DE4438901A1 - Verfahren zur Leistungssteuerung von mehreren an eine Niedervolt-Wechselspannung-Zweidrahtleitung angeschlossenen Verbrauchern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungssteuerung von mehreren an eine die Versorgungsleitung bildende Nie­ dervolt-Wechselspannungs-Zweidrahtleitung angeschlossenen, jeweils mit einem Empfangsgerät versehenen Verbrauchern mittels einer Fernbedienung.

Es sind eine Vielzahl von Leuchtmitteln = Verbrauchern um­ fassende Niedervolt-Lichtanlagen mit Zweidrahttechnik be­ kannt, bei denen zur Versorgung der Verbraucher nur ein einziger Stromkreis vorgesehen ist. Zwischen den Leitern solcher Anlagen liegt, wenn man von Spannungsabfällen ein­ mal absieht, an jeder Stelle des Zweidrahtsystems die glei­ che Spannung an. Daraus folgt, daß diese rein elektrischen Systeme nur eine gleichzeitige Helligkeitssteuerung aller im Stromkreis befindlichen Verbraucher gestatten.

Darüber hinaus ist es bereits bekannt, Leuchtmittel einzeln zu steuern. Dabei ist vorgesehen, jedem Leuchtmittel ein Empfangsgerät und einen Infrarotempfänger zur Kommunikation mit einer Fernbedienung zuzuordnen. Dies hat zur Folge, daß sich bei der praktischen Ausführung für die einzelnen Ele­ mente des Systems eine relativ hohe Baugröße ergibt. Zudem muß bei einem solchen System auf den Bedienkomfort des Speicherns und Abrufens von Gesamt-Lichteinstellungen ver­ zichtet werden. Überdies müssen bei einem solchen System die Empfangsgeräte so installiert werden, daß deren Infra­ rotempfänger offen und damit auch sichtbar angebracht wer­ den, um die Steuerbefehle, die der Bediener mittels Fernbe­ dienungsgeber sendet, empfangen zu können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dahingehend wei­ terzubilden, daß der apparative Aufbau und der Bedienkom­ fort deutlich verbessert werden, ohne dafür zusätzliche Steuer- und/oder Versorgungsleitungen zu erfordern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Befehle der Fernbedienung in einem Steuergerät ausgewertet und die daraus sich ergebenden Signale digital seriell auf die Zweidrahtleitung aufmoduliert und so an die Empfangsgeräte übermittelt werden.

Zur Durchführung dieses Verfahrens können Empfangsgeräte der einzelnen Verbraucher verdeckt angeordnet werden. Ein Sichtkontakt zum Fernbedienungsgeber ist nicht erforder­ lich. Eine Unterbringung z. B. im Fuß einer Leuchte ist ohne weiteres möglich.

Die von der Fernbedienung aufgegebenen Signale werden im Steuergerät ausgewertet, das dann die aktuellen Leistungs­ werte an die Empfangsgeräte übermittelt, indem es entspre­ chende Steuerdaten auf die Zweidrahtleitung aufmoduliert. Es muß also lediglich das Steuergerät so angebracht werden, daß der darin eingebaute Empfangssensor mittels der Fernbe­ dienung erreichbar ist.

Die Fernbedienung ist dabei vorzugsweise mittels Infrarot durchgeführt.

Die Steuerdaten, die durch das Steuergerät auf die Zwei­ drahtleitung aufmoduliert werden, sind Digitalsignale, die seriell an die einzelnen Empfangsgeräte übermittelt werden. Die Datenübertragung erfolgt mittels einer Pulsabstand-Mo­ dulation, da hierzu nur Impulse sehr kurzer Dauer auf die Leitung aufmoduliert werden müssen und dadurch die Impedanz des Transformators annähernd vernachlässigt werden kann.

Eine Folge dieser Art der Modulation ist, daß nur eine sehr geringe elektrische Leistung zum Modulieren benötigt wird, so daß die Leistungsaufnahme des Steuergerätes weniger als 0,25 W beträgt.

