AT387479B

AT387479B - Rundsteuerempfaenger

Info

Publication number: AT387479B
Application number: AT0164486A
Authority: AT
Inventors: Gebhard Dipl Ing Hopfmueller
Original assignee: Uher Ag
Priority date: 1986-06-17
Filing date: 1986-06-17
Publication date: 1989-01-25
Also published as: ATA164486A

Description

Die Erfindung betrifft einen Rundsteuerempfänger zur Auslösung von Schalterwirkungen auf Grund von der Netzwechselspannung überlagerten Rundsteuersignalen, der einerseits mit mindestens einem schmalbandigen, auf die Rundsteuerfrequenz abgestimmten, einen Hilfsgenerator zur Erzeugung eines periodischen Selektionssignals enthaltenden Frequenzfilter und anderseits mit einer das empfangene Rundsteuersignal mit dem Selektionssignal mischenden Verknüpfungsschaltung versehen ist, deren Ausgangssignal einem der Integration dienenden Tiefpassfilter zugeführt ist, dessen Ausgangsgrösse einer die Schalterwirkung erbringenden Auswerteschaltung zugeführt ist.

In Rundsteuerempfängern werden als Filter, die zur frequenzselektiven Erkennung von der Netzfrequenz überlagerten tonfrequenten Rundsteuersignalen dienen, üblicherweise Analogfilter verwendet. Diese sind jedoch teuer, wenn sie jene erforderliche hohe Frequenzselektivität aufweisen, die notwendig ist, um trotz der knapp nebeneinanderliegenden Rundsteuer- und Störfrequenzen eine hohe Ansprechsicherheit zu garantieren. In diesem Zusammenhang ist die durch die AT-PS Nr. 292828 bekanntgewordene Anordnung zur Selektion von Steuersignalen in Tonfrequenz-Rundsteuerempfängern zu nennen, bei der ein selektives Doppel-T-RC-Filter in Verbindung mit einem aktiven RC-Filter verwendet wird.

Zur Erkennung von elektrischen Schwingungen vorgegebener Frequenz werden üblicherweise Resonanzschwingkreise verwendet, die aus passiven Elementen aufgebaut sind, die jedoch hinsichtlich ihrer Frequenzstabilität unzuverlässig und daher für die Verwendung bei Rundsteuerempfängern wenig geeignet sind. Bei diesem Anwendungsfall kommt es nämlich auf eine hohe Selektivität des Frequenzfilters an, um Fehlauslösungen eines Rundsteuerempfängers durch Störfrequenzen, die der zugeordneten Rundsteuerfrequenz sehr nahekommen, zu vermeiden.

Einer speziellen Problematik, die bei Fernsteuerempfängern auftreten kann, die jedoch im Zusammenhang mit der Erfindung nicht relevant ist, wird bei der AT-PS Nr. 319382 Rechnung getragen. Es wird hiebei von der Annahme ausgegangen, dass die Netzfrequenz nicht konstant bleibt und dass der Störpegel durch bestimmte Harmonische dieser als variabel angenommenen Netzfrequenz hervorgerufen wird und sich demgemäss auch mit dieser ändert. Zur Erkennung des Fernsteuersignals wird hier ein N-Pfad-Filter herangezogen, das von einem phasengeregelten Oszillator angesteuert wird, der selbst wieder durch die Netzfrequenz synchronisiert wird, um den Schwankungen der Netzfrequenz nachzukommen. Bei der Erfindung wird hingegen von einem von der Netzfrequenz völlig unabhängigen Rundsteuersignal ausgegangen.

Die Verwendung von frequenzselektiven aktiven RC-Filtern ist durch die AT-PS Nr. 328033 bekanntgeworden, u. zw. in diesem Fall im Zusammenhang mit einem Rundsteuerempfänger, bei dem ein Speisekondensator bei einem vorübergehenden Netzausfall die Speisung der elektronischen Bauteile übernimmt.

