Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 01/88870 PCT/FRO1/01541
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Dispositif d'alarme autorégulé à très faible
consommation d'énergie
Domaine technique
La présente invention concerne les dispositifs
d'alarme capable de détecter les différences de pression
acoustique consécutives à l'ouverture intempestive ou à
l'effraction d'une porte ou d'une fenêtre et concerne en
particulier un dispositif d'alarme autorégulé à très faible
consommation d'énergie.
Etat de la technique
Dans les dispositifs d'alarme de ce type, le signal de
sortie d'un microphone est tout d'abord amplifié, puis,
d'une manière générale, comparé à une tension de référence
fixe dans un comparateur dont la sortie peut avoir deux
états possibles suivant la valeur relative du signal
provenant du microphone et de la tension de référence.
Ces dispositifs déclenchent l'alarme sous l'effet
d'une onde de compression apériodique, alors qu'ils sont
insensibles à un signal périodique tel qu'un son audible, la
surveillance s'opérant notamment sur la forme et l'amplitude
des signaux captés.
Dans la plupart des dispositifs de l'art antérieur
destinés à prévenir les ouvertures intempestives de portes
et fenêtres dans un local clos, le réglage du seuil de
sensibilité doit être effectué manuellement, cas par cas.
Ce réglage est étroitement lié, dans la pratique, aux
éventuels défauts d' étanchéitë du site concerné, ainsi qu' à
l'excessive flexibilité de certains matériaux de
construction utilisés, qui, en cas de vent violent, donnent
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naissance, par effet de poussée ou par infiltration, à des
variations de pression à l'intérieur du local.
Afin d'éviter tout risque de déclenchement d'alarme
non motivé par une effraction, il convient de régler à une
valeur relativement élevée le seuil de sensibilité de ces
détecteurs, afin qu'ils ne prennent pas en compte ces
perturbations atmosphériques aléatoires et fugitives, mais
inévitables puisque conditionnées par la présence de vent
violent. Un tel réglage s'effectue au détriment de
l'efficacité du détecteur par temps calme.
Pour remédier à ces inconvénients, le demandeur avait
mis au point un dispositif d'alarme à autorégulation décrit
dans le brevet européen 0.317.459. Dans ce dispositif, un
détecteur différentiel de pression acoustique comporte un
seuil de sensibilité réglé en permanence à sa valeur
optimale par le signal de sortie du microphone qui est
fonction des perturbations atmosphériques captées à l'entrée
du microphone.
Malheureusement le dispositif décrit dans le brevet
EP 0.317.459 fait appel à des composants électroniques
analogiques tels que des condensateurs, des résistances dont
les caractéristiques varient d'un composant à l'autre pour
un même type de composant. Cette dispersion des
caractéristiques pour un composant donné, même si elle est
relativement faible peut entraîner des écarts de
fonctionnement importants entre deux dispositifs dans la
mesure où le fonctionnement du dispositif résulte de la
combinaison d'une pluralité de tels composants. En outre, un
tel dispositif est généralement alimenté en permanence et
entraîne donc une consommation d'énergie excessïve due au
fait qu'il est branché sur le secteur dans une centrale
d'alarme filaire.
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Exposé de l'invention
C'est pourquoi le but de l'invention est de fournir
des dispositifs d'alarme autorégulés présentant des écarts
de fonctionnement insignifiants d'un dispositif à l'autre du
fait notamment qu'une partie des fonctions du dispositif est
réalisée par un microprocesseur.
Un autre but de l'invention est de fournir un
dispositif d'alarme du type ci-dessus présentant une très
faible consommation d'énergie grâce à l'utilisation d'un
microprocesseur.
