DE102006018153A1

DE102006018153A1 - Communication system for controlling e.g. electrical units, has evaluation unit provided for detecting distortion of stray field, where distortion is determined by electrically or dielectrically conducting body arranged in stray field area

Info

Publication number: DE102006018153A1
Application number: DE102006018153A
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr. Pohl; Robert Tschofen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2007-10-25

Abstract

The system (1) has near field communication units provided in the form of a signal generator and generating and/or converting data signals. Coupling units (2.1, 2.2) stay in capacitive reciprocation connection with the communication units, such that a quasi-stationary near field with a high-frequency alternating current is provided to the coupling units. An evaluation unit is provided for detecting distortion of a stray field (S), where the distortion is determined by an electrically or dielectrically conducting body arranged in a stray field area.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem zur Steuerung elektrischer Einheiten der Elektroinstallationstechnik Ein derartiges Kommunikationssystem dient u.a. dazu, Schalt- oder Funktionszustände von elektrischen Einheiten, wie Geräte oder Gerätegruppen, der Elektroinstallationstechnik zu ändern, abzufragen bzw. anzuzeigen. Der Einsatz eines solchen Kommunikationssystems für einen bestimmten Anwendungsfall geht einher mit einer so genannten Szene, die durch einen gegebenen Systemzustand definiert ist, und bei der in Abhängigkeit vorgegebener Bedingungen und als Folge auf eine Aktion eine oder mehrere gewünschte Funktionen veranlasst und ausgeführt werden, was sich letztlich in einer Szenenänderung abzeichnet.The The invention relates to a communication system for controlling electrical Units of electrical installation technology Such a communication system serves u.a. to, switching or functional states of electrical units, such as devices or device groups, to change the electrical installation technology to interrogate or display. The use of such a communication system for one certain application goes hand in hand with a so-called scene, which is defined by a given system state and in which depending on given Conditions and as a result of an action one or more desired functions and executed become what ultimately emerges in a scene change.

In der WO 2004/036784 A1 ist ein unsymmetrisches Nachrichtenübertragungssystem unter Verwendung eines elektrischen Nahfelds beschrieben, welches mit einem Sender versehen ist, der zumindest ein Koppelelement aufweist, über das im Wesentlichen ein elektrisches Nahfeld ausgestreut wird. Das Nachrichtenübertragungssystem umfasst dabei einen ohnehin vorhandenen Infrastrukturkörper, der ein von Erde elektrisch isoliertes und elektrisch leitendes Leiterelement aufweist, in das das elektrische Feld eingekoppelt wird. Mittels eines Empfängers, der zumindest ein Koppelelement aufweist, wird das in dem Leiterelement übertragene Feld ausgekoppelt.In WO 2004/036784 A1 is an asymmetrical message transmission system described using a near-field electric field which is provided with a transmitter which has at least one coupling element over which essentially an electric near field is spread. The message transmission system includes an already existing infrastructure body, the one electrically insulated from earth and electrically conductive conductor element has, in which the electric field is coupled. through a recipient who has at least one coupling element, which is transmitted in the conductor element Field decoupled.

Es ist die Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Kommunikationssystem zur Steuerung elektrischer Einheiten der Elektroinstallationstechnik zu schaffen, das die Erfassung einer Szenenänderung auf einfache Weise ermöglicht.It The object of the present invention is a communication system for controlling electrical units of electrical installation technology to create that capturing a scene change in a simple way allows.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.These The object is achieved by the Features of claim 1 solved; advantageous embodiments are each the subject of further claims.

Durch den Einsatz einer Auswerteeinheit innerhalb eines auf der Nahfeldkommunikation mit Koppelelementen, insbesondere elektrisch leitenden Infrastrukturelementen, basierenden Kommunikationssystems, kann mit einfachen Mitteln eine Streufeld-Verzerrung detektiert und somit auf eine Veränderung des Systemzustandes geschlossen werden. Eine aufwändige Montage von Sensoren kann demnach ebenso entfallen, wie die Installation von herkömmlichen, drahtgebundenen Kommunikationsleitungen.By the use of an evaluation unit within one on the near field communication with coupling elements, in particular electrically conductive infrastructure elements, based communication system, can with simple means a Stray field distortion detected and thus to a change of the system state are closed. An elaborate assembly of sensors can therefore be omitted as well as the installation from conventional, wired communication lines.

Bei einer derartigen Nahfeldkommunikation weist das Kommunikationssystem zum einen ein Sendemittel zur Nahfeldkommunikation auf, das im Wesentlichen ein elektrisches Nahfeld aussendet. Dieses Feld wird in ein Koppelelement, insbesondere in ein elektrisch leitendes Infrastrukturelement, kapazitiv eingekoppelt, in dem dann ein Strom, insbesondere ein impulsförmiger Verschiebestrom auf Grund einer Ladungsveränderung, an dem elektrisch leitenden Element auftritt. Daraus resultiert ein elektrisches Streufeld, das eine Feldeinkopplung an einem benachbarten Koppelelement ermöglicht. Die elektrisch leitenden Elemente sind elektrisch mit dem Erdpotential und ggf. mit weiteren elektrisch leitenden Elementen kapazitiv gekoppelt. Durch geeignete kapazitive Ein- und Auskopplung eines Signals wird mittels solcher Elemente über zwischen denselben und dem Erdpotenzial vorhandene Koppelkapazitäten und Koppelwiderstände ein Stromkreis gebildet.at Such a near field communication has the communication system on the one hand, a transmission means for near-field communication, essentially sends out an electric near field. This field is placed in a coupling element, in particular in an electrically conductive infrastructure element, capacitive coupled, in which then a current, in particular a pulse-shaped displacement current due to a charge change, occurs at the electrically conductive element. This results an electrical stray field, the field coupling to an adjacent Coupling allows. The electrically conductive elements are electrically connected to the ground potential and optionally capacitively coupled with further electrically conductive elements. By suitable capacitive coupling and decoupling of a signal is by means of of such elements between the same and the ground potential existing coupling capacities and coupling resistors a circuit is formed.

