsel Panasonic WM-52BN. Sie enthält eine interne Hochspannungs-Elektretmembrane, eine Metallelektrode und einen Feldeffekttransistor (FET). Der Frequenzbereich erstreckt sich von 20 bis 16000 Hz.
Eine exemplarische Ausführungsform des Akustiksignal-Aufbereitungsschaltkreises 217 ist in 11 dargestellt und enthält zwei hintereinander geschaltete Operationsverstärker-Bandpassschaltungen 1102 und 1103, gefolgt von einem schnell ansprechenden, langsam abfallenden Spitzendetektor 1104. Das Eingangssignal 1101 zu dem Akustiksignalaufbereitungsschaltkreis 217 ist das eine Belegung anzeigende elektrische Akustiksensorsignal 1001. Das Ausgangssignal 1105 des Akustiksignal-Aufbereitungsschaltkreises 217 repräsentiert die Größe der akustischen Energie. Das Ausgangssignal dieses Schaltkreises wird durch die A/D-Schaltung innerhalb des digitalen Microcontrollers 229 abgetastet und unter Anwendung einer Vielzahl nachstehend detaillierter digitaler Signalverarbeitungstechniken verarbeitet.
Eine exemplarische Ausführungsform des Mikrowellen-Sensorschaltkreises 105 ist in 12 dargestellt und umfasst eine Mikrowellenantenne 1202 und eine Oszillatorschaltung 1203. Der Schaltkreis 105 kombiniert die Sende- und Empfangselemente in einer Antenne 1202. Die Antenne 1202, die Induktivität 1204, der Kondensator 1205 bestimmen die Oszillatorfrequenz und bilden mit einem NPN-Transistorschaltkreis 1206 den Oszillator und Sender. Die Ausgangsimpedanz des Senders ist hoch genug, um nicht signifikant den reflektierten Signalempfang zu reduzieren. Das Eingangssignal zu dem Mikrowellen-Sensorschaltkreis 105 ist aus dem beobachteten Raum reflektierte elektromagnetische Energie. Das Ausgangssignal 1201 ist ein amplidudenmoduliertes Funkfrequenzsignal, das eine Bewegung anzeigt. Eine Vielzahl von Konstruktionen für die Antenne 1202 ist von Wellenleitern bis zu einem einfachen Draht verfügbar.
Eine exemplarische Ausführungsform des Mikrowellenaufbereitungsschaltkreises 215 ist in 13 dargestellt und enthält zwei in Reihe geschaltete Operationsverstärker-Bandpassschaltungen 1302 und 1303, gefolgt von einem schnell ansprechenden, langsam abfallenden Spitzendetektor 1304. Das Eingangssignal 1202 zu der Mikrowellensignal-Aufbereitungsschaltung 215 ist das eine Bewegung anzeigende elektrische Mikrowellensensorsignal. Das Ausgangssignal 1305 des Mikrowellensignal-Aufbereitungsschaltkreises 215 repräsentiert die Größe der empfangenen Doppler-Mikrowellenenergie. Das Ausgangssignal 1305 wird durch die A/D-Schaltkreis innerhalb des digitalen Microcontrollers 229 abgetastet und unter Verwendung nachstehend im Detail diskutierten digitalen Signalverarbeitungstechniken verarbeitet.
Eine exemplarische Ausführungsform des Photozellen-Sensorschaltkreises 106 ist in 14 dargestellt und besteht aus einem Photosensor 1401 für sichtbares Licht und unterstützender Schaltung. Das Eingangssignal zu dem Photozellen-Sensorschaltkreis 106 ist sichtbare elektromagnetische Strahlung. Das Ausgangssignal des Photozellen-Sensorschaltkreises 106 ist ein Umgebungslicht anzeigendes elektrisches Signal. Eine Vielzahl kommerziell verfügbarer Photozellen ist zur Verwendung als ein Licht-Photosensor 1401 verfügbar, einschließlich beispielsweise der Photoleiter-Zellensensors Vactec VT90 N4.
Der Photozellensignal-Aufbereitungsschaltkreis 219 kann beispielsweise ein RC-Tiefpassfilter sein. Das Eingangssignal zu diesem RC-Tiefpassfilter ist ein Umgebungslicht anzeigendes Photozellensensorsignal. Das Ausgangssignal dieses RC-Tiefpassfilters ist ein tiefpassgefiltertes Photozellensensorsignal, das Umgebungslicht anzeigt. Das Ausgangssignal des Photozellensignal-Aufbereitungsschaltkreises 219 wird durch den A/D-Schaltkreis innerhalb des digitalen Microcontrollers 229 abgetastet und, wie später im Detail beschrieben, unter Verwendung einer Vielzahl digitaler Signalverarbeitungstechniken verarbeitet.
Der Ultraschall-Bewegungsanzeigeschaltkreis 223 und Infrarot-Bewegungsanzeigeschaltkreis 224 können jeweils aus von dem digitalen Microcontroller 229 angesteuerten LEDs bestehen. Die Ausgangssignale dieser Anzeigeinrichtungen 223 und 224 sind Lichtsignale, die anzeigen, dass der Ultraschall- oder Infrarot-Abschnitt des Sensors eine Bewegung über benutzerspezifizierten Schwellwerten detektiert hat. In der bevorzugten Ausführungsform werden der Ultraschallaktivierungsschwellwert und der Infrarot-Aktivierungsschwellwert nur für den Zweck der Ansteuerung der Ultraschall-Bewegungsanzeigeeinrichtung und der Infrarot-Bewegungsanzeigeeinrichtung verwendet und nicht für den digitalen Zusammenfassungsdetektionsalgorithmus zum Ermitteln der Anwesenheit verwendet.
Der Schnittstellenschaltkreis 226 für die Steuerung elektrischer Lasten und der Helligkeit kann jede von vielen Formen annehmen und enthält typischerweise einen herkömmlichen Transistor-basierenden Relaistreiberschaltkreis und ein Re lais, das den digitalen Microcontroller 229 mit einer elektrischen Last verbindet, die bei einer höheren Spannung betrieben wird, als die, mit der der Microcontroller 229 versorgt wird. Es können Vorkehrungen zur Steuerung einer beliebigen Anzahl elektrischer Lasten getroffen werden. Glühlampenlasten können durch ein einfaches Relais gesteuert werden, während Fluoreszenzlampen unter Verwendung von Helligkeitssteuerungs-Vorschalteinrichtungen oder anderen Vorschalteinrichtungen für elektrische Lasten in einer bekannten Weise gesteuert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der digitale Microcontroller-Schaltkreis 229 ein 8-Bit CMOS-Microcontroller mit A/D-Wandler für eine technisch ausgereifte Kommunikation und Steuerung des Sensors sein. Ein akzeptabler kommerziell verfügbarer Microcontroller ist ein "8-bit low-cost high performance Microchip PIC 16C73A fully static EEPROM-based 28-pin CMOS microcontroller" wobei jedoch auch andere Microcontroller oder Mikroprozessoren angemessen sein können. Die Microcontroller-Taktfrequenz ist in einer exemplarischen Ausführungsform, abhängig von der gewünschten Ultraschallfrequenz, entweder 8,0 MHz oder 9,83 MHz. Der bevorzugte Microcontroller weist eine moderne RISC-artige Harvard-Architektur auf und enthält einen großen Registersatz, einen Hardware-Stack mit einer Tiefe von acht Ebenen und unterstützt mehrere interne und externe Interruptquellen. Der Kontroller hat 192 Bytes RAM und 22 I/O-Anschlussstifte. Er enthält auch eine Vielzahl von auf dem Chip befindlichen Peripherie-Einrichtungen, einschließlich fünf 8-Bit A/D-Kanäle, freie Zeitgeber/Zähler-Module, zwei Erfassungs/Vergleichs-Pulsbreitenmodulations(PWM)-Module und zwei serielle Anschlüsse. Der synchrone serielle Anschluss der Vorrichtung kann entweder als ein serielle Pheripherieschnittstellenvorrichtung mit drei Drähten oder als ein "Inter-Integrated circuit" (I²C) Buselement mit zwei Drähten konfiguriert sein. Die serielle Kommunikationsschnittstelle kann entweder als eine synchrone oder asynchrone Vorrichtung konfiguriert sein. Die Vorrichtung bietet vier Oszillatoroptionen und enthält einen hochzuverlässigen Überwachungszeitgeber, um einen Schutz gegen Softwarefehlfunktionen bereitzustellen.
Obwohl die Hardwareaspekte der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf eine spezielle Ausführungsform beschrieben wurden, dürfte es sich verstehen, dass Hinzufügungen, Weglassungen und Veränderungen an der exemplarischen Ausführungsform durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die für die Steuerung des Betriebs des digitalen Microcontrollers 229 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendete Software enthält zwei primäre Routinen, die Haupt-(Vordergrund)-Routine und die Interrupt-(Hintergrund)-Routine. Die Hauptvordergrundroutine initialisiert die Sensoren und tritt in die Hauptschleife ein, die periodisch den Status des Sensors anzeigt und den Überwachungszeitgeber des Microcontrollers zurücksetzt. Die Hintergrund-Interruptroutine wird auf einer regelmäßigen periodischen Basis ausgeführt und führt die meisten der Hauptfunktionen aus.
Die verschiedenen Betriebsfunktionen des Sensors sind in Aufgaben, wie zum Beispiel die Sensoraufgabe, MUX-Aufgabe, LED-Aufgabe usw. unterteilt. Jede von diesen Aufgaben auf höherer Ebene kann weiter in eine Folge kleinerer Aufgaben unterteilt werden. Beispielsweise kann die Sensoraufgabe in die Ultraschallsensoraufgabe, die PIR-Sensoraufgabe, die Akustiksensoraufgabe und die Photosensoraufgabe unterteilt werden.
Jede Aufgabe kann freigegeben werden, indem das Aufgabenfreigabe-Flag gesetzt wird. In gleicher Weise kann jede Aufgabe gesperrt werden, indem das Aufgabenfreigabe-Flag gelöscht wird.
Eine von den Zeitgeber/Zähler-Peripherieeinrichtungen innerhalb des digitalen Microcontrollers 229 wird für den Interrupt des Microcontrollers 229 auf einer regelmäßigen periodischen Basis verwendet. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Instruktionsbandbreite des Microcontrollers 229 gleichmäßig in eine Anzahl von Ausführungszeitschlitzen gemäß Darstellung in 15 zu unterteilen. Dieses Zeitmultiplexverfahren wird dazu verwendet, die verschiedenen Sensoraufgaben in unterschiedlichen periodischen Intervallen auszuführen. Beispielsweise wird die Sensoranzeigestatus-Aufgabe einmal alle Zwei-Minuten ausgeführt, während die Sekunden-Aufgabe des Sensors einmal jede Sekunde ausgeführt wird. Durch Zählen der Interrupts (Zeitschlitze) und Verteilen der Belastung jeder Aufgabe, können die verschiedenen Sensoraufgaben zeitlich multiplexiert werden, um den Microcontroller gleichmäßig aufzulasten. Zur Vereinfachung verwendet die vorliegende Implementation 256 Zeitschlitze, wovon jeder Zeitschlitz eine Dauer von 1 ms besitzt.
Die früheren Multi-Technologie-Anwesenheitssensoren verwendeten für jede Sensortechnologie einen getrennten Aktivierungsschwellwert, um ein getrenntes digitales Anwesenheitssignal für jede Sensortechnologie zu erzeugen. Typischerweise war, sobald ein gegebener Sensorsignal größer als oder gleich dem Aktivierungsschwellwert für diese Technologie war, dass digitale Anwesenheitsschätzsignal für diese Sensortechnologie eine logische Eins. Sobald dieses Sensorsignal unterhalb des aktuellen Schwellwertes für diese Technologie lag, war das digitale Anwesenheitsschätzsignal für diese Sensortechnologie eine logische Null. Die verschiedenen digitalen Anwesenheitsschätzsignale für jede Sensortechnologie wurden dann unter Verwendung einer klassischen Bool'schen (digitalen Logik) kombiniert, um ein digitales zusammengesetztes Anwesenheitsschätzsignal zu erzeugen.
