DE19822412A1 - System zur Überwachung von Atemschutzgeräteträgern - Google Patents

Abstract

Zur Verminderung der Gefahren für Atemschutzgeräteträger werden Kenndaten mittels eines Senders am Atemschutzgerät laufend zu einer Überwachungseinheit übertragen, festgestellte Fehler bewirken Alarmmeldungen, die sowohl dem Atemschutzträger als auch einer Überwachungsperson visuell und/oder akustisch mitgeteilt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Überwachung von Atemschutzgeräteträgern.

Bei der Feuerwehr werden im Einsatz umluftunabhängige Atemschutzgeräte eingesetzt, sogenannte Preßluftatmer. Mittels dieser Geräte können die Feuerwehrmänner/frauen noch in total verqualmten Räumen Arbeiten durchführen. Die dazu notwendige Atemluft wird auf dem Rücken in einer oder zwei Stahl bzw. Verbundwerkstofflaschen mitgeführt. Der Betriebsdruck dieser Flaschen beträgt je nach Bauform 200 bzw. 300 bar bei einem Flascheninhalt von 4 bzw. 6 Liter Druckluft. Beispielsweise benutzt man einen PA94+ Preßluftatmer der Firma Dräger mit zwei 4 l, 200 bar Stahlflaschen. Hier beträgt der Luftvorrat 1600 l, das reicht für eine Einsatzdauer von ca. 20 Minuten bei mittelschwerer Arbeit. Im Normalfall wird die Einsatzzeit der ausschließlich als Trupp, d. h. zu zweit, vorgehenden Einsatzkräfte von einem Feuerwehrmann überwacht, der sich die Zeit des Einsatzbeginns notiert. Sollte nach einer gewissen Zeit keine Rückmeldung von einem Trupp erfolgen, so kann man eingreifen und Rettungsmaßnahmen einleiten. Dieses Verfahren birgt jedoch einige Risiken, und es ist auch schon mehrmals zu schweren Unfällen gekommen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein System zur Verfügung zu stellen, das diesen oben beschriebenen Kontroll- und Überwachungsprozeß vereinfacht und automatisiert.

Erfindungsgemäß besteht die Lösung dieser Aufgabe nach dem Anspruch 1 in einem System aus Mobilteil und Basisstation, die vitale Daten vom Einsatztrupp über eine Funkverbindung austauschen und abhängig hiervon Alarmmeldungen auslösen. Vorteilhaft ist hierbei, daß Rettungsmaßnahmen sehr viel früher eingeleitet werden können und daß weitgehend menschliche Fehler beseitigt sind, da die Daten laufend ausgetauscht werden.

Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Hierbei ist besonders sinnvoll, als vitale Daten den aktuelle Flaschendruck, die verstrichene Einsatzzeit und die Umgebungstemperatur zu ermitteln und zu übertragen. Weiterhin ist eine Notruffunktion zweckmäßig, die bei längerer Bewegungslosigkeit oder über einen Handgriff ausgelöst wird. So kann der Benutzer auch dann um Hilfe rufen, wenn es z. B. nicht mehr möglich ist, das Funksprechgerät zu benutzen. Durch eine visuelle und/oder akustische Anzeige wird es einer überwachenden Person ermöglicht, mit einem Blick den Status von bis zu zwei Trupps, d. h. vier Atemschutzträgern, zu überwachen. Besonders vorteilhaft ist eine automatische Sprachausgabe bestimmter Daten oder Hinweise, die regelmäßig erfolgt, z. B. ist die automatische regelmäßige Ansage des aktuellen Druckes an den Flaschenträger eine erhebliche Erleichterung, da er nicht mehr ständig das Manometer kontrollieren muß. Vorteilhaft ist auch, wenn die Basisstation als Handgerät ausgebildet ist, was einen noch flexibleren Einsatz ermöglicht.

Anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen wird die erfindungsgemäße Lösung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes System mit einer Basisstation und vier Mobilteilen,

Fig. 2 das Prinzip der Bi-Phase-M-Modulation,

Fig. 3 das Blockschaltbild eines Mobilteils,

Fig. 4 das Blockschaltbild einer Basisstation,

Fig. 5 den beispielhaften Schaltplan eines Mobilteils, und

Fig. 6 den beispielhaften Schaltplan einer Basisstation.

