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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schaltschranküberwachungseinrichtung mit
mindestens einer in einer Schaltschrankanordnung angeordneten Basisstation
und mindestens einem mit dieser in drahtlose Datenübertragungsverbindung
zu bringenden Sensor einer Sensoranordnung zum Überwachen von eine Schaltschrankfunktion
betreffenden Größen.
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Eine
derartige Schaltschrankanordnung mit einer Schaltschranküberwachungseinrichtung
ist in der
DE 101
19 637 A1 angegeben. Die Schaltschranküberwachungseinrichtung ist
hierbei zum Überwachen
schaltschrankspezifischer Funktionen ausgebildet, wobei schaltschrankspezifische
Zustandsgrößen wie
Temperatur, Feuchte oder Zugangskontrollgrößen mittels Sensoren erfasst
und die an die zentrale Überwachungs-
und Steuerungsvorrichtung übertragenen
Daten ausgewertet und entsprechende Meldungen abgesetzt oder Aktoren angesteuert
werden. Die zentrale Überwachungs- und
Steuerungsvorrichtung, als Haupteinheit oder Mastergerät bezeichnet,
ist dabei mit einer Sende-/Empfangsschnittstelle für eine drahtlose Über tragung,
beispielsweise über
eine Funkstrecke, versehen, um mit dezentralen Einheiten einschließlich einer
Sensoranschlusseinheit, einer Türkontrolleinheit, einer
Klimasteuerungseinheit, einer Bedienungseinheit, einer Energieversorgungseinheit
und einer Adaptereinheit zu kommunizieren, die ebenfalls mit einer
Schnittstelle für
eine drahtlose Datenübertragung versehen
sind. An die Sensoranschlusseinheit können die für die Überwachung der schaltschrankspezifischen
Zustandsgrößen ausgebildeten
Sensoren angeschlossen werden. Die drahtlose Datenübertragung
lässt variable
Anordnungsmöglichkeiten
für die dezentralen
Einheiten zu. Die dezentralen Einheiten werden wieder an weitere
Komponenten der Überwachungseinrichtung
angeschlossen, wodurch der Aufbau der Überwachungseinrichtung einen
entsprechenden Aufwand erfordert.
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In
der
DE 197 10 019
C2 ist eine weitere Schaltschranksteuerungs- und Überwachungseinrichtung
gezeigt, bei der an eine zentrale Steuerungseinrichtung verschiedene
Sensoren drahtgebunden über
eine Eingangsschnittstelle angeschlossen sind. Mit den Sensoren
können
die verschiedenen schaltschrankspezifischen Zustandsgrößen, wie Temperatur,
Feuchte, Rauch, Strom oder Spannung, Öffnungszustand der Tür, Vibration
oder Zugangsdaten erfasst werden. Ferner sind an die zentrale Steuerungseinrichtung
verschiedene ansteuerbare Einheiten, wie Klimatisierungsgeräte, Spannungsversorgung
oder Meldeeinrichtungen über
entsprechende Schnittstellen angeschlossen. Mit diesen Maßnahmen
ist der Schaltschrank an verschiedene Einsatzbedin-gungen flexibel
anpassbar. Dabei ist aber Sorge zu tragen, dass die Überwachungseinrichtung
den Einbauraum für
den Anwender nicht behindert.
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Die
DE 101 07 482 A1 zeigt
eine Vorrichtung zur Übermittlung,
zum Austausch und/oder zur Weiterleitung von Daten und/oder Informationen
in der industriellen Prozess- und/oder Automatisierungstechnik,
wobei mehrere Einheiten in Form von Sensoren zu einem Netzwerk in
drahtloser Kommunikation miteinander zusammengeschlossen sind. Um
die Leistungsfähigkeit
eines Kommunikationsweges zu prüfen und
zu klassifizieren, tauschen die Einheiten z. B. zyklisch Daten aus
und entsprechende Informationen werden in einer Speichereinheit
abgelegt. Auch eine Routerfunktion ist genannt. Zur Optimierung
der Kommunikation ist auch eine parallele Übertragung über mehrere Kommunikationswege
angegeben, wodurch jedoch ein nicht geringer Aufwand erforderlich ist.
Eine Überwachung
von Schaltschrankfunktionen, mit der ein Schaltschrank oder eine
Schaltschrankanordnung an unterschiedliche Einsatzbedingungen variabel
anpassbar ist, geht aus dieser Druckschrift nicht hervor.
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Die
DE 102 21 179 A1 zeigt
ein medizinisches Diagnose- und/oder Therapiegerät mit einem Verfahren zur fehlergestützten Kommunikation.
Hierbei ist das Diagnose- und/oder
Therapiegerät
drahtlos mit einer mobilen Konsole in Datenübertragungsverbindung gebracht.
Bei einer Anmeldeprozedur einer Konsole an einem Diagnose- und/oder Therapiegerät werden
Identifikationsnummern der angemeldeten Konsolen verwendet und eine
Abspeicherung der Daten durchgeführt.
Die Anmelde- und/oder Abmeldeprozedur wird durch eine optische Anzeige
an der Konsole und/oder an dem Diagnose- und/oder Therapiegerät signalisiert.
