CH648445A5

CH648445A5 - Verfahren zur uebertragung binaerer signale ueber ein fremdes drahtnetz.

Info

Publication number: CH648445A5
Application number: CH4496/80A
Authority: CH
Inventors: Willi Dr Merkel
Original assignee: Fuss Fritz Kg
Priority date: 1979-06-12
Filing date: 1980-06-11
Publication date: 1985-03-15
Also published as: IT1151069B; GB2052221B; FR2458961A1; GB2052221A; ES8200532A1; DE2923716A1; US4348657A; SE8004242L; SE438067B; NL8003414A; FR2458961B1; IT8022699A0; ES492339A0; BE883771A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung binärer Signale über ein fremdes Drahtnetz und insbesondere ein Verfahren zur Übertragung der Signale zwischen den Bauelementen einer Alarmanlage über das elektrische Versorgungsnetz.

Elektronische Alarmsysteme für Werksanlagen oder Wohngebäude bestehen oft aus mehreren separaten Bauelementen, die miteinander in Wirkverbindung stehen. Hierbei können an verschiedenen Orten vorgesehene Signalgeber einem zentralen Schaltgerät ein Signal liefern, woraufhin dieses einen oder mehrere Alarmvorrichtungen betätigt.

Bei aufwendigen Systemen dieser Art wird die Wirkverbindung solcher Bauelemente durch das allgemeine elektrische Versorgungsnetz hergestellt, wodurch die Verlegung besonderer Leitungen weitgehend entfällt, was mit zunehmender Anzahl und Entfernung der zu überwachenden Bereiche ein wesentlicher Vorteil ist.

Bei derartigen Alarmsystemen werden die miteinander in Wirkverbindung zu bringenden Bauelemente einfach an die ihrem Standort nächstgelegene Steckdose angeschlossen, an welche sie besondere Signale liefern bzw. aus welcher sie solche Signale empfangen.

Die genannten Signale können beispielsweise Tonfrequenzimpulse sein, die mittels entsprechender Koppelglieder auf das Netz übertragen werden. Selbstverständlich kann der Steckdose zugleich auch Energie entnommen werden, um ständig einen dem speziellen Bauelement zugeordneten

Akkumulator nachzuladen, wodurch die Datenübertragung des Systems auch bei abgeschaltetem Netz einsatzbereit bleibt.

Bei aufwendigen Systemen können auch binärkodierte Signale, also Impulsgruppen, übertragen werden, um beispielsweise das Alarmsignal von einem bestimmten Signalgeber identifizieren zu können. Hierbei wird einem der beiden logischen Zustände, im allgemeinen der «1», eine Festfrequenz zugeordnet, während das Fehlen dieser Frequenz den logischen Zustand «0» darstellt. Alternativ hierzu kann auch einem der beiden logischen Zustände eine erste Festfrequenz und dem anderen der beiden logischen Zustände eine zweite Festfrequenz zugeordnet werden. Die eigentliche Datenübertragung erfolgt dann durch die aufeinanderfolgende Übermittlung einer Festfrequenz und dazwischenliegender Pausen bzw. durch die alternative Übertragung einer ersten oder einer zweiten Festfrequenz.

Wie praktische Erfahrungen mit solchen Systemen zeigten, ist die erforderliche Zuverlässigkeit der Signalübertragung insbesondere dann nicht gewährleistet, wenn binäre Signalgruppen über ein störverseuchtes Versorgungsnetz zu übertragen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Übertragung binärer Signale über ein fremdes Drahtnetz, insbesondere zur Übertragung der Signale zwischen den Bauelementen einer Alarmanlage über das elektrische Versorgungsnetz zu schaffen, welches auch bei Störverseuchung des Netzes einen besonders zuverlässigen Datenaustausch der Bauelemente gewährleistet.

Hierzu wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die empfangsseitig rückgewonnen Binärsignale ein erstes und ein zweites RC-Differenzierglied passieren, deren Widerstände mit jeweils einer bezüglich der des anderen Differenziergliedes gegensinnig geschalteten Diode überbrückt sind.