Das System nach Fig. 1 besteht aus zwei Grundkomponenten, einem oder mehrerer Mobilteile 21 und einer Basisstation 20. Die Mobilteile 21 sind bei den Preßluftatmern 22 angeordnet, nehmen dort die Meßgrößen (Flaschendruck, Temperatur, Notruf, Einsatzzeit) auf und übermittelt sie per Funk an die Basisstation 20. Der Flaschendruck wird zusätzlich für eine spätere Auswertung in einem nicht flüchtigen Speicher abgelegt. Diese Speicher können sowohl beim Mobilteil 21 als auch bei der Basisstation 20 gleichzeitig vorhanden sein. Möglich ist es auch, daß sie nur jeweils bei einem Teil vorhanden sind. Die Basisstation 20 wird von einer Person, die Überwachungs- und Steueraufgaben wahrnimmt und z. B. die Zeiten erfaßt, in der Hand getragen und empfängt die Datentelegramme der Mobilteile 21. Auf einer 4×20 Zeichen Flüssigkristallanzeige (LC-Display) kann diese Person jederzeit den Status der bis zu vier Mobilteile 21 ablesen. Die Mobilteile 21 dienen aber nicht nur als Sensoreinheit, sondern treten auch direkt mit dem Träger des Atemschutzgerätes in Verbindung. Normalerweise erfolgt die Kontrolle der in den Flaschen verbleibenden Restluftmenge anhand des Flaschendrucks über ein Manometer. Dieses Instrument ist bei einem handelsüblichen Preßluftatmer 22 beispielsweise am linken Tragegurt angebracht. Um es abzulesen, muß man es aus seiner Halterung lösen und den Blick nach links richten. Dies bedeutet immer eine Ablenkung von einigen Sekunden. Der Träger des Mobilteils 21 kann sich diese Verfahrensweise sparen, denn er bekommt den aktuellen Druck angesagt. Dies erfolgt durch einen Ohrhörer oder einen im Helm eingebauten Kopfhörer vollautomatisch und ohne den Eingriff des Trägers. Der Flaschendruck wird vom Mobilteil 21 ständig überwacht und sobald er um einen bestimmten Wert gefallen ist, erfolgt eine Ansage sowie eine Übertragung des Datentelegramms an die Basisstation 20. Eine weitere Zusatzfunktion ist die Möglichkeit, einfach und unkompliziert einen Notruf abzusetzen, wenn die Benutzung eines Funksprechgerätes nicht mehr möglich ist. Dies erfolgt durch einen am linken Tragegurt befestigten Handgriff, der im Notfall einfach abgezogen wird. Das Mobilteil 21 sendet daraufhin einen Notruf ab, der auf der Basistation 20 mit einem Alarmsignal signalisiert wird und ein sofortiges Eingreifen eines Rettungstrupps möglich macht.

Die Komponenten des Systems sollen nachfolgend im einzelnen beschrieben werden.

Mobilteil 21

In Fig. 3 ist der Aufbau der Mobilteile 21 an einem Ausführungsbeispiel als Blockschaltbild dargestellt. Es besteht aus folgenden Komponenten: Einer zentralen Steuerung 1, hier ein sogenannter Mikrocontroller mit eingebauter Echtzeituhr, Speicher und Schnittstellen. An diese zentrale Steuerung 1 sind ein Drucksensor 6, ein Temperatursensor 7 sowie ein Bewegungssensor 8 als Überwachungssensoren angeschlossen. Über eine digitale Sprachausgabe 3 können Ansagetexte als normale Sprache ausgegeben werden. Über eine UHF-Sendeeinheit 4 kann das Mobilteil 21 Daten mit der Basisstation 20 austauschen. Ein Spannungsquelle 19 versorgt das Mobilteil 21 mit der benötigten Spannung. Da der Drucksensor eine andere Spannung benötigt, wird er über einen Gleichspannungswandler 9 mit der benötigten Gleichspannung versorgt.

