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Verfahren und Einrichtung zur elektronischen Fernsteuerung von elektromechanischen
und elektrcnischen Schaltern. Die Erfindung-bezieht sich auf ein Verfahren zur elektronischen
Fernsteuerung von elektromechanischen bzw. elektronischen Schaltern durch Impulsbilder,
insbesondere geeignet für Schiffs- und F1ugmodellfernsteuerungen, und hat die Aufgabe,
dei Bau eines möglichst einfachen, billigen PernsteuerempfUngers zu ermöglichen,
der die Ausführu.ag wehrerer Schaltbefehle-gleichzeitig gestattet.
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Bisher bekannte Verfahren arbeiten mit Tongeneratoren im Sender und
selektiven Schaltern im Empfänger. Hierbei ist jedem zu übertragenden Befehl eine
Frequenz zugeordnet. Der Befehl "Ein" wird dadurch ausgelöst, daB die zu diesem
Befehl gehörende Frequenz ausgesendet wird. Damit ist die Befehlsdauer,durch 'die
Sendezeit des betreffenden Tons bestimmt. Bei diesem'Fernsteuerungssystem zeigen
sich Nachteile, wenn mehrere Befehle gleichzeitig zu übertragen sind. Die Aussendung
mehrerer Frequenzen verlangt eine.Senderendstufe und auch eine liodulatorend stufe,
die für die mehrfache Amplitude eines Signals ausgelegt sein muß. Noch größer sind
die Schwierigkeiten beim Empfänger, der nur mit großem Aufwand zum Empfang vieler
Frequenzen gleichzeitig eingerichtet werden kann. Es ist ein Verfahren bekannt,
das diese Nachteile zu umgehen versucht, in dem die gleichzeitig benötigten Frequenzen
in schneller. Folge zeitlich nacheinander ausgesendet werden. Ein weiterer Nachteil
dieses Fernsteuersystems ist, daß die Tongeneratoren im Sender sowie die selektiven
Schalter im Empfänger temperaturstabilisiert werden müssen.
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Diese Nachteile vermeidet die vorliegende Erfindung: Mit der
erlindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich,beliebig viele Befehle gleichzeitig
über einen Kanal zu übertragen, wobei durch Verwendung eines digitalen Fernsteuerverfahrens
unter Benutzung digitaler Hausteine .eine Temperaturstabilisierung weitgehend entfällt.
Weiterhin können bei diesem Verfahren die Endstufen im Sender voll ausgenutzt und
im
Empfänger kann vorteilhaft ein Begrenzer verwendet werden. Die
bisher verwendeten Filter im Empfänger und Tongeneratoren im Sender werden nicht
mehr benötigt. Gemäß der Erfindung wird auf der Empfängerseite zum Empfang eines
die Schalter steuernden Impulsbildes ein Schieberegister verwendet. Das Impulsbild
enthält eine der Zahl der@binären Informationen entsprechende Anzahl Impulse bzw.
Intervalle, die die Information in Form einer binären-digitalen Längenmodulation
enthalten, wobei das Vorhandensein eines langen Impulses bzw. Intervalls gegenüber
einem dazu zeitlich kürzeren als L bzw. als 0 (oder auch umgekehrt) gewertet
wird. Auf der Empfängerseite befindet sich ein Verzögerungsglied,
wel-
ches durch die Vorderplanke eines jeden Informationsimpulses oder -Intervalls
in Gang gesetzt wird und dessen Verzögerungszeit so bemessen ist, daß sie kürzer@ist
als die zeitliche Dauer eines langen Informationsimpulses und länger als die eines
kurzen Informationsimpulses bzw, -Intervalls, und daß die am Ende der Verzögerungszeit
entstehende Impulsflanke zur Erzeugung des Schiebetakts für das Schieberegister
ausgenützt wird, wodurch die Information. des am Eingang des Schieberegi-, sters
anliegenden Impulsbildes in das Schieberegister eingeschoben wird, oder daß die
Stückflanke eines jeden Informationsimpulses bzw. -Intervalls zur Erzeugung
des Schiebetakts verwendet wird, und in das
Schieberegister die Information
des Impusbildes eingeschoben wird, welches *am Ausgang des Verzögerungsgliedes entsteht.
