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Verfahren und Vorrichtung zur stochastischen
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Übertragung von Meßwerten Stand der Technik Die Erfindung geht aus
von einem Verfahren zur Übertragung von Meßwerten nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Aus der DE-OS 20 02 476 ist es bereits bekannt, die Temperatur bei
Tiefkühlmöbeln zu überwachen. Beim Überschreiten eines vorgegebenen Sollwertes wird
ein Signal über die Netzleitung zu einer Auswertestelle übertragen und dort das
Überschreiten der Temperatur angezeigt. Die vorgeschlagene Vorrichtung hat jedoch
den Nachteil, daß nur das Signal von einem Tiefkühlmöbel übertragen werden kann.
Die Auswertung mehrerer Meßwerte ist nicht möglich. Eine weitere bekannte Möglichkeit,
mehrere Daten gleichzeitig zu übertragen, ist durch das Zeitmultiplexverfahren gegeben.
Jeder Sendeeinheit steht ein bestimmtes Zeitintervall zur Verfügung, in der Datenworte
absetzbar sind. Die Zeitintervalle der einzelnen Sender schließen sich unmittelbar
aneinander an und wiederholen sich zyklisch. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß
alle Komponenten ein spezielles Steuersignal oder Synchronsignal empfangen müssen,
um eine Synchronisierung zu gewährleisten. Dieses Verfahren ist daher aufwendig.
Anordnungen einer bestimmten Anzahl
von Sendern und Empfängern
müssen ein Modul besitzen, welches die Synchronistationsimpulse generiert. Jeder
Sender muß einen Empfänger beinhalten, der die Synchronisationsimpulse aufnimmt.
Die Datenübertragung nach dem Zeitmultiplexverfahren gestaltet sich daher aufwendig.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Empfänger und
Sender einfach auszugestalten sind und eine externe Synchronisation nicht erforderlich
ist. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die Zahl der Sendestationen nahezu
beliebig erweiterbar ist, ohne daß an der bestehenden Einrichtung etwas geändert
werden muß.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, die Datenübertragung über das Lichtnetz zu bewerkstelligen.
Hierdurch erübrigt sich das Ziehen von zusätzlichen Leitungen im Haus. Insbesondere
bei Heizungsanlagen kann ein Temperaturfühler mit Sender in jede beliebige vorhandene
Steckdose eingeführt werden. Zusätzliche Aufwendungen sind nicht erforderlich. Es
ist auch günstig, die Datenübertragung digital und seriell auszugestalten. Die digitale
Übertragung garantiert eine hohe Störsicherheit, während durch die serielle Übertragung
die Anzahl der Leitungen gering ist. Vorteilhaft ist es auch, die Datenübertragung
mittels eines Datentelegramms
zu bewirken, das zumindest ein Steuerwort,
die Daten und ein Prüfwort aufweist. Bei dieser Ausgestaltung des Datentelegramms
ist die Empfängerschaltung einfach und zuverlässig aufzubauen. Weiterhin ist es
günstig, die Ausstrahlung eines jeden Signales eines Senders zumindest einmal zu
wiederholen.
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Bei stochastischen Systemen ist nicht gewährleistet, daß jedes ausgestrahlte
Datenwort einwandfrei empfangen wird. Mit der Zahl der Wiederholungen wächst jedoch
die Sicherheit, daß die Information zum Empfänger gelangt.
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Eine Vorrichtung zur Übertragung der Meßwerte nach der Erfindung gestaltet
sich besonders einfach, wenn jeder Sender einen Zufallsgenerator aufweist, der die
Aussendung des Datenwortes bewirkt und daß jeder Empfänger eine Kontrolleinrichtung
aufweist, durch die fehlerhafte Signale unterdrückt sind. Die Signale werden günstig
trägerfrequent moduliert, so daß eine trägerfrequente Übertragung über das Lichtnetz
möglich ist. Weiterhin ist es günstig, wenn der Sender zwei Frequenzgeneratoren
aufweist, die getaktet sind und daß dieses Signal einer Modulationseinheit zugeführt
ist. Durch die Redundanz der Übertragung-mittels zweier Frequenzgeneratoren wird
erreicht, daß kurze Störungen auf der Übertragungsleitung im allgemeinen nicht schädlich
sind. Es ist auch günstig, wenn der Empfänger zwei Filter aufweist, denen das demodulierte
Trägerfrequenzsignal zugeführt ist, daß jedem Filter ein weiterer Demodulator zugeordnet
ist und daß die demodulierten Signale einem Differenzverstärker zugeführt sind.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig.
1 den Aufbau eines Übrtragungssystems mit mehreren Empfängern und mehreren Sendern,
Fig. 2 ein Beispiel einer Datenübertragung, Fig. 3 ein Beispiel für den Aufbau des
Datenwortes, Fig. 4 die vorteilhafte Ausgestaltung eines Senders und Fig. 5 die
vorteilhafte Ausgestaltung eines Empfängers.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels Fig. 1 zeigt drei Sender 1,
2 und 3, die einen Temperaturfühler aufweisen und in jeweils einem Raum einer Wohnung
angebracht sind. Weiterhin sind zwei Empfänger 4 und 5 vorgesehen. Der Empfänger
4 dient beispielsweise zur Anzeige der Raumtemperatur, während der Empfänger 5 zur
Regelung der Verbrennungsanlage vorgesehen ist. Die Sender 1 - .3 und die Empfänger
4 und 5 sind am Lichtnetz 6 der entsprechenden Wohnung angeschlossen. Wie die Fig.
