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Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen gefhr-
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deter Personen mittels einer elektronischen tiberwachungseinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen gefährdeter Personen mittels
einer elektronischen Überwachungseinrichtung mit einem Sender für die zu überwachende
Person zur Aussendung von Funksignalen, die von einer zentralen Überwachungsstation
empfangen und ausgewertet werden, und bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum
Durchführen des Verfahrens.
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Das Verfahren und die Vorrichtung sollen dem Schutz von besonders
gefährdeten Personen dienen, insbesondere älteren, gebrechlichen bzw. kranken Personen,
aber auch Wachpersonal oder einzeln und allein arbeitenden Personen, deren Wohlbefinden
und Sicherheit mit Hilfe von Funksignalen von einer zentralen Stelle aus überwacht
werden soll.
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Werden übliche Überwachungseinrichtungen mit einem Sender, einem Empfänger
und einem Auswerter für die empfangenen Signale verwendet, so wird ein breiter Bereich
von Sendefrequenzen benötigt, wenn man mit einer solchen Einrichtung eine größere
Anzahl von Personen gleichzeitig überwachen will, da anderenfalls die Gefahr besteht,
daß die von den zu überwachenden Personen gegebenen Signale nicht hinreichend voneinander
unterschieden werden können, so daß Überwachungsfehler eintreten, die zu einer Gefährdung
der zu überwachenden Personen führen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zuverlässig
arbeitende Vorrichtung zum Überwachen gefährdeter Personen zu schaffen, womit es
selbst bei einer Überwachung zahlreicher Personen möglich ist, mit einer minimalen
Anzahl von Frequenzen auszukommen, ohne daß das Überwachungsergebnis in irgendeiner
Weise nachteilig beeinflußt wird.
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Diese Aufgabe findet ihre Lösung gemäß der Erfindung im wesentlichen
dadurch, daß von dem Sender bei Betätigung einer Auslösevorrichtung codierte Funksignale
ausgestrahlt
werden, die in der zentralen Überwachungsstation empfangen
und einem nachgeschalteten Auswerter zugeführt werden, der die Codierung der empfangenen
Signale prüft und im Falle des richtigen Signals ein wahlweise optisches und/oder
akustisches Signal gibt, und daß ein sich von diesem Signal unterscheidendes Warn-
bzw. Alarmsignal gegeben wird, wenn das codierte Funksignal für eine festgelegte
oder einstellbare Zeit ausgeblieben ist.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens ist die zu überwachende Person
mit einem Funksender ausgerüstet, der in einer ersten Ausführungsform codierte Funksignale
sendet, solange ein zu dem Sender gehörender Auslösekontakt betätigt wird. In der
Überwachungszentrale befindet sich ein diesem Sender zugeordneter Empfänger, der
die codierten Funksignale empfängt und an einen nachgeschalteten Auswerter weiterleitet,
in dem die Codierung des empfangenen Signals geprüft und im Falle des richtigen
Signals über einen Schaltteil ein wahlweise optisches und/oder akustisches Signal
gegeben wird. Die Signaleinrichtung ist so gestaltet, daß ein sich deutlich von
den normalerweise ausgelösten Signalgeräten unterscheidendes Anzeigemittel in Funktion
tritt, wenn das codierte Funksignal für eine festgelegte bzw. einstellbare Zeit
ausgeblieben ist und dadurch aufzeigt, daß die Person, die die Funksignale auslösen
soll, dies nicht tut oder eventuell nicht tun kann, so daß ein sofortiges Handeln
seitens der überwachenden Stelle erforderlich ist.
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In einer zweiten Ausführungsform kann der Funksender zusätzlich mit
einer Steuerung versehen sein, die nach
einer sich stetig wiederholenden,
festgelegten oder einstellbaren Zeit eine akustische, optische oder mechanische
Signaleinrichtung im oder am Sender zeitbegrenzt auslöst, um die zu überwachende
Person darauf hinzuweisen, daß der Funksender ausgelöst werden muß, der dann während
einer bestimmten Zeit die schon erwähnten codierten Funksignale sendet und der Uberwachungszentrale
damit die Auslösung durch die zu überwachende Person zu erkennen gibt.
