Комплекс технических средств оптических обнаружения объекта

Данное техническое решение относится к сигнальным и вызывным устройствам систем тревожной сигнализации, а именно, к системам охранной сигнализации. Комплекс технических средств оптических обнаружения объекта (далее - комплекс), предназначен для: - контроля участков слабопересеченной местности периметров, складов и ангаров; - обнаружения движущегося объекта, передвигающегося в любом положении, если он перекрывает один нижний или не менее двух любых лучей при пересечении зоны обнаружения; - выдачи сигнала обнаружения в виде размыкания сухих контактов реле длительностью не менее 3 с при пересечении зоны обнаружения стандартной целью по ГОСТ Р 50777. Комплекс является двухпозиционным ИК-средством обнаружения, состоящим из передатчика (ПРД) и приемника (ПРМ). Принцип действия комплекса основан на создании в пространстве между передатчиком и приемником 4-х (16-ти) инфракрасных (ИК) лучей и регистрации пересечения этих лучей нарушителем. ПРД под управлением ПРМ передает ИК-сигнал на ПРМ с минимальной мощностью, достаточной для обнаружения нарушителя. Управление осуществляется через канал обратной связи, выполненный по витой паре. ПРМ через коммутатор и схему формирования сигнала (дифференциальный усилитель, фильтр и управляемый усилитель сигнала) опрашивает состояние лучей (уровень сигнала). При появлении модуляции сигнала лучей микропроцессор с помощью интеллектуального алгоритма обрабатывает данную модуляцию на предмет наличия нарушения. При определении нарушения выдается сигнал тревоги. При недостаточной мощности сигнала (видимость менее 50 м) комплекс переходит в режим 16-ти лучей, тем самым увеличивая суммарную мощность излучения в 4 раза, что позволяет сохранить работоспособность комплекса при больших уровнях оптического затухания. Комплекс имеет возможность определять направление движения нарушителя, что можно использовать для формирования сигнала тревоги только при его движении в одном направлении. Комплекс устойчив к воздействию электромагнитных помех (импульсов напряжения в цепях питания, прерываний сетевого питания, электростатических разрядов, электромагнитных полей).

Область техники

Данное техническое решение относится к сигнальным и вызывным устройствам систем тревожной сигнализации, а именно, к системам охранной сигнализации.

Уровень техники

Аналогом данного технического решения является УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ (свидетельство на полезную модель №24582, заявка 2001136085 от 27.12.2001 г., МПК G08В 13/18, опубликовано 10.08.2002, патентообладатель Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева), состоящее из передающей и приемной частей, первая из которых, являясь излучателем оптических импульсных сигналов, состоит из последовательно соединенных генератора импульсов, усилителя и излучающего элемента, а вторая, являясь фотоприемным устройством, состоит из последовательно соединенных фотоприемника, усилителя, счетчика, генератора импульсов звуковой частоты и акустического преобразователя, где выход счетчика через генератор импульсов соединен со своим счетным входом, а выход излучающего элемента передающей части через оптический канал связан с фотоприемником приемной части, отличающееся тем, что в излучатель оптических импульсных сигналов введены коммутатор и датчики тревоги, подключенные к коммутатору, выход которого соединен с генератором импульсов.

Недостатками данного аналога являются низкая разрешающая способность устройства, малая зона контроля, зависимость от погодных условий.

Другим аналогом заявляемого технического решения является УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ (свидетельство на полезную модель №32619, заявка

2003113408 от 24.04.2003 г., МПК G08В 13/18, опубликовано 20.09.2003, патентообладатель Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева), состоящее из передающей и приемной частей, первая из которых, являясь излучателем оптических импульсных сигналов, состоит из датчиков тревоги, усилителя мощности и излучающего элемента, а приемная часть состоит из фотоприемника, усилителя и регистрирующих элементов, при этом выход излучающего элемента передающей части через оптический канал связан с фотоприемником приемной части, отличающееся тем, что в излучатель оптических сигналов введены и подключены к выходам датчиков тревоги шифраторы, выходы которых подсоединены к входу усилителя мощности, а в приемной части введены и подключены к выходу усилителя дешифраторы, выходы каждого из которых соединены со входами своих регистрирующих элементов, при этом количество шифраторов и дешифраторов равно количеству датчиков тревоги.