Das Mobilteil 21 wird am Preßluftatmer 22 befestigt und elektrisch mittels Anschlußkabeln mit den externen Komponenten (Sensoren, Signalgeber, Akkumulator) verbunden. Ein M12-Blindverschluß der Schnellfülleinrichtung des Preßluftatmers wird durch einen Gewindeadapter mit dem Drucksensor ersetzt. Eine Anschlußleitung wird über den linken Tragegurt bis auf Brusthöhe verlegt und dort mit der Notrufeinrichtung verbunden, während eine weitere Leitung zur Hörkapsel/Lautsprecher führt. Da bei einem Einsatz mit Preßluftatmern 22 meist Eile geboten ist, wurde besonderer Wert darauf gelegt die Bedienung so einfach wie möglich zu gestalten. Der Ablauf des ganzen Vorganges ist so weit automatisiert, daß keinerlei Bedienschritte durch den Träger nötig sind. Die Stromversorgung ist so konzipiert, daß die Akkumulatoren im Ruhezustand immer im vollen Zustand gehalten werden, die Schaltung selbst ist jedoch nicht aktiv. Wenn das Atemschutzgerät seiner Halterung entnommen wird, wird die Stromversorgung automatisch getrennt und das Gerät aktiviert. Es bleibt jetzt aber solange im Ruhezustand, bis die Flaschen aufgedreht werden. Erkennt die zentrale Steuerung des Mobilteils 21 nun, daß der Druck am Sensor auf über 180 bar bei 200 bar-Flaschen bzw. auf über 270 bar bei 300 bar- Flaschen steigt (mindestens vorgeschriebener Druck, der bei Einsatzbeginn vorhanden sein muß), meldet es akustisch über den Lautsprecher die Betriebsbereitschaft der Einheit : "Ihr Gerät ist einsatzbereit." Gleich danach sendet es ein Datentelegramm an das Basisteil 20, mit dem es sich als aktiv anmeldet. Es folgt die Ansage des aktuellen Druckes und eine weitere Übertragung der nun aktuellen Werte. Jetzt startet auch die Zeitzählung. Von nun an erfolgt alle 15 Sekunden eine Messung des Flaschendruckes. Um aber die Ansage nicht unnötig oft abzuspielen, erfolgt zuerst ein Vergleich mit dem zuletzt gemessenen Wert. Erst wenn der Druck um 10 bar oder mehr gefallen ist, erfolgt eine neue Ansage mit nachfolgender Übertragung. Ansonsten wird der Wert nur im EEPROM (im Mobilteil 21 oder auch in der Basisstation 20 oder in beiden Systemteilen gleichzeitig vorhanden) abgelegt, um später ggf. ausgewertet zu werden (siehe auch Beschreibung der seriellen Schnittstelle des Mobilteils 21). Die 256 Byte des nicht flüchtigen Speichers reichen für die Aufzeichnung der Werte bis zu einer Einsatzdauer von etwa einer Stunde. Sollte die Einsatzzeit mal diesen Wert überschreiten, was nicht zu erwarten ist, so werden die ältesten Werte gelöscht, so daß immer die Werte der letzten Stunde vorliegen (Rollspeicher). Aus Gründen des Speicherplatzes auf dem Sprach-IC erfolgt eine Ansage nicht auf den genauen Meßwert in bar, obwohl die Meßerfassung des Drucksensors dies gestattet, sondern es wird auf 5er oder 10er Werte abgerundet. Übertragen wird natürlich immer der exakte Meßwert, gerundet auf das volle Bar. Diese Prozedur wiederholt sich nun alle 15 Sekunden, bis der Flaschendruck unter 60 bar fällt oder die Notrufeinrichtung ausgelöst wird. Tritt der erste Fall ein, so erfolgt zusätzlich zu der Restzeit/Druckansage noch die Sprachwarnung:
"Sofortigen Rückzug antreten". In der Regel löst unterhalb dieser Schwelle aber auch schon die Rückzugswarnung des Preßluftatmers (eine Pfeife, die im Manometer untergebracht ist) aus, so daß die Warnung als zusätzliche Sicherheit verstanden werden kann. Löst der Träger durch Abziehen des Handgriffes die Notrufeinrichtung aus, so erfolgt zuerst eine akustische Bestätigung "Ihr Notruf wird abgesetzt". Es ist nicht mehr möglich, diesen Vorgang anzuhalten oder rückgängig zu machen, indem z. B. der Handgriff wieder eingesteckt wird. Daraufhin sendet die Steuerung des Mobilteils 21 ein doppeltes Datentelegramm mit dem Notruf an die Basisstation 20 ab und aktiviert einen akustischen Signalgeber, der das Auffinden des Trägers erleichtert. Danach wird der Meßzyklus fortgeführt, wie zuvor, d. h. in Abständen von 15 Sekunden wird der Druck geprüft und ggf. angesagt und übertragen. Eine nochmalige Betätigung des Notrufgriffes führt jetzt zu keiner weiteren Aussendung. Eine weitere Sicherheitseinrichtung ist die sog. "Totmannschaltung", die auf Bewegungslosigkeit reagiert. Diese kann sowohl zusätzlich oder auch alleine eingebaut sein. Sollte sich der Träger des Atemschutzgerätes eine definierte Zeit lang nicht bewegen, so wird er durch eine Ansage darauf hingewiesen, daß in Kürze ein Alarm ausgelöst wird. Dies kann er durch eine Bewegung quittieren, in diesem Fall beginnt die Zeitzählung von neuem. Erfolgt diese Bestätigung nicht, so wird der Hauptalarm ausgelöst. Dieser ist der gleiche wie bei Betätigung des Notruftasters (Übermittlung eines Datentelegramms und Auslösung der akustischen Ortung).