Beispielsweise werde ein Dual-Technologiesensor betrachtet, der Ultraschall- und Infrarotsensoren verwendet und deren digitalen Ausgangssignale unter Verwendung der UND-Logikfunktion kombiniert. Symbolisch ausgedrückt könnte das digitale Ausgangssignal für jeden der Sensoren und das gesamte digitale Ausgangssignal des Dual-Technologie-Anwesenheitssensors wie folgt sein:
dig.Answesenheitssensorausg.-Signal = UND(dig.Ulfraschalausg – Signal,dig.Infrarotausg. – Signal)
Im Allgemeinen zeigten diese frühen Multi-Technologiesensoren einen empfindlichen Fehlalarm-Kompromiss in Abhängigkeit davon, welche Bool'sche Logikfunktion verwendet wurde, um die individuellen digitalen Anwesenheitsschätzsignale zu kombinieren. Wenn die verschiedenen individuellen digitalen Anwesenheitsschätzsignale unter Verwendung einer Bool'schen ODER-Funktion kombiniert wurden, wurde die Gesamtempfindlichkeit des Sensors auf Kosten eines erhöhten Auftretens von Fehlalarmen erhöht. Wenn die verschiedenen individuellen digitalen Anwesenheitsschätzsignale unter Verwendung der Bool'schen UND-Funktion kombiniert wurden, wurde das Auftreten von Fehlauslösungen auf Kosten einer verringerten Sen sorempfindlichkeit reduziert. Da jede Technologie ihren eigenen getrennten Aktivierungsschwellen, waren diese Sensoren oft nicht in der Lage, zuverlässig die Bewegung in komplexen marginalen Fällen zu detektieren, in welchen eine oder mehrere Technologien Signalpegel gerade unterhalb des benutzerdefinierten Schwellwerte detektierten. Ein Beispiel dieser Situation für einen herkömmlichen Dual-Technologiesensor ist in 16A bis F dargestellt. 16A stellt ein typisches Ultraschallsensorsignal dar, das zeitweise den Ultraschallaktivierungsschwellwert überschreitet. 16B stellt ein typisches Passiv-Infrarotsensorsignal dar, das ebenfalls gelegentlich den Passiv-Infrarot-Aktivierungsschwellwert überschreitet. 16C stellt die entsprechenden individuellen digitalen Anwesenheitsschätzsignal dar. Wenn die zwei individuellen digitalen Anwesenheitsschätzsignal unter Verwendung der Bool'schen UND-Funktion kombiniert werden, zeigt das (nicht dargestellte) Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal des Sensors an, dass eine Anwesenheit detektiert wurde. Im Gegensatz dazu stellen 16D–16F eine komplexere Situation dar. 16D stellt ein Ultraschallsensorsignal dar, das nahe an dem Ultraschall-Aktivierungspegelschwellwert liegt, aber niemals den Ultraschall-Aktivierungspegelschwellwert überschreitet. 16E stellt ein typisches passives Infrarotsensorsignal dar, das gelegentlichen den passiven Infrarot-Aktivierungspegelschwellwert überschreitet. 16F stellt die entsprechenden individuellen digitalen Anwesenheitsschätzsignale dar. Wenn die zwei individuellen digitalen Anwesenheitsschätzsignale unter Verwendung der Bool'schen Grundfunktion kombiniert werden, zeigt das (nicht dargestellte) digitale Anwesenheitsschätzsignal des Sensors an, das keine Anwesenheit detektiert wurde.
Obwohl diese herkömmlichen Multi-Technologie-basierenden Anwesenheitssensoren ein verbessertes Verhalten gegenüber Einzeltechnologie-Anwesenheitssensoren zeigten, sind sie immer noch nicht in der Lage, die Anwesenheit in den komplexeren marginalen Sensorsignalpegelsituationen zu erfassen. Im Gegensatz dazu erzeugt der auf Sensorzusammenfassung basierende Multi-Technologie-Anwesenheitssensor der vorliegenden Erfindung kein getrenntes digitales Anwesenheitssignal für jede Sensortechnologie. Stattdessen verwendet das auf Sensorzusammenfassung basierende Multi-Technologieverfahren der vorliegenden Erfindung die verschiedenen Sensorausgangsignale und bildet ein Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal. Dieses Anwesenheitsschätzsignal wird dann mit einem Gesamt-Aktivierungsschwellwert verglichen. Sobald das Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal größer als der oder gleich dem Gesamt-Aktivierungsschwellwert ist, ist das digitale Gesamtanwesenheitssignal des Sensors eine logische Eins. Wenn das Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal unter dem Gesamt-Aktivierungsschwellwert liegt, ist das digitale GSS des Sensors eine logische Null.
Beispielsweise werde ein auf Sensorzusammenfassung basierende Multi-Technologiesensor gemäß der vorliegenden Erfindung betrachtet, der Ultraschall- und Infrarotsensoren verwendet und deren Ausgangssignale unter Verwendung einer beliebigen verallgemeinerten, nicht-linearen Funktion kombiniert. Symbolisch ausgedrückt sind das Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal und das digitale Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal des auf Sensorzusammenfassung basierenden Dual-Technologiesensors: Gesamtausgangssignal = f(Ultraschallausgangssignal, Infrarotausgangssignal
wobei f (.,.,...) eine beliebige verallgemeinerte Funktion von N-Variablen (das heißt eine Variable für jede Sensortechnologie) bezeichnet. Man beachte, dass für die Dual-Sensor-Technologie der vorliegenden Erfindung (N = 2) die Funktion f (.,.) eine arithmetische Summe, eine gewichtete arithmetische Summe oder eine beliebige nicht-lineare Funktion der Variablen, entweder logarithmisch oder in Tabellenform ausgedrückt sein kann. Die algorithmische Form ist besser einer mathematischen Analyse zugänglich, während die tabellenartige Form bestimmte Vorteile unter dem Gesichtspunkt einer Mikroprozessorimplementation hat.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet einen Anwesenheitsdetektionsalgorithmus auf der Basis einer arithmetischen Summe, um ein technisch ausgereiftes Multi-Technologie-Sensorzusammenfassungs-Detektionsverfahren zu implementieren. Dieser Algorithmus erhöht die Gesamtwahrscheinlichkeit einer Anwesenheitsdetektion während er gleichzeitig die Gesamtwahrscheinlichkeit einer Fehlauslösung verringert. In einem Ultraschall- und PIR-Sensoren verwendenden Dual-Technologiesensor kombiniert die Erfindung die Ausgangssignale der Ultraschall- und PIR-Sensoren, um einen Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal zu erzeugen, das mit einem Gesamt-Schwellwert verglichen wird, um eine Anwesenheit zu ermitteln. Dieses ergibt einen hochempfindlichen und trotzdem sehr zuverlässigen Anwesenheitssensor, der eine kleinere Bewegung in komplexeren Situationen mit marginalen Sensorsignalpegeln detektieren kann.
Eine grafische Darstellung der zweidimensionalen Oberfläche einer arithmetischen Summe ist in 17 dargestellt. Wenn die arithmetische Summe größer als der in 17 dargestellte Aktivierungsschwellwert ist, wird eine Last eingeschaltet. Sobald sie eingeschaltet ist, bleibt die Last eingeschaltet, wenn die arithmetische Summe größer als der in 17 dargestellte Halteschwellwert ist. Durch Kombinieren dieser Signale vor der Schwellwertbildung sind Pegel unterhalb des Schwellwertes somit in der Lage, sinnvolle Information zu dem Entscheidungsprozess beizutragen. Dieses ermöglicht es dem Sensor effektiv Sensorsignalwerte zu nutzen, die hoch genug sind, um die Anwesenheit anzuzeigen, aber zu niedrig sind, um abhängig von einer gegebenen einzigen Erfassungstechnologie eine sichere Anwesenheit anzuzeigen. In einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung wird die Berechnung und Bewertung des Gesamt-Anwesenheitsschätzsignals getrennt für HOCHZUVERLÄSSIGKEITS- und HOCHEMPFINDLICHKEITS-Modi unter Verwendung von Festkomma-Arithmetik ausgeführt.
Ein Beispiel dieser Situation für einen Dual-Technologie-Anwesenheitssensor gemäß der vorliegenden Erfindung, ist in den 18A–F dargestellt. 18A stellt ein typisches Ultraschallsensorsignal dar. 18B stellt ein typisches passives Infrarotsensorsignal dar. Man beachte, dass keine von den individuellen Sensortechnologien einen getrennten Aktivierungsschwellwert hat. 18C stellt das Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal des Sensors und dem Gesamt-Aktivierungsschwellwert des Sensors dar. Wenn die zwei individuellen Sensorsignale unter Verwendung einer arithmetischen Summenfunktion kombiniert werden, legt das Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal des Sensors nahe, dass eine Anwesenheit detektiert wurde, sobald deren Wert den Gesamt-Aktivierungs schwellwert überschreitet. 18D–F stellen eine komplexere Situation dar. 18D stellt ein schwaches Ultraschallsensorsignal dar. 18E stellt ein typisches passives Infrarotsensorsignal dar. 18F stellt das Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal des Sensors und den Gesamt-Aktivierungsschwellwert des Sensors dar. Wenn die zwei einzelnen Sensorsignale unter Verwendung einer arithmetischen Summenfunktion kombiniert werden, legt das Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal des Sensors nahe, dass wiederum eine Anwesenheit detektiert worden ist. Es sei angemerkt, dass der Multi-Technologie-Anwesenheitssensor nachdem Stand der Technik nicht in der Lage war, die Anwesenheit in dieser Situation (16D–F) zu detektieren. Ein Beispiel für eine komplexere Anwesenheitsfunktion von zwei Variablen ist die Funktion f(x, y,) = min(1,(Kx·xP + Ky·yP)1/p)
Diese Funktion erzeugt, was als die Yager-Union-Entscheidungsoberfläche bekannt ist. Es kann ein Zustand auftreten, in welchem jede einzelne Sensortechnologie alleine eine zuverlässige Detektion der Anwesenheit sicherstellt, wenn deren zugeordnetes Anwesenheitsschätzsignal mit einem relativ hohen Pegel auftritt. Zusätzlich kann das Auftreten von moderaten Pegeln der beiden Anwesenheitsschätzwerte zusammen eine zuverlässige Anzeige der Anwesenheit sein. In diesem Falle ist ein Gesamt-Anwesenheitsschätzwert erforderlich, der die Anwesenheit anzeigt, wenn die Komponenten-Anwesenheitsschätzwerte zusammen bei relativ niedrigen Pegeln oder einzeln mit relativ hohen Pegeln auftreten. Ein Beispiel der gegebenen Funktion mit K_x = K_y = 1 und p = 2 ist in 19 dargestellt. Diese Funktion kombiniert die Komponenten-Anwesenheitsschätzwerte, um einen Gesamt-Anwesenheitsschätzwert wie gewünscht zu erzeugen.
Es kann ein Zustand auftreten, der einen relativ hohen Zuverlässigkeitsgrad in der Anwesenheitsschätzung erfordert, und in dem die Komponenten-Anwesenheitsschätzwerte im Allgemeinen zusammengenommen zuverlässig sind, wobei aber die Komponenten-Anwesenheitsschätzwerte im Allgemeinen alleine unzuverlässig sind. In diesem Falle ist ein Gesamt-Anwesenheitsschätzwert erforderlich, der die Anwesenheit mit einem moderaten Anzeigepegel aus beiden Komponenten-Anwesenheitsschätzwerten anzeigt, jedoch sogar große Signale aus den Komponenten-Anwesenheitsschätzwerten einzeln zurückweist. Ein Beispiel der gegebenen Funktion mit K_x = K_y = 1 und p = 0,5 ist in 20 dargestellt. Diese Funktion kombiniert die Komponenten-Anwesenheitsschätzwerte, um den gewünschten Gesamt-Anwesenheitsschätzwert zu erzeugen.
Weitere Funktionen können ebenfalls angemessen sein, um die einzelnen Komponenten-Anwesenheitsschätzwerte zu kombinieren, um ein Gesamt-Schätzwertsignal zu erzeugen und die Spezifikation dieser exemplarischen Funktionen schränkt nicht den Schutzumfang dieser Erfindung ein. Zusätzlich erfolgt, obwohl die exemplarischen Funktionen unter Verwendung von zwei Anwesenheitsschätzwerten beschrieben werden, die von zwei Anwesenheitserfassungstechnologien erzeugt werden, dieses primär zur Erleichterung der Darstellung unter Verwendung von zwei Schätzwerten. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass ein Gesamt-Anwesenheitsschätzwert aus einer beliebigen Anzahl von einzelnen Anwesenheitsschätzwerten abgeleitet werden kann. Beispielsweise können PIR-, Ultraschall- und Mikrowellenerfassungstechnologien verwendet werden, um drei individuelle Komponentenanwesenheitsschätzwerte zu erzeugen, die dann unter Verwendung einer gewünschten Funktion, wie z.B. einer algebraischer Summe, gewichteter Summe, Yager-Union und der gleichen) kombiniert werden, um einen Gesamt-Anwesenheitsschätzwert zu erzeugen.
Die Yager-Union-Funktion erfordert einen erheblichen Rechenaufwand zur analytischen Auswertung, und zwar mehr als er in Echtzeit von einem preiswerten Mikroprozessor verfügbar ist.
21 und 22 stellen dieselben Funktionsbeziehungen wie in 19 und 20, jedoch ausgedrückt in einer diskreten Tabellenform für ein schnelles effizientes Tabellenauslesen dar. Um unterschiedliche Funktionskennlinien zu erhalten kann der Mikroprozessor mehrere derartige Tabellen zur Auswahl für eine den unterschiedlichen Anwesenheitsumgebungssituationen entsprechende Situation enthalten. Diese Tabelle können dann adaptiv oder im Voraus ausgewählt werden. Zusätzlich können die Tabellen dynamisch und periodisch entsprechend den Adaptationsregeln des automatischen Anpassungsalgorithmus des Sensors neu berechnet werden. Dieses ist sogar mit einer eingeschränkten Rechenkapazität möglich, da die Adaptation ein gelegentlicher langsamer Prozess, im Gegensatz zur Funktionsberechnung ist, der mit einer hohen Wiederholungsrate durchgeführt werden muss, um eine rasche Reaktion auf Anwesenheitssignale zu erreichen. Die Yager-Union-Funktion wird als ein exemplarisches Beispiel für den Tabellennachschlageaspekt der vorliegenden Erfindung angeboten, wobei sich jedoch verstehen dürfte, dass auch andere mathematische Funktionen zum Berechnen des Gesamtsignals ebenfalls als eine Tabelle gespeichert sein können.