Insbesondere wenn das Steuergerät vom Bediener über eine Infrarotstrecke beeinflußt wird, ergibt sich eine für den Benutzer komfortable Bedienbarkeit bei einfacher Montage des Steuersystems. Zudem besteht dann die Möglichkeit, über die Nachbildung eines Infrarotsenders durch einen Computer eine automatische Lichtsteuerung zu realisieren.

Es ist zweckmäßig, mindestens zehn Einstellungen des Steu­ ersystems in einem elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM) dauerhaft, das heißt ohne ange­ legte Betriebsspannung, festzuhalten und somit dem Benutzer das Abspeichern und Wiederabrufen dieser Einstellungen zu ermöglichen.

Es ist zweckmäßig, in jeder Periode der Netz-Wechselspan­ nung, also alle 20 Millisekunden, ein Daten-Paket auf die Zweidrahtleitung aufzumodulieren, welches eine Adresse und den dieser Adresse zuzuweisenden Leistungs- bzw. Helligkeitswert enthält. In der nächsten Periode werden dann dieser Wert und die nächst höhere Adresse aufmodu­ liert, so daß, wenn das Steuersystem zehn Kanäle aufweist, diese in 0,2 Sekunden alle einmal durchlaufen sind. Danach wird wieder mit der ersten Adresse begonnen. Es wird also eine andauernde, repetierende Datenübertragung vorgenommen, die zu einer hohen Betriebssicherheit des Steuersystems führt. Weiterhin erlaubt diese repetierende Art der Datenübertragung das Hinzufügen oder räumliche Versetzen einzelner Empfangsgeräte während des Betriebes, da ein neu angeschlossenes Empfangsgerät nach spätestens 0,2 Sekunden die ihm zugeordneten Helligkeitsdaten empfängt.

Durch ein direktes Verschalten von Empfangsgerät und Leuchtmittel kann erreicht werden, daß jedes einzelne Leuchtmittel in seiner Helligkeit einstellbar ist. Mit ei­ nem Hochpaßfilter und einer Transistorstufe wird das Daten­ signal von der Zweidrahtleitung ausgefiltert und mit Hilfe des Mikrokontrollers ausgewertet. Zusätzlich dient der Be­ ginn der Datenübertragung dem Empfangsgerät zur Erkennung des Beginns einer Wechselspannungsperiode. Diese klare De­ finition des Beginns ist für das ordnungsgemäße Arbeiten einer Phasenanschnittsteuerung unerläßlich. Der Mikrokon­ troller steuert nach der Auswertung die angeschlossene Lei­ stungsstufe über die Anpaßschaltung dem ermittelten Hellig­ keitswert entsprechend an.

Die Adresse eines Empfangsgeräts kann durch elektrische Verbindungen, z. B. Lötbrücken, oder durch ein Betriebssy­ stem des Mikrokontrollers festgelegt werden. Die Leistungs­ stufe wird zweckmäßigerweise so ausgeführt, daß sie in der Lage ist, Wechselströme unter sehr geringem Spannungsabfall schalten zu können. Dies ist erforderlich, um einerseits die erreichbare Maximalhelligkeit der angeschlossenen Leuchtmittel nicht sichtbar zu verringern, andererseits um die Verlustleistung und damit die Eigenerwärmung des Emp­ fangsgerätes niedrig zu halten. Dies ist besonders zur Ver­ wirklichung geringer Baugrößen des Empfangsgerätes unerläß­ lich.

Die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Emp­ fangsgeräte können eine Baugröße von z. B. 32 × 12 × 10 mm³ haben. Es hat sich gezeigt, daß erst bei Ausgangsleistungen bei mehr als 40 W eine zusätzliche Kühlung nötig wird.

Im folgenden Teil der Beschreibung wird das erfindungsge­ mäße Verfahren anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltung der Gesamtanordnung des erfin­ dungsgemäßen Steuersystems,

Fig. 2 eine Schaltung eines zur Durchführung der Erfin­ dung geeigneten Steuergeräts und

Fig. 3 eine zur Durchführung der Erfindung geeignete Schaltung des Empfangsgeräts.