An einem beliebigen Punkt eines der elektrisch leitenden Elemente kann nun mit geeigneten Empfangsmitteln eine Potenzialdifferenz zwischen dem elektrisch leitenden Element und Erde gemessen und damit ein Signal empfangen werden, das im Allgemeinen ein Datentelegramm umfasst.At any point of any of the electrically conductive elements can now with suitable receiving means a potential difference between the electrically conductive element and earth measured and thus a signal are received, which generally comprises a data message.

Wesentlich ist dabei, dass Signalfrequenz, elektrisch leitende Elemente und Sender/Empfänger so aufeinander abgestimmt sind, dass tatsächlich eine Nahfeldkommunikation stattfindet, wobei keine Funkverbindung mit vorwiegender Abstrahlung des Signals über den Innenraum eines Gebäudes oder eines Anlagenteils vorliegt, sondern tatsächlich eine vorwiegend kapazitive Kopplung an elektrisch leitenden Infrastrukturelementen erfolgt, die jedoch in der Weise gegeben sein muss, dass an einer vorgesehenen Empfangsstelle ein Signal mit ausreichendem Signalpegel empfangen werden kann.Essential is doing that signal frequency, electrically conductive elements and Transmitter / receiver like this are coordinated with each other, that is actually a near field communication takes place, with no radio link with predominant radiation the signal over the interior of a building or part of a plant, but actually a predominantly capacitive one Coupling to electrically conductive infrastructure elements, which must, however, be given in such a way that it Receive a signal with sufficient signal level can be.

Mit diesem Kommunikationssystem werden mitunter die Verluste eines strahlenden Systems vermieden, und somit ein sehr geringer Stromverbrauch in Sender und Empfänger erreicht. Es werden beim Senden keine sich weit ausbreitenden, unerwünschten Streufelder produziert, da die kapazitive Einkopplung vom Sender in das elektrisch leitende Element durch ein elektrisches Nahfeld mit einer nur geringen Reichweite vonstatten geht. Die Hauptverluste entstehen dabei in den Kopplungskapazitäten und Kopplungswiderständen zwischen den unterschiedlichen, leitenden Elementen sowie durch die Eigeninduktivitäten dieser Elemente.With This communication system is sometimes the loss of a radiant Systems avoided, and thus a very low power consumption in Sender and receiver reached. There are no spreading, undesirable when sending Stray fields produced because the capacitive coupling of the transmitter in the electrically conductive element by an electric near field with only a small range takes place. The main losses arise in the coupling capacitances and coupling resistances between the different, conductive elements as well as the self-inductances of these Elements.

Eine Signalübertragung im quasistationären elektrischen Feld benötigt keine Taktgewinnung auf der Empfängerseite, denn der Systemtakt wird einheitlich in das Übertragungsmedium, insbesondere in die elektrisch leitenden Elemente, eingespeist. Grundsätzlich können aber die üblichen Verfahren der Funktechnik, wie Trägeraufbereitung, Modulation, Multiplexverfahren, Empfang und Demodulation uneingeschränkt angewendet werden.A signal transmission in quasi-stationary electrical Field needed no clock recovery on the receiver side, because the system clock becomes uniform in the transmission medium, in particular in the electrically conductive elements, fed. Basically, though the usual Method of radio technology, such as carrier preparation, modulation, Multiplexing, reception and demodulation fully applied become.

In einer Ausführungsform des Kommunikationssystems sind die beiden Koppelelemente voneinander beabstandet zu einer Sensoreinheit angeordnet, derart dass die Streufeld-Verzerrung auf Grund eines zwischen den beiden Koppelelemente eingebrachten, elektrisch oder dielektrisch leitfähigen Körpers detektierbar ist, wodurch eine gewünschte Funktion des Kommu nikationssystems direkt von der Signalübertragung zwischen den beiden Koppelelementen abhängig gemacht werden kann.In an embodiment of the communication system are the two coupling elements from each other spaced apart from a sensor unit such that the stray field distortion due to a introduced between the two coupling elements, electrically or dielectrically conductive body is detectable, whereby a desired function of the communication system directly from the signal transmission between the two Coupling elements dependent can be made.

