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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Kommunikations- und Steuerungssystemen.
Sie ist insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Zuordnung von Maschinenadressen an Computer- oder elektronisch gesteuerte
Geräte
anwendbar, und kann dazu verwendet werden, Maschinenadressen einem
Steuerungssystem zuzuordnen, wobei Funkverkehr benutzt wird, um
Befehle zwischen einer Führungs-Steuereinheit
und einer geführten
Steuereinheit zu übertragen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Elektronische
Steuereinheiten werden in der Industrie häufig verwendet, um den Betrieb
von breit gefächerten
Systemen zu steuern. In einem besonderen Beispiel werden elektronische
Steuereinheiten dazu verwendet, Fahrzeuge, wie Lokomotiven, fern zu
steuern, um Funktionen wie Bremsen, Traktionskontrolle und Beschleunigung
auszuführen,
ohne dass ein menschlicher Operator an Bord der Lokomotive nötig wäre. Funkfrequenz-Sender-Empfänger-Paare
sind von speziellem Interesse, um solche Fahrzeuge fern zu steuern.
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In
einem typischen Steuersystem für
Lokomotiven kommuniziert der Operator mit einer geführten Steuereinheit
an Bord der Lokomotive, wobei er ein Fernsteuerungsgerät benutzt,
hier als Sender bezeichnet. Der Sender beinhaltet eine elektronische Schaltung,
die in einem geeigneten Gehäuse
untergebracht ist das den elektronischen Komponenten mechanischen
Schutz bietet.
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Während des
Betriebs gibt der Operator der Lokomotive mit Hilfe einer Eingabevorrichtung,
wie einer Tastatur, einem Touch-Screen oder irgendeiner anderen
geeigneten Eingabevorrichtung, Anfragen in den Sender ein. Typische
Anfragen können
Bremsen, Beschleunigen und jede andere Funktion beinhalten, die
eine Lokomotive ausführen
können
muss. Der Sender kodiert die Anfrage in eine Form, die für die Übertragung über eine
vorbestimmte Frequenzverbindung geeignet ist. Normalerweise wird
an die Anfrage eine Markierung angehängt, die ein Kennzeichen beinhaltet,
das hier als Adresse bezeichnet wird und das einzigartig für den Fernsteuerungssender
ist, von dem die Anfrage stammt. Die vollständige Anfrage wird dann mit
einer vorbestimmten Funkfrequenz moduliert und als HF-Signal übertragen.
Auch andere als HF-Frequenzen sind zu diesem Zweck verwendet worden.
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Üblicherweise
können
viele Sender denselben Funkfrequenzkanal oder überlappende Funkfrequenzkanäle verwenden,
was oft zu Interferenzen zwischen den verschiedenen Signalen führt. Signale, die
auf überlappenden
Frequenzkanälen übertragen werden,
können
von der geführten
Steuereinheit nicht in ihre entsprechenden Signale aufgelöst werden.
Die Interferenz der Signale verursacht typischerweise, dass Anfragen
verloren gehen. In der Folge wird eine Anfrage oftmals fortlaufend übertragen,
mit einer vorgegebenen Wiederholungsrate, und jedem Sender ist eine
einzigartige Wiederholungsrate zugeordnet. Die einzigartige Wiederholungsrate
verringert die Wahrscheinlichkeit von sich gegenseitig störenden Nachrichten.
Viele Verfahren der Zuordnung von Senderaten sind auf dem Gebiet, zu
dem diese Erfindung gehört,
gut bekannt. Als Beispiel für
ein Verfahren zur Zuordnung von Wiederholungsraten sei der Leser
auf US-Patent 4,245,347 von Hutton et al. verwiesen.
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Optional
kann eine Verstärkereinheit
das HF-Signal empfangen, sobald der Sender das HF-Signal sendet.
