专利名称：声耦合智能型家居安全监控方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及安全监控技术，特别涉及不同技术方案之间普遍适用的、利用空气传递的、方便的监控联网方法及系统。
背景技术：
在市场上所见到的各种家居监控方法及安全系统产品中，几乎毫无例外地可以归纳为基本的安全防盗系统、基本的防火、防煤气、防烟报警器和组合式系统。
基本的安全防盗系统是运用红外、磁电、运动检测等检测技术，通过有线联网或无线电信号(RF)联网和中心处理单元连接。中心处理单元监测和分析各种检测信号。在非法进入居家事件发生时，通过报警器报警来惊吓非法进入者，以及启动电话，自动报告有关的防盗监控部门本人或朋友及邻居。
基本的防火、防煤气、防烟报警器，其大部分为分立单元的检测装置，可通过报警信号来通报在屋内的主人(如主人在家)。
组合式系统是上述二种系统通过布线联网或RF(无线电)联网，再和外部监控中心、个人或朋友联网。
在上述任意单一功能或组合式安全报警系统中，系统的联网和监控都是一个潜在的问题。存在很多不足，如布线式联网极为不方便和不美观，安装投资大、灵活性小。若在现有的居家内布线时，要临时安装任何监控系统，都会遇到很大的困难和需要相当高的成本。RF(无线电频率)联网虽具有灵活方便等优点，但系统很昂贵，且无法和现在居家已有或市场上的不属于同一厂家生产的单个监控单元装置联网。另一个最大的缺点是，所有现在的监控或安全系统基本是以单一事件驱动的系统。它们通常缺少智能式的综合学习及判断能力，它们不能像人那样作出有效地判断。系统的升级、并网、扩展或减缩等都存在很大的限制。
此外，市场上所见到的各种安全系统都缺少和其他厂家的装置兼容及联网的功能。当购买一个新的系统时，原有的单元装置或其它不同厂家的装置将不能或很难被兼容或扩并入新的系统中。而且市场上所有的系统都很少具有自我学习、自我提高的能力；也不能简单地被重新构造或改变其工作模式，无论是直接式或远距离控制都不能。
发明内容
本发明为克服现有技术的上述不足之处，提出一种新的智能式监控及安全系统，具有广泛地向下向上兼容现有市场上的各种系统或监控单元装置的功能。也可以通过利用原有的布线、无线(RF)来联网。更可以在由于某种困难或不愿意使用布线方法或RF联网的情况下，和任何现有的或将来的系统及单元装置联网。
新系统具有自学习功能，可提高识别能力和可靠性。可以引入类似于人的智能处理能力那样去综合各种监控信号及事件。灵活方便，可以在各种情况下不用布线即可安装，无论是临时安装或在居家内追加安装。价格低，因为不需用RF(无线电信号)或布线来联网。有独特的兼容能力，可以和原有的或新增加的各类系统及单元联网，从而进一步降低成本，并且提高了系统的覆盖范围。能一机多用，中心单元甚至可当电话使用，从而进一步降低了价格。占用更少的空间，因为是便携式且可作为电话机使用。美观实用，因为该系统和电话机组合，具有较好的显示功能。具有多用性，除了系统的兼容性和作为电话使用外，还可根据需要而加入时钟、温度、湿度或其它监控等功能。而且进一步提高了系统的防灾报警可靠性。
本发明可以通过以下技术方案来实现设计、采用一种声耦合智能型家居安全监控方法，包括设置能发出声响信号的报警或监控传感器，以及根据报警类别启动后续处理设备的方法，其特征在于所述方法适用于所有安全监控环境，并且包括以下步骤A1、接收所述传感器声报警信号并放大和传送该信号；A2、对所述放大后的声报警信号进行模/数转换；A3、对所述转换后的报警信号进行分析并输出控制。
设计、安装一种声耦合智能型家居安全监控系统，包括能发出声响信号的报警或监控传感器以及启动报警后续设备的控制器；其特征在于还包括监听所述传感器声报警信号的微音传送装置和与之依次相连的模/数转换电路及信息处理与识别中心。
附图简要说明
图1是本发明声耦合智能型家居安全监控方法与系统总体结构框图；图2是所述安全监控系统多级声耦合联网结构示意图；图3是居家内分布的单元报警信号与干扰声的混合信号综合波形及频谱图；图4是所述监控系统声的耦合，综合，数字化及特征量提取示意图；图5是高可靠性系统多维信号耦合示意图；图6是声报警信号衰减与距离的关系示意图；图7是信号中转器信号放大与频率转换关系示意图；其中图7a为信号中转放大示意图；图7b为中转器频率转换示意图。
