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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Kommunikation zwischen elektronischen Geräten. Insbesondere betrifft die Erfindung das Konfigurieren beispielsweise eines Tauch-Kommunikationssystems unter Nutzung magnetisch-induktiver Kopplung für die Kommunikation von Sensordaten zwischen Geräten. Die Erfindung betrifft außerdem ein System und ein Verfahren zum Paaren von Geräten unter Nutzung magnetisch-induktiver Kopplung.
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Hintergrund der Erfindung
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Während eines Tauchgangs muss die Taucherin oder der Taucher den Druck in ihrer/seiner Druckluftflasche kennen. Ein geeigneter Weg zum Darstellen des Drucks für die tauchende Person besteht darin, die Drücke aus jeder Flasche zu einem tragbaren Tauchcomputer zu übertragen, der z. B. am Handgelenk der Person befestigt ist. In modernen Systemen wird Druckinformation drahtlos von einer Drucklustflaschen-Sensoreinheit an den Tauchcomputer übertragen. Dies ermöglicht dem Tauchcomputer, den Druckluftflaschen-Druck aus der korrekten Druckluftflasche während des Tauchgangs anzuzeigen und aufzuzeichnen. Der Vorgang des Zuordnens eines Drahtlos-Flaschendrucksensors zu einem in einem Tauchcomputer konfigurierten Tauchgas wird als Paaren bezeichnet. Es kann mehrere Gase geben, die in dem Computer konfiguriert sind, wobei ihnen getrennte Flaschendrucksensoren zugeordnet sind.
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Speziell unter Wasser ist es bevorzugt, für die Kommunikation von relativ niedrigen Frequenzen Gebrauch zu machen, beispielsweise 5,3 oder 123 kHz, wobei magnetische Rahmenantennen im Nahfeldbereich arbeiten. Dies ist bei Tauchvorgängen praktikabel, bei denen das Signal im Wasser eine Distanz von 1 bis 2 m von einer Druckluftflaschen zu einem Wristtop-Computer zurücklegen muss. Zusätzlich zu dem Hochfrequenz-Datentransfer werden Begriffe wie induktive oder Magnetpuls-Übertragung verwendet. In Wasser werden elektromagnetische Wellen stark gedämpft, und zwar zunehmend mit höheren Frequenzen. Allerdings wird die magnetische Komponente von Wasser nicht gedämpft. Damit ist eine magnetische Rahmenantenne die am meisten effiziente Antenne für den Einsatz unter Wasser. Durch Verwendung eines Ferritmaterials als Kern für die den Rahmen bildenden Spule lässt sich die Antennengröße stark reduzieren. Die magnetische Rahmenantenne lässt sich betrachten als eine Gegeninduktivität, bei der von der Sendeantenne ein Magnetfeld erzeugt wird, und dementsprechend in der Empfangsantenne eine Spannung induziert wird. Die Begriffe induktive Verbindung und induktive Kopplung werden in diesem Sinn in der vorliegenden Beschreibung verwendet. Die induktive Kopplung zwischen zwei Spulen hängt ab von der Orientierung der Spulen. Bei gewissen Orientierungen kann die Kopplung verloren gehen oder stark gedämmt werden. Um das System zu verbessern, kann man zwei oder mehr Spulen in einer geometrischen Anordnung verwenden, die eine induktive Kopplung in beliebiger Orientierung des Geräts ermöglicht. Ein Kommunikationssystem kann unidirektional oder bidirektional gestaltet sein. Ein bidirektionales Kommunikationssystem enthält typischerweise einen Sender und einen Empfänger. Eine bidirektionale induktive Verbindung kann implementiert werden mit Hilfe einer einzigen magnetischen Rahmenantenne für den Empfang und für das Senden, indem die Antenne entweder an die Empfangsschaltung oder an die Sendeschaltung geschaltet wird. Eine bidirektionale induktive Verbindung lässt sich auch implementieren mit Hilfe ein und desselben Ferritkerns zum Empfangen und Senden, wobei hier allerdings für jeden Fall separate Wicklungen vorhanden sind. Eine bidirektionale induktive Verbindung lässt sich auch implementieren mit Hilfe für das Senden und das Empfangen getrennter magnetischer Rahmenantennen.
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Die
US 8,275,311 zeigt ein Verfahren der oben genannten Art. Bei diesem Verfahren wird der Druck eines Druckluftbehälters gemessen, und die Druckdaten werden unter Wasser mit Hilfe einer niedrigen ersten Frequenz zu einem Tauchcomputer gesendet. Auf der Wasseroberfläche dient eine zweite Frequenz, die höher ist als die erste Frequenz, für eine Zweiwege-Fernverbindung zwischen dem Druckluftbehälter und dem Tauchcomputer. Allerdings lässt sich im Fall von mehreren Behältern eine Datenkollision und mit daran anschließenden Kommunikationsproblemen nicht vermeiden.
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Ein drahtloser Flaschendruckdaten-Transfer ist u. a. in den
US-Patenten 5,392, 771 und
5,738,092 sowie dem
EP-Patent 0550649 offenbart. Die gleiche Technik ist auch in dem
FI-Patent 96380 dargestellt. Die Datenübertragungstechnik zum Implementieren eines drahtlosen Flaschendruckdaten-Transfers ist auch in der Patentanmeldung
FI-20031873 offenbart.
