DE3308099C2

DE3308099C2 - Verfahren zur drahtlosen Übertragung eines Parameters zur Regelung der Temperatur eines Raumes sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE3308099C2
Application number: DE19833308099
Authority: DE
Inventors: Helmut 6331 Schöffengrund-Schwalbach Hund
Original assignee: HELMUT HUND KG 6330 WETZLAR DE
Current assignee: HELMUT HUND KG 6330 WETZLAR DE
Priority date: 1983-03-08
Filing date: 1983-03-08
Publication date: 1986-03-13
Also published as: DE3308099A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Regelung einer Größe, vornehmlich ein Verfahren zur Regelung der Temperatur eines Raumes, beschrieben. Außerdem werden zwei Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens offenbart. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Stellgröße y oder die Regelgröße x mindestens auf einem Teil ihres Weges zu dem Stellglied bzw. zu dem Regler durch modulierte IR-Strahlen übertragen werden. Die Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens umfassen eine IR-Sendediode, die entsprechend der Signalabgabe eines Fühlers modulierte IR-Strahlen aussendet, die auf der Empfangsseite von einer IR-Empfangsdiode aufgenommen und in aufbereiteter Form dem Stellglied bzw. dem Regler zugeführt werden. Letzterer gibt in an sich bekannter Weise eine entsprechende Stellgröße y an das Stellglied, das bei der Raumtemperaturregelung z. B. von dem Heizungsventil oder einem Elektroheizgerät gebildet wird.

Description

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulierstufe (7; 71) zusatzlich zum Modulator (8; 81) einen Taktgeber (9; 91) enthält, der zyklisch jeweils nur einen kurzen modulierten IR-Sendeimpuls bei relativ langer Zwischenpause erzeugt

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6—8. dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung des Geberbausteines und des Empfangsbausteines durch eingebaute Batterien erfolgt.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen ö—8, dadurch gekennzeichnet, daß der Geberbaustein und der Empfangsbaustein in die Steckdose einsteckbar sind und die Stromversorgung dieser Bausteine durch das Netz erfolgt

a) es ist ein Geberbaustein (3) vorgesehen, der die modulierten IR-Strahlen aussendet, und es ist ein Empfangsbauitein (4) vorgesehen, der die ausgesendeten iR-Striihlen empfängt und eine entsprechende Stellgröße y m das Stellglied (V) weitergibt,

b) der Geberbaustein (3) enthält einen Fühler (2) zur Erfassung der Regelgröße χ (Istwert), dem ein Vergleicher (5) in Form eines Differenzverstärkers sowie eine Modulierstufe (7) und eine Treiberstufe (11) nachgeschaltet sind, an deren Ausgang eine IR-Sendediode (12) angeschlossen ist,

c) der Empfangsbaustein (4) enthält eine IR-Empfangsdiode (13), an die ein Vorverstärker plus Dekoder (14) und über eine Halteschaltung (15) ein Treiber-Baustein (16) angeschlossen sind, der seinerseits mit dem Stellglied (V) verbunden ist (F ig. 1).

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3—5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) es ist ein Geberbaustein (31) vorgesehen, der die modulierten IR-Strahlen aussendet, und es ist ein Empfangsbaustein (41) vorgesehen, der die ausgesendeten IR-Strahlen empfängt und eine Stellgröße y an das Stellglied (V 1) weitergibt,

b) der Geberbaustein (31) enthält einen Fühler(21) zur Erfassung der Regelgröße χ (Istwert), die über einen Verstärker (101) die Modulierstufe (71) ansteuert; das entsprechend der Regelgröße χ modulierte Signal steuert über eine Treiberstufe (1 11) die Infrarot-Sendediode an,

c) der Empfangsbaustein (41) enthält einen IR-Empfänger (131). an den ein Vorverstärker und Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur drahtlosen Übertragung eines Parameters zur Regelung der Temperatur eines Raumes, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei Regelkreisen zur Regelung der Temperatur eines Raumes ist es bekannt, im Raum mindestens einen Temperaturfühler anzuordnen und von diesem Fühler, nach Vergleich des Ist-Wertes χ mit einem Sollwert (Führungsgröße w) eine Regelgröße χ einem Regler zuzuführen, der eine entsprechende Stellgröße y an ein Heizungsventil weiterleitet, das Jn dies -τι Regelkreis das Stellglied bildet.

