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Fernsteuerschaltung zum drahtlosen Auslösen von Schaltvorgängen Die
Erfindung bezieht sich auf eine Fernsteuerschaltung zum drahtlosen Auslösen von
Schaltvorgängen bei einer Anzahl von Schalteinheiten, die über ein verhältnismäßig
großes Gebiet verstreut sind. Eine derartige Fernsteuerschaltung ist insbesondere
zum zentralen Einschalten und Ausschalten von Straßenbeleuchtungen geeignet.
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Es sind bereits Fernsteuerschaltungen bekannt, bei denen die drahtlos
übertragenen Schaltsignale auf eine Trägerwelle mit verschiedenen Audiofrequenzen
aufmoduliert und als Impulsfolgen auf (an den einzelnen Schalteinheiten angeordnete)
Empfänger übertragen werden. Dabei sind jedem Empfänger parallele und auf je eine
der Audiofrequenzen abgestimmte Kanäle nachgeschaltet, die die Steuerspannungen
für die zu beeinflussenden Schaltrelais liefern, so daß jeder gewünschte Schaltvorgang
durch Auswahl der dem betreffenden Schaltrelais zugeordneten Audiofrequenz selektiv
ausgelöst werden kann. Bei solchen Fernsteuerschaltungen ist auch schon in jedem
abgestimmten Kanal ein bistabiler Kreis angeordnet worden, der durch die über den
betreffenden Kanal verarbeiteten Impulse in seinen leitenden Zustand gekippt wird
und dadurch das Schaltrelais dieses Kanals speist, wobei die Rückstellung der bistabilen
Kreise und damit der Schaltrelais in sämtlichen abgestimmten Kanälen gleichzeitig
mittels eines Löschsignals erfolgt, das über einen zusätzlichen abgestimmten Kanal
übertragen wird.
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Die Fernsteuerschaltungen des vorangehend umrissenen Typs sind relativ
anfällig gegen Störimpulse. Außerdem ermöglichen sie nicht die selektive Auslösung
von gleichartigen Schaltvorgängen bei gruppenweise zusammengefaßten Schalteinheiten,
es sei denn, daß der Aufwand einer entsprechenden Anzahl von zusätzlichen Audiofrequenzen
in Kauf genommen wird.
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Diese Nachteile der bekannten Fernsteuerschaltungen sollen durch die
Erfindung beseitigt werden, und zwar - ausgehend von einer Fernsteuerschaltung mit
zwei verschiedenen Audiofrequenzen und mit zwei entsprechend abgestimmten empfängerseitigen
Kanälen - dadurch, daß bei jedem Empfänger jeder der beiden Kanäle (»An-Kanal« bzw.
»Aus-Kanal«) mit einer der beiden Hälften eines bistabilen Kreises verbunden ist
und eine Summierschaltung enthält, die die in dem betreffenden Kanal ankommenden
Impulse summiert und nach Aufnahme einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen eine
Summenspannung als Steuerspannung auf den einen oder anderen Eingang des bistabilen
Kreises abgibt, von dessen Zustand wiederum die Schaltrelais beeinflußt werden.
Bei dem Vorschlag der Erfindung erfolgt in jedem der beiden dem Empfänger nachgeschalteten
Kanäle eine Zählung der Schaltimpulse, wobei eine Betätigung des bistabilen Kreises
und damit eine Auslösung des Schaltvorganges nur erfolgen kann, wenn eine vorbestimmte
minimale Anzahl von Schaltimpulsen durch den betreffenden Kanal durchgelaufen ist.
