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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Multiplexsysteme, insbesondere
für Fahrzeuge.
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Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf die Steuerung von Objekten an einem
Fahrzeug über die Energieversorgung zu dem Objekt.
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Stand der Technik
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Fahrzeuge
weisen eine Anzahl von Objekten auf, die von einer zentralen Stelle
aus gesteuert werden, z. B. Scheinwerfer, Rücklichter,
Innenbeleuchtungen. Jedes von diesen kann getrennt mit einem Steuerschalter
und der Steuerschalter mit einer Energiequelle verdrahtet sein.
Unter einigen Umständen kann der Schalter lediglich ein
Relais steuern, das Leistung zu jedem der Objekte leitet, wobei
aber in jedem Fall ein Leiter von der Energiequelle zu dem Leistung
verbrauchenden Objekt vorgesehen sein muss, der stark genug ist,
um die geforderte Leistung und irgendeine Überlast zu leiten.
Dies führt dazu, dass über längere Strecken
in dem Fahrzeug viele Kupferdrähte mit größeren
Stärken verlaufen.
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Es
ist bekannt, die Menge des erforderlichen Leiters dadurch zu verringern,
dass ein einzelner Versorgungsleiter vorgesehen wird und Schaltsignale über
einen getrennten, kleineren Leiter zu einer Steuereinheit für
jedes Objekt geliefert werden, die sich bei dem Objekt befindet.
Die betroffenen Signale sind üblicherweise frequenz- oder
zeitmultiplexierte Signale auf dem kleineren Leiter, die von einer
durch den Fahrzeugfahrer betriebenen Steuerquelle ausgehen. Die
Signale treten mit einer Steuereinheit bei dem zu steuernden Objekt
in Wechselwirkung und liefern entweder eine Ein/Aus-Steuerung oder
eine schrittweise Steuerung. Das
US-Patent
4370561 beschreibt ein solches System.
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Wie
z. B. in der
US-Patentschrift
4463341 beschrieben ist, ist es ähnlich bekannt,
Steuereinheiten und Empfänger an einem Energieversorgungsleiter
bereitzustellen, wobei jede Steuereinheit und jeder Empfänger
auf einer anderen Frequenz arbeiten. Dies erfordert Einheiten mit
einer anderen Abstimmung für jede Frequenz.
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Wie
in der
US-Patentschrift 5517172 beschrieben
ist, ist es ähnlich bekannt, an einen Stromleiter eine
Impulsfolge als ein Steuersignal anzulegen, wobei aber solche Signale
für eine Störung durch das Fahrzeugelektriksystem
anfällig sind.
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Die
Mehrzahl solcher Systeme sind komplex und teuer zu konstruieren
und erfordern das Leiten sowohl eines größeren
Stromleiters als auch eines kleineren Steuerleiters zu jedem zu
steuernden Objekt. Systeme, die an einen Stromleiter eine Impulsfolge
anlegen, sind für Störungs- und Belastungseffekte
anfällig.
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Somit
besteht ein Bedarf an einer Lösung für das Problem,
eine Steuerung ferner Objekte zu schaffen, während die
minimale Menge Verbindungsleiter und ein einfaches Steuersystem
verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Lösung zu diesem und
zu weiteren Problemen, die Vorteile gegenüber dem Stand
der Technik bietet oder die wenigstens für die Öffentlichkeit
eine nützliche Wahl bereitstellt.
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Alle
Literaturhinweise einschließlich irgendwelcher in dieser
Beschreibung zitierten Patente oder Patentanmeldungen sind hiermit
durch Literaturhinweis eingeschlossen. Es wird nicht zugestanden,
dass irgendein Literaturhinweis einen Stand der Technik bildet.
Die Diskussion der Literaturhinweise gibt an, was ihre Autoren erklären,
wobei sich die Anmelder das Recht vorbehalten, die Genauigkeit und Relevanz
der zitierten Dokumente anzufechten. Obgleich hier auf eine Anzahl
von Veröffentlichungen des Standes der Technik Bezug genommen
wird, bildet dieser Literaturhinweis selbstverständlich
kein Zugeständnis, dass irgendwelche dieser Dokumente in
Neuseeland oder in irgendeinem anderen Land einen Teil des üblichen
Allgemeinwissens auf dem Gebiet bilden.