Weiterhin ist es möglich, durch weitere Verzögerungsglieder, die von den Vorder-
oder Rückflanken der Informationsimpulse bzw. -Intervalle in Gang gesetzt werden,
zu gewünschten Zeiten weitere Taktimpulse zu erzeugen. Eine im Schieberegister
stehende Information kann zur Auswertung in einen Puf-
ferspeicher übernommen
werden., wobei der Übernahmeimpuls von einem
Verzögerungsglied erzeugt wird,
welches vom ersten Informationsimpuls bzw. -Intervall in Gang gesetzt wird, und
dessen Verzögerungszeit größer ist als die gesamte zum Einschieben in das
Schieberegister be-
nötigte Zeit. Eine Korrektur von Störungen kann durch periodisches
Aussenden des. Impulsbildes erfolgen. Es besteht weiterhin die Möglichkeit der gleichzeitigen
Aussendung verschiedener, geträgerter Impuls-bilder über einen oder mehrere Sender
für verschiedene selektive Emp-
fänger. Für den Aufbau des Impulsbildes
kann teilweise oder ganz das
Dualzahlensystem zugrunde gelegt werden, wobei
durch eine entsprechen-
de Entschlüsselung im Empfänger die Zahl der zu übertragenden
Schalt-
befehle von n auf ?n - 1 gesteigert werden kann.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert.
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In den verschiedenen Zeichnungen sind einander entsprechende Teile
jeweils durch dieselben Bezugsziffern bezeic'.iiet.
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Fig. 1 veranschaulicht schematisch ein Schieberegister. Fig. 2a und
2b sowie Fig. 3a bis 3d zeigen Impulsdiagramme: Fig. 4 und Fig.5 zeigen jeweils
ein Ausführungsbeispiel eines Fernateuerempfängers. Da der Empfänger ein Schieberegister
enthält, soll zunächst die Wir-
kungsweise eines solchen an Hand eines Ausführungabeisnieles
mit Flip-Flops beschrieben werden. Das Schieberegister kann selbstverständlich aus
beliebigen Speicherelementen aufgebaut werden, es ist nicht auf die Anwendung von
Flip-Flops beschränkt.
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Das Schieberegister in Fig. 1 setzt sich zusammen aus den Flip--Flop-Speichern
21 bis 2n und den Zwischenspeichern 1l bis 1n. Die Zwischen-
speicher
11 bis In und die Speicher 21. bis 2n sind abwechselnd in Reihe geschaltet: Von
einem nicht dargestellten Takterzeuger führt der Schiebetakt, dargestellt in Fig.
2b, von Punkt S zu jedem Zwischenspeicher. An den Eingang E des Schieberegisters
wird eine Information in Form eines Impulsbildes zugeführt; wie sie in Fig. 2a dargestellt
ist. Die Zwischenspeicher 1.1 bis In seien so ausgebildet, daß sie ausser Speicherelementen
eine Torschaltung enthalten, die je nach der am Eingang der Zwischenspeicher liegenden
Information zusammen mit dem Schiebetakt, der an jedem Zwischenspeicher von Punkt
S kommend anliegtl@ den nachfolgenden Speicher so ansteuert, daß bei Vorhandensein
eines Informationsimpulses während eines Schiebetaktes der nachfolgende Speicher
in Stellung L, bei Nichtvorhandensein eines Informationsim--oulses während eines
Schiebetaktes der nachfolgende Speicher in Stelluntr 0 kippt oder bleibt. Bis auf
den ersten Zwischenspeicher 11, an welciie,7 die ankommende Information anliegt,
erhält jeder weitere Zwischenspeicher seine Information vom davorliegenden Speicher.
