DE2923715A1 - System zur uebertragung binaerer signale zwischen den bauelementen einer alarmanlage - Google Patents

System zur uebertragung binaerer signale zwischen den bauelementen einer alarmanlage

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DE2923715A1 DE19792923715 DE2923715A DE2923715A1 DE 2923715 A1 DE2923715 A1 DE 2923715A1 DE 19792923715 DE19792923715 DE 19792923715 DE 2923715 A DE2923715 A DE 2923715A DE 2923715 A1 DE2923715 A1 DE 2923715A1
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Description

Dipl.-Phys. O.E. Weber J d-8 München 71
Patentanwalt Hofbrunnstraße 47
Telefon: (089)7 9150
Telegramm: monopolweber münchen
Telex: 05-2128 77
P 134
Fritz Fuss Korn. Ges.
E-
Paulinenstr. 14-
Albstadt 1
(Ebingen)
System zur Übertragung binärer Signale
zwischen den Bauelementen einer Alarmanlage
030051/0280
- χ-
Elektronische Alarmsysteme für Werksanlagen oder Wohngebäude bestehen oft aus mehreren separaten Bauelementen, die zueinander in Wirkverbindung stehen. Hierbei können an verschiedenen Orten vorgesehene Signalgeber einem zentralen Schaltgerät ein Signal liefern, woraufhin dieses einen oder mehrere Alarmvorrichtungen betätigt.
Bei aufwendigen Systemen dieser Art wird die Wirkverbindung solcher Bauelemente durch das allgemeine elektrische Versorgungsnetz hergestellt, wodurch die Verlegung besonderer Leitungen weitgehend entfällt, was mit zunehmender Anzahl und Entfernung der zu überwachenden Bereiche ein wesentlicher Vorteil ist.
Bei derartigen Alarmsystemen werden die miteinander in Wirkverbindung zu bringenden Bauelemente einfach an die ihrem Standort nächstgelegene Steckdose angeschlossen, an welche sie besondere Signale liefern, bzw. aus welcher sie solche Signale empfangen.
Die genannten Signale können beispielsweise Tonfrequenz -Impulse sein, die mittels entsprechender Koppelglieder auf das Netz übertragen werden. Selbstverständlich kann der Steckdose zugleich auch Energie entnommen werden, um ständig einen dem speziellen Bauelement zugeordneten Akkumulator nachzuladen, wodurch das System auch bei abgeschaltetem Netz einsatzbereit bleibt.
Bei aufwendigen Systemen werden auch Mnärkodierte Signale, also Impulsgruppen übertragen, um beispielsweise das Alarmsignal von einem bestimmten Signalgeber identifizieren zu können. Hierbd wird einem der beiden logischen Zustände, im allgemeinen der "V1 eine Festfrequenz zugeordnet, während das Fehlen dieser Frequenz den logischen Zustand "0" darstellt.
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Wie praktische Erfahrungen mit solchen Systemen zeigten, ist die erforderliche Zuverlässigkeit der Signalübertragung insbesondere dann nicht gewährleistet, wenn binäre Signalgruppen über ein störverseuchtes Versorgungsnetz zu übertragen sind. Solche Störungen können beispielsweise durch Motoren, Phasenanschnitt-Leistungsregler und Leuchtstofflampen verursacht sein und sind auf dem üblichen Versorgungsnetz stets vorhanden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Übertragung binärer Signale zwischen den Bauelementen einer Alarmanlage über ein fremdes Drahtnetz zu schaffen, welches auch bei starker Störverseuchung des Netzes einen zuverlässigen Datenaustausch der Bauelemente mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß beide logischen Zustände der binären Signale in jeweils eine ihnen fest zugeordnete Frequenz umgesetzt, beide Frequenzen mit einem Pegel gleicher Größenordnung auf das fremde Drahtnetz gekoppelt und diese empfangsseitig durch ein ihnen gemeinsames Bandfilter selektiert werden.
Die Umsetzung beider logischer Zustände in eine ihnen zugeordnete Festfrequenz hat zunächst den Vorteil, daß auch der zweite Zustand durch die Wahrnehmung eines konkreten Signals feststellbar und nicht einfach als Signallosigkeit gegeben ist. Ein besonderer Vorteil ergibt sich aber dann, wenn beide Festfrequenzen einander benachbart und durch ein gemeinsames Bandfilter selektierbar sind, da dessen Einschwingzeiten während des Signalverkehrs die Übertragungsgeschwindigkeit nicht beeinträchtigen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand einer bevorzugten Ausgestaltung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert. 030051/0280
*- 2323715 6
Pig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems
Fig. 2 zeigt einen ausführlichen Stromlaufplan einer
bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems.
