СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ЛЮДЕЙ С ОГРАНИЧЕННЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ЗДОРОВЬЯ
SECURITY SYSTEM FOR THE DISABLED

Предлагаемая система относится к области радиотехники и может быть использована для оповещения об угрозе пожара или иного нежелательного или ненормального режима работы лиц с ограниченными возможностями жизнедеятельности и здоровья, а также для оповещения соответствующих служб безопасности о возможности опасной для жизни ситуации.
Известны системы и устройства оповещения об угрозе пожара или иного нежелательного или ненормального режима работы лиц с ограниченными возможностями жизнедеятельности и здоровья (авт. свид. СССР №1.089.601, патенты РФ №№2.170.951, 2.110.094, 2.040.035, 2.210.813, 2.263.972, 2.312.397, 2.350.263, 2.406.156; патент США №3.786.461; Абрамов С. Микроконтроллер - дельта-модулятор. Ежемесячный массовый журнал «Радио-мир». - М.: ООО «Радиомир-Пресс», 25.03.2005, С.3 и другие).
Из известных систем и устройств наиболее близким к предлагаемой системе является «Индивидуальное радиоканальное устройство оповещения (патент РФ №2.406.156, G08B 21/02, 2009), которое и выбрано в качестве прототипа.
Известное устройство содержит вибромотор, автономный источник питания, выполненный на неперезарядном элементе, радиоканальный приемопередатчик, блок управления, световой индикатор, звуковой сигнализатор, кнопку квитирования, модулятор, импульсный преобразователь напряжения и обеспечивает повышение эффективности оповещения об угрозе пожара или иного нежелательного или ненормального режима работы лиц с ограниченными возможностями жизнедеятельности и здоровья, в частности глухих и слабослышащих, за счет индивидуального оповещения специализированными низкочастотными апериодическими вибрационными сигналами, воздействующими на объективную тактильную реакцию, подтвержденную сигналами светового оповещения. При этом кнопка 9 квитирования предназначена для сброса вибрационного сигнала с одновременной передачей по радиоканалу извещения о получении тревожного сигнала.
Но в известном устройстве не предусмотрена возможность для передачи на пункт, контроля сигнала об экстренной помощи пожилым людям, лишенным возможности самостоятельно передвигаться при возникновении чрезвычайной ситуации.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем передачи на пункт контроля сигнала об экстренной помощи пожилым людям, лишенным возможности самостоятельно передвигаться при возникновении чрезвычайной ситуации.
Поставленная задача решается тем, что система безопасности людей с ограниченными возможностями жизнедеятельности и здоровья, включающая в соответствии с ближайшим аналогом индивидуальное радиоканальное устройство оповещения, содержащее автономный источник питания и последовательно включенные приемопередатчик, блок управления, второй вход которого соединен с кнопкой квитирования, модулятор, импульсный преобразователь напряжения и вибромотор, при этом выход автономного источника питания, который выполнен на неперезаряживаемом элементе, соединен с цепями радиоканального приемопередатчика и блока управления, к второму и третьему выходам которого подключены световой индикатор и звуковой сигнализатор соответственно, блок управления и модулятор выполнены на основе микроконтроллера, индивидуальное радиоканальное устройство оповещения снабжено приспособлением, обеспечивающим крепление на теле человека, например, в виде браслета, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена пунктом контроля соответствующей службы безопасности, выполненным в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого через гетеродин соединен с выходом блока поиска, усилителя промежуточной частоты, удвоителя фазы, второго анализатора спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, ключа, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, фазового детектора и блока регистрации, причем к выходу удвоителя фазы последовательно подключены первый узкополосный фильтр, делитель фазы на два и второй узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, вход управления блока поиска соединен с входом первого блока, приемопередатчик индивидуального радиоканального устройства оповещения выполнен в виде последовательно подключенных к четвертому выходу блока управления задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, усилителя мощности, циркулятора, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, и приемника, выход которого соединен с первым входом блока управления.
Система состоит из индивидуального радиоканального устройства оповещения, которое с помощью специального приспособления крепится на теле человека, например, в виде браслета, и пульта контроля, размещенного в соответствующей службе безопасности.
Индивидуальное радиоканальное устройство оповещения содержит последовательно включенные приемопередатчик 2, блок 3 управления, второй вход которого соединен с кнопкой 9 квитирования, модулятор 4, импульсный преобразователь 5 напряжения и вибромотора 6. К второму и третьему выходам блока 3 управления подключены световой индикатор 7 и звуковой сигнализатор 8 соответственно. Выход автономного источника 1 питания соединен с цепями радиоканального приемопередатчика 2 и блока 3 управления.
Приемопередатчик 2 выполнен в виде последовательно подключенных к четвертому выходу блока 3 управления задающего генератора 13, фазового манипулятора 15, второй вход которого соединен с выходом генератора 14 псевдослучайной последовательности (ПСП), усилителя 16 мощности, циркулятора 11, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 10, и приемника 12, выход которого соединен с первым входом блока 3 управления.
