CN101490989A - 无线电控制系统 - Google Patents

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CN101490989A CNA2007800265674A CN200780026567A CN101490989A CN 101490989 A CN101490989 A CN 101490989A CN A2007800265674 A CNA2007800265674 A CN A2007800265674A CN 200780026567 A CN200780026567 A CN 200780026567A CN 101490989 A CN101490989 A CN 101490989A
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H·瓦塔尔
B·卡彻尔
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Abstract

本发明提出了一种无线电控制系统，该系统具有基站(10)和多个传感器/执行器模块(15)，其中所述基站具有至少一个无线电收发机(16至18)和微控制器(11)，所述传感器/执行器模块分别包含能够分别与基站(10)的所述至少一个无线电收发机(16至18)实现无线数据传输的专用的无线电收发机。此外设置了用于传输时间偏移的数据块(TDMA传输)的装置。基站(10)具有多个无线电收发机(16至18)，它们以不同的传输频率(f1至f3)工作。传感器/执行器模块(15)的无线电收发机分别以这些传输频率(f1至f3)之一工作。通过这种方式，无线电控制系统根据对传输安全性或者传输速度的相应要求而进行可变的设计和优化是可能的。

Description

无线电控制系统
本发明涉及一种无线电控制系统，该系统具有基站和多个传感器/执行器模块以及用于传输时间偏移(zeitversetzten)的数据块(TDMA传输)的装置，其中所述基站具有至少一个无线电收发机和微控制器，所述传感器/执行器模块分别包含能够与基站的所述至少一个无线电收发机实现无线数据传输的专用的无线电收发机。
这种基于TDMA技术的具有传感器和执行器的无线电控制系统例如由DE 101 53 462 A1公开。该也称为时隙方法的TDMA数据传输方法在固定的时间标度线(Zeitraster)中相继地将数据块从用户传输给基站，其中用户可以是传感器模块、执行器模块或者组合模块。已公开的方法的缺点在于，在非常大量的与基站通信的用户模块中，数据传输总体上越来越慢，其中在大量的要相继传输的数据块情况下也会出现错误传输，这些错误传输总体上降低了传输安全性。
本发明的任务是实现一种开头所提及类型的无线电控制系统，其能够在提高传输安全性的情况下实现更快的传输速度。
根据本发明，该任务通过具有权利要求1的特征的无线电控制系统来解决。
本发明的一个重要的优点在于，在明显更大数量的用户情况下通过借助不同频率的数据传输(FDMA方法)与时间偏移的数据传输方法(TDMA传输)结合，可能实现更快的数据传输。在此可以根据应用情况以及相应的规定在所要求的传输安全性和快速的数据传输之间选择最优的折衷，其方式是该一种或者该另一种方法被更强地使用。根据本发明的无线电控制系统能够在保持给定的实时条件情况下实现可变的可缩放性(Skalierbarkeit)。即使在非常大量的传感器/执行器模块情况下，布线开销实际上也完全取消，其中数据传输方法对于单个模块的改变或者模块数目的变化没有产生问题，因为在基站中的微控制器仅仅需要被相应地重新编程。
通过在从属权利要求中提出的措施，在权利要求1中所说明的无线电控制系统的有利的扩展方案和改进方案是可能的。
合乎目的的是，分别以相同的传输频率工作的所有传感器/执行器模块被构造用于以该传输频率传输时间偏移的数据块(TDMA传输)。