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zusätzlich vorgeschlagen, dass die Bits der empfangsseitig rückgewonnenen Binärsignale mehrmals hintereinander auf ihre Anwesenheit überprüft werden und die ermittelte Anwesenheitshäufigkeit einer Echtheitsentscheidung zugrundegelegt wird.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Zeitdauer der häufigsten Störungen auf dem Übertragungsnetz weniger als etwa 300 us beträgt. Bei Annahme einer Taktfolgefrequenz von 1 kHz für die binären Daten ist die Zeit für die Übertragung von einem Bit mindestens 3 mal länger als die Zeit einer Netzstörung. Bei einer Taktfolgefrequenz von 50 Hz ergeben sich Zeitverhältnisse von 60 zu 1 und besser. Hierbei ist es möglich, empfangsseitig auftretende Störimpulse als solche zu identifizieren und von einer Weitergabe an eine Auswerteschaltung fernzuhalten.

Weitere Einzelheiten mögen nun anhand einer bevorzugten Ausgestaltung und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert sein. Diese bedeuten:

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Übertragungssystems entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung;

Fig. 2 zeigt einen ausführlichen Stromlaufplan des Empfängerteils des in Figur 1 gezeigten Systems und

Fig. 3 zeigt verschiedene Behandlungsstufen des empfän-gerseitig zurückgewonnenen binären Signals durch die erfin-dungsgemässe Differenzierbehandlung.

Mit Bezug auf Figur 1 kann ein in wechselweisem Datenverkehr stehendes Alarmglied AG einer aus mehreren Alarmgliedern bestehenden Alarmanlage digitale binäre Daten in Form von Impulsen oder Impulsgruppen über eine Anschlussklemme 7 an einen Modulator MO geben. Während der Dauer eines Impulses liefert der Modulator MO eine bestimmte Festfrequenz an einen Verstärker V, der diese einer

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Senderendstufe SE weitergibt. Über einen Koppler KO und die Anschlussklemmen 1 und 2 gelangt das Frequenzsignal beispielsweise auf die Phase Ph und den Nulleiter Mp des elektrischen Versorgungsnetzes eines Gebäudes.

Für die Übertragung derartiger Daten über das Versorgungsnetz eignen sich Frequenzen im Bereich von etwa 20 kHz bis 500 kHz. Hierbei kann die Zuordnung derart gewählt sein, dass der logischen « 1 » der binären Daten die genannte Festfrequenz zugeordnet ist, während der logischen «0» die Abwesenheit einer solchen Frequenz zugeordnet ist. Es kann aber vorteilhaft sein, die Übertragung mit zwei verschiedenen Festfrequenzen durchzuführen, wobei der logischen «0» eine erste und der logischen « 1 » eine zweite Festfrequenz zugeordnet ist. Die genannten Frequenzsignale gelangen über die beiden Leitungen Ph und Mp an die Koppler sämtlicher anderen Alarmglieder des Systems.

Treffen Frequenzsignale eines anderen Alarmgliedes an dem Koppler KO der in Figur 1 gezeigten Schaltung ein, so gelangen diese zunächst an ein Filter FI und von diesem an einen Begrenzer BE. Über einen Verstärker V werden die Signale einem Demodulator DE zugeführt, welcher diese wieder in eine logische «0» bzw. eine logische « 1 » umsetzt. Über eine Störungsfalle SF und eine Anschlussklemme 5 werden die rückgewonnenen Binärdaten dem Alarmglied AG zur weiteren Verarbeitung zugeführt.