Недостатками данного аналога являются малая разрешающая способность, ограниченная зона действия, зависимость от погодных условий.

Следующим аналогом заявляемого технического решения является УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ВТОРЖЕНИЯ В КОНТРОЛИРУЕМОЕ ПРОСТРАНСТВО (патент на полезную модель №47122, заявка 2005104245 от 16.02.2005 г., МПК G08В 13/18, опубликовано 20.08.2005, патентообладатель Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева), содержащее оптически связанные излучатель и фотоприемник, к выходу которого подключены последовательно соединенные широкополосный усилитель и канал формирования сигнала тревоги, состоящий из последовательно соединенных первого порогового блока, первого элемента задержки и формирователя сигнала тревоги, отличающееся тем, что к выходу широкополосного усилителя дополнительно подключен канал формирования сигнала «предельно низкая видимость», состоящий из последовательно соединенных второго порогового блока, второго элемента задержки и элемента «запрет», выход которого является выходом по сигналу «предельно низкая видимость», а его запрещающий вход подсоединен к выходу формирователя сигнала тревоги.

Недостатками данного аналога являются малая чувствительность и разрешающая способность, меньшая зона обнаружения, зависимость работы от погодных условий.

Следующим аналогом заявляемого технического решения является УСТРОЙСТВО ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ (свидетельство №740029, заявка 2708720 от 27.12.1978, МПК G08В 13/19, G08В 29/00, опубликовано 20.05.2000, правообладатель

Всесоюзный научно-исследовательский институт противопожарной обороны МВД СССР), содержащее последовательно соединенные приемник инфракрасного излучения, усилитель и пороговый блок, формирователь длительности сигнала тревоги, формирователь сигнала, соединенный с сигнализатором, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него введены блок запрета, расширитель импульсов, элемент И, интегратор, источник инфракрасного излучения, ключевой элемент и генератор импульсов, выход порогового блока через последовательно соединенные генератор импульсов и ключевой элемент соединен со входом источника инфракрасного излучения, который оптически связан с приемником инфракрасного излучения, выход порогового блока непосредственно и выход ключевого элемента через расширитель импульсов соединены соответственно с первым и вторым входами блока запрета, выход которого соединен с формирователем длительности сигнала тревоги, выход которого непосредственно и выход генератора импульсов через интегратор соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И, выход которого соединен с формирователем сигнала тревоги.

Недостатками данного аналога являются недостаточные функциональные возможности, ограниченная зона обнаружения, зависимость разрешающей способности и точности определения нарушителя от погодных условий.

Следующим аналогом заявляемого технического решения является УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ (свидетельство №999816, заявка 3340116 от 29.09.1981, МПК G08В 13/19, опубликовано 20.05.2000, правообладатель Всесоюзный научно-исследовательский институт противопожарной обороны МВД СССР), содержащее генератор, выход которого подключен к входу инфракрасного излучателя, оптически связанного с фотоприемником, выход которого подключен к входу предусилителя, выход которого подключен к первому входу блока регулирования усиления, выход которого подключен к входу усилителя, выход которого через пиковый детектор подключен к второму входу блока регулирования усиления, и блок сигнализации, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения устройства, в него введены расширитель импульсов, детектор скважности, элемент ИЛИ, выход усилителя подключен к входу расширителя импульсов, выход которого подключен к входу детектора скважности, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу пикового детектора, выход элемента ИЛИ подключен к входу блока сигнализации.

