DE1904055B2

DE1904055B2 - System zur fernsteuerung

Info

Publication number: DE1904055B2
Application number: DE19691904055
Authority: DE
Inventors: James A Woodinville Wash Lagoe (VStA)
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1968-01-29
Filing date: 1969-01-28
Publication date: 1977-09-01
Also published as: SE359394B; NO125161B; DK124783B; GB1258602A; DE1904055C3; NL167562C; BE727533A; FR2000936A1; US3422397A; NL6901150A; DE1904055A1

Description

Fig.2 ein Blockschaltbild einer entfernt angeordneten Unterstation.

Gemäß Fig. 1 gibt eine Bedienungs- und Anzeigetafel 10 ein Ausgangssignal für einen Befehlscodierer vor und empfang! Eingangssignale von einem Taktgeber 14 und einem Antwort-Decodierer 16. Der Taktgeber 14 liefert ebenfalls Taktsignale an den Codierer 12 und den Decodierer 16. Der Codierer

deren Ausgänge beide auf einer' S»^'^«¹^ ^₅ geschaltet sind. Der Ausgang des SummierversiarJe« liegt über einem Leistungsverstärker 112 an dem

zer können durch irgendwelche Arten von Modulator η verwirklicht werden. Ein Beispiel eines solchen,Modul» tors ist in dem Buch »Frequency Changers« von "ing M. Gottlieb, veröffentlicht durch W Sams Co Inc. und der Bobbs-Merrill Co. ^f Se,^ Fie 3-9 dargestellt und beschrieben. Die Detektoren U ferseits können verschiedener Art sein, wöbe, ein

mmmm

setzer62.Da»Ausgd β β _an ^^

r f-ri Auseangssignale an einen Bereitschaftstongene^liefie Pinen ersten Frequenzmodulator 20 und einen ^ralOr,en F equenzmodulator 22. Jeder der Blöcke 18,20 λ 12 liefert Eingangssignaie an einen Suinmierver-^U-rktr 24 dessen Ausgang über einen Leistungsverstär- ? * in einen Sende/Empfangsschalter 28 angeschlos- , Der Schalter 28 liefert in seiner Sendesteüung ein AuVsangssignal an einen Signalumformer 30, während ^A-^g«p\ner Empfangsstellung ein Eingangssignal vom V ^umformer 30 empfängt und es an einen _I0

ÄÄ ^{32 weitergibt}· ^{Der v}r^ersf^{ker 32}

rr .über einen Frequenzumsetzer 34 ein Ausgangs^liefer " _n zwei Frequenzdetektoren 36 und 38. Die Sänge der Detektoren 36 und 38 gelangen an einen nivfrsity-Kombinierer 40, dessen Ausgang auf den ,₅ η Zn erer 16 geschaltet ist. Ein zweiter S.gnalumfor-^D S Sert über einen Vorverstärker 44 und e.nen ? ««umsetzer 46 ein Signal an zwei F.equenzdefekXenÄ» Die Ausgänge der Frequenzdetektoen 48 und 50 sind beide auf den Divers.ty-Komb.n.erer ₂₀ ^«schaltet Bei einem Ausführungsbe.spie. der Sfindu g leiten die Detektoren 36 und 48 auf der Erlinauii^ ^ ^.^ ^ _Frequenzdet_ektoren 38 und

30 (jjent sowohl der Umfor-

j , _{des Umsetze}

BeiehscSaftstondetektor 66 sowie an einem ? η und Sen Frequenzdetektor 68 und 70. Em ^ew her sfgnalmformer 72 liefert ein Signal an e.nen f ie/EmlfangsKhalter 74, wenn er sich .n Empfangs- 35 fe lung Set und von dort über einen Vorverstärker 7_fi η einen Frequenzumsetzer 78. Die Ausgangsgroße

He Umsetzers 78 gelangt an einen ersten und zwe. en des Umsetzer | _{an einen Bereltschafts}.

SSor ä Die AÜsgangssignale der Detektoren 66 ₄„

7 M sind auf eine Spannungs-Steuerstufe 86 SethaUet welche mit einem Akkumulator 88 oder einer ^g Sn Energiequelle verbunden ist, so daß beim

üp

eine entsprechende Spannung

entfernt angeordneten station ucu^i.v...

kann etwa eine Temperatur oder eine Ausdehnung betreffen, eine binäre Funktion umfassen oder den Zustandswechsel eines Schalters von der Ein- in die Aus-Stellung anzeigen. Schließlich kann es sich bei dem Status um eine Inkremental-Funktion handeln, wie etwa die Änderung einer Membranöffnung von einer Größe zu einer anderen Größe, wobei verschiedene Größen möglich sind. Die Steuerung der Operation erfolgt hierbei durch den Befehlscodierer. Zunächst liefert ein Bereitschaftstongenerator 18 ein Signal, welches die einzelne entfernt angeordnete Station, welcher eine Nachricht zu übermitteln oder zu entnehmen ist, kennzeichnet, an den Signalumformer 30. Wie bereits eingangs erwähnt, ist jeder der entfernt angeordneten Stationen ihr eigener Ton zugeordnet. Dann, nach kurzer Pause, wird ein Befehl an die beiden Modulatoren 20 und 22 gegeben, welcher für beide Modulatoren genau der gleiche ist. Diese Nachrichtenbefehle können D binäre oder digitale Form aufweisen, und die Ausgangssignale können vom Typ der getasteten Frequenzverschiebung sein. Anders ausgedrückt, stellt eine »EINS« eine bestimmte Frequenz dar, während eine »NULL«

Decodierer 92 Hetert signale au tm^,. .-..._o ihren Ausdruck in einer benachbarten aber unterschiedempfängt ebenfalls Signale von diesem. Der Decodierer 55 liehen Frequenz findet. In einer erfindungsgemäßen

' . r cirmaip an eine Binär-Steuerschnittstel- Ausgestaltung differierer, die Grundfrequenzen der

beiden Modulatoren um ungefähr 1 kHz, während die EINS- und NULL-Frequenzen der einzelnen Modulatoren um weniger als etwa 100 Hz differieren.

Unter idealen Bedingungen werden die vom Signalumformer 20 übertragenen Signale an jedem der Signalumformer 60 und 72 empfangen und beide empfangen jeweils beide Frequenzen, jedes der Signale gelangt über die zugehörigen Vorverstärker 64 und 76 und die Frequenzumsetzer 62 und 78 an die verschiedenen Detektoren 68, 70, 80 und 82. Wurde aber der Bereitschaftston von keinem der Signalumformer 60 106 und 108, und 72 empfangen, so bringen die Bereitschaftstonde-

_in F g g _aUe

mm _auch an eine

m e _Schn,_Uslellen

tcktoren 66 und 84 kein Signal an das Spannungs-Steuersystem 86 zur Versorgung der übrigen Schaltung. Somit wird auch das nachfolgende Nachrichtensignal nicht verarbeitet. Es sei jedoch angenommen, daß das Bereitschaftstonsignal vor. zumindest einem der beiden Detektoren 66 und 84 empfangen wurde, so daß die verbleibende Schaltung an Spannung gelegt worden ist. Unter diesen Voraussetzungen nimmt der Diversity-Kombinierer 90 entweder das beste der empfangenen Signale an oder benutzt eine andere Auswahlmethode zur Bestimmung, welches Signal am besten zur Weiterleitung an den Decodierer 92 geeignet ist.

Wie weiter oben bereits erwähnt, können Mchrfachweg- und Umgebungseinflüsse unter Wasser nicht sorgfältig vorausbestimmt werden. Während ein auf einer Frequenz übertragenes Signal an beiden Umformern 60 und 72 vollständig blockiert werden kann, kann eine andere Frequenz durchaus einen oder beide der Umformer erreichen. Ferner kann auch, wenn zwischen dem Geber und jedem der Umformer nur Wasser als Medium sich befindet, die Umgebungsbeeinflussung derart sein, daß nur einer der Umformer ein Signal empfängt. Auch andere Hindernisse, wie beispielsweise Fischschwärme und dergleichen, können den Empfang eines Signals an einem Umformer behindern. Somit gibt es, während in den meisten Fällen alle vier Signale empfangen werden, durchaus Beispiele, wo nur ein Signal empfangen werden kann. Wird nur ein einzelnes Signal empfangen, so besteht für den Diversity-Kombinierer 90 keine Schwierigkeit bei der Auswahl des besten Signals. Es gibt jedoch Fälle, in denen ein empfangenes Signal nur schwach vorhanden ist, so daß der Divcrsity-Kombinierer die verschiedenen Signale prüfen muß, um das bcstgecignetc Signal auszuwählen.

Es sei vermerkt, daß die Blockierung von Signalen ebenso durch gegenseitige Aufhebung infolge verschiedener Wege und verschiedener Richtungen des Signals zustande kommen kann. Dies kann über einen bestimmten Zeitraum hinweg zum Ein- und Ausblenden des Signals führen (fading). Zur Erzielung einer bestmöglichen Wirkung des Systems werden die Umformer bzw. Antennen 60 und 72 räumlich um einige Wellenlängen der Betriebsfrequenz getrennt angeordnet.

Zusätzlich zur Diversity weist das übertragene Befehlssignal Redundanz auf. Wie eingangs erwähnt, wird zunächst ein Bereitschaftston benutzt, welcher für die einzelne Signalquclle typisch ist. Das codierte Signal enthält sodann eine Codezahl, die ebenfalls für die einzelne Signalquelle typisch ist. Dann wird ein Funktionswort geliefert, welches die zu steuernde Funktion kennzeichnet. In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung waren zur Überprüfung von 16 Funktionen nur 4 Bits notwendig, jedoch wurden 3 weitere Bits zur Aufdeckung von Fehlern benutzt. Die befohlene Steuerung ist um besondere Fchlcr-Prüfbits erweitert. Diese Benutzung von besonderen Bits zur Erzielung größerer Zuverlässigkeit ist als Fehlerkorrektur nach dem »llamming-Verfahien« bekannt. F.ine Beschreibung dieses Verfahrens ergibt sich aus dem Buch von W. Wesley Peterson. Seiten 7 und 8, mit der Bezeichnung »Fehler-Korrektur-Kodes«, erschienen 1962.

Das codierte Befehlssi^nal wird somit im Decodierer 92 entschlüsselt und über die Schnittstelle % oder 98 in die geeignete Funktion umgewandelt. Die Schnittstelle

ίο % wird zur Anpassung an binäre Befehle, wie etwa Schaltbefehle benutzt, während die Schnittstelle 98 zur Anpassung an veränderliche Steuerfunktionen dient. Der Decodierer 92 liefert ein Ausgangssignal an den Taktgeber 94, was die Abfragefunktion auslöst, nach-

'5 dem der dieser Funktion zugeordnete Befehl geliefert wurde. Das abgefragte Signal wird dann an die beiden Modulatoren 106 und 108 gegeben. Dieses Signal wird in Form von zwei verschiedenen Frequenzsignalen an jeden der Modulatoren gebracht, wobei der Frequenzabstand die abgefragte Funktion kennzeichnet. Dieser zeitliche Abstand kann im Fall einer binären Funktion fest sein oder im Fall einer Inkrementalfunktion veränderlich sein. Dam werden die Signale über die Umformer 60 und 72 an die Kommandostation zurückübertragen.

In ähnlicher Weise wie für den Empfang von Signalen in der entfernt angeordneten Unterstation anhand von Fig. 2 beschrieben, empfängt die Kommandostation gemäß Fig. 1 die rücklaufenden Signale an den räumlich getrennt angeordneten Umformern 30 und 42 und gibt diese über die Frequenzdetektoren 68, 70, 80 und 82 auf den Diversty-Kombinicrer 90, welcher die rücklaufenden Signale zwecks Darstellung der erhaltenen Information auf der Steuer- und Anzeigetafel 10 kombiniert. Wird nach Ablauf einer bestimmten Zeilspanne kein rücklaufendcs Signal empfangen, so wird in der Anzeigetafel 10 ein Fehler angezeigt, so daß eine Bedicnungspersor feststellen kann, daß entweder die entfernt angeordnete Unterstalion das Signal nicht empfing oder lediglich das rücklaufende Signal verlorenging. Auf diese Weise kann eine Überprüfung dahingehend vorgenommen werden, wo ein Defekt vorliegt.
Zusammenfassend betrachtet, benutzt die vorliegende Erfindung beim Sender Frequcnzdivcrsity und beim Empfänger Raumdiversity, so daß für die Steuerfunktionen und die Antwort bilde Vorteile kombiniert werden. Zusätzlich wird in jedem Arbeitsschritt ein besonders codiertes Signal für eine Fchlcrauffindung benutzt

Diese Fchlcrauffindung wird sowohl durch die Benutzung eines speziellen Tones für jede der entfcrni angeordneten Stationen als auch eines jeder Statior speziell zugeordneten Codes bewirkt. Ferner wcrdei besondere Bits in jedem Wort eingeschaltet, so cluß dii

Hamming-Distanz groß genug ist, um alle möglicher Empfangsfchler im wesentlichen zu unterdrücken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

3 1904 055 Patentansprüche:

1. System zur Fernsteuerung mindestens einer entfernt liegenden Unterstation von einer Kommandostation aus und zur Rückmeldung von Zustands-Signalen von der Unterstation zur Kommandostation mittels codierter Impulstelegramme, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungssignale unter Wasser ausgesandte und empfangene Schall- oder Ultraschallsignale verwendet sind, daß die Kommandostation (Fig. 1) und jede Unterstation (Fig.2) empfangsseitig jeweils mindestens zwei Schall- bzw. Ultraschall-Signalumformer (30, 42; 60, 72) aufweisen, die einen räumlichen Abstand voneinander haben, und daß die Übertragung der Impulstelegramme mit mindestens zwei voneinander abweichenden Frequenzen erfolgt.

2. Fernsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung der Unterstation (F i g. 2) normalerweise im Sparbetrieb mit einem geringen elektrischen Leistungsbedarf verharrt und daß sich die Stromversorgung mit ihrer vollen Leistung erst beim Empfang eines Bereitschaftssignals, das mit einer von den übrigen Frequenzen abweichenden Frequenz übertragbar ist, selbsttätig einschaltet.

3. Fernsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommandostation nach dem Aussenden des Bereitschaftssignals das als Impulstelegramm codierte Nachrichtensignal mit unterschiedlichen Grundfrequenzen aussendet.

4. Fernsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch jeweils einen Diversity-Kombinierer (40; 90) in der Kommandostation (Fig. 1) und den jeweiligen Unterstationen(Fig. 2).

5. Fernsteuerungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Unterstation ein gesondertes Bereitschaftssignal zugeordnet ist.

6. Fernsteuerungssystem nach einem der Ansprüehe 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Bereitschaftstongenerator (18), einen ersten Frequenzmodulator (20) und einen zweiten Frequenzmodulator (22) als Sendeeinrichtung der Kommandostation (Fig. 1):

zwei Signalumformer (60,72), zwei Bereitschaftstondetektoren (66, 84) zur Auslösung der Spannungsversorgung, vier Frequenzdetektoren (68, 70,80,82), einen Diversity-Komlbinierer (90), einen Befehlsdecodierer (92) und mehrere Steuereinrichtungen (96, 98) als Empfangseinrichtung der Unterstation (Fig.2);

Statussensoren (100,102), einen Statuscodierer (104) und zwei Frequenzmodulatoren (106, 108) als Sendeeinrichtung der Unterstation (F i g. 2) und

zwei Signalumformer (30,42), vier Frequenzdetektoren (36,38,48,50), einen Diversity-Kombinierer (40), einen Antwortdecodierer(16)und eine Anzeigetafel (10) ills Empfangseinrichtung der Kommandostation (Fig. 1).

7. Fernsteuerungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden Signalumformern (30, 42; 60, 72) der Kommandostation (Fig. 1) und den Unterstationen (Fig.2) jeweils einem ein Sende/Empfangsschalter (28; 74) vorge- <>s schaltet ist, um ihn wahlweise als Sende- oder Empfangsumformer zu betreiben.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Fernsteuerung nach dem Gattungsbegriff des ^A"ln^Pden^hBBC-Nachrichten, 1961, Heft 1, Seiten 3 bis 9, ist ein derartiges Fernsteuerungssystem beschrieben, bei dem an eine Kommandostation mehrere entfernt aneeordnete Unterstationen über eine Leitung bzw. drahtlos angeschlossen sind. Informationen werden hierbei in Form codierter Impulsdiagramme von der Kommandostation zu den Unterstationen und zur Rückmeldung von Zustandssignalen von der jeweiligen Unterstation zur Kommandostation übertragen. Für Unterwasser-Fernsteuerungssysteme, bei welchen die übertragenen Signale durch Schall- bzw. Ultraschallsienale repräsentiert werden und das Ubertragungsmediuni aus Wasser besteht, führt die Anwendung der Prinzipien des bekannten elektronischen Fernsteuerungssystems zu keinen befriedigenden Ergebnissen, da durch Reflexionen der Schallwellen hervorgerufene Interferenzen in vielen Fällen em Erkennen der ausgesendeten Nachricht verhindern.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fernsteuerungssystem der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei einer Unterwasser-Schallübertragung eine sichere Informationsübertragung gewährleistet ist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Gemäß der Erfindung werden demnach zum Empfang in der Kommandostation und in jeder Unterstation jeweils mindestens zwei Schall- bzw. Ultraschall-Signalumformer vorgesehen, die einen räumlichen Abstand voneinander aufweisen, und es wird die Übertragung der Impulstelegramme mit mindestens zwei voneinander abweichenden Frequenzen vorgenommen. Um die Arbeitsbereitschaft der Unterstationen möglichst lange aufrechtzuerhalten, ist ferner vorgesehen, von der Kommandostation zu den Unterstationen jeweils ein Bs-reitschaftssignal zu übertragen, das eine von den übrigen Frequenzen abweichende Frequenz aufweist, einer bestimmten Unterstation zugeordnet ist und diese aktiviert, bevor das eigentliche Nachrichten-Impulstelegramm übertragen wird.

Der Raum- und Frequenz-Diversityempfang ist an sich bekannt und wird benutzt, um gestörte hochfrequente elektromagnetische Wellen besser zu empfangen. Ein solches Diversity-System ist beispielsweise in der US-PS 30 29 338 beschrieben.

Ferner ist es aus der US-PS 31 38 778 bekannt, eine bestimmte Einrichtung durch ein geeignet codiertes akustisches Signal zu aktivieren. Für die im Anspruch beanspruchte Maßnahme wird daher nur Schutz im Zusammenhang mit einem Fernsteuerungssystem nach Anspruch 1 beansprucht.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems sei im folgenden unter Bezugnahme auf die Fi guren der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 ^p\n Blockschaltbild einer Kommandostation