專利名稱：信號(hào)測(cè)量電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一般頻域信號(hào)測(cè)量電路，更特別地是涉及、但不是僅僅涉及構(gòu)成闖入者探測(cè)系統(tǒng)、節(jié)能系統(tǒng)以及類似系統(tǒng)的這類電路。
背景技術(shù)：
對(duì)于防止強(qiáng)行進(jìn)入和保安目的、能量控制以及其他目的，存在許多種類的探測(cè)器，包括PIR探測(cè)器、微波探測(cè)器、超聲波探測(cè)器、次聲波探測(cè)器、沖擊探測(cè)器等等。在所有這些探測(cè)器中，習(xí)慣上都采用通常產(chǎn)生一個(gè)很低信號(hào)的非常敏感的傳感器，這個(gè)信號(hào)必須經(jīng)過(guò)放大才能進(jìn)行信號(hào)處理。
眾所周知，報(bào)警系統(tǒng)領(lǐng)域中一個(gè)主要問(wèn)題就是令人討厭的、比較高的虛警率。為了減少虛警次數(shù)，現(xiàn)在有一些非常復(fù)雜的信號(hào)處理電路，有時(shí)采用微處理器，它們都嘗試借助于復(fù)雜算法和A/D電路來(lái)更好地將一個(gè)真正的報(bào)警和一個(gè)虛警區(qū)分開來(lái)。被人認(rèn)可的解決方案比較昂貴、代價(jià)甚高，而市場(chǎng)對(duì)價(jià)格則非常敏感。
復(fù)雜信號(hào)處理方法的另一個(gè)缺點(diǎn)是，這樣一種方法需要的部件很多。每一個(gè)額外的部件都導(dǎo)致可靠性的相應(yīng)降低，并且增加了該系統(tǒng)對(duì)外部RF噪聲的敏感性，從而導(dǎo)致額外的虛警。該裝置的可靠性以及防止虛警，或者至少降低虛警的能力，是保安系統(tǒng)領(lǐng)域中非常重要的問(wèn)題。
被動(dòng)紅外探測(cè)器(PIR)
PIR探測(cè)器今天在防盜報(bào)警器系統(tǒng)和能源控制系統(tǒng)中非常普及。這些探測(cè)器采用一個(gè)熱電傳感器(在專利5,077,549 Col.1/13-48和專利5,414,263 Col.1/12-54中已經(jīng)說(shuō)明，其內(nèi)容特此參考編入)。
該熱電傳感器被連接到一個(gè)增益高達(dá)幾千(通常為5000)的帶通濾波器/放大器?？上鄳?yīng)參考美國(guó)專利4,570,157、4,468,658、5,309,147、4,364,030、4,318,089、4,612,442和4,604,524，其內(nèi)容特此參考編入。在這些專利中，該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大并被饋送到一個(gè)窗口比較器或其他電壓比較器，當(dāng)該信號(hào)超過(guò)閾值電壓時(shí)激發(fā)報(bào)警。
近年來(lái)隨著微處理器的出現(xiàn)，已經(jīng)采用了一些很復(fù)雜的信號(hào)處理方法。內(nèi)容業(yè)已參考編入的美國(guó)專利5,077,549描述一個(gè)基于信號(hào)積分原理(相當(dāng)測(cè)量能量)的報(bào)警器。在這個(gè)專利中，為將該信號(hào)變換成有用信息，重要的是測(cè)量該信號(hào)的準(zhǔn)確形狀。在這個(gè)專利中也采用了類似的高增益帶通濾波器/放大器。
值得提及的另一個(gè)專利是屬于Visonic公司的美國(guó)專利5,693,943，其中采用對(duì)該信號(hào)形狀的準(zhǔn)確分析來(lái)作出關(guān)于真實(shí)報(bào)警或虛警的決定。在這個(gè)專利中也采用高增益放大器。同樣，為了作出正確決定，非常重要的是記錄該信號(hào)的準(zhǔn)確形狀。在美國(guó)專利5,870,022中可以發(fā)現(xiàn)類似的問(wèn)題。這兩個(gè)專利的內(nèi)容均因此參考編入。
從上面引用的所有示例以及其他許多示例可以看到，這些電子電路包含大量不同種類的部件，這提高了產(chǎn)品價(jià)格并降低了可靠性。還有一個(gè)問(wèn)題來(lái)自這樣一件事實(shí)，即由于熱電傳感器產(chǎn)生的信號(hào)微弱，通常都采用高增益放大器(1000至10000之間)和比較窄(0.2至8Hz)的通頻帶來(lái)克服環(huán)境干擾。在這些低頻放大器中，常常采用低泄漏的高價(jià)格電容器。這使得產(chǎn)品更加昂貴，特別是這會(huì)引起可靠性的顯著下降，所以也造成某些類型的虛警。
非常高的放大系數(shù)和很窄的低頻帶通的組合，再加上在放大級(jí)間采用AC耦合，這導(dǎo)致該放大器使該信號(hào)形狀失真。正如DC偏置、超調(diào)和其他問(wèn)題一樣，人們也知道振鈴問(wèn)題，這些問(wèn)題可能導(dǎo)致該放大器產(chǎn)生的信號(hào)與該熱電傳感器產(chǎn)生的信號(hào)有顯著差別。這又反過(guò)來(lái)引起那些采用比較器的探測(cè)器中的許多信號(hào)處理問(wèn)題，特別是對(duì)于那些要分析該信號(hào)形狀的更復(fù)雜的傳感器(見美國(guó)專利5,084,696，其專利說(shuō)明書業(yè)已參考編入，亦見與前者有關(guān)的美國(guó)專利5,870,022)。
為了降低放大器增益和改進(jìn)該信號(hào)處理，一直嘗試采用高分辨率的A/D電路，譬如可以參見與上面有關(guān)的美國(guó)專利4,546,334和5,693,943。
采用這樣一種技術(shù)，可能會(huì)降低采用窗口比較器的電路所用的某些放大電平。但是由于采用A/D轉(zhuǎn)換器，該電路的成本提高，但可靠性卻不一定得到改善。近年來(lái)，由于包含內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器的微處理器的出現(xiàn)，A/D轉(zhuǎn)換器的使用日益廣泛——見美國(guó)專利5,629,676和5,237,330，其內(nèi)容業(yè)已參考編入。這種使用能夠降低需要的放大倍數(shù)，可以只采用一級(jí)放大。但是這些處理器要比通常不帶A/D轉(zhuǎn)換器的處理器更貴。
采用PIR探測(cè)器的另一個(gè)問(wèn)題是它們的抗射頻干擾(RFI)和抗電磁干擾(EMI)問(wèn)題，這是采用PIR探測(cè)器和其他探測(cè)器的報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主要因素。這是信號(hào)電平低以及采用具有高阻抗的高增益放大器的一個(gè)必然結(jié)果。
對(duì)于PIR探測(cè)器值得指出的另一點(diǎn)是，習(xí)慣上是對(duì)闖入者體溫和室溫的溫差效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。這可以直接借助于改變?cè)摲糯笃鞯哪M電路增益來(lái)實(shí)現(xiàn)——參見美國(guó)專利4,195,234和4,943,712，其內(nèi)容業(yè)已參考編入——或者采用軟件和一臺(tái)微處理器以得到更準(zhǔn)確的結(jié)果——參見其內(nèi)容業(yè)已參考編入的美國(guó)專利4,546,344以及與它有關(guān)的美國(guó)專利5,629,676。
市場(chǎng)上有各種類型的采用兩個(gè)或更多熱電傳感器以及復(fù)雜信號(hào)處理方法的PIR探測(cè)器。這些傳感器有時(shí)被稱為雙元件組(QUAD)。譬如可以參見專利EPO198,551、GB2170952、4,614,938、4,618,854、4,704,533、4,697,081、4,746,910、4,912,748、4,943,800，其內(nèi)容均已參考編入。
在上面提到的各專利中，每一個(gè)傳感器都有一個(gè)單獨(dú)的放大電路，所以上面討論的問(wèn)題實(shí)際上更加嚴(yán)重。
還有一類探測(cè)器是一個(gè)PIR探測(cè)器和基于不同技術(shù)的探測(cè)器的組合，譬如微波(MW)探測(cè)器或超聲波探測(cè)器。這些通常被稱為雙功能(DUAL)探測(cè)器。
內(nèi)容均已參考編入的下述專利EPO147,925、US 4,660,024、US4,772,875、US 4,833,450、US 4,882,567、US 5,077,548、US 5,216,410、US 5,276,427、US 5,331,308展示了主要與微波探測(cè)器組合的PIR探測(cè)器，所以只有當(dāng)兩個(gè)獨(dú)立的探測(cè)器都被激勵(lì)時(shí)報(bào)警器才會(huì)被啟動(dòng)。所有上述專利展示的PIR探測(cè)器都受上述問(wèn)題的不利影響。
其他種類的探測(cè)器正如上面對(duì)包括PIR和MW的雙功能探測(cè)器所說(shuō)明的那樣，存在采用各種不同傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警目的和其他目的探測(cè)器，也存在這些探測(cè)器的各種組合。譬如，在內(nèi)容業(yè)已參考編入的美國(guó)專利3,801,978中，就描述了一個(gè)MW和超聲波探測(cè)器的組合。
內(nèi)容業(yè)已參考編入的美國(guó)專利4,401,976展示了超聲波、IR和MW探測(cè)器的一種組合。內(nèi)容業(yè)已參考編入的美國(guó)專利3,573,817展示了包括不同技術(shù)的幾個(gè)傳感器的一種組合，譬如聲音傳感器、地震傳感器、電磁傳感器和臨近傳感器。
內(nèi)容業(yè)已參考編入的美國(guó)專利4,991,145、4,928,085和4,920,332采用聲波(微音器)探測(cè)器來(lái)探測(cè)次聲頻率(由于一個(gè)夜賊開門關(guān)門而產(chǎn)生的空氣壓力變化)。
在內(nèi)容業(yè)已參考編入的美國(guó)專利4,621,258中描述了一個(gè)利用天線電容的變化而工作的探測(cè)器，在內(nèi)容業(yè)已參考編入的美國(guó)專利5,196,826、4,970,517和4,697,187中，可以看到一個(gè)根據(jù)微波信號(hào)傳輸原理和對(duì)反射信號(hào)中多普勒效應(yīng)存在性的分析來(lái)工作的強(qiáng)行進(jìn)入探測(cè)器。
內(nèi)容業(yè)已參考編入的美國(guó)專利4,949,075、4,942,385和4,016,529展示了一個(gè)能感覺(jué)光束(實(shí)際上通常為紅外光束)從光源發(fā)射之后出現(xiàn)的變化的光電探測(cè)器。這些變化由光電傳感器檢測(cè)，譬如硫化鎘、紅外二極管等等。
內(nèi)容業(yè)已參考編入的美國(guó)專利5,047,749、3,946,224和3,803,572展示了一個(gè)具有光線傳感器的光電探測(cè)器，該光線傳感器能探測(cè)在附近運(yùn)動(dòng)的夜盜者造成的光線變化。
在火焰探測(cè)系統(tǒng)中，習(xí)慣采用各種能檢查溫度以及其中變化的溫度傳感器，通常采用熱敏電阻。這里，這些傳感器也被連接到各種放大和信號(hào)處理電路。
內(nèi)容業(yè)已參考編入的美國(guó)專利5,341,122、5,323,141、5,192,931、5,164,703、4,837,558和4,668,941展示了借助于微音器和壓電傳感器來(lái)探測(cè)玻璃碎裂的聲波探測(cè)器(伴音鑒頻器)。該信號(hào)以各種方法被處理并被放大。也存在通常需要借助微音器或壓電傳感器一起工作的沖擊探測(cè)器，其目的在于探測(cè)破墻、破窗、破門等等強(qiáng)行進(jìn)入企圖。這些探測(cè)器與前面所提到的探測(cè)器類似，但是信號(hào)處理方法不同。
這些探測(cè)器也廣泛采用存在問(wèn)題與上面對(duì)PIR探測(cè)器討論的問(wèn)題類似的各種放大電路。
除了上述專利之外，還有許多專利以及通用探測(cè)器產(chǎn)品，特別是PIR探測(cè)器，它們采用增益很高的帶通放大器/濾波器以便能夠如前面解釋的那樣進(jìn)行具有合理可靠性的信號(hào)處理。
只有很少一些嘗試示例回避了采用上述類型放大電路的必要性。
內(nèi)容業(yè)已參考編入的美國(guó)專利4,523,095公布了一個(gè)嘗試避免使用高增益放大的系統(tǒng)。在傳統(tǒng)的PIR探測(cè)器設(shè)計(jì)中，由于在PIR探測(cè)器中使用的多光束透鏡系統(tǒng)的通用設(shè)計(jì)方案，一個(gè)在探測(cè)器附近穿過(guò)的物體會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頻率比較高的脈沖序列，每個(gè)脈沖具有一個(gè)很小的幅值。根據(jù)對(duì)每個(gè)探測(cè)器視場(chǎng)的處理，一個(gè)方法是將這些小的快速脈沖積分成一個(gè)大的可測(cè)脈沖。然后，該生成的大脈沖可以用一個(gè)比較簡(jiǎn)單的電路進(jìn)行分析以便顯示一個(gè)闖入事件。
另一個(gè)示例可見內(nèi)容業(yè)已參考編入的美國(guó)專利4,418,335，其中采用一個(gè)充電放大器來(lái)代替更常規(guī)的電壓放大器。該設(shè)計(jì)可以直接根據(jù)熱電元件產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)工作，而不需要通常的緩沖。這是為了在不使傳感器和/或放大器復(fù)雜化的情況下獲得很高的抗RFI能力以及為了降低干擾。