Ein Rundsteuerempfänger zur Auslösung einer Schalterwirkung auf Grund eines Steuersignals mittels eines Hilfsgenerators, der ein periodisches Selektionssignal erzeugt, ist in der AT-PS Nr. 367254 beschrieben. Das Ziel dieser bekannten Schaltung ist ein Aufbau, der sich besonders für den Einbau in integrierte Schaltungen eignet, der sich aber wegen zahlreicher, der Überwachung dienender logischer Funktionseinheiten als sehr aufwendig erweist.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Rundsteuerempfänger mit optimaler Präzision bei preiswertem Aufwand zu schaffen, und erzielt dies dadurch, dass als Hilfsgenerator ein von einem Taktgenerator angesteuerter Sinuswert-Speicher zur Erzeugung eines diskontinuierlichen, im zeitlichen Mittel eine angenäherte Sinusfunktion abbildenden Selektionssignals dient, aus dem zusammen mit dem empfangenen Rundsteuersignal mittels der Verknüpfungsschaltung ein dem Tiefpassfilter zugeführtes Produktsignal gebildet wird.

Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, dass hinsichtlich Frequenzgenauigkeit und -stabilität quarzgesteuerte Oszillatorgeneratoren im Bereich der Rundsteuerfrequenzen optimal verwendbar sind. Es ist somit eine Frequenzerkennung auf der Basis eines Vergleiches der Frequenz des empfangenen Rundsteuersignals mit der Frequenz eines im Rundsteuerempfänger erzeugten Signals von praktisch nicht zu überbietender Genauigkeit.

Die exakteste Form des Frequenzvergleiches erfolgt in der technischen Realisierung der mathematischen Beziehung

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bei Integration über einen Integrationsbereich hinreichender Grösse, während sich für den Fall m=n für das Integral ein endlicher Betrag ergibt, der als Kriterium für die Frequenzgleichheit herangezogen wird. Dieses Prinzip gilt auch dann, wenn der Frequenzvergleich mit einer Sinusschwingung und einer periodischen Funktion gleicher Periodendauer durchgeführt wird, wobei jedoch dieses Verfahren umso präzisere Ergebnisse liefert, je besser diese periodische Funktion der Sinusform angenähert ist.

Der erfindungsgemässe Rundsteuerempfänger realisiert dieses Prinzip einerseits mit Hilfe der Verknüpfungsschaltung, die das Produkt des empfangenen Rundsteuersignals mit dem selbst erzeugten periodischen Signal bildet, worauf anderseits das so gewonnene Produktsignal mit Hilfe des Tiefpassfilters integriert wird. Bei Frequenzgleichheit ergibt das Integral einen endlichen Wert, bei Frequenzungleichheit den Wert Null.

Die Erfindungseigenschaft des Erfindungsgegenstandes beruht auf der Präzision, die die modernen elektronischen Bauteile ermöglichen, u. zw. sowohl hinsichtlich der Zeitabläufe (Taktgabe) als auch der Darstellung des Selektionssignals (Speicherwerte). Wenn auch die Sinusform nur angenähert wird, so sind doch die ausgesuchten Speicherwerte so festgelegt, dass eine Selektion unerwünschter höherer Harmonischer ausgeschlossen ist. Durch die digitale Einspeicherung der Sinuswerte in den Sinuswert-Speichern ist eine sehr genaue Vorgabe dieser Werte möglich.

Weiters sind die elektronischen Bauteile zur Erzeugung der Selektionssignale, die nur eingesetzt, jedoch nicht abgestimmt werden müssen, so preiswert, dass sie die Herstellungskosten der Schaltung gegenüber den auf Analogbasis arbeitenden Schaltungen wesentlich reduzieren.

Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung dient als Sinuswertspeicher ein Digitalspeicher für Sinuswerte, der ein Selektionssignal in Form aufeinanderfolgender, normierter Amplitudenwerte liefert, wobei als Veknüpfungsschaltung ein vom Rundsteuersignal gespeister, multiplizierender Digitial-Analog-Wandler dient, dessen Digitaleingang an den Ausgang des Digitalspeichers angeschlossen ist. Mit dieser Anordnung lässt sich mit hoher Genauigkeit das Vorhandensein eines Signals mit der vorgegebenen Rundsteuerfrequenz erkennen.