基站的微控制器至少被构造用于控制数据传输，特别是用于借助在数目和实施形式方面可变地可选的传感器/执行器模块的数据传输的编程。由此，可以简单地根据预先给定传输速度和传输安全性来优化无线电控制系统。
每个传感器/执行器模块都合乎目的地具有专用的微控制器，该微控制器被构造用于通过无线电收发机与基站的微控制器通信。至少一部分传感器/执行器模块的微控制器有利地有多个用于传感器和/或执行器的端子，由此集成到无线电控制系统中的传感器和执行器的数目可以被进一步增大。
传感器/执行器模块的微控制器可以合乎目的地通过接口或者通过无线电从基站出发来被编程。
在一种有利的扩展方案中，基站的微控制器被构造用于形成分别针对传输频率的所有传感器/执行器模块的请求信号和/或控制信号，其中这些传感器/执行器模块中的每个传感器/执行器模块的微控制器在至少一个连接的执行器的情况下将控制信号转发给执行器，并且在至少一个连接的传感器的情况下引起传感器数据在固定的时间标度线中的传输(TDMA传输)。
作为为了避免布线的另外的重要的贡献，传感器/执行器模块的至少一部分具有自给自足(autarke)的电压供给，特别是通过太阳能模块或者机械-电转换器来实现。
合乎目的的是，基站具有总线接口用于将微控制器连接到外部数据总线上，该外部数据总线特别是与外部控制中心相连。在此，与外部的控制中心的无线总线连接原理上也是可能的。
有利的是，基站具有模块化的结构方式，其具有可自由选择的数目的无线电收发机，以便即使在整个无线电控制系统的变化的情况下也可以进行简单和快速的匹配。
为了将数据传输给不同组的传感器/执行器模块，合乎目的的是也可以设置起不同作用的天线，特别是具有不同极化的天线。这有助于进一步的数据传输安全性。
为了在基站和远离的传感器/执行器模块之间的数据传输，也可以设置无线电中间站。
在附图中示出了本发明的一个实施例，并且在下面的描述中进一步阐述。其中：
图1示出了基站的示意图，该基站以不同的传输频率与三组传感器/执行器模块无线地共同作用，以及
图2示出了传感器/执行器模块的详细视图。
在图1中所示的基站10包含微控制器11，其用于控制和监视来自和去往传感器/执行器模块15的三个组12、13、14的无线数据传输。为此，微控制器11与三个无线电收发机16至18相连，这些无线电收发机以不同的传输频率f1、f2和f3工作。在此可以涉及商业上可用的窄带无线电收发机。对此典型的频带例如是2.45GHz和5.8GHz或者315MHz、433MHz和869MHz左右的ISM频带。为了传输，无线电收发机16至18分别设置有天线19至21。
微控制器11此外与总线接口22相连，数据总线23可以连接到该总线接口上，该数据总线将微控制器11与外部的控制中心相连。从那里出发，微控制器11可以被编程和参数化，其中也可以传输和询问数据，例如为了监视的目的或者为了实现上级的控制。数据总线23例如可以是Profi总线或者以太网总线。以太网接口或者一般而言的总线接口22也可以集成在微控制器11中。替代与线路关联的数据总线，也可以设置无线的数据总线，其用于在微控制器11和外部控制中心之间的无线数据传输。
电压源24为基站10中的电部件提供所需的工作电压。该电压源24可以连接到外部的供电线路25，或者基站10具有自给自足的电压供给，例如太阳能电池装置或者用于将频率、压力波动或者运动转换为电压的机械-电转换器，。
图2中更详细示出了传感器/执行器模块15。根据是否连接了一个或多个传感器或者一个或多个执行器，在此可以涉及纯粹的传感器模块、纯粹的执行器模块或者混合的模块。在图2中，示出了作为混合模块的实施形式。包含在传感器/执行器模块15中的微控制器26与执行器27连接用于控制该执行器，以及与传感器28连接用于请求传感器数据。所连接的执行器或传感器的数目当然并不局限于两个，而是可以变化。微控制器26的两个另外的输入端29、30例如可以是RS232接口或者数字输入端子。由此，例如可以将微控制器26编程，其中通过基站10的微控制器11的无线编程也是可能的。
