DE102010055565A1

DE102010055565A1 - Signal reception device for controlling night current apparatuses i.e. heat accumulator ovens, has coils arranged at angle relative to each other, and magnetic rod cores coupled with each other and formed as one-piece

Info

Publication number: DE102010055565A1
Application number: DE201010055565
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2012-06-28

Abstract

The device has a decoder for evaluating a ripple control signal modulated on a carrier frequency to be received. A magnetic rod antenna (100) comprises two coils (106, 108) for formation of reception oscillating circuits. The coils are arranged at an angle relative to each other, and magnetic rod cores (102) are coupled with each other and formed as one-piece. The reception oscillating circuits are coupled with each other and slightly detuned from each other. The magnetic rod cores are formed with a thickness between 1.2 and 4 mm.

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Signalempfangsbaustein mit einer Ferritantenne, einer Empfängereinheit und einem Decoder zum Auswerten eines auf einer zu empfangenden Trägerfrequenz modulierten Rundsteuersignals.The present invention relates to a signal receiving device having a ferrite antenna, a receiver unit and a decoder for evaluating a ripple control signal modulated on a carrier frequency to be received.

Derartige Signalempfangsbausteine werden zu verschiedenen Zwecken eingesetzt, um zentral über Funk im Empfangsbereich eines Rundfunksenders Endgeräte ein- oder auszuschalten oder in einer bestimmten Funktionsweise zu steuern. Als Beispiele können Nachtstromverbraucher, wie z. B. Heizspeichergeräte genannt werden, es sind aber auch Anwendungen im Bereich des Bezahlfernsehens, des Zivilschutzes zur Warnung der Bevölkerung, auf dem Gebiet der Medizin oder auch zum Zwecke der reinen Zeitsteuerung möglich. Bekannt und allgemein üblich ist es, derartige Signale über Langwellensender zu verbreiten, die eine besonders gute Reichweite besitzen. Bekannte Endgeräte sehen dabei vor, eine Ferritstabantenne mittels eines Stepmotors drehbar zu lagern, so dass diese auf den Langwellensender ausrichtbar ist, da es ansonsten bei einer Montage des Signalempfangsbausteins ohne Ausrichtung zu Empfangsstörungen kommen kann. Die Ausbildung mit dem Steppmotor sichert zwar den Rundempfang, ist aber regelungstechnisch schwer zu beherrschen und aufwändig. Der Materialaufwand einerseits und die lange Installationsdauer verteuern das System.Such signal receiving modules are used for various purposes to centrally turn on or off via radio in the reception area of a broadcast station terminals or to control in a specific mode of operation. As examples can Nachtstromverbraucher such. As heating storage devices are called, but there are also applications in the field of pay-TV, civil defense to warn the population, in the field of medicine or for the purpose of pure time control possible. It is known and common practice to propagate such signals via long-wave transmitters, which have a particularly good range. Known terminals provide in this case rotatably support a ferrite rod antenna by means of a stepping motor so that it can be aligned with the long-wave transmitter, since it may otherwise come to a reception of the signal receiving module without alignment. Although the training with the Steppmotor ensures the round reception, but is technically difficult to control and complex. The cost of materials on the one hand and the long installation time make the system more expensive.

Die Antennen selbst sind bislang bei automatischen Systemen mit einer prismatischen Form des Ferritkerns ausgebildet, bei manuellen Systemen sind die Antennen in der Regel mit zylindrischen Ferritkörpern ausgebildet.The antennas themselves are so far in automatic systems with a prismatic shape of the ferrite core formed in manual systems, the antennas are usually formed with cylindrical ferrite.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Signalempfangsbaustein der Eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, das der technische und handwerkliche Aufwand bei der Inbetriebnahme verringert wird.The object of the present invention is to improve a signal receiving module of the type mentioned in the effect that the technical and technical effort during commissioning is reduced.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ferritantenne wenigstens zwei Wicklungen zur Ausbildung von Empfangsschwingkreisen aufweist, die in einem Winkel zueinander stehen und deren Ferritkerne miteinander gekoppelt oder einstückig ausgebildet sind, so dass die Antenne isotropische Empfangseigenschaften besitzt, wobei die Empfangsschwingkreise über den Ferritkern hart miteinander gekoppelt und gegeneinander geringfügig verstimmt sind.According to the invention, the object is achieved in that the ferrite antenna has at least two windings for the formation of receiving resonant circuits which are at an angle to each other and their ferrite cores coupled or integrally formed with each other, so that the antenna has isotropic reception properties, wherein the receiving resonant circuits hard over the ferrite core coupled together and slightly detuned against each other.

