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Statischer Rundsteuerempfänger
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Statischer Rundsteuerempfänger Die Erfindung bezieht sich auf einen
statischen Rundsteuerempfänger mit im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angeführten
Merkmalen Rundsteueranlagen dienen dazu, von einer Kommandostelle aus über das elektrische
Versorgungsnetz Schaltbefehle an alle Verbraucherstellen des Netzes zu senden, sei
es zur Ein- oder Ausschaltung von Verbrauchern oder zur anderweitigen Steuerung
von Schaltern.
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In bekannter Weise werden hierzu an der Kommandostelle tonfrequente
Impulse in das Netz eingespeist und die zu steuernden Verbraucher weisen Empfänger
auf, die auf vorbestimmte Kommandos ansprechen und die vorgesehenen Schaltfunktionen
durchfUhren.
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Unter den verschiedenen bekannten Rundsteuersystemen beruhen die gebräu(:hlichsten
auf dem Zeitintervallverfahren. Bei diesem wird einem Start impuls auf der Zeitachse
eine Folge von Befehlsimpulsen zugeordnet. Die einzelnen Hersteller der verschiedenen
Rundsteuersysteme wenden dabei im allgemeinen in mehreren Beziehungen voneinander
abweichende Impulsfolgen an.
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-Moderne statische Empfänger zur Auswertung solcher Befehlsimpulsfolgen
bestehen aus vorzugsweise steckbaren Elementen, welche ein Filter zur Selektion
der Tonfrequenzimpulse, mindestens einen elektronischen Kanalsatz, eine einstellbare
Decodier-Vorrichtung, Befehlsrelais und ein Netzteil zur Speisung des Empfängers
umfassen. Mittels der Decodier-Vorrichtung kann der Rundsteuerempfänger für die
Auswertung einer bestimmten Befehlsimpulsfolge eingestellt werden. Diese Einstellung
kann auf verschiedenem Wege erfolgen.
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Es sind bereits mehrere Generationen solcher statischer Rundsteuerempfänger
bekannt, die sich durch den Grad der Integrierung unterscheiden. Diese ist bei einem
Rundsteuerempfänger nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 soweit fortgeschritten,
dass dort ein einziger Kanalsatz für mehrere mögliche Befehlsrelais in LSI-Technik
ausgeführt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rundsteuerempfdn ger
mit besonders hoher Flexibilität für die Auswertung verschiedener bereits bestehender
oder neu zu schaffender Rundsteuer--Befehlsimpulsfolgen zu schaffen, dessen Herstellungskosten
gering sind und der eine besonders sichere Ausführung der Rundsteuerbefehle erlaubt.
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Die Erfindung besteht in dem im Kennzeichen des Patentanspruches 1
definierten Merkmale.
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Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielsweise erläutert
Es zeigen: Fig. 1 das Blockschema eines statischen Rundst#uerempfängers; Fig. 2
ein Teilschema dieses Empfängers, Fig. 3 ein Blockschema des Mikro-Computers und
Fig. 4 eine Impulsfolge.
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In der Fig. 1 bedeutet 1 die Klemmen der in einpoliger Darstellung
gezeichneten Netzleitung. Diese sind mit einem Filter 2, in welchem vorzugsweise
ein Begrenzer und Impulsformer eingebaut sind, verbunden. Der Ausgang des Filters
2 ist an einen Ein-Chip-Mikro-Computer, im folgenden Mikro-Computer 3 genannt, angeschlossen,
welcher einerseits mittels m Ausgängen und n - 1 Eingängen mit einem Programmierfeld
4 verbunden ist, das eine Programmier-Vorrichtung für den Mikro-Computer 3 darstellt.
Von der Klemme 1 ist ferner eine Leitung 5 zu einem Synchronisier-Einganc; 6 des
Mikro-Computers 3 geführt. Ein weiterer Eingang 7 ist für die Rundsteuersignale
bestimmt. Der Ausgang 8 des Mikro-Computer 3 ist mit einem gegebenenfalls mehrkanaligen
Verstärker 9 verbunden, der mindestens ein in ausgezogenen Strichen gezeichnetes
Bef#hlsausfUhrungs-Relais 10 steuert.