微控制器26此外与无线电收发机31相连，该无线电收发机31可以与无线电收发机26、28相同，或者也可以具有不同的结构。该无线电收发机31具有天线32，用于与基站10数据通信。
为了自给自足的电流供给或者电压供给，传感器/执行器模块具有太阳能电池装置33，其通过供电模块34与传感器/执行器模块15的电部件相连。该供电模块34例如包含电存储装置，例如电容器或者蓄电池，并且也可以包含用于稳定电压或者调节电压的装置。对此替代地，自给自足的电压供给也可以通过电-机械转换器来进行，如其与基站10关联地已经阐述的那样。转换器例如可以从执行器27获取机械能。如果可以实现有线的电压供给，则当然该有线的电压供给也可以替代自给自足的电压供给，或者各个传感器/执行器模块部分具有自给自足的电压供给、部分具有有线的电压供给。
传感器/执行器模块15的组12至14的数目当然取决于基站10中的无线电收发机16至18的数目，其中该数目几乎可以任意选择。基站10具有模块化的结构，使得也还可以事后增加具有不同的或者其他的频率的无线电收发机。在此，无线电收发机也可以设置有相同的传输频率然而不同地设计的天线，例如具有水平极化和垂直极化的天线，使得由此同样可能进行同时的数据传输。每组的传感器/执行器模块15的数目同样可以自由选择，其中在最简单的情况下在高的传输安全性时，无线电收发机仅与一个传感器/执行器模块15通信。通过该可变的传输结构，实现了具有实时能力的可缩放性，并且可以根据在安全的数据传输和快速的传输或大的用户数目之间的要求来进行优化。基站10中的微控制器11可以被相应地编程或者重新编程。
从具有不同频率或者不同极化的天线的无线电收发机16至18的数据传输可以在所谓的FDMA方法(频分复用)中同时进行。与此相对，在无线电收发机16或17或18和相同传输频率的一组传感器/执行器模块15之间的数据传输通过所谓的TDMA方法(时分复用)来进行。该TDMA方法也称为时隙方法，并且基于在固定的时间标度线中数据包在时间上彼此相继地进行的传输。传感器/执行器模块15的微控制器26被相应地编程并且等待基站10方面的请求信号，以便随后在确定的时间窗中将数据(例如传感器数据)传输给基站。这可以立即进行，或者在分等级的时间间隔之后进行，其中一组的每个传感器/执行器模块15都被确定到不同的时间间隔上。用于所连接的执行器27的控制数据由一组内的基站10或者同时被发送，其中每个传感器/执行器模块15都具有相应的标识符，该标识符将所接收的控制信号标识为恰当或者不相关，或者该传输同样在时间标度线间隔中进行。
通过与模块化的原理相关联的、无线电控制系统与特定的应用要求的可适应性，用户可能自由选择组12至14的数目以及每组的传感器/执行器模块15的数目，其中在极端情况下，基站10具有非常多的无线电收发机16至18，并且每个无线电收发机仅仅与一个传感器/执行器模块15通信，而在另一极端情况下，基站10仅仅具有非常少的无线电收发机16至18，并且每个无线电收发机以TDMA方法与数量非常大的传感器/执行器模块15通信。
在所示的实施例中，基站10中的和传感器/执行器模块15中的微控制器11、26直接与无线电收发机16至18或31相连。在此也可能的是，无线电收发机16至18或31具有专用的逻辑和控制功能，使得在这些部件内存在分布的逻辑电路。
无线电收发机16至18或31可以理解为纯粹的模拟高频信号处理单元，其带有或者没有A/D或D/A转换器，或者可以理解为完整的包括处理器的发送/接收单元。在此，分级是可能的。在此例如也可以使用MIMO架构来提升鲁棒性。为了相同的目的或者为了提升与其他无线电系统的共存能力，也可以使用超宽带技术作为无线电收发机。
基站10的无线电收发机/逻辑单元或者无线电收发机可以直接彼此并排地例如设置在顶帽式轨道(Hutschiene)或者共同的基板上。然而空间上彼此错落的设置也是可能的。如果它们直接彼此并排工作，则有利的是，天线19至21具有λ/10的最小距离，更有利的是，在λ/4至3λ/4的范围中的距离，使得在从传感器/执行器模块15至基站10的无线电收发机16至18的扰动可以通过相邻的无线电收发机拦截。如果无线电收发机彼此多级地工作，则它们可以通过无线电或者线缆彼此连接。
