DE3780508T2

DE3780508T2 - Hf-system zur automatischen fernablesung von instrumenten.

Info

Publication number: DE3780508T2
Application number: DE8787103638T
Authority: DE
Inventors: Quentin Scott Denzene; Mervin Lee Grindahl
Original assignee: ENSCAN Inc
Current assignee: Itron Inc
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2007-03-14
Also published as: AU596402B2; EP0420295B1; CA1282118C; JPS62229500A; ATE100617T1; JPH0814879B2; AU7005287A; AU4897090A; ATE78617T1; EP0245606B1; CA1267936A; EP0420295A1; EP0245606A2; DE3780508D1; EP0245606A3; US4799059A; DE3788881D1; DE3788881T2; AU615135B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Fernüberwachungssysteme für Instrumente. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung ein verbesserter Transponder und eine Abfrage/Empfangseinrichtung zur Verwendung in einem HF-System zur Fernüberwachung von Instrumenten.
Verbrauchsgüter, wie Gas, Wasser und Elektrizität, sind üblicherweise durch Meßgeräte überwacht worden, die sich physikalisch bei der Einrichtung oder beim Wohnsitz des Verbrauchers befinden. Die Sichtung durch Zählerablesepersonal, das von Tür zu Tür geht und die angefallene Zählerablesung mit der Hand aufzeichnet, ist ein allgemein bekanntes Verfahren, mit dem fast jeder vertraut ist. Obwohl diese Zählerablesetechnik üblich ist, ist sie ineffektiv, fehleranfällig, benötigt viele Angestellte und ist sehr teuer.
In der Tat sind Vorrichtungen und Verfahren zur automatischen Übertragung von Daten mehrerer entfernt liegender Parameterfühlinstrumente, wie etwa Verbrauchsmeßgeräte, zu einem zentralen Datenerfassungssystem entwickelt worden.
US-A-4 326 264 betrifft ein automatisches oder Fernüberwachungssystem mit mehreren Transpondern, die entfernt erzeugte Signale abtasten und diese Signale an eine zentrale Abfrage/Empfangseinrichtung übertragen. Ein HF-Transponder für das Überwachungssystem umfaßt: Einleitungsfeld-Einrichtungen, Eingabeeinheiten, die mit einer entfernten Station verbindbar sind, um Statussignale von dieser Station zu liefern, Stations- Identifizierungsfeld-Einrichtungen, BCH-Fehlerüberwachungscodiereinrichtungen, um ein Fehlerüberwachungscodefeld zu liefern, Übertragungsfreigabeeinrichtungen, um ein HF-Aktivierungssignal zu empfangen, Steuereinrichtungen, um mehrere Informationsdatenpakete zu erzeugen, von denen jedes von einem BCH-Fehlerüberwachungsfeld gefolgt wird, Übertragungscodiereinrichtungen, Datenwegsteuereinrichtungen, um die der Fehlerüberwachungscodierung zuzuführenden Daten zu den BCH-Fehlerüberwachungscodiereinrichtungen zu transferieren und HF-Sendeeinrichtungen.
US-A-3 967 202 offenbart ein Datenübertragungssystem, um Information von mindestens einer Datenquelle zu erhalten. Das System überträgt Signale von einem Sender in einer Abfragequelle oder einem Sende-Empfänger, die Adreßinformation enthalten, so daß sie durch einen einzigen Transponder oder eine Empfangsstation, an die gesendet wurde, vollständig angesprochen sind.
Ein anderes System, um automatisch Daten mehrerer entfernt liegender Parameterfühlinstrumente, wie etwa Verbrauchsmeßgeräte, an ein zentrales Datenerfassungssystem zu übertragen, wird in WO 86/05024 offenbart, das gemäß Art. 54(3) EPC ein nicht vorveröffentlichtes Dokument darstellt.
Die Instrumentenableseeinrichtung, die hier offenbart wird, weist mehrere Transponder oder Codier-Empfangs-Sendeeinrichtungen (ERT's) auf, von denen eine mit jedem entfernt liegenden Meßgerät oder Instrument verbunden ist. Außerdem ist eine Abfrage/Empfangseinrichtung eingeschlossen, die innerhalb eines mobilen Datenerfassungssystems enthalten sein kann. Die Abfrage/Empfangseinrichtung überträgt ein "Ansprech-" oder Aktivierungssignal. Alle Transponder in Reichweite der Abfrage/Empfangseinrichtung sprechen dann an und beginnen die Übertragung eines HF-Transpondersignals, das Berichtsdaten enthält, die repräsentativ für den durch ein bestimmtes Meßgerät gefühlten Parameter, mit dem sie verbunden ist, sind. Die Abfrage/Empfangseinrichtung empfängt gleichzeitig die Transpondersignale von allen aktivierten Transpondern und speichert die in ihnen enthaltenen Berichtsdaten. Die Berichtsdaten werden später entfernt und zu Berechnungszwecken der Versorgungsunternehmen verwendet.
Bei der Instrumentenableseeinrichtung bestehen die Transpondersignale aus einer Reihe von beabstandeten Übertragungsbündeln, von denen jedes die Berichtsdaten enthält. Um die Wahrscheinlichkeit von Übertragungskonflikten, d. h. die simultane Übertragung eines Transpondersignals von zwei oder mehreren Transpondern zur gleichen Zeit und/oder auf der gleichen Frequenz, zu verringern, wird das Transpondersignal durch aktive Zeit- und/oder Frequenzparameter charakterisiert. Jeder Transponder bewirkt eine Änderung der Frequenz, bei der die Übertragungsbündel eines Transpondersignals übertragen werden, so daß sie innerhalb einer bestimmten Bandbreite bei verschiedenen Frequenzen auftreten. Zusätzlich ändert sich der zeitliche Abstand zwischen Übertragungsbündeln verschiedener Transponder, obwohl der zeitliche Abstand zwischen Übertragungsbündeln irgendeines bestimmten Transponders konstant ist.
Obwohl die aktiven Zeit- und/oder Frequenzparameter, die von der Instrumentenableseeinrichtung verwendet werden, Übertragungskonflikte zwischen simultan aktivierten Transpondern erheblich reduzieren, tun sie das nicht in dem Maß, wie es für ein handelsfähiges Produkt erforderlich ist. Übertragungskonflikte treten noch mit genügender Regelmäßigkeit auf, um verläßliche Datenübertragung bei ökonomisch durchführbaren Übertragungsgeschwindigkeiten mit der Abfrage/Empfangseinrichtung zu verhindern.
Ein anderes Problem der oben beschriebenen Instrumentenableseeinrichtung betrifft die Genauigkeit der Datenübertragung zwischen den Transpondern und dem MDAS. Alle Datenübertragungssysteme, besonders digitale HF-Systeme wie das oben beschriebene, können durch eine statistische Fehlerwahrscheinlichkeit charakterisiert werden. Trotz dieser Tatsache sind Fehlererkennungstechniken, die durch die Instrumentenableseeinrichtung implementiert sind, sehr beschränkt. Sie beinhalten die Entscheidung, ob die empfangene Einleitung die passende Sequenz digitaler Werte besitzt und ob die richtige Anzahl von Bits empfangen worden ist. Selbst wenn diese Techniken Empfang einer "gültigen" Übertragung anzeigen, gibt es offenbar keinen Weg zu entscheiden, ob die codierten Daten, die die Zählerablesung darstellen, gültig waren, d. h. so wie gesendet empfangen wurden.
Noch ein anderes sehr wichtiges Merkmal eines handelsfähigen Überwachungssystems für Instrumente ist die Zeitdauer, die es ohne Benötigen einer erneuten Stromversorgung, wie sie etwa von Batterien zur Verfügung gestellt wird, arbeiten kann. Das oben beschriebene Überwachungssystem für Instrumente aktiviert die Transponder durch ein Aktivierungssignal in der Form eines HF-Trägers mit bestimmter Frequenz. Verschiedene Kommunikationsfunkdienste, die im gleichen Frequenzbereich wie der Träger arbeiten, verursachen eine gewisse Menge von Fehlern, indem sie unbeabsichtigt die Transponder ansprechen. Unbeabsichtigtes Ansprechen führt zur Übertragung des Transpondersignals und schwächt dabei die Batterielebensdauer.
Es ist offensichtlich, daß es einen ständigen Bedarf an verbesserten HF-Systemen zur automatischen oder Fernüberwachung von Instrumenten gibt. Um handelsfähig zu sein, müssen die Systemtransponder verschiedene Anforderungen erfüllen. Als erstes muß der Transponder in der Lage sein, konfliktwiderstandsfähige Übertragungen zu liefern. Aktive Zeit- und/oder Frequenzparameter, die zu Transpondersignalen mit konfliktwiderstandsfähigen Kennwerten führen, die besser als jene bekannter Techniken sind, müssen entwickelt werden. Ein Übertragungsprotokoll, das zu genauer Übertragung fähig ist, wird ebenfalls benötigt. Das Protokoll muß die Fähigkeit bereitstellen, Fehler in den übertragenen Daten, die für die gefühlten Parameter repräsentativ sind, zu entdecken. Die Transponder sollten auch gegen falsches Ansprechen widerstandsfähig sein. Diese und andere Eigenschaften müssen mit einem verhältnismäßig preiswerten Transponder, der äußerst zuverlässig ist, erzielt werden.
