DE69914784T2

DE69914784T2 - Drahtloses hausfeuer - und sicherheitswarnungssystem

Info

Publication number: DE69914784T2
Application number: DE69914784T
Authority: DE
Inventors: H. Douglas MARMAN; Bang Kai LIU
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: WO2000021053A9; CA2346638A1; EP1119837A1; US6624750B1; ATE259527T1; CA2346638C; DE69914784D1; WO2000021053A1; AU1443400A; EP1119837B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft Feuer- und Sicherheitsalarmsysteme und insbesondere ein drahtloses Wohnungs-Feuer- und -Sicherheitsalarmsystem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Derzeit erhältliche drahtlose Heim-Feuer- und -Sicherheitsalarmsysteme sind gewöhnlich ein Teil eines sogenannten drahtlosen Sicherheitssystems, das ein festverdrahtetes Tastenfeld, eine Basisstation, eine festverdrahtete Sirene, Wechselstromanschlüsse und eine Selbstwählerverbindung mit einer Telefonleitung, wenn das System überwacht werden soll, erfordert. Solche drahtlosen Systeme erfordern daher tatsächlich eine beträchtliche Verdrahtung, was sie aufwendig zu installieren macht und fachmännische Installateure erfordert.
Bei einem Versuch, Kosten und Verdrahtung zu verringern, haben einige frühere Arbeiter das Tastenfeld und das Bedienfeld zu einer einzigen Einheit kombiniert. Diese Kombination ist jedoch voluminös und für eine Wandmontage unzweckmäßig, welche für den Tastenfeldzugang erforderlich ist, was jedoch die Installation der Wechselstrom-, Telefon- und Sirenenverdrahtung schwierig macht.
Andere frühere Arbeiter haben bei einem Versuch, die Herstellungs- und Installationskosten zu verringern, die Sirene weiter mit dem Tastenfeld und der Basisstation kombiniert. Wenige professionelle Alarminstallationsfirmen verwenden jedoch eine solche Anlage, da ihre Sicherheit gefährdet ist. Ein Einbrecher könnte beispielsweise nach dem Hören der Sirene einfach die Sirene/das Tastenfeld/die Basisstation zertrümmern oder sie zwangsweise von der Wand entfernen und das Alarmsystem und der Telefonselbstwähler würden deaktiviert werden. Daher muß zumindest der Selbstwähler vom Tastenfeld oder von der Sirene separat sein, um eine angemessene Sicherheit aufrechtzuerhalten.
Rauchdetektoren sind Schlüsselsensoren in einem Feueralarmsystem. In früheren drahtlosen Alarmsystemen sind die Rauchdetektoren batteriebetrieben und umfassen einen kleinen Sender, der eine Feueralarmmeldung zum Bedienfeld überträgt. Um den Alarm durch das ganze Haus ertönen zu lassen, löst das Bedienfeld eine Sirene aus. Im häufig auftretenden Fall eines Fehlalarms muß der Heimeigentümer das Tastenfeld verwenden, um den Alarm zurückzusetzen, und zum Ort des Detektors gehen, der den Fehlalarm verursacht hat, um den Detektor zurückzusetzen oder ihn in einen "Schweige"-Modus zu versetzen.
Frühere drahtlose Sensoren, wie z. B. Einbruchssensoren, übertragen einen Alarm, sobald sie ausgelöst werden, ungeachtet dessen, ob das Alarmsystem aktiviert ist. In Küchen und Bereichen mit starkem Verkehr können solche Alarmübertragungen die Sensorbatterielebensdauer unnötig verringern und können Signalkonkurrenzprobleme erzeugen, wenn mehr als ein Sensor gleichzeitig überträgt. Das Verringern dieser unnötigen Übertragungen wäre daher vorteilhaft.
Wenn das Alarmsystem aktiviert ist und eine tatsächliche Alarmbedingung erfaßt wird, lassen frühere Systeme den Alarm mit einer oder mehreren Sirenen durch das ganze Haus ertönen. Jede Sirene erfordert eine separate Installation und ist gewöhnlich selbst in sogenannten drahtlosen Systemen verdrahtet.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Begrenzung sind frühere drahtlose Alarmsysteme übermäßig kompliziert insbesondere für einen typischen Heimeigentümer zu installieren oder zu warten, und haben nicht die Vorteile von typischen festverdrahteten Systemen. Folglich wurde das volle Marktpotential von drahtlosen Heim-Feuer- und -Sicherheitsalarmsystemen nicht realisiert.
Es gibt verschiedene US-Patente, die für die Aspekte dieser Erfindung potentiell relevant sind. Das US-Patent Nr. 4 363 031 über WIRELESS ALARM SYSTEM wird im Abschnitt der ausführlichen Beschreibung dieser Anmeldung beschrieben.
Das US-Patent Nr. 5 686 885 beschreibt das Senden eines Testsignals zusammen mit einem Alarmsignal von einem Rauchdetektor, um ein Testereignis von einer Alarmbedingung zu unterscheiden.
Das US-Patent Nr. 4 855 713 beschreibt das automatische "Lernen" der vorab zugewiesenen Adressen in Sendern, die für Sicherheitssysteme verwendet werden.
Das US-Patent Nr. 5 465 081 beschreibt ein drahtloses Kommunikationssystem, das Sendeempfänger verwendet, um von einem Bauelement zu einem anderen in einer Schleifekonfiguration zu kommunizieren, während die um die Schleife gesandte Meldung modifiziert wird, um die Anzahl von Übertragungen, die während einer Überwachungsabfrage erforderlich ist, zu verringern.
Das US-Patent Nr. 5 486 812 beschreibt ein zentralisiertes Verriegelungssystem, in dem drahtlose Sendeempfänger in Fenster- und Türschlössern angeordnet sind, um die Verriegelung aller Türen und Fenster durch einen einzigen Sendeempfängerbasis-Schlüsselanhänger-Knopfdruck zu ermöglichen. Wenn eine Tür oder ein Fenster offen ist, wird der Schlüsselanhänger (key fob) informiert, daß keine vollständige Verriegelung stattfinden kann. Dieses Patent beschreibt wie das US-Patent Nr. 5 465 081 ein System, in dem Meldungen von einem Bauelement zum nächsten in einer Schleife umhergeleitet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, ein kostengünstiges, leistungsarmes, vom Benutzer installierbares, überwachtes Alarmsystem bereitzustellen, das wenig oder keine Verdrahtung erfordert.
Ein drahtloses Feuer- und Sicherheitsalarmsystem dieser Erfindung verwendet Zweiwege-Sendeempfänger in den Rauchdetektoren, anderen Sensoren und in der Basisstation. Das herkömmliche Tastenfeld kann vollständig beseitigt werden, da das Feueralarmsystem durch Drücken einer Test/Ruhe-Taste, die in jeden Rauchdetektor oder Feuersensor eingebaut ist, zurückgesetzt wird und das Sicherheitssystem durch die Verwendung eines drahtlosen Sendeempfängers mit der Größe eines Schlüsselanhängers aktiviert und deaktiviert wird. Die separate Sirene wird auch beseitigt, da die Sirene in jedem Rauchdetektor durch das gesamte Gebäude einen Alarm ertönen läßt, wenn irgendeiner der Rauchdetektoren ein Feuer erfaßt. Dies kann bewerkstelligt werden, da jeder Detektor einen eingebauten Sendeempfänger aufweist und daher Alarmmeldungen von irgendeinem anderen Rauchalarm empfangen kann.
Der Wechselstromanschluß wird auch beseitigt, da die Steuereinheit batteriegespeist ist. Nur eine Telefondrahtverbindung ist daher erforderlich, damit das System überwacht wird. In einfachen Wohnungsanwendungen ist überdies nicht einmal die Basisstation erforderlich, wenn nicht eine zentralisierte Überwachung erforderlich ist.
In Einrichtungen mit mehreren Wohnungen, wie z. B. Wohnungen oder Collegewohnheimen, leiten Rauchdetektoren in einer Wohnstätte Alarmbedingungen von Wohnstätte zu Wohnstätte weiter, bis sie eine zentralisierte Basisstation für die gesamte Einrichtung erreichen. Diese zentralisierte Basisstation kann sich für eine unmittelbare Benachrichtigung über einen Alarm, einen unzweckmäßigen Rauchdetektorbetrieb, Anzeigen einer schwachen oder fehlenden Batterie und Anzeigen eines schmutzigen Rauchdetektors im Büro eines Einrichtungsverwalters befinden. Ein solches drahtloses Alarmsystem kann viele Leben in Wohnungen retten, wo Rauchdetektorbatterien häufig erschöpft oder entfernt sind.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel beinhaltet eine drahtlose Basisstation mit langer Reichweite, die über Standard-Mobilfunk-, GSM- oder PCS-Typ-Netzwerke kommuniziert, so daß nicht einmal eine Telefonleitungsverbindung erforderlich ist.
Weitere Verbesserungen umfassen Batteriespar-Kommunikationsprotokolle, eine einfachere Einrichtung zum Identifizieren und Auffinden von Störungsbedingungen, einen Alarmüberprüfungsmodus zur Fehlalarmverringerung, einfachere Sensorregistrierungs- und -entfernungsverfahren und Sprachansage des Feuerorts.
Die Hauptmerkmale und Betriebsarten dieser Erfindung werden nachstehend beschrieben.
Die automatische Bauelementadressierung (Registrierung) erleichtert das Hinzufügen und Entfernen von Rauchdetektoren, Einbruchssensoren oder anderen Bauelementen (gemeinsam "Sensoren") aus dem Alarmsystem. Die Programmierung ist automatisch, was bedeutet, daß keine Adressenschalter gesetzt werden müssen. Keine Adressen müssen in das Bauelement vorprogrammiert werden und keine Adressennummern müssen in die Basisstation eingegeben werden.
Die Registrierung wird durch Drücken einer "Registrier"-Taste an der Basisstation, die bewirkt, daß sie nach neuen Sensoren horcht, ausgeführt. Das Einsetzen von Batterien in im System zu registrierende neue Sensoren bewirkt, daß der neue Sensor eine Meldung für ein "neues Bauelement" aussendet. An diesem Punkt weist der Sensor keine Adresse auf, die ihn als neues Bauelement oder eines, das eine vorher definierte Meldung für ein "neues Bauelement" aufweist, markiert. Die Sensoren müssen daher nicht eindeutig voradressiert werden und können ab der Herstellung allgemein sein. Wenn sich die Basisstation im Registriermodus befindet und eine Meldung für ein neues Bauelement empfängt, registriert die Basisstation automatisch den zugehörigen Sensor im System durch Herunterladen einer Hauscodeadresse und einer Einheitsadresse in den neuen Sensor. Nachdem der Sensor in dem System registriert ist, zeigt der Sensor durch Piepsenlassen seines Tongebers, Aufleuchten seiner Leuchtdiode ("LED") oder anderweitiges Anzeigen, daß die Registrierung angenommen wurde, die Registrierung an.
Da Sensoren ihre zugewiesenen Adressen verlieren könnten, wenn die Batterien erschöpft werden und einen Austausch erfordern, beseitigt das folgende Verfahren eine Verwirrung und automatisiert den Prozeß. Das Drücken der "Registrier"-Taste an der Basisstation bewirkt, daß die Basisstation alle Sensoren in dem System abfragt, um festzustellen, welche der Sensoren derzeit registriert sind und wie sie derzeit programmiert sind. Das Entfernen der Batterien aus einem Sensor zu einem Zeitpunkt und das Einsetzen von neuen Batterien in diesen "neuen" Sensor bewirkt dann, daß er die Meldung für das neue Bauelement sendet, da er seine Adressierung verloren hat. Wenn die Basisstation die Meldung für das neue Bauelement empfängt, leitet die Basisstation eine weitere Abfrage aller Sensoren in dem System ein. Wenn nun eine Adresse fehlt, nimmt die Basisstation an, daß die fehlende Adresse zu demselben Sensor gehört, der die Meldung für das neue Bauelement sendet, und lädt dann wieder die ursprüngliche Adresse in den "neuen" Sensor. Wie vorher, entweder piepst oder blinkt der Sensor, um die Registrierung anzuzeigen.
Es gibt Fälle, in denen Bauelemente aus dem System entfernt werden müssen, wie z. B. wenn ein Sensor ausfällt. Wenn der ausgefallene Sensor nicht deregistriert wird, erkennt das System, daß der ausgefallene Sensor fehlt, und erzeugt eine kontinuierliche "RF-Verbindungs"-Störungsmeldung, bis der ausgefallene Sensor repariert und in das System zurückgebracht ist. Wenn in den Registrierungsmodus eingetreten wird, fragt die Basisstation das System ab, um festzustellen, welche Sensoren derzeit registriert sind. Irgendwelche nicht antwortenden Sensoren werden automatisch aus dem aktuellen Systemstatus entfernt und werden daher nicht mehr für Überwachungszwecke abgefragt und sind außerstande, das System zu aktivieren. In einigen Fällen, wie z. B. bei Sicherheitsbauelementen, kann, um ungewolltes Herumhantieren zu verhindern, die Eingabe eines Sicherheitscodes erforderlich sein, bevor ein Bauelement aus dem System entfernt werden kann.
Es ist erwünscht, ein Feueralarmsystem von irgendeinem Detektor aus zurücksetzen zu können, da Fehlalarme allzu üblich sind. Kochdämpfe, Badezimmerdampf oder Kaminrauch können beispielsweise einen Rauchdetektor auslösen. In solchen Fällen würde der Heimeigentümer das System so schnell wie möglich zurücksetzen oder zur Ruhe bringen wollen. Das US-Patent Nr. 4 363 031 (das "031-Patent") beschreibt ein nicht-überwachtes System, das ein drahtloses Feueralarmsystem von irgendeinem Sensor aus zurücksetzen kann. Das System erfordert jedoch zwei Tasten, eine zum Testen und eine zum Zurücksetzen.
Ein verbesserter und überwachter Ein-Tasten-Prozeß dieser Erfindung versieht jeden Sensor mit einer "Test/Ruhe"-Taste. Wenn sich das System in seinem normalen Nicht-Alarm-Zustand befindet, wenn diese Taste herabgedrückt wird, sendet der Sensor ein "Test"-Signal, das allen Sensortongebern signalisiert, für eine vorbestimmte Zeit zu ertönen, und der Basisstation signalisiert, eine Testmeldung zur Überwachungsstation zu wählen (wenn die Testmeldungen in dem System überwacht werden sollen). Wenn sich das System in einem Alarmzustand oder einem Testalarmzustand befindet, dann bewirkt das Drücken der Test/Ruhe-Taste, daß ein "Ruhe"-Signal zu den anderen Sensoren und zur Basisstation gesandt wird, um die Tongeber zur Ruhe zu bringen und das Alarmsystem zurückzusetzen. Wenn die Test/Ruhe-Taste während einer Alarmbedingung, jedoch vor einer vorprogrammierten Selbstwählerverzögerung (gewöhnlich etwa 15 Sekunden) gedrückt wird, wird die Basisstation daran gehindert, automatisch eine Alarmbedingung zur Überwachungsstation zu wählen.
Die Problemidentifikation ist eine weitere wichtige Erwägung. In früheren drahtlosen Alarmsystemen läßt ein Sensor mit einer schwachen Batterie seinen Tongeber piepsen und sendet ein Störungssignal an die Basisstation, die ein Störungssignal für schwache Batterie zusammen mit der Adressennummer des betroffenen Sensors anzeigt. Einige Sensoren können auch eine Bedingung für "schmutzigen Sensor" oder "außerhalb des Empfindlichkeitsbereichs" anzeigen. Wie vorher, können diese Sensoren ihre Tongeber piepsen lassen oder LEDs aufleuchten lassen und eine Meldung zur Basisstation senden. Wenn es dem Sensor mißlingt, korrekt mit der Basisstation zu kommunizieren, zeigt die Basisstation in einem überwachten System eine Störungsbedingung und die Adressennummer der betroffenen Einheit an. In einem nicht-überwachten System kann ein Kommunikationsfehler nicht vom System erkannt werden und wird daher nicht gemeldet.
Das drahtlose Alarmsystem dieser Erfindung beseitigt diese Begrenzungen, da jeder Sensor einen Empfänger aufweist und das System überwacht wird. Wenn eine schwache Batterie durch einen Sensor erfaßt wird, wird anstatt von Piepsen, das lästig ist, wenn es nachts auftritt, ein Signal zur Basisstation gesandt, die einen ruhigeren Störungstongeber ertönen läßt. Eine Information hinsichtlich der Art des Störungssignals wird durch Herabdrücken einer Diagnosemodustaste abgerufen. Eine LED für einen "Detektor einer schwachen Batterie" leuchtet auf und die Basisstation überträgt eine Meldung zum entsprechenden Sensor, um ihn für eine vorbestimmte Zeit ertönen zu lassen, vorzugsweise etwa drei Minuten, um zu identifizieren, welcher Sensor frische Batterien erfordert.
