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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere ein Schaltanlagenmodul oder Schaltanlageneinschub für eine elektrische Schaltanlage, beispielsweise eine Niederspannungsschaltanlage, umfassend mindestens eine Lichtquelle.
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Es ist bereits bekannt, niedrigpreisige Drahtlostechnologien, die auf Radiofrequenzen basieren, zu nutzen, um drahtlos Daten mit einer Vorrichtung auszutauschen. Eine solche Drahtlostechnologie kommt beispielsweise bei Bluetooth (Markenname) zur Anwendung.
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Es gibt jedoch auch Bereiche und Anwendungsfelder, in denen der Einsatz von Radiofrequenzen problematisch oder sogar gefährlich ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Daten möglichst sicher drahtlos auszutauschen.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Danach überträgt oder sendet die Lichtquelle mittels des von ihr ausgestrahlten Lichts optisch und drahtlos Daten.
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Erfindungsgemäß werden Lichtquellen, welche auf einer Vorrichtung montiert sind, als drahtlose Datenüberträger genutzt, indem eine Kommunikation über sichtbares Licht oder über Infrarotlicht erfolgt. Die Vorrichtung kann daher in Bereichen verwendet werden, in denen keine Kommunikation mittels Radiofrequenzen erlaubt ist. Die Vorrichtung kann so in entflammbarer Umgebung, beispielsweise in der Gas- oder Petrochemieindustrie, verwendet werden, wo keine Kommunikation mittels Radiofrequenzen erlaubt ist. Die Vorrichtung kann auch in einem Krankenhaus verwendet werden, da dort keine Kommunikation mittels Radiofrequenzen erlaubt ist. Die Vorrichtung kann auch in einem Flugzeug verwendet werden, da dort keine Kommunikation mittels Radiofrequenzen erlaubt ist. Da insbesondere sichtbares Licht unter Wasser gute Ausbreitungseigenschaften zeigt, kann die Vorrichtung sehr gut in der unterseeischen Drahtloskommunikation eingesetzt werden, beispielsweise in der Unterwasserautomation. Eine auf Radiofrequenzen basierte Drahtloskommunikation, insbesondere bei hohen Frequenzen, ist unter Wasser meist nicht möglich.
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Die Erfindung kann mit jeder Vorrichtung genutzt werden, die eine Lichtquelle, insbesondere eine LED, trägt. Sie kann für Anwendungen genutzt werden, bei denen auf kurze Entfernungen zwischen einer Vorrichtung und einem Handlesegerät, beispielsweise einem Mobiltelefon oder einem Tablet, Daten sicher und drahtlos übertragen werden.
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Bevorzugt ist die Lichtquelle zur Verwendung in einer VLC-Technologie geeignet und strahlt sichtbares Licht aus. Vorteilhaft ist über eine VLC-Technologie („Visible Light Communication“), nämlich eine Technologie, die eine Kommunikation mittels sichtbarem Licht nutzt, eine drahtlose optische Kommunikation möglich. Konkret wird sichtbares Licht im Frequenzbereich 400 bis 800 THz (780 nm bis 375 nm) genutzt. Mittels dieser Technologie ist es möglich, optische Daten drahtlos bis zu ein bis zwei Meter weit mit üblichen LEDs und mehr als 10 Meter weit mit sehr hellen LEDs zu übertragen. Unter Verwendung von Laserlicht können einige Kilometer überbrückt werden.
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Eine VLC-Technologie benötigt sehr günstige Hardware im Vergleich zu anderen drahtlosen Kommunikationstechnologien. Es handelt sich um eine einfache Technologie, welche keine komplexen Netzwerkverbindungsprozeduren benötigt. Sie kann wie ein Barcodescanner arbeiten.
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Die VLC-Technologie bietet eine sehr schnelle optische drahtlose Kommunikation auf kurze Entfernungen. Das Spektrum des sichtbaren Lichts ist 10000mal breiter als das Spektrum der Radiofrequenzen und überdies lizenzfrei. Es kann daher eine große Bandbreite genutzt werden.
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Eine Kommunikation mittels VLC erfährt keine Interferenzen mit bestehenden drahtlosen Radiofrequenznetzwerken. Eine VLC-Technologie zeigt Vorteile in Bezug auf die Datensicherheit, da deren Signale stets innerhalb eines Raums verbleiben können. Strahlungen sichtbaren Lichts sind zweifelsfrei unbedenklich für die Gesundheit. Das sichtbare Licht hat keinen bekannten gesundheitsschädlichen Einfluss auf die Umwelt.
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Weiter vorteilhaft strahlt die Lichtquelle Infrarotlicht aus. Auf vielen Vorrichtungen sind bereits Lichtquellen im Einsatz, die Infrarotlicht ausstrahlen. Diese können problemlos genutzt werden.