Es hat sich gezeigt, dass durch die Anordnung der wenigstens zwei Wicklungen zueinander im Winkel in Verbindung mit der Verstimmung der beiden Schwingkreise praktisch unabhängig von der Winkelausrichtung bei der Montage des Signalempfangsbausteins immer ein sicher auswertbares Signal erzeugen lässt, das mit rein elektronischen Mitteln ohne das Vorsehen eines Steppmotors oder einer aufwändigen manuellen Ausrichtung zuverlässig ausgewertet werden kann. Dabei lassen sich bereits mit zwei Wicklungen, die in einem Winkel über 90° angeordnet sind, in allen Empfangssituationen gut beherrschbare Ausgangssignale generieren, d. h. ein 360° Rundempfang ist immer gewährleistet. Vorzugsweise ist die 90°-Anordnung in Verbindung mit einem quadratischen Ferritkörper gewählt, auf dem die beiden Wicklungen zwischen sich gegenüberliegenden Flanken vorgesehen sind. Dadurch entsteht eine völlig neue Antennengrundform, die völlig von den bislang bekannten Stabantennen abweicht. Die quadratische Ausbildung ist aus fertigungstechnischen Gründen, aber auch aus Gründen der Empfangseigenschaften von besonderem Vorteil. Das Verstimmen der Schwingkreise gegeneinander kann in üblicher Art und Weise mittels variabler Impedanzen erfolgen. Grundsätzlich sind aber auch kreuzförmige Anordnungen oder, bei zusätzlichen Wicklungen, auch Platten mit polygonalem Querschnitt entsprechend der Anzahl der Windungen denkbar.It has been shown that by arranging the at least two windings at an angle in connection with the detuning of the two oscillating circuits virtually independent of the angular orientation during assembly of the signal receiving module always generates a reliably evaluable signal, the purely electronic means without the provision A stepping motor or a complex manual alignment can be reliably evaluated. Already with two windings, which are arranged at an angle of more than 90 °, it is possible to generate easily controllable output signals in all reception situations, ie. H. a 360 ° round reception is always guaranteed. Preferably, the 90 ° arrangement is selected in conjunction with a square ferrite body on which the two windings are provided between opposite flanks. This results in a completely new antenna basic form, which deviates completely from the previously known rod antennas. The square design is for manufacturing reasons, but also for reasons of receiving properties of particular advantage. The detuning of the oscillating circuits relative to one another can be effected in the usual way by means of variable impedances. In principle, however, also cross-shaped arrangements or, in the case of additional windings, also plates with a polygonal cross section corresponding to the number of turns are conceivable.

Zur Ausbildung optimaler Empfangseigenschaften hat sich ein plattenförmiger Ferritkörper als vorteilhaft erwiesen, der einen Schlankheitsgrad

zwischen 0,1 und 0,6 aufweist, wobei s die Stärke der Platte und h deren Kantenlänge bedeutet. Die Plattenstärke s liegt vorzugsweise zwischen 1,2 mm und 4 mm.To form optimal reception properties, a plate-shaped ferrite body has proved to be advantageous, the slimming degree

between 0.1 and 0.6, where s is the thickness of the plate and h is its edge length. The plate thickness s is preferably between 1.2 mm and 4 mm.

Vorzugsweise sind im Bereich der Wicklungen weiche Kunststoffprofile als Zwischenlage auf die Kanten des Ferritkerns aufgesetzt. Die Kunststoffprofile verhindern den unmittelbaren Kontakt der Wicklungsdrähte mit den scharfen Kanten des Ferritkerns, der die Wicklungen im äußersten Fall sogar zerschneiden könnte. Ferner stellt der Kunststoff eine gewisse Elastizität bereit, die erforderlich ist, um die Wicklungen ohne die Verwendung von Klebstoff rein durch Verknoten sicher an dem Ferritkern fixieren zu können.Preferably soft plastic profiles are placed as an intermediate layer on the edges of the ferrite core in the region of the windings. The plastic profiles prevent the direct contact of the winding wires with the sharp edges of the ferrite core, which could even cut the windings in the extreme case. Furthermore, the plastic provides a certain elasticity, which is required in order to be able to fix the windings securely to the ferrite core purely by knotting without the use of adhesive.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Wechselmagnetfeld vorgesehen, das den Ferritkörper mit einer konstanten Frequenz kreuzmoduliert. Es hat sich gezeigt, dass sich durch die Kreuzmodulation des Ferritkörpers ein qualitativ verbessertes Zwischensignal erreichen lässt, dessen Frequenz die Differenzfrequenz zwischen dem Kreuzmodulationssignal und der Trägerfrequenz entspricht. Die Kreuzmodulation kann in jeder geeigneten technischen Art und Weise durchgeführt werden, besonders bevorzugt ist es aber, wenigstens einer Wicklungen unmittelbar am Ferritkörper vorzusehen, z. B. für jede Wicklung eines Empfangsschwingkreises eine parallele Erregerwicklung. Hierdurch lässt sich ein kompakter Aufbau der Antenne und der Wicklung für die Kreuzmodulation erreichen.In a further preferred embodiment of the invention, an alternating magnetic field is provided, which cross-modulates the ferrite body with a constant frequency. It has been found that a qualitatively improved intermediate signal can be achieved by the cross-modulation of the ferrite body whose frequency corresponds to the difference frequency between the cross-modulation signal and the carrier frequency. The cross-modulation can be carried out in any suitable technical manner, but it is particularly preferred provide at least one winding directly on the ferrite body, z. B. for each winding of a receiving resonant circuit a parallel exciter winding. This makes it possible to achieve a compact design of the antenna and the winding for the cross modulation.

Vorzugsweise liegt die Frequenz der Kreuzmodulation wenigstens 15% oberhalb der zu empfangenden Trägerfrequenz. Bei einer Trägerfrequenz von beispielsweise 139 kHz, wie sie im Langwellenbereich üblich ist, kann eine Frequenz von 159 kHz für die Kreuzmodulation eingesetzt werden, wobei eine Zwischenfrequenz von 20 kHz erreicht wird, die mit dem eigentlichen Nachrichtensignalfrequenz moduliert ist.Preferably, the frequency of the cross modulation is at least 15% above the carrier frequency to be received. At a carrier frequency of, for example, 139 kHz, as is customary in the long wave range, a frequency of 159 kHz can be used for the cross modulation, wherein an intermediate frequency of 20 kHz is achieved, which is modulated with the actual message signal frequency.