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Die Fig. 2 zeigt den Mikro-Computer 3 und das Programmierfeld 4 des
Rundsteuerempfängers genauer. Die m Ausgänge der Ausgangslogik des Mikro-Computers
3 sind mit entsprechenden m Leitungen
erster Art des Programmierfeldes
4 verbunden, die Teil einer Schaltmatrix bilden. n - 1 Leitungen zweiter Art bilden
die Ausgänge des Programmierfeldes 4, welche mit Eingängen des Mikro-Computers 3
verbunden sind. An den Kreuzungsstellen der Schaltmatrix sind vornehmlich durch
Schiebeschalter 11, welche die in Klammern gesetzten n = 3 Stellungen (1), (2) und
(3) einnehmen können, Verbindungen zwischen den Leitungen erster und zweiter Art
möglich. Dafür werden keine Dioden benötigt, da für jeden Schiebeschalter 11 nur
eine einzige Leitung m erster Art vorgesehen ist. Die Anzahl n der Schalterstellungen
kann auch grösser als drei sein, beispielsweise 5, da sie von der Zahl der Kontakte
der Schiebeschalter 11 abhängig ist.
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Die Fig. 3 stellt ein Blockschema des Mikro-Computers 3 dar, welcher
sich aus einer Ein- und Ausgabelogik 13, einer Steuereinheit mit Taktgenerator 14,
einer Adressierlogik 15, einem Programmspeicher (ROM) 16, einer Recheneinheit (ALU)
17 mit einem# Datenspeicher (RAM) 18 und mehreren Datenleitungen: Adressbus 19,
Datenbus 20, 21 und 22 zusammensetzt. Ferner sind verschiedene Steuerleitungen vorhanden.
Eine erste Steuerleitung 23 führt von der Steuereinheit 14 zur Adressierlogik 15,
eine zweite Steuerleitung 24 von der Steuereinheit 14 zum Programmspeicher 16, eine
dritte Steuer- und Adressleitung 25 von der Steuereinheit 14 zum Datenspeicher 18
und Recheneinheit 17, eine vierte Steuerleitung 26 in umgekehrte#r Richtung und
eine fünfte Steuerleitung 27 von der Steuereinheit 14 zu der Ein- und Ausgabelogik
13. Die Uebertragungsrichtung ist auf jedem Bus, 20, 21 und 22 und auf jeder Steuerleitung
23 bis 27 mit Pfeilen bezeichnet.
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Die Impulsfolge eines Rundsteuersystems mit einem Telegramm von 50
Impulsschritten nach einem Startimpuls nach der Fig. 4 besteht aus einem Startimpulsteil
28, einem Adressteil 29 und aus einem Befehlsteil 30. Der Startimpulsteil 28 kann
aus einem einzigen Startimpuls, der in der Fig. 4 als Impuls 0 bezeichnet ist, und
aus einer zugehörigen Impulspause òder aus mehreren solchen Impulsen und Pausen
bestehen. Der Adressteil 29 besteht aus 16 Impulsschritten und der Befehlsteil 30
aus den Impulsschritten 17 bis 50.
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Der Rundsteuerempfänger der Fig. 1 arbeitet folgendermassen: Die von
den Netzklemmen 1 abgenommenen Rundsteuer-Tonfrequenzsignale werden im Filter 2
ausgesiebt und im nicht gezeichneten Impulsformer des Filters 2 zu Rechteckimpulsen
umgewandelt. Zur Vermeidung von Uebersteuerung des Filters 2 und der nachfolgenden
elektronischen Teile des Rundsteuerempfängers ist im Filter 2 vorzugsweise ein ebenfalls
nicht gezeichneter Begrenzer angeordnet.