Fig. 1 zeigt ein Niedervolt-Wechselspannung-Zweidrahtsy­ stem, das über einen Netztransformator 1 an eine Stromver­ sorgung angeschlossen ist. Über Leitungen 2, 3 sind Leucht­ mittel 4 bis 7 mit jeweils einem vorgeschalteten Empfangs­ gerät 8 bis 11 parallel zueinander mit der Stromversorgung verbunden. Parallel zu den Leuchtmitteln 4 bis 7 ist in dem Zweidrahtsystem ein Steuergerät 12 geschaltet, das mit ei­ ner Infrarot-Fernbedienung 13 zusammenarbeitet.

Anhand der Fig. 2 soll nun Schaltung und Funktionieren des Steuergeräts 12 beschrieben werden.

Ein von der Infrarot-Fernbedienung 13 kommender Steuerbe­ fehl wird mittels eines integrierten Infrarot-Empfängerbau­ steins IR1 empfangen und an einen Befehls-Decoderbaustein IC5A weitergeleitet. Eine Spannungsentkopplung bestehend aus einem Kondensator C6 und einem Widerstand R11 sorgt da­ bei für störungsarmen Empfang und hohe Empfindlichkeit des Empfängerbausteins für die von der Infrarot-Fernbedienung kommenden Lichtimpulse. Der Befehlsdekoder ist ein program­ mierter Mikrokontroller. Der Befehls-Dekoder-Baustein IC5A prüft das eingehende Signal auf Gültigkeit und gibt den Steuerbefehl im Falle seiner Gültigkeit an seinen Datenlei­ tungen aus. Zusätzlich wird ein Gültigkeitsimpuls an einem Anschluß "Valid" ausgegeben. Da bei anhaltendem Tastendruck an der Fernbedienung das "Valid-Signal" immer wieder unter­ brochen wird, wird der "Valid-Impuls" mit Hilfe einer Im­ pulsformerschaltung 209 verlängert, um ein gleichmäßiges, kontinuierliches Dimmen einer Lampe zu erreichen. Die Zeit­ konstante ist hierbei durch den Kondensator C7 und den Wi­ derstand R12 festgelegt.

Ein Mikrokontroller IC1A erkennt den Befehl und wertet ihn aus, d. h. je nach Befehl werden die Daten, die zu den Emp­ fangsgeräten 8 bis 11 gesendet werden, verändert und/oder einem nicht flüchtigen Speicher zugeschrieben oder von die­ sem gelesen. Es können auch Anzeigeelemente 210 angesteuert werden, um dem Bediener den momentanen Betriebszustand des Steuersystems anzuzeigen.

Damit das Steuergerät die Datenübermittlung im richtigen Augenblick beginnt - dieser Beginn der Datenübertragung synchronisiert die Empfangsgeräte 8 bis 11 mit der Versor­ gungs-Wechselspannung - muß der Mikrokontroller IC1A den Beginn einer Wechselspannungsperiode erkennen. Mittels ei­ nes Gleichrichters, eines Tiefpasses und eines Transistors in Emitterschaltung 202 wird aus der Versorgungs-Wechsel­ spannung ein netz-synchrones, annähernd rechteckförmiges Steuersignal gewonnen, das dem Mikrokontroller zugeführt wird.

Das Aufmodulieren der Daten erfolgt in einem seriellen Da­ tenformat als Puls-Abstands-Modulation. Der Mikrokontroller gibt die notwendigen Impulse auf einen Modulator 203, der das Datensignal niederohmig verstärkt und über den Kondensa­ tor C1 auf die Vorsorgungsleitung koppelt. Dabei dient der Widerstand R3 zum raschen Abklingen des Impulses und zur Dämpfung eventuell auftretender unerwünschter Schwingungen, die durch die Transformator-Impedanz bedingt auftreten kön­ nen. Da der Modulator kurzzeitig recht hohe Ströme benö­ tigt, ist ein RC-Glied 204 vorgesehen, das diese Ströme zur Verfügung stellt und gleichzeitig Rückwirkungen auf die Stromversorgung der restlichen Schaltung verhindert.

Die Stromversorgung 201 des Steuergeräts 12 ist mit einem Einweggleichrichter D1, einem Widerstand zur Einschalt- Strombegrenzung R1, einem Siebkondensator C2 und einem in­ tegrierten Spannungsregler aufgebaut und stellt der Schal­ tung eine stabilisierte Gleichspannung von 5 Volt zur Ver­ fügung.