Damit wird es in einfacher Weise möglich, einzelne Gruppen von Schalteinheiten auf
eine unterschiedliche Anzahl von Impulsen einzustellen, so daß wahlweise entweder
durch Aussenden von zunächst einer kleineren und dann von einer größeren Anzahl
von Impulsen (bei der gleichen Audiofrequenz) ein aufeinanderfolgendes Schalten
der Gruppen von Schalteinheiten bewirkt werden kann oder aber durch alleiniges Aussenden
einer großen Anzahl von Impulsen ein gleichzeitiges Schalten sämtlicher Schalteinheiten
vorgenommen werden kann. Weiterhin lassen sich bei jeder Schalteinheit die dem bistabilen
Kreis und damit dem Schaltrelais zugeordneten beiden parallelen Kanäle, deren Speisung
das Umkippen des bistabilen Kreises in den leitenden oder nichtleitenden Zustand
bestimmt, auf eine unterschiedliche Anzahl von notwendigen Schaltimpulsen einstellen,
so daß für das Ausschalten von Gruppen von Schalteinheiten eine von dem Einschalten
unabhängige Reihenfolge möglich ist, wobei auch die
gruppenweise
Zusammenfassung von Schalteinheiten für den Ausschaltvorgang nicht gleich der gruppenweisen
Zusammenfassung für den Einschaltvorgang zu sein braucht.
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Da die üblichen Summierschaltungen normalerweise so beschaffen sind,
daß die Summenspannung nach mehr oder weniger kurzer Zeit wieder abfällt, wenn keine
neuen Impulse zugeführt werden, ist die erfindungsgemäß aufgebaute Fernsteuerschaltung
sehr unempfindlich gegen irgendwelche Störimpulse. Deshalb ist es auch ohne weiteres
möglich, eine bereits vorhandene, mit Sprache und Musik modulierte Rundfunkwelle
als Trägerwelle für die Schaltimpulse zu verwenden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in einem Ausführungsbeispiel
an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild
einer bei der Fernsteuerschaltung gemäß der Erfindung verwendeten Schalteinheit,
F i g. 2 eine graphische Darstellung der an einzelnen Punkten in der Schalteinheit
nach F i g. 1 auftretenden Wellenzüge.
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Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Fernsteuerschaltung dient zum drahtlosen Einschalten und Ausschalten der Straßenbeleuchtung
innerhalb eines bestimmten größeren Gebietes von einer Zentralstation aus, die viele
Kilometer außerhalb der Grenzen des betreffenden Gebietes gelegen sein kann. An
jeder Schaltstelle für die Straßenbeleuchtung befindet sich dabei eine Schalteinheit,
deren Aufbau in F i g. 1 näher dargestellt ist.
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An der Zentralstation ist ein Radiosender angeordnet, der mit einer
ausgewählten Trägerfrequenz arbeitet und der jede Stelle des zu überdeckenden Gebietes
mit ausreichender Signalstärke versorgt. Wenn das zu überdeckende Gebiet relativ
klein ist, genügt dabei ein Sender von niedriger Leistung. Vorzugsweise wird jedoch
ein Hochleistungssender, z. B. ein üblicher Rundfunksender, eingesetzt, der ein
entsprechend großes Gebiet erfassen kann. Die von dem Radiosender ausgestrahlte
Trägerwelle wird, sobald ein Schaltvorgang bewirkt werden soll, mittels üblicher
Einrichtungen kurzzeitig mit Schaltsignalen moduliert, die aus Audiofrequenzen in
der Form einer Folge von diskreten Impulsen bestehen. Die Audiofrequenzen liegen
dabei, um bei Verwendung eines Rundfunksenders die Trägerwelle auch noch zur Übertragung
von Sprache oder Musik nutzbar zu machen, zweckmäßig in der Nähe der oberen Grenze
des Hörbereichs. Bei dem hier betrachteten Beispiel werden Audiofrequenzen von 8
kHz und von 9 kHz verwendet, die in Form einer Folge von sechs Impulsen mit einer
Wiederholungsfrequenz von 1 Hz und im Verhältnis 1 : 1 zwischen Impulsdauer und
Länge der Impulslücken auf die Trägerwelle aufmoduliert werden. Die Frequenz von
8 kHz soll nachfolgend die »An-Frequenz« genannt werden, während die Frequenz von
9 kHz als »Aus-Frequenz« bezeichnet werden soll.