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Diese Impulse werden im als einziger Kanalsatz fUr gegebenenfalls
mehrere Relais 11 wirkenden Mikro-Computer 3 mit im Programmierfeld 4 programmierten,
in diesem Mikro-Computer 3 erzeugten Impulsfolgen verglichen und bei Uebereinstimmung
durch den Ausgang 8 zum Verstärker 9 übertragen und als verstärkte Befehlsimpulse
fiir die Befehlsausführungs-Relais 10 benützt. Beim Auftreten von nicht mit der
programmierten Impulsfolge übereinstimmenden Impulsen oder Impulspausen wird der
Mikro-Computer 3 sofort zurUckgesetzt, so dass keine nicht vorbestimmten an den
Netzklemmen 1 eintreffenden Impulsfolgen oder Störimpulse zur Ausführung von Befehlen
in den Befehlsausführungs-Relais 10 kommen. Eine RUcksetzung erfolgt auch jeweils
beim Ein- und Ausschalten des Stromes in der Energieversorgungsleitung und bei einer
festgestellten Abweichung vom einprogrammierten Impulsraster.
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Im Programmspeicher 16 des Mikro-Computers 3, siehe Fig. 3, ist zum
zuletzt erwähnten Zweck die zeitliche Folge der für ein bestimmtes Rundsteuersystem
massgeblichen Impulse und Impulspausen für den Start-, allfällige Adress- und fUr
die AusfUhrungs-Irnpulsschritte unter Berücksichtigung der minimalen und maximalen
Dauer und der richtigen Abstände der Impulse und Impulspausen (Impulsraster) fest
programmiert. Da die Rundsteuerempfänger Massenprodukte sind, ist dieses Vorgehen
wirtschaftlich vertretbar. Dabei kann das entsprechende Programm bei der Herstellung
der Mikro-Computer 3 mittels geeigneter Masken im Programmspeicher 16 programmiert
werden.
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Zum Zweck der Kontrolle der Betriebsbereitschaft und der richtigen
Funktion des Mikro-Computers 3 kann im Programmspeicher 16 ebenfalls ein PrUfprogramm
eingespeichert sein, durch welches der Mikro-Computer 3 periodisch zu Zeiten, wo
keine Rundsteuersendun3 erwartet wird, das Funktionieren prUft. An einem Ausgang
12 kann im Versagensfall ein Testsignal abgenommen werden.
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Der Mikro-Computer 3 kann ein zur parallelen Verarbeitung von vier,
zder noch besser fUr acht Bits eingerichteter Mikro-Computer, beispielsweise vom
Typ MK 3870 sein. Die geringeren Kosten des Vierbit-Computers werden in den meisten
Fällen dadurch aufgewogen, dass beim Achtbit-Computer keine Umcodierer wie bei dem
für die geringere Zahl der Ausgänge ausgerüsteten Vierbit-Computers notwendig sind.
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Das Zusammenwirken des Mikro-Computers 3 mit dem Programmierfeld 4
wird anhand der Fig. 2 ersichtlich. Der im Mikro-Computer 3 in der Steuereinheit
14 eingebaute Taktgeber erzeugt die für die Funktion des Mikro-Computers wichtigen
Taktimpulse, welche in einem nichtgezeichneten Untersetzer herabgeteilt werden.
Der für das betreffende Rundsteuersystem spezifische Telegramm-Impulsraster ist
durch den Programmspeicher 16 entsprechend den Impulsen mit der Netzfrequenz am
Synchronisiereingang 6 bestimmt.
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Durch diese Synchronisierung kann die Auswertung der am Eingang 7
eintreffenden Impulsfolgen für die Rundsteuerbefehle mit höherer Präzision erfolgen.
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Im Programmspeicher 16 des Mikro-Computers 3 ist ferner eine Vielzahl
der für den betreffenden Impulsraster vorgesehenen Impulsfolgen gespeichert. Dadurch
muss nicht fUr jedes einzelne Rundsteuersystem eine besondere Maske für die Auswertung
der einzelnen Impulsfolgen hergestellt werden, wie dies bei Verwendung von integrierten
Schaltungen vom Typ der sogenannten Kunden-IC's im Auswerteteil des Kanalsatzes
der Fall ist. Die durch die Programmierung im Programmspeicher 16 in der Steuereinheit
erzeugten Impulsfolgen werden nach Gutbefund des Start impulses 27 durch
die
Ausgabelogik im Teil 13 über die m Leitungen auf das Programmierfeld 4 übertragen.
