DE10014595A1 - Infrarot-Kommunikationseinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Infrarot-Kommunikationseinrichtung mit einem Basisgerät, das bidirektional mit einer Vielzal von Bediengeräten kommuniziert, verwendet ein Übertragungsprotokoll, bei dem das Basisgerät (1) einen Startimpuls (Tr) aussendet, der von allen Bediengeräten (2-5) empfangen wird. Jedem Bediengerät (2-5) ist ausgehend von dem Startimpuls (Tr) ein Zeitfenster (F1-F5) zugewiesen, innerhalb dessen es seine Information an das Basisgerät (1) sendet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Infrarot-Kommunikationseinrich­ tung mit einem Basisgerät, das bidirektional mit einer Vielzahl von Bediengeräten kommuniziert.

Eine solche Kommunikationseinrichtung ist aus der WO 97/23853 bekannt. Eine solche Kommunikationseinrichtung wird bei­ spielsweise für Computer, Set-Top-Boxen, digitale Broad­ casting Systeme, wie z. B. die dBox, Audiosysteme, Videosyste­ me, Spielekonsolen, Haus-Bussysteme und weitere Infrarot-App­ likationen, eingesetzt, welche mittels Standard Infrarot- Fernbedienungen, Infrarot-Keyboards, Infrarot-Mäusen, Infra­ rot-Game-Pads und/oder anderen Infrarot-Bedienelementen mit einer bidirektionalen IR-Schnittstelle gesteuert und bedient werden können. Beispielsweise können mehrere Personen in einem Raum, die je ein Bediengerät haben, gemeinsam ein Computerspiel ausführen. Alle Bediengeräte kommunizieren dabei bidirektional mit dem einen Basisgerät, das über eine bekannte Schnittstelle, wie z. B. eine serielle oder eine parallele Schnittstelle, mit dem Computer verbunden ist. Auch ist es möglich, daß das eine Basisgerät mit einer Vielzahl von fernzusteuernden Geräten verbunden ist, wie z. B. einem Computer, einem CD-Player, einem Videorecorder und sonstigen fernsteuerbaren Geräten.

Bei der eingangs genannten WO 97/23853 ist in einem Ausfüh­ rungsbeispiel jedem Bediengerät eine individuelle Adresse zugewiesen, mittels derer das Basisgerät das individuelle Bediengerät ansprechen kann und auch dessen Signale identifi­ zieren kann. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist jedem Bediengerät ein eigener Kommunikationskanal zugewiesen, beispielsweise durch ein Frequenzmultiplexing, bei dem jedem Kanal eine unterschiedliche Frequenz zugewiesen ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sendet das Basisgerät seine für ein ausgewähltes Bediengerät bestimmte Nachricht und wartet dann auf ein Bestätigungssignal von diesem Bedien­ gerät, worauf dann das nächste Bediengerät in gleicher Weise angesprochen wird.

Die WO 98/02995 beschreibt ein Übertragungsverfahren zwischen einer Vielzahl von Stationen, wie z. B. einem Satelliten und mehreren Bodenstationen, wobei der Übertragungskanal in aufeinander folgende Zeitfenster von vorgegebener Länge unterteilt ist, die jeweils aus zwei Teilen bestehen, nämlich einem Datenübertragungsteil und einem kleineren Kanalanforde­ rungsteil. Bei nicht erfolgreicher Datenübertragung wird in dem Kanalanforderungsteil ein Kanalbelegungssignal ausge­ geben, das im Falle einer Kollision zwischen dem Kanalbele­ gungssignal und einem Kanalanforderungssignal für eine neue Nachricht Vorrang erhält.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kommunikationseinrichtung zu schaffen, die mit einem sehr einfachen Übertragungsproto­ koll eine fehler- und kollisionsfreie Kommunikation zwischen einer Vielzahl von Bediengeräten und einem Basisgerät ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, daß das Basis­ gerät einen Startimpuls aussendet, der von allen (erreichba­ ren) Bediengeräten empfangen wird, und daß jedem Bediengerät ausgehend von dem Startimpuls ein Zeitfenster zugewiesen ist, innerhalb dessen es seine Information an das Basisgerät sendet.

