СИСТЕМА КОНТРОЛЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА ПОБЛИЗОСТИ С ВЛАДЕЛЬЦЕМ

Полезная модель относится к области систем сигнализации и контроля и может быть использована владельцами различных бытовых предметов (портфелей, сумочек, кошельков, сотовых телефонов, связок ключей, бумажников, зонтиков и т.д.) для контроля их наличия в непосредственной близости с владельцем и сигнализации об их пропаже. Полезная модель может быть использована также для контроля местоположения детей, домашних животных, велосипедов, автомобилей и т.д.
Давно существует проблема предотвращения потерь различных объектов (вследствие, например, забывчивости владельца или кражи). Владелец обычно желает быть постоянно осведомленным о том, находится ли контролируемый объект поблизости с ним и не пропал ли по какой-либо причине. Либо, если исчезновение объекта (удаление от владельца) все же произошло, то желательно каким-либо образом остановить его перемещение или сделать невозможным его использование посторонними или злоумышленниками.
Самые эффективные пути решения указанной проблемы связаны с использованием современных радиотехнических средств. Как правило, такие средства включают в себя как минимум один передатчик и один приемник, снабженный пороговым устройством (компаратором) и сигнально-исполнительным устройством, причем одно из этих устройств (передатчик или приемник) размещается на объекте, а другое находится у владельца. При удалении приемника и передатчика друг от друга амплитуда принимаемого приемником сигнала уменьшается, и как только она становится меньше установленного порога, срабатывает сигнально-исполнительное устройство (которым может быть, например, звуковой сигнализатор или какое-либо тормозное или блокировочное устройство).
Известные сигнально-охранные системы указанного назначения отличаются своими функциональными возможностями, надежностью и, соответственно,
стоимостью.
В системе [Патент США №4260982, опубл. 7 апреля 1981], предназначенной для предотвращения потери или кражи багажа и других предметов, в контролируемый объект встраивается передатчик, а у владельца находится приемник, порог чувствительности которого соответствует определенному радиусу действия системы. Как только объект с передатчиком удаляется от приемника за пределы зоны действия, сигнал на выходе приемника пропадает, что приводит к срабатыванию тревожного сигнала. Для повышения надежности в системе применена кодоимпульсная модуляция сигнала передатчика с соответствующей настройкой на этот код приемника. Эта система является системой исключительно для сигнализации о факте пропажи, то есть в ней отсутствует возможность непрерывно контролировать местоположение объекта. Другим недостатком системы является то, что при нахождении в зоне безопасности (например, в собственном доме), - там, где допустимы относительно большие расстояния между приемником и передатчиком, владелец в целях избежания постоянного срабатывания сигнализации, может выключить приемник, и совершенно не гарантировано, что он не забудет его включить при выходе из этой зоны.
В другом примере подобных систем [Патент США №5349329, опубл. 20 сентября 1994] пара «передатчик-приемник» служит для предотвращения угона автомобиля. Здесь, в отличие от предыдущей системы, передатчик находится у владельца (водителя), а приемник с сигнальными и блокировочными устройствами - в автомобиле. В случае кражи или грабежа, когда водитель оказывается на достаточно большом расстоянии от автомобиля, срабатывают сирена и блокирующие устройства (прерывающие, например, работу систем зажигания или топливоподачи). Для того, чтобы исполнительные устройства системы не срабатывали тогда, когда расстояние между водителем и автомобилем велико, но автомобилю ничто не угрожает, в систему введены узлы, включающие исполнительные устройства только при наличии дополнительного условия, - например, открывании двери. Эта система также
не снабжена средствами, позволяющими оценивать расстояние между приемником и излучателем.
Существуют охранные радиотехнические системы, в которых совмещены функции сигнализации о превышении заданного расстояния до объекта и непрерывной индикации этого расстояния, что, при незначительном удорожании, делает такие системы гораздо более универсальными.
Системой, наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности, является система [Патент США №4785291, опубл. 15 ноября 1988], которая включает в себя микропередатчик, прикрепленный к контролируемому объекту, и приемник, носимый владельцем объекта, с выходом которого электрически связаны компаратор с задатчиком опорного напряжения и сигнально-индицирующее устройство. Выход приемника соединен с информационным аналоговым входом сигнально-индицирующего устройства и с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с задатчиком опорного напряжения. Выход компаратора соединен со входом включения тревоги сигнально-индицирующего устройства. До тех пор, пока объект находится внутри области, ограниченной порогом срабатывания компаратора, на вход включения тревоги сигнально-индицирующего устройства подается низкий логический уровень. Когда объект удаляется на расстояние, при котором напряжение на выходе приемника становится ниже определенного порога, определяемого задатчиком опорного напряжения, на выходе компаратора появляется высокий логический уровень, включающий сигнал тревоги. При этом поступающее с выхода приемника на информационный аналоговый вход сигнально-индицирующего устройства напряжение, являющееся функцией расстояния, преобразуется в различные виды индицирующих воздействий: звуковое (последовательность звуковых импульсов с частотой следования, пропорциональной расстоянию) и световое (в виде линейной светодиодной матрицы). Таким образом, данная система позволяет не только выработать сигнал тревоги при пропаже объекта из ближней зоны, но и приблизительно оценить динамику его удаления, а при необходимости даже осуществлять
его поиск. Однако данная система, как и все подобные системы, не свободна от недостатка, указанного при описании первой системы, а именно: при постоянной эксплуатации системы, когда в некоторых случаях (при нахождении в безопасном месте) владелец ее отключает для предотвращения ненужного срабатывания сигнализации, велика вероятность, что владелец забудет ее включить при выходе из безопасной зоны.