Par conséquent, l'invention concerne un dispositif
d'alarme comprenant un capteur de pression acoustique
fournissant un signal analogique d'une part à une premier
moyen amplificateur et d°autre part à un second moyen
amplificateur, un premier comparateur dont l'entrée + est
connectée à la sortie du second moyen amplificateur et dont
la sortie fournit un signal d'alarme à des moyens d'alarme
en cas d'effraction ou de tentative d'effraction. Ce
dispositif comprend des moyens d'autorégulation constitués
principalement d'un convertisseur analogique-numérique dont
l'entrée est connectée à la sortie du premier moyen
amplificateur pour fournir en sortie un signal numérique en
fonction de la perturbation atmosphérique et un
microprocesseur programmé pour fournir, en réponse à la
détection du signal numérique fourni par le convertisseur,
un signal numérique à 1°entrée - du comparateur dont les
impulsions ont une largeur variable qui croît en fonction
de la durée et de l'importance de la perturbation
atmosphérique de façon à augmenter automatiquement le seuil
de déclenchement du dispositif d'alarme et donc diminuer sa
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sensibilité lorsque le capteur acoustique détecte une
perturbation atmosphérique telle que du vent.
Description brève des dessins
Les buts, objets et autres caractéristiques de
l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la
description qui suit faite en référence aux dessins dans
lesquels .
la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif
d'alarme selon l'invention, et
la figure 2 est un diagramme représentant les signaux
observés en différents points du dispositif lorsque celui-ci
est au repos, lorsqu'il réagit à une perturbation
atmosphérique et lorsqu'il est en présence d'une effraction.
Description détaillée de l'invention
En référence à la figure 1, les signaux reçus par un
capteur acoustique 10 tel qu'un microphone sont transmis
d'une part à l'entrée + d'un moyen amplificateur à gain
constant 12 et d' autre part à l' entrée + d' un moyen
amplificateur à gain réglable 14 par l'intermédiaire d'une
résistance 16 connectée à une tension de 0,8 volt.
Le moyen amplificateur 12 est composé principalement
d'un amplificateur opérationnel 13 comportant entre son
entrée - et sa sortie une résistance (d' une valeur de 3MS2)
et un condensateur (d'une valeur de 1nF) servant de contre-
réaction pour limiter le gain. L'entrée - est reliée à la
masse par l'intermédiaire d'un condensateur électrolytique
empêchant l'amplification de la tension de repos.
Le moyen amplificateur 14 est composé principalement
d'un amplificateur opérationnel 15 comportant entre son
entrée - et sa sortie une résistance (d'une valeur de 4,7MS~)
et un condensateur (d'une valeur de 1nF) servant de contre-
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réaction pour limiter le gain. L'entrée - est connectée à la
masse par l'intermédiaire d'un condensateur électrolytique
20 empêchant l'amplification de la tension de repos et d'un
potentiomètre 22 de 210 à 10 000 dont le réglage se fait en
5 fonction du local dans lequel est installé le dispositif
d'alarme, le gain nécessaire du moyen amplificateur étant
d'autant moins élevé que ledit local est étanche sur le plan
acoustique.
La sortie du moyen amplificateur 22 est connectée â
l'entrée + d'un comparateur 24 qui a pour fonction de
transformer le signal analogique fourni par le moyen
amplïficateur 12 en un signal binaire dont la largeur est
fonction de l'importance de la perturbation et quï est
transmis au mïcroprocesseur 26 dans le but d'autoréguler le
dispositif d'alarme.
En fait, lorsque se produit une perturbation
atmosphérique telle que du vent, cette perturbation induit
un signal modulé à la sortie du moyen amplificateur 12, un
tel signal ayant généralement une fréquence basse comprise
entre 10 et 20Hz. Ce signal fourni à l'entrée + du
comparateur 24 entraîne un signal de sortie numérique à la
sortie 30 dudit comparateur et donc à l'entrée du
microprocesseur 26. Ce dernier détectant une valeur 1 à la
sortie 30 du comparateur 24 transmet alors, après une
temporisation donnée , des impulsions numériques sur la
ligne de sortie 32 qui ont pour but de diminuer la
sensibilité du dispositif de manière à ne pas déclencher
l'alarme de façon intempestive en cas de coup de vent comme
on le verra par la suite. La valeur de 1a temporisation peut
être fïxée à 1s de sorte que si le signal reçu sur la ligne
30 dure moins que cette temporisation, 1e microprocesseur 26
ne prenne aucune mesure.