Das Steuergerät 12 ist mit einem Speicher-Baustein IC4A ausgestattet, der es ermöglicht, Einstellungen des Steuer­ systems abzuspeichern und später wieder abzurufen. Dieser Speicher hält seinen Inhalt auch bei fehlender Betriebs­ spannung und wird zum Mikrokontroller seriell über zwei Leitungen angesteuert.

Anhand von Fig. 3 wird nun ein Empfangsgerät 4 bis 7 be­ schrieben, das gemäß Fig. 1 im Ausführungsbeispiel einem Leuchtmittel 8 bis 11 zugeordnet ist. Dieses Empfangsgerät ist so ausgelegt, daß es mit der Last, hier dem Leuchtmit­ tel, in Reihe geschaltet ist. Es hat mithin lediglich zwei Anschlußpunkte, wodurch die Installation eines solchen Emp­ fangsgeräts vereinfacht wird.

Die Vorsorgungsspannung mit aufmodulierten Daten gelangt über den Verbraucher auch auf die Schaltung des Empfangsge­ räts. Da bei eingeschaltetem Verbraucher keine Spannung auf die Schaltung gelangen kann, arbeitet das Steuersystem so, daß der Verbraucher, die Last, im Bereich des Nulldurch­ gangs so lange nicht eingeschaltet wird, bis die Stromver­ sorgung des Empfangsgeräts den Ladekondensator C1 ausrei­ chend geladen hat. Die Datenübertragung findet auch in der Zeit statt, in der die Last nicht eingeschaltet ist. Die Stromversorgung 100 ist so ausgelegt, daß als Glättungskon­ densator ein Typ geringer Spannungsfestigkeit (6,3 V) ver­ wendet werden kann. Die Wechselspannung wird einweg­ gleichgerichtet und dem Kollektor von T1 zugeführt. Da die Basis des Transistors mit R1 und Z1 auf ca. 6,8 V gehalten wird, stellt sich am Emitter die gewünschte Spannung von ca. 6 V ein.

Claims (12)

1. Verfahren zur Leistungssteuerung von mehreren an eine die Versorgungsleitung bildende Niedervolt-Wechsel­ spannungs-Zweidrahtleitung angeschlossenen, jeweils mit ei­ nem Empfangsgerät versehenen Verbrauchern mittels einer Fernbedienung, dadurch gekennzeichnet, daß die Befehle der Fernbedienung in einem Steuergerät aus­ gewertet und die daraus sich ergebenden Signale digital se­ riell auf die Zweidrahtleitung aufmoduliert und so an die Empfangsgeräte übermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernbedienung mittels Infrarot durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die im Steuergerät erzeugten und auf die Zweidrahtleitung aufmodulierten Signale pulsmodulierte Di­ gitalsignale sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die im Steuergerät erzeugten und auf die Zweidrahtleitung aufmodulierten Signale Puls-Abstands-modu­ lierte Digitalsignale sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Möglichkeiten der Fernbedienung durch einen Computer nachgebildet werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere Einstellungen des Systems mit Hilfe eines nicht-flüchtigen Speicher dauerhaft und ab­ rufbar abgespeichert werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß in jeder Periode der Versorgungs- Wechselspannung ein Datenpaket auf die Zweidrahtleitung aufmoduliert wird, welches die Adresse des anzusprechenden Empfangsgeräts und weitere Steuersignale enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander für alle einzelnen Empfangsgeräte je ein spe­ zielles Datenpaket der Zweidrahtleitung aufmoduliert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Datenübertragung vom Steuergerät über die Zweidrahtleitung zu allen Empfangsgeräten ständig wieder­ holt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die vom Steuergerät auf die Zweidrahtleitung aufmodulierten Signale im Empfangsgerät mittels eines Hochpaßfilters und einer Transistorstufe aus der modulierten Versorgungswechselspannung ausgefiltert und mittels eines Mikrokontrollers ausgewertet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Adresse, unter der ein Empfangsgerät ansprechbar ist, durch elektrische Verbindungen oder durch das Be­ triebsprogramm des Mikrokontrollers festgelegt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verbraucher Leuchtmittel sind.