Задачей, решаемой с помощью данной полезной модели, является повышение надежности охраны объекта и расширение функциональных возможностей системы за счет незначительного усложнения структуры, цель которого - устранение необходимости полного выключения системы и автоматическое увеличение радиуса срабатывания сигнализации при нахождении в безопасной зоне.
Задача решается тем, что в известную систему, включающую в себя прикрепленный к контролируемому объекту микропередатчик и носимый владельцем объекта приемник, с выходом которого электрически связаны информационный аналоговый вход сигнально-индицирующего устройства и первый вход компаратора, второй вход которого связан с задатчиком опорного напряжения, а выход - со входом включения тревоги сигнально-индицирующего устройства, в отличие от системы-прототипа, дополнительно введен расположенный в безопасной зоне второй микропередатчик с рабочей частотой, отличной от частоты первого, а приемник содержит входной усилитель, выход которого подключен на последовательно включенные первый селективный каскад и первый детектор, а также на последовательно включенные второй селективный каскад, второй детектор и формирователь, выход первого детектора подключен к первому входу компаратора и информационному аналоговому входу сигнально-индицирующего устройства, задатчик опорного напряжения выполнен в виде источника с двумя переключаемыми опорными напряжениями, а управляющий вход задатчика связан с выходом формирователя.
1
2
1
2
Предлагаемая система изображена на фиг.1. На объекте контроля 1 расположен первый микропередатчик 2. Владелец 3 постоянно носит с собой устройство, включающее в себя входной усилитель 4, выход которого подключен на последовательно включенные первый селективный каскад 5 и первый детектор 6, а также на последовательно включенные второй селективный каскад 7, второй детектор 8 и формирователь 9. Выход первого детектора 6 подключен к первому входу компаратора 11 и информационному аналоговому входу сигнально-индицирующего устройства 12. Задатчик опорного напряжения 10 выполнен в виде источника с двумя переключаемыми опорными напряжениями U и U (U>U), его управляющий вход подключен к выходу формирователя 9, а выход - ко второму входу компаратора 11. Выход компаратора 11 соединен со входом включения тревоги сигнально-индицирующего устройства 12. В зоне безопасности 13 стационарно расположен второй микропередатчик 14.
Первый и второй микропередатчики 2 и 14 имеют разные рабочие частоты. Соответственно на эти частоты настроены селективные каскады 5 и 7.
Система работает следующим образом.
1
1
2
Микропередатчик 2 излучает радиоволны на определенной частоте. Если объект 1 расположен рядом с владельцем 3, то амплитуда принимаемых входным усилителем 4 высокочастотных сигналов достаточно велика, они проходят через селективный частотный фильтр каскада 5 и детектируются детектором 6, в результате чего получается постоянный сигнал, уровень которого является функцией расстояния между объектом 1 и владельцем 3. Этот сигнал приложен к первому входу компаратора 11. Если владелец 3 с объектом 1 находятся вне безопасной зоны 13, то есть далеко от микропередатчика 14, то принятые усилителем 4 слабые (или практически отсутствующие) сигналы этого передатчика, прошедшие селективный каскад 7 и детектор 8, не вызывают на выходе формирователя цифровых сигналов 9 появления логической единицы, поэтому переключаемый задатчик напряжения 10 вырабатывает напряжение U(U>U). Таким образом, на второй вход компаратора
1
11 приложено опорное напряжение U, а на первый - постоянный сигнал с детектора 6. Компаратор 11 построен таким образом, что если напряжение на первом входе выше, чем на втором, то на выходе формируется логический ноль. Именно такой логический ноль оказывается приложен ко входу включения тревоги сигнально-индицирующего устройства 12. Поэтому последнее не вырабатывает никаких тревожных сигналов. В то же время постоянный сигнал с детектора 6, являющийся функцией расстояния между объектом 1 и владельцем 3, поступает на аналоговый информационный вход сигнально-индицирующего устройства 12 и воздействует на параметры визуальной (и, опционально, звуковой) индикации расстояния до объекта.
1
1
Если объект 1 удаляется от владельца 3, то в определенный момент, при достижении заданного (установкой U) расстояния, напряжение на выходе детектора 6 упадет ниже U, и на выходе компаратора 11 установится логическая единица, вызывающая тревожный звуковой и визуальный сигнал, вырабатываемый устройством 12. Звуковой сигнал представляет собой последовательность звуковых импульсов с частотой следования, пропорциональной расстоянию до объекта. Поэтому при дальнейшем удалении объекта частота нарастает, что можно использовать не только для контроля, но и для поиска объекта.