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Es
wird anerkannt, dass der Begriff 'umfassen' unter verschiedenen
Rechtssprechungen entweder eine ausschließende oder eine
einschließende Bedeutung zugeschrieben bekommen kann. Für diese
Patentschrift und soweit nichts anderes erwähnt ist, soll
der Begriff 'umfassen' eine einschließende Bedeutung haben – d.
h., er ist so gewählt, dass er einen Einschluss nicht nur
der aufgeführten Komponenten, auf die er direkt Bezug nimmt,
sondern auch anderer, nicht spezifizierter Komponenten oder Elemente
bedeutet. Diese Argumentation wird auch herangezogen, wenn der Begriff
'beinhaltet' oder 'beinhaltend' in Bezug auf einen oder mehrere Schritte
in einem Verfahren oder Prozess verwendet wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In
einem Beispiel besteht die Erfindung aus einem System zum Fernbedienen
einer elektrisch mit Energie versorgten Komponente oder Vorrichtung mit
einem Steuersignalempfänger und mit einer Binäradresse
durch Bereitstellen eines gemeinsamen Energieversorgungsanschlusses
zu einer Steuereinheit und zu einer fern mit Energie versorgten
Komponente oder Vorrichtung, Anlegen eines modulierten Signals an
den Anschluss, wobei das zugeführte Modulationssignal eine
Impulsfolge umfasst, wobei die Impulsfolge eine Binäradresse
eines fernen Empfängers enthält, bei dem Empfänger
Erfassen der Modulation an dem Stromanschluss, Auskoppeln der Modulationsimpulsfolge
aus der Modulation, Auskoppeln der Binäradresse aus der
Impulsfolge, Vergleichen der ausgekoppelten Adresse mit der Adresse der
fernen Komponente oder Vorrichtung, und wenn die Adressen übereinstimmen,
Steuern der elektrisch mit Energie versorgten Komponente oder Vorrichtung.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung wird das modulierte
Signal frequenzumgetastet.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung weist die Impulsfolge
Impulsgruppen auf, wobei jede Impulsgruppe mit einem einzelnen Impuls
beginnt und wobei auf ihn eine Reihe von Adressenimpulsen folgt.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung wird an die Stromanschlüsse
außerdem ein Audiosignal angelegt.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung führt die
Steuerung der Komponente oder Vorrichtung Leistung zu oder entnimmt
ihr Leistung.
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In
einer Ausführungsform der Erfindung wird der Stromanschluss
von einer Energiequelle zu der Steuereinheit und zu dem Empfänger
versorgt und ist bei der modulierten Signalfrequenz zwischen dem Energiequellensystem
eine hohe Impedanz vorhanden.
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Verfahren
zum Bereitstellen eines Steuersignals an eine ferne Komponente oder
Vorrichtung durch Bereitstellen eines gemeinsamen Stromanschlusses
von einer Energiequelle zu einem Signalsender und zu wenigstens
einem zugeordneten Signalempfänger, Bereitstellen einer
Binäradresse für jeden Empfänger, Bereitstellen
einer Impedanz zwischen der Energiequelle und dem Stromanschluss
bei einer Hochfrequenz, Anlegen eines Signals mit der Hochfrequenz
an den Stromanschluss, Modulieren des modulierten Signals mit einer
Impulsfolge, wobei die Impulsfolge eine Binäradresse eines
Empfängers enthält.
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Sender
zum Zuführen eines Steuersignals zu einem fernen Empfänger,
wobei der Sender aufweist: einen Impulsgenerator, der eine geforderte
Impulsfolge erzeugen kann, wobei die Impulsfolge eine Binäradresse
und einen Folgenanfangsimpuls repräsentiert, einen Hochfrequenzsignalgenerator,
einen Modulator, der die Impulsfolge auf das erzeugte Hochfrequenzsignal
moduliert, einen Hochfrequenzsignalkoppler, der das erzeugte Hochfrequenzsig nal auf
eine für den Sender und jeden fernen Empfänger gemeinsame
Energieversorgungsleitung koppelt.