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Besonders bevorzugt ist die Lichtquelle zur Anzeige eines Betriebszustands oder zur Anzeige eines Warnsignals vorgesehen, wobei zu dieser Anzeige dasselbe Licht dient, mit welchem die Lichtquelle die Daten sendet. Der Benutzer kann so eine gewöhnliche Lichtquelle sehen, welche den Zustand einer Vorrichtung angibt, wobei die gleiche Lichtquelle digitale Daten senden kann.
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Weiter vorteilhaft führt die Lichtquelle gleichzeitig neben einer Primärfunktion eine Sekundärfunktion aus, nämlich das Senden oder Übertragen der Daten. Die auf Vorrichtungen vorhandenen Lichtquellen können zusätzlich zu Ihrer primären Aufgabe auch die Aufgabe der Datenübertragung erfüllen. Beispielsweise kann eine Lichtquelle, welche als Primärfunktion ein Warnsignal oder eine Statusanzeige gibt, parallel als VLC-Sender genutzt werden.
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Besonders bevorzugt blinkt die Lichtquelle zum Senden der Daten mit einer solchen Frequenz, dass das menschliche Auge die Lichtquelle als konstant oder gleichmäßig leuchtend wahrnimmt. Da bei einer VLC-Technologie das Licht mit einer sehr hohen Frequenz flackert, nämlich beispielsweise mit mehr als 10000 Hz, kann das menschliche Auge dieses Flackern nicht wahrnehmen und erfasst das Licht, beispielsweise einer LED, als ob es konstant leuchten würde.
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Weiter vorteilhaft senden mehrere Lichtquellen gleichen oder unterschiedlichen Typs dieselben Daten gemeinsam. Da mehrere Lichtquellen gemeinsam genutzt werden, ist ausreichende Lichtintensität gegeben, um die Daten zuverlässig an einem Empfänger zu empfangen.
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Bevorzugt ist mindestens eine hellere Lichtquelle zum Senden der Daten und mindestens eine dunklere Lichtquelle zum Anzeigen von Betriebszuständen vorgesehen. Hierdurch können Daten über größere Entfernungen zuverlässig übertragen werden, wobei ein Betriebszustand ebenfalls zuverlässig erfasst werden kann.
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Vorteilhaft weist eine Lichtquelle, welche Daten sendet, eine andere Lichtfrequenz oder Lichtwellenlänge auf, als eine weitere Lichtquelle, die nur einen Betriebszustand oder ein Warnsignal anzeigt. So können Lichtwellenlängen selektiv zur Datenübertragung genutzt werden, die sich in einem Raum oder Medium besonders gut ausbreiten.
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Besonders bevorzugt ist mindestens eine der Lichtquellen als LED ausgestaltet. Da in oder auf den meisten industriellen Vorrichtungen zur Sendung von Warnsignalen oder Statusanzeigen übliche LEDs verwendet werden, werden bevorzugt Standard-LEDs betrachtet. LED steht in dieser Beschreibung für Leuchtdiode.
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Eine LED kann für viele Zwecke neben der Datenübermittlung verwendet werden. Dem Benutzer können durch verschiedene Farben unterschiedliche visuelle Bedeutungen übermittelt werden. Das Licht kann den Status einer Vorrichtung anzeigen oder eine Warnung geben. Die gleiche LED wird vorteilhaft genutzt und mit einer VLC-Technologie moduliert, um optisch Daten drahtlos zu senden. Zu diesem Zweck kann die bereits auf einer Vorrichtung vorhandene LED durch die VLC-Technologie gesteuert und adaptiert werden. Diese Modifizierung kann bei einigen Vorrichtungen einfach durch eine Aktualisierung von Software in Festwertspeichern erreicht werden.
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Vorteilhaft werden LEDs, welche auf einer Vorrichtung montiert sind, als drahtlose Datenüberträger genutzt, indem eine Kommunikation über sichtbares Licht erfolgt. Die auf Vorrichtungen vorhandenen LEDs können zusätzlich zu Ihrer primären Aufgabe auch die Aufgabe der Datenübertragung erfüllen. Beispielsweise kann eine LED, welche ein Warnsignal oder eine Statusanzeige gibt, parallel als VLC-Sender genutzt werden. Der Benutzer kann so beispielweise eine gewöhnliche rote LED sehen, welche den Zustand einer Vorrichtung angibt, wobei die gleiche LED digitale Daten senden kann. Diese Daten können beispielsweise eine Fehlermeldung dieser Vorrichtung darstellen, welche mittels einer VLC-Technologie gesendet wird. Ein VLC-Empfänger, beispielsweise ein Mobiltelefon oder ein Smartphone, kann die Daten empfangen und entschlüsseln.