上述專利都采用一個(gè)具有很低輸入阻抗的充電放大器，它能顯著降低干擾，但卻出現(xiàn)了其他問(wèn)題，譬如能夠使積分電容器充電的泄漏電流。所以該電容器需要一個(gè)特殊的放電電路。
美國(guó)專利4,929,833描述了另一種嘗試。將一個(gè)電容充電到已知電壓，然后借助于一個(gè)流經(jīng)該熱電傳感器的電流放電。測(cè)量從放電開始至電壓達(dá)到預(yù)定較低閾值的時(shí)間。將這一時(shí)間和探測(cè)不到任何物體時(shí)的標(biāo)稱時(shí)間相比較。如果該差別超過(guò)給定的閾值，就激發(fā)報(bào)警。根據(jù)這一專利，采樣以8Hz的頻率進(jìn)行。
那里描述的系統(tǒng)有許多缺點(diǎn)(關(guān)于運(yùn)行方法和存在問(wèn)題，見美國(guó)專利5,414,263 Col.1/55-2/18)。除了其中描述的問(wèn)題之外，8Hz的低頻使它很難探測(cè)希望范圍內(nèi)的信號(hào)，即0.2至15Hz的信號(hào)。譬如，因?yàn)樵撔盘?hào)的高信號(hào)部分的電流影響可能被該信號(hào)的低信號(hào)部分的電流影響抵消而使凈影響為0，所以也許根本無(wú)法探測(cè)一個(gè)頻率為8Hz的信號(hào)。換句話說(shuō)，該探測(cè)器的靈敏度非常依賴于該信號(hào)的頻率，該探測(cè)器對(duì)某些闖入者/目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速率可能是無(wú)效的。
而且，這些限制使得現(xiàn)代闖入者探測(cè)系統(tǒng)需要完成的對(duì)信號(hào)的復(fù)雜分析無(wú)法實(shí)現(xiàn)。最好的情況下，人們可以采用這樣一個(gè)探測(cè)器作為光啟動(dòng)系統(tǒng)或照明控制的一部分，譬如在即使仍有上述限制的情況下，作為能源管理系統(tǒng)的一部分。
在內(nèi)容業(yè)已參考編入的美國(guó)專利5,414,263中可以看到另一個(gè)更為先進(jìn)的嘗試。與前面的例子一樣，這個(gè)專利的設(shè)計(jì)主要是供能源和照明控制使用。原理上，這個(gè)專利也要涉及測(cè)量與熱電傳感器輸出電流成正比的電容放電時(shí)間的變化。
但是，在上述專利中公布的系統(tǒng)仍然不能滿足當(dāng)今探測(cè)器所應(yīng)達(dá)到的信號(hào)(幅值、時(shí)間和形狀)測(cè)量、測(cè)量的抗干擾性、預(yù)防虛警和區(qū)分人與寵物所需要的精度等級(jí)。
在美國(guó)專利4,929,823和前面提到的專利5,414,263中公布了一個(gè)使用電容器的系統(tǒng)，該電容器通過(guò)由三極管構(gòu)成的一個(gè)放大電路連接到一個(gè)熱電傳感器，并以已知的速率放電。該熱電傳感器的電流變化被該三極管放大，并造成該電容器放電時(shí)間的或正或負(fù)(依該電流方向而定)的波動(dòng)。
該電容器由一個(gè)信號(hào)處理電路充電，譬如由一個(gè)微處理器充電，該微處理器借助于適當(dāng)?shù)乃惴樵撾娙萜鞒潆?，然后測(cè)量放電到預(yù)先設(shè)定的較低閾值的時(shí)間。該信號(hào)處理電路檢查該測(cè)得的放電時(shí)間與“無(wú)探測(cè)”狀態(tài)放電時(shí)間相比是否有任何變化，或者其平均放電時(shí)間是否有任何長(zhǎng)期變化。然后它確定該變化是不是一個(gè)顯著運(yùn)動(dòng)事件。(見上述專利的Col.2/40-58。)專利5,414,263中的信號(hào)處理電路不斷檢查和計(jì)算該電容器在一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間區(qū)段內(nèi)的平均放電時(shí)間，以便考慮到擾動(dòng)，譬如下雨和刮風(fēng)。借助這一計(jì)算，信號(hào)激勵(lì)的閾值電平會(huì)自動(dòng)調(diào)整。
該信號(hào)處理電路還包括自動(dòng)校正運(yùn)行指標(biāo)和容許誤差存在差別的熱電傳感器和各種其他部件(見其中的col.2/58-68)。
專利5,414,263中描述的系統(tǒng)需要一個(gè)電流放大器，因?yàn)樵摕犭妭鞲衅鳟a(chǎn)生的電流不足以用對(duì)信號(hào)處理有效的方式來(lái)影響該電容器的放電時(shí)間(見col.4/27-30和col.4/36-39)。
此外，為了保證切換，該熱電傳感器電流還被用來(lái)檢查該被探測(cè)到的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是否明顯(col.4/33-36)。
該信號(hào)處理電路給該電容器充電，并測(cè)量借助該三極管放電到該電壓平衡所需要的時(shí)間。該熱電傳感器電流可以增加或減少該電容器的放電時(shí)間。(col.4/39-45)該信號(hào)處理電路將該電容器放電時(shí)間與“正?！狈烹姇r(shí)間或者與比較長(zhǎng)時(shí)間區(qū)段上的平均放電時(shí)間相比較，以便確定是否出現(xiàn)了一個(gè)明顯的運(yùn)動(dòng)事件。如果該測(cè)得的時(shí)間在以該平均放電時(shí)間為中心的時(shí)間窗口之外，就認(rèn)為它標(biāo)志著一個(gè)明顯的運(yùn)動(dòng)事件。如果滿足一些附加條件，就會(huì)觸發(fā)一個(gè)報(bào)警條件。
這些附加條件可以包括這樣的要求一個(gè)循環(huán)內(nèi)探測(cè)到顯著運(yùn)動(dòng)事件的一個(gè)最小次數(shù)、一個(gè)最小的循環(huán)次數(shù)或者一個(gè)特定的事件序列(col.4/45-55)。
計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的平均放電時(shí)間，就能夠動(dòng)態(tài)地、自動(dòng)地校正運(yùn)動(dòng)閾值，從而動(dòng)態(tài)地過(guò)濾環(huán)境中的紅外干擾，并抵消部件參數(shù)的變化(col.4/56-col.5/5)。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)微處理器通過(guò)I/O端口將該電容器充電至最高電壓，然后讓該電容器放電。該處理器測(cè)量該電容器從充電電壓電平放電到更低的第二電壓電平所需的放電時(shí)間。
該測(cè)得的時(shí)間與(一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間區(qū)段內(nèi)的)該平均時(shí)間的時(shí)間差可用于A、刷新長(zhǎng)時(shí)間區(qū)段上的平均放電時(shí)間。
B、檢查該探測(cè)到的事件實(shí)際上是否明顯運(yùn)動(dòng)事件(col.5/47-67)。
最好每秒鐘60次測(cè)量該電容器放電并每秒鐘30次刷新該平衡時(shí)間。刷新的方法是將現(xiàn)有平均時(shí)間與新的放電時(shí)間的增量相加。希望采用的比例是原來(lái)平均時(shí)間的15/16加上最后一次測(cè)量時(shí)間的1/16。所以該平均時(shí)間只以一個(gè)很低的頻率變動(dòng)。因此該探測(cè)器只對(duì)比由刷新速率(在這個(gè)實(shí)施例中是每秒30次)和混合比例(在這個(gè)實(shí)施例中是1/16)規(guī)定的特定頻率更高的頻率作出響應(yīng)。在這個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算結(jié)果揭示，該探測(cè)器能夠作出反應(yīng)的最低頻率為0.4Hz。(col.5/68至col.6/28)。
決定是否存在運(yùn)動(dòng)的方法如下確定測(cè)得的放電時(shí)間與平均平衡時(shí)間的差。如果該差別小于與所設(shè)定的最低靈敏度相對(duì)應(yīng)的靈敏度閾值，就認(rèn)為沒(méi)有運(yùn)動(dòng)。如果該差別大于該靈敏度閾值，就認(rèn)為有運(yùn)動(dòng)。
為了決定是否激勵(lì)該探測(cè)器，就必須檢查該運(yùn)動(dòng)是否明顯。進(jìn)行該檢查的方法是對(duì)連續(xù)發(fā)生的運(yùn)動(dòng)事件次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
在這個(gè)實(shí)施例中，四次連續(xù)事件就意味著明顯，也就是說(shuō)，如果只有三次或不到三次(連續(xù)的)事件，計(jì)數(shù)器就被復(fù)位。
在該希望的實(shí)施例中，采樣速率是每秒60次，該計(jì)數(shù)器每經(jīng)過(guò)4次連續(xù)事件就停止。所以為了激勵(lì)一個(gè)負(fù)荷需要4個(gè)60Hz的循環(huán)。這就意味著無(wú)法探測(cè)高于7.5Hz的頻率。但下面將會(huì)解釋，實(shí)際并非如此。
該靈敏度閾值和計(jì)數(shù)器可以根據(jù)需要選擇。類似地，也可以選擇一個(gè)脈沖序列和其他次數(shù)及其他算法。
可以對(duì)該信號(hào)每秒進(jìn)行100次采樣，并將該采樣速率(60Hz)和網(wǎng)絡(luò)電壓相連。
人們已經(jīng)知道專利5,414,263提出了如下問(wèn)題1、靈敏度閾值(col.6/36)它們的結(jié)果最好也就類似于將該放大的信號(hào)電壓與窗口比較器中一系列電壓閾值電平進(jìn)行比較的常規(guī)探測(cè)器所得的結(jié)果，這些閾值電平等價(jià)于上述專利中測(cè)得的遲延。
換句話說(shuō)，它指示的是該測(cè)得的信號(hào)大于還是小于該閾值電流。事實(shí)上，專利5,414,263所完成的工作是利用以常規(guī)方法測(cè)量的數(shù)據(jù)將一個(gè)電壓測(cè)量結(jié)果變換到時(shí)間域。采用基于電容器的電路來(lái)向時(shí)間域作變換本身在技術(shù)上是眾所周知的。譬如，美國(guó)微芯片技術(shù)有限公司(Microchip Technology Inc.)出版的應(yīng)用說(shuō)明DS00513A(1990)描述了這樣的一種變換。一個(gè)電容式充電電路被用來(lái)將輸入電壓轉(zhuǎn)換為采用微控制器很容易測(cè)量的時(shí)間。采用一個(gè)由該微控制器控制的CMOS雙元件組雙向開關(guān)來(lái)施加該參考電壓。借助一個(gè)電路轉(zhuǎn)換器，該電路提供一個(gè)作為輸入電壓函數(shù)的線性可變電流。該電容器被充電，直至它達(dá)到該微控制器I/O輸入上的閾值。這就產(chǎn)生了一個(gè)被用來(lái)校準(zhǔn)大多數(shù)電路誤差的軟件校準(zhǔn)值，這些誤差包括該電阻器和電容器中的不精確、該輸入閾值電壓的變化和溫度變化。測(cè)得該軟件校準(zhǔn)值后，該電容器被放電，并且該輸入電壓被連接到Vin。測(cè)量該輸入電壓達(dá)到該閾值的時(shí)間，并將該時(shí)間與該校準(zhǔn)值比較以便確定該實(shí)際輸入電壓。
在該電壓窗口比較器系統(tǒng)中，不可能接收涉及該信號(hào)準(zhǔn)確值的數(shù)據(jù)。同樣，在上述專利中，人們沒(méi)有測(cè)量該準(zhǔn)確信號(hào)值。實(shí)際上，人們無(wú)法知道該信號(hào)是靈敏度閾值的10倍還是只比它大2％。同樣，也不可能知道該信號(hào)是該閾值的30％還是98％。所以，舉例來(lái)說(shuō)，人們不可能像Visonic公司的美國(guó)專利5,693,943和5,870,002或者美國(guó)專利5,077,549所要求的那樣來(lái)測(cè)量該信號(hào)的形狀或者處理這些信號(hào)。
2、使用一個(gè)計(jì)數(shù)器建立一個(gè)高頻域的濾波器為了去除干擾，過(guò)濾高頻要比過(guò)濾探測(cè)電平的頻率或過(guò)濾接近探測(cè)電平的頻率更重要。特別重要的是過(guò)濾掉與供電系統(tǒng)有關(guān)的頻率。在該領(lǐng)域的許多專利中，已經(jīng)借助于各種類型的濾波器實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，主要借助于大多數(shù)與帶通放大器/濾波器組合在一起的模擬濾波器。
然而上述濾波器的性能并不能令人滿意，因?yàn)樗鼈兊捻憫?yīng)曲線不夠陡峭，所以它們依賴于干擾信號(hào)電壓的電平。近年來(lái)，一直在嘗試采用更復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理，這些處理方法還檢查該信號(hào)的頻率并完全過(guò)濾掉在希望頻帶之外的所有頻率。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)完全不依賴于該電壓的電平。譬如，全部去除0.2至15Hz頻帶之外的所有頻率，不管它們的電壓大小。
