DE2923716A1

DE2923716A1 - Verfahren zur uebertragung binaerer signale ueber ein fremdes drahtnetz

Info

Publication number: DE2923716A1
Application number: DE19792923716
Authority: DE
Inventors: Willi Dr Merkel
Original assignee: Fritz Fuss KG
Current assignee: Fritz Fuss KG
Priority date: 1979-06-12
Filing date: 1979-06-12
Publication date: 1980-12-18
Also published as: IT1151069B; GB2052221B; FR2458961A1; GB2052221A; CH648445A5; ES8200532A1; US4348657A; SE8004242L; SE438067B; NL8003414A; FR2458961B1; IT8022699A0; ES492339A0; BE883771A

Description

2823716 DipL-Phys.O.E.Weber ^ D₈ München 71

Patentanwalt Hofbrunnstraße 47

Telefon: (089)7915050

Telegramm: monopolweber

münchen Telex: 05-2128 77

F 135

Fritz Fuss Korn. Ges.
Elektrotechnische Fabrik

Paulinenstr. 14

AlbStadt 1
(Ebingen)

Verfahren zur Übertragung binärer Signale
über ein fremdes Drahtnetz

030051/0281

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur übertragung binärer Signale über ein fremdes Drahtnetz und insbesondere ein Verfahren zur übertragung der Signale zwischen den Bauelementen einer Alarmanlage über das elektrische Versorgungsnetz.

Elektronische Alarmsysteme für Werksanlagen oder Wohngebäude bestehen oft aus mehreren separaten Bauelementen, die miteinander 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 enfällt, was mit zunehmender Anzahl und Entfernung der zu überwachenden Bereiche ein wesentlicher Vorteil ist.

Bei derartigen Alarmsysteaien werden die miteinander in Wirkverbindung zu bringenden Bauelemente einfach andie ihrem Standort nächstgelegene Steckdose angeschlossen, an welche sie teondere 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 die Datenübertragung des Systems auch bei abgeschaltetem Netz einsatzbereit bleibt,

030051/0281

Bei auf'»/end igen Systemen können auch binärkodierte Signale, also Impulsgruppen übertragen werden, um beispielsweise das Alarmsignal von einem bestimmten Signalgeber identifizieren zu können. Hierbei wird einem der beiden logischen Zustände, im allgemeinen der "1"_t eine Festgrequenz zugeordnet, während das ^'ehlen dieser Frequenz den logischen Zustand "0" darstellt. Alternativ hierzu kann auch einem der beiden logischen Zustände eine erste Festfrequ nz und dem anderen der beiden logischen Zustände eine zweite Festfrequenz zugeordnet werden. Die eigentliche Datenübertragung erfolgt dann durch die aufeinanderfolgende Übermittlung einer Festfrequenz und dazwischenliegender Pausen bzw. durch die alternative Übertragung einer ersten oder einer zweiten Festfrequenz.

Wie praktische Erfahrungen mit solchen Systemen zeigten, ist die erforderliche Zuverlässigkeit der Signalübertragung insbesondere dann nicht gewährleistet, wenn binäre Signclgruppen über ein störverseuchtes Versorgungsnetz zu übertragen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Übertragung binärer Signale über ein fremdes Drahtnetz, insbesondere zur Übertragung der Signale zwischen den Bauelementen einer Al?rmaniage über das elektrische Versorgungsnetz zu schaffen, welches auch bei Störverseuchung des Netzes einen besonders zuverlässigen Datenaustausch der Bauelemente gewährleistet.

Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die empfangsseitig rückgewonnenen Binärsignale ein erstes und ein zweites EC-Differenzierglied passieren, deren Widerstände mit jeweils einer bezüglich der des anderen Differenziergliedes gegensinnig geschalteten Diode überbrückt sind.