Typische Verstärkereinheiten
sind am Boden stationierte Einheiten, deren Funktion es ist, die
Funkfrequenz-Reichweite der Sender des Fernsteuerungsgeräts dadurch
zu erweitern, dass das Signal verstärkt wird und Lärmanteile
ausgefiltert werden. Verstärkereinheiten
sind auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, wohl bekannt und umfassen
typischerweise eine HF-Antenne,
einen HF-Empfänger,
einen Dekodierer/Kodierer, einen HF-Relais-Sender und beliebige weitere Ausrüstung, wie
Filter, Weichen und Anderes, was benötigt wird, ein Signal zu empfangen,
es zu verarbeiten und weiter zu übertragen. Üblicherweise überträgt die Verstärkereinheit
das Signal auf einer Frequenz weiter, die von der Frequenz, die
vom Sender verwendet wird, verschieden ist, und deren Abstand zu
der vom Sender verwendeten Frequenz auch ausreichend groß ist, so
dass die zwei Signale aufgelöst
werden können,
wenn sie von einer Empfängereinheit
gleichzeitig empfangen werden.
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Die
geführte
Steuereinheit an Bord der Lokomotive empfängt und demoduliert das HF-Signal,
das vom Sender oder von der Verstärkereinheit stammt. Das Signal
wird dann dekodiert und die Gültigkeit
der Anfrage wird verifiziert. Die geführte Steuereinheit speichert
ein Kennzeichen, das die Maschinenadresse des Senders, der der Lokomotive
zugeordnet ist, bezeichnet. Das Kennzeichen wird mit der Markierung
verglichen, die in der empfangenen demodulierten Anfrage enthalten
ist. Eine weitere Operation bei der Verifizierung des Signals beinhaltet
die Überprüfung, ob
das Signal intakt ist, wobei eine Check-Summe oder ein anderer geeigneter
Fehlerdetektions- oder -korrekturalgorithmus verwendet wird. Wenn das
Signal gültig
ist, wird es dann weiter verarbeitet, so dass der Befehl, der in
der Anfrage enthalten ist, ausgeführt werden kann.
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Lokomotivsteuersysteme
des oben beschriebenen Typs benötigen
die Beteiligung eines menschlichen Administrators, der die verschiedenen
Maschinenadressen der verwendeten Sender zuordnet und Aufzeichnungen
darüber
macht. In der Regel werden Dip-Schalter innerhalb des Senders und
der geführten
Steuereinheit physikalisch gesetzt, um dem Sender oder der geführten Steuereinheit
eine Adresse zuzuordnen. Die Stellung der Dip-Schalter definiert die
Maschinenadresse, die dem Sender zugeordnet ist. Auf die gleiche
Weise werden in der geführten Steuereinheit
Dip-Schalter zur Verfügung
gestellt, um die Adresse des Senders, der zur Kommunikation mit dem
Empfänger
zugelassen ist, zu definieren. Solche Sender/Empfänger müssen ab
und zu ersetzt oder vorübergehend
außer
Betrieb gesetzt werden, um Wartungen durchzuführen. Um beispielsweise eine Adresse
einem neuen Sendermodul zuzuordnen, muss das Gehäuse des Senders geöffnet werden und
die Dip-Schalter müssen
von einem menschlichen Operator korrekt gesetzt werden. Das Setzen erfolgt
so, dass die Maschinenadresse des vorherigen Senders auf die neue
Einheit dupliziert wird, so dass letztere mit der geführten Steuereinheit
im Einsatz kommunizieren kann.
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Das
erste Problem mit Sendereinheiten des oben beschriebenen Typs ist
das Erfordernis, das Sendergehäuse
zu öffnen,
um Zugriff auf die Dip-Schalter zu erhalten. Solch eine Operation
kann die Integrität
des Gehäuses
gefährden,
wenn sie nicht vorsichtig ausgeführt
wird. Wenn das Gehäuse z.B.
wasserdicht ist, kann das Öffnen
die wasserdichte Abdichtung verletzen, so dass das Risiko eines vorzeitigen
Komponentenausfalls erhöht
wird.
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Das
zweite Problem mit Sendereinheiten des oben beschriebenen Typs ist
die hohe Abhängigkeit von
einem Techniker, der die Maschinenadresse physikalisch setzt, indem
er die Dip-Schalter manipuliert. Die Abhängigkeit von einem Operator
zur Zuordnung der Adressen macht das System hoch anfällig gegenüber menschlichen
Fehlern. Ein Techniker könnte z.B.
fälschlicherweise
zwei Sendereinheiten dieselbe Maschinenadresse geben, indem er die
Dip-Schalter auf eine unsachgemäße Position
setzt, was zu kollidierenden Signalen führt. Und schließlich wird
ein menschlicher Operator benötigt,
um die Adressen den Sendern zuzuordnen und zu verwalten, um sicher
zu stellen, dass zwei Sendern nicht dieselbe Adresse gegeben wird.