在專利5,414,263中所做的一項(xiàng)嘗試是借助于特定的采樣速率(60Hz)來(lái)實(shí)現(xiàn)另一種類型的濾波器，并實(shí)現(xiàn)一個(gè)為四次連續(xù)事件計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器。盡管能夠達(dá)到一定的濾波標(biāo)準(zhǔn)(在當(dāng)前情況下設(shè)定的高頻是7.5Hz)，但該濾波器的質(zhì)量不如常規(guī)的模擬濾波器。對(duì)專利5,414,263中所用的系統(tǒng)，可以指出如下問(wèn)題
A、如同一個(gè)模擬濾波器一樣，這個(gè)濾波器也依賴于該信號(hào)電壓。如果相對(duì)于該閾值而言該電壓電平足夠高，那么該信號(hào)仍然可以通過(guò)該濾波器，因?yàn)樵谠摳蓴_信號(hào)與該采樣信號(hào)之間沒(méi)有進(jìn)行同步。
B、如果該干擾頻率是該采樣頻率的一半或者等于該采樣頻率，或者是它的任意倍數(shù)，采樣就可能出現(xiàn)在該信號(hào)的峰值點(diǎn)或者它的附近，那么即使該信號(hào)只等于該閾值一小部分，也有可能通過(guò)該濾波器。
C、既然該濾波器只讓大于該閾值的信號(hào)通過(guò)，就可能出現(xiàn)這樣一個(gè)情況，即存在一個(gè)在電源頻率上的固定信號(hào)，它處于比閾值更低的電平(如同實(shí)際中發(fā)生的那樣)，實(shí)際上不能被探測(cè)或過(guò)濾。然而，當(dāng)該實(shí)際信號(hào)具有一個(gè)通常不可能被探測(cè)的比較低的量值時(shí)，就出現(xiàn)一個(gè)情況，即這兩個(gè)彼此疊加的信號(hào)很可能通過(guò)該閾值而產(chǎn)生一個(gè)不希望的報(bào)警。
D、既然需要幾個(gè)連續(xù)事件來(lái)實(shí)現(xiàn)該濾波器作用，那么如果在探測(cè)一個(gè)運(yùn)動(dòng)事件時(shí)干擾變大，該疊加的擾動(dòng)就會(huì)破壞特定采樣的測(cè)量，從而將該事件計(jì)數(shù)器復(fù)位而不進(jìn)行探測(cè)。任何改變?cè)撚?jì)數(shù)方法來(lái)克服這一缺點(diǎn)的企圖都可能有損于該濾波器的運(yùn)行。
E、盡管利用各種脈沖模式、一個(gè)最小事件數(shù)、一個(gè)最小循環(huán)數(shù)或者一個(gè)特定的順序范圍(col.4/51-55，col.6/667-col.7/4)的可能性增加了，但很清楚，任何這類準(zhǔn)則都會(huì)有損于或者抵消該濾波器在高頻范圍內(nèi)的作用，并造成虛警或不進(jìn)行探測(cè)的問(wèn)題。
3、帶有A/D的微處理器在上述專利中，采用了一個(gè)既能為該電容器充電又能測(cè)量放電時(shí)間的微處理器。這樣一個(gè)微處理器一般有一個(gè)帶有A/D轉(zhuǎn)換器的I/O以便它能夠測(cè)量該電容器放電所達(dá)的電壓。這樣的一個(gè)微處理器要比一個(gè)不帶A/D的普通處理器貴。也可以采用不帶A/D的處理器，但測(cè)量精度可能降低，而且它很容易受到電氣擾動(dòng)或其他擾動(dòng)的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是制造PIR或其他類型探測(cè)器，包括組合探測(cè)器，它們應(yīng)具有少量的部件、較高的測(cè)量精度、最小的或者不需要放大系數(shù)、最小的信號(hào)失真、高的可靠性和較好的抗RFI和EMI干擾能力，而且它們只需要市場(chǎng)上最基本的微處理器。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是借助于一個(gè)非?；镜奈⑻幚砥鳛楦鞣N傳感器提供一個(gè)信號(hào)處理電路，它不需要放大和其他電路，能最好地利用該微處理器的特性來(lái)顯著降低該產(chǎn)品的價(jià)格、改進(jìn)它的抗擾動(dòng)能力、使信號(hào)處理更精確、具有最小放大失真和增強(qiáng)該產(chǎn)品的功能。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了頻域信號(hào)測(cè)量電路，它包括一個(gè)信號(hào)輸入，一個(gè)微處理器，和一個(gè)振蕩器，可以運(yùn)行上述振蕩器來(lái)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，其頻率是在該信號(hào)輸入處接收到的第一信號(hào)的函數(shù)，可以運(yùn)行上述振蕩器以便將該脈沖信號(hào)提供給該微處理器，可以運(yùn)行上述微處理器以便將該脈沖信號(hào)和定時(shí)信號(hào)相比較來(lái)測(cè)量該脈沖信號(hào)的頻率，從而提供該第一信號(hào)幅值的一個(gè)指示。
在一個(gè)實(shí)施例中，該定時(shí)信號(hào)具有定時(shí)窗口的形式。最好該脈沖信號(hào)包括能由一個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的脈沖，上述計(jì)數(shù)器件被連接到上述微處理器以向上述微處理器發(fā)出一個(gè)指示來(lái)說(shuō)明給定數(shù)目的脈沖已經(jīng)計(jì)數(shù)完畢。最好該脈沖信號(hào)也被連接到上述微處理器。在這樣一種情況下，該脈沖信號(hào)被方便地提供給上述微處理器的一個(gè)時(shí)鐘輸入。
該裝置還可以包括一個(gè)特別構(gòu)造的定時(shí)電路，其中上述定時(shí)電路的輸出包括上述定時(shí)信號(hào)。當(dāng)該脈沖信號(hào)被連接到該微處理器的時(shí)鐘輸入時(shí)，這是十分有用的，因?yàn)樵撐⑻幚砥餍枰粋€(gè)獨(dú)立的定時(shí)信號(hào)。最好能運(yùn)行該微處理器對(duì)上述定時(shí)窗口上的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)。該時(shí)鐘輸入也可以是外部時(shí)鐘輸入。
在一個(gè)希望的實(shí)施例中，該振蕩器完全在該微處理器的外部。該振蕩器可以利用上述微處理器的內(nèi)部特性，也可以完全是外部振蕩器。
該傳感器信號(hào)可以是模擬的或者數(shù)字的，在這份書面說(shuō)明中，術(shù)語(yǔ)“數(shù)字的”不僅包括二進(jìn)制的，而且還包括其他離散的電平信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了頻域信號(hào)測(cè)量電路，它包括一個(gè)信號(hào)輸入、一個(gè)微處理器和一個(gè)可以運(yùn)行以便為上述微處理器產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘振蕩器電路，其中上述微處理器時(shí)鐘信號(hào)脈沖的頻率是可變的并且是在上述信號(hào)輸入處接收到的一個(gè)信號(hào)幅值的函數(shù)，而且可以運(yùn)行上述微處理器來(lái)處理該時(shí)鐘信號(hào)并提供在上述信號(hào)輸入處接收到的上述信號(hào)幅值的一個(gè)輸出指示。
該電路最好包括一個(gè)定時(shí)器，可以運(yùn)行該定時(shí)器來(lái)定義一個(gè)為一組上述時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)的脈沖計(jì)數(shù)時(shí)間區(qū)段，該定時(shí)器還可以被上述微處理器用來(lái)處理上述信號(hào)。最好能夠運(yùn)行該微處理器來(lái)為上述時(shí)間區(qū)段內(nèi)的一組脈沖計(jì)數(shù)。
該定時(shí)器可以包括一個(gè)基于電容器的電路，另外它可以加以連接以便利用上述微處理器的一個(gè)I/O端口。該時(shí)鐘振蕩器電路最好利用一個(gè)微處理器內(nèi)置的時(shí)鐘電路，但也可以完全放在上述微處理器之外。
該傳感器輸入處接收到的信號(hào)可以是模擬的或數(shù)字的，如前所述，術(shù)語(yǔ)“數(shù)字的”不僅包括二進(jìn)制的，而且還包括其他類型的離散的電平信號(hào)。
該信號(hào)輸入處接收到的信號(hào)最好來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器，它們可以是保安系統(tǒng)的一部分，并且可以是包括一個(gè)紅外傳感器和一個(gè)熱電傳感器的一整套傳感器中的一個(gè)。
該傳感器可以通過(guò)能夠運(yùn)行以便執(zhí)行緩沖甚至放大功能的接口電路被連接到上述時(shí)鐘振蕩器電路。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供了探測(cè)裝置，它包括一個(gè)提供傳感器信號(hào)輸出的傳感器、一個(gè)微處理器和一個(gè)為上述微處理器產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘振蕩器電路，其中上述微處理器時(shí)鐘信號(hào)的頻率可變并且是上述傳感器信號(hào)幅值的函數(shù)，上述微處理器處理該時(shí)鐘信號(hào)，并在上述傳感器信號(hào)滿足某些準(zhǔn)則時(shí)提供一個(gè)探測(cè)指示。這樣的裝置最好還包括一個(gè)定時(shí)器，可以運(yùn)行該定時(shí)器以便定義一個(gè)為一組上述時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)的脈沖計(jì)數(shù)間隔，而且其中上述定時(shí)器可被上述微處理器用來(lái)處理該信號(hào)。
最好可以運(yùn)行該微處理器來(lái)為上述時(shí)間區(qū)段中的上述一組脈沖計(jì)數(shù)。該定時(shí)器最好包括一個(gè)基于電容器的電路并利用上述微處理器的一個(gè)I/O端口。該時(shí)鐘振蕩器可以在上述微處理器之外，但也可以利用該微處理器的內(nèi)置時(shí)鐘電路。
如前所述，該傳感器信號(hào)可以是模擬的或數(shù)字的。
上述電路還可以用于預(yù)防闖入、防盜、照明控制、震動(dòng)檢測(cè)、沖擊檢測(cè)和位移檢測(cè)。
該傳感器最好是下述一組傳感器中的任何一個(gè)，包括一個(gè)紅外傳感器、一個(gè)雙元件對(duì)紅外傳感器、一個(gè)聲波傳感器、一個(gè)次聲波傳感器、一個(gè)超聲波傳感器、一個(gè)光電傳感器、一個(gè)電磁場(chǎng)傳感器、一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)煙霧檢測(cè)傳感器。
在一個(gè)實(shí)施例中提供了一個(gè)第二傳感器，它可以是下述一組傳感器中的任何一個(gè)，包括一個(gè)紅外傳感器、一個(gè)雙元件對(duì)紅外傳感器、一個(gè)聲波傳感器、一個(gè)次聲波傳感器、一個(gè)超聲波傳感器、一個(gè)光電傳感器、一個(gè)電磁場(chǎng)傳感器、一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)煙霧檢測(cè)傳感器。該微處理器可以采用時(shí)間多路計(jì)數(shù)(譬如連接一個(gè)然后再連接一個(gè))或者根據(jù)這些信號(hào)的特征(譬如頻率)將兩者加以區(qū)分以便處理來(lái)自兩個(gè)傳感器的兩個(gè)信號(hào)。對(duì)一個(gè)熟悉技術(shù)的人員來(lái)講顯而易見的是，一組傳感器可以安裝到一臺(tái)單個(gè)裝置之中。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種信號(hào)測(cè)量方法，它包括向可以運(yùn)行以便為微處理器產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的振蕩器電路提供一個(gè)第一信號(hào)，其中上述時(shí)鐘信號(hào)的頻率是可變的而且是上述第一信號(hào)幅值的函數(shù)，可以運(yùn)行上述微處理器來(lái)處理該時(shí)鐘信號(hào)并提供上述第一信號(hào)幅值的一個(gè)輸出指示。
實(shí)施例可以定義一個(gè)測(cè)量上述第一信號(hào)的脈沖計(jì)數(shù)時(shí)間區(qū)段。
最好，上述模擬信號(hào)能產(chǎn)生上述微處理器時(shí)鐘的時(shí)鐘脈沖，可以運(yùn)行上述微處理器來(lái)為上述時(shí)間區(qū)段的上述時(shí)間脈沖進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。另一個(gè)方法是，該模擬信號(hào)產(chǎn)生上述微處理器時(shí)鐘的時(shí)鐘脈沖，而上述微處理器為頻率是上述時(shí)間區(qū)段內(nèi)上述時(shí)鐘脈沖頻率函數(shù)的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。
最好，測(cè)量上述頻率調(diào)制的步驟包括將該調(diào)制頻率施加到微處理器的外部時(shí)鐘輸入以便產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，將一個(gè)窗口化信號(hào)施加到該上述處理器來(lái)定義一個(gè)測(cè)量窗口，并為上述測(cè)量窗口內(nèi)的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)。該弱信號(hào)源通常是一個(gè)闖入傳感器，譬如一個(gè)熱電傳感器。