Die obigen Aufgaben werden mit einem HF-Transponder gemäß Patentanspruch i gelöst. Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes automatisches oder Fernüberwachungssystem für Instrumente dar. Das System weist mehrere Transponder auf, von denen jeder mit einem von mehreren Parameterfühlinstrumenten verbunden ist, die entfernt von einer Abfrage/Empfangseinrichtung angeordnet sind. Als Antwort auf die Aktivierungssignale der Abfrage/Empfangseinrichtung übertragen die Transponder ein HF-Transpondersignal, das aus mehreren Transponderinformationspaketen gebildet wird. Der Transponder ist höchst zuverlässig und auch noch kostengünstig. Seine konfliktwiderstandsfähigen Übertragungskennwerte erlauben es, Instrumente mit einer schnellen und effizienten Rate zu überwachen oder abzulesen. Die Genauigkeit der Datenübertragung wird durch Fehlerüberwachungstechniken erhöht. Die Batterielebensdauer und die Transponderflexibilität werden ebenfalls durch die Verwendung einer Ansprechtechnik, die fehlerwiderstandsfähig ist, erhöht.
In einer Ausführungsform sind die Transponder durch eine Schaltung zum Implementieren eines höchst genauen Übertragungsprotokolls gekennzeichnet. Die Schaltung weist Einleitungsfeld-Einrichtungen zum Liefern eines Einleitungsfeldes von bestimmten Einleitungsdaten auf. Instrumentenparameterfeld- Einrichtungen sind verbindbar mit einem Parameterfühlinstrument und liefern ein Instrumentenparameterfeld mit dabei gefühlten Instrumentenparameterdaten. Instrumentenidentifizierungsfeld- Einrichtungen liefern ein Instrumentenidentifizierungsfeld mit Instrumentenidentifizierungsdaten. Fehlerüberwachungscodier- Einrichtungen unterwerfen mindestens einen Teil der Datenfelder der Fehlerüberwachungscodierung und liefern ein Fehlerüberwachungscodefeld mit Fehlerüberwachungscodedaten. Die Felder der Einleitungsdaten, Instrumentenparameterdaten, Instrumentenidentifizierungsdaten und Fehlerüberwachungscodedaten sind in einer bestimmten Weise zusammengefaßt, so daß sie ein Transponderinformationspaket erzeugen, das von einer Sequenzsteuereinrichtung aus einem Bitdatenfluß gebildet wird. Übertragungscodiereinrichtungen unterwerfen das Transponderinformationspaket der Übertragungscodierung und erzeugen einen übertragungscodierten Bitdatenfluß, der durch den HF- Transponder übertragbar ist.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist jeder Transponder durch pseudozufällige Frequenzänderungs-Einrichtungen gekennzeichnet, um die Frequenzänderung des Transpondersignals zu bewirken, so daß jedes Transponderinformationspaket bei einer pseudozufälligen Frequenz übertragen wird. Die Transponder weisen Instrumentenparameterfeld-Einrichtungen auf, die verbindbar mit einem Parameterfühlinstrument sind, um ein Instrumentenparameterdatenfeld zu liefern. Übertragungsfreigabeeinrichtungen empfangen ein HF-Aktivierungssignal von der Abfrage/Empfangseinrichtung und liefern als Antwort darauf ein Transponderfreigabesignal, das die Erzeugung und Übertragung von Transpondersignalen einleitet. HF-Sendeeinrichtungen sind operativ derart verbunden, daß sie das Instrumentenparameterdatenfeld empfangen und ein aus mehreren getrennten Transponderinformationspaketen bestehendes Transpondersignal übertragen. Pseudozufällige Übertragungsfrequenzänderungs-Einrichtungen sind mit den Sendeeinrichtungen operativ verbunden und ändern pseudozufällig die Frequenz des HF-Transpondersignals, so daß die Transponderinformationspakete innerhalb einer bestimmten Frequenzbandbreite mit pseudozufälligen Frequenzen übertragen werden.
In noch einer anderen Ausführungsform sind die Transponder des Systems durch Freigabeschaltungs-Einrichtungen gekennzeichnet, um die Übertragung der Transpondersignale zu zufälligen Zeiten nach Empfang der Aktivierungssignale einzuleiten. Die Freigabeschaltungs-Einrichtung weist HF-Detektoreinrichtungen zum Empfang des HF-Aktivierungssignals von der Abfrage/Empfangseinrichtung auf. Die HF-Detektoreinrichtung weist das Aktivierungssignal nach und erzeugt ein dafür repräsentatives Detektorsignal. Ebenfalls enthalten sind Zeitmeßeinrichtungen zum Messen des Integrationszeitraums. Die Integrationszeiträume der Transponder sind zueinander zufällig versetzt. Integrationseinrichtungen sind operativ mit den Zeitmeßeinrichtungen und der HF-Detektoreinrichtung verbunden und integrieren das Detektorsignal über den Integrationszeitraum, wobei ein Integratorausgangssignal, das für ein Integral des Detektorsignals repräsentativ ist, erzeugt wird. Komparatoreinrichtungen vergleichen das Integratorausgangssignal mit einem Schwellenwert und erzeugen ein Transponderfreigabesignal, wenn das Integratorausgangssignal während des Integrationszeitraums den Schwellenwert erreicht.
Die Erfindung wird in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Blockdiagrammdarstellung eines HF-Systems zur automatischen oder Fernüberwachung von Instrumenten ist, das Transponder der vorliegenden Erfindung aufweist,
Fig. 2 eine schematische Veranschaulichung eines bevorzugten Transpondersignals ist, das von jedem Transponder aus Fig. 1 übertragen wird,
Fig. 3 eine schematische Veranschaulichung einer bevorzugten Form der Transponderinformationspakete ist, die das in Fig. 2 veranschaulichte Transpondersignal bilden,
Fig. 4 eine bevorzugte Sequenz von Digitalwerten veranschaulicht, die ein Einleitungsfeld des in Fig. 3 gezeigten Transponderinformationspakets bildet,
Fig. 5 eine Blockdiagrammdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der in Fig. 2 gezeigten Transponder ist,
Fig. 6A-6D jeweils von links nach rechts angeordnet sind und schematisch eine bevorzugte Ausführung der Schaltung von verschiedenen in Fig. 5 gezeigten Blöcken veranschaulichen,
Fig. 7 eine erste bevorzugte Ausführungsform der in Fig. 5 gezeigten Übertragungsfreigabeschaltung darstellt,
Fig. 8 eine zweite bevorzugte Ausführungsform der in Figur 5 gezeigten Übertragungsfreigabeschaltung darstellt.
Die vorliegende Erfindung ist ein verbessertes HF-System zur automatischen oder Fernüberwachung von Instrumenten, wie etwa das in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung offenbarte, auf die oben Bezug genommen ist. Jeder Transponder des Systems überträgt ein HF-Transpondersignal unter Verwendung eines neuen Datenübertragungsprotokolls. Transpondersignale werden aus mehreren beabstandeten Transponderinformationspaketen gebildet, von denen jedes mit einer einheitlichen Einleitung anfängt und mit einem zyklischen Blockprüfungs-Fehlerüberwachungscode endet. Der Fehlerüberwachungscode wird von einer Abfrage/Empfangseinrichtung decodiert und zur Verbesserung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Datenübertragungen verwendet. Transponderinformationspakete werden auf pseudozufälligen Frequenzen übertragen, um Konflikte zwischen Übertragungen simultan sendender Transponder zu reduzieren. Konflikte werden ferner durch eine Schaltung reduziert, die veranlaßt, daß die Transponder "ansprechen" und Datenübertragung zu beliebigen Zeitpunkten einleiten. Diese und andere Merkmale der Erfindung werden am besten durch eine folgende kurze Beschreibung des Überwachungssystems für Instrumente, auf das sie sich beziehen, verstanden werden.
Ein HF-System zur automatischen oder Fernüberwachung von Instrumenten ist umfassend in Fig. 1 veranschaulicht. Wie gezeigt, ist das automatische oder Fernüberwachungssystem 10 für Instrumente auf die Verwendung mehrerer entfernt angeordneter Parameterfühlinstrumente, wie etwa Meßgeräten 12A-12C, angepaßt. Die Meßgeräte 12A-12C erfühlen oder überwachen einen physikalischen Parameter, wie etwa eine Menge eines gegebenen Verbrauchsgutes (z. B. Erdgas), das von einem Wohn- oder Geschäftsverbraucher verwendet wird. Einbezogen in und operativ verbunden mit jedem Meßgerät 12A-12C ist ein Transponder 14A- 14C. Jeder Transponder 14A-14C weist jeweils eine Antenne 16A- 16C zum Empfangen und Übertragen von Radiofrequenz-(HF)-Signalen auf. Transponder 14A-14C sammeln und speichern digital jeweils die von den Meßgeräten 12A-12C gefühlten Parameterdaten ab. Sowohl Parameterdaten als auch andere Berechnungsinformationen, wie etwa Identifizierungsdaten zur Identifikation der Meßgeräte 12A-12C, von denen die Parameterdaten gefühlt wurden, werden zur Übertragung durch die Transponder 14A-14C in ein HF- Transpondersignal codiert, wenn sie aktiviert oder abgerufen sind.