Solange der Flaschendruck über 10 bar liegt, wiederholt sich die Prozedur bis zur Erschöpfung der Stromversorgung. Im Normalfall wird bei Beendigung des Einsatzes jedoch der Hochdruckteil des Atemschutzgerätes entlüftet, so daß der Druck merklich unter 10 bar, typisch bei 1 bar, liegt. In diesem Fall erkennt der Steuerrechner, daß der Einsatz beendet ist und sendet eine Abmeldenachricht an die Basisstation 20. Er begibt sich nun wieder in den Ruhezustand und überwacht den anliegenden Druck, bis dieser wieder die oben angegebenen Werte übersteigt. Dann beginnt der ganze Zyklus von neuem. Wird das Atemschutzgerät wieder in seiner Fahrzeughalterung abgelegt, erfolgt eine automatische Abschaltung und Ladung der Akkumulatoren.

Die schwierigste Aufgabe des Mobilteils 21 ist es, die gesammelten Daten ohne Störungen an die Basisstation 20 zu übermitteln. Um jedoch Daten über eine Funkstrecke zu übertragen, müssen sie zuerst moduliert werden, denn es ist nicht möglich ein gleichspannungsbehaftetes NRZ (Non Return to Zero) Signal, wie z. B. einen binären Datenstrom, ohne weitere Kodierung zu übermitteln. Der Empfänger muß erstens den Takt wieder regenerieren und zweitens die Signalpegel (High und Low) eindeutig unterscheiden können. Es gibt eine Reihe von Modulationsverfahren, die man bei einer FM- (Frequenzmodulierten) Übertragung einsetzen kann. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde ein frequenzverdoppeltes Bi-Phase-M Format ausgewählt. Hier erfolgt am Anfang jeder Bitzelle ein gleichphasiger Zustandswechsel, so daß der Empfangstakt eindeutig aus dem Signal zurückgewonnen werden kann. Das Prinzip ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Diese Codierung erfolgt bereits im Controller, es sind keine weiteren Schaltungsteile beim Sender (Mobilteil) erforderlich.

Nachfolgend wird detailliert beschrieben, wie ein derartiges Mobilteil realisiert werden kann. Das Mobilteil 21 dient zur Aufnahme und Übermittlung der Sensordaten sowie zur Sprachausgabe des Druckes, der Restzeit und der Rückzugswarnung. Er kann in sechs Funktionsblöcke aufgeteilt werden: Zentrale Steuerung mit Schnittstelle, Spannungsversorgung, Sensor für Flaschendruck, Sensor für Temperatur, Sprachausgabeeinheit und UHF Sendemodul.

1. Zentrale Steuerung mit Schnittstelle

Die Steuerung der Mobilteile 21 erfolgt durch einen 80C535 Mikrocontroller in Kompaktbauform. Diese Ausführung ist schaltungstechnisch nahezu identisch mit der größeren Ausführung, die in der Basisstation 20 eingesetzt wurde. Sie ist sogar leistungsfähiger und belegt dabei weniger als die Hälfte der Fläche. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, daß das Entwicklungssystem um den µBASIC-Compiler für beide Schaltungen eingesetzt werden kann. Der Controller stellt drei 8-Bit I/O-Ports sowie acht 12-Bit A/D-Wandler zur Verfügung. Eine eingebaute Echtzeituhr sorgt für richtige Zeitangaben, während ein 256-Byte EEPROM Meßdaten stromausfallsicher speichert. Nach außen steht eine Schnittstelle nach RS-232 zur Verfügung, über die gespeicherte Daten in einen PC oder Laptop zur graphischen Darstellung übertragen werden können. Der Steuercomputer des Moduls erkennt dabei automatisch, ob ein Schnittstellenkabel angeschlossen wurde und schaltet sich dann in den Diagnosemodus. Von einem PC mit der entsprechenden Software kann nun der gespeicherte Datenbestand abgerufen und der Speicher zur erneuten Verwendung gelöscht werden. Sämtliche nachfolgenden Schaltungsteile werden von dieser zentralen Steuerung kontrolliert.