Пункт контроля содержит последовательно включенные приемную антенну 17, усилитель 18 высокой частоты, смеситель 21, второй вход которого через гетеродин 20 соединен с выходом блока 19 поиска, усилитель 22 промежуточной частоты, удвоитель 25 фазы, второй анализатор 26 спектра, блок 27 сравнения, второй вход которого через первый анализатор 24 спектра соединен с выходом усилителя 22 промежуточной частоты, пороговый блок 28, второй вход которого через линию 29 задержки соединен с его выходом, ключ 30, второй вход которого соединен с выходом усилителя 22 промежуточной частоты, фазовый детектор 34 и блок 35 регистрации. К выходу удвоителя 25 фазы последовательно подключены первый узкополосный фильтр 31, делитель 32 фазы на два и второй узкополосный фильтр 33, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 34, вход управления блока 19 поиска соединен с выходом порогового блока 28.
Первый 24 и второй 25 анализаторы спектра, удвоитель 25 фазы, блок 27 сравнения, пороговый блок 28 и линия 29 задержки образуют обнаружитель (селектор) 23 сложного сигнала с фазовой манипуляцией (ФМн).
Система безопасности людей с ограниченными возможностями жизнедеятельности и здоровья работает следующим образом.
1
1
1
Радиоканальный приемопередатчик 2 работает в соответствии с прототипом, который используется в конкретной радиоканальной системе охранно-пожарной сигнализации. При получении по радиоканалу тревожного сигнала, последний с выхода приемопередающей 10 антенны через циркулятор 11 и приемник 12 поступает на первый вход блока 3 управления, который выдает периодические сигналы на включение светового индикатора 7 и звукового сигнализатора 8, а кроме того, запускает модулятор 4. Модулятор 4 периодически включающий и выключающий импульсный преобразователь 5, предназначенный для усиления ощутимости вибрации, создаваемой вибромотором 6. Питание устройства осуществляется от автономного источника 1 с начальным напряжением U, которое в ходе работы поступает на устройство, содержащее низкоомную нагрузку (вибромотор). Поэтому напряжение U выбрано большим, чем напряжение, обеспечивающее работу выбромотора 6. Для обеспечения работы вибромотора 6, не зависящей от изменения напряжения питания U, используется импульсный преобразователь 5, имеющий высокий КПД и понижающий напряжение питания выбромотора 6 до уровня, обеспечивающего его стабильную работу.
Устройство обеспечивает повышение эффективности оповещения лиц с ограниченными возможностями жизнедеятельности и здоровья, в частности глухих и слабослышащих, за счет индивидуального оповещения специализированными низкочастотными апериодическими вибрационными сигналами, воздействующими на объективную тактильную реакцию, подтверждающуюся сигналами светового оповещения.
Кнопка 9 квитирования предназначена для сброса вибрационного сигнала с одновременной передачей по радиоканалу известия о получении тревожного сигнала.
Пожилой человек, лишенный возможности самостоятельно передвигаться и находящийся, например, в доме инвалидов, при возникновении чрезвычайной ситуации и получив сигнал тревоги об угрозе пожара, наводнения или других стихийных бедствий, нуждается в экстренной помощи спасателей и нажимает кнопку 9 квитирования и через блок 3 управления включает задающий генератор 13, который формирует высокочастотное колебание
1
1
1
1
1
u(t)=Ucos(ωt+φ), 0≤t≤T,
1
1
1
1
где U, ω, φ, T - амплитуда, несущая частота начальная фаза и длительность высокочастотного колебания.
1
1
Это колебание поступает на первый вход фазового манипулятора 15, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода генератора 14 псевдослучайной последовательности (ПСП). Причем модулирующий код M(t) является идентификационным номером пожилого человека и лечебного заведения, в котором он находится.
На выходе фазового манипулятора 15 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн-сигнал)
2
2
1
k1
1
1
u(t)=Ucos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
k1
1
где φ(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), который после усиления в усилителе 16 мощности через циркулятор 11 поступает в приемопередающую антенну 10, излучается ею в эфир, улавливается приемной антенной 17 пункта контроля и через усилитель 18 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 21, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 20 линейно-изменяющейся частоты
Г
Г
Г
Г
1
2
u(t)=Ucos(ωt+πγt+φ), 0≤t≤T,
Г
Г
Г
Г
где U, ω, φ, T - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина;
<mrow><mi>γ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Д</mi><mi>f</mi></mrow><mrow><msub><mi>T</mi><mi>П</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
- скорость изменения частоты (скорость перестройки гетеродина в заданном диапазоне частот).
П
Заданный диапазон частот Дf отводится для сигналов бедствия и периодически с периодом Т просматривается с помощью блока 19 поиска, в качестве которого может быть использован генератор пилообразного напряжения.
На выходе смесителя 21 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 22 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты
пр
пр
пр
k1
пр
1
2
u(t)=Ucos[ωt+φ(t)-πγt-φ], 0≤t≤T,
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>U</mi><mn>2</mn></msub><msub><mi>U</mi><mi>Г</mi></msub></mrow>
где
;
пр
1
г
ω=ω-ω - промежуточная (разностная) частота;
пр
1
г
φ=φ-φ,
которое поступает на вход обнаружителя (селектора) 23 ФМн-сигнала, состоящего из первого 24 и второго 26 анализаторов спектра, удвоителя 25 фазы, блока 27 сравнения, порогового блока 28 и линия 29 задержки.