Die entstehende Zwischenfrequenz wird vorzugsweise mit multiplizierenden Mischern synchron demoduliert. Beispielsweise kann dies dadurch geschehen, dass eine Signalauswerteinrichtung zur Auswertung der frequenzmodulierten Zwischensignale vorgesehen ist, wobei ein erster Zähler die Schwingungen des Zwischensignals und ein weiterer Zähler, der mit einer Taktfrequenz beaufschlagt ist, die deutlich über der Zwischenfrequenz liegt, deren Schwingungen zählt und bei Erreichen einer bestimmten Anzahl von gezählten Schwingungen des Zwischensignals den zweiten Zähler stoppt, wobei die Anzahl der gezählten Impulse des zweiten Zählers das Maß dafür darstellt, ob in der Zwischenfrequenz das Schaltsignal „1” oder „0” durch Frequenzmodulation dargestellt ist. Ein derartiges System kommt ohne eine Automatische Verstärkungsregelung und ohne Hüllkurvengleichrichtung des Zwischensignals aus und entsprechend besitzt die Einrichtung eine einfache Hard- und Software, die eine sichere Auswertung des frequenzmodulierten Signals ermöglicht. Beispielsweise ist bei einem Langwellensignal vorgesehen, dass der Schaltzustand „0” durch einen unteren Frequenzwert von 128,93 kHz und ein Schaltzustand „1” durch eine obere Frequenz von 129,27 kHz bei einer Trägermittenfrequenz von 129,10 kHz repräsentiert ist. Werden beispielsweise 60 Schwingungen eines solchen Signals als Maß gezählt und ein Messzähler mit einer Taktfrequenz von 10 MHz betrieben, zählt letzterer beim Schaltzustand „0” 30000 Ausgangssignale, während beim Schaltzustand „1” lediglich 29000 Schaltsignale generiert werden. Damit sind die beiden Schaltzustände schaltungstechnisch einfach zu unterscheiden und auszuwerten. Diese beschriebene Signalauswertung kann erfindungsgemäß auch unabhängig von der zuvor erörterten Antennenform eingesetzt werden. Dies betrifft sowohl die Kreuzmodulation als auch die softwareseitige Auswertung eines frequenzmodulierten Signals in der zuvor beschriebenen Art und Weise.The resulting intermediate frequency is preferably synchronously demodulated with multiplying mixers. This can be done, for example, by providing a signal evaluation device for evaluating the frequency-modulated intermediate signals, wherein a first counter counts the oscillations of the intermediate signal and a further counter which is acted upon by a clock frequency which is clearly above the intermediate frequency whose oscillations count and when they reach it a certain number of counted oscillations of the intermediate signal stops the second counter, wherein the number of counted pulses of the second counter represents the measure of whether in the intermediate frequency the switching signal "1" or "0" is represented by frequency modulation. Such a system does without an automatic gain control and without Envelope rectification of the intermediate signal and accordingly, the device has a simple hardware and software that allows safe evaluation of the frequency modulated signal. For example, in a long-wave signal, the switching state "0" is represented by a lower frequency value of 128.93 kHz and a switching state "1" by an upper frequency of 129.27 kHz at a carrier center frequency of 129.10 kHz. If, for example, 60 oscillations of such a signal are counted as a measure and a measuring counter is operated at a clock frequency of 10 MHz, the latter counts 30000 output signals in switching state "0", while in switching state "1" only 29,000 switching signals are generated. Thus, the two switching states are circuit technology easy to distinguish and evaluate. According to the invention, this described signal evaluation can also be used independently of the previously discussed antenna form. This applies to both the cross-modulation and the software-side evaluation of a frequency-modulated signal in the manner described above.

In einer weiteren bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass der Signalempfangsbaustein auch als Signalübertrager ausgebildet ist, wobei ein Informationssignal in den Ferritkörper einmoduliert und durch eine Empfangswicklung abgegriffen wird. Hierdurch entsteht ein großes Potential der Informationsübertragung ohne dass wesentliche zusätzliche Hardwarekomponenten vonnöten sind. Der Ferritkörper sorgt dabei für eine galvanische Trennung des signalgebenden Signalempfangsbausteins und einer Empfängerwicklung, die beispielsweise das Leistungsstromnetz sein kann.In a further preferred embodiment of the invention it is further provided that the signal receiving module is also designed as a signal transformer, wherein an information signal is modulated into the ferrite body and tapped by a receiving winding. This creates a great potential for information transfer without the need for significant additional hardware components. The ferrite body ensures a galvanic separation of the signal-generating signal receiving module and a receiver winding, which may be, for example, the power network.

Der vorbeschriebene Signalempfangsbaustein wird vorzugsweise zur Ansteuerung von Nachtstromgeräten verwendet, beispielsweise Wärmespeicheröfen für die elektrische Beheizung mittels kostengünstigem Nachtstrom.The above-described signal receiving module is preferably used for controlling night-time appliances, for example, heat storage ovens for electric heating by means of cost night electricity.