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Jede Schalteinheit ist zur Aufnahme des von dem Radiosender ausgestrahlten
Wellenzuges A mit einem auf die Trägerfrequenz des Radiosenders abgestimmten, zweckmäßig
transistorisierten und mit automatischer Verstärkungssteuerung versehenen Empfänger
2 ausgerüstet, der von jeder geeigneten Normalbauart sein kann und eine Niederfrequenz-Ausgangsstufe
besitzt. Die Speisung des Empfängers erfolgt über eine Antenne 1 in Form einer auf
einem Ferritstab angeordneten Spule, die zusammen mit einem zusätzlichen Kondensator
den Abstimmkreis für die ausgewählte Trägerfrequenz bildet. Alternativ kann aber
auch eine auf einem Ferrit-Topfkern angeordnete Spule benutzt werden, die durch
einen Abstimmkondensator auf die ausgewählte Trägerfrequenz abgestimmt und über
einen Sperrkondensator mit Strom versorgt ist. Im letzteren Fall kann die gesamte
Einrichtung in einem versiegelten Behälter angeordnet sein. Als sehr geeignet hat
es sich erwiesen, den Empfänger 2 mit fünf Transistoren zu bestücken. Einer der
Transistoren dient dabei als Mischoszillator, zwei weitere Transistoren dienen zur
Verstärkung des Zwischenfrequenzsignals, der vierte Transistor ist eine Diode zum
Gleichrichten des Zwischenfrequenzsignals und der letzte Transistor ist als Audiofrequenzverstärker
geschaltet. Dem letztgenannten Transistor wird der Ausgang aus der Diode über ein
der Amplitudensteuerung dienendes Potentiometer zugeführt.
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Die von dem Empfänger 2 gelieferte Ausgangsspannung B, die die Modulation
der von dem Radiosender ausgestrahlten Trägerwelle darstellt, wird an zwei parallele
Kanäle angelegt. Die beiden Kanäle sind durch Abstimmkreise 3 bzw. 3' scharf auf
die An-Frequenz bzw. die Aus-Frequenz abgestimmt, so daß jeder Kanal nur denjenigen
Teil des Audiofrequenzausgangs des Empfängers 2 aufnehmen kann, der sich auf der
Eigenfrequenz des betreffenden Abstimmkreises befindet. Zweckmäßig sind die beiden
Abstimmkreise 3 und 3' als abgestimmte, mit Transistoren bestückte Audiofrequenzverstärker
ausgebildet, denen noch jeweils ein weiterer Verstärker 4 bzw. 4' nachgeschaltet
ist. Die abgestimmten Verstärker können dabei mit maximalem Wirkungsgrad betrieben
werden.
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Die Ausgangsspannung C aus den beiden Verstärkern 4 bzw.
4' wird jeweils einem üblichen Gleichrichter 5 bzw. 5' zugeführt, der mit
einer Amplitudenbegrenzerschaltung gekoppelt sein kann und der als Ausgangsspannung
D einen Rechteckwellenzug mit einer Frequenz von 1 Hz liefert. Die Ausgangsspannung
D der beiden Gleichrichter 5 und 5' wird jeweils an einen Summierkreis 6 bzw. 6'
angelegt, dessen Ausgangsspannung E einen treppenstufenförmig ansteigenden Wellenzug
darstellt und eine vorbestimmte Höhe erreicht, wenn sechs Schaltimpulse der dem
betreffenden Kanal zugeordneten Audiofrequenz mit dem Wellenzug A angekommen sind.