Folglich ist die Zuordnung und die Verwaltung der Adressen durch
einen Operator eine zeitaufwändige
Aufgabe, die zu signifikanten Arbeitskosten führt.
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Das
US-Patent 5,495,520, das am 27. Februar 1996 an Kojima erteilt wurde,
beschreibt ein schnurloses Telefonsystem, worin sich eine Führungseinheit
und eine geführte
Einheit gegenseitig durch den Austausch von Nachrichten registrieren, die
die Identifikationscodes für
die Führungseinheit und
die geführte
Einheit und Passwörter
enthalten. Die Passwörter
werden von einem menschlichen Operator zunächst zur Speicherung in jede
Einheit eingegeben, und die Registrierung wird nur dann fortgesetzt,
wenn die Führungseinheit
versucht, sich bei der geführten
Einheit zu registrieren, wobei das Passwort der Führungseinheit
gespeichert wird, und wenn die geführte Einheit versucht, sich
bei der Führungseinheit
zu registrieren, wobei das Passwort der geführten Einheit gespeichert wird.
Da die Passwörter
sowohl in die geführte
als auch in die Führungseinheit
manuell eingegeben werden müssen,
müsste man
eine Passwortliste verwalten, wenn eine Vielzahl von geführten Einheiten
und Führungseinheiten, die
ein Registrierungsprotokoll verwenden, das demjenigen ähnlich ist,
das im US-Patent 5,495,520 beschrieben ist, in einem Steuerungskontext
verwendet würde.
Infolgedessen wäre
die Zuordnung und Verwaltung von Passwörtern durch einen Operator
eine zeitaufwändige
Aufgabe, die zu signifikanten Arbeitskosten führt.
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US-Patent
Nr. 5,495,520, erteilt am 27. Februar 1996 für Kojima, beschreibt ein schnurloses
Telefonsystem, in dem eine Führungs-Einheit
und eine geführte
Einheit sich bei der jeweils anderen registrieren durch Austauschen
von Nachrichten einschließlich
Identifikationscodes für
die Führungs-Einheit
und die geführte
Einheit und Passworte. Die Passworte werden zunächst durch einen menschlichen
Bediener zur Speicherung in jeder Einheit eingegeben und die Registrierung
fährt nur
dann fort, wenn die Führungs-Einheit
sich bei einer geführten Einheit
registrieren will, die das Passwort der Führungs-Einheit und wenn die
geführte
Einheit sich bei einer Führungs-Einheit
registrieren will, die das Passwort der geführten Einheit speichert. Da
die Passworte sowohl in die Führungs-Einheit
als auch in die geführte
Einheit manuell eingegeben werden müssen, bestünde ein Bedarf, eine Liste
von Passworten zu verwalten, wenn eine Vielzahl von geführten Einheiten
und von Führungs-Einheiten,
die ein Registrierungsprotokoll ähnlich
zu dem in U.S. Patent 5,495,520 verwenden, in einem Steuerkontext verwendet
würden.
Folglich wäre
die Zuweisung und die Verwaltung von Passworten durch einen Bediener
eine zeitraubende Tätigkeit,
die zu erheblichen Arbeitskosten führt.
