DE3615852A1 - Verfahren und einrichtung zur infrarot-datenuebertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Datenübertragung in Form von Impulsen mittels Infrarot­ strahlung zwischen zwei in geringem Abstand voneinander befindlichen Einrichtungen, von denen die eine stationär angeordnet und die andere beweglich, insbesondere auf einem Fahrzeug, angeordnet ist. sowie eine Infrarot-Da­ tenübertragungseinrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens.

Ein gattungsgemäßes Verfahren, nämlich eine Zielsteuerung für entlang einer Bewegungsbahn bewegbare Elemente, ist aus der DE-OS 32 25 576 bekannt. Bei der bekannten Ziel­ steuerung, beispielsweise für Maschinen, Förderanlagen oder dergleichen, ist ein Strahlungssender zur Abgabe einer Information und mindestens ein Strahlungsempfänger zur Aufnahme der Information vorgesehen, wobei eine berührungsfreie, sichere und fehlerfreie Informations­ übermittlung auch bei hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen Sender und Empfänger dadurch gewährleistet wer­ den soll, daß der Strahlungssender und der Strahlungs­ empfänger, die mit Infrarotstrahlung arbeiten können, eine einen großen Öffnungswinkel umfassende Sendecharak­ teristik bzw. Empfangscharakteristik aufweisen, damit auch bei hohen Relativgeschwindigkeiten die Möglichkeit gegeben ist, zu ausreichenden Überlappungszeiten zu ge­ langen und damit zu einer störungsfreien Informations­ übertragung.

Nachteilig an diesem bekannten Lösungsansatz ist es, daß unter den handelsüblichen Bauelementen für Infrarotsender und -empfänger, deren Öffnungswinkel im Bereich von etwa 10° bis 120° liegt, nur diejenigen mit einem großen Öffnungswinkel ausgewählt werden können, wodurch der Entwickler auf die Betriebsparameter dieser speziellen Bauelemente festgelegt wird. Weiterhin ist es nachteilig, daß bei großem Öffnungswinkel die Reichweite des Senders und des Empfängers entsprechend abnehmen und außerdem eine größere Störempfindlichkeit gegenüber Strahlung aus der Umgebung, insbesondere gegenüber dem Umgebungslicht, auf das Nutzsignal eintritt. Diese Nachteile können zwar bei der bekannten Lösung dadurch in gewissem Umfang ausge­ glichen werden, daß jeweils mehrere Sender und mehrere Empfänger eingesetzt werden, wobei die Informationen auf den Übertragungsstrecken zwischen einem Sender und einem zugeordneten Empfänger gegebenenfalls mit unterschiedli­ chen Frequenzen übertragen werden können; diese Ausweich­ lösung setzt jedoch eine exakte Positionierung der ein­ zelnen Elemente der Sende- und der Empfangseinrichtungen voraus, wenn "Löcher" im Übertragungsbereich vermieden werden sollen. Andererseits dient das Arbeiten mit ver­ schiedenen Frequenzen in dem bekannten System dazu, bei mehreren eng benachbarten Empfängern zu vermeiden, daß beim Aussenden einer Information für einen in Abstrahl­ richtung gegenüberliegenden Empfänger auch benachbarte Empfänger reagieren, die in den Streubereich der Infra­ rotsignale gelangen. Insgesamt erfolgt die Datenübertra­ gung bei dem bekannten System seriell.

Es hat sich gezeigt, daß bei einer seriellen Datenüber­ tragung in einem System mit hohen Relativgeschwindigkei­ ten sehr schnell eine Grenze hinsichtlich der übertrag­ baren Datenmengen erreicht wird, selbst wenn man mit hohen Impulsfolgefrequenzen arbeitet, was den Einsatz entspre­ chend aufwendiger Sende- und Empfangseinrichtungen erfor­ derlich macht. Andererseits müssen bei einer parallelen Datenübertragung über getrennte Kanäle entsprechend viele Sender und Empfänger vorgesehen sein, was ebenfalls mit einem insgesamt hohen schaltungstechnischen Aufwand ver­ bunden ist.

Ausgehend vom Stand der Technik und der vorstehend aufge­ zeigten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zur berührungs­ losen Datenübertragung in Form von Impulsen mittels In­ frarotstrahlung zu schaffen, bei dem bzw. bei der größere Datenmengen mit vertretbarem technischem Aufwand zuver­ lässig zwischen einer stationär angeordneten und einer beweglichen Einrichtung übertragen werden können, und zwar auch bei relativ hoher Geschwindigkeit der beweglichen Einrichtung.