Derartige Regelkreise können auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Zum Beispiel kann der Fühler stationär angeordnet sein, und die Regelgröße χ kann durch eine Drahtverbindung zum Regler übertragen werden.

Ebenso kann der Fühler mit dem Regler eine bauliche Einheit bilden, wobei dann die Stellgröße y drahtgebunden dem Stellglied zugeführt wird.

Diese Systeme haben jedoch den Nachteil, daß sie völlig starr angeordnet sind. Außerdem ist es sehr aufwendig, wenn die Temperatur nicht nur an einer Stelle des Raumes gemessen werden soll, sondern wenn im R?um verteilt mehrere Fühler angeordnet sind, deren Regelgrößen zusammengeschaltet dem Regler zugeführt werden müssen.

Ferner sind Hochfrequenzregelsysteme bekannt, die zwar drahtlos arbeiten, aber den Nachteil haben, daß für ihren Betrieb eine Zulassung durch die fernmeldctechnischen Stellen der Bundespost erforderlich ist. Ein solches System ist z. B. beschrieben in der DE-AS 19 06 507. Als Variante ist dort die Übertragung der Regelsignaie mittels Ultraschall angegeben.

Außerdem gibt es natürlich noch die bekannten Thermostatventile, die ebenfalls geschlossene Regelkreise darstellen, bei denen aber der Fühler mit dem Vcntiliiggregat baulich vereinigt ist. Letzteres bewirkt, daß die Temperatur nur in unmittelbarer Nähe des Heizkörpers gemessen wird. Für entfernter liegende Riuimccken müssen bei der Sollwertvorgabe entsprechende Zu-

schlage gemacht werden.

Von anderen Fachgebieten her, z. B. zur Fernsteuerung von Fernsehempfängern ist es bekannt, für diese Steuerung Infrarotstrahlen zu benutzen. Eine solche Steuerung ist z. B. beschrieben in der DE-AS 25 42 021. Zur Übertragung eines Parameters zur Temperaturregelung eines Raumes können IR-Strahlen aber deshalb nicht ohne weiteres benutzt werden, weil die ohnehin in der Umgebung vorhandenen, z. B. von Glühlampen etc. abgestrahlten IR-Strahlen als Störstrahlung wirken und eine richtige Parameterübertragung unmöglich machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, all diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zur drahtlosen Übertragung eines Parameters zur Regelung der Temperatur eines Raumes anzugeben, bei dem der Fühler nicht stationär angeordnet und auch nicht über besondere Zuleitungen mit dem Regler bzw. dem Stell glied, verzugsweise dem Ventil eines Heizkörpers oder dem Lüfter eines Elektroheizers, verbunden ist

Diese Aufgabe ist durch ein Verfahren gelöst, das den im Anspruch 1 angegebenen Verfahrtnsschritt umfaßt.

Dieser Verfahrensschritt besteht darin, dev· Regelparameter, d. h. entweder die Stellgröße y oder die Regelgröße x, durch modulierte IR-Strahlen zum Stellglied b/.w. Zum Regler zu übertragen. Bei diesen modulierten IR-Strahlen handelt es sich um Strahlen, die mittels eines Oszillators in einer bestimmten Frequenz moduliert sind. Eine solche Frequenz könnte z. B. 30 kHz sein. Andere Frequenzen sind ebenfalls anwendbar, je nach örtlichen Verhältnissen und praktischen Bedingungen. Die Modulation kann auch als sogenannte Pulscodemodulation mit der eben erwähnten Trägerfrequenz erfolgen.

Die Modulation hat quasi einen Verschlüsselungseffekt und bewirkt, daß IR-Strahlen, die von anderen Lichtquellen ausgehen (z. B. Glühlampen etc.) nicht störend in den Regelkreis eingreifen können.

Zusätzlich wird noch vorgeschlagen, die modulierten IR-Strahlcn nicht kontinuierlich auszusenden, sondern dieselben zu takten. Darunter ist zu verstehen, daß die IR-Strahlen, welche die Stellgröße y bzw. die Regelgröße χ übertragen, nur während einer relativ kurzen Zeitspanne ausgesendet bzw. abgegeben werden und danach eine — vergleichsweise längere — Pause eintritt, /.um Beispiel kann die Sendezeit größenordnungsmäßig im Bereich von etwa 0,1 — 1 Sekunde liegen, während die Pause ca. O₁I — I Minute lang sein kani

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens umfaßt einen Fühler für die Regelgröße x, einen Vcrgleichcr dem ein Sollwertgeber zugeordnet ist, und dem ein Verstärker naci'geschaltet ist, eine Modulierstufe mit Treiberstufe und eine IR-Sendediode am Ausga ng dieser Treiberstufe.