Durch die n Schiebeschalter 11 der Fig. 2 werden die Signale in einen spezifischen
Code umgewandelt und auf den n - 1 Leitungen in die Eingabelogik im Teil 13 des
Mikro-Computers 3 zurückübertragen. Im Mikro-Computer 3 erfolgt die Umwandlung des
spezifischen Codes des Programmierfelds 4 in die effektive Impulsfolge. Dann wird
durch das Rechenwerk 17 im Mikro-Computer 3 der Vergleich zwischen den am Eingang
7 des Mikro-Computers 3 eingetroffenen Impulsfolgen mit den umgewandelten Impulsfolgen
ausgeführt. Stimmt dieser Vergleich, wird ein Befehlssignal am Ende eines Informationsblocks
auf den Ausgang 8 des Mikro-Computers 3 abgegeben, wo dieses nach Verstärkung im
Verstärker 9 das zugehörige Relais 10 aussteuert und damit die Befehlsausführung
veranlasst. Sobald eine Abweichung zwischen den empfangenen und programmierten Impulsfolgen
auftritt, wird der Mikro-Computer 3 durch ein Signal am Rückstelleingang R zurückgesetzt.
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Ein Programmfeld 4 gemäss Fig. 2 mit insgesamt 12 Schiebeschaltern
11 mit je drei Stellungen kann für Rundsteuerempfänger vorgesehen werden, welche
in den verschiedensten Rundsteuersystemen nach dem Impulsintervall-Verfahren arbeiten.
Dabei kann die Zuteilung der Schiebeschalter 11 für die verschiedenen Teile des
Rundsteuerbefehlsimpulscodes den Umständen entsprechend erfolgen.
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Nachstehend wird von einer Aufteilung in sechs Schiebeschalter 11
für die Adressen und zwei Gruppen von drei Schiebeschaltern 11 für Einstellung der
Doppelschritte ausgegangen. Das entsprechende Impulsdiagramm ist in der Fig. 4 enthalten,
in welchem nach dem Start impuls 28 einige nachfolgende Impulsschritte 29, in diesem
Beispiel mit einer Zahl von 16 Schritten, und für die Befehlsausführung die Schritte
17 bis 50 vorgesehen sind. Die Impulsschritte mit ungerader Zahl im Teil 30 für
die Befehlsausführung sind jeweils Ein-Befehlen und die geraden Schritte den WAustl-Befehlen
zugeordnet.
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Wenn nur eine Adresse im Teil 29 und zwei Doppelschritte im Teil 30
verwendet werden, welche zwei Relais 10 der Fig. 1 zugeordnet sind, so lassen sich
verschiedene Möglichkeiten der Aufteilung der den einzelnen Codes entsprechenden
Stellungen der Schiebeschalter 11 gemäss der Tabelle 1 verwenden: Tabelle 1 Relaissteuerung
für Relaissteuerung für das erste Relais das zweite Relais Adresse ABCDEF und Doppel-
Adresse ABCDEF und Doppelschritt UVW schritt RST Adresse ABCDEF und Doppel- keine
Relaissteuerung schritt UVW oder RST Doppelschritt UVW (ohne Adresse) Doppelschritt
RST (ohne Adresse) nur Adresse ABCDEF Adresse ABCDEF und Doppelschritt RST Es können
somit die verschiedensten Arten von Impulsfolgen, solche nur mit Adresse, nur mit
Doppelbefehlen oder Mischungen von beiden mit den Schiebeschaltern 11 des Programmierfeldes
4 eingestellt und mit Hilfe des Mikro-Computers 3 der Fig. 1 ausgewertet werden.
Bei den Befehlen, die nur Adresse 29 aufweisen, sind dabei Impulsfolgen zu verstehen,
die auch unter der Bezeichnung Impulsbild bekannt sind und wobei jedes einzelne
RImpulsbild" nur für einen einzigen Befehl vorgesehen ist. Die Wahl der Variante
kann durch Lötbrücken oder weitere Schiebeschalter 11 im Programmierfeld 4 beliebig
programmiert werden.
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Es ist üblich, bei der Wahl der Adressschritte im Teil 29 der Fig.