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird zusätzlich vorgeschlagen, daß die Bits der empfangssei-

030051/0281

tig rückgewonnenen Binär signale mehrmals hintereinander auf ihre Anwesenheit überprüft werden und die ermittelte Anwesenheitshäufigkeit einer Echtheitsentscheidung zugrundegelegt wird.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Zeitdauer der häufigsten Störungen auf dem Übertragungsnetz weniger als etwa 300«sec. beträgt. Bei Annahme einer Taktfolgefrequenz von 1 kHz für die binären Daten ist die Zeit für die Übertragung von einem Bit mindestens 3 mal langer als die Zeit einer Netzstörung. Bei einer Taktfolgefrequenz von 50 Hz ergeben sich Zeitverhältnisse von 60 zu 1 und besser. Hierbei ist es möglich, empfangsseitig auftretende Störimpulse als solche zu identifizieren und von einer Weitergabe an eine Auswerteschaltung fernzuhalten.

Weitere Einzelheiten mögen nun anhand einer bevorzugten Ausgestaltung und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert sein. Diese bedeuten:

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Übertragungs systems entsprechend einer bevorzugten Ausgestatlung der Erfindung;

Fig. 2 zeigt einen ausführlichen Stromlaufplan des Empfängerteils des in Figur 1 gezeigten Systems und

Fig. 3 zeigt verschiedene Behandlungsstufen des Smpfängerseitig zurückgewonnenen binären Signals durch die erfindungsgemäße Differenzierbehandlung.

Mit Bezug auf Figur 1 kann ein in wechselweisem Datenverkehr stehendes Alarmglied AG· einer aus mehreren Alarmgliedern bestehenden Alarmanlage digitale Daten in Form von Impulsen oder Impulsgruppen über eine Anschlußüemme 7 an einen Modulator MO geben. Während der Dauer eines

030051/0281

Impulses liefert der Modulator MO eine "bestimmte Festfrequenz an einen Verstärker V, der diese einer Senderendstufe SE weitergibt. Über einen Koppler KO und die Anschlußklemmen Λ und 2 gelangt das Frequenzsignal beispielsweise auf die Phase Ph und den Nulleiter Mp des elektrischen Versorgungsnetzes eines Gebäudes.

Für die Übertragung derartiger Daten über aas Versorgungsnetz eignen sich Frequenzen im Bereich von etwa 20 kHz bis 500 kHz. Hierbei kann die Zurdnung derart gewählt sein, daß der logischen "1" der beinären Daten die genannte Festfrequenz zugeordnet ist, während der logischen "0" die Abwesenheit einer solchen Frequenz zugeordnet ist. Es kann aber vorteilhaft sein, die Übertragung mit zwei verschiedenen Festfrequenzen durchzuführen, wobei der logischen "0" eine erste und der logischen "V eine zweite Festfrequenz zugeordnet ist. Die genannten Frequenzs^gnale gelaigen über die beiden Leitungen Ph und Mp an die Koppler sämtlicher anderen Alarmglieder des Systems«

Treffen Frequenzsignale eines anderen Alarmgliedes an dem Koppler KO der in Figur 1 gezeigten Schaltung ein, so gelangen diese zunächst an ein Filter FI und von diesem an einen Begrenzer BE„ Über einen Verstärker V werden die Gig^ale einem Demodulator DE zugeführt, welcher diese wieder in eine logische "0" bzw. eine logische "1" umsetzt. Über eine Störungsfalle SF und eine Anschlußklemme 5 werden die rückgewonnenen Binärdaten dem Alaricglied AG zur weiteren Verarbeitung zugeführt.

Mit Bezug auf Figur 2 sei nun eine ausführliche Schaltung das in Figur 1 gezeigten Empfangsteils wiedergegeben

030051/0281

in welcher die erfindungsgemäßen Prinzipien angewendet sind. Die über das fremde Drahtnetz eintreffenden Frequenzsignale gelangen über Anschlußklemmen 1 und 2 sowie Kondensatoren C1 bzw. 02 gleicher Dimensionierung an die Wicklung w1 eines Ringkerns R aus magnetisierbarem Material. Das von der Wicklung w1 induzierte Signal wird von einer weiteren Wicklung w3 aufgenommen und der Koppelspule L1 eines Filters zugeführt. Bei mit nur einer Festfrequenz arbeitenden Übertragungssystemen kann das Filter beispielsweise ein einzelner auf diese Festfrequenz abgestimmter Parallelkreis sein.