Ein Zyklus besteht also aus einem Startimpuls und einer Anzahl von Zeitfenstern, die der Anzahl von Bedienelementen entsprechen. Ein neuer Zyklus beginnt dann wieder mit einem Startimpuls. Die zeitliche Länge eines Zyklus' ist variabel und hängt von der Anzahl der Bedienelemente ab. Sie wird bei der Konfiguration der Basisstation festgelegt. Je nach Art des individuellen Bediengerätes kann die zeitliche Länge der einzelnen Zeitfenster auch unterschiedlich sein, was bei der Konfiguration der Basisstation festgelegt werden kann.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Startimpuls auf Anforderung eines Bediengerätes ausgelöst. Hierdurch wird der Stromverbrauch der Basisstation reduziert, da nur dann ein Zyklus ausgelöst wird, wenn mindestens ein Bediengerät eine Nachricht an das Basisgerät zu senden hat.

Auch ist es möglich, die Zyklen solange laufen zu lassen, bis in einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen kein Signal von irgendeinem der Bediengeräte empfangen wird. Will danach eines der Bedienelemente eine Nachricht senden, so fordert es einen neuen Zyklus an, der mit einem Startimpuls des Bediengerätes beginnt.

Vorzugsweise erfolgt die Infrarot-Kommunikation zwischen Basis- und Bediengerät mittels zweiphasig modulierter Träger­ frequenz, wodurch eine hohe Übertragungssicherheit gewähr­ leistet wird. Damit ist auch eine hohe Reichweite der IR- Strecke gegeben, womit die Benutzer der Bediengeräte eine größere Bewegungsfreiheit haben. Ein weiterer Vorteil ist die geringe Beeinträchtigung durch andere Quellen, wie Licht, elektromagnetische Störstrahlung etc., da die zweipha­ sig modulierte Trägerfrequenz von sonstigen Störquellen einwandfrei unterschieden werden kann und sehr geringe Empfangspegel ausreichen. Deshalb müssen die einzelnen Bediengeräte auch nicht gerade auf das Basisgerät hin ausge­ richtet sein, da Reflektionen an Gegenständen oder Wänden des Raumes ausreichen, noch ein unterscheidbares Signal auszutauschen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Sendeleistung der einzelnen Bediengeräte automatisch minimiert. Hierzu wird bei der Übertragung des Infrarot-Signales von dem Bediengerät zum Basisgerät mindestens ein Bit bzw. Impuls oder auch ein Burst mit stufig verringerter Sendeleistung abgestrahlt. Wird dieses Bit bzw. dieser Impuls vom Basisge­ rät erkannt, so sendet es ein Bestätigungssignal an das Bediengerät, das für die nächste Sequenz dann mit der verrin­ gerten Sendeleistung strahlt. Auch in der nächsten Sequenz wird dann wieder das entsprechende Bit bzw. der vorbestimmte Impuls mit weiter verringerter Sendeleistung abgestrahlt, wobei dieser Vorgang solange wiederholt wird, bis das ent­ sprechende Bit bzw. der entsprechende Impuls vom Basisgerät nicht mehr erkannt wird. Auf das Fehlen des Bestätigungssig­ nals wird die Sendeleistung dann nicht mehr weiter reduziert, sondern ggf. um eine Stufe höher gestellt.

Bei einer anderen Variante wird sozusagen mit einem inversen Bestätigungssignal gearbeitet, d. h. es wird nur dann ein Bestätigungssignal ausgesandt, wenn die in der Sendeleistung reduzierten Impulse nicht mehr empfangen werden. Solange diese Impulse empfangen werden, wird kein Bestätigungssignal ausgesandt, und das Bediengerät reduziert in jedem Zyklus die entsprechenden Impulse um eine Stufe. Da bei dieser Variante insgesamt weniger Information übertragen wird, ist die Kommunikation schneller.

Diese Vorgehensweise verlängert nicht nur die Lebensdauer der Batterien der Bediengeräte, sondern erhöht auch die Übertragungssicherheit, da die Sendeleistung optimal einge­ stellt wird, wodurch wiederum die gegenseitige Störung der IR-Empfänger der einzelnen IR-Bedienelemente minimiert wird.