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Der Funkempfänger ist so ausgebildet, daß er selbsttätig auf Warn-
bzw. Alarmsignal schaltet, wenn das Funksignal für zwei unmittelbar aufeinanderfolgende
Zeiteinheiten nicht empfangen worden ist. Eine Zeiteinheit entspricht der zwischen
zwei Auslösungen der akustischen Signaleinrichtung im Sender liegenden Zeit.
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In der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung
ist ein aus bekannten Bauelementen bestehender Sender mit einer eigenen, vorzugsweise
aufladbaren Stronquelle ausgestattet, die ohne Ausbau aus dem Sender über das Stromversorgungsnetz
auf- oder nachgeladen werden kann. Außerdem ist der Sender über ein Kabel mit einem
Auslösekontakt verbunden, durch dessen Betätigung die Auslöseeinheit und damit der
Sender aktiviert wird, der schon bei der geringsten Unterbrechung der Aktivierung
zu senden aufhört, da er nicht über einen Mindestzeitbegrenzer oder dergleichen
verfügt.
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Der Empfänger für die Funksignale in der zentralen Überwachungsstation
ist ebenfalls aus herkömmlichen Bauelementen zusammengesetzt.
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Der dem Empfänger nachgeschaltete Auswerter ist so ausgebildet, daß
er das vom Sender abgestrahlte und vom Empfänger demodulferte NF-Impulssignal identifiziert
und bei richtigem Signal über seine in bekannter Bauart aufgebaute Leistungsstufe
den Relaisausgang für zwei optische und/oder akustische Signalgeräte steuert.
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Eine der Leistungsstufe vorgeschaltete Integrierstufe sorgt dafür,
daß das von dem Signalauswerter kommende Signal aufsummiert wird, wodurch kurzzeitige
Empfangsstörungen überbrückt werden können. Die Uberbrückungszeit ist vorzugsweise
an einem Entladekreis einstellbar.
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Solange am Empfänger das richtige Funksignal ansteht, arbeitet das
eine der beiden Signalgeräte. Fehlen diese Funksignale länger als die mittels der
Integrierstufe eingestellten Zeit, so wird das andere Signalgerät aufgeschaltet.
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Der Aufbau der Sende- und der Empfangseinheit entspricht im übrigen
den Bestimmungen nach VDE Q800 Klasse C, wonach ein beliebiger Defekt eine Störungsmeldung
zur Folge hat.
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In der gegenüber der ersten Ausführungsform abgewandelten zweiten
Ausführungsform befindet sich im Sender, wie oben bereits kurz erwähnt, zusätzlich
eine mit einem Zeitgeber ausgerüstete Steuerung, die nach einer sich stets wiederholenden
bestimmten Zeit ein vorzugsweise akustisches Signalgerät auslöst, welches durch
Betätigung des Auslösekontaktes des Senders abgeschaltet wird oder auch selbstabschaltend
ausgelegt sein kann.
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Der für die zweite Ausführungsform des Senders benötigte Auswerter
entspricht dem Auswerter für die erste Ausführungsform. Lediglich die Integrierstufe
wird mittels eines Entladekreises so eingestellt, daß, wenn das erwartete codierte
Funksignal über zwei Zeiteinheiten des Senders vom Empfänger nicht empfangen worden
ist, die Leistungsstufe von dem einen Signalgerät auf das andere Signalgerät umschaltet.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer in der Zeichnung schematisch dargestellten
Überwachungseinrichtung. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Senders für
die Aussendung von Funksignalen bei Betätigung durch die zu überwachende Person,
Fig. 2 verschiedene Impulsdiagramme zu dem von dem Sender gemäß Fig. 1 abgestrahlten
codierten Funksignal, Fig. 3 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform
des HF-Empfängers der Uberwachungseinrichtung, Fig. 4 ein Blockschaltbild des Auswerters
der Überwachungseinrichtung und Fig. 5 eine Folge von Impulsdiagrammen der in dem
Auswerter verarbeiteten Funksignale und der für deren Identifizierung erzeugten
Vergleichssignale.