Das Überwachungssystem 10 für Instrumente weist auch eine Abfrage/Empfangseinrichtung 18 auf. Die Abfrage/Empfangseinrichtung 18 weist einen Sendeaktivator 20, einen Empfänger 22, der einen BCH-Decodierer 23 enthält, eine Regeleinrichtung 24 und eine Datenverarbeitungsanlage 26 auf, die vorzugsweise von einem mobilen Fahrzeug 28, wie etwa einem Lastwagen, befördert werden. In anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) ist die Abfrage/Empfangseinrichtung 18 stationär. Der Sendeaktivator 20 sendet HF-Aktivierungssignale über eine Antenne 30 zu den Transpondern 14A-14C, während HF-Transpondersignale von den Transpondern 14A-14C über eine Antenne 32 vom Empfänger 22 empfangen werden.
Der Sendeaktivator 20 der Abfrage/Empfangseinrichtung 18 wird ein Abruf- oder Aktivierungssignal erzeugen, das durch die Antenne 30 übertragen wird. Bei der gezeigten Ausführungsform wird das Fahrzeug 28 eine Straße entlang fahren und die Abfrage/Empfangseinrichtung 18 befördern. Alle Transponder 14A- 14C in Reichweite des Sendeaktivators 20 werden aktiviert sein oder nach Empfang des Aktivierungssignals über ihre Antennen 16A-16C "ansprechen". Einmal aktiviert, erzeugen und übertragen die Transponder 14A-14C ihre HF-Transpondersignale, die die Parameter- und Identifizierungsdaten enthalten. Transpondersignale werden vom Empfänger 22 empfangen und die darin enthaltenen Daten decodiert. Ferner werden diese Daten dann verarbeitet und von der Datenverarbeitungsanlage 26 unter der Kontrolle der Regeleinrichtung 24 abgespeichert. Am Ende eines Tages oder nachdem alle Meßgeräte 12A-12C abgelesen worden sind, werden alle Parameter, Identifikationen und andere Berechnungsinformationen durch ein Speichermedium, eine serielle Datenschnittstelle oder andere Datenübertragungsmethoden zu einem Universalrechensystem (nicht gezeigt) transferiert. Diese und andere Merkmale des Überwachungssystems 10 für Instrumente werden detaillierter in der oben identifizierten gleichzeitig anhängigen Anmeldung beschrieben.
Die Transponder 14A-14C arbeiten alle auf eine ähnliche Weise und sind vorzugsweise miteinander identisch, um billige Konstruktionen in großen Mengen zu erleichtern. Zu diesem Zweck können die Transponder 14A-14C einen nach Maß gearbeiteten hochintegrierten Schaltkreis und nur wenige andere Komponenten verwenden. Deshalb sind alle nachfolgenden Beschreibungen bezüglich Transponder 14A angefertigt, der für die Transponder 14A-14C repräsentativ ist.
Fig. 2 ist eine schematische Veranschaulichung einer HF- Übertragungsperiode oder eines Transpondersignals 40, wie es von dem Transponder 14A nach Empfang eines Aktivierungssignals von der Abfrage/Empfangseinrichtung 18 erzeugt und übertragen wird. Wie gezeigt, besteht das Transpondersignal 40 aus einer Reihe beabstandeter Übertragungsbündel oder Transponderinformationspakete 42. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Transponder 14A ein aus acht Transponderinformationspaketen 42 bestehendes Transpondersignal 40. Jedes Transponderinformationspaket 42 ist vorzugsweise zeitlich durch eine bestimmte Zeitperiode S vom benachbarten Transponderinformationspaket 42 getrennt. Wie detaillierter in nachfolgenden Teilen dieser Patentschrift beschrieben werden wird, beginnt der Transponder 14A die Übertragung des Transpondersignals 40 zu einem beliebigen Zeitpunkt nach Empfang des Aktivierungssignals. Außerdem wird jedes Transponderinformationspaket 42 auf einer pseudozufälligen Frequenz übertragen.
Jedes Transponderinformationspaket 42 ist identisch und wird aus einem Bitfluß digitaler Daten gebildet. Wie in Fig. 3 veranschaulicht, sind die Transponderinformationspakete 42 in mehrere Datenfelder unterteilt, die ein Einleitungsfeld 46A, ein Ersatzfeld 46B, ein Instrumententypenfeld 46C, ein Instrumentenparameterfeld 46D, ein Verfälschungsfeld 46E, ein Instrumentenidentifizierungsfeld 46F und ein Fehlerüberwachungscodefeld 46G enthalten. Jedes Datenfeld 46A-46G hat eine bestimmte Länge und beinhaltet Daten, die für verschiedene Informationsarten repräsentativ sind.
Die Übertragung jedes Transponderinformationspakets 42 beginnt mit einem Einleitungsdatenfeld 46A. Bei der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsform ist das Einleitungsdatenfeld 46A 21 Bits lang. Das Einleitungsdatenfeld 46A wird aus einer bestimmten Sequenz digitaler Daten gebildet und von der Abfrage/Empfangseinrichtung 18 verwendet, um eine gültig ankommende Übertragung von Transponder 14A zu identifizieren. Außerdem liefert das Einleitungsdatenfeld 46A Bit-Synchronisation und Wort-Synchronisation für digitale Decodierer im Empfänger 22. Die Bit-Synchronisation wird verwendet, um eine Datenuhr (nicht gezeigt) des Empfängers 22 mit dem Transponderinformationspaket 42 zu synchronisieren, während die Wort-Synchronisation einen Schutz gegen falsche durch Rauschen erzeugte Meldungen bietet. Im allgemeinen gilt, daß je länger das synchronisierte Wort ist, desto kleiner ist die Wahrscheinlichkeit, daß das Einleitungsdatenfeld 46A als Rauschen nachgewiesen wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden Transponderinformationspakete 42 mit einem in Fig. 4 veranschaulichten Einleitungsdatenfeld 46A erzeugt. Wie gezeigt, ist das Einleitungsdatenfeld 46A repräsentativ für eine 111110010101001100000 Bit-Sequenz digitaler Werte. Das erste Bit dieser Sequenz wird vom Empfänger 22 zu Hardwareinitialisierungszwecken verwendet. Die in Fig. 4 veranschaulichte Sequenz digitaler Werte liefert ausgezeichnete Kennwerte für statistische Signalverarbeitungstechniken, wie etwa Autokorrelation oder Kreuzkorrelation, die vom Empfänger 22 implementiert sind, um zu entscheiden, ob ein empfangenes Signal ein vom Transponder 14A übertragenes Signal ist. Bei einer Ausführungsform wird ein empfangenes Signal nur dann vom Empfänger 22 als ein Transponderinformationspaket 42 erkannt, wenn die dabei durchgeführte Signalverarbeitung anzeigt, daß alle Bits des Einleitungsdatenfeldes 46A korrekt empfangen wurden.
Rückwärtig Bezug nehmend auf die bevorzugte Ausführungsform des in Fig. 3 gezeigten Transponderinformationspakets 42, ist ein Ersatzdatenfeld 46B gezeigt, das dem Einleitungsdatenfeld 46A folgt. Das Ersatzfeld 46B ist vorzugsweise fünf Bits lang und wird für zukünftige Verwendung reserviert, wenn es nötig oder wünschenswert werden kann, die Länge der Datenfelder 46A, 46C-46G zu vergrößern oder Hilfsdaten, wie etwa solche, die andere Aspekte des Transponders 14A oder des Meßgeräts 12A kennzeichnen, zu übertragen. Durch Einbeziehen des Ersatzfeldes 46B kann der Transponder 14A leicht spätere Änderungen unterbringen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform folgt dem Ersatzfeld 46B das Instrumententypendatenfeld 46C, das vier Bits lang ist. Das Instrumententypenfeld 46C enthält Daten, die für den besonderen Instrumententyp repräsentativ sind, der mit dem Transponder 14A verbunden ist. Bei einer bevorzugten Anwendung ist das Überwachungssystem 10 für Instrumente ein Überwachungssystem für Gaszähler und das Instrumententypenfeld 46C enthält einen Vier-Bit-Code, der für Gaszähler repräsentativ ist. Bei anderen Anwendungen überwacht das Überwachungssystem 10 für Instrumente andere Verbrauchergrößen, wie Wasser und Elektrizität, und das Instrumententypenfeld 46C enthält einen Vier-Bit-Code, der für diese speziellen Systeme repräsentativ ist.
Bei der in Fig. 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform folgt dem Instrumententypenfeld 46C das Instrumentenparameterfeld 46D. Das Instrumentenparameterfeld 46D ist vorzugsweise zweiundzwanzig Bits lang und enthält Daten, die für die vom Meßgerät 12A gefühlten Parameter repräsentativ sind.
Das Verfälschungsfeld 46E folgt dem Instrumentenparameterfeld 46D. Das Verfälschungsfeld 46E ist vorzugsweise ein Vier-Bit-Feld und enthält Daten, die für die Verfälschung, wie etwa Bewegung des Transponders oder unberechtigter Zugang zu dem Transponder 14A und/oder dem Meßgerät 12A, repräsentativ sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Verfälschungsfeld 46E Daten, die für mehrere Fälle derartiger Verfälschung repräsentativ sind.
Vorzugsweise folgt dem Verfälschungsfeld 46E das Instrumentenidentifizierungsfeld 46F, das vierundzwanzig Bits lang ist. Das Instrumentenidentifizierungsfeld 46F enthält Daten, die das spezielle Meßgerät 12A identifizieren, mit dem der Transponder 14A verbunden ist. Jeder Transponder 14A-14C des Überwachungssystems 10 für Instrumente hat vorzugsweise einen eindeutigen Identifizierungscode, der in seinem Instrumentenidentifizierungsfeld 46F übertragen wird.