具体实施例方式
以下结合附图详述本发明的实施例。
一种声耦合智能型家居安全监控方法，包括设置能发出声响信号的报警或监控传感器，以及根据报警类别启动后续处理设备的方法，其特征在于所述方法适用于所有安全监控环境，并且包括以下步骤A1、接收所述传感器声报警信号并放大和传送该信号；A2、对所述放大后的声报警信号进行模/数转换；A3、对所述转换后的报警信号进行分析并输出控制。
所述方法中可以使用微音器接收所述传感器声报警信号。所述步骤A1又包括以下分步骤A11、设置中转微音器，接收所述传感器声报警信号并放大，改变频率后传送到中转扬声器；A12、系统输入微音器接收所述中转扬声器播放的声报警信号以及各种正常距离范围内传感器的声报警信号并放大和传送；
所述步骤A3又包括以下分步骤A31、对所述数字化声报警信号进行声频特征量的提取、存储与综合分析；A32、查阅历史及典型声频数据库，与当前特征量进行对比并进行报警类别判断。
所述报警信号声频特征量检测原理，如图4所示。
所述对数字化声报警信号进行声频特征量的提取、存储与综合分析通过检测同信号强度变化dp、强度调制频率pf和信号持续时间T相关的信号指数S-Index来识别；所述信号指数S-Index还与参照变化强度dp0，参照强度调节频率pf0，频率贡献因子Sf和幅度贡献因子Sp相关；信号指数S-Index可定义为S-Index=[Sp1+|dp0-dp|*Sf1+|pf0-pf|]*sign(T-T0)]]>或S-Index=[Sp1+|dp0-dp|+Sf1+|pf0-pf|]*sign(T-T0);]]>并以S-Index测定阀值为可靠的报警信号指数，以组合信号指数阀值和信号强度阀值确定有效报警信号f1和发生时间(t1·t2)。
一种声耦合智能型家居安全监控系统，包括能发出声响信号的报警或监控传感器11和传统的RF或有线联网传感器12以及启动报警后续设备的控制器5；其特征在于还包括监听所述传感器1声报警信号的微音传送装置2和与之依次相连的模/数转换电路3及信息处理与识别中心4。
所述微音传送装置2又包括可能存在的中转微音接收与变频扩音传送装置21和系统输入微音接收与放大传送装置22，如图2所示。所述信息处理与识别中心4又包括历史与典型声频数据库41，以及传统报警器接口42。
所述信息处理与识别中心4还包括自学习功能控制键43。系统具有识别功能和自学习功能。
该智能系统可以通过预学习来记忆不同的报警信号源。当测试某一特定的报警信号时，按动智能系统的学习功能键，智能系统将抽取并记忆下此报警信号源的关键特征。
该智能系统可以通过检测识别不同的报警信号源，从而提高报警的效率和准确性。
该智能系统可具有自我学习和提高分辨率的功能，可以准确的识别出真正的报警信号，并区别出环境背景信号。
该系统还可综合多通道信号检测，从而提高系统的智能水平和识别可靠性。
作为重要技术特征，本发明安全监控方法和系统既具备传统的利用有线或RF联网而达到监控和检测的功能，又能模拟人的听力能力来监测环境声音变化。经调试后，可自动和可靠地识别正常的环境声音，可靠的辨别各种单元监测系统发出的报警信号。本方法利用自然的空气媒介作为报警信号传输的通路，通过实时连续地监测声音信号而和各种报警装置联网。因为不需要布线或RF信号联网，从而可以最大限度地发挥其灵活性，低价格，安装方便。可以和任何现有的市场报警装置联网，具有广泛的兼容性。可以用三维或四维，即扩展市售声响报警信号的信息维数的信号耦合提高系统可靠性和减少误报警。
本发明所述通用报警器例如防火、防烟、防煤气的系统集成原理如图1所示。现将其基本工作原理概述如下，若其中传感器1、2或传感器N在警情发生时，分别发出声音报警信号S1、S2或SN，通过图2所示的多级，例如一级或二级以上声耦合原理，系统微音传感器检测到此报警信号与环境噪声及背景的声音混合信号，即居家内分布的单元报警或监控传感器所发出的报警信号与干扰声音及环境噪音的混合信号和监控系统检测到的信号综合波形及频谱图，如图3。信号处理单元首先转换信号成频谱图，再进行进一步的信号分析，特征抽取和信号识别。其原理和过程表示如图4。
在上述的信号分析，特征抽取和信号识别基础上，若将信号的变化进一步编码，则可扩展其信号识别的可靠性；多维信号耦合如图5所示。