.Damit das Schieberegister richtig arbeitet, muß während jeder Information
ein
Schiebetakt vorhanden sein. Die Schiebetakte sind Nadelimpulse, die vorteilhaft
zu den Zeitpunkten t12, t l'+ t`/2, bzw. allgemein für t1 a t, = t zu den Zeitpunkten
t@ a t/2 + ic#t (IC - 0,1,2,...n - 1 bei n Infosmati ons impul seng.
den
Zwischenspeichern zugeführt werden. Mit jedem Schiebetakt wird die am Eingang E
anliegende Information in den Speicher 21 übernommen, die in den Speichern 22 bis
2n befindlichen Informationen um jeweils eine Speicherplatz "weitergeschoben" .
Die aus dem Speicher 2n hinausgesclio bene Information geht verloren. Bei n Speichern
können n binäre Informationen gespeichert werden. Erfindungsgemäß wird im Fernsteuerempfänger
(Fig. 4 und Fig. 1*. j ein solches Schieberegister verwendet. Man erspart dadurch
die elektronische Nachbildung einer Umschalteinrichtung, wie sie bei elektromechanischen
Fernateuerempfängern, die mit Impulsbildern arbeiten, notwendig ist. Bei Fernsteuerempfängern,
die i:-.it einem Schieberegister ausgerüstet sind, besteht das Problem darin, den
Schiebetalct im rich-
tigen Zeitpunkt zu erzeugen. Es wäre daher vorteilhaft,
wenn der Schiebetakt gleichzeitig mit- dem Impulsbild, welches die Steuerinformation
enthält, vom Sender her übertragen wird. Das würde jedoch eine zweiten Übertragungskanal
zwischen Sender und Empfänger erfordern. Eine andere Möglichkeit besteht darin,
daß vor das Impulebild mit der Infar-iation ein Startimpuls gesetzt wird, der im
Empfänger einen SchiebetaLtgenerator anwirft. Dieser Schiebetaktgenerator erzeugt
n Schiebetaktimpulee. Die Anforderungen an einen solchen Taktgenerator bezüglich
der Taktzeiten sind jedoch sehr hoch, wenn n groß ist. Mit dem in Fig. 3a dargestellten
Impulsbild zur Steuerung des Fernsteuerempfängers sind eine Übertragung der Information
und eine ein-
fache Erzeugung der Schiebetakte möglich. Das Impulsbild besteht
bei n zu übertragenden Informationen aus .n Impulsen, die die Information in Form
einer binären-digitalen Impulalüngenmodulation enthalten. Das
Vorhandensein
eines Impulses mit der zeitlichen Länge tL bedeutet L bzw. 0, ein Impuls mit der
zeitlichen Länge t$ bedeutet 0 bzw. L. Der zu jedem Informat-ionsiiapule gehörende
Schiebetaktimpuls wird von der um die Zeit tv verzögerten Vorderflanke (vgl. Pig.
3e) oder direkt von der Rückflanke (vgl. Fig. 3d) dieses Informatiönaimpulses
hergeleitet. Da Schiebetakt und Information in jedem Impuls eines solchen
Impulsbildes
gleichzeitig vorhanden sind, ist es gleichß;iltip, wie groß die Zeit zwischen den
einzelnen Impulsen gewühlt wird. 1izy@.: .ird diese Zeiten jedoch möglichst kurz
machen.
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Die gleichen Verhältnisse und Vorteile erreicht man auch, wenn
an
Stelle der Impulse die Intervalle zwischen zwei Impulsen zur Übertra-
gung
von Information und Schiebetakt verwendet werden.
Zur Entschlüsselung
der in einem Impulsbild vorhandenen Information
wird ein Zeitkreis benutzt.
Der Zeitkreis wird von der Vorderflanke
eines jeden Informationsimpulses in
Gang gesetzt. Er liefert an seinem
Ausgang Impulse von der konstanten zeitlichen
Länge to. Um eine Ent-
schlüsselung durchführen zu können gilt für
t v: tK <'t v < tL In Fig. 3b ist dargestellt, wie das
Impulsbild von Fig.. 3a airi Ausgang
des Zeitkreises erscheint.