Das US-Patent Nr. 5 686 896 beschreibt das Senden einer Meldung vor einer schwachen Batterie von einem Sensor zu einer zentralen Station und die Verwendung eines Zeitgebers zum Verzögern des Auslösens eines lokalen Alarms für eine "schwache Batterie". Die vorliegende Erfindung verwendet jedoch zwei verschiedene Schwellen für eine schwache Batterie und verwendet keine vorgegebene Zeitverzögerung zwischen den zwei verschiedenen Meldungen. Signale für eine schwache Batterie können zur Basisstation vielmehr für eine Ankündigung dort als am Rauchdetektor gesandt werden, wo es lästig wäre. Das Auffinden der Basisstation in einem Büro eines Gebäudeverwalters oder an einer entfernten Überwachungsstation verhindert auch den lästigen lokalen Alarm für eine schwache Batterie, der manchmal verursacht, daß Mieter und Heimeigentümer die Batterien entfernen. Die zweite Schwelle erfaßt, wenn die Batterie absolut am Ende ihrer Lebensdauer ist, und läßt den lokalen Alarm nur ertönen, wenn die Batterie fast erschöpft ist.
Wenn das Problem ein schmutziger Detektorsensor ist, beleuchtet die Basisstation eine LED für "Detektor schmutzig" und überträgt ein Signal zum betroffenen Sensor zum Ertönen.
Wenn ein Alarm aufgetreten ist und der Heimeigentümer oder die Feuerwehr wissen muß, welcher Sensor den Alarm verursacht hat, kann derselbe Prozeß verwendet werden. Wenn die Basisstation in den Diagnosemodus gesetzt ist, leuchtet eine rote "Alarm"-LED auf, um eine Alarmbedingung anzuzeigen, und sendet ein Signal zum betroffenen Sensor, um seinen Tongeber ertönen zu lassen.
Wenn ein Sensor aufhört, mit dem System zu kommunizieren, ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, dem betroffenen Sensor eine Meldung zu senden, um sei nen Tongeber ertönen zu lassen. Da der betroffene Sensor einen Sendeempfänger aufweist, kann er jedoch erkennen, daß er für eine vorbestimmte Zeit nicht abgefragt wurde und mit dem System nicht kommunizieren kann. Der Sensor reagiert durch Ändern des Leuchtens seiner LED zu einem Störungsmuster. Wenn die Basisstation ihre normale stündliche Abfrage durchführt und entdeckt, daß ein Sensor nicht antwortet, beleuchtet sie in dieser Weise eine "RF-Verbindungs"-Störungs-LED, die den Heimeigentümer warnt, um jeden der Sensoren zu prüfen, um festzustellen, wessen LED mit dem Störungsmuster blinkt.
Das Alarmsystem dieser Erfindung stellt einem Heimeigentümer eine Fähigkeit bereit, Probleme schnell zu identifizieren und zu handhaben. Das System kann jedoch auch so programmiert werden, daß alle Systemstörungsmeldungen durch eine entfernte Überwachungsstation überwacht werden, in welchem Fall Störungssignale vielmehr über den Wähler gesandt werden als lokal angezeigt werden.
Die Consumer Product Safety Commission und die National Fire Protection Association berichten, daß ungefähr 30 Prozent aller Wohnungsrauchdetektoren nicht funktionstüchtig sind, da ihre Batterien tot sind, sie nicht ausgetauscht wurden oder entfernt wurden. Um dieses Problem zu vermeiden, überwachen überwachte Alarmsysteme den Betriebszustand von Sensoren. Batterien werden jedoch hauptsächlich aufgrund von häufig auftretenden störenden Alarmen entfernt. Die vorstehend beschriebene Fähigkeit, das System von irgendeinem Detektor aus zur Ruhe zu bringen, verringert dieses Problem. In einem überwachten System, das Feuer- oder Polizeidienste automatisch herbeirufen kann, ist jedoch die Verringerung der Anzahl von Fehlalarmen ungeheuer wichtig.
Ein Fehlalarmverringerungsverfahren, das üblicherweise in festverdrahteten Systemen verwendet wird, wird als Alarmüberprüfung bezeichnet. Die Alarmüberprüfung wurde vorher in drahtlosen Systemen nicht verwendet, da sie keine Empfänger in jedem Sensor umfaßten. Obwohl das vorstehend erwähnte '031-Patent ein System beschreibt, das in der Lage ist, einen Empfänger in jedem Rauchdetektor einzuschließen, beschreibt es weder Alarmüberprüfungs- noch Systemüberwa chungsfähigkeiten. Das Alarmsystem dieser Erfindung stellt jedoch die folgende Alarmüberprüfungsfähigkeit bereit. Wenn ein Sensor zum ersten Mal ein Alarmsignal erzeugt, sendet er eine Alarmmeldung zur Basisstation. Wenn die Basisstation eingestellt ist, um den Alarm zu überprüfen, gibt sie eine Rücksetzmeldung an den Sensor zurück. Die Basisstation startet einen Zeitgeber, und wenn dieser Sensor oder irgendein anderer Sensor in dem System innerhalb 60 Sekunden eine weitere Alarmmeldung sendet, überträgt die Basisstation eine Meldung zu allen Sensoren, um ihre Tongeber ertönen zu lassen.
Es bestehen signifikante Vorteile, wenn man ein Feueralarmsystem hat, in dem alle Sensoren ertönen, wenn irgendein Sensor eine Alarmbedingung feststellt. Dieses Merkmal, das als Tandembetrieb bezeichnet wird, kann bis zu viermal mehr Warnzeit als Reaktion auf einen Feueralarm bereitstellen. Wenn beispielsweise ein Feuer in einem Untergeschoß beginnt, könnte eine in einem Schlafzimmer schlafende Person durch ihren Schlafzimmersensortongeber nicht gewarnt werden, bis es zu spät ist zu entkommen. Aus diesem Grund haben theoretisch alle neuen Konstruktionscodes seit 1989 verdrahtete miteinander verbundene Rauchalarmsysteme gefordert. Dennoch weist die riesige Mehrheit von Heimen, die vor 1989 gebaut wurden, aufgrund des Verdrahtungsaufwandes keine derartigen Systeme auf.
Frühere drahtlose Feueralarmsysteme, die nur Sender in ihren Sensoren enthalten, können nicht Meldungen empfangen, um ihre Tongeber im Fall eines Alarms ertönen zu lassen. Daher ist eine externe Sirene erforderlich, um einen Feueralarm durch das ganze Haus ertönen zu lassen. Das '031-Patent beschreibt ein Rauchdetektorsystem, das Empfänger umfaßt, aber sein Protokoll überwacht nicht jeden Sensor. Diese Unterlassung verhindert die Erfassung irgendeines Sensors, der die Kommunikation mit dem System verliert. Folglich werden nicht-überwachte Systeme als zur Verwendung in Sicherheitssystemen unzuverlässig betrachtet und sind für die Verwendung in Feueralarmsystemen noch unzuverlässiger. Daher ist ein überwachtes System erwünscht.
Diese Erfindung umfaßt ein drahtloses Zweiwege-Alarmsystem, in dem der Sensor adressierbar ist und daher überwacht werden kann und seinem Tongeber befohlen werden kann, zu ertönen. Das drahtlose Zweiwege-System dieser Erfindung kommuniziert entweder direkt mit der Basisstation oder durch Leiten von Meldungen über andere Sensoren zur Basisstation.
Eine durch einen Feueralarm aufgeweckte Person befindet sich häufig in einem Verwirrungszustand, der tödliche Evakuierungsverzögerungen verursachen kann. Daher wird eine stimmliche Ankündigung des Feuererkennungsorts verwendet, um eine effiziente und entsprechende Reaktion hervorzurufen. Diese Erfindung umfaßt einen Rauchdetektor mit einem Lautsprecher, der voraufgezeichnete Sprachmeldungen auf Befehl wiedergibt. Schalter, die vom Heimeigentümer während der Installation gesetzt werden, wählen eine geeignete Meldung aus, wie z. B. Identifikation, auf welchem Stockwerk der Detektor installiert ist. Wenn ein Feuer von einem im ersten Stock installierten Rauchdetektor erfaßt wird, kann der Rauchdetektor folglich eine Meldung zu allen anderen Rauchdetektoren übertragen, um eine voraufgezeichnete Sprachmeldung zu wiederholen, wie z. B. "Feuer im ersten Stock".
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß Wohnungs- oder Wohnheimsysteme keine Basisstation in jeder Wohnung erfordern. Da jeder Sensor einen Sendeempfänger umfaßt, ist eine Basisstation nur erforderlich, wenn das System eine zentralisierte Überwachung erfordert, in welchem Fall eine einzelne Basisstation den Selbstwähler oder eine andere Kommunikationseinrichtung bereitstellt, wie z. B. eine Mobilfunkverbindung. In Wohnungen oder Wohnheimen, in denen Wohnbereiche nahe beieinander liegen, kommuniziert das drahtlose Zweiwege-System von einem Wohnbereich zum nächsten. Einer der Sensoren ist als Hauptsensor festgelegt, der als Kommunikationsnetzknoten für die anderen Sensoren in dieser Wohnung wirkt. Der Hauptsensor umfaßt Steuerfunktionen und Überwachungsfunktionen, aber nicht notwendigerweise den Selbstwähler oder eine andere Kommunikationseinrichtung. Alarm- und Abfragemeldungen werden vom Hauptsensor einer Wohnung zum Hauptsensor in einer anderen Wohnung, weiter zur nächsten Wohnung und schließlich weiter zu einer Basisstation über tragen, die vorzugsweise im Büro eines Verwalters installiert ist. Die Basisstation sieht den Selbstwähler und eine andere Kommunikationseinrichtung vor, wenn eine Überwachung erwünscht ist, oder stellt einfach eine lokale Überwachung bereit.
Dieses System überwacht den Betrieb jedes Sensors, um sicherzustellen, daß die Sensoren korrekt gespeist werden, kommunizieren und nicht schmutzig sind. In einer Betriebsart kann ein in einem Flur erfaßtes Feuer die Tongeber in den Sensoren in jeder Wohnung in diesem Stockwerk ertönen lassen. Dieses Alarmsystem stellt eine überlegene Überwachung und Beaufsichtigung von Wohnungs- und Wohnheimsensoren bereit und ist beträchtlich weniger teuer als frühere Systeme, da nicht mehr als eine Basisstation für einen gesamten Komplex erforderlich ist anstatt eine Basisstation für jede Wohnung.
Einige frühere Systeme haben versucht, die Basisstation mit dem Tastenfeld zu kombinieren, eine Anordnung, die die Anordnung des Tastenfeldes/der Basisstation an einer zentralen Stelle nahe den Telefonleitungen erfordert. Das Alarmsystem dieser Erfindung verwendet jedoch ein überwachtes drahtloses Zweiwege-Netzwerk, das den Bedarf für festverdrahtete Sirenen und ein separates Tastenfeld beseitigt. Diese Erfindung ermöglicht das Rücksetzen des Feueralarmsystems von irgendeinem Sensor aus und ermöglicht daher das Anordnen der Basisstation nahe existierenden Telefonleitungen. Der Zugang zur Basisstation ist nur erforderlich, um Störungsbedingungen zu überprüfen, wenn sie entstehen. Da das System überwacht werden kann, ist es jedoch möglich, daß das Überwachungszentrum diese Störungsprobleme handhabt, wobei folglich der Bedarf für das Anzeigen von Störungsbedingungen in der Wohnung ganz beseitigt wird.
Ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendet einen Empfänger, der sehr kurz (ein bis zwei Millisekunden jede Sekunde) aktiviert wird, um die Entnahme von elektrischem Strom des Empfängers zu verringern, wodurch eine Batterielebensdauer von vielen Jahren bereitgestellt wird. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann ein ultraleistungsarmer "Aufweck"-Empfänger in jedem Bauelement verwendet werden, um ein asynchrones Sendeempfängernetzwerk zu aktivieren, das Kommunikationsprotokolle vereinfacht und die Batterieleistungsanforderungen weiter verringert. Beide Ausführungsbeispiele beseitigen den Bedarf für eine Wechselstromverdrahtung und die zugehörigen Stromversorgungen. Die Beseitigung dieser zusätzlichen Drähte vereinfacht und beschleunigt die Installation, wodurch Heimeigentümern und relativ unfachmännischen Installateuren ermöglicht wird, die Systeme zu installieren. Ein verbesserter Feuerschutz ist daher in allen Heimen, einschließlich jenen, die vor 1989 gebaut wurden, praktikabel.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß alle Sensoren einen Alarm ertönen lassen, selbst wenn eine Basisstation beschädigt oder nicht betriebsfähig ist. Mögliche Ursachen umfassen eine versehentliche Beschädigung, erschöpfte oder entfernte Batterien oder eine Störung oder Blockierung der drahtlosen Kommunikation. In solchen Fällen ist es erwünscht, daß alle Sensoren einen Alarm ertönen lassen, wenn ein Feuer erfaßt wird. Dies ist in dem Alarmsystem dieser Erfindung möglich, da jeder Sensor bestätigen kann, ob seine Alarmmeldung von der Basisstation empfangen wurde. Wenn die Basisstation nach wiederholten Versuchen nicht antwortet, überträgt der Sensor automatisch seine Alarmmeldung zu den anderen Sensoren, die ihre Tongeber ertönen lassen.
Wenn frühere Paniktasten gedrückt wurden, konnte der Benutzer nicht sicher sein, ob die Panikmeldung von der Überwachungsstation empfangen wurde. Diese Erfindung kann jedoch auch eine Notfallantworttaste mit einer hörbaren Bestätigung umfassen. Dies ist möglich, da diese Erfindung leicht eine Kombination von Sensortypen einschließen kann, die jeweils eingebaute Sendeempfänger umfassen, die unter Rauchdetektoren, Sicherheitssensoren, drahtlosen Zweiwege-Tastenfeldern, in der Hand gehaltenen drahtlosen Schlüsselanhängern, Energieverwaltungsvorrichtungen, Thermostaten, Meßgerätablesern und drahtlosen Notfallpaniktasten ausgewählt sind. Die Paniktaste dieser Erfindung umfaßt jedoch einen Sendeempfänger und einen Minitongeber, der als Reaktion auf eine Bestätigungsmeldung, die von der Überwachungsstation durch die Basisstation empfangen wird, piepst.
Weitere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von deren bevorzugten Ausführungsbeispielen ersichtlich, die mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen vor sich geht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vereinfachte isometrische, bildhafte Ansicht eines beispielhaften drahtlosen Feuer- und Sicherheitssystems dieser Erfindung, das in einer Wohnung installiert ist.
2 ist eine vereinfachte isometrische, bildhafte Ansicht eines beispielhaften drahtlosen Feuer- und Sicherheitssystems dieser Erfindung, das in einem Wohngebäude installiert ist.
3A und 3B sind ein vereinfachtes elektrisches Blockdiagramm einer drahtlosen Basisstation dieser Erfindung.
4A, 4B, 4C und 4D sind jeweilige Seiten-, Vorder- (mit geschlossener Tür), Vorder- (mit offener Tür) und Unterseiten-Querschnittsansichten eines Gehäuses, das die Basisstation von 3A und 3B aufnimmt.
5A und 5B sind jeweilige bildhafte Schnittseiten- und Draufsichten auf einen drahtlosen Rauchdetektor dieser Erfindung, die eine bevorzugte Sendeempfängerplatinen-Montagestelle zeigen.
6 ist ein vereinfachter schematischer Schaltplan eines bevorzugten Sendeempfängers, der in Sensoren, Basisstationen, Selbstwählern und anderen Bauelementen verwendet wird, die in den drahtlosen Feuer- und Sicherheitssystemen dieser Erfindung verwendet werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 und 2 zeigen jeweilige Heim- und Wohnungskonfigurationen eines drahtlosen Alarmsystems 10, einschließlich einer Basisstation 12, eines Tastenfeldes 14, Rauchdetektoren 16, passiven Infrarot- ("PIR") Bewegungsdetektoren 18, Tür/Fenster-Kontakten mit Tongebern 20 und eines Glasbruchdetektors 22 (gemeinsam "Sensoren"). Das drahtlose Alarmsystem 10 kann ferner Telefonbuchsen-Leitungsbelegungsmodule, drahtlose Sprachevakuierungs-Rauchdetektoren, Tongeber, Kohlenmonoxiddetektoren, Wärmedetektoren, Kombinations-Rauch- und -Wärmedetektoren und Personennotfallanhänger umfassen.
Mit Bezug auf 3 und 4 umfaßt die Basisstation 12 einen Batteriepegelsensor 30, einen Sendeempfänger 32, einen Mikroprozessor 34, der einen digitalen Selbstwähler implementiert, sieben Diagnose-LEDs 36, einen Tongeber 38, eine große "Aufhebungs-/Ruhe"-Taste 40, eine Diagnosetesttaste 42 (durch Öffnen einer Tür der Basisstation 12 aktiviert), einen Alarmüberprüfungsschalter 44, eine "Registrier"-Taste 46 und zwei Telefonverbindungsstecker 48. Das drahtlose Alarmsystem 10 wird durch eine Batterie 50 gespeist und verwendet beim Wählen Telefonstrom. Die Batterie 50 umfaßt vorzugsweise drei vom Benutzer austauschbare AA-Batterien, die in der Leistungsbasisstation 12 zugänglich sind.