Der Empfänger besteht aus einer IR-Empfangsdiode mit nachgeschaltetem Vorverstärker plus Dekoder, eventuell einem Vergleicher mit Sollwertgeber, einer Halteschaltung und einer Endschaltstufe, an deren Ausgang das Stellglied liegt.

Das erfundene Regelverfahren überwindet die oben geschilderten Nachteile der Regelverfahren nach dem Stand der Technik in hervorragender Weise. Vor allem ist der Fühler nicht stationär angeordnet, sondern kann an einer beliebigen Stelle des Raumes angeordnet werden. Diese Stelle kann auch frei gewechselt werden, je nachdem welcher Raumbezirk bevorzugt temperaturmiißig geregelt werden soll, sofern eine nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung zur Regelung der Tempera tür eines Räume; eingesetzt wird.

Der Betrieb einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens erfordert auch keinerlei fernmeldetechnische Zulassung durch die einschlägigen Behörden, sondern kann völlig genehmigungsfrei benutzt werden.

Der Empfänger des Regelkreises wird zweckmäßigerweise in unmittelbarer Nähe des Stellgliedes anzuordnen sein, um den Übertragungsweg der Stellgröße auf das Stellglied möglichst kurz zu halten. Für die Raumtemperatur-Regelung wird daher vorgeschlagen, den Empfänger direkt am Heizventil anzubringen, in to dem der von den Thermostatventilen her bekannte Kolben in Verbindung mit einer kleinen, vom Empfänger angesteuerten Heizspirale das Stellglied darsteüt.

Es sei noch ausdrücklich bemerkt, daß das erfundene Regelverfahren, obwohl es hier mit starkem Bezug auf die Regelung der Temperatur eines Raumes beschrieben ist, sich im Prinzip auch für alle möglichen anderen geschlossenen Regelkreise eignet. Das wesentlichste Merkmal des erfundenen Regeiverfahrens besteht eben darin, daß zur Übermittlung der Regelgröße χ bzw. der Stellgrößeymodulierte IR-Strahlen verwendet werden. In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren A.usführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 schematisch das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einem geschlossenen Regelkreis zur Beheizung eines Raumes mit IR-Übertragung der Stellgröße y.

Fig.2 schematisch ein Blockschaltbild wie Fig. 1. jedoch mit IR-Übertragung der Regelgröße x,

Fig.3 einen Geberbaustein in schematischer, perspektivischer Darstellung, zur Verwendung bei einer Vorrichtung gemäß F i g. 1.

In F i g. 1 ist mit 1 ein Raum bezeichnet, dessen Temperatur mittels eines von einem Ventil V (Stellglied) gesteuerten Heizkörpers HK geregelt werden soll. Dazu werden einerseits ein Fühler 2 mit nachgeschalteten elektronischen Bauelementen verwendet, die in dem gestrichelt angedeuteten Geberbaustein 3 enthalten sind, und andererseits wird ein Empfangsbaustein 4 benutzt, der mittels der Endstufe 16 das Ventil V'aussteuert. Zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 (IR-Übertragung der Stellgröße y) ist am Fühler 2 im Geberbaustein 3 zunächst ein Verglcicher 5 angeschlossen, der ein Potentiometer 5a (Sollwerteingiibung) enthält, dessen Spannung zusammen mit der vom Fühler 2 gelieferten Spannung einem Komparator 6 zugeführt wird. Am Ausgang des Komparators steht ein Signal an, das einer Modulierstufe 7 zugeführt wird.

In der Modulierstufe 7 sind ein Modulator 8 und ein Taktgeber 9 enthalten. Am Ausgang der Modulierstufe so 7 wird in dem vom Taktgeber vorgegebenen Takt (z. B. 1 s ein, 1 min aus) ein frequenz- bzw. pulscodemoduliertes Signal erzeugt, das über eine Treiberstufe 11 einer IR-LED 12 zugeführt wird. Letztere sendet daher während der Dauer des Taktes moduliertes IR-Licht von beispielsweise 950 pm Wellenlänge aus.