Diese Aufgabe wird, was das Verfahren anbelangt, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die zu übertragenden Daten in Blöcke aufgeteilt werden und daß die Daten je­ des Datenblockes jeweils mit einer diesem Datenblock zu­ geordneten, unter mehreren vorgegebenen Frequenzen aus­ gewählten Frequenz zusammen mit einer dem Datenblock zu­ geordneten, unter mehreren vorgegebenen Adresseninforma­ tionen ausgewählten Adresseninformationen übertragen wer­ den.

Was die Datenübertragungs-Einrichtung selbst anbelangt, so wird die gestellte Aufgabe ferner gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Daten-Aufteileinrichtung zum Aufteilen der Daten auf mindestens zwei Blöcke vorgesehen ist, daß Adressen-Erzeugungseinrichtungen zum Erzeugen einer unter mehreren vorgegebenen Adresseninformationen ausgewählten Adresseninformation für jeden Datenblock vorgesehen sind, daß mindestens zwei Sender vorgesehen sind, von denen jeder mit einer anderen von mehreren vor­ gegebenen Frequenzen arbeitet, um die ihm zugeführten Da­ ten der Datenblöcke und der diesen Daten zugeordneten Adresseninformation in Form von Impulsen mit der betref­ fenden Frequenz auszusenden und daß mindestens zwei Empfänger vorgesehen sind, die jeweils ein auf die Sende­ frequenz des zugeordneten Senders abgestimmtes, frequenz­ bestimmendes Filter, einen Komparator zum Vergleich der empfangenen Adresseninformation mit einer vorgegebenen Adressen-Information und einen Empfangsteil für die über­ tragene Dateninformation aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist also eine besondere Kombination der bekannten Verfahren der seriellen Daten­ übertragung und der parallelen Datenübertragung, indem eine Aufteilung der zu übertragenden Informationen in Datenblöcke erfolgt, die parallel übertragen werden, wo­ bei die einzelnen Datenblöcke jeweils durch die Sende­ frequenz und die Adresseninformation voneinander unter­ schieden werden können.

Es ist ein besonderer Vorteil von Verfahren und Ein­ richtung gemäß der Erfindung, daß zu der beweglichen Einrichtung, wenn diese die feststehende Einrichtung passiert - die Datenübertragung kann natürlich auch in entgegengesetzter Richtung erfolgen - eine für Ziel­ steuerungen vergleichsweise große Datenmenge, beispiels­ weise eine mehrstellige Dezimalzahl im BCD-Code zuver­ lässig übertragen werden kann, selbst wenn sich der bewegliche Empfänger mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit von beispielsweise 1 oder 2 m/s bewegt. Dabei kann der Strahlengang des Infrarot-Licht im Ver­ gleich zu dem eingangs diskutierten, vorbekannten System relativ stark gebündelt werden, so daß beispiels­ weise mit Sendern gearbeitet werden kann, bei denen der Öffnungskegel der Lichtquelle (Leuchtdiode) 25° beträgt, während der Öffnungskegel des Lichtempfängers (Fototransistor) des Empfängers 32° beträgt. Entsprechende Lichtsender und -empfänger stehen dabei in großer Zahl preiswert zur Verfügung, so daß die Kosten für die Reali­ sierung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der er­ findungsgemäßen Datenübertragungs-Einrichtung vergleichs­ weise gering bleiben, obwohl ein Blick auf ein Schalt­ bild der Sende- und Empfangseinrichtungen zunächst das Gegenteil vermuten lassen könnte. Die kostengünstige Realisierung wird nämlich auch dadurch gefördert, daß für Sender wie Empfänger preiswerte, integrierte Schal­ tungen zur Verfügung stehen, die sich unter vielfältigen Einsatzbedingungen bewährt haben.

In Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vor­ teilhaft erwiesen, wenn die Daten-Empfangsteile der Empfänger miteinander gekoppelt und so gestaltet sind, daß eine Weiterleitung der empfangenen Dateninformation an nachgeschaltete Auswerte- und Steuereinrichtungen erst dann erfolgt, wenn alle zu einer zu übertragenden Informationseinheit gehörenden Blöcke korrekt empfangen worden sind. Bei dieser Ausgestaltung ist es dann sinnvoll, den Daten-Empfangsteilen entsprechende Spei­ cher bzw. Zwischenspeicher zuzuordnen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Datenübertragungseinrichtung gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform einer Da­ tenübertragungseinrichtung gemäß der Er­ findung.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 Sendeeinrichtungen mit drei Sendern 10 a, 10 b, 10 c und Empfangseinrichtungen mit drei Empfänger 12 a, 12 b und 12 c. Dabei dient jedes Sender/Empfänger-Paar 10 a, 12 a; 10 b, 12 b und 10 c, 12 c der Übertragung einer Ziffer einer Dezimalzahl, die vorzugsweise im BCD-Code übertragen wird.