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Der Summierkreis 6 bzw. 6' kann zweckmäßig aus einer sogenannten Diodenpumpe
bestehen, die in zahlreichen Ausführungsformen bekannt ist. Eine solche Diodenpumpe
enthält im Prinzip zwei unterschiedlich große Kondensatoren, zwischen denen sich
eine vorn großen zum kleineren Kondensator leitende Diode befindet. Der Rechteckwellenzug
wird dem großen Kondensator zugeführt, und die Ausgangsspannung wird über dem kleineren
Kondensator abgenommen. Jeder zugeführte Rechteckimpuls bewirkt eine Aufladung der
beiden Kondensatoren im Verhältnis ihrer Kapazitäten, so daß sich der kleinere Kondensator
nur bis zu einer entsprechend kleinen Teilspannung auflädt. Wenn vor der Zufuhr
des nächsten Impulses der große Kondensator in geeigneter Weise entladen wird, behält
der kleinere Kondensator seine Ladung, so daß bei der Aufteilung des nächsten Impulses
auf die beiden Kondensatoren der kleinere Kondensator (zumindest in erster Näherung)
auf die doppelte Teilspannung aufgeladen wird.
Mithin steigt die
Spannung über dem kleineren Kondensator treppenstufenförmig an.
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Die von den Summierkreisen 6 und 6' gelieferte Ausgangsspannung E
wird jeweils an eine der beiden Hälften eines (zweckmäßig transistorisierten) bistabilen
binären Schaltkreises 7 angelegt, der so beschaffen ist, daß er nur dann von einem
Zustand in seinen anderen Zustand umkippt, wenn die Ausgangsspannung E den obenerwähnten
vorbestimmten Wert erreicht hat.
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Diejenige Hälfte des bistabilen Kreises 7, die an den auf-An-Frequenz
abgestimmten Kanal angeschlossen ist, erzeugt die Schaltspannung F und ist mit der
Wicklung eines elektromagnetischen Relais
als Belastung verbunden, während die andere Hälfte des bistabilen Kreises 7 z. B.
mit einem Widerstand 8 belastet ist. Die Schaltkontakte RLA1 des Relais
sind Bestandteile des elektrischen Speisekreises für die Straßenbeleuchtung. Die
Anordnung ist so getroffen, daß durch Speisung der Relaiswicklung sich die Relaiskontakte
schließen und damit die Stromzufuhr zu der zu schaltenden Straßenbeleuchtung ermöglichen.
Da das Relais, wenn es einmal gespeist ist, so lange gespeist bleibt, bis ein Signal
bei Aus-Frequenz übertragen wird, kann es von einfacher Bauart sein.
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Im Normalzustand der Schalteinheit befindet sich diejenige Hälfte
des bistabilen Kreises 7, die die Relaiswicklung als Belastung enthält, im nichtleitenden
Zustand, so daß die Relaiswicklung ungespeist und damit die Straßenbeleuchtung abgeschaltet
ist.
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Sobald die Straßenbeleuchtung eingeschaltet werden soll, wird die
von der Zentralstation ausgestrahlte Trägerwelle mit einem Impulszug von sechs Impulsen
mit An-Frequenz moduliert, die .eine Wiederholungsfrequenz von 1 Hz besitzen und
deren Verhältnis von Impulslänge zur Länge der Impulslücken gleich 1 : 1 ist. Die
in jeder Schalteinheit befindlichen Empfänger 2 geben daraufhin die die Modulation
der Trägerwelle darstellende Ausgangsspannung B an die beiden abgestimmten Audiofrequenzverstärker
3 und 3' ab. Es spricht aber nur der Verstärker 3, der auf die An-Frequenz abgestimmt
ist, auf diesen Ausgang an, so daß die Spannung B nur in dem diesem Verstärker nachgeschalteten
Kanal weiterverarbeitet werden kann. Damit liefert der Gleichrichter 5 eine Rechteckwelle,
die aus sechs Impulsen mit einer Wiederholungsfrequenz von 1 Hz besteht und die
ein Verhältnis von Impulsdauer zur Impulslücke von 1 : 1 besitzt. Diese Rechteckwelle
gelangt zu der Summierschaltung 6. Sobald sechs Impulse durchgelaufen sind, hat
die Ausgangsspannung E der Summierschaltung 6 den zum Umkippen des bistabilen Kreises
7 notwendigen Wert erreicht. Dementsprechend wird die Hälfte des bistabilen Kreises
7, die bislang im nichtleitenden Zustand war, nunmehr leitend, so daß die Wicklung
des Relais
gespeist wird, wobei sich die Relaiskontakte RLA 1 schließen und die Stromzufuhr
zur Straßenbeleuchtung bewirken.