Mit Vorteil ist die Streufeld-Verzerrung anhand einer Amplituden- und Phasenänderung der übertragenen Datensignale detektierbar. Hierzu kann zum einen die Amplitudenänderung durch einen Vergleicher detektiert werden, der eine aktuelle Amplitude mit der vorhergehenden Amplitude vergleicht. Zum anderen kann die Phasenänderung durch einen phasengekoppelten Regelkreis detektiert werden, der eine vorgegebene Frequenz mit einer Referenzfrequenz vergleicht. Somit ist es mit einfachen und erprobten Mitteln möglich, eine Veränderung des Systems festzustellen.With Advantage is the stray field distortion based on an amplitude and phase change the transmitted Data signals detectable. For this purpose, on the one hand the amplitude change be detected by a comparator having a current amplitude compares with the previous amplitude. On the other hand, the phase change be detected by a phase-locked loop, the compares a given frequency with a reference frequency. Thus, it is possible with simple and proven means, one change of the system.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung übernehmen die beiden Koppelelemente des Kommunikationssystems neben ihrer einen Funktion als Sensoreinheit jeweils eine weitere Funktion als kapazitives Übertragungselement zur Weiterführung eines Datensignals, so dass eine Doppelfunktion gegeben ist, die eine Einsparung von elektrischen Einheiten, Bauteilen oder Systemkomponenten erlaubt.In an advantageous embodiment take over the two coupling elements of the communication system besides its one function as a sensor unit in each case a further function as a capacitive transmission element for the continuation of a data signal, so that a double function is given, which is a saving of electrical units, components or system components allowed.

Vorteilhafterweise ist das Kommunikationssystem Teil eines Netzwerkes, bei dem die Systemteilnehmern zugeordneten Mittel zur Nahfeldkommunikation als Antwort auf ein von einer Zentraleinheit periodisch ausgesendetes Signal jeweils für sich eine Rückmeldung an die Zentraleinheit ausgeben, so dass eine korrelative Mustererkennung zur Detektion einer Streufeld-Verzerrung durch die Zentraleinheit als Auswerteeinheit ausführbar ist. Hierbei wird ebenfalls neben der ursprünglichen Funktion als Kommunikationssystem zum Steuern von Endgeräten eine weitere Funktion realisiert, bei der eine durch einen eingebrachten Körper bedingte, statistische Änderung aller Übertragungskanäle erfasst wird. Über eine mittels der Auswerteeinheit durchführbare korrelative Mustererkennung kann aus den Übertragungseigenschaften des Netzwerkes auf die Anwesenheit von beispielsweise Personen geschlossen werden.advantageously, the communication system is part of a network in which the Assigned to system subscribers for near field communication as Response to a periodically emitted by a central unit Signal for each a feedback to the central unit, so that a correlative pattern recognition for the detection of a stray field distortion can be executed by the central unit as an evaluation unit. This is also next to the original function as a communication system for controlling terminals realized another function, in which one introduced by a body conditional, statistical change all transmission channels detected becomes. about an executable by the evaluation unit correlative pattern recognition can from the transmission characteristics of the network can be closed to the presence of, for example, people.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der weiteren Ansprüche werden im Folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass insoweit eine Beschränkung der Erfindung erfolgt; darin zeigen:The Invention and advantageous embodiments according to the features of the other claims will be described below with reference to the drawings shown embodiments explained in more detail, without that in that respect a restriction the invention takes place; show in it:

1 ein erfindungsgemäßes Kommunikationssystem mit Ersatzschaltbildern in einer schematischen Darstellung; 1 a communication system according to the invention with equivalent circuit diagrams in a schematic representation;

2 ein erstes Ausführungsbeispiel des Kommunikationssystems in einer schematischen Darstellung; 2 a first embodiment of the communication system in a schematic representation;

3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kommunikationssystems in einer schematischen Darstellung; und 3 a further embodiment of the communication system in a schematic representation; and

4 ein schematisch dargestelltes Netzwerk mit dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem. 4 a schematically illustrated network with the communication system according to the invention.

In 1 ist ein schematisch dargestelltes Kommunikationssystem 1 zum Datenaustausch zwischen einem ersten und einem zweiten Koppelelement 2.1 bis 2.2 – auch kapazitive Koppel- oder Übertragungselemente genannt – gezeigt. Zur Signalerzeugung dient ein Signalgenerator in Form eines ersten Mittels zur Nahfeldkommunikation, der zur Ladungsänderung als Frequenz- oder Impulsgenerator ausgeführt sein kann. Das Kommunikationssystem 1 weist demnach einen Sender und ein zugehöriges Koppelelement auf, mit dem im Wesentlichen ein quasistationäres Nahfeld erzeugt und ausgesendet werden kann. Unter einem quasistationären Nahfeld N wird ein Feld verstanden, das in Wechselwirkung zwischen einer Signalquelle und einem dazu beabstandeten Koppelelement erzeugt wird und eine vorwiegend elektrische Nahfeldkomponente aufweist.In 1 is a schematically illustrated communication system 1 for data exchange between a first and a second coupling element 2.1 to 2.2 - Also called capacitive coupling or transmission elements - shown. For signal generation is a signal generator in the form of a first means for near field communication, which can be designed to charge change as a frequency or pulse generator. The communication system 1 Accordingly, it has a transmitter and an associated coupling element with which essentially a quasi-stationary near field can be generated and transmitted. A quasi-stationary near field N is understood to be a field which is generated in interaction between a signal source and a coupling element spaced therefrom and has a predominantly electric near-field component.