該方法的一個(gè)實(shí)施例包括與該闖入傳感器聯(lián)合安置一個(gè)校準(zhǔn)幅射源的一些附加步驟，對(duì)上述校準(zhǔn)幅射源施加一個(gè)測(cè)得的能量使上述校準(zhǔn)幅射源產(chǎn)生幅射，測(cè)量上述傳感器由于上述幅射而產(chǎn)生的一個(gè)輸出，并計(jì)算一個(gè)校正因子來(lái)抵消上述輸出與期望輸出的任何偏差。
在本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了信號(hào)測(cè)量電路，它包括一個(gè)輸入以便接收來(lái)自一個(gè)傳感器的且具有一個(gè)變化幅值的信號(hào)、一個(gè)轉(zhuǎn)換器將上述變化幅值轉(zhuǎn)換為一個(gè)變化的頻率和一個(gè)測(cè)量設(shè)備以便利用對(duì)頻率變化的測(cè)量來(lái)確定該傳感器信號(hào)的參數(shù)。


為了更好地理解本發(fā)明并為了說(shuō)明本發(fā)明為什么能夠生效，現(xiàn)在完全以示例形式參考如下所附例圖圖1A是一幅表示現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備的簡(jiǎn)化方框圖，圖1B是一幅表示圖1A所示設(shè)備運(yùn)行特性的示意圖，圖2是一幅表示對(duì)現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題建議的第一解決方案的通用方框圖，圖3是一幅更詳細(xì)表示圖2所示傳感器和振蕩器的通用示意圖，圖4是施密特觸發(fā)器的一個(gè)典型輸入輸出電壓特性，圖5是一幅可按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例運(yùn)行的信號(hào)域測(cè)量電路的簡(jiǎn)化方框圖，圖6是一幅表示可按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例運(yùn)行的頻域信號(hào)測(cè)量電路的簡(jiǎn)化方框圖，圖7A是一幅表示可按照本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例運(yùn)行的頻域信號(hào)測(cè)量電路的簡(jiǎn)化方框圖，圖7B是一幅本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的變體的簡(jiǎn)化方框圖，其中圖7A的外部定時(shí)器被代之以安裝在該微處理器內(nèi)的中部定時(shí)器，圖8是一幅表示圖7A定時(shí)器的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)方法的通用示意圖，圖9是一幅可以按照本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例運(yùn)行的頻域信號(hào)測(cè)量電路的通用示意圖，圖10是一幅圖9實(shí)施例的第一變體的簡(jiǎn)化示意圖，圖11是一幅圖9實(shí)施例的第二變體，圖12是修改頻率測(cè)量電路以便加入溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ囊环娇驁D，圖13是校準(zhǔn)圖9實(shí)施例的設(shè)計(jì)方案，
圖14表示可以按照本發(fā)明測(cè)量電路的另一個(gè)實(shí)施例運(yùn)行的頻域信號(hào)測(cè)量電路，圖15和圖16是表示圖14測(cè)量電路運(yùn)行情況的簡(jiǎn)化波形圖，圖17是一幅表示圖14測(cè)量電路帶有一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器的一個(gè)變體的簡(jiǎn)化方框圖，圖18是一幅表示圖14測(cè)量電路帶有一個(gè)外部施密特觸發(fā)器的另一個(gè)變體的簡(jiǎn)化方框圖，圖19是一幅表示圖14測(cè)量電路中該熱電傳感器被一個(gè)微音器取代的另一個(gè)變體的簡(jiǎn)化方框圖，圖20是一幅表示圖19測(cè)量電路中采用一個(gè)外部施密特觸發(fā)器的一個(gè)變體的電路圖，圖21是一幅表示圖19測(cè)量電路中加入了一個(gè)電容式微音器的另一個(gè)變體的簡(jiǎn)化電路圖，圖22是圖21實(shí)施例帶有一個(gè)外部施密特觸發(fā)器的一個(gè)變體，圖23是表示圖14測(cè)量電路另一個(gè)變體的一幅簡(jiǎn)化電路圖，其中該熱電傳感器被一個(gè)供電場(chǎng)測(cè)量用的電感器和鐵芯裝置所取代，圖24是表示圖23的電感器和線圈裝置中電感的典型變化的一幅簡(jiǎn)化曲線圖，圖25是表示圖23的一個(gè)電感器和線圈裝置送到該微處理器的時(shí)鐘輸入的一幅簡(jiǎn)化波形圖，其中電感變化如圖24所示，圖26是表示圖14電路另一個(gè)變體的一幅簡(jiǎn)化電路圖，其中一個(gè)光電二極管被用來(lái)代替一個(gè)熱電傳感器，圖27是表示照射在圖26光電二極管上的典型照明水平的一幅簡(jiǎn)化示意圖，圖28是一幅簡(jiǎn)化波形圖，它表示當(dāng)該光電二極管180受圖27所示照射時(shí)從圖26所述電路應(yīng)當(dāng)獲得的、輸入到該微處理器時(shí)鐘輸入的波形，圖29是一幅表示典型雙元件對(duì)熱電傳感器的通用電路圖，圖30是表示圖14電路安裝了圖29的雙元件對(duì)PIR探測(cè)器的一個(gè)變體的一幅簡(jiǎn)化電路圖，圖31是表示由一個(gè)熱電傳感器和一個(gè)電容式微音器組合的混合電路的一幅簡(jiǎn)化電路圖，圖32是圖31電路的一個(gè)變體的一幅簡(jiǎn)化電路圖，其中一個(gè)熱電傳感器和一個(gè)永磁體微音器組合在一起。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖1A，這是現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備的一幅簡(jiǎn)化方框圖。圖1A表示一個(gè)傳感器2通過(guò)一個(gè)高增益放大器4連接到一個(gè)其輸出和地之間跨接一個(gè)電容器7的可控電流源6。電流源6的輸出通過(guò)一個(gè)帶有內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器9的輸入端口饋送到一個(gè)微處理器8。在微處理器8和可控電流源6之間有一個(gè)復(fù)位連接。
在運(yùn)行過(guò)程中，傳感器2產(chǎn)生一個(gè)其準(zhǔn)確強(qiáng)度值取決于探測(cè)電平的弱電流。該弱電流經(jīng)增益最好高達(dá)10000的高增益放大器放大。微處理器8將電容器7充電到一個(gè)預(yù)定的高電壓電平，同時(shí)它的I/O端口被設(shè)置成低阻抗，然后開始一個(gè)時(shí)間測(cè)量區(qū)段，將它的I/O端口設(shè)置成高阻抗。該電容器通過(guò)該可控電流源放電，放電速率是該已放大的傳感器信號(hào)的函數(shù)。該電容器的電壓用A/D轉(zhuǎn)換器9通過(guò)該微處理器的I/O端口監(jiān)視，當(dāng)該電容器電壓電平達(dá)到一個(gè)預(yù)定的低電壓時(shí)，該時(shí)間測(cè)量結(jié)束。
現(xiàn)在參考圖1B，這是一幅表示圖1A設(shè)備電壓-時(shí)間特性的示意圖。電容器7通常在時(shí)間tc內(nèi)由微處理器8的電流充電到最高電壓。如上所說(shuō)，該電容器然后被放電到一個(gè)低電壓閾值。傳感器2的探測(cè)使它的輸出產(chǎn)生少量的變化，該變化然后被放大并影響該電容器的放電循環(huán)。如果該探測(cè)器沒(méi)有探測(cè)到任何物體，那么放電到該閾值電平需要時(shí)間tsn。換句話說(shuō)，如果該傳感器被激勵(lì)，由此產(chǎn)生的電流就影響該電容器的放電循環(huán)，這可能需要短至ts-或長(zhǎng)至ts+的時(shí)間。進(jìn)一步的限制tcR-和tcR+表示有可能出現(xiàn)的放電時(shí)間的更大的偏差，對(duì)此下面會(huì)進(jìn)行解釋。
為了接收有關(guān)信號(hào)準(zhǔn)確形狀的數(shù)據(jù)，可以利用這樣的事實(shí)，即該放電時(shí)間的波動(dòng)與該熱電傳感器產(chǎn)生的信號(hào)電平有關(guān)。這個(gè)關(guān)系可能是線性關(guān)系，也可能是其他關(guān)系，取決于將該熱電傳感器電流變換到該測(cè)量時(shí)間的電路。
Ts＝F(Is)其中，Is＝該傳感器產(chǎn)生的電流，Ts＝受電流Is影響時(shí)的放電時(shí)間。
為了允許基于精確測(cè)量的復(fù)雜信號(hào)處理，該信號(hào)處理器電路必須能夠以至少1∶250的分辨率來(lái)測(cè)量該信號(hào)。
為了測(cè)量可達(dá)10Hz的頻率(在PIR探測(cè)器情況下)，希望能至少以10倍的頻率進(jìn)行采樣，即100Hz，以便獲得該信號(hào)形狀的良好精度，特別是能很好辨別該信號(hào)的峰值點(diǎn)或轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
對(duì)于其他探測(cè)器，感興趣的頻率可能要高于或低于10Hz。采樣速率也應(yīng)該作相應(yīng)的調(diào)整。
在上面的例子中，該測(cè)量循環(huán)時(shí)間是10ms。我們可以假設(shè)該充電電流向該電容器充電1ms，正常放電時(shí)間(沒(méi)有信號(hào))為5ms，受該信號(hào)影響時(shí)的放電時(shí)間范圍為±2ms。那么如圖1所示，時(shí)間tc是電容器7達(dá)到最高電壓的充電時(shí)間。正常放電時(shí)間是tsn，動(dòng)態(tài)范圍在ts+和ts-之間。可以看出，正常放電時(shí)間大約是5毫秒，但作為該信號(hào)的函數(shù)可以在±2毫秒之間變動(dòng)。(充電通常需要1ms。)如圖1B所示，該放電曲線實(shí)際上可以超出上面提到的限制，并能夠因?yàn)樵撾娐凡考?shù)波動(dòng)而在tcR+至tcR-的范圍內(nèi)向右或向左移動(dòng)。
可以通過(guò)改變放電或充電電路的參數(shù)來(lái)消除這個(gè)更大的偏差影響，從而使該放電曲線的動(dòng)態(tài)范圍始終保持在一個(gè)固定循環(huán)時(shí)間邊界之內(nèi)而不從此偏離。
在圖1的示例中，偏差范圍是5ms±2ms，給出4ms的動(dòng)態(tài)范圍。假定該信號(hào)對(duì)放電時(shí)間的影響曲線是線性的，而需要的分辨率是1∶250，就是說(shuō)在這個(gè)示例中是16μs。如果該曲線不是線性的，那么該分辨率在該整個(gè)放電曲線長(zhǎng)度上可能會(huì)隨時(shí)間改變。
在采用一個(gè)微處理器時(shí)，最好至少每隔8μs檢查一次該電容器的電壓以便達(dá)到合理的精度。
在采用一個(gè)微處理器且該傳感器通過(guò)I/O端口與之相連時(shí)，最好每隔8μs測(cè)量一次該電容器的電壓。通常該測(cè)量需要4條機(jī)器指令，每條指令通?？赡苄枰?個(gè)機(jī)器循環(huán)，所以該測(cè)量本身需時(shí)0.5μs。該微處理器還需要給該電容器充電，所有這些都意味著該微處理器時(shí)鐘速率為4MHz。即使以這一速率，該微處理器的大部分資源也只能用于采樣。
該微處理器按一件單個(gè)事件來(lái)測(cè)量每一個(gè)放電循環(huán)。測(cè)量的不精確性，特別是分辨率的不精確性，很容易被積累。
也可以將該電容器電壓連接到該微處理器的一個(gè)中斷輸入。然而這樣的一個(gè)連接可能需要一個(gè)使該電容器放電的單獨(dú)電路。同樣，分辨率是一個(gè)機(jī)器命令循環(huán)的問(wèn)題，在作為一次單個(gè)測(cè)量的每一個(gè)充放電循環(huán)都要進(jìn)行測(cè)量。
圖1舉例說(shuō)明的實(shí)施例的一個(gè)問(wèn)題是，為了進(jìn)行該信號(hào)處理需要一個(gè)比較快的微處理器。
另外一個(gè)問(wèn)題是，為了獲得良好的放電時(shí)間測(cè)量精度，需要一個(gè)高精度的電路來(lái)測(cè)量該放電電壓。如上所述，在該微處理器中采用一個(gè)A/D電路會(huì)使該微處理器更貴，所以希望能避免這樣做。
另一個(gè)問(wèn)題是，在測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)的電氣干擾可能使正在測(cè)量的信號(hào)形狀失真，從而破壞那個(gè)循環(huán)的測(cè)量。譬如，如果該電容器的放電電壓是2.5V，測(cè)量該放電電壓的A/D電路的分辨率是1∶250，即10mv，那么在該A/D電路中或者該電容器中出現(xiàn)的任何高于10mv的噪聲都可能破壞該測(cè)量。所以，如果在放電時(shí)供電電壓上出現(xiàn)了一個(gè)1.5V的干擾脈沖并通過(guò)該電容器傳輸?shù)皆揂/D電路，那么在該測(cè)量點(diǎn)處的該電容器電壓就可能達(dá)到平衡，該微處理器可能認(rèn)定該放電時(shí)間已經(jīng)結(jié)束，但實(shí)際上當(dāng)時(shí)該放電時(shí)間才達(dá)到它的一半。