Die Basisstation 12 ist in einem Gehäuse 52 eingeschlossen, das aus texturiertem weißen ABS-Kunststoff besteht, einschließlich Vorkehrungen für private Beschriftung. Das Gehäuse 52 ist geringfügig größer als die Größe einer Doppelgruppen-Wandplatte und ist etwa 3,81 cm (1,5 Inch) tief. Das Gehäuse 52 kann an der Wand montiert werden, wie z. B. über einer versenkten Telefonbuchse, und umfaßt zwei Telefonverbindungsstecker 48, einen für ein Telefon und den anderen für eine Telefonleitung. Der Sendeempfänger 32 ist mit einer Antenne 54 gekoppelt, die beide innerhalb des Gehäuses 52 untergebracht sind. Jedes des Tastenfeldes 14, der Rauchdetektoren 16, der PIR-Bewegungsdetektoren 18, der Tür/Fenster-Kontakte mit den Tongebern 20 und des Glasbruchdetektors 22 umfaßt einen Sendeempfänger wie z. B. den Sendeempfänger 32.
Das Gehäuse 52 umfaßt eine Tür 56, die LEDs 36 verbirgt, eine Registriertaste 46 und ein Betriebsanweisungsetikett (nicht dargestellt). Das Öffnen der Tür 56 aktiviert einen Diagnosetestmodus der Basisstation 12.
Eine batteriegespeiste Basisstation 12 ist sehr erwünscht, da sie die Kosten verringert, keine Wechselstromverdrahtung und Stromversorgungen erfordert und leichter zu installieren ist. Um dies zu bewerkstelligen, aktiviert die Basisstation 12 periodisch den Sendeempfänger 32, um eingehende Meldungen zu erfassen, und deaktiviert dann den Sendeempfänger 32, wenn keine Meldungen erfaßt werden. Da Sicherheitssysteme eine schnelle Reaktion erfordern, geschehen die Aktivierungen des Sendeempfängers 32 mindestens etwa einmal pro Sekunde. Der Empfangszeitraum und die Stromentnahme des Sendeempfängers 32 sind relevante Parameter zum Verringern des resultierenden Leistungsverbrauchs bis zu einem Punkt, an dem ein Batteriebetrieb praktisch ist.
Kristallgesteuerte Einfrequenz-Empfänger können ziemlich schnell (weniger als 2 Millisekunden) aktivieren und stabilisieren und erfordern ziemlich niedrige Betriebsströme (weniger als 20 Milliampere). Dies ermöglicht jedoch nicht einen Mehrfrequenz-Empfang, der zum Vermeiden einer Umgebungsstörung oder einer Frequenzband-Überfüllung nützlich ist.
Frequenz-synthetisierte Empfänger können die Betriebsfrequenzen unter der Mikroprozessorsteuerung ändern. Solche Empfänger erfordern jedoch Zeit zum Feststellen der zweckmäßigen Frequenz, zum Laden der Frequenzregister und zum Stabilisieren eines Phasenregelkreises, bevor der Empfänger tatsächlich aktiviert wird. Folglich kann ein typischer synthetisierter Empfänger über 4 Millisekunden brauchen, um seine Register zu laden, und weitere 0,6 bis 2 Millisekunden, um den Phasenregelkreis zu stabilisieren. Dies erfüllt nicht die Anforderungen für den Batteriebetrieb.
Daher lädt der Sendeempfänger 32 dieser Erfindung die Frequenzregister vor und speichert die Frequenz in diesen Registern, selbst wenn der Empfänger deaktiviert ist, wodurch nur 0,6 bis 2 Millisekunden gebraucht werden, um eingehende Signale zu erfassen. Sendefrequenzregister werden ebenso verwendet, um während Übertragungen Batterielebensdauer zu sparen.
Eine weitere Anforderung, die den batteriegespeisten Betrieb beeinflußt, ist die Zeit, die erforderlich ist, um eine Meldung erfolgreich zu decodieren, sobald sie empfangen ist. In herkömmlichen Systemen dauern Alarmübertragungen, selbst wenn sie achtmal wiederholt werden, weniger als 0,1 Sekunden zum Vollenden. Einige Meldungen könnten länger dauern, aber die meisten Alarmmeldungen sind ziemlich kurz. Die Sensoradresseninformation verbraucht das meiste der Meldungslänge. Wenn jedoch der Empfänger für nur 1–2 Millisekunden pro Sekunde aktiviert wird, sind die Wahrscheinlichkeiten für das Erfassen einer typischen Meldung schlecht.
Das Erfassen einer typischen Meldung wird durch Übertragen einer Meldung, die zumindest so lange dauert wie der Zeitraum, in dem der Empfänger deaktiviert ist, durchgeführt. Die Meldung kann sich während dieses Zeitraums kontinuierlich wiederholen, oder eine Präambel für die Meldung kann während des Zeitraums übertragen werden. Die Präambel informiert den Empfänger über eine eingehende Meldung und hält den Empfänger aktiviert, um die Meldung am Ende der Präambel zu empfangen. Nachdem der Empfänger die Meldung empfangen hat, überträgt das Empfangsbauelement zum Ursprungsbauelement ohne Präambel zurück, da das Ursprungsbauelement bereits aktiviert ist und auf eine Antwort wartet. Sobald die erforderlichen Bauelemente durch die erste Übertragung aktiviert sind, kann dann folglich eine Reihe von Meldungen ohne Verwendung von Präambeln ausgetauscht werden. Nachdem die Meldungen beendet sind und keine weiteren eingehenden Meldungen erfaßt werden, kehren die Empfänger zu ihren periodischen Aktivierungszyklen zurück.
Die Federal Communications Commission ("FCC") hat Regelungen festgelegt, die Alarmübertragungsperioden, Leistungspegel und unlizenzierte Übertragungsbänder regeln. Da die Regelungen die Übertragungszeit auf eine Sekunde begrenzen, ist die Empfängeraktivierungs-, -erfassungs- und -deaktivierungsperiode weniger als eine Sekunde.
Die Aufhebungs/Ruhe-Taste 40 ist an der Basisstation 12 freigelegt, um zwei Funktionen zu dienen. Während einer Feueralarmbedingung setzt das Herabdrücken der Aufhebungs/Ruhe-Taste 40 alle Rauchdetektoren 16 zurück und sendet ein Rückstellsignal zu einer zentralen Überwachungsstation. Während einer Störungsbedingung bringt das Herabdrücken der Aufhebungs/Ruhe-Taste 40 den Tongeber 38 in der Basisstation 12 vorübergehend zur Ruhe.
Die sieben Diagnose-LEDs 36 geben die folgenden Bedingungen an: Gelbe Stör-LEDs zeigen "Schmutziger Detektor", "Sensor schwache Batterie", "Basis schwache Batterie", "Funkverbindungsstörung", und "Telefonleitungsstörung" an; eine rote LED zeigt "Alarm/Wählen" an; und eine grüne LED zeigt "System OK" an.
Die Basisstation 12 geht in den Diagnosemodus ein, wenn die Tür 56 geöffnet wird. Der Diagnosemodus aktiviert spezielle von Diagnose-LEDs 36 entsprechend Störungen, die im Alarmsystem 10 festgestellt werden. Die Basisstation 12 verläßt den Diagnosemodus nach 10 Sekunden und kehrt in ihren normalen Betriebszustand zurück.
Der Alarmüberprüfungsschalter 44 ist ein Schalter mit zwei Stellungen, der sich im Batteriefach der Basisstation 12 befindet. Eine "Ein"-Stellung aktiviert das Feueralarm-Überprüfungsmerkmal, das verursacht, daß die Basisstation 12 eine "Rückstell/Rücksetz"-Meldung zu einem auslösenden der Rauchdetektoren 16 überträgt, wenn eine anfängliche "Feueralarm"-Meldung empfangen wird. Wenn eine zweite oder anschließende Feueralarmmeldung von irgendeinem der Rauchdetektoren 16 innerhalb von 60 Sekunden empfangen wird, aktiviert die Basisstation 12 dann einen Feueralarm durch Senden einer Meldung "Tongeber ein" zu den Rauchdetektoren 16. Die Basisstation 12 wartet weitere 15 Sekunden vor dem Anwählen der zentralen Überwachungsstation.
Der Tongeber 38 in der Basisstation 12"piepst", um auf die Störungsbedingungen, die irgendwo im Alarmsystem 10 vorhanden sind, aufmerksam zu machen. Ein kurzes Piepsintervall minimiert die Stromentnahme aus der Batterie 50. Der piepsende Tongeber 38 beseitigt den Bedarf, Tongeber in irgendeinem der Rauchdetektoren 16 piepsen zu lassen, und beseitigt daher eine nächtliche Störung. Der Tongeber 38 kann durch Drücken der Aufhebungs/Ruhe-Taste 40 an der Basisstation 12 zur Ruhe gebracht werden.
Der vom Mikroprozessor 34 implementierte digitale Selbstwähler wählt eine vom Benutzer programmierbare Telefonnummer. Während eines vorbestimmten Ereignisses wird die programmierbare Telefonnummer gewählt und eine sachdienliche Information wird zur zentralen Überwachungsstation übertragen. Bevorzugte vorbestimmte Ereignisse umfassen "Feueralarm", "Feuerrückstellung", "Batterie schwach" und "Test". Während dieser vorbestimmten Ereignisse belegt der Selbstwähler die Telefonleitung und kommuniziert über das SIA-DCS-Protokoll. Der Selbstwähler speichert vorzugsweise eine primäre Telefonnummer und eine Reservetelefonnummer. Die Basisstation 12 versucht zuerst, die primäre Telefonnummer zu wählen, und macht nach drei fehlgeschlagenen Versuchen drei Versuche, die Reservetelefonnummer zu wählen. Wenn alle Versuche fehlschlagen, wird an einer der LEDs 36 eine Telefonleitungs-Störungsbedingung angezeigt.
Die Basisstation 12 dieser Erfindung bleibt für mindestens 30 Tage voll funktionstüchtig und der Tongeber 38 arbeitet für mindestens 10 Tage, nachdem ein Zustand schwacher Batterie erfaßt wird. Die Batterie 50 weist eine Betriebslebensdauer von etwa zwei bis drei Jahren auf und erreicht einen schwachen Zustand, wenn sie auf ungefähr 2,7 Volt erschöpft ist.
5A und 5B zeigen einen typischen von drahtlosen Rauchdetektoren 16, die auf herkömmlichen Rauchdetektoren basieren, wobei ein Sendeempfänger 60 innerhalb eines Gehäuses 62 hinzugefügt ist. Die Rauchdetektoren 16 arbeiten vorzugsweise auf dem photoelektrischen Prinzip und enthalten Optionen für eine Wärmefeststellung bei fester Temperatur, um die Bedürfnisse des Sicherheitsfeueralarmsystem-Markts zu erfüllen. Ionisations- oder andere Arten von Rauchdetektoren können natürlich ebenso verwendet werden.
Die Rauchdetektoren 16 werden durch 3 AA-Alkalibatterien (nicht dargestellt) gespeist, die auch den Sendeempfänger 60 speisen. Die Rauchdetektoren 16 sind selbstrückstellende Vorrichtungen mit Tongebern 64, die betätigt werden, wenn sie sich in einem Alarmmodus befinden. Die Tongeber 64 können durch Herabdrücken einer "Test/Ruhe"-Taste 66 zur Ruhe gebracht werden. Die Rauchdetektorelektronik verwendet eine Architektur auf Mikrosteuereinheitsbasis, die automatische Empfindlichkeitsprüfungen umfaßt, um zu überprüfen, ob sich der Detektor innerhalb seiner festgelegten Empfindlichkeitsgrenzen befindet. Eine solche Empfindlichkeitsprüfung ist im US-Patent Nr. 5 546 074 über SMOKE DETECTOR SYSTEM WITH SELF-DIAGNOSTIC CAPABILITIES AND REPLACEABLE SMOKE INTAKE CANOPY, beschrieben, welches auf den Anmelder dieser Anmeldung übertragen wurde. Wenn die Empfindlichkeitsänderungen durch Staub und Schmutz verursacht werden, kompensiert der Detektor automatisch durch entsprechendes Einstellen seiner Empfindlichkeit. Eine solche automatische Kompensation ist im US-Patent Nr. 5 798 701 über SELF-ADJUSTING SMOKE DETECTOR WITH SELF-DIAGNOSTIC CAPABILITIES beschrieben, das auf den Anmelder dieser Anmeldung übertragen wurde. Die maximale tägliche Einstellung beträgt 0,1%/ft. alle 24 Stunden mit einer maximalen Abweichung von 1,0%/ft. bezüglich der ursprünglichen vom Werk eingestellten Empfindlichkeit. Wenn die maximale Empfindlichkeit erreicht ist, ändert sie sich nicht mit weiterer Ansammlung von Staub. Wenn die Empfindlichkeit außerhalb die festgelegten Grenzen abweicht, benachrichtigt er den Benutzer visuell durch Auslöschen einer normalerweise leuchtenden roten LED (nicht dargestellt). Die Rauchdetektoren 16 übertragen auch Störungs- und Testmeldungen zur Basisstation 12.
Die photoelektrischen Versionen von Rauchdetektoren 16 erfassen alle neun Sekunden Umgebungsverdunkelungsdaten. Die rote LED blinkt jedes Mal, wenn eine Probe genommen wird. Wenn irgendeine Probe oberhalb der kalibrierten Alarmschwelle liegt, werden zwei weitere Proben in Intervallen von etwa 4,5 Sekunden genommen. Wenn alle drei Proben oberhalb der kalibrierten Alarmschwelle liegen, tritt der Detektor in den Alarmzustand ein, bis die Verdunkelung zu normal zurückkehrt, zu welchem Zeitpunkt sich der Detektor zurücksetzt.
Ein wahlweiser Photo/Wärme-Sensor überwacht kontinuierlich Umgebungswärmebedingungen. In einen Alarmzustand wird eingetreten, wenn die Umgebungstemperatur 57°C übersteigt, unabhängig von der Geschwindigkeit der Wärmeänderung. Eine Niedertemperaturwarnung kann auch gesandt werden, wenn die Temperaturen unterhalb 7°C fallen, als Hinweis, daß Wärme im Heim verlorenging und potentielle Gefrierbedingungen vorhanden sind.
Wie im vorstehend beschriebenen US-Patent Nr. 5 798 701 dargelegt, stellen die photoelektrischen Detektoren ihre Empfindlichkeit automatisch alle 24 Stunden ein, um Staubansammlung in der Abtastkammer zu kompensieren. Die Detektoren stellen ihre Empfindlichkeit durch Mitteln von 4 Proben, die alle 30 Minuten genommen werden, und Speichern des minimalen und maximalen Mittelwerts, über einen Zeitraum von 24 Stunden genommen, ein. Der zur während der Kalibrierung gespeicherten Reinluftmessung nächste minimale oder maximale Mittelwert wird verwendet, um die Empfindlichkeit des Detektors einzustellen. Die maximale Einstellung, die in einem Zeitraum von 24 Stunden zugelassen wird, ist 0,1%/ft. Die Gesamteinstellung ist auf 1,0%/ft. für Detektoren, die empfindlicher werden, und 0,2%/ft. für einen Detektor, der weniger empfindlich wird, begrenzt.
Wenn irgendwelche der Rauchdetektoren 16 in den Alarmmodus eintreten, wird der zugehörige Tongeber 64 aktiviert. Die Tongeber 64 in allen Rauchdetektoren 16 können durch Drücken der "Test/Ruhe"-Taste 66 an irgendeinem der Rauchdetektoren 16 zur Ruhe gebracht werden.
Die Rauchdetektoren 16 zeigen eine Störungsbedingung durch Auslöschen der roten LED an. Eine Störungsbedingung existiert, wenn irgendeiner der Rauchdetektoren 16 durch den Selbsttest fällt oder für einen Zeitraum von 24 Stunden aus den festgelegten Empfindlichkeitsgrenzen fällt. Der Prozeß zum Feststellen, ob ein Rauchdetektor außerhalb seines Empfindlichkeitsbereichs liegt, ist folgendermaßen: Wenn eine Verdunkelungsprobe außerhalb die Empfindlichkeitsgrenzen fällt, beginnt eine Auszeit von 24 Stunden. Wenn der Rauchdetektor zu irgendeinem Zeitpunkt innerhalb dieses Zeitraums von 24 Stunden 3 aufeinanderfolgende Proben innerhalb der Empfindlichkeitsgrenzen aufweist, wird der 24-Stunden-Zeitgeber zurückgesetzt.
Eine weitere Störungsbedingung existiert, wenn irgendeiner der Rauchdetektoren 16 einen Zustand schwacher Batterie feststellt. Die rote LED wird ausgelöscht und eine Meldung "schwache Batterie" wird zur Basisstation 12 gesandt, die beginnt, den Tongeber 38 piepsen zu lassen (3A). Wenn die "Aufhebungs/Ruhe"-Taste 40 der Basisstation 12 gedrückt wird, dann startet der Rauchdetektor mit dem Zustand schwacher Batterie ein Störungspiepsen seines Tongebers 64 für drei Minuten und setzt dann zurück. Der Tongeber 64 kann durch Drücken der "Test/Ruhe"-Taste 66 des Rauchdetektors während des Zeitraums von drei Minuten zur Ruhe gebracht werden. Wenn die Basisstation 12 ausgefallen ist und daher nicht antwortet, dann tritt der Rauchdetektor in einen Vorgabemodus ein und läßt seinen Tongeber 64 piepsen, um einen Zustand schwacher Batterie anzuzeigen.