При этом на выходе удвоителя 25 фазы образуется напряжение
3
3
пр
пр
1
2
u(t)=Ucos(2ωt-2πγt+2φ), 0≤t≤T,
<mrow><msub><mi>U</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msubsup><mi>U</mi><mn>2</mn><mn>2</mn></msubsup></mrow>
где
.
k1
Так как 2φ(t)={0,2π}, то в указанном напряжении манипуляция фазы уже отсутствует.
2
c
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>f</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>T</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>f</mi><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>Э</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
Ширина спектра Δf второй гармоники сигнала определяется длительностью сигнала
, тогда как ширина спектра Δf сложного ФМн-сигнала определяется длительностью его элементарных посылок
.
Следовательно, при удвоении фазы сложного ФМн-сигнала его ширина спектра сворачивается в N раз
<mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>f</mi><mi>c</mi></msub></mrow><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>f</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>N</mi></mrow>
,
Э
1
1
Э
где τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т (Т=Nτ).
c
2
I
II
c
2
I
II
пор
пор
пор
Ширина спектра Δf сложного ФМн-сигнала измеряется с помощью первого анализатора 24 спектра, а ширина спектра Δf его второй гармоники измеряется с помощью второго анализатора 26 спектра. Напряжения U и U, пропорциональные Δf и Δf соответственно, с выходов анализаторов спектра 24 и 26 поступают на два входа блока 27 сравнения. На выходе блока 27 сравнения образуется постоянное напряжение только тогда, когда на его входы поступают напряжения разной амплитуды. Так как U>>U, то на выходе блока 27 сравнения образуется напряжение U, которое превышает пороговый уровень U в пороговом блоке 28. Пороговое напряжение U выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи и шумы. При превышении порогового уровня U в пороговом блоке 28 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход блока 19 поиска, выключая его, на вход линии 29 задержки и на управляющий вход ключа 30, открывая его. В исходном состоянии ключ 30 всегда закрыт.
З
1
Время задержки τ линии 29 задержки выбирается таким, чтобы можно было зарегистрировать обнаруженный ФМн-сигнал и проанализировать его параметры. При обнаружении сложного ФМн-сигнала с несущей частотой ω и остановки блока 19 поиска усилителем 22 промежуточной частоты выделяется следующее напряжение:
пр1
пр
пр
k1
пр
1
u(t)=Ucos[ωt+φ(t)+φ), 0≤t≤T,
которое через открытый ключ 30 поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 34.
На выход удвоителя 25 фазы в этом случае формируется напряжение
4
4
пр
пр
1
u(t)=U(2ωt+2φ), 0≤t≤T,
которое выделяется узкополосным фильтром 31 и поступает на вход делителя 32 фазы на два. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение
5
5
пр
пр
1
U(t)=Ucos(ωt+φ), 0≤t≤T,
которое выделяется узкополосным фильтром 33, используется в качестве опорного напряжения и подается на второй (опорный) вход фазового детектора 34. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 34 образуется низкочастотное напряжение
H
H
K1
1
U(t)=Ucosφ(t), 0≤t≤T,
<mrow><msub><mi>U</mi><mi>H</mi></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi></mrow></msub><msub><mi>U</mi><mn>5</mn></msub></mrow>
где
,
1
пропорциональное модулирующему коду M(t). Это напряжение фиксируется блоком 35 регистрации.
З
По истечении времени τ задержки напряжение с выхода порогового блока 28 поступает на его второй вход и сбрасывает содержимое на нулевое значение. При этом блок 19 поиска включается, а ключ 30 закрывается, т.е. они переводятся в свои исходные положения.
При обнаружении сложного ФМн-сигнала на другой несущей частоте, работа предлагаемой системы происходит аналогичным образом, т.е. так, как это описано выше.
По каждому зарегистрированному низкочастотному напряжению, пропорциональному модулирующему коду, принимаются экстренные меры по оказанию помощи пожилому человеку, лишенному возможности самостоятельно передвигаться и попавшему в опасную ситуацию.
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом обеспечивает не только эффективное оповещение об угрозе пожара или иного нежелательного или ненормального режима работы лиц с ограниченными возможностями жизнедеятельности и здоровья, в частности глухих и слабослышащих, за счет индивидуального оповещения специализированными низкочастотными апериодическими виброчастотными сигналами, воздействующими на объективную тактильную реакцию, подтвержденную сигналами светового оповещения, но и позволяет передавать на пункт контроля сигналы об экстренной помощи пожилым людям, лишенным возможности самостоятельно передвигаться при возникновении чрезвычайной ситуации. При этом используются сложные сигналы с фазовой манипуляцией, которая обладает высокой энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность сигналов. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.
Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их формы и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.
Сложные ФМн-сигналы позволяют применять структурную селекцию. Это значит, что появляется возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени
Тем самым функциональные возможности известного устройства расширены.