Das Nahfeld wird auf das Koppelelement, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch das elektrisch leitende Infrastrukturelement 2.1 gegeben ist, asymmetrisch eingekoppelt. Neben dem Koppelelement 2.1 sind weitere elektrisch leitende Ele mente vorsehbar, die untereinander und mit dem Erdpotential E vorwiegend kapazitiv gekoppelt sind. Durch die asymmetrische Einkopplung eines hochfrequenten Wechselstroms in das Koppelelement 2.1 wird über die weiteren leitenden Elemente der Infrastruktur und die zwischen denselben und dem Erdpotential E vorhandenen Koppelkapazitäten und Koppelwiderstände ein Stromkreis gebildet. In diesem Zusammenhang bedeutet asymmetrische Einkopplung, dass die Koppelkapazität zwischen jeweils einer Koppelfläche und dem elektrisch leitenden Element oder Medium bzw. zwischen jeweils einer Koppelfläche und dem Erdpotential E unterschiedlich sind und daher eine Potentialdifferenz entstehen kann.The near field is applied to the coupling element, in the present embodiment by the electrically conductive infrastructure element 2.1 given is asymmetrically coupled. In addition to the coupling element 2.1 are further electrically conductive ele ments providable, which are coupled capacitively to each other and to the ground potential E mainly. By the asymmetric coupling of a high-frequency alternating current in the coupling element 2.1 is formed on the other conductive elements of the infrastructure and the existing between them and the ground potential coupling capacitances and coupling resistors a circuit. In this context, asymmetric coupling means that the coupling capacitance between each of a coupling surface and the electrically conductive element or medium or between each coupling surface and the ground potential E are different and therefore a potential difference can arise.

Durch die asymmetrische Einkopplung des hochfrequenten Wechselstroms resultiert ein quasistationäres Streufeld S gemäß 1, welches von dem elektrisch leitenden Element 2.1 ausgesendet wird. Unter einem quasistationären Streufeld S wird ein Feld verstanden, das in Wechselwirkung zwischen dem undefiniert angeordneten, elektrisch leitenden Elementen 2.1 und dem dazu beabstandeten weiteren Koppelelement 2.2 erzeugt wird und eine vorwiegend elektrische Nahfeldkomponente aufweist. An einem beliebigen Punkt des Elements 2.2 kann in der Folge mit geeigneten Empfangselementen, insbesondere mittels eines hochohmigen Signaldetektors oder eines Radioempfängers, eine Potentialdifferenz gemessen und damit das Signal empfangen werden. Ein Aktor, der Teil des Empfängers ist oder an diesen als Modul angeschlossen ist, kann dann eine gewünschte Funktion ausführen. Wesentlich ist dabei die Frequenz des hochfrequenten Wechselstroms, die so gewählt werden muss, dass die Übertragungseigenschaften der Elemente 2.1 bis 2.2 ein Optimum erreichen. Die Systemkomponenten Signalgenerator, Signaldetektor sowie die Aktoren können stromnetz- oder batteriegespeist betrieben werden.The asymmetric coupling of the high-frequency alternating current results in a quasi-stationary stray field S according to FIG 1 , which of the electrically conductive element 2.1 is sent out. A quasi-stationary stray field S is understood to mean a field which interacts with one another rule the undefined arranged, electrically conductive elements 2.1 and the spaced apart further coupling element 2.2 is generated and has a predominantly electric near field component. At any point of the item 2.2 can be measured in the sequence with suitable receiving elements, in particular by means of a high-impedance signal detector or a radio receiver, a potential difference and thus the signal can be received. An actor that is part of the receiver or connected to it as a module can then perform a desired function. Essential here is the frequency of the high-frequency alternating current, which must be chosen so that the transmission properties of the elements 2.1 to 2.2 achieve an optimum. The system components signal generator, signal detector as well as the actuators can be operated by mains or battery.

Bei dem in 1 gezeigten Kommunikationssystem 1 wird also ein elektrisches Feld in das Infrastrukturelement 2.1 eingekoppelt, wobei die dabei auftretende elektrische Spannung in dem Infrastrukturelement 2.1 wiederum das elektrische Streu feld S erzeugt, aus dem die Energie bzw. die Datensignale ausgekoppelt werden können. Ist die Infrastruktur 2.1 auf der einen Seite, beispielsweise eines Gebäude-Korridors, elektrisch angeregt, liegt also das Streufeld S vor, so erfolgt die Überkopplung auf nahe gelegene Körper der Umgebung durch die Koppelkapazität zwischen der fest installierten Infrastruktur 2.1 und diesen Körpern 2.2. Sofern die Körper auch mit einer Impedanz geerdet sind, entspricht die daraus hervorgehende Anordnung einer Ersatzschaltung der Überkopplung einer Koppelkapazität und einer Ableitimpedanz gegen Erde.At the in 1 shown communication system 1 becomes an electric field in the infrastructure element 2.1 coupled, wherein the electrical voltage occurring in the infrastructure element 2.1 in turn generates the electrical stray field S, from which the energy or the data signals can be coupled out. Is the infrastructure 2.1 on the one hand, for example, a building corridor, electrically excited, so is the stray field S, so the coupling takes place on nearby bodies of the environment through the coupling capacity between the fixed infrastructure 2.1 and these bodies 2.2 , If the bodies are also earthed with an impedance, the resulting arrangement of an equivalent circuit corresponds to the coupling of a coupling capacitance and a leakage impedance to earth.