Um derartige Nachtstromgeräte mit hohen Stromverbrauchswerten ansteuern zu können, verfügt der Signalempfangsbaustein vorzugsweise Leistungsrelais. Diese sind in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform als bistabile Relais ausgebildet, wobei zeitgesteuerte Impulsströme die Schaltzustände der Relais mit zeitlichen Abständen nacheinander ändern. Da der Signalempfangsbaustein selbst nur über ein kleines Netzteil verfügt, ist es beim Vorsehen mehrerer Leistungsrelais sinnvoll, diese nicht simultan mit Impulsströmen zur Änderung des Schaltzustandes zu belegen, sondern die Impulsströme, die für eine bestimmte zeitlang aufrecht erhalten werden müssen, um ein sicheres Umschalten des Relais zu erreichen, für die einzelnen Relais nacheinander zu generieren und diese anzusteuern. Da die Relaissteuerung den größten elektrischen Verbraucher innerhalb des Signalempfangsbausteins darstellt, ist das Einsparpotenzial im Bereich des Netzteils durch die geringfügig zeitversetzte Ansteuerung erheblich.To be able to control such night-time power devices with high power consumption values, the signal receiving module preferably has power relays. These are formed in a further preferred embodiment as a bistable relay, wherein timed pulse currents change the switching states of the relay with time intervals successively. Since the signal receiving module itself has only a small power supply, it is useful when providing multiple power relays to occupy these not simultaneously with pulse currents to change the switching state, but the pulse currents that must be maintained for a certain time to maintain a safe switching To reach relay to generate for each relay in turn and to control them. Since the relay control represents the largest electrical load within the signal receiving block, the potential savings in the area of the power supply due to the slightly time-offset control is significant.

Nachfolgend wird anhand der Abbildungen näher auf den Stand der Technik und einer Ausführungsform der Erfindung eingegangen. Es zeigen:Hereinafter, reference will be made to the prior art and an embodiment of the invention with reference to the figures. Show it:

1 ein typisches Modulsystem für den Datenempfang über Funk nach dem Stand der Technik; 1 a typical module system for data reception via radio according to the prior art;

2 einen erfindungsgemäßen Signalempfangsbaustein; 2 a signal receiving module according to the invention;

3 ein schematisches Schaubild einer Ferritantenne des Signalempfangsbausteins nach 2; 3 a schematic diagram of a ferrite antenna of the signal receiving block according to 2 ;

4 den Ferritkörper der Ferritantenne ohne Wicklungen; 4 the ferrite body of the ferrite antenna without windings;

5 ein Flussdiagramm zur schematischen Darstellung der Signalauswertung. 5 a flowchart for schematically illustrating the signal evaluation.

Datenübertragungssysteme werden beispielsweise auf dem Gebiet der Energieversorgung mit dem Ziel eingesetzt, dem Verbraucher optimale oder zu seinem Verbrauchsverhalten passende Tarife anzubieten und beispielsweise so genannte Nachtstromverbraucher automatisch anzusteuern. Auf diese Weise können beispielsweise Wärmespeicheröfen mit günstigem Nachtstrom kostengünstig aufgeheizt werden, während sie tagsüber zum Heizen ohne Strombedarf die gespeicherte Wärme abgeben können.Data transmission systems are used, for example, in the field of energy supply used with the aim to offer the consumer optimal tariffs or to suit his consumption behavior and to drive, for example, so-called night stream consumers automatically. In this way, for example, heat storage heaters can be heated cost-effective with low night electricity, while they can deliver the stored heat during the day for heating without electricity.

Durch diese Systeme können die stromerzeugenden Kraftwerke gleichmäßiger ausgelastet werden, wodurch sich insgesamt eine bessere Beherrschbarkeit der Versorgungsnetze ergibt. Ein hierzu verbreitet eingesetztes System ist die sogenannte Funkrundsteuerung, die aus einem Sender und einer Vielzahl von Empfängergeräten besteht, wobei die Empfänger in Gruppen oder direkt adressiert über digitale Telegramme des Senders angesprochen werden können. Derartige bekannte Systeme sind in der EP 2072958 A1 und der EP 2112640 A1 beschrieben. Beim System der Funkrundsteuerung werden die Netze, die Verbraucher und die Energiequellen per Funktelegramme gesteuert oder es werden in den adressierten Empfängergeräten gespeicherte Programme direkt aufgerufen. Das Verhalten der Endgeräte entspricht dem EVA(Eingabe/Verarbeitung/Ausgabe)-Prinzip der EDV.Through these systems, the power-generating power plants can be utilized more evenly, resulting in an overall better controllability of the supply networks. A system widely used for this purpose is the so-called radio redundancy control, which consists of a transmitter and a plurality of receiver devices, wherein the receivers can be addressed in groups or directly addressed via digital telegrams of the transmitter. Such known systems are in the EP 2072958 A1 and the EP 2112640 A1 described. In the radio ripple control system, the networks, the consumers and the energy sources are controlled by radio telegrams or programs stored in the addressed receiver devices are called up directly. The behavior of the terminals corresponds to the EVA (input / processing / output) principle of the EDP.

Denkbar ist der Einsatz der Funkrundsteuerungstechnologie auch auf dem Gebiet des Bevölkerungsschutzes und der Bevölkerungswarnung. Auch auf dem Gebiet der Medizin ist die Funkrundsteuerung denkbar, um Patienten zeitgenau bei der Einnahme von Medikamenten oder zur Steuerung des Ernährungsverhaltens anzuleiten, ohne dass ein Arzt vor Ort sein muss. Möglich ist auch eine Nutzung der Funkuhrsignale für die Funkrundsteuerungstechnologie. Trotz der Präzision der Schaltzeiten leidet zwar die Dynamik, dennoch rüsten einige Hersteller bereits ihre Geräte mit Funkuhren nach dem DCF77-Standard aus.It is conceivable that the use of radio redundancy control technology in the field of civil protection and population warning. In the field of medicine, the radio ripple control is conceivable to promptly guide patients to take medication or to control the nutritional behavior without a doctor must be on site. It is also possible to use the radio clock signals for the radio ripple control technology. Despite the precision of the switching times, the dynamics are suffering, but some manufacturers are already equipping their devices with radio clocks according to the DCF77 standard.