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In
der Industrie besteht daher ein Bedürfnis, den Prozess der Zuordnung
von Maschinenadressen an eine Komponente des Kontrollsystems zu
verfeinern, so dass die Integrität
der Komponente erhalten bleibt, um die Möglichkeit eines menschlichen
Fehlers zu verringern, und um das Mitwirken eines menschlichen Operators
zur Verwaltung der Adressen zu verringern.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Für den Zweck
dieser Beschreibung werden die Ausdrücke "zufällig" und "im Wesentlichen zufällig" benutzt, um ein
numerisches Muster mit sehr geringen wechselseitigen Beziehungen
zwischen seinen Teilelementen zu definieren. In Computeranwendungen
werden Zufallszahlen oft dadurch generiert, dass eine mathematische
Formel verwendet wird, die versucht, ein "rein zufälliges" Verhalten zu erreichen. Im Zusammenhang
mit dieser Spezifikation soll der Ausdruck aber weit interpretiert
werden, so dass er jede nicht numerisch organisierte Folge von Zahlen oder
beliebiger anderer Zeichen oder Symbole bezeichnet.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein System und ein Verfahren zur Fernsteuerung
einer Lokomotive gemäß Ansprüchen 1 bzw.
9 zur Verfügung,
mit Hilfe derer die Adresssynchronisation zwischen einem Sender
und einer geführten
Steuereinheit durchgeführt
werden kann, insbesondere in Zusammenhang mit ferngesteuerten Systemen.
Vorzugsweise werden dem Sender und der geführten Steuereinheit identische
Adressen zugeordnet. Wenn der Sender einen Befehl ausgibt, wird
die Adresse in das Signal eingebettet. Die geführte Steuereinheit empfängt das
Signal und verarbeitet es nur, wenn die eingebettete Adresse mit
der lokal gespeicherten Adressinformation übereinstimmt. Durch dieses
Merkmal wird die geführte
Steuereinheit darauf beschränkt, Befehle
nur von ausgewiesenen Sendern anzunehmen.
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Die
Adresse hat zwei Teile. Ein Teil ist ein Kennzeichen des Senders,
der andere Teil ist ein Kennzeichen der geführten Steuereinheit. Wenn diese
zwei Teile zusammengesetzt werden, bildet die Kombination eine eindeutige
Adresse für
das Paar Sender/geführte
Steuereinheit.
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Vorzugsweise
ist eine nicht beanspruchte Operatorprogrammiereinheit zur Kommunikation
mit einem der Geräte
ausgelegt, z.B. der geführten
Steuereinheit, um sein Kennzeichen zu erfassen. Als nächstes kommuniziert
die Programmiereinheit mit einem anderen Gerät, z.B. dem Sender, um das Kennzeichen
der geführten
Steuereinheit zu übermitteln.
Zur gleichen Zeit erfasst die Operatorprogrammiereinheit auch möglichst
das Kennzeichen des Senders. Die Operatorprogrammiereinheit kommuniziert
schließlich
mit der geführten
Steuereinheit, um ihr das Kennzeichen des Senders mitzuteilen. Diese Vorgehenswiese
ermöglicht
es, einen Kennzeichenaustausch zwischen den Geräten durchzuführen, so dass
sie alle die selben Teile der Adresse besitzen. Demnach werden sowohl
der Sender als auch die geführte
Steuereinheit die selbe Adressinformation haben, wodurch Interoperabilität stattfinden
kann. Darüber
hinaus kann durch die automatische Zuordnung von eindeutigen Kennzeichen
an Sender und geführte
Steuereinheit eine Eins-zu-eins-Übereinstimmung zwischen
ausgewählten
Paaren Sender/geführte Steuereinheit
erreicht werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden sich aus der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung ergeben, die in Zusammenhang
mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird. Es ist jedoch
zu verstehen, dass die Zeichnungen nur zu Zwecken der Veranschaulichung zur
Verfügung
gestellt werden und nicht als eine Definition der Grenzen der Erfindung,
für die
auf die anhängenden
Ansprüche
zurückgegriffen
werden sollte.
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1 zeigt
ein vereinfachtes funktionales Blockdiagramm eines Funkkommunikationssystems, das
eine Ausführungsform
der Erfindung enthält;
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2 zeigt
ein funktionales Blockdiagramm einer Sendereinheit, das einem Implementierungsbeispiel
der Erfindung entspricht;
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3 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens in Übereinstimmung mit der Erfindung
zur Zuordnung einer Maschinenadresse an eine Sendereinheit;
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4 ist
ein strukturelles Blockdiagramm eines Geräts in Übereinstimmung mit der Erfindung
zur Signalübertragung
in Übereinstimmung
mit einem Implementierungsbeispiel der Erfindung;
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5 zeigt
ein Blockdiagramm einer nicht beanspruchten Operatorprogrammiereinheit
zur Benutzung mit einem Implementierungsbeispiel der Erfindung;
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6 zeigt
ein Blockdiagramm einer geführten
Steuereinheit in Übereinstimmung
mit einem Implementierungsbeispiel der Erfindung.
