DE19908993A1 - Verfahren und Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Meßwerten von Meßgrößen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur drahtlosen Übertragung von Meßwerten von Meßgrößen, bei dem ein Ausgangssignal eines die Meßgröße erfassenden Sensors in aufeinanderfolgende, zeitlich beabstandete Signalimpulse umgewandelt wird, deren Abstand dem momentanen Meßwert der Meßgröße entspricht. Zwecks störungsfreier und paralleler Übertragung unterschiedlicher Meßgrößen und/oder Meßgrößen von räumlich verteilten Meßstellen zu einer zentralen Auswerteeinheit, welche die empfangenen Signalimpulse den einzelnen Meßgrößen und den Meßstellen zutreffend zuordnet, wird als Signalimpuls jeweils eine der Meßgröße spezifisch zugeordnete Impulsfolge erzeugt, was vorzugsweise durch eine binäre Codierung der Signalimpulse realisiert wird. Eine dieses Verfahren durchführende Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Meßwerten von Meßgrößen ist dargestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur drahtlosen Übertragung von Meßwerten von Meßgrößen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Meßwerten von Meßgrößen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Bei einem bekannten Verfahren zum Betreiben einer Temperatur- Meßeinheit, die wenigstens einen Temperaturfühler aufweist (DE 36 33 939 C2), werden die Ausgangssignale des Temperaturfühlers in eine abstandsmodulierte Impulsfolge eines Impulsgenerators umgewandelt und drahtlos an einen Empfänger mit angeschlossener Auswerteeinheit übertragen, die die Abstände der Impulsfolge auszählt (demoduliert) und einem Temperaturwert zuordnet. Die drahtlose Übertragung der Impulse erfolgt auf optischem Weg durch Lichtimpulse, in die die von dem Impulsgenerator erzeugten elektrischen Impulse gewandelt werden und die auf der Empfängerseite von einem Fotodetektor empfangen werden. Mit einem solchen Verfahren können nur die Meßwerte einer einzigen Temperatur-Meßeinheit drahtlos übertragen werden, wobei die Übertragungsstrecke auf ungestörten Freiraum zwischen dem optischen Sender und optischen Empfänger angewiesen ist.

Bei einer bekannten Einrichtung zur Fernmessung der Temperatur oder einer anderen Meßgröße an einer Mehrzahl von Meßstellen (DE 31 28 706 C2) ist eine zentrale Auswerteeinheit über eine Signalschiene mit einer Vielzahl von Fühleinheiten verbunden, wobei jede Fühleinheit jeweils einen Fühler, einen Modulationskreis zum Umsetzen des Ausgangssignals des Fühlers in eine abstandsmodulierte Folge von aufeinanderfolgenden Signalimpulsen sowie einen für jede Fühleinheit unterschiedlich eingestellten Phasenmodulator für die abgegebenen Signalimpulse umfaßt. Um die über die gemeinsame Signalschiene (Signalbus) übertragenen Signalimpulse der verschiedenen Fühleinheiten in der Auswerteeinheit unterscheiden zu können, werden die Signalimpulse der einzelnen Fühleinheiten in einer für die jeweilige Fühleinheit charakteristischen Phasenlage zu einem Startsignal abgegeben, das über die gemeinsame Signalschiene gleichzeitig an alle Fühleinheiten von der Auswerteeinheit her überstellt wird. Die Auswerteeinheit kann die nacheinander bei ihr ankommenden Signalimpulse der Fühleinheit gemäß deren Phasenlage den verschiedenen Fühleinheiten zuordnen. Eine solche gleichzeitige Übertragung der Meßwerte von an verschiedenen Stellen angeordneten Fühleinheiten über die gleiche Signalleitung zu der Auswerteeinheit ist nur möglich mittels einer elektrischen Signalleitung, ist aber wegen der hohen Störempfindlichkeit nicht für drahtlose Übertragung geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur drahtlosen Übertragung von Signalen der eingangs genannten Art und eine Einrichtung hierzu anzugeben, mit dem bzw. der eine zeitgleiche, d. h. parallele, störsichere Übertragung von Meßwerten von verschiedenen Meßgrößen und/oder von an verschiedenen Meßstellen erfaßten gleichen Meßgrößen zu einer zentralen Auswerteeinheit möglich ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 5 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß durch die Darstellung der entsprechend dem Meßwert der Meßgröße zeitlich beabstandeten Signalimpulse durch eine für die Meßgröße charakteristische Impulsfolge, die gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch eine spezifische Binärcodierung erzeugt wird, die Empfängerseite mit der Auswerteeinheit in der Lage ist, auch in einer durch andere Signale stark gestörten Übertragungsstrecke Luft, die einer Meßgröße zugehörigen Signalimpulse zu selektieren und aus der zeitlichen Aufeinanderfolge der Signalimpulse die übertragenen Meßwerte zu bestimmen. Durch die Zuordnung verschiedener Codes zu verschiedenen Meßgrößen ist es auch möglich, Meßwerte verschiedener Meßgrößen parallel zu einer zentralen Auswerteeinheit drahtlos zu übertragen, die dort störungsfrei empfangen und ausgewertet werden können. In Anwendung bei der Aquariumtechnik können z. B. Meßwerte einer fortlaufenden oder intervallmäßig durchgeführten pH-Messung, einer Temperaturmessung und/oder einer Sauerstoffgehalt- Messung weitgehend störungssicher an eine zentrale Überwachungsstation drahtlos übertragen und dort angezeigt werden. Auch können bei Großbeckenanlagen die gleichen Meßgrößen, z. B. Temperatur oder pH-Wert, in verschiedenen Becken- oder Beckenabschnitten, deren Meßwerte durch entsprechend verteilt angeordnete Sensoren erfaßt werden, drahtlos zur zentralen Überwachungsstation übertragen und dort den einzelnen Becken- oder Beckenabschnitten zugeordnet werden. Die drahtlose Übertragung findet vorzugsweise per Funkt statt, kann aber auch mit optischen Mitteln durch Lichtimpulse realisiert werden.

Eine Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Meßwerten von Meßgrößen, mittels der das erfindungsgemäße Verfahren realisiert wird, ist in Patentanspruch 5 angegeben.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von Meßwerten von Meßgrößen mit zweckmäßigen Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Meßwerten von Meßgrößen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Meßwerten von Meßgrößen,

Fig. 2 ein Amplituden-Zeit-Diagramm zweier am Ausgang eines Meßwertwandlers der Einrichtung in Fig. 1 anstehender Signalimpulse für zwei verschiedene Meßwerte einer Meßgröße,

Fig. 3 eine schaltungstechnische Ausführung einer Codeeingabeeinheit der Einrichtung in Fig. 1,

Fig. 4 eine schaltungstechnische Ausführung eines Codewandlers der Einrichtung in Fig. 1,

Fig. 5 ein Amplituden-Zeit-Diagramm der am Ausgang des Codewandlers in Fig. 4 anstehenden Signalimpulse einer Meßgröße,

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts VI in Fig. 5.

Die in Fig. 1 im Blockschaltbild dargestellte Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Meßwerten von Meßgrößen ist an einem Sensor 111 zur Erfassung der Meßgröße, z. B. an einem Temperaturfühler oder an einem pH-Wert-Messer, angeschlossen und umfaßt einen Meßwertwandler 112, der das Ausgangssignal des Sensors 111 in aufeinanderfolgende, zeitlich beabstandete Signalimpulse 117 umwandelt, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, eine Codeeingabeeinheit 113, die eine für die Meßgröße spezifische Codierung erzeugt, einen Codewandler 114, der mit der eingegebenen Codierung jeden Signalimpuls in eine für die Meßgröße spezifische Impulsfolge umwandelt, und einen an dem Ausgang des Codewandlers 114 angeschlossenen Sendemodul 115 einer Funkübertragungseinheit, der die codierten Signalimpulse über eine Sendeantenne 110 zu einer zentralen Auswerteeinheit aussendet.

Der Aufbau des Meßwertwandlers 112 ist bekannt und kann beispielsweise wie in der DE 36 33 939 C2 mittels eines Oszillators, eines Frequenzteilers und eines Impulsgenerators realisiert werden. An dem mit dem Codewandler 114 verbundenen Ausgang des Meßwertwandlers 112 stehen aufeinanderfolgende, zeitlich beabstandete Signalimpulse 117 an, wie sie beispielhaft in Fig. 2 für zwei pH-Werte dargestellt sind. Der zeitliche Abstand der Signalimpulse 117 voneinander entspricht dabei dem momentanen Meßwert der Meßgröße. Im oberen Beispiel der Fig. 2 beträgt der zeitliche Abstand der Signalimpulse 117 37,1 sek. und entspricht dem momentan gemessenen pH-Wert 4, während im unteren Beispiel der Fig. 2 der zeitliche Abstand der beiden Signalimpulse 48,1 sek. beträgt und einen pH-Wert 7 charakterisiert. Der mit seinem Ausgang 118 an dem Eingang des Sendemoduls 115 angeschlossene Codewandler 114 wird mit einem Taktgenerator 119 getaktet, dessen Takt jeweils in den von den Signalimpulsen 117 gebildeten Zeitfenstern freigegeben wird, ansonsten aber gesperrt ist.

Der in Fig. 4 in schaltungstechnischer Ausführung dargestellte Codewandler 114 ist als Schieberegister 120 mit Paralleleingängen (Pin 3-6 und 11-15), antivallenten Ausgängen (Pin 7 und 9), Takteingang (Pin 2) und Taktunterdrückung (Pin 15), der mit einer logischen "1" auf Pin 15 gesperrt werden kann, ausgebildet. Pin 1 ist mit dem Ausgang 116 des Meßwertwandlers 112, Pin 2 mit dem Taktgenerator 119 verbunden. Pin 9 bildet den am Sendemodul 115 liegenden Ausgang 118 des Codewandlers 114. Im Ausführungsbeispiel ist das Schieberegister 120 ein Parallel- Seriell-Wandler, der ein an seinen acht Paralleleingängen anliegendes 8-Bit-Wort in eine serielle binäre Impulsfolge umwandelt, die während eines durch den Signalimpuls 117 festgelegten Zeitfensters an dem Ausgang 118 des Codewandlers 114 ansteht und in Fig. 5 und vergrößert in Fig. 6 für eine 8-Bit-Codierung 01011010 dargestellt ist. Die Bit-Zahl der Codierung ist beliebig wählbar. Die Zahl der Paralleleingänge des Schieberegisters 120 ist abhängig von der Bit-Zahl des gewählten Codeworts.

Das an den Paralleleingängen (Pin 3-6 und 11-14) anliegende 8-Bit-Codewort wird mit der in Fig. 3 in schaltungstechnischer Ausführung dargestellten Codeeingabeeinheit 113 wahlfrei eingestellt. Hierzu liegen insgesamt acht Pull-up-Widerstände 121 über ein Brückenglied 122 an einer 5 V-Versorgungsspannung. Jeder Parallelzweig ist mit einem der Paralleleingänge (Pin 3-6 und 11-14) des Schieberegisters 120 verbunden. Die Codierung wird durch Schließen einzelner Brückenglieder 122 wahlfrei festgelegt. Bei einem wie vorstehend festgelegten Codewort, das zu einer in Fig. 5 und 6 dargestellten Impulsfolge führt, sind entsprechende Brückenglieder 122 durch mehrere Schließglieder 123 zu überbrücken, so daß an den mit diesen überbrückten Brückengliedern 122 verbundenen Ausgängen 124 der Codeeingabeeinheit 113 die Binärzahl "0" in der gewünschten Codierung auftritt.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet nach folgendem Verfahren:
Der von dem Sensor 111 gemessene Meßwert, z. B. pH 4, der pH- Meßgröße wird von dem Meßwertwandler 112 in aufeinanderfolgende, zeitlich beabstandete Signalimpulse 117 umgewandelt, wobei der Meßwert, z. B. pH 4, in einen Zeitabstand, z. B. 37,1 sek., zwischen zwei aufeinanderfolgenden Signalimpulsen 117 umgesetzt wird. Diese am Ausgang 116 des Meßwertwandlers 112 anliegende Folge von Signalimpulsen 117 liegt am Pin 1 des Schieberegisters 120 an und bewirkt für die Dauer des durch einen Signalimpuls 117 gebildeten Zeitfensters durch Anlegen einer logischen "1" die Aufhebung der Taktunterdrückung im Schieberegister 120, die durch Anschluß von Pin 15 an Erde oder Nullpotential bewirkt ist. In einer durch den Takt des Taktgenerators 119 bestimmten Folge erscheint am Pin 9 und damit am Ausgang 118 des Codewandlers 114 ein serieller Bitstrom, der durch das an den Paralleleingängen 3-6 und 11-14 des Schieberegisters 120 liegende Codewort bestimmt ist. Die Breite der einzelnen binären Impulse ist dabei durch den Takt des Taktgenerators 119 festgelegt, so daß die Breite der einzelnen Impulse durch Änderung des Taktes des Taktgenerators 119 eingestellt werden kann. Die in dieser Weise codierten Signalimpulse 125 (Fig. 5 und 6), die jeweils aus der gleichen Impulsfolge bestehen, also die gleiche Codierung besitzen, werden von dem Sendemodul 115 an die zentrale Auswerteeinheit gesendet.

Die vorstehend beschriebene Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Meßwerten von Meßgrößen bildet zusammen mit dem Sensor 111 und dem Sendemodul 115 eine Baueinheit, die bei Anwendung der Erfindung in der Aquariumtechnik im Aquariumbecken liegt und automatisch in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitabständen den momentanen pH-Wert an eine entfernt vom Aquarium angeordnete Überwachungszentrale sendet. Eine gleiche Baueinheit, in welcher der Sensor als Temperaturfühler ausgebildet ist, liegt ebenfalls im Aquariumbecken und sendet zu gleichen Zeitpunkten die momentane Temperatur des Wassers an die Überwachungszentrale. Weitere interessierende Meßgrößen können mittels weiterer Baueinheiten aus entsprechend adaptierten Sensoren, Meßwertwandlern, Codeeingabeeinheiten, Codewandlern und Sendemodulen von der Überwachungszentrale aus kontrolliert werden. Bei Großbeckenanlagen können zusätzlich solche Baueinheiten in verschiedenen Becken oder Beckenabschnitten vorgesehen werden, so daß die Überwachungszentrale auch gleichartige oder verschiedene Meßgrößen in verschiedenen Becken oder Beckenabschnitten zu kontrollieren vermag.

Claims (9)

1. Verfahren zur drahtlosen Übertragung von Meßwerten von Meßgrößen, bei dem ein Ausgangssignal eines die Meßgröße erfassenden Sensors (111) in aufeinanderfolgende, zeitlich beabstandete Signalimpulse umgewandelt wird, deren Abstand dem momentanen Meßwert der Meßgröße entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalimpuls jeweils eine der Meßgröße spezifisch zugeordnete Impulsfolge erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsfolge ein spezifisches Codewort erzeugt wird, insbesondere ein n-Bit-Codewort.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils erzeugte Impulsfolge, insbesondere das Codewort, wahlfrei einstellbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bit-Breite des Codeworts beliebig groß wählbar und dadurch variabel ist.

5. Einrichtung zur drahtlosen Übertragung von Meßwerten von Meßgrößen, die das Ausgangssignal eines die Meßgröße erfassenden Sensors (111) in aufeinanderfolgende Signalimpulse umwandelt, deren Abstand dem momentanen Meßwert der Meßgröße entspricht, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Codeeingabeeinheit (113), an der ein Codewandler (114) mit Ausgängen (118) zum Anschluß einer Funkübertragungseinheit (115) angeschlossen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Codeeingabeeinheit (113) eine parallele Eingabe mehrerer Bits ermöglicht.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Codewandler (114) aus dem parallelen Codewort einen seriellen Bitstrom erzeugt.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Codewandler (114) einen vorzugsweise als Schieberegister (120) ausgebildeten Parallel-Seriell- Wandler aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Codewandler (114) einen Taktgenerator (119) aufweist.