Wahlweise können beliebige der Sensoren und anderen batteriebetätigten Bauelemente, wie z. B. Tastenfelder und Wähler, zwei separate Schwellen für schwache Batterie verwenden. Eine Schwelle für schwache Batterie wird zum Übertragen von Meldungen "schwache Batterie" über den Wähler zu einer entfernten Überwachungsstation festgelegt. Diese Meldung wird gewöhnlich zuerst gesandt. Eine zweite Schwelle wird verwendet, um den Zustand schwacher Batterie lokal zu signalisieren. Dies läßt der entfernten Überwachungsstation Zeit, um einen Wartungsaufruf zu veranlassen, bevor das lokale Signal für schwache Batterie beginnt zu ertönen.
Jeder der Rauchdetektoren 16 ist wünschenswerterweise für mindestens 30 Tage, nachdem ein Zustand schwacher Batterie erfaßt wird, voll funktionstüchtig. Die Tongeber 64 weisen eine Schallintensität von mindestens 85 dB bei 10 ft. auf, wenn ein zeitliches Schallmuster ertönen lassen wird, und arbeiten nominal für mindestens vier Minuten im Alarmmodus, nachdem ein Zustand schwacher Batterie erfaßt wird. Die Batterielebensdauer beträgt mindestens zwei Jahre.
Mit Bezug auf 1, 4 und 5 ist das Alarmsystem 10 leicht vom Endanwender folgendermaßen programmierbar:
Das Herabdrücken der "Registrier"-Taste 46 an der Basisstation 12 bringt das Alarmsystem 10 in einen Registriermodus. Die Basisstation 12 wählt unter zugelassenen Frequenzen eine willkürliche Betriebsfrequenz aus, die zu einer speziellen Netzwerkfrequenz wird. Die Basisstation 12 sendet die Systemnummer auf dem speziellen Kanal mit voller Leistung. Wenn ein weiteres Alarmsystem innerhalb der Reichweite liegt und dieselbe Systemnummer aufweist, dann wählt die Basisstation 12 willkürlich eine andere "spezielle" Frequenz aus. Die Basisstation 12 verringert ihren Sendeleistungspegel auf die Hälfte, um die Registrierung auszuführen, und bleibt für den gesamten Registrierungsprozeß wach.
Um einen Sensor zu registrieren, der zum Alarmsystem 10 hinzugefügt wird, werden Batterien im hinzugefügten Sensor installiert, was bewirkt, daß er zur Basisstation 12 eine Bauelementtypcode- ("DTC") Meldung, einschließlich einer Sensorseriennummer, überträgt.
Die Basisstation 12 erkennt, daß der DTC zu einem hinzugefügten Sensor gehört, und gibt eine "Lehr"-Meldung zurück, die den hinzugefügten Sensor mit der Systemkonfiguration und einer Einheitsadresse programmiert. Die Lehrmeldung umfaßt eine zugewiesene Frequenz für den Sensor, die Systemnummer, eine Logikbauelementadresse und ein Echo der Sensorseriennummer. Eine zusätzliche Information kann während oder nach der Registrierung heruntergeladen werden.
Der hinzugefügte Sensor bestätigt die Annahme dieser Programmierung, indem er seinen Tongeber einmal piepsen läßt.
Nachdem alle Sensoren in dem System registriert sind, verläßt die Basisstation 12 automatisch nach zehn Minuten den "Registrier"-Modus. Der Heimeigentümer kann dann die "Test/Ruhe"-Taste 66 an irgendeinem der Rauchdetektoren 16 herabdrücken, um das Alarmsystem 10 zu testen. Der Rauchdetektor 16, der den Systemtest einleitet, sendet eine "Test"-Meldung zur Basisstation 12, die durch Senden einer "Tonzeitmuster"-Meldung zu allen Sensoren reagiert, die ihre Tongeber für zwei Minuten aktivieren. Der in der Basisstation 12 implementierte Selbstwähler kann auch ein "Testsignal" zu der in den Wähler programmierten Telefonnummer senden.
Die Deregistrierung wird eingeleitet durch:
Eine spezielle "Deregistrier"-Meldung.
Wenn ein Bauelement nicht auf eine Meldung "Sensor finden" reagiert (normalerweise ausgegeben, wenn dem Sensor eine Überwachungsmeldung fehlt), behält die Basisstation 12 die Information über das fehlende Bauelement in der Konfigurationstabelle für einen Tag (im Fall eines Batteriewechsels) und berichtet die Information über das fehlende Bauelement der zentralen Überwachungsstation. Nach dem Zeitraum von einem Tag deregistriert die Basisstation 12, wenn der Sensor immer noch fehlt, das Bauelement und seine Systemnummer wird wiederverwendet. Die Meldung "Sensor finden" wird nicht zu Bauelementen übertragen, die eine Bedingung "schwache Batterie Niveau 2" gemeldet haben.
Wenn die Batterie in einem vorher registrierten Bauelement ausgewechselt wird, setzt sich das Bauelement selbst zurück und wird in einem Alarmsystem 10 deregistriert. Wenn die Deregistrierung innerhalb des Zeitraums von einem Tag stattfindet, weist die Basisstation 12 die ursprüngliche Information dem deregistrierten Bauelement erneut zu.
Wenn die Basisstation 12 unwirksam ist, ertönen die Sensoren und der Benutzer kümmert sich um das Entfernen der Batterien aus allen Sensoren. Wenn die Batterien in der Basisstation 12 in einer geregelten Weise ausgewechselt werden (dies impliziert, daß die Sensoren eine Meldung "Basisstation abgeschaltet" empfangen, bevor sie einen Synchronisationsimpuls verpassen), ertönen die Sensoren nicht und das Alarmsystem 10 reagiert normal, nachdem die Batterien ausgetauscht sind.
Mit Bezug auch auf 2 wird die Registrierungsprozedur für Wohnungen und Wohnheime folgendermaßen ausgeführt:
Jedem Wohnbereich wird sein eigener "Hauscode" zugewiesen genau wie Installationen in einem Heim (1). Ein "Einrichtungscode" wird jedoch zum Hauscode hinzugefügt, um den Wohnungskomplex oder das Wohnheimgebäude zu identifizieren. In den meisten Anwendungen werden die Hauscodes zu einer kleinen Anzahl von Ziffern und der Einrichtungscode wird größer. Jeder Sensor überträgt beide Codes und die Empfänger hören, ob beide Codes korrekt sind, bevor die Daten decodiert werden.
Um Sensoren in einem Wohnungskomplex oder einem Wohnheimgebäude zu registrieren, muß zuerst eine Basisstation 12 installiert werden. Die Basisstation 12 wird mit einem vorprogrammierten vordefinierten Einrichtungscode hergestellt. Wenn das Alarmsystem 10 in einer Wohnung oder einem Wohnheimraum installiert wird, muß dann zuerst ein "Netzknotenbauelement" für diesen Wohnbereich installiert werden. 2 zeigt Tür/Fenster-Kontakte mit Tongebern 20, die als Netzknotenbauelemente verwendet werden, aber ein beliebiges Bauelement kann als Netzknotenbauelement verwendet werden. Dies wird durchgeführt, indem die Basisstation 12 in den "Registrier"-Modus gesetzt wird und dann Batterien in das ausgewählte Netzknotenbauelement eingesetzt werden. Das Netzknotenbauelement weist keine vorprogrammierten Einrichtungs- oder Hauscodes auf und sendet daher eine Meldung für ein "neues Bauelement" zur Basisstation 12. Nach dem Empfang dieser Meldung für ein neues Bauelement lädt die Basisstation 12 den Einrichtungscode herunter und weist diesem Netzknotenbauelement einen verfügbaren Hauscode zu. Jedem Netzknotenbauelement in jedem Wohnbereich wird ein anderer Hauscode zugewiesen. Sobald das Netzknotenbauelement der Einrichtungscode und Hauscode zugewiesen sind, werden die restlichen Bauelemente in diesem Wohnbereich registriert, wie vorstehend für ein Haus erläutert.
Die Frequenzzuweisung während der Registrierung von hinzugefügten Sensoren wird folgendermaßen ausgeführt:
Wenn in einen hinzugefügten Sensor während des Registrierungsprozesses Batterien installiert werden, überträgt er eine Meldung für ein "neues Bauelement" zur Basisstation 12. Da die Basisstation 12 auf einer Anzahl von verfügbaren Frequenzkanälen arbeiten kann, kann die Basisstation 12 die Meldung für das neue Bauelement nicht empfangen, wenn es auf dem falschen Kanal gesandt wird. Es gibt zwei mögliche Lösungen zum Lösen dieses Problems. Entweder beginnt die Basisstation 12 automatisch, alle verfügbaren Frequenzen abzutasten, wenn sie in den Registriermodus gesetzt ist, bis sie eine eingehende Meldung für ein neues Bauelement erkennt, oder der hinzugefügte Sensor überträgt die Meldung für das neue Bauelement auf dem ersten Kanal, und wenn innerhalb einer Sekunde keine Antwort empfangen wird, überträgt der hinzugefügte Sensor automatisch auf dem zweiten Kanal. Dies wird fortgesetzt, bis der hinzugefügte Sensor eine Antwort zurückempfängt.
Sobald der hinzugefügte Sensor und die Basisstation 12 sich auf derselben Frequenz verbinden, dann kann die Basisstation 12 die korrekten Betriebskanäle und den Hauscode, die Einheitsadresse und andere Daten zum hinzugefügten Sensor herunterladen und den Registrierungsprozeß beenden.
Dasselbe drahtlose Zweiwege-System kann leicht in kommerziellen Anwendungen verwendet werden. Das meiste der Funktionalität bleibt gleich und viele der Sicherheits- und Feuersensoren bleiben theoretisch unverändert. Ein Unterschied besteht jedoch darin, daß kommerzielle Stellen viel größere Flächen und Strecken bedecken können. Daher werden Datenübertragungen wahrscheinlicher über Zwischenbauelemente gesandt, damit sie die Randeinheiten erreichen, und erfordern in einigen Fällen mehrere Funkfelder. Die Systemarchitektur für ein solches großes System wäre zu dem Wohnungs- oder Wohnheimsystem von 2 sehr ähnlich. In diesem Fall hätte die gesamte kommerzielle Stelle einen Einrichtungscode, der ursprünglich in der Basisstation 12 geliefert wird. Dann würde das System automatisch Netzknotenbauelemente über die gesamte Einrichtung identifizieren. Dies kann durch Herstellen einiger Bauelemente als eindeutige Netzknotenbauelemente und Installieren derselben über die ganze Stelle oder vorzugsweise durch Integrieren von zusätzlichem Speicher und Verarbeitungsleistung in jedem Bauelement, um eine automatische Systemkonfiguration zu ermöglichen, wobei ein beliebiges Bauelement als Netzknotenbauelement zugewiesen werden kann, durchgeführt werden.
Jedes Netzknotenbauelement in dem kommerziellen System funktioniert ähnlich den Netzknotenbauelementen in dem Wohnungs- oder Wohnheimsystem von 2. Anstatt einen Hauscode zu haben, haben sie jedoch einfach einen Netzknotencode.
Der typische Betriebsdialog der Basisstation 12 und der Rauchdetektoren 16 des Alarmsystems 10 ist nachstehend in Tabelle 1 zusammengefaßt.
Tabelle 1
Mit Bezug auf 3 und 6 verwendet das Alarmsystem 10 drahtlose Zweiwege-Sendeempfänger, um Probleme zu vermeiden, die durch vorsätzliche oder Umstandsstörung, Reichweitenprobleme (insbesondere bei Stahlkonstruktion), Konkurrenz mehrerer Meldungen, Fehlalarme, Zuverlässigkeit, Meldungsintegrität und Leistungsverbrauch verursacht werden. Die Sendeempfänger 32 und 60 vermeiden eine Störung durch automatisches Umschalten von Frequenzen, wenn es erforderlich ist, in einen anderen Kanal innerhalb eines von der FCC zugelassenen Frequenzbandes. Die Sendeempfänger 32 und 60 prüfen den Zustand des Alarmsystems 10 durch periodisches Abfragen der Sensoren, und indem sie empfangene Meldungen für gültig erklären und bestätigen, um Fehlalarme zu beseitigen. Die Sendeempfänger 60 sind dazu ausgelegt, typischerweise direkt mit dem Sendeempfänger 32 in der Basisstation 12 zu kommunizieren. Wenn jedoch ent fernte Sendeempfänger 60 außerhalb der Reichweite der Basisstation 12 liegen, werden Meldungen automatisch über irgendeinen anderen Sendeempfänger innerhalb der Reichweite im Alarmsystem 10 geleitet.
Die Alarmsysteme auf Sendeempfängerbasis dieser Erfindung unterscheiden sich von herkömmlichen drahtlosen Systemen, da sie vielmehr interaktive Mehrweg-Schleifensysteme als blinde Sender sind, sie vielmehr Zweiwege-Meldungstransportsysteme als Einweg-Funknetze sind, sie an jeder Transporteinheit anstatt nur an einer zentralisierten Basisstation Intelligenz aufweisen und sie die lokale Intelligenz mit der frequenzsynthetisierten Basisstation 12 kombinieren, um eine Störung durch automatisches Umschalten der Frequenz oder Finden von alternativen Wegen zum Senden und Empfangen von Meldungen zu umgehen. Diese Unterschiede werden nachstehend genauer beschrieben.
Ein herkömmliches Sendekommunikationssystem überträgt ein Signal auf einer vorbestimmten Frequenz zu Empfängern innerhalb eines gegebenen "Netz"-Bereichs oder -Segments. Irgendein Empfänger innerhalb des "Netzes" oder Segments, der auf dieselbe Frequenz abgestimmt ist, nimmt das Signal auf. Der Sender muß ausreichend leistungsstark sein, um den weitesten Sensor oder die weiteste Steuerung zu erreichen, was eine Batterielebensdauerbegrenzung ist. Überdies gilt, je größer die Reichweite vom Sender ist, desto größer ist die Möglichkeit für eine Rauschverstümmelung und Störung mit anderen Systemen. Die Sensorempfänger können empfindlicher gemacht werden, um die Reichweite zu verbessern, aber dies erhöht das Auftreten von Rauschverstümmelung und Störung. Das Sendersignal breitet sich auf "Sichtlinie" aus, so daß Hindernisse es beeinträchtigen können. Daher wird ein Rundfunksystem durch die relativen Sender- und Empfängerorte und die elektronische und physikalische Umgebung, in dem es arbeitet, nachteilig beeinflußt.
Im Gegensatz dazu leitet das intelligente Sendeempfängersystem dieser Erfindung Meldungen von Sensoren direkt zur Basisstation 12, oder, falls erforderlich, von Sensor zu Sensor zur Basisstation 12. Jeder Sensor leitet seine Meldung mit einem anderen Identifikationscode oder einer anderen Einheitsadresse und mit einem sorgfältig synchronisierten Verzögerungsfaktor weiter, so daß keine zwei Sensoren gleichzeitig senden. Dies beseitigt das Problem einer gegenseitigen Störung oder Meldungskonkurrenz. Das Sendeempfängersystem ist so ausgelegt, daß jeder Sensor die Übertragung einer Meldung verzögert, bis sein Empfänger die Radiowellen abgetastet hat, um sicherzustellen, daß keine Störung besteht. Vorzugsweise geschieht diese Abtastung bis zu sechsmal, bevor ein automatischer Rückstellprozeß ausgelöst wird, um den Kontakt über einen anderen Leitweg wiederherzustellen. Das Sendeempfängersystem funktioniert von den Sensoren zur Basisstation 12 oder umgekehrt, versucht verschiedene Leitwege, um Hindernisse zu überwinden, und rekonfiguriert dynamisch seine Leitweglenkung, um Probleme zu umgehen. Die maximale Kommunikationsreichweite zwischen leistungsarmen drahtlosen Sensoren ist typischerweise etwa fünfzig Meter (150 Fuß) drinnen und die effektive Reichweite eines gesamten Systems kann bis zu etwa 2,5 Kilometer in Abhängigkeit von der Anzahl von Sensoren betragen. Da jeder Sensor sehr wenig Leistung benötigt, um seine Nachbarsensoren zu erreichen, ist der Leistungsverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Systemen niedriger, die mit höherer Leistung senden müssen, um längere Reichweiten zu erreichen.
