DE3332761C2

DE3332761C2 -

Info

Publication number: DE3332761C2
Application number: DE3332761A
Authority: DE
Inventors: Joseph W. Schaumburg Ill. Us Twardowski
Original assignee: Chamberlain Manufacturing Corp
Current assignee: Chamberlain Manufacturing Corp
Priority date: 1982-09-23
Filing date: 1983-09-10
Publication date: 1987-12-03
Also published as: JPH0249600B2; JPS59160399A; US4535333A; CA1206531A; DE3332761A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Fernbedienung mit einer Hochfrequenz-Signalübertragung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Fernbedienungen mit einem Sender und einem Empfänger sind in vielfältiger Weise bekannt. So wird in der DE-OS 27 46 532 eine drahtlose Fernbedienung beschrieben, mit der ein nachrichtentechnisches Gerät, etwa ein Fernsehgerät, ein-, aus- oder umgeschaltet werden kann. Dabei kann das zu bedienende Gerät von jedem baugleichen Sender bedient werden, da eine Identifizierung des Senders durch den Empfänger nicht vorgesehen ist.

Für bestimmte Anwendungsfälle, etwa bei Fernbedienungen für Garagentore, ist diese Möglichkeit, mit einem bestimmten Sender auch fremde Empfänger steuern zu können, unerwünscht.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Fernbedienung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche nur auf ein Signal des zugehörigen Senders anspricht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Unteransprüche kennzeichnen vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Fernbedienung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt bzw. zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm des Senders;

Fig. 2 ein Flußdiagramm des Senders;

Fig. 3 ein Blockdiagramm des Empfängers;

Fig. 4 ein Flußdiagramm des Empfängers;

Fig. 5 das Format des Übertragungssignals;

Fig. 6a die Wellenform eines Synchronisierungs-Kopfteils;

Fig. 6b die Wellenform eines End-Kopfteils;

Fig. 7a, 7b eine schematische Darstellung des Senders;

Fig. 8a, 8b eine schematische Darstellung des Empfängers;

Fig. 9 einen typischen Impulszug.

Fig. 1 zeigt in Blockform den erfindungsgemäßen Sender 9, der eine Antenne 10, einen mit der Antenne 10 verbundenen Hochfrequenz-Sender 11 und einen diesen mit einem Eingangssignal versorgenden Mikrocomputer 12 aufweist. Der Mikrocomputer 12 ist mit einem Adressencode-Speicher 13 verbunden, bei dem es sich um einen nicht-flüchtigen Speicher handeln kann. Eine Anzahl von Kanalwahleingängen 16, 17, 18, 19 mit einer Kanalwahleinheit 14 verbunden, die Eingangssignale zu dem Mikrocomputer 12 liefert. Eine Spannungsversorgung weist eine Batterie E und einen Sende-Schalter 22 auf, so daß bei geschlossenem Sende-Schalter 22 der Sender 9 durch Anlegen der Versorgungsspannung betrieben wird. Ein Programmiersignal-Empfänger 21 ist mit dem Mikrocomputer 12 verbunden und weist Mittel zum Empfang des Codes auf.

Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm des Senders 9 und verdeutlicht, daß der Mikrocomputer 12 prüft, ob ein gültiges Programmiersignal vorhanden ist, wenn die Versorgungsspannung angelegt ist.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm des Empfängers 30, der eine Antenne 31 zum Empfang der Signale des Senders 9 aufweist. Der Empfänger 30 beinhaltet einen Hochfrequenz-Empfänger 32, der mit dem Ausgang der Antenne 31 verbunden ist. Der Hochfrequenz-Empfänger 32 liefert ein Eingangssignal zu einem Mikrocomputer 33. Ein - vorzugsweise nicht-flüchtiger - Adressencode-Speicher 34 ist mit einem Mikrocomputer 33 verbunden. Ein Programmierschalter 41 ist mit dem Mikrocomputer 33 verbunden, Ausgangskanal-Leitungen 37, 38, 40 liefern Steuersignale für verschiedene Geräte oder Funktionen, die zu steuern sind, so kann beispielsweise Kanal 1 einen Garagentoröffner steuern und Kanal 2 kann ein Sicherheits-Steuersignal führen. Weiter ist ein zum Programmieren des Senders 9 dienender Programmiersignal-Sender 36 in dem Empfänger 30 vorgesehen.

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm des Empfangsteils.

