DE102023128295A1

DE102023128295A1 - System and method for optical communication between a mobile device and a field device

Info

Publication number: DE102023128295A1
Application number: DE102023128295.6A
Authority: DE
Inventors: Kersten Grosse; Marc Coester
Original assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Buerkert Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2023-10-16
Filing date: 2023-10-16
Publication date: 2025-04-17
Also published as: WO2025083043A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (10) und ein Verfahren (40) zur optischen Kommunikation zwischen einem Mobilgerät (14) mit Leuchtvorrichtung (32) und einem Feldgerät (12), das zumindest eine Leuchtdiode (18) aufweist. Das Mobilgerät (14) ist eingerichtet, um mittels der Leuchtvorrichtung (32) eine optische Signalfolge zu emittieren. Das Feldgerät (12) weist eine Steuervorrichtung (20) auf, die mit der zumindest einen Leuchtdiode (18) gekoppelt und eingerichtet ist, die von dem Mobilgerät (14) emittierte optische Signalfolge basierend auf einer Spannungsmessung für die zumindest eine Leuchtdiode (18) im ausgeschalteten Zustand zu erfassen.

The invention relates to a system (10) and a method (40) for optical communication between a mobile device (14) with a lighting device (32) and a field device (12) which has at least one light-emitting diode (18). The mobile device (14) is designed to emit an optical signal sequence by means of the lighting device (32). The field device (12) has a control device (20) which is coupled to the at least one light-emitting diode (18) and is designed to detect the optical signal sequence emitted by the mobile device (14) based on a voltage measurement for the at least one light-emitting diode (18) in the switched-off state.

Description

Die Erfindung betrifft generell ein System und ein Verfahren zur optischen Kommunikation zwischen einem Mobilgerät und einem Feldgerät.The invention generally relates to a system and a method for optical communication between a mobile device and a field device.

Im Zusammenhang mit verschiedenen Betriebssituationen von Feldgeräten, beispielsweise bei Wartungsarbeiten, ist es wünschenswert, dass das Feldgerät mit möglichst geringem Aufwand in einen vordefinierten Zustand versetzt werden kann oder vorbestimmte Funktionen ausführt. Die hierfür erforderliche Eingabe muss regelmäßig ein Nutzer machen.In connection with various operating situations of field devices, for example, during maintenance work, it is desirable that the field device can be set to a predefined state or perform predetermined functions with as little effort as possible. The necessary input for this must be provided regularly by a user.

In diesem Zusammenhang umfassen Feldgeräte typischerweise separate Vorrichtungen für die Anzeige von Statusinformationen und für die Kommunikation mit externen Geräten wie Mobilgeräten. Beispielsweise können dazu einerseits Leuchtvorrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise Leuchtdioden, und andererseits Kommunikationsvorrichtungen, beispielsweise Bluetooth- oder NFC-Schnittstellen (NFC: Near Field Communication).In this context, field devices typically include separate devices for displaying status information and for communicating with external devices such as mobile devices. For example, this may involve lighting devices, such as light-emitting diodes, and communication devices, such as Bluetooth or NFC (Near Field Communication) interfaces.

Selbst bei der bidirektionalen Kommunikation anhand optischer Signale werden bisher unterschiedliche Empfangs- und Sendevorrichtungen vorgesehen, beispielsweise Fotosensoren und Leuchtdioden. Dadurch erhöht sich aber die Komplexität der Feldgeräte.Even with bidirectional communication using optical signals, different receiving and transmitting devices, such as photosensors and LEDs, are currently used. However, this increases the complexity of the field devices.

Zusätzlich ist die Nachrüstung von bestehenden Feldgeräten erschwert, sofern diese Feldgeräte bislang einzig Leuchtvorrichtungen (Leuchtdioden) aufweisen, die ausschließlich zur Ausgabe von Informationen vorgesehen sind. Die Nachrüstung mit einer optisch-basierten Empfangsvorrichtung, beispielsweise einem Fotosensor, geht dann im Allgemeinen mit einer aufwändigen Modifikation des Feldgeräts einher, da beispielsweise das Gehäuse zur Aufnahme eines Fotosensors verändert werden muss. Zusätzlich müssen auch die internen elektrischen oder elektronischen Schaltungen angepasst werden, um mit dem nachgerüsteten Fotosensor kompatibel zu sein. Die Nachrüstung mit einem Fotosensor führt auch dazu, dass im Fall der bidirektionalen lichtbasierten Kommunikation zwischen dem Feldgerät und einem externen Gerät (beispielsweise einem Mobilgerät) unterschiedliche optische Lichtwege in Abhängigkeit der Richtung des optischen Signals berücksichtigt und gewährleistet werden müssen. Dadurch ist die bidirektionale Kommunikation komplex und erschwert.In addition, retrofitting existing field devices is more difficult if they currently only have light-emitting devices (light-emitting diodes) that are intended exclusively for outputting information. Retrofitting with an optically based receiving device, such as a photosensor, generally involves complex modification of the field device, as the housing must be modified to accommodate the photosensor, for example. In addition, the internal electrical or electronic circuits must also be adapted to be compatible with the retrofitted photosensor. Retrofitting with a photosensor also means that in the case of bidirectional light-based communication between the field device and an external device (such as a mobile device), different optical light paths must be considered and ensured depending on the direction of the optical signal. This makes bidirectional communication complex and difficult.

Von optisch-basierten Empfangsvorrichtungen abweichende Kommunikationstechniken, beispielsweise Bluetooth-basierte Empfangsvorrichtungen, erfordern zusätzliche Hardwarekomponenten und zielen zudem eher darauf ab, eine vollwertige Service-Schnittstelle bereitzustellen, beispielsweise, um Firmware-Updates durchführen zu können. Im Falle bestimmter Betriebssysteme kann eine Bluetooth-basierte Kommunikation auch verhindert sein, weil eine bedarfsgerechte Nutzung der Bluetooth- oder NFC-Schnittstelle aufgrund von Zugriffsbeschränkungen verhindert sein kann. Hier ist zu bedenken, dass die Kommunikation mittels derartiger Schnittstellen ein angepasstes Kommunikationsprotokoll erfordern kann, was aber aufgrund der Zugriffsbeschränkungen bei bestimmten Betriebssystemen als „unzulässig“ angesehen und wird, sodass dessen Ausführung durch das Betriebssystem unterbunden wird.Communication technologies that differ from optical-based receivers, such as Bluetooth-based receivers, require additional hardware components and are more likely to provide a fully functional service interface, for example, to enable firmware updates. In the case of certain operating systems, Bluetooth-based communication may also be prevented because access restrictions may prevent the Bluetooth or NFC interface from being used as needed. It should be noted that communication via such interfaces may require a customized communication protocol, which, due to access restrictions, is considered "illegal" in certain operating systems, meaning that its execution is prevented by the operating system.

Zusätzlich ist bei derartigen Kommunikationstechniken, beispielsweise Bluetooth, zunächst ein Koppelmechanismus erforderlich. Regelmäßig erfordert die Kopplung die Auswahl des zu koppelnden Feldgerät. Im Falle von industriellen Anlagen können allerdings sehr viele Feldgeräte auf vergleichsweise kleinem Raum angeordnet sein. Ein Nutzer muss also aus der Vielzahl der vorhandenen Feldgeräte das jeweils richtige auswählen, was bereits eine gewisse Zeit erfordern kann. Wird dann aber das falsche ausgewählt, werden dem falschen Feldgerät neue Vorgaben eingespielt, was in der Folge zu einer Fehlfunktion oder ungewollten Betriebssituation führen kann.In addition, such communication technologies, such as Bluetooth, initially require a coupling mechanism. Coupling often requires selecting the field device to be coupled. In industrial systems, however, a large number of field devices can be arranged in a relatively small space. A user must therefore select the correct field device from the multitude of available devices, which can take a certain amount of time. If the wrong device is then selected, new settings are applied to the wrong field device, which can subsequently lead to a malfunction or an undesirable operating situation.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik auszuräumen oder zumindest zu verringern. Es besteht ein Bedürfnis dafür, eine optische Kommunikation zwischen einem Feldgerät und einem externen Gerät zu ermöglichen, mittels der vordefinierte Funktionen des Feldgeräts in einfacher, fehlerunanfälliger und zuverlässiger Weise auslösbar sind.The invention is therefore based on the object of eliminating or at least mitigating the disadvantages of the prior art. There is a need to enable optical communication between a field device and an external device, by means of which predefined functions of the field device can be triggered in a simple, error-free, and reliable manner.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, von denen jeder für sich oder in (Sub-)Kombination Aspekte der Erfindung darstellen kann. Einige Merkmale werden im Hinblick auf Vorrichtungen und andere auf Verfahren beschrieben. Die entsprechenden Aspekte und Vorteile sind aber jeweils wechselseitig entsprechend zu übertragen.The problem is solved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous embodiments are specified in the dependent patent claims and the following description, each of which, individually or in (sub)combination, may represent aspects of the invention. Some features are described with respect to devices and others with respect to methods. However, the corresponding aspects and advantages are to be transferred reciprocally.

Gemäß einem Aspekt wird ein System zur optischen Kommunikation zwischen einem Mobilgerät mit Leuchtvorrichtung und einem Feldgerät bereitgestellt. Das Feldgerät weist zumindest eine Leuchtdiode auf. Das Mobilgerät ist eingerichtet, um mittels der Leuchtvorrichtung eine optische Signalfolge zu emittieren. Das Feldgerät weist eine Steuervorrichtung auf, die mit der zumindest einen Leuchtdiode gekoppelt und eingerichtet ist, die von dem Mobilgerät emittierte optische Signalfolge basierend auf einer Spannungsmessung für die zumindest eine Leuchtdiode im ausgeschalteten Zustand zu erfassen.According to one aspect, a system for optical communication between a mobile device with a lighting device and a field device is provided. The field device has at least one light-emitting diode. The mobile device is configured to emit an optical signal sequence by means of the lighting device. The field device has a control device that is coupled to the at least one light-emitting diode and configured to control the optical signal sequence emitted by the mobile device based on on a voltage measurement for the at least one LED in the switched off state.