Недостатками данного аналога являются ограниченные функциональные характеристики, недостаточные разрешающая способность и точность определения нарушителя, зависимость от погодных условий.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого технического решения является ОХРАННЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ С ИНФРАКРАСНЫМ КАНАЛОМ ОБНАРУЖЕНИЯ (патент на изобретение №2292597, заявка 2005114752 от 05.05.2005, МПК G08В 13/19, опубликовано 27.01.2007, правообладатель ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «АРГУС-СПЕКТР»), содержащий оптическую систему, состоящую из набора оптических элементов, образующих не менее трех горизонтальных уровней от верхнего, предназначенного для формирования дальнего сектора зоны обнаружения, до нижнего, предназначенного для формирования ближнего сектора зоны обнаружения, оптически сопряженных с приемником инфракрасного излучения, электрически соединенного с электронным блоком обработки сигналов, в котором оптические элементы оптической системы формируют равномерно распределенные по горизонтали вертикальные ряды зон чувствительности, равномерно перекрывающие все пространство по вертикали от дальнего сектора зоны обнаружения до ближнего сектора зоны обнаружения так, что энергия излучения объекта - животного в любом месте охраняемой зоны собирается на упомянутом приемнике одним оптическим элементом из одной зоны чувствительности, а энергия излучения объекта - человека, находящегося в ближней или средней секторах зоны обнаружения, собирается как минимум тремя оптическими элементами из трех зон чувствительности, находящихся на одной вертикали, энергия же излучения объекта - человека, находящегося в дальнем секторе зоны обнаружения, собирается как минимум двумя оптическими элементами из двух зон чувствительности, находящихся на одной вертикали.

Недостатками прототипа являются:

- отсутствие обратной связи между приемником и передатчиком;

- меньше требуемого количество каналов связи, определяющее значительное количество «мертвых зон» и неравномерную чувствительность в зоне обнаружения;

- отсутствие регулирования мощности передатчика;

- отсутствие возможности автоматической подстройки порога срабатывания в зависимости от погодных условий;

- отсутствие определения направления движения нарушителя;

- ограниченная зона обнаружения.

Известные технические решения содержат блоки передатчика ПРД и блоки приемника ПРМ.

Целью данного технического решения является увеличение вероятности обнаружения нарушителя, повышение помехоустойчивости, улучшение эксплуатационных характеристик, весогабаритных параметров, снижение энергопотребления.

Для достижения поставленной цели в комплексе технических средств оптических обнаружения объекта блок передатчика ПРД содержит излучающие светодиоды СД1...СД4, управляемый генератор тока УГТ, к которому подключены излучающие светодиоды СД1...СД4, микропроцессор МП attiny 2313, соединенный с управляемым генератором тока УГТ цепями ПРД-А, ПРД-В, ШИМ-А, ШИМ-В, усилитель УС ПРМ, выход которого соединен с входом ПРМ микропроцессора МП attiny 2313, стабилизатор напряжения СН 5 В, первый блок грозозащиты ГЗ, вход которого соединен витой парой с внешним управлением, а два выхода соответственно с входом усилителя УС ПРМ и входом стабилизатора напряжения СН 5 В.

Блок приемника ПРМ содержит фототранзисторы ФТ1...ФТ5, оптически взаимодействующие с излучающими светодиодами СД1...СД4 блока передатчика ПРД, коммутатор К 10×2, соединенный с фототранзисторами ФТ1...ФТ5, дифференциальный усилитель ДУ, соединенный с выходом коммутатора К 10×2, микропроцессор МП AT mega 8, первый выход которого соединен с входом коммутатора К 10×2, фильтр Ф [42 кГц], вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя ДУ, а выход - со вторым выходом ШИМ УС микропроцессора AT mega 8, управляемый усилитель сигнала УУС, детектор сигнала ДС, вход которого соединен с выходом управляемого усилителя сигнала УУС, а выход - с входом АЦП микропроцессора AT mega 8, второй блок грозозащиты, усилитель передатчика УС ПРД, вход которого соединен с третьим выходом ПРД микропроцессора AT mega 8, а выход - с входом второго блока грозозащиты ГЗ, третий блок грозозащиты ГЗ, соединенный с входом по напряжению 9...27 В, стабилизатор напряжения 5 В, 10 В, соединенный с выходом третьего блока грозозащиты ГЗ, усилитель шлейфа УШ, соединенный с входом-выходом ПРД - ПРМ микропроцессора AT mega 8, четвертый блок грозозащиты ГЗ, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом усилителя шлейфа УШ, а второй вход-выход - с внешним блоком обработки информации БОИ шлейфом до 5 км, реле, вход которого соединен с четвертым выходом микпропроцессора МП AT mega 8, пятый блок

грозозащиты ГЗ, вход которого соединен с реле, а выход с входом внешнего блока обработки информации БОИ радиальное.