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Empfänger,
der durch eine mit einem Steuersender gemeinsame Energieversorgungsleitung
mit Energie versorgt wird und eine elektrische Komponente oder Vorrichtung
steuert und Folgendes aufweist: eine einstellbare Binäradresse,
einen Signaldetektor, der von der Energieversorgungsleitung ein Hochfrequenzsignal
auskoppelt, einen Demodulator, der das Modulationssignal von dem
Signaldetektor wiedergewinnt, einen Impulsfolgen-Auskoppler, der aus
dem Modulationssignal einen Impulsfolgen-Anfangsimpuls und eine
nachfolgende Reihe von Impulsen, die eine Binäradresse
repräsentieren, auskoppelt, einen Komparator, der die empfangene
Binäradresse mit der einstellbaren Binäradresse
vergleicht und eine elektrische Komponente oder Vorrichtung steuert,
wenn die Adressen übereinstimmen.
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Diese
und weitere Merkmale sowie Vorteile, die die vorliegende Erfindung
charakterisieren, gehen beim Lesen der folgenden ausführlichen
Beschreibung und bei der Durchsicht der zugeordneten Zeichnungen
hervor.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Schaltbild einer Senderschaltung zur Verwendung mit dem Multiplexsystem,
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2 ist
ein Schaltbild einer Empfängerschaltung zur Verwendung
mit dem Multiplexsystem,
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3 ist
ein Blockschaltbild des Systems,
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4 veranschaulicht
einige mögliche Impulsadressenfolgen.
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Beschreibung der Erfindung
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Nunmehr
anhand von 1 zeigt diese beispielhaft die
Schaltung eines Senders für ein System, in dem ein Quarzoszillator
(101) bei einer Frequenz von 3,6 MHz durch einen Inverter
(102) gepuffert wird, der einem 14-Bit-Binärzähler
(103) und einem 7-Stufen-Asynchronzähler (106)
einen Takt zuführt. Der Letztere stellt zwei Ausgaben bereit:
einen mit einem sich alle acht Taktimpulse (225 kHz) wiederholenden
Impuls zur Gatterschaltung (111) und einen mit einem sich
jeden zweiten Taktimpuls (1,8 MHz) wiederholenden Impuls zur Gatterschaltung
(112). Der Takt zum Binärzähler (103)
erzeugt über einen Inverter (104) alle 214 Takte einen Impuls zum Schieberegister
(107). Dieser lädt das Schieberegister von den
durch Widerstände (110) belasteten Schaltern (108)
vor und taktet das Schieberegister, während der Zähler
(103) jeweils 210 Impulse zählt,
was eine Ausgabe von jeweils 28 Taktimpulsen
oder in dem gezeigten Fall bei 225 kHz erzeugt, die als eine serielle Umsetzung
der parallelen Schaltbits an das Gatter (111) übergeben
wird. Das Bit 8 ist immer hoch, um als ein konstantes Anfangsbit
für die folgenden sich ändernden Adressenbits
zu wirken. Im Ergebnis der Vorladung von den Schaltern (108)
ist die erzeugte Ausgabe ein Sieben-Bit-Binärcode, der
in dem Multiplexsystem als die Adresse eines Empfängers
wirkt und dem ein einzelnes Markierbit vorangeht, wobei die Bits
für ein hohes Bit durch eine Frequenz von 225 kHz und für
ein tiefes Bit durch eine Frequenz von 1,8 MHz dargestellt sind.