在传感器/执行器模块15和基站10之间的距离较大时，其间也可以设置定位的无线电中间站。

Claims (13)

1.一种无线电控制系统，该无线电控制系统具有基站和多个传感器/执行器模块以及用于传输时间偏移的数据块(TDMA传输)的装置，其中所述基站具有至少一个无线电收发机和微控制器，所述传感器/执行器模块分别包含能够实现与基站的所述至少一个无线电收发机的无线数据传输的专用的无线电收发机，其特征在于，所述基站(10)具有多个无线电收发机(16至18)，它们以不同的传输频率工作，并且所述传感器/执行器模块(15)的无线电收发机(31)分别以这些传输频率之一工作。
2.根据权利要求1所述的无线电控制系统，其特征在于，所述传感器/执行器模块(15)划分为组(12至14)，这些组分别具有不同的传输频率。
3.根据权利要求1或2所述的无线电控制系统，其特征在于，所有分别以相同的传输频率工作的传感器/执行器模块(15)被构造用于以该传输频率传输时间偏移的数据块(TDMA传输)。
4.根据上述权利要求中的任一项所述的无线电控制系统，其特征在于，所述基站(10)的微控制器(11)至少被构造用于控制数据传输，特别是用于借助在数目和实施形式方面能够可变地选择的传感器/执行器模块(15)对数据传输进行编程。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的无线电控制系统，其特征在于，每个传感器/执行器模块(15)都具有专用的微控制器(26)，该微控制器被构造用于通过所述无线电收发机(31，16至18)与基站(10)的微控制器(11)通信。
6.根据权利要求5所述的无线电控制系统，其特征在于，所述传感器/执行器模块(15)中的至少一部分传感器/执行器模块的微控制器(26)具有多个用于传感器(28)和/或执行器(27)的端子。
7.根据权利要求5或6所述的无线电控制系统，其特征在于，所述传感器/执行器模块(15)的微控制器(26)可以通过接口(29)或者通过无线电从基站(10)出发来被编程。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的无线电控制系统，其特征在于，所述基站(10)的微控制器(11)被构造用于形成分别用于一个传输频率的所有传感器/执行器模块(15)的请求信号和/或控制信号，其中这些传感器/执行器模块(15)中的每个传感器/执行器模块的微控制器(26)在至少一个被连接的执行器(27)的情况下将控制信号转发给该执行器，并且在至少一个被连接的传感器(28)的情况下引起传感器数据在固定的时间标度线中的传输(TDMA传输)。
9.根据上述权利要求中的任一项所述的无线电控制系统，其特征在于，所述传感器/执行器模块(15)的至少一部分具有自给自足的电压供给(33，34)，特别是通过太阳能模块或者机械-电转换器的电压供给。
10.根据上述权利要求中的任一项所述的无线电控制系统，其特征在于，所述基站(10)具有用于将微控制器(11)连接到外部数据总线(23)上的总线接口(22)，该外部数据总线特别是与外部控制中心相连。
11.根据上述权利要求中的任一项所述的无线电控制系统，其特征在于，所述基站(10)具有模块化的结构方式，其具有可自由选择的数目的无线电收发机(16至18)。
12.根据上述权利要求中的任一项所述的无线电控制系统，其特征在于，为了将数据传输给不同组(12至14)的传感器/执行器模块(15)，设置起不同作用的天线，特别是具有不同极化的天线。
13.根据上述权利要求中的任一项所述的无线电控制系统，其特征在于，为了在基站(10)和远离的传感器/执行器模块(15)之间的数据传输而设置有无线电中间站。
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