實(shí)際上，只持續(xù)2至3μs的干擾就足以完全破壞持續(xù)6ms的測(cè)量。所以在一個(gè)信號(hào)嚴(yán)重失真的噪聲環(huán)境中，要完全阻止該信號(hào)處理電路的運(yùn)行。因此，轉(zhuǎn)換電路必須適當(dāng)對(duì)該外部環(huán)境屏蔽，這將增加產(chǎn)品的成本。另一種方法是，必須執(zhí)行額外的軟件運(yùn)行，而這或者可能損害被測(cè)時(shí)間的精度，或者可能要占用一個(gè)更長(zhǎng)的處理器時(shí)間并減少可供執(zhí)行其他操作的時(shí)間。
現(xiàn)在參看圖2，這是表示為解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題而提出的第一個(gè)建議的一幅簡(jiǎn)化方框圖。圖2表示連接到振蕩器12的輸入的一個(gè)傳感器10，最好是一個(gè)熱電傳感器。振蕩器12通過(guò)它的輸出被連接到一個(gè)計(jì)數(shù)器14的輸入側(cè)。計(jì)數(shù)器14又通過(guò)它的輸出被連接到一個(gè)微處理器16的輸入端口，并通過(guò)它的復(fù)位輸入被連接到微處理器16的一個(gè)輸出端口。該微處理器的另一個(gè)端口被連接到一個(gè)定時(shí)器電路18。
計(jì)數(shù)器14以振蕩器12的時(shí)鐘信號(hào)輸出速率計(jì)數(shù)。如前所述，被連接到該振蕩器輸入的傳感器10會(huì)影響該振蕩器的頻率。
熟悉技術(shù)的人員將會(huì)理解，該傳感器不必是一個(gè)熱電傳感器，可以換成其他傳感器、電阻器、電容器等等。
下面將會(huì)更詳細(xì)地說(shuō)明，該振蕩器被設(shè)計(jì)得以較快速度振蕩。采用圖2所示裝置的測(cè)量循環(huán)如下在循環(huán)開始之前，微處理器16產(chǎn)生一個(gè)使計(jì)數(shù)器14復(fù)位的復(fù)位信號(hào)。在該循環(huán)開始時(shí)，該復(fù)位信號(hào)使計(jì)數(shù)器14工作，計(jì)數(shù)器14按該振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘速度開始計(jì)數(shù)。當(dāng)該計(jì)數(shù)器14達(dá)到一個(gè)預(yù)定值時(shí)，該輸出被激發(fā)。該輸出被連接到該微處理器的一個(gè)輸入端口，或者被連接到另一個(gè)入口，譬如中斷口。
微處理器16測(cè)量從該復(fù)位信號(hào)被取消直到計(jì)數(shù)器14的輸出被激發(fā)之間的時(shí)間間隔。然而，就如下面對(duì)圖3將要解釋的那樣，正是該傳感器的輸出操縱著振蕩器12的運(yùn)行，所以測(cè)得的間隔是該傳感器信號(hào)的函數(shù)。該測(cè)得的時(shí)間間隔實(shí)際上相當(dāng)于圖1實(shí)施例中測(cè)得的時(shí)間，但到后面就會(huì)明白，它卻沒(méi)有前面所說(shuō)的許多缺點(diǎn)。
定時(shí)器電路18為微處理器16提供一個(gè)規(guī)則的時(shí)鐘信號(hào)。
現(xiàn)在參看圖3，這是一幅詳細(xì)說(shuō)明圖2所示傳感器10和振蕩器12的通用示意圖。如前所說(shuō)，傳感器10是一個(gè)熱電傳感器，包括一個(gè)與電阻器32并聯(lián)的電容性雙檢測(cè)元件30。這些元件又被連接到一個(gè)MOS三極管34的柵極。振蕩器12由兩個(gè)前后彼此相聯(lián)的施密特觸發(fā)器36和38構(gòu)成。一個(gè)開關(guān)支路40將第二個(gè)施密特觸發(fā)器38的輸出連接到第一個(gè)施密特觸發(fā)器40的輸入，該開關(guān)支路由一個(gè)電阻器42和一個(gè)三極管44構(gòu)成。
現(xiàn)在參看圖4，它表示一個(gè)施密特觸發(fā)器的典型輸入輸出特性。該觸發(fā)器是一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路，具有一個(gè)第一穩(wěn)態(tài)輸出電壓L+和一個(gè)第二穩(wěn)態(tài)輸出電壓L-。另外它有兩個(gè)在其間進(jìn)行切換的閾值電壓VTL和VTH。兩個(gè)閾值電壓的差VTH-VTL就是該觸發(fā)器的滯環(huán)范圍。
現(xiàn)在再回到圖3，一個(gè)串聯(lián)RC電路46接在電源供電與地之間以及傳感器10與振蕩器12之間。該串聯(lián)RC電路46包括一個(gè)電阻器48和一個(gè)電容器50。在運(yùn)行時(shí)，該施密特觸發(fā)器開始處于低狀態(tài)L-。來(lái)自電阻器48的電流開始向電容器50充電。傳感器10以影響電容器50充電和放電的方式運(yùn)行。如果探測(cè)開始，該傳感器電流將發(fā)生變化，這一變化將對(duì)該電容器的充放電時(shí)間發(fā)生影響。當(dāng)該電容器被充電到施密特觸發(fā)器閾值的較高值VTH時(shí)，它將該觸發(fā)器切換到高輸出狀態(tài)L+。施密特觸發(fā)器38的輸出被連接到三極管44的柵極，電壓L+足以使該三極管導(dǎo)通，為該電容器放電形成一個(gè)直接的對(duì)地通道。該放電過(guò)程迅速將放大器36的輸入電壓降低到低閾值電壓VTL，并使該觸發(fā)器轉(zhuǎn)變到它的低輸出狀態(tài)L-。剛才描述的循環(huán)是振蕩器12的一次單個(gè)振蕩，電阻器48和電容器50要選擇得使該循環(huán)比較快，一次單個(gè)測(cè)量循環(huán)包括大量振蕩。
換句話說(shuō)，振蕩器12產(chǎn)生一個(gè)規(guī)則頻率的輸出，其上疊加該頻率的一個(gè)調(diào)制，該調(diào)制實(shí)際上正比于作為傳感器10輸出的該信號(hào)的幅值。這就是說(shuō)，該傳感器產(chǎn)生的模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換成一個(gè)頻率信號(hào)。于是該頻率信號(hào)由計(jì)數(shù)器14和微處理器16測(cè)量以便產(chǎn)生該傳感器信號(hào)原來(lái)幅值的一個(gè)輸出指示。
對(duì)于圖1的設(shè)備，上面描述的完整測(cè)量循環(huán)最好每隔10ms重復(fù)一次。被測(cè)時(shí)間遲延可以在6±2ms的范圍內(nèi)變化，該范圍可能由于部件參數(shù)的變化而改變，譬如該傳感器的非探測(cè)電流等等。
現(xiàn)在參看圖5，它表示一個(gè)按照本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例運(yùn)行的頻域信號(hào)測(cè)量電路。與前面例圖部件相同的部件以相同的數(shù)碼標(biāo)記，這里不再說(shuō)明。一個(gè)由電阻器20和電容器22構(gòu)成的RC電路是本裝置的一部分，它與微處理器時(shí)鐘相聯(lián)來(lái)決定該微處理器時(shí)鐘的速率。振蕩器12的輸出被饋送到一個(gè)累計(jì)振蕩次數(shù)并顯示所得計(jì)數(shù)的多級(jí)計(jì)數(shù)器60。微處理器16在一個(gè)固定的時(shí)間遲延后(通常是6ms)檢查計(jì)數(shù)器60的輸出狀態(tài)，并直接輸入該振蕩次數(shù)，然后使該計(jì)數(shù)器復(fù)位。這和圖2的實(shí)施例相反，在圖2中計(jì)數(shù)器14總是累計(jì)到一個(gè)固定的數(shù)目，而微處理器則測(cè)量達(dá)到該數(shù)所需的時(shí)間。
可以理解，在圖1的實(shí)施例中，該電容器在每一次測(cè)量循環(huán)中只放電一次，而如前所述，在圖2、圖3和圖5中，在該循環(huán)內(nèi)該電容器要放電多次。舉例來(lái)說(shuō)，如果該循環(huán)時(shí)間是10ms，正常測(cè)量時(shí)間是6ms，那么一個(gè)希望的振蕩器頻率可以在500kHz的范圍內(nèi)。所以，每2μs就有一次電容器充放電循環(huán)，這就是說(shuō)，是3000次而不是一次。
快速充放電循環(huán)的意義在于，最后測(cè)量結(jié)果通常是3000次單獨(dú)的獨(dú)立測(cè)量的平均值。所以，一次單獨(dú)測(cè)量的誤差，譬如由于電氣干擾引起的誤差，以1∶3000的影響率來(lái)影響該循環(huán)的最終結(jié)果，而不是圖1實(shí)施例中的1∶1，這使該實(shí)施例能更好地從干擾影響中恢復(fù)。
實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以發(fā)現(xiàn)，在電容器放電時(shí)間和電壓電平測(cè)量中出現(xiàn)的不精確和干擾都因?yàn)樵摐y(cè)量被這樣多次重復(fù)而得以平均并被消除。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要放大。執(zhí)行測(cè)量的電容器50比現(xiàn)有技術(shù)中使用的要小得多，所以能夠明顯受到傳感器10的未被放大的小輸出電平的影響。另外，該振蕩器和計(jì)數(shù)器的功能也足以在它們自身產(chǎn)生一個(gè)適合于該微處理器的輸出。相反，在現(xiàn)有技術(shù)中，必須對(duì)熱電傳感器的電流提供高倍數(shù)的放大以便獲得一個(gè)易于測(cè)量的、對(duì)該較大電容器的放電時(shí)間的影響。
圖2、圖3和圖5實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，該微處理器并不需要測(cè)量該電容器輸出的電壓電平。所以它不需要一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，并且它有更多時(shí)間來(lái)執(zhí)行其他任務(wù)，從而也就不再需要一個(gè)更快的處理器。
現(xiàn)在參看圖6，這是一幅表示可以按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例運(yùn)行的頻域信號(hào)測(cè)量電路的簡(jiǎn)化方框圖。與以前例圖中相同的部件采用相同的參考數(shù)碼標(biāo)記。在圖6中，傳感器10和振蕩器12像以前的實(shí)施例一樣連接到一起。但是，因?yàn)樵撌┟芴赜|發(fā)器的輸出實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字信號(hào)，所以振蕩器12的輸出可以直接連接到微處理器16。術(shù)語(yǔ)“直接地”可以包括通過(guò)該微處理器的I/O端口連接，也包括通過(guò)它的一個(gè)中斷端口連接。I/O端口的缺點(diǎn)是，它必須對(duì)由高到低的電壓變化采樣和對(duì)該電容器充電采樣。相反，中斷端口不需要采樣，因?yàn)樵谠竭^(guò)閾值時(shí)它自動(dòng)向該處理器報(bào)告。這不僅節(jié)省了采樣，而且因?yàn)橹袛嗍羌纯踢M(jìn)行的，所以它能夠給出更高的測(cè)量分辨率。不過(guò)，即使采用一個(gè)中斷端口，該處理器也會(huì)被該中斷定期暫停。無(wú)論那種方法，該處理器的大部分資源通常都會(huì)消耗在該電容器的充放電循環(huán)之中。
正如上面關(guān)于圖3所說(shuō)的，一個(gè)希望的最小振蕩速率是在500kHz的范圍之內(nèi)。一個(gè)能以這樣的速率來(lái)計(jì)數(shù)的軟件計(jì)數(shù)器通常要消耗一個(gè)典型的4MHz處理器的相當(dāng)大部分的資源，只留下很少的時(shí)間執(zhí)行其他任務(wù)。一個(gè)解決方案就是采用更快的、但是更昂貴的處理器。
現(xiàn)在參看圖7A，這是本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的一個(gè)簡(jiǎn)化方框圖。在圖7A的實(shí)施例中，傳感器10和振蕩器12也像以前的實(shí)施例一樣連接到一起。但是，振蕩器12的輸出并不連接到微處理器16的一個(gè)I/O端口。相反，它最好連接到微處理器16的時(shí)鐘輸入，使振蕩器12能像該微處理器的一個(gè)時(shí)鐘振蕩器那樣工作。在某些類型的處理器中，譬如微芯片技術(shù)有限公司產(chǎn)生的PIC16C505，就有一個(gè)時(shí)鐘輸出(OSC2)和一個(gè)計(jì)數(shù)器輸入(T0CKI)。因此能夠利用一個(gè)簡(jiǎn)單的微處理器來(lái)生產(chǎn)一個(gè)振蕩器和計(jì)數(shù)器而不需要向該電容器充電或?qū)υ撾妷哼M(jìn)行采樣的特殊軟件，所以不需要采用一個(gè)占用微處理器16資源的軟件定時(shí)器。在這個(gè)實(shí)施例中，該振蕩器電路包括一個(gè)電阻器和一個(gè)電容器。