Die Erfindung nutzt den Effekt, dass eine Leuchtdiode nicht nur Licht aussenden kann, sondern auch genutzt werden kann, um einfallendes Licht zu erfassen. Die Leuchtdiode weist zumindest ein Halbleiterbauelement auf, das eine Lichtstrahlung emittiert, sofern es in Durchlassrichtung von einem elektrischen Strom durchflossen wird. Soll keine Lichtstrahlung emittiert werden, wird keine Spannung an die Leuchtdiode angelegt. In diesem Zustand führt ein auf die Leuchtdiode einfallender Lichtstrahl dazu, dass die auftreffenden Photonen Elektronen in der Sperrschicht des Halbleiterbauelements der Leuchtdiode freisetzen. Dadurch wird eine Spannung induziert, die als Messspannung erfasst werden kann. Basierend auf der Messung der induzierten Spannung kann der einfallende Lichtstrahl erkannt werden. Das Mobilgerät kann nun genutzt werden, um eine Abfolge von Lichtstrahlen auszusenden, die einer optischen Signalfolge entsprechen. Hierdurch wird in der LED eine Folge von Spannungen induziert, aus der die optische Signalfolge identifiziert werden kann. Auf diese Weise kann mittels des Mobilgeräts mit dem Feldgerät kommuniziert werden, ohne dass das Feldgerät eine dedizierte optische Empfangsvorrichtung benötigt, beispielsweise einen Fotosensor.The invention exploits the fact that a light-emitting diode can not only emit light, but can also be used to detect incoming light. The light-emitting diode has at least one semiconductor component that emits light radiation when an electric current flows through it in the forward direction. If no light radiation is to be emitted, no voltage is applied to the light-emitting diode. In this state, a light beam incident on the light-emitting diode causes the incident photons to release electrons in the barrier layer of the semiconductor component of the light-emitting diode. This induces a voltage that can be detected as a measurement voltage. Based on the measurement of the induced voltage, the incoming light beam can be detected. The mobile device can now be used to emit a sequence of light beams that correspond to an optical signal sequence. This induces a sequence of voltages in the LED, from which the optical signal sequence can be identified. In this way, the mobile device can communicate with the field device without the field device requiring a dedicated optical receiving device, such as a photo sensor.

Das System ist somit eingerichtet, um als Nachrüstlösung für vorhandene Feldgeräte zu dienen, die eine Leuchtdiode aufweisen, die aber keine dedizierte optische Empfangsvorrichtung aufweisen. Dabei braucht das Feldgerät selbst dazu nicht strukturell modifiziert zu werden. Beispielsweise muss das Feldgerät nicht nachträglich verändert werden, beispielsweise hinsichtlich des erforderlichen Lichtwegs oder des Gehäuses, um einen Fotosensor aufnehmen zu können. Das bedeutet auch, dass die Nachrüstung mit der zusätzlichen Funktionalität der Lichtdetektion für den Fall der bidirektionalen Kommunikation keine abweichenden Lichtwege erfordert. Das System stellt deshalb eine Nachrüstlösung bereit, die vorteilhaft ausschließlich mit einem abgewandelten Steuerprogramm auskommt.The system is thus designed to serve as a retrofit solution for existing field devices that have an LED but lack a dedicated optical receiver. The field device itself does not need to be structurally modified for this purpose. For example, the field device does not need to be subsequently modified, for example, with regard to the required light path or the housing to accommodate a photosensor. This also means that retrofitting with the additional functionality of light detection for bidirectional communication does not require any different light paths. The system therefore provides a retrofit solution that advantageously requires only a modified control program.

Optional ist das Feldgerät derart eingerichtet, dass die Leuchtdiode Licht des sichtbaren Spektrums emittieren kann und dass einfallendes Licht des sichtbaren Spektrums zu einer messbaren Spannungsamplitude hinsichtlich der zumindest einen Leuchtdiode im ausgeschalteten Zustand führt. Neben nicht-optisch-basierten Techniken (z.B. Bluetooth) sind auch optisch-basierte Techniken bekannt, z.B. Infrarot, die eine Signalübertragung über vergleichsweise große Distanzen ermöglichen. In diesen Fällen ist entweder die präzise Identifikation des gewünschten Feldgeräts aus einer Vielzahl an Feldgeräten erforderlich oder es muss eine Ausrichtung und/oder Kopplung erfolgen, um eine Fehlkommunikation mit nicht-gewünschten Feldgeräten zu unterbinden. Da vorliegend jedoch Licht des sichtbaren Spektrums verwendet wird, kann ausgenutzt werden, dass die Signalübertragung nur über vergleichsweise kurze Distanzen ermöglicht wird. Anders ausgedrückt wird eine „kurzsichtige“ Übertragungstechnik genutzt, die eine Ausrichtung und einen kurzen Übertragungsweg erfordert. Dadurch können Fehlkommunikationen mit nicht-gewünschten Feldgeräten verhindert werden, da diese aufgrund der Anforderungen an die Ausrichtung und die Übertragungsdistanz irrelevant sind.Optionally, the field device is configured such that the LED can emit light of the visible spectrum, and such that incident light of the visible spectrum leads to a measurable voltage amplitude with respect to the at least one LED when switched off. In addition to non-optical-based technologies (e.g., Bluetooth), optical-based technologies are also known, e.g., infrared, which enable signal transmission over comparatively long distances. In these cases, either the precise identification of the desired field device from a multitude of field devices is required, or alignment and/or coupling must be performed to prevent miscommunication with unwanted field devices. However, since light of the visible spectrum is used in this case, it can be exploited that signal transmission is only possible over comparatively short distances. In other words, a "short-sighted" transmission technology is used, which requires alignment and a short transmission path. This can prevent miscommunication with unwanted field devices, as these are irrelevant due to the requirements for alignment and transmission distance.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch ein Verfahren zur optischen Kommunikation zwischen einem Mobilgerät mit Leuchtvorrichtung und einem Feldgerät bereitgestellt. Das Feldgerät weist zumindest eine Leuchtdiode auf. Das Feldgerät weist eine Steuervorrichtung auf, die mit der zumindest einen Leuchtdiode gekoppelt ist. Das Verfahren zur optischen Kommunikation zwischen dem Mobilgerät und dem Feldgerät kann insbesondere mit einem System wie zuvor beschrieben genutzt werden. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:

Das Mobilgerät emittiert mittels der Leuchtvorrichtung eine optische Signalfolge.

According to a further aspect, a method for optical communication between a mobile device with a lighting device and a field device is also provided. The field device has at least one light-emitting diode. The field device has a control device coupled to the at least one light-emitting diode. The method for optical communication between the mobile device and the field device can be used in particular with a system as described above. The method comprises at least the following steps:

The mobile device emits an optical signal sequence using the lighting device.

Die Steuervorrichtung erfasst eine Messspannung der Leuchtdiode im ausgeschalteten Zustand.The control device detects a measuring voltage of the LED when switched off.

Die Steuervorrichtung ermittelt aus der erfassten Messspannung die von dem Mobilgerät emittierte optische Signalfolge.The control device determines the optical signal sequence emitted by the mobile device from the detected measuring voltage.

Das so ausgebildete Verfahren gewährleistet dieselben Vorteile, die mit dem zuvor skizzierten System erzielt werden. Insbesondere wird eine optisch-basierte Informationsübertragung vom Mobilgerät zu einem Feldgerät ermöglicht, das keine dedizierte optische Empfangsvorrichtung aufweist. Vielmehr wird die zumindest eine Leuchtdiode des Feldgeräts ebenfalls genutzt, um die optischen Signale zu empfangen und die darin codierten Informationen zu bestimmen. Die Funktionalität des Feldgeräts ist dadurch verbessert.The method thus developed ensures the same advantages achieved with the previously outlined system. In particular, it enables optical-based information transmission from the mobile device to a field device that does not have a dedicated optical receiving device. Rather, the at least one LED of the field device is also used to receive the optical signals and determine the information encoded therein. The functionality of the field device is thereby improved.

Unter einer optischen Signalfolge kann ein Ablauf mehrerer aufeinanderfolgender emittierter Lichtstrahlen verstanden werden. Die einzelnen Lichtstrahlen der optischen Signalfolge können untereinander variieren. Die Variationen betreffen beispielsweise die Dauer des jeweiligen Lichtstrahls, die Lichtstärke des jeweiligen Lichtstrahls, oder den zeitlichen Abstand zum vorhergehenden oder nachfolgenden Lichtstrahl der optischen Signalfolge. Die optische Signalfolge kann auf einem digitalen Stellsignal basieren. Unterschiedliche optische Signalfolgen können beispielsweise durch abweichende Tastverhältnisse des Stellsignals gewährleistet werden. Anhand der Signalfolgen können deshalb unterschiedliche Informationen codiert sein, beispielsweise abweichende Funktionsbefehle, die durch die Steuervorrichtung des Feldgeräts ermittelt werden können.An optical signal sequence can be understood as a sequence of several consecutively emitted light beams. The individual light beams of the optical signal sequence can vary from one another. The variations affect, for example, the duration of the respective light beam, the luminous intensity of the respective light beam, or the time interval to the previous or following light beam of the optical signal sequence. The optical signal sequence can be stored on a digital location signal. Different optical signal sequences can be achieved, for example, by varying the duty cycle of the control signal. Therefore, different information can be encoded based on the signal sequences, such as different functional commands that can be determined by the control device of the field device.