Transponderinformationspakete 42 enden vorzugsweise mit dem Fehlerüberwachungscodefeld 46G. Wie detaillierter in nachfolgenden Teilen dieser Patentschrift beschrieben werden wird, sind bestimmte Teile mindestens einiger Datenfelder 46A-46F fehlerüberwachungscodiert, und ein Fehlerüberwachungscode wird als Funktion der in ihnen enthaltenen Daten erzeugt. Der Fehlerüberwachungscode ist vorzugsweise ein Sechzehn-Bit-Code.
Fig. 5 ist eine Blockdiagrammdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Transponders 14A. Umfaßt ist ein Einleitungsfeldschieberegister 60, ein Ersatzfeldschieberegister 62, ein Instrumententypenfeldschieberegister 64, ein Instrumentenparameterfeldschieberegister 66, ein Verfälschungsfeldschieberegister 68 und ein Instrumentenidentifizierungsfeldschieberegister 70. Jedes Schieberegister 60-70 ist mit einer Sequenzzeitsteuerung 72 verbunden und unter ihrer Kontrolle. Die Schieberegister 60-70 sind derart verbunden, daß sie jeweils Daten von einer Einleitungsdatenquelle 74, einer Ersatzdatenquelle 80, einer Instrumententypendatenquelle 84, einer Instrumentenparameterdatenquelle 88, einer Verfälschungsdatenquelle 92 und einer Instrumentenidentifizierungsdatenquelle 96 empfangen. Wie gezeigt, enthält der Transponder 14A auch eine Übertragungsfreigabeschaltung 100, eine Datenwegsteuerung 102, eine BCH-Codiereinrichtung 104, eine Manchester-Codiereinrichtung 106, einen Pseudozufallszahl-Erzeuger 108, einen Digital- Analog-Konverter 110, einen Sender 112 und eine Antenne 16A.
Das Einleitungsfeldschieberegister 60 ist derart verbunden, daß es Einleitungsdaten von der Einleitungsdatenquelle 74 in parallelem Format über einen Datenbus 76 empfängt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Datenbus 76 festverdrahtet, um für erste und zweite digitale Werte (d. h. logisch "0" und logisch "1") repräsentative Potentiale zu liefern, so daß ein Einleitungsdatenfeld von der in Fig. 4 veranschaulichten Form geliefert wird.
Das Ersatzfeldschieberegister 62 ist derart verbunden, daß es Ersatzdaten von der Ersatzdatenquelle 80 in parallelem Format über einen Bus 78 empfängt. Die Ersatzdatenquelle 80 kann irgendeine Quelle zusätzlicher Daten sein, von denen gewünscht wird, daß sie in dem Transponderinformationspaket 42 enthalten sind. Bis der Transponder 14A zur Übertragung zusätzlicher Daten umgewandelt ist, wird der Bus 78 vorzugsweise verdrahtet werden, um für bestimmte digitale Werte repräsentative Potentiale zu liefern.
Das Instrumententypenfeldschieberegister 64 ist derart verbunden, daß es Instrumententypendaten von der Instrumententypendatenquelle 84 in parallelem Format über einen Bus 82 empfängt. Zum Beispiel kann der Bus 82 festverdrahtet sein, um Potentiale zu liefern, die für Instrumententypencodes repräsentativ sind. Andernfalls kann die Instrumententypendatenquelle 84 einen mit dem Bus 82 verbundenen Mikroschalter aufweisen, um Potentiale zum schaltbaren Wählen des Instrumententypencodes zu liefern.
Das Instrumentenparameterfeldschieberegister 66 ist derart verbunden, daß es Instrumentenparameterdaten von der Instrumentenparameterdatenquelle 88 in parallelem Format über einen Bus 86 empfängt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Instrumentenparameterdatenquelle 88 von dem Typ, der in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung, auf die vorher verwiesen wurde, offenbart wird, der sich direkt mit dem Meßgerät 12A verbinden läßt und ein digitales Signal liefert, das für die auf den Meßgerätschaltzeigern angezeigte Ablesung des Meßgeräts (d. h. für gefühlte Parameter) repräsentativ ist.
Das Verfälschungsfeldschieberegister 68 ist derart verbunden, daß es Verfälschungsdaten von der Verfälschungsdatenquelle 92 in parallelem Format über einen Bus 90 empfängt. Die Verfälschungsdatenquelle 92 ist vorzugsweise eine Verfälschungsnachweiseinrichtung des Typs, der in der vorher identifizierten gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung offenbart wird. Diese Form der Verfälschungsdatenquelle 92 erfaßt Verfälschungen in der Form ungültiger Eingänge in oder Bewegungen von Transponder 14A und/oder Meßgerät 12A und erzeugt einen numerischen Zählimpuls, der für die Anzahl der Fälle derartiger Verfälschung repräsentativ ist.
Das Instrumentenidentifizierungsfeldschieberegister 70 ist derart verbunden, daß es Instrumentenidentifizierungsdaten von der Instrumentenidentifizierungsdatenquelle 96 in parallelem Format über einen Bus 94 empfängt. Der Bus 94 ist vorzugsweise verdrahtet, um Potentiale zur Erzeugung einer eindeutigen digitalen Zahl bereitzustellen, die den Transponder 14A und damit das Meßgerät 12A, mit dem er verbunden ist, identifiziert.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform des Transponders 14A sind die Schieberegister 60-70 für einen seriellen Datenfeldtransfer miteinander und mit der Datenwegsteuerung 102 verbunden. Die Schieberegister 60-70 sind in Fig. 5 mit der zwischen dem Einleitungsfeldschieberegister 60 und dem Ersatzfeldschieberegister 62 angeordneten Datenwegsteuerung 102 von rechts nach links ausgerichtet. Nach Empfang eines Aktivierungssignals von der Abfrage/Empfangseinrichtung 18 (Fig. 1) erzeugt die Übertragungsfreigabeschaltung 100 ein Freigabesignal, das der Sequenzsteuerung 72 zugeführt wird. Das Freigabesignal veranlaßt, daß der Transponder 14A "anspricht" und ein Transpondersignal 40 überträgt. Bevorzugte Ausführungsformen der Übertragungsfreigabeschaltung 100 werden in nachfolgenden Teilen dieser Patentschrift diskutiert. Nachdem ein Freigabesignal von der Übertragungsfreigabeschaltung 100 empfangen wird, koordiniert die Sequenzzeitsteuerung 72 die Übertragungsperiode oder die Erzeugung und Übertragung des Transpondersignals 40 vom Transponder 14A. Dies wird gemacht, indem Transponderinformationspakete 42 mehrmalig (z. B. acht Mal in der bevorzugten Ausführungsform) zusammengesetzt und übertragen werden.
Zuerst veranlaßt die Sequenzzeitsteuerung 72, daß jedes Schieberegister 60-70 gleichzeitig mit Daten von ihren jeweiligen Quellen 74, 80, 84, 88, 92 und 96 geladen wird. Die Sequenzzeitsteuerung 72 veranlaßt dann, daß Datenfelder in den Schieberegistern 60-70 durch das Einleitungsfeldschieberegister 60 und durch die Datenwegsteuerung 102 und alle anderen dazwischenliegenden Schieberegister 60-70 seriell transferiert oder geschoben werden (in Fig. 5 von links nach rechts). Zum Beispiel müssen Instrumentenidentifizierungsdaten vom Instrumentenidentifizierungsfeldschieberegister 70 durch das Verfälschungsfeldschieberegister 68, das Instrumentenparameterfeldschieberegister 66, das Instrumententypenfeldschieberegister 64, das Ersatzfeldschieberegister 62 und die Datenwegsteuerung 102 geschoben werden, bevor sie durch das Einleitungsfeldschieberegister 60 geschoben werden. Da die Schieberegister 60-70 in einer Weise entsprechend der Anordnung der Datenfelder 46A-46F der Transponderinformationspakete 42 ausgerichtet sind, wird ein Bitfluß der die Felder 46A-46F bildenden digitalen Daten von dem Einleitungsfeldschieberegister 60 ausgetaktet und in die Manchester-Codiereinrichtung 106 eingespeist werden.
Während Daten von den Schieberegistern 62-70 durch die Datenwegsteuerung 102 in das Einleitungsfeldschieberegister 60 ausgetaktet werden, veranlaßt gleichzeitig die Sequenzzeitsteuerung 72, daß die Daten von den Schieberegistern 62-70 seriell durch die Datenwegsteuerung 102 zu einer zyklischen Blockprüfungscodiereinrichtung (CRC), wie etwa der BCH-Codiereinrichtung 104, transferiert werden. Die BCH- (Bose, Chaudhuri und Hocquenghem) Codiereinrichtung 104 ist einer der verschiedenen CRC-Codiereinrichtungstypen, die zyklische Fehlerüberwachungscodes als Funktion der in sie eingelesen Daten liefern. CRC-Codiereinrichtungen (oder Decodierer) dieses Typs sind gut bekannt und diskutiert, zum Beispiel in einem Buch mit dem Titel "Error Control Coding: Fundamentals and Applications" von Shu Lin und Daniel Costello, Jr., 1983, herausgegeben von Prentice-Hall, Inc . .
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt die BCH-Codiereinrichtung 104 einen BCH-Fehlerüberwachungscode, der aus einem verkürzten 255, 239, 2 Code-Galois-Feld aufgebaut ist, das von dem folgenden Polynom erzeugt wird:
P(X)=1+X+X&sup5;+X&sup6;+X&sup8;+X&sup9;+X¹&sup0;+X¹¹+x¹³+x¹&sup4;+x¹&sup6;.