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Die in der vorerwähnten finnischen Veröffentlichung dargestellte Technik ermöglicht einen brauchbar raschen Datentransfer bei geringem Stromverbrauch, der häufig wiederholt werden kann, ohne viel Energie zu verbrauchen. Ein Nachteil dieser Technik besteht darin, dass sie keine große Anzahl von Kennungen ermöglicht, die vollständig sämtliche Sender individualisieren, wie dies in der
EP-Veröffentlichung 0550648 dargestellt ist. Die Anzahl von Kennungen gemäß dem FI-Veröffentlichungen ist groß, allerdings nicht vollständig individualisierend, was ein absolutes Erfordernis ist beim Messen von Atemgas.
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Bei einem Tauchurlaub oder Tauchkurs sind möglicherweise auf einem Boot zehn oder mehr Taucher an Bord, dazu eine Vielfalt von Druckluftflaschen unterschiedlicher Größe, verschiedenen Nenndrucks, Druckluftinhalt, etc. Außerdem ist für die Druckluftflaschenkennung ein ziemlich großer Code-Raum erforderlich, wobei dieser Raum in einem Ausmaß belegt wird, bei dem der Tauchlehrer äußerst sorgsam sein muss, um nichts zu vertauschen, wenn die Druckluftflaschen den Tauchern zugewiesen werden. Die Druckluftflaschenkennung wird bereitgestellt durch den Drahtlos-Drucksensor, der der Druckluftflasche zugeordnet ist, und sie muss geprüft und mit den Kennungen der anderen Benutzer verglichen werden, um sicherzugehen, dass es zu keiner Konfusion kommt. Anschließend werden Druckluftflasche und Kennung des Drahtlos-Drucksensors von Hand mit dem Tauchcomputer über eine Benutzerschnittstelle gepaart, was eine fehleranfällige Prozedur ist.
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Es ist außerdem bekannt, Sensoren und Tauchcomputer automatisch dadurch zu paaren, dass zunächst sichergestellt wird, dass es nur einen Drahtlossensor im Bereich des Tauchcomputers gibt, um anschließend einen Suchvorgang aus der Benutzeroberfläche heraus in Gang zu setzen. Die Suche resultiert typischerweise in einer Zahl oder einem Code, der zufällig sein kann und dem Benutzer angezeigt wird, der die Paarung dann akzeptieren kann. Die Umgebung um den Tauchcomputer herum muss von sämtlichen anderen Sendern bereinigt sein, oder die Empfindlichkeit des Empfängers muss reduziert sein, um ausschließlich Signale von einem Sender zu empfangen, der sich in großer Nähe zu dem Tauchcomputer befindet. Diese verschiedenen Schritte erfordern eine umfangreiche Vorbereitung und/oder den Einsatz der Benutzerschnittstelle des Tauchcomputers, wobei dennoch nicht vollständig das Risiko einer Verwechslung beseitigt ist, z. B. in einer Werkstatt oder auf einem Boot, wo sich eine Menge Ausrüstungsgegenstände befinden, die für die Benutzer und deren Tauchcomputer dicht aufgehäuft sind.
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Es gibt außerdem das zentrale Problem, dass es möglicherweise mehrere Druckluftflaschen mit daran angebrachten Drahtlossensoren gibt, die sämtlich rasch und sicher zu paaren sind, bevor eine Gruppe einen Tauchgang ausführt, um ein Beispiel zu nennen. Das Paaren kann ein komplexer Prozess sein, wenn er mit Ausrüstungsgegenständen nach dem Stand der Technik ausgeführt wird, im Gegensatz zu den Paaren der eigenen Druckluftflasche mit dem eigenen Computer des Benutzers, wenn nämlich der Tauchlehrer seinen Computer mit sämtlichen unter Wasser gehenden Druckluftflaschen paaren will und außerdem Tauchpartner (Paare) ihren Computer mit der Druckluftflasche jedes anderen paaren müssen.
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Die vorliegende Anmeldung betrifft außerdem die mit-anhängige
finnische Patentanmeldung Nr. 21035911 , eingereicht am 10. September 2013, und ist auf den Gegenstand dieser Anmeldung anwendbar. Dort wird eine verbesserte Unterwasser-Sendeempfängereinrichtung vorgeschlagen, die gleichzeitig mit anderen ähnlichen Sendeempfängereinrichtungen eingesetzt werden kann, um unter anderem einen Atemgas-Drucksensor-Sendeempfänger bereitzustellen, der die Fähigkeit besitzt, auf Signale anderer Sendeempfänger zu horchen, um basierend auf den empfangenen Signalen die eigene Sende-Zeitsteuerung zu justieren. Die Kommunikation basiert auf magneto-induktiven Wellen, und der Sendeempfänger besitzt eine Kommunikationseinheit, die Daten in Paketen nach Maßgabe eines Zeitschemas sendet, beispielsweise einmal alle paar Sekunden. Das Zeitschema kann beispielsweise derart eingestellt werden, dass die Datenpakete in speziellen Zeitschlitzen in Synchronisation mit einem anderen Sender gesendet werden. Die Geräte können ihr Zeitschema basierend auf Signalen von ähnlichen Geräten selbst justieren, oder sie können spezielle Einstellbefehle von beispielsweise einem Tauchcomputer empfangen, der einige oder sämtliche Sendeempfänger steuert. Derartige Geräte können umschalten zwischen einem Zweiwege-Kommunikationsnetzwerksmodus mit einem oder mehreren Netzwerkmastergeräten und einem selbstorganisierenden Einwege-Sensor-Netzwerkmodus ohne Mastergerät. Hier wäre ein sicherer und schneller Paarungsmechanismus von Vorteil, um beispielsweise vor einem Tauchgang das Unterwassernetzwerk einzurichten.
