DE19600791B4

DE19600791B4 - Vorrichtung zur Gewinnung einer Richtungsinformation in Fernsteueranlagen

Info

Publication number: DE19600791B4
Application number: DE19600791A
Authority: DE
Inventors: Thomas Burchard; Wolfgang Bredow
Original assignee: NBB Nachrichtentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: NBB Nachrichtentechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1996-01-11
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2016-01-12
Also published as: WO1997025627A3; EP0873523B1; AU721008B2; WO1997025627A2; DE19600791A1; AU1921697A; EP0873523A2; DE59603740D1

Abstract

Vorrichtung zur Gewinnung einer Richtungsinformation aus dem Signal eines Fernsteuersenders im Empfänger, mit zwei Empfangsantennen, deren jeweiliges Empfangssignal wechselweise von einem nachgeschalteten Umschalter an eine Auswerteschaltung gegeben wird, die aus der Phasendifferenz der beiden Empfangssignale die Richtungsinformation ableitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger mit den Empfangsantennen (22A, 22B) auf einem fernsteuerbaren Arbeitsgerät (20) montiert ist, das relativ zum Fernsteuersender (10) innerhalb seines Arbeitsbereichs auf einer vorgegebenen Bahn verfahrbar ist, wobei die Phasendifferenz (Δφ) der beiden Empfangssignale (S1, S2) ein Maß für den Abstand des Arbeitsgeräts (20) zum Fernsteuersender (10) ist, und daß die Auswerteschaltung ein zur Steuerung des Arbeitsgeräts (20) geeignetes Steuersignal erzeugt, wenn die aktuelle Phasendifferenz einen einem vorgegebenen Abstand entsprechenden Wert über- oder unterschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der Veröffentlichung "Double-Ducky Direction Finder" in US-ZQST, Juli 1981, S. 11–14, bekannt. Die dort beschriebene Vorrichtung hat den Zweck, die Richtung, aus der ein zu erkennendes Signal kommt, zu bestimmen. Das von den beiden Antennen abwechselnd aufgenommene Signal wird aufgrund seiner Phasenunterschiede dann so verarbeitet und umgesetzt, daß ein. akustisches Signal abgegeben wird, dessen Lautstärke ein Maß für die Lage der Verbindungsachse der beiden Antennen einerseits und der Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt dieser Verbindungsachse und dem Sender ist; zeigt der 'Direction Finder' zum Sender, d.h. stehen Verbindungsachse der Antennen und Verbindungslinie zum Sender senkrecht aufeinander, verschwindet der Ton; damit ist der Zweck dieser vorbekannten Vorrichtung erfüllt.

Funkfernsteuergeräte werden im Bereich der Industriefernsteuerungen zunehmend eingesetzt, sie dienen z.B. zur Fernsteuerung von Arbeitsgeräten wie Kranen oder sonstigen Bau- oder Transportgeräten, die mit einem geeigneten Empfänger ausgerüstet sind (hierzu z.B. DE 42 04 658 A1 ). Hierbei ist es ebenfalls bekannt, dem Empfänger zwei Empfangsantennen zuzuordnen, um im Falle einer Übertragungsstörung auf der Funkstrecke durch Wechsel der Antenne einen störungsfreien Empfang der Fernsteuerdaten wieder herzustellen ( DE 44 37 490 A1 ).

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einem anderen Problem:
In Arbeitsbereichen, wie beispielsweise Baustellen, kann es zu Überschneidungen der Wirkungsbereiche mehrerer Funkfernsteuerungen kommen. Da sich in der Regel auch Arbeitskräfte im unmittelbaren Arbeits- und Wirkungsbereich der funkferngesteuerten Geräte selbst aufhalten, wird zunehmend von amtlichen Institutionen, die sich mit Problemen der Arbeitssicherheit bei Anwendung von industriellen Funkfernsteuerungen beschäftigen, gefordert, daß sich die Reichweite des Funksteuersenders auf einen festgelegten Arbeitsbereich möglichst genau begrenzen läßt. Es gibt bereits Normungsvorschläge, wonach z.B. die Steuerung eines Brückenkrans nur in einem Bereich von ca. 10m Radius um die gedachte Verlängerung des Hubseiles auf dem Erdboden möglich sein soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäße Vorrichtung so weiterzubilden, daß eine wirksame und technisch einfach zu realisierende Lösung dieses Problems der Einhaltung eines festgelegten Arbeitsbereichs geschaffen wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht demnach darin, die einfallswinkelabhängige Messung der Phasenverschiebung der am Ort des Empfängers des fernzusteuernden Gerätes einfallenden HF-Strahlung des zugehörigen Funkfernsteuersenders auszunutzen, um hieraus ein sicherungs-relevantes Signal abzuleiten, mit dem eine Begrenzung des Ansprechbereichs des Arbeitsgerätes erreicht werden kann.