Je nach Komparatorbeschaltung und Modulatoraufbau kann die Stellgröße natürlich mit ein, zwei (1- bzw. 2-Punkt-Regelung) oder beliebig vielen Zuständen (stetige Regelung)durcli IR-Licht übertragen werden. Dieses Licht wird von einer IR-Empfangsdiode 13 aufgefangen, die Teil des Empfangsbausteines 4 ist. Die in der Diode 13 erzeugten Signale werder. einem Vorverstärker plus Dekoder 14 zugeführt, der seinerseits das getaktete Signal einer Halteschaltung 15 zuführt. In dieser Schaltung wiru der Wert der empfangenen Stellgröße y für die Pausendauer zwischen zwei IR-Sendeimpulspaketcn (Takten) zwischengespeichert, bis ein neuer Wert von y empfangen wird.

An die Halteschaltung 15 schließt sich eine Endstufe ζ. B. in Form des Schaltrelais 16a mit Kontakt 16i> an (I-Punkt-Regelung). Der Kontakt schließt einen Stromkreis 18, durch den die Stellgröße y auf das Ventil V übertragen wird, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Stellglied des Regelkreises bildet. Im Ventil kann z. B. ein den Heißwasserdurchlaß steuernder Kolben thermisch oder induktiv verschoben werden. Statt des Ventils kann natürlich auch z. B. ein Elektroheizgerät ein- und ausgeschaltet bzw. durch eine Triac-Steuerung in der Endstufe 16 stetig geregelt werden.

Auf dem durch den Kreisbogen angedeuteten Weg gelangt die vom Heizkörper HK ausgehende Wärmeströmung bzw. -strahlung auf den Fühler 2. so daß der Regelkreis geschlossen ist.

In Fig. 3 ist der Geberbaustein 3 für die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung schematisch in perspektivischer Ansicht dargestellt. Der gesamte Baustein ist in einem Kästchen 2U enthalten, an dessen Frontseite ein Einstei- :60) ist die Alterung um denselben Faktor geringer. Das bedeutet größere Zuverlässigkeit und längere Lebensdauer.

Zweitens ist der durchschnittliche Stromverbrauch der Sendeeinrichtung ebenfalls um diesen Faktor niedriger als beim Dauersenden. Für alle Sendeimpulsc kön nen deshalb ohne weiteres hohe Spitzenströme gewühlt werden, was die Reichweite der Übertragung entsprechend verbessert. Außerdem kann die Stromversorgung

ίο mit kleinen, einfachen und preisgünstigen Bauteilen bzw. sogar mit Batterien realisiert werden.

Für die Regelung spielt es in den meisten Füllen keine Rolle, daß die Stellgröße y oder die Regelgröße ν nicht ständig, sondern nur kurzzeitig in bestimmten Zeiiabständen übertragen wird, wenn eine Halteschaltung vorgesehen ist, die den letzten Wert zwischenspeicher!. Denn bei vielen Regelungen, gerade auch bei Raumtemperaturregelungen, ändern sich diese Größen nur ziemlich langsam. jeuOuii können

ler 21 für das Potentiometer 5a erkennbar ist. dessen 20 Taktzeiten ohne weiteres auch schnellere Regelungen

Skala in Temperaturgrade unterteilt ist, vornehmlich natürlich in Celsiusgrade.

Außerdem ist noch eine Schaltuhr 22 zu sehen, mit der der Geberbaustein zu vorgewählten Zeiten automatisch auf einen von dem eingestellten Temperatursoliwert verschiedenen Wert umgeschaltet werden kann. Dies kann z. B. für die Nnchtabsenkung bei einer Raumtemperaturregelung benutzt werden.

Zwischen dem Einsteller 21 und der Schaltuhr 22 ist der Fühler 2 erkennbar, und auf der Oberseite des Kästchens 20 befindet sich die öffnung 20a. hinter der die LED 12 sitzt und die IR-Strahlen aussendet.