4 sechzehn oder mehr Impulsschritte zu verwenden und diese mit einem speziellen
Code gegen Falschbefehle abzusichern. Bei einer Gruppe von 16 Adressschritteri,
von welchen jeweils nur zwei gesendet werden, können total (126)=120 Adressschrittkombinationen
erreicht werden. Alle übrigen Adressschrittkombinationen werden
vom
Mikro-Computer als#ungültig verworfen.
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Da die zulässigen Adresschrittkombinationen auf eine Menge von 120
beschränkt ist, kann die Adresseinstellung mit Hilfe von sechs Schiebeschaltern
11 ausgeführt werden. Zu deren Darstellung erscheint eine sechsstellige Ternär-Codierung
als geeignet, wie dies Tabelle 2 zeigt.
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Tabelle 2 Einstellung A bis F Impulsfolge der Adresse 111111 1100000000000
111112 1010000000000000 111113 1001000000000000 122221 00000000000011
16 Impulsschritte Die Doppelbefehle des Teiles 30 der Fig. 4 werden mit Hilfe der
Schiebeschalter 11, UVW, resp. RST nach Tabelle 3 eingestellt Tabelle 3 Einstellung
UVW, resp. RST Doppelschritte 111 1 112 2 113 3 331 25 Es können jedoch auch weitere
Impulsfolgen anderer RundsteuerEysteme ausgewertet werden. Da im Programmierfeld
4 durch Einstellen einer Schalterkombination eine Schrittkombination aus einer begrenzten
Menge von Adresschrittkombinationen ausgewählt wird, kann in jedem Fall eine wesentliche
Einsparung an der Zahl n von Schiebeschaltern 11 und an der Anzahl der n - 1 Eingangsleitungen
für den
Mikro-Computer 3 erreicht werden, als wenn jeder Adresschritt
einzeln am Programmierfeld 4 eingestellt würde.
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Die bisher schlechte Ausnützung der Möglichkeiten mit den gebräuchlichen
Zahlen der Impulsschritte in den gesendeten Impulsfolgen kann im Sinne einer erhöhten
Sicherheit der Befehlsausführung beträchtlich erweitert werden. Die Hamming-Distanz,
die bei der dargestellten Adressierung und bei Doppelschritten d = 2 betrug und
welche ein Mass für die Sicherheit eines Codes bedeutet, kann erhöht werden, indem
beispielsweise verbesserte Fehlererkennung und sogar Fehlerkorrekturen vorgesehen
werden. Für die Adressierung sind binäre Codes mit zusätzlichen Prüfschritten für
Hamming-Distanzen d = 3 und d = 4 gemäss Tabelle möglich.
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Tabelle 4 Anzahl der Adress-Schritte Anzahl der zusätzlichen Prüf-Schritte
d=3 d=4 <4 3 4 < 11 4 5 < 26 5 6 Bei einer Hamming-Distanz d = 3 kann ein
Fehler entdeckt und korrigiert werden, bei d = 4 können 2 Fehler entdeckt und 1
Fehler korrigiert werden. Da wiederum im Programmierfeld 4 lediglich eine Schrittkombination
aus einer Menge von zulässigen Adressschrittkombinationen, bestehend aus Informationsschritten
und Prüfschritten ausgewählt wird, lassen sich solche fehlererkennende und fehlerkorrigierende
Adressschrittkombinationen ohne Schwierigkeit mit gleichem Aufwand verwirklichen.
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Das Programm des Mikro-Computers im Programmspeicher 16 enthält dazu
die zur Auswertung und Umsetzung der Einstellung am Programmierfeld
4
notwendigen Anweisungen.
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Die Anwendung von Adressen mit 16 Adressschritten gemäss Fig. 4 ist
besonders vorteilhaft. Wenn davon 11 Impulsschritte als Informationsschritte und
5 Impulsschritte als Prüfschritte aufgeteilt werden, kann im Vergleich zu gebräuchlichen
(16 2)-Codes für die Adresse und bei Annahme einer Bitfehlerrate von 0,3 % eine
achtzigmal kleinere Fehlerwahrscheinlichkeit für falsch ausgeführte Befehle errechnet
werden. Zudem kann die Wahrscheinlichkeit für eine richtige Adressenwahl von 95,3
% auf 99,9 /0 erhöht werden. Das setzt natürlich ebenfalls wiederum senzerseitig
die Benützung einer entsprechenden Impulsfolge voraus. Die allgemeine Tendenz geht
in Richtung einer erhöhten Sicherheit in der Rundsteuerung, was ihr noch weitere
Anwendungsgebiete erschliesst.