Mit Bezug auf Figur 2 sei nun eine ausführliche Schaltung des in Figur 1 gezeigten Empfangsteils wiedergegeben, in welcher die erfindungsgemässen Prinzipien angewendet sind. Die über das fremde Drahtnetz eintreffenden Frequenzsignale gelangen über Anschlussklemmen 1 und 2 sowie Kondensatoren Cl bzw. C2 gleicher Dimensionierung an die Wicklung wl eines Ringkerns R aus magnetisierbarem Material. Das von der Wicklung wl induzierte Signal wird von einer weiteren Wicklung w3 aufgenommen und der Koppelspule LI. eines Filters zugeführt. Bei mit nur einer Festfrequenz arbeitenden Übertragungssystemen kann das Filter beispielsweise ein einzelner auf diese Festfrequenz abgestimmter Parallelkreis sein.

Bei der hier gezeigten Ausgestaltung wurde ein Übertragungssystem mit zwei Festfrequenzen angenommen, welchen ein gemeinsames Bandfilter zugeordnet ist. Dieses besteht aus einem durch die Spule L2 und dem Kondensator C5 gebildeten ersten Parallelschwingkreis und einem durch die Spule L3 und dem Kondensator C7 gebildeten zweiten Parallelkreis. Die beiden Parallelschwingkreise sind durch einen Kondensator C6 miteinander gekoppelt. Durch entsprechende Abstimmung der beiden Schwingkreise wird ein für die beiden Festfrequenzen gleichwertiges Übertragungsverhalten erzielt. Im Fall eines praktischen Versuchs betrügen diese 280 ±2,75 kHz.

Obwohl ausserhalb des Übertragungsbereiches des Filters liegende Frequenzen entsprechend stark gedämpft werden, schliesst dies starke Störungen auf der Ausgangsseite des Filters nicht aus, da der Pegel solcher Störungen wesentlich grösser als der Pegel der gewünschten Frequenzsignale sein kann. Um diese Störungen entsprechend zu begrenzen, ist die Ausgangsseite des Filters über einen hinreichend hochohmig gewählten Widerstand R5 zur Entdämpfung des Filters mit zwei gegensinnig geschalteten Dioden Dl und D2 verbunden, die bei etwa 0,7 V ansprechen und sowohl positive als auch negative Signale entsprechend begrenzen. Die begrenzten Signale gelangen über einen Kondensator C9 auf den Eingang eines gegengekoppelten Verstärkers V3 und von diesem aus über eine Kondensator C11 an den Eingang des Demodu-lators DE sowie einen gegen Masse geschalteten Widerstand R9 zur Impedanzanpassung.

Wenn der Demodulator die erste Festfrequenz empfängt, wird diese in eine logische «0» an seinem Ausgang umgesetzt,

und wenn er die zweite Festfrequenz empfängt, wird diese in eine logische « 1 » an seinem Ausgang umgesetzt.

Der Modulator MO ist vorzugsweise ein handelsübliches Halbleitermodul des PLL-Typs (phase-locked-loop), dessen Aufbau und Wirkungsweise bekannt und beispielsweise in «Elektronik Entwicklung», Nr. 10 (1978), Seiten 475 bis 479 beschrieben ist. Bei der hier gezeigten Ausgestaltung wurde der dort diskutierte Typ CD 4046 A verwendet.

Bei der hier vorgesehenen Verwendung ist der Stift 8 des Moduls mit Masse verbunden, während der Stift 16 eine positive Betriebsspannung von etwa + 5 V empfängt. Das eintreffende Frequenzsignal ist auf den Stift 14 geschaltet, und die rückgewonnenen binären Daten in Form von Rechteckimpulsen werden von dem Stift 10 abgenommen. Die Stifte 3 und 4 sind direkt und die Stifte 6 und 7 durch einen Kondensator C4 überbrückt. Der Stift 11 ist durch einen festen Widerstand R1 und der Stift 12 durch einen veränderlichen Widerstand R2 mit Masse verbunden. Der Stift 5 ist direkt und der Stift 9 über einen Kondensator C3 mit Masse verbunden. Zwischen die Stifte 9 und 13 ist ein Widerstand R3 geschaltet.