Auch diese Druckschrift gibt keine Hinweise auf die Ausbildung einer
Schaltschranküberwachungseinrichtung
für verschiedene Einsatzbedingungen,
wobei z. B. keine mobilen Konsolen verwendet werden und andere Anforderungen an
die Betriebssicherheit einschließlich Energieversorgung bestehen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltschranküberwachungseinrichtung
der eingangs genannten Art bereit zu stellen, die mit möglichst
wenig Installationsaufwand für
den Anwender vielfältige
Anpassungsmöglichkeiten
an verschiedene Einsatzbedingungen bei zuverlässigem Betrieb der Einrichtung
zulässt.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei
ist zusätzlich
ein anstelle eines Sensors einsetzbares Messgerät vorgesehen, mit dem vorge gebene
oder vorgebbare Signale an die Basisstation aussendbar und von dieser
empfangbar sind, und dass das Messgerät einen Verarbeitungsteil mit
einer Bewertungsvorrichtung aufweist, mit der die Verbindungsqualität an einer
für einen
Sensor vorgesehenen Position messbar und eine Information zur Verbindungsqualität aufbereitbar ist.
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Mit
diesen Maßnahmen
können
die Sensoren ohne Zwischenschaltung zusätzlicher Komponenten auf einfache
Weise an geeigneter Stelle für die Überwachung
schaltschrankspezifischer Zustandsdaten geeignet positioniert werden,
wobei ein zuverlässiger
Betrieb auf einfache Weise erreichbar ist.
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Die
Bedienung wird dadurch begünstigt, dass
das Messgerät
an der Basisstation anlernbar ist, wozu diese in einen Anlernmodus
umstellbar ist.
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Ferner
tragen zur einfachen Bedienung die Maßnahmen bei, dass das Messgerät eine optische und/oder
akustische Anzeige aufweist, mit der die aufbereitete Information
zur Verbindungsqualität
darstellbar ist.
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Vorteile
für die
Benutzung des Messgerätes ergeben
sich auch dadurch, dass die Basisstation zur Durchführung der
Messung der Verbindungsqualität in
einen Anmeldemodus setzbar ist, in dem das Messgerät an der
Basisstation durch Betätigung
eines Auslöseelements
an dem Messgerät
anmeldbar ist, und dass der Anmeldemodus des Messgeräts an der
Basisstation für
ein vorgegebenes oder vorgebbares Zeitintervall bestehen bleibt
und danach automatisch aufgehoben wird oder dass der Anmeldemodus
durch Betätigung
des Auslöseelementes
oder eines anderen Auslöseelementes
aufhebbar ist. Auch wird dadurch ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet.
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Ist
vorgesehen, dass verschieden lange Zeitintervalle für die Messung
einstellbar sind und/oder dass unterschiedliche Anzahlen von Teilmessungen innerhalb
eines Zeitintervalls einstellbar sind, so kann verschiedenen Anwendungsfällen vorteilhaft Rechnung
getragen werden.
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Die
Bedienung wird ferner dadurch begünstigt, dass für die Zeit
nach Anmeldung des Messgeräts
an der Basisstation bis zum Beginn der Messung eine Verzögerungszeitspanne
vorgegeben oder vorgebbar ist.
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Eine
weitere Vereinfachung der Bedienung ergibt sich dadurch, dass sich
das Messgerät
nach Ablauf des Zeitintervalls selbsttätig abschaltet.
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Die
Benutzung wird auch dadurch erleichtert, dass das Messgerät derart
ausgebildet ist, dass nach Ablauf der Messung das Messergebnis selbsttätig dargestellt
wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass in dem Messgerät eine Speichervorrichtung
vorhanden ist, in der das Messergebnis abspeicherbar und aus der
es auf Anforderung durch den Benutzer abrufbar ist.
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Auch
tragen zur einfachen Bedienung die Maßnahmen bei, dass nach Ablauf
eines Zeitintervalls eine erneute Messung aufgrund einer Anforderung
vom Messgerät
aus ohne erneute Anmeldung einleitbar ist.
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Eine
sichere Funktionsweise und zuverlässiger Betrieb werden dadurch
unterstützt,
dass die Ausgestaltung derart ausgeführt ist, dass während einer
Messung in einem Zeitintervall mehrere Test-Datenpakete direkt zwischen
Messgerät
und Basisstation oder über
mindestens ein Repeater-Modul zu der Basisstation hin und von dieser
zurück zum
Messgerät übertragen
werden und dass sich die Bewertung auf alle übertragenen Test-Datenpakete oder
nur einen Teil der Test-Datenpakete erstreckt, wobei die Bewertung
der Übertragungsqualität auf der
Basis einer Bitfehlerrate erfolgt.
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Zu
einer eindeutigen Benutzerführung
tragen ferner die Maßnahmen
bei, dass Übertragungsverfahren,
Sendeleistung und Empfangsleistung während der Messung mit dem Messgerät entsprechend dem
Betrieb des einzusetzenden Sensors gewählt sind und dass die äußere Gestaltung
des Messgerätes
in der Weise ausgebildet ist, dass es in ein entsprechendes Gehäuse wie
der betreffende Sensor integriert ist und eine gleiche Befestigungsvorrichtung
besitzt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Schaltschrankanordnung mit zwei Schränken und einer Schaltschranküberwachungseinrichtung
in schematischer Darstellung,
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2 eine
Sensoreinheit mit Sensorgehäuse
und Verbindungsstück
in auseinander genommener und zusammengesetzter Darstellung,
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
für eine
Schaltschrankanordnung mit Schaltschranküberwachungseinrichtung,
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
für eine
Schaltschrankanordnung mit Schaltschranküberwachungseinrichtung,
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5 eine
schematische Blockdarstellung der Schaltschranküberwachungseinrichtung in Verbindung
mit einem Messgerät
zum Ermitteln einer Übertragungsqualität zwischen
Basisstation und Sensor und
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6 ein
Ablaufdiagramm mit einer Schrittfolge beim Ermitteln der Übertragungsqualität mit einem
Messgerät
nach 5.