下面將會(huì)理解，既然該微處理器外部時(shí)鐘輸入接收一個(gè)時(shí)變信號(hào)，那么該處理器就缺少一個(gè)可用的時(shí)間信號(hào)。所以最好有一個(gè)外部定時(shí)器62附接到微處理器16的I/O端口來(lái)向該微處理器提供一個(gè)可以在其中對(duì)該脈沖計(jì)數(shù)的時(shí)間窗口。在該給定時(shí)間窗口出現(xiàn)的脈沖數(shù)提供了一個(gè)該傳感器信號(hào)電平的指示，就像圖5實(shí)施例中的固定間隔測(cè)量一樣。
所以圖7A的實(shí)施例可以構(gòu)造一個(gè)采用基本微處理器并使用最少附加電路的設(shè)備。
圖7A實(shí)施例的一個(gè)特別吸引人的特點(diǎn)是，采用該微處理器時(shí)鐘來(lái)累計(jì)脈沖就可以毫無(wú)困難地使用平均4MHz的振蕩器頻率，并顯著地提高了可能的采樣速率(是前面示例的8倍)，所以得到了更精確的測(cè)量結(jié)果和更高的傳感器靈敏度。此外，這還可以測(cè)量比前面實(shí)施例更高頻率的信號(hào)而不占用大量的處理器資源。
現(xiàn)在參看圖7B，這是一幅表示圖7A實(shí)施例的一個(gè)變體的簡(jiǎn)化方框圖。在圖7B的實(shí)施例中，省卻了外部定時(shí)器62，在該微處理器內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器。這個(gè)實(shí)施例特別適用于該微處理器具有多于一個(gè)外部時(shí)鐘輸入的情形，就像某些更高級(jí)的處理器那樣。
現(xiàn)在參看圖8，這是一幅通用示意圖，表示圖7A定時(shí)器62能夠得以具體實(shí)現(xiàn)的一種方法。在圖8中，外部定時(shí)器62包括由一個(gè)電阻器64和一個(gè)電容器66并聯(lián)構(gòu)成的一個(gè)并聯(lián)RC電路。正如熟悉技術(shù)的人員將會(huì)理解的那樣，定時(shí)器62可以是任何一種專用定時(shí)器或者甚至是另一個(gè)適當(dāng)編程的微處理器。
在圖8所示的定時(shí)器中，該I/O端口以輸出模式將電容器66充電到上閾值(最好是Vdd)，然后回復(fù)到高阻抗(輸入模式)并監(jiān)測(cè)電容器66經(jīng)過(guò)電阻器64放電到一個(gè)下閾值的放電時(shí)間。然后用電容器66的放電時(shí)間來(lái)為微處理器16提供一個(gè)定時(shí)窗口以便為它的時(shí)鐘輸入端口的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。該定時(shí)輸入比較長(zhǎng)(20ms)，該微處理器不需要經(jīng)常監(jiān)測(cè)該I/O端口。實(shí)際上在該窗口的絕大部分，該處理器可以執(zhí)行其他任務(wù)。當(dāng)20ms時(shí)間間隔結(jié)束時(shí)，該微處理器最好在它轉(zhuǎn)變?yōu)椤暗汀钡倪^(guò)程中反復(fù)對(duì)該端口采樣。一旦達(dá)到“低”狀態(tài)，則暫停該計(jì)數(shù)循環(huán)，并讀取和分析該微處理器內(nèi)部計(jì)數(shù)器。
該微處理器內(nèi)部計(jì)數(shù)器以各種方法被讀取和分析，這些方法可以包括對(duì)該信號(hào)特征的某些準(zhǔn)則進(jìn)行的復(fù)雜信號(hào)處理和分析，以便評(píng)價(jià)該傳感器給出的信號(hào)并產(chǎn)生探測(cè)輸出和報(bào)警指示。一套信號(hào)處理方法已為熟悉技術(shù)的人員所熟知。
現(xiàn)在參看圖9，這是一幅表示本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的通用示意圖。在圖9的實(shí)施例中，那些以前提到的部件被標(biāo)以完全相同的參考數(shù)碼，除非為解釋當(dāng)前實(shí)施例的運(yùn)行，否則不再討論。在圖9的實(shí)施例中，圖8的外部振蕩器電路12由直接連接到微處理器16時(shí)鐘輸入的一個(gè)電阻器48和一個(gè)電容器50構(gòu)成。這是一個(gè)在技術(shù)中被稱為“外部RC振蕩器”的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)利用該微處理器時(shí)鐘端口的內(nèi)部電路。圖9所示的電路構(gòu)造非常簡(jiǎn)單，只需要微處理器中最基本的部分和很少外部部件，所以非常可靠。這樣一個(gè)微處理器的一個(gè)示例是上面提到的PIC16C505。
現(xiàn)在參看圖10，這是圖9設(shè)備第一個(gè)變體的一幅簡(jiǎn)化示意圖。在圖10的變體中，與前面例圖中相同的部件標(biāo)以相同的參考數(shù)碼，這里不再說(shuō)明。在圖10中，一個(gè)運(yùn)算放大器(op-amp)70連接在傳感器10和振蕩器48及50之間。運(yùn)算放大器70是傳感器10到振蕩器48和50的緩沖，并消除兩者之間因缺少兼容性而引起的任何問(wèn)題。譬如參看圖9，為了使電容器50快速充電，希望電阻器48較小。但小電阻48引起的大電流可能損壞傳感器10或者限制它的運(yùn)行能力。緩沖可以帶有放大，也可以沒(méi)有放大，兩者均可。應(yīng)當(dāng)清楚的是，在這個(gè)實(shí)施例中不需要現(xiàn)有技術(shù)中使用的極高的增益水平。傳感器10最好連接在兩個(gè)電阻器72和74之間。
現(xiàn)在參看圖11，它表示圖9實(shí)施例的一個(gè)第二變體。在圖11的實(shí)施例中，運(yùn)算放大器被一個(gè)PNP三極管76所取代。PNP三極管76同樣起從振蕩器48和50到傳感器10的緩沖功能，或者作為一個(gè)可控電流源。熟悉技術(shù)的人員所知道的任何其他緩沖方法也都同樣可以接受，這些方法還可以包括一定的放大電平。
上述的各實(shí)施例是熱電傳感器的處理電路的示例，它們有很高的探測(cè)靈敏度，但對(duì)干擾的靈敏度很低，而且它們能夠采用一個(gè)基本的微處理器，完全能夠采用最少的外部電路部件。另外，該處理器的許多資源仍然可以用于其他用途。在各希望的實(shí)施例中，能夠獲得該信號(hào)的準(zhǔn)確形狀，并按希望進(jìn)行進(jìn)一步的分析。
對(duì)該微處理器的額外要求之一是要監(jiān)測(cè)從傳感器10到微處理器16中進(jìn)行計(jì)數(shù)的那一點(diǎn)之間的信號(hào)通道的傳遞函數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，該傳遞函數(shù)是線性的，但可能有例外。最好將傳遞函數(shù)或者傳遞表輸入到該微處理器。
對(duì)微處理器16可能提出的另一個(gè)要求是要能提供定期的重新校準(zhǔn)。并非所有的傳感器能一直給出同樣的信號(hào)，溫度變化等等也可能影響結(jié)果。要了解一個(gè)處理這類影響的已知方法，可以參考前面已經(jīng)大量引用的美國(guó)專利5,414,263(col.5/60至col.6/28)。其中描述的方法也可以同時(shí)作為一個(gè)低頻濾波器，它導(dǎo)致一個(gè)比較快的刷新速率，并可能損害測(cè)量精度。在該引文中，該測(cè)量具有較低的精度，所以沒(méi)有造成損害，但是本發(fā)明的實(shí)施例需要另一種方法。
現(xiàn)在參看圖12，這是一幅表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的帶有溫度補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)修正方案的方框圖。在圖12的實(shí)施例中，一個(gè)電容器140與一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)(NTC)電阻器142并聯(lián)連接到微處理器16的一個(gè)I/O端口。該修正方案可以應(yīng)用于所有前述的和以后的利用該時(shí)鐘輸入來(lái)測(cè)量頻率的實(shí)施例。因?yàn)槲⑻幚砥?6沒(méi)有固定的時(shí)基，所以標(biāo)準(zhǔn)的溫度補(bǔ)償方法是不適用的。盡管在技術(shù)中正溫度系數(shù)電阻器也為人共知，但這個(gè)修正方案利用一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的電阻器。
在運(yùn)行中，微處理器16通過(guò)該I/O端口向連接到該端口的電容器140充電。該端口然后進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，監(jiān)測(cè)該電容器通過(guò)電阻器142在一個(gè)充放電循環(huán)內(nèi)的放電，下面稱該循環(huán)為一個(gè)NTC循環(huán)。另外有一對(duì)電阻器64和電容器66設(shè)置一個(gè)定時(shí)窗口(見上面的圖8)。下面將會(huì)明白，該NTC循環(huán)的時(shí)間長(zhǎng)度取決于NTC電阻器142的電阻，該電阻當(dāng)然隨溫度而變。該微處理器內(nèi)提供一個(gè)查詢表以使它能夠?qū)TC循環(huán)持續(xù)時(shí)間，或者在一個(gè)希望的實(shí)施例中將一個(gè)定時(shí)窗口中的NTC循環(huán)次數(shù)直接轉(zhuǎn)換為絕對(duì)溫度。由此導(dǎo)出的溫度然后被用來(lái)重新計(jì)算閾值電平，這又反過(guò)來(lái)使靈敏度電平復(fù)位。
現(xiàn)在參看圖13，它表示一個(gè)校準(zhǔn)圖9實(shí)施例的設(shè)計(jì)。在圖13的實(shí)施例中，一個(gè)校準(zhǔn)熱源(電阻器)80被安置在傳感器10的視線之內(nèi)。熱源80被連接到微處理器16的一個(gè)I/O端口，該微處理器發(fā)送一個(gè)預(yù)定長(zhǎng)度的脈沖為該熱源供電。該熱源對(duì)該傳感器的影響能夠被該微處理器用來(lái)進(jìn)行重新校準(zhǔn)。該微處理器最好檢測(cè)來(lái)自該傳感器的電流，直到它達(dá)到給定的電平，并以此作為一個(gè)基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算一個(gè)重新校準(zhǔn)因子。該重新校準(zhǔn)過(guò)程最好以一系列能夠收斂到穩(wěn)定校準(zhǔn)電平的迭代步驟執(zhí)行。
現(xiàn)在參看圖14，這是本發(fā)明測(cè)量電路的另一個(gè)實(shí)施例。在圖14中，一個(gè)測(cè)量電路100包括一個(gè)本身由10nF電容器104和1.5MΩ電阻器106并聯(lián)構(gòu)成的外部定時(shí)器102。外部定時(shí)器102被連接到微處理器108的一個(gè)I/O端口107以便為該微處理器提供一個(gè)如上所述的定時(shí)信號(hào)。微處理器108有一個(gè)外部時(shí)鐘輸入110，在它內(nèi)部有一個(gè)內(nèi)部電路112，還包括一個(gè)施密特觸發(fā)器。通?？梢詮闹圃焐痰臄?shù)據(jù)資料獲得該內(nèi)部電路的詳細(xì)資料。在現(xiàn)有情況下，一個(gè)希望的微處理器芯片是前面已經(jīng)提到過(guò)的PIC16C505。它的制造商數(shù)據(jù)資料，尤其是其中有關(guān)時(shí)鐘輸入的詳細(xì)資料，特此參考編入。一個(gè)熱電傳感器116通過(guò)一個(gè)緩沖三極管118被連接到外部時(shí)鐘輸入110。緩沖三極管118又通過(guò)一個(gè)20pF的電容器120接地，并通過(guò)一個(gè)1kΩ的電阻器120連接到供電電源。傳感器116通過(guò)一個(gè)1MΩ的電阻器124連接到供電電源。為了濾除干擾，一個(gè)10nF的電容器126將電阻器124接地，傳感器116本身則通過(guò)一個(gè)10μF的電解電容器128、一個(gè)240kΩ的電阻器130和一個(gè)10nF的電容器132構(gòu)成的一個(gè)并聯(lián)組合電路被接地，這也提供了對(duì)干擾的過(guò)濾。圖14實(shí)施例的運(yùn)行實(shí)質(zhì)上和圖11相同，傳感器116產(chǎn)生的信號(hào)被三極管118緩沖，并提供給微處理器108的外部時(shí)鐘輸入110。
現(xiàn)在參看圖15和圖16，它們是表示圖14測(cè)量電路運(yùn)行情況的簡(jiǎn)化波形圖。圖15表示可以從圖14節(jié)點(diǎn)A測(cè)量的傳感器116的一個(gè)典型輸出。熱電傳感器116的輸出是一個(gè)頻率很低的信號(hào)，它在任何給定時(shí)刻的幅值取決于該傳感器探測(cè)的物體。通?？傆幸欢〝?shù)量的噪聲疊加在圖15所示波形之上，現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷正是部分地歸咎于這個(gè)噪聲。通常干擾的形式是較短時(shí)間區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的較大幅值尖峰，這常常被稱為一個(gè)沖激脈沖(impulse)。在現(xiàn)有技術(shù)中，一次單個(gè)的測(cè)量由一個(gè)較長(zhǎng)的充放電循環(huán)構(gòu)成。相反，在本發(fā)明的實(shí)施例中，根據(jù)由大量較短時(shí)間的充放電循環(huán)測(cè)得的一個(gè)頻率來(lái)進(jìn)行測(cè)量，而一個(gè)沖激脈沖只影響這些循環(huán)中的一個(gè)循環(huán)，所有對(duì)總體測(cè)量影響很小。