Nach 1 ist das an den Sender kapazitiv gekoppelte Infrastrukturelement 2.1, beispielsweise in Form eines Heizkörpers, in seiner Funktion als Koppelelement auf der einen Seite des Gebäude-Korridors gegen die Gebäudeerde E elektrisch erregt. An der gegenüberliegenden Wand des Gebäude-Korridors befindet sich das als elektrisch leitfähiges Infrastrukturelement 2.2 ausgeführte Koppelelement, welches kapazitiv an einen Empfänger gekoppelt ist. Damit entsteht ein Kondensator C1, der sich aus den beiden zueinander beabstandeten Koppelelementen 2.1, 2.2 zusammensetzt. Innerhalb dieses Kondensators C1 bildet sich ein elektrisches Koppelfeld aus.To 1 is the infrastructure element capacitively coupled to the transmitter 2.1 , For example, in the form of a radiator, electrically excited in its function as a coupling element on one side of the building corridor against the building earth E. On the opposite wall of the building corridor is this as an electrically conductive infrastructure element 2.2 executed coupling element which is capacitively coupled to a receiver. This creates a capacitor C1, which consists of the two mutually spaced coupling elements 2.1 . 2.2 composed. Within this capacitor C1, an electrical switching network is formed.

Bewegt sich nun in dieses Koppel-Streufeld ein Mensch hinein, also ein elektrisch leitender Körper mit einer Impedanz gegen Erde, so ändert sich das Ersatzschaltbild dahingehend, dass eine weitere Koppelkapazität C2 und eine Ableitimpedanz R im Sinne einer Feldverzerrung gegeben sind. Insgesamt ist die Signalkopplung über den Menschen niederohmiger; der über den menschlichen Körper weitergeleitete Signalanteil von dem Koppelelement 2.1 auf der Seite des Senders hin zu dem Koppelelement 2.2 auf der Seite des Empfängers, dominiert folglich am Empfänger. Durch den dabei entstehenden, zusätzlichen Grad der Übertragungsfunktion wird das empfangene Signal im Moment des Eintritts des Körpers in den Koppelbereich eine Amplituden- und Phasenänderung erfahren. Die Amplitudenänderung kann durch einen Vergleich mit einer Referenzamplitude und die Phasenänderung durch einen so genannte phasengekoppelten Re gelkreis unter Einbeziehung einer Referenzfrequenz detektiert werden. Die aufgezeigte Ausführungsform lässt sich auch als Durchgangsdetektion unter Einbeziehung der Nahfeldkommunikation und anschließender Auswertung der Signalkopplung beschreiben, die für die Erkennung der Anwesenheit von Personen geeignet ist. Die Detektion der Streufeld-Verzerrung, insbesondere die Auswertung der Signalkopplung, erfolgt mittels einer Auswerteeinheit unter Berücksichtigung der Amplituden- und Phasenänderung. Der Auswertung liegt also der Effekt zugrunde, dass sich elektrische Streufelder verzerren, wenn elektrisch oder dielektrisch leitfähige Körper oder Elemente in den Feldbereich S der Koppelelemente 2.1, 2.2 kommen.If a person moves into this coupling stray field, ie an electrically conductive body with an impedance to ground, then the equivalent circuit changes to the effect that a further coupling capacitance C2 and a leakage impedance R are given in the sense of field distortion. Overall, the signal coupling over humans is lower impedance; the forwarded via the human body signal component from the coupling element 2.1 on the side of the transmitter towards the coupling element 2.2 on the side of the receiver, thus dominating at the receiver. Due to the resulting additional degree of the transfer function, the received signal will experience an amplitude and phase change at the moment the body enters the coupling region. The amplitude change can be detected by comparison with a reference amplitude and the phase change by a so-called phase-locked Re gelkreis incorporating a reference frequency. The embodiment shown can also be described as transit detection involving the near field communication and subsequent evaluation of the signal coupling, which is suitable for detecting the presence of persons. The detection of the stray field distortion, in particular the evaluation of the signal coupling, by means of an evaluation unit, taking into account the amplitude and phase change. The evaluation is therefore based on the effect that stray electrical fields distort when electrically or dielectrically conductive body or elements in the field region S of the coupling elements 2.1 . 2.2 come.

In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Kommunikationssystems 1 in einer schematischen Darstellung gezeigt, bei dem die elektrische Nahfeldkommunikation als Mittel zur Objekt- und Personenidentifikation eingesetzt wird. Auch hier kommt der Effekt zum Tragen, dass sich elektrische Streufelder verzerren, sofern der Feldbereich von kapazitiven Koppelelementen mit elektrisch oder dielektrisch leitfähigen Körpern oder Elementen beeinflusst wird. Bei einem beispielsweise in einem Gebäude installierten Kommunikationssystem verändert sich dessen Übertragungskanal, sobald zwischen zwei offenen Kommunikationsstationen bzw. zwischen zwei offenen Koppelelementen ein elektrisch oder dielektrisch leitfähiges Material eingebracht wird. Die Steuerung der gewünschten Funktion kann also direkt von der Übertragung zwischen den beiden Kommunikationsstationen 2.1, 2.2 gemäß 2 abhängig gemacht werden. Das Kommunikationssystem 1 kann zur Erkennung der Anwesenheit von Objekten und/oder Personen in der Hausautomation eingesetzt werden, wobei verschiedenste Funktion, wie beispielsweise die Steuerung von Hausfunktionen, Alarmgabe, die Betätigung eines Tores oder die Steuerung von Fütterungsautomaten in der Tierhaltung, vorgesehen werden können. Die Signalweiterleitung erfolgt dann z.B. durch eine Person, durch ein Fahrzeug nach 2 oder durch ein Tier, so dass ein Gebäudealarm ausgelöst, ein Garagentor geöffnet bzw. eine Futterschleuse freigegeben wird. Insgesamt betrachtet ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem eine einfache Einrichtung zur Detektion der Anwesenheit von Objekten und/oder Personen in Durchgängen und dergleichen.In 2 is a first embodiment of the communication system 1 shown in a schematic representation, in which the electric near field communication is used as a means for object and person identification. Here, too, the effect comes into play that distort electrical stray fields, if the field area of capacitive coupling elements is influenced by electrically or dielectrically conductive bodies or elements. In a communication system installed, for example, in a building, its transmission channel changes as soon as an electrically or dielectrically conductive material is introduced between two open communication stations or between two open coupling elements. The control of the desired function can thus directly from the transmission between the two communication stations 2.1 . 2.2 according to 2 be made dependent. The communication system 1 Can be used to detect the presence of objects and / or people in home automation, with various functions, such as the control of house functions, alarm, the operation of a gate or the control of feeding machines in animal husbandry, can be provided. The signal forwarding then takes place, for example, by a person, by a vehicle 2 or by an animal, so that a building alarm is triggered, a garage door is opened or a feed lock is released. Overall, the communication system according to the invention results in a simple device for detecting the presence of objects and / or persons in passageways and the like.