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Es besteht folglich Bedarf an einem System zur einfachen und sicheren Konfiguration beispielsweise einer Tauchkommunikationsausrüstung, und an einem Verfahren zum Paaren von Geräten einer derartigen Anlage.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist ein Ziel der Erfindung, die obigen Probleme zu lösen und ein verbessertes System und Verfahren zum Paaren von Geräten unter Einsatz von magnetisch-induktiver Kopplung für die Kommunikation anzugeben. Ein spezielles Ziel ist die Schaffung eines Systems und eines Verfahrens zum Paaren von Drahtlos-Sensoren mit einem Tauchcomputer.
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Eine Näherungsdetektorschaltung gemäß der Erfindung verbraucht nahezu keine Leistung. Daher kann sie stets eingeschaltet sein. Folglich wird sie von dem Computer als externer Schalter gesehen, der beispielsweise den Tauchcomputer aus einem Energiespar-Schlummerzustand aktivieren kann. Ein weiteres Beispiel ist das Einleiten des Paarungsprozesses unter Verwendung des Nahzustands als Auslöser. Dabei gibt es kein Erfordernis, den Paarungsvorgang aus einem Menü oder dergleichen heraus zu aktivieren, indem Benutzerschnittstellen-Tasten oder andere Mittel eingesetzt werden.
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Die Erfindung betrifft ein System, um es einem Drahtlosgerät zu ermöglichen, mit einem tragbaren Computer über eine induktive Verbindung zu kommunizieren, wobei der tragbare Computer mit einer Empfangseinheit zum Empfangen von Daten über die induktive Verbindung ausgestattet ist, ferner mit einem Näherungsdetektor zum Nachweisen der Nähe eines Drahtlosgeräts, das Daten über die induktive Verbindung sendet, wobei die Verarbeitung der von dem Drahtlosgerät gesendeten Daten in den tragbaren Computer stattfindet, ermöglicht durch ein Signal, welches eine nachgewiesene Nähe des Drahtlosgeräts angibt.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren, um ein Drahtlosgerät in die Lage zu versetzen, mit einem tragbaren Computer über eine induktive Verbindung zu kommunizieren. Das Verfahren enthält folgende Schritte: Senden von Daten aus dem Drahtlosgerät über die induktive Verbindung zu einer Empfangseinheit des tragbaren Computers; Nachweisen der Nähe des Drahtlosgeräts mit Hilfe eines Näherungssensors des tragbaren Computers und Verarbeiten der Daten in dem tragbaren Computer, wenn ein die Nähe des Drahtlosgeräts angebendes Signal nachgewiesen wird.
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Die Verbesserung gegenüber herkömmlichen Lösungen bezüglich der Verwendbarkeit ist signifikant. Der Benutzer muss nicht mehr den Paarungsvorgang mit Hilfe von Tasten oder einem Menüsystem starten, da der Nachweis der Nähe stets eingeschaltet sein kann. Ferner muss der Benutzer nicht den Sensor identifizieren, indem auf dem Gerät aufgedruckte Kennungscodes gelesen oder verglichen werden. Um z. B. eine Druckluftflasche mit einem Tauchcomputer zu paaren, muss der Benutzer lediglich den Tauchcomputer in enge Nachbarschaft zu dem Sensor bewegen und eine Taste drücken, um zu akzeptieren, dass die Paarung erfolgt ist. Die Geräteidentität wird einfach durch die physisch große Nähe zu dem Tauchcomputer bestätigt. Von Vorteil ist, dass der Benutzer sofort sämtliche relevante Information aus irgendeinem kompatiblen Drucksensor und der dazugehörigen Druckluftflasche ersehen kann, indem er den Tauchcomputer in große Nähe des Drucksensors bringt. Beispielsweise kann der Benutzer Information von Druckflaschen von Tauchkollegen ablesen, indem er seinen (oder sie ihren) Tauchcomputer in große Nähe von deren Drucksendern bringt. Das Ermöglichen eine einfachen Prüfung der Gasdrücke von Tauchpartnern lässt sich als Verbesserung der Sicherheit betrachten, zumindest handelt es sich um ein wertvolles Werkzeug für einen verantwortlichen Tauchlehrer sowohl vor einem Tauchgang als auch während des Tauchgangs.