Sender und Empfänger nach der Erfindung machen Schalter zur Codewahl, wie sie bei den bekannten Vorrichtungen erforderlich sind, unnötig und erlauben die Erhöhung der Kanalzahl, so daß eine Anzahl von Kanälen zur Steuerung verschiedener Funktionen verwendet werden können. Gegenüber den bekannten Steuerungssendern und -empfängern werden kürzere Antwortzeiten erhalten. Eine besondere Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung wurde konstruiert, wobei ein Ein-Chip-Mikrocomputer verwendet wurde statt der üblichen diskreten integrierten Logikschaltungen zur Bewirkung des Codierens und Decodierens des Algorithmus. Weiter wird ein nicht-flüchtiger Speicher statt eines mehrfachen Dreistellungs-Schalters und Speichern des üblichen Codes für jedes Sender- und Empfangssystem verwendet.

Die Verwendung eines Ein-Chip-Mikrocomputers statt eines diskreten integrierten Logikschaltkreises erlaubt eine Systemflexibilität für weitere Ausdehnung und für verschiedene andere hochfrequenz-gesteuerte Anwendungen neben Garagentür-Öffnersystemen ohne das Erfordernis großer und teurer Umkonstruktionen oder üblicher integrierter Schaltkreise. Für solche weiteren Änderungen ist lediglich eine einfache Änderung des Mikrocomputers in der unabhängigen ROM-Maske erforderlich, es sind daher lediglich Änderungen der Software notwendig.

Durch die Verwendung von nicht-flüchtigen Speichern statt der bei den bekannten Vorrichtungen verwendeten Schaltern ist es erforderlich, daß der nach dem Zufallsprinzip ausgewählte Code von dem Empfänger zu dem Sender geliefert wird. Wegen gesetzlicher Vorschriften können für diese Übertragung Hochfrequenzsignale nicht verwendet werden, da die Übertragung eines Codierungssignals zur Bestimmung des Codes in dem Sendeteil den Vorschriften zur Betätigung eines Garagentüröffners nicht entsprechen. Dies nämlich wäre die Übersendung einer eine Information beinhaltenden Mitteilung. Das bedeutet, daß 1) während des Programmierens die Übertragung der Code-Information von dem Empfänger zu dem Sender Empfänger und Sender miteinander über Leitungen fest verbunden sein müßten oder 2) die Übertragung derartiger Daten durch die Verwendung von Infrarot-Sendern und -Empfängern vorgenommen wird. Die Verwendung von Infrarot-Sendern und -Empfängern erfordert keinen körperlichen Kontakt zwischen den Systemen.

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein synchrones serielles Übertragungsdaten-Format verwendet, weil 1) der entsprechende Ersatz des 9poligen Dreistellungs-Schalters nach dem Stand der Technik durch einen nicht-flüchtigen Speicher es erfordert, daß die elektrischen Eingänge binär sind und 2) die vorliegende Ausgestaltung eine weitere Kanalausdehnung und Identifikation erlaubt.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wurde die maximale Anzahl von Kanälen mit 16 gewählt, es waren 2¹⁶=65 536 verschiedene Codekombinationen möglich.

Das erfindungsgemäß verwendete Übertragungsformat gewährleistet Sicherheit und Vertraulichkeit, es ist binär und verwendet die Impulsphasenmodulation als Decodierungsformat für die Datenübertragung. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird ein Synchronisations-Kopfteil von 2 bits zur Synchronisation des Empfängers verwendet. Das erste Wort 1 ist ein Kanal-Identifizierungs-Block in 4-bit-Länge, welches die binär codierte Information enthält, die den Übertragungskanal identifiziert. Diese Selektion limitiert die maximale Anzahl der Kanäle auf 16.

Die Worte 2 bis 5 sind Datenblöcke und enthalten jeweils vier Worte von 4 bits, die eine binär codierte Information darstellen, die den Code für einen besonderen Kanal darstellen (2¹⁶=65 536 möglich Codekombinationen). Alternativ können andere Formen von digitalen Informationen wie, beispielsweise, der Ausgang eines Wandlers, in diesen Worten eingeschlossen sein.

Wort 6 ist ein Prüfsummen-Block und ist ein Fehlererkennungs-Format, welches durch binäre Addition des Identifikations-Blocks mit den Datenblöcken 1 bis 4 besteht und die Übertragungs-bits eliminiert. Z. B.:

Sodann zeigt ein End-Kopfteil in einer zwei-bit-Länge dem Empfänger an, daß der laufende Informations-Übertragungszug beendet ist. Dann folgt eine Austastzeit von 28 bits, was bei einer besonderen Ausführungsform 28 msec bedeutet, woraufhin das Datenformat wiederholt wird.