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La sortie du moyen amplificateur 14 est connectée â
l'entrée + d'un comparateur 34 qui transforme le signal
analogique fourni par le moyen amplificateur 14 en un signal
binaire qui est transmis au microprocesseur 26 dans le but
de l'informer d'une ouverture de porte intempestive ou d'une
effraction. Lorsqu'un signal correspondant à ce type
d'événement est reconnu par le microprocesseur 26, celui-ci
transmet un signal au moyen d'alarme 28 qui est de
préférence un émetteur radïo transmettant le signal d'alarme
à la centrale d'alarme.
Comme on l'a vu précédemment, le microprocesseur 26
est programmé pour transmettre un signal sur sa sortie 32
lorsqu'il détecte un signal numérique de valeur 1 sur son
entrée 30 en provenance du comparateur 24. Ce signal est
formé d'impulsions de largeur variable dépendant du nombre
et de la largeur des impulsions de valeur 1 détectées sur
l'entrée 30. En effet, en supposant un échantillonnage d'une
fréquence de 150Hz de cette entrée, un bit d'entrée d'une
fréquence de l5Hz sera donc échantillonné environ 5 fois si
le signal reçu est une sinusoïde parfaite. A chaque
échantillonnage, la largeur de l'impulsion transmise sur la
ligne 32 sera augmentée. De la même façon cette largeur est
diminuée chaque fois que le microprocesseur détecte la
valeur 0 du signal sur la ligne 30. On voit donc que plus le
vent est fort, plus les impulsions transmises à la sortie du
comparateur 24 sont larges et plus l'impulsion délivrée sur
1a ligne 32 sera large également. On obtient ainsi une
modulation par largeur d'impulsion.
L'impulsion transmise sur la ligne 32 charge plus ou
moins le condensateur 38 (de valeur 1~.F) à travers la
résistance 36 (de valeur 4,7 MS2) et fournit une tension dont
la valeur dépend de la largeur de l'impulsion fournïe sur la
ligne 32. Plus cette impulsion est large, plus la tension
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fournie sur l'entrée - du comparateur 34 est élevée et moins
est grande 1a sensibilité du comparateur 34 à réagir au
signal reçu du capteur 10 pour déclencher l'alarme 28. On
doit noter que la durée pendant laquelle le microprocesseur
26 réagit à la présence de la perturbation atmosphérique en
transmettant des impulsions de plus en plus larges vers
l'intégrateur 36-38 peut être limitée à une valeur maximale
telle que 10 ou 20s.
Avec l'autorégulation du seuil de sensibilité qui
vient d'être d'écrit, on voit donc que si le vent se
transforme en tempête, l'alarme ne se déclenche pas du fait
que le seuil de sensibilité du comparateur 34 a été augmenté
automatiquement auparavant.
On doit noter que les contraintes de fabrication liées
à la précision des composants mais aussi aux écarts
thermiques imposent de prévoir une marge diminuant la
sensibilité du dispositif pour ne pas risquer un
déclenchement intempestif. C'est pourquoi, dans le mode de
réalisation préféré, il est prévu une auto-calibration du
dispositif. Celle ci a lieu à la fin de la phase
d'initialisation, après la mise sous tension, et consiste
poux 1e microprocesseur à rechercher la largeur du signal 32
qui permet d'avoir une sensibilité optimale. En procédant
par ajustements successifs du signal 32, il recherche le
seuil de sensibilité provoquant un déclenchement intempestif
matérialisé par un signal 32 permanent. Des ré-ajustements
périodiques sont toutefois nécessaires à cause des
variations thermiques possibles. Pour cela, le
microprocesseur procède de deux façons. En l'absence
d'incident, il recalcule la largeur optimale du signal 32
(par exemple toutes les '~ heures). En cas d'incident
détecté, il vérifie qu'il ne s'agit pas d'un déclenchement
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intempestif en testant 1e seuil de sensibilité avant de
valider l'incident.