圖15的下部是一幅表示圖14節(jié)點(diǎn)B處輸出的簡(jiǎn)化波形圖。B點(diǎn)的輸出受外部時(shí)鐘輸入電路112和流經(jīng)緩沖三極管118的電流的影響。作為該傳感器信號(hào)一個(gè)產(chǎn)物的這一電流引起圖15上部波形的變化。在圖15的下部，平均頻率最好是4MHz，以便符合該希望實(shí)施例的設(shè)計(jì)速度。
圖16是一幅從圖14節(jié)點(diǎn)C處得到的簡(jiǎn)化波形圖，表示外部定時(shí)器102的輸出。微處理器108利用外部定時(shí)器102提供的信號(hào)，并據(jù)此測(cè)量圖15波形的頻率。盡管熟悉技術(shù)的人員可以根據(jù)應(yīng)用的需要而選擇不同的時(shí)間常數(shù)，但外部定時(shí)器102的時(shí)間常數(shù)最好為20ms。
現(xiàn)在參看圖17，這是一幅表示圖14測(cè)量電路的一個(gè)變體的簡(jiǎn)化方框圖。在圖17中，傳感器116、振蕩器122-120、緩沖器118以及相關(guān)的部件全被顯示為一個(gè)單獨(dú)方框140，標(biāo)記為一個(gè)可變頻率熱電傳感器電路?？勺冾l率熱電傳感器電路140像以前一樣被連接到微處理器108的時(shí)鐘輸入110，但是外部定時(shí)器102卻被微處理器108的內(nèi)部電路所取代。
現(xiàn)在參看圖18，這是一幅表示圖14電路另一個(gè)變體的簡(jiǎn)化方框圖。在圖18的變體中，與以前例圖中相同的部件仍標(biāo)以相同的參考數(shù)碼，除非為理解本實(shí)施例必須解釋，否則將不再詳細(xì)說(shuō)明。在圖18中，一個(gè)施密特觸發(fā)器150被連接在緩沖器118和外部時(shí)鐘輸入110之間。該施密特觸發(fā)器對(duì)該波形輸出的影響如觸發(fā)器150兩側(cè)的圖形所示。在該觸發(fā)器的輸入側(cè)，與圖15下部完全相同的三角波形代表該振蕩器輸出。在觸發(fā)器150的輸出側(cè)是一個(gè)適合直接供微處理器計(jì)時(shí)的方波波形。所以圖18的實(shí)施例不依賴于是否有施密特觸發(fā)器作為時(shí)鐘輸入110的內(nèi)部電路組成部分。一個(gè)二極管152與施密特觸發(fā)器150并聯(lián)，以便為該電容器提供一個(gè)放電通路。
熟悉技術(shù)的人員會(huì)很容易理解，盡管圖18畫有一個(gè)外部定時(shí)器102，但采用一個(gè)符合圖17或圖7B實(shí)施例的內(nèi)部定時(shí)器也能同樣有效地進(jìn)行設(shè)計(jì)。
現(xiàn)在參看圖19，這是一幅表示圖14測(cè)量電路另一個(gè)變體的簡(jiǎn)化電路圖。在圖19中，與以前例圖中相同的部件仍標(biāo)以相同的參考數(shù)碼，除非為理解本實(shí)施例必須解釋，否則將不再說(shuō)明。
在圖19中不采用一個(gè)熱電傳感器，而采用一個(gè)微音器160作為敏感元件。該微音器通過(guò)一個(gè)10kΩ的電阻器162被連接到供電電源。該微音器產(chǎn)生的信號(hào)類似于圖14所示熱電傳感器116產(chǎn)生的信號(hào)，所以適合于按照前文所說(shuō)的方法處理。
現(xiàn)在參看圖20，這是一幅表示圖19測(cè)量電路一個(gè)變體的電路圖。與以前例圖中相同的部件仍標(biāo)以相同的參考數(shù)碼，除非為理解本實(shí)施例必須解釋，否則將不再說(shuō)明。圖20的變體仍然包括微音器160作為敏感元件，但是，代替直接連接到微處理器108外部時(shí)鐘輸入110的振蕩器緩沖器輸出節(jié)點(diǎn)的是，加入了圖18的外部施密特觸發(fā)器150、152。這樣就能夠采用一個(gè)不具有內(nèi)部施密特觸發(fā)器作為其時(shí)鐘電路組成部分的微處理器。
現(xiàn)在參看圖21，這是一幅表示圖19測(cè)量電路中加入一個(gè)電容式微音器的另一個(gè)變體的簡(jiǎn)化電路圖。與以前例圖中相同的部件仍標(biāo)以相同的參考數(shù)碼，除非為理解本實(shí)施例必須解釋，否則將不再說(shuō)明。在圖21的變體中，不提供緩沖器118。該實(shí)施例實(shí)際上與前面關(guān)于圖7A所述運(yùn)行方法相同，但該傳感器是一個(gè)微音器?？梢岳斫?，能夠使用各種類型的微音器，包括電容器型微音器。
現(xiàn)在參看圖22，它是圖19實(shí)施例的另一個(gè)變體。在圖22中，與以前例圖中相同的部件仍標(biāo)以相同的參考數(shù)碼，除非為理解本實(shí)施例必須解釋，否則將不再說(shuō)明。在圖22中，同樣沒(méi)有緩沖器。此外，提供了圖18的施密特觸發(fā)器電路152，所以能夠采用一個(gè)不包含內(nèi)部施密特觸發(fā)器的微處理器。
可以理解，在圖19至圖22的每一種情況下，可以采用一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器來(lái)代替外部定時(shí)器102。此外，也可以采用一套不同類型的傳感器，包括玻璃碎裂探測(cè)器、超聲波探測(cè)器、次聲波探測(cè)器和其他探測(cè)器。
現(xiàn)在參看圖23，這是一幅表示圖14測(cè)量電路另一個(gè)變體的簡(jiǎn)化電路圖。在圖23中，與以前例圖中相同的部件仍標(biāo)以相同的參考數(shù)碼，除非為理解本實(shí)施例必須解釋，否則將不再說(shuō)明。代替圖14中熱電傳感器16的是，這里提供一個(gè)電感器與鐵芯裝置170以及一塊磁鐵171。當(dāng)磁鐵171相對(duì)于裝置170運(yùn)動(dòng)時(shí)，電磁場(chǎng)發(fā)生變化，遷移了裝置170的工作點(diǎn)。所以該線圈的阻抗改變，并影響該微處理器時(shí)鐘輸入?？梢岳迷摻Y(jié)果來(lái)測(cè)量振動(dòng)或者其他形式的運(yùn)動(dòng)或位移。電感器裝置170通過(guò)兩個(gè)10pF的電容器172和174兩側(cè)分別接地，它們除接地外還起振蕩電容器的作用。
圖23所示的探測(cè)器能夠被用來(lái)作為附接到博物館和美術(shù)館中藝術(shù)作品上的一個(gè)位移傳感器。將探測(cè)器電路170和磁鐵171之一附接到該作品就行。它能夠檢測(cè)最輕微的振動(dòng)或逐漸運(yùn)動(dòng)來(lái)啟動(dòng)報(bào)警。
可以理解，在圖23的情況下可以采用一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器來(lái)代替外部定時(shí)器102。
現(xiàn)在參看圖24，這是一幅表示電感器和線圈裝置170中典型電感變化的簡(jiǎn)化曲線圖。該圖形表示一個(gè)具有疊加噪聲的低頻振蕩。下面將會(huì)理解，該圖形的形狀非常類似于圖15的上部圖形。
現(xiàn)在參看圖25，這是一幅簡(jiǎn)化波形圖，表示圖23設(shè)計(jì)中一個(gè)電感器和線圈裝置170送到微處理器108的輸入，其中該電感變化如圖24所示。該圖表示一個(gè)頻率較低的正弦振蕩，正如前面關(guān)于圖7A所述那樣，其頻率可以通過(guò)與外部定時(shí)器102的定時(shí)器信號(hào)比較來(lái)測(cè)量。該圖形已作了相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，正如熟悉技術(shù)的人員所理解的那樣，它并沒(méi)有按比例繪制。該振蕩頻率實(shí)際上要比該傳感器信號(hào)頻率高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
現(xiàn)在參看圖26，這是一幅表示圖14電路另一個(gè)變體的簡(jiǎn)化電路圖。在圖26的實(shí)施例中，與以前例圖中相同的部件仍標(biāo)以相同的參考數(shù)碼，除非為理解本實(shí)施例必須解釋，否則將不再說(shuō)明。圖26的電路實(shí)質(zhì)上與圖14的電路相同，但敏感元件是光電二極管180。熟悉技術(shù)的人員將會(huì)理解，該傳感器完全可以采用一個(gè)光敏電阻器，而且還可以用來(lái)作為遠(yuǎn)程控制裝置，甚至作為遠(yuǎn)程模擬通信的一個(gè)基礎(chǔ)。
可以理解，在圖26的情況中能夠采用一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器來(lái)代替外部定時(shí)器102。
現(xiàn)在參看圖27，這是一幅表示照射到光電二極管180上的典型照明水平的簡(jiǎn)化曲線圖。它顯示了一個(gè)低頻正弦振蕩。
現(xiàn)在參看圖28，這是一幅簡(jiǎn)化波形圖，代表在光電二極管180受到如圖27所示照射時(shí)圖26電路應(yīng)當(dāng)給出的、輸入到該微處理器時(shí)鐘輸入的波形。該圖形表示一個(gè)很容易根據(jù)定時(shí)器102的輸出來(lái)測(cè)量的快速振蕩信號(hào)。
現(xiàn)在參看圖29，這是一幅表示技術(shù)中廣為人知的典型雙元件對(duì)熱電傳感器的通用電路圖。一個(gè)雙元件對(duì)熱電傳感器188最好包括兩個(gè)背對(duì)背相聯(lián)的熱電傳感器190和192，并具有一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)194和分別供熱電傳感器190和192用的獨(dú)立輸出節(jié)點(diǎn)196和198。正如熟悉技術(shù)的人員所理解的那樣，一個(gè)雙元件對(duì)熱電傳感器改善了虛警排除特性，并能夠被方便地連接到圖14電路的一個(gè)變體。
現(xiàn)在參看圖30，這是一幅簡(jiǎn)化電路圖，表示圖14電路中加入一個(gè)雙元件對(duì)PIR探測(cè)器188的一個(gè)變體。在圖30中，與以前例圖中相同的部件仍標(biāo)以相同的參考數(shù)碼，除非為理解本實(shí)施例必須解釋，否則將不再說(shuō)明。輸出196通過(guò)一個(gè)電阻器200連接到一個(gè)微處理器端口a并通過(guò)一個(gè)電解電容器204連接到一個(gè)微處理器端口a′。輸出198通過(guò)一個(gè)電解電容器206連接到一個(gè)微處理器端口b并通過(guò)一個(gè)電阻器202連接到一個(gè)微處理器端口b′。兩個(gè)探測(cè)器190和192又按如下所示在微處理器16的控制下提供一個(gè)循環(huán)時(shí)間內(nèi)的測(cè)量。端口a和a′被設(shè)定成高阻抗，端口b和b′被接地，所以傳感器192能夠如上所述影響該微處理器時(shí)鐘。緊接的一步是端口b和b′被設(shè)定成高阻抗而端口a和a′接地，從而使傳感器190對(duì)該微處理器產(chǎn)生影響。各個(gè)獨(dú)立的輸出連接最好操作該微處理器內(nèi)的一個(gè)基于“與”(AND)邏輯作用的控制系統(tǒng)來(lái)判別熱電傳感器190和192中是一個(gè)已被激勵(lì)還是兩個(gè)都被激勵(lì)。如果只是它們其中的一個(gè)被激勵(lì)，那么該報(bào)警最好作為虛警而忽略。也可以采用其他決策標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)在參看圖31，這是一幅簡(jiǎn)化電路圖，表示一個(gè)熱電傳感器116如何能夠與一個(gè)電容式微音器210組合構(gòu)成一個(gè)雙重技術(shù)探測(cè)器。在圖31中，與以前例圖中相同的部件仍標(biāo)以相同的參考數(shù)碼，除非為理解本實(shí)施例必須解釋，否則將不再說(shuō)明。電容式微音器210代替圖14中的電容器120被接入電路以便構(gòu)成該脈沖發(fā)生電路的一部分，所以具有檢測(cè)聲音和提供振蕩的雙重功能。該聲音和熱電信號(hào)分別具有不同的頻帶，所以能夠單獨(dú)進(jìn)行濾波和處理。在實(shí)施例中，可以在該微處理器內(nèi)進(jìn)行濾波。
現(xiàn)在參看圖32，這是一幅表示圖31電路一個(gè)變體的簡(jiǎn)化電路圖。在圖32中，與以前例圖中相同的部件仍標(biāo)以相同的參考數(shù)碼，除非為理解本實(shí)施例必須解釋，否則將不再說(shuō)明。在圖32的電路中，代替電容式微音器210的是，普通振蕩器電容器120安裝在它通常的位置上，一個(gè)永磁體微音器220被一個(gè)偏置電阻器222偏置，并被連接到第二緩沖三極管224的柵極。該第二緩沖三極管本身通過(guò)一個(gè)電阻器226被連接到供電電源，所以該振蕩電容器接收一個(gè)受到熱電傳感器116和微音器220組合影響的信號(hào)。
可以理解，在圖27至圖32的每一種情況下都可以用一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器來(lái)代替外部定時(shí)器102。
圖31和圖32的電路可以用于各種類型的雙重技術(shù)探測(cè)器。譬如微音器210或220可以用來(lái)同時(shí)探測(cè)兩個(gè)不同的聲波現(xiàn)象、振動(dòng)、沖擊等等。這些現(xiàn)象可以具有不同頻率、幅值等等。更一般地說(shuō)，正如熟悉技術(shù)的人員將會(huì)理解的那樣，只要能加入一個(gè)合適的振蕩器以及只要能產(chǎn)生可以區(qū)分的信號(hào)，就可以用兩個(gè)或者更多傳感器的其他組合來(lái)構(gòu)造上述類型的雙重技術(shù)探測(cè)器。