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Bei einer Ausführungsform enthält der tragbare Computer eine Anzeige und ist dazu ausgebildet, unmittelbar Daten anzuzeigen, die über die induktive Verbindung von einem Drahtlosgerät empfangen wurden, dessen Nähe nachgewiesen wurde. Das Drahtlosgerät kann kontinuierlich senden, oder unmittelbar einen ”Auszug” seines Dateninhalts erstellen. Die Daten können Kennungsinformation, Sensorinformation und Ausrüstungs-Spezifikationen enthalten. Die Kennungscodes und weitere Information, die von einem Sensorgerät gesendet werden, können Teil des Standard-Kommunikationsprotokolls für Nutzlast-Meldung des Sensors sein.
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Gemäß einer wichtigen Ausführungsform enthält der tragbare Computer eine Benutzerschnittstellen-Bereitstellungseinrichtung (eine Taste etc.) für einen Benutzer, um eine Paarung eines Drahtlosgeräts, dessen Nähe nachgewiesen wurde, mit dem Computer zu akzeptieren. Darüber hinaus können eine oder mehrere Listen mögliche Parameter oder Optionen, die in dem Speicher des tragbaren Computers abgespeichert sind, auf dem Display angezeigt werden, damit der Benutzer aus dieser Liste eine Größe auswählt. Dies leitet die Kommunikation mit dem Drahtlosgerät im Bereich der induktiven Verbindung ein, und die von dem Drahtlosgerät gesendeten Daten werden als durch die gewählten Parameter eingestellt interpretiert.
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In der Praxis kann der tragbare Computer dazu ausgebildet sein, ein Paaren des Drahtlosgeräts zu ermöglichen, wenn der Zeitpunkt der nachgewiesenen Nähe in eine Zeitspanne fällt, innerhalb der Daten von dem selben Drahtlosgerät über die induktive Verbindung empfangen wurden. Wenn also Daten auf kontinuierlicher Basis von dem Drahtlosgerät empfangen werden, was bedeutet, dass es derzeit innerhalb des Betriebsbereichs arbeitet, kann die Paarung in einfacher Weise dadurch erfolgen, dass die beiden Geräte einfach in Nähe zueinander gebracht werden.
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Der tragbare Computer kann dazu ausgebildet sein, ein als in der Nähe befindlich nachgewiesenes Drahtlosgerät als Partner des Paares anzunehmen, wenn ein das Drahtlosgerät kennzeichnender Code in einer Liste von Prioritätsgeräten innerhalb des Speichers des tragbaren Computers abgespeichert ist. Eine derartige Liste kann aus Geräten wie z. B. Sensoren bestehen, die Gruppenmitgliedern oder Freunden gehören.
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Eine wichtige Ausführungsform und Anwendung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Drahtlosgerät ein Drucksensor ist, der funktionell mit einer Druckluftflasche verbunden ist. Der Sensor überträgt mindestens Druckdaten über die induktive Verbindung an den Tauchcomputer, der Tauchcomputer enthält eine Empfangseinheit zum Empfangen von Sensorinformation von einem Drucksensor über die induktive Verbindung. Der Tauchcomputer enthält außerdem einen Näherungsdetektor, der die Nähe des Drucksensors über die selbe induktive Verbindung ermitteln kann.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Tauchcomputer eine Sendeeinheit, die in der Lage ist, ein induktives Signal zu senden. Dieses Signal kann ein Erregungssignal für passive Tags, beispielsweise RFID-Tags oder irgend ein anderes nachweisbares Magnetfeld sein. Dies lässt sich über dieselbe induktive Verbindung mit Hilfe derselben Schaltung wie im Empfangsmodus senden, oder lässt sich separat senden und wird ausschließlich zur Erregung oder Aktivierung des Drucksensors eingesetzt. Auf die Aktivierung hin startet der Drucksensor das Senden von Daten, und die Empfangseinheit startet das Empfangen von Druckinformation über die induktive Verbindung. Der Näherungssensor in dem Tauchcomputer ermittelt dann die Nähe des Drucksensors und zeigt dies an.
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Im Fall eines Drucksensors für eine Druckluftflasche können die Parameter einen oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: Nenndruck der Druckluftflasche, Flaschenvolumen, Gasinhalt.
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Der Tauchcomputer kann dazu ausgebildet sein, einen Näherungsnachweis nur über Wasser zu ermöglichen, oder er kann dazu ausgebildet sein, einen Näherungsnachweis über und unter Wasser auszuführen, wobei ein Paaren des Drucksensors nur über Wasser möglich ist.