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Die
Ausgabe des Gatters (111) steuert einen Verstärker
(113) an und erzeugt über den Resonanztransformator
(114) eine Ausgabe (117), die durch eine Induktionsspule (116)
von der 12-Volt-Versorgung (115) isoliert ist. Somit ist
der Ausgang bei (115) eine 12-Volt-Versorgungsleitung mit
einer wechselnden Frequenz, die an sie angelegt wird, entweder von 1,8
MHz oder von 225 kHz. Dies erzeugt ein impulscodemoduliertes frequenzumgetastetes
Digitalsignal mit einer im Wesentlichen konstanten Amplitude. Über
einen Transformator kann an die frequenzmodulierte 12-Volt-Leitung
bei (117) direkt ein Audiosignal angelegt werden, wobei
dies aber vollständig optional ist.
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Um
den Anschluss einer Fernbedienungseinrichtung zum Einstellen der
Adressen zu ermöglichen, die an die Energieversorgungsleitung
angelegt werden sollen, ist ein Verbinder (118) vorgesehen.
In einem 7-Bit-System ermöglicht dies die dynamische Adressierung
von bis zu 128 Steuereinheiten von dem Sender.
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Der
Pendant-Empfänger zu dem Sender aus 1 ist in 2 gezeigt
und weist einen Quarzoszillator (201) im Wesentlichen auf
derselben Frequenz wie der Sender auf, wobei die Ausgabe von diesem
bei (202) gepuffert wird und einem 12-Bit-Binärzähler
(203) zugeführt wird. Alle 210 Taktzählwerte
wird die Ausgabe dieses Zählers hoch und dient zum Takten
der beiden Teile (214) und (211) eines dualen
4-Stufen-Schieberegisters, eines Decodiererteilers (220)
und über das Gatter (204) eines zweiten 12-Bit-Binärzählers
(205). Der Teiler (220) führt einem 12-Bit-Binärzähler
(219) alle 28 Takte einen Impuls
zu.
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Die
12-Volt-Leitung mit der auf sie frequenzumgetasteten Binäradresse
wird bei (206) über einen Transformator wiedergewonnen
und über eine Begrenzungsschaltungsanordnung (207)
an einen Phasenregelkreis bei (209) überge ben,
der durch Spannung von einem Regler (208), der von der 12-Volt-Leitung
versorgt wird, mit Energie versorgt wird. Der Phasenregelkreis wirkt
so, dass er die gesendeten Impulse als eine Wellenfolge wiedergewinnt
und sie den Dateneingängen des Schieberegisters (211)
zuführt. Dieses Schieberegister übergibt die niedrigstwertige
Hälfte der empfangenen Impulsfolge getaktet durch die Ausgabe
des Zählers (203) an den Größenkomparator
(212), während die höchstwertige Hälfte
an das Schieberegister (214) übergeben wird, wo
sie dem Größenkomparator (215) zugeführt
wird. Ein Vergleich beim Größenkomparator (212)
mit den Einstellungen des niedrigstwertigen der Schalter (213)
liefert sowohl an den Größenkomparator (215)
als auch an den Größenkomparator (216)
ein ”Größer-als”-, ein ”Kleiner-als”-
und ein ”Gleich-zu”-Signal. Wenn die empfangene
Impulsfolge, wie sie bei den Größenkomparatoren
erfasst wird, mit der Einstellung des Schalters (213) übereinstimmt,
setzt die Komparatorausgabe den 12-Bit-Binärzähler
(219) zurück und schaltet die Ausgangsschaltung
bei (221) ein oder aus.
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Außerdem
wirkt der Komparator (216) mit dem Komparator (212)
dadurch zusammen, dass er eine unterschiedliche höherwertige
Adressenfolge als der Komparator (216) aufweist, um die
geschaltete Ausgabe (218) über den 12-Bit-Binärzähler
(217) zu betreiben. Es können mehrere Komparatoren (216),
(217) und Ausgangssteuerungen (218) vorgesehen
sein, um als Steuereinheiten zu wirken, die auf verschiedene Adressen
reagieren.