Les diagrammes illustrés sur la figure 2 permettent
d'illustrer la valeur des signaux Sl à la sortie du moyen
amplificateur 12, S~ à la sortie du comparateur 24, S3 à la
sortie du comparateur 34, S4 sur 1a ligne de sortie 32, SS à
l'entrée du comparateur 34 et S6 à la sortie du
microprocesseur 26 vers l'alarme 28, lorsque 1) le
dispositif est au repos, 2) en présence d'une perturbation
atmosphérique et 3) en présence d'une effraction.
Lorsqu'il n'y a pas de perturbation atmosphérique
(diagramme 1) telle que du vent ni d'effraction, le signal
S1 fourni par le moyen amplificateur 12 a une valeur
constante (0,~ volt) et les comparateurs 24 et 34
fournissent chacun un signal S2 ou S3 quasiment nul. Dans ce
cas, le signal S4 fourni par le microprocesseur sur la ligne
32 est un signal régulier qui permet d' obtenir un signal SS
sur l'entrée - du comparateur égal à environ 1 volt. Le
signal S3 étant rëduit à 0, il en est de même du signal
d' alarme S6.
Si le vent se lève (diagramme 2) le signal S1 fourni à
la sortie du moyen amplificateur 12 devient
approximativement sinusoïdal et le signal S~ fourni au
microprocesseur est formé d'impulsions d'une largeur
variable selon l'importance de la perturbation. Le signal S3
est toujours quasiment nul du fait que le seuil de
sensibilité a été augmenté. En effet, l'existence
d'impulsions S2 entraîne la génération par le
microprocesseur d'impulsions S4 dont la largeur dépend de la
largeur et du nombre des impulsions S2, ce qui résulte en un
signal S5 de tension plus élevée (2 volts dans le cas
présent) à l'entrée - du comparateur 34. Comme précédemment,
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le signal S3 étant réduit à 0, il en est de même du signal
d' alarme S6.
En présence d'une effraction (diagramme 3) le signal
S1 est très important aussi bien en largeur qu' en amplitude
mais sans être sinusoòdal. Le Signal S~ à la sortie du
comparateur 24 comporte alors une importante largeur
d' impulsion. I1 en est de même du signal S3 à la sortie du
comparateur 34, et ce, quel que soit le seuil de sensibïlité
fixé par l'entrée . Par conséquent le signal S~ prend une
valeur élevée après une temporisation prédéterminée et
déclenche ainsi l'alarme 28. On doit noter que les signaux
S4 et S5 ne revêtent aucune importance dans ce cas (ils sont
représentés en pointillés) puisque l'effraction est bien
plus importante que la perturbation éventuelle.
1S On doit noter que l'analyse de la largeur du signal S3
par le microprocesseur pourrait permettre de différencier le
sïgnal d'alarme fourni. On pourrait ainsi prévoir que si
cette largeur est comprise entre une largeur minimale et une
largeur maximale, il s' agit d' un choc (contre une vitre par
exemple) ou d'une tentative d'effraction, alors que
l'effraction ne sera avérée que si cette largeur est
supérieure à la largeur maximale.
Des modifications peuvent être apportées à la
description qui vient d'être faite sans pour autant sortir
du cadre de l'invention. Ainsi, on pourrait remplacer le
comparateur 24 par un convertisseur analogique numérique
permettant de fournir des configurations de bits assocïées à
1a signature des perturbations atmosphériques possibles,
lesdites configurations étant analysées et reconnues par le
microprocesseur 26 avant que ce dernier transmette un signal
S9 sur sa sortie 32 qui soit fonction de la perturbation
détectée.