In 1 ist ein handelsübliches Funkrundsteuerungsgerät 10 schematisch dargestellt. Diese besitzen eine Ferritantenne 12, deren Ausrichtung zum Sender hin sehr aufwändig ist, zumal der Fehlerfaktor „Mensch” zu berücksichtigen ist. Es existieren zwar auch automatisch ausrichtbare Antennen, die mit Hilfe eines Stepmotors unabhängig von der Einbaulage die Antenne ausrichten, jedoch ist die Ausrichtungsprozedur regelungstechnisch schwer zu beherrschen und aufwändig. Der Kostenaufwand für die einmalige Ausrichtung der in der Regel nicht mehrfach an verschiedenen Orten eingesetzten Systeme ist sehr hoch.In 1 is a standard radio ripple control device 10 shown schematically. These have a ferrite antenna 12 whose orientation towards the transmitter is very complex, especially since the error factor "human" has to be considered. Although there are automatically alignable antennas, which align with the help of a stepper motor, regardless of the mounting position of the antenna, but the alignment procedure is difficult to control control technology and consuming. The cost of the one-time alignment of the systems usually not used several times in different places is very high.

Die Ferritantenne 12 besitzt in automatischen Systemen in der Regel eine prismatische Form, in manuellen Systemen sind die Antennen mit einem zylindrischen Ferritkörper ausgebildet.The ferrite antenna 12 has in automatic systems usually a prismatic shape, in manual systems, the antennas are formed with a cylindrical ferrite body.

Ein LNA (low noise amplifier) 14 verstärkt das empfangene Trägersignal, das durch einen Bandpassfilter 16 geleitet wird. Ein Mischer 18 und ein Lokaloszillator (20) sorgen für die Erzeugung einer Zwischenfrequenz, die nach Durchlauf des Zwischenfrequenzfilters (22) einem Schmitt-Trigger (24) zugeleitet wird, der das ZF-Signal aufbereitet, so dass es als ZF-Telegramm demoduliert werden kann. Die bekanntesten Verfahren hierzu sind die PLL(Phase locked loop)-Decodierung (26) oder ein sog. Koinzidenzdekoder (28), in an sich bekannter Weise wird das decodierte Telegramm dann in einem Controller eingelesen, verarbeitet, d. h. entsprechende Inhalte aktiviert, und letztlich eine Ausgabe getätigt, beispielsweise ein Leistungsstromrelais angesteuert, ein Text angezeigt, oder ein akustisches Signal generiert. Problematisch bei dem Stand der Technik ist, dass die Ferritantennen ohne spezielle Ausrichtung nicht immer in der Lage sind, den Rundempfang zu leisten. Sie müssen daher mechanisch zum Sender ausgerichtet werden, wobei die bekannten Antennen auch in ihrer Resonanz nur statisch abgestimmt sind, d. h. jede Antenne ist individuell nur für eine bestimmte Empfangsfrequenz abgestimmt und nur für diese geeignet. Insgesamt benötigen die Antennen auch viel Platz, auch bei automatischen Systemen mit einem Stepmotor.An LNA (low noise amplifier) 14 amplifies the received carrier signal passing through a bandpass filter 16 is directed. A mixer 18 and a local oscillator ( 20 ) provide for the generation of an intermediate frequency, which after passing through the intermediate frequency filter ( 22 ) a Schmitt trigger ( 24 ), which processes the IF signal so that it can be demodulated as an IF telegram. The best known methods for this are the PLL (Phase Locked Loop) decoding ( 26 ) or a so-called coincidence decoder ( 28 In a manner known per se, the decoded telegram is then read in a controller, processed, ie corresponding contents activated, and finally an output made, for example, a power current relay activated, displayed a text, or generates an acoustic signal. A problem with the prior art is that the ferrite antennas without special alignment are not always able to afford the round reception. They must therefore be aligned mechanically to the transmitter, the known antennas are tuned only in their resonance only static, ie each antenna is tuned individually only for a certain reception frequency and only suitable for this. Overall, the antennas also need a lot of space, even with automatic systems with a stepper motor.

In 2 ist ein erfindungsgemäßer Signalempfangsbaustein gezeigt. Dieser besitzt eine Ferritantenne 100, die in 3 näher dargestellt ist. Sie weist einen quadratischen Ferritkörper 102 auf, dessen Schlankheitsgrad k = d/h zwischen 0,1 und 0,6 liegt, wobei d sich nach (4·h·s/π)^1/2 errechnet, wobei h die Kantenlänge des Quaders und s dessen Dicke ist. Der Ferritkern 102 ist mit 4 jeweils um 90° zueinander verdrehten Wicklungen 104, 106, 108 und 110 bewickelt und weist isotrope Empfangseigenschaften auf. Zwei Wicklungen 106, 108 sind um 90° zueinander verdreht und bilden Parallelschwingkreise, die unter anderem aus verstellbaren Impedanzen 112, 114 aufgebaut sind, so dass sie elektrisch extern und getrennt voneinander verstimmbar sind.In 2 an inventive signal receiving module is shown. This has a ferrite antenna 100 , in the 3 is shown in more detail. It has a square ferrite body 102 whose slenderness degree k = d / h lies between 0.1 and 0.6, where d is calculated according to (4 · h · s / π) ^1/2 , where h is the edge length of the cuboid and s its thickness. The ferrite core 102 is with 4 each rotated by 90 ° to each other windings 104 . 106 . 108 and 110 wound and has isotropic reception properties. Two windings 106 . 108 are rotated by 90 ° to each other and form parallel resonant circuits, which among other things of adjustable impedances 112 . 114 are constructed so that they are electrically externally and separately detuned.