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1 zeigt
eine Schaltschrankanordnung mit zwei Schaltschränken 2 und einer dieser
zugeordneten Schaltschranküberwachungseinrichtung 1. In
dem einen Schaltschrank ist eine Basisstation in Form eines Basisgeräts 40 mit
einer extern an dem Schaltschrank angeordneten und mit dem Basisgerät 40 verbundenen
Antenne 41 sowie eine zentrale Einheit 30 aus
zentralen Überwachungs-
und Steuerungskomponenten mit einer internen Antenne 31 angeordnet.
Wie die 3 und 4 zeigen,
weist die Einheit 30 verschiedene zentrale Überwachungs- und
Steuerungskomponenten mit einer weiteren Basisstation in Form eines
weiteren Basisgeräts 33,
einer Ein-Ausgabe-Einheit 32 und
einer Verarbeitungseinheit 34 auf. Mit der zentralen Einheit 30 bzw.
deren Basisgerät 33 und
dem weiteren Basisgerät 40 stehen
verschiedene Sensoren einer Sensoranordnung 50 in drahtloser
Datenübertragungsverbindung,
wobei nach 1 in dem Schaltschrank angeordnete Sensoren über die
interne Antenne 31 mit der zentralen Einheit 30 in
Datenübertragungsverbindung
gebracht sind, während
externe Sensoren über
die externe Antenne 41 mit dem weiteren Basisgerät 40 in Datenübertragungsverbindung
gebracht sind. In dem zweiten Schaltschrank angeordnete weitere
Sensoren können über die
interne Antenne 31 mit der zentralen Einheit 30 kommunizieren,
wenn z.B. die im Übergangsbereich
zwischen den beiden Schaltschränken 2 befindlichen
Seiten offen sind. Andernfalls könnte
z.B. die Datenübertragung über eine
weitere externe Antenne 41 an dem zweiten Schaltschrank
und die externe Antenne 41 an dem anderen Schaltschrank
erfolgen. Die Sensoren umfassen mindestens einen Feuchtesensor 50.1,
einen oder mehrere Temperatursensoren 50.2, einen z.B.
auf Vibrationen reagierenden Vandalismussensor 50.5, einen
Zugangssensor 50.6, einen Sensor zur Weitergabe digitaler
Signale, wobei der Sensor zur Erfassung einer bestimmten Zustandsgröße, beispielsweise
der vorstehend genannten oder einer anderen Art ausgebildet ist.
Außerdem
weist der zweite Schaltschrank 2 einen gesicherten Türverschluss 4 sowie eine
Zugangskontrolleinheit 3 z.B. für die Eingabe eines Zahlencodes,
das Lesen einer Codekarte oder mit Transponderfunktion auf.
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In
den 3 und 4 sind außerdem weitere Sensoren zum
Erfassen schaltschrankfremder Messgrößen oder Zustandsgrößen gezeigt,
nämlich ein
Lichtsensor 60.1, ein Zähler 60.2 für Produkte
eines Fertigungsprozesses, ein Abgassensor 60.3, Füllstandssensoren 60.4 sowie
ein externer Temperatursensor 60.5. Auch diese weiteren
Sensoren für schaltschrankfremde
Messgrößen, z.B.
in einem Rechenzentrum oder in einer Industrieanlage, sind in besonderer
Weise so ausgebildet, dass sie mit dem Basisgerät 33 bzw. dem weiteren
Basisgerät 40 über entsprechende
Sende-/Empfangsschnittstellen
des Basisgerätes 33, 40 in
drahtlose Datenübertragung treten
können.
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In 2 ist
eine Sensoreinheit 10 aus einem ein Sensorelement beinhaltenden
Sensorgehäuse 11 und
einem Verbindungsstück 20 näher dargestellt. Das
Sensorgehäuse 11 ist
auf seiner Rückseite
mit einem Koppelabschnitt 12 zum Einschieben und Verrasten des Verbindungsstückes 20 versehen,
das einen an den Koppelabschnitt angepassten Verbindungsabschnitt
aufweist. Zum Einschieben des Verbindungsstücks 20 weist der Koppelabschnitt 12 Führungsabschnitte 12.1, 12.2 und
ein Arretierelement 12.3 auf. Der Koppelabschnitt 12 kann
an dem Sensorgehäuse 11 angeformt
oder mittels Befestigungselementen 12.4 angebracht sein.
Ferner ist ein Kontrollelement 12.5 z.B. in Form eines
Leuchtelementes oder Tasters an dem Koppelabschnitt vorgesehen,
so dass z.B. ein montierter Zustand überprüft werden kann. An den entgegen
der Einführrichtung liegenden
stirnseitigen Enden der Führungsabschnitte 12.1, 12.2 besitzen
diese einen jeweiligen Anschlag 12.6, an den das Verbindungsstück 20 in
eingeschobenem Zustand mit einem Gegenanschlag 20.3 in
Anlage kommt, so dass sich ein definierter Sitz ergibt. Auch das
Verbindungsstück 20 ist
mit Führungsabschnitten 20.1, 20.2 ausgestattet,
die komplementär
zu den Führungsabschnitten 12.1, 12.2 des
Koppelabschnittes 12 ausgestaltet sind. Zum Anbringen auf
einer Unterlage bzw. einem Träger
ist das Verbindungsstück
auf seiner von dem Sensorgehäuse 11 abgekehrten
Außenseite
mit einem Klebeverbinder 25 versehen, dessen Klebefläche im nicht
gebrauchten Zustand mit einer entfernba ren Schutzfolie abgedeckt
ist. Für
verschiedene Montagemöglichkeiten
können
unterschiedliche Verbindungsstücke 20 vorgesehen
sein, die jeweils gleiche Verbindungsabschnitte zur Anbringung an
dem Koppelabschnitt 12 aufweisen, aber verschiedene Befestigungsabschnitte
zum Anbringen an dem Träger,
beispielsweise für
eine Schraubverbindung, eine Gurtvenbindung, eine Einhängevenbindung
oder eine Klettverbindung oder dgl.