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Der in Fig. 1 dargestellte HF-Sender ist in herkömmlicher, für die
Übertragung hochfrequenter Funksignale erprobter
Technik aufgebaut.
Seine wesentlichen Bestandteile sind ein Impulsgenerator 1, ein Frequenzteiler 2,
eine Codiereinheit (Coder) 3, ein Modulator 4 und eine HF-Endstufe 5. Er besitzt
ferner eine Auslöseeinheit 6, die durch ein Kabel 7 mit einem Auslösekontakt 8 verbunden
ist, und einen aufladbaren Stromversorgungsteil 9 mit Ladebuchsen 10.
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Eine gegenüber dieser ersten Ausführungsform abgewandelte bzw. ergänzte
zweite Ausführungsform des Senders enthält zusätzlich (siehe punktiert umrandeter
Teil in Fig. 1) noch einen Zeitgeber 11 und eine Steuereinheit 12 mit einem akustischen
oder mechanischen Signalgeber 13 oder einem optischen Signalgeber 14, um die zu
überwachende Person in bestimmten Zeitabständen auf die Betätigung des Auslösekontaktes
8 für den HF-Sender hinzuweisen.
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Der HF-Sender dient der drahtlosen Übertragung eines binären - aus
einer in bestimmter Weise codierten Impulsfolge bestehenden - Signals, das einem
hochfrequenten Träger aufgeprägt wird.
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Bei Betätigung des Auslösekontaktes bzw. Tasters 8 der Auslöseeinheit
6 werden die einzelnen Baugruppen des Senders von dem Stromversorgungsteil 9 mit
der nötigen Betriebsspannung versorgt.
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In dem Impulsgenerator 1 befindet sich ein astabiler Multivibrator,
der bei Betätigung des Auslösekontaktes 8 eine Folge von Rechteckimpulsen variierbarer
Frequenz
- vorzugsweise etwa 500 Hz bis 1kHz - und Dauer erzeugt,
deren Frequenz im Frequenzteiler 2 im Verhältnis 1 : 4 unterteilt wird. Mit der
Frequenz f des Multivibrators ändert sich auch die Impulsbreite bzw. die Dauer T
der Rechteckimpulse. Mit T = f er gibt sich bei f f = 500 Hz eine Impulsbreite T
= 2 ms und für den positiven Impuls 1 ms, da die Impulse symmetrisch sind. Die Trägerfrequenz
liegt vorzugsweise im 27 ME.z-Bereich (11m-Band), wobei für die Variation die dafür
genehmigten Kanäle zur Verfügung stehen.
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Die Impulse der Grund frequenz werden unmittelbar hinter dem Impulsgenerator
1 abgencmmen und über eine Leitung 15 der Codiereinheit 3 zugeführt, die aus einer
NAND-Funktion besteht. Nach dieser Funktion werden Grundfrequenz und untersetzte
Frequenz verknüpft, so daß am Ausgang der Codiereinheit 3 ein gemischtes Signal
zur Verfügung steht, das aus einer Impulskette von je zwei Impulsen und zwei verschieden
langen Pausen im Verhältnis 1 : 5 besteht, wie in dem Impulsdiagramm von Fig. 2
gezeigt ist, in dem bei a der Impuls der Grundfrequenz, bei "b" der Impuls der untersetzten
Frequenz und bei "c" das codierte Signal erscheinen.
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Das codierte Signal "c" wird invertiert und im Modulator 4 amplitudenmoduliert.
Die Rechteckimpulse des zu übertragenden Signals erscheinen somit am Ausgang des
Modulators 4 als Lücken in der modulierenden Hochfrequenzschwingung. Das modulierte
Signal wird der HF-Endstufe 5 zugeführt, die im wesentlichen aus einem Oszillator,
einem
Doppel-P-Filter zum Unterdrücken unerwünschter Oberwellen und der eigentlichen Endstufe
besteht.