Bei der hier gezeigten Ausgestaltung wurde ein Übertragungssystem mit zwei Festfrequenzen angenommen, welchen ein gemeinsames Bandfilter zugeordnet ist. Dieses besteht aus einem durch die Spule L2 und dem Kondensator C5 gebildeten ersten Parallelschwingkreis und einem durch die Spule L3 und dem Kondensator C7 gebildeten zweiten Parallelkreis. Die beiden Parallelschwingkreise sind durch einen Kondensator G6 miteinander gekoppelt. Durch entsprechende Abstimmung der beiden Schwingkreise wird ein für die beiden Festfrequenzen gleichwertiges Übertragungsverhalten erzielt. Im Fall eines praktischen Versuchs betrügen diese 280 - 2,75 kHz.

Obwohl außerhalb des Übertragungsbereiches des Filters liegende Frequenzen entsprechend stark gedämpft werden, schließt dies starke Störungen auf der Ausgangsseite des Filters nicht aus, da der Pegel solcher Störungen wesentlich größer als der Pegel der gewünschten Frequenzsignale sein kann. Um diese Störungen entsprechend zu begrenzen ist die Ausgangsseite des Filters über einen hinreichend hochohmig gewählten Widerstand Rf? zur Entdämpfung des Filters mit zwei gegensinnig geschalteten Dioden D1 und D2 verbunden, die bei etwa 0.7 V ansprechen und sowohl positive als auch negative Sig-

030051/0281

2323716 9

nale entsprechend begrenzen. Die begrenzten Signale gelangen über einen Kondensator C9 auf den Eingang eines gegengekoppelten Verstärkers V3 und von diesem aus über einen Kondensator G11 an den Eingang des Demodulators DE sowie einen gegen Masse geschalteten Widerstand R9 zur Impednzanpassung.

Wenn der Demodulator die erste Festfrequenz empfängt, wird diese in eine logische "0" an seinem Ausgang umgesetzt, und wenn er die zweite Festfrequenz empfängt, wird diese in eine logische "1" an seinem Ausgang umgesetzt.

Der Modulator MO ist vorzugsweise ein handelsübliches Halbleiter-Modul des PLL-Typs (phase-locked-loop), dessen Aufbau und Wirkungsweise bekannt und beispielsweise in "Elektronik Entwicklung", Nr. 10 (1978), Seiten 475 bis 479 beschrieben ist. Bei der hier gezeigten Ausgestaltung wurde der dort diskutierte Typ GD 404-6 A verwendet.

Bei der hier vorgesehenen Verwendung ist der Stift 8 des Moduls mit Masse verbunden, während der Stift 16 eine positive Betriebsspannung von etwa +5 V empfängt. Das eintreffende Frequenzsignal ist auf den Stift 14 geschaltet, und die rückgewonnenen binären Daten in Form von Rechteckimpulsen werden von dem Stift 10 abgenommen. Die Stifte 5 und 4 sind direkt und die Stifte 6 und 7 durch einen Kondensator C4 überbrückt. Der Stift 11 ist durch einen festen Widerstand R1 und der Stift 12 durch einen veränderlichen Widerstand R2 mit Masse verbunden. Der Stift 5 ist direkt und der Stift 9 über einen Kondensator C3 mit Masse verbunden. Zwischen die Stifte 9 und 13 ist ein Widerstand R3 geschaltet.