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Für die Datenübertragung
zwischen den Sensoren und dem Basisgerät 33 bzw. 40 ist
vorteilhafterweise eine Funkverbindung vorgesehen, mit der, im Gegensatz
beispielsweise zu einer Infrarotverbindung, die prinzipiell auch
in Frage kommen könnte,
keine Sichtverbindung erforderlich ist. Ein störsicheres Übertragungsverfahren wird durch
kombinierte Modulationsverfahren erreicht. Um bei geringer Sende-
bzw. Empfangsleistung auch größere Reichweiten
von z.B. einigen 10 m in geschlossenen Räumen wie Industriehallen oder
Rechenzentren überbrücken zu
können,
sind zumindest einige Sensoren neben ihrer Sensorfunktion mit einer
Art Relaisfunktion bzw. Routerfunktion zum Empfang von Daten eines
anderen Sensors und Weiterleiten desselben zu einem weiteren Sensorknoten
oder zu dem Basisgerät 33, 40 ausgebildet.
Die Daten werden verschlüsselt
und abhörsicher
gesendet. In die Datenübertragung
können
durch entsprechende Anpassung der Protokolle und Kennungen die weiteren
Sensoren für
die schaltschrankfremden Messgrößen eingebunden
wenden, so dass vermittels der Schaltschranküberwachungseinrichtung 1 dem
Anwender die Möglichkeit
eröffnet
wird, auch weitere Überwachungsfunktionen
seiner Industrieanlage oder eines Rechenzentrums zu erfüllen. Die
Verwaltung in dem Basisgerät
bzw. den weiteren Komponenten der zentralen Einheit 30 ist
vorteilhafterweise in Verbindung mit dem Sensornetzwenk selbst organisierend
ausgebildet. Dabei besteht eine besondere Ausgestaltung darin, dass
eine Kontrolleinrichtung für
eine Ortsveränderung
von Sensoren oder damit ausgestatteten Gerätekomponenten vorgesehen ist.
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Für die Funkübertragung
sind in den verschiedenen Funk-Modulen Funk-Sender-Empfängereinheiten,
Steuereinheiten, nicht flüchtige
Speicher für
die Hinterlegung relevanter Daten, Sende- bzw. Empfangsantenne,
Energieversorgung und gegebenenfalls Taster in einem Gehäuse beispielsweise
aus Kunststoff untergebracht. Der nicht flüchtige Speicher dient der Aufnahme
von Produktionsdaten, Identifikationsnummern und Adressinformationen des
Basisgerätes
und kann in einem Controller integriert sein.
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Auch
das Basisgerät 33, 40 weist
eine Funk-Sende-Empfangseinheit, eine Steuereinheit und einen nicht
flüchtigen
Speicher in einem Gehäuse,
beispielsweise aus Kunststoff auf. An dem Gehäuse sind Taster und Leuchtanzeigen
angeordnet. Die Sende- bzw. Empfangsantenne ist integriert oder aufgesteckt.
Auch kann an demselben Basisgerät
ein zweiter Anschluss für
eine zweite Antenne angebracht sein, so dass die eine Antenne innerhalb
und die andere außerhalb
des Schaltschrankes 2 angeordnet werden kann. Die Energieversorgung
des Basisgerätes
erfolgt über
den Anschluss zu der Verarbeitungseinheit 34 oder aber
eine separate Energieversorgung über
einen Versorgungsspannungseingang beispielsweise für den Fall,
dass das Basisgerät
nicht an die Verarbeitungseinheit 34 angeschlossen ist
und eine Repeater-Funktion übernimmt.
Auch hierbei dient der nicht flüchtige
Speicher der Aufnahme von Produktionsdaten, Identifikationsnummer
sowie außerdem
variierbarer Konfigurationsdaten der Sensoren. Die Firmware des
Basisgerätes
ist über eine
Schnittstelle zu der Verarbeitungseinheit 34 aktualisierbar.
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Die
Funk-Übertragungs-Parameter
beinhalten grundsätzlich
eine bidirektionale Übertragung
für einen
Handshake. Mess- und Statuswerte werden übertragen, wenn sich Änderungen
ergeben. Für
die Funktionsüberwachung
insbesondere der Sensoren werden in Zeitabständen kürzer als eine Stunde, beispielsweise
etwa alle 10 Minuten, Meldungen gesendet.
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Die
durch zwischengeordnete Sensoren gebildeten Funk-Knoten sind vorzugsweise
mit integrierter Batterie ausgestattet. Alternativ können auch Wandlereinheiten
vorgesehen sein, die z.B. Licht oder Wärme in elektrische Energie
für den
Betrieb der Sensoren wandeln. Die Spannungsversorgung des Basisgerätes 33 bzw. 40 wird überwacht.
Fällt die Versorgungsspannung
von z.B. 24V auf einen Wert von z.B. unter 16V ab, erfolgt eine
Meldung an die Verarbeitungseinheit 34. Die Batteriekapazität der Funk-Knoten
ist z.B. für
5 oder 10 Jahre wartungsfreien Betrieb ausgelegt. Die Batteriekapazität im Funk-Modul
wird überwacht
und es wird rechtzeitig eine Meldung über nachlassende Kapazität an das Basisgerät abgegeben.