Dieser spezielle BCH-Code ist sechzehn Prüfbits lang und hat einen Abstand von vier bei einem Acht-Bit-Feld. Dieser Fehlerüberwachungscode wird vorzugsweise als Funktion der Ersatz-, Instrumententypen-, Instrumentenparameter-, Verfälschungs- und Instrumentenidentifizierungsdaten erzeugt und seriell aus der BCH-Codiereinrichtung 104 als ein Sechzehn-Bit-Fehlerüberwachungscode ausgegeben. Die Sequenzzeitsteuerung 72 veranlaßt, daß der Fehlerüberwachungscode, der auf die Instrumentenidentifizierungsdaten folgt, durch die Datenwegsteuerung 102 seriell zum Einleitungsfeldschieberegister 60 geschoben wird und daher das Fehlerüberwachungscodefeld 46G, das letzte Feld des Transponderinformationspakets 42, bildet.
Irgendwelche ausgewählten Datenteile in den Schieberegistern 60-70 einschließlich der Einleitungsdaten können, wie gewünscht, der Fehlerüberwachungscodierung unterworfen werden. Die in Fig. 5 gezeigte bevorzugte Ausführungsform, bei der die Einleitungsdaten nicht der Fehlerüberwachungscodierung unterworfen sind, ist lediglich zur Veranschaulichung gezeigt. Jedoch ist es vorteilhaft, die Instrumentenparameterdaten immer der Fehlerüberwachungscodierung zu unterwerfen.
Wie in Fig. 1 gezeigt, weist der Empfänger 22 der Abfrage/Empfangseinrichtung 18 einen oder mehrere BCH-Decodierer 23 (einer ist gezeigt) auf. Der BCH-Decodierer 23 decodiert das Fehlerüberwachungscodefeld 46G des vom Empfänger 22 empfangenen Transponderinformationspakets 42. Einmal decodiert, wird die Information des Fehlerüberwachungscodefeldes 46G verarbeitet, um Bitfehler in den CRC-codierten Datenfeldern 46A-46F nachzuweisen, die während der Übertragung aufgetreten sein können. Deshalb erhöht die Verwendung der BCH-Codiereinrichtung 104 die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Übertragung zwischen dem Transponder 14A und der Abfrage/Empfangseinrichtung 18. BCH-Decodierer, wie etwa die mit 23 gezeigten, sind gut bekannt und werden von den Fachleuten leicht gebaut, um den oben beschriebenen verkürzten 255, 239, 2 BCH-Code zu decodieren.
Die Übertragungscodiervorrichtung, wie etwa die Manchester-Codiereinrichtung 106, ist derart verbunden, daß sie den Bitdatenfluß, der das Transponderinformationspaket 42 bildet, wie es von dem Einleitungsfeldschieberegister 60 ausgetaktet wird, empfängt. Die Manchester-Codiereinrichtung 106 (auch bekannt als Einphasencodiereinrichtung) verarbeitet oder codiert die das Transponderinformationspaket 42 bildenden digitalen Daten in eine zur Übertragung besser geeignete Form. Die Manchester-Codiereinrichtung 106 implementiert vorzugsweise ein Manchester I-Codierschema. Solche Manchester-Codiereinrichtungen, wie 106, sind gut bekannt und erzeugen einen Code, bei dem eine Datenuhr in den Datenfluß eingebettet ist. Ein anderer Vorteil der Manchester-Codiereinrichtung 106 ist, daß sie irgendwelche DC-Komponenten im Bitfluß beseitigt, wie er aus dem Einleitungsfeldschieberegister 60 austritt. Andere Übertragungscodiermethoden einschließlich verschiedener Wechselschriftschemen (NRZ) können genauso verwendet werden.
Der Sender 112 weist einen Modulationssteuer-Eingangsanschluß 116 und einen Trägerfrequenzsteuer-Eingangsanschluß 118 auf. Der Modulationssteuer-Eingangsanschluß 116 ist derart verbunden, daß er den übertragungscodierten Bitdatenfluß der Manchester-Codiereinrichtung 106 empfängt. Der Sender 112 moduliert den das Transponderinformationspaket 42 bildende Bitdatenfluß auf einen HF-Träger, der eine Trägerfrequenz aufweist, die als Funktion eines an dem Trägersteueranschluß 118 empfangenen Signals bestimmt ist. Das Transpondersignal 40 (d. h. der modulierte Träger) wird durch die Antenne 16A zur Abfrage/Empfangseinrichtung 18 übertragen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der das Transponderinformationspaket 42 bildende Manchester-codierte Bitfluß verwendet, um das Trägersignal einer Ein-Aus-Tastung (OOK) zu unterziehen. Andere allgemein verwendete und gut bekannte Modulationstechniken, wie etwa Frequenzmodulation mit Frequenzumtastung (FSK) oder Phasenumtastungsmodulation (PSK) können genauso implementiert werden.
Jedes Transponderinformationspaket 42 des Transpondersignals 40 wird auf einer pseudozufälligen Frequenz (d. h. einer pseudozufälligen Trägerfrequenz) innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs übertragen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Transponderinformationspaket 42 auf Frequenzen im Bereich von 912 MHz bis 918 MHz übertragen.
Bei der Ausführungsform des in Fig. 5 veranschaulichten Transponders 14A wird die pseudozufällige Frequenzübertragung durch den Pseudozufallszahl-Erzeuger 108 und den Digital-Analog-(D/A)-Konverter 110 bewirkt. Der Pseudozufallszahl-Erzeuger 108 ist vorzugsweise eine digitale Zustandsmaschine und kann aus digitalen Logikelementen auf eine Art und Weise gestaltet sein, die den Fachleuten gut bekannt ist. Pseudozufallszahl- Erzeuger dieses Typs durchlaufen zyklisch mehrere Zustände, die ein digitales Signal erzeugen, das für eine Pseudozufallszahl in jedem Zustand repräsentativ ist. Pseudozufallszahlen haben Eigenschaften einer rein zufälligen Zahlensequenz in dem Sinn, daß sie nicht genau aufeinanderfolgen, obwohl der Pseudozufallszahl-Erzeuger 108 nur eine bestimmte Zahl von Zuständen zyklisch durchläuft, nach denen der Zyklus wiederholt wird. Deshalb können Zahlen, die die vom Pseudozufallszahl- Erzeuger 108 erzeugten digitalen Signale darstellen, durch eine mathematische Funktion beschrieben werden.
Die Sequenzzeitsteuereinrichtung 72 veranlaßt, daß der Pseudozufallszahl-Erzeuger 108 Zustände zyklisch durchläuft und jedesmal, wenn ein Transponderinformationspaket 42 übertragen werden soll, eine neue Pseudozufallszahl erzeugt. Die von dem Pseudozufallszahl-Erzeuger 108 erzeugten digitalen Signale werden vom D/A-Konverter 110 in analoge Signale umgewandelt und dem Trägerfrequenzsteueranschluß 118 zugeführt. Der Manchestercodierte Bitfluß wird dabei auf einen Träger pseudozufälliger Frequenz moduliert und vom Sender 112 als ein Transponderinformationspaket übertragen.
Nachdem ein erstes Transponderinformationspaket 42 gemäß der obigen Beschreibung zusammengesetzt und übertragen worden ist, veranlaßt die Sequenzzeitsteuerung 72, daß die gleiche Abfolge von Maßnahmen eine bestimmte Anzahl von Malen wiederholt wird, um die Übertragungsperiode zu vollenden und Transpondersignale 40 zu erzeugen. Vorzugsweise veranlaßt die Sequenzzeitsteuerung 72, daß das Transpondersignal 40 aus acht Transponderinformationspaketen 42 gebildet wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Sequenzzeitsteuerung 72 veranlaßt auch, daß jedes Transponderinformationspaket 42 durch eine Zeitperiode S räumlich von den ihm benachbarten getrennt ist (Fig. 2), und veranlaßt, daß der Pseudozufallszahl-Erzeuger 108 eine neue Pseudozufallszahl für jedes derart übertragene Transponderinformationspaket 42 erzeugt.
Zusätzlich spricht die Sequenzzeitsteuerung 72 nach der Übertragung des letzten Transponderinformationspakets 42 des Transpondersignals 40 für eine bestimmte Zeitperiode, vorzugsweise 10 Sekunden, auf Freigabesignale der Freigabeschaltung 100 nicht an. Wenn nach dieser bestimmten "Totzeit" der Transponder 14A noch in Reichweite der Abfrage/Empfangseinrichtung 18 ist und ein anderes Aktivierungssignal empfängt, wird die Sequenzzeitsteuerung 72 die Übertragung eines anderen Transpondersignals 40 beginnen.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Transponders 14A, ohne die Instrumentenidentifizierungsdatenquelle 96, die Verfälschungsdatenquelle 92, die Instrumentenparameterdatenquelle 83, die Instrumententypendatenquelle 84, die Ersatzdatenquelle 80, die Übertragungsfreigabeschaltung 100 und den Sender 112, wird durch die Fig. 6A-6D schematisch veranschaulicht. Die Fig. 6A-6D sind jeweils von links nach rechts angeordnet, um das ganze Schema zusammenzustellen.
Wie gezeigt, wird das Instrumentenidentifizierungsfeldschieberegister 70 aus drei Acht-Bit-Schieberegistern 130, 132 und 134 gebildet. Das Verfälschungsfeldschieberegister 68 wird aus der Hälfte (d. h. den vier niedrigsten Bits) des Acht-Bit- Schieberegisters 136 gebildet. Das Instrumentenparameterfeldschieberegister 66 wird aus einer zweiten Hälfte (d. h. den vier höchsten Bits) des Schieberegisters 136, den Acht-Bit-Schieberegistern 138, 140 und den zwei niedrigsten Bits des Acht-Bit- Schieberegisters 142 gebildet. Das Instrumententypenfeldschieberegister 64 wird aus vier Bits des Schieberegisters 142 gebildet, während das Ersatzfeldschieberegister 62 aus den zwei höchsten Bits des Schieberegisters 142 und den drei niedrigsten Bits des Acht-Bit-Schieberegisters 144 gebildet wird. Das Einleitungsfeldschieberegister 144 wird aus den fünf höchsten Bits des Schieberegisters 144 und aus den Acht-Bit- Schieberegistern 146 und 148 gebildet.