Mit Bezug auf Figur Λ kann ein Alarmglied AG ein binäres Signal in Form einer Impulsgruppe über eine Anschlußklemme 7 an einen Modulator MO liefern. Der Modulator MO ist ein umtastbarer Frequenzgenerator, der bei Empfang einer logischen "0" eine erste Frequenz f1 und bei Empfang einer logischen "1" eine zweite Frequenz f2 an einen Verstärker V liefert. Die jeweilige Frequenz wird über eine Senderendstufe SE auf einen Koppler KO gegeben, der die jeweilige Frequenz über Kondensatoren oder sonstige geeignete Mittel beispielsweise auf die Phase Ph und den Nulleiter Mp eines Versorgungsnetzes koppelt.
Wenn das Alarmglied AG keine Signale sendet, befindet sich die Schaltung in Empfangsbereitschaft. Treffen von einem anderen Alarng.ied ausgesandte Signale in Form der Frequenzen f1 und f2 in dem Koppler KO ein, so können diese ein Bandfilter FI passieren und gelangen durch einen Verstärker V verstärkt auf einen Demodulator DE. Wenn der Demodulator DE an seinem Eingang die Frequenz fi empfängt, liefert er an seinem Ausgang eine logische "0" und bei Empfang der Frequenz f2 eine logische "1". Über eine Anschlußklemme 5 gelangt das democLulierte Signale an das Alarmglied AG, wo es durch logische Schaltmittel ausgewertet wird.
Bei einer in Figur 2 ausführlich dargestellten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gelangt das binäre Signal des hier nicht gezeigten Alarmgliedes in Form einer Impuls-
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gruppe über die Anschlußklemme 7 an einen Verstärker V5-Das verstärkte Signal wird einem Modulator MO zugeführt, der "bei Empfang einer logischen "0" eine erste Frequenz f1 von 277,25 kHz erzeugt und an einem Verstärker V2 weitergibt. Bei Empfang einer logischen "1" erzeugt der Modulator MO eine zweite Frequenz f2 von 282,75 kHz, welche ebenfalls an den Verstärker V2 weitergegeben wird.
Der Modulator MO ist vorzugsweise ein handelsübliches Halbleiter-Modul der PLL-Gruppe (phase-locked-loop), dessen Aufbau und Wirkungsweise bekannt und beispielsweise in "Elektronik Entwicklung", Nr. 10 ( 1978) Seiten 4-75 bis 4-79 beschrieben ist. Im Fall der hier gezeigten Ausgestaltung wurde der dort erläuterte Typ CD 404-6 A verwendet.
Das Modul empfängt die binären Impulsgruppen an seinem Anschlußstift 9 und liefert in Abhängigkeit des jeweils empfangenen logischen Signals an seinem Stift 4 die erste Frequenz f1 bzw. die zweite Frequenz f2. An Stift 16 ist eine positive Versorgungsspannung von +5 V angeschlossen, während der Stift 8 zum Empfang der negativen Versorgungsspannung an Masse liegt. Der Stift 11 ist über einen festen Widerstand R11 und der Stift 12 über einen veränderlichen Widerstand RI3 an Masse gelegt. Die Stifte 6 und 7 sind durch einen kleinen Kondensator C18 miteinander verbunden, dessen Kapazität im pF-Bereich liegt und welcher zusammen mit R11 die Arbeitsfrequenzen des Modulators bestimmt. An Stift 5 empfängt der Modulator ein logisches Dauersignal "0" oder "1", wodurch er in Betrieb gesetzt, bzw. blockiert wird.
Das Frequenzsignal des Modulators MO gelangt über den Verstärker V2 und einen Koppelkondensator C14 an die
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Basis eines Transistors T2, der als Treiber geschaltet ist und der seinen Kollektorstrom über ein Relais A empfängt. Ein diesem Relais zugeordneter Umschaltkontakt al wird für die Empfangsschaltung benötigt, wie noch gezeigt wird.