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Die verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems und des Verfahrens sind gekennzeichnet durch den Inhalt der beigefügten Ansprüche. Im Folgenden wird die Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Tauchcomputer Information von einem Drahtlosgerät über eine induktive Verbindung empfängt;
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2 veranschaulicht einen Parameterauswahlprozess in einem Tauchcomputer gemäß 1;
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3 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen tragbaren Computers;
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4 zeigt Flussdiagramm eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens;
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5 zeigt ein Blockdiagramm eines Drucksensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein tragbarer Computer, hier ein Tauchcomputer 10, Information von einem Drahtlosgerät 13 über eine induktive Verbindung 14 empfängt. In diesem beispielhaften Fall handelt es sich bei dem Drahtlosgerät um einen an einer Druckluftflasche 12 angebrachten Drucksensor. Der Drucksensor kann mit einem Distanzstück zwischen dem Verbinder für den (nicht gezeigten) Atemregler und den Flaschenventil angebracht sein, um dadurch Druckinformation über das geöffnete Ventil der Druckluftflasche zu empfangen, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Der Tauchcomputer 10 ist mit einer Empfangseinheit zum Empfangen von Daten über die induktive Verbindung 14 ausgestattet, ferner mit einem Näherungsdetektor (siehe 3) zum Nachweisen der Nähe des Drucksensors 13. Eine Induktionsspule und Schleifenschaltungen zum Erzeugen von oszillierenden Magnetfeldern, hier als induktive Verbindung bezeichnet, sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und werden umfangreich festgesetzt für das Nachweisen von Metall, einer Niederenergie-Datenübertragung, zum Erregen von implantierbaren mikroelektronischen Geräten durch induktive Leistungsübertragung, zum Aufladen von Batterien und zur Energieabschöpfung.
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Wenn Nähe erkannt ist, wie dies der Fall nach 1 sein soll, werden von dem Drucksensor gesendete Daten auf der Anzeige 11 des Tauchcomputers 10 angezeigt. Beispielsweise können die Daten einen Kennungscode für den Sensor oder die Druckluftflasche (1234A), das Flaschenvolumen (12 Liter), den derzeitigen Druck (180 Bar) und den Gastyp (Luft) enthalten. Diese Information kann in den Speicher des Drucksensors eingegeben oder einprogrammiert werden, wenn die Druckluftflasche gefüllt oder gewartet wird. Handelt es sich bei dem Sensor um ein personalisiertes Teil und wird er in Verbindung mit einer speziellen Druckluftflasche eines Tauchers eingesetzt, so ändert sich lediglich der Flaschendruck, und es ist keine manuelle Dateneingabe für den Sensor erforderlich. In diesem Fall kann der Kennungscode 15 für die Druckluftflasche deutlich sichtbar an der Flasche selbst angebracht sein, wie dies in 1 gezeigt ist, so dass es für den Benutzer oder den Tauchlehrer ein Einfaches ist, durch Nachprüfen festzustellen, dass der Tauchcomputer die korrekte Flasche abliest. Alternativ kann ein (nicht gezeigter) lesbarer Code an dem Sensor vorhanden sein, so dass der Sensor den permanenten ID-Code mit sich führt, oder er kann an jeder Druckluftflasche angebracht sein und mit dieser zusammen eingesetzt werden, sobald die Druckluftflaschendaten in den Speicher des Drahtlos-Sensorgeräts eingegeben sind.
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Wenn außerdem der Taucher sich auf den Tauchgang vorbereitet und die Absicht hat, die Druckluftflasche während des Tauchgangs selbst zu benutzen, so sollte sie mit seinem Tauchcomputer gepaart werden, um kontinuierlich die Flaschendruckinformation aus dem Drucksensor 13 zu empfangen und darzustellen. Einmal gepaart, sendet der Drahtlos-Drucksensor Flaschendruckdaten an den Tauchcomputer innerhalb des typischerweise einige Meter betragenden Bereichs der induktiven Verbindung. Der Sendevorgang kann periodisch erfolgen, beispielsweise alle paar Sekunden, oder kontinuierlich. Die Wahl der Ausgestaltung bezüglich des Übertragungsmodus wird unter anderem beeinflusst durch Energieeinsparerwägungen, da das Senden von Daten mit hohen Übertragungsraten über einen induktiven Kanal Energie verbraucht. Die Frequenz der induktiven Verbindung kann hier beispielsweise 123 kHz betragen. Das Modulationsverfahren der induktiven Verbindung 14 kann z. B. BPSK (binary phase-shift keying; binäre Phasenumtastung) sein, welches Verfahren robust ist, und dessen Einsatz für den Fachmann bekannt ist.
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In 1 ist außerdem beispielhaft eine mögliche Paarungsanordnung dargestellt. Die Anzeige 11 zeigt den Text ”Paaren mit 1234A” zusammen mit einer Markierung 17 (hier ein blinkender Stern), was angibt, welchen Knopf 16 der Benutzer drücken sollte, um die Paarung zu bestätigen. Hier ist lediglich ein Knopf dargestellt, aber typischerweise besitzen Tauchcomputer vier oder mehr Knöpfe, die entlang dem Rand von ihrem Gehäuse angeordnet sind. Im Fall einer Berührbildschirm-Schnittstelle wäre die passende Taste natürlich hervorgehoben oder anderweitig markiert. Wenn das Paaren auszuführen ist, benötigt der Tauchcomputer Kenntnis über einen oder mehrere Flaschenparameter des geplanten Tauchgangs. Die gleichen Parameter lassen sich natürlich als Eingabeinformation beim Planen des Tauchgangs eingeben. Allerdings werden nicht sämtliche Tauchgänge vorab in einen Tauchcomputer geplant, die Druckluftflasche oder deren Inhalt können vor oder während des Tauchgangs geändert werden, so dass eine tauchende Person häufig direkt vor dem Eintauchen in das Wasser ihre Druckluftflasche prüfen (und Paaren) muss. Außerdem und offensichtlich kann es erfindungsgemäß möglich sein, mehr als einen Drahtlossensor mit demselben tragbaren Computer zu paaren. Beispielsweise kann ein Tauchlehrer seinen Tauchcomputer mit der Druckluftflasche eines Anfängers paaren wollen, um proaktiv den Luftverbrauch des Anfängers verfolgen zu können, der beträchtlich höher sein kann als der eines erfahrenen Tauchers.