In einigen Ausführungsformen weist das Feldgerät zumindest einen Analog-Digital-Wandler auf, der mit der zumindest einen Leuchtdiode gekoppelt ist. Der Analog-Digital-Wandler ist eingerichtet, basierend auf einer analogen Spannungsmessung für die zumindest eine Leuchtdiode ein digitales Spannungssignal zu erzeugen und der Steuervorrichtung zu übermitteln. Basierend auf dem digitalen Spannungssignal kann die Signalverarbeitung vereinfacht sein. Beispielsweise kann das digitale Spannungssignal anhand von gebräuchlichen software- oder hardware-basierten Signalmanipulationskomponenten der Steuervorrichtung verarbeitet werden, wie Komparatoren oder Ähnliche. Zusätzlich wird die Zuverlässigkeit der Bewertung des digitalen Spannungssignals erhöht, beispielsweise anhand von Zählvorgängen die auf Zeitgebern der Steuervorrichtung basieren.In some embodiments, the field device has at least one analog-to-digital converter coupled to the at least one light-emitting diode. The analog-to-digital converter is configured to generate a digital voltage signal based on an analog voltage measurement for the at least one light-emitting diode and to transmit it to the control device. Based on the digital voltage signal, signal processing can be simplified. For example, the digital voltage signal can be processed using common software- or hardware-based signal manipulation components of the control device, such as comparators or the like. In addition, the reliability of the evaluation of the digital voltage signal is increased, for example, using counting processes based on timers of the control device.

Bevorzugt ist die Steuervorrichtung eingerichtet, einen Spannungswert des von dem Analog-Digital-Wandler (ADC) empfangenen digitalen Spannungssignals nur dann als Teil einer erfassten optischen Signalfolge zu identifizieren, wenn eine Differenz zwischen dem entsprechenden Spannungswert und dem diesem Spannungswert vorhergehenden Spannungswert einen vorbestimmten Spannungsschwellenwert überschreitet oder unterschreitet (Spannungsschwellenwert-Bedingung). Generell induziert auch eine Umgebungsrestbeleuchtung in der zumindest einen Leuchtdiode eine Spannungsamplitude. Dadurch können die erfassten Messwerte der analogen Messspannung verfälscht sein. Insbesondere wenn die Umgebungsrestbeleuchtung inkonstant ist, also Fluktuationen aufweist, unterliegt das analoge Messsignal Schwankungen durch die Umgebungsrestbeleuchtung. Diese pflanzen sich in das von dem ADC ausgegebene digitale Spannungssignal fort. Allerdings ist der Anteil der Messspannung, der durch die Umgebungsrestbeleuchtung bewirkt ist, typischerweise klein gegenüber dem Anteil, der durch einen von einer Leuchtvorrichtung eines Mobilgeräts in Richtung der Leuchtdiode emittierten Lichtstrahl bewirkt ist. Dies ist dadurch begründet, dass die Umgebungsrestbeleuchtung regelmäßig als diffuser Lichtschein vorliegt. Demgegenüber ist der von dem Mobilgerät emittierte Lichtstrahl regelmäßig zielgerichtet (auf die Leuchtdiode) und gebündelt. Daher führt die Emission oder Nichtemission eines Lichtstrahls durch die Leuchtvorrichtung des Mobilgeräts zu einer sehr viel stärkeren Beeinflussung der erfassbaren analogen Messspannung der zumindest einen Leuchtdiode. Durch die Differenzbildung kann deshalb der Effekt der Umgebungsrestbeleuchtung bei geeigneter Wahl des Spannungsschwellenwerts umgangen werden. Anders ausgedrückt werden nur diejenigen erfassten analogen Messspannungen der optischen Signalfolge des Mobilgeräts zugerechnet, die eine betragsmäßig große Änderung gegenüber einem Basiswert der Differenzbildung aufweisen.Preferably, the control device is configured to identify a voltage value of the digital voltage signal received by the analog-to-digital converter (ADC) as part of a detected optical signal sequence only if a difference between the corresponding voltage value and the voltage value preceding this voltage value exceeds or falls below a predetermined voltage threshold (voltage threshold condition). In general, residual ambient illumination also induces a voltage amplitude in the at least one light-emitting diode. This can distort the detected measured values of the analog measurement voltage. In particular, if the residual ambient illumination is inconstant, i.e., exhibits fluctuations, the analog measurement signal is subject to fluctuations caused by the residual ambient illumination. These fluctuations are propagated into the digital voltage signal output by the ADC. However, the portion of the measurement voltage caused by the residual ambient illumination is typically small compared to the portion caused by a light beam emitted by a lighting device of a mobile device in the direction of the light-emitting diode. This is due to the fact that the residual ambient illumination is usually present as a diffuse light. In contrast, the light beam emitted by the mobile device is usually directed (at the LED) and focused. Therefore, the emission or non-emission of a light beam by the mobile device's lighting device leads to a much stronger influence on the detectable analog measurement voltage of the at least one LED. By forming the difference, the effect of residual ambient illumination can be circumvented with a suitable choice of the voltage threshold. In other words, only those detected analog measurement voltages are assigned to the mobile device's optical signal sequence that exhibit a large change in magnitude compared to a base value of the difference.

Alternativ kann die Differenz auch über eine größere Anzahl von aufeinanderfolgenden erfassten Spannungswerten bestimmt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Differenz zwischen einem Spannungswert und demjenigen Spannungswert ermittelt wird, der dem fraglichen Spannungswert um drei (oder eine andere Anzahl) Spannungswerte vorausgeht. Im Wesentlichen hängt dies von der Wiederholfrequenz der Spannungsmessung, der Sampling-Frequenz des ADC und der Signalperioden der Leuchtdiode und der Leuchtvorrichtung ab.Alternatively, the difference can also be determined over a larger number of consecutively acquired voltage values. For example, the difference between a voltage value and the voltage value that precedes the voltage value in question by three (or another number) voltage values can be determined. This essentially depends on the repetition frequency of the voltage measurement, the sampling frequency of the ADC, and the signal periods of the LED and the light-emitting device.

Alternativ oder kumulativ kann auch vorgesehen sein, dass die Spannungsschwellenwert-Bedingung, also das Überschreiten oder Unterschreiten des Spannungsschwellenwerts, für mehrere aufeinanderfolgend bestimmte Differenzen zu erfüllen ist, damit ein bestimmter Spannungswert als Teil der erfassten optischen Signalfolge identifiziert wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Spannungsschwellenwert für drei aufeinanderfolgend bestimmte Differenzwerte überschritten oder unterschritten sein muss. Dadurch können kurzzeitige Fluktuationen aufgrund externer Einflüsse oder interner Störungen (bei der Signalverarbeitung) kompensiert werden.Alternatively or cumulatively, it can also be provided that the voltage threshold condition, i.e., the voltage threshold being exceeded or undershot, must be met for several consecutively determined differences in order for a specific voltage value to be identified as part of the detected optical signal sequence. For example, it can be provided that the voltage threshold must be exceeded or undershot for three consecutively determined difference values. This can compensate for short-term fluctuations due to external influences or internal disturbances (during signal processing).

Ein Spannungswert des digitalen Spannungssignals kann basierend auf der Spannungsschwellenwert-Bedingung als ein bestimmter Teil der erfassten optischen Signalfolge durch die Steuervorrichtung identifiziert werden. Beispielsweise kann ein bestimmter Spannungswert als den zeitlichen Beginn oder das zeitliche Ende einer Dauer eines von der Leuchtvorrichtung des Mobilgeräts ausgesandten Lichtstrahls markierend bestimmt werden. Exemplarisch kann ein Überschreiten des Spannungsschwellenwerts als ein Messwert des digitalen Spannungssignals identifiziert werden, der den Beginn eines emittierten Lichtstrahls markiert. Demgegenüber kann ein Unterschreiten des Spannungsschwellenwerts durch einen bestimmten Messwert das zeitliche Ende eines emittierten Lichtstrahls markieren. Basierend auf der Bestimmung aller Anfangs- und Endzeitpunkte der emittierten Lichtstrahlen kann die Steuervorrichtung die Zeitdauern der Lichtstrahlen und der Abstände zwischen den Lichtstrahlen bestimmen. Als Folge kann die optische Signalfolge hinsichtlich ihrer zeitlichen Charakteristik bestimmt sein, die eine codierte Information widerspiegelt.A voltage value of the digital voltage signal can be identified by the control device as a specific part of the detected optical signal sequence based on the voltage threshold condition. For example, a specific voltage value can be determined as marking the temporal start or end of a duration of a light beam emitted by the lighting device of the mobile device. For example, exceeding the voltage threshold can be identified as a measured value of the digital voltage signal that marks the start of an emitted light beam. In contrast, falling below the voltage threshold by a specific measured value can mark the temporal end of an emitted light beam. Based on the determination of all start and end times of the emitted light beams, the control device can determine the durations of the light beams and the distances between the light beams. As a result, the optical signal sequence can be determined with regard to its temporal characteristics, which reflects coded information.

Die Zeitdauern können dabei anhand eines Zeitgebers der Steuervorrichtung bestimmt werden.The time periods can be determined using a timer on the control device.

In einer Alternative können mehrere Spannungsschwellenwerte vorgesehen sein, um einen zeitlichen Beginn oder ein zeitliches Ende des Aussendens eines Lichtstrahls zu identifizieren. Dadurch kann eine Hysterese berücksichtigt werden, anhand der Fluktuationen oder Störungen noch zuverlässiger kompensiert werden können.Alternatively, multiple voltage thresholds can be provided to identify the temporal start or end of the emission of a light beam. This allows for hysteresis to be taken into account, allowing for even more reliable compensation of fluctuations or disturbances.