Über einen Kondensator 011 und den Abgriff eines Basiswider Standes R3 gelangt die jeweilige Frequenz an die Basis eines Transistors T1, der als Senderendstufe arbeitet. Der Kollektor des Transistors T1 empfängt seinen Strom über die Wicklung w2 eines magnetischen Ringkerns R und einen Widerstand R1. Über die Wicklung w2 des Ringkers R ist ein Kondensator 06 gelegt, was der Abstimmung des Ringkers dient. Eine Zenerdiode D1 ist zum Schutz des Transistors 1 vorgesehen und kappt evtl. über die Wicklung w2 von außen eintreffende Spannungsspitzen.
Die beiden Enden einer weiteren Wicklung w1 des Ringkems stehen über Kondensatoren 01 bzw. 02 gleicher Dimensionierung mit den Anschlußklemmen 1 und 2 in Verbindung, welche über ein nicht gezeigtes Kabel beispielsweise mit einer Steckdose für die allgemeine Stromversorgung in Verbindung stehen.
An zwei weiteren Anschlußklemmen 3 und 4 ist eine Gleichspannung von 12 V angeschlossen, welche vorzugsweise von einem nicht gezeigten Akkumulator geliefert wird, der durch ein ebenso nicht gezeigtes Netzgerät gepuffert ist. Durch zwei in Reihe liegende Stabilisierungsschaltungen S1 und S2 werden stabilisierte Versorgungsspannungen vn +8 V und +5 V zur Versorgung der einzelnen Baugruppen geliefert. Diese Spannungen dienen auch der Versorgung der verschiedenen Verstärker, was der Einfachheit halber nicht be sonders dargestellt ist.
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Trifft umgekehrt ein Signal eines fremden Alarmgliedes über die Kondensatoren C1 und C2 an der Wicklung w1 ein, so wird dieses auch in eine weitere Wicklung w3 des Ringkerns R indiziert, welche dem Empfänger zugeordnet ist. Wenn der Sender außer Betrieb ist, wird das in die Wicklung w3 induzierte Empfangssignal über den Umschaltkontakt al des Relais A der Ankoppelspule L1 eines BandfLlters zugeführt. Das Bandfilter besteht aus einem ersten Schwingkreis, welcher durch eine Spule L2 und einen Kondensator C8 gebildet ist und einem zweiten Schwingkreis, welcher aus einer Spule L3 und einem Kondensator C10 gebildet ist. Durch einen Kondensator C9 ist der erste Schwingkreis mit dem zweiten Schwingkräs gekoppelt. Das zweikreisige Bandfilter ist vorzugsweise so abgestimmt, daß sich eine hinsichtlich einer Bandmittenfrequenz von 280 kHz symmetrische Durchlaßkurve ergibt, wodurch sich für die um - 2,75 kHz von der Bandmittenfrequenz abliegenden Frequenzen f1 und f2 gleiche Durchlaßbedingungen ergeben.
Während des Eintreffens einer fremden Signalgruppe empfängt das Bandfilter stets eine der beiden Frequenzen f1 bzw. f2, jedoch keine Signalpausen. Da das Filter hierbei alternativ nur zwei recht|ähnliche Frequenzen empfängt, sind die filtertypischen Einschwingvorgänge praktisch eliminiert, weswegen das Filter auch einem schnellen Signalwechsel folgen kann. Aus diesem Grunde ist es auch vorteilhaft, unmittelbar vor der Sendung einer Signalgruppe schon die der logischen "0" zugeordnete.frequenz f1 zu senden, wodurch das Filter bei Eintreffen der ersten einen Impuls wiedergebenden Wellenzüge im eingeschwungenen Zustand ist. Aus dem gleichen Grunde ist es vorteilhaft, die Frequenzen f1 und f2 mit etwa gleichem Pegel zu übertragen.
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Von der Ausgangsseite des Filters gelangt das selektierte Frequenzsignal über einen Widerstand R4 an zwei gegensinnig geschaltete Dioden D2 und D3, welche als Begrenzer wirken und die Amplitude von etwa noch vorhandenen Störspitzen begrenzen. Über einen Koppelkondensator CI3 wird das jeweils empfangene Frequenzsignal zunächst einem gegengekoppelten Verstärker V1 und dann über einen Kondensator CI5 einem gegengekoppelten Verstärker V3 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers V3 gelangt über einen Kondensator C16 an einen zur Impedanzanpassung vorgesehenen Abschlußwiderstand RI5 und an den Eingang eines Demodulators DE.
Der Demodulator DE ist vorzugsweise wieder ein Halbleiter-Modul, wozu ebenfalls wieder der Typ CD 4046 A Verwendung finden kann, der bereits als Modulator innerhalb des Senders eingesetzt ist. Wenn der Demodulator die Frequenz f1 empfängt, liefert er an seinem Ausgang eine logische "O" und wenn er die Frequenz f2 empfängt liefert er an seinem Ausgang eine logische "1".