Der zwischen die Stifte 6 und 7 geschaltete Kondensator C4 dient zusammen mit R1 der Frequenzabstimmung des Demodulators und hat eine im pF-Bereich liegende Dimensionierung. In einem erprobten Versuchsaufbau erfolgte die Datenübertragung mit einer ersten Frequenz von 277,25 kHz und einer zweiten Frequenz von 282,75 kHz, woraus eine Bandmittenfrequenz von 280 kHz für das Bandfilter und den Demodulator resultiert.

Aus Anpassungsgründen ist der Ausgang des Demodulators DE über einen Widerstand R4 mit Masse verbunden. Die wiedergewonnenen binären Daten gelangen in Form von Rechteckimpulsen auf den Eingang eines Verstärkers VI, dessen Ausgang mit einem ersten Differenzierglied beschaltet ist, welches aus einem Widerstand R6 im Längszweig und einem Kondensator C8 im Querzweig besteht. Über den Widerstand R6 ist eine Diode D3 geschaltet, deren Kathode dem Ausgang des Verstärkers zugekehrt ist. Diesem Differenzierglied folgt ein weiterer Verstärker V2, dessen Ausgang mit einem zweiten Differenzierglied geschaltet ist, welches aus einem Widerstand R8 im Längszweig und einem Kondensator C10 im Querzweig besteht. Der Widerstand R8 ist wieder mit einer Diode D4 überbrückt, doch ist hier die Anode der Diode dem Verstärker V2 zugekehrt. Die Zeitkonstanten der beiden Differenzierglieder sind vorzugsweise gleich und auf etwa 100 p.s dimensioniert. Dem zweiten Differenzierglied folgt ein Verstärker V4, von dessen Ausgang die binären Signale über eine Anschlussklemme 5 dem Alarmglied AG zugeführt werden, in welchem die Auswertung der Signale erfolgt.

Mit Bezug auf Figur 3 zeigt Zeile a eine am Ausgang des Verstärkers VI bzw. am Eingang des ersten Differenziergliedes erscheinende Signalgruppe, während Zeile b die gleiche Signalgruppe am Ausgang des ersten Differenziergliedes wiedergibt. Die Gegenüberstellung der Zeilen a und b zeigt, dass die Anstiegsflanken aller Impulse durch das erste Differenzierglied verzögert werden, nicht jedoch die Rückflänken, was durch die Diode D3 bewirkt wird. Durch die Wirkung des eine Ansprechschwelle aufweisenden Verstärkers V2 werden die zunächst entsprechend einer e-Funktion abgekrümmten Anstiegsflanken wieder in steile Flanken umgeformt und das Vorzeichen der Signale wird invertiert, wie in Zeile c dargestellt.

Durch das zweite Differenzierglied werden die Rückflänken der Impulse verzögert, während die Anstiegsflanken sofort durchgeschaltet werden, was durch die Diode D4 bewirkt wird. Zeile d veranschaulicht, wie die vom Ausgang des Verstärkers V2 gelieferten Rechteckimpulse hinter dem zweiten Differenzierglied aussehen. Der ebenfalls eine Ansprechschwelle aufweisende Verstärker V4 richtet die ent5

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sprechend der e-Funktion abgekrümmten Rückflanken der Impulse wieder auf und bewirkt ein nochmaliges Invertieren der Signale. Zeile e zeigt die Impulsgruppe am Ausgang des Verstärkers V4.

Wie die Gegenüberstellung der Zeilen a bis c zeigt, werden durch das Zusammenwirken des ersten Differenziergliedes und des Verstärkers V2 Störimpulse bis zu einer bestimmten zeitlichen Grössenordnung unterdrückt, wie dies für den Nadelimpuls N1 veranschaulicht ist. Die genannte Grössenordnung ergibt sich aus der Zeitkonstante des ersten Differenziergliedes und der Ansprechschwelle des Verstärkers V2. Tritt aber während der Übertragung eines Informationsimpulses ein negativer Störimpuls auf, so kann dies einen Einschnitt oder gar eine Zertrennung des Informationsimpulses hervorrufen, wie anhand des Nadelimpulses N2 veranschaulicht. Der negative Nadelimpuls N2 wird aber anschliessend durch die analoge Wirkung des zweiten Differenziergliedes und des Verstärkers V4 unschädlich gemacht, wie dies durch die Gegenüberstellung der Zeilen c bis e veranschaulicht ist.