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Während
die Figuren die Verwendung von Standardlogikkomponenten für
die Digitalfunktion zeigen, können die Funktionen des Senders
und des Empfängers durch irgendeine andere geeignete Schaltungsanordnung
bereitgestellt werden, wobei z. B. ein programmierter Mikrocontroller
die geforderten Funktionen entweder bei dem Sender oder bei dem Empfänger
ausführen kann. Während die beschriebene Schaltung
ein 8-Bit-Binärsteuersignal verwendet, kann ähnlich
irgendeine Anzahl von Bits verwendet werden, sofern beim Sender
und beim Empfänger übereinstimmende Adressen verfügbar
sind.
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Während
die isolierende Impedanz zwischen dem Sender und der 12-Volt-Energiequelle
als eine Induktionsspule gezeigt ist, kann irgendeine andere Komponente
oder Kombination von Komponenten verwendet werden, sofern die erforderliche
Isolation erhalten wird.
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Da
das System ein konstantes HF-Signal mit geschalteter Frequenz an
die Stromleitung liefert, empfangen die Empfänger immer
ein HF-Signal mit irgendeiner Frequenz und mit einer auffindbaren
Amplitude. Da die Änderung der Belastung an der Energieversorgung,
während sie die Amplitude des Empfangssignals beeinflusst,
die Frequenzumtastung durch das typische elektrische Rauschen der
Fahrzeugumgebung der Lichtmaschinenwelligkeit, des Zündungsrauschens,
der Lichtmaschinenschleifring-Störsignale und von Einspritzdüsen-Elektromagnet-Übergangsvorgängen
ungestört und unbeeinflusst lässt, stellt dies
dadurch bei den Empfängern eine verhältnismäßig
stabile Umgebung bereit.
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3 zeigt
ein Blockschaltbild eines solchen Systems, bei dem die Energieversorgungsanschlüsse
(301) Leistung zum Versorgen der Elemente sowohl des Senders
als auch des Empfängers als auch die Leistung zu den Komponenten
oder Vorrichtungen, welche auch immer durch die Empfänger
gesteuert werden, liefern. Bei (302) ist eine Impe danz bereitgestellt,
die die Ableitung des Hochfrequenzsignals zurück in die
Energieversorgung verringert, wobei diese Impedanz spezifisch abgestimmt
werden kann, um die Steuerfrequenzen zu unterdrücken, falls
eine starke Unterdrückung erwünscht ist. Ein Sender
des Impulsfolgenerzeugers (303) und ein Hochfrequenzmodulator
und -generator (310) koppeln ein moduliertes HF-Signal
in die Energieversorgungsleitung, die ferner mit Empfängern
(304), (305), (306) verbunden ist.
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Die
als Schalter gezeigten Steuerelemente (307), (308),
(309) sind jeweils einer spezifischen Binäradresse
zugeordnet, sodass die Änderung des Zustands des Schalters
veranlasst, dass die Binäradresse an den Ausgang von (303)
geliefert wird, um als eine frequenzumgetastete Signalform moduliert zu
werden, die auf dem Stromanschluss gesendet wird.
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Beim
Empfänger (304), (305), (306)
wird die HF-Signalform empfangen, ausgekoppelt und werden die Binäradressen
decodiert. Wo eine Adresse mit der Binäradresse des Empfängers übereinstimmt,
wird ein Relais wie etwa (311), (315), (319) umgeschaltet
und wird über die Kontakte (313), (317),
(321) eine Last (314), (318), (322)
entweder verbunden oder getrennt. Die Impedanzen (312), (316),
(320), die üblicherweise Induktivitäten
sind, verhindern, dass die Lasten die Steuerspannungen umgehen.
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In 4 ist
die Amplitude der Signalform bei der Signifikanten der frequenzumgetasteten
Steuerfrequenzen gezeigt. Es wird daran erinnert, dass dort, wo
die signifikante Frequenz nicht gezeigt ist, an die Versorgungsspannung
eine Signalform bei der nicht signifikan ten Frequenz angelegt wird.
In 4 ist ein Auftreten der signifikanten gepulsten
Adressensignalform für drei verschiedene Adressen gezeigt,
wobei beim Beginn jeder Adresse ein Startbit (405) erscheint.