Eine preiswerte Ausführung der Erfindung bedient sich periodischer Impulsserien als Selektionssignal. Hiebei ist als Sinuswertspeicher ein Impulsmusterspeicher vorgesehen, der ein Selektionssignal in Form periodischer Impulsserien längenmodulierter Impulse mit aufmoduliertem Sinussignal liefert, wobei als Verknüpfungsschaltung eine von diesen Impulsen angesteuerte und das empfangene Rundsteuersignal durchsteuernde Torschaltung dient.

Mit der angegebenen Schaltung lassen sich als Selektionssignal auch ganz allgemein Impulsserien erzeugen, deren Frequenzspektrum bei der Frequenz des empfangenen Rundsteuersignals ein Maximum und bei den Frequenzen der zu unterdrückenden Oberwellen Nullstellen aufweist.

Spezielle Gestaltungen von Impulsmustern sind in den Ansprüchen 6 und 7 gekennzeichnet.

Alle erfindungsgemässen Schaltungen können in einem Single-Chips-Mikrocomputer integriert sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. l und 2 der Zeichnungen dargestellt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen spezielle periodische Impulsmuster, die der Unterdrückung der dritten bzw. fünften Oberwelle dienen.

Im Ausführungsbeispiel werden folgende Bezeichnungen verwendet : - Eingangsklemme, - Digital-Analog-Wandler, --3-- Digitalspeicher, --4-- Taktgenerator, --5-- Schieberegister, - Tiefpassfilter, - Auswerteschaltung, - Eingangsschaltung,

--9- Torschaltung, --10- Impulsmusterspeicher.

Die an der Eingangsklemme --1-- anliegende Netzwechselspannung mit überlagertem Rundsteuersignal wird bei der Ausführung nach Fig. 1 als Speisespannung einem multiplizierenden Digital -Analog - Wandler --2-- zugeführt. Mit --3-- ist ein Digitalspeicher für Sinuswerte bezeichnet, der von einem Taktgenerator --4-- über ein Schieberegister --5-- angesteuert wird
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liefert. Der Digitalspeicher --3-- bildet zusammen mit dem Taktgenerator --4-- und dem Schiebe- register --5-- einen Hilfsgenerator zur Erzeugung eines Selektionssignals.

Die digitalen Ausgangswerte des Digitalspeichers --3-- werden im Digital-Analog-Wandler --2-- in Analogwerte umgesetzt, die sowohl dem jeweils eingegebenen Sinuswert als auch der den Wandler --2-- speisenden Netzspannung mit dem überlagerten Rundsteuersignal proportional sind, d. h. dass das Ausgangssignal proportional dem Produkt der beiden Werte ist.

An den Ausgang des Wandlers --2-- ist ein Tiefpassfilter --6-- angeschlossen, das das Zeitintegral der Wandlerausgangsspannung bildet. Dieses Zeitintegral weist nur dann einen von Null verschiedenen Wert auf, wenn in der den Wandler --2-- speisenden Spannung ein Wechselspannungsanteil vorhanden ist, dessen Frequenz gleich ist der Frequenz des vom Hilfsgenera- tor --3, 4, 5-- erzeugten Selektionssignals.
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wird, die die weitere Auswertung veranlasst.

Eine modifizierte Variante des erfindungsgemässen Rundsteuerempfängers zeigt die Fig. 2.