Ein Beispiel des Wortes 1 ist in Fig. 5 auseinandergezogen gezeigt. Es zeigt 4 bits eines typischen Wortes, eine logische 1 wird dargestellt durch einen Impuls von 0,75 msec und einer Zeitdauer von 0,25 msec ohne Signal von 0,25 msec, dem kein Signal für 0,75 msec folgt.

Fig. 3 zeigt das Blockdiagramm des Empfängers, das Software-Flußdiagramm für den Empfänger ist in Fig. 4 dargestellt. Wenn die Spannungsversorgung eingeschaltet ist, schaltet die Empfänger-Software zunächst das gesamte Hardware-System ein. Sodann fragt das Programm den Eingang des Programmier-Schalters 41 ab. Wenn der Programmier-Schalter 41 geschlossen ist, greift der Mikrocomputer 33 weiterhin auf den nicht-flüchtigen Adressencode-Speicher 34 zu, um den zuletzt gespeicherten Code abzurufen. Unter Verwendung dieses Codes als Start führt es sodann einen Zufallszahlenerzeugungs-Algorithmus durch und speichert den neu erzeugten Code in dem nicht-flüchtigen Speicher und übermittelt den neuen Code sofort durch die lichtimitierende Diode 36. Der Sender 9 ist nahe zu dem Empfänger 30 angeordnet, so daß der Programmiersignal-Empfänger 21 die Informationen von der lichtimmitierenden Diode 36 empfängt. Das Übertragungssignal-Format des Empfängers ist wie in Fig. 5 gezeigt mit der Ausnahme, daß es einen Kanal-Identifizierungsblock nicht benötigt und eine kürzere Abtastzeit von 5 msec verwendet. Der Empfänger schreitet mit der Übertragung des Codes fort, bis der Programmier-Schalter 41 geöffnet wird, woraufhin der Empfänger den Empfängereingang des Hochfrequenz-Empfängers 32 und der Antenne 31 überwacht.

Der Empfänger-Algorithmus beinhaltet eine softwaremäßige PLL (phasenstarre Schleife), um an dem empfangenen Synchronisations-Kopfteil anzukoppeln. Alle erforderlichen Zeitinformationen zur Ausführung des Restes des Algorithmus ist in der Pulsbreite des Synchronisations-Impulses enthalten. Eine Software-Zeitschleife sperrt den Puls und speichert den Wert in dem Speicher. Für jede folgende negative oder positive Übertragung sampled der Mikrocomputer den Eingang zu dem Zeitintervall, den es aus dem Synchronisationspuls errechnet hat, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist. Nachdem alle bits gesampled und in dem Speicher gespeichert worden sind, wird ein Vergleich mit dem in dem nicht-flüchtigen Speicher gespeicherten Code auf Übereinstimmung durchgeführt. Wenn eine Übereinstimmung vorliegt, wird der entsprechende Kanalausgang identifiziert mittels einer geeigneten lichtimitierenden Diode zur Identifizierung des jeweiligen Kanals.

Fig. 1 beinhaltet ein Blockdiagramm des Senders und Fig. 2 zeigt dessen Software-Flußdiagramm. Der mit Spannung versorgte Sender fragt den Phototransistor 21 des Programmiersignal-Empfängers 21 für eine Zeitdauer von etwa 10 msec ab zur Identifizierung eines gültigen Programmsignals. Wenn kein Programmsignal innerhalb der ersten 10 msec vorhanden ist, nimmt die Sender-Software an, daß der gegenwärtig gespeicherte Code richtig ist und der schreitet fort mit der Übertragung des Codes. Den gespeicherten Code erfragt der Sender von dem nicht-flüchtigen Speicher, er liest die Kanal-Identifizierungsnummer, errechnet die Prüfsumme und übersendet dann diese Information unter Verwendung des dargestellten und beschriebenen Formates.

Wenn ein Programmsignal empfangen wurde, decodiert der Sender die eingehende Information und speichert den neuen Code in seinem nicht-flüchtigen Speicher 13, wenn die Prüfsumme richtig ist. Er gibt dann ein kurzes "Fertig-Signal" zur Anzeige, daß der Programmierungszyklus beendet ist.

Die gesamte Übertragungszeit basiert auf einer idealen Befehlsausführungszeit von 20 msec. Da die Software festliegt, sind die einzigen Parameter, die die Ausgangszeit beeinflussen, die Toleranzen des Widerstandes und der Kapazität und etwaige Eingangstoleranzschwankungen zwischen den verschiedenen Mikrocomputern.