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Außerdem ist
vorgesehen, dass Funk-Protokolle wiederholt werden, wenn festgestellt
wird, dass sie fehlerhaft übertragen
werden oder verloren gegangen sind. Die Datenübertragung erfolgt verschlüsselt, um
ein Abhören
zu verhindern.
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Das
Basisgerät 33, 40 ist
so ausgebildet, dass es in einen Anlernmodus geschaltet werden kann.
Dies geschieht durch längeren
Tastendruck, wonach der Anlernmodus angezeigt wird. Durch einen
Tastendruck an dem dann zugeordneten, anzulernenden Sensor verbindet
sich dieser mit der Basisstation in Form eines Basisgerätes, indem
ein spezielles Funknachricht(Broadcast)-Paket gesendet wird, auf
das das Basisgerät
antwortet und dem Funk-Modul seine Adresse bekannt gibt. Das Funk-Modul speichert die
Adresse des Basisgerätes
in seinem Festspeicher. Das Basisgerät ist vorteilhaft so ausgebildet,
dass neue Sensoren als Konfigurationsänderung an die Verarbeitungseinheit 34 weitergemeldet werden.
Durch erneuten langen Tastendruck wird das Basisgerät wieder
in den Normalbetrieb versetzt, in dem die Broadcast-Pakete der Funk-Module
ignoriert werden. Der Anlernvorgang wird von der Verarbeitungseinheit 34 gesteuert,
so dass die Verarbeitungseinheit auch die Entscheidung trifft, ob
ein neuer Sensor von dem Basisgerät akzeptiert und in die Verwaltung
aufgenommen wird oder nicht. Außerdem
ist vorgesehen, dass bei dem Anlernvorgang über ein gesichertes Verfahren
Schlüssel
ausgetauscht werden, mit denen die Vertraulichkeit und Authentizität der Funk-Protokolle
gewährleistet
werden. Die Datenübertragung
ist so abgesichert, dass Funk-Module, die nicht explizit an dem
Basisgerät angelernt
wurden, von dem Basisgerät
ignoriert werden. Die Imitierung oder Wiederholung von Funk-Paketen
anderer Sensoren wird von dem Basisgerät 33, 40 abgefangen.
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Die
Netzstruktur kann so ausgelegt sein, dass nur direkte Verbindungen
der Funk-Module
zur Basisstation möglich
sind. Vorzugsweise ist die Netzstruktur aber so ausgelegt, dass
mit den durch die zwischengeordneten Sensoren gebildeten Funk-Knoten auf der gleichen
Hardware-Basis sogenannte Multi-Hop-Netzwerke mit baumförmiger Struktur
aufgebaut werden können.
Für den
Fall, dass das Basisgerät
nicht mit der Verarbeitungseinheit 34 in Verbindung gebracht
ist, kann sie über
eine Fronttaste in einen Repeater-Betrieb versetzt werden, so dass
es Funk-Protokolle der Verarbeitungseinheit 34 weiterleiten
kann. Auch unter Verwendung von als Repeater arbeitendem Basisgerät 33, 40 kann
das System multi-hop-fähig
gestaltet sein. Für ein
Routing kann ein sogenanntes Cluster-Tree-Verfahren vorgesehen sein.
Außerdem
ist das System vorteilhaft so vorbereitet, dass nicht nur das Basisgerät sondern
alle Funk-Module mit Multi-Hop- und Routing-Fähigkeit ausgestattet sind.
Ferner ist die Ausbildung derart, dass die Route des Basisgerätes 33, 40 über das
Routing-Verfahren bestimmt wird, ohne dass in den einzelnen Funk-Modulen
die Adressen der zur Verfügung
stehenden Router fest konfiguriert sein muss.
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Sowohl
das Basisgerät 33, 40 als
auch die als Funk-Module arbeitenden Sensoren bzw. gegebenenfalls
auch Aktoren erhalten einen eindeutigen Identifikationscode und
einen eindeutigen Code als Typbezeichnung. Die Identifikationsnummern
bzw. der Identifikationscode werden während der Fertigung vergeben
und in dem nicht flüchtigen
Speicher abgelegt.
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Wenn
keine Daten übertragen
werden, geben die Funk-Knoten selbstständig im Abstand von z.B. 10
Minuten eine Meldung ab, so dass das Basisgerät 33, 40 die
Funktion des Funk-Moduls überwachen
kann. Wird von einem Funk-Modul zu der erwarteten Zeit keine Meldung
mehr empfangen, gibt das Basisgerät eine Zeitablauf-Mcldung an die Verarbeitungseinheit 34 weiter.
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Eine
weitere Ausgestaltung besteht darin, dass sich die Funk-Module untereinander
synchronisieren können,
indem das Basisgerät
in regelmäßigen Abständen ein
Zeitsignal aussendet, das zur Einstellung der Zeitabgabe-(Timer-)Bausteine
der Funk-Module
genutzt wird. Das von dem Basisgerät ausgesendete Zeitsignal wird
bei Multi-Hop-Netzwerken von den als Repeater arbeitenden Funk-Knoten weitergereicht.
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Besondere
Merkmale der Sensoren bestehen darin, dass der Digitaleingangs-Sensor
ein extern aufgeschaltetes potentialfreies Digitalsignal weitermeldet.
Vorteilhaft ist der Sensor umschaltbar zwischen normal offen und
normal geschlossen. Die Umschaltung wird softwaremäßig umgesetzt
und ist wohl auf Seite des Sensors als auch des Basisgerätes einstellbar.
Bei dem Funk-Modul kann die Umschaltung auch auf andere Weise erfolgen.