Bei dieser wird die an der Eingangsklemme --1-- anliegende Netzwechselspannung mit dem überlagerten Rundsteuersignal einer Eingangsschaltung --8-- zugeführt, die das Eingangssignal auf einen für die weitere Verarbeitung geeigneten Pegel umsetzt. Die solcherart gewonnene Spannung wird einer Torschaltung --9-- zugeführt, die bei dieser Ausführung die Funktion der Multiplizierschaltung übernimmt. Mit --10-- ist ein von einem Taktgenerator --4-- angesteuerter Impulsmusterspeicher bezeichnet, der, auf digitaler Basis arbeitend, basierend auf der vom Taktgeber --4-vorgegebenen Taktfrequenz periodische Impulsmuster erzeugt, deren Periodendauer im zeitlichen Mittel gleich der Periodendauer des zu empfangenden Rundsteuersignals ist.

Die Bauteile der Ausführungen nach den Fig. l und 2 können in einem Single-Chip-Mikrocomputer integriert sein.

Die Torschaltung --9-- wirkt in der Weise als Multiplizierschaltung, als der zeitliche Mittelwert ihrer Ausgangsspannung sowohl vom Wert der als Referenzspannung zugeführten Netzwechselspannung mit überlagertem Rundsteuersignal als auch vom zeitlichen Mittelwert der längenmodulierten Impulse des Impulsmusterspeichers --4-- abhängt, denn die Transmission der Torschaltung --9-- entspricht dem Spektrum des Steuerimpulsmusters. Demgemäss bildet die Ausgangsspannung des Tiefpassfilters --6-- das Zeitintegral des Produktes dieser beiden Funktionen ab, wobei dessen Auswertung durch die Auswerteschaltung --7-- in gleicher Weise erfolgt wie bei der Ausführung nach Fig. 1.

Im einzelnen können die von dem Impulsmusterspeicher --10-- gelieferten periodischen Impulsserien den folgenden Mustern entsprechen :
A) Das Impulsmuster stellt längenmodulierte Impulse mit aufmoduliertem Sinussignal dar.

B) Das Impulsmuster ist ein Selektionssignal, dessen Frequenzspektrum bei der Frequenz des empfangenen Rundsteuersignals ein Maximum und bei den Frequenzen von zu unter- drückenden Oberwellen Nullstellen aufweist.

Voraussetzung für den einwandfreien Empfang der Grundfrequenz ist, dass das Impuls-Impulspausenverhältnis insgesamt gleich 1 : 1 ist, denn ansonsten würden sich Gleichstromanteile bei der Auswertung ergeben, die das Resultat der Auswertung verfälschen würden.

Periodische Impulsmuster mit Frequenzspektren, denen eine Oberwelle ungeradzahliger Ordnung entzogen ist, haben die Besonderheit, dass sie je Halbwelle der Grundfrequenz eine komplementäre Anordnung von Zusatzimpulsen und-impulspausen aufweisen. Unter "komplementär" ist hier zu verstehen, dass gegenüber den"Grundimpulsen"von je einer Halbperiode zusätzliche

Impulse vorzusehen sind, die von dem um entsprechende Zusatzimpulspausen schmäleren Grundimpuls um eben diese Zusatzimpulspausen getrennt sind, wobei die Zusatzimpulse und die Zusatzimpulspausen jeweils gleiche Dauer haben, so dass insgesamt das Verhältnis von Impulsen zu Impulspausen von 1 : 1 erhalten bleibt.

Fig. 3 zeigt das Impulsmuster einer Periode von 0 bis 360 der Grundfrequenz, mit einem Frequenzspektrum ohne dritte Oberwelle. Der Figur ist zu entnehmen, dass bei jeder Halbperiode (90 und 270 ) ein Zusatzimpuls von der Dauer a = 20 vom Grundimpuls (290 bis 70 ) durch eine Zusatzimpulspause von ebenfalls a = 200 getrennt vorgesehen ist.