Перечень фигур, чертежей и иных материалов

На фиг.1 приведена структурная схема комплекса технических средств оптических обнаружения объекта.

Пример варианта выполнения устройства

Комплекс технических средств оптических обнаружения объекта (фиг.1) содержит блок передатчика ПРД 1, микропроцессор attiny 2313 2, усилитель УС ПРМ 3, стабилизатор напряжения СН 5 В 4, управляемый генератор тока УГТ 5, блок грозозащиты ГЗ 6, излучающие светодиоды СД1...СД4 7, блок приемника ПРМ 8, фототранзисторы ФТ1...ФТ5 9, коммутатор К 10×2 (10 входов, 2 выхода) 10, блок грозозащиты ГЗ 11, блок грозозащиты ГЗ 12, дифференциальный усилитель ДУ 13, фильтр Ф [42 кГц] 14, управляемый усилитель сигнала УУС 15, детектор сигнала ДС 16, микропроцессор МП AT mega 8 17, усилитель передатчика УС ПРД 18, усилитель шлейфа УШ 19, реле 20, стабилизатор напряжения СН 5 В, 10 В 21, блок грозозащиты ГЗ 22, блок грозозащиты ГЗ 23, вход 9...27 В 24, вход/выход для подключения к блоку обработки информации БОИ, шлейф до 5 км 25, выход для подключения к блоку обработки информации БОИ радиальное 26, витая пара 27 подключения блока передатчика.

Назначение

Комплекс технических средств оптических обнаружения объекта (далее -комплекс), предназначен для:

- контроля участков слабопересеченной местности периметров, складов и ангаров;

- обнаружения движущегося объекта, передвигающегося в любом положении, если он перекрывает один нижний или не менее двух любых лучей при пересечении зоны обнаружения (30);

- выдачи сигнала обнаружения в виде размыкания сухих контактов реле длительностью не менее 3 с (далее - сигнал) при пересечении зоны обнаружения стандартной целью по ГОСТ Р 50777 (далее по тексту - движущийся объект).

Технические средства (ТС) комплекса в рамках поставки по договору должны обладать конструктивной и эксплуатационной совместимостью.

Комплекс рассчитан на непрерывную круглосуточную работу на открытом воздухе при температуре окружающей среды от минус 50°С до плюс 50°С, относительной влажности до 80% при 27°С, в условиях воздействия на него атмосферных выпадающих осадков (дождя) и атмосферных конденсированных осадков (инея, росы), солнечного излучения, пыли и воздушного потока (ветра) до 25 м/с.

Комплекс соответствует виду климатического исполнения 01 по ГОСТ 15150. Комплекс обеспечивает непрерывную круглосуточную работу, сохраняет работоспособность и не выдает сигнала при:

- воздействии осадков в виде дождя, снега;

- воздействии солнечной радиации;

- воздействии тумана с видимостью не более Юм;

- воздействии ветра со скоростью не более 30 м/с;

- высоте неровностей и травы не выше луча «А_низ», типовая установка - 0,4 м;

- высоте снежного покрова без дополнительных регулировок до 0,8 м;

- перемещении в его зоне обнаружения объектов (мелких животных и т.д.) с линейными размерами не более 0,3 м.

Степень защиты оболочки технических средств от внешних воздействий - IP 54 ГОСТ 14254.

Зона отчуждения комплекса от инженерных ограждений не требуется.

Питание комплекса осуществляется от блока питания, обеспечивающего выходное напряжение 24 В и ток нагрузки не менее 100 мА.

Комплекс относится к однофункциональным, восстанавливаемым, ремонтируемым изделиям вида 1 по ГОСТ 27.003.

Технические средства комплекса не представляют вреда окружающей природной среде, здоровью и генетическому фонду человека при испытании, хранении, транспортировании, эксплуатации (применении) и утилизации продукции.