Bevorzugt weist das Feldgerät zumindest einen Zeitgeber auf, der mit der zumindest einen Leuchtdiode gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, einen Zustand der zumindest einen Leuchtdiode basierend auf einem von dem Zeitgeber ausgegebenen, pulsweitenmodulierten Stellsignal festzulegen. In diesem Sinne kann der Zeitgeber ein Pulsweitenmodulator sein. Typischerweise weist ein pulsweitenmoduliertes Stellsignal zwei unterschiedliche Signalniveaus auf, nämlich logisch hoch und logisch niedrig. Während der Dauer des erstes Signalniveaus wird die zumindest eine Leuchtdiode mit einer Spannung derart beaufschlagt, dass sie zur Emission von Lichtstrahlung eingerichtet ist. Während der Dauer des zweiten Signalniveaus wird die zumindest eine Leuchtdiode nicht mit einer Spannung beaufschlagt. Das bedeutet, dass die zumindest eine Leuchtdiode während der Dauer des zweiten Signalniveaus des pulsweitenmodulierten Stellsignals deaktiviert ist. Die Steuervorrichtung kann daher das pulsweitenmodulierte Stellsignal nutzen, um den Zustand der zumindest einen Leuchtdiode festzulegen (oder zu bestimmen). Dadurch ist es möglich, definierte Zeitspannen zu bestimmen, für die die Leuchtdiode explizit als Erfassungsmittel hinsichtlich der auftreffenden Lichtstrahlen der optischen Signalfolge eingerichtet ist.The field device preferably has at least one timer coupled to the at least one light-emitting diode. The control device is configured to establish a state of the at least one light-emitting diode based on a pulse-width-modulated control signal output by the timer. In this sense, the timer can be a pulse-width modulator. Typically, a pulse-width-modulated control signal has two different signal levels, namely logically high and logically low. During the duration of the first signal level, the at least one light-emitting diode is supplied with a voltage such that it is configured to emit light radiation. During the duration of the second signal level, the at least one light-emitting diode is not supplied with a voltage. This means that the at least one light-emitting diode is deactivated during the duration of the second signal level of the pulse-width-modulated control signal. The control device can therefore use the pulse-width-modulated control signal to establish (or determine) the state of the at least one light-emitting diode. This makes it possible to determine defined time periods for which the light-emitting diode is explicitly set up as a detection means with regard to the incident light rays of the optical signal sequence.

Optional kann eine analoge Messspannung nur dann erfasst werden, wenn das pulsweitenmodulierte Stellsignal ein vordefiniertes Signalniveau aufweist, beispielweise logisch niedrig. Dann können bestimmte Komponenten, beispielsweise der ADC, abgeschaltet sein, wenn das pulsweitenmodulierte Stellsignal ein anderes als das vordefinierte Signalniveau aufweist. So kann der Energieverbrauch reduziert werden.Optionally, an analog measurement voltage can only be acquired when the pulse-width-modulated control signal has a predefined signal level, for example, logic low. Then, certain components, such as the ADC, can be switched off if the pulse-width-modulated control signal has a signal level other than the predefined one. This can reduce energy consumption.

Alternativ oder kumulativ kann innerhalb der Periode des pulsweitenmodulierten Stellsignals eine Teilzeitspanne vorgesehen sein, deren zeitliche Lage innerhalb der Periode des pulsweitenmodulierten Stellsignals vorbestimmt ist und die ausschließlich genutzt wird, um eine analoge Messspannung zu erfassen. Beispielsweise kann vorbestimmt sein, dass die Periode des pulsweitenmodulierten Stellsignals mit einem bestimmten ersten Signalniveau beginnt, beispielsweise logisch hoch (entsprechend einer aktivierten Leuchtdiode). Dann kann die Teilzeitspanne bei 90% (oder einem abweichenden Wert) der Dauer der Periode des pulsweitenmodulierten Stellsignals beginnen, da vorbestimmt sein kann, dass das pulsweitenmodulierte Stellsignal zu diesem Zeitpunkt in jedem Fall ein abweichendes zweites Signalniveau aufweist, beispielsweise logisch niedrig. Dadurch wird gewährleistet, dass die Leuchtdiode während der Teilzeitspanne abgeschaltet ist.Alternatively or cumulatively, a partial time period can be provided within the period of the pulse-width-modulated control signal, the temporal position of which within the period of the pulse-width-modulated control signal is predetermined and which is used exclusively to record an analog measurement voltage. For example, it can be predetermined that the period of the pulse-width-modulated control signal begins with a specific first signal level, for example, a logical high (corresponding to an activated LED). The partial time period can then begin at 90% (or a different value) of the duration of the period of the pulse-width-modulated control signal, since it can be predetermined that the pulse-width-modulated control signal always has a different second signal level at this time, for example, a logical low. This ensures that the LED is switched off during the partial time period.

Um die zeitliche Lage der Teilzeitspanne innerhalb der Periode des pulsweitenmodulierten Stellsignals festzulegen, kann die Steuervorrichtung einen zusätzlichen Zeitgeber aufweisen, der mit dem Pulsweitenmodulator gekoppelt ist. Der zusätzliche Zeitgeber kann dann einen Zählvorgang gleichzeitig mit dem Beginn der Periode des pulsweitenmodulierten Stellsignals initiieren. Die zeitliche Lage der Teilzeitspanne kann dann durch den Zählvorgang des zusätzlichen Zeitgebers bestimmt sein, beispielsweise anhand von vorbestimmten Zählschwellenwerten.To determine the temporal position of the partial time period within the period of the pulse-width-modulated control signal, the control device can have an additional timer coupled to the pulse-width modulator. The additional timer can then initiate a counting process simultaneously with the start of the period of the pulse-width-modulated control signal. The temporal position of the partial time period can then be determined by the counting process of the additional timer, for example, based on predetermined counting threshold values.

Durch die Teilzeitspanne wird auch die Möglichkeit gewährleistet, eine von dem Mobilgerät emittierte optische Signalfolge selbst dann zu erfassen, wenn die zumindest eine Leuchtdiode des Feldgeräts generell zur Ausgabe eines Lichtsignals „aktiv ist“, also nicht dauerhaft abgeschaltet. Durch die Teilzeitspanne kann zwischen den Modi der Leuchtdiode: „Ausgabe eines Lichtsignals“ und „Erfassung einer Messspannung basierend auf einem externen Lichtsignal“ derart schnell umgeschaltet werden, dass dies für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist. Der Nutzer kann dann die zumindest eine Leuchtdiode derart wahrnehmen, als ob sie ein Lichtsignal kontinuierlich ausgeben würde. In Wahrheit jedoch wird die Leuchtdiode während der als kontinuierlich wahrgenommen Leuchtsignalausgabe auch genutzt, um auftreffende Lichtsignale zu erfassen.The partial time period also ensures the possibility of detecting an optical signal sequence emitted by the mobile device even when the at least one LED of the field device is generally "active" to emit a light signal, i.e. is not permanently switched off. The partial time period makes it possible to switch between the modes of the LED: "outputting a light signal" and "detecting a measuring voltage based on an external light signal" so quickly that this is imperceptible to the human eye. The user can then perceive the at least one LED as if it were continuously emitting a light signal. In reality, however, the LED is also used to detect incoming light signals while the light signal is emitted, which is perceived as continuous.

Optional können die Werte des digitalen Spannungssignals zyklisch durch eine Firmware der Steuervorrichtung des Feldgeräts abgeholt werden. Durch Zählen der Abholvorgänge, die zwischen den erkannten Pegelwechseln liegen (Überschreiten/Unterschreiten eines Spannungsschwellenwerts), kann dann auf die Bit-Zeiten geschlossen werden. Wenn zum Beispiel ASCII-Code verwendet wird, müssen nur noch die Zeichen zusammengesetzt werden, wodurch die durch die optische Signalfolge festgelegte Information bestimmbar ist.Optionally, the values of the digital voltage signal can be retrieved cyclically by firmware in the field device's control unit. By counting the number of retrievals between detected level changes (exceeding/falling below a voltage threshold), the bit times can then be determined. For example, if ASCII code is used, only the characters need to be assembled, which allows the information determined by the optical signal sequence to be determined.

Andere Zeichensätze als ASCII können natürlich ebenfalls genutzt werden.Character sets other than ASCII can of course also be used.

In diesem Zusammenhang kann die durch die optische Signalfolge festgelegte Information innerhalb einzelner oder mehrerer der zuvor erläuterten Teilzeitspannen übermittelt werden.In this context, the information determined by the optical signal sequence can be transmitted within one or more of the partial time periods explained above.

In einigen Ausführungsformen sind der Zeitgeber und die zumindest eine Leuchtdiode dreiphasig. In diesem Fall sind Anschlüsse jeder Phase der zumindest einen dreiphasigen Leuchtdiode mit separaten Ausgängen des dreiphasigen Zeitgebers gekoppelt. Beispielsweise können die Anoden jeder Phase mit separaten Ausgängen des Zeitgebers gekoppelt sein. So kann ein einzelner Zeitgeber genutzt werden, um sämtliche Phasen der Leuchtdiode hinsichtlich ihres Aktivitätszustands zu steuern. Die drei Phasen der zumindest einen Leuchtdiode können beispielsweise unterschiedlichen Halbleiterbauelementen entsprechen, die eingerichtet sind, um Licht unterschiedlicher Wellenlänge zu emittieren, beispielsweise Rot, Grün und Blau (RGB-Leuchtdiode).In some embodiments, the timer and the at least one light-emitting diode are three-phase. In this case, terminals of each phase of the at least one three-phase light-emitting diode are coupled to separate outputs of the three-phase timer. For example, the anodes of each phase can be coupled to separate outputs of the timer. Thus, a single timer can be used to control all phases of the light-emitting diode with regard to their activity state. The three phases of the at least one light-emitting diode can, for example, correspond to different semiconductor components configured to emit light of different wavelengths, for example, red, green, and blue (RGB light-emitting diode).

Bevorzugt ist die Steuervorrichtung des Feldgeräts mit einer Speichervorrichtung gekoppelt, in der zumindest ein vordefinierter Funktionsbefehl hinterlegt ist. Dem zumindest einen vordefinierten Funktionsbefehl ist eine korrespondierende, von dem Feldgerät zu erfassende optische Signalfolge zugeordnet. Da die Steuervorrichtung die mittels der optischen Signalfolge codierte Information bestimmen kann, kann sie dann auch den dieser Information entsprechenden gewünschten Funktionsbefehl bestimmen.Preferably, the control device of the field device is coupled to a memory device in which at least one predefined function command is stored. A corresponding optical signal sequence to be detected by the field device is assigned to the at least one predefined function command. Since the control device can determine the information encoded by the optical signal sequence, it can then also determine the desired function command corresponding to this information.