030051/0281

-z-

Der zwischen die Stifte 6 und 7 geschaltete Kondensator GM- dient zusammen mit R1 der Frequenzabstimmung des Demodulators und hat eine im pF-Bereich liegende Dimensionierung. In einem erprobten Versuchsaufbau erfolgte die Datenübertragung mit einer ersten Frequenz von 277,25 kHz und einer zweiten Frequenz von 282,75 kHz, woraus eine Bandmittenfrequenz von 280 kHz für das Bandfilter und den Demodulator resultiert.

Aus Anpassungsgründen ist der Ausgang des Demodulators DE über einen Widerstand R4 mit Masse verbunden. Die wiedergewonnenen binären Daten gelangen in Form von Rechteckimpulsen auf den Eingang eines Verstärkers V1, dessen Ausgang mit einem ersten Differenzierglied beschaltet ist, welches aus einem Widerstand R6 im Längszweig und einem Kondensator 08 im Querzweig besteht. Über den Widerstand R6 ist eine Diode D3 geschaltet, deren Kathode dem Ausgang des Verstärkers zugekehrt ist. Diesem Differenzierglied folg; ein weiterer Verstärker V2, dessen Ausgang mit einem zweiten Differenzierglied geschaltet ist, welches aus einem Widerstand R8 im Längszweig und einem Kondensator C10 im Querzweig besteht. Der Widerstand R8 ist wieder mit einer Diode D4 überbrückt, doch ist hier die Anode der Diode dem Verstärker V2 zugekehrt. Die Zeitkonstanten der beiden Differenzierglieder sind vorzugsweise gleich und auf etwa 100 usec. dimensioniert. Dem zweiten Differenzierglied folgt ein Verstärker V4-, von dessen Ausgang die binären Signale über eine Anschlußklemme 5 dem Alarmglied AG zugeführt werden, in welchem die Auswertung der Signale erfolgt.

Mit Bezug auf Figur 3 zeigt Zeile a eine am Ausgang des Verstärkers V1 bzw. am Eingang des ersten Differenziergliedes erscheinende Signalgruppe, während Zeile b die gleiche Signalgruppe am Ausgang des ersten Differenziergliedes wiedergibt. Die Gegenüberstellung der Zei-

030051/0281

A4

len a und "b zeigt, daß die Anstiegsflanken aller Impulse durch das erste Differenzierglied verzögert werden, nicht jedoch die Rückflanken, was durch die Diode D3 "bewirkt wird. Durch die Wirkung des eine Ansprechschwelle aufweisenden Verstärkers V2 werden die zunächst entsprechend einer e-Funktion abgekrümmten Anstiegsflanken wieder in steile Planken umgeformt und das Vorzeichen der Signale wird invertiert, wie in Zeile c dargestellt.

Durch das zweite Differenzierglied werden die Rückflanken der Impulse verzögert, während die Anstiegsflanken sofort durchgeschaltet werden, was durch die Diode D4- bewirkt wird. Zeile d veranschaulicht, wie die vom Ausgang des Verstärkers V2 gelieferten Rechteckimpulse hinter dem zweiten Differenzierglied aussehen. Der ebenfalls eine Ansprechschwelle aufweisende Verstärker V4· richtet die entsprechend der e-Funktion abgekrümmten Rückflanken der Impulse wieder auf und bewirkt ein nochmaliges Invertieren der Signale. Zeile e zeigt die Impulsgruppe am Ausgang des Verstärkers

Wie die Gegenüberstellung der Zeilen a bis c zeigt, werden durch das Zusammenwirken des ersten Differenziergliedes und des Verstärkers V2 Störimpulse bis zu einer bestimmten zeitlichen GrcEtenordnung unterdrückt, wie dies für den Nadelimpuls NI veranschaulicht ist. Die genannte Größenordnung ergibt sich aus der Zeitkonstante des ersten Differenziergliedes und der Ansprechschwelle des Verstärkers V2. Tritt aber während der Übertragung eines Informationsimpulses ein negativer Störimpuls auf, so kann dies einen Einschnitt oder gar eine Zertrennung des Informationsimpulses hervorrufen, wie anhand des Nadelimpulses N2 veranschaulicht. Der negative Nadelimpuls N2 wird aber anschließend durch die analoge Wirkung des zweiten Differenziergliedes und des Verstärkers V4· unschädlich gemacht, wie dies durch die Gegenüberstellung der Zeilen c bis e veranschaulicht ist.