2 zeigt, senden die Sender 1 - 3 Datentelegramme aus, wobei die Aussendung nicht
synchronisiert ist, sondern stochastisch erfolgt. Der Sender 1 sendet dazu in unterschiedlichen
Zeitabständen Datentelegramme aus. Ebenso sind die Zeitabstände beim Sender 2 und
beim Sender 3 verschieden.
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Diese Datentelegramme, die beispielsweise alle für den Empfänger 5
bestimmt sind, werden von diesem gesammelt und auf Richtigkeit überprüft, Wie die
Figur 2 zeigt, ist hierbei der empfangene Impuls 7 länger als die übrigen Impulse.
Der Empfänger ist dadurch beispielsweise in der Lage, diesen Impuls herauszufinden
und
für die weitere Signalbearbeitung nicht zu verwenden.
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Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Datentelegramms, wie es zur Übertragung
von den Sendern 1- 3 zu den Empfängern 4 und 5 verwendbar ist. Zuerst folgt ein
Synchronisationsimpuls 9, dem ein Flaggenwort 10 folgt, das anzeigt, daß nun die
Daten folgen. Der Flagge 10 folgt ein Adresswort 11. Durch das Adresswort 11 wird
ein ganz bestimmter Empfänger aktiviert, der die nachfolgenden Daten aufnehmen soll.
Ist in dem gesamten System nur ein Empfänger vorgesehen, so kann das Adresswort
entfallen. Dem Adresswort 11 folgt ein Steuerwort 12, das dem Empfänger 4, 5 zum
Erkennen des Senders 1, 2 oder 3 dient. Anschließend folgen die Daten im Datentelegramm
13. Abschließend wird noch ein Prüfwort 14 übermittelt, das den Empfänger befähigt,
die Richtigkeit des übertragenen Wortes zu überprüfen. Eine Flagge 15 beschließt
das Datentelegramm. Jedes Datentelegramm wird durch den im Sender vorhanden Zufallsgenerator
gestartet, der stochastische Triggerimpulse erzeugt, die den Sender zum Absetzen
des Datentelegramms befähigen. Unter Berücksichtigung der mittleren Periodendauer
der stochastisch erzeugten Triggerimpulse in Verbindung mit der Länge des Datentelegramms,
der Anzahl der Wortwiederholungen und der Anzahl der maximal zulässigen Sender im
System kann mit großer Wahrscheinlichkeit gewährleistet werden, daß die abgegebenen
Datentelegramme die betreffenden Empfänger ungestört, d. h. überlappungsfrei, erreichen.
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Der Empfänger 4 oder 5 kann nunmehr an mehreren Kriterien erkennen,
ob das Datentelegramm richtig übertragen ist. Einerseits ist die Zeitspanne zwischen
den Flaggen 10 und 15 nahezu konstant, so daß bei größeren Abweichungen eine Überlappung
ohne Schwierigkeiten erkennbar ist, da dann das Datentelegramm verlängert erscheint.
Werden zwei Datentelegramme überschrieben, so ist vom Empfänger festzustellen, ob
das Prüfwort 14 mit den übrigen Teilen 11 - 13 des Datentelegramms korreliert.
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Da Störungen durch das gleichzeitige Absenden mehrerer Datentelegramme
von mehreren Sendestationen nicht ausgeschlossen werden kann, eignet sich dieses
Übertragungsverfahren insbesondere für solche Anwendungen, bei denen wegen der großen
Trägheit der durchzuführenden Funktionen eine stetige ordnungsgemäße Übertragung
der Signale nicht notwendig ist. Eine solche Trägheit weisen beispielsweise Heizungssysteme
auf.
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Hier genügt es, wenn in Abständen von mehreren Minuten ein Momentanwert
der Temperatur eines Raumes in Form eines Datenwortes übertragen und im Empfänger
zwischengespeichert wird, bis das nächste Datentelegramm eingeht. Sollte einmal,
bedingt durch die systembedingten Fehlermöglichkeiten, ein Momentanwert nicht übertragen
werden, so hätte dies wegen der großen Systemträgheit von Heizungssystemen kaum
erwähnenswerte Folgen. Ein weiterer Anwendungsfall ist die Überwachung von mehreren
Haushaltsgeräten, beispielsweise Tiefkühltruhen, durch einen Empfänger.
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Eine weitere Möglichkeit ist die Überprüfung von Sicherheitseinrichtungen
in einem Gebäude, wo jeder Alarmmelder in zeitlich variablen Abständen Impulse abgibt,
um sein ordnungsgemäßes Funktionieren zu signalisieren.