一典型的组合应用频率编码，时间编码和强度编码方案显示了如何提高信号传输及识别的可靠性，从而提高了监控系统的报警信号识别的可靠性。
如图5所示典型的专用报警信号包含了信号频率随时间变化的规律 f1 f2 f3信号持续时间随时间的变化规律 T1 T2 T3
和信号强度随时间变化规律P1 P2 P3关于报警准确率，若某一特定频率(或频率调解)报警信号和日常生活中环境噪音或其它机器及非报警信号相重叠的误报警率为p，则其报警准确率为(1-p)。加上频率编码(N种频率，如N＝3则N！＝6)后，报警准确率为(1-pN！)。加上时间编码(M段时间如M＝3则M！＝6)后，报警准确率为(1-pN！*M！)。加上强度编码(L段强度如L＝3则L！＝6)后，报警准确率为(1-pN！*M！*L！)。随着编码复杂性的增加，报警准确率也随着提高。
探不准信号即漏报的概率只要报警信号维持足够长的时间(T≥系统可靠检测的时间要求)和足够的强度，智能系统具有极高的检测率。
信号过弱，如因报警器距离智能监测系统太远，可能导致系统检测困难。信号强度的衰减与距离的关系为衰减的量化关系为I(r)＝I(r＝1)-20log(r2)1≤r≤∞I(r)为信号在r距离处的强度。I(r)随距离r关系示意如图6所示。
典型的居家都在20m见方的范围内，对应于r＝10m的最大监控距离。这是典型的居家监控范围。在此范围内，最大信号衰减为40dB。
即使在居家很大的情况下，大部分仍应处于40m见方的范围内。当r＝20m时，最大的信号衰减仍为52dB。由于声音的强度衰减，若中心检测系统远离报警器，信号传至智能系统可能已衰减到太微弱的水平(衰减大于50dB)而使智能系统无法检测出其信号。为此一个如图7所示简易的信号转接器可以解决这一问题。
图7中的报警信号在强度放大的同时，如图7a所示，其频率应被转换成一新的信号频率，从而可以避免报警信号的自激振荡。为此，信号的频率设定必须有所限制，以免信号反馈引起信号的自激放大和漂移。用带通滤波器限制信号反馈的原理如图7b所示。
若有频率编码，则需使用多个带通频率或疏状带通滤波器，以免信号回馈而引起自激振荡。
本发明所述的智能系统可以设计成具有识别功能和自学习功能。
该智能系统可以通过预学习来记忆不同的报警信号源。当测试某一特定的报警信号时，按动智能系统的学习功能键，智能系统将抽取并记忆下此报警信号源的关键特征。
该智能系统可以通过检测识别不同的报警信号源，从而提高报警的效率和准确性。
该智能系统可具有自我学习和提高分辨率的功能，可以准确的识别出真正的报警信号，并区别出环境背景信号。
该系统还可综合多通道信号检测，从而提高系统的智能水平和识别可靠性。
该智能系统还具有扩展功能。
基本的智能监测系统具有在报警发生并已识别出警报的情况下，可以自动地拨电话到有关的消防中心、安全中心或通报给本人的手机、办公室、或朋友的家中，从而构成联网和自动报警的功能。同时基本系统也可作为一个智能监测中介器，从而可以和任何现有的安全报警系统及各类报警联网。
为了减少成本和重复投资，基本的智能监测系统可以得到进一步的扩展，使其兼有传统的安全报警的功能。这样可以节省另外配置安全系统的成本。
同时，新的发明还在智能监控及安全系统上增加了兼容电话机的功能，从而做到一机多用，既降低了成本，又节省了空间。
本智能系统还可进一步扩充到可启动录音机、摄像机或其他外接灯光、音响和图像装置，从而起到保护现场和惊吓非法进入者的作用，并为事故的发生提供极为有价值的现场信号以便调查。
以下各项是本智能系统的重要特征，均为本发明专利申请保护项目一种用空气作媒介，用报警器特有的报警声音特征为信号，从而将该系统和分布的各种防火、防气、防烟的报警装置联网的方法和装置。
一种不用布线，不用RF(无线连接)而将各种报警装置联网的方法。
一种可以广泛而简便地兼容各种检测装置的联网方法。
一种可通过一维、二维或多维信号编码提高报警可靠性的技术和方法。
一种具体地说通过报警信号的频率编码、时间编码或强度编码来达到联网和提高联网可靠性的技术。
一种应用上述频率、时间和强度编码中任意一种或二种组合或三种编码的技术和方法。
一种简单的中转放大信号装置来扩展监测范围而不引起自激震荡的转换技术和方法。