Ein Controller 120 ist über eine Schnittstelle 122 mit einem Server 124 zur Programmierung oder auch zum bidirektionalen Austausch von Nachrichten, auf den später noch eingegangen wird, verbunden, wobei andererseits die Schnittstelle auch allgemein den Controller 120 an ein Ausgabesystem 126 anbinden kann, beispielsweise zur Steuerung von EDV Systemen, oder sonstigen Anwendungen, wie sie in der vorstehenden Beschreibung angesprochen worden sind. Über ein Impulsstromversorgungssystem 128, das besonders wenig elektrische Energie benötigt und damit den Einsatz eines kleinen Netzteils ermöglicht, können auch bistabile Relais 130 zur Steuerung eines Laststromes angesteuert werden, beispielsweise das Einschalten eines Nachtwärmespeichergerätes.A controller 120 is via an interface 122 with a server 124 for programming or for bidirectional exchange of messages, which will be discussed later, connected, on the other hand, the interface also generally the controller 120 to an output system 126 connect, for example, to control computer systems, or other applications, as have been addressed in the above description. About a pulse power supply system 128 , which requires very little electrical energy and thus allows the use of a small power supply, can also be bistable relays 130 to Control of a load current can be controlled, for example, the switching on a night heat storage device.

Der Controller 120 sorgt mittels der Wicklung 104 der Ferritantenne 100 auch für eine Kreuzmodulation des empfangenen Trägersignals durch Generieren einer festen Kreuzmodulationsfrequenz, die ungefähr 15% oberhalb der Frequenz des Trägersignals liegt, d. h. bei einem zu empfangenden Langwellensignal von beispielsweise 139 kHz wird als Kreuzmodulationsfrequenz eine Frequenz von 159 kHz gewählt. Die Amplitudenkreuzmodulation des empfangenen Trägersignals erfolgt unabhängig davon, mit welcher Art die Trägerfrequenz moduliert ist, beispielsweise AM, FM, FSK, PM oder PCM. Das kreuzmodulierte Signal kann beispielsweise einem LNA-Vorverstärker 132 zugeführt werden, wobei das Ausgangssignal mit einer Lokalfrequenz ω (loc) einem Mischer 134 zugeführt wird, dessen Ausgangssignal über einen Zwischenfrequenzbandpassfilter 136 und über einen Pulsformer 138 dem Controller zugeleitet. Der Server 124 bzw. das modulare Ausgangssystem 126 sind frei programmierbar wobei das System derart programmiert ist, dass es sich selbst auf die Empfangsdaten parametrieren kann, in dem es die Resonanz der isotropen Antenne für die gewünschte Trägerfrequenz einstellt, die Demodulationsdaten bestimmt und, wie bereits erwähnt, die Parameter für den Mischer 134, nämlich die Lokalfrequenz ω (loc) und den Kreuzmodulationsträger ω (ctr) generiert. Der Controller verfügt über einen Softwaredemodulator, der die Module PLL bzw. den Koinzidenz-Demodulator der in 1 vorgestellten Ausführungsform nach dem Stand der Technik ersetzt. Der Algorithmus des Demodulators ist adaptiv und skaliert sich dadurch selbst. Er arbeitet im Prinzip so, dass das Zwischenfrequenzsignal in einem Zähler gezählt wird, wobei ein Zeitraum für eine bestimmte Anzahl von Schwingungen festgelegt wird, über welchen ein weiterer Zähler, der mit einem hochfrequenten Signal beaufschlagt ist, aktiviert wird. Der nach Beendigung des Zeitraums erhaltene Zählerstand ist ein unmittelbares Maß dafür, welcher Schaltzustand gerade in dem frequenzmodulierten Zwischenfrequenzsignal enthalten war als Schaltinformation zur Ansteuerung. Bei einem Langwellensignal von 139 kHz, das mit 0,34 kHz frequenzmoduliert ist, ergeben sich bei einer Zählung von 60 Schwingungsimpulsen und Ansteuerung eines 10 MHz-Zählers dann je nach Schaltzustand 29000 oder 30000 als Zählerstand, so dass dieses eine eindeutige Zuordnung an das jeweils übermittelte digitale Binärsignal erlaubt.The controller 120 takes care of the winding 104 the ferrite antenna 100 also for a cross-modulation of the received carrier signal by generating a fixed cross-modulation frequency, which is about 15% above the frequency of the carrier signal, ie at a long-wave signal to be received, for example, 139 kHz, a frequency of 159 kHz is selected as the cross-modulation frequency. The amplitude cross modulation of the received carrier signal is independent of the type with which the carrier frequency is modulated, for example AM, FM, FSK, PM or PCM. The cross-modulated signal may be, for example, an LNA preamplifier 132 be supplied, wherein the output signal with a local frequency ω (loc) a mixer 134 is supplied, the output signal via an intermediate frequency bandpass filter 136 and a pulse shaper 138 supplied to the controller. The server 124 or the modular output system 126 are freely programmable, the system being programmed to self-parameterize to receive data by adjusting the isotropic antenna resonance for the desired carrier frequency, determining the demodulation data and, as previously mentioned, the parameters for the mixer 134 , namely the local frequency ω (loc) and the cross modulation carrier ω (ctr) generated. The controller has a software demodulator that uses the modules PLL or the coincidence demodulator of 1 featured embodiment of the prior art replaced. The algorithm of the demodulator is adaptive and thus scales itself. It operates in principle so that the intermediate frequency signal is counted in a counter, whereby a period of time for a certain number of oscillations is determined, via which another counter, with a high frequency signal is activated, is activated. The counter reading obtained after the end of the period is a direct measure of which switching state was currently contained in the frequency-modulated intermediate-frequency signal as switching information for driving. With a long wave signal of 139 kHz, which is frequency-modulated at 0.34 kHz, resulting in a count of 60 oscillation pulses and control of a 10 MHz counter then depending on the switching state 29000 or 30000 as a count, so that this unique assignment to each transmitted digital binary signal allowed.