Ein Software-Pseudo-Zufallszahlengenerator wird in dem Empfangsteil zur Erzeugung der verschiedenen Code verwendet.

Die Verwendung von Software zur Erzeugung von Zufallswerten führt zu einem Paradoxon. Die Tatsache, daß ein Algorithmus für ein Verfahren existiert, bedeutet, daß das Ergebnis nicht wirklich zufällig ist, weil der Algorithmus verwendet werden kann, um das Ergebnis vorherzusagen. Wahre Zufallswerte können nur bei Verwendung von Systemen wie "Speicherschmutz" oder "menschliche Reaktionszeit" erzeugt werden. Die Verwendung der menschlichen Reaktionszeit setzt eine zusätzliche Hardware und Kosten voraus, was in der elektronischen Industrie unerwünscht ist. Erfindungsgemäß wird "Speicherschmutz" verwendet, um den Programmbeginn zu starten, oder aber ein Startwert wird auf einer Zeitbasis verwendet.

Bei dem verwendeten Algorithmus ergibt sich jedesmal, wenn eine Zufallszahl erforderlich ist, eine neue 16-bit-Konfiguration aus dem verwendeten ursprünglichen oder Initialwert. Ein ständiges Abrufen ausreichend oft führt zu allen möglichen 16-bit-Konfigurationen. Das Ergebnis erscheint jedoch als zufällig bei Betrachten der Abfolge der Ergebnisse und es ist unmöglich zu beweisen, daß das Programm nicht wirkliche Zufallszahlen erzeugt. Die Verteilung der Ergebnisse ist über den Bereich der möglichen Ergebnisse gleich, obwohl alle möglichen 16-bit-Werte erscheinen bevor eine Wiederholung auftritt. Erfindungsgemäß treten 65 536 Ergebnisse auf, bevor eine Wiederholung auftritt.

Der Algorithmus verwendete Worte wie folgt: Der Zufallscode wird in vier Speicherblocks von je 4-bit Weite für ein 16-bit-Wort gespeichert. Dies erlaubt eine binäre Wiedergabe von 65 536 diskreten, darf der Nullzustand nicht verwendet werden, es können daher nur 65 536 Zahlen verwendet werden.

B ₁₆ B ₁₅ B ₁₄ B ₁₃ B ₁₂ B ₁₁ B ₁₀ B ₉ B-₈ B ₇ B ₆ B ₅ B ₄ B ₃ B ₂ B ₁

Immer wenn das Programm eine Zufallszahl abruft, wird der vorherige oder "ursprüngliche" Wert zurückgerufen. Jedes bit wird um eine Position nach links verschoben. Die bits 14 und 15 sind durch eine Exklusiv-Oder-Schaltung verbunden, das Ergebnis wird in die erste Position des Blockes 4 eingegeben. Auf diese Weise werden alle möglichen 65 535 Kombinationen auftreten, bevor sich das Muster wiederholt.

Die Fig. 7a und 7b zeigen das elektrische Schaltbild des Senders 9. Die Antenne 10 ist mit dem Hochfrequenz-Sender 11 verbunden, der ein Ausgangssignal auf der Leitung 50 von dem Ausgangsanschluß SO des Mikroprozessors 12 empfängt. Der Mikroprozessor 12 kann vom Typ 404LP sein. Der nicht-flüchtige Speicher 13 kann vom Typ X-2210 sein und ist über Leitungen 51 bis 57 mit dem Mikroprozessor 12 verbunden, wie dies dargestellt ist. Ein Haltespeicher 26 ist mit dem Mikrocomputer 12 über Leitungen 58-66 verbunden, er kann vom Typ 74C373 sein. Ein EPROM 27, etwa vom Typ 27 716, ist über Leitungen 58-69 mit dem Mikrocomputer 12 verbunden und weiter mit einem Haltespeicher 26 über Leitungen 70-77. Die Spannungsversorgung E und der Sende-Schalter 22 sind mit einem Regulator 23 verbunden, der die Versorgungsspannung +V erzeugt. Ein Infrarot-Sensor 90 ist über eine Leitung 91 mit dem Mikrocomputer 12 verbunden. Ein Fertigmelder 92 ist über eine Leitung 93 mit dem Mikrocomputer 12 verbunden. Kanalwahl-Schalter 94-97 sind mit Kanalwahl-Leitungen 16, 17, 18, 19 verbunden, die an den Mikrocomputer 12 angeschlossen sind. Eine Leitung 101 verbindet den Speicher 13 mit dem Rückstell-Anschluß des Mikrocomputers 12.

