DE2225507C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Fernsteuerung - Google Patents

Description

daher nicht gezeichnet. Für die Erfindung geeignete Sender sind aus der Rundsteuertechnik bekannt. Die Auswertung der von dem dargestellten Empfangsteil abgegebenen Impulsfolgen ist ebenfalls aus der Rundsteuertechnik bekannt. Die Fig.2 zeigt eine s Durchlaß-Charakteristik eines N-Pfadfilters.

Auf der Sendeseite wird einem ersten Frequenzwandler bekannter Art eine erste Hilfsfrequenz /«ι zugeführt. Als erste Hüfsfrequenz kann beispielsweise, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel angenommen, die ι ο Netzfrequenz /)v eines Starkstromnetzes benutzt werden. Der erste Frequenzwandler erzeugt eine Fernsteuerfrequenz fs, welche zur ersten Hilfsfrequenz f_H ι stets in einer vorgegebenen ersten Beziehung steht.

Diese erste vorgegebene Beziehung lautet beispielsweise als erste Variante so, daß die Fernsteuerfrequenz fs stets ein bestimmtes Vielfaches der ersten Hilfsfrequenz /η ι ist. Die erste vorgegebene Beziehung kann aber als zweite Variante beispielsweise auch so lauten, daß die Fernsteuerfrequenz f_s stets ein bestimmtes Vielfaches eines Bruchteils der ersten Hilfsfrequenz f_H , ist. Als dritte Variante kann die erste vorgegebene Beziehung beispielsweise auch so lauten, daß die Fernsteuerfrequenz fs stets gleich der Summe oder der Differenz aus der ersten Hilfsfrequenz fm und einer weiteren Frequenz ist. Diese weitere Frequenz kann beispielsweise ein ganzzahliges Vielfaches der Netzfrequenz sein.

Weitere Varianten sind möglich. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist lediglich, daß eine definierte Beziehung für die Bildung der Fernsteuerfrequenz fs aus der ersten Hilfsfrequenz f_H\ besteht, derart, daß das Bildungsgesetz für die Fernsteuerfrequenz fs auch auf der Empfangsseite ausgenutzt werden kann.

Die erste oder die zweite der genannten Varianten kann beispielsweise mit einem rotierenden Wechselstrom/Wechselstrom-Umformer, der am Starkstromnetz angeschlossen ist und einen Synchronmotorantrieb aufweist, realisiert werden. Die erwähnte dritte Variante kann beispielsweise nach der schweizerischen Patentschrift 4 47 360 realisiert werden.

Die vom ersten Frequenzwandler auf der Sendeseite erzeugte Fernsteuerfrequenz wird in beispielsweise aus der Rundsteuertechnik bekannter Weise auf das Starkstromnetz überlagert. Das Starkstromnetz dient als Übertragungskanal. Selbstverständlich kann auch ein beliebig anderer Übertragungskanal benutzt werden, vorausgesetzt, daß sowohl die Fernsteuerfrequenz fs als auch die erste Hilfsfrequenz /«1, letztere vorzugsweise dauernd, übertragen wird. Es können aber auch für die Fernsteuerfrequenz fs und die erste Hilfsfrequenz /«i verschiedene Übertragungskanäle benutzt werden.

Im angenommenen Ausführungsbeispiel wird als erste Hilfsfrequenz f_H 1 die Netzfrequenz fs benutzt. Es genügt daher, die Fernsteuerfrequenz /5 dem Starkstromnetz, wie erwähnt, zu überlagern, um einer an das gleiche Starkstromnetz angeschlossenen Empfangsvorrichtung sowohl die erste Hilfsfrequenz fau eben die Netzfrequenz fs, als auch die Fernsteuerfrequenz fs zur no Verfugung zu stellen.

Die F i g. 1 zeigt, auf das Wesentliche beschränkt, einen Eingangsteil einer Fernsteuer-Empfangsvorrichtung 1. Die Fernsteuerempfangsvorrichtung 1 ist mit ihren Klemmen 2 bzw. 3 an den Nulleiter O bzw. an einen Phasenleiter P des Starkstromnetzes angeschlossen. An die Klemme 2 ist eine Nullpotential-Sammelschiene 4 angeschlossen. Zwischen die Eingangsklemmen 2 und 3 ist ein LC-Saugkreis, bestehend aus der Serienschaltung einer Spule 5 und eines Kondensators 6 geschaltet. Der LC-Saugkreis 5, 6 ist wenigstens annähernd auf die Fernsteuerfrequenz fs abgestimmt. Der LC-Saugkreis 5, 6 dient der Auskopplung der Fernsteuersignale aus dem Starkstromnetz. In allen Fällen, in welchen die Fernsteuerfrequenz fs einen nichtkonstanten Wert aufweist, sondern beispielsweise über die genannte erste vorgegebene Beziehung an eine ebenfalls nichtkonstante erste Hilfsfrequenz f» \ gebunden ist, muß die Durchlaßbreite des LC-Saugkreises 5,6 den zu erwartenden Frequenzschwankungen angepaßt sein.

Mit der Spule 5 ist eine weitere Spule 7 gekoppelt. Ein Ende der Spule 7 liegt an der Nullpotential-Sammelschiene 4 und das andere Ende ist an eine Ausgangsklemme 8 geführt. Der LC-Saugkreis 5,6 und die Spule 7 stellen einen Vorselektionsteil 9 der Empfangsvorrichtung 1 dar. Dem Vorselektionsteil 9 folgt ein Hauptselektionsteil 10, welcher eine hohe Trennschärfe bzw. kleine Bandbreite bezüglich der Fernsteuerfrequenz fs aufweist. Im Hauptselektionsteil 10 wird diese hohe Trennschärfe durch die Anwendung eines N-Pfadfilters erreicht. Da solche /V-Pfadfilter jedoch außer für ihre Nennfrequenz, im vorliegenden Fall also fs, auch für die Frequenz Null sowie einen daran anschließenden schmalen Frequenzbereich und zudem für je einen schmalen Frequenzbereich beidseits der Harmonischen

2 ■ fs,3- f_s...n ■ f_s

der Fernsteuerfrequenz fs durchlässig sind (vgl. hierzu F i g. 2), müssen allfällige Signale in diesen unerwünschten Frequenzbereichen durch zusätzliche Mittel unterdrückt werden, beispielsweise durch den Vorselektionsteil 9. Dabei genügt es im allgemeinen, wenn die Kreisgüte dieses Vorselektionsteils 9 etwa 5 ... 15 beträgt.

Die Fig.2 zeigt eine Durchlaßcharakteristik eines N-Pfadfilters. Auf der Abszisse ist die Frequenz, auf der Ordinate die relative Durchlässigkeit aufgezeichnet. Der Hauptselektionsteil 10 dient in erster Linie der Erzielung einer ausreichend hohen Selektivität für die Frequenz fs- Die Höhe der Ausgangsspannung eines N-Pfadfilters ist dabei unabhängig von der momentanen Phasenlage des dem N-Pfadfilter zugeführten Signals.

Geeignete /V-Pfadfilter sind bekannt (vgl. beispielsweise das Buch »Spulenlose Hochfrequenzfilter«, Erik Langer, Siemens AG, Berlin/München, 1969, Seite 70 und folgende, sowie Zeitschrift Electronic Design, 22, Okt. 25,1970, Seiten 76 - 78).

Die Erfindung macht sich die bei einem /V-Pfadfilter besonders einfach zu realisierende Einstellung der Durchlaßfrequenz auf eine vorgegebene Frequenz und seine inhärente Stabilität zunutze. Die Durchlaßfrequenz läßt sich bekanntlich durch Verändern der dem yV-Pfadfilter zugeführten Taktfrequenz verändern. Bei Fernsteuersystemen einer bestimmten Art ist es eine Besonderheit, daß die Fernsteuerfrequenz über längere Zeit nicht einen konstanten Wert aufweist, vielmehr ändert sie sich, wie früher erwähnt, in Abhängigkeit von der ersten Hilfsfrequenz /»1. Erfindungsgemäß steht nun diese erste Hilfsfrequenz /η ι auch auf der Empfangsseite zur Verfügung, da als Übertragungskana! das Starkstromnetz dient, irr. angenommenen Ausführungsbeispiel als Netzfrequenz /m Unter Berücksichtigung des sendeseitigen Bildungsgesetzes für die Fernsteuerfreauenz fs, wie es durch die genannte erste

vorgegebene Beziehung zum Ausdruck gebracht wird, läßt sich in der Empfangsvorrichtung 1 in einem zweiten Frequenzwandler 20 in bekannter Weise aus der ersten Hilfsfrequenz fn u im vorliegenden Ausführungsbeispiel also der Netzfrequenz /m eine zweite Hilfsfrequenz f» 2 bilden. Die zweite Hilfsfrequenz f_Hi steht hierbei zur ersten Hilfsfrequenz Ih 1 in einer zweiten vorgegebenen Beziehung. Diese zweite vorgegeDene Beziehung ist einerseits von der früher genannten ersten vorgegebenen Beziehung und andererseits von der Art des /V-Pfadfilters abhängig.

Es ist bekannt, daß die Taktfrequenz fr eines N-Pfadfilters nach der Beziehung /V=/& ■ N zu wählen ist, wobei /0 die Durchlaßfrequenz und Λ/die Anzahl der Stufen des N-Pfadfilters bezeichnen.

. Ein Zahlenbeispiel möge dies näher erläutern. In unserem Ausführungsbeispiel ist bisher angenommen worden, die erste Hilfsfrequenz fn\ sei gleich der Netzfrequenz fs, also beispielsweise gleich 50 Hz. Als erste vorgegebene Beziehung A sei angenommen, daß

die Fernsteuerfrequenz fs stets -y-mal Λ/ sei. Der

Nennwert der Fernsteuerfrequenz fs ist demnach 275 Hz. Nimmt man weiter an, daß ein A/-Pfadfilter mit N= 10 vorgesehen sei, so wird die Taktfrequenz

/V=Z₅ · W= 275 · 10 = 2750 Hz.

Diese Taktfrequenz /Vstellt eine zweite Hilfsfrequenz fn2 dar, weiche zu der ersten Hilfsfrequenz Γη\ in folgender Beziehung steht:

/H2-/WI -A ■ N= fm ■ B,

wobei A die erste vorgegebene Beziehung und B=A · Ndie zweite vorgegebene Beziehung darstellt.

Da A/-Pfadfilter bekanntlich auch für Harmonische ihrer Nennfrequenz durchlässig sind, wäre es auch möglich, B oder N derart zu wählen, daß die Fernsteuerfrequenz fs gleich einer solchen Harmonischen ist. Die Fernsteuerfrequenz fs liegt dann beispielsweise im £-ten Durchlaßbereich des ΛΓ-Pfadfilters.

Zur Bildung der Taktfrequenz f_T aus der ersten Hilfsfrequenz fn \ bzw. aus der Netzfrequenz /λ/ kann ein Frequenzwandler bekannter Art benutzt werden. Beispielsweise kann ein Frequenzwandler nach dem »Phase-Locked-Loop«(Phasenregelkreis)-Prinzip benutzt werden, wie er beispielsweise beschrieben ist in Application Note AN-535 der Firma Motorola Semiconductor Products Ine, Phoenix, Arizona, USA.

Ein solcher Frequenzwandler enthält einen Phasendetektor 21 (vgl. F i g. 1), dem ein Tiefpaßfilter 22 und ein spannungsgesteuerter variabler Oszillator 23 nachgeschaltet sind. Beim Oszillator 23 handelt es sich um einen bekannten Oszillator, dessen Frequenz durch Zuführung einer Steuerspannung in weiten Grenzen veränderlich ist. Der Frequenzwandler 20 enthält auch einen Frequenzteiler 24, welcher beispielsweise nach dem Zählerprinzip gebaut sein kann. Ein Eingang 25 dieses Frequenzteilers 24 mit einem Ausgang des Oszillator 25 verbunden. Der Frequenzteiler 24 ist im vorliegendei

Ausführungsbeispiel auf ein Teilungsverhältnis -=? einge

stellt. An einem Ausgang 26 des Frequenzteilers 2' erscheint dann ein Signal mit einer ß-mal kleinerer Frequenz als die Frequenz des Oszillators 23. Diese; Signal wird einem Eingang 27 des Phasendetektors 21 zugeführt. Einem weiteren Eingang 28 des Phasendetek tors 21 wird die erste Hilfsfrequenz /Ή1, im vorliegender Ausführungsbeispiel die Netzfrequenz f_N, zugeführt Zi diesem Zweck ist der Eingang 28 an den Verbindungspunkt zweier Widerstände 29 und 30 angeschlossen welche einen Spannungsteiler für die zwischen der Klemmen 3 und 2 liegende Netzspannung bilden. An einem Ausgang 31 des Frequenzwandlers 30 tritt

ein Signal mit der Frequenz

auf, welches einem Eingang 32 eines /V-phasigen Impulsgenerators 33 zugeführt wird. Mphasige Impulsgeneratoren für diesen Zweck sind bekannt (vgl. beispielsweise die bereits zitierte Literaturstelle »Spulenlose H F-Filter«, Erik Langer, Seiten 94... 97). Der Impulsgenerator 33 ist mit NSchafttransistoren 34 verbunden, welche der zyklischen Anschaltung der N Kondensatoren 35 eines N-Pfadfilters 36 dienen. Die N Kondensatoren 35 sind dabei einem Widerstand 37 des N-Pfadfilters 36 nachgeschaltet. Anordnungen dieser Art sind bekannt (siehe bereits zitierte Literaturstelle »Spulenlose HF-Filter«, Erik Langer, Seiten 92 und folgende).

An einem Ausgang 38 des N-Pfadfilters 36 ist ein Signal mit der Frequenz f_s verfügbar. Dieses Signal ist zufolge der hohen Selektivität des Hauptselektionsteiis

10 praktisch frei von Störfrequenzen. Dadurch, daß die Taktfrequenz des N-Pfadfilters 36 stets die Bedingung /V= B ■ fn, bzw. /V= B ■ f_N erfüllt, folgt die Durchlaßfrequenz des Hauptselektionsteiis 10 automatisch allfälligen Schwankungen der Signalfrequenz fs. Zudem ist bei

einem /V-Pfadfilter die Größe der Ausgangsspannung unabhängig von relativ langsamen Änderungen der Phasenlage des Eingangssignals an der Klemme 8.

An die Ausgangsklemme 38 des Hauptselektionsteiis 10 und die Nullpotential-Sammelschiene 4 kann ein beispielsweise aus der Rundsteuertechnik bekannter Auswerteteil 39 angeschaltet werden. Dieser Auswerteteil 39 enthält beispielsweise einen Eingangsverstärker 40, welcher über einen Kopplungskondensator 41 an eine Gleichrichterstufe 42 angeschlossen ist, an deren

Ausgangsklemme 43 in bekannter Weise Gleichspannungssignale auftreten in Abhängigkeit von der Fernsteuerempfangsvorrichtung 1 zugeführten Fernsteuersignalen mit der Frequenz fs. Diese Gleichspannungssignale können in bekannter Weise einem Auswerteteil zugeführt werden.

Die beschriebene Erfindung läßt sich vorteilhaft für die Fernsteuerung aber auch für verwandte Aufgaben wie Datenübertragung, Fernmeßtechnik und dergleichen anwenden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Fernsteuerung, bei dem auf der Sendeseite aus einer dem Sender zugeführten ersten Hilfsfrequenz /«ι eine Fernsteuerfrequenz fs gebildet wird, welche zur ersten Hilfsfrequenz f_H ι in einer vorgegebenen ersten Beziehung steht und diese erste Hilfsfrequenz f» ι und die Fernsteuerfrequenz fs zu mindestens einem Empfänger übertragen werden, und auf der Empfangsseite aus der ersten Hilfsfrequenz fa\ eine zweite Hilfsfrtquenz fni gebildet wird, die zu der ersten Hilfsfrequenz /«ι in einer vorbestimmten zweiten Beziehung steht, wobei die Übertragungsleitung die relativen Phasenverschiebungen der auf der Empfangsseite eintref- ι .s fenden Frequenzen in unvoi hersehbarer Weise verändern kann, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Hilfsfrequenz fa ₂ zur Bildung eines N-phasigen Steuersignals für mindestens ein N-Pfad-Filter dient und daß die Taktfrequenz dieses Steuersignals pro Pfad des N-Pfad-Filters entweder gleich der Fernsteuerfrequenz /5 oder eines Bruchteils derselben ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sendeseite als erste Hilfsfrequenz /«1 die Netzfrequenz /λ/ eines Starkstromnetzes benutzt wird und die aus der Netzfrequenz /λ/ nach der ersten genannten Beziehung gebildete Fernsteuerfrequenz /seinem Starkstromnetz überlagert und dadurch mindestens einem an das gleiche Starkstromnetz angeschlossenen Fernsteuerempfänger zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Hilfsfrequenz /_H2 gleich einem Vielfachen der Fernsteuerfrequenz fs ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein empfangsseitigsr Frequenzwandler (20) mindestens einem N-Pfad-Filter (36) zugeordnet ist und die zweite Hilfsfrequenz /// ₂ von diesem Frequenzwandler (20) einem Impulsgenerator (33) zur Erzeugung eines N-phasigen Steuersignals zugeführt ist, welcher Impulsgenerator (33) eine der Zahl der Steuereingänge des N-Pfad-Filters (36) entsprechende Anzahl von Ausgängen aufweist, über welche je einem Steuereing:ang eines Pfades je eine Phase des N-phasigen Steuersignals zugeführt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem N-Pfad-Filter (36) ein Vorfilter zugeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der empfangsseitige Frequenzwandler (20) aus einem Phasenregelkreis (21, 22, 23, 24) besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenregelkreis mit der ersten Hilfsfrequenz fn \ getriggert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenregelkreis einen Phasendiskriminator (21) aufweist, dem ein Tiefpaß (22) und ein spannungsgesteuerter Oszillator (23) nachgeschaltet ist, wobei der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators über einen Frequenzteiler (24) mit dem Eingang des Phascndiskriminators verbun- <>5 den ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei Fernsteuerverfahren, bei denen unterschiedliche Frequenzen über eine Übertragungsleitung übertragen werden müssen, besteht die Gefahr, daß diese Frequenzen, insbesondere ihre gegenseitige Phasenbeziehung, in einer nicht vorhersehbaren Weise durch Einflüsse auf der Übertragungsleitung verändert werden.

Um diese Schwierigkeiten zu verringern, wurden bereits Maßnahmen getroffen, um die Empfängeransprechfrequenz bezüglich der Fernsteuerfrequenz zu steuern.

Für die Nachführung der Empfänger-Ansprechfrequenz in bezug auf die schwankende Fernsteuerfrequenz ist aus der schweizerische Patentschrift 4 24 968 bereits ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt. Nach diesem Verfahren wird die Empfänger-Ansprechfrequenz durch einen Mischprozeß unter Zuhilfenahme einer Pilotfrequenz gebildet, wobei diese Pilotfrequenz im gleichen starren Verhältnis zur Netzfrequenz steht wie die Fernsteuerfrequenz.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, daß die Übertragungsleitung die relative Phasenverschiebung der beiden Frequenzen in einer nichtvorhersehbaren Weise verändert und demgemäß die Größe des Ausgangssignals des Empfängers jeweils abhängig ist von der variablen Phasenlage zwischen dem empfangenen Fernsteuersignal und der Pilotfrequenz.

Besonders störend ist die unterschiedliche Beeinflussung der verschiedenen Frequenzen hinsichtlich ihrer Phasenlage im Falle der Verwendung eines Starkstromnetzes als Übertragungsleitung, da sich die Belastungssituation derartiger Netze ständig und in einer nichtvorhersehbaren Weise ändert und demgemäß auch die relativen Phasenverschiebungen der über dieses Starkstromnetz übertragenen, auf der Empfangsseite eintreffenden Frequenzen ständig variieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, das im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierte Verfahren derart auszugestalten, daß die durch die Übertragungsleitung bedingten relativen Phasenverschiebungen der auf der Empfangsseite eintreffenden Frequenzen keine störenden Auswirkungen haben und demgemäß das Ausgangssignal der Empfangsvorrichtung unabhängig ist von der augenblicklichen Phasenlage der empfangenen Fernsteuersignale.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch die Verwendung eines N-Pfad-Filters und die spezielle Bildung der Taktfrequenz für die Ansteuerung eines jeden Pfades dieses N-Pfad-Filters wird auf überraschende Weise jegliche Phasenabhängigkeit des Ausgangssignals ausgeschaltet und damit die angestrebte Phasenunabhängigkeit dieses Ausgangssignals erreicht

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Erfindung sowie einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen erläutert.

Dabei zeigt die F i g. 1 stark vereinfacht einen Eingangsteil einer Empfangsvorrichtung. Die übrigen Teile der Vorrichtung, sowohl sendeseitig als auch empfangsseitig, sind als bekannt vorausgesetzt und