可以理解，為清晰起見而在各個(gè)單獨(dú)的實(shí)施例中描述的本發(fā)明的各種特征可以在單獨(dú)的實(shí)施例中以組合形式出現(xiàn)。相反，為清晰起見而在單獨(dú)的實(shí)施例中描述的本發(fā)明的各種特征也可以單獨(dú)出現(xiàn)，或者以局部組合的形式出現(xiàn)。
熟悉技術(shù)的人員可以理解，本發(fā)明并不限于上文已經(jīng)特別展示和描述的內(nèi)容。更正確地說(shuō)，本發(fā)明的范圍既包括上文所述各種特征的組合和局部組合，還包括熟悉技術(shù)的人員讀到上述說(shuō)明時(shí)就會(huì)想到的、但現(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有的它們的變體和修改。
權(quán)利要求
1.一種信號(hào)處理電路，包括一個(gè)信號(hào)輸入，一個(gè)微處理器，和一個(gè)振蕩器，可以運(yùn)行上述振蕩器來(lái)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，其頻率是在上述輸入處接收到的第一信號(hào)幅值的函數(shù)，可以運(yùn)行上述振蕩器來(lái)向上述微處理器提供上述脈沖信號(hào)，可以運(yùn)行上述微處理器以便將上述脈沖信號(hào)與定時(shí)信號(hào)相比較來(lái)測(cè)量該脈沖信號(hào)的頻率，從而提供該上述第一信號(hào)幅值的一個(gè)指示。
2.如權(quán)利要求1的電路，其中該定時(shí)信號(hào)具有定時(shí)窗口形式。
3.如權(quán)利要求1的電路，其中上述脈沖信號(hào)包括可由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的脈沖，上述計(jì)數(shù)器被連接到上述微處理器以向該上述處理器給出一個(gè)指示，以說(shuō)明給定數(shù)量的脈沖已被計(jì)數(shù)。
4.如權(quán)利要求1和2的電路，其中該上述脈沖信號(hào)被直接連接到上述微處理器。
5.如前述任一權(quán)利要求的電路，其中上述脈沖信號(hào)被提供給上述微處理器的一個(gè)時(shí)鐘輸入。
6.如前述任一權(quán)利要求的電路，還包括一個(gè)定時(shí)器，其中上述定時(shí)器的輸出包含上述定時(shí)信號(hào)。
7.如前述任一權(quán)利要求的電路，其中上述微處理器可以被運(yùn)行以便在上述定時(shí)窗口范圍內(nèi)為上述脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)。
8.如權(quán)利要求5的電路，其中上述時(shí)鐘輸入是一個(gè)外部時(shí)鐘輸入。
9.如前述任一權(quán)利要求的電路，其中上述振蕩器完全在上述微處理器外部。
10.如權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)的電路，其中上述振蕩器利用上述微處理器的內(nèi)部特性。
11.符合前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的電路，其中上述傳感器信號(hào)是一個(gè)模擬信號(hào)。
12.如權(quán)利要求1至10中任何一項(xiàng)的電路，其中上述傳感器信號(hào)是一個(gè)數(shù)字信號(hào)。
13.信號(hào)測(cè)量電路，包括一個(gè)信號(hào)輸入、一個(gè)微處理器和一個(gè)可以運(yùn)行以便為上述微處理器產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘振蕩器電路，其中上述微處理器時(shí)鐘信號(hào)脈沖的頻率可變而且是上述信號(hào)輸入處接收到的信號(hào)幅值的函數(shù)，并且可以運(yùn)行上述微處理器來(lái)處理該時(shí)鐘信號(hào)并提供一個(gè)在上述信號(hào)輸入處接收到的上述信號(hào)幅值的輸出指示。
14.如權(quán)利要求13的電路，還包括一個(gè)可以運(yùn)行以便定義一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)時(shí)間區(qū)段來(lái)為一組上述時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)的定時(shí)器，其中上述定時(shí)器還可以進(jìn)一步被上述微處理器用來(lái)處理上述信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14的電路，其中上述微處理器可以運(yùn)行以便為上述時(shí)間區(qū)段上的一組脈沖計(jì)數(shù)。
16.如權(quán)利要求6、14和15的電路，其中上述定時(shí)器包括一個(gè)基于電容器的電路。
17.如權(quán)利要求6、14、15和16的電路，其中上述定時(shí)器可以被連接進(jìn)來(lái)以便利用上述微處理器的一個(gè)I/O端口。
18.如權(quán)利要求13至17中任何一項(xiàng)的電路，其中上述時(shí)鐘振蕩器電路利用一個(gè)微處理器內(nèi)置的時(shí)鐘電路。
19.如權(quán)利要求13至17中任何一項(xiàng)的電路，其中上述振蕩器完全在上述微處理器外部。
20.如權(quán)利要求13至18中任何一項(xiàng)的電路，其中在該信號(hào)輸入處接收到的該信號(hào)是一個(gè)模擬信號(hào)。
21.如權(quán)利要求13至20中任何一項(xiàng)的電路，其中在上述信號(hào)輸入處接收到的上述信號(hào)是一個(gè)數(shù)字信號(hào)。
22.如權(quán)利要求13至21中任何一項(xiàng)的電路，其中在上述信號(hào)輸入處接收到的上述信號(hào)由一個(gè)傳感器產(chǎn)生。
23.如權(quán)利要求22的電路，其中上述傳感器是保安系統(tǒng)的一部分。
24.如權(quán)利要求22的電路，其中上述傳感器是一個(gè)紅外傳感器。
25.如權(quán)利要求22的電路，其中上述傳感器是一個(gè)熱電傳感器。
26.如權(quán)利要求22、23和24的電路，其中上述傳感器通過(guò)一個(gè)接口電路被連接到上述時(shí)鐘振蕩器電路。
27.如權(quán)利要求26的電路，其中該上述接口電路可以運(yùn)行以便執(zhí)行緩沖功能。
28.如權(quán)利要求27的電路，其中上述接口電路可以運(yùn)行以便執(zhí)行放大功能。
29.符合前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的電路，它可以被運(yùn)行以便通過(guò)將上述信號(hào)的幅值轉(zhuǎn)換為頻率來(lái)測(cè)量來(lái)自傳感器的信號(hào)，并進(jìn)行頻率測(cè)量。
30.信號(hào)測(cè)量電路，包括一個(gè)輸入來(lái)接收來(lái)自一個(gè)傳感器并且具有變化幅值的信號(hào)、一個(gè)轉(zhuǎn)換器將上述變化幅值轉(zhuǎn)換為一個(gè)可變頻率和一個(gè)測(cè)量設(shè)備以便運(yùn)行起來(lái)通過(guò)測(cè)量該頻率的變化來(lái)確定該傳感器信號(hào)的參數(shù)。
31.一種探測(cè)裝置，包括一個(gè)提供傳感器信號(hào)輸出的傳感器、一個(gè)微處理器和一個(gè)能為上述微處理器產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘振蕩器電路，其中上述微處理器時(shí)鐘信號(hào)的頻率可變而且是上述傳感器信號(hào)幅值的函數(shù)，上述微處理器處理該時(shí)鐘信號(hào)并在上述傳感器信號(hào)滿足一定準(zhǔn)則時(shí)提供一個(gè)探測(cè)指示。
32.如權(quán)利要求31的探測(cè)裝置，還包括一個(gè)可以運(yùn)行以便定義一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)區(qū)間來(lái)為一組上述時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)的定時(shí)器，其中上述定時(shí)器可以被上述微處理器用來(lái)處理該信號(hào)。
33.如權(quán)利要求32的探測(cè)裝置，其中上述微處理器可以運(yùn)行以便為該時(shí)間區(qū)段上的上述一組脈沖計(jì)數(shù)。
34.如權(quán)利要求32和33中任何一項(xiàng)的探測(cè)裝置，其中上述定時(shí)器包括一個(gè)基于電容器的電路。
35.如權(quán)利要求32至34中任何一項(xiàng)的探測(cè)裝置，其中上述定時(shí)器利用上述微處理器的一個(gè)I/O端口。
36.如權(quán)利要求31至35中任何一項(xiàng)的探測(cè)裝置，其中上述時(shí)鐘振蕩器在上述微處理器的外部。
37.如權(quán)利要求31至36中任何一項(xiàng)的探測(cè)裝置，其中上述時(shí)鐘振蕩器利用該微處理器的內(nèi)置時(shí)鐘電路。
38.如權(quán)利要求31至37中任何一項(xiàng)的探測(cè)裝置，其中上述傳感器信號(hào)是一個(gè)模擬信號(hào)。
39.如權(quán)利要求31至37中任何一項(xiàng)的探測(cè)裝置，其中上述傳感器信號(hào)是一個(gè)數(shù)字信號(hào)。
40.如權(quán)利要求31至39中任何一項(xiàng)的用于預(yù)防闖入的探測(cè)裝置。
41.如權(quán)利要求31至39中任何一項(xiàng)的用于預(yù)防盜竊的探測(cè)裝置。
42.如權(quán)利要求31至39中任何一項(xiàng)的用于照明控制的探測(cè)裝置。
43.如權(quán)利要求31至39中任何一項(xiàng)的用于振動(dòng)檢測(cè)的探測(cè)裝置。
44.如權(quán)利要求31至39中任何一項(xiàng)的用于沖擊檢測(cè)的探測(cè)裝置。
45.如權(quán)利要求31至39中任何一項(xiàng)的用于位移檢測(cè)的探測(cè)裝置。
46.如權(quán)利要求31的探測(cè)裝置，其中上述傳感器是如下一組傳感器中的任何一種一個(gè)紅外傳感器、一個(gè)雙元件對(duì)紅外傳感器、一個(gè)聲波傳感器、一個(gè)次聲波傳感器、一個(gè)超聲波傳感器、一個(gè)光電傳感器、一個(gè)電磁場(chǎng)傳感器、一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)煙霧探測(cè)傳感器。
47.如權(quán)利要求46的探測(cè)裝置，它包括一個(gè)第二傳感器，其中該第二傳感器是如下一組傳感器中的任何一種一個(gè)紅外傳感器、一個(gè)雙元件對(duì)紅外傳感器、一個(gè)聲波傳感器、一個(gè)次聲波傳感器、一個(gè)超聲波傳感器、一個(gè)光電傳感器、一個(gè)電磁場(chǎng)傳感器、一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)煙霧探測(cè)傳感器。
48.一種信號(hào)測(cè)量方法，包括向可以運(yùn)行以便為微處理器產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的振蕩器電路提供一個(gè)第一信號(hào)，其中上述時(shí)鐘信號(hào)頻率可變而且是上述第一信號(hào)幅值的一個(gè)函數(shù)，可以運(yùn)行上述微處理器以便處理該時(shí)鐘信號(hào)并提供上述第一信號(hào)幅值的一個(gè)輸出指示。
49.實(shí)質(zhì)上如上文所述并參考所附例圖的信號(hào)測(cè)量電路。
50.實(shí)質(zhì)上如上文所述并參考所附例圖的闖入探測(cè)裝置。
51.實(shí)質(zhì)上如上文所述并參考所附例圖的一種信號(hào)測(cè)量方法。
全文摘要
本發(fā)明公開包括一個(gè)信號(hào)輸入、一個(gè)微處理器和一個(gè)振蕩器的信號(hào)測(cè)量電路，可以運(yùn)行該振蕩器來(lái)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)的頻率是在該信號(hào)輸入處接收到的第一信號(hào)幅值的函數(shù)，并可以運(yùn)行該振蕩器以便向該微處理器提供該脈沖信號(hào)，可以運(yùn)行該微處理器以便將該脈沖信號(hào)與一個(gè)定時(shí)信號(hào)相比較來(lái)測(cè)量該脈沖信號(hào)的頻率，從而提供該第一信號(hào)幅值的一個(gè)指示值。
文檔編號(hào)G01D5/12GK1451092SQ00819315
公開日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2000年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月13日
發(fā)明者馬克·摩爾達(dá)維斯基, 鮑里斯·熱維列夫 申請(qǐng)人:維索尼克有限公司