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In der ergänzten zweiten Ausführungsform ist der HF-Sender so ausgebildet,
daß er in gewissen einstellbaren Zeitabständen aktiviert werden muß. Der Zeitpunkt
des Einschaltens des Auslösekontaktes 8 wird durch den Zeitgeber 11 mit nachgeschalteter
Steuereinheit 12 durch die Signalgeber 13, 14 entweder akustisch, optisch oder gegebenenfalls
auch mechanisch angezeigt. Die Dauer der Anzeige kann durch die Steuereinheit 12
wahlweise auf einige Sekunden oder durch Betätigen des Auslösekontaktes 8 begrenzt
werden. Im zweiten Fall erhält die Steuereinheit 12 von der Auslöseeinheit 6 ein
Abschaltsignal.
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Der Kern des in Fig. 3 in Form eines Blockschaltbildes dargestellten
HF-Empfängers ist ein monolithisch integrierter handelsüblicher Baustein 22 vom
Typ TCA 440, der an einen Eingangskreis 21 mit einem abstimmbaren Filter angeschlossen
ist und aus einer geregelten HF-Vorstufe 221, einem Mischer 222, einem getrennten
Oszillator 223 und einem geregelten ZF-Verstärker 224 mit drei regelbaren und einer
festen Verstärkerstufe 225, 226, 227 und 228 besteht. Weitere wesentliche Bauteile
des Empfängers sind ein abstimmbarer Schwingkreis 23, ein Filter 24 zur Selektrion
der ZF bzw. Nullfrequenz und je ein Regelkreis zur Steuerung der HF-Vorstufe 25
und einer ZF-Stufe 26, ferner ein Gleichrichter 27 für das ZF-Signal und ein NF-Verstärker
28 für das niederfrequente Nutzsignal, das am Ausgang A der Verstärkerstufe als
Impulsfolge zur
Auswertung in der nächsten Stufe, das heißt in
der in Fig.
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4 gezeigten Auswerteeinheit zur Verfügung steht. Für den Empfang der
von dem HF-Sender kommenden Signale kann eine Netzantenne 20 dienen, deren Funktion
beispielsweise das Stromleitungsnetz als Träger hochfrequenter Wellen übernehmen
kann, indem es als Antenne wirkt. Zu diesem Zweck wird der Antenneneingang des Empfängers
kapazitiv an die Phase des Lichtnetzes über die Netz zuleitung der Zentrale angekoppelt.
Ein Koppelkondensator blockt alle Gleichspannungs- und NF-Anteile ab und überträgt
nur die eventuell ankommenden HF-Anteile.
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Der HF-Empfänger arbeitet wie folgt: Das von dem HF-Sender über die
Netzantenne 20, die auch eine Teleskopantenne sein kann, empfangene Funksignal gelangt
über das abstimmbare Filter des Eingangskreises 21 an den Eingang der integrierten
Schaltung des Bausteines 22.
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Hier wird das HF-Signal in der HF-Vorstufe 221 vorverstärkt und dann
mit der im Oszillator 223 erzeugten Frequenz gemischt. Der abstimmbare Schwingkreis
23 dient der Regelung des integrierten Oszillators 223. Bei Bedarf kann die HF-Vorstufe
221 unabhängig von der ZF-Stufe 26 mit Hilfe des Regelkreises der HF-Vorstufe 25
gesteuert werden.
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Das durch Mischung resultierende ZF-Signal wird im Filter 24, das
auch ein Bandpaß sein kann, gefiltert, in den vier Verstärkerstufen des ZF-Verstärkers
224 verstärkt und im Gleichrichter 27 gleichgerichtet. Mit den in der ZF-Stufe 26
ausgefilterten Gleichspannungsanteilen des gleichgerichteten Signals werden die
drei ersten Stufen 225, 226, 227 des ZF-Verstärkers 224 geregelt.
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Zur weiteren Verarbeitung gelangt das gleichgerichtete ZF-Signal auf
den NF-Verstärker 28, dessen Eingangsstufe die Gleichspannungsanteile auskoppelt.
Das verstärkte NF-Signal steht dann am Ausgang A als Impulsfolge zur Auswertung
in der Auswerteeinheit zur Verfügung.