1
2
1
Если владелец 3 находится в безопасной зоне 13, там где установлен микропередатчик 14, то сигналы последнего вызывают появление на выходе формирователя 9 логической единицы, что переключает опорное напряжение с U на U. Это понижает порог срабатывания компаратора 11, а значит, увеличивает критическое расстояние между объектом и владельцем, соответствующее срабатыванию сигнализации, что позволяет более свободно размещать объект, не заботясь о возможном срабатывании сигнализации. В то же время система продолжает работать, и если владелец 3 покидает зону 13, забыв объект 1, то на определенном расстоянии сигнал передатчика 14 ослабнет, опорным снова станет напряжение U, сигнализация сработает, напомнив об объекте.
Таким образом, за счет устранения необходимости полного выключения системы и автоматического увеличения радиуса срабатывания сигнализации при нахождении в безопасной зоне достигается более высокая надежность системы и расширение ее функциональных возможностей. При этом сложность структуры системы и ее стоимость увеличиваются незначительно.
Система реализована на базе хорошо известных, дешевых и доступных электронных узлов. Авторы исходили из того, что ее стоимость не должна превосходить стоимости контролируемых объектов.
Передатчики 2, 14 и многие узлы приемника (4-8) могут быть реализованы на базе массово выпускаемых промышленностью многих стран мира готовых микромодулей. Пример: фирма Telecontrolli (Италия) выпускает микромощные радиопередающие модули и соответствующие приемные модули с размерами порядка 10×30 мм, предназначенные для работы в разрешенных диапазонах 315, 418, 433, 868 МГц [Информация на русском языке доступна на Интернет-сайте www.gaw.ru/telecontrolli]. Формирователь 9 легко реализуем, например, на основе триггера Шмитта - специализированной микросхемы К561ТЛ1. Задатчик переключаемых опорных напряжений 10 может быть реализован на основе источника стабилизированного напряжения и резистивного делителя, в котором одно из плеч состоит из двух резисторов, параллельно коммутируемых с помощью электронного ключа. Один или два резистора этого делителя могут быть подстроечными, для того, чтобы была возможность подстройки опорных напряжений (уровней срабатывания компаратора) и настройки тем самым критических расстояний до объекта. Компаратор 11 может быть реализован на основе специализированной интегральной микросхемы или операционного усилителя [Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. - изд. 2-е. - М.: Радио и связь, 1985. - С.150].
Сигнально-индицирующее устройство 12 также может быть выполнено на основе хорошо известных в электронике узлов и элементов. Пример реализации приведен на фиг.2. На схеме цифрами обозначены: 15 - резистор,
16 - конденсатор, 17 - электронный ключ, 18 - компаратор, 19 - формирователь коротких импульсов (одновибратор), 20 - генератор импульсов звуковой частоты, 21 - схема логического И, 22 - звуковой излучатель, 23 - фильтр низкой частоты (ФНЧ), 24 - визуальный индикатор.
Смысл функционирования этого устройства сводится к тому, что при наличии логической единицы на входе # оно вырабатывает звуковые импульсы с частотой следования, пропорциональной напряжению на входе Λ.
0
0
Это напряжение через резистор 15 заряжает конденсатор 16, причем заряд до уровня порогового напряжения U идет тем быстрее, чем выше входное напряжение. Как только напряжение на конденсаторе сравняется с напряжением U, выставленным на втором входе компаратора 18, на выходе компаратора произойдет переброс в состояние логической единицы. Этим фронтом запускается одновибратор 19, вырабатывающий импульсы стандартной длительности (порядка 0,5 с), которые поступают на схему И 21 и замыкают ключ 17, что приводит к быстрому разряду конденсатора 16, и процесс повторяется. Таким образом, частота следования импульсов на выходе будет тем выше, чем выше напряжение на входе Λ. На выходе схемы И 21 формируются пачки импульсов звуковой частоты только при наличии логической единицы на входе #. Последовательность импульсов с выхода одновибратора 19 в любом случае поступает также на ФНЧ 23, выделяющий постоянную составляющую сигнала, и далее на визуальный индикатор 24, в качестве которого может быть использован, например, микроамперметр.
Заявляемая система обладает следующими достоинствами:
- более высокой надежностью (за счет устранения необходимости полного выключения системы даже в пределах безопасной зоны) и расширенными функциональных возможностями, а именно: автоматическим увеличением радиуса срабатывания сигнализации при нахождении в безопасной зоне;
- невысокой стоимостью;
- небольшой потребляемой мощностью;
- малыми массой и габаритами;
- относительной простотой изготовления и отладки.
- система позволяет не только выработать сигнал тревоги при пропаже объекта из ближней зоны, но и приблизительно оценить динамику его удаления, а при необходимости осуществлять его поиск, ориентируясь на звуковую и визуальную информацию сигнально-индицирующего устройства.