Jedem der Sender 10 a bis 10 c ist eingangsseitig ein die Sendefrequenz bestimmendes RC-Glied zugeordnet, wobei die RC-Glieder derart dimensioniert sind, daß sie in Verbindung mit internen Baugruppen der Sender dafür sorgen, daß jeder der Sender 10 a bis 10 c mit einer an­ deren Sendefrequenz f _a , f _b bzw. f _c arbeitet.

Jedem der Sender 10 a bis 10 c ist eingangsseitig ferner eine Einrichtung zur Erzeugung einer Adresseninforma­ tion zugeordnet, die beim Ausführungsbeispiel jeweils als Kombination dreier Schalter dargestellt ist, mit deren Hilfe an einen zugeordneten Senderanschluß ein Potential P anlegbar ist, welches dem logischen Pegel "1" oder "0" entspricht.

Auf der Eingangsseite jedes Senders 10a bis 10 c sind ferner jeweils vier Datenleitungen vorgesehen, an denen beim Ausführungsbeispiel die logischen Pegel anliegen, welche der zu übertragenden Ziffer im BCD-Code ent­ sprechen. Auf der Ausgangsseite jedes der Sender 10 a befindet sich ein als Schaltverstärker dienender Tran­ sistor 14, der entsprechend der Ansteuerung an seiner Basis für die Dauer jedes zu übertragenden Impulses einen Strom durch eine Infrarot-Sendediode 16 fließen läßt, so daß ein mit der Sendefrequenz des betreffenden Sen­ ders modulierter Infrarot-Impuls ausgesendet wird.

Dieser Infrarot-Impuls wird von einem Fototransistor 18 auf der Eingangsseite des zugeordneten Empfängers empfangen und dem Eingang dieses Empfängers zugeführt. Dabei reagiert jeder der Empfänger 12 a bis 12 c jeweils nur auf eine der Sendefrequenzen f _a , f _b bzw. f _c , was mit Hilfe eines frequenzbestimmenden Filters erreicht wird, dessen Resonanzfrequenz auf die betreffende Sendefrequenz abgestimmt ist und durch ein extern an den Empfänger angeschlossenes RC-Glied bestimmt wird.

An jedem Empfänger 12 a bis 12 c ist eingangsseitig ferner eine Einrichtung zur Erzeugung einer Adressen­ information angeschlossen. Diese Einrichtungen sind beim Ausführungsbeispiel Schalterkombinationen wie bei den Sendern 10 a bis 10 c. Diejenigen Impulse, wel­ che das frequenzbestimmende Filter eines Empfängers 12 a bis 12 c passiert haben, werden in einem Komparator mit der durch die zugehörige Schalterkombination er­ zeugten Adresseninformation verglichen. Wenn Überein­ stimmung zwischen der gesendeten Adresseninformation und der empfängerseitig erzeugten Adresseninformation festgestellt wird, dann wird für die nachfolgenden Dateninformationen ein Signalweg zu einem Speicher freigegeben, in dem die Dateninformation abgespeichert wird. Die Dateninformation kann nunmehr auf den jeweils vier Datenleitungen der Empfänger 12 a bis 12 c ausge­ geben werden, wobei die Möglichkeit besteht, die Aus­ gabe der Dateninformation mittels einer nicht ge­ zeichneten Einrichtung so lange zu verzögern, bis beispielsweise alle Ziffern einer mehrstelligen Zahl - bei Ausführungsbeispiel einer dreistelligen Zahl - von den Empfangseinrichtungen empfangen wurden.

Die vorstehende Beschreibung des ersten Ausführungs­ beispiels zeigt, daß die insgesamt zu übertragende Information - beim Ausführungsbeispiel eine drei­ stellige Zahl - in mehrere - drei - Blöcke unterteilt wird, wobei die Informationen jedes Blockes zusammen mit einer Adresseninformation mit einer bestimmten Sendefrequenz übertragen werden. Da die einzelnen Sender jeweils nur auf eine bestimmte Sendefrequenz ansprechen und nur Dateninformationen übernehmen, denen eine vorgegebene ausgewählte Adresseninformation zugeordnet ist, besteht also erfindungsgemäß die Mög­ lichkeit, die einzelnen Informationsblöcke parallel, d. h. gleichzeitig, zu übertragen, und zwar derart, daß die Adresseninformationen und die Dateninformationen jedes Blockes seriell übertragen werden. Auf diese Weise läßt sich insgesamt eine Datenübertragungsgeschwin­ digkeit erreichen, welche auch für die Übertragung größerer Datenmengen von und zu schnellen Fahrzeugen in einem komplexen System geeignet ist, wobei anderer­ seits der technische Aufwand für die Datenübertragung vergleichsweise gering bleibt, da für Sender und Empfänger vergleichsweise preiswerte integrierte Schaltungen zur Verfügung stehen. Beispielsweise können für die Sender integrierte Schaltungen des Typs 145 026 und für die Empfänger integrierte Schaltungen des Typs 145 029 ver­ wendet werden, die beide von der Firma Motorola erhält­ lich sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind zwei Sender 10 a, 10 b vorgesehen, die wie die Sender 10 a, 10 b in Fig. 1 ausgebildet sind und mit den Sendefre­ quenzen f _a bzw. f _b arbeiten. Auch die Empfänger 12 a, 12 b der Datenübertragungseinrichtung gemäß Fig. 2 entsprechen weitgehend den Empfängern 12 a, 12 b in Fig. 1. Dem Empfänger 12 a sind jedoch eingangsseitig zwei RC-Glieder zugeordnet, von denen mit Hilfe eines Umschalters 20 das eine oder das andere mit den übri­ gen Teilen des frequenzbestimmenden Filters des Empfängers 12 a verbunden werden kann, so daß dieser entweder auf die Empfangsfrequenz f _a oder auf die Empfangsfrequenz f _b abgestimmt werden kann. Je nach der Stellung des Schalters 20 kann also der Empfänger 12 a die Daten entweder vom Sender 10 a oder vom Sender 10 b empfangen, während der Empfänger 10 b stets nur Daten vom zweiten Sender 10 b empfangen kann. Die bei der Datenübertragungseinrichtung gemäß Fig. 2 vorge­ sehene Umschaltmöglichkeit erhöht dabei die Flexibi­ lität.