Der Softwaredemodulator folgt der Formel Δn = n·f_M ^*Δf_T/[f_T(f_T + Δf_T)], wobei n = Anzahl von [1/f_T], F_M die Zählerkomparatorfrequenz, f_T die Trägerfrequenz und Δf_T der Frequenzhub der Trägerfrequenz f_T ist.The software demodulator follows the formula Δn = n * f _M ^* Δf _T / [f _T (f _T + Δf _T )], where n = number of [1 / f _T ], F _{M is} the counter comparator frequency, f _{T is} the carrier frequency and Δf _{T is} the frequency deviation of the carrier frequency f _T.

In 5 ist in einem Flussdiagramm der Ablauf zur Auswertung des seriell übertragenen digitalen Datentelegramms veranschaulicht. Nach dem Start der Prozedur bei 160 wird zunächst ein Zählerstand n bei 162 des Trägerfrequenzzählers 164 mit einem Sollwert x, z. B. die genannten 60, verglichen. Ist der Sollwert noch nicht erreicht, zählt der Trägerfrequenzzähler 164 weiter die Schwingungen des Trägerfrequenzsignals, während ein zweiter Messzähler 166, der mit dem hochfrequenten Signal beaufschlagt ist, die Schwingungen dieses Signals zählt. Diese erste Schleife 168 wird beendet, wenn der Wert n den Sollwert x erreicht, d. h. wenn der erste Zähler 164 60 Schwingungen gezählt hat, wird die Schleife 168 verlassen und es erfolgt eine Auswertung des Zählerstandes des Messzählers 166. Dabei wird zunächst der erste Zähler 164 zurückgesetzt (durch 170) und anschließend ein Vergleich des Zählerstandes des Messzählers 166 mit der Zählung eines zuvor ausgewerteten Referenzsignals vorgenommen. Dieses Referenzsignal wird beispielsweise für eine bestimmte Zeitdauer von 9 Sekunden, die auch länger oder kürzer sein kann, zwischen den einzelnen Datentelegrammen gesendet, und bildet eine Bezugsgröße, so dass die Auswerteeinheit praktisch auch unabhängig von der tatsächlichen Trägerfrequenz arbeiten kann, da das Trägerfrequenzsignal selbst die Referenzgröße definiert. Das durch den Vergleich bei 172 gewonnene Δ steht für den jeweils übermittelten Binärwert, d. h., wenn Δ = 0, d. h. das gezählte Signal gleich dem Referenzsignal ist, wird ein Wert s = 1 angenommen oder, wenn der Δ-Wert kleiner 0 ist, wird der Binärwert s = 0 angenommen. Dies ist natürlich eine Definitionsfrage und kann ggf. auch umgekehrt dargestellt sein, wie zuvor beschrieben. Nach der Ermittlung des Binärwertes erfolgt bei 174 eine Rücksetzung des Messzählers 166 und über die Schleife 180 wird mittels einer Neuzählung der nächste Binärwert ausgewertet. Dadurch kann das gesamte Telegramm durch serielle Signalübertragung der Binärwerte eines Steuerbefehls ausgewertet werden.In 5 is shown in a flow chart, the flow for the evaluation of the serial transmitted digital data message. After starting the procedure at 160 At first, a count n is added 162 the carrier frequency counter 164 with a setpoint x, z. As the said 60 compared. If the setpoint has not yet been reached, the carrier frequency counter counts 164 continue the oscillations of the carrier frequency signal, while a second measuring counter 166 , which is subjected to the high-frequency signal, the oscillations of this signal counts. This first loop 168 is terminated when the value n reaches the setpoint x, ie when the first counter 164 60 cycles has counted, the loop becomes 168 leave and there is an evaluation of the count of the meter 166 , First, the first counter 164 reset (by 170 ) and then a comparison of the counter reading of the measuring counter 166 made with the count of a previously evaluated reference signal. This reference signal is sent, for example, for a certain period of 9 seconds, which may be longer or shorter, between the individual data telegrams, and forms a reference, so that the evaluation unit can operate practically independent of the actual carrier frequency, since the carrier frequency signal itself Reference size defined. The by the comparison 172 obtained Δ stands for the respectively transmitted binary value, ie, if Δ = 0, ie the counted signal is equal to the reference signal, a value s = 1 is assumed or, if the Δ-value is less than 0, the binary value s = 0 is assumed , Of course, this is a definition question and can possibly also be displayed vice versa, as described above. After the determination of the binary value takes place at 174 a reset of the measuring counter 166 and over the loop 180 the next binary value is evaluated by means of a recount. As a result, the entire telegram can be evaluated by serial signal transmission of the binary values of a control command.

Das System ist auch zur Auswertung amplitudenmodulierter Datenübertragung geeignet, wobei Zeitsignale beispielsweise nach dem Standard DCF 77 oder ähnliche auch ohne automatische Verstärkungsregelung (AGC) und ohne Hüllkurvengleichrichtung demoduliert werden können.The system is also suitable for the evaluation of amplitude-modulated data transmission, wherein time signals, for example, according to the Standard DCF 77 or similar can also be demodulated without automatic gain control (AGC) and without envelope correction.