Bei bestimmten Bediengeräten, wie z. B. Joystick/Maus-Bewegung und Tasten dieser Geräte, können die Informationen für Tasten und für Bewegung getrennt übertragen werden. Dies kann jeweils in demselben Zeitfenster unterschiedlicher Zyklen erfolgen; es ist aber auch möglich, die Informationen in unterschiedlichen Zeitfenstern desselben Zyklus' zu übertragen. Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird dabei in einem Zeitfenster, beispielsweise dem für die Übertragung der Bewegung, eine zusätzliche Kurzinformation des anderen Zeitfensters, also beispielsweise den Zustand der Tasten, übertragen und umgekehrt bei der Übertragung der Tasten eine Kurzinformation über die Bewegung. Hierdurch erhält man eine schnellere Reaktion auf Änderungen, die insbesondere bei Game Pads von großer Bedeutung ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Basisgerätes, das bidirektional mit einer Vielzahl von Bediengeräten kommuniziert;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Basisgerätes und eines Bediengerätes;

Fig. 3 ein Zeitdiagramm einer Sequenz der Kommunikation zwischen dem Basisgerät und einer Anzahl von Bediengeräten;

Fig. 4 ein Beispiel von Übertragungsprotokollen; und

Fig. 5 ein Zeitdiagramm von Träger und auf modulierten Impulsen für eine logische "0" und eine logische "1".

In Fig. 1 ist ein Basisgerät 1 dargestellt, das ein IR-Sende­ modul 1s und ein IR-Empfangsmodul 1e aufweist. Die ausgesand­ ten bzw. empfangenen IR-Strahlen sind mit einem Pfeil ange­ deutet. Das Basisgerät kommuniziert mit einer Vielzahl von Bediengeräten 2, 3, 4, 5, die jeweils ebenfalls ein IR-Sendemodul 2s, 3s, 4s, 5s und ein IR-Empfangsmodul 2e, 3e, 4e, 5e aufweisen. Die Anzahl der Bediengeräte ist grund­ sätzlich frei wählbar und beeinflußt im Ergebnis lediglich die weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebene Zykluszeit.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild von Basisgerät 1 und einem Bediengerät 2. Das Basisgerät enthält einen Mikroprozessor 6, der eine IR-Sendeeinheit 7 ansteuert und eine IR-Empfangsein­ heit 7', die ebenfalls an den Mikroprozessor 6 angeschlosssen ist. Weiter enthält das Basisgerät ein Speicherbauteil, beispielsweise ein EEPROM 8, und eine Schnittstelle 9, die eine serielle oder parallele Schnittstelle sein kann und die an ein zu steuerndes Gerät, wie z. B. einen nicht dargestellten Computer, angeschlossen ist.

Das Bediengerät 2 enthält ebenfalls einen Mikroprozessor 10, eine IR-Sendeeinheit 11 und eine IR-Empfangseinheit 12, die jeweils an den Mikroprozessor 10 angeschlossen sind. Auch die Bedieneinheit 2 enthält einen Speicherbaustein 13, der ebenfalls eine EEPROM sein kann, eine Spannungsversor­ gung 14, wie z. B. eine Batterie, sowie eine oder mehrere "Schnittstellen" für Bedienelemente, wie z. B. Tasten 15, die im Prinzip elektrische Schalter sind, sowie sonstige Eingabeelemente, wie z. B. Bewegungsmelder 16 einer Maus oder eines Joysticks.

Fig. 3 zeigt das IR-Übertragungsprotokoll am Beispiel von vier Bediengeräten. Die vom Sendemodul 1s ausgesandten Impulse sind mit StS bezeichnet und werden während einer ersten Zeitdauer Tr abgesandt und von allen in Reichweite befindlichen IR-Empfangsmodulen empfangen. Dieser Start- oder Trigger-Impuls hat eine vorbestimmte Länge und synchro­ nisiert alle Bediengeräte. Darauf folgt eine Pause P mit ebenfalls vorbestimmter Länge. Danach beginnt ein erstes Zeitfenster F1, in welchem das IR-Sendemodul eines ersten Bediengerätes seine Nachricht T1 an das IR-Empfangsmodul 1e des Basisgerätes überträgt. Das Zeitfenster F1 hat ebenfalls eine vordefinierte Länge. Das IR-Empfangsmodul 1e des Basis­ gerätes empfängt diese Impulse, die empfangsseitig als StE bezeichnet sind. Es folgt wiederum eine Pause P, worauf das IR-Sendemodul des zweiten Bediengerätes seine Impulse T2 mit vorbestimmter Länge im Zeitfenster F2 sendet, die eben­ falls vom IR-Empfangsmodul 1e des Basisgerätes empfangen werden. In gleicher Weise, jeweils nach einer Pause, senden dann das dritte und das vierte Basisgerät in den Zeitfen­ stern F3 und F4. Nach einer weitere Pause P ist ein Zyklus beendet, und das Basisgerät sendet einen neuen Triggerimpuls im nächsten Zeitfenster Tr, womit ein neuer Zyklus beginnt.