Die Funktionsbefehle können beispielsweise eine Entsperrfunktion oder eine Wartungsfunktion mit einem vordefinierten Betriebszustand des Feldgeräts umfassen. Gleichfalls können die Funktionsbefehle auch die Ausgabe Feldgerätespezifischer Betriebsparameter umfassen, wie Arbeitsstunden oder die Anzahl von Betätigungsvorgängen.The function commands can, for example, include an unlock function or a maintenance function with a predefined operating state of the field device. Likewise, the function commands can also include the output of field device-specific operating parameters, such as operating hours or the number of actuations.

In einer Alternative oder zusätzlich können die Funktionsbefehle eine Koppelfunktion umfassen. Die Koppelfunktion initiiert einen Koppelmechanismus (Pairing) für eine drahtlose Verbindung zwischen dem Mobilgerät und dem Feldgerät. Die drahtlose Verbindung kann beispielsweise auf einem Bluetooth-Protokoll basieren. Andere Drahtlosübertragungsprotokolle sind ebenfalls denkbar, wie z.B. WLAN oder NFC.Alternatively or additionally, the function commands can include a pairing function. The pairing function initiates a pairing mechanism for a wireless connection between the mobile device and the field device. The wireless connection can be based on a Bluetooth protocol, for example. Other wireless transmission protocols are also conceivable, such as Wi-Fi or NFC.

Beispielsweise kann ein Blitzlicht, also eine Signalfolge mit einer bestimmten Mindestanzahl von Lichtsignalen innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls der Koppelfunktion zugeordnet sein.For example, a flashing light, i.e. a signal sequence with a certain minimum number of light signals within a given time interval, can be assigned to the coupling function.

Bisherige Ansätze zum Initiieren einer Koppelfunktion beruhen in der Regel auf einer haptischen Eingabe an das Feldgerät. Beispielsweise basierend sie auf einem Klopfen auf das Gehäuse des Feldgeräts oder eine angeschlossene Fluidverbindung. Derartige Eingaben erfordern aber einerseits zusätzliche Sensoren, um die Eingaben zu erfassen und sind zudem andererseits fehlerbehaftet, da beispielsweise unterschiedliche Feldgeräte mit derselben Fluidverbindung gekoppelt sein können. Im letzteren Fall kann die Kopplungsfunktion für unerwünschte Feldgeräte ausgelöst werden, wodurch die Fehlerwahrscheinlichkeit erhöht ist.Previous approaches to initiating a coupling function typically rely on a haptic input to the field device. For example, they are based on tapping on the field device's housing or a connected fluid connection. However, such inputs require additional sensors to capture the inputs and are also prone to errors, as different field devices can be coupled to the same fluid connection, for example. In the latter case, the coupling function can be triggered for unwanted field devices, increasing the probability of errors.

Beide Nachteile können vorliegend ausgeräumt werden, da die Leuchtdiode als Empfänger ohnehin vorhanden ist und da eine Fehlauslösung der Kopplungsfunktion von unerwünschten Feldgeräten durch die optische Ausrichtung des Mobilgeräts relativ zum gewünschten Feldgerät ausgeschlossen werden kann.Both disadvantages can be eliminated in this case, since the LED is already present as a receiver and since false triggering of the coupling function of unwanted field devices can be excluded by the optical alignment of the mobile device relative to the desired field device.

In einigen Ausführungsformen ist die Steuervorrichtung eingerichtet, den Funktionsfehl auszuführen, sofern sie ihn anhand der ihm zugeordneten optischen Signalfolge ermittelt hat. So kann mit geringem Aufwand auf das Feldgerät eingewirkt werden, ohne dass dazu eine dedizierte optische Erfassungsvorrichtung notwendig ist.In some embodiments, the control device is configured to execute the malfunction if it has determined it based on the associated optical signal sequence. This allows the field device to be influenced with minimal effort, without the need for a dedicated optical detection device.

Optional ist die Steuervorrichtung eingerichtet, ein Stellsignal auszugeben, basierend auf dem eine optische Signalfolge festgelegt ist, die von der zumindest einen Leuchtdiode emittierbar ist. Dadurch ist das Feldgerät zur bidirektionalen optischen Kommunikation eingerichtet. Das von der Steuervorrichtung ausgegebene Stellsignal kann beispielsweise ein pulsweitenmoduliertes Stellsignal sein. Um abweichende ausgegebene optische Signalfolgen zu ermöglichen, kann beispielsweise das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Stellsignals modifiziert werden.Optionally, the control device is configured to output a control signal based on which an optical signal sequence is defined that can be emitted by the at least one light-emitting diode. The field device is thus configured for bidirectional optical communication. The control signal output by the control device can, for example, be a pulse-width-modulated control signal. To enable different output optical signal sequences, the duty cycle of the pulse-width-modulated control signal can, for example, be modified.

Bevorzugt weist das Mobilgerät zumindest eine Kameravorrichtung auf, und es ist eingerichtet, mittels der zumindest einen Kameravorrichtung eine von der zumindest einen Leuchtdiode emittierte optische Signalfolge zu erfassen. Preferably, the mobile device has at least one camera device, and it is configured to capture an optical signal sequence emitted by the at least one light-emitting diode by means of the at least one camera device.

Dadurch ist eine vollständige bidirektionale optisch-basierte Kommunikation zwischen dem Mobilgerät und dem Feldgerät möglich. Beispielsweise kann damit das Feldgerät eine Rückmeldung geben, insbesondere dahingehend, ob ein bestimmter Funktionsbefehl des Feldgeräts initiiert wurde.This enables fully bidirectional optical-based communication between the mobile device and the field device. For example, the field device can provide feedback, particularly regarding whether a specific function command of the field device has been initiated.

In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Feldgerät um ein fluidisches Gerät, also ein Gerät, das im Zusammenhang mit Fluidströmen von Prozessfluiden genutzt wird. Vorzugsweise kann das Feldgerät ein Ventil, insbesondere ein Prozessventil umfassen. Alternativ kann das Feldgerät auch einen Fluidsensor, eine Pumpe, einen Massendurchflussregler oder ähnliche umfassen.In some embodiments, the field device is a fluidic device, i.e., a device used in connection with fluid flows of process fluids. Preferably, the field device may comprise a valve, in particular a process valve. Alternatively, the field device may may also include a fluid sensor, a pump, a mass flow controller or similar.

Optional kann das Mobilgerät ein Smartphone, Tablet, Laptop oder ähnliche umfassen. Im Allgemeinen kann das Mobilgerät eine Vorrichtung mit zumindest einer Leuchtvorrichtung, einer Kamera, und vorzugsweise einem Display umfassen.Optionally, the mobile device may comprise a smartphone, tablet, laptop, or similar device. Generally, the mobile device may comprise a device with at least one lighting device, a camera, and preferably a display.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Beispiels näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigt:

- 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Systems zur optischen Kommunikation zwischen einem Mobilgerät und einem Feldgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine vereinfachte schematische Darstellung von Teilen eines Feldgeräts des Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 3 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Verfahrens zur optischen Kommunikation zwischen einem Mobilgerät und einem Feldgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
- 4 eine vereinfachte schematische Darstellung von Signalverläufen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System und dem erfindungsgemäßen Verfahren.

The invention, as well as further advantageous embodiments and developments thereof, are described and explained in more detail below with reference to the example shown in the drawing. The features shown in the description and the drawing can be used individually or in any combination according to the invention. It shows:

- 1 a simplified schematic representation of a system for optical communication between a mobile device and a field device according to an embodiment of the invention,
- 2 a simplified schematic representation of parts of a field device of the system according to an embodiment of the invention,
- 3 a simplified schematic representation of a method for optical communication between a mobile device and a field device according to an embodiment of the invention, and
- 4 a simplified schematic representation of signal curves in connection with the system according to the invention and the method according to the invention.

Alle nachstehend in Bezug auf die Ausführungsbeispiele und/oder die begleitenden Figuren offengelegten Merkmale können allein oder in einer beliebigen Unterkombination mit Merkmalen der Aspekte der Offenbarung, einschließlich Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen, kombiniert werden, vorausgesetzt, die sich ergebende Merkmalskombination ist für einen Fachmann auf dem Gebiet der Technik sinnvoll.All features disclosed below with respect to the embodiments and/or the accompanying figures may be combined alone or in any sub-combination with features of the aspects of the disclosure, including features of preferred embodiments, provided that the resulting combination of features is meaningful to a person skilled in the art.

1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Systems 10 zur optischen Kommunikation zwischen einem Feldgerät 12 und einem Mobilgerät 14 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a simplified schematic representation of a system 10 for optical communication between a field device 12 and a mobile device 14 according to an embodiment of the invention.

Das erfindungsgemäße System 10 umfasst zumindest das Feldgerät 12 und das Mobilgerät 14.The system 10 according to the invention comprises at least the field device 12 and the mobile device 14.

Gemäß dieser Ausführungsform ist das Feldgerät 12 als Ventilsteuerung eines Prozessventils 16 ausgebildet, mit dem das Feldgerät 12 gekoppelt ist. Mittels des Prozessventils 16 kann beispielsweise ein Fluidstrom reguliert werden. Hier übernimmt das Feldgerät 12 im Wesentlichen die Steuerung des Prozessventils 16 dahingehend, ob der Fluidstrom unterbunden oder freigegeben wird. In anderen Ausführungsformen kann das Feldgerät 12 auch andere Funktionalitäten aufweisen. Beispielsweise kann das Feldgerät 12 ein Massendurchflussregler, eine Pumpe oder ein Ventilsensor sein.According to this embodiment, the field device 12 is configured as a valve controller for a process valve 16, to which the field device 12 is coupled. For example, a fluid flow can be regulated by means of the process valve 16. Here, the field device 12 essentially controls the process valve 16 as to whether the fluid flow is blocked or released. In other embodiments, the field device 12 can also have other functionalities. For example, the field device 12 can be a mass flow controller, a pump, or a valve sensor.