Die Datenwegsteuerung 102 wird aus UND-Gattern 150, 152, 154 und einem ODER-Gatter 156 gebildet. Die BCH-Codiereinrichtung 104 wird aus D-Flip-Flops 158-188, Exklusiv-ODER-Gattern 190-208 und einem UND-Gatter 210 gebildet. Wie in Fig. 6C gezeigt ist, wird nur ein Teil oder die fünf niedrigsten Bits des Einleitungsfeldschieberegisters 60 der BCH-Codiereinrichtung 104 zugeführt. Folglich sind nur die vier niedrigsten Bits der Einleitungsfelddaten bei der Ausführungsform des in Fig. 6 gezeigten Transponders 14A BCH-fehlerüberwachungscodiert.
Die Sequenzzeitsteuerschaltung 72 weist einen Oszillator 212, eine Einschalthauptrückstellschaltung (RST) 214, D-Flip- Flops 218-228, Frequenzteiler 230-234, ein RS-Flip-Flop 236 und UND-Gatter 242-252 auf. Die Hauptrückstellschaltung 214 veranlaßt, daß die Sequenzzeitsteuerung 72 jedesmal initialisiert wird, wenn eine Stromquelle, wie etwa eine Batterie (nicht gezeigt), mit dem Transponder 14A verbunden wird. Wie gezeigt, werden Freisignale von der Übertragungsfreigabeschaltung 100 von dem UND-Gatter 252 empfangen.
Der Pseudozufallszahl-Erzeuger 108 ist ein Gerät mit 31 Zuständen, das aus einem Fünf-Bit-Digitalzähler 256, einem UND- Gatter 258, einem ODER-Gatter 260 und einem Exklusiv-ODER-Gatter 262 gebildet wird. Der Digital-Analog-Konverter 110 wird aus UND-Gattern 264-272 und Widerständen 274-292 gebildet. Vom D/A-Konverter 110 gelieferte analoge Potentiale werden, wie gezeigt, dem Trägerfrequenzsteueranschluß 116 des Senders 112 zugeführt.
Die Manchester-Codiereinrichtung 106 wird aus einem D- Flip-Flop 216, UND-Gattern 238 und 240 und einem Exklusiv-ODER- Gatter 254 gebildet. Der Manchester-codierte Bitdatenfluß, der für das Transponderinformationspaket 42 repräsentativ ist, wird, wie gezeigt, dem Modulationssteuereingangsanschluß 116 des Senders 112 zugeführt.
Die Transponder 14A-14C weisen vorzugsweise eine Übertragungsfreigabeschaltung 100 auf, die nach Empfang eines Aktivierungssignals von der Abfrage/Empfangseinrichtung 18 zu beliebigen Zeitpunkten Freigabesignale erzeugt. Auf diese Weise "spricht" jeder Transponder 14A-14C "an" und beginnt zu verschiedenen Zeiten bezüglich anderer Transponder 14A-14C die Übertragung seines Transpondersignals 40. Diese Technik trägt dazu bei, Übertragungskonflikte zu verhindern, wenn die Transponder 14A-14C in Reichweite der Abfrage/Empfangseinrichtung 18 gleichzeitig ein Aktivierungssignal empfangen.
Der Sendeaktivator 20 der Abfrage/Empfangseinrichtung 18 erzeugt vorzugsweise ein Aktivierungssignal in der Form eines Signals, das bestimmte Frequenzkennwerte, wie etwa einen auf einen Träger modulierten Ton, aufweist. Bei einer Ausführungsform ist das Aktivierungssignal ein 22-60 Hz-Ton, der auf einen 915 MHz-Träger amplitudenmoduliert ist. Durch die Verwendung dieser Technik können verschiedene Frequenztöne als ein Aktivierungssignal für verschiedene Typen von Überwachungssystemen für Instrumente verwendet werden. Zum Beispiel können Überwachungssysteme für Gaszähler eine Freigabeschaltung aufweisen, die darauf abgestimmt ist, nach Empfang eines einzigen Tons "anzusprechen", während ein Überwachungssystem für elektrische Zähler eine Freigabeschaltung 100 aufweisen kann, die darauf abgestimmt ist, nach Empfang eines zweiten Tons "anzusprechen".
Eine bevorzugte Ausführungsform der Übertragungsfreigabeschaltung 100 ist in Fig. 7 in Blockdiagrammdarstellung veranschaulicht. Wie gezeigt, weist diese Ausführungsform einen Tondetektor 300, einen Integrator 302, einen Probenumschalter 304, einen Komparator 306, eine Zeitsteuerung 308 und eine Schwellenwertquelle 310 auf. Der Tondetektor 300, der operativ mit der Antenne 16A verbunden ist, weist den Ton oder ein anderes von der Abfrage/Empfangseinrichtung 18 übertragenes Aktivierungssignal nach und erzeugt als Antwort darauf ein nachgewiesenes Aktivierungssignal. Das nachgewiesene Aktivierungssignal wird dann dem Integrator 302 zugeführt.
Die Zeitsteuerung 308 mißt Integrationsperioden, die eine bestimmte Länge haben, und erzeugt von ihnen repräsentative Signale. Bei einer bevorzugten Ausführungsform mißt die Zeitsteuerung 308 Integrationsperioden von einer Sekunde Länge. Die von der Zeitsteuerung 308 der Transponder 14A-14C gemessenen Zeitperioden sind zueinander beliebig versetzt. In anderen Worten, die Integrationsperioden jedes Transponders 14A-14C beginnen und enden alle zu beliebig festgelegten Zeitpunkten bezüglich derjenigen anderer Transponder 14A-14C. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Umrechnung auf Zufallszahlen erreicht, indem eine Stromquelle, wie etwa eine Batterie (nicht gezeigt), mit der Zeitsteuerung 308 jedes Transponders 14A-14C zu beliebigen Zeitpunkten verbunden wird. Zum Beispiel kann dies durchgeführt werden, wenn Transponder 14A-14C mit den Meßgeräten 12A-12C zusammengesetzt oder an ihnen befestigt werden. Die Umrechnung auf Zufallszahlen wird auch durch Wandern der Zeitperioden, die sich aus den normalen Schaltungstoleranzen ergeben, erreicht.
Der Integrator 302 weist einen Rückstellanschluß (RST) auf, der derart verbunden ist, daß das Zeitsteuerungssignals der Zeitsteuerung 308 empfangen wird, und der zu Beginn jeder Zeitsteuerungsperiode zurückgestellt wird. Der Integrator 302 integriert dann irgendein nachgewiesenes Aktivierungssignal, das vom Tondetektor 300 empfangen wird, über eine Integrationsperiode. Ein Integratorausgangssignal, das für ein Integral des nachgewiesenen Aktivierungssignals repräsentativ ist, wird dem Probenumschalter 304 zugeführt.
Der Probenumschalter 304 spricht auf die Zeitsteuerung 308 an und veranlaßt, daß das Integratorausgangssignal am Ende jeder Integrationsperiode dem Komparator 306 zugeführt wird. Das Integratorausgangssignal wird dann mit einem bestimmten Schwellenwert, wie etwa dem von der Schwellenwertquelle 310 bereitgestellten, verglichen. Wenn das Integratorausgangssignal den Schwellenwert erreicht hat, erzeugt der Komparator 306 ein Freigabesignal, das anzeigt, daß ein gültiges Erregersignal von der Abfrage/Empfangseinrichtung 18 empfangen wurde.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt die Schwellenwertquelle 310 ein Signal, das für ein Aktivierungssignal repräsentativ ist, das über 75% der Integrationsperiode nachgewiesen worden ist. Der Tondetektor 300 muß bei dieser bevorzugten Ausführungsform unter Annahme einer Integrationsperiode von einer Sekunde das Aktivierungssignal während einer Integrationsperiode mindestens 750 Millisekunden lang nachweisen, bevor ein Freigabesignal geliefert wird. Das Freigabesignal wird dann der Sequenzzeitsteuerung 72 zugeführt. Wenn während der Integrationsperiode ein Integral irgendeines nachgewiesenen Aktivierungssignals kleiner als der Schwellenwert war, wird das Freigabesignal nicht erzeugt, da die Freigabeschaltung 100 kein "gültiges" Aktivierungssignal empfangen hat. Da die Integrationsperioden zueinander beliebig versetzt sind, wird die Übertragungsfreigabeschaltung 100 jedes Transponders 14A-14C ihr Freigabesignal zu einem beliebigen Zeitpunkt, nachdem die Abfrage/Empfangseinrichtung 18 das Aktivierungssignal überträgt, erzeugen.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Übertragungsfreigabeschaltung 100 ist in Fig. 8 veranschaulicht. Wie gezeigt, weist die zweite bevorzugte Ausführungsform einen Tondetektor 312, einen Integrator 314, einen Komparator 316, ein D- Flip-Flop 318, eine Zeitsteuerung 320 und eine Schwellenwertquelle 322 auf. Der Tondetektor 312, der Integrator 314, der Komparator 316, die Zeitsteuerung 320 und die Schwellenwertquelle 322 können alle mit ihren vorher mit Bezug auf die Fig. 7 beschriebenen Gegenstücken identisch sein und auf gleiche Weise funktionieren. Der Komparator 316 erzeugt ununterbrochen ein Komparatorausgangssignal, das für den Vergleich zwischen dem Integratorausgangssignal und dem Schwellenwert repräsentativ ist. Das Komparatorausgangssignal wird lediglich am Ende der Integrationsperiode an den Q-Ausgangsanschluß des D-Flip- Flops 318 ausgetaktet. Die Ausführungsform der in Fig. 8 gezeigten Übertragungsfreigabeschaltung 100 ist von der Funktion her mit der aus Fig. 7 identisch.