2. Spannungsversorgung

Die Schaltung wird aus sechs NiCd Zellen mit einer Gesamtspannung von 7,2 V versorgt. Diese Spannung wird von einem Spannungswandler auf 5 V umgeformt, um dann der zentralen Steuerung als Versorgungsspannung zu dienen. Gleichzeitig speist sie einen Gleichspannungswandler vom Typ LT1301, der bei Bedarf eine Spannung von 12 V erzeugt, um den Luftdrucksensor zu betreiben. Dieser DC/DC-Wandler arbeitet nach dem Prinzip einer Ladungspumpe, indem er einen Kondensator mittels einer Spule schrittweise bis zur gewünschten Spannung auflädt. Er erreicht bei dem benötigten Ausgangsstrom von 30 mA eine Effizienz von etwa 87%. Der vollständig geladene Akkumulatorpack reicht für eine Betriebsdauer von mindestens 10 Stunden aus. Er wird während der Bereitschaft ständig auf voller Ladung gehalten. Eine Ladung bei vollständig entleertem Akkumulator benötigt etwa eine halbe Stunde.

3. Drucksensor

Der Sensor, der den aktuellen Flaschendruck erfaßt, muß Drücke bis mindestens 300 bar aushalten, da sowohl Preßluftflaschen mit 200 wie auch mit 300 bar verwendet werden. Es wurde hier ein schraubbarer Sensor für Drücke bis 400 bar benutzt, wobei der Berstdruck bei über 2400 bar liegt. Die Verbindung mit dem Atemschutzgerät erfolgt über die Schnellfülleinrichtung des PA94+ Preßluftatmers, die direkt zu den Flaschen führt (Hochdruckteil). Da hier aber nur ein metrisches Gewinde M12 vorhanden ist, während der Drucksensor mit einem 1/4'' BSP Rohrgewinde ausgestattet ist, muß ein Adapterstück vorgesehen werden. Zur Herstellung dieses Adapterstückes wurde korrosionsbeständiger hochfester V4A Stahl des Typs X6 CrNiMoTi 17 12 2 (1.4571) verwendet. Der Sensor arbeitet mit einer Betriebsspannung von 10-30 V, deshalb ist die Spannungswandlung (s. o.) nötig. Er liefert eine dem anliegenden Druck proportionale Gleichspannung im Bereich von 1-6 Volt. Diese wird direkt einem A/D-Wandler des Mikrocontrollers zugeführt und dort weiter verarbeitet.

4. Temperatursensor

Die Umgebungstemperatur wird von einem Sensor des Typs KTY10 erfaßt, der seinen Widerstand linear zur herrschenden Temperatur ändert. Über einen Spannungsteiler liegt dieser Sensor ebenfalls direkt an einem A/D-Wandler.

5. Sprachausgabe

Während des Einsatzes wird regelmäßig der aktuelle Druck und die voraussichtlich verbleibende Restzeit angesagt. Ebenso wird akustisch vor einem zu Neige gehenden Akkumulator gewarnt und das Absetzen eines Notrufes verbal bestätigt. Alle diese Funktionen werden von einem IC des Typs ISD 2560 ausgeführt, der 60 Sekunden Sprache bei 8 kHz Samplingfrequenz (das entspricht ISDN-Telefonqualität) analog speichern kann. Im Gegensatz zu den sonst üblichen digitalen Speichermethoden, bei denen die Toninformation vorher digitalisiert und in einem RAM-Speicher abgelegt werden, nutzt dieser IC eine relativ neue Analog-Speichermethode. Dabei werden die Momentanwerte direkt analog als Ladung in einer Speicherzelle abgelegt, ohne den Umweg über einen Wandler zu gehen. Das bringt gegenüber der herkömmlichen Methode mehrere entscheidende Vorteile: die Sprachqualität ist bei erheblich geringerem Speicherbedarf merklich besser und zum Datenerhalt wird keine Spannung benötigt. Die 60 Sekunden des Sprachspeichers lassen sich in 100 ms Intervallen direkt ansprechen, es ist also ohne weiteres möglich, Sprachmeldungen aus zusammengesetzten Silben zu generieren. Dies ermöglicht, einzelne Zahlen und Textbausteine auf den IC aufzusprechen, die dann vom Mikrocontroller in der benötigten Reihenfolge abgerufen werden. So lautet eine typische Ansage etwa "Restzeit 25 Minuten. Flaschendruck 180 bar." Eine zu niedrige Akkumulatorspannung wird mit "Achtung! Batteriestand niedrig!" gemeldet. Den einsatzbereiten Zustand meldet das System mit "Ihr Gerät ist Einsatzbereit." und das Absetzen eines Notrufes wird mit "Ihr Notruf wird abgesetzt." quittiert. Als Lautsprecher dient ein kleiner Ohrhörer oder ein im Helm eingebauter Kopfhörer.