Die Ferritantenne 100 aus 3 besitzt im Bereich der Wicklungen an ihren Kanten 140 aus Weichkunststoff hergestellte U-Profile 150 (siehe 4), um die Kanten 140 zu entschärfen und auch eine gewisse Elastizität in den Wicklungen bereitzuhalten, ohne dass diese an den scharfen Eckkanten des Ferritkörpers 102 reiben. Die Wicklungen sind kleberfrei alleine durch Verknoten befestigt, was durch die bereitgestellte Elastizität ermöglicht wird. Gleichzeitig verhindern die Profile 150, dass die scharfen Kanten 140 der Ferritkörper 102 in die Wicklungen einschneiden können.The ferrite antenna 100 out 3 owns in the area of the windings at their edges 140 made of soft plastic U-profiles 150 (please refer 4 ) to the edges 140 to defuse and also to maintain a certain elasticity in the windings, without this at the sharp corner edges of the ferrite body 102 rub. The windings are adhesively secured by knotting alone, which is made possible by the provided elasticity. At the same time prevent the profiles 150 , that the sharp edges 140 the ferrite body 102 can cut into the windings.

Für die bereits angesprochene bidirektionale Datenübertragung bietet die in 3 gezeigte Ferritantenne mittels der Wicklung 110 die Möglichkeit, Daten per Funk, PLC (powerline communication), Licht, Ultraschall oder auch elektrisch leitende Medien zu realisieren. Im Beispielsfall ist die zusätzliche Wicklung 110 dazu vorgesehen, elektrische Signale beispielsweise in ein Leistungsstromnetz einzuspeisen, die dann von dem Energieanbieter ausgelesen werden können. Der Ferritkörper 102 bietet dabei die zusätzliche Funktion einer galvanischen Trennung der Signalübertragungseinheit aus 2 vom Leistungsstromnetz.For the already mentioned bidirectional data transmission, the in 3 shown ferrite antenna by means of the winding 110 the possibility to realize data by radio, PLC (powerline communication), light, ultrasound or electrically conductive media. In the example, the additional winding 110 intended to feed electrical signals, for example, in a power grid, which can then be read by the energy provider. The ferrite body 102 offers the additional function of galvanic isolation of the signal transmission unit 2 from the power grid.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2072958 A1 [0022]
EP 2112640 A1 [0022]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Standard DCF 77 [0032]

Claims

Signal receiving module with a ferrite antenna ( 100 ), a receiver unit and a decoder for evaluating a ripple control signal modulated on a carrier frequency to be received, characterized in that the ferrite antenna ( 100 ) at least two windings ( 106 . 108 ) to form receiving resonant circuits which are at an angle to each other and their ferrite cores ( 102 ) are coupled together or integrally formed, wherein the receiving resonant circuits via the ferrite core ( 102 ) are hard coupled and slightly detuned against each other.

Signal receiving module according to claim 1, characterized in that the ferrite antenna ( 100 ) a square ferrite core ( 102 ), on which the two windings ( 106 . 108 ) are provided at an angle of 90 ° to each other between the opposite flanks of the ferrite core.

Signal receiving module according to claim 2, characterized in that the ferrite core ( 102 ) has a thickness which is between 1.2 and 4 mm.

Signal receiving module according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least in the region of the windings ( 106 . 108 . 104 . 110 ) soft plastic profiles ( 150 ) as an intermediate layer on the edges ( 140 ) of the ferrite core ( 102 ) are attached.

Signal receiving module according to one of the preceding claims, characterized in that the ferrite antenna ( 100 ) a ferrite core ( 102 ), which has a degree of slimming

between 0.1 and 0.6, where s is the thickness of the plate and h is its edge length.

Signal receiving module according to one of the preceding claims, characterized in that an alternating magnetic field is provided, the ferrite core ( 102 ) is cross-modulated with a certain frequency.

Signal receiving module according to claim 6, characterized in that for generating the magnetic field, a winding ( 104 ) around the ferrite core ( 102 ) is provided, wherein the frequency of the cross modulation is preferably at least 15% above the carrier frequency to be received.

Signal receiving module according to one of claims 5 to 7, characterized in that it comprises multiplying mixers which synchronously demodulate the intermediate signal with the difference frequency from the cross modulation frequency and the carrier frequency.

Signal receiving module according to one of the preceding claims, characterized in that a signal evaluation device is provided for evaluating the frequency-modulated intermediate signals, wherein a first counter ( 164 ) the oscillations of the intermediate signal and another counter ( 166 ), which is acted upon by a clock frequency which is significantly above the intermediate frequency whose oscillations counts and on reaching a certain number of counted oscillations of the intermediate signal the second counter ( 166 ) stops, wherein the number of counted pulses of the second counter represents the measure of whether in the intermediate frequency the switching signal "1" or "0" is represented by frequency modulation.

Signal receiving module according to claim 9, characterized in that it is also formed in the function of a signal transformer, wherein an information signal in the ferrite core einmodulierbar and by a receiving winding ( 110 ) can be tapped.

Signal receiving module according to claim 10, characterized in that the receiving winding ( 110 ) is coupled to the tap of the transmitted signal to the power current network.

Signal receiving module according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises power relays ( 130 ) for controlling night-time power devices.

Signal receiving module according to claim 12, characterized in that the power relays ( 130 ) are bistable relays, whereby timed pulse currents are the switching states of the relays ( 130 ) with time intervals one after the other.