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Nunmehr auf 2 Bezug nehmend zeigt der Tauchcomputer 10 eine Gasliste im Anschluss an das Ereignis an, bei dem der Benutzer den Knopf 16 gedrückt hat, um die Geräte zu paaren. Die Liste kann eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Atemgase enthalten, die Benutzerschnittstelle des Tauchcomputers sollte dann dem Benutzer ermöglichen, die Liste für die korrekte Alternative zu scrollen. In 2 nehmen wir an, dass der Gasinhalt des Tanks als einziger Parameter ausgewählt wird. Die laufende Wahl ist ”Nitrox”, die durch dicke Schrift hervorgehoben ist, so dass, wenn der Benutzer nun erneut den Knopf 16 druckt, als Tauchgas Nitrox gewählt wird und damit die Paarung der Druckluftflasche 12 mit dem Tauchcomputer 10 abgeschlossen wird.
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Allgemeiner gesagt: ein tragbarer Computer kann erfindungsgemäß dazu ausgebildet sein, eine Paarung mit einem Drahtlosgerät dadurch auszuführen, dass dem Gerät mehr als ein Parameter zugeordnet wird (z. B. nicht nur das Tauchgas), ausgewählt aus einer Liste von Parametern, die in dem Speicher des erfindungsgemäßen tragbaren Computers gespeichert sind.
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3 zeigt in größerer Einzelheit die Komponenten eines Tauchcomputers 30 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Computer 30 enthält eine oder mehrere Spulen 31, vorteilhafterweise auf einem gemeinsamen Ferritkern. Typischerweise dient eine Spule für den Empfang, d. h. zum Erfühlen eines Magnetfelds über die induktive Verbindung 14, während die andere Spule zum Senden dient, wenn eine derartige Option gefordert wird.
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Ein von einem externen Drahtlosgerät über die induktive Verbindung 14, beispielsweise von einem Drucksensor 13, ausgesendetes Magnetfeld wird, wie durch einen Pfeil veranschaulicht ist, von einer Näherungsdetektoreinheit 33 nachgewiesen. Der Detektor 33 braucht nicht irgendwelche Nutzdaten zu lesen, er weist in diesem Fall lediglich nach, dass ein Sensor in die Nähe des Tauchcomputers gelangt ist. Der Ausgang des Näherungssensors ist mit einer Kommunikationseinheit 35 des Computers verbunden, der einen separaten oder speziellen Kommunikationsprozessor enthalten kann. Die Kommunikationseinheit 35 enthält außerdem einen Speicher zur Zwischenspeicherung von Sensordaten und für interne Software des Tauchcomputers. Ein zentraler Prozessor 36 dient zum Betreiben des Betriebssystems des Tauchcomputers und zum Ausführen unterschiedlicher Aufgaben wie beispielsweise der Verarbeitung von Tauchdaten, Schnittstellen-Bildung mit internen Sensoren, Schaffung einer gesamten Benutzerschnittstelle und Steuerung der Anzeige etc. Die Kommunikationseinheit und der zentrale Prozessor können ebenfalls in einer Schaltung oder einem Chip integriert sein.
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Im Block 32 ist ein Verstärker dazu ausgebildet, ein Magnetfeld über dieselbe induktive Verbindung 14 zu erfühlen. Block 32 kann außerdem für einen Überspannungsschutz sorgen, z. B. mittels einer Zener-Diode-/Thyristor-Schaltung (nicht dargestellt). Der Verstärker in der Einheit 32 wird von der Empfangseinheit 34 mit Sensordatensignalen gespeist, die über die induktive Verbindung 14 empfangen werden. Optional können die Einheiten 32 und 34 für eine Zweiwege-Kommunikation konfiguriert sein, wie der in zwei Richtungen weisende Pfeil angibt, d. h. der Block 34 ist dann tatsächlich ein Sendeempfänger und der Block 32 enthält außerdem eine Treiberschaltung zum Treiben eines Sendestroms über eine Sendespule 31, um ein oszillierendes Magnetfeld zu erzeugen. Dies macht es möglich, Information zu externen Geräten zu senden, wie unten näher erläutert werden wird.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, ist der Näherungsdetektor 33 gemäß der vorliegenden Erfindung getrennt von den Sendern und/oder Empfängern 34, die zum Melden von Nutzinformation dienen, so z. B. Druckluftflaschen-Druckinformation. Der Näherungssensor 33 kann ein passives Bauelement sein (z. B. ein RFID-Tag), das bei induktiver Anregung ein Antwortsignal erzeugt, um eine Näherung anzugeben, wenn z. B. ein Drahtlossensor sich in der Nähe des tragbaren Computers befindet, beispielsweise in einer Nähe von weniger als 5 Zentimetern. Der Näherungsdetektor 33 kann die magnetische Rahmenantenne 31 der Sendeempfangseinheit 34 mitbenutzen, oder er kann eine separate Magnet-Rahmenantenne oder ein weiteres Bauelement aufweisen, um ein Signal von einem in der Nähe befindlichen Gerät nachzuweisen. Dieses Magnetfeld ist vorzugsweise dasselbe Feld, mit welchem das Gerät seine Nutzinformation zu einer Empfangseinheit des tragbaren Computers übermittelt, wodurch eine induktive Verbindung zwischen den Geräten geschaffen wird.