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BESCHREIBUNG
EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung wird das Verfahren zur Zuordnung einer Adresse
an eine Kommunikationskomponente in einem Funksteuersystem verwendet,
so wie es in einem Lokomotivensteuersystem verwendet werden kann.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das Funksteuersystem 100 eine
Reihe funktionaler Einheiten, nämlich
einen tragbaren Sender 104 und eine geführte Steuereinheit 106,
die an Bord der Lokomotive montiert ist. Der Sender hat eine Schnittstelle, über die
ein Operator 110 Befehle eingeben kann. Typischerweise
beinhaltet die Schnittstelle ein Armaturenbrett mit Schaltern und
Hebeln, wodurch der Operator 110 die Bewegung der Lokomotive
fernsteuern kann. Optional kann das Funksteuersystem auch eine Verstärkereinheit 112 enthalten,
um die effektive Betriebsreichweite zwischen dem Sender 104 und der
geführten
Steuereinheit 106 zu erhöhen.
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Der
Sender 104 erzeugt Befehlssignale über eine HF-Verbindung 122 (oder
116 und 118, wenn die Verstärkereinheit 102 beteiligt
ist). Die geführte
Steuereinheit 106 erhält
die Befehle und führt
sie aus. Das Ausführungsverfahren
besteht aus der Generierung der richtigen Steuersignale und dem
Anschluss dieser Steuersignale an das Haupt-Steuereinheits-Modul 112 über eine
Schnittstelle, die in der Lokomotive zur Steuerung des Betriebs
des Motors, des Bremssystems und anderer Einrichtungen zur Verfügung gestellt
wird.
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Das
Funksteuersystem umfasst eine Operatorprogrammiereinheit 108 (OPP),
um gewisse Funktionen des Senders 104 und der geführten Steuereinheit 106 zu
programmieren. Die Programmieroperation zwischen der OPP 108 und
der geführten
Steuereinheit 106 wird über
einen Kommunikationskanal 126 ausgeführt. Die Programmieroperation
zwischen der OPP 108 und dem Sender 104 wird über einen Kommunikationskanal 120 ausgeführt. Der
Kommunikationskanal 120 ist eine drahtlose Infrarotverbindung.
Andere Kommunikationskanäle
sind möglich. Der
Kanal 120 zwischen der Operatorprogrammiereinheit 108 und
dem Sender 104 kann z.B. auf HF-Kommunikation gestützt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform
kommunizieren das Steuereinheits-Modul 112 und die OPP 108 mit
der geführten Steuereinheit 106 über standard-
asynchrone serielle Kommunikationsverbindungen 126, 124 oder
eine beliebige andere geeignete Kommunikationsverbindung.
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Die
Verstärkereinheit 102 ist
eine am Boden stationierte Einheit, deren Funktion es ist, die Reichweite
der Funkfrequenz (RF) des Senders 104 zu erweitern. In
einem besonderen Beispiel wird die Signalreichweite durch Verstärkung des
Signals und Filterung der Lärmbestandteile
erweitert. Verstärkereinheiten
sind auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, wohl bekannt und umfassen
typischerweise eine HF-Antenne, einen HF-Empfänger, einen Dekodierer/Kodierer,
ein HF-Sende-Relais und beliebige andere Ausrüstung, wie z.B. Filter, Duplexer
und anderes, was benötigt
wird, um das Signal zu empfangen, es zu bearbeiten und weiter zu
senden. Die Verstärkereinheit
sendet das Signal vorzugsweise auf einer Frequenz weiter, die von
der vom Sender 104 verwendeten verschieden ist und einen
ausreichenden Frequenzabstand hat, so dass zwei Signale aufgelöst werden
können,
wenn sie die Empfängereinheit 106 empfängt.