In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Kommunikationssystems 1 in einer schematischen Darstellung gezeigt, das als kapazitive Nahfeldkommunikations-Schranke zum Schutz von Objekten bei angetriebenen Toren bezeichnet werden kann. Bei dieser Ausführungsform steht eine Sicherheitsfunktion im Vordergrund, die bei kraftbetriebenen Türen, Toren und Fenstern einsetzbar ist. Auch hierbei wird das physikalische Prinzip genutzt, wonach sich elektrische Streufelder verzerren, wenn elektrisch oder dielektrisch leitfähige Elemente in den Feldbereich der Koppelelemente 2.1, 2.2 des Kommunikationssystems 1 gelangen und darüber hinaus mit Hilfe von elektrisch leitfähigen Strukturen, beispielsweise mittels Metallfolien, eine Signalweiterführung erfolgt. Dieses Ausführungsbeispiel dient dazu, eine Sicherheitseinrichtung an einem Automatik-Tor 4 zu realisieren, um das Einklemmen von Objekten bzw. Personen 3 zu verhindern. Sobald sich also das angetriebene Tor 4 an die in dessen Bewegungsbereich befindliche Person 3 annähert, wird der Antrieb unterbrochen. Gleiches ergibt sich bei einem in den Wirkungsbereich der Koppelelemente 2.1, 2.2 befindlichen oder einfahrenden Fahrzeug. Auf eine aufwändige, kabelgebundene Installation in Verbindung mit der herkömmlichen Lichtschrankentechnik kann somit verzichtet werden. Der Wirkungsbereich ist auf einfache Weise durch die Metallfolien 2.1, 2.2 definierbar.In 3 is another embodiment of the communication system 1 shown in a schematic representation, which may be referred to as a capacitive near-field communication barrier for the protection of objects in driven gates. In this embodiment, a safety function is in the foreground, which is used in power-operated doors, gates and windows. Here, too, the physical principle is used, according to which stray electrical fields distort when electrically or dielectrically conductive elements in the field region of the coupling elements 2.1 . 2.2 of the communication system 1 reach and beyond with the help of electrically conductive structures, for example by means of metal foils, signal propagation takes place. This embodiment serves a safety device on an automatic gate 4 to realize the pinching of objects or persons 3 to prevent. So as soon as the powered gate 4 to the person in his range of motion 3 approaching, the drive is interrupted. The same results in one in the sphere of action of the coupling elements 2.1 . 2.2 located or incoming vehicle. An elaborate, wired installation in conjunction with conventional light barrier technology can thus be dispensed with. The area of effect is easily through the metal foils 2.1 . 2.2 definable.

Gemäß 4 ist ein schematisch dargestelltes Netzwerk 5 mit dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem 1 vorgesehen. Bei dem Netzwerk 5 geben mehrere Nahfeldkommunikations-Mittel 2.1, 2.2, 2.n von Kommunikationsteilnehmern 6.2, 6.n als Antwort auf ein von einer Zentraleinheit 7 periodisch ausgesendetes Signal 8 jeweils für sich eine Rückmeldung 9 an die Zentraleinheit 7 aus, so dass eine korrelative Mustererkennung zur Detektierung einer Streufeld-Verzerrung durch die Zentraleinheit 7 als Auswerteeinheit ausführbar ist. Auch hier kommt das Prinzip zum Tragen, dass sich elektrische Streufelder verzerren, wenn elektrisch oder dielektrisch leitfähige Elemente in den Feldbereich der Nahfeldkommunikations-Mittel 2.1, 2.2, 2.n kommen. Das Ausführungsbeispiel kann somit zur Objekt- und Personenidentifikation durch Auswertung der Kanaleigenschaften eines kapazitiven Nahfeld-Kommunikationsnetzwerkes eingesetzt werden. Hierbei ist von Bedeutung, dass der Erkennung der Anwesenheit von Objekten und Personen eine in der Hausautomation, beispielsweise für Alarmzwecke, wichtige Aufgabe zukommt. Grundlage für die vorliegende Ausführungsform ist nicht die Kommunikation zwischen zwei dedizierten kapazitiven Koppelelementen, sondern die statistische Änderung des gesamten Übertragungskanals durch Personen, die sich z.B. in einem Haus bewegen. Ist also ein derartiges Kommunikationsnetzwerk mit einer entsprechenden Kommunikations-Infrastruktur in einem Haus oder Gebäude aufgebaut, verändert sich der Übertragungskanal zwischen den Kommunikationsstationen.According to 4 is a schematically represented network 5 with the communication system according to the invention 1 intended. At the network 5 give several near field communication means 2.1 . 2.2 . 2.n of communication participants 6.2 . 6.n in response to one from a central processing unit 7 periodically transmitted signal 8th in each case a feedback 9 to the central unit 7 so that a correlative pattern recognition for the detection of stray field distortion by the central processing unit 7 is executable as an evaluation unit. Again, the principle comes into play that distort electrical stray fields when electrically or dielectrically conductive elements in the field area of Nahfeldkommunikation means 2.1 . 2.2 . 2.n come. The embodiment can thus be used for object and person identification by evaluating the channel characteristics of a capacitive near field communication network. It is important that the recognition of the presence of objects and people in the home automation, for example, for alarm purposes, important task. Basis for the present embodiment is not the communication between two dedicated capacitive coupling elements, but the statistical change of the entire transmission channel by persons who move, for example, in a house. So if such a communication network with a corresponding communication infrastructure in a house or building constructed, the transmission channel between the communication stations changed.