Claims

1. HF-Transponder zur Verwendung mit einem automatischen oder Fernüberwachungssystem für Instrumente, wobei der Transponder einer von mehreren derartigen Transpondern (14 A, B, C) ist, die mit mindestens einem von mehreren Parameterfühlinstrumenten (12 A, B, C) zusammen betreibbar sind, die entfernt von einer Abfrage/Empfangseinrichtung (18) angeordnet sind, die gleichzeitig ein gemeinsames HF-Erregersignal an die Transponder überträgt und die von den Transpondern empfangene HF-Transpondersignale empfängt und bearbeitet, wobei jeder der Transponder die Datenübertragung zu einem zufälligen Zeitpunkt beginnt, wobei der Transponder aufweist:

eine Einleitungsfeld-Einrichtung (74) zum Liefern eines Einleitungsfeldes von bestimmten Einleitungsdaten;

eine mit einem Parameterfühlinstrument verbindbare Instrumentenparameterfeld-Einrichtung (88) zum Liefern eines Instrumentenparameterfeldes von von dem Instrument gefühlten Instrumentenparameterdaten;

eine Instrumentenidentifizierungsfeld-Einrichtung (96) zum Liefern eines Instrumentenidentifizierungsfeldes von Instrumentenidentifizierungsdaten;

eine BCH-Fehlerüberwachungscodiereinrichtung (104) zum Fehlerüberwachungscodieren mindestens eines Teils der Datenfelder einschließlich der Einleitungsfelddaten, Instrumentenparameterfelddaten, und Instrumentenidentifizierungsfelddaten und zum Liefern eines Fehlerüberwachungscodefeldes von BCH-Fehlerüberwachungscodedaten;

eine Übertragungsfreigabeeinrichtung (100) zum Empfangen eines HF-Aktivierungssignals von einem Abfrage/Empfänger und zum Liefern eines Transponderfreigabesignals in Abhängigkeit davon zu einem beliebigen Zeitpunkt;