Die Adresse (401) zeigt eine Adresse mit allen sieben Bits
der Adresse (406) hoch und einem Binärwert, der äquivalent
der Adresse (127) ist, die Adresse (402) zeigt
eine Adresse, die äquivalent 39 ist, und (403)
zeigt eine Adresse, die äquivalent 103 ist. Bei Verwendung
von sieben Adressenbits können bis zu 128 Empfänger
gesteuert werden oder kann alternativ ein einzelner Empfänger
eine Vorrichtung steuern, die 128 Steuerschritte erfordert. Die
Zwischenräume (407), in denen keine Impulsfolge
erscheint, sind ebenfalls 8 Bits lang und enthalten eine ununterbrochene
Sendung bei der nicht signifikanten Steuerfrequenz. Dies stellt
sicher, dass die Steuerimpulse regelmäßig beabstandet
sind und dass die Steuerspannungsamplitude immer konstant ist.
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Die
Adresse kann irgendeine Anzahl binärer Bits lang sein,
und das Intervall zwischen den Folgen von Adressenimpulsen ist vorzugsweise
gleich der Länge eines maximalen Adressenimpulses. Die Adressen-
und Impulsfolgen können irgendeine Länge haben
und bei irgendeiner verwendbaren Frequenz liegen, sind vorzugsweise
aber derart, dass sie unabhängig von der Anzahl der versorgten
Adressen eine offensichtlich verzögerungsfreie Reaktion auf
den Betrieb des Steuerelements zulassen. Das Intervall zwischen
den Impulsen und die Wiederholungsgeschwindigkeit der Impulse werden
außerdem für den gewünschten Durchsatz
ausgehandelt. Vorzugsweise enthält jeder Impulsschlitz
16 Zyklen der höheren Schiebefrequenz, enthält
jede Impulsfolge 16 Impulsschlitze, ent hält jeder Impulsfolgensatz
128 Impulsfolgen. Dies lässt die Steuerung von 128 verschiedenen
Einheiten von einer einzelnen Versorgungsleitung aus zu.
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Die
für die höchste Schiebefrequenz gewählte
Hochfrequenz liegt vorzugsweise in einem der nicht lizenzierten
Funkbänder, z. B. 225 kHz, obgleich anstelle der Frequenzumtastung
eine Impulsbreiten- oder Impulscodemodulation verwendet werden kann.
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Während
das beschriebene System ein gleichstromversorgtes System ist, das
auf ein Fahrzeug anwendbar ist, ist das System auf die wechselstromversorgte
Steuerung von fernem Zubehör oder fernen Vorrichtungen
anwendbar.
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Obgleich
in der vorstehenden Beschreibung zahlreiche Eigenschaften und Vorteile
der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
zusammen mit Einzelheiten der Struktur und Funktion verschiedener
Ausführungsformen der Erfindung dargelegt worden sind,
ist diese Offenbarung selbstverständlich nur beispielhaft,
wobei an den Einzelheiten Änderungen vorgenommen werden
können, solange die Funktion der Erfindung nicht nachteilig
beeinflusst wird. Zum Beispiel können die besonderen Elemente
der Schaltungen je nach der besonderen Anwendung, für die
sie verwendet wird, ohne Änderung des Erfindungsgedankens
und des Umfangs der vorliegenden Erfindung variieren.
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Obgleich
die hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen auf
ein Multiplexsystem zur Verwendung in einem Fahrzeug gerichtet sind,
ist für den Fachmann auf dem Gebiet außerdem klar,
dass die Lehren der vorliegenden Erfindung auf andere Systeme wie
etwa ein Flugzeug oder auf Objekte, die von Wechselstrom versorgt
werden, angewendet werden können, ohne von dem Umfang und
von dem Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die
Steuervorrichtung der Erfindung wird in der Fernbedienung und im
Management elektrisch mit Energie versorgter Objekte verwendet,
die in der Fahrzeug- oder Elektroindustrie genutzt werden. Somit
ist die vorliegende Erfindung industriell anwendbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4370561 [0004]
- - US 4463341 [0005]
- - US 5517172 [0006]