Die Empfänger innerhalb des Kommunikationsnetzwerkes 5 weisen zur Anpassung an die unterschiedlichen Empfangssituationen Amplituden- und Phasenregelschaltungen auf und können dadurch ein Bild der kapazitiven Nahfeldkommunikation am jeweiligen Einbauort abgeben. Melden Geräte, welche mit den Empfängern versehen sind, diesen aktuellen Kanalzustand, beispielsweise wenn sie Zeit- oder Rundsteuersignale zur Synchronisation empfangen, an die Zentrale 7 zurück, so kann dort über ein so genanntes korrelatives Verfahren zur Mustererkennung aus den Übertragungseigenschaften des Netzes auf die Anwesenheit von Personen in den Gebäuderäumen geschlossen werden. Durch die Veränderung der Eigenschaften sind stationäre Vorgänge, also Bewegungen von Personen detektierbar. Alternativ können die peripheren Geräte bzw. Teilnehmer 6.2, 6.n nur ein allgemeines Echosignal ausgeben, wobei die Zentrale 7 selbst die individuellen Kanaleigenschaften von und zu den einzelnen Geräte bzw. Teilnehmer 6.2, 6.n detektiert.The receivers within the communication network 5 have amplitude and phase control circuits for adaptation to the different reception situations and can thereby give an image of the capacitive near field communication at the respective installation location. Send devices, which are provided with the receivers, this current channel state, for example, if they receive time or ripple control signals for synchronization, to the control center 7 back, it can be there on a so-called correlative method for pattern recognition from the transmission properties of the network to the presence of people in the building premises are concluded. By changing the properties of stationary processes, ie movements of persons are detectable. Alternatively, the peripheral devices or participants 6.2 . 6.n only output a general echo signal, the central office 7 even the individual channel properties from and to the individual devices or subscribers 6.2 . 6.n detected.

Derartige Verfahren der Mustererkennung regeln ihre Parameter im Allgemeinen selbst nach. Das System lernt sich also selbst die Umgebung ein. Andernfalls wird eine Änderung der Infrastruktur, z.B. Mobiliar- oder Installationsänderung, zwar detektiert, jedoch wird diese durch die Beschränkung auf dynamische Vorgänge mit eingestellter Zeitkonstante in die Infrastruktur übernommen.such Pattern recognition methods generally govern their parameters even after. The system also learns the environment itself. Otherwise will be a change the infrastructure, e.g. Furniture or installation modification, Although detected, but this is due to the restriction dynamic processes adopted with set time constant in the infrastructure.

4 zeigt zum einen die Zentrale 7, welche z.B. periodisch die Zeitsignale 8 an die Teilnehmer 6.2, 6.n sendet und zum anderen die Teilnehmer 6.2, 6.n als Teil des Netzwerkes 5, die als beliebige bidirektionale Geräte der kapazitiven Nahfeldkommunikation ausgeführt sind. Die Teilnehmer 6.2, 6.n messen den Übertragungskanal des Synchronisationssignals und melden den Kanal zurück an die Zentrale 5 oder veranlassen lediglich ein Echo, dass von der Zentrale 5 empfangen werden kann. Die Zentrale 5 empfängt die Kanalinformation oder das Echo von den Teilnehmern 6.2, 6.n und führt die korrelative Mustererkennung, z.B. in Form einer Wavelet-Transformation, durch. Sofern die Person in den Bereich der Streufelder des Netzwerkes 5 eintritt, werden diese um die Infrastrukturelemente herum verzerrt, wodurch in aller Regel mehrere Übertragungskanäle verändert werden. Diese Veränderung wird wiederum von der Zentrale 7 erfasst. Auf eigens für die Detektion von Personen notwendigen Geräten, die mit separaten Energieversorgungen und Kommunikationsleitungen versehen werden müssen, kann folglich verzichtet werden. 4 shows, on the one hand, the control center 7 , which eg periodically the time signals 8th to the participants 6.2 . 6.n sends and to the other the participants 6.2 . 6.n as part of the network 5 which are implemented as arbitrary bi-directional devices of the capacitive near-field communication. The participants 6.2 . 6.n measure the transmission channel of the synchronization signal and report the channel back to the control panel 5 or just cause an echo that from the central office 5 can be received. The central office 5 receives the channel information or the echo from the participants 6.2 . 6.n and performs the correlative pattern recognition, eg in the form of a wavelet transformation. Unless the person is in the field of stray fields of the network 5 occur, they are distorted around the infrastructure elements around, which are usually changed multiple transmission channels. This change is in turn made by the headquarters 7 detected. Consequently, it is possible to dispense with devices which are necessary for the detection of persons and which must be provided with separate power supplies and communication lines.