Die vorliegende Erfindung kann auch eine Anzahl adaptiver Merkmale enthalten. Wenn sie freigegeben sind, werden die nachstehenden Sensorvariablen als eine Funktion der Zeit angepasst: die Lichteinschalt-Empfindlichkeitseinstellung des Ultraschallsensor; die Lichtausschalt-Empfindlichkeitseinstellung der Ultraschallsensor; die Empfindlichkeitseinstellung des Infrarotsensor; die Zeitgeberverzögerungseinstellung, der Infrarot-Störpegelschätzwert, der Schätzwert für den kleinsten Ultraschallbewegungspegel und eine Zeit zwischen Bewegungsschätzwerten.
Die Anpassung bzw. Adaptation der verschiedenen Sensorempfindlichkeitseinstellungen wird insgesamt als automatische Empfindlichkeitseinstellung (ASA) bezeichnet. Die Adaptation der Sensorzeitgeber-Verzögerungseinstellung wird allgemein als automatische Zeitgeberanpassung (ATA) bezeichnet.
Bei der Einschaltrücksetzung werden die verschiedenen Ultraschall- und Infrarot-Empfindlichkeitseinstellungen und die Zeitgeberverzögerungseinstellung gemäß benutzerspezifizierten Potentiometereinstellungen (3, 316, 317, 319) initialisiert. Automatische Einstellungen auf die Ultraschall- und Infrarot-Empfindlichkeitseinstellungen und die Zeitgeberverzögerungseinstellung des Sensors werden als Abweichungen von den benutzerspezifizierten Potentiometereinstellungen implementiert. Demzufolge führt jede Veränderung an einem Potentiometerwert zu einer Zwischenveränderung an der adaptierten Kennlinie des Sensors. Der Sensor adaptiert sich weiter auf der Basis sowohl der Potentiometereinstellung als auch des adaptierten Einstellwertes.
Um die ASA zu erreichen, modifizieren eine Vielfalt von Situationen die Ultraschall-, PIR- und Akustik-Empfindlichkeitseinstellungen, einschließlich: Fehleinschaltung, Fehldauerbetrieb, Fehlausschaltung, Lichtdauerbetrieb ohne größeres Anwesenheitsereignis, Lichtdauerbetrieb mit größerem Anwesenheitsereignis, Anwesenheitszyklusdetektion und Nutzungsanpassung, Infrarot-Störpegeleinstellung, Akustik-Hinter grund-Störpegeleinstellung und Pegeleinstellung der kleinsten Ultraschallbewegung. Die ASA kann in Einzeltechnologie oder Mehrfachtechnologie-Sensoren erreicht werden.
Eine Fehleinschaltung tritt auf, wenn die Sensorlast(en) zu Beginn eingeschaltet sind, für eine kurze Zeitdauer (0 bis 8 Sekunden, länger als die Zeitgeberverzögerungseinstellung) eingeschaltet werden und dann wieder ausgeschaltet werden. 23 beschreibt ein Fehleinschaltungs-Adaptationsereignis. Die Zeitgebereinstellung ist in diesem Beispiel 15 Minuten, die Anwesenheit wird bei 2301 nur für eine sehr kurze Zeitdauer (weniger als 15 Sekunden) detektiert und die Last eingeschaltet. Da keine Anwesenheit für 15 Minuten nach der ursprünglichen Lasteinschaltung detektiert wurde, schaltet das Licht bei 2302 aus und die Empfindlichkeit wird reduziert (2303). Eine Fehleinschaltung veranlasst die Reduzierung der Ultraschall-, PIR-, Mikrowellen- oder Akustik-Empfindlichkeit.
Ein Fehldauerbetrieb tritt auf, wenn die Sensorlast(en) zu Beginn ausgeschaltet sind, dann für mehrere Zeitgebereinstellungen ohne dass das Anwesenheitssignal jemals den Aktivierungsschwellwert überschreitet, eingeschaltet werden. 24 beschreibt ein Fehldauerbetrieb-Adaptationsvorgang für einen Sensor, der eine Anwesenheit fälschlicherweise durch eine offene Tür in einem Flur erfasst. Jedes Mal, wenn jemand an der Tür vorbeigeht wird eine Anwesenheit detektiert. In diesem Beispiel ist der Zeitgeber auf 15 Minuten eingestellt, wird die Anwesenheit bei 2405 detektiert, der Zeitgeber zurückgesetzt und die Last eingeschaltet. Bevor der Zeitgeber abläuft wird die Anwesenheit wieder detektiert 2406, 2406, 2408 und 2411, wenn jemand an der Tür vorbeigeht. Nach jedem Ereignis wird der Zeitgeber zurückgesetzt. Dieses Muster der Anwesenheitsdetektion ohne ein Signal, das den Aktivierungsschwellwert 2402 überschreitet, setzt sich für mehr als drei Zeitperioden oder 45 Minuten 2404 fort und die Empfindlichkeit 2403 wird reduziert. Nun detektiert, wenn Personen an der offenen Tür vorbeigehen 2409, der Sensor keine Anwesenheit und die Last wird dann 15 Minuten nach der zuletzt detektierten Anwesenheit abgeschaltet 2410. Ein Fehlausschaltvorgang tritt auf, wenn die Sensorlast(en) zu Beginn eingeschaltet sind, wenn das Anwesenheitssignal größer als der Aktivierungsstellenwert 2801 ist, dann für eine kurze Zeitdauer (beispielsweise Null bis 15 Sekunden) ausgeschaltet und dann wieder eingeschaltet werden. 25 beschreibt ein Fehlausschaltungs-Anpassungsereignis für einen die Raumbeleuchtung steuernden Sensor. Der Sensor detektiert eine Anwesenheit bei 2502 und der Zeitgeber wird für 15 Minuten zurückgesetzt. Bei 2511 läuft der Zeitgeber ab und die Last wird ausgeschaltet. Der Anwesende reaktiviert die Beleuchtung 2507 mit dem Anwesenheitssignal 2503 innerhalb 15 Sekunden, innerhalb der Lastausschaltung. Bei 2507 werden die Empfindlichkeit und der Zeitgeber auf 2512, bzw. 2506 erhöht. Der Zeitgeber wird kurzzeitig auf 80 (5 + 60 + 15 = 80 Minuten) bei 2506 (beispielsweise ist 5 die Zunahme in dem Zeitgeberwert nachdem Fehlausschaltung, 60 ist die kurzzeitige zusätzliche Zunahme in dem Zeitgeberwert für die nächsten acht Stunden, und 15 Minuten war der Zeitgeberwert vor dem Fehlausschaltung). Die Anwesenheitsdetektion 2504 setzt den Zeitgeber zurück und nach 80 Minuten werden die Last bzw. Lasten bei 2508 ausgeschaltet. Acht Stunden nachdem die Fehlausschaltung auftrat (2509) wird der Zeitgeber auf 20 Minuten 2513 reduziert. Wenn die Anwesenheit 2505 das nächst Mal bei 2510 detektiert wird, werden der Zeitgeber auf 20 Minuten zurückgesetzt und die Last(en) eingeschaltet.
Ein Lichtdauerbetrieb ohne Aktivierungsvorgang tritt auf, wenn die Last(en) konstant für mehrere Zeitgebereinstellungen eingeschaltet sind und Anwesenheitssignale niemals einen Aktivierungsschwellwert überschreiten. 26 beschreibt einen Adaptationsvorgang für einen Lichtdauerbetrieb ohne Aktivierung. Der Sensor detektiert eine größere Anwesenheit 2603, wenn das Anwesenheitssignal den Aktivierungsschwellwert 2602 überschreitet (beispielsweise eine Person gerade aufstand und den Bereich verlassen hat), der Zeitgeber wird zurückgesetzt und die Last(en) bleiben eingeschaltet. Der Anwesenheitsschwellwert wird konstant für die nächsten 120 Minuten durch kleine Störungen 2604 (zum Beispiel Luftgeräusche, elektrische Störung des Sensors usw.) überschritten, wobei kein Signal den Aktivierungsschwellwert überschreitet 2602. Die Empfindlichkeit 2605 wird reduziert und nun überschreiten diese kleinen Störungen nicht den Zeitgeberschwellwert und die Last wird bei 2607 ausgeschaltet.
Ein Lichtdauerbetrieb ohne größeres Anwesenheitsereignis tritt auf, wenn die Last(en) konstant für mehrere Zeitgebereinstellungen eingeschaltet werden und das Anwesenheitssignal den Aktivierungsschwellwert überschreitet. Mehrere Bedingungen können dieses Ereignis bewirken, wenn beispielsweise der Sensor an einem leistungsfähigen Lüftungsgitter montiert ist, der Sensor in der Nähe einer Tür montiert ist und der Sensor in die falsche Richtung zeigt und der Sensor in korrekter Anwendung montiert ist, aber die Empfindlichkeit weit außerhalb einer Einstellung liegt. 27 beschreibt einen Adaptationsvorgang für einen Lichtdauerbetrieb bei größerer Anwesenheit. Das Anwesenheitssignal 2703 überschreitet den Anwesenheitsschwellwert 2701 und die Last(en) werden bei 2705 eingeschaltet. In schneller Aufeinanderfolge treten An wesenheitssignale 2704, 2707, 2708 und 2709 auf, wenn 2704, 2707 und 2708 den Aktivierungsschwellwert 2702 durchqueren. Die schnelle Aufeinanderfolge von Anwesenheitssignalen setzt konstant den Zeitgeber 2706 zurück. Selbst in sehr aktiven Anwesenheitsbereichen, in welchen der Sensor korrekt eingestellt und eingesetzt ist, stellt sich das Signal 2710 für kurze Zeitdauern ein.
Unter Verwendung nur eines Eintechnologie-Sensors, beispielsweise Ultraschall, ist es schwierig, einen sehr aktiven Raum mit einer Menge von Leuten gegenüber einem sehr nahe an einem leistungsfähigen Lüftungsgitter montierten Sensor zu unterscheiden. Wenn jedoch Mehrfachtechnologien verwendet werden, wird eine wesentlich bessere Möglichkeit bereitgestellt, eine korrekte Anpassung vorzunehmen, zu identifizieren, ob der Sensor nahe an einem leistungsstarken Lüftungsgitter montiert ist, oder eine nicht korrekte Sensoranwendung zu identifizieren. Es werden zwei Beispiele präsentiert, die Dual-Technologie-Ultraschall und PIR-Sensoren darstellen. In beiden Fällen ist der Raum nicht belegt. Ein Sensor ist korrekt mit einer sehr hohen Ultraschallempfindlichkeitseinstellung montiert und in dem anderen Beispiel ist der Sensor nahe an einem leistungsstarken Lüftungsgitter montiert.
28 stellt ein gestrecktes Gesamtanwesenheitssignal 2803 für Ultraschall- und PIR-Detektoren dar. Das Ultraschallsignal 2804 ist sehr groß und liefert den größten Signalanteil, wenn eine algebraische Summe zum Kombinieren der zwei Signale verwendet wird. Das PIR-Signal 2805 ist sehr ruhig mit sehr kleiner Signalvarianz. Da der PIR-Sensor eine wesentlich größere Immunität gegenüber Luftturbulenzen als der Ultraschallsensor aufweist, kann daraus geschlossen werden, dass entweder der Sensor nahe an einem Lüftungsgitter montiert ist oder dass die Ultraschallempfindlichkeit sehr hoch eingestellt ist.
29 stellt einen Beispielalgorithmus zum Reduzieren der Empfindlichkeit entweder der PIR- oder Ultraschallsignale dar. In 2901 wird ermittelt, ob das Gesamtsignal den Aktivierungsschwellwert für Mehrfachzeitgebereinstellungen überschreitet. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird ermittelt, ob die PIR- und US-Signale gelegentlich korreliert sind (2910). Wenn der Sensor eine starke Anwesenheit mittels beider Technologien zum selben Zeitpunkt detektiert, könnte der Bereich belegt sein. Wenn die Signale nicht korrelieren, wird ermittelt, welches Signal am meisten zu dem Gesamtbelegungssignal beiträgt (2902). In diesem Beispiel wird die Ultraschallempfindlichkeit reduziert (2903). Wenn die Ultraschallempfindlichkeit um mehr als 15% des vollen Wertes reduziert wird (2905), befindet sich der Sensor zu nahe an einem leistungsfähigen Lüftungsgitter und der Sensor sendet einen starken Luftströmungsstatus (2906). Dieses gilt, weil bei niedrigen Ultraschallempfindlichkeitspegeln deren Erfassungsmuster wesentlich kleiner als das PIR-Muster ist. Ferner ist das PIR-Muster sehr dicht und starke PIR-Anwesenheitssignale würden empfangen werden, wenn der Ultraschallmusterbereich belegt wäre.
In Situationen, in welchen die Luftströmung moderat oder nicht-existent ist, fällt nach ein einigen Ultraschallempfindlichkeitsreduzierungen das Gesamtsignal aus (2901). Es wird in den ersten Zeitentscheidungsblock 2907 eingetreten und der Sensor befindet sich höchstwahrscheinlich in einem "Lichtdauerbetrieb ohne größere detektierte Bewegung". Im Block 2909 wird ermittelt, dass Ultraschall der Hauptsignalbeitrag ist, und die Ultraschallempfindlichkeit wird in 2912 reduziert. Wenn die Ultraschallempfindlichkeit weniger als 15% des vollen Wertes (2913) ist, befindet sich der Sensor nahe an einem leistungsfähigen Lüftungsgitter und der Sender sendet einen starken Luftströmungsstatus 2906. Wenn die Ultraschallempfindlichkeit größer als 15% des vollen Wertes (2913) ist, wird die Schleife wieder aufgenommen, bis ein Fehler auftritt (2906) oder der Sensor korrekt angepasst ist (2908).