Das Feldgerät 12 umfasst zumindest eine Leuchtdiode 18. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Leuchtdiode 18 als drei-phasige Leuchtdiode 18 ausgebildet. Das bedeutet, dass die Leuchtdiode 18 verschiedene Halbleiterbauelemente aufweist, die eingerichtet sind, um Licht einer bestimmten Wellenlänge zu emittieren. Beispielsweise kann ein erstes Halbleiterbauelement eingerichtet sein, um Licht zu emittieren, das eine Wellenlänge aufweist, die dem Farbton Rot des sichtbaren Spektrums entspricht. Entsprechend können weitere Halbleiterbauelemente vorgesehen sein, um Licht anderer Wellenlängen, zum Beispiel Blau und Grün, zu emittieren. Durch Überlagerung der Lichtemission anhand der verschiedenen Halbleiterbauelemente kann zudem eine Lichtemission gewährleistet werden, um Licht entsprechend weiterer Farbtöne des sichtbaren Spektrums emittieren zu können.The field device 12 comprises at least one light-emitting diode 18. According to this embodiment, the light-emitting diode 18 is designed as a three-phase light-emitting diode 18. This means that the light-emitting diode 18 has various semiconductor components that are configured to emit light of a specific wavelength. For example, a first semiconductor component can be configured to emit light that has a wavelength that corresponds to the color red of the visible spectrum. Accordingly, further semiconductor components can be provided to emit light of other wavelengths, for example blue and green. By superimposing the light emission using the various semiconductor components, light emission can also be ensured in order to be able to emit light corresponding to other colors of the visible spectrum.

Die Leuchtdiode 18 ist mit einer Steuervorrichtung 20 des Feldgeräts 12 gekoppelt. Die Steuervorrichtung 20 umfasst zumindest eine Datenverarbeitungsvorrichtung 22. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 22, insbesondere ein Prozessor, ist mit einem ersten als Pulsweitenmodulator ausgebildeten Zeitgeber 24 gekoppelt. Der erste Zeitgeber 24 ist mit der Leuchtdiode 18 gekoppelt. Vorliegend ist der erste Zeitgeber 24 dreiphasig ausgebildet. Dabei ist jeweils eine Phase des dreiphasigen Zeitgebers 24 mit einem Halbleiterbauelement einer Phase der dreiphasigen Leuchtdiode 18 gekoppelt.The light-emitting diode 18 is coupled to a control device 20 of the field device 12. The control device 20 comprises at least one data processing device 22. The data processing device 22, in particular a processor, is coupled to a first timer 24 embodied as a pulse width modulator. The first timer 24 is coupled to the light-emitting diode 18. In this case, the first timer 24 is three-phase. In each case, one phase of the three-phase timer 24 is coupled to a semiconductor component of a phase of the three-phase light-emitting diode 18.

Der als Pulsweitenmodulator ausgebildete erste Zeitgeber 24 ist eingerichtet, um ein pulsweitenmoduliertes Stellsignal zu gewährleisten, basierend auf dem die Leuchtdiode 18 betreibbar ist. Insbesondere ist durch die unterschiedlichen Signalniveaus des pulsweitenmodulierten Stellsignals festgelegt, ob die Leuchtdiode 18 zur Lichtemission angeregt wird (angeschalteter Zustand) oder ob eine Lichtemission verhindert wird (ausgeschalteter Zustand).The first timer 24, designed as a pulse-width modulator, is configured to provide a pulse-width modulated control signal, based on which the light-emitting diode 18 is operable. In particular, the different signal levels of the pulse-width modulated control signal determine whether the light-emitting diode 18 is excited to emit light (switched-on state) or whether light emission is prevented (switched-off state).

Zusätzlich umfasst die Steuervorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform einen zweiten Zeitgeber 26, der mit dem ersten Zeitgeber 24 gekoppelt ist.In addition, the control device 20 according to this embodiment comprises a second timer 26 coupled to the first timer 24.

Sowohl der zweite Zeitgeber 26 als auch die Leuchtdiode 18 sind mit einem Analog-Digital-Wandler 28 gekoppelt. Der Analog-Digital-Wandler 28 ist eingerichtet, um eine von der Leuchtdiode 18 empfangene analoge Messspannung zu digitalisieren und anschließend der Datenverarbeitungsvorrichtung 22 bereitzustellen.Both the second timer 26 and the LED 18 are coupled to an analog-to-digital converter 28. The analog-to-digital converter 28 is configured to digitize an analog measurement voltage received from the LED 18 and subsequently provide it to the data processing device 22.

In einer Alternative kann das Feldgerät 12, insbesondere die Steuervorrichtung 20 davon, einen dedizierten Spannungsmesser aufweisen, der zwischen der Leuchtdiode 18 und dem Analog-Digital-Wandler 28 angeordnet ist.In an alternative, the field device 12, in particular the control device 20 thereof, may have a dedicated voltmeter arranged between the light-emitting diode 18 and the analog-to-digital converter 28.

Zusätzlich weist das Feldgerät 12 eine Speichervorrichtung 30 auf, die mit der Steuervorrichtung 20 gekoppelt ist. Die Speichervorrichtung 30 enthält eine Datenbank, die vorbestimmte Funktionsbefehle und den Funktionsbefehlen jeweils zugeordnete optische Signalfolgen aufweist.In addition, the field device 12 has a storage device 30 coupled to the control device 20. The storage device 30 contains a database that contains predetermined functional commands and optical signal sequences associated with the functional commands.

Das Mobilgerät 14 weist zumindest eine Leuchtvorrichtung 32 auf, und vorliegend ebenfalls eine Kameravorrichtung 34, beispielsweise einen Fotosensor oder eine Bilderfassungskamera, die beide mit einer Steuervorrichtung 36 des Mobilgeräts 14 gekoppelt sind.The mobile device 14 has at least one lighting device 32 and, in the present case, also a camera device 34, for example a photo sensor or an image capture camera, both of which are coupled to a control device 36 of the mobile device 14.

Einige der Komponenten des Feldgeräts 12 und/oder des Mobilgeräts 14, insbesondere einige Komponenten der Steuervorrichtung 20 des Feldgeräts 12, können in Software implementiert sein. Beispielsweise können der erste Zeitgeber 24 und der zweite Zeitgeber 26 in Software implementiert sein.Some of the components of the field device 12 and/or the mobile device 14, in particular some components of the control device 20 of the field device 12, may be implemented in software. For example, the first timer 24 and the second timer 26 may be implemented in software.

Optional kann das Feldgerät 12 auch weitere Komponenten aufweisen, beispielsweise Treiberschaltungen für die Leuchtdiode 18.Optionally, the field device 12 can also have additional components, for example driver circuits for the light-emitting diode 18.

2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung von Teilen eines Feldgeräts 12 des Systems 10 nach einer Ausführungsform der Erfindung. 2 shows a simplified schematic representation of parts of a field device 12 of the system 10 according to an embodiment of the invention.

Man erkennt hier, dass eine Kathode der Leuchtdiode 18 (hier einphasig ausgebildet) mit einem Referenzpotential 38 der Steuervorrichtung 20 gekoppelt ist. Demgegenüber ist die Anode der Leuchtdiode 18 separat mit einem Phasenanschluss des ersten Zeitgebers 24 der Steuervorrichtung 20 gekoppelt. Parallel dazu ist die Anode der Leuchtdiode 18 separat mit einem Phasenanschluss des Analog-Digital-Wandlers 28 der Steuervorrichtung 20 gekoppelt. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die Phase der Leuchtdiode 18 separat anzusteuern und auszulesen.It can be seen here that a cathode of the LED 18 (here single-phase) is coupled to a reference potential 38 of the control device 20. In contrast, the anode of the LED 18 is separately coupled to a phase terminal of the first timer 24 of the control device 20. In parallel, the anode of the LED 18 is separately coupled to a phase terminal of the analog-to-digital converter 28 of the control device 20. This makes it possible to control and read the phase of the LED 18 separately.

Im Allgemeinen kann die Leuchtdiode auch mehrphasig sein, beispielsweise dreiphasig, entsprechend „Rot“, „Grün“ und „Blau“. Dann können die Anoden der einzelnen Phasen der Leuchtdiode 18 mit separaten Phasenanschlüssen des ersten Zeitgebers 24 und parallel dazu des Digital-Analog-Wandlers 28 der Steuervorrichtung 20 gekoppelt sein. So können alle Phasen der Leuchtdiode 18 separat angesteuert und ausgelesen werden.In general, the LED can also be multi-phase, for example, three-phase, corresponding to "red," "green," and "blue." The anodes of the individual phases of the LED 18 can then be coupled to separate phase terminals of the first timer 24 and, in parallel, the digital-to-analog converter 28 of the control device 20. Thus, all phases of the LED 18 can be controlled and read separately.

Die vorliegende Ausführungsform ist lediglich beispielhaft. Die tatsächliche schaltungstechnische Umsetzung kann gegenüber der hier gezeigten Ausführungsform abweichen. Dennoch gewährleisten auch derartige Abwandlungen eine separate parallele Kopplung der Phasen der Leuchtdioden mit dem Zeitgeber und dem Analog-Digital-Wandler oder entsprechenden Komponenten, um die separate Ansteuerbarkeit und Auslesbarkeit zu gewährleisten.The present embodiment is merely exemplary. The actual circuit implementation may differ from the embodiment shown here. Nevertheless, such modifications also ensure separate parallel coupling of the phases of the LEDs with the timer and the analog-to-digital converter or corresponding components to ensure separate control and readability.

3 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Verfahrens 40 zur optischen Kommunikation zwischen einem Feldgerät 12 und einem Mobilgerät 14 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Optionale Schritte sind gestrichelt dargestellt. 3 shows a simplified schematic representation of a method 40 for optical communication between a field device 12 and a mobile device 14 according to an embodiment of the invention. Optional steps are shown in dashed lines.