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Drucksensoren können in unterschiedlicher Weise aktiviert werden. Eine Methode besteht darin, den Sensor zu aktivieren, wenn das Druckluftflaschenventil geöffnet wird. Eine weitere Methode ist das externe ”Aufwecken” des Sensors. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung geschieht dies dadurch, dass in dem Computer 30 eine Spule 31 und in dem Block 32 eine Treiberschaltung vorhanden ist, welche ein Magnetfeld erzeugt, welches dann über die induktive Verbindung 14 erfasst werden kann. In passender Weise konfiguriert oder von dem Benutzer in einen derartigen Betriebsmodus gebracht, kann der Tauchcomputer anschließend kontinuierlich oder intermittierend ein induktives Signal senden, welches geeignet ist, zum Aktivieren einer passiven Komponente in dem Drucksensor, z. B. ein Anregungssignal für ein RFID-Tag. Ein in die Nähe des Computers 30 gebrachter Sensor fühlt das Aktivierungssignal und beginnt mit dem Senden der Sensordaten. Dies wird in dem Näherungssensor des Tauchcomputers über die induktive Verbindung nachgewiesen, wie erläutert wurde. Eine angegebene Näherung des Drucksensors ermöglicht dann der Empfangseinheit, von dem Drucksensor Sensorinformation zu empfangen, und zwar über dieselbe induktive Verbindung, über die Näherung erfasst wurde.
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Wenn eine tauchende Person einen Tauchcomputer verwendet oder eine den erfindungsgemäßen tragbaren Computer für irgendeinen Zweck verwendende Person möglicherweise den Wunsch hat, den Computer mit Geräten von Freunden zu paaren, so geschieht dies ähnlich dem, was oben für die Situation Tauchlehrer/Anfänger erläutert wurde. Gepaarte Geräte werden in dem Speicher des tragbaren Computers gespeichert und bleiben gepaart, um Information von einem Sensor eines Geräts eines Freundes auf dem Computer anzuzeigen, wann immer die Freundin oder der Freund der tauchenden Person sich in dem Bereich befinde, bis die Geräte die Paarung verlieren oder die Verbindung anderweitig behandelt wird. Ein Bearbeitungsmodus, der die Paarauflösung oder eine Bearbeitung ermöglicht, kann dadurch eingeleitet werden, dass die Geräte einander angenähert werden. Im Fall eines Tauchteams würde dies z. B. bedeuten, dass der Benutzer des Computers Flaschendruckinformation von einem paarweise zugehörigen ”Freund” oder einem Tauchpaar enthält und der Druck auf der Anzeige dargestellt werden kann, wann immer dies erwünscht ist. Ein Paarungsmechanismus wie dieser verbessert die Sicherheit und erfordert keine unmittelbare Nähe. um den Druck bei einem anderen Taucher zu prüfen.
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Abhängig von der Information kann aus Sicherheits- oder anderen Gründen der Tauchcomputer das Nachweisen einer Annäherung nur über Wasser gestatten. Alternativ kann er das Nachweisen der Annäherung über und unter Wasser ermöglichen, allerdings kann er das Paaren des Drucksensors nur über Wasser ermöglichen. Jeder Tauchcomputer ist üblicherweise imstande, zu ermitteln und anzuzeigen, ob er sich unter oder über Wasser befindet, beispielsweise durch einen eingebauten Druckfühler. Der erfindungsgemäß Tauchcomputer kann getrennt konfigurierbar sein für Über- und Unterwasser-Bedingungen.
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4 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bei 40 schaltet der Benutzer die Geräte ein (er aktiviert die Geräte). Beispielsweise könnte der Drahtlos-Drucksender dadurch aktiviert werden, dass das Druckventil der Druckluftflasche geöffnet wird, und der Tauchcomputer kann durch einen Tastendruck aktiviert werden.
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Bei 41 bewegt der Benutzer den Tauchcomputer nahe an den (in die Nähe des) Drahtlos-Drucksensors, typischerweise in einem Bereich einiger Zentimeter, möglicherweise auch in Berührung mit dem Sensor. Wird bei 42 die Nähe erkannt, so zeigt der Tauchcomputer Information über den Drucksender und die damit verbundene Druckluftflasche gemäß 1 an. Wird keine Nähe ermittelt, so wird von dem Benutzer erwartet, dass er die Geräte noch näher zusammenführt oder es wird eine Fehlernachricht angezeigt, die die Ursache des Problems wiedergibt (z. B. eine schwache Batterie etc.).