Das Demodulator-Modul empfängt das Frequenzsignal an einem Stift 14 und gibt an einem Stift 10 ein entsprechendes Logiksignal.ab. An dem Stift 16 wird eine Versorgungsspannung von +8 V zugeführt und der Stift 8 ist wieder mit Masse verbunden. Der Stift 11 ist über einen Festwiderstand R10 und der Stift 12 über einen einstellbaren Widerstand R12 mit Masse verbunden. Auch hier sind die Stifte 6 und 7 wieder durch einen Kondensator miteinander verbunden, dessen Kapazität im pF-Bereich liegt. Der den Start-Stop-Eingang bildende Stift 5 ist hier mit Masse verbunden, wodurch der Demodulator ständig einsatzbereit ist. Zwischen den Stiften 9 und 13 ist ein Widerstand R14 vorgesehen und der Stift 9 ist zusätzlich mit einem Kondensator GI9 an Masse gelegt. Die Stifte 3 und 4 sind durch eine Brücke verbunden.
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Der Ausgang des Demodulators DE ist mit dem Eingang eines Verstärkers V4- und über einen Widerstand R16 mit Masse verbunden. Der Augang des Verstärkers V4 ist mit einer Anschlußklemme 5 verbunden, welche das Empfangssignal für das nachgeschaltete Alarmglied liefert.
Wie Versuche zeigten, ermöglicht das hier beschriebene System auch bei einem gestörten Übertragungsnetz eine gute Kommunikation der verschiedenen Glieder einer Alarmanlage bis zu mehreren hundert Meter Standortentfernung. Gute Ergebnisse brachten insbesondere Taktfolgefrequenzen der binären Signale im Bereich vn 50 Hz bis 5 kHz und Übertragungsfrequenzen zwischen 20 kHz und 500 kHz.
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Claims (9)

  1. Patentansprüche
    ί 1 .J System zur Übertragung binärer Signale zwischen den Bauelementen einer Alarmanlage über ein fremdes Drahtnetz, insbesondere das elektrische Versorgungsnetz, bei welchem zumindest einer der beiden logischen Zustände der binären Signale in eine bestimmte Frequenz umgesetzt, auf das Fremdnetz gekoppelt und empfangsseitig durch Filtermittel selektis?t wird, dadurch gekennzeichnet , daß beide logischen Zustände der binären Signale in jeweils eine ihnen fest zugeordnete Frequenz umgesetzt, beide Frequenzen mit einem Pegel gleicher Größenordnung auf das fremde Drahtnetz gekoppelt und diese empfangsseitig durch ein ihnen gemeinsames Bandfilter selektiert we-den.
  2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Frequenzen im Bereich zwischen 20 kHz und 500 kHz liegen und weniger als 10 kHz voneinander entfernt sind.
  3. 3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßkurve des Bandfilters hinsichtlich einer Bandmittenfrequenz symmetrisch ist und die beiden Übertragungsfrequenzen einen gleichen Frequenzabstand bezüglich der Bandmittenfrequenz aufweisen.
  4. 4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Bandfilter aus zwei miteinander gekoppelten Parallelkreisen aufgebaut ist, deren einer auf die erste Frequenz und deren anderer auf die zweite Frequenz abgestimmt ist.
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  5. 5. System nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandmittenfrequenz des Filters auf 200 kHz gelegt ist und die Eckfrequenzen des Filters etwa _ 3 kHz abliegen.
  6. 6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Übertragung einer Impulsgruppe wenigstens für die Dauer einer Impulsbreite das der logischen "O" entsprechende Signal gesendet wird.
  7. 7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung der Frequenzsignale an das Leitungsnetz über einen Ferrit-Ring mit drei Wicklungen erfolgt, deren erste über zwei Kondensatoren mit dem Netz verbunden ist, deren zweite mit dem Senderausgang des Systems verbunden ist und deren dritte mit dem Empfängereingang des Systems verbunden ist.
  8. 8. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Taktfolgefrequenz der binären Signale im Bereich von 50 Hz bis 5 kHz liegt.
  9. 9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die binären Signale mittels einer Pulscodemodulation übertragen werden und daß nur das der logischen "1" zugeordnete Signal auf Echtheit geprüft, gegebenenfalls regeneriert und ausgewertet wird.
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