6. UHF Sendeeinheit

Um die Daten nun vom Mobilteil 21 zum Basisteil 20 zu übertragen, ist eine drahtlose Übertragungsmethode z. B. eine Funkübertragung zweckmäßig, denn alle anderen Möglichkeiten (z. B. drahtgebundene Verbindung) scheiden wegen der fehlenden Sichtverbindung und der mangelnden Reichweite aus. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde bei der Frequenzwahl der sogenannte LPD Bereich im 70 cm Band gewählt, in dem auch die im Ausführungsbeispiel verwendete Frequenz von 433,925 MHz liegt. Für diesen Frequenzbereich gibt es auf dem Markt zahlreiche Sende- und Empfangsmodule, die eine Allgemeingenehmigung besitzen und daher nicht vom Betreiber zugelassen werden müssen. Die Sendeleistung ist auf 10 mW begrenzt, was für die im Ausführungsbeispiel vorgesehenen Zwecke jedoch ausreichend ist. Für einen professionellen Einsatz müßte ggf. das Frequenzband gewechselt und die Sendeleistung deutlich erhöht werden, damit eine Übertragung auch aus größeren Gebäuden sichergestellt ist. Das Sendemodul ist in Miniaturausführung gefertigt und befindet sich an der Außenseite des abgeschirmten Mobilteils 21, um HF-Beeinflussungen der Schaltung zu vermeiden. Der Modulationseingang des Senders ist direkt mit einem Ausgang des Mikrocontrollers verbunden, der das Datentelegramm erzeugt. Die Lambda/4 Wurfantenne, die bei dieser Frequenz eine Länge von etwa 17 cm hat, ist in einem Kunststoffröhrchen an der Außenseite verlegt. Um den Stromverbrauch der Schaltung so gering wie möglich zu halten, wird der Sender nur bei Bedarf aktiviert. In Fig. 5 ist ein beispielhaftes Schaltbild dargestellt, nach dem ein Mobilteil 21 aufzubauen ist. Der Bewegungssensor 8 ist in diesem Beispiel nicht eingezeichnet, er läßt sich allerdings ebenso wie beispielsweise der Drucksensor 6 (im Schaltbild an JP6) an den Mikrocontroller Mini80C535 anschließen. Im Schaltbild sind die Sensoren und die Sendeeinheit der Einfachheit halber nicht enthalten.

Basisstation

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Basisstation 20 als Blockschaltbild dargestellt. Eine zentrale Steuerung 1' steuert die ganze Basisstation 20. Über eine Tastatur 12 lassen sich vom Bediener Steuerbefehle eingeben. An einer Flüssigkristallanzeige 15 werden Meldungen des Systems ausgegeben. Über einen UHF-Empfänger 10 und einen Decoder 11 empfängt die zentrale Steuerung 1' Daten vom Mobilteil 21. Leuchtdioden 14 dienen zur visuellen Anzeige des Betriebszustandes. Ein Summer 13 dient zur akustischen Ausgabe von Warnmeldungen.

Die Basisstation 20 sammelt die ankommenden Informationen der Mobilteile 21 und stellt sie auf einem 4×20 Zeichen LC-Display dar. Um auch bei Dunkelheit oder unzureichender Beleuchtung die Lesbarkeit der Informationen zu gewährleisten, ist die Anzeige mit einer Hintergrundbeleuchtung ausgestattet. Diese arbeitet automatisch und wird je nach Umgebungshelligkeit ein- oder ausgeschaltet. Zusätzlich ist es möglich, die Beleuchtung über einen Tastendruck generell abzuschalten. Zur Steuerung der Basisstation wird ein 3×4 Felder großes Tastenfeld benutzt, welches aus einer selbstklebenden Folientastatur besteht. Diese ist spritzwassergeschützt und einfacher zu reinigen, als gewöhnliche mechanische Taster. Sieben Leuchtdioden dienen der zusätzlichen visuellen Anzeige der Betriebszustände. Zum einen sind dies vier rote Leuchtanzeigen, von denen jede einem der Mobilteile 21 zugeordnet ist. Sie zeigen einen ausgelösten Notruf an. Eine weitere rote Leuchtdiode (LED) signalisiert eine niedrige Batteriespannung in der Basisstation 20. Die beiden restlichen, grünen LEDs dienen zur Anzeige der Stärke des empfangenen UHF-Funk­ signals und der gültigen Empfangsdaten. Auch hier wurde auf eine einfache Bedienung Wert gelegt. Für eine Inbetriebnahme sind hier ebenfalls keine Bedienschritte erforderlich. Wird die Basisstation 20 der Ladehalterung z. B. in einem Fahrzeug entnommen, in der seine Akkumulatoren ständig auf voller Ladung gehalten werden, aktiviert es sich automatisch und startet einen Selbsttest, bei dem die Displayanzeige, die Leuchtanzeigen und der Warnsummer überprüft werden. Desweiteren erfolgt eine Kontrolle der Akkumulatorspannung unter Last. Ist dieser Test, der nur einige Sekunden dauert, abgeschlossen, befindet sich die Basisstation 20 im Bereitschaftszustand und wartet auf das Datentelegramm eines Mobilteils 21. Somit ist bereits ein Großteil der Anwendungsfälle abgedeckt. Eingehende Daten werden auf ihre Korrektheit geprüft und danach sofort auf dem Display angezeigt. Jedes der maximal vier Mobilteile 21 verfügt über eine eigene Anzeigezeile, in der nebeneinander die Mobilteilnummer, der letzte übermittelte Flaschendruck, die letzte übermittelte Temperatur, die bisher verstrichene Einsatzzeit, die voraussichtlich verbleibende Restzeit und der Status angezeigt werden. Mögliche Anzeigen in der Statusspalte sind "OK" für den Normalzustand, "LOW" für ein Erreichen des Rückzug-Drucks (< 60 bar), "SOS" für einen ausgelösten Notruf und "BAT" für eine niedrige Batteriespannung im jeweiligen Mobilteil 21. Dabei besitzt die Anzeige "SOS" die höchste Priorität und ersetzt eine vorhandene "BAT" oder "LOW" Anzeige. Ein ankommender Notruf eines Mobilteils 21 wird akustisch und optisch signalisiert. Die entsprechende rote Warn-LED blinkt, während der Summer einen alternierenden Alarmton abstrahlt. Diese Meldung muß vom Benutzer durch gleichzeitiges Drücken der beiden "Alarm-aus" Tasten auf der Tastatur bestätigt werden. Der Summer verstummt dann, die Warn-LED bleibt jedoch bis zum Abmelden des Mobilteils eingeschaltet. Unterschreitet der Flaschendruck den Wert von 60 bar, wird der Status dieses Mobilteils auf "LOW" geändert. Beim Empfang eines Datentelegramms dieses Mobilteils ertönt zusätzlich ein kurzer Warnton und die betreffende Zeile blinkt kurz auf.

Es wird im folgenden beschrieben, wie eine derartige Basisstation 20 mechanisch beispielsweise aufgebaut sein kann.

Das Gerät (Basisstation) ist in einem T-förmigen Gehäuse untergebracht und kann bequem in einer Hand getragen werden. Im unteren Teil ist die Tastatur untergebracht, während der obere Teil das Display beherbergt. Aus Gründen der Störsicherheit ist der Funkempfänger in einem separaten Gehäuse auf der Rückseite installiert. Die Batterien befinden sich außen auf der Rückseite des Gerätes und können schnell ohne Werkzeug gewechselt werden. Die Schaltungsteile sind im einzelnen: Zentrale Steuerung mit Schnittstelle, Benutzerinterface (Display, Tastatur, Leuchtanzeigen, Summer), UHF-Empfänger, Decoderschaltung, Stromversorgung.

Zentrale Steuerung mit Schnittstelle

Hier findet der gleiche Mikrocontroller Anwendung wie in den Mobilteilen 21, jedoch ist dieser nicht in Miniaturausführung gefertigt. Die Leistungsdaten des verwendeten 80C535 Mikrocontroller mit 32kB RAM und 32kB ROM sind aber die gleichen. Lediglich eine Echtzeituhr und ein EEPROM ist hier nicht notwendigerweise eingebaut. Im Gegensatz zu den Mobilteilen 21 muß der Rechner hier aber bedeutend mehr Steueraufgaben übernehmen, denn neben dem Empfang und dem Dekodieren der Funkdaten muß auch noch das Display angesteuert und die Tastatur abgefragt werden.

Benutzerinterface

Die Funktion der Schnittstelle für Benutzereingaben wird von einer 3×4 Tasten Folientastatur übernommen. Von den 12 Tasten werden jedoch nur 7 benutzt, die mit den Funktionen "Auf", "Ab", "Bestätigen", "Abbruch", 2× "Alarm aus" und "Licht" belegt sind.