eine mit der Übertragungsfreigabeeinrichtung (100), der Einleitungsfeld-Einrichtung (74), der Instrumentenparameterfeld-Einrichtung (88), der Instrumentenidentifizierungsfeld-Einrichtung (104) und der BCH-Fehlerüberwachungscodiereinrichtung (96) verbundene Sequenzsteuereinrichtung (72) zum Veranlassen, daß die in einer bestimmten Weise zusammenzusetzenden Datenfelder in Abhängigkeit von dem Transponderfreigabesignal mehrere Transponderinformationspakete erzeugen, bei denen das BCH- Fehlerüberwachungscodefeld dem Instrumentenidentifizierungsfeld folgt, das Instrumentenidentifizierungsfeld dem Instrumentenparameterfeld folgt, und das Instrumentenparameterfeld dem Einleitungsfeld folgt;

eine Übertragungscodiereinrichtung (106) zum Übertragungscodieren der Transponderinformationspakete und Erzeugen von übertragungscodierten Transponderinformationspaketen;

eine Datenwegsteuereinrichtung (102) zum Veranlassen, daß der der Fehlerüberwachungscodierung zuzuführende Teil der Datenfelder gleichzeitig zu der Übertragungscodiereinrichtung (106) und der BCH-Fehlerüberwachungscodiereinrichtung (104) transferiert wird, und daß nach dem Transfer der BCH-fehlerüberwachungscodierten Teile zu der Übertragungscodiereinrichtung das Fehlerüberwachungscodedatenfeld zu der Übertragungscodiereinrichtung transferiert wird,

eine HF-Sendeeinrichtung (112), die operativ derart verbunden ist, daß sie die übertragungscodierten Transponderinformationspakete empfängt und ein die übertragungscodierten Transponderinformationspakete enthaltendes HF-Transpondersignal überträgt; und

eine mit der HF-Sendeeinrichtung (112) verbundene Frequenzsteuereinrichtung (108, 110) zum aktiven Variieren einer Frequenz des HF-Transpondersignals derart, daß jedes Transponderinformationspaket mit unterschiedlichen pseudozufälligen Frequenzen innerhalb einer bestimmten Frequenzbandbreite übertragen werden kann.

2. HF-Transponder gemäß Anspruch 1, wobei die BCH-Fehlerüberwachungscodiereinrichtung (104) ein Fehlerüberwachungscodefeld von verkürzten 255, 239, 2 BCH-Fehlerüberwachungscodedaten liefert.

3. HF-Transponder gemäß Anspruch 2, wobei der verkürzte BCH-Fehlerüberwachungscode von dem Polynom

P(X)=1+X+X&sup5;+X&sup6;+X&sup8;+X&sup9;+X¹&sup0;+X¹¹+x¹³+x¹&sup4;+x¹&sup6; erzeugt wird.

4. HF-Transponder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Übertragungscodiereinrichtung (106) eine Manchester- Übertragungscodiereinrichtung zum Manchester-Codieren des Transponderinformationspakets und Erzeugen eines Manchester-codierten Bitdatenflusses aufweist.

5. HF-Transponder gemäß Anspruch 4, wobei die Übertragungscodiereinrichtung (106) eine Manchester I-Übertragungscodiereinrichtung zum Erzeugen eines Manchester I- codierten Bitdatenflusses aufweist.

6. HF-Transponder gemäß Anspruch 1, wobei die Frequenzsteuereinrichtung (108, 110) eine Pseudozufallszahl-Erzeugungseinrichtung (108) zum Erzeugen von eine pseudozufällige Sequenz von Werten repräsentierenden digitalen Signalen und eine mit der Pseudozufallszahl-Erzeugungseinrichtung verbundene Digital-Analog-Anzeigeeinrichtung (110) zum Umwandeln der digitalen Signale in analoge Signale mit pseudozufälliger Größe aufweist, welche die Frequenzen steuern, mit denen die Transponderinformationspakete von dem Sender (112) des Transponders übertragen werden.

7. HF-Transponder gemäß Anspruch 6, wobei die Pseudozufallszahl-Erzeugungseinrichtung (108) eine durch digitale logische Elemente gebildete Zustandsmaschine ist.

8. HF-Transponder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei

die Einleitungsfeld-Einrichtung (74) eine auf die Sequenzsteuereinrichtung (72) ansprechende Einleitungsschieberegistereinrichtung (60) zum Empfangen der Einleitungsdaten in einem parallelen Format und zum seriellen Felddatentransfer aufweist;

die Instrumentenparameterfeld-Einrichtung (88) eine auf die Sequenzsteuereinrichtung (72) ansprechende Instrumentenparameterschieberegistereinrichtung (66) zum Empfangen der Instrumentenparameterdaten in einem parallelen Format und zum seriellen Felddatentransfer aufweist;

die Instrumentenidentifizierungsfeld-Einrichtung (96) eine auf die Sequenzsteuereinrichtung (72) ansprechende Instrumentenidentifizierungsschieberegistereinrichtung (70) zum Empfangen der Instrumentenidentifizierungsdaten in einem parallelen Format und zum seriellen Felddatentransfer aufweist; und

die BCH-Fehlerüberwachungscodiereinrichtung (104) eine auf die Sequenzsteuereinrichtung (72) ansprechende Fehlerüberwachungscodierungsschieberegistereinrichtung zum seriellen Empfangen des der Fehlerüberwachungscodierung zuzuführenden Teils der Datenfelder und zum seriellen Felddatentransfer aufweist.

9. HF-Transponder gemäß Anspruch 8, wobei die Datenwegsteuereinrichtung (102), veranlaßt, daß der der Fehlerüberwachungscodierung zuzuführende Teil der Datenfelder seriell zu der Übertragungscodiereinrichtung (106) und der BCH-Fehlerüberwachungscodiereinrichtung (104) transferiert wird, und daß nach dem Transfer der Teile, die einer BCH-Fehlerüberwachungscodierung unterworfen worden sind, das Fehlerüberwachungscodedatenfeld seriell zu der Übertragungscodiereinrichtung (106) transferiert wird.

10. HF-Transponder gemäß Anspruch 9, wobei

die Instrumentenidentifizierungsschieberegistereinrichtung (70) zum seriellen Felddatentransfer operativ mit der Instrumentenparameterschieberegistereinrichtung (66) verbunden ist;

die Instrumentenparameterschieberegistereinrichtung (66) zum seriellen Felddatentransfer operativ mit der Datenwegsteuereinrichtung (102) verbunden ist;

die Datenwegsteuereinrichtung (102) zum seriellen Felddatentransfer operativ mit der Einleitungsschieberegistereinrichtung (60) und der Fehlerüberwachungscodeschieberegistereinrichtung verbunden ist;

die Einleitungsschieberegistereinrichtung (60) zum seriellen Felddatentransfer operativ mit der Übertragungscodiereinrichtung (106) verbunden ist; und

die Sequenzsteuereinrichtung (72) veranlaßt, daß in den übertragungscodierten Transponderinformationspaketen das Fehlerüberwachungscodefeld auf das Instrumentenidentifizierungsfeld folgt, das Instrumentenidentifizierungsfeld auf das Instrumentenparameterfeld folgt, und das Instrumentenparameterfeld auf das Einleitungsfeld folgt.

11. HF-Transponder gemäß Anspruch 10, wobei der Transponder ferner eine Verfälschungsfeldschieberegistereinrichtung (68) zum Empfangen von eine Instrumentenverfälschung repräsentierenden Fälschungsdaten in einem parallelen Format und zum seriellen Felddatentransfer aufweist, die auf die Sequenzsteuereinrichtung (72) anspricht und operativ zwischen der Instrumentenparameterschieberegistereinrichtung (66) und der Instrumentenidentifizierungsschieberegistereinrichtung (70) verbunden ist; und

die Sequenzsteuereinrichtung (72) veranlaßt, daß das Verfälschungsfeld in den übertragungscodierten Transponderinformationspaketen auf das Instrumentenparameterfeld folgt.

12. HF-Transponder gemäß Anspruch 11, wobei

der Transponder ferner eine Instrumententypenfeld- Schieberegistereinrichtung (64) zum Empfangen von Instrumententypendaten in einem parallelen Format und zum seriellen Felddatentransfer aufweist, die auf die Sequenzsteuereinrichtung (72) anspricht und operativ zwischen der Einleitungsschieberegistereinrichtung (60) und der Instrumentenparameterschieberegistereinrichtung verbunden ist; und

die Sequenzsteuereinrichtung (72) veranlaßt, daß das Instrumententypenfeld in den übertragungscodierten Transponderinformationspaketen auf das Einleitungsfeld folgt.