Es kann auch ermittelt werden, ob der Sensor nicht korrekt montiert ist und in einer nicht akzeptablen Anwendung eingesetzt wird, und die entsprechende Statusinformation angezeigt werden. 30A und B stellen Anwendungen dar, in welchen die Sensoren 3001 und 3004 nicht korrekt angewendet werden.
Der Sensor 3001 ist so montiert, dass er aus der Tür in den Raum 3002 blick. Wenn Leute an der Tür in dem Flur 3002 vorbeigehen, werden die Lichter angeschaltet. Eine Vielzahl von Empfindlichkeitsreduzierungstechniken, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf die 23 bis 29 diskutiert wurden, werden deutlich die Empfindlichkeit reduzieren. Eine Arbeit am Schreibtisch 3006 hält die elektrische Last(en) nicht eingeschaltet und schaltet diese periodisch aus. Die Empfindlichkeit steigt von dem "Fehlausschaltung"-Adaptationsvorgang aus an. Wenn der Raum nicht belegt ist, nimmt die Empfindlichkeit ab. Dieser Zyklus wird detektiert und es wird eine Anwendungsfehler-Statusmeldung angezeigt.
Der Sensor 3004 ist in einem sehr großen Raum 3007 montiert. Dieser Raum ist wesentlich größer als das Erfassungsmuster des Sensors 3004 versorgen kann. Eine Arbeit am Schreibtisch 3005 erhöht die Empfindlichkeit von "Fehlausschaltung"-Adaptationsvorgängen ausgehend. Schließlich wird die Empfindlichkeit des Sensors 3004 durch eine Vielzahl von vorstehend diskutierten Empfindlichkeitsreduzierungstechniken erhöht, wobei z.B. einige von diesen "Fehleinschaltung"-, "Fehleinschaltung-Dauerbetrieb"- oder "Lichtdauerbetrieb ohne größere Bewegung"-Adaptationsvorgänge sein könnten, welche signifikant die Empfindlichkeit reduzieren. Dieser Zyklus wird detektiert und eine Anwendungsfehler-Statusmeldung angezeigt.
Die Anwesenheitszyklusdetektion und Nutzungsanpassung modifiziert die Ultraschall- und Infrarot-Empfindlichkeitseinstellungen des Sensors auf der Basis von Nutzungsverlaufdaten des durch den Sensor kontrollierten Bereichs. 31 ist ein Histogramm, das das Anwesenheitszyklus-Detektions- und Nutzungsmessverfahren der vorliegenden Erfindung darstellt. Die verschiedenen Empfindlichkeitseinstellungen werden etwas während Zeitperioden erhöht, wenn der Bereich normal belegt ist. Ebenso werden die verschiedenen Empfindlichkeitseinstellungen leicht während der Zeitperioden verringert, wenn der Bereich normalerweise nicht belegt ist. 32 ist eine vereinfachte Belegungszyklusdetektions- und Nutzungsaufgabe für die vorliegende Erfindung in Flussdiagrammform. Im Betrieb wird, wenn der Zeitpunkt für den Ablauf der Aufgabe (3201) vorliegt, der Aktivitätspegel für die unmittelbar vorhergehende Zeitperiode berechnet (3202). Dann wird der Aktivitätspegel gespeichert (3203). Dieses nimmt bevorzugt die Form einer Akkumulation von neu berechneter Aktivität mit Aktivität an, die zuvor für dieselbe Zeitperiode berechnet und akkumuliert wurde. Somit wird ein Histogramm wie das in 31 dargestellte aufgebaut. Dann wird der Sensor für die beginnende Zeitperiode auf der Basis des in dem Histogramm für die nächste Zeitperiode gespeicherten Aktivitätspegels eingestellt (3204).
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Lernkurve dazu verwendet, um die Sensoraktivität und Zeitgebereinstellungen als eine Funktion der verstrichenen seit der Anfangseinschaltinitialisierung, der Betätigung des Adaptationsrücksetzschalters 309 (3) des Sensors oder einem kontinuierlichem Zyklusdurchlauf in einem der vorstehend diskutierten Adaptationsvorgänge anzupassen. Im Allgemeinen hat jede Sensortechnologie ihre eigene getrennte (und potentiell unterschiedliche) Lernkurve. Eine Darstellung einer typischen Lernkurve ist in 33 gezeigt. Die Form der Lernkurve impliziert, dass die größten inkrementellen Empfindlichkeits- und Zeitgeberveränderungen am Beginn des Lernkurvenzyklus auftreten. Sobald die verstrichene Zeit im Lernkurvenzyklus zunimmt, nimmt das adaptive Verhalten allmählich ab, bis sehr kleine Veränderungen in der Empfindlichkeits- und Zeitgebereinstellungen auftreten.
Wenn die Umgebung des Sensors eine erhebliche Veränderung lange nachdem Einschaltrückzustand erfährt, kann der Sensor eine gewisse Anpassung erfordern, um korrekt in seiner neuen Umgebung zu arbeiten. In dieser unüblichen Situation kann der Benutzer den Adaptationsrücksetzschalter 309 (3) des Sensors betätigen. Dieses setzt die Adaptionsalgorithmen des Sensors zurück und setzt auf den Beginn der Lernkurvendarstellung in 24 zurück. Der Sensor beginnt dann sich an seine neue Umgebung gemäß seinen verschiedenen Lernkurven anzupassen.
Die Kontrolle sehr großer Räume mit einer minimalen Anzahl von Sensoren oder die Kontrolle von Bereichen mit unüblichen Formen kann leicht durch Hinzufügen eines Akustikde tektors erreicht werden. Dieses neue Anwendungsverfahren gibt dem Akustikdetektor nur unmittelbar vor und nach dem Ausschalten der Last bzw. Lasten frei. Dieses beseitigt viele der Nachteile, die Dual-Technologie-PIR/Akustik- und -Ultraschall/Akustik-Sensoren haben. Wenn akustische Anwesenheitsdetektoren alleine oder in Dual-Technologiekonfigurationen verwendet werden, werden die Last(en) für wesentlich längere Zeitperioden wegen einer fehlerhaften Anwesenheitsdetektion aufgrund externer Geräusche, wie zum Beispiels Radios, Gebläse, vorbeifahrenden Automobilen usw. eingeschaltet. In diesen Vorrichtungen ist der Akustikdetektor kontinuierlich freigegeben. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Akustikdetektor, wie es in 34 dargestellt ist, für 15 Sekunden bevor die Last(en) ausgeschaltet werden (3402) und 15 Sekunden danach freigegeben. Während der ersten 15 Sekunden baut der Akustiksensor einen durchschnittlichen akustischen Anwesenheitsschwellwert auf. Nachdem die Last(en) ausgeschaltet sind (3403) wird der Akustikdetektor für weitere 15 Sekunden freigegeben (3404) und hört auf eine akustische Belegung, wie zum Beispiel menschliche Sprache ab. Wenn der akustische Anwesenheitsschwellwert überschritten wird, werden die Last(en) eingeschaltet (3405) und der Start des "Fehlauschaltung"-Adaptationszeitgebers beginnt 3406. Die bevorzugte Ausführungsform dieses akustischen Detektionsverfahrens besteht in der Ergänzung eines Eintechnologie-Ultraschall- oder -PIR-Sensors oder Dual-Technologie-Ultraschall- und PIR-Sensors.
Die Hersteller herkömmlicher analoger PIR-Sensoren sehen eine manuelle PIR-Verstärkungseinstellung vor oder legen die Verstärkung während des Herstellungsprozesses fest. Das Vorsehen einer manuellen Einstellmöglichkeit kann zu einer Fehleinstellung führen. Beispielsweise kann die Verstärkung irr tümlicher Weise so groß eingestellt werden, dass der Sensor gelegentlich falsch aufgrund von intern erzeugten Störungen auslöst. Hersteller, welche eine feste Verstärkung vorsehen, nutzen nicht die volle Detektorempfindlichkeit aus, um Elementetoleranzen in dem PIR-Detektor-, Filter- und Verstärkerstufen zuzulassen. 35 stellt ein Verfahren zur Aufzeichnung von PIR-Signalpegeln 3501 bereit, wenn die Last(en) ausgeschaltet werden und Bereiche nicht belegt sind. Neue PIR-Spitzenwerte werden gespeichert 3503 und eine neue Anwesenheitsschwellwertverschiebung kann berechnet werden. Unter Verwendung dieses Verfahrens kann eine maximale PIR-Empfindlichkeitseinstellung berechnet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erleichtert der Ablauf der Aufzeichnung der PIR-Signalpegel, während der Bereich nicht belegt ist, die Abschätzung des Störungsanteils des PIR-Signals. Durch Ermitteln des Pegels der in dem PIR-Signal in einem nicht belegten Raum vorhandenen Störung ermittelt ein Adaptationsalgorithmus eine optimale Einstellung für die PIR-Empfindlichkeit, welche eine maximal mögliche Empfindlichkeit bietet, während sie gleichzeitig eine ausreichende Immunität gegenüber Fehlauslösungen aufgrund von Störungen bietet.
In einigen Situationen kann die Empfindlichkeitseinstellung des PIR-Sensors entweder zu hoch oder zu niedrig sein. Nicht korrekte Einstellungen können sich entweder aus einem Fehler des Installateurs oder einer Überanpassung ergeben. Jahreszeitliche Temperaturänderungen können ebenfalls die Empfindlichkeit eines PIR-Sensors beeinflussen. 70 stellt die jahreszeitliche Variation eines PIR-Sensors dar. Der Sensor hat in diesem Beispiel einen festen Schwellwert 7001. Während der Wintermonate hat der Sensor einen niedrigen Störpegel 7002, der in einem guten Abstand von dem Schwellwert 7001 liegt. Jedoch erreicht der Störpegel 7002 den Schwellwert 7001 mit dem Beginn des Sommers, bis die Störung 7002 so nahe an dem Schwellwert 7002 ist, wie es in dem Bereich 7003 dargestellt ist und er beginnt, Fehlauslösungen zu verursachen.
Ein Störpegel zu nahe an dem Schwellwert ist unerwünscht. Die Gesamt-Anwesenheitsschätzwerttechnik der vorliegenden Erfindung kompliziert die Wahl über die beste Auswahl des Schwellwertes. Es ist nicht nur erwünscht, den PIR-Störpegel in Abstand von dem Schwellwert zu halten, sondern die PIR-Störung muss auch klein genug sein, so dass die Störung nicht zu dem Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal beiträgt. Alternativ sollte der PIR-Schwellwert nicht so hoch eingestellt werden, dass die alleinigen PIR-Bewegungstreffer, die zu dem Gesamt-Anwesenheitsschätzwert beitragen, die extrem großen sind. 71 stellt diesen Punkt grafisch dar. Wenn der Schwellwert zu niedrig eingestellt ist, befindet sich die Störung in dem Bereich einer marginalen Bewegung 7101. Es ist zu bevorzugen, dass der PIR-Störpegel unterhalb des Bereichs einer kleineren Bewegung 7102 und über den Bereich einer reduzierten PIR-Empfindlichkeit 7104 eingestellt ist.
In einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung verwendet der Microcontroller einen PIR-Störungs-Schätzalgorithmus, der ein auch als Rangordnungsfilter bezeichnetes Statistikreihenfolgenfilter (SOF) verwendet, um die Abschätzung des PIR-Störpegels des PIR-Ausgangssignals (Ausgangssignal des Blocks 4308, 48) durchführt. Um eine Abschätzung nur der PIR-Störung und nicht der tatsächlichen PIR-Signale sicherzustellen, wird die Störungsabschätzung nur durchgeführt, wenn das (durch den Block 5201, 52 ermittelt) An wesenheits-Flag nicht gesetzt ist. Der SO-Algorithmus arbeitet mit einer festen Anzahl von Anpassungen eines Signals. Der Algorithmus sortiert die Anordnung von Abtastwerten in aufsteigender oder absteigender Reihenfolge und gibt dann eine gewichtete Summe der Abtastwerte in einer sortierten Anordnung aus.
In der exemplarischen Ausführungsform wird das Ausgangssignal des SOF so gewählt, dass es der Maximalwert des Signals ist, da ein derartiger SOF effizient in einem Microcontroller implementiert werden kann. Jedoch wären auch andere Auswahlmöglichkeiten angemessen. Ferner kann auch ein anderer Filteralgorithmus als ein SOF verwendet werden. Beispielsweise kann die Störungsabschätzung durch die Verwendung von digitalen Filtern, Integration, Hüllkurvendetektion oder durch einfaches Mitteln erreicht werden.
72 ist ein Flussdiagramm eines Beispielalgorithmus, der den PIR-Schwellwert in einer solchen Weise aktualisiert, dass sich der Störpegel näher an den korrekten Bereich 7103 bewegt. In der exemplarischen Ausführungsform führt der Microcontroller diese Routine jedes Mal aus, wenn eine Anwesenheit anfängt. Insbesondere wird der Schätzalgorithmus aufgerufen, wenn die Last im Schritt 5204 (52) oder im Schritt 5304 (53) eingeschaltet wird, und arbeitet auf der Basis von Signalabtastwerten, die erfasst wurden, bevor die Last eingeschaltet wird. Der geschätzte Störungswert wird bei 7201 geprüft. Wenn der geschätzte Störungswert unterhalb des korrekten Störungsbereichs 7103 liegt, erhöht der Algorithmus die PIR-Empfindlichkeit 7202. Wenn der geschätzte Störungswert über dem korrekten Störungsbereich 7103 liegt, reduziert der Algorithmus alternativ die PIR-Empfindlichkeit 7203. Schließlich wird die PIR-Empfindlichkeit auf einen Wert eingestellt, welcher die Störung in dem korrekten Bereich verlegt.