Die Steuerung von herkömmlichen Einweg-Funksystemen, die einen Sender in jedem Sensor und einen Empfänger in der Basisstation verwenden, ist relativ teuer herzustellen. Wenn jedoch Probleme auftreten, ist es unmöglich, einen Sensor abzufragen, um seinen Zustand zu überprüfen. Wenn kein Signal von einem Sensorempfangen wird, ist es überdies unmöglich, von der Basisstation aus festzustellen, ob der Sensor auf ein Hindernis getroffen ist oder irgendein anderes Problem, wie z. B. eine erschöpfte Batterie, hat. Wenn der Sensor seine Meldung überträgt, kann er ebenso nicht feststellen, ob die Meldung von der Basisstation empfangen wurde. Dies wird als "Shout and Pray" Kommunikationsprinzip bezeichnet. Folglich werden Meldungen typischerweise wiederholt übertragen, um die Wahrscheinlichkeiten für einen erfolgreichen Empfang zu verbessern.
In dem Alarmsystem 10 auf Sendeempfängerbasis dieser Erfindung überträgt jedoch ein Sensor seine Meldung einmal und wiederholt die Meldung nur, wenn die erste Übertragung nicht bestätigt wird. Dieses Verfahren verringert die erforderliche Übertragungszeit sowie den erforderlichen Stromverbrauch signifikant, was die Batterielebensdauer verbessert.
Die intelligente Sendeempfängerarchitektur dieser Erfindung verwendet einen Zweiwege-Meldungsaustausch, der eine Abfrage ermöglicht. Die Basisstation 12 prüft routinemäßig, ob ein Sensor aktiv ist, und prüft im Fall von Problemen doppelt. Die Sensoren verwenden auch die Zweiwege-Verbindung, um die erfolgreiche Übertragung von Meldungen zu bestätigen. Somit stellt der Zweiwege-Meldungsaustausch ein zuverlässigeres Kommunikationsverfahren bereit und er ermöglicht auch das Leiten von Meldungen von der Basisstation 12 zu den Sensoren, um einen breiteren Bereich von Systemüberwachungsfunktionen bereitzustellen.
Das Alarmsystem 10 umfaßt einen Mikroprozessor in der Basisstation 12 und in jedem Sensor. Die Mikroprozessoren verwenden diese "verteilte Intelligenz" folgendermaßen: Jeder Sensor prüft, daß seine Meldungen von der Basisstation 12 bestätigt werden. Wenn die Meldungen nicht empfangen werden, rekonfiguriert der Sensor automatisch, bis die Meldung bestätigt wird. Jeder Sensor meldet Probleme, wie z. B. schwache Batterien, durch Überwachen der Leistungsnutzung und eine Reihe von anderen Leistungsprüfungen. Jeder Sensor prüft irgendwelche erkannten Probleme doppelt. Alarmbedingungen können überprüft werden, um die Anzahl von Fehlalarmen zu verringern. Die Sendeempfänger können ein- und ausgeschaltet werden, um den Leistungsverbrauch zu minimieren. Die Sensoren können von fern zum Ein- oder Ausschalten angewiesen werden, wenn das Sicherheitssystem aktiviert oder deaktiviert wird, um den Leistungsverbrauch zu minimieren und Meldungsstörung zu verringern. Die Sensoren können von fern angewiesen werden, weitere Funktionen auszuführen, wie z. B. Systemerweiterungen oder Installation von neuen Leistungsanforderungen.
Herkömmliche Sender verwenden eine feste Frequenz. Wenn Rauschen oder eine Störung bei dieser Frequenz auftritt, dann können übertragene Meldungen verzerrt werden oder verloren gehen. Eine solche Störung ist sehr üblich und stellt eine Hauptursache für geringe Zuverlässigkeit in herkömmlichen Funksystemen dar.
Frühere Arbeiter haben versucht, für Störungs- und Blockierungsprobleme Lösungen zu finden. Einige verwenden Protokolle, um jede Meldung mehrere Male zu senden, und andere verwenden zwei Sender in jeder Einheit, um die Meldung redundant auf zwei Frequenzen gleichzeitig zu übertragen. Dies ist jedoch eine aufwendige und unhandliche Lösung, die nicht immer funktioniert. Die Streuspektrumtechnologie wird manchmal als praktisch gesehen, obwohl es eine aufwendige Lösung ist. Selbst wenn eine oder mehrere der Frequenzen innerhalb ihres Spektrums gleichzeitig durch Meldungsübertragung belegt ist, verläßt sich das System auf das restliche Spektrum, um genug der Meldung ausreichend zur Basisstation zu übertragen. In solchen herkömmlichen Systemen werden keine Alarme ausgelöst, wenn nicht die Basisstation feststellt, daß die empfangenen Meldungen genau sind. Viele Systeme werden tatsächlich vorsätzlich so eingestellt, daß, wenn irgendein Zweifel existiert, kein Alarm ausgelöst wird.
In dieser Erfindung überträgt jedoch ein Sensor keine Meldung, bis er die Radiowellen geprüft hat, um auf Störung zu prüfen, bis zu sechsmal in einem Maximum von 750 Millisekunden vor dem Zurückmelden zur Basisstation 12, daß die Übertragung bei der vorliegenden Frequenz derzeit unmöglich ist. Sobald das Alarmsystem 10 feststellt, daß die vorliegende Frequenz einer Störung unterliegt, findet es eine andere Frequenz, die störungsfrei ist, und schaltet alle Sensoren auf die neue Frequenz um. Durch Ändern der Frequenzkanäle, wenn eine Störung erkannt wird, wird ein viel zuverlässigeres System realisiert. Es ist auch üblich, ein Bauelement an einer Stelle anzuordnen, die Mehrwegaufhebungen unterliegt, die verhindern, daß Meldungen zuverlässig empfangen werden. Lösungen für dieses Problem umfassen die Verwendung von mehreren Empfängern und das Ändern von Frequenzen.
Das Ändern unter mehreren Frequenzbändern hat zusätzliche Vorteile. Obwohl Datenübertragungen zwischen Sensoren und der Basisstation 12 auf einer Frequenz stattfinden können, verwendet diese Erfindung eine Frequenz für Bauele mente, eine andere Frequenz für die Basisstation 12 und in einigen Anwendungen eine dritte Frequenz für den Selbstwähler oder Datenübertragungen zu einer zentralen Überwachungsstation. Wenn eine Information von einer entfernten Stelle in das Alarmsystem 10 heruntergeladen wird, können lange Meldungen vom Selbstwähler zur Basisstation 12 oder zu einem Sensor, der als Kommunikationsnetzknoten wirkt, gesandt werden. Wenn die langen Meldungen auf derselben Frequenz wie die Sensoren übertragen werden würden, würden sie alle für die Dauer der Meldungen aktiviert werden, was einen unnötigen Leistungsverbrauch verursacht. Wenn die Basisstation 12 Meldungen zum Selbstwähler sendet, tritt auch derselbe unnötige Leistungsverbrauch auf. Wenn irgendein Bauelement eine Alarmbedingung meldet, würden ebenso alle anderen Bauelemente die Meldung auch empfangen, selbst wenn die Meldung nur für die Basisstation 12 sinnvoll ist.
Mit Bezug auf 2 überträgt in Wohnungs- und Wohnheimanwendungen eine einzelne Basisstation 12 in einem Wohnbereich eine Meldung zu einem Selbstwähler oder zu einer anderen Basisstation 12 in einem anderen Wohnbereich, um eine Information vom Nachbarbeobachtungstyp weiterzuleiten oder diese Information zu einer zentralen Überwachungsstation weiterzuleiten. In dieser Anwendung müßten alle anderen Bauelemente auf alle Meldungen hören, wenn nicht verschiedene Frequenzkanäle verwendet werden.
In einer Meßgerätableseanwendung überträgt ein Sendeempfänger, der durch das Meßgerät gespeist wird und an diesem angebracht ist, periodisch, vorzugsweise einmal jede Stunde, um den Leistungsverbrauch für variable Ratenberechnungszwecke zu melden. Wenn die Basisstation 12 eine separate Frequenz für diesen Zweck verwendet, dann wird nur die Basisstation 12 aktiviert, um diese periodische Meldung zu empfangen, wodurch die Batterielebensdauer bewahrt wird. Wenn Meldungen häufig oder von langer Dauer sind, ist es im allgemeinen bevorzugt, separate Frequenzen zu verwenden.
Wenn ein Sensor eine Alarmmeldung zur Basisstation 12 überträgt, reicht eine einfache Bestätigung zum Sensor von der Basisstation 12 aus, um die Kommuni kationsschleife zu schließen und eine zuverlässige Übertragung der kritischen Information sicherzustellen. Es gibt jedoch Fälle, in denen dies unzureichend ist.
Die meisten Sicherheits- oder Feueralarmsysteme erfordern, daß alle drahtlosen Bauelemente durch die Basisstation 12 überwacht werden, um zu überprüfen, daß diese Bauelemente noch mit der Basisstation 12 in Kommunikation stehen. Die Basisstation 12 muß Datenübertragungen innerhalb von vier Stunden in den meisten Sicherheitssystemen, aber nicht seltener als vier Minuten für einige kommerziellen Feuersysteme überprüfen.
In herkömmlichen drahtlosen Einweg-Sicherheitssystemen sendet jeder Sender ein Informationspaket, das eine Überwachungsmeldung umfaßt, die sich typischerweise einmal in der Stunde wiederholt. Wenn der Basisstation der Empfang von vier dieser Meldungen in einer Reihe fehlt, wird ein Verlust der Überwachung angezeigt. Einige Überwachungsmeldungen gehen einfach verloren, da die Sender alle ihre Meldungen in willkürlichen Zeiträumen senden, was verursacht, daß einige von ihnen miteinander kollidieren.
In dem Zweiwege-Kommunikationssystem dieser Erfindung werden jedoch Überwachungsmeldungen durch ein geregelteres Abfrageverfahren übertragen. Bei der herkömmlichen Abfrage leitet die Basisstation eine Abfrage durch zuerst Prüfen zum Überprüfen, daß keine anderen Übertragungen stattfinden, ein. Dann wird ein erster Sensor kontaktiert, um seinen korrekten Betrieb zu überprüfen. Der erste Sensor bestätigt und die Basisstation fragt den zweiten Sensor ab und so weiter. Ein Problem bei der herkömmlichen Abfrage besteht darin, daß die Basisstation jeden Sensor einzeln abfragen muß und alle Sensoren für die Dauer der vollständigen Abfragesequenz aktiviert bleiben. Wenn 16 Sensoren abgefragt werden, erfordert das herkömmliche Abfragen 16 Basisstationsübertragungen und 16 einzelne Bauelementbestätigungen, was einen größeren Leistungsverbrauch durch die Basisstation als durch einen Sensor erfordert.
In einem Gruppenabfrageverfahren dieser Erfindung wird jedoch eine Überwachungsabfrage-Anforderungsmeldung durch die Basisstation 12 übertragen, die von allen Sensoren mit demselben Hauscode wie einem, der in die Überwachungsabfrageanforderung eingebettet ist, erkannt wird. Dann bestätigen die Sensoren nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung, die mit der Einheitsadresse jedes Bauelements in Beziehung steht. Somit gibt das Bauelement Nummer Eins sofort eine Bestätigung zurück, gefolgt vom Bauelement Nummer Zwei, dann Bauelement Nummer Drei usw., wobei jede Bestätigung zeitlich beabstandet ist, um Kollisionsprobleme zu vermeiden. Mit dem Gruppenabfrageverfahren erzeugen die Basisstation 12 und die Sensoren jeweils eine Übertragung, wodurch der Leistungsverbrauch durch die Basisstation 12 und jedes der Bauelemente verringert wird. Die Gruppenabfrage ist weiter günstig, da sie etwa die Hälfte der Zeit benötigt wie die herkömmliche Abfrage. Um den Zeit- und Leistungsverbrauch noch weiter zu verringern, müssen die Sensoren nicht mit ihren Hauscodeadressen zurückantworten, sondern müssen nur ihre Einheitsadressen melden, da ihre zeitgesteuerten Übertragungen die korrekten Hauscodes bestätigen.
Wenn ein Sensor eine Überwachungsabfrageanforderung nicht bestätigt, fragt die Basisstation 12 bei der Gruppenabfrage sofort diesen Sensor ab, um festzustellen, ob er in dem System noch aktiv ist. Wenn die Basisstation 12 vom Sensor keine Antwort empfing, kann er sich außerhalb der Reichweite befinden, so daß die Basisstation 12 die anderen Sensoren auffordert, das Kontaktieren des nicht-antwortenden Sensors zu versuchen, um festzustellen, ob er vorhanden ist. Innerhalb weniger Sekunden sollte jeder Sensor daher berücksichtigt werden. Eine Überwachungsabfrageanforderung einmal alle vier Stunden erzielt ein höheres Überwachungsniveau als eine herkömmliche Abfrage einmal in der Stunde von jedem Sender.
Sobald von der Basisstation 12 festgestellt wird, daß sich ein Sensor außerhalb der Reichweite befindet, jedoch einem anderen Sensor antwortet, speichert die Basisstation 12 bei der Gruppenabfrage diese Information und kontaktiert in der Zukunft den nicht-antwortenden Sensor über den Zwischensensor. Wenn beispielsweise der Sensor Nummer 12 außerhalb der Reichweite der Basisstation 12 liegt, aber in der Reichweite des Sensors Nummer 5, speichert die Basisstation 12 diese Information und kommuniziert über den Sensor Nummer 5 mit dem Sensor Nummer 12. Diese Meldungsleitinformation wird auch im Sensor Nummer 12 gespeichert.
Dieses Kommunikationsweg-Bestimmungsverfahren wird vorzugsweise während der anfänglichen Registrierung von Sensoren durchgeführt. Während des Registrierungsprozesses kontaktiert die Basisstation 12 jeden Sensor einzeln und kontaktiert auch jeden Sensor über andere Sensoren, bis ein zuverlässiger Kommunikationsweg für jeden Sensor festgelegt wurde. Sobald die Wege bestimmt und in der Station 12 gespeichert sind, lädt sie zu jedem Sensor den besten nächsten Sensor herunter, mit dem sie zum Senden von Meldungen kommuniziert, wodurch für jeden Sensor ein primärer Kommunikationsweg festgelegt wird. Für eine größere Zuverlässigkeit kann auch ein sekundärer Weg gespeichert werden. Dieser gleiche Prozeß kann wiederholt werden, sobald neue Sensoren registriert werden oder wenn ein nicht-antwortender Sensor während einer Überwachungsabfragesequenz entdeckt wird.
Andere Arten von Gruppenabfragemeldungen können auch verwendet werden, wie z. B. für Feueralarme, Einbruchsalarme, medizinische Notfallalarme, Panik/Verweil-Alarme, Störungssignale und Systemaktivierung und -deaktivierung, sind alle Beispiele von Meldungen, die vielmehr zu allen Sensoren gesandt werden können als eine separate Kommunikation mit jedem Sensor erfordern. Drei oder vier separate Aktivierungs- und Deaktivierungsniveaus können verwendet werden, wie z. B. um anzugeben, ob ein System aktiviert ist, irgend jemand zu Hause ist, wenn es nachts aktiviert wird und Leute oben schlafen, und wenn ein System vor einem ausgedehnten Urlaub aktiviert wird. In jedem Fall könnten verschiedene Sensoren unterschiedlich reagieren, wie z. B. Lichter, die ein- und ausgeschaltet werden, Bewegungssensoren, die ein- und ausgeschaltet werden, und dergleichen.
Herkömmliche Alarmsysteme auf Übertragungsbasis erfordern entweder die manuelle Zuweisung von Adressen für jeden Sensor, wie z. B. mit Dip-Schaltern, oder verwenden vorgegebene Megaadressen in den Sensoren, die durch die Basisstation "gelernt" werden müssen.
In dem Alarmsystem 10 auf Sendeempfängerbasis ist jedoch nur eine Basisstation 12 mit einem eindeutigen vorgegebenen "Hauscode" hergestellt, wohingegen die Sensoren keine vorab zugewiesenen Adressen haben. Wenn die Basisstation 12 in einen "Registrier"-Modus gesetzt wird und ein neuer Sensor zuerst eingeschaltet wird, dann erkennt die Basisstation 12 diesen Sensor als neu und lädt zum Sensor den Hauscode und eine eindeutige Sensoradresse herunter. Dies macht den Registrierungsprozeß automatisch, ohne den Bedarf zur Herstellung von Sensoren mit eindeutigen Codes. Dieses Verfahren ermöglicht auch kürzere Sensoradressen als für Sensoren mit vorab zugewiesenen Adressen erforderlich sind. Kürzere Adressen sorgen für kürzere, schnellere Übertragungszeiten, was den Batterieverbrauch verringert.
Herkömmliche Sicherheits- und Feueralarmsysteme verwenden Bedienfelder, um Systemintelligenz, Stromversorgungen, Verdrahtungsverbindungen und den Selbstwähler einzuschließen.
Das drahtlose System dieser Erfindung erfordert jedoch tatsächlich kein Bedienfeld, da jeder Sensor batteriebetrieben ist, das System erfordert keine Sensorverbindungen oder einen Verdrahtungsnetzknoten, der Wähler kann eigenständig sein oder gegen eine Mobilfunkverbindung ausgetauscht werden und die Intelligenz kann sich in einem beliebigen Sensor oder beliebigen Sensoren befinden.