Die Tastatur ist spritzwassergeschützt und kann leicht gereinigt werden, außerdem kann sie auch mit Handschuhen bedient werden. Die sieben Kontakte der Tastaturmatrix sind direkt mit dem Mikrocontroller verbunden und werden kontinuierlich abgefragt. Die Meldungen des Systems werden auf einem 4×20 Zeichen großen, hintergrundbeleuchteten Flüssigkristall (LC-) Display ausgeben, welches vom Controller über einen I²C Bus seine Daten bezieht. Die sieben Leuchtdioden sind Low-Current Typen und werden somit ebenfalls direkt vom Controller angesteuert. Akustische Signale gibt ein Piezo- Schallwandler aus, der vom Controller mit einer Rechteckspannung variabler Frequenz betrieben wird.

UHF-Empfänger und Decoderschaltung

Erste Anlaufstelle für die Datentelegramme ist der UHF-Miniatur Empfänger, der sich in einem Anbaugehäuse auf der Rückseite der Basisstation 20 befindet. Der Doppelsuperhet arbeitet auf einer Empfangsfrequenz von 433,925 MHz und bietet eine Empfindlichkeit von 0,3 µV (bei 12 dB SINAD). Bei einem ausreichenden Empfangspegel stellt der Empfänger eine Schaltspannung zur Verfügung, die den nachfolgenden Funktionsgruppen das Anstehen von Daten signalisiert. Das empfangene NF-Signal gelangt vom Ausgang des Empfängers zu einer Verstärkerstufe. Von dort durchläuft das verstärkte Signal eine Pulsrückgewinnungsschaltung, die aus dem ankommenden BiPhase-M Code wieder einen NRZ Code mit Taktinformation erzeugt. Schließlich endet die Signalaufbereitung am Mikrocontroller, wo das Daten- und Taktsignal über je einen Port eingelesen wird.

Stromversorgung

Die Stromversorgung der Basiseinheit erfolgt über acht NiCd Mignon Akkumulatoren, die auf der Rückseite des Gerätes mittels Klettband befestigt sind. Die Spannung von ca. 9,6 V speist direkt den Summer und den UHF-Empfänger und wird zum Betrieb der Logikbaugruppen und des Displays auf 5 Volt herab geregelt. Die Verbindung mit dem Ladegerät erfolgt durch eine im Gerät vorhandene Buchse, so daß eine Entnahme des Akkumulatoren nicht nötig ist. Gleichzeitig ist das Gerät so immer betriebsbereit. Ein vollständig geladener Akkumulator reicht für eine Betriebsdauer von etwa 5-8 Stunden, abhängig davon, ob die Beleuchtung aktiv ist, oder nicht. Die Ladezeit beträgt bei vollständig entladenem Akkumulator etwa eine halbe Stunde.

In Fig. 6 ist beispielhaft ein Schaltbild aufgezeigt, nach dem sich eine Basisstation realisieren läßt.

Claims (6)

1. System zur Überwachung voll Atemschutzgeräteträgern, gekennzeichnet dadurch,
daß an einen oder mehreren Preßluftatmern (22) Mobilteile (21) angeschlossen sind,
daß eine Basistation (20) Daten von den Mobilteile (21) erhält,
daß die Mobilteile (21) die Daten über Sensoren von den Preßluftatmern (22) und dem Atemschutzgeräteträger erhalten, auswerten und über eine drahtlose Verbindung zu der Basistation (20) übertragen,
daß in Abhängigkeit von den Daten sowohl vom Mobilteil (21) als auch von der Basisstation (20) optische Signale, akustische Signale oder Funksignale ausgelöst werden.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Drucksensoren (6) den Druck des Preßluftatmers (22) als Daten an das Mobilteil (21) weitergeben.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Temperatursensoren (7) die Umgebungstemperatur des Atemschutzgeräteträgers als Daten an das Mobilteil (21) weitergeben.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bewegungssensoren (8) die Bewegungen des Atemschutzgeräteträgers als Daten an das Mobilteil (21) weitergeben.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mobilteil (21) die Werte der Daten in bestimmten zeitlichen Abständen mit Hilfe einer digitalen Sprachausgabe an den Atemschutzgeräteträger ausgibt.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mobilteil die aufgenommenen Daten in einem nicht flüchtigen Speicher aufnimmt, und diese Daten zu einem späteren Zeitpunkt über eine Schnittstelle an einen daran angeschlossenen Rechner überträgt.