Ultraschall-Detektionstechnologien sind am empfindlichsten gegen starke Luftströmung, wenn Lasten eingeschaltet werden im Vergleich zu einem stabilen Zustand (Lasten bleiben ein) oder wenn Licht ausgeschaltet wird. Die Überwindung einer falschen Anwesenheitsdetektion wenn eine Luftströmung einsetzt, oder die Erzeugung eines "Luftstoß"-Detektors wäre eine größere Verbesserung in der Ultraschall-Erfassungstechnologie. Der üblichste Weg der Verbesserung des Ultraschallverhaltens ist die Hinzufügung von PIR- oder Mikrowellendetektoren. Obwohl die Verwendung dieser zusätzlichen Erfassungstechnologie das Gesamtsensorverhalten verbesserte, beseitigten sie nicht die schädlichen Auswirkungen von Luftströmung auf den Ultraschalldetektor.
Unmittelbar neben einem Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen-(HVCA)-Gitter montierte Sensoren können akustisch mehrere Dinge detektieren, wenn die Luftströmung beginnt. Erstens das Einschalten des Kompressors, zweitens zeigt die Luftströmung typischerweise eine eindeutige Schallsignatur während des Starts und Dauerbetriebs. Diese eindeutige Schaltsignatur kann eine Funktion des Gebäudeaufbaus und der Strukturen des Luftverteilers und des Luftkanals sein.
Je näher sich der Sensor an dem HVCA-Gitter befindet, desto größer ist die Auswirkung der Luftströmung. Ein Akustikdetektor, der für die Überwachung von Luftströmungsgeräuschen ausgelegt ist, kann zur Ergänzung des Ultraschalldetektorsystems verwendet werden. 36 stellt Signalpegel für einen Raum dar, der leer, ruhig und nicht belegt ist, wenn die Luftströmung einschaltet 3601, wobei die akustische Schallenergie 3602 durch den akustischen Detektor erfasst wird, bevor der Ultraschalldetektor beeinflusst wird. Der Ultraschalldetektor detektiert das Signal 3603 bei 3604. Die Luftströmung bei dem Übergang von 3604 auf 3605 ist für die Ultraschalldetektoren schwer zu unterdrücken. Das Doppler-Verschiebungsspektrum in diesem Bereich ist breit und robust. Die Verwendung des Akustikdetektors, um vorübergehend die Ultraschallempfindlichkeit von 3601 bis 3606 zu sperren oder zu reduzieren verhindert, dass der Ultraschalldetektor eine "Fehleinschaltung" erzeugt.
Der Sensorzeitgeber unterstützt eine Anzahl spezieller Modi, die dafür gedacht sind, eine Vielzahl von Benutzerbedürfnissen anzusprechen, wie zum Beispiel dem Installateur des Sensors zu ermöglichen, eine kurze Ausschaltzeit für Zwecke der Empfindlichkeitseinstellung zu erzwingen, um kurze Zeitgebereinstellungen im normalen Betrieb zu vermeiden, und, um eine lange Lasteinschaltperiode ohne Bewegung zu vermeiden, wenn der Schaltkreisschalter des Sensors betätigt wird. Wenn der Sensor mit dem Zeitgeber-Einstell-Potentiometer (319, 3) in voll gegen den Uhrzeigersinn gedrehter Stellung eingeschaltet wird, oder wenn das Zeitgeber-Einstell-Potentiometer in die voll gegen den Uhrzeigersinn gedrehte Stellung nach einer Einstellung einer anderen Stellung eingestellt wird, tritt der Sensor in einen 8-Sekunden-Zeitausschaltungstestmodus ein. Wenn der Zeitgeber aus der vollen Stellung im Uhrzeigersinn auf eine andere Einstellung eingestellt wird, verlässt der Zeitgeber den 8-Sekunden-Zeitausschaltungstestmodus und kehrt in den normalen Betrieb zurück. Als eine Hilfe für den Installateur stellt das Flussdiagramm von 37 dar, was sich ereignet, wenn der Zeitgeber des Sensors in der minimalen (8-Sekunden) oder maximalen Zeitausschaltungs- (32 Minuten) -Einstellung für mehr als ei ne Stunde bleibt. Wenn sich der Zeitgeber bei dem Minimum (volle Stellung gegen den Uhrzeigersinn) befindet, wird der Zeitgeber auf sieben Minuten eingestellt (3702, 3704 und 3705). Wenn sich der Zeitgeber bei dem Maximum befindet (volle Stellung im Uhrzeigersinn) ist der Zeitgeber auf 15 Minuten (3702, 3706 und 3707) eingestellt.
Um die ATA zu erzielen, modifizieren eine Vielfalt von Situationen die Zeitgeberverzögerungseinstellung des Sensors.
Eine beispielsweise in 5 dargestellter Fehlausschaltung erhöht leicht die Zeitgeberverzögerungseinstellung. Zusätzlich enthält gemäß Darstellung in 38 der Sensor auch einen Energieverbrauchs-Minimierungsalgorithmus, der eine Anwesenheit innerhalb der ersten Zwei-Minuten nach dem Einschalten 3802 prüft. Wenn eine Bewegung detektiert wird, bleibt das Licht an und es wird eine normale Zeitgebereinstellung verwendet (3804). Wenn keine Bewegung detektiert wird, wird das Licht ausgeschaltet (3803). Dieses Merkmal löst das Problem, wenn die Energieversorgung durch einen Ausfall des Energieversorgungsunternehmens oder einem allgemeinen Bereichsabschaltung während des Abends unterbrochen wird und die Energie anschließend wieder zugeführt wird. Herkömmliche Sensoren schalten ein und beginnen einen vollständigen Zeitablaufzyklus, welcher das Licht nutzlos für 20 Minuten eingeschaltet lässt.
Ein Flussdiagramm der Hauptsoftwareroutine einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 39 dargestellt. In der Praxis sind die in den 32 und 39 bis 69 dargestellten Flussdiagramme in einer geeigneten Programmierungssprache codiert und in dem Programmspeicher des digitalen Microcontrollers 229 (2) gespeichert, um den digitalen Microcontroller dazu zu veranlassen, den Be trieb der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zum Ausführen der Verfahren der vorliegenden Erfindung zu steuern.
Gemäß 39 werden bei der Einschaltrücksetzung (3901) die verschiedenen Zeitgeberzähler, der serielle Anschluss, der 8-Bit Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandler usw. eingestellt und die verschiedenen Sensorvariablen initialisiert (3902). Der Microcontroller 229 tritt dann in die Hauptschleife (3903) des Anwesenheitssensor ein. Die Hauptschleife des Sensors prüft zu Beginn, ob das manuelle Abfragestatus-Flag oder das Zwei-Minuten-Status-Flag aktiviert ist (3904, 3905). Im Falle von ja wird die entsprechende Statusberichtsaufgabe ausgeführt. Der Sensor prüft dann, ob ein Sensor-Fehleinschaltung oder Fehlausschaltung aufgetreten ist (3906, 3907). Wenn ein Vorgang aufgetreten ist, wird die entsprechende Korrekturaufgabe ausgeführt. Schließlich wird am Ende der Hauptschleife der Überwachungszeitgeber (WDT) des Microcontrollers zurückgesetzt (3908). Dieser Zeitgeber wird dazu verwendet, den Microcontroller 229 in den Einschaltrücksetzzustand im Falle einer Softwarefehlfunktion zurückzustellen.
Somit enthält die in 39 dargestellte Hauptroutine die nachstehenden vier Softwareaufgaben, die im Detail in den angegebenen Figuren beschrieben werden: Hardware- und Systemvariablen-Initialisierungsaufgabe (40); Abfragestatus-Berichtsaufgabe (41); Zwei-Minuten-Status-Berichtsaufgabe (42); Fehleinschaltungs-Korrekturaufgabe (43); und Fehlausschaltungs-Korrekturaufgabe (44).
Ein Flussdiagramm für die Hardware- und Systemvariablen-Initialisierungsaufgabe für die vorliegende Erfindung ist in 40 dargestellt. Die Hardware- und Systemvariablen-Initialisierungsaufgabe wird nach dem Einschalten zum Konfigurieren des Sensors für einen normalen Betrieb durchgeführt.
Zu Beginn wird die On-Chip- und Off-Chip-Hardware des Systems konfiguriert (4001). Insbesondere werden die Einschaltrücksetz- und Unterspannungsrücksetzbits zurückgesetzt. Globale Interrupts werden gesperrt. Die A, B und C, I/O-Ports werden gelöscht. Das Optionsregister wird gelöscht. Der Zeitgebervorteiler wird auf 1:16 eingestellt und dann dem Echtzeit-Takt/Zähler-(RTCC)-Peripherieschaltkreis zugewiesen. Die verschiedenen I/O-Port-Datenregister werden gelöscht und dann nach Bedarf für den normalen Betrieb gesetzt. Der RTCC-Zeitgeberzähler-Anfangswert wird gesetzt. Alle peripheren Interrupts werden gesperrt. Der zweite CCP-Zeitgeber wird eingerichtet. Zum Schluss wird das serielle EEPROM initialisiert.
Anschließend werden die Systemvariablen des Anwesenheitssensors initialisiert (4002). Insbesondere wird der Stapelzeiger aufgebaut. Die verschiedenen Ultraschall-Verstärkungen, -Schwellwerte und -Verschiebungswerte werden initialisiert. Die verschiedenen Infrarot-Verschiebungswerte werden initialisiert. Die Minuten- und Sekundenzähler werden initialisiert. Die verschiedenen Bewegungs-Flags und Bewegungszähler werden initialisiert. Die primären Sensoraufgaben werden mit Ausnahme der Sensoraufgabe freigegeben. Das Anwesenheitsbit wird gesetzt. Die verschiedenen Sensor-LED-Register werden initialisiert. Die RTCC-Interrupts werden freigegeben. Eine variable Verzögerung wird ausgeführt, bis die Initialisierung des seriellen EEPROM's abgeschlossen ist. Eine einzelne EEPROM-Stelle wird gelesen, um zu ermitteln, ob das EEPROM eine zuvor gespeicherte Sensorinformation darin aufweist. Im Falle von ja werden die Inhalte des EEPROM ausgelesen und die verschiedenen Sensorvariablen zurückgespeichert. Wenn das EEPROM keine Sensorinformation darin gespeichert hatte, werden die aktuellen Sensorvariablen in dem EEPROM gespeichert. Schließlich wird die Sensoraufgabe aktiviert.
Ein Flussdiagramm der Abfragestatusberichtsaufgabe ist in 41 dargestellt. Die Abfragestatusberichtsaufgabe stellt den Status des Sensors als Antwort auf eine Benutzerabfrage des Sensors dar. Wenn die Statusabfrage momentan nicht abläuft (4101) und wenn die LED-Aufgabe nicht im Betrieb ist (4102), wird der Ultraschallsensor 102 (2) geprüft, um festzustellen, ob Windgeräusche vorhanden sind (4103). Die Steuerung geht dann auf den Block 4104 und dann auf den Block 4105 über.
Ein Flussdiagramm der Zwei-Minuten-Statusberichtsaufgabe ist in 42 dargestellt. Die Zwei-Minuten-Statusberichtsaufgabe stellt den Status des Sensors in periodischen Zwei-Minuten-Intervallen dar. Wenn die Statusaufgabe momentan nicht abläuft (4201) und wenn die LED Aufgabe nicht im Betrieb ist (4202) geht die Steuerung auf den Block 4203 über, in welchem der Sensorstatus in dem Sensorstatusmeldungswort gespeichert wird und der Sensorstatus-Digitzähler initialisiert wird. Die LED-Blinkvorlaufzeit wird in dem LED-Zähler gespeichert und die LED wird ausgeschaltet. Die LED-Aufgabe wird freigegeben und der LED-Statuszustand wird initialisiert. Der LED-Status-Blinkmodus wird gesetzt und der LED-Status wird in Ablauf-Flag gesetzt. Zum Schluss wird das Zwei-Minuten-Statusaufgaben-Freigabe-Flag gesetzt.
Ein Flussdiagramm einer Fehleinschaltungs-Korrekturaufgabe ist in 43 dargestellt. Die Fehleinschaltungs-Korrekturaufgabe versucht Fehleinschaltungen des Sensors zu korrigieren, indem der für die Bewegungsdetektion erforderliche Schwellwert erhöht wird. Zu Beginn wird ein Fehleinschaltungszähler implementiert (4301). Dann ermittelt der Sensor, welche Technologie dann die Fehleinschaltung dominierte (4302). Ein neuer adaptiver Lernkoeffizient wird berechnet und die geeignete Schwellwertverschiebung eingestellt 4303, 4304.
Ein Flussdiagramm einer Fehlausschaltungs-Korrekturaufgabe ist in 44 dargestellt. Die Fehlausschaltungs-Korrekturaufgabe versucht Fehlausschaltungen des Sensors zu korrigieren, indem der für die Bewegungsdetektion erforderliche Schwellwert abgesenkt wird. Ein neuer adaptiver Lernkoeffizient wird berechnet und die geeignete Schwellwertverschiebung eingestellt.
Ein Flussdiagramm der Anwesenheitssensor-Interruptsoftwareroutine ist in 45 dargestellt. Bei einem Interrupt werden die Inhalte des 8-Bit W Akkumulatorregisters und Statusregisters in Microcontroller 229 gespeichert (4501). Das Zeitgeber/Zähler-Peripherieelement, das den Interrupt erzeugte wird zurückgesetzt und das Interrupt-Flag des Microcontrollers wird gelöscht (4501). Die Sensoraufgabe wird ausgeführt, wenn sie freigegebenen ist (4502). Die verschiedenen Anwesenheitssensorzähler werden aktualisiert (4503). Die Zeitgeberverzögerung des Sensors wird zum Minimieren des Energieverbrauchs angepasst (4504). Die Multiplexer-(MUX)-Aufgabe wird, wenn sie freigegeben ist ausgeführt (4505). Der Abtastpunkt des Ultraschallsensors wird angepasst (4506). Anschließend wird die LED-Aufgabe ausgeführt, wenn sie freigegeben ist (4507). Die Relaisunterdrückungsaufgabe wird ausgeführt, wenn sie freigegeben ist (5408). Die Sekunden- und Minuten-Aufgaben werden dann ausgeführt, wenn sie freigegeben sind (4509, 4510). Wenn die Abfrageaufgabe freigegeben ist, wird sie ausgeführt (4511). Die EEPROM-Aufgabe des Sensors wird anschließend ausgeführt (4512). Zum Schluss wird der Überwachungszeitgeber (WDT) gelöscht und das W-Register und die Statusregisterinhalte werden zurückgespeichert (4513).
Somit enthält die in 45 dargestellte Interruptroutine die nachstehenden Hauptsoftwareaufgaben, die im Detail in den angegebenen Figuren beschrieben werden: Sensoraufgabe (46 bis 54); Zähleraktualisierungsaufgabe (55); Zeitgebereinstellungsaufgabe zum Minimieren des Energieverbrauchs (56); MUX-Aufgabe (57); Ultraschallabtastpunkt-Anpassungsaufgabe (58); LED-Aufgabe (61); Relaisunterdrückungsaufgabe (63); Sekunden-Aufgabe (64); Minuten-Aufgabe (66); Abfrageaufgabe (68); und EEPROM-Aufgabe (69). Jede von diesen Interruptroutinen-Softwareaufgaben wird nachstehend im Detail beschrieben.
Die Sensoraufgabe gibt Daten von jedem der verschiedenen Sensortechnologien ein und verarbeitet diese. Ein Flussdiagramm der Sensoraufgabe ist in 46 dargestellt. Zuerst wird die Ultraschall-Aufgabe ausgeführt (4601, im Detail in 47 dargestellt). Anschließend wird die PIR-Aufgabe ausführt, wenn der richtige Zeitpunkt für deren Ausführungsform (4602, im Detail in 48 dargestellt) vorliegt. Wenn das Dual-Technologiemodus-Flag gemäß dem Zustand eines Benutzerschalters 307 (3) gesetzt ist (4603), wird die Dual-Technologie-HOCHZUVERLÄSSIGKEITS-Aufgabe (4604, im Detail in 52 dargestellt) ausgeführt. Ansonsten wird die Dual-Technologie-HOCHEMPFINDLICHKEITS-Aufgabe (4605, im Detail in 53 dargestellt) ausgeführt. Zum Schluss wird, wenn das Dual-Technologie-Erfassungs-Flag gesetzt ist (4606), die Aufgabe zur Ermittlung der Durchschnittszeit zwischen Bewegungen (4607, im Detail in 57 dargestellt) ausgeführt.
Die Ultraschall-Aufgabe gibt Daten aus dem Ultraschallsensor ein und verarbeitet diese Daten unter Verwendung eines Ultraschall-DSP-Algorithmus. Ein exemplarischer Ultraschall-DSP-Algorithmus ist schematisch in 47 dargestellt. Obwohl der Ultraschall-DSP-Algorithmus Form von Hardwarekomponenten in 47 dargestellt ist, ist der Algorithmus tatsächlich als Software ausgeführt. Gemäß 47 werden zuerst die Ultraschalldaten unter Verwendung einer Abtastfrequenz f_s von angenähert 1000 Hz abgetastet. Die Ultraschalldaten werden zu Beginn durch ein digitales Hochpassfilter 4701 niedriger Ordnung hindurchgeführt. Dann werden die digitalen Ultraschalldaten durch ein digitales Bandpassfilter 4702 niedriger Ordnung hindurchgeführt. Anschließend wird der Absolutwert des Ultraschalldatensignals berechnet (4703) und durch eine Stufe mit variabler Verstärkung (4704) hindurchgeführt. Die Verstärkung der Stufe 4704 wird aus der Einstellung des benutzerspezifizierten Ultraschall-Empfindlichkeits-Potentiometer 316 (3) abgeleitet. Das Ausgangssignal der Stufe 4704 mit variabler Verstärkung wird dann mit dem Faktor 64 dezimiert (f_s = ca. 16 Hz) 4705 und dann durch ein digitales Tiefpassfilter niedriger Ordnung 4706 hindurchgeführt. Das Tiefpassfilter 4706 weist eine Grenzfrequenz von angenähert 2,5 Hz auf. Das Ausgangssignal des Tiefpassfilters 4706 wird mit einem variablen Faktor, 4707, abhängig von dem Vorhandensein einer starken Luftströmung multipliziert. Wenn der Optionsschalter für eine starke Luftströmung 311 (3) auf EIN steht, was das Vorhandensein einer starken Luftströmung anzeigt, wird das Signal mit einem Faktor von 1,0 multipliziert. Ansonsten wird das Signal mit einem Faktor von 0,75 multipliziert. Ein fest eingestellter Verschiebungswert 4408 wird dem Ergebnis hinzuaddiert, das dann in dem negativen (–) Eingang eines begrenzenden asymmetrischen Rampendetektors 4709 eingeführt wird. Der positive (+) Eingang des Rampendetektors 4709 ist mit dem Ausgang der Stufe 4704 mit variabler Verstärkung verbunden. Sobald das positive Eingangssignal des Rampendetektors 4709 größer als das negative Eingangssignal ist, nimmt das Ausgangssignal des Rampendetektors 4709 um 512 zu. Umgekehrt nimmt, sobald das negative Eingangssignal des Rampendetektors 4709 größer als das positive Eingangssignal ist, das Ausgangssignal des Rampendetektors 4709 um 128 zu. Das Ausgangssignal des Ultraschall-DSP-Blockes wird durch einen digitalen Pulsstrecker geführt, um die Zeitdauer der Spitzen in dem Ultraschallsignal zu verlängern. Diese Technik vergrößert etwas die Wahrscheinlichkeit einer Detektion von Vorgängen mit kurzer Zeitdauer, indem die Ultraschallsignalspitzen in der Zeit gestreckt werden, bis der Infrarotsensor auf dem entsprechenden Vorgang reagiert, und wird im Detail nachstehend und unter Bezugnahme auf die 49, 50 und 51 beschrieben. Nach der Impulsstreckung wird das Ausgangssignal des Rampendetektors 4609 dem Sensorzusammenfassungsdetektions-Anwesenheitsalgorithmus zugeführt, wie es detaillierter in dem Flussdiagramm von 52 und 53 dargestellt wird. Zum Schluss wird das Ausgangssignal des Rampendetektors 4709 mit einem benutzerspezifizierten Ultraschallsensor-Aktivierungsschwellwert (4711) verglichen (4710). Wenn das Signal über dem Schwellwert liegt werden die Ultraschallbewegungsanzeigeelemente aktiviert.
Die PIR-Aufgabe gibt Daten aus dem Infrarotsensor ein und verarbeitet diese Daten unter Verwendung eines Passiv-Infrarot-DSP-Algorithmus. Ein exemplarischer PIR-DSP-Algorithmus ist schematisch in 48 dargestellt. Obwohl der PIR-DSP-Algorithmus in 48 in Form von Hardwarekomponenten dargestellt ist, ist der Algorithmus tatsächlich in Software ausgeführt. Gemäß 48 werden die PIR-Daten unter Verwendung einer Abtastfrequenz f_s von angenähert 32 Hz abgetastet. Die PIR-Daten werden zu Beginn durch ein digitales Hochpassfilter 4801 niedriger Ordnung geführt. Dann werden die digitalen PIR-Daten werden durch ein digitales Tiefpassfilter 4802 niedriger Ordnung geführt. Anschließend wird das PIR-Differenzsignal berechnet, indem das Ausgangssignal des PIR-Tiefpassfilters 4802 von dem Ausgangssignal des PIR-Hochpassfil 4801 subtrahiert wird. Anschließend wird der Absolutwert des PIR-Differenzsignals berechnet 4803. Der Absolutwert des PIR-Differenzsignals wird dann in einer ähnlichen Weise, wie der mit dem Ultraschallsignal ausgeführten gestreckt und dem Multi-Technologiesensor-Zusammenfassungsdetektor zugeführt (52 und 53), um eine Anwesenheit zu ermitteln. Zum Schluss wird der Absolutwert des PIR-Differenzsignals mit einem benutzerspezifizierten PIR-Aktivierungsschwellwert (4805) verglichen (4804). Wenn das Signal über dem Schwellwert liegt, werden die Infrarotbewegungsanzeigeelemente aktiviert.
Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 47 und 48 erwähnt, wird eine Impulsstreckung sowohl in den Ultraschall-, als auch PIR-, DSP-Algorithmen angewendet. Dieses ist erwünscht, weil gültige Anwesenheitssignale aus mehreren Technologie nahezu jedoch nicht genau gleichzeitig auftreten können. Beispielsweise sind Ultraschallbewegungsdetektoren bevorzugt auf eine Bewegung entlang der Richtung des Sensors empfindlich, während Infrarotsensoren über einer Bewegung senkrecht zu der Richtung des Sensors empfindlich sind. Unter normalen Umständen können die Bewegungen eines Insassen des kontrollierten Raums, abhängig von den Richtungen zu dem und senkrecht zu dem Sensor variieren, was dazu führt, das die Anwesenheitsschätzsignale Spitzen zu unterschiedlichen Zeitpunkten haben.
Die Notwendigkeit für eine Impulsstreckung ist in 49 dargestellt. Ohne Impulsstreckung treten die Bewegungssignale aus der Detektionstechnologie 1 und 2 zu verschiedenen Zeitpunkten auf und fallen im Allgemeinen zeitlich nicht zusammen. In diesem Falle zeigt ein Gesamt-Anwesenheitsschätwert eine Anwesenheit oder Beinahe-Übereinstimmung der Signale aus den individuellen Detektionstechnologien an. Das Ergebnis der Streckung dieser Signale ist in 50 dargestellt. In diesem Falle bringt die Streckung des Signals 1 (5001) dieses in eine zeitliche Übereinstimmung (5005) mit dem Signal 2 in dem ersten Falle und die Streckung des Signals 2 (5002) bringt dieses in zeitliche Übereinstimmung (5006) mit dem Signal 1 in dem nachstehenden Falle. Nun überlappen sich die Signale und ein Gesamt-Anwesenheitsschätzwert zeigt eine Anwesenheit an.
Eine Impulsstreckung gemäß Darstellung in 15 erfordert im Allgemeinen einen ausreichend großen Ringpuffer, um eine Anzahl von Abtastwerten gleich einer Dauer der Streckungszeit dividiert durch die Abtastrate zu steigern. Sie erfordert auch einen Suchalgorithmus, um den Maximalwert innerhalb des Puffers zu bilden, welcher der aktuelle gestreckte Signalwert wird. Eine alternative Implementation besteht in der Erkennung des lokalen Maximums eines Signals und nur einer Streckung des Maximalwertes. Diese Implementation erfordert geringere Rechenressourcen und die Speicherung von nur zwei Werten, den Signalmaximalwert, und dessen Streckungsendzeitpunkt. Das Ergebnis dieser Impulsstreckungsimplementation ist in 51 dargestellt.
Die HOCHZUVERLÄSSIGKEITS-Aufgabe implementiert den HOCHZUVERLÄSSIGKEITS-Anwesenheitsdetektionsmodus des Sensors. Ein Flussdiagramm der HOCHZUVERLÄSSIGKEITS-Aufgabe des Sensors ist in 52 dargestellt. Wenn ein von dem Anwesenheitssensor abgedeckter Bereich derzeit nicht belegt ist (5201) wird ein Gesamt-Anwesenheitsschätzwert unter Verwendung einer arithmetischen Summenformel berechnet (5202). Wenn der resultierende Wert über den vorbestimmten Gesamt-Aktivierungsschwellwert liegt (5203) werden die elektrische(n) Last(en) des Sensors eingeschaltet und das Dual-Technologiesensor-Flag gesetzt (5204).
Wenn der von dem Anwesenheitssensor abgedeckte Bereich derzeit belegt ist, wird ein Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal unter Verwendung einer arithmetischen Summenformel berechnet (5205). Wenn der sich ergebende Gesamt-Anwesenheitsschätzwert über den vorbestimmten Gesamt-Halteschwellwert liegt (5206), wird der Relaisabwärtszählerzeitgeber des Sensors zurückgesetzt, und das Dual-Technologiesensor-Flag gesetzt (5207).