Hinsichtlich der Intelligenz kann sich ein Steuermikroprozessor in der Wählereinheit eines einfachen Feuersystems oder in einem Tastenfeld eines Sicherheitssystems befinden. Wenn das Tastenfeld beseitigt wird, können drahtlose Schlüsselanhänger zum Aktivieren und Deaktivieren und der Steuerprozessor, der sich in einem beliebigen Sensor befinden kann, verwendet werden.
Sicherheits- und Feueralarmsysteme erfordern eine entfernte Überwachung. In überwachten Systemen können drahtlose Kommunikationen einen primären oder Reserveweg für das Melden von Alarmen bereitstellen. Regelungscodes und -standards werden festgelegt, um das minimale Überwachungsniveau zu regeln, das erforderlich ist, um eine zuverlässige drahtlose Datenübertragungsverbindung herzustellen. Einige Systeme erfordern beispielsweise nur ein monatliches Testsignal zum Testen des Datenübertragungsweges. Andere Systeme, wie z. B. überwachte kommerzielle Feueralarmsysteme, erfordern eine tägliche Überwachung. Andere Hochsicherheitsanwendungen, wie z. B. überwachte Sicherheitssysteme in Juwelierläden oder Banken, erfordern eine Überwachung nicht seltener als alle sechs Minuten. Solche Alarmsysteme, insbesondere wenn eine häufige Überwachung erforderlich ist, können durch die Überwachungssignale stark belastet werden, was die Kosten für einige drahtlosen Technologien zu hoch macht und alternative Überwachungseinrichtungen erzwingt.
Es gibt zahlreiche herkömmliche Überwachungsverfahren, die von den obigen überwachten Systemen verwendet werden, einschließlich beispielsweise Mobilfunk, zweckorientierte Funknetzwerke mit langer Reichweite, Zweiwege-Personenrufsysteme, Standleitungen und abgeleitete Datenübertragungskanäle. Die letzteren zwei Verfahren verwenden keine drahtlose Kommunikation, sondern werden dort verwendet, wo eine hohe Sicherheit erforderlich ist. Alle obigen Verfahren erfordern jedoch eine regelmäßige und häufige Überwachung, die signifikante Überwachungswartungskosten hinzufügt.
Ein Überwachungsverfahren dieser Erfindung fügt eine häufige Überwachung zu einem drahtlosen Kommunikationsweg unter Verwendung von Mobilfunk-, GSM- oder PCS-Technologien mit signifikant verringerten Kosten hinzu. Diese Erfindung stellt auch eine signifikant verbesserte Zuverlässigkeit der drahtlosen Kommunikation bereit und ermöglicht, daß ein gemeinsamer Funk niedrige oder hohe Überwachungsniveaus ohne hinzugefügte Herstellungskosten bereitstellt. Diese Erfindung verwendet Standard-Mobilfunk-, GSM- und PCS-Kommunikationsverfahren in einer neuen Weise. Wenn ein Mobilfunk oder -telefon das erste Mal eingeschaltet wird, wird vom Funk ein Registrierungssignal zur nächsten Zellenstelle gesandt, um eine eindeutige Funkidentifikationsnummer, die Funktelefonnummer und Gesprächsübergabedaten, wenn sich der Funk außerhalb des Heimbereichscodes befindet, zu übertragen. Diese Information wird zu einer Fernsprechvermittlungsstelle zurückgegeben, die sich im Bereichscode des Telefons befindet, um die Fernsprechvermittlungsstelle zu benachrichtigen, daß der Funk eingeschaltet ist und für Anrufe zur Verfügung steht. Die Information identifiziert auch die Zellenstelle, an der sich der Funk befindet.
Wenn der Funk oder das Telefon einen Anruf einleitet, wird ein Telefonanruf-Anforderungssignal zur Fernsprechvermittlungsstelle weitergeleitet, wo der Funk als gültiger Funk überprüft wird und das Konto geprüft wird, um sicherzustellen, daß der Funk berechtigt und bezahlt ist. Wenn dies der Fall ist, wird eine Meldung zur Zellenstelle und zum Funk zurückgegeben, was einen Sprachkanal zum Tätigen des Anrufs öffnet.
Die Registrierungs- und Anrufaufforderungssignale verwenden spezielle "Steuer"-Kanäle, während der Telefonanruf selbst über verschiedene "Sprach"-Kanäle übertragen wird. Die Steuerkanäle senden sehr kurze Datenimpulse, die eine Information, wie z. B. Funk-ID, Telefonnummer, Gesprächsübergabedaten; Zellenstelle usw. enthalten. Die Sprachkanäle sind dazu ausgelegt, viel längere Übertragungen wie z. B. Sprach- und Computerdaten zu übertragen.
Bis in letzter Zeit basierten fast alle Rechnungsgebühren auf der Sprachkanalverwendung. Einige neue Technologien, wie z. B. Cellemetry und Microburst, verwenden die Steuerkanäle, um kurze Datenmeldungen wie z. B. einen Alarm oder eine Überwachungsinformation zu senden. Keine dieser Technologien verwendet jedoch die Registrierungssignale, um eine Überwachung bereitzustellen.
Wenn ein Mobilfunk eingeschaltet wird, überträgt er nicht nur ein Registrierungssignal, sonder macht auch regelmäßig anschließend in variierenden Zeiten Registrierungen, wie z. B. von alle paar Minuten bis zu Intervallen von 60 Minuten. Dies überprüft, daß der Funk noch eingeschaltet ist und in derselben Zellenstelle. Die Registrierungen stoppen, wenn festgestellt wird, daß der Funk nicht mehr antwortet, da er ausgeschaltet wurde, außerhalb der Reichweite liegt oder sich zu einer anderen Zellenstelle bewegt hat. Der Registrierungsprozeß wird wiederholt, wenn sich der Zellenfunk zu einer neuen Zellenstelle bewegt.
Der Registrierungsprozeß geschieht kontinuierlich für alle Zellenfunke, die eingeschaltet sind. Zellenfunkdienstanbieter berechnen jedoch nicht für die Registrierung, da sie als erforderlicher Teil der schnellen Anruftätigungsinfrastruktur betrachtet werden.
Folglich verwendet diese Erfindung Registrierungssignale, um die Kommunikationsverbindung mit dem Funk zu überwachen. Die Registrierungssignale werden von der Fernsprechvermittlungsstelle zu einem Prozessor übertragen und werden analysiert, um eine kontinuierliche Anschlußfähigkeit zu überprüfen. Dieses Verfahren fügt daher keinen zusätzlichen Anrufanforderungsbedarf zum Zellenfunknetzwerk oder zur Zellenfunkinfrastruktur hinzu und stellt dennoch eine verbesserte Überwachung bereit. Registrierungsintervalle von 15 bis 30 Minuten sind beispielsweise für stationäre Funke (häufiger, falls mobil) üblich. Dies ist weitaus mehr als eine Überwachung einmal am Tag, die für kommerzielle Feueralarmsysteme erforderlich ist, ohne den Bedarf, tägliche Anrufanforderungen einzuleiten.
Da der Zellenfunk Registrierungssignale einleitet, wie z. B. wenn er das erste Mal eingeschaltet wird, kann der Funk dazu ausgelegt werden, schnellere Registrierungssignale zu erzeugen, wie z. B. alle 5 Minuten, wenn es für Hochsicherheitsanwendungen erforderlich ist. Dies erhöht die Anzahl von gesandten Registrierungsmeldungen geringfügig, liegt jedoch immer noch gut unterhalb der typischen Registrierungsraten für Mobilfunke, die durch die relativ schnelle Bewegung von Zellenstelle zu Zellenstelle verursacht werden.
Daher ist der Zellenfunk dazu ausgelegt, Registrierungsmeldungen alle 5 Minuten zu erzeugen, wenn es für Hochsicherheitsanwendungen erforderlich ist. Wenn eine hohe Sicherheit nicht erforderlich ist, verläßt sich der Funk auf die niedrigeren Registrierungsraten, die von den Zellenstellen gefordert werden.
Der Zellenfunk fordert eine Bestätigung von der Zellenstelle an, wenn das Registrierungssignal vom Funk eingeleitet wird, und prüft auf das regelmäßige Registrierungssignal, wenn es von der Zellenstelle eingeleitet wird. In dieser Weise kann der Zellenfunk feststellen, wenn eine Zellenstellen-Anrufverbindung verlorengeht, und ein Kommunikationsstörungssignal erzeugen. Das Störungssignal kann dann Leute in den lokalen Gebäuden über hörbare oder visuelle Signalisierungsmittel warnen oder kann zur zentralen Überwachungsstation durch eine zweite Telefonleitung oder einen zweiten Kommunikationsweg, falls vorhanden, zurückübertragen werden. Eine zweite Telefonleitung ist in kommerziellen Feuer- und Hochsicherheitsanwendungen erforderlich.
Diese Erfindung ist ferner vorteilhaft, wenn sie mit neueren Steuerkanal-Datenübertragungstechnologien und insbesondere mit Microburst verwendet wird. Dies liegt daran, daß das Sammeln von Registrierungssignalen von den Fernsprechvermittlungsstellen und das Weiterleiten derselben zu einem Verarbeitungszentrum für Überwachungszwecke keine einfache Angelegenheit ist, wenn die Fernsprechvermittlungsstellen im gesamten Land beteiligt sein könnten.
Da jedoch die Microburst-Technologie eine einfache Fernsprechvermittlungsstelle oder einen Netzknoten für alle Microburst-Funke verwendet, können alle Registrierungssignale und Steuerkanaldaten von Anrufanforderungen im zentralen Büro gesammelt werden. Daher werden die Registrierungssignale leicht zusammen mit den Steuerkanaldaten zu einem Verarbeitungszentrum zur Überwachung übertragen.
Wenn das Verarbeitungszentrum einen Verlust der Überwachung von Registrierungssignalen feststellt, wird diese Information zu einem Überwachungszentrum zur Benachrichtigung der zweckmäßigen Bevollmächtigten übertragen.
Geschulte Arbeiter werden erkennen, daß dieses Kommunikationsverbindungs-Überwachungsverfahren für andere Anwendungen, wie z. B. zum Meßgerätablesung, zur Verkaufsautomatenüberwachung und zur Mobilfahrzeugverfolgung, nützlich ist.
Die Verwendung der Sendeempfänger 32 und 60 und der Kommunikationsprotokolle dieser Erfindung ermöglicht, daß das drahtlose Alarmsystem 10 die Leistung von verdrahteten Alarmsystemen anpaßt, während die Vorteile einer einfachen Installation, von niedrigen Kosten, einer verbesserten Wartungsleistung, höherer Zuverlässigkeit und von hinzugefügten Benutzervorteilen bereitgestellt werden.
6 zeigt den Sendeempfänger 60, der zur Verwendung nicht nur in Sensoren, sondern anstelle des Sendeempfängers 32 in der Basisstation 12 bevorzugt ist, da er die Implementierung eines asynchronen Zweiwege-Mikroleistungs-Radiofrequenz-Datennetzwerks mit einem speziellen Aufweckprotokoll ermöglicht. Der Sendeempfänger 60 kann auch für Radiofrequenz-Datenübertragungen von Punkt zu Punkt für das Verlängern der Batterielebensdauer, wie z. B. in schnurlosen Telefonen und drahtlosen Tastenfeldern, angewendet werden.
Der Sendeempfänger 60 beseitigt die vielen Einschränkungen für die Erweiterung der Batterielebensdauer und zum Aufrechterhalten einer zuverlässigen Funkdatenkommunikation unter einer Netzwerkbedingung. Der Sendeempfänger 60 umfaßt einen Mikroprozessor 70, der vorzugsweise ein Texas Instruments MPS430 ultraleistungsarmer Prozessor mit chipinternen Speichern ist. Ein zusätzlicher nicht-flüchtiger Speicher kann zum Speichern einer personalisierten Netzwerkinformation erforderlich sein.
Der Sendeempfänger 60 umfaßt ferner einen Sendeempfängerchip 72, der die meiste Schaltung für einen lokalen Oszillator, einen Phasenregelkreis, kanalinterne und Quadraturkanal-Datenwege, RF-Filter und IF-Filter und eine Basisbandsteuerschaltung integriert. Der Sendeempfängerchip 72 ist vorzugsweise ein Typ Nummer NOVA3.3, der von Gran Jansen in Oslo, Norwegen, erhältlich ist. Der Sendeempfängerchip 72 kommuniziert seriell mit dem Mikroprozessor 70, um Schlaf-, Empfangs- und Sendemodi auszuwählen; Steuerdaten zu übertragen; Empfangs- und Sendedaten zu übertragen; und zugehörige Frequenzen einzurichten und zu synchronisieren. Eine Varaktordiode 74 empfängt Modulationsdaten über ein Filternetzwerk 76, um Daten im Sendemodus durch Frequenzumtastung ("FSK") zu modulieren.
Der Sendeempfängerchip 72 verwendet einen stabilen Kristall 78 mit 10 MHz und synthetisiert Frequenzen digital unter einer geteilten Phasenregelung mit dem Mik roprozessor 70. Der Sendeempfängerchip 72 muß keine schnelle Aufweckzeit aufweisen und auch keinen besonders niedrigen Leistungsverbrauch, da er sich in der Mehrheit der Zeit im Schlafmodus befindet. Eine Antenne 79 ist über Resonanzkreise mit den RF-Eingangs- und -Ausgangsstiften des Sendeempfängerchips 72 gekoppelt.
Der Sendeempfänger 60 umfaßt auch einen superregenerativen Mikroleistungsempfänger 80, der einen Abtastmischer beinhaltet. Der Mikroleistungsempfänger 80 entnimmt nur etwa ein bis sechs Mikroampere Strom während des Schlafmodus und umfaßt einen Colpitts-Oszillator 82, einen Quenchoszillator 84, ein Impulserzeugungsnetzwerk 86, ein Signalgewinnungsnetzwerk und eine Datenschnittstelle 88 und eine Antenne 90. Alternativ kann der Mikroleistungsempfänger 80 mit der Antenne 79 gekoppelt sein. Eine geeignete Implementierung des Mikroleistungsempfängers 80 ist im US-Pat. Nr. 5 630 216 über MIKROPOWER RF TRANSPONDER WITH SUPERREGENERATIVE RECEIVER AND RF RECEIVER WITH SAMPLING MIXER beschrieben, das durch den Hinweis hierin aufgenommen wird.
Die Batterieleistung für den Sendeempfänger 60 wird über einen Verbindungsstecker 92 empfangen, der auch Empfangs- und Sendedaten mit dem Sensor oder der Steuereinheit überträgt, in dem er installiert ist. Die Überwachung des Batteriezustands ist eine wichtige Funktion, die während jeder Meldungsübertragung (die höchste Stromentnahmebedingung) durch den Sendeempfängerchip 72 ausgeführt wird, um einen zuverlässigen Betrieb des Sensors oder der Basisstation 12 sicherzustellen.
Der Mikroprozessor 70 umfaßt einen digital gesteuerten Oszillator ("DCO"), von welchem eine vorbestimmte Frequenz sinkt, wenn die Batteriespannung abnimmt. Eine Bezugsfrequenz wird durch einen stabilen Kristallresonator 94 mit 32768 KHz festgelegt. Das Vergleichen der vorbestimmten DCO-Frequenz mit der Bezugsfrequenz stellt eine Einrichtung zum Überwachen der Batteriespannung bereit.
Der Mikroprozessor 70 führt zahlreiche Funktionen durch, einschließlich Decodieren einer speziell codierten "Aufweck"-Meldung, die vom Mikroleistungsempfänger 80 empfangen wird; Formatieren und Manchester-Codieren von Daten während des Sendemodus; Durchführen einer Datenblock-, Paket-, Byte-, Symbol- und Bitsynchronisation; Durchführen einer Messung der empfangenen Signalstärke während des Empfangsmodus; und Steuern der Protokolle der Medienzugriffsebene und der logischen Verbindungsebene.
Die Medienzugriffsebenen-Steuerung umfaßt die Schlaf/Aufweck-Zyklussteuerung, Datenkollisionssteuerung und die Medienzugriffsebenen-Bestätigung. Das Schlüssel-Medienzugriffsverfahren verwendet eine Kombination einer ALOHA-Protokollmethode während Aufwecksequenzen und Vielfachzugriff mit Leitungsüberwachung/Kollisionsvermeidung ("CSMA/CA") nach Aufwecksequenzen.
Die logische Verbindungssteuerung umfaßt die Bauelementadressierung; Paketstruktur; Paketfehlerkontrolle; und Netzwerkebenenfunktionen, wie z. B. RF-Kanalsteuerung, Paketleitweglenkung, Leitweglenkungs-Tabellenverwaltung und das Unterstützen von mobilen Vorrichtungen für Gesprächsübergabe in den und aus dem Abdeckungsbereich. Der Mikroprozessor 70 kann externe Auslöser im Schlafmodus empfangen und leitet alle den Protokollen hoher Ebene zugeordneten Daten zu einer Verarbeitungseinheit im zugehörigen Sensor oder in der Basisstation 12 weiter.