Wahlweise, je nach Programmierung des Basisgerätes, können die einzelnen Zyklen kontinuierlich aufeinanderfolgen. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß auf einen Zyklus erst dann ein neuer Zyklus oder mehrere Zyklen folgen, wenn eines der Bediengeräte ein Anforderungssignal an das Basisgerät gesandt hat. Die Zyklen können auch gestoppt werden, wenn für eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen keines der Bediengeräte eine Information übertragen hat.

Im dargestellten Fall sind die Zeitfenster F1-F4 jeweils gleich lang. Es ist aber auch möglich, die Zeitfenster unterschiedlich lang zu machen, wobei jedes Bediengerät in einer Initialisierungsphase programmiert werden kann, wann, bezogen auf den Startimpuls, "sein" Zeitfenster beginnt und wie lang es ist. Gleiche Information muß natürlich auch das Basisgerät haben, damit es empfangene Impulse dem jeweiligen Bediengerät zuordnen kann. Auch ist es mög­ lich, daß das Basisgerät die einzelnen Bediengeräte anhand übertragener Information, wie z. B. eine sog. Device-Codes, identifiziert und nicht anhand des dem jeweiligen Bediengerät zugeordneten Zeitfensters. In diesem Fall "weiß" zwar jedes Bediengerät, wann "sein" Zeitfenster bezogen auf den Startim­ puls beginnt und endet. Das Basisgerät "weiß" bei dieser Variante aber nicht, welches Zeitfenster welchem Bediengerät zugewiesen ist. Auch lassen sich beide Identifizierungsmetho­ den, d. h. Zeitfenster/Device-Code, miteinander kombinieren, wobei die eine Information dann zur Verifizierung der anderen Information verwendet wird. Dadurch wird die Datenübertra­ gungssicherheit erhöht. Erfolgt die Identifizierung allein aufgrund des zugeordneten Zeitfensters, so braucht der Device-Code nicht übertragen zu werden, wodurch die übertra­ gende Wortlänge verringert ist und die Kommunikation schnel­ ler erfolgt.

Fig. 4 zeigt das Übertragungsprotokoll, das innerhalb eines Zeitfensters abgesandt wird. In der oberen Zeile ist das Übertragungsprotokoll für die Bewegung eines Joysticks oder einer Maus dargestellt. Ein erstes Bit 1 ist das Start­ bit, das hier immer eine logische "1" ist. Darauf folgen fünf Bits D5 . . . D0, die das jeweilige Gerät identifizieren, also beispielsweise ob es sich um eine Maus, eine Tastatur oder ein sonstiges Gerät handelt. Darauf folgt ein Bit B0, das den Zustand der Batterie des Bediengerätes kennzeichnet. Ist die Batteriespannung unter einem bestimmten Wert abgesun­ ken, so wird eine logische "0" übertragen, ansonsten eine "1". Es folgen vier Bits S3, S2, S1 und S0, die die Schritt­ weite, also den Betrag der Mausgeschwindigkeit, anzeigen. Weiter folgen dann vier Bits W3, W2, W1 und W0, die den Winkel der Mausbewegung repräsentieren.

Schließlich kann noch ein Bit Tx folgen, das eine Information über die Tasten enthält, beispielsweise eine "1", wenn eine Maustaste gedrückt ist, und eine "0", wenn die Taste losgelassen ist. Damit kann in dem Übertragungsprotokoll für die Mausbewegung auch eine Information über die Tasten übersandt werden, womit die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht wird, da nicht erst das nächste Zeitfenster abgewartet wird, das die volle Information über die Tasten enthält.

In der zweiten Zeile der Fig. 4 ist das Übertragungsprotokoll für die Tasten dargestellt. Auch hier sind ein Startbit, fünf Bits D5-D0 für die Gerätekennung, das Bit B0 für den Batteriezustand vorhanden sowie zwölf Bits T11-T0 für den Zustand verschiedener Tasten. Schließlich kann auch hier ein weiteres Bit Mx übersandt werden, das signalisiert, ob die Maus oder ein Joystick bewegt wird (logische "1") oder nicht bewegt wird (logische "0").

Prinzipiell ist es auch möglich, die von einem Bediengerät übersandte Nachricht in zwei Zeitfenster aufzuteilen, die dann nicht unmittelbar aufeinanderfolgen, so daß im Ergebnis die Hälfte der Nachricht eines Bediengerätes ausgewertet wird, dann die Hälfte des nächsten Bediengerätes usw. und dann erst die zweite Hälfte.