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Bei den Systemen mit Doppelbefehlsschritten kann die Sicherheit der
Befehlsausführung durch Zufügen eines Paritätsschrittes verbessert werden. Ein solcher
Schritt kann mit einem Impuls für die Parität versehen werden, wenn in jedem Doppelschritt
eine ungerade Anzahl von "EIN"-Befehlen vorhanden ist. Der Impuls wird dagegen weggelassen,
wenn eine gerade Anzahl von "EIN"-Befehlen vorhanden ist. Zusätzlich können auch
durch einen zweiten Paritätsschritt in gleicher Weise die "AUS"-Schritte der Doppelbefehlsschritte
geprüft werden. Die Paritätsschritte erlauben ebenfalls die Erkennung und die Korrektur
von durch den Uebertragungsweg verursachten Fehlern.
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Der erfindungsgemässe Rundsteuerempfänger erlaubt auch auf sehr einfache
Weise die Ausführung von bedingten Befehlen. Die einzelnen Befehle werden dabei
in die gleiche Impulsfolge eingebaut.
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Der Befehl (Z) wird in diesem Falle nur ausgeführt, wenn der Befehl
(Y) vorausgehend gegeben worden ist. Solche kombinierten Befehle können beispielsweise
vorgesehen sein für (Y) = ~Niedertarif "EIN"" und (Z) = "Speicherofen ~EIN"".
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Die Art der Auswertung für solche Befehle kann verschieden sein.
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So kann im Mikro-Computer 3 ein erster Befehl der mittels Schiebeschalter
11, A bis F des Programmierfeldes 4 gewählten Adresse im Teil 29 der Fig. 4 als
Befehl (Y) ausgewertet werden. Als Befehl (Z) wird ein mittels der Schiebeschalter
11 in der Gruppe UVW oder RST des Programmierfeldes 4 gewählter Doppelschritt im
Teil 30 der Fig. 4 mittels einer UND-Verknüpfung im Mikro-Computer 3 zwischen den
genannten Adress- und Doppelschritten entsprechend der untersten Variante in der
Tabelle 1 ausgewertet. Da die Programmierung der Impulsfolgen im Rundsteuerempfänger
mittels des gleichen Mikro-Computers vor sich geht, wird dabei die bedingte Ausführung
auch bei fehlerhafter Uebertragung eingehalten.
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In ähnlicher Art kann ein Befehl (Y) kombiniert werden, wenn eine
gemeinsame Adresse im Teil A bis F des Programmierfeldes 4 und ein Doppelschritt
aus dem Teil UVW mittels einer UND-Schaltung im Mikro-Computer 3 kombiniert werden.
Ein Befehl (Z) entsteht durch Kombination der Adresse aus dem Teil A bis F mit einem
dem ersten Doppelschritt nachfolgenden Doppelschritt aus der Gruppe RST ebenfalls
mit Hilfe einer weiteren UND-Schaltung gemäss der obersten Variante in der Tabelle
1. Bei fehler#hafter Uebertragung kann aber in diesem Falle nur eine bedingte Ausführung
erfolgen, wenn der Befehl (Z) vom Befehl (Y) beispielsweise durch die früher erwähnte
Ergänzung der Doppelschritte durch einen Paritäts-Schritt abhängig gemacht wird.
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Die Erfindung ermöglicht somit die Auswertung der bekannten und vieler
neuer Impulsfolgen nach dem Impuls-Intervall-Verfahren auf sehr einfache und ökonomische
Weise, wobei im Programmspeicher 16 des Mikro-Computers nur eine allfällige Anpassung
durch Lötbrücken an die einzelnen voneinander abweichenden Impulsraster notwendig
ist.