Auch hier
ist es nicht erforderlich, jeden Impuls eines Alarmmelders eindeutig zu empfangen,
da auch hier in Abhängigkeit vom System eine Überwachung in zeitlich längerem Abstand
meist tragbar ist. Bei der Auslösung eines Alarms kann durch das ständige Wiederholen
desselben Datenwortes schon allein durch die Länge des Datensatzes erreicht werden,
daß dieser unverzüglich erkannt wird.
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Fig. 4 und Fig. 5 zeigen als Blockschaltbild Ausführungsbeispiele
für einen Sender und einen Empfänger.
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In Fig. 4 ist ein Temperaturgeber 17 gezeigt, dessen Ausgangssignal
einem Analog-Digital-Wandler 18 zugeführt ist. Das digitale Signal des Analog-Digital-Wandlers
18 gelangt in einen Mikroprozessor 19, der die Aufbereitung des Datenwortes nach
Fig. 3 übernimmt. Das aufbereitete Datentelegramm wird durch einen Zufallsgenerator
20 gestartet, wodurch je nach digitalem Signal dieses seriellen Datenflusses einer
der Oszillatoren 32 oder 33 durch den elektronischen Schalter 34 auf den spannungsabhängigen
Oszillator 21 geschaltet wird. Der Zufalls generator 20 ist entweder hardwaremäßig
aufbaubar oder ist im Mikroprozessor 19 als Software realisiert. Man erhält am Ausgang
des Oszillators 21 eine durch den Mikroprozessor 19 mit zwei Modulationsfrequenzen
modulierte Trägerfrequenz, die vorzugsweise im Langwellenbereich liegt. Diese wird
über einen speziellen Resonanzkreis 22 zum Lichtnetz übertragen. Um auch bei Stromausfall
ein Arbeiten der Sender zu gewährleisten, können Akkumulatoren vorgesehen sein,
die zumindest zeitweise die Spannungsversorgung des betroffenen Senders übernehmen.
Dies ist insbesondere
dann nützlich, wenn der Sender als Alarmmelder
ausgebildet ist, so daß auch bei einer Zerstörung der Stromzufuhr der Sender noch
funktionsfähig ist und über das üblicherweise weit verzweigte Stromversorgungsnetz
dem Empfänger Signale übertragen kann.
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In Fig. 5 ist beispielhaft ein Empfänger dargestellt.
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Ein spezielles Bandfilter 23 überträgt die Trägerfrequenzinformation
zu einem Verstärker 24, von dem diese verstärkt und selektiert wird und auf die
Demodulationsstufe 35 geleitet wird, welche die aufmodulierten Frequenzen zurückgewinnt.
Diese Frequenzen werden den Filtern 25 und 27 zugeführt. Das Filter 25 ist auf die
obere Modulationsfrequenz abgeglichen, während das Filter 27 die untere Modulationsfrequenz
überträgt. Die Filter 25 und 27 sind vorteilhafterweise als Bandpaß-Filter ausgebildet.
Den Filtern folgen Gleichrichter 96 und 28. Die Ausgänge der Gleichrichter 26 und
28 werden einem Differenzverstärker 29 zugeführt, der als Komparator geschaltet
ist. Am Ausgang des Komparators liegt nun seriell das Datenwort an, das durch einen
Sender nach Fig. 4 übertragen worden ist. Unter Anwendung der aus der digitalen
Übertragungstechnik bekannten Verfahren ist es auch möglich, ein Datentelegramm
dann zu regenerieren, wenn eine Frequenz auf dem Übertragungsweg gestört wurde.
Durch die Ausfilterung beider Frequenzen und deren Vergleich im Komparator ist das
System redundant, d. h. Störungen in einem Frequenzkanal bewirken nicht zwangsläufig
den Verlust der gesamten Information, sondern eventuell bloß regenerierfähige Herabminderung,
so daß das System insgesamt weniger störanfällig ist. Der Ausgang
des
Komparators 29 steht mit einem Mikroprozessor 30 in Verbindung, der softwaremåßig
eine Überprüfung des übertragenen Datenwortes vornimmt.
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Es werden der Reihe nach die Länge des Datentelegramms, die richtige
Korrelation der Prüfbits mit dem Datentelegramm und der Steuerbefehl überprüft.
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Nur wenn sämtliche Größen übereinstimmen, wird am Ausgang des Mikroprozessors
das Datenwort 13 abgegeben, das beispielsweise von einem Digital-Analog-Wandler
31 in ein analoges Signal umgewandelt wird, das wiederum der Temperatur am Temperaturgeber
17 proportional ist. Dieses Signal kann nun zur Steuerung und Regelung einer Heizung
verwendet werden.
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Eine Überprüfung des Datentelegramms kann auch dadurch gewonnen werden,
daß jedes Datentelegramm mehrmals übertragen wird und mindestens einige der übertragenen
Datentelegramme übereinstimmend sein müssen.
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Auf diese Art und Weise ist eine sichere Datenübertragung möglich,
ohne daß die Sender untereinander synchronisiert sein müssen. Das stochastische
Übertragungsverfahren ist immer dann anwendbar, wenn niedrige Übertragungsraten
zur Anwendung kommen und kleine Fehlerraten bei der Übertragung von voneinander
unabhängigen Sendereinheiten zu Empfängern zulässig sind.
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