In Schritt 42 wird durch das Mobilgerät 14 eine optische Signalfolge anhand der Leuchtvorrichtung 32 des Mobilgeräts 14 emittiert. Die optische Signalfolge umfasst dabei separat emittierte Lichtstrahlen, die sich hinsichtlich ihrer Dauer und des Abstands zu vorhergehenden oder nachfolgenden Lichtstrahlen unterscheiden können. Generell können sich die Lichtstrahlen auch hinsichtlich weiterer Merkmale unterscheiden, beispielsweise der Lichtstärke. Die von dem Mobilgerät 14 emittierte optische Signalfolge ist dabei in Richtung des Feldgeräts 12, insbesondere der Leuchtdiode 18 davon, orientiert. Anders ausgedrückt wird die optische Signalfolge ausgehend vom Mobilgerät 14 derart ausgesendet, dass die Lichtstrahlen auf die Leuchtdiode 18 des Feldgeräts 12 treffen. Dazu wird das Mobilgerät 14 entsprechend orientiert.In step 42, the mobile device 14 emits an optical signal sequence using the lighting device 32 of the mobile device 14. The optical signal sequence comprises separately emitted light beams, which can differ in terms of their duration and distance from previous or subsequent light beams. In general, the light beams can also differ in terms of other characteristics, such as their light intensity. The optical signal sequence emitted by the mobile device 14 is oriented in the direction of the field device 12, in particular its light-emitting diode 18. In other words, the optical signal sequence is emitted from the mobile device 14 in such a way that the light beams strike the light-emitting diode 18 of the field device 12. For this purpose, the mobile device 14 is oriented accordingly.

Im nachfolgenden Schritt 44 wird eine Messspannung der Leuchtdiode 18 des Feldgerät 12 im ausgeschalteten Zustand der Leuchtdiode 18 erfasst.In the following step 44, a measuring voltage of the LED 18 of the field device 12 is detected when the LED 18 is switched off.

Die Messspannung der Leuchtdiode 18 wird in analoger Weise erfasst. In einer optionalen Ausgestaltung kann die erfasste analoge Messspannung anschließend digitalisiert werden, beispielsweise durch den Analog-Digital-Wandler 28.The measurement voltage of the LED 18 is recorded in an analog manner. In an optional embodiment, the recorded analog measurement voltage can subsequently be digitized, for example, by the analog-to-digital converter 28.

Im Schritt 46 wird die von dem Mobilgerät 14 emittierte optische Signalfolge basierend auf der erfassten Messspannung durch die Steuervorrichtung 20 des Feldgeräts 12 ermittelt. Dazu kann die Steuervorrichtung 20 beispielsweise die Dauer der einzelnen von der optischen Signalfolge umfassten Lichtstrahlen bestimmen. Zudem kann die Steuervorrichtung 20 die zeitlichen Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Lichtstrahlen ermitteln.In step 46, the optical signal sequence emitted by the mobile device 14 is determined by the control device 20 of the field device 12 based on the detected measurement voltage. For this purpose, the control device 20 can, for example, determine the duration of the individual light beams comprised in the optical signal sequence. In addition, the control device 20 determines the time intervals between successive light beams.

Die bestimmbaren optischen Signalfolgen können insbesondere vorbestimmt sein. Beispielsweise können Informationen über die optischen Signalfolgen in der Speichervorrichtung 30 des Feldgeräts 12 abgelegt sein, die zur Bestimmung der jeweiligen optischen Signalfolge durch die Steuervorrichtung 20 berücksichtigt werden können.The determinable optical signal sequences can, in particular, be predetermined. For example, information about the optical signal sequences can be stored in the memory device 30 of the field device 12, which information can be taken into account by the control device 20 to determine the respective optical signal sequence.

Im Zusammenhang mit der Bestimmung der optischen Signalfolge anhand der erfassten Messspannungen zeigt 4 eine vereinfachte schematische Darstellung von Signalverläufen 52 im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System 10 und dem erfindungsgemäßen Verfahren 40.In connection with the determination of the optical signal sequence based on the recorded measuring voltages, 4 a simplified schematic representation of signal curves 52 in connection with the system 10 according to the invention and the method 40 according to the invention.

Die Signalverläufe 52 zeigen hier die einzelnen Spannungsverläufe 54A, 54B, 54C der separaten Halbleiterbauelemente der dreiphasigen Leuchtdiode 18 in Volt V (auf der y-Achse) gegenüber der Zeit t (x-Achse) an. Zur verbesserten Sichtbarkeit sind die separaten Spannungsverläufe 54A, 54B, 54C relativ zueinander entlang der y-Achse verschoben.The signal waveforms 52 here show the individual voltage waveforms 54A, 54B, 54C of the separate semiconductor components of the three-phase light-emitting diode 18 in volts V (on the y-axis) versus time t (x-axis). For improved visibility, the separate voltage waveforms 54A, 54B, 54C are shifted relative to each other along the y-axis.

Die Leuchtdiode 18 des Feldgeräts 12 wird nicht ausschließlich genutzt, um auftreffende Lichtsignale zu erfassen. Vielmehr wird die Leuchtdiode 18 auch genutzt, um Lichtsignale zu emittieren, beispielsweise um Statusinformationen des Feldgeräts 12 optisch erkennbar zu machen.The LED 18 of the field device 12 is not used exclusively to detect incoming light signals. Rather, the LED 18 is also used to emit light signals, for example, to visually indicate the status information of the field device 12.

In einigen Ausführungsformen können die von der Leuchtdiode 18 emittierten optischen Signale beispielsweise durch das Mobilgerät 14 anhand der Kameravorrichtung 34 erfasst und mittels der Steuervorrichtung 36 des Mobilgeräts bestimmt werden.In some embodiments, the optical signals emitted by the light-emitting diode 18 can be detected, for example, by the mobile device 14 using the camera device 34 and determined by the control device 36 of the mobile device.

Die separaten Spannungsverläufe 54A, 54B, 54C beruhen auf digitalen Stellsignalen, die durch den ersten Zeitgeber 24 gewährleistet werden. Die digitalen Stellsignale stellen pulsweitenmodulierte Signale dar, die sich ausgehend von Anfangszeitpunkten 56 einer PWM-Periode 58 (Periode des pulsweitenmodulierten Stellsignals) wiederholen können. Alternativ können die Spannungsverläufe 54A, 54B, 54C von aufeinanderfolgen PWM-Perioden 58 variieren, beispielsweise um variierende Statusinformationen anzuzeigen. Abweichende Spannungsverläufe 54A, 54B, 54C können durch eine variierende Tastverhältnisse der pulsweitenmodulierten Stellsignale gewährleistet werden.The separate voltage waveforms 54A, 54B, 54C are based on digital control signals provided by the first timer 24. The digital control signals represent pulse-width-modulated signals that can repeat starting from the initial time 56 of a PWM period 58 (period of the pulse-width-modulated control signal). Alternatively, the voltage waveforms 54A, 54B, 54C of successive PWM periods 58 can vary, for example, to display varying status information. Different voltage waveforms 54A, 54B, 54C can be provided by varying the duty cycle of the pulse-width-modulated control signals.

Durch Variation des Tastverhältnisses des jeweiligen PWM-Signals des ersten Zeitgebers 24 kann die Dauer des angeschalteten Zustands des zugrundeliegenden Halbleiterbauelements der Leuchtdiode 18 variiert werden. Durch die Variation sämtlicher Tastverhältnisse der jeweiligen PWM-Signale der entsprechenden Halbleiterbauelemente kann durch die Leuchtdiode 18 insgesamt Licht emittiert werden (durch Überlagerung der Lichtemissionen der einzelnen Halbleiterbauelemente), das unterschiedliche Farben im optischen Spektrum aufweist, zumindest für das menschliche Auge. Das ist dadurch begründet, dass die Variationen des Tastverhältnisses entsprechend so kurzer Zeitskalen erfolgen, dass diese vom menschlichen Auge nicht aufgelöst werden können. Die Lichtemission der Leuchtdiode als Ganzes erscheint dann für das menschliche Auge quasihomogen entsprechend einer durch die Überlagerung der Lichtemissionen der separaten Halbleiterbauelemente bestimmten Wellenlänge (Farbe).By varying the duty cycle of the respective PWM signal of the first timer 24, the duration of the switched-on state of the underlying semiconductor component of the light-emitting diode 18 can be varied. By varying all duty cycles of the respective PWM signals of the corresponding semiconductor components, the light-emitting diode 18 can emit light as a whole (by superimposing the light emissions of the individual semiconductor components) that has different colors in the optical spectrum, at least to the human eye. This is because the variations in the duty cycle occur on such short timescales that they cannot be resolved by the human eye. The light emission of the light-emitting diode as a whole then appears quasi-homogeneous to the human eye, corresponding to a wavelength (color) determined by the superimposing the light emissions of the separate semiconductor components.

Die PWM-Signale des ersten Zeitgebers 24 sind immer derart, dass für einen gewissen zeitlichen (End-)Anteil der PWM-Periode 58 sämtliche Spannungsverläufe 54A, 54B, 54C ein unteres Signalniveau aufweisen, hier entsprechend einer abgeschalteten Leuchtdiode 18.The PWM signals of the first timer 24 are always such that for a certain temporal (final) portion of the PWM period 58, all voltage waveforms 54A, 54B, 54C have a lower signal level, here corresponding to a switched-off LED 18.

Der mit dem ersten Zeitgeber 24 gekoppelte zweite Zeitgeber 26 wird genutzt, um diese Eigenschaft auszunutzen, also um ein Zeitfenster innerhalb der PWM-Periode 58 auszuwählen, in dem die Leuchtdiode abgeschaltet ist und genutzt werden kann, um Messwerte der Messspannung zu erfassen.The second timer 26 coupled to the first timer 24 is used to exploit this property, i.e. to select a time window within the PWM period 58 in which the LED is switched off and can be used to record measured values of the measuring voltage.