Eine Entschlüsselung findet dadurch statt,
daß das zeitlich: gleichzeitige
Auftreten eines Impulses und eines
Schiebeimpulses als L, das Auftreten
eines Schiebeimpulses allein als.
0 gewertet werden: Folgende
Darstellungen gehören zusammen und können
zur Entschlüsselung herangezogen
werden: Impulsbild Fig. 3a und Schie-
betakt Fig. 3e, sowie
Impulsbild Fig. 3b und Schiebetakt Fig. 3d. Man erhält daraus
die Information 0 0 L L, bzw. L L 0 0. Da die Informa-
tion L eine
willkürliche Zuordnung zu zwei möglichen Speioherlagen darstellt, kann an
Stelle von L auch 0, an: Stelle von 0 auch L ge-.. schrieben werden. Dadurch
erreicht man, deß in den beiden oben genannten Fällen der Entecblüsselung
des Impulsbildes Fig. 3a die gleiche
Information gelesen wird.
In
Fig. 4 und Fig. ö ist-jöweils ein Empfänger für das oben beschrie-
bene
Impulsbild dargestellt. Das Schieberegister des Empfängers Fig.
4;
besteht bei diesem Beispiel aus denn = 4 Speichern 21, 22, 23,
24 und
aus den 4 Zwischenspeichern 11, 12, 13, 14: Von den Ausgängen
der
Speicher 21 bis 24 führen Verbindungen $u den Steuereingängen
der
elektroni'achen bsw. elektromechanischen Schalter 31, 3233, 34. Den
Schiebetakt
liefert ein Zeitkreis in Form eines monostabilen Flip-Flops 61. Ein Taktverstärker
62 verstärkt den Schiebetakt und führt
ihn den vier Zwischenspeichern
11 bis 14 zu. Der Eingang den monostabilen 61 ist mit denn
Eingang E des Empfängers verbunden, an
welchen das mit einer
gewünschten Schaltinformation einlaufende In-
pulebild geführt wird.
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Das monostabile Flip-Flop 61 wird, wie bereits beschrieben,
durch die
AnfanaefUnke eines jeden Informationsimpulsen angestoßen. Es besitzt
-die
Verzögerungszeit t.. Vorteilhaft wählt man
Die am Ende der Ve zögerungszeit tv entstehende Impulsflanke
wird zur
Erzeugung des Schiebetaktes verwendet. Zur Entschlüsselung
des einlaufenden Impulshildes wird das Impulsbild selbst und der Schiebetakt nach
Fig. 3c benutzt. Die Information des Impulsbildes wird in das Schieberegister eingeschöben.
Besteht das Impulsbild aus mehr als n=4 Informationsimpulsen, so wird nur die Information
der letzten vier Inforinationsirhpulse in Schieberegister gespeichert. Dazu ist
allgemein zu sagen, daß durch das Einschieben die Information des ersten Infor-,
mationsimpulses in den n-ten Speicher des Schieberegisters gelangt, die Informätion
des zweiten in den n-l-ten Speicher usw. und die Information des n-ten Informationsinpulses
schließlich in den ersten Speicher des Schieberegisters.
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Die in das Schieberegister eingeschobene Information wird zur Ansteue-rung
des Schalter 31 bis 34 verwendet. Jeder Speicherstellung der
Speicher
21 bis 24 ist eine Schaltstellung der Schalter 31 bis 34 zugeordnet, z. B. in der
Weise, daß die Speicherstellung L einem "ge-schlossenem" Schalter,,,
Speicherstellung 0 einem "geöffneten" Schalter
entspricht. Legt man
weiterhin fest, daß ein Informationsimpuls mit der zeitlichen Länge tL
die Information L und ein solcher reit der
zeitlichen Länge
tx die Information O enthält, so ist eine direkte
Zuordnung eines Informationsimpulses
mit seiner Information zur Schaltstellung eines bestimmten Schalters möglich.