Um eine zuverlässige Zweiwege-Kommunikation über ein drahtloses Datennetzwerk zu erzielen, muß die periodische Synchronisation des Netzwerks von einer schnellen Netzwerkantwort begleitet werden. Dies ist in Netzwerken, in denen alle Sensoren und die Basisstation 12 batteriegespeist sind, schwierig zu erreichen. Merkmale wie z. B. Paketleitweglenkung, Kanalschalten (um RF-Störung und -Blockierung zu vermeiden) und Gesprächsübergabe für mobile Vorrichtungen (d. h. die Vorrichtung befindet sich während des normalen Betriebs außerhalb der Reichweite des Netzwerks) erlegen der Batteriekapazität zusätzliche Anforderungen auf und fügen Komplexität zu den Kommunikationsprotokollen hinzu. Bei eini gen Kommunikationsprotokollen machen der Bedarf für ein schnelles Sendeempfängeraufwecken und einen leistungsarmen Betrieb überdies die Sendeempfängerkonstruktion zu einer Herausforderung.
Das vorstehend beschriebene Kommunikationsprotokoll verwendet eine geringe Einschaltdauer der Meldungsübertragungszeit im Vergleich zur Bereitschaftszeit. Folglich befindet sich das Netzwerk die meiste Zeit im Schlafmodus. Dies macht die Netzwerksynchronisation leider schwierig. Daher verwendet der Sendeempfänger 60 das folgende kaskadierte Aufweck-Kommunikationsprotokoll.
Wenn keine Meldungen übertragen werden, befinden sich alle Sensoren und die Basisstation 12 in einem ultraleistungsarmen Schlafmodus. Während des Schlafmodus überwacht der Mikroleistungsempfänger 80 eine vorbestimmte Frequenz, vorzugsweise 418 MHz in den Vereinigten Staaten und 433 MHz in Europa. Der Mikroleistungsempfänger 80 kann sehr einfach sein, da er nicht zur Datenübertragung erforderlich ist, nur zum Empfangen der "Aufweck"-Meldung.
Sobald irgendeiner der Sensoren oder der Basisstation 12 eine Meldung senden muß, überträgt ihr Sendeempfängerchip 72 zuerst die Aufweckmeldung.
Alle anderen Sensoren und die Basisstation 12 empfangen und decodieren die Aufweckmeldung über ihre Mikroleistungsempfänger 80, was wiederum den Mikroprozessor 70 aufweckt, um die Aufweckmeldung redundant zu decodieren, um festzustellen, ob der Sendeempfängerchip 72 aktiviert werden soll. Wenn eine Aufweckmeldung definitiv empfangen wird, deaktiviert der Mikroprozessor 70 den Mikroleistungsempfänger 80 und aktiviert den Sendeempfängerchip 72.
Nachdem der Sensor die Aufweckmeldung empfängt, überträgt er eine Synchronisationssequenz, um die anderen Sendeempfänger im Alarmsystem 10 zu synchronisieren.
Nach der Synchronisationssequenz kann eine Datenmeldung zu einer individuellen Adresse übertragen oder zu einer Gruppe von adressierten Bauelementen gesandt werden.
Eine Bestätigungsmeldung wird durch das adressierte Bauelement oder die adressierten Bauelemente zurückgegeben.
Nach der Beendung der Kommunikationen kehren alle Sensoren und die Basisstation 12 in den Schlafmodus zurück, um die Batterielebensdauer zu verlängern.
Um die Aufweckmeldung zu empfangen, emuliert der Sendeempfänger 60 eine Frequenzumtastübertragung mit niedriger Geschwindigkeit. Alle Sendeempfänger verwenden dieselbe vorbestimmte Frequenz zum Senden und Empfangen von Aufweckmeldungen. Das Emulieren der Übertragung mit niedriger Geschwindigkeit erfordert das Ein- und Ausschalten des Senders mit einer gesteuerten Rate, vorzugsweise weniger als 1 KHz, was die Aufweckmeldungs-Bitrate auf weniger als 1 Kilobit pro Sekunde begrenzt. Langsamere Geschwindigkeiten können verwendet werden, solange der Mikroleistungsempfänger 80 die Aufweckmeldung zuverlässig decodieren kann. Der Mikroprozessor 70 erfordert eine schnelle Aufweckzeit, vorzugsweise weniger als einige Mikrosekunden, um die Aufweckmeldung korrekt zu verarbeiten. Die Aufweckmeldung umfaßt die Systemnummer, um festzustellen, welche Systeme aufwachen sollen.
Um die Datenübertragungsprotokolle zu implementieren, schaltet der Sendeempfänger 60 auf einen Manchester-codierten FSK-Modus von 19,2 Kilobaud zum Senden und Empfangen von Daten um. Datenübertragungsfrequenzen sind leicht unter zahlreichen Kanälen in einem Bereich von 400 MHz oder einem Bereich von 800 MHz umschaltbar. Die bevorzugte Kanalbandbreite ist 60 KHz und der Kanalabstand ist 120 KHz, um eine Störung von benachbarten Kanälen zu vermeiden. Vor jeder Datenübertragung werden eine Reihe von Manchester-Nullcodes übertragen, um eine Übertragungs-Datenblocksynchronisation sicherzustellen. Paketstart- und -end-Synchronisationsworte werden eingefügt, um eine Paketsynchronisation zu ermöglichen. Eine Bytesynchronisation wird verwendet, um Abtasttakt- Abweichungsprobleme zu vermeiden. Eine Element/Bit-Synchronisation wird durch Wiederherstellen der Abtasttaktfrequenz aus der Sequenz von Manchester-codierten Nullen erreicht. Das Kommunikationsprotokoll arbeitet im Halbduplexbetrieb.
Das Aufweckprotokoll ermöglicht die Verwendung eines sehr einfachen Medienzugriffssteuerverfahrens, ohne daß eine regelmäßige Systemsynchronisation erforderlich ist. Bevorzugte Medienzugriffssteuerparameter werden nachstehend beschrieben.
Die Aufweckmeldung ist für alle Systeme dieselbe und wird auf einer vorbestimmten Frequenz übertragen.
Die Aufweckmeldung ist nur einwegig und wird von einem beliebigen Bauelement übertragen, das aus dem Schlafmodus aufwacht, um eine Datenmeldung zu übertragen.
Eine normale Halbduplex-Datenübertragung wird auf einer Frequenz ausgeführt, die während der Systemeinrichtung, während des Einloggens oder während der Registrierung festgelegt wird.
Nachdem irgendeiner der Sensoren oder die Basisstation 12 aufwacht, soll er/sie nicht nach einer weiteren Aufweckmeldung horchen.
Jede Datenmeldung, die nach der Aufweckmeldung übertragen wird, enthält eine Datenblock-Synchronisationspräambel mit einer Reihe von Manchester-codierten Nullen.
Alle Datenmeldungen werden durch das adressierte Bauelement bestätigt.
Wenn die Bestätigung fehlt, wird eine RF-Meldungskollision angenommen. Eine erneute Übertragung wird mindestens dreimal, oder bis eine gültige Bestätigung empfangen wird, versucht.
Irgendein Sensor oder die Basisstation kann eine Datenmeldung nach der ersten Datenmeldung übertragen, muß jedoch zuerst hören, um sicherzustellen, daß der Kanal frei ist, bevor vom Empfangs- in den Sendemodus umgeschaltet wird.
Die Sendeempfänger warten im Empfangsmodus, bis der Kanal frei ist.
Um weitere RF-Kollisionen zu vermeiden, wird eine willkürliche Verzögerung angewendet, bevor eine erneute Übertragung versucht wird.
Die Sensoren und Steuereinheiten kehren nach dem Abtasten eines freien RF-Kanals für eine vorbestimmte Zeit in den Schlafmodus zurück.
Das folgende alternative Kommunikationsprotokoll ist bevorzugt, wenn der Sendeempfänger 32 oder Sendeempfänger 60 ohne Mikroleistungsempfänger 80 verwendet wird. Das alternative Protokoll verwendet eine Manchester-codierte Halbduplex-FSK-Datenübertragung mit acht Frequenzkanälen mit 19200 Kilobaud für entweder den US- oder den europäischen Markt und eine reservierte Frequenz für Einweg-Übertragungsbauelemente wie z. B. zum Übertragen der Aufweckmeldung. Der Frequenzabstand ist 200 KHz.
Eine Kombination von Frequenzvielfachzugriffs- und Zeitvielfachzugriffs-Kommunikationsverfahren wird verwendet. Die Kommunikationssynchronisation des Alarmsystems 10 verwendet ein determiniertes Nicht-Konkurrenz-Verfahren, in dem die Basisstation 12 das System alle 60 Sekunden während eines aktiven Zeitintervalls von einer Sekunde synchronisiert. Eine Kreuzsystemkonkurrenz ist möglich, wenn zwei Systeme denselben RF-Kanal verwenden. Wenn eine Kollision auftritt, legt die Basisstation 12 eine Zufallszahl zwischen 30 und 60 Sekunden für die nächste Systemsynchronisation fest. Bis zu 30 Systeme können auf einer einzelnen RF-Frequenz innerhalb eines Zeitschlitzes von 33 Millisekunden für jedes System gemeinsam existieren. Die Systeme verwenden das CSMA/CA-Protokoll, um Kollisionen während des Halbduplexbetriebs zu verringern. Jede Meldung wird durch ihren adressierten Empfänger bestätigt, welcher als Basis für die Kollisionserkennung dient.
Eine Kreuzsystemkommunikation ist möglich, wenn sich zwei Basisstationen innerhalb des Kommunikationsbereichs befinden. Der spezielle RF-Kanal wird für die Kreuzsystemkommunikation verwendet, so daß jede Basisstation ihre eigene Frequenz und die spezielle Frequenz während jedes Aufweckzeitraums überwachen muß. Einhundert Systeme können innerhalb einer RF-Reichweite gemeinsam existieren, die typischerweise 100 Meter im freien Raum und 50 Meter drinnen ist. Folglich kann irgendein Sensor eine Meldung "Basisstation finden" übertragen, wenn er seine eigene Basisstation während eines vorbestimmten Zeitintervalls nicht erfaßt.
Die Sendeempfänger 32 und 60 können Meldungen zu drei anderen Sendeempfängern weiterleiten, die sich außerhalb der Reichweite der Basisstation 12 befinden.
Bis zu 32 Sendeempfänger können zu einer adressierbaren Gruppe zugewiesen werden und 32 Gruppen sind zuweisbar.
Das folgende Kommunikationsprotokoll wird verwendet, um eine Systemsynchronisation sicherzustellen und um Kollisionen zu minimieren.
Jeder Sensor überwacht seine eigene vorab zugewiesene Frequenz und die Basisstation 12 überwacht sowohl ihre eigene zugewiesene Frequenz als auch die spezielle Frequenz.
Das Alarmsystem 10 wird einmal jede Sekunde aufgeweckt, um nach irgendwelchen möglichen Meldungen oder nach störender Radiofrequenzaktivität zu horchen.
Eine bevorzugte Aufwecksequenz für den Sendeempfänger 60 ist: der Mikroprozessor 70 weckt den Sendeempfängerchip 72 auf und aktiviert ihn. Der Sende empfänger 60 führt dann eine Oszillator- und Phasenregelkreis-Stabilisierung und -Synchronisation durch. Einmal synchronisiert durchläuft der Sendeempfänger 60 zyklisch eine Anzahl von 104 Mikrosekunden-Zeitschlitzen zum Durchführen einer jeweiligen Frequenzüberwachung, Erfassung der Basisstation 12, einer ungeradzahligen logischen Adressenerfassung, einer geradzahligen logischen Adressenerfassung, einer Frequenzüberwachung und Rückkehr in den Schlafmodus.
Nach dem Überwachen ihrer eigenen zugewiesenen Frequenz sendet die Basisstation 12 ein 82-Bit-Steuerwort zu ihrem Sendeempfängerchip 72, um ihn auf die spezielle Frequenz umzuschalten. Nach der Frequenzsynchronisation überwacht der Sendeempfängerchip 72 die spezielle Frequenz für 520 Mikrosekunden, bevor er ein weiteres 82-Bit-Steuerwort zum Umschalten auf den nächsten aktiven Zeitschlitz empfängt, bevor er in den Schlafmodus zurückkehrt.
Eine "Bestätigungs"-Meldung wird innerhalb einer Millisekunde von einem Sendeempfänger als Reaktion auf den Empfang irgendeiner Meldung von einem anderen Sendeempfänger übertragen. Wenn die Bestätigung fehlt, wird eine Meldungskollision oder -blockierung angenommen. Drei erneute Übertragungen werden versucht, bevor der Sendeempfänger 60 die fehlende Bestätigung seinem lokalen Hauptprozessor meldet. Bestätigungen haben die höchste Verarbeitungspriorität.
Die Zeitschlitzsynchronisation wird einmal pro Minute von der Basisstation 12 ausgeführt, die einen Synchronisationsimpuls von fünf Millisekunden überträgt. Jeder Sensor wacht 33 Millisekunden auf. Wenn irgendein Sensor nicht korrekt zeitsynchronisiert ist und folglich den Synchronisationsimpuls verpaßt, beginnt sein nächster Aufwach-Zeitschlitz fünf Millisekunden früher und endet fünf Millisekunden später. Wenn der Sensor drei aufeinanderfolgende Synchronisationsimpulse verpaßt, wird diese Tatsache seinem lokalen Hauptprozessor gemeldet und der Sensor überträgt eine Meldung "Basisstation finden".
Alternativ kann der Synchronisationsimpuls häufiger, beispielsweise einmal alle zwei bis zehn Sekunden, übertragen werden, um eng synchronisierte Datenüber tragungen unter den Bauelementen bereitzustellen. Dies verursacht jedoch erhöhten Leistungsverbrauch und Kommunikationsverkehr.
Der Synchronisationsimpuls kann auch weniger häufig, beispielsweise einmal pro Stunde, übertragen werden, welches der Zeitraum für die normale Anwendungsüberwachung ist. Dies verringert den Leistungsverbrauch und den Kommunikationsverkehr, aber ein sehr langer Synchronisationsimpuls kann erforderlich sein.
Datenmeldungen, die im Alarmsystem 10 übertragen werden, werden von dem Empfangsbauelement bestätigt, das eine Meldung "Anwendungsbestätigung" überträgt. Die adressierten und bestätigenden Bauelemente bleiben wach und die anderen Bauelemente kehren in den Schlafmodus zurück.
Das Alarmsystem 10 führt ferner zwei Netzwerkdienstfunktionen durch. Eine ist die Bestimmung der Meldungsleitweglenkung, wenn es erforderlich ist, eine Meldung von einem Sendebauelement über mindestens ein zwischengeschaltetes Bauelement zu einem Meldungsempfangsbauelement weiterzuleiten. Die andere Funktion ist die Herstellung von Kreuzsystemkommunikationen unter speziellen Alarmbedingungen, wie z. B. wenn die Basisstation 12 unwirksam ist.
Die Meldungsleitweglenkung erfordert Flexibilität, da eine Anzahl von Faktoren bestehen, die die Datenübertragungen beeinflussen, wie z. B.: Bewegen eines Bauelements; Modifizieren der Gebäudekonstruktion oder Bewegen von Mobiliar und dadurch Verursachen von Mehrwegsignalen, die den Empfang schwächen; oder Einführen einer Störquelle.
Die Meldungsleitweglenkung verwendet ein automatisches Pathfinder^®-Protokoll, das die obige sich ändernde Kommunikationsumgebung berücksichtigt. Das Pathfinder^®-Protokoll verwendet Einrichtungs-, Betriebs- und Rücksetzphasen.
In der Pathfinder^®-Einrichtungsphase erwartet jedes Bauelement eine Überwachungsabfrage von der Basisstation 12 oder einer anderen Bereichssteuereinheit jede Stunde oder alle 72 Minuten. Für das synchrone Datennetzwerk- Ausführungsbeispiel erwarten Netzwerkbauelemente jede Minute ein Synchronisationsbündel. Diese regelmäßigen Datenübertragungen könnten aufgrund von verschlechterten Kommunikationsbedingungen verpaßt werden. Unter solchen Umständen sendet das betroffene Bauelement einen Befehl "Basisstation finden". Irgendwelche anderen Bauelemente in demselben Netzwerk können diesen Befehl annehmen und die Meldung zur Basisstation 12 weiterleiten und auf das auslösende Bauelement antworten. Das auslösende Bauelement lernt dadurch, daß es nicht direkt mit der Basisstation 12 kommuniziert.
Sobald die Basisstation 12 die Meldung "Basisstation finden" empfängt, erzeugt sie eine Leitwegtabelle und benennt einen geeigneten Router oder geeignete Router zur Kommunikation mit der auslösenden Netzvorrichtung. Der Leitweg ist einer der Weiterleitungswege, die von der Meldung "Basisstation finden" genommen wird. Die Basisstation 12 bestimmt den leichtesten und zuverlässigsten Weg, der in der existierenden Netzwerkkonfiguration und in den Leitwegtabellen gespeichert ist.
Sobald ein Leitweg festgelegt wurde, lädt die Basisstation 12 die Leitwegtabelle zu dem (den) Router(n) herunter. Die Leitwegtabelle umfaßt die Einheitsadresse jedes Bauelements und eine Gruppennummer.