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Eine LED ist bevorzugt auf der Vorrichtung befestigt oder kann an dieser in geeigneter Weise befestigt werden. Sie kann beispielsweise aufgepfropft oder aufgesteckt werden. Eine neue Vorrichtung kann mit einer LED für viele Zwecke ausgerüstet werden, insbesondere zur drahtlosen Übertragung von Daten mittels VLC oder zum Anzeigen oder Warnen. Die LED kann auch ausschließlich zur drahtlosen Übertragung von Daten mittels VLC verwendet werden.
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Bei der Vorrichtung kann es sich dabei insbesondere um ein Schaltanlagenmodul oder ein Schaltanlageneinschub für eine elektrische Schaltanlage, insbesondere für eine Niederspannungsschaltanlage handeln.
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Es sind bevorzugt mehrere LEDs auf einer Vorrichtung angeordnet. Verschiedene LEDs können verschiedene Lichtfrequenzen des Lichtspektrums nutzen.
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Viele Vorrichtungen weisen bereits LEDs auf, welche mit minimalem Aufwand genutzt werden können.
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Nachfolgend ist ein Verfahren angegeben, welches erlaubt, mehrere LEDs auf einer Vorrichtung zu verwenden, um synchronisierte Daten mittels VLC zu versenden. Das Verfahren ist als synchronisiertes Vielfach-LED-VLC-Daten-Übertragungs-Verfahren ausgestaltet.
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Der Signalempfang bei einer VLC-Technologie beruht auf der empfangenen Lichtintensität. Sofern mehrere LEDs eng beieinander angeordnet sind, wie dies bei Automationsvorrichtungen der Fall ist, und nur einige von diesen zum Senden von VLC-Daten genutzt werden, kann ein Empfänger möglicherweise nur schlecht zwischen An- oder Aus-Signalen unterscheiden.
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Diesem Problem kann durch eine Modulierung aller LEDs in einer synchronisierten Weise begegnet werden. So können die gleichen Daten parallel gesendet werden. Für dieses Verfahren kann jede Art einer LED genutzt werden. Die LEDs können alle identisch oder unterschiedlich sein und sie können unterschiedlich farbig leuchten. Da mehrere LEDs gemeinsam genutzt werden, ist ausreichende Lichtintensität gegeben, um die Daten zuverlässig an einer Empfängereinheit zu empfangen.
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Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen mehrerer LEDs, welche an einer Zentralstelle gesteuert werden.
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Verwenden der LEDs zur visuellen Anzeige eines Betriebszustands oder zum Geben eines Warnsignals.
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Vergeben einer Primärfunktion und einer Sekundärfunktion an jede LED, wobei die Primärfunktion als Anzeigefunktion für einen Betriebszustand der Vorrichtung ausgestaltet ist und wobei die Sekundärfunktion als Datenübertragungsfunktion ausgestaltet ist.
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Vorteilhaft wird die Farbe der LED verwendet, um die Anzeigefunktion zu erfüllen.
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Weiter vorteilhaft wird die Sekundärfunktion als VLC-Datenübertragungsfunktion ausgestaltet und deaktiviert, wenn die Primärfunktion ausgeschaltet wird.
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Vorteilhaft kann der Benutzer nicht wahrnehmen, dass eine VLC-Datenübertragung stattfindet, wenn die LEDs aktiviert sind. Er nimmt stets ein konstantes Licht war.
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Bevorzugt weist die Vorrichtung einen Empfänger zum Empfangen von Daten auf. Oft ist es zwar ausreichend, Daten einer Vorrichtung nur in einer Richtung, insbesondere über VLC, zu versenden. Es besteht aber häufig der Bedarf, das hier beschriebene Prinzip auszudehnen und einen Empfänger, insbesondere einen VLC-Empfänger, einer Vorrichtung zuzuordnen, um eine bidirektionale Kommunikation zu ermöglichen. Auf diese Weise kann eine Vorrichtung Daten auch drahtlos empfangen. Dies ist bei der Konfigurierung der Vorrichtung oder beim Aktualisieren einer Software in Festwertspeichern von Bedeutung.
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Vorteilhaft weist der Empfänger einen Photodetektor auf, der auf die Lichtfrequenz des Lichts abgestimmt ist, mit welchem eine Lichtquelle leuchtet.
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Die hier beschriebene Vorrichtung kann als industrielle Vorrichtung ausgestaltet sein. Die Vorrichtung kann als Automationsvorrichtung ausgestaltet sein. Die Vorrichtung kann als Unterwasservorrichtung ausgestaltet sein, beispielsweise als Unterwasserautomationsvorrichtung.