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Die bei 43 angezeigte Information kann den Gasdruck, Statusinformation über die Senderbatterie, einen Kennungscode, eine Seriennummer, ein individualisierbarer Name, die Temperatur, ein Gastyp- und Parameter, Flaschenvolumen, Drahtlossignalstärke und/oder weitere relevante Information.
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Der Benutzer kann die Information akzeptieren und das Paaren bei 44 dadurch ausführen, dass er eine Taste drückt oder von einem anderen Eingabeverfahren Gebrauch macht.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann das System konfiguriert sein, um Geräte automatisch zu aktivieren, wenn ein Nahzustand nachgewiesen wird. Bei weiteren Ausführungsformen kann der Schritt 44 einen Bearbeitungsmodus ermöglichen, bei dem der Benutzer dem Flaschensensor einen Namen verleihen kann, den Gastyp ändern kann oder andere Parameter modifizieren kann, so z. B. das Flaschenvolumen.
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Nun auf das Blockdiagramm des Drahtlossensors 50 in 5 Bezug nehmend, misst ein Drucksensor 51 z. B. den Druck der Druckluftflasche eines Tauchers. Der Drucksensor kann auf jede Art von induktivem, resistivem oder kapazitivem Fühlelement oder einer beliebigen interessierenden messbaren Variablen beruhen. Das Druckdatensignal wir einem Prozessor 52 zugeleitet, um unterschiedliche Filter- und Verstärkungsschritte auszuführen. Das Druckinformationssignal wird dann einer Treiberschaltung 53 zugeführt, schließlich einer Sendespule 54, um über die induktive Verbindung 14 z. B. an den in 3 dargestellten Tauchcomputer gesendet zu werden. Die Treiberschaltung kann eine ähnliche Sendeschaltung haben wie die Schaltungsblöcke 32 und 34 in 3. Wenn der Drucksensor 50 extern aktiviert werden soll, z. B. durch einen Tauchcomputer über die induktive Verbindung 14, so muss eine Aktivierungsschaltung oder ein RFID-Tag in beispielsweise dem Block 53 enthalten sein, um die Aktivierung des Sensors vorzunehmen.
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Es versteht sich, dass die Ausführungsformen der Erfindung, die hier offenbart sind, nicht beschränkt sind auf spezielle Strukturen, Verarbeitungsschritte oder hier dargestellte Komponenten, sondern dass sie erweitert werden können auf deren Äquivalente, wie sie dem Fachmann im einschlägigen Stand der Technik bekannt sind. Außerdem versteht sich, dass die hier verwendete Terminologie nur zum Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen dient und nicht in beschränkendem Sinn zu verstehen ist. Obschon im Kontext einer Tauchausrüstung hier im einzelnen beschrieben, ist die vorliegende Erfindung auf sämtlichen Gebieten des Sports und bei solchen Anwendungen einsetzbar, in denen die Nähe ein wesentliches Element ist und Sensoren gelesen und/oder mit tragbaren Computern gepaart werden müssen, so z. B. Smartphones, Tablet-Computern, Sport-Computern etc.
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Unter Bezugnahme in der vorliegenden Beschreibung auf ”eine (Zahlwort) Ausführungsform” oder ”eine (unbestimmter Artikel) Ausführungsform” bedeutet, dass eine in Verbindung mit der Ausführungsform beschriebenes spezielles Merkmal, eine spezielle Struktur oder Charakteristik in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten ist. Somit beziehen sich Verwendungen der Begriffe ”in einer (Zahlwort) Ausführungsform” oder ”in einer (unbestimmter Artikel) Ausführungsform)” an verschiedenen Stellen der vorliegenden Beschreibung nicht notwendigerweise sämtlich auf dieselbe Ausführungsform.
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Weiterhin können die beschriebenen Merkmale, Strukturen oder Charakteristika in jeder passenden Weise in einer oder mehrerer Ausführungsformen kombiniert werden. In der Beschreibung sind zahlreiche spezielle Details angegeben, um ein Verständnis der Ausführungsform der Erfindung zu ermöglichen. Der Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet erkennt allerdings, dass die Erfindung ohne ein oder mehrere der speziellen Details in die Praxis umsetzbar ist, oder aber mit anderen Verfahren, Komponenten, Werkstoffen etc. In anderen Fällen sind an sich bekannte Strukturen, Werkstoffe und Arbeitsvorgänge nicht im einzelnen dargestellt, um Aspekte der Erfindung nicht zu verdecken.
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Während die obigen Beispiele anschaulich sind für Prinzipien der vorliegenden Erfindung in einer oder mehreren speziellen Anwendungen, ist dem Fachmann ersichtlich, dass zahlreiche Modifikationen in der Form, der Anwendung und in Einzelheiten der Implementierung ohne erfinderisches Zutun möglich sind, ohne dass dabei von den Prinzipien und Konzepten der Erfindung abgewichen wird. Dementsprechend ist nicht beabsichtigt, dass die Erfindung durch etwas anderes als die beigefügten Ansprüche beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8275311 [0004]
- US 5392771 [0005]
- US 5738092 [0005]
- EP 0550649 [0005]
- FI 96380 [0005]
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- EP 0550648 [0006]
- FI 21035911 [0010]