Die Pathfinder^®-Operationsphase geht folgendermaßen vor sich: Sobald ein Bauelement eine nicht-leere Leitwegtabelle hat, nimmt es die zusätzliche Funktion eines Routers an. Meldungen zwischen der Basisstation 12 und den festgelegten Endbauelementen weisen dieselbe Struktur auf (Quellenadresse und Zieladresse oder Gruppennummer) wie eine gesandte Meldung. Der Router stellt fest, ob eine Meldung weiterzuleiten oder zu verwerfen ist.
Wenn ein Bauelement eine Meldung empfängt, prüft es die Zieladresse, um festzustellen, ob die Meldung eine Leitweglenkung erfordert. Wenn die Zieladresse nicht seiner eigenen Einheitsadresse entspricht, prüft das Bauelement seine Leitwegtabellen-Einheitsadressen, und wenn eine Übereinstimmung gefunden wird, leitet der Router die Meldung ohne Modifikation weiter.
Für eine gesandte Meldung untersucht der Router das Gruppenelement gegen die Leitwegtabelle ungeachtet seines eigenen Gruppennummerzustands. Die Meldung wird ohne Modifikation weitergeleitet, wenn eine Übereinstimmung in der Leitwegtabelle gefunden wird.
Wenn die Zieladresse die Basisstationsadresse ist, wird die Quellenbauelementadresse wieder gegen die Leitwegtabelle geprüft. Wenn eine Übereinstimmung gefunden wird, wird die Meldung ohne irgendwelche Änderungen weitergeleitet.
Meldungen von der Basisstation 12 zu den festgelegten Endbauelementen oder umgekehrt werden während Weiterleitungsvorgängen bewahrt und sind "transparent", um die korrekten Quellen- und Zieleinheitsadressen sicherzustellen.
Die Pathfinder^®-Rücksetzphase arbeitet folgendermaßen: Die Basisstation 12 kann mehrere Antworten von einem festgelegten Endbauelement empfangen, einschließlich einer sehr schnellen Meldungsbestätigung vom Bauelement. Dies deutet darauf hin, daß eine direkte Kommunikation möglich ist. Die Basisstation 12 kann dann eine aktualisierte Leitwegtabelle zu dem (den) vorher definierten Router(n) herunterladen oder Elemente in den Leitwegtabellen löschen. Dies ändert die Leitwege und setzt den vorherigen Router zurück.
Es bestehen viele Vorteile an dem hierin beschriebenen drahtlosen Zweiwege-Alarmsystem gegenüber drahtlosen Einweg-Alarmsystemen.
Wenn ein Alarm von irgendeinem Sensor erfaßt wird, lassen alle Sensoren den Alarm ertönen, so daß er durch das ganze Haus gehört werden kann.
Um einen Feueralarm zur Ruhe zu bringen, bringt das Drücken der "Ruhe"-Taste an irgendeinem Rauchdetektor alle Tongeber zur Ruhe.
Um dieses Zweiwege-System einzurichten und zu testen, drückt ein Benutzer die "Registrier"-Taste an der Basisstation 12 und legt Batterien in jeden Sensor. Dann testet das Drücken von einer der "Test"-Tasten das ganze System.
Das Hinzufügen eines Zweiwege-Sicherheitssystems zu einem existierenden Feuersystem erfordert nur das Hinzufügen eines drahtlosen Zweiwege-Tastenfeldes und von drahtlosen Zweiwege-Sicherheitssensoren in Kommunikation mit dem Tastenfeld. Das Tastenfeld meldet dann über den Selbstwähler.
Die Kosten eines Einweg-Rauchdetektors sind geringer als die Kosten eines Zweiwege-Rauchdetektors. Die Kosten einer Einweg-Basisstation sind jedoch höher als die Kosten einer Zweiwege-Basisstation 12, da ein Doppel-Diversityempfänger in der Einwegeinheit erforderlich ist, um einen zuverlässigen Empfang bereitzustellen. Überdies muß der Empfänger kontinuierlich arbeiten, wodurch ein Wechselstromadapter, ein Spannungsregler, eine hinzugefügter Blitzschutz und Reservebatterien erforderlich sind.
Da ein Wechselstromadapter für ein Einwegsystem erforderlich ist, muß der Heimeigentümer die Basisstation mit einer nicht-schaltbaren Wechselstromquelle verbinden, die nicht immer nahe einer Telefonbuchse liegt.
In dem Zweiwege-System ist die Übertragungsreichweite nicht durch den Abstand zwischen der Basisstation 12 und dem entferntesten Sensor begrenzt, da Meldungen von Sensor zu Sensor weitergeleitet werden.
Während Störungsbedingungen, wie z. B. einer schwachen Batterie oder einem schmutzigen Detektor, werden solche Störungsbedingungen in dem Zweiwege-System nur an der Basisstation 12 angezeigt, bis ihre Tür geöffnet wird, zu welcher Zeit die Basisstation 12 dem entsprechenden Detektor signalisiert, seine Störungsbedingung anzuzeigen.
Die Kommunikationszuverlässigkeit ist in einem Zweiwege-System höher, da die Sensoren die Bestätigung empfangen, daß Alarmmeldungen empfangen wurden, oder das System die Meldungsübertragung auf mehreren Frequenzen oder über alternative Wege erneut versuchen kann, bis eine Bestätigung empfangen wird.
Eine vollständige Beseitigung von Drähten ist in einem drahtlosen Zweiwege-System möglich, was viel leichtere und schnellere Installationen ermöglicht und weniger technische Geschicktheit und Training zum Vollenden erfordert.
Zweiwege-Kommunikationen können natürlich in ausgewählten kostengünstigen Sensoren verwendet werden, um sie an spezielle Anwendungsanforderungen anzupassen.
Für Fachleute ist es offensichtlich, daß viele Änderungen an den Einzelheiten der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele dieser Erfindung vorgenommen werden können, ohne von deren zugrundeliegenden Prinzipien abzuweichen. Folglich ist zu erkennen, daß diese Erfindung auch auf andere drahtlose Steueranwendungen anwendbar ist als die in Alarmsystemen zu findenden. Der Schutzbereich dieser Erfindung sollte daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims

Verfahren zum automatischen Programmieren eines drahtlosen Abtast- und/oder Steuersystems, um ein oder mehrere Sensorbauelemente zu registrieren, die an verschiedenen Stellen über einen gesamten räumlichen Bereich verteilt sind, umfassend: Vorsehen einer drahtlosen Zweiwege-Kommunikationsfähigkeit zwischen einer Basisstation mit einem Basisstations-Sendeempfänger und mindestens einem der Sensorbauelemente mit einem Sensorbauelement-Sendeempfänger, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Einleiten einer Registrierungsbedingung in der Basisstation, um das System in einen Sensorbauelement-Registrierungsmodus zu versetzen; Einführen eines Auslöseereignisses in ein Sensorbauelement und Liefern eines Meldungssignals für ein neues Bauelement, das das Sensorbauelement identifiziert, vom Sensorbauelement-Sendeempfänger zum Basisstations-Sendeempfänger als Reaktion auf das Auslöseereignis; Liefern eines Programmiersignals, das eine Sensorbauelement-Identifikationsadresse angibt, vom Basisstations-Sendeempfänger zum Sensorbauelement-Sendeempfänger als Reaktion auf das Meldungssignal für das neue Bauelement; und Speichern der Sensorbauelement-Identifikationsadresse im Sensorbauelement.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Programmiersignal ferner eine Systemkonfigurationsinformation umfaßt, die eine oder mehrere von Sensorbauelementadressen von anderen Sensorbauelementen im System, eine Signalübertragungsfrequenz und eine Kommunikationsweginformation bezüglich der Kommunikation zwischen der Basisstation und irgendeinem der im System registrierten Sensorbauelemente umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Sensorbauelement außerhalb des direkten Kommunikationsbereichs mit der Basisstation liegt, und ferner ein zwischengeschaltetes Sensorbauelement mit einem zwischengeschalteten Sensorbauelement-Sendeempfänger umfaßt, das angeordnet ist, um das Meldungssignal für das neue Bauelement vom Sensorbauelement zu empfangen und zur Basisstation zu senden und das Programmiersignal von der Basisstation zu empfangen und zum Sensorbauelement zu senden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der räumliche Bereich einen Komplex mit mehreren Wohnungen umfaßt, die Basisstation in Kommunikation mit dem Komplex mit mehreren Wohnungen installiert ist und die Sensorbauelemente in einzelnen Wohnstätten installiert sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einführen eines Auslöseereignisses in ein Sensorbauelement das Installieren einer Batterie im Sensorbauelement umfaßt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Basisstation batteriegespeist ist.
Leistungsarmes Abtast- und/oder Steuersystem, das mit einer drahtlosen Zweiwege-Kommunikationsfähigkeit in einem Kommunikationsmedium zwischen mehreren Bauelementen, die an verschiedenen Stellen über einen gesamten räumlichen Bereich verteilt sind, implementiert wird, wobei die mehreren Bauelemente jeweils eine andere Identifikationsadresse und einen Bauelementsendeempfänger mit einer Signalverarbeitungsschaltung und einer Signalübertragungsschaltung aufweisen, die selektiv zwischen einem Bereitschaftsmodus mit niedrigerem Leistungsverbrauch und einem Betriebsmodus mit höherem Leistungsverbrauch umschaltbar sind, und die Signalverarbeitungsschaltung an Speicherstellen Daten entsprechend verschiedenen Aufweckmeldungen erzeugenden Bedingungen speichert, wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, daß: ein erstes Sensorbauelement eine erste Identifikationsadresse aufweist und auf eine Aufweckerzeugungsbedingung durch Annehmen seines Betriebsmodus reagiert und eine Aufweckmeldung und die erste Identifikationsadresse zu mindestens einem zweiten Sensorbauelement mit einer zweiten Identifikationsadresse sendet; die Sensorsignal-Verarbeitungsschaltung des zweiten Sensorbauelements mit ihrer Sensorsignal-Übertragungsschaltung zusammenarbeitet, um die Aufweckmeldung zu empfangen, den Betriebsmodus anzunehmen und als Reaktion auf die Aufweckmeldung ein Bestätigungssignal zu senden; und der Sensorbauelement-Sendeempfänger des ersten Sensorbauelements auf das Bestätigungssignal durch Senden einer Datenmeldung zum zweiten Sensorbauelement, welche der Aufweckerzeugungsbedingung entspricht, und einer Überwachungsmeldung, die die erste Identifikationsadresse umfaßt, um eine Nachrichtenverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorbauelement zu überprüfen, reagiert.
System nach Anspruch 7, welches ferner durch eine Basisstation mit einem Basisstations-Sendeempfänger und einer Basisstations-Signalübertragungsschaltung gekennzeichnet ist, die selektiv zwischen einem Bereitschaftsmodus mit niedrigerem Leistungsverbrauch und einem Betriebsmodus mit höherem Leistungsverbrauch umschaltbar sind, und wobei die Basisstation ferner einen Mikroleistungsempfänger in wirksamer Verbindung mit dem Basisstations-Sendeempfänger umfaßt, wobei der Mikroleistungsempfänger mit dem Basisstations-Sendeempfänger derart kommuniziert, daß als Reaktion auf die Erfassung der Aufweckmeldung durch den Mikroleistungsempfänger die Basisstations-Signalübertragungsschaltung ihren Betriebsmodus annimmt, um zu ermöglichen, daß der Basisstations-Sendeempfänger die Aufweckmeldung decodiert und das Bestätigungssignal zum Sensorbauelement sendet, das die Aufweckmeldung gesendet hat.
System nach Anspruch 8, wobei jedes der mehreren Sensorbauelemente ferner einen Mikroleistungsempfänger in wirksamer Verbindung mit dem Sensorsendeempfänger umfaßt, wobei der Mikroleistungsempfänger mit dem Sensorsendeempfänger derart kommuniziert, daß als Reaktion auf die Erfassung der Aufweckmeldung durch den Mikroleistungsempfänger der Sensorsendeempfänger seinen Betriebsmodus annimmt, um die Bestätigungssignale zu empfangen.
System nach Anspruch 8 oder 9, wobei, nachdem die Basisstations-Signalübertragungsschaltung ihren Betriebsmodus annimmt, der Basisstations-Sendeempfänger einen Teil der Aufweckmeldung empfängt, um zu bestätigen, daß das vom Mikroleistungsempfänger erfaßte Signal eine gültige Aufweckmeldung ist.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Basisstations-Sendeempfänger das Steuersignal zu mehreren Sensorbauelementen zusätzlich zu dem Sensorbauelement, das die Aufweckmeldung gesendet hat, sendet, um an verschiedenen Stellen in dem räumlichen Bereich das Steuersignal der die Aufweckmeldung erzeugenden Bedingung bereitzustellen.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, welches ferner einen automatischen Telefonwähler umfaßt, der wirksam mit der Basisstation verbunden ist, zum Kommunizieren mit einem Überwachungszentrum als Reaktion auf mindestens eine einer Testbedingung, einer Störungsbedingung, einer Alarmbedingung, eines Sensorbauelement-Überwachungsprozesses, eines Basisstations-Überwachungszentrums-Überwachungsprozesses, eines Überprüfungsprozesses oder einer Zustandsanzeigebedingung.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei mindestens eines der mehreren Sensorbauelemente ein Sensorbauelement außerhalb des Bereichs ist, das außerhalb des direkten Kommunikationsbereichs mit der Basisstation liegt, und wobei mindestens eines der anderen Sensorbauelemente als zwischengeschaltetes Sensorbauelement mit einem zwischengeschalteten Sensorbauelement-Sendeempfänger arbeitet, welches angeordnet ist, um die Aufweckmeldung vom Sensorbauelement außerhalb des Bereichs zu empfangen und zur Basisstation zu senden und das Bestätigungssignal von der Basisstation zu empfangen und zum Sensorbauelement außerhalb des Bereichs zu senden.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die die Aufweckmeldung erzeugende Bedingung eine Testbedingung, eine Störungsbedingung, eine Alarmbedingung, einen Registrierungsprozeß, einen Überwachungsprozeß, einen Überprüfungsprozeß, eine Zustandsanzeigebedingung, eine Tonsteuerbedingung, eine Sensorfreigabebedingung, eine Sensorsperrbedingung, eine Anzeigelicht-Steuerbedingung, eine Schaltersteuerbedingung, eine Datenmeldungs-Bestätigungsbedingung, eine Systemkonfigurations-Anzeigebedingung oder eine Meldungsleitbedingung umfaßt.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Basisstation und die mehreren Sensorbauelemente jeweils batteriegespeist sind.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei die mehreren Sensorbauelemente ferner zugehörige Tongeber umfassen und mindestens eines der mehreren Sensorbauelemente eine Datenmeldung sendet, die eine Alarmbedingung anzeigt, und wobei die Basisstation auf die Alarmbedingung durch Senden eines Tongeber-Aktivierungsmeldungssignals zu den mehreren Sensorbauelementen reagiert, um ihre zugehörigen Tongeber ertönen zu lassen.
System nach Anspruch 16, wobei die mehreren Sensorbauelemente von einem Rauchdetektortyp oder einem Feuerdetektortyp sind.
System nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Alarmbedingung eine Rauch- oder Feueralarmbedingung ist und wobei die Basisstation auf die Rauch- oder Feueralarmbedingung durch Senden einer Meldung, die das Sensorbauelement, das die Rauch- oder Feueralarmbedingungsmeldung gesendet hat, zurücksetzt, und Abwarten eines vorbestimmten Zeitraums, um festzustellen, ob mindestens ein zusätzliches Auftreten der Rauch- oder Feueralarmbedingungsmeldung von irgendeinem der mehreren Sensorbauelemente empfangen wird, bevor die Tongeber-Aktivierungsmeldung gesendet wird, reagiert.
System nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die mehreren Sensorbauelemente von einem Rauchdetektortyp oder einem Feuerdetektortyp sind und wobei die Basisstation und jedes der mehreren Sensorbauelemente eine manuell betätigbare Taste zum Einleiten einer Ruhemeldung, die über den gesamten räumlichen Bereich gesendet wird, um die Tongeber zur Ruhe zu bringen, umfaßt.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 19, wobei die mehreren Sensorbauelemente ferner zugehörige Tongeber umfassen und eines der Sensorbauelemente eine Datenmeldung sendet, die eine Alarmbedingung anzeigt, die die Basisstation nicht bestätigt, wobei das eine der Sensorbauelemente durch direktes Senden eines Tongeber-Aktivierungsmeldungssignals zu den mehreren Sensorbauelementen reagiert, um ihre zugehörigen Tongeber ertönen zu lassen.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 20, wobei die mehreren Sensorbauelemente Feuer-, Rauch- oder Einbruchssensorbauelemente sind, die ferner zugehörige Lautsprecher umfassen, und wobei eines der mehreren Sensorbauelemente ein Alarmbedingungs-Meldungssignal sendet, auf das die Basisstation durch Senden einer Lautsprecheraktivierungsmeldung reagiert, die die mehreren Sensorbauelemente anweist, eine Stelle des Sensors, der die Alarmbedingungsmeldung sendet, und ob die Alarmbedingung eine Feuer-, Rauch- oder Einbruchsalarmbedingung ist, stimmlich anzusagen.