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'Unter Berücksichtigung der obigen Feststellungen und Festsetzungen
können nun Impulsbilder zur Steuerung der Schalter aufgebaut werden.
Soll
die Schaltstellung eines Schalters geändert werden, so geschieht
dies durch
ein entsprechend geändertes Impulsbild.
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Die Zuordnung der Speicherstellung einen Speichers zur Schaltstellung
einen
Schalters stellt die einfachste ltorm einer Schaltersteuerung
dar.
Es ist auch müglich,der Schaltstellung eines oder mehrerer Schal-
ter
die Speicherstellung eines oder mehrerer Speicher zuzuordnen. Zwisehen
den Speichern und den Schaltern ist dann eine entsprechende Ent-
bzw. Verschlüsselung notwendig. Beim Aufbau des Impulsbildes muD
das jeweils berücksichtigt werden. Legt man. z. H. beim Aufbau
des Im-
pulsbildes das Dualzahlensystem zugrunde,- wobei im Empfänger
eine ent-
sprechende Entschlüsselung vorhanden ist, so kann
die Zahl der zu
übertragenden Schaltbefehle bdi n Speichern von
n auf an- 1 gesteigert
werden.
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Da bei jedes Einschieben einer Information alle Speicher eines
Schie-
beregisters bNteiliat sind, besitzen während dieser
Einaehiebe$eit.di Speicher und die daran angeschlossenen Schalter keine
definierte Stel
1ung. Um das zu vermeiden,
kann die im Schieberegister stehende In-
formation in einen
zweiten Speicher, einen Pufferspeicher, übernom-
men werden. In
Fig. 5 ist ein Empfänger mit Pufferspeicher dargestellt An die einzelnen
Speicherausgänge der Speicher 21 bis 24 des Schieberegisters
sind jeweils die Zwischenspeicher 41 bis 44 und nachfolgen-
den
Speicher 51 bis 54 angeschlossen. Die Ausgänge der Speicher 5l
bis 54 steuern die Schalter 31 bis 34: Vom Zeitkreis 8'3 führt
über
den Taktverstärker 64 eine Taktleitung zu den Zwischenspeichern
41
bis 44. Der Übernahmetakt zur Übernahme der Information in den
Puffer-
speicher muß zeitlich nach dem Einschieben der Information
in das
Schieberegister erzeugt werden. Er wird vom ersten ankommenden
Irpule eines Impulsbildes, von dessen Vorder- oder Rückflanke hergelei-
tet.
Diese setzt nämlich das monostabile Flip-Flop in Gang, dessen
Verzögerungszeit
tü größer ist als die zum Einschieben benötigte
Zeit. Die am Ende der
Verziigerungszeit tü entstehende Impulsflanke
dient zur Erzeugung des
Übernahmeimpulses.
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Hei dem in hig. 5 dsrgeetellten Empfänger werden die
Schiebeimpulse für das Schieberegister 11121 bis 1424 direkt
von der Rückflanke
jedes Informationsimpulses einen Impulsbildes hergeleitet.(rgl;
PIK. 3d) und: über den Taktverstärker 82 den Zwischenspeichern 11 bis
14
zugeführt, wehrend das Impulsbild über den Zeitkreis 61 (vgl. Fig.
3b)
zum Informationseingang des Zwischenspeichers 11 gelangt.
Bei
diesem Ferneteuerungssyetem besteht die Möglichkeit, das Iupulebild
im Sender mit einer Frequenz zu modulieren. Der Empfänger wird
selektiv
ausgebildet und spricht nur auf diese Frequenz an. Er ist
: eingerichtet,
daß durch Demodulation das Impulebild wieder berge-Otellt
und den oben beschriebenen Empfängern wieder zugeführt wird.
Durch
die Zuordnung verschiedener Prequenzen zu verr;chiedoqen Sendern
bzw.
zu verschiedenen Empfängers oder auch zu einem Sender und mehre-
ren
Empfängern können verschiedene Empfänger gleichzeitig angesteuert
werden.