F 1 g. 2 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 (IR-Übertragung der Regelgroße). In aieser Vorrichtung ist der eigentliche Regier mit Sollwerteinstellung und Vergleicher mit im Empiangsbatistein 4! übergebracht, irr. Gcbcrba-jstei.n 3! wird daher lediglich das vom Fühler 21 kommende Signal im Verstärker 101 verstärkt und steuert dann die Modulierstufe 71 und. über die Treiberschaltung 111. mieder die IR-LED 121 an. Die in der Modulation der IR-jtrahlunii enthaltene Information bedeutet also bei diesem Verloren nicht den Wert der Stellgröße, wie bei der Vorrichtung nacn Fig. !.sondern den Wert der Regelgröße. Auch hier wird ebenfalls die modulierte IR-Strahlung gc-iaktet.

Im Empfangsbaiistein 41 wird das IR-Signal wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit den analogen Teilen Diode 131 und Vorverstärker plus Dekoder 141 empfangen, verstärkt und dekodiert, um dann jedoch einem Vergleiche 51 zugeführt zu werden, an den die ,Solkenemgäbe mit einem Potentiometer 51a angeschlossen ist. Am Ausgang des Vergleichers 51 steht dann ein der Stellgröße > proportionales Signal an, wenn gerade gesendet wird. Natürlich wird auch hier nachfolgend eine Halteschaltung 151 benötigt, die bis zum Eiriireffen des nächsten Sendetaktes die Stellgröße y auf dem letzten Wert hält, der durch die Endstufe 161 (hier als kontinuierlich steuerbare Phasenichnitt-Schaltung mit Triac dargestellt) wiederum auf das Stellglied, d. h. auf das Ventil Vl gegeben wird.

Zu der Taktung des I R-Sendesignals sei grundsätzlich noch bemerkt, daß diese gegenüber einem Dauersenden zwei Vorteile hat:

Erstens ist die Alterung (d. h. die Abnahme der Strahlungsleistung) der IR-Sendediode wesentlich geringer, als bei dauerndem Senden. Bei einer Sendezeit von z. B. s gegenüber einer Pausenzeit von ! min (Verhältnis realisiert werden.

Abschließend sei mit besonderem Nachdruck nochmals auf zwei Merkmale des erfundenen Regelungsverfahrens hingewiesen:

1. Der Geberbaustein 3 bzw. 31 ist mit dem Empfangsbaustein 4 bzw. 41 in keiner Weise durch Drehte oder sonstige feste Leitungen verbunden. Der Geberbaustein ist frei beweglich und kann an jeder beliebigen Stelle des Raumes aufgestellt werden. Dies ergibt die Möglichkeit ganz gezielt die Temperatur einer bestimmten Stelle des Raumes zu regeln. Wird die Regelung der Temperatur einer anderen Raumstelle gewünscht, so wird einfach das Kästchen 20 umgestellt, ohne daß es dabei irgend eine Schwierigkeit gibt.

Es steht völlig im Belieben des Anwenders, welche Größe er mit dem erfundenen Verfahren regeln will. Das Verfahren und die beschriebenen Vorrichtungen bieten sich zwar an zur Regelung der Temperatur eines Raumes, dies bedeutet aber nicht, dal! die Temperatur die einzige Größe ist, die nach dem Verfahren regelbar ist. Nahezu jede andere Größe, wie z. B. Luftfeuchtigkeit. Motorendrehzahl oder was sonst auch immer, kann nach dem Verfahren geregelt werden. Es ist dazu lediglich erforderlich, die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens entsprechend auszubilden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur drahtlosen Übertragung eines Parameters zur Regelung der Temperatur eines Raumes, wobei die Temperatur an einem beliebigen Punkt des Raumes gemessen und der entsprechende Regelparameter von dort in einem die Wärmezufuhr zum Raum regelnden Stellglied drahtlos weitergegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung des Regelparameters (x; y) mittels modulierter lR-Strahlen durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der übertragene Regelparameter die Regelgröße ft/ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der übertragene Regelparameter die Stellgröße (y) ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stellgröße (y) bzw. die Regelgröße (x) übertragenden modulierten Infrarotstrahlen getaktete Impulspakete sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendetakt der IR-Strahlen in den Größenordnungen von ca. 0,1 — 1 s liegt und die dazwischenliegende Pause etwa 0,1 — 1 min lang ist

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2, 4 und 5, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

Dekoder (141) angeschlossen ist; das Ausgangssignal des Dekoders wird in einer Vergleicherstufe (51) mit dem eingestellten Sollwert verglichen, und über eine nachfolgende Halteschaltung (151) und einen Treiberbaustein (161) wird die Stellgröße y an das Stellglied (V 1) gegeben (F ig. 2).