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In
einem besonderen Beispiel werden Funkfrequenzen zwischen 806 MHz
und 821 MHz (Niederfrequenzband) oder zwischen 851 MHz und 866 MHz
(Hochfrequenzband) verwendet, und die Frequenzen werden in Paaren
ausgesucht, eine aus dem Niederfrequenzband und eine aus dem Hochfrequenzband.
Jedes geeignete Frequenzband kann hier verwendet werden, ohne vom
Geist der Erfindung abzulenken. Die Sendereinheit 104 arbeitet
auf einer Frequenz, die aus dem Niederfrequenzband ausgewählt wird
und die Verstärkereinheit 102 sendet
auf einer Frequenz weiter, die aus dem Hochfrequenzband ausgewählt wird.
Beispiele von drei Frequenzpaaren sind 1) 812,5375 MHz und 857,5375 MHz,
2) 812,7875 MHz und 857,7875 MHz, 3) 818,900 MHz und 863,900 MHz.
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Die
geführte
Steuereinheit 106 empfängt
und demoduliert das HF-Signal, das vom Sender 104 oder
der Verstärkereinheit 102 ausgeht.
Das Signal wird dann dekodiert und die Gültigkeit der Anfrage wird überprüft. Das
Signal wird zuerst demoduliert und die Bestandteile der Nachricht
werden entnommen. In einem besonderen Beispiel enthält die Nachricht
einen Befehlsabschnitt, einen Senderkennzeichenabschnitt und ein
Kennzeichen der geführten Steuereinheit.
Diese Bestandteile werden der Nachricht in der bekannten Weise entnommen.
Dann folgt die Gültigkeitsüberprüfung der
Nachricht. Das ist eine Zwei-Schritt-Operation. Zuerst bestimmt
die geführte
Steuereinheit 106, ob der Sender 104, der die Nachricht übermittelt,
die Erlaubnis besitzt, an die geführte Steuereinheit Befehle
abzugeben. Als Zweites wird die Integrität des Signals überprüft. Der
erste Überprüfungsschritt
beinhaltet einen Vergleich zwischen der Markierung, die der Nachricht
entnommen wird, und dem Wert, der im Speicher der geführten Steuereinheit
gespeichert ist. In einem typischen Lokomotiv-Steuersystem kann
ein einziger Sender Befehle an eine vorgegebene Lokomotive abgeben.
Ein Speicherelement in der geführten
Steuereinheit, wie z.B. ein Register, speichert in der Regel ein
Kennzeichen, das den Sender bezeichnet, der der Lokomotive zugeordnet
ist.
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Das
Kennzeichen wird mit der Markierung verglichen, die der Nachricht
entnommen wird. Wenn beide übereinstimmen,
kommt die geführte
Steuereinheit zu dem Schluss, dass der Befehl zulässig ist und
fährt mit
dem verbleibenden Überprüfungsschritt fort.
Wenn sich keine Übereinstimmung
ergibt, weist die geführte
Steuereinheit die Nachricht zurück
und führt
keine Tätigkeit
aus.
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Während des
zweiten Überprüfungsschritts wird
die Integrität
des Signals beurteilt. Das Signal wird mit einem Checksummen-Bewertungsalgorithmus
behandelt oder mit einem beliebigen anderen geeigneten Fehlerdetektions-/-korrektur-Algorithmus. Wenn
die geführte
Steuereinheit 106 herausfindet, dass die Nachricht tatsächlich intakt
ist, dann wird der Befehl, den sie enthält, in die Tat umgesetzt.
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Der
Sender 104 des Funksteuersystems wird genauer in 2 dargestellt.
Der Sender 104 umfasst eine Reihe funktionaler Module,
nämlich eine
Benutzerschnittstelle 201, eine Nachrichtenbildereinheit 200,
einen Nachrichtenkodierer 202 und eine Signalübertragungseinheit 218.
Die Signalübertragungseinheit 218 beinhaltet
einen Eingang zum Empfang des zu übermittelnden Signals. Das
Signal wird dem Modulator 204 zur Verfügung gestellt, der das Signal
moduliert und es an den Signalsender 206 weiterleitet,
der die eigentliche Übertragung
ausführt. Der
Modulator ist mit einem Modulierfrequenzgenerator 212 verbunden.