Claims (7)

1. Verfahren zur berührungslosen Datenübertragung in Form von Impulsen mittels Infrarot-Strahlung zwi­ schen zwei in geringem Abstand voneinander befind­ lichen Einrichtungen, von denen die eine stationär angeordnet und die andere beweglich, insbesondere auf einem Fahrzeug, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zu übertragenden Daten in Blöcke aufgeteilt werden und daß die Daten jedes Datenblockes jeweils mit einer diesem Datenblock zugeordneten, unter mehreren vorgegebenen Frequenzen ausgewählten Fre­ quenzen zusammen mit einer dem Datenblock zugeord­ neten, unter mehreren vorgegebenen Adresseninforma­ tionen ausgewählten Adresseninformation übertragen werden.

2. Infrarot-Datenübertragungseinrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur berüh­ rungslosen Datenübertragung in Form von Impulsen zwischen zwei in geringem Abstand voneinander be­ findlichen Einrichtungen, von denen die eine sta­ tionär angeordnet und die andere beweglich, ins­ besondere auf einem Fahrzeug, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Daten-Aufteileinrichtung zum Aufteilen der Daten auf mindestens zwei Blöcke vorgesehen ist, daß Adressen-Erzeugungseinrichtungen zum Er­ zeugen einer unter mehreren vorgegebenen Adressen- Informationen ausgewählten Adressen-Information (ADR 1 - ADR 3) für jeden Datenblock vorgesehen sind, daß mindestens zwei Sender (10 a - 10 c) vor­ gesehen sind, von denen jeder mit einer anderen von mehreren vorgegebenen Frequenzen (f _a - f _c ) arbeitet, um die ihm zugeführten Daten der Daten­ blöcke und der diesen Daten zugeordneten Adressen­ informationen (ADR 1 - ADR 3) in Form von Impulsen mit der betreffenden Frequenz (f _a - f _c ) auszusenden, und daß mindestens zwei Empfänger (12 a - 12 c) vor­ gesehen sind, die jeweils ein auf die Sendefrequenz des zugeordneten Senders abgestimmtes, frequenzbe­ stimmendes Filter, einen Komparator zum Vergleich der empfangenen Adresseninformationen (ADR 1 - ADR 3) mit einer vorgegebenen, empfängerseitig erzeugten Adresseninformation (ADR 1 - ADR 3) und einen Empfangsteil für die übertragene Dateninformation aufweist.

3. Datenübertragungseinrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sender (10 a - 10 c) und die Empfänger (12 a - 12 c) als Kernstück jeweils eine integrierte Schaltung umfassen.

4. Datenübertragungseinrichtung nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das frequenzbestimmende Filter der Empfänger (12 a - 12 c) jeweils ein mit der integrierten Schaltung verbundenes RC -Glied umfaßt.

5. Datenübertragungseinrichtung nach einem der An­ sprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressen-Erzeugungseinrichtungen durch eine Schalter­ kombination gebildet sind.

6. Datenübertragungseinrichtung nach einem der An­ sprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Empfänger (12 a - 12 c) einen Speicher für die empfangenen Daten umfaßt.

7. Datenübertragungseinrichtung nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Speicher der Empfänger derart mit einer Steuereinrichtung verbunden sind, daß eine Ausgabe der Daten an nachgeschaltete Aus­ werteeinrichtungen erst nach vollständiger Über­ tragung der Daten aller Blöcke durchführbar ist.