Журнал о разной технике

Тexнoлoгия мoжeт динaмичeски принимaть рeшeниe o трeвoгe пo oднoму, двум или трeм импульсaм в зaвисимoсти oт иx aнaлизa. Пoтoки вoздуxa мoгут сoздaвaть мнoжeствo нeбoльшиx импульсoв oднoй пoлярнoсти. Крoмe тoгo, тaкoй мeтoд oбрaбoтки сигнaлa пoзвoляeт oбнaружить нaрушитeля, двигaющeгoся нeрaвнoмeрнo, чтo кaрдинaльнo умeньшaeт вeрoятнoсть oбxoдa извeщaтeля. Рaссмoтрим пoдрoбнee микрoпрoцeссoрную oбрaбoтку сигнaлoв нa примeрe тexнoлoгии First Step Processing (oбрaбoткa с пeрвoгo шaгa) oт кoмпaнии Bosch Security Systems. Eсли в тeчeниe oпрeдeлeннoгo врeмeни (oкoлo 5 с) пoслe пeрвoгo импульсa кoличeствo импульсoв нe дoстигaeт этoгo значения, то ждущий мультивибратор сбрасывает счетчик и счет начинается заново. Это значение находится в пределах требований ГОСТ Р 50777-95 по охранным ПИК-извещателям для закрытых помещений. ИК-излучение фокусируется на пироэлементе оптической системой извещателя, представляющей собой линзу Френеля или сегментированное зеркало. Пороговый компаратор сравнивает значение уровня сигнала пироэлемента с пороговым значением и в случае его превышения выдает импульс на счетчик. Рис. Хорошо, а как же тогда быть с ложными срабатываниями от мощных источников инфракрасного излучения, таких как комнатный обогреватель? Из описания этого метода обработки видно, что срабатывание извещателя происходит при пересечении нарушителем расстояния 2-3 м в зоне обнаружения. Это намного быстрее, чем у извещателей, работающих по методу счета импульсов. ТЕМПЕРАТУРНАЯ КОМПЕНСАЦИЯ Это делает извещатели, работающие по методу счета импульсов, очень уязвимыми для подготовленного нарушителя. Например, сделав два шага, нарушитель может остановиться, чтобы дождаться сброса счетчика импульсов, а затем продолжить движение. First Step Processing анализирует каждый импульс и на основе этого анализа принимает решение о тревоге. Многие извещатели в своей памяти имеют наборы шаблонов сигналов от различных источников ИК-излучения (нарушитель, животные, обогреватель, кондиционер и т.п.), с которыми сравниваются текущие значения и принимается решение о тревоге. Внутри таких извещателей установлен микропроцессор, который обрабатывает сигнал с пироэлемента по нескольким критериям, таким как амплитуда, полярность, энергия и временные характеристики. Устройства обогрева помещений создают один большой и несколько, следующих за ним, маленьких импульсов, вызванных колебаниями температуры сразу после включения обогревателя. Как известно, чувствительным элементом охранного ПИК-извещателя является пироэлемент, который реагирует на изменение потока ИК-излучения, падающего на его поверхность, изменением амплитуды сигнала на своих контактах. First Step Processing игнорирует такой сигнал, так как значения его амплитуды и полярности не соответствуют критериям срабатывания. Количество таких шаблонов может быть до 5 тыс. First Step Processing игнорирует такой сигнал, так как его временные характеристики не удовлетворяют критериям длительности импульса. Движение нарушителя, поочередно пересекающего положительные и отрицательные элементарные зоны чувствительности, создает на выходе пироэлемента сигнал с поочередно изменяющейся полярностью.
Как уже говорилось ранее, радиоволновые доплеровские извещатели сильно подвержены воздействию помех, связанных с вибрациями, поэтому в настоящее время чаще всего Принцип работы СВЧ-извещателей основан на эффекте Доплера, когда отраженный от движущегося объекта радиосигнал меняет свою частоту (доплеровский сдвиг) в зависимости от направления движения относительно источника радиосигнала.

Тонкие лапы

Р.
ЧЕЛОВЕК
Толстые руки и ноги
Больше волос
АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ В ПИК-ИЗВЕЩАТЕЛЯХ В настоящее время в качестве основных устройств обнаружения движения нарушителей на объектах прочно закрепились ПИК и комбинированные ПИК/СВЧ-извещатели. Если поглубже взглянуть на их функции, то выясняется, что даже температурная компенсация в извещателях бывает разной. Охранные извещатели движения бывают разными с точки зрения принципов обнаружения: ультразвуковые, пассивные инфракрасные (ПИК), доплеровские радиоволновые (СВЧ) и комбинированные — как правило, ПИК/СВЧ. В итоге возникает непонимание, почему одни извещатели стоят дороже других и какие же существенные различия они имеют. В настоящее время на российском рынке представлено огромное количество охранных извещателей движения отечественных и зарубежных производителей. Именно о них я буду вести речь. В мировой практике участники рынка безопасности постепенно ушли от применения ультразвуковых и СВЧ-извещателей в помещениях в силу сложности настройки и недостаточной устойчивости к ложным срабатываниям от таких факторов, как вибрации.