Der Signalsender 206 ist mit einem Modul 222 zur
Steuerung der Dauer des Zeitintervalls verbunden. Das Modul 222 zur
Steuerung der Dauer des Zeitintervalls speichert Daten zur Steuerung
des Zeitintervalls zwischen zwei aufeinander folgenden Übertragungen
des Signals.
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In
einer typischen Interaktion gibt der Benutzer des Funksteuerungssystems über die
Benutzerschnittstelle 201 einen Befehl ein, der von der
Lokomotive ausgeführt
werden soll. Die Benutzerschnittstelle kann eine Tastatur sein,
ein Touch-Screen,
ein Spracherkennungssystem oder eine beliebige andere geeignete
Eingabevorrichtung. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Benutzer schnittstelle 201 eine
Reihe von Knöpfen
und Hebeln für jede
der zulässigen
Aktionen, nämlich
Bremsen, Beschleunigen, rückwärts usw.
Sobald der Befehl eingegeben wurde, bearbeitet ihn die Nachrichtenbildereinheit 200.
Die Nachrichtenbildereinheit 200 baut den empfangenen Befehl
mit einem Kennzeichen für den
Sender sowie für
die geführte
Steuereinheit zusammen. Diese zwei Kennzeichen werden in einem computerlesbaren
Speichermedium 210 und 208 gespeichert. Solch
computerlesbare Speichermedien haben die Form eines Festspeichers
(ROM), eines programmierbaren Festspeichermoduls (PROM), EPROM oder
beliebiger anderer geeigneter Speichergeräte. Der Befehl und die Kennzeichen
werden digital dargestellt. Hier können viele Nachrichtenformate
verwendet werden und die Verwendung eines speziellen Nachrichtenformats
beeinträchtigt
den Schutzbereich der Erfindung, so wie er in den anhängenden
Ansprüchen
definiert ist, nicht.
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Die
Sendereinheit beinhaltet eine Infrarot-Schnittstelle 220,
die mit den Speichereinheiten verbunden ist, die die Kennzeichen 208, 210 speichern.
Die IR-Schnittstelle
empfängt
Adressinformation über
eine IR-Verbindung. In einem besonderen Beispiel wird die Kennzeicheninformation
von einer Operatorprogrammiereinheit 108 im System gesendet.
In einer alternativen Ausführungsform
kann ein asynchroner Übertragungskanal
(z.B. RS232) anstelle einer IR-Schnittstelle 220 verwendet
werden.
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Jedem
Sender ist eine eindeutige Übertragungsadresse
zugeordnet. In einem besonderen Beispiel hängt die Übertragungsadresse, hier bezeichnet
als Adresse, die dem Sender zugeordnet ist, vom Kennzeichen ab,
das der geführten
Steuereinheit zugeordnet ist. Der Sender benutzt diese Adresse in der
Markierung, die mit jeder Nachricht mitgeschickt wird. In einer
bevorzugten Ausführungsform
ist die Adresse ein zusammengesetztes Datenelement, das ein Kennzeichen
für die
geführte
Steuereinheit 208 und ein Senderkennzeichen 210 enthält. In einem
besonderen Beispiel sind die Kennzeichen die Seriennummern der jeweiligen
Komponenten. Da eine Seriennummer in der Regel für alle Komponenten eindeutig
ist, wird die Adresse eindeutig sein. Demgemäß wird die Adresse auf die
Markierung gesetzt, die der Nachricht hinzugefügt wird.
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Sobald
eine Nachricht erstellt wurde (der Befehl inklusive Markierung),
wird der Kodierungsalgorithmus durch den Nachrichtenkodierer 202 angewendet,
um das Vorkommen von aufeinander folgenden 0en oder 1 en in der
Nachricht zu verringern und dadurch eine selbstsynchronisierende
Kommunikation zu ermöglichen.
Viele Kodierungsverfahren sind auf dem Gebiet der digitalen Signalverarbeitung
bekannt und die Verwendung anderer Kodierungsverfahren beeinträchtigt nicht
den Schutzbereich der Erfindung, so wie er in den anhängenden
Ansprüchen definiert
ist.
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Sobald
die Nachricht erstellt wