DE2625633A1 - Funk-fernsteuereinrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 43OO ESSEN 1 · AM RUHRSTEIN 1 · TEL.: (O2O1) 4126 87 Seite W 29

WESTPORT INTERNATIONAL, INC., Gesellschaft n.d. Ges. des Staates Connecticut, 345 Boston Post Road, Milford, Connecticut, U.S.A.

Funk-Fernsteuereinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Funk-Fernsteuereinrichtung zum der Einstellung eines verstellbaren Gebers entsprechenden Nachsteuern wenigstens eines Stellglieds. Bei vielen Fernsteuereinrichtungen, z. B. solchen für (Modell-) Flugzeuge oder Schiffe gibt es mehrere Stellglieder, z.B. die Drossel, das Ruder usw., die durch Verstellen des ihnen zugeordneten Stellmotors bewegt werden. Die Bedienungsperson betätigt mit Hand einen jedem Stellmotor bzw. Stellglied zugeordneten Steuerhebel o.dgl. und diese Steuerbewegung wird in Form einer Funkinformation zu dem entfernten Empfänger übertragen. In diesem wird die Information in elektrische Signale dekodiert und der empfängerseitige Stellmotor derart nachgesteuert, daß das ihm zugeordnete Stellglied im wesentlichen in die dem Steuerhebel o.dgl. des Gebers entsprechende Relativlage kommt.

Eine Form des Funksystems zur Übertragung einer solchen Information wird Pulslagemodulation genannt. Die Funkwellen werden verschlüsselt, d. h. derart ein- und abgeschaltet, daß sie in wiederholte Folgen unterteilt sind, wobei jede (Impuls-) Folge wenigstens einen Zeitabschnitt für jede Steuer- und Stelleinheit enthält und die Zeitabschnitte an den gleichen Stellen in jeder Folge erscheinen. Jeder Zeitabschnitt bzw. jedes Segment besteht aus einer "Ein-" Zeit und einer "Aus-" Zeit der Funkwelle, wobei die Dauer der "Ein-" oder Sendezeit entsprechend

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der Lage des Gebersteuergliedes veränderlich ist und die "Aus-" Zeit im wesentlichen konstant ist- Der Empfänger des ferngesteuerten Geräts bestimmt die Dauer des Zeitabschnitts bzw. Segments, entwickelt danach ein Steuersignal der gleichen Dauer und legt dieses an den Stellmotor bzw. Stellglied an, dessen Stellung der Tastzeit ("Ein-" Zeit) der Funkwelle entspricht.

Zwar ist dieses System im Prinzip voll funktionsfähig, jedoch sind in den für solche Systeme zur Verfugung stehenden Frequenzbändern inzwischen höhere Sendeleistungen zugelassen worden. Die Sendung mit derart hohen Leistungen hat bei bekannten Funk-Fernsteuersystemen zu einer beträchtlichen Reduktion der Betriebsdauer der bei solchen Systemen gewöhnlich als Energiequelle dienenden Batterien geführt. Da andere Arten von Funksystemen auch in diesen Frequenzbändern senden können, und zwar generell mit der höchst zulässigen Leistung, waren die bekannten Funkwellenempfänger an dem entfernten gesteuerten bzw. gelenkten Gerät in hohem Maße Störeinflüssen von Fremdsendern ausgesetzt, die zu unerwünschten Abweichungen der Stell— bzw.» Servoeinheiten von der durch die zugehörige Fernsteuerung estimmten Sollstellung geführt haben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Funk-Fernsteuereinrichtung zur Verfügung zu stellen, die trotz erhöhter Sendeleistung einen niedrigeren elektrischen Energiebedarf als bekannte Systeme hat, also eine höhere Betriebsdauer der zugehörigen Energiequellen gewährleistet, weitgehend unempfindlich gegen mögliche Störungen durch Freilebender und/oder Fremdfunksignale ist, mit vorhandenen Servoeinheiten (Verstellmotoren) kompatibel ist und eine genaue Folgesteuerung einer ebenso großen Anzahl von Servoeinheiten gewährleistet, wie bisher bekannte Systeme.

Bei der Lösung dieser Aufgabe bedient sich die Erfindung eines Senders von im wesentlichen konventioneller Ausführung, der ent—

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weder frequenz- oder amplitudenmoduliert wird und in eingeschaltetem Zustand eine Trägerwelle konstanter Amplitude und Frequenz sendet und während der Abschaltzeit nicht sendet. Die Sende- und Ruheperioden und deren Dauer dienen zur Unterteilung der Funkwelle in Wiederholungsfolgen, von denen jede mehrere Zeitabschnitte oder -Segmente mit jeweils einer Sendeperiode und einer Sendepause enthält. Anstelle der bisher verwendeten Übertragung der Lageinformation eines Steuerorgans durch die Dauer der Sendeperiode in einem Zeitsegment bzw. -abschnitt wird erfindungsgemäß die Lageinformation durch die Dauer der Sendepause in dem Segment übertragen. Während bei bekannten Funk—Fernsteuersystemen mit Pulslagemodulation die Pausenzeit konstant gehalten wird, sieht die Erfindung eine im wesentlichen konstante Sendeperiode in jedem Segment vor.

Die Ausnutzung von Ruheperioden bzw. Sendepausen variabler Dauer zur Informationsübertragung führt zu einer drastischen Reduktion der erforderlichen Sendeenergien. Ein typisches Sendesystem bekannter Ausführung, das sich einer Sendezeit— modulation zur Informationsübertragung bedient, verfügt beispielsweise über eine neutrale Folge mit acht Segmenten, die sich über 20 Millisekunden erstreckt und über eine Gesamtsendezeit von 16 ms und eine GesamtpausenzeiL von etwa 4 ms verfügt. Das Verhältnis von Sendezeit zu Pausenzeit ist also 4:1. Zur Übertragung der gleichen Information bedient sich das erfindungsgemäße Fernsteuersystem dagegen einer 15 1/2 ms-Folge mit einer Gesamtsendezeit in der Funkwelle von 5 1/2 ms und einer auf 10 ms vergrößerten Pausen— zeit. Dies ergibt ein Verhältnis von 1:2. Bei gleicher Energieentnahme aus der Betriebsspannungsquelle eines tragbaren Senders kann die erfindungsgemäße Einrichtung daher länger und/oder mit einer höheren Leistung senden als bekannte Systeme gleicher Gattung.

Der Empfänger entschlüsselt die gesendete Welle und liefert

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ein Steuersignal an jede Servoemheit bzw. jedes Stellglied über die Dauer des zugehörigem See nts; dies entspricht im Prinzip der Arbeitsweise bekannter P \tlsbrei ten -Modulationssysteme, wodurch das erfindungsgemäße Funk-Fernsteuersystem mit vorhandenen Servoeinheiten kompatibel wird.

Im Betrieb nimmt der auf die Sendefrequenz eingestellte Empfänger sowohl die Funkwellen von dem ihm zugeordneten Sender als auch Fremdwellen von anderen Sendern in demselben Frequenzband auf. Trotz des Empfangs von Fremdwellen ist der erfindungsgemäße Empfänger im Ergebnis für diese gesperrt, d. h. für solche Fremd-oder Störwellen über eine vergleichsweise sehr lange Zeit in jedem Segment und in jeder Folge vollständig unempfindlich. Diese große Unempfindlichkeitszeit macht das erfindungsgemäße System zumindest während dieser Zeiten immun gegegen mögliche Störungen durch eingehende Sendewellen, wodurch die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Systems gegenüber bekannten Systemen gleicher Gattung, die über den größten Teil, wenn nicht sogar für die gesamte Dauer jedes Segments und jeder Folge für Funkwellen ·empfangsbereit sind, beträchtlich erhöht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein teilweise als Blockdiagramm dargestelltes elektrisches Schaltbild des Senders der erfindungsgemäßen Funk-Fernsteuereinrichtung;

Fig. 2 ein teilweise als Blockdiagramm dargestelltes Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des zugehörigen Empfängers;

Fig. 3 eine graphische Darstellung verschiedener Signalkurven; und

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines in dem Sender verwendbaren variierbaren Zeitgebers.

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In Fig. 1 ist der Sender als Ganzer mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Er weist in dem gestrichelt umrandeten Block die Hauptbestandteile eines amplitudenmodulierten Senders auf. Die Frequenz der über eine Antenne 12 abgestrahlten Welle wird von der Frequenz eines Quarzes 13 bestimmt* Die abgestrahlte Welle hat eine kontinuierliche Frequenz und Amplitude. Ein Oszillator 14 ist direkt mit einer elektrischen Energiequelle B+ verbunden, an die auch ein Ausgangsverstärker 15 angeschaltet ist. Ein Verstärker 16 ist mit der B+ Quelle über eine Schalteinrichtung 17 verbunden, zu der ein Transistor gehört, der basisseitig mit einem Ausgang 19 eines variierbaren Zeitgebers 20 verbunden ist.

Der Ausgang 19 des Zeitgebers 20 ist abwechselnd mit niedrigen und hohen Spannungen beaufschlagt. Wenn das Ausgangssignal niedrig ist, wird der Transistor 18 leitend und erregt den Verstärker 16, wodurch der Sender 10 eine Funkwelle bei der vom Quarz 13 bestimmten Frequenz ausstrahlt. Wenn die Spannung am Ausgang 19 des Zeitgebers dagegen hoch ist, ist der Transistor 18 gesperrt, der Verstärker 16 entregt und der Sendevorgang das Senders unterbrochen, d»h. es ist eine Sendepause.

Der Spannungswechsel am Ausgang 19 findet sehr plötzlich statt. Die mit dem Transistor 18 verbundenen Widerstände und Kondensatoren der Schalteinrichtung runden den Schaltsprung des Transistors ab und reduzieren die Gefahr von Störemissionen außerhalb des vorgesehenen Sendefrequenzbandes.

Die in der Sendepause vom Sender aufgenommene Energie ist sehr gering. Die Frequenz der Sendewelle kann durch Änderung der Quarzfrequenz oder durch Ersatz des Frequenzgenerators innerhalb einer der zulässigen Frequenzbereiche von 27 oder 72 MHz geändert werden.

Eine Ausführungsform eines variierbaren Zeitgebers 20 ist in Fig. 4 gezeigt. Der Zeitgeber 20 erzeugt eine hohe Ausgangs—

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spannung über eine Dauer, welche von der Größe des in die Eingangsleitung 21 des Zeitgebers 20 fließenden Stroms abhängig ist. Nach dem Zeitintervall hoher Spannung setzt der Zeitgeber sein Ausgangssignal normalerweise über eine feste Zeitdauer auf eine niedrige Spannung. Danach kehrt der Ausgang wieder auf eine hohe Spannung zurück. Ein hoher Wert des Stroms in der Eingangsleitung 21 führt zu einem hohen Ausgangssignal kurzer Dauer, während ein niedriger Wert des eingangsseitig zugeführten Stroms zu einem hohen Ausgangssignal langer Dauer führt. Das Verhältnis der Zeitmodulation am Ausgang des Zeitgebers liegt in der Größenordnung von 1:3. Durch Änderung des der Eingangsleitung 21 zugeführten Stroms kann somit das Tastverhältnis Von hoher zu niedriger Spannung am Ausgang des Zeitgebers 20 bei fester Dauer der niedrigen Spannungsperiode geändert werden, um dadurch eine Pulslagemodulation hervorzurufen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Eingangs— leitung 21 zu den Ausgängen von neun zweiseitigen Schaltern 22-1, 22-2 ... 22-0 parallel geschaltet. Ein Ausgang des ersten zweiseitigen Schalters 22—1 ist mit einem Ende 23 eines einstellbaren Widerstandes 24 verbunden, der mit einem anderen einstellbaren Widerstand 25 in Reihe an einer B+ Spannungsquelle 26 liegt. Die Lage des Abgriffs des einstellbaren Widerstandes 25 bestimmt die Größe des durch den zweiseitigen Schalter 22—1 zur Eingangsleitung 21 fließenden Stroms, wobei der höchste Strom in der untersten Stellung und der geringste Strom in der obersten Stellung des Abgriffs des einstellbaren Widerstandes fließt. Der einstellbare Widerstand 24 dient als Trimmwiderstand zur Einstellung des Widerstandswerts in der neutralen Mittellage des Widerstands 25.

Die Komponenten 23—25 bilden eine von mehreren Handsteuerungen, die als Ganze mit dem Bezugszeichen 27—1 bezeichnet ist. In ähnlicher Weise sind zweite, dritte und vierte Handsteuerungen mit 27-2, 27-3 und 27-4 bezeichnet, deren Ausgang jeweils mit

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dem zugehörigen zweiseitigen Schalter 22-2, 22-3 bzw. 22-4 verbunden ist. Andere Steuereinheiten, so zum Beispiel fünfte bis achte Steuereinheiten können ggf. vorgesehen werden, während die neunte Steuereinheit 27-0 als Rückstellsteuerung, nicht also zur Steuerung einer Servoeinheit dient. Die Steuerungen 27-1 bis 27-8 haben identischen Aufbau.

Der zweiseitige Schalter 22-1 hat einen Steueranschluß 28, bei dessen Erregung Strom von der ersten Steuereinheit 27-1 zur Eingangsleitung 21 fließen kann. Bei entregtem Steueranschluß ist die Verbindung zwischen der Handsteuereinheit und der Eingangsleitung 21 über den zweiseitigen Schalter unterbrochen. Der Steueranschluß 28 des Schalters 22-1 ist mit einem Zählanschluß 1 eines dekadischen Zählers 29 verbunden. Wenn daher der Zählerstand 1 ist, fließt allein der Strom von der ersten Steuereinheit 27-1 über die Leitung zum Eingang des Zeitgebers 20. Entsprechendes gilt für die Zählerstände 2 bis 8, bei denen die anderen zweiseitigen Schalter angesteuert sind und eine Verbindung von den ihnen zugeordneten Handsteuerung 27 zur Eingangsleitung 21 herstellen, wobei jedoch diese Verbindung nur über die Zeit der Erhaltung des jeweiligen Zählerstandes bestehen bleibt.

Der dekadische Zähler 29 weist einen Zählanschluß 30 auf, über den bei Änderung der Spannung von niedrig auf hoch der Zähler um 1 weitergeschaltet wird. Der Zählanschluß 30 ist mit dem Ausgang 19 des Zeitgebers 20 verbunden, so daß der Zähler nur dann weitergeschaltet wird, wenn sich die Ausgangsspannung des Zeitgebers nach Beendigung der festen L-Spannungsperiode auf eine hohe Spannung ändert. Daher hat jeder der ersten acht Zählschritte des Zählers eine Dauer, die der Summe der Sendezeit und der Sendepause der Sendewelle entspricht, und diese Summe wird im folgenden als Segment bezeichnet.

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Die Segmente werden nacheinander mit fortschreitendem Zähler getastet, wobei jede Handsteuereinheit 27 nacheinander mit dem Zeitgeber 20 verbunden wird und dessen Einstellung variiert, um die Dauer der Ruheperiode jedes Segments und damit die Gesamtdauer jedes Segments einzustellen.

Nachdem der Zähler bis 8 gezählt und damit acht Segmente erzeugt hat, soll ein Rückstellimpuls bestimmter Dauer erzeugt werden, um eine Kennzeichnung dafür zu schaffen, daß der Zähler als nächstes Segment wieder mit dem Zählwert 1 beginnt. Der Rückstellimpuls wird dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens eine relativ lange Sendeperiode hervorruft. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bilden die aufeinanderfolgenden Segmente und ein Rückstellimpuls eine Impulsfolge, die fortgesetzt wiederholt wird, wobei der Rückstellimpuls und jedes Segment dieselbe Stelle in jeder Folge einnehmen.

Am Ende der Zählung des Segments 8 rückt der Zähler auf einen Zählwert 9 vor, von dem aus innerhalb weniger MikroSekunden der Zähler durch nachfolgend noch zu beschreibende Rückstellung auf den Zählwert 0 überwechselt.

Ein Rückstellimpuls wird erzeugt, wenn der Zähler bei Erreichen des Zählwerts 0 den zweiseitigen Schalter 22-0 ansteuert und einen festen Widerstand 31 in der Steuereinheit 27-0 mit dem Zeitgebereingang 21 verbindet. Der Widerstand 31 hat einen solchen Widerstandswert, daß am Ausgang des Zeitgebers 20 eine hohe Spannung über eine vorgegebene Dauer erzeugt wird, während die Dauer der niedrigen Spannungsperiode am Ausgang des Zeitgebers z. B. auf das Dreifache der üblichen L-Spannungsperiode durch eine Rückstellimpulsschaltung 3 2 verlängert wird, welche ebenfalls mit dem Zeitgeber 20 verbunden ist. Nach Ablauf dieser beiden unterschiedlichen Zeitabschnitte wechselt der Ausgang des Zeitgebers wieder auf eine hohe Spannung und setzt den Zähler auf den Zählerstand 1, so daß die nächste Segmentenfolge eingeleitet wird.

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In Fig. 3 ist eine graphische Darstellung wenigstens einer vollständigen Folge des Zeitgeb^er-Ausgangssignals als Kurve 33 mit der gleichzeitigen Zählung als Kurve 34 und dem Sendezustand als Kurve 35 gezeigt. Wie in ähnlich bekannten Systemen ist es auch hier erwünscht, daß jedes der acht Segmente eine zeitliche Dauer zwischen 1 und 2 ms hat, wobei der Rückstellimpuls eine Mindestsendezeit von 1,5 ms hat. Die Sendepause bei der Rückstellung ist gleich der Differenz zwischen der Summe der zuvor genannten Zeitabschnitte und der typischen Dauer einer Gesamtfolge von etwa 16 ms, in der acht Servoeinheiten gesteuert werden können. Jedes Segment hat eine mittlere Dauer von 1,5 ms, die dann auftritt, wenn das Handsteuerglied in der Neutralstellung steht. Bei solchen Zeitbemessungen werden jeder Servoeinheit (Stellmotor) etwa 60 Steuersignale pro Sekunde zugeführt, mit denen die Servoeinheiten ausreichend genau den Handsteuerungen nachgesteuert werden können.

Die beiden Handsteuerungen 27-1, 27-2 sind in ihren Neutralstellungen gezeigt, bei denen sie ein Η-Signal am Ausgang des Zeitgebers von 1 ms erzeugen. Die Handsteuerung 27-3 ist auf eine Minimaldauer von 0,5 ms und die vierte Handsteuerung 27-4 für eine Höchstdauer von 1,5 ms eingestellt. Der Zeitabschnitt der L-Spannung am Zeitgeberausgang beträgt für jedes Segment 0,5 ms. Beim Zählerstand 0 und Auftreten eines Rückstellimpulses ist die Dauer des Η-Signals am Ausgang des Zeitgebers 2 ms (eingestellt durch den Wert des Widerstands 31), während die L-Spannungsdauer 1,5 ms.

Die Schal. - einrichtung 17 läßt Sendeimpulse nur während der L-Spannungsabschnitte zum Ausgang des Zeitgebers 20 zu und ist in den Zeitabschnitten mit hohen Spannungen am Ausgang des Zeitgebers gesperrt. Die Sendewelle 35 verläuft daher umgekehrt zur Spannungskurve am Ausgang des Zeitgebers, und es ist zu sehen, daß der Sender jeweils nur über eine Dauer von 0,5 ms sendet und für den Rest des Zeitsegments Pause hat. Der Rückstellirapuls erzeugt natürlich eine längere Sendezeit und wählbare Sendepause.

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In Fig. 4 ist ein schematisches Schaltbild des Zeitgebers 20 und der Rückstellimpulsschaltung 32 gezeigt. Ein Block 36 stellt eine lineare integrierte Schaltung dar, die eine monolitische Zeitgabeschaltung bildet und beispielsweise unter der Fabriknummer NE555 von der Firma Signetics Corporation, Sunnyvale, Kalifornien lieferbar ist. Diese Schaltung weist acht Anschlüsse auf, von denen die Anschlüsse 8 und 4 mit einer B+ Quelle und der Anschluß 1 mit Erde 37 verbunden sind. Die Eingangsleitung 2#Lst an den Anschluß 7 angeschaltet,der über einen Widerstand 38 mit dem Anschluß 6 verbunden ist. Ein Kondensator 39 liegt zwischen Erde und dem Anschluß 6; letzterer ist über einen Widerstand 40 mit dem Anschluß 2 verbunden. Ein zweiseitiger Schalter 41 liegt ausgangsseitig am Anschluß 6, ist mit seinem Steueranschluß an den Anschluß 3 angeschaltet und mit seinem Eingangsanschluß mit der Eingangsleitung 21 verbunden. Es ist zu sehen, daß der Anschluß 3 auch den Ausgang 19 des Zeitgebers bildet.

Bei dem in dieser Weise aufgebauten Zeitgeber wird der Kondensator 39 über die Leitung 21 und den zweiseitigen Schalter aufgeladen, wenn eine Η-Spannung an der Ausgangsleitung 19 ansteht, wobei die Aufladegeschwindigkeit des Kondensators im wesentlichen von der Größe des der Eingangsleitung 21 zugeführten Stroms bestimmt wird. Wenn die Spannung am Kondensator etwa zwei Drittel des Werts B+ erreicht hat, wird die Schaltung 36 getriggert, wodurch die Ausgangsspannung am Anschluß 3 von einem Η-Wert auf einen L-Wert wechselt und der Anschluß 7 geerdet wird. Über den Widerstand 38 kann sich der Kondensator 39 sodann entladen. Wenn der Kondensator 39 auf ein Drittel der Spannung B+ entladen ist, wird die Schaltung über den Widerstand 40 und den Anschluß 2 angesteuert, wodurch der Anschluß 7 von Erde abgetrennt und der Schaltungsausgang auf eine hohe Spannung gebracht wird. Der Kondensator 39 beginnt sich sodann wieder auf zwei Drittel der Spannung B+ aufzuladen, worauf wiederum ein Spannungssprung auf die L-Spannung am Schaltungsausgang hervorgerufen wird, bis sich der Kondensator

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39 wieder auf ein Drittel der Spannung 3+ entladen hat, worauf die Ausgangsspannung wieder auf die Η-Spannung angehoben wird. Der L-Spannungs-Zeitabschnitt am Ausgang des Zeitgebers wird daher im Prinzip von den Werten des Widerstands 38 und des Kondensators 39 bestimmt, während die Aufladegeschwindigkeit des Kondensators 39 die Dauer des H-Spannungsabschnitt am Ausgang bestimmt.

Die Rückstellimpulsschaltung 32 weist einen Kondensator 42 und einen Transistor 43 auf, über den der Kondensator 42 zum Kondensator 39 immer dann parallel geschaltet werden kann, wenn der Transistor 43 bei Erreichen des Zählerstands 0 leitend wird. Es wird also die effektive Kapazität und damit die für die gemeinsame Entladung der beiden Kondensatoren über Widerstand 38 auf ein Drittel der B+ Spannung erforderliche Zeit zur Verschiebung der Ausgangsspannung des Zeitgebers auf eine höhere Spannung (Η-Spannung) erhöht. Die Kennwerte der Komponenten der Rückstellimpulsschaltung 32 sind so gewählt, daß vorzugsweise eine L-Spannungsdauer von 1,5 ms entsteht, wobei der Wert des Widerstands 31 so bemessen ist, daß sich eine Ladezeit für beide Kondensatoren von etwa 2 ms zur Bestimmung der H-Spannungsperiode am Ausgang des Zeitgebers ergibt.

Der Rückstellimpuls bei Erreichen des Zählerstands 9 wird wie folgt entwickelt. Ein zweiseitiger Schalter 44 weist einen mit dem Zählerstandsanschluß 9 verbundenen Steueranschluß und einen mit der B+ Quelle verbundenen Eingangsanschluß auf. Ein Kondensator 45 liegt zwischen dem Ausgang des zweiseitigen Schalters 44 und B+ Quelle. Der Ausgang ist außerdem mit einem Rückstellanschluß 46 des Zählers 29 verbunden, der bei Ansteuerung mit einem positiven Impuls den Zähler auf den Zählerstand 0 setzt. Ein Widerstand 47, der mit Erde verbunden ist, vollständigt die Schaltung. Die Elemente 45 und 47 bilden eine Verzögerungsschaltung für eine Zeitverzögerung von wenigen MikroSekunden und gewährleisten, daß der Rückstellanschluß 46 zuverlässig betätigt wird, nachdem der Zähler den Zählerstand 9 erreicht

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hat. Durch die Verzögerungsschaltung wird die Zeit eingestellt, in der der Ruckste11impuls am Rückstellanschluß 46 erscheint.

Wie aus der Kurve 33 in Fig. 3 zu sehen ist, ist die Zählung beim Zählerstand 9 so kurz, daß keine Änderung des Zeitgeber-Ausgangssignals stattfinden kann. Vielmehr wird das Ausgangssignal bei Erreichen der Η-Spannung nach dem Zählerwert 8 in diesem Zustand durch den Wert des Widerstands 31 gehalten. Bei der typischen Implusfolgedauer von 16 ms und acht Steuereingaben beträgt die H-Signaldauer etwa 2 ms.

Bei einer geringeren Anzahl von Steuer- und Stelleinheiten, z. B. bei vier Steuer- und Stelleinheiten kann dies auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß die Leitung zum .Zählanschluß 9 unterbrochen und stattdessen mit dem Zählanschluß 5 (d. h. mit dem um eins größeren Zählerstand als die Zahl der verwendeten Steuer- und Stelleinheiten) verbunden wird. Eine solche Impulsfolge enthält vier Segmente und den Rückstellimpuls, wobei die gesamte Zeit der Impulsfolge in typischer Ausführung nur 8 ms beträgt. Dadurch wird die Folgefrequenz,mit der die Steuersignale an die Servo- bzw. Stelleinheiten angelegt werden, verdoppelt. Wenn eine Folgedauer von etwa 16 ms aufrechterhalten werden soll, so kann beispielsweise der Wert des Widerstands soweit erhöht, daß eine H-Spannungsdauer am Zeitgeberausgang von zusätzlichen 6 ms entsteht, die zur Vervollständigung der Impulsfolgedauer benötigt werden. Wenn daher der Zählerstand 5 erreicht ist, bleibt der Zeitgeberausgang einschließlich der zuvor erwähnten 2 ms der Ruheperiode des Rückstellimpulses für 8 ms auf der H-Spannung.

Es ist zu erkennen, daß trotz Ausdehnung der H-SpannungswertperiodeVöie entsprechende Einstellung des Widerstandswerts des Widerstands 31 der Sender unerregt bleibt, also Sendepause hat, so daß die Gesamtsendezeit während einer solchen Impulsfolge sogar noch geringer als die Gesamtsendezeit bei einer für acht

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Steuereinheiten vorgesehenen Signalfolge ist.

Die Sendewelle wird von dem als Ganzer mit 50 (Fig. 2) bezeichneten Empfänger aufgenommen und in der ferngesteuerten Einrichtung entschlüsselt. Die acht Servo- bzw. Stelleinheiten sind durch den Block 51 veranschaulicht. Die Servo- bzw.Stelleinheiten haben herkömmliche Ausbildung und sprechen auf einen positiven Impuls zwischen etwa einer und zwei ms Impulsdauer mit einer Spitzenspannung von etwa 4,8 V bei einer Betriebsspannung B+ im Empfänger von 5 V an. Jede Servoeinheit ist mit einem entsprechend numerierten Zäianschluß eines dekadischen Zählers 52 verbunden. Jedes Stellglied bzw. jede Servoeinheit nimmt daher eine Stellung entsprechend der Haltedauer des zugehörigen Zählwerts ein, die wiederum der Dauer des Segments der für den Zählerstand ursächlichen Signalfolge entspricht.

Eine Antenne 53 gibt eine aufgenommene Welle an die Empfängerkomponenten, die in einem gestrichelt umrandeten Block 54 enthalten sind. Der Ausgang des Empfängerteils 54 ist mit dem Eingang eines Umkehrverstärkers 55 verbunden. Das Eingangssignal bildet die aufgefangene Sendewelle, die eine Η-Spannung in den Sendeperioden und eine L-Spannung während der Sendepausen hat. Das Ausgangssignal des Umkehrverstärkers 55 hat Spannungswerte, die im wesentlichen gleichzeitig und identisch mit denjenigen am Ausgang 19 des Zeitgebers 20 sind. Der Ausgang ist in Fig. mit A bezeichnet. Wie in der graphischen Darstellung gemäß Fig. zu sehen ist, tritt am Punkt A ein Signalverlauf 56 auf, der eine H- und L-Spannung hat, die mit denjenigen der in der Kurve 33 dargestellten Spannungen ident.i sch sind.

Der Punkt A ist direkt mit dem Zählanschluß des Zählers 52 verbunden und bewirkt eine Weiterschaltung des Zählers bei einer Spannungsänderung von L (niedrig)auf H (hoch). Der Zähler weist ferner einen Zählsteueranschluß auf, der gleichzeitig mit einer L-Spannung beaufschlagt werden muß, wenn der Zählerwert durch eine Spannungsänderung wechseln soll. Der Ansteuerzustand tritt

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nur für die in der Kurve 57 in Fig. 3 dargestellten "JA-" Perioden auf und besteht insbesondere in der letzten Hälfte der Dauer der Sendewelle eines Segments.

Der Ansteuerzustand wird durch eine Ansteuer-Zeitgabeschaltung 58 hergestellt, die direkt mit einer B+ Quelle und über einen Umkehrverstärker 59 und eine Diode 60 mit dem Punkt A verbunden ist. Der Ansteueranschluß ist ferner über einer Diode 61 und einen Umkehrverstärker 62 in der in der Zeichnung dargestellten Weise mit der Zeitgabeschaltung 58 verbunden.

Bei diesem Schaltungsaufbau führt eine niedrige Spannung am Punkt A zu einer hohen Spannung an der Diode 60, wodurch an die Zeitgabeschaltung 58 solange eine zunehmende Spannung angelegt wird,bis diese einen Wert erreicht, der nach Umkehr durch den Umkehrverstärker 62 den zur Bildung eines L-Zustands am ZählSteueranschluß erforderlichen Wert erreicht hat. In der Kurve 57 ist die zunehmende Spannung in der Ansteuer—Zeit— gabeschaltung 58 durch die gestrichelten Linien 57a dargestellt. Sobald diese Anstiegskurve etwa die Hälfte des Maximalwerts erreicht hat, wird der Zählansteueranschluß des Zählers betätigt. Dieser Halbwert wird nach angenäherten, 0,25 ms bei am Punkt A anliegender L-Spannung eireicht, so daß der Zähler nur für den Rest der Sendedauer eines Segments oder für etwa 0,25 ms zur Änderung seines Zählwerts erregt bzw. angesteuert wird. Zu allen anderen Zeiten sind am Zähl-

—en
anschluß anstehende Spannung für eine Weiterschaltung des Zählers unwirksam, wodurch der beschriebene Empfänger über einen wesentlichen Teil jedes Segments praktisch unempfindlich gegen Fremdsignaleinflüsse ,wird.

Der Zähler 52 kann durch Anlegen einer Η-Spannung an seinen Rückstellanschluß auf den Zählwert 0 zurückgesetzt werden. Die Η-Spannung wird von einer Rückstell-Zeitgeberschaltung 63 erzeugt, wenn ein Rucksteilimpuls vom Sender empfangen wird. Der Punkt A ist über eine Diode 64 und einen Umkehr-

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verstärker 65 mit der Zeitgeberschaltung 63 verbunden. Diese ist über zwei Umkehrverstärker 66 und 67 an den Rückstellanschluß angeschaltet. Während der Sendeperiode des Rückstellimpulses, bei dem am Punkt A eine L-Spannung ansteht, steigt die Spannung im Zeitgeber 63 solange positiv an, bis sie einen Wert erreicht, der nach Verstärkung in den Verstärker 66 und 67
zum Auslösen der Rückstellung des Zählers mit Änderung des Zählerwerts auf 0 ausreicht. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Komponenten bei der Zeitgabeschaltung 63 so ausgewählt, daß sie das Anstehen einer L-Spannung am
Punkt A über eine Dauer von etwa 1 ms erforderlich machen, bevor der Auslosespannungswert erreicht, wobei eine Rückstellspannung über etwa 0,5 ms Dauer zur Rückstellung angelegt wird. Die anwachsende Spannung ist in der Kurve
57 mit der gestrichelten Linie 57b angegeben.

Eine Diode 69 ist mit dem dem Zählwert 9 zugeordneten Zähleranschluß und dem Verbindungspunkt der Diode 64 und des Verstärkers 65 verbunden. Eine andere Diode 70 liegt zwischen dem Zähleranschluß 9 und dem Zählansteueranschluß. Ein Absenkwider stand ist zusammen mit einem Kondensator als Ver-

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zögerungsschaltung mit eine: Verzögerung von wenigen Mikrosekunden zwischen dem Ansteueranschluß und Erde eingeschaltet.

Bei dem zuvor beschriebenen Schaltungsaufbau wird der Zähler 52 auf den Zählwert 9 fortgeschaltet, wenn am Punkt A am Ende des achten Zählsegments eine Η-Spannung anliegt. Über die Diode 70 wird eine Sperrspannung an den Zähl-Auslöseanschluß angelegt, während die Kathode der Diode 69 auf einer H-Spannung liegt. Der Zähler hält den Zählwert 9 solange bei, bis die Rückstell-Zeitgabeschaltung einen zur Auslösung der Rückstellung des Zählers 52 auf den Zählwert 0 geeigneten positiven Spannungswert erreicht hat. Dadurch wird die Sperrspannung an der Zählansteuerschaltung unter Bildung eines Entladewegs über den Widerstand 71 abgezogen, und außerdem wird die Rückstellspannung über einen von der Diode 69 gebildeten Entladeweg

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abgeleitet. Ferner wird die vom Ansteuer-Zeitgeber 58 kurz nach Beginn der Sendewelle des Rückstellimpulses an den Zähler-Ansteueranschluß angelegte L-Spannung nach Entfernung der positiven Spannung vom Zählanschluß 9 wirksam. Der Zähler 52 wird daher "angesteuert" so daß das Ende des Rückstell-

durch
impulses^fein Fortschalten des Zählers auf den Zählwert 1

zum Beginn einer neuen Signalfolge wirksam ist.

In der Reihe 72 in Fig. 3 sind die Zeitabschnitte an jeder der vier Servoeinheiten entsprechend der Einstellung der ihnen zugeordneten Gebereinheiten dargestellt. Die Darstellung in der Zeile 73 zeigt die Zählungen des Empfängerzählers 52.

Es ist zu sehen, daß während der Sendepausen, in denen der Punkt A auf einer Η-Spannung liegt, beide Zeitgeberschaltungen 58 und 63 unter Einfluß der ihnen zugeordneten Umkehrverstärker 59 und 65 rasch abfallende Ausgangsspannung erzeugen.

Wenn auch das zuvor beschriebene System acht manuell betätigbare Gebereinheiten und acht empfangerseitige Servo- bzw. Stelleinheiten aufweist, ist klar, daß bei einer Verringerung der Anzahl der Gebereinheiten im Sender, z. B. auf vier Gebereinheiten, der Empfänger entsprechend abgewandelt wird. Bei Verwendung von beispielsweise vier Gebereinheiten und vier Stelleinheiten besteht die einzige erforderliche Änderung darin, daß die Dioden 69 und 70 vom Zählanschluß 9 abgetrennt und auf den Zählanschluß 5 gelegt werden. Der Empfänger arbeitet dann in der gleichen ^Wei§S wie der zuvor beschriebene Empfänger und hält diesen Zählwert etwa 1 ms nach Auftreten des Rückstellimpulses bei.

Anstelle der im beschreibenen Ausführungsbeispiel vorgesehenen dekadischen Zähler im Sender und Empfänger können selbstverständlich auch andere Zählerausführungen verwendet werden.

Bei dem zuvor beschriebenen Funk-Fernsteuersystem werden mehrere Servo- oder Stelleinheiten ihner| eweils zugeordneten Gebereinheiten

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nachgesteuert. Die Fernsteuereinrichtung erzeugt Sendeperioden und Sendepausen und unterteilt damit eine Sendewelle in wiederholte Signalfolgen, die jeweils mehrere, einzeln den Geber- und Servoeinheiten zugeordnete Segmente aufweisen. Jedes Segment hat eine Sendeperiode und eine Ruheperiode, und die Information über die eingestellte Lage der Gebereinheit wird durch Modulation der Dauer der Ruheperiode bzw. Sendepause dargestellt. Da die Sendepausen bzw. Ruheperioden normalerweise langer als die Sendeperioden sind, hat das beschriebene System einen im Vergleich zu bekannten Fernsteuereinrichtungen reduzierten Energieverbrauch und damit eine höhere Lebensdauer. Außerdem ist die Zuverlässigkeit des beschriebenen Systems erhöht, da es über längere Zeitintervalle unempfindlich gegen Störwellen ist.

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Claims (19)

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER ■ D 43OO ESSEN 1 - AM RUHRSTEIN 1 · TEL.: (02 01) 4126 Seite -IS- Patentansprüche

1. Funk-Fernsteuereinrichtung zum der Einstellung eines verstellbaren Gebers entsprechenden Nachsteuern wenigstens eines Stellglieds, mit einem Sendeteil, der bei Erregung eine Funkwelle abgibt, und einem von diesem entfernt angeordneten Funkempfängerteil, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Sendeteil eine diesen in jeder Sendeperiode erregende und in jeder Sendepause entregende Schalteinrichtung (17) verbunden ist, daß mit dem verstellbaren Geber (27) eine Steuer- und Kodierschaltung (20, 22, 29, 32,44 ... 47) verbunden ist, die die Schalteinrichtung derart steuert, daß die Dauer der Sendepause der Einstellung des zugehörigen Gebers (27) entspricht, daß der Funkempfängerteil (54) einen Detektor aufweist, der aus dem empfangenen Sendesignal ein in zwei Zuständen beziehungsweise Pegeln getastetes Signal (56) entwickelt, wobei der eine Signalzustand bzw. —pegel eine der Sendeperiode und der andere Signalzustand bzw. -pegel eine der Sendepause entsprechende Dauer hat, und daß dem Detektor eine Steuerschaltung (52, 58 ... 70) nachgeschaltet ist, die mit dem wenigstens einen Stellglied (51) verbunden und und an dieses ein der Dauer des anderen Signalzustands bzw. -pegels entsprechendes Steuersignal (73) anlegt, das die Lage des wenigstens einen Stellglieds dem zugehörigen Geber nachsteuert.

2. Fernsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die empfängerseitige Steuerschaltung (52, 58 ... 70) so aufgebaut ist, daß sie an das zugehörige Stellglied (51) das Steuersignal in Form eines Spannungsxmpulses anlegt, dessen zeitliche Dauer im wesentlichen gleich der Dauer des vom Detektor entwickelten Signals in beiden Zuständen bzw. Pegeln ist.

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3. Funksteuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sendeseitige Steuer— und Kodierschaltung (20, 22, 29, 32, 44 ... 47) und die von ihr gesteuerte Schalteinrichtung (17) ein Signalsegment zur Übertragung vom Sendeteil (11) zum Empfängerteil (54) in sich wiederholenden Intervallen erzeugen und daß der Sendeteil derart getastet ist, daß seine Sendeperiode für jedes Segment im wesentlichen die gleiche Dauer hat.

4. Funksteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Kodierschaltung (20, 22, 29, 32, 44 ... 47) so ausgebildet ist, daß die Mindestdauer einer von ihr gesteuerten Sendepause im wesentlichen gleich der Dauer einer Sendeperiode in einem Segment ist.

5. Fernsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die das Tastverhältnis von Sendeperiode und Sendepause bestimmende Steuer— und Kodierschaltung (20, 22, 29, 32, 44 ... 47) so eingestellt ist, daß die Maximaldauer einer Sendepause im wesentlichen gleich der dreifachen Dauer der Sendeperiode in einem Segment ist.

6. Fernsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß empfängerseitig eine Sperrschaltung (58 ... 62) vorgesehen ist, die ein der Steuerschaltung (52, 58 ... 70) vom Detektor entschlüsselt zugeführtes Fremdsignal normalerweise unwirksam macht.

7. Fernsteuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschaltung (58 ... 62) so ausgebildet ist, daß sie ihr geführte Fremdsignale dann unwirksam macht, wenn deren Dauer in dem einen Zustand bzw. Pegel kleiner als etwa die Hälfte des der Sendeperiode etwa entsprechenden einen Zustands ist.

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8. Fernsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Stellglieder (51-1, 51-2 ,.. 51-8) und wenigstens eine jedem Stellglied zugeordnete, individuell einstellbare Gebereinheit (27-1, 27-2 ... 27-8) vorgesehen sind, daß die sendeseitige Steuer- und Kodierschaltung (20, 22, 29, 32, 44 ... 47) zur Erzeugung mehrerer aufeinanderfolgender, eine Signalfolge bildender Signalsegmente geeignet ausgebildet ist und eine ein Segment in der Signalfolge jeweils einer einstellbaren Gebereinheit zuordnende Schaltung (22, 28, 29) aufweist und daß die Steuerschaltung (52, 58 ... 70) so ausgebildet ist, daß sie das Steuersignal jeweils nur einem Stellglied zuführt, so daß jedes Stellglied entsprechend dem zugehörigen Segment in der Signalfolge nach der Einstellung der zugehörigen Gebereinheit gesteuert ist.

9. Funksteuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der von den SignalSegmenten belegten Zeitabschnitte kurzer als die vorgegebene Dauer der Signalfolge ist und daß der Sendeteil (11) während der Zeitdifferenz zwischen der vorgegebenen Signalfolgendauer und der Summe der Segmentzeiten auf Sendepause geschaltet ist.

10. Funksteuereinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangerseitige Steuerschaltung (52, 58 ... 70) eine bei Beginn jedes Segments das Steuersignal auf das zugehörige Stellglied (51-1, 51—2 ... 51—8) umschaltende Einrichtung (52) und eine Sperreinrichtung (58 ... 62) aufweist, welche die Umschalteinrichtung (51) wenigstens über die volle Dauer des einen Signalzustands bzw. -pegels sperrt.

11. Fernsteuereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (58 ... 62) die

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Umschalteinrichtung (52) auch während eines Teils der Dauer des anderen Signalzustands bzw. -pegels des vom Detektor entwickelten Signals sperrt.

12. Fernsteuereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (58 ... 62) so ausgebildet ist, daß sie die Umschalteinrichtung (52) wenigstens über die erste Hälfte der Dauer des anderen Signalzustands bzw. -pegels des Detektorsignals sperrt.

13. Fernsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jedes Signalsegments das Detektor-Ausgangssignal in zwei Zuständen bzw. Pegeln getastet ist und daß die Umschalteinrichtung (52) weiterschaltet, wenn das Detektor-Ausgangssignal von einem in den anderen Zustand überwechselt.

14. Fernsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die empfängerseitige Steuerschaltung (52, 58 ... 70) einen Zähler (52) mit einem Zählanschluß und einem Ansteueranschluß aufweist und daß die Sperreinrichtung mit dem Ansteueranschluß des Zählers (52) zum Anlegen einer Sperrspannung verbunden ist.

15. Fernsteuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die sendeseitige Steuer- und Kodierschaltung (20, 22, 29, 32, 44 ... 4.7) eine einen Sendeperioden-Rückstellimpuls in jeder Signalfolge erzeugende Rückstellimpulsschaltung (32) aufweist.

16. Fernsteuereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellimpulsschaltung (32) die Sendeperioden aller Segmente auf im wesentlichen konstante Dauer begrenzt.

17. Fernsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16,

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dadurch gekennzeichnet, daß die sendeseitige Steuer- und Kodierschaltung (20, 22, 29, 32, 44 ... 47) so eingestellt ist, daß der Sendeteil (11) über die Schalteinrichtung (17) in einer Signal- bzw. Segmentfolge über eine kürz£^eDauer erregt als entregt ist.

18. Sender zur Abgabe einer Funkinformation über die Lage eines einstellbaren Gebers, insbesondere zur Verwendung bei der Fernsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit einem Sendeteil, der bei Erregung eine Funkwelle aussendet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinrichtung (17) zur Erregung des Sendeteils (11) während einer Sendeperiode und zur Entregung des Sendeteils in einer Sendepause und eine die Schalteinrichtung steuernde Steuer- und Kodierschaltung (20, 22, 29, 32, 44 ... 47) zur Einstellung der Dauer der Sendepause entsprechend der Lage des einstellbaren Gebers (27) und zur festen Begrenzung der Dauer der Sendeperiode vorgesehen sind.

19. Empfänger zum Empfang eines Befehls in Form einer Funkwelle mit einer Sendeperiode und einer Sendepause zur Steuerung eines Stellglieds unter Verwendung der Pulsbreiten Modulation, insbesondere für eine Fernsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Eingangsstufe eine Detektor- und Dekodiereinrichtung (54) vorgesehen ist, die aus dem empfangenen Sendesignal ein in zwei Zuständen bzw. Pegeln getastetes Signal (56) entwickelt, wobei der eine Signalzustand bzw. -pegel eine der Sendeperiode und der andere Signalzustand bzw. -pegel eine der Sendepause entsprechende Dauer hat, daß der Eingangsstufe (54) eine Steuerschaltung (52, 58 ... 70) nachgeschaltet ist, die ein der zeitlichen Summe der beiden Signalzustände bzw. —pegel entsprechendes, pulsbreitenmoduliertes Steuersignal (73) an das Stellglied (51) anlegt, und daß eine Sperrschaltung vorgesehen ist, die eine Beeinflussung der Taktdauer des Steuersignals durch ein Fremdsignal verhindert, dessen Dauer in einem Signalzustand bzw.

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-pegel kurzer als etwa die Hälfte der Dauer des in der Sendeperiode hervorgerufenen Sxgnalzustands ist.

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