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Die drahtlos übermittelten Daten, welche durch einen VLC-Sender, nämlich insbesondere durch eine LED, übertragen werden, können jegliche Art von Daten umfassen. Die drahtlos übermittelten Daten können auf die Vorrichtung bezogen oder von dieser unabhängig sein. Die drahtlos übermittelten Daten können zur Identifizierung der Vorrichtung dienen. Die drahtlos übermittelten Daten können zur Lokalisierung oder Erfassung der Position der Vorrichtung dienen. Die drahtlos übermittelten Daten können zur Diagnose der Vorrichtung, zu deren Konfiguration oder zur Aktualisierung von Festwertspeichern dienen. Die drahtlos übermittelten Daten können jegliche Prozessdaten umfassen. Die drahtlos übermittelten Daten können der Fehlerermittlung dienen. Insbesondere können Ursachen, Maßnahmen und Empfehlungen übermittelt werden.
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In der Zeichnung zeigt die einzige
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Fig. eine Vorrichtung mit mehreren LEDs, die in Feldern angeordnet sind.
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Die einzige Fig. zeigt eine Vorrichtung 1, umfassend mindestens eine Lichtquelle 2, 2a. Die Lichtquelle 2, 2a überträgt oder sendet mittels des von ihr ausgestrahlten Lichts optisch und drahtlos Daten.
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Die Lichtquelle 2, 2a ist zur Verwendung in einer VLC-Technologie geeignet und strahlt sichtbares Licht aus.
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Die Lichtquelle 2, 2a ist zur Anzeige eines Betriebszustands oder zur Anzeige eines Warnsignals vorgesehen, wobei zu dieser Anzeige dasselbe Licht dient, mit welchem die Lichtquelle 2, 2a die Daten sendet.
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Die Lichtquelle 2, 2a führt gleichzeitig neben einer Primärfunktion eine Sekundärfunktion aus, nämlich das Senden oder Übertragen der Daten.
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Die Lichtquelle 2, 2a blinkt zum Senden der Daten mit einer solchen Frequenz, dass das menschliche Auge die Lichtquelle als konstant oder gleichmäßig leuchtend wahrnimmt.
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Mehrere Lichtquellen 2, 2a gleichen oder unterschiedlichen Typs senden dieselben Daten gemeinsam.
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Mindestens eine hellere Lichtquelle 2, 2a ist zum Senden der Daten und mindestens eine dunklere Lichtquelle 2, 2a ist zum Anzeigen von Betriebszuständen vorgesehen.
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Eine Lichtquelle 2, 2a, welche Daten sendet, weist eine andere Lichtfrequenz oder Lichtwellenlänge auf, als eine weitere Lichtquelle 2, 2a, die nur einen Betriebszustand oder ein Warnsignal anzeigt.
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Mindestens eine der Lichtquellen 2, 2a ist als LED ausgestaltet.
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Die Vorrichtung 1 weist einen Empfänger 6 zum Empfangen von Daten auf.
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Die einzige Fig. zeigt eine Vorrichtung 1, welche auf Ihrer Vorderseite in einem Feld 3 mehrere Lichtquellen 2a, nämlich zwölf LEDs, aufweist. Alle LEDs werden verwendet, um einen Betriebszustand oder eine Warninformation zu geben. Die LEDs haben unterschiedliche Farben, nämlich rot, grün und gelb. Alle LEDs werden zur Herstellung einer drahtlosen optischen VLC-Datenübertragung von einer Zentralstelle gesteuert.
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Bevor Daten gesendet werden, wird zunächst geprüft, ob die Primärfunktion der LEDs aktiviert ist. Dies bedeutet nämlich, dass diese aktiviert sind und visuell leuchtend wahrnehmbar sind. Falls die Primärfunktion aktiviert ist, blinken alle LEDs synchronisiert gemeinsam, um die gleichen Daten zu senden. Zu einem bestimmten Zeitpunkt können einige wenige LEDs aktiviert sein, um einen Status anzuzeigen, und andere deaktiviert.
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Mit diesem Verfahren wird die VLC-Datenübertragung für den Menschen unsichtbar. Der Benutzer kann die LEDs auf der Vorrichtung sehen, wobei diese den gleichen Zustand wie zuvor zeigen. Zugleich senden die LEDs Daten. Da dies aber mit sehr großer Geschwindigkeit geschieht, wird der Benutzer ein konstantes Leuchten einer LED wahrnehmen. Da viele LEDs zur gleichen Zeit blinken, können die Lichtsignale stark genug sein, um in einer gewünschten Entfernung empfangen zu werden.
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In weiteren Feldern 4, 5 sind weitere LEDs vorgesehen, welche die zuvor beschriebenen Funktionen erfüllen können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2, 2a
- Lichtquelle
- 3–5
- Feld
- 6
- Empfänger