Die zuvor erläuterte Erfindung kann wie folgt zusammengefasst werden:
Um ein Kommunikationssystem 1 zur Steuerung elektrischer Einheiten der Elektroinstallationstechnik zu schaffen, das die Erfassung einer Szenenänderung auf einfache Weise ermöglicht, ist vorgesehen, zumindest ein erstes und ein zweites Mittel zur Nahfeldkommunikation, über welche die Erzeugung bzw. Umsetzung von Datensignalen erfolgt, einerseits und Koppelele mente 2.1, 2.2, die mit den Mittel zur Nahfeldkommunikation in einer kapazitiven Wechselwirkung stehen, andererseits einzusetzen; hierbei sind die Mittel zur Nahfeldkommunikation derart asymmetrisch an die Koppelelemente 2.1, 2.2 angekoppelt sind, dass den Koppelelementen 2.1, 2.2 ein quasistationäres Nahfeld mit einem hochfrequenten Wechselstrom aufgeprägt wird, wobei ein daraus resultierendes quasistationäres Streufeld S mit einem hochfrequenten Wechselstrom an den Koppelelementen 2.1, 2.2 ansteht, und
wobei mittels einer Auswerteeinheit eine Verzerrung des Streufelds S detektierbar ist, die durch einen im Streufeldbereich S eingebrachten, elektrisch oder dielektrisch leitfähigen Körper 3 bedingt ist.The invention explained above can be summarized as follows:
To a communication system 1 to provide control of electrical units of electrical installation technology, which allows the detection of a scene change in a simple manner is provided, at least a first and a second means for near field communication, via which the generation or implementation of data signals, on the one hand and Koppelele elements 2.1 . 2.2 on the other hand, to use the means for near-field communication in a capacitive interaction; In this case, the means for near-field communication are so asymmetric to the coupling elements 2.1 . 2.2 are coupled, that the coupling elements 2.1 . 2.2 a quasi-stationary near field is impressed with a high-frequency alternating current, wherein a resulting quasi-stationary stray field S with a high-frequency alternating current at the coupling elements 2.1 . 2.2 is due, and
wherein by means of an evaluation unit, a distortion of the stray field S is detected by a introduced in the stray field region S, electrically or dielectrically conductive body 3 is conditional.

Claims

Communication system ( 1 ) for controlling electrical units of the electrical installation technology - with at least a first and a second means for near field communication, via which the generation or conversion of data signals takes place, - with coupling elements ( 2.1 . 2.2 ), which are in a capacitive interaction with the means for near-field communication, - the means for near-field communication being so asymmetrically connected to the coupling elements ( 2.1 . 2.2 ) are coupled to the coupling elements, a quasi-stationary near field with a high-frequency alternating current, - wherein a resulting quasi-stationary stray field (S) with a high-frequency alternating current to the coupling elements ( 2.1 . 2.2 ), and - wherein by means of an evaluation unit, a distortion of the stray field (S) is detectable by a in the stray field region (S) introduced, electrically or dielectrically conductive body ( 3 ) is conditional.

Communication system ( 1 ) according to claim 1, wherein the two coupling elements ( 2.1 . 2.2 ) are arranged at a distance from one another to form a sensor unit such that the stray field distortion due to an electrically or dielectrically conductive body ( 3 ) detectable between the two coupling elements ( 2.1 . 2.2 ) is introduced.

Communication system ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the coupling elements ( 2.1 . 2.2 ) are electrically conductive infrastructure elements.

Communication system ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, in which the stray field distortion can be detected on the basis of an amplitude and phase change of the transmitted data signals.

Communication system ( 1 ) according to claim 4, wherein the amplitude change is detectable by a comparator comparing a current amplitude with the previous amplitude.

Communication system ( 1 ) according to claim 4, wherein the phase change is detectable by a phase-locked loop which compares a predetermined frequency with a reference frequency.

Communication system ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the two coupling elements ( 2.1 . 2.2 ) in each case assume a further function as a capacitive transmission element for the continuation of a data signal in addition to its function as a sensor unit.

Communication system ( 1 ) according to claim 3, in which as electrically conductive infrastructure elements ( 2.1 . 2.2 ) Heating pipes, electrical power supplies, electrically conductive foils, laid in or under plaster metallic grids or provided by spray or brush conductive layers are provided.

Communication system ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the frequency of the high-frequency alternating current of the quasi-stationary near field is in the range of 5 to 50 MHz.

Communication system ( 1 ) according to claim 8, wherein the frequency 13 . 56 and / or 40.68 MHz.

Network ( 5 ) with a communication system ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the respective near field communication means of subscriber stations ( 6.2 . 6.n ) in response to a message from a central processing unit ( 7 ) periodically transmitted signal in each case a feedback to the central unit ( 7 ), so that a correlative pattern recognition for detecting a stray field distortion by the central unit ( 7 ) is executable as an evaluation unit.

Use of the communication system ( 1 ) according to claim 1, wherein the detected stray field distortion is used to initiate a building function.

Use of the communication system ( 1 ) according to claim 1, wherein the detected stray field distortion is used to initiate a protective function.

Use of the network ( 5 ) according to claim 10, wherein the detected stray field distortion is used to initiate a building alarm.