一种可以自动检测报警信号的智能信号检测技术和方法。
一种可以自动监测并识别报警源类别，从而采取更合适的报警方式的技术和方法。
一种和多种电子系统及多种报警装置兼容的技术和方法。
一种广泛联网的技术和外接通讯网络接口的技术和方法。
一种可开发高可靠性的特殊编码、解码和联网的技术和方法。
一种可以自动学习、综合、分析和改进的技术方法。
一种模拟人的耳朵功能来监测的方法和技术。
一种引进人的听力功能及大脑智能分析和识别的技术方法。
一种应用数字信号处理的原理的技术，组成利用声音信号联网，多功能全方位的高级监控检测安全系统。
一种组合多功能安全系统和智能监测的方法和系统。
一种可扩展其使用功能和增加监测参数的方法和装置。
权利要求
1.一种声耦合智能型家居安全监控方法，包括设置能发出声响信号的报警或监控传感器，以及根据报警类别启动后续处理设备的方法，其特征在于所述方法适用于所有安全监控环境，并且包括以下步骤A1、接收所述传感器声报警信号并放大和传送该信号；A2、对所述放大后的声报警信号进行模/数转换；A3、对所述转换后的报警信号进行分析并输出控制。
2.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于使用微音器接收所述传感器声报警信号。
3.根据权利要求2所述的监控方法，其特征在于所述步骤A1又包括以下分步骤A11、设置中转微音器，并接收所述传感器声报警信号并放大，改变频率后传送到中转扬声器；A12、设置系统输入微音器，并接收所述中转扬声器播放的声报警信号以及各种正常距离范围内传感器的声报警信号并放大和传送；所述步骤A3又包括以下分步骤A31、对所述数字化声报警信号进行声频特征量的提取、存储与综合分析；A32、查阅历史及典型声频数据库，与当前特征量进行比对并进行报警类别判断。
4.根据权利要求2或3所述的监控方法，其特征在于所述对数字化声报警信号进行声频特征量的提取、存储与综合分析通过检测同信号强度变化dp、强度调制频率pf和信号持续时间T相关的信号指数S-Index来识别；所述信号指数S-Index还与参照变化强度dp0，参照强度调节频率pf0，频率贡献因子Sf和幅度贡献因子Sp相关；信号指数S-Index可定义为S-Index=[Sp1+|dp0-dp|*Sf1+|pf0-pf|]*sign(T-T0)]]>或S-Index=[Sp1+|dp0-dp|+Sf1+|pf0-pf|]*sign(T-T0);]]>并以S-Index测定阀值为报警信号指数，以组合信号指数阀值和信号强度阀值确定有效报警信号f1和发生时间(t1.t2)。
5.一种声耦合智能型家居安全监控系统，包括能发出声响信号的报警或监控传感器(1)以及启动报警后续设备的控制器(5)；其特征在于还包括监听所述传感器(1)声报警信号的微音传送装置(2)和与之依次相连的模/数转换电路(3)及信息处理与识别中心(4)。
6.根据权利要求5所述的监控系统，其特征在于所述微音传送装置(2)又包括中转微音接收与变频扩音传送装置(21)和系统输入微音接收与放大传送装置(22)。
7.根据权利要求5或6所述的监控系统，其特征在于所述信息处理与识别中心(4)又包括历史与典型声频数据库(41)，以及传统报警器接口(42)。
8.根据权利要求7所述的监控系统，其特征在于所述信息处理与识别中心(4)还包括自学习功能控制键(43)。
全文摘要
本发明涉及利用空气传递、普遍适用的声耦合智能型家居安全监控方法和系统，包括设置能发出声响信号的报警或监控传感器，以及根据报警类别启动后续处理设备的方法，包括A1、接收传感器声报警信号并放大和传送；A2、对放大后声报警信号进行模/数转换；A3、对转换后报警信号进行分析并输出控制。系统包括启动报警后续设备的控制器及监听传感器声报警信号的微音传送装置和与之依次相连的模/数转换电路及信息处理与识别中心。系统利用空气联网，能广泛地向下向上兼容，可引入类似于人脑的智能处理能力去综合各种监控信号及事件，并具有自学习功能，可提高识别能力和可靠性。
文档编号G08B13/00GK1506916SQ02155209
公开日2004年6月23日 申请日期2002年12月6日 优先权日2002年12月6日
发明者骆洪钺, 徐志强 申请人:骆洪钺, 徐志强