DE2503083C3 - Digitales Impulsübertragungsverfahren für die Übertragung von Steuerbefehlen von einem elektronisch gesteuerten Infrarotgeber - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein digitales Impulsübertragungsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Verfahren ist bereiis bekannt (Siemens-Zeitschrift Bd.39(1965), H. 1 i,S. 1245 bis 1249).

Außerdem ist eine Infrarot-Fernbedienung für die Kanalumschaltung in einem Fernsehgerät bekannt (TTL-Kochbuch 1973, Seite 307, Herausgeber: Texas Instruments Deutschland GmbH, Applikationslabor), die als Sende- und Empfangsglied eine Infrarotlichtimpulse abstrahlende GaAs-Diode und einen Si-Fototransistor auf der Empfängerseite aufweist. Jedem Kanal und damit jeder Bedienungstaste wird eine Zahl η von 1 bis zur Anzahl der wählbaren Kanäle zugeordnet. Um den Kanal η anzusteuern, wird ein Impulspaket mit η so Impulsen durch die Infrarot-Übertragungsstrecke übertragen. Die Anzahl der Impulse wiederholt sich nach einer Pausenzeit so lange wieder, bis die entsprechende Betätigungstaste losgelassen wird. Der Empfänger mit seinem Silizium-Fototransistor zählt die Impulse eines Impulsintervalls — die folgenden sind identisch und bleiben wirkungslos — und steuert den dadurch bestimmten Kanal an. Die Wirkungsweise der Schaltung beruht darauf, daß die Anzahl der Impulse codiert wird und zur Auftastung eines HF-Senders dient, der trägerfrequente Signale zur Ansteuerung der GaAs-Diode entsprechend der Auftastzeit aussendet. Die Empfängerschaltung empfängt das ausgestrahlte Infrarotlicht und setzt dies in elektrische Impulse um, die einer Decodierschaltung zugeführt und decodiert werden. Die so gewonnenen Signale mit einer Anzahl von η Impulsen werden einer Zählerstufe zugeführt, die direkt auf die Abstimmeinheit des Empfängers einwirkt und eine

Fortschaltung von Kanal zu Kanal bewirkt

Für eine derartige Übertragung sind relativ hohe Sendeleistungen nötig, um eine sichere Übertragung zu gewährleisten. Dieser Umstand wirkt sich insbesondere nachteilig auf Fernsteuerungen mit einem batteriebetriebenen Infrarotsender aus, da die Batterien sehr schnell verbraucht sind und ausgetauscht werden müssen. Bekanntlich ist ein Fernsteuersender zur Bedienung eines Fernsehgerätes in einem besonders kleinen, handlichen Gehäuse untergebracht, das beim Betätigen der Bedienungselemente mit einem Finger üblicherweise in der Hand gehalten wird. Aus Platzgründen können in einsm derartigen Gehäuse keine so großen Batterien untergebracht werden, die die erforderliche Energie zur Ausstrahlung der hohen Sendeleistung aufbringen können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß Infrarotdioden, die hohe Sendeleistung abgeben können, für Fernsteuergeräte für Konsumgeräte, wie Fernseher, zu teuer sind. Es gilt deshalb billige Infrarotdioden zu verwenden, die allerdings nur eine geringe Sendeleistung abgeben.

Zur Sicherstellung einer einwandfreien Impulsübertragung ist es aus vorgenannten Gründen unerläßlich, die Impulsdauer, während der das Infrarotsignal ausgesendet wird, besonders lang zu wählen. Dies führt aber zu den vorgenannten Nachteilen, daß nämlich die Energie, die zur Übertragung notwendig ist, von den Batterien nicht aufgebracht werden kann. Zumindest müßten die Batterien als Akkumulatoren ausgebildet sein und ständig nachgeladen werden.

Eine bessere Übertragung ist erzielbar, indem die Strahlungsintensität der verwendeten Fotodiode erhöht wird. Ausschlaggebend für die Strahlungsintensität ist die Stromstärke des Diodenstroms. Überschreitet die Stromstärke den Effektivwert der verwendeten Fotodiode, so nimmt die Strahlungsintensität durch den Einfluß der inneren Erwärmung der Fotodiode ab. Eine Erhöhung der Strahlungsintensität ist bei einem Impulsgenerator für den Betrieb von Lumineszenzdioden in der Fachzeitschrift »Internationale Elektronische Rundschau«, 1966, Nr. 12, Seiten 681 und ff. beschrieben, in dem die Lumineszenzdiode nur mit kurzen Siromimpulsen hoher Stromstärken belastet wird. Dabei werden die Ausgangssignale eines Spannungsfrequenzumformers in Stromimpulse umgesetzt, die die Fotodiode tasten. Durch den kurzzeitigen Betrieb der Fotodiode ist eine hohe Übertrs.gungsdichte gegeben, so daß eine Übertragung auch über längere Strecken möglich ist. Diese bekannte Maßnahme ermöglicht in Verbindung mit der erstgenannten Schaltungsanordnung die Übertragung der Impulse über weitere Distanzen zum Empfänger. Sie schließt jedoch eine Fremdlichtbeeinflussung nicht aus, so daß Steuerbefehle falsch ausgewertet werden können.

Aus der DE-OS 22 41 176 ist eine optische Fernsteuerung für Modelle bekannt, bei der zur Signalübertragung frequenzmoduliertes Wechsellicht benutzt wird. Der Frequenzhub soll etwa 10% der jeweiligen Trägerfrequenz betragen. Das Schalten der einzelnen Informationskanäle erfolgt jeweils durch Berührungskontakt, wobei gleichzeitig der Sender ein- bzw. ausgeschaltet wird.

Aus der DE-AS 15 66 883 ist ein Lichtsprechgerät bekannt, das mit Frequenz-, Phasen- oder Impulsdauermodulation des aus einer Schwingung oder aus einzelnen Impulsen bestehenden optischen Trägers arbeitet.

Aus der US-PS 36 10 891 ist ein optisches Lesegerät für Information bckann . das in Form einer Markic-

rungsgruppe, ζ. B. auf einem Kennzeichenschild eines Fahrzeuges, gespeichert ist. Die Speicherung kann in Form eines Binärcodes erfolgen, wobei die beiden Binärwerte durch verschiedene Strichabstände dargestellt werden. Das Gerät enthält eine Lichtquelle zur Beleuchlung der die Markierungsgruppe tragenden Flächen in zwei beabstandeien Bereichen und zwei Fotoelemente, auf die das von den beleuchteten Bereichen reflektierte Licht fällt. Hier dient die Lichtquelle also nicht zum Senden codierter Nachrichten, sondern zu Beleuchtungszwecken

Aus der bereits oben genannten Siemens-Zeitschrift Band 39 (1965), Heft 11, Seiten 1245 bis 1249, ist ein Verfahren zur Übertragung von Steuersignalen oder Meßwerten über große Potentialunterschiede mit Hilfe von moduliertem Licht bekannt, bei dem sendeseitig ein Impulsformer vorhanden ist, der für jedes vom Regler oder Meßwerk kommende Signal einen zum Anregen der Elektrolumineszenz einer Fotodiode geeigneten Stromimpuls liefert. Da die Impulsdauer dieser Impulses bei großer Energiedichte sehr kurz ist, kann die Lumineszenzdiode mit wesentlich höherer Intensität als im Dauerstrich betrieben weiden, so daß für den Empfang auf größere Distanz eine ausreichende Lichtmenge vorhanden ist. Für die Übertragung können amplitudenunabhängige Impulsmodulationsverfahren angewendet werden. Bei einer beschriebenen Ausführungsform ist jedoch die Impulsamplitude proportional einem zu übertragenden Signal.

Auch bei diesem Verfahren ist der Nachteil gegeben, daß die Infrarotlichisignale durch Fremdlichteinwirkung verfälscht werden können.

Aus der DE-OS 23 27 431 ist ein Übertragungsverfahren bekannt, bei dem die Fotodiode zum Aussenden von Lichtimpulsen von einer Wiederholungsfrequenz geregelt wird, um bei Abweichung die Steuerbefehle korrigieren zu können.

Die Gleichmäßigkeit der Impulsfolgen ist Voraussetzung für die Übertragung eines unverfälschten Steuerbefehls. Zwar wird durch die Wiederholung der Impulsfolge eine Abweichung des ersten Steuerbefehls wahrgenommen; das schließt aber nicht aus, daß sowohl die erste als auch die zweite Impulsfolge einem Steuerbefehl entspricht, der eigentlich von der Ernp fängerschaltung nicht verarbeitet werden sollte. Z. B. können Impulsfolgen anstatt aus 5 gewollten Einzelimpulsen aus 6 bestehen, von denen je einer durch Störlicht hervorgerufen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein digitales Impulsübertragungsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend weiterzuentwickeln, daß sowohl eine große Reichweite als auch eine hohe Übertragungssicherheit bei gleichzeitig niedrigem Leistungsverbrauch gewährleistet werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Kombination der kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruchs gelöst.

Das Impulsübertragungsverfahren nach der Erfindung weist den Vorteil auf, daß die Steuerbefehle in Digitalwörter umgesetzt sind und nicht aus gleichmäßigen Impulsfolgen sondern aus codierten Impulsfolgen bestehen, die eine unverfälschte Übertragung des Steuerbefehls und eine Übertragung einer Vielzahl von Steuerbefehlen seriell oder parallel gewährleisten. b5 Durch die indirekte Tastung der Fotodiode über eine angesteuerte HF-Sendestufc während der einzelnen Impulse ist ferner der Vorteil gegeben, daß eine Anpassung der Impulsbreiten des Digjtalimpulses an die Betriebsbedingungen der Fotodiode nicht zu erfolgen braucht, diese jedoch mit einer hohen Strahlungsintensität durch die Tastung mittels einer angesteuerten HF-Sendestufe arbeitet und somit die Signale mit einer hohen Energiedichte übertragen werden, wodurch empfängerseitig ein geringerer Aufwand für die Rückverstärkung der Empfangssignale aufgewendet werden muß.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Impulsabstände bei der Codierung eines Wortes für die beiden Logik-Pegel »L« und »H« sich wie 1 -.2 verhalten. Hierdurch lassen sich bei Codierung nach dem Fernschreib-Code mit sechs Impulsen (5 Abständen) z. B. 32 Funktionen übertragen.

Ein weiterer Vorteil ist dann gegeben, wenn die Wortlänge der ausgestrahlten Information derart gewählt ist, daß damit im Rhythmus des Worttaktes ein direktes Einstellen des der Decodierstufe des Empfängerteils nachgeschalteten Digitaleinstellers ermöglicht wird. Wie aus Anspruch 4 hervorgeht, kann direkt mit diesem Digitaleinsteller ein Digitalanalogwandler zur Einstellung der Gerätefunktionen, wie Lautstärke, Helligkeit, Kontrast usw. verbunden sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der F i g. 1 und 2a, b, c und d erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Infrarotsender für ein Fernsehempfangsgerät zur Einstellung der Gerätefunktionen, z. B. der Kanalwahl, und

F i g. 2a bis d die entsprechenden Impuls-Diagramme der Codier- und HF-Stufe.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 soll angenommen werden, daß die Fernbedienung einen Encoder 1 mit 32 Eingängen aufweist, der die anliegende Information nach dem Fernschreib-Code auf 5 bit codiert. Dieser Encoder wird wahlweise über 32 Tasten angesteuert. Es können somit 32 unabhängige Funktionen gesteuert werden. Hierzu sind die Tastenschalter 2 vorgesehen. In der vereinfachten Darstellung sind lediglich die Tastenschalter mit der Bezeichnung 0 und 31 eingezeichnet. Die fünf Ausgänge des Encoders 1 sind mit A bis E bezeichnet und mit einem Taktgebei und einem Impulsformer verbunden. In dieser Stufe 3 werden entsprechend dem anliegenden Signal die Impulse in einem Tastverhältnis 1 : 2 zwischen dem Logikwert »L« und dem Logikwert »H« umgewandelt und der getasteten HF-Stufe 4 zugeführt, die direkt mit der GaAs-Diode 5 verbunden ist. Die Art der Übertragung wird anhand eines in den Diagrammen 2a bis d dargestellten Impulsbeispiels näher erläutert.

Ein Wort (Funktion) hat stets die gleiche definierte Wortlänge, in dem Beispiel 80 ms. Die Ziffer 0 wird z. B. durch fünf kurze Impulsabstände je 5ms (Fig.2a) dargestellt. Die Ziffer 31 besteht hingegen aus fünf langen Impulsabständen von je 10 ms (F i g. 2b). Für die Worterkennung bleibt also auch bei der längsten Ziffer noch ein ausreichender langer Abstand von 30 ms übrig. Fig. 2c zeigt als Impulsdiagramm die Codierung der Zahl 18 und die Wertigkeit der einzelnen bits. Die Impulse eines jeden Wortes sind HF-moduliert (Fig.2d) und im Ausführungsbeispiel ca. 200 μβ lang. Die HF-Stufe 4 wird von den Impulsen nur während dieser Zeit aufgetastet. Die HF-Stufe 4 ihrerseits tastet mit ihren HF-Impulsen die nachgeschaltete Infrarotdiode 5 auf, wodurch die Information übertragen wird. Die tatsächliche Auftastzeit der Infrarotdiode 5 beträgt aber

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nicht 200 [is sondern nur 100 ^is, da sie von I-I P-1 in pulsen von I : 133. Bei einem I in pn Isst rom von 1 A läßt sich ein

aufgesteuert wird. Die gesamte iünsehalt/.eit der mittlerer Strom von '/ii Λ == 7,5 niA errechnen.

Infrarotdiode während eines Wortes ergibt somit Versuche haben ge/eigt. daß dieser Strom ausrei-

6 χ !00 Lis = 600 jis. In dem gezeigten Beispiel ergibt ehend ist. um mit einer Infrarotdiode eine für eine

sich bei einer Wortlänge von 80 ms ein Tastverhältnis ■-, Fernbedienung ausreichende Reichweite zu erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Digitales Impulsübertragungsverfahren für die Übertragung von Steuerbefehlen von einem elektronisch gesteuerten Infrarotgeber auf einen elektronisch arbeitenden Infrarotempfänger mitteis Infrarot-Lichtimpulsfolgen mit amplitudenunabhängiger Modulation, wobei jeweils die Impulsdauer wesentlich kleiner als der Impulsabstand ist, g e k e η η - ίο zeichnet durch die Kombination der Merkmale, daß jeder Steuerbefehl in einer Impulsformerstufe in ein Wort aus mehreren, unter sich gleich langen Impulsen mit unterschiedlichen, die Information des jeweiligen Steuerbefehls darstellenden Impulsabständen umgewandelt wird, welche Impulse eine den Infrarotgeber tastende HF-Sendestufe nur während der Impulsdauer freigeben, daß das Verhältnis der zeitlichen Summe aller von der HF-Sendestule getasteten Impulse eines Wortes zur Wortlänge zwisehen I : 50 und 1 : 500 liegt, und daß die Wortlänge derart gewählt ist, daß der Worttakt des empfangenen und decodierten Wortes direkt zum Stellen eines vielstufigen Digitalanalogwandlers zur Fernbedienung von Analogfunktionen verwendbar ist.

2. Digitales Impulsübertragungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsabstände sich wie 1 :2 verhalten.

3. Digitales Impulsübertragungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Anwendung auf die Fernbedienung von Fernsehgeräten.