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Die in Fig. 4 ebenfalls in Form eines Blockschaltbildes dargestellte
Auswerteeinheit besteht im wesentlichen aus einem Begrenzungsverstärker 31, einem
Differentiationsglied 33 zur Triggerung eines Multivibrators 34, einem Frequenzteiler
35 mit einer Triggereinheit 32, einem NOR-Gatter 36, einem Gatter 37 mit der Funktion
Exclusiv-Oder, einem Toleranzgeber 38, einem Integrationsglied 39 mit RC-Glied 40
zur Einstellung der Zeitkonstanten und einer Leistungsstufe 41 mit zwei Signalausgängen
42 und 43.
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Die Auswerteeinheit hat die Aufgabe, das von dem Empfänger kommende
demodulierte, in bestimmter Weise codierte NF-Signal mit einer in der Auswerteeinheit
erzeugten, die gleiche Codierung wie das NF-Signal tragenden Impulskette innerhalb
vorgegebener Toleranzen zu vergleichen. Nach dem Vergleich der beiden Impulsketten
wird angezeigt, ob die beiden Signale übereinstimmen oder nicht.
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Das NF-Signal, das am Eingang des begrenzenden Operationsverstärkers
31 anliegt, wird zunächst amplitudenverstärkt, geformt und verstärkt. Zur Triggerung
des bistabilen Multivibrators 34 wird die geformte Impulskette im Differentiationsglied
33 invertiert und differenziert und - und das eine Mal unverändert, das andere Mal
um 1800 phasenverschoben - auf die Basen der Transistoren der Multivibratorschaltung
34
gegeben. Die positiven Flanken der beiden Triggersignale bestimmen das Aussehen
der am Ausgang des Multivibrators 34 anliegenden Impulskette, die in Fig. 5 dargestellt
ist, wobei Ilalll das Signal am Ausgang des Begrenzungsverstärkers 31, llc1" das
differenzierte Signal, ?le1kI das Signal am Ausgang der Multivibratorschaltung 34,
1in11 die Untersetzung der Frequenz und "a1" das Signal am Ausgang des NOR-Gatters
36 ist.
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Die Frequenz der am Ausgang des Multivibrators 34 anliegenden Impulsfolge
wird im Frequenzteiler 35 im Verhältnis 1 : 4 untersetzt. Das resultierende Signal
X und das hinter dem Multivibrator 34 abgenommene ungeteilte Signal Y werden den
beiden Eingängen des NOR-Gatters 36 zugeführt und in diesem entsprechend X v Y miteinander
verknüpft. Die SyPchronisation des Frequenzteilers 35 erfolgt,wie in Fig. 5 gezeigt,
durch zwei Impulse mit der Impulsdauer t1 jeweils nach Ablauf der Zeit t2 (lange
Impulspause der externen Impulsfolge).
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Den richtigen Zeitpunkt für die Synchronisation des Frequenzteilers
35 bestimmt die Zeitkonstante der als RC-Glied dienenden Triggereinheit 32. Hierbei
ist nur zu fordern, daß die Aufladezeit des RC-Gliedes tL = tl + a t ist, wobei
a t die Bauteiltoleranzen des Kondensators und des Widerstandes des RC-Gliedes bzw.
der Triggereinheit 32 berücksichtigt.
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Das am Ausgang des NOR-Gatters 36 anstehende Signal und das ursprüngliche
NF-Signal werden schließlich auf das Gatter 37 mit der Funktion Exclusiv-Oder gegeben.
Durch das Ausgangssignal des Gatters 37 wird unter Berücksichtigung der durch den
Toleranzgeber 38 zugelassenen Toleranzen bei Koinzidenz der ankommenden Signale
für mehr als 500 ms die Integrierstufe 39 angestoßen, die ihrerseits die Leistungsstufe
41 zum Treiben der Relaisausgänge 42 und 43
steuert. Das zeitliche
Verhalten der Integrierstufe 39 bestimmt die Zeitkonstante des RC-Gliedes 40. So
ist es möglich, kurzzeitige Störungen des Empfanges des Funksignals zu unterdrücken.
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Die Relaisausgänge sind als potentialfreier Wechselkontakt ausgeführt.
Liegt ein richtig codiertes Signal an, wird das Signalgerät 42 aktiviert, anderenfalls
das Signalgerät 43.
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Patentansprüche