Dazu kann der zweite Zeitgeber 26 beispielsweise ein Zählwerk gleichzeitig mit den Anfangszeitpunkten 56 der PWM-Periode 58 starten. Da die PWM-Periode 58 bekannt oder vorbestimmt sein kann, kann das Zählwerk des zweiten Zeitgebers 26 nur einem Anteil der PWM-Periode 58 entsprechen. Nach Erreichen eines vorbestimmten Zählschwellenwerts durch das Zählwerk des zweiten Zeitgebers 26 kann eine Teilzeitspanne 60 mit einer Teilzeitspannendauer 62 vorgesehen sein, innerhalb der Messwerte der Spannungsverläufe 54A, 54B, 54C erfasst werden. Die zeitliche Lage der Teilzeitspanne 60 innerhalb der PWM-Periode 58 wird dabei anhand des zweiten Zeitgebers 26 derart gewählt, dass die Leuchtdiode 18 in der Teilzeitspanne 60 abgeschaltet ist, und zwar hinsichtlich aller Spannungsverläufe 54A, 54B, 54C.For this purpose, the second timer 26 can, for example, start a counter simultaneously with the starting times 56 of the PWM period 58. Since the PWM period 58 can be known or predetermined, the counter of the second timer 26 can correspond only to a portion of the PWM period 58. After a predetermined counting threshold value has been reached by the counter of the second timer 26, a partial time period 60 with a partial time period duration 62 can be provided, within which measured values of the voltage waveforms 54A, 54B, 54C are recorded. The temporal position of the partial time period 60 within the PWM period 58 is selected using the second timer 26 such that the LED 18 is switched off during the partial time period 60, specifically with regard to all voltage waveforms 54A, 54B, 54C.

Das hat zur Folge, dass ein erfasster Messwert der Messspannung innerhalb der Teilzeitspanne 60 nur durch eine auf die Leuchtdiode 18 eintreffende optische Lichtstrahlung begründet sein kann. Basierend auf diesem Erfassungsmechanismus kann die von dem Mobilgerät 14 emittierte optische Signalfolge erfasst werden. Optional können dabei Spannungsschwellenwerte berücksichtigt werden, die von den Messwerten oder entsprechenden Differenzwerten zwischen Messwerten überschritten oder unterschritten werden müssen, um als Teil der optischen Signalfolge erkannt zu werden. So können Einflüsse der Umgebungsrestbeleuchtung umgangen werden. Die Überschreitung oder Unterschreitung entsprechender Spannungsschwellenwerte ermöglicht, Anfangs- und Endzeitpunkte von erfassten Lichtstrahlen zu ermitteln, wodurch auch die Dauer der Lichtstrahlen oder Abstände zu vorhergehenden oder nachfolgenden Lichtstrahlen bestimmt werden können. Zeitdauern der Lichtstrahlen oder Zeitabstände zu vorhergehenden oder nachfolgenden Lichtstrahlen können dabei anhand des Zählwerks des zweiten Zeitgebers 26 bestimmt werden.As a result, a recorded measured value of the measuring voltage within the partial time period 60 can only be caused by optical light radiation incident on the light-emitting diode 18. Based on this detection mechanism, the optical signal sequence emitted by the mobile device 14 can be detected. Optionally, voltage thresholds can be taken into account, which are dependent on the measured values or corresponding differences. Limit values between measured values must be exceeded or undershot in order to be recognized as part of the optical signal sequence. This allows the influence of residual ambient lighting to be circumvented. Exceeding or undershooting corresponding voltage threshold values makes it possible to determine the start and end times of detected light beams, which also allows the duration of the light beams or distances to previous or subsequent light beams to be determined. The duration of the light beams or the time intervals to previous or subsequent light beams can be determined using the counter of the second timer 26.

Das erfindungsgemäße Verfahren 40 kann ferner durch den optionalen Schritt 48 weitergebildet werden, gemäß dem die Steuervorrichtung 20 einen der ermittelten optischen Signalfolge zugeordneten Funktionsbefehl bestimmt. Dazu kann beispielsweise eine Datenbank der Speichervorrichtung 30 genutzt werden, die entsprechende Zuordnungen aufweisen kann.The method 40 according to the invention can be further developed by the optional step 48, according to which the control device 20 determines a function command associated with the determined optical signal sequence. For this purpose, a database of the storage device 30 can be used, for example, which can contain corresponding assignments.

Im zusätzlichen optionalen Schritt 50 kann eine Ausführung des so bestimmten, der ermittelten optischen Signalfolge zugeordneten Funktionsbefehls durch die Steuervorrichtung 20 initiiert werden. Als Folge kann das Feldgerät 12 durch die von dem Mobilgerät 14 ausgesendete optische Signalfolge beispielsweise in einen bestimmten Betriebszustand versetzt werden.In the additional optional step 50, the control device 20 can initiate execution of the function command thus determined and associated with the determined optical signal sequence. As a result, the field device 12 can, for example, be placed into a specific operating state by the optical signal sequence transmitted by the mobile device 14.

Als Alternative kann die optische Signalfolge auch die Ausgabe von Informationen durch die Leuchtdiode 18 des Feldgeräts 12 zur Folge haben, die durch das Mobilgerät 14 detektierbar ist. Um spezifische Informationen auszugeben, kann beispielsweise das Tastverhältnis der Spannungsverläufe 54A, 54B, 54C anhand des ersten Zeitgebers 24 angepasst werden.Alternatively, the optical signal sequence can also result in the output of information by the LED 18 of the field device 12, which can be detected by the mobile device 14. To output specific information, for example, the duty cycle of the voltage waveforms 54A, 54B, 54C can be adjusted using the first timer 24.

So wird eine vollständige bidirektionale optisch-basierte Kommunikation zwischen dem Feldgerät 12 und dem Mobilgerät 14 ermöglicht.This enables complete bidirectional optical-based communication between the field device 12 and the mobile device 14.

In vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße System 10 und das erfindungsgemäße Verfahren 52 als Nachrüstlösung bei bestehenden Feldgeräten angewendet werden, sofern diese zumindest eine Leuchtdiode 18 aufweisen. Das Feldgerät 12 muss dazu nicht mittels eines expliziten Fotosensors aufgerüstet werden, um die beschriebenen Funktionalitäten zu ermöglichen.Advantageously, the system 10 according to the invention and the method 52 according to the invention can be used as a retrofit solution for existing field devices, provided they have at least one light-emitting diode 18. The field device 12 does not need to be upgraded with an explicit photosensor to enable the described functionalities.

In der Anmeldung kann auf Mengen und Zahlen Bezug genommen werden. Sofern nicht ausdrücklich angegeben, sind solche Mengen und Zahlen nicht als einschränkend zu betrachten, sondern als Beispiele für die möglichen Mengen oder Zahlen im Zusammenhang mit der Anmeldung. In diesem Zusammenhang kann in der Anmeldung auch der Begriff „Mehrzahl“ verwendet werden, um auf eine Menge oder Zahl zu verweisen. In diesem Zusammenhang ist mit dem Begriff „Mehrzahl“ jede Zahl gemeint, die größer als eins ist, z. B. zwei, drei, vier, fünf, usw. Die Begriffe „etwa“, „ungefähr“, „nahe“ usw. bedeuten plus oder minus 5 % des angegebenen Wertes.References to quantities and numbers may be made in the application. Unless expressly stated, such quantities and numbers are not to be considered limiting, but rather as examples of the possible quantities or numbers in the context of the application. In this context, the application may also use the term "plurality" to refer to a quantity or number. In this context, the term "plurality" means any number greater than one, e.g., two, three, four, five, etc. The terms "about," "approximately," "near," etc., mean plus or minus 5% of the stated value.

Claims

System (10) for optical communication between a mobile device (14) with a lighting device (32) and a field device (12) which has at least one light-emitting diode (18), wherein the mobile device (14) is configured to emit an optical signal sequence by means of the lighting device (32), wherein the field device (12) has a control device (20) which is coupled to the at least one light-emitting diode (18) and is configured to detect the optical signal sequence emitted by the mobile device (14) based on a voltage measurement for the at least one light-emitting diode (18) in the switched-off state.

System (10) according to Claim 1 , characterized in that the field device (12) has at least one analog-digital converter (28) which is coupled to the at least one light-emitting diode (18) and is configured to generate a digital voltage signal based on an analog voltage measurement for the at least one light-emitting diode (18) and to transmit it to the control device (20).

System (10) according to Claim 2 , characterized in that the control device (20) is arranged to identify a voltage value of the digital voltage signal received by the analog-digital converter (28) as part of a detected optical signal sequence only if a difference between the corresponding voltage value and the voltage value preceding this voltage value exceeds or falls below a predetermined voltage threshold value.

System (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the field device (12) has at least one timer (24) which is coupled to the at least one light-emitting diode (18), and wherein the control device (20) is configured to determine a state of the at least one light-emitting diode (18) based on a pulse-width modulated control signal output by the timer (24).

System (10) according to Claim 4 , characterized in that the timer (24) and the at least one light-emitting diode (18) are three-phase, and wherein terminals of each phase of the at least one three-phase light-emitting diode (18) are coupled to separate outputs of the three-phase timer (24).

System (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (20) of the field device (12) is coupled to a memory device (30) in which at least one predefined function command is stored, and wherein a corresponding optical signal sequence to be detected by the field device (12) is assigned to the at least one predefined function command.

System (10) according to Claim 6 , characterized in that the control device (20) is arranged to execute the functional error if it detects the optical signal sequence associated with it.

System (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (20) is configured to output a control signal based on which an optical signal sequence is defined which can be emitted by the at least one light-emitting diode (18).

System (10) according to Claim 8 , characterized in that the mobile device (14) has at least one camera device (34) and is configured to capture an optical signal sequence emitted by the at least one light-emitting diode (18) by means of the at least one camera device (34).

A method (40) for optical communication between a mobile device (14) having a lighting device (32) and a field device (12) having at least one light-emitting diode (18), wherein the field device (12) has a control device (20) coupled to the at least one light-emitting diode (18), in particular in a system (10) according to one of the preceding claims, wherein: - the mobile device (14) emits an optical signal sequence by means of the lighting device, - the control device (20) detects a measurement voltage of the light-emitting diode (18) in the switched-off state, and - the control device (20) determines the optical signal sequence emitted by the mobile device (14) from the detected measurement voltage.