Abhängig von
der Einstellung normal offen oder normal geschlossen ist der geschlossene
bzw. geöffnete
Zustand der Alarmzustand. Der Alarmzustand wird sofort registriert
und schnellstmöglich
gesendet. Geht das Signal auf den Normalzustand zurück, kann
die Auswertung und Weitermeldung mit einer Verzögerungszeit von z. B. einigen
10 Sekunden erfolgen. Durch geeignete Schaltungstechnik ist sichergestellt, dass
ein ausreichend großer
Prüfstrom
zur Auswertung des potentialfreien Eingangs genutzt wird, ohne die
Batteriekapazität
zu stark zu belasten.
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Der
Vandalismus-Sensor 50.5 ist vorteilhaft so ausgelegt, dass
er auf Vibrationen reagiert und bei Überschreitung eines Grenzwertes
einen Alarm meldet. Bei Vibrationen werden Digitalimpulse geliefert, die
aufaddiert und auf einen einstellbaren Grenzwert überprüft werden.
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Bei
dem Zugangs-Sensor 50.6 handelt es sich um einen solchen
mit Digitaleingang, der z.B. mit einem Reed-Kontakt beschaltet wird.
Funktional verhält
sich der Sensor wie ein Digitaleingangs-Sensor. Alarmzustand herrscht,
wenn die Tür
geöffnet
ist, d.h. der Magnet sich nicht in der Nähe des Reed-Kontakts befindet.
Auch kann die Auswertung mittels Hall-Sensor erfolgen, der sehr
energieeffizient arbeitet.
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Bei
der Verriegelung mit Prioritätsfunktion (Masterkey-Verriegelung)
erfolgt die Freigabe in energiesparender Weise und ein elektronischer
Taster, eine zweifarbige Status-LED sowie ein Funk-Modul und eine
Batterie sind integriert. Ein Freigabe-Knopf ist so ausgeführt, dass
er immer betätigt
werden kann und dabei ein elektronisches Signal ausgibt, das von dem
Funk-Modul ausgewertet wird, um eine Freigabe-Anfrage an das Basisgerät 33, 40 zu
erzeugen sowie ein optisches Signal auszugeben. Der Freigabe-Knopf
betätigt
im Normalzustand nicht den Verriegelungshebel. Das Funk-Modul wartet
nach dem Aussenden der Freigabeanfrage auf eine Rückmeldung
von dem Basisgerät 33, 40,
das meldet, ob die Tür
entriegelt werden darf oder nicht. Falls nicht, wird dies z. B.
durch ein rotes Dauerlicht für
einige Sekunden angezeigt. Falls ja, wird dies z. B. durch ein grünes Dauerlicht
für einige
Sekunden angezeigt und die Verriegelung umgeschaltet, so dass durch
erneuten Druck auf den Freigabeknopf der Verriegelungshebel mechanisch
betätigt
werden kann. Falls die Basisstation unerwartet nicht antwortet,
wird dies für
einige Sekunden z. B. durch rotes Blinken gemeldet.
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Bei
einem Tastenfeld der Zugangskontrolleinheit 3 erfolgt eine
optische Rückmeldung
bei Tastendruck z. B. über
eine Leuchtdiode. Die eingegebene Zahlenfolge wird zwischengespeichert
und nach Druck auf die Eingabetaste übertragen. Ein Druck auf eine
Rücksetztaste
setzt die zwischengespeicherte Zahlenfolge zurück. Alternativ kann jeder Tastendruck übertragen
werden und die Zusammenstellung zu einer kompletten Zahlenfolge
in dem Basisgerät erfolgen.
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Bei
dem Spannungs- und/oder Strom-Sensor 50.7 erfolgt die Versorgung über einen
Spannungseingang, wobei die Versorgung vorteilhaft gepuffert ist,
so dass das Funk-Modul
auch dann noch einige Zeit arbeiten kann, wenn die Versorgungsspannung
ausfällt.
Optional ist eine zusätzliche Strommessung
integriert.
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Zu
einer energiesparenden Ausbildung der Sensoren, der Netzknoten bzw.
Einheiten, insbesondere deren Sender- und Empfängerteile, trägt auch ein
besonderes Modulationsverfahren bei, das zudem einen vereinfachten
Aufbau der Sender- und Empfängerteile
mit analogen Elementen ermöglicht und
eine sichere Datenübertragung
unterstützt.
Bei dem Modulationsverfahren werden an sich etablierte Methoden
mit einer Mischung aus Amplituden-, Frequenz- und Phasenmodulation
unter Bandspreizung (Chirp Spread Spectrum) kombiniert, die das
Signal insbesondere gleichmäßig über das
komplette Übertragungsband
von in der Regel 2,4 GHz verteilt. So kann eine digitale Signalverarbeitung
umgangen werden. Während
bei derzeit üblichen
Modulationen störende
Signal-Echos aufwändig
digital herausgerechnet werden, wird bei diesem Modulationsverfahren
das gesamte Übertragungsband
(2,4 GHz) breitbandig mit Chirp-Impulsen erfüllt, wodurch Verluste in sich
löschenden
Signalbereichen (Fading) durch Gewinne in Bereichen konstruktiver Überlagerung mittels
eines speziellen SAW (Surface Acoustic Wave) kompensiert werden.
Dies gelingt bei den hier vorliegenden geringen Datenraten vorteilhaft
ohne störende
Intersymbolinterferenzen. Die Empfangsgüte hängt dabei nur wenig von der
Aufstellung der Antenne ab, man muss sie nicht versetzen, um (wie
bei analogen AV-Funk-Brücken) blinde
Empfangspositionen zu meiden. Echo-Kompensation und aufwändige Hardware-Signalverarbeitung
werden vermieden. Das Modulationsverfahren und die damit verbundene Technik
ergeben einen geringen Energieverbrauch und dabei relativ hohe Reichweiten.