030051/0281

Da die maximale Zeitausdehnung der Störimpulse auf Versorgungsnetzen mit etwa 300 jusec. eine gegebene Größe ist, empfehlen sich Taktfolgefrequenzen für die binären Signale im Bereich von 50 Hz bis 1 kHz.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung kann daran gedacht sein, die rückgewonnenen Signalimpulse mehrmals hintereinander auf ihre Anwesenheit zu überprüfen und die ermittelte Anwesenheitshäufigkeit einer Echtheitsentscheidung zugrundezulegen. Dies kann beispielsweise durch schmale Prüfimpulse mit höherer Folgefrequenz, eine Torschaltung und einen Zähler erfolgen. Erst wenn eine bestimmte Anzahl von Überprüfungen die Anwesenheit des Zeichenimpulses bestätigt, kann dieser als echt identifiziert und einer weiteren Verarbeitung zugeleitet werden. Dies kann auch noch innerhalb des Alarmgliedes AG erfolgen und ist hier nicht näher dargestellt.

Durch eine derartige Anwesenheitsprüfung kann verhindert werden, daß die seltenen Störimpulse größerer Dauer, welche die aus den beiden Differenziergliedern gebildete Störfalle passiert haben, als Signalimpulse betrachtet werden und entsprechende Informationsstörungen auslösen. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Maßnahme wurde jedes in dem Alarmglied AG eingetroffene Bit durch einen dem Alarmglied zugeordneten Prozessor 30 mal auf seinen statischen Zustand abgefragt und erst bei wenigstens 20 maliger Feststellung seiner Anwesenheit als echt identifiziert und weitergegeben.

Die hier geschilderten Maßnahmen zur Unterdrückung von Störimpulsen brachten sowohl einzeln als auch in Kombination eine merkliche Verbesserung der Zuverlässigkeit in der Datenübertragung zwischen den Alarmglieder eines umfangreichen Alarmsystems über ein störverseuchtes Versorgungsnetz über eine Entfernung von mehreren 100 Metern.

030051/0281

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Übertragung binärer Signale über ein fremdes Drahtnetz, insbesondere zur Übertragung der Signale zwischen den Bauelementen einer Alarmanlage über 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 selektiert wird, dadurch gekennzeichnet , daß die empfangsseitig rückgewonnenen Binärsignale ein erstes (R6, C8) und ein zweites (R8, C10) RC-Differenzierglied passieren, deren Widerstände mit jeweils einer bezüglich der des anderen Differenziergliedes gegensinnig geschalteten Diode (D3; D4-) überbrückt sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der beiden RC-Differenzierglieder unmittelbar ein vorzugsweise eine Ansprechschwelle aufweisender Verstärker nachgeschaltet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Taktfolgefrequenz der binären Signale im Bereich von 50 Hz bis 5 kHz liegt.
4-, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» daduaii gekennzeichnet , daß die Zeitkonstanten der beiden RC-Differenzierglieder im Bereich zwischen 0,05 und 1,0 Millisekunden gewählt sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Bits der empfangsseitig rückgewonnenen Binärsignale mehrmals hintereinander auf ihre

030051/0281

Anwesenheit überprüft werden und die ermittelte Anwesenheit shäuf igkeit einer Echtheitsentscheidung zugrundegelegt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bit etwa 30 mal überprüft und bei wenigstens 20 maliger Anwesenheit als echte Information ausgewertet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die zunächst als Wechselstromfrequenz eintreffenden Signale vor ihrer Rückumsetzung in binäre Daten einem Begrenzer zugeführt werden.

030051/0281