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Wenn die Straßenbeleuchtung wieder ausgeschaltet werden soll, wird
die von der Zentralstation ausgestrahlte Trägerwelle mit einem Impulszug von sechs
Impulsen mit Aus-Frequenz moduliert, und zwar analog der für das Einschalten beschriebenen
Weise. Dieser Impulszug wird durch den dem auf die Aus-Frequenz abgestimmten Verstärker
3' nachgeschalteten Kanal weiterverarbeitet und bewirkt einen erneuten Wechsel des
Zustandes des bistabilen Kreises 7. Dadurch wird die Speisung der Wicklung des Relais
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beendet, und als Folge davon wird die Stromzufuhr zur Straßenbeleuchtung unterbrochen.
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Wenn das Relais
durch ein Signal von einer der beiden Schaltfrequenzen bereits in einer bestimmten
Richtung betätigt worden ist, kann die Übertragung weiterer Signale dieser Frequenz
die Einstellung des Relais nicht mehr beeinflussen. Demzufolge ist es möglich, einige
der Schalteinheiten an den einzelnen Schaltstellen so auszugestalten, daß sie nur
auf eine bestimmte erste Anzahl von Impulsen in dem Schaltsignal ansprechen, während
weitere Schalteinheiten so beschaffen sind, daß sie nur auf eine zweite, größere
Anzahl von Impulsen in dem Schaltsignal reagieren. Ein Signal, das aus einer zu
kleinen Anzahl von Impulsen zusammengesetzt ist, liefert an dem Summierkreis 6 bzw.
6' eine Ausgangsspannung, die kein Umkippen des bistabilen Kreises 7 verursachen
kann und die bei Abwesenheit weiterer Impulse kontinuierlich abfällt, bis sie schließlich
wieder die Null-Ebene erreicht hat. Durch geeignete Auswahl der Anzahl von notwendigen
Schaltimpulsen ist es möglich, beispielsweise die Beleuchtung von Verkehrszeichen
vor der allgemeinen Straßenbeleuchtung einzuschalten und nach der allgemeinen Straßenbeleuchtung
wieder abzuschalten.
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Ähnliche Ergebnisse können erzielt werden durch Benutzung von mehr
als zwei unterschiedlichen Audiofrequenzen zum Modulieren der Trägerwelle. Dabei
sind die abgestimmten Verstärker in den Empfangsanlagen an den zu schaltenden Stationen
auf jeweils unterschiedliche Frequenzen abgestimmt, so daß die jeweiligen Relais
selektiv betätigt werden können. Die ersterwähnte Art der selektiven Betätigung
einzelner Stationen ist jedoch vorteilhafter, da sie mit weniger Aufwand verbunden
ist und da sie außerdem gestattet, durch sofortige Aussendung der maximalen Anzahl
von Schaltimpulsen sämtliche Schaltstellen in einfacher Weise im Bedarfsfall auch
gleichzeitig zu schalten.
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Die Relais
können nicht durch irgendwelche Fehlerimpulse betätigt werden, unabhängig davon,
ob diese Fehlerimpulse der Radioübertragung überlagert sind oder ob sie in der Hochspannungsleitung
der Transistorkreise erscheinen.
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Natürlich können Signale unterschiedlichen Charakters auch durch Verändern
anderer Merkmale gebildet werden, beispielsweise durch Veränderung der Wiederholungsfrequenz
und des Verhältnisses zwischen Impulsdauer und Impulslücke. In diesem Fall muß natürlich
die Schaltanordnung an den einzelnen Schaltstellen in entsprechender Weise modifiziert
werden.