Im Empfangsbetrieb kommt die Datenübertragungstechnik z.B. mit einem
maximalen Strom von 11 mA aus, zum Senden wird z. B. nur ein Strom
von 50 mA benötigt.
Dabei wird in den relativ langen „Schlaf"-Phasen, da die Daten unter Kontrolle
der Sensorsteuerung üblicherweise
nicht fortlaufend, sondern nur sporadisch übertragen werden, nur ein Strom
von etwa 1 μA
verbraucht. Hierdurch wird eine lange Lebensdauer der Batterie über Jahre
unterstützt.
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Zur
Unterstützung
bei der Inbetriebnahme der Schaltschranküberwachungseinrichtung 1 ist
z. B. ein Feldstärke-Messgerät vorgesehen,
das die Verbindungsqualität
zwischen den Funk-Modulen und dem Basisgerät bzw. einem erreichbaren Repeaten-Modul
misst, bewertet und als prozentualen Wert darstellt. Damit wird
der Anwender in die Lage versetzt, die optimale Position für ein zu
installierendes Funk-Modul
zu finden.
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5 zeigt
eine weitere Ausgestaltung der Schaltschranküberwachungseinrichtung 1,
bei der die Verbindungsqualität,
insbesondere die Übertragungsqualität zwischen
den Funk-Modulen und dem Basisgerät bzw. einem erreichbaren Repeater-Modul bewertbar
ist. Hierbei wird das Messgerät 70 zum Messen
der Übertragungsqualität am Ort
eines zu installierenden Sensors statt des Sensors eingesetzt. Das
Messgerät 70 weist
entsprechend dem betreffenden zu installierenden Sensor eine Antenne 71 auf,
die an einem Hochfrequenzteil 72 zur entsprechenden Umsetzung
der von einem Verarbeitungsteil 73 kommenden bzw. zu diesem
weitergeleiteten Signale angeschlossen ist. Der Verarbeitungsteil 73,
beispielsweise ein Mikrocontroller oder eine andere integrierte
Schaltung, ist des Weiteren mit einer Eingabeeinheit 74,
beispielsweise Taster, sowie mit einer Anzeigeeinheit 75,
etwa einer 7-Segment-LED-Anzeige oder
LCD-Anzeige oder dgl. verbunden. Ferner weist das Messgerät 70 eine
Versorgungseinheit 76 für
die Stromversorgung der elektrischen Schaltungskomponenten auf.
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Das
Messgerät 70 steht über die
Antenne 71 mit der Basisstation 33 über deren
Ein-Ausgabe-Einheit
bzw. Sende-/Empfangseinheit in Verbindung, wie vorstehend beschrieben.
Ferner können
der Basisstation 33 bereits Sensoren 50.1, 50.2 einer
Sensoranordnung 50 über
eine Funk-Übertragungsstrecke 7 zugeordnet
sein, wobei auch Repeater-Funktionen und Routerfunktionen vorgesehen
sein können,
wie vorstehend erläutert.
In einer Verarbeitungseinheit 34, beispielsweise einem
Mikrocontroller oder einer anderen geeigneten integrierten Schaltungseinheit, werden
nicht nun die von den Sensoren empfangenen Daten ausgewertet, sondern
auch die mit dem Messgerät 70 über die
betreffende Funkstrecke 7 ausgetauschten Daten verarbeitet
sowie ein Anlernmodus für
das Messgerät 70 an
der Basisstation 33 und ein Anmeldemodus gesteuert. Hierzu
sind entsprechende Programmerweiterungen in der Verarbeitungseinheit 34 vorgesehen.
Mittels der so aufgebauten Messeinrichtung 8 mit dem mit
der Basisstation 33 in Verbindung bringbaren Messgerät 70 kann die
Verbindungsqualität
an unterschiedlichen Positionen von zu installierenden Sensoren
zuverlässig
gemessen werden. Zwischen der Basisstation 34 und dem Messgerät 70 können dabei
gegebenenfalls Repeater-Module oder Router-Module vorgesehen sein, um
auch deren Auswirkungen überprüfen zu können.
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Mit
dem Messgerät 70 wird
also die Inbetriebnahme von Funk-Modulen unterstützt, wobei die Verbindungsqualität zu der
Basisstation 33 oder 40 bzw. zu einem erreichbaren
Repeater-Modul gemessen, bewertet und z. B. als prozentualer Wert
einer optimalen Übertragung
dargestellt wird. Damit wird der Anwender in die Lage versetzt,
auf einfache Weise die optimale Position für das zu installierende Funk-Modul
bzw. den zu installierenden Sensor mit dem darin eingebauten Funk-Modul
zu finden. Das Messgerät 70 wird ähnlich wie
der betreffende Sensor an der Basisstation 33 bzw. 40 angelernt
und beurteilt die Verbindungsqualität zu dieser Basisstation. Die
Verbindungsqualität
wird beispielsweise anhand einer Bitfehlerrate bestimmt. Die Messergebnisse werden
an der Anzeigeeinheit 75 dargestellt.
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Bei
einer Ausgestaltung der Messeinrichtung 8 ist vorgesehen,
dass das Messgerät 70 zur
Beurteilung der Verbindung zu der Basisstation 33 bzw. 40 über einstellbare
Zeitintervalle eine Aufzeichnung und Speicherung der Verbindungsqualität bewirkt. Als
Zeitintervalle sind z. B. eine Minute, 10 Minuten, eine Stunde,
12 Stunden und drei Tage wählbar,
wobei diese Zeitintervalle fest oder mittels eines Programms vorgegeben
oder veränderbar
sind. Auch andere Zeitintervalle sind denkbar, wobei aber unterschiedlichen
Einsatzzwecken des Schaltschranks bzw. der Schaltschrankan- Ordnung Rechnung
getragen werden soll und wählbare
Zeitintervalle in der angegebenen Größenordnung einer und/oder mehrerer Minuten,
einer und/oder mehrerer Stunden und auch eines und/oder mehrerer
Tage von Vorteil sein können.