Die HOCHEMPFINDLICHKEITS-Aufgabe implementiert den HOCHEMPFINDLICHKEITS-Anwesenheitsdetektionsmodus des Sensors. Ein Flussdiagramm der HOCHEMPFINDLICHKEITS-Aufgabe des Sensors ist in 53 dargestellt. Zu Beginn wird ein Gesamt-Anwesenheitsschätzwert unter Verwendung einer arithmetischen Summenformel berechnet (5302). Wenn der resultierende Wert über den vorbestimmten Gesamt-Halteschwellwert liegt (5303) prüft der Sensor, ob der abgedeckte Bereich momentan belegt ist. Wenn der von dem Anwesenheitssensor abgedeckte Bereich momentan nicht belegt ist, werden die elektrische(n) Last(en) des Sensors eingeschaltet und das Dual-Technologiesensor-Flag gesetzt (5304). Wenn der von dem Anwesenheitssensor abgedeckte Bereich momentan belegt ist, wird der Relaisabwärtszählerzeitgeber des Sensors zurückgesetzt, und das Dual-Technologiesensor-Flag gesetzt (5305).
Die Aufgabe für die Ermittlung der Durchschnittszeit zwischen Bewegungen ermittelt die durchschnittliche Zeit zwischen Bewegungen. Ein Flussdiagramm der Aufgabe für die Ermittlung der Durchschnittszeit zwischen Bewegungen der vorliegenden Erfindung ist in 54 dargestellt. Wenn der Zeitpunkt für den Ablauf dieser Aufgabe vorliegt (5401) wird der vorherige Schätzwert für die durchschnittliche Zeit zwischen Bewegungen aktualisiert und gespeichert (5702). Diese Information wird als ein Unterprogrammaufruf für die verschiedenen adaptiven Sensoralgorithmen verwendet.
Die Zähleraktualisierungsaufgabe aktualisiert den primären 3-Bytes Interruptzähler, der in dem Anwesenheitssensor verwendet wird. Ein Flussdiagramm der Zähleraktualisierungsaufgabe der vorliegenden Erfindung ist in 55 dargestellt. Das niedrige Byte des Zählers wird zuerst inkrementiert (5501). Wenn es Null ist (5502) wird das mittlere Zähler-Byte inkrementiert (5503). Wenn es Null ist (5504), wird das hohe Byte des Zählers inkrementiert (5505). Wenn das hohe Byte Null ist (5506) wird ein Zählerüberlauf-Flag gesetzt (5507).
Die Aufgabe der Zeitgebereinstellung zur Minimierung des Energieverbrauchs implementiert den Einschaltzeitgebereinstellungsalgorithmus. Ein Flussdiagramm der Aufgabe für die Zeitgebereinstellung für die Minimierung des Energieverbrauchs ist in 56 dargestellt. Der Einstellungszeitgeber arbeitet so, das er den Zeitablauf auf einer fortlaufenden Basis reduziert. Der Betrag der Reduzierung hängt von dem aktuellen Wert des Zeitverzögerungs-Potentiometers 319 (3) ab. In der dargestellten Ausführungsform erfolgte der Betrag der Zeitgeberreduzierung gemäß den nachstehenden Formeln:
Wenn Zeitablauf ≥ 60 Minuten, Reduzieren um 30 Minuten/4,66 Stunden,
wenn Zeitablauf ≥ 30 Minuten, Reduzieren um 5 Minuten/4,66 Stunden,
wenn Zeitablauf ≥ 15 Minuten, Reduzieren um 1 Minute/4,66 Stunden,
wenn Zeitablauf ≥ 10 Minuten, Reduzieren um 30 Sekunden/4,66 Stunden.
Ansonsten Zeitgeberreduzierung, um 2 Sekunden/4,66 Stunden.
Zu Beginn wird der Zeitgeberverzögerungs-Einstellwert reduziert (5601). Der Zeitgeberverzögerungs-Einstellwert wird dann auf Null begrenzt (5602).
Die MUX-Aufgabe liest den Status der verschiedenen vom Benutzer gewählten Modusoptionsschalter (vorstehend im Detail unter Bezugnahme auf 3 diskutiert) ein und speichert die Ergebnisse in den verschiedenen Sensorvariablen und Flags. Ein Flussdiagramm der MUX-Aufgabe ist in 56 dargestellt. Die MUX-Aufgabe setzt zu Beginn die A- und B-MUX-Steuerung, um den MUX 304 (3) zu veranlassen, die Ultraschall-Empfindlichkeits-Potentiometereinstellung und die ASA-Schaltereinstellung (MUX = 00) einzulesen. Bei dem nächsten Durchlauf liest der MUX 304 die PIR-Empfindlichkeits-Potentiometereinstellung und die ATA-Schaltereinstellung (MUX = 01) ein. Bei dem nächsten Durchlauf liest der MUX 304 die Zeitgeber-Potentiometereinstellung und die GSB-Schaltereinstellung (MUX = 10) ein. Schließlich liest der MUX 304 im vierten Durchlauf die Photozellen-Potentiometereinstellung und die Schaltereinstellung für die starke Luftströmung (MUX = 11) ein. Diese Folge der vier MUX-Zustände wird dann sequentiell auf periodischer Basis wiederholt.
Die Ultraschallabtastpunkt-Anpassungsaufgabe passt den Ultraschallabtastungspunkt an, um den Verlust an Bewegungsinformation aufgrund einer analogen Eingangsempfänger-Signalsättigung des Ultraschallsignals zu verhindern. Ein Flussdiagramm der Ultraschallabtastpunkt-Anpassungsaufgabe ist in 58 dargestellt. Der Abtastpunkt-Einstellalgorithmus stellt den Abtastpunkt ein, um einen Empfangsträger-Amplitudenpegel an dem Abtastpunkt zu erhalten, der so nahe wie möglich an einem Nulldurchgang (VREF-Spannung) liegt. Der Abtastpunkt wird durch Veränderung des Zeitwertes eingestellt, der den Abtastpunkt innerhalb der Trägerperiode festlegt.
Wenn der Sensor zu Beginn eingeschaltet wird, wird der Abtastpunkt auf einem Vorgabeinitialisierungswert eingestellt, welcher für den Sensor in einer Normalsituation korrekt ist. Der Wert des Empfangsträgerabtastpunktes wird getestet (5801), und wenn herausgefunden wird, dass er innerhalb eines Fensters, um den Nulldurchgang liegt (5802) wird keine Veränderung an dem Abtastpunkt vorgenommen. Wenn herausgefunden wird, dass der Empfangsträgerabtastpunkt außerhalb des gewünschten Fensters liegt (5802) wird der Abtastpunkt in diskreten Schritten verschoben (5803), bis der Empfangsträgerabtastpunkt innerhalb des Fensters liegt (5804). Der Abtastpunkt wird ferner so gewechselt, dass der Wert gesucht wird, der dem Nulldurchgang am nächsten liegt (5805). Dieses wird der Synchrondemodulator-Abtastpunkt.
Wenn es nicht möglich ist, einen Abtastpunkt zu finden, der zu einem Trägerwert innerhalb des Fensters führt (5806), wird die zulässige Fenstergröße vergrößert (5807), und die Abtastpunktsuche noch einmal durchgeführt. Dieser Prozess wird wiederholt, bis das Fenster bis zu dem Punkt der Empfängervorverstärkersättigung vergrößert wurde. In dem Falle, dass der Sensor so nahe an einer reflektierenden Wand installiert ist, dass man keinen Abtastpunkt finden kann, der nicht den Empfängervorverstärker sättigt, ist die Abtastpunktsuche fehlgeschlagen und der Sensor berichtet dieses über das Statusberichtsmerkmal. Alternativ kann der Sensor den Sendeausgangspegel des Trägers anpassen.
Insbesondere kann, wenn ein Ultraschallsensor innerhalb eines kleinen Raums installiert wird, Hallenergie von nahen Wänden eine Sättigung des Sensorempfangsvorverstärkers bewirken. Diese Sättigung kann weit über der Fähigkeit des Abtastpunktsuchalgorithmus von 58, einen zufriedenstellenden Abtastpunkt innerhalb der Auflösung der Abtastpunktzeitgebereinstellung zu finden, liegen. Die korrekte Antwort auf diese Situation ist die Verringerung der Sendeleistung, da der kleine Raum entsprechend abgedeckt wird. In einer weiteren Situation kann ein Ultraschallsensor in einem großen Raum installiert sein, jedoch zu nahe an einer akustisch reflektierenden Oberfläche, was zu einer Empfängervorverstärkersättigung, weit über der Fähigkeit des Abtastpunktsuchalgorithmus, einen zufriedenstellenden Abtastpunkt zu finden, liegt. Die korrekte Antwort in dieser Situation ist die Verringerung der Senderleistung sofern nicht dieses den Sensor dazu veranlasst eine unzureichende akustische Energie zu emittieren, um den Raum sicher zu überwachen. Wenn dieses der Fall ist, ist der Sensor nicht in der Lage, einen ausreichenden Ansteuerpegel zu erzielen, der sowohl eine Vorverstärkersättigung vermeidet, als auch effektiv den Raum überwacht, so dass der Sensor seine Unfähigkeit, in zufriedenstellender Weise zu funktionieren, durch den Bericht einer Fehlfunktion signali siert. Dieses weist das Servicepersonal darauf hin, die Sensorinstallation zu überprüfen, und diesen von dem akustischen Reflektor zu entfernen, der dessen Sättigungsproblem bewirkt. Dieser Prozess ist detailliert in 59 dargestellt.
Der Empfangsträgerabtastpunkt wird periodisch während des Sensorbetriebs neu getestet. In dem Falle, dass erkannt wird, dass sich der Abtastpunkt außerhalb des Fensters befindet, und herausgefunden wird, dass er ständig außerhalb des Fensters liegt, was eine Veränderung in der Sensorbefestigung anzeigt, wird die Abtastpunktsuche neu initialisiert. Die Suche führt zu einem neuen Abtastpunkt.
60 stellt die Situation einer Wellenformsättigung dar. Die Zeit ist auf der horizontalen Achse dargestellt und die Wellenform an dem Vorverstärkerausgang ist als eine Funktion der Zeit dargestellt. Der Punkt 6001 auf der Wellenform zeigt das Vorverstärkerausgangsignal bei einer Spannung unterhalb des positiven Sättigungsgrenzwertes. Der Punkt 6002 ist das Vorverstärkerausgangssignal in Sättigung, in welcher es den idealen Wellenformwert des Punktes 6003 nicht erreichen kann. Der Punkt 6004 ist der ideale Abtastpunkt bei dem Nulldurchgang des Vorverstärkersignals. Der bei 6005 und 6006 begrenzte Bereich ist ein Spannungsfester, um den Nullpunkt, innerhalb welchem der Abtastpunkt idealerweise liegen sollte, um die Vorverstärkersättigungseigenschaft zu vermeiden. Der durch 6007 und 6008 begrenzte Bereich ist das entsprechende Zeitfenster, innerhalb welchem der Abtastpunkt liegen muss, um einen Abtastpunktspannung innerhalb des Bereichs 6005 zu erhalten.
Die LED-Aufgabe bestimmt den LED-Blinkmodus und lässt dann die verschiedenen LEDs in der entsprechenden Weise blinken. Ein Flussdiagramm der LED-Aufgabe ist in 61 darge stellt. In der exemplarischen Ausführungsform gibt es vier unterschiedliche LED-Blinkmodi: einen Einmal-Blinkmodus, einen Dauer-Blinkmodus, einen Status-Blinkmodus und einen Null-Blinkmodus. Der LED-Einmal-Blinkmodus schaltet die LED nur einmal ein und aus. Der LED-Dauer-Blinkmodus lässt das LED kontinuierlich Ein/Aus-Blinken. Der LED-Status-Blinkmodus lässt den aktuellen Status des Sensors durch Blinken erkennen und wird detaillierter unter Bezugnahme auf die 62A beschrieben. Der LED-Null-Blinkmodus kann zum Testen verwendet werden.
Die LED-Statusaufgabe führt den Gesamtbetrieb der LEDs aus, um den Status der verschiedenen Sensorregister und den Gesamtstatus auszugeben. Ein Flussdiagramm der LED-Statusaufgabe eines Beispiels der vorliegenden Erfindung ist in 62A dargestellt.
Jeder Statusregisterwert und der Gesamtstatus des Sensors wird in eine Folge von Morse-Code Punkten und Strichen oder eines anderen Codierungsschemas umgewandelt. Die LED-Statusroutine verfolgt die verschiedenen Punkt- und Strichzeichen und stellt sicher, dass die gesamte Statusinformation gesendet wird. Ein exemplarischer Statusbericht ist in 62B dargestellt. Der Statusbericht nimmt die Form einer Reihe kurzer und langer LED-Blitze an, die in der vorliegenden Ausführungsform ein Morse-Code sind. Dem Bericht geht ein Vorspann (6201) voraus, dem dann ein oder mehrere Datenfelder folgen. Beispielsweise kann nach dem Vorspann der Gesamtstatus (6202) des Sensors berichtet werden. Der Gesamtstatus kann beispielsweise normal, windgestört (für eine windgestörte Installation), fehlerhaft oder irgendein beliebiger anderer Status sein, der nützlich ist). In dem Beispiel in 62B folgt dem allgemeinen Status die Verzögerungszeitge bereinstellung in Minuten (6203) und die Ultraschallempfindlichkeitseinstellung (6204). Somit ist in dem gegebenen Beispiel der Status des Sensors normal ("S"), der Verzögerungszeitgeber auf 16 Minuten eingestellt, die Ultraschallempfindlichkeitseinstellung = 10 und die PIR-Empfindlichkeit auf 8 eingestellt. Weitere Typen von Information können ebenfalls angezeigt werden, einschließlich beispielsweise der PIR-Empfindlichkeitseinstellung und Mikrowellenempfindlichkeitseinstellung.