Технические характеристики Основные технические характеристики комплекса приведены ниже.

Устройство

Комплекс является двухпозиционным ИК-средством обнаружения, состоящим из передатчика (ПРД) и приемника (ПРМ).

Принцип действия комплекса основан на создании в пространстве между передатчиком и приемником 4-х (16-ти) инфракрасных (ИК) лучей и регистрации факта пересечения этих лучей нарушителем.

ПРД под управлением ПРМ передает ИК-сигнал на ПРМ с минимальной мощностью, достаточной для обнаружения нарушителя. Управление осуществляется через канал обратной связи, выполненный по витой паре.

ПРМ через коммутатор К и схему формирования сигнала (дифференциальный усилитель ДУ, фильтр Ф и управляемый усилитель сигнала УУС) опрашивает состояние лучей (уровень сигнала). При появлении модуляции сигнала лучей микропроцессор МП с помощью интеллектуального алгоритма обрабатывает данную модуляцию на предмет наличия нарушения. При определении нарушения выдается сигнал тревоги.

При недостаточной мощности сигнала (видимость менее 50 м) комплекс переходит в режим 16-ти лучей, тем самым увеличивая суммарную мощность излучения в 4 раза, что позволяет сохранить работоспособность комплекса при больших уровнях оптического затухания.

Промышленная применимость

Данное техническое решение промышленно реализуемо, обладает требуемыми функциональными возможностями по контролю и обнаружению движущегося объекта при приемлемых весогабаритных характеристиках и энергопотреблении.

Комплекс технических средств оптических обнаружения объекта, содержащий блоки передатчика ПРД и блоки приемника ПРМ, отличающийся тем, что блок передатчика ПРД содержит излучающие светодиоды СД1...СД4, управляемый генератор тока УГТ, к которому подключены излучающие светодиоды СД1...СД4, микропроцессор МП attiny 2313, соединенный с управляемым генератором тока УГТ цепями ПРД-А, ПРД-В, ШИМ-А, ШИМ-В, усилитель УС ПРМ, выход которого соединен с входом ПРМ микропроцессора МП attiny 2313, стабилизатор напряжения СН 5 В, первый блок грозозащиты ГЗ, вход которого соединен витой парой с внешним управлением, а два выхода соответственно с входом усилителя УС ПРМ и входом стабилизатора напряжения СН 5 В, блок приемника ПРМ содержит фототранзисторы ФТ1...ФТ5, оптически взаимодействующие с излучающими светодиодами СД1...СД4 блока передатчика ПРД, коммутатор К 10х2, соединенный с фототранзисторами ФТ1...ФТ5, дифференциальный усилитель ДУ, соединенный с выходом коммутатора К 10х2, микропроцессор МП AT mega 8, первый выход которого соединен с входом коммутатора К 10×2, фильтр Ф [42 кГц], вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя ДУ, а выход - со вторым выходом ШИМ УС микропроцессора AT mega 8, управляемый усилитель сигнала УУС, детектор сигнала ДС, вход которого соединен с выходом управляемого усилителя сигнала УУС, а выход - с входом АЦП микропроцессора AT mega 8, второй блок грозозащиты, усилитель передатчика УС ПРД, вход которого соединен с третьим выходом ПРД микропроцессора AT mega 8, а выход - с входом второго блока грозозащиты ГЗ, третий блок грозозащиты ГЗ, соединенный с входом по напряжению 9...27 В, стабилизатор напряжения 5 В, 10 В, соединенный с выходом третьего блока грозозащиты ГЗ, усилитель шлейфа УШ, соединенный с входом-выходом ПРД-ПРМ микропроцессора AT mega 8, четвертый блок грозозащиты ГЗ, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом усилителя шлейфа УШ, а второй вход-выход - с внешним блоком обработки информации БОИ шлейфом до 5 км, реле, вход которого соединен с четвертым выходом микпропроцессора МП AT mega 8, пятый блок грозозащиты ГЗ, вход которого соединен с реле, а выход с входом внешнего блока обработки информации БОИ радиальное.