Ein Impulsmuster mit einem Frequenzspektrum ohne fünfte Oberwelle ist in Fig. 4 dargestellt. Hier sind zwei Zusatzimpulse mit den Breiten b und c mit ebenso breiten Zusatzimpulspausen vorgesehen.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Rundsteuerempfänger zur Auslösung von Schalterwirkungen auf Grund von der Netzwechselspannung überlagerten Rundsteuersignalen, der einerseits mit mindestens einem schmalbandigen, auf die Rundsteuerfrequenz abgestimmten, einen Hilfsgenerator zur Erzeugung eines periodischen Selektionssignals mit der Frequenz des Rundsteuersignals enthaltenden Frequenzfilter und anderseits mit einer das empfangene Rundsteuersignal mit dem Selektionssignal mischenden Verknüpfungsschaltung versehen ist, deren Ausgangssignal einem der Integration dienenden Tiefpassfilter zugeführt ist, dessen Ausgangsgrösse einer die Schalterwirkung erbringenden Auswerteschaltung zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsgenerator ein von einem Taktgenerator (4) angesteuerter Sinuswert-Speicher (3,4) zur Erzeugung eines diskontinuierlichen,

im zeitlichen Mittel eine angenäherte Sinusfunktion abbildenden Selektionssignals dient, aus dem zusammen mit dem empfangenen Rundsteuersignal mittels der Verknüpfungsschaltung (2,9) ein dem Tiefpassfilter (6) zugeführtes Produktsignal gebildet wird.

Claims

2. Rundsteuerempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sinuswertspeicher ein Digitalspeicher (3) für Sinuswerte vorgesehen ist, der ein Selektionssignal in Form aufeinanderfolgender, normierter Amplitudenwerte liefert, wobei als Verknüpfungsschaltung ein vom Rundsteuersignal gespeister, multiplizierender Digital-Analog-Wandler (2) dient, dessen Digitaleingang an den Ausgang des Digitalspeichers (3) angeschlossen ist.

3. Rundsteuerempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sinuswertspeicher ein Impulsmusterspeicher (10) vorgesehen ist, der ein Selektionssignal in Form periodischer Impulsserien längenmodulierter Impulse mit aufmoduliertem Sinussignal liefert, wobei als Verknüpfungsschaltung eine von diesen Impulsen angesteuerte und das empfangene Rundsteuersignal durchsteuernde Torschaltung (9) dient.

4. Rundsteuerempfänger nach Anspruch 3, mit einem Impulsmusterspeicher zur Impulserzeugung, dadurch gekennzeichnet, dass als Selektionssignal Impulsserien dienen, deren Frequenzspektrum bei der Frequenz des empfangenen Rundsteuersignals ein Maximum und bei den Frequenzen zu unterdrückender Oberwellen Nullstellen aufweist.

5. Rundsteuerempfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Impulsmuster je Halbperiode der Grundfrequenz eine komplementäre Anordnung von Zusatzimpulsen und-impulspausen aufweist.

6. Rundsteuerempfänger nach Anspruch 5, mit einem Impulsmuster zur Unterdrückung der dritten Oberwelle, gekennzeichnet durch das folgende Impulsmuster : "l"im Intervall von 0 bis 70 , "0" im Intervall von 70 bis 90 , "l"im Intervall von 90 bis 110 , "0" im Intervall von 110 bis 2500, <Desc/Clms Page number 5> "l"im Intervall von 250 bis 270 , "0" im Intervall von 270 bis 2900, "l"im Intervall von 290 bis 360 .

7. Rundsteuerempfänger nach Anspruch 5, mit einem Impulsmuster zur Unterdrückung der 5. Oberwelle, gekennzeichnet durch das folgende Impulsmuster : "1" im Intervall von 0, 000 bis 56,667 , "0" im Intervall von 56, 667 bis 66,337 , "1" im Intervall von 66, 337 bis 90,000 , "0" im Intervall von 90, 000 bis 113,663 , "1" im Intervall von 113, 663 bis 123,333 , "0" im Intervall von 123, 333 bis 236, 6670, "1" im Intervall von 236, 667 bis 246, 3370, "0" im Intervall von 246, 337 bis 270,000 , "1" im Intervall von 270, 000 bis 293, 663 , "0" im Intervall von 293, 663 bis 303,333 , "1" im Intervall von 303, 333 bis 360,000 .