Такой метод позволяет снизить уровень ложных срабатываний, но не улучшает обнаружительную способность извещателя. Как видно на рисунке 12, без адаптивного порога помеха при повышенном уровне шумов привела бы к ложному срабатыванию. Более интересны алгоритмы обработки сигналов, предназначенные для улучшения обнаружительной способности комбинированных извещателей. В настоящее время появляются извещатели с более сложными алгоритмами обработки сигналов с разных чувствительных элементов, позволяющими значительно повысить обнаружительную способность, снизить уровень ложных срабатываний и даже осуществить защиту (иммунитет) от животных. Самонастраивающиеся пороги СВЧ-канала обнаружения предназначены для снижения уровня ложных срабатываний при повышении уровня шумов в зоне обнаружения извещателя. Как правило, современные комбинированные извещатели имеют адаптивные пороги срабатывания. применяются комбинированные ПИК/СВЧ-извещатели. ЗАЩИТА ОТ ЖИВОТНЫ1Х
Человек имеет толстые руки и ноги относительно размеров туловища, а собака имеет относительно тонкие лапы. Как можно увидеть, охранные извещатели движения могут серьезно отличаться друг от друга и иметь разный набор свойств и функций, разную обнаружительную способность и устойчивость к ложным срабатываниям. В современных извещателях движения защита от животных осуществляется с помощью микропроцессорной обработки сигналов. Рассмотрим такой алгоритм на примере технологии TriTech от компании Bosch Security Systems (табл. Порог ПИК-канала обнаружения настраивается микропроцессором таким образом, чтобы выделить эти различия. Такие способы позволяют ПИК-извещателям иметь иммунитет к животным весом до 20 кг. Многие охранные извещатели движения имеют функцию защиты от животных (иммунитет к животным). Человек с ростом более высоким, чем у собаки, перекрывает несколько слоев элементарных зон чувствительности ПИК-канала обнаружения, поэтому извещатель может различить движение человека и животного и по такому параметру. К недостаткам относится снижение обнаружительной способности извещателя. 10. Таким образом, отражаемый от человека СВЧ-сигнал будет иметь отличный от собаки спектр частот и амплитуду сигнала. И те, и другие извещатели имеют право находиться на рынке безопасности. Каждый извещатель имеет свой сегмент и своего потребителя. 1). Недостаток этого способа очевиден — в зоне обнаружения создаются мертвые зоны, наличием которых незамедлительно захочет воспользоваться нарушитель. Эффект Доплера Человек и собака имеют различный волосяной покров и температуру тела, поэтому поток ИК-излучения от них будет разным. Рис. В простейшем случае защита от животных достигается выделением в зоне обнаружения «аллеи для животных» путем изменения диаграммы направленности маскированием некоторых сегментов линзы Френеля.
РОСТ

Рис. 4. Сигнал с пироэлемента при движении нарушителя

Рис. 3. Метод счета импульсов

КОНЕЧНОСТИ

Высокий (выше 1,2 м)
Если же нарушитель захочет обмануть такой извещатель, имитируя его засветку фонариком, то извещатель обнаружит движение нарушителя и засветку. Как мы видим, ведущие производители охранных извещателей стараются своими новейшими разработками нивелировать ошибки в проектировании и установке извещателей. Извещатели с динамической температурной компенсацией сохраняют свою работоспособность при температурах выше +40° C, при этом не реагируя на источники ложных срабатываний, такие как потоки воздуха, насекомые, мелкие животные и т.д. Температурная компенсация Рассмотрим активное подавление белого света на примере технологии Sensor Data Fusion (совместная обработка данных сенсоров) от компании Bosch Security Systems. Коэффициент усиления сигнала здесь уже определяется микропроцессором, анализирующим сигнал с датчика температуры. Метод заключается в использовании дополнительного датчика белого света, представляющего собой фотодиод, расположенный внутри извещателя. В современных ПИК-извещателях для повышения устойчивости к засветке применяют активное подавление белого света. Например, засветка фарами автомобиля вызовет срабатывания в ПИК-каналах обнаружения, но при этом синхронно с сигналами с пироэлементов сработает датчик белого света. Но в этом случае сигналы с пироэлемента и датчика белого света не синхронизированы, поэтому извещатель выдаст сигнал тревоги. При засветке фарами автомобиля или солнечным светом извещатель может выдать сигнал тревоги. Рис. Традиционно проблема решается использованием оптических фильтров пироэлемента и специальных фильтров оптической системы извещателя. При возрастании температуры до температуры тела человека извещатель увеличивает коэффициент усиления сигнала, но при превышении температурой этого значения коэффициент усиления сигнала начинает уменьшаться, таким образом нормализуя амплитуду сигнала. 6.

Низкий (ниже 1,2 м)

СОБАКА
Принцип действия ПИК-извещателя Этот метод хорошо работает при температурах ниже температуры тела человека. Но дальнейшее увеличение коэффициента усиления приводит к тому, что при температурах выше температуры тела человека извещатель имеет слишком большой уровень сигнала. 2. В такой ситуации требуется усиление сигнала с пироэлемента, чтобы извещатель срабатывал при движении нарушителя. В простейшем случае температурная компенсация схемотехнически реализуется включением в цепь усиления терморезистора, регулирующего коэффициент усиления сигнала. Изменение температуры в помещении приводит к уменьшению разности температур фона и тела человека, а следовательно, и к уменьшению сигнала на выходе пироэлемента. Одной из наиболее востребованных функций охранных извещателей движения является температурная компенсация. Рис. Таким образом, производители подобных извещателей, утверждающие в технической документации на извещатель рабочую температуру выше +40° C, мягко говоря, лукавят. Это приводит к значительному повышению уровня ложных срабатываний, что делает извещатель, практически, неработоспособным.

АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ В КОМБИНИРОВАННЫЕ ПИК/СВЧ-ИЗВЕЩАТЕЛЯХ
 

8. Рис. Засветка фарами автомобиля
Рис. Сигнал с пироэлемента при включении обогревателя
Меньше волос
Рис. Засветка нарушителем с помощью фонарика

Рис. Принятие решений в комбинированных извещателях
ВОЛОСЯНОЙ ПОКРОВ
12. 1. Технология TriTech Рис.