Selbstverständlich müssen nicht alle Zeitfenster, wie in Fig. 3 dargestellt, mit Nachrichten belegt sein. Hat ein Bedienelement in einem Zyklus keine Nachricht an das Basisge­ rät zu senden, so bleibt dieses Zeitfenster unbesetzt. Im Ergebnis können somit keine Überschneidungen der IR-Infor­ mationen durch verschiedene Bediengeräte auftreten, wodurch Störungen der IR-Übertragung vermieden werden und damit auch eine Verzögerung der Informationsweitergabe, da eine Mehrfachübertragung derselben Information unnötig ist.

Je nach Anwendungsfall kann eine beliebige Anzahl von IR-Be­ dienelementen mit einem Basisgerät zusammenwirken. Innerhalb eines Zyklus' arbeiten alle Bediengeräte quasi simultan, da der zeitliche Versatz der Zeitfenster für den Benutzer nicht spürbar ist. Die Zykluszeit wird bestimmt durch die Länge der Triggerinformation, die Anzahl der Bediengeräte und den Informationsinhalt (Wortlänge). Die maximale Anzahl von Bedienelementen ist im Prinzip frei programmierbar und beeinflußt im Ergebnis nur die Zykluszeit.

Aufgrund der bidirektionalen Datenübertragung können auch längere Informationen vom Basisgerät zu den Bediengeräten übertragen werden, beispielsweise Daten zur Funktionsweise oder zum Update.

Fig. 5 erläutert noch die Modulationsart. Die jeweiligen Sendemodule senden einen Träger mit einer Trägerfrequenz von hier 56 kHz bzw. einer Periode von 17,9 µs aus, und ein Burst enthält 14 Trägerpulse und damit eine Dauer von 250 µs. Eine Pause hat ebenfalls eine Länge von 250 µs.

Ein Bit hat dann eine Länge von 500 µs. Eine logische "1" besteht hier aus einem Burst (14 Trägerimpulsen) und einer Pause. Eine logische "0" besteht aus einer Pause und einem Burst. In der untersten Zeile ist ein Beispiel für ein Datenwort der Bitfolge 11001011 angegeben.

Claims (7)

1. Infrarot-Kommunikationseinrichtung mit einem Basisge­ rät, das bidirektional mit einer Vielzahl von Bedienge­ räten kommuniziert, dadurch gekennzeichnet,
daß das Basisgerät (1) einen Startimpuls (Tr) aussen­ det, der von allen Bediengeräten (2-5) empfangen wird und
daß jedem Bediengerät (2-5) ausgehend von dem Startim­ puls (Tr) ein Zeitfenster (F1-F5) zugewiesen ist, innerhalb dessen es seine Information an das Basisge­ rät (1) sendet.

2. Infrarot-Kommunikationseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Startimpuls (Tr) des Basisgerätes (1) auf eine Anforderung eines Bediengerätes (2-5) ausgelöst wird.

3. Infrarot-Kommunikationseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarot-Übertragung mittels zweiphasig modu­ lierter Trägerfrequenz erfolgt.

4. Infrarot-Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bediengeräte pro Sequenz mindestens einen vorbestimmten Impuls mit verringerter Sendeleistung abstrahlen,
daß das Basisgerät, sofern dieser mindestens ein Impuls von ihm als richtig erkannt wird, eine Information an das entsprechende Bediengerät sendet, worauf das Bediengerät in der folgenden Sequenz den mindestens einen vorbestimmten Impuls mit weiter verringerter Sendeleistung abstrahlt und dieser Vorgang solange wiederholt wird, bis der in der Sendeleistung reduzierte vorbestimmte Impuls von dem Basisgerät nicht mehr als richtig erkannt wird, worauf dann das Bediengerät in der folgenden Sequenz mit um einer Stufe erhöhten Sendeleistung sendet.

5. Infrarot-Kommunikationseinrichtung nach einem Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen der einzelnen Bediengeräte auf mehrere, nicht unmittelbar aufeinanderfolgende Zeitfen­ ster aufgeteilt sind.

6. Infrarot-Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bediengeräten mit mehreren Funktionen, wie z. B. Tasten- und Bewegungsfunktionen, in dem Zeitfen­ ster für die Übertragung der einen Funktion eine Kurz­ information für die andere Funktion übertragen wird.

7. Infrarot-Kommunikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Startimpuls (Tr) beginnende Zyklen solan­ ge wiederholt werden, bis in einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen keinerlei Informationen vom Basisgerät (1) empfangen werden.