Fig. 8 zeigt den Empfänger in schematischer Darstellung. Der Mikrocomputer 33 kann vom Typ 404LP sein. Die Antenne 31 ist mit dem Hochfrequenz-Empfänger 32 verbunden und über eine Leitung 105 mit dem Mikrocomputer 33. Die Programmier-LED 36 ist über einen Widerstand und einen Transistor T l mit einer Leitung 107 verbunden, die zu dem Mikrocomputer 33 führt. Ein nicht-flüchtiger Speicher 34, der vom Typ X2210 sein kann, führt über Leitungen 110 bis 119 zu dem Mikrocomputer 33. Ein Rückstell-Schaltkreis 101 ist über Leitungen 122 und 123 mit dem Rückstelleingang des Mikrocomputers 33 und dem Speicher 34 verbunden. Ein Haltespeicher 8, etwa vom Typ 74C373, ist über Leitungen 125 bis 133 mit dem Mikroprozessor 33 verbunden. Ein EPROM 7, etwa vom Typ 2715, ist mit dem Haltespeicher 8 und dem Computer 33 über Leitungen 125 bis 136 verbunden. Das EPROM 7 und der Haltespeicher 8 sind miteinander über Leitungen 137 bis 144 verbunden. Der Programm-Schalter 41 ist mit dem Mikrocomputer 33 über eine Leitung 200 verbunden. Die Kanalanzeige-Lampen 250, 251 und 252 sind mit dem Mikrocomputer über Leitungen 150, 151 und 152 verbunden und zeigen, welcher Kanal betrieben wird.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

1. Fernbedienung mit einer Hochfrequenz-Signalübertragung von einem Sender (9) zu einem Empfänger (30) zur Übertragung von Steuerbefehlen unter Verwendung eines vorher abgestimmten Adressencodes, dadurch gekennzeichnet, daß

- beim Empfänger (30) ein (Quasi-)Zufallsgenerator zur Adressencode-Generierung vorgesehen ist, der mittels eines Programmierschalters (41) aktivierbar ist,
- vom Empfänger (30) zum Sender (9) zur Neusetzung des Adressencodes vorübergehend eine galvanisch oder optisch gekoppelte Datenverbindung herstellbar ist, aufgrund der sowohl im Sender (9) als auch im Empfänger (30) die Adressencode-Speicher (34, 13) auf Wunsch neu und übereinstimmend gesetzt werden können.

2. Fernbedienung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Sender (9) eine Hochfrequenz-Sendeantenne (10), einen Hochfrequenz-Sender (11), einen Mikrocomputer (12), einen der Adressencode-Speicher (13), einen Programmiersignal-Empfänger (21) und einen Sende-Schalter (22) aufweist, und
- der Empfänger (30) eine Hochfrequenz-Empfangsantenne (31), einen Hochfrequenz-Empfänger (32), einen Mikrocomputer (33), den anderen der Adressencode-Speicher (34), einen Programmiersignal-Sender (36) und den Programmier-Schalter (41) aufweist.

3. Fernbedienung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender ferner eine Kanal-Wahleinheit (14) aufweist, durch die der zu übertragende Steuerbefehl auswählbar ist.

4. Fernbedienung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmiersignal-Sender (36) und der Programmiersignal-Empfänger (21) elektrisch miteinander verbindbar sind.

5. Fernbedienung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmiersignal-Empfänger (36) eine Lumineszenzdiode und der Programmiersignal-Empfänger (21) eine Fotodiode ist.

6. Fernbedienung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressencode-Speicher (13, 34) nicht-flüchtig ausgebildet sind.

7. Fernbedienung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Adressencode einen seriellen Binärcode der pulslängen-modulierten Form einer Vielzahl von Wortlängen aufweist.

8. Fernbedienung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Adressencode einen binären Prüfblock zur Erkennung der Richtigkeit des empfangenen Signals aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Adressencode einen binären Synchronisationsblock zur Synchronisierung von Sendeteil (9) und Empfangsteil (30) aufweist.

10. Fernbedienung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Adressencode einen Beendigungsblock aufweist.

11. Fernbedienung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Adressencode wiederholt und jeder Adressencode mittels einer Austastzeit getrennt wird.

12. Fernbedienung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch die Verwendung zur Steuerung motorisch betriebener Garagentore.