Die Anzahl von in einem Zeitintervall gesendeten Mess-Telegrammen
kann je nach Zeitintervall oder Messanforderung unterschiedlich
sein. Das Messintervall wird vorteilhaft mit einer Verzögerung von
z. B. mindestens 10 Sekunden, beispielsweise mindestens einer halben
Minute oder Minute gestartet, so dass nach der Konfiguration des
Messintervalls und vor Beginn der Messung das Messgerät 70 noch
in die vorgesehene Position gebracht werden kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass nach Abschluss
einer Messung das Ergebnis eine Zeit lang optisch dargestellt wird
und sich anschließend
das Messgerät 70 automatisch
abschaltet. Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass nach
einem kurzen Tastendruck an der Eingabeeinheit 74 das letzte
Messergebnis wieder abrufbar ist.
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Des
Weiteren kann das Messgerät
so ausgestaltet sein, dass eine sogenannte Live-Messung durchführbar ist, in der in schneller
Folge Messungen durchgeführt
werden (z. B. 5 bi 100 Messungen pro Sekunde) und das Messergebnis
laufend optisch oder akustisch dargestellt wird.
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Damit
das Messergebnis vergleichbar ist mit dem Betrieb des einzusetzenden
Sensors, sind die Sendeleistung, Empfangsleistung, die Routingfunktion
und dgl. ausgelegt wie bei den einzusetzenden Sensoren. Falls es
den Sensoren möglich
ist, die Route mit der besten Verbindungsqualität zu wählen, ist das auch bei dem
Messgerät 70 so
vorgesehen.
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Das
Messgerät 70 ist
vorteilhaft in das gleiche Gehäuse
wie der Sensor integriert, beispielsweise der Temperatur-, Feuchte-
und Zugangssensor, wobei das Gehäuse die
gleichen Befestigungsstrukturen und Möglichkeiten besitzt. Damit
wird erreicht, dass die Messung der Verbindungsqualität an exakt der
Stelle erfolgt, in der auch der Sensor später betrieben wird. Auch die
Position und Lage der Antenne im Gehäuse des Messgerätes 70 entspricht
derjenigen des betreffenden Sensors, wobei die Sensoren vorzugsweise
ebenfalls gleiche Gehäuse
sowie Position und Lage der Antenne aufweisen.
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6 zeigt
ein Ablaufdiagramm zur Durchführung
einer Messung mit der Messeinrichtung 8. Nach einem Start
A der Messeinrichtung wird die Basisstation in einem Schritt S1 über einen
Tastendruck beispielsweise an der Eingabeeinheit 74 in
den Anmelde-Modus gesetzt. In einem anschließenden Schritt S2 wird das
Messgerät über Tastendruck
an der Basisstation angemeldet. In einem Schritt S3 wird das letzte
Messergebnis dargestellt, beispielsweise als prozentualer Anteil
einer optimalen Messung mit einer Ziffer zwischen 0 und 9.
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In
einem Schritt S4 wird die Dauer der Messung durch Wahl eines Zeitintervalls
durch Tastendruck an dem Messgerät 70 eingestellt,
z. B. über eine
Ziffernanzeige 1 bis 5, beispielsweise eine Minute, 10 Minuten,
eine Stunde, 12 Stunden, 3 Tage. In einem Schritt S5 wird nach dem
Start einer Messung eine Verzögerungszeitspanne
von 30 Sekunden (Pause) bis zum Beginn der Messung vorgegeben.
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Mit
dem Beginn der Messung in einem Schritt S6 sendet das Messgerät 70 für die Dauer
der Messung fortlaufend oder in bestimmten Zeitabständen Test-Datenpakete
an die Basisstation 33, 40, gegebenenfalls über Repeater-Module,
falls nicht direkt erreichbar, und wertet die Rückmeldung der Basisstation 33, 40 aus.
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Nach
Ablauf der Messung in einem Schritt S7 wird das Ergebnis z. B. durch
eine prozentuale Angabe über
die Ziffern 0 bis 9 dargestellt, wobei z. B. 0 bis zu 10 %, 2 um
20 %,..., 9 um 90 % bis 100 % oder nahezu 100 % erfolgreich zugestellte
Test-Pakete in dem
Messgerät 70 bedeuten.
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In
einem Schritt S8 schaltet sich das Messgerät 70 automatisch oder
bei alternativer Ausbildung auf eine Betätigung durch den Benutzer hin
ab. Bei erneutem Tastendruck in einem Schritt S9 am Messgerät 70 beginnt
die Messeinrichtung 8 eine erneute Messung mit dem Schritt
S3.
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Beispielsweise
durch einen langen Tastendruck an der Eingabeeinheit 74 des
Messgerätes 70 oder
andere Codierung kann die Anmeldung an der Basisstation 33 bzw.
40 wieder aufgehober werden. Eine entsprechende Aufhebung kann auch
bei Überschreitung
eines vorgegebenen Zeitlimits ausgelöst werden. Nach Aufheben der
Anmeldung kann eine erneute Messung durch einen Start A mit Schritt
S1 eingeleitet werden.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Messeinrichtung 8 kann
vorgesehen sein, dass während einer
Messung im Verlauf eines Zeitintervalls Zwischenergebnisse durch
den Empfang von Teil-Test-Datenpaketen dargestellt werden.