Wie es nachstehend im Detail beschrieben wird, kann der Status periodisch ohne Benutzereingriff berichtet werden oder er kann als Antwort auf eine Benutzerabfrage berichtet werden. In dem ersteren Falle kann ein abgekürzter Statusbericht gegeben werden (beispielsweise nur der Gesamtsensorstatus), während ein vollständigerer Statusbericht als Antwort auf eine Benutzerabfrage gegeben werden kann. 61 und 62A und B stellen verschiedene Möglichkeiten dar, um die LEDs zum Liefern von Statusinformation bezüglich des Sensors zu verwenden.
Die Sensorrelaisunterdrückungsaufgabe sperrt das Sensorrelais für eine vorbestimmte Zeitdauer. Ein Flussdiagramm der Relaisunterdrückungsaufgabe ist in 63 dargestellt. Diese Routine wird dazu verwendet, eine Fehlauslösung durch große Spannungsspitzen aus dem Sensorrelais zu verhindern. Sobald die vorbestimmte Unterdrückungszeit des Relais abgelaufen ist (6301) wird das Relais-Aufgabe-Freigabe-Flag gesetzt (6302) und das Freigaberelais führt die Relaisunterdrückungsaufgabe-Sperr-Flag gelöscht (6303).
Die Sekunden-Aufgabe des Sensors wird einmal pro Sekunde ausgeführt. Ein Flussdiagramm der Sekunden-Aufgabe des Sensors ist in 64 dargestellt. Diese Aufgabe inkrementiert zu Beginn den Sekundenzähler (6401). Wenn das Relais momentan eingeschaltet ist (6402) wird die Relais-Aufgabe ausgeführt (6403). Wenn irgendeine benutzerspezifizierte Modusoption geändert worden ist (6404) werden die verschiedenen automatischen Empfindlichkeitseinstellungs-(ASA)-Variablen zurückgesetzt (6405). Schließlich wird, wenn die elektrische(n) Last(en) des Sensors eingeschaltet werden (6406) der Zähler für die eingeschaltete Last inkrementiert (6407). Wenn die elektrische(n) Last(en) des Sensors ausgeschaltet sind, wird der Zähler für ausgeschaltete Last inkrementiert (6408).
Die Relais-Aufgabe dekrementiert den Relaiszähler des Sensors. Ein Flussdiagramm der Relais-Aufgabe ist in 65 dargestellt.
Nach dem Dekrementieren des Relaiszählers des Sensors (6501) schaltet die Relais-Aufgabe das Sensorrelais ab, wenn der Relaiszähler Null erreicht hat (6302). Wenn der Relaiszähler nicht Null erreicht hat, wird die Relaisunterdrückungsaufgabe beendet. Wenn die ASA-Aufgabe freigegeben ist (6503), und das Licht etwa dieselbe Zeit eingeschaltet war, wie die Zeitgeberverzögerungseinstellung des Sensors (6504) werden die Ultraschall- und PIR-Empfindlichkeiten reduziert und die Fehleinschaltungs-Korrekturaufgabe freigegeben (6505).
Die Minuten-Aufgabe des Sensors wird einmal pro Minute ausgeführt. Ein Flussdiagramm ist in 66 dargestellt. Diese Ausgabe inkrementiert zu Beginn den Minutenzähler (6601). Wenn der Zeitpunkt für die Ausführung der Zwei-Minuten-Statusaufgabe vorliegt (6602), wird das Zwei-Minuten-Status-Aufgabenfreigabe-Flag gesetzt (6603). Zum Schluss wird die Aufgabe zum Initialisieren der I/O-Anschlussdatenrichtungsregister ausgeführt (6604).
Die Aufgabe der Initialisierung der I/O-Port-Datenrichtungsregister setzt periodisch die I/O-Anschlüsse in dem digitalen Microcontroller 229 (2) zurück. Ein Flussdiagramm der Aufgabe der Initialisierung der I/O-Port-Datenrichtungsregister ist in 67 dargestellt. Die Port A (6701), Port B (6702) und Port C (6703) Datenrichtungsregister werden periodisch zurückgesetzt, um einen korrekten Betrieb sicherzustellen.
Die Sensorabfrage-Aufgabe wird dazu verwendet, um den Sensor in einen speziellen Betriebsmodus (zum Beispiel einen Statusberichtsmodus) unter Verwendung der Bewegungserfassungsfähigkeiten des Sensors und ohne die Notwendigkeit einen Modusauswahlschalter hinzuzufügen, zu versetzen. In der exemplarischen Ausführungsform wird der spezielle Modus durch die Detektion fünf aufeinanderfolgender Handbewegungen durch den Benutzer aufgerufen. Ein Flussdiagramm der Abfrageaufgabe der vorliegenden Erfindung ist in 68 dargestellt. Diese Aufgabe ist als eine Maschine mit 18 Zuständen implementiert. Der Zustandszähler (NGATEstate) wird mit einer Rate überwacht, die davon bestimmt ist, wann der Abfragezähler STATcnt Null erreicht (6801). Sobald der Statuszähler einen Wert von 18 erreicht wurde die Abfrage erfolgreich ausgeführt (6802), so dass das die Anzeige des Sensorstatus erlaubende Bit gesetzt wird, und der Statuszähler auf Null gesetzt wird (6803). Wenn der Statuszähler kleiner als 18 ist, wird der Status USSense dazu verwendet, den Statuszähler zu modifizieren. Das zweistellige Bit des Statuszählers wird mit dem USSense-Bit exklusiv-oder-verknüpft (6804), um zu ermitteln, ob der Statuszähler auf den nächsten geradzahligen Zustand inkrementiert werden sollte. Wenn das USSense-Bit den gewünschten Wert enthält, wird der Zustand zweimal inkremen tiert, und STATcnt wird gleich FF gesetzt (6805). Wenn das USSense-Bit nicht den gewünschten Wert enthält, wird der Zustand ermittelt (6806). Wenn NGATEstate geradzahlig ist, wird er einmal inkrementiert, und STATcnt wird gleich FF gesetzt (6807). Diese Verzweigung des Programmflusses erzeugt alle ungeradzahligen Zustände. Wenn NGATEstate ungeradzahlig ist, wird NGATEstate auf Null gesetzt (6808). Durch dieses Verfahren kann der Sensor von dem normalen Modus auf den Statusmodus unter Verwendung der Bewegungsdetektionsfunktionen des Sensors und ohne die Notwendigkeit der Hinzufügung eines Statusmodus-Auswahlschalters umgeschaltet werden.
Die Sensor-EEPROM-Aufgabe liest und schreibt Daten in das EEPROM des Sensors. Ein Flussdiagramm der EEPROM-Aufgabe ist in 69 dargestellt. Wenn das EEPROM nicht in Betrieb (6901), und die EEPROM Schreibaufgabe geplant ist (6902), schreibt die EEPROM-Aufgabe die verschiedenen Sensorvariablen in das EEPROM des Sensors (6903) und löscht dann das EEPROM-Schreibaufgaben-Flag. Wenn das EEPROM nicht in Betrieb ist (6901), wird keine EEPROM Schreibaufgabe geplant (6902) und wenn eine EEPROM-Leseaufgabe geplant ist (6904), liest die EEPROM-Aufgabe die verschiedenen Sensorvariablen aus dem EEPROM des Sensors aus und löscht dann das EEPROM-Leseaufgaben-Flag (6905).
Obwohl die vorstehende Beschreibung viele spezifische Elemente enthält, sollten diese nicht als Einschränkungen, sondern lediglich als Bereitstellung von Beispielen von einigen der momentan bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung angesehen werden. Beispielsweise könnte der Sensor eine oder mehrere Untersätze von verschiedenen der vorstehend beschriebenen Detektionstechnologien verwenden. Ebenso könnte Sensor einen anderen digitalen Microcontroller, einen anderen Ultraschallwandler oder eine andere Ultraschallwandlerfrequenz als die exemplarische Ausführungsform verwenden. Somit soll der Schutzumfang dieser Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren legalen Äquivalente bestimmt sind und nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispielausführungsformen beschränkt sein.

Claims

Laststeuereinrichtung auf Anwesenheitsbasis, umfassend: eine Vielzahl von Anwesenheitssensoren zur Erzeugung einer entsprechenden Vielzahl von Anwesenheitsschätzsignalen, wobei alle jeweils Bewegung in einem Raum anzeigen, wobei jeder Sensor so eingestellt ist, dass er ein entsprechendes Anwesenheitsschätzsignal erzeugt, ohne einen entsprechenden Schwellwert zur Sensoraktivierung zu nutzen; wobei diese Vielzahl von Anwesenheitssensoren einen Ultraschallsensor mit einem Ultraschallsender (207) und einem dazugehörigen Ultraschallempfänger (102) aufweist, wobei der Ausgang des Ultraschallempfängers (102) ein moduliertes Ultraschall-Empfängersignal (503) mit Doppler-Verschiebung ist, wobei die Steuereinrichtung ferner einen mit dem Nulldurchgang synchronisierten Abtastpunkt-Schaltkreis (702) aufweist mit einem Eingang, welcher zum Empfang eines Abtastpunkt-Kontrollsignals (711) angeschlossen ist, wobei der Ausgang des mit dem Nulldurchgang synchronisierten Abtastpunkt-Schaltkreises (702) so angeordnet ist, dass das modulierte Ultraschall-Empfängersignal (503) mit Doppler-Verschiebung nahe einem Nulldurchgangspunkt abgetastet werden kann, und wobei das abgetastete Signal dazu genutzt wird, das Ultraschall-Anwesenheitsschätzsignal zu erhalten; einen programmierbaren Mikroprozessor (229) zum Berechnen eines Gesamt-Anwesenheitsschätzsignals auf der Basis der entsprechenden Anwesenheitsschätzsignale und ohne Nutzung von Schwellwerten zur Sensoraktivierung, und zum Vergleichen dieses Gesamt-Anwesenheitsschätzsignals mit einem Gesamt-Schwellwert zur Aktivierung; und eine steuerbare Lastaktivierungsvorrichtung (226), welche auf diesen programmierbaren Mikroprozessor (229) anspricht und dazu dient, automatisch eine elektrische Last zu aktivieren, wenn der Mikroprozessor feststellt, dass das Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal größer als der Gesamt-Schwellwert zur Aktivierung ist.
Laststeuereinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei diese steuerbare Lastaktivierungsvorrichtung (226) dazu dient, die elektrische Last weiterhin zu aktivieren, solange der Mikroprozessor (229) feststellt, dass das Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal größer als der Gesamt-Schwellwert zur Aktivierung ist.
Laststeuereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Vielzahl von Anwesenheitsschätzsignalen digital dargestellt wird auf der Basis der Signalpegel, welche durch die Vielzahl von Anwesenheitssensoren detektiert wurden.
Laststeuereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der programmierbare Mikroprozessor (229) dazu dient, das Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal durch Berechnen der arithmetischen Summe aus dieser Vielzahl von Anwesenheitsschätzsignalen zu berechnen.
Laststeuereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der programmierbare Mikroprozessor (229) dazu dient, das Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal durch Berechnen einer gewichteten arithmetischen Summe aus dieser Vielzahl von Anwesenheitsschätzsignalen zu berechnen.
Laststeuereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der programmierbare Mikroprozessor (229) dazu dient, das Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal durch Berechnen einer Yager-Union-Funktion aus dieser Vielzahl von Anwesenheitsschätzsignalen zu berechnen.
Laststeuereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der programmierbare Mikroprozessor (229) dazu dient, das Gesamt-Anwesenheitsschätzsignal durch Auslesen aus einer Tabelle auf der Basis dieser Vielzahl von Anwesenheitsschätzsignalen zu berechnen.
Laststeuereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Gesamt-Schwellwert zur Aktivierung programmierbar ist.
Laststeuereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der programmierbare Mikroprozessor (229) dazu dient, die Empfindlichkeit wenigstens eines aus dieser Vielzahl von Anwesenheitssensoren anpassungsfähig einzustellen.
Laststeuereinrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Empfindlichkeit dieses wenigstens einen aus dieser Vielzahl von Anwesenheitssensoren auf der Basis des Nutzungsverlaufs dieses Raums in der Vergangenheit eingestellt wird.
Laststeuereinrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Empfindlichkeit dieses wenigstens einen aus dieser Vielzahl von Anwesenheitssensoren auf der Basis der Detektion falscher Einschaltvorgänge eingestellt wird.
Laststeuereinrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Empfindlichkeit dieses wenigstens einen aus dieser Vielzahl von Anwesenheitssensoren auf der Basis der Detektion falscher Ausschaltvorgänge eingestellt wird.
Laststeuereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend einen mit diesem Mikroprozessor (229) verbundenen Umgebungssensor zum Abtasten der Umgebungsbedingung des Raums.
Laststeuereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend Mittel zum Speichern des Status dieser Laststeuereinrichtung und Statusberichtmittel zur visuellen Anzeige des Status der Laststeuereinrichtung.
Laststeuereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Ultraschallsender (207) kontinuierliche Ultraschallsignale überträgt.