Da die maximale Zeitausdehnung der Störimpulse auf Versorgungsnetzen mit etwa 300 jis eine gegebene Grösse ist, empfehlen sich Taktfolgefrequenzen für die binären Signale im Bereich von 50 Hz bisl kHz.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung kann daran gedacht sein, die rückgewonnenen Signalimpulse mehrmals hintereinander auf ihre Anwesenheit zu überprüfen

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und die ermittelte Anwesenheitshäufigkeit einer Echtheitsentscheidung zugrundezulegen. Dies kann beispielsweise durch schmale Prüfimpulse mit höherer Folgefrequenz, eine Torschaltung und einen Zähler erfolgen. Erst wenn eine

5 bestimmte Anzahl von Überprüfungen die Anwesenheit des Zeichenimpulses bestätigt, kann dieser als echt identifiziert und einer weiteren Verarbeitung zugeleitet werden. Dies kann auch noch innerhalb des Alarmgliedes AG erfolgen und ist hier nicht näher dargestellt.

10 Durch eine derartige Anwesenheitsprüfung kann verhindert werden, dass die seltenen Störimpulse grösserer Dauer, welche die aus den beiden Differenziergliedern gebildete Störfalle passiert haben, als Signalimpulse betrachtet werden und entsprechende Informationsstörungen auslösen. Bei 15 einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Massnahme wurde jeweils in dem Alarmglied AG eingetroffene Bit durch einen dem Alarmglied zugeordneten Prozessor 30 mal auf seinen statischen Zustand abgefragt und erst bei wenigstens 20 maliger Feststellung seiner Anwesenheit als echt identifiziert und 20 weitergegeben.

Die hier geschilderten Massnahmen zur Unterdrückung von Störimpulsen brachten sowohl einzeln als auch in Kombination eine merkliche Verbesserung der Zuverlässigkeit in der Datenübertragung zwischen den Alarmgliedern eines 25 umfangreichen Alarmsystems über ein störverseuchtes Versorgungsnetz über eine Entfernung von mehreren 100 Metern.

3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Übertragung binärer Signale über ein fremdes Drahtnetz, insbesondere zur Übertragung der Signale zwischen den Bauelementen einer Alarmanlage über das elektrische Versorgungsnetz, bei welchem Verfahren zumindest einer der beiden logischen Zustände der binären Signale in eine bestimmte Frequenz umgesetzt, auf das Fremdnetz gekoppelt und empfangsseitig durch Filtermittel selektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die empfangsseitig rückgewonnenen Binärsignale ein erstes (R6, C8) und ein zweites (R8,C10)RC-Differenzierglied passieren, deren Widerstände mit jeweils einer bezüglich der des anderen Differenziergliedes gegensinnig geschalteten Diode (D3 ; D4) überbrückt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da ss jedem der beiden RC-Differenzierglieder unmittelbar ein vorzugsweise eine Ansprechschwelle aufweisender Verstärker nachgeschaltet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfolgefrequenz der binären Signale im Bereich von 50 Hz bis 5 kHz liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstanten der beiden RC-Differenzierglieder im Bereich zwischen 0,05 und 1,0 Millisekunden gewählt sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bits der empfangsseitig rückgewonnenen Binärsignale mehrmals hintereinander auf ihre Anwesenheit überprüft werden und die ermittelte Anwesenheitshäufigkeit einer Echtheitsentscheidung zugrundegelegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bit etwa 30 mal überprüft und bei wenigstens 20 maliger Anwesenheit als echte Information ausgewertet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zunächst als Wechselstromfrequenz eintreffenden Signale vor ihrer Rückumsetzung in binäre Daten einem Begrenzer zugeführt werden.