Eine schaltungstechnisch einfache Realisierung besteht in der Verkettung handelsüblicher Bauteile wie z.B. eines HF-Empfängers mit FM-Demodulator, so daß die entstehenden Zusatzkosten sich in engem Rahmen halten.

Ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung und ein Ausführungsbeispiel der hierzu verwendeten Schaltung werden nun anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbereichs der erfindungsgemäßen Lösung und der erfindungswesentlichen Parameter,
2 ein Blockschaltbild mit schematischer Andeutung der Signalverläufe zur Erzeugung eines einfallswinkelabhängigen Schaltsignals.
1 zeigt einen am Boden dargestellten Sender 10, über dem in der Höhe H ein Brückenkran 20 auf Schienen 21 horizontal bewegbar ist. Zweck der erfindungsgemäßen Lösung soll es sein, ein Schaltsignal zu erzeugen, das beispielsweise die Bewegung des Brückenkrans 20 stoppt, wenn die Verbindungslinie zwischen zwei Bezugspunkten S und F zwischen Sender 10 und Brückenkran 20 einen Winkel α_max erreicht, gemessen gegenüber der normalen N-N, bei der sich die beiden Bezugspunkte S und F senkrecht übereinander befinden. Abhängig von der Höhe H läßt sich über den Maximalwinkel α_max dann auch der maximale Abstand A_max der Projektion des Bezugspunktes F auf den Boden und damit beispielsweise die Verlängerung eines Hubseiles auf dem Erdboden definieren.
Zur Umsetzung dieses Ziels sind am Brückenkran 20 (schematisch dargestellt) an einem Ausleger 22 zwei übereinander angeordnete Empfangsantennen 22A, 22B gehalten, deren Abstand D vorzugsweise der halben Wellenlänge (λ/2) der verwendeten HF-Strahlung des Senders 10 entspricht (bei einer Fernsteuerfrequenz von 433 MHz beträgt D dann 346,4 mm).
Befindet sich der Brückenkran 20 in seiner Normalposition (Bezugspunkt F in der normalen N-N), so beträgt die Phasenverschiebung zwischen den an den beiden Antennen 22A, 22B eintreffenden HF-Signal-Zügen folglich 180° (die Phasenverschiebung Δφ beträgt für Winkel ungleich Null bei der Näherung H ≫ D):
mit λ = Wellenlänge der HF-Signale des Senders 10.
Die gewünschte Diskriminierung zwischen "erlaubten" Winkeln α und "unerlaubten" Winkeln α (bei Überschreiten von α_max) wird also möglich durch eine entsprechende Diskriminierung der auftretenden Phasenunterschiede der HF-Strahlung an den beiden Antennen 22A, 22B.
Es soll noch angemerkt werden, daß die beiden Antennen 22A, 22B dabei nicht notwendigerweise die in der 1 beispielhaft dargestellte horizontale Orientierung aufweisen müssen und auch nicht notwendigerweise vertikal übereinander angeordnet sein müssen, solange nur sichergestellt ist, daß ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Winkel α einerseits und dem entstehenden Phasenunterschied Δφ andererseits sich einstellt.
Die in 1 dargestellte Anordnung kann auch übertragen werden in die Horizontale, wo dann beispielsweise ein auf Schienen laufender konventioneller Kran gesteuert wird.
2 zeigt ein Beispiel, wie die beiden phasenversetzten Hochfrequenzsignale an den beiden Antennen 22A, 22B so weiterverarbeitet werden können, daß ein phasenverschiebungsabhängiges Steuersignal entsteht, das dann in der Steuereinrichtung des Brückenkrans 20 einen gewünschten Schaltvorgang auslöst, beispielsweise Stoppen des Antriebsmotors, Schaltung eines Alarmsignals oder ähnliches:
Die beiden Hochfrequenzsignale S1 der Antenne 22A und S2 der Antenne 22B gelangen an einen Umschalter 23, der mit einer vorgegebenen Umschaltfrequenz f_u arbeitet, die beispielsweise im Bereich einiger hundert Hertz liegt. Zum Umschaltzeitpunkt t_u ergibt sich dann die in Skizze A schematisch dargestellte Signalform, bei der die Wellenzüge der beiden Hochfrequenzsignale S1, S2 abwechselnd aneinandergereiht werden. Aus der in der Skizze A dargestellten Phasenverschiebung zwischen den beiden Hochfrequenzsignalen läßt sich entnehmen, daß die Position des Brückenkrans 20 nicht seiner Normalposition senkrecht über dem Sender entspricht.
Diese im Ausgangssignal des Umschalters enthaltene Phasenmodulation entspricht einer Frequenzmodulation (m = C·dφ/dt mit m = Frequenzhub und φ = Phasenhub), so daß dieses Signal dann einem normalen HF-Empfänger mit FM-Demodulator 24 zur weiteren Auswertung zugeführt werden kann. An dessen Ausgang steht dann ein Signal an, wie es in Skizze B dargestellt ist, nämlich ein niederfrequentes, impulsförmiges Signal mit einer Impulsfrequenz f_u und einem Pegel P, der der Phasenverschiebung Δφ proportional ist.
In einem nachgeschalteten Bandfilter mit der Mittenfrequenz f_u sowie einer Gleichrichter- und Tiefpaßanordnung 26 liegt somit am Plus-Eingang eines Komparators 28 ein weitgehend konstantes Signal an, dessen Pegel ein eindeutiges Maß für den Winkel α ist, sofern dieser innerhalb eines Bereichs 0 ≤ α ≤ α_max liegt, in dem die Phasenverschiebung Δφ kleiner als 180° ist. Bei dem dargestellten Beispiel (D = λ/2) liegt somit der Eindeutigkeitsbereich für α (mit cosα_max = D/2D) bei etwa 0 ≤ α ≤ 60°, wenn man vereinfachend annimmt, daß der Abstand 0 der beiden Antennen nur eine erste Näherung für die Ermittlung der Phasenverschiebung ist.
Über ein Potentiometer 27 am Minus-Eingang des Komparators 28 läßt sich ein Referenzwert eingeben entsprechend dem gewünschten Wert α_max, so daß bei Erreichen dieses Maximalwertes zum Zeitpunkt T der Komparator 28 umschaltet, wie dies schematisch in der Skizze C dargestellt ist. Damit ist dann ein eindeutiges Schaltsignal gewonnen, das einer Steuereinheit 29 zugeführt wird, in der dann die gewünsch ten Reaktionen veranlaßt werden, beispielsweise Blockierungen spezifischer Kranfunktionen. Es versteht sich von selbst, daß diese Reaktionen spezifisch für das jeweils ferngesteuerte Arbeitsgerät sind und hier im einzelnen nicht erläutert werden müssen.

Claims

Vorrichtung zur Gewinnung einer Richtungsinformation aus dem Signal eines Fernsteuersenders im Empfänger, mit zwei Empfangsantennen, deren jeweiliges Empfangssignal wechselweise von einem nachgeschalteten Umschalter an eine Auswerteschaltung gegeben wird, die aus der Phasendifferenz der beiden Empfangssignale die Richtungsinformation ableitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger mit den Empfangsantennen (22A, 22B) auf einem fernsteuerbaren Arbeitsgerät (20) montiert ist, das relativ zum Fernsteuersender (10) innerhalb seines Arbeitsbereichs auf einer vorgegebenen Bahn verfahrbar ist, wobei die Phasendifferenz (Δφ) der beiden Empfangssignale (S1, S2) ein Maß für den Abstand des Arbeitsgeräts (20) zum Fernsteuersender (10) ist, und daß die Auswerteschaltung ein zur Steuerung des Arbeitsgeräts (20) geeignetes Steuersignal erzeugt, wenn die aktuelle Phasendifferenz einen einem vorgegebenen Abstand entsprechenden Wert über- oder unterschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zur Gewinnung der Phasendifferenz-abhängigen Richtungsinformation ein Umschalter (23) zwischen den beiden Antennensignalen (S1, S2) mit einer Umschaltfrequenz (f_u) umschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß ein HF-Empfänger mit FM-Demodulator (24) aus dem resultierenden Signal eine Folge von Impulsen mit der Umschaltfrequenz (f_u) erzeugt, deren Pegel (P) proportional zur Phasendifferenz (Δφ) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Impulsen ein Signal gewonnen wird, dessen konstante Amplitude zum Pegel (P) der Impulse proportional ist, und daß dieses Signal in einem Komparator (28) mit einem Referenzsignal verglichen wird, dessen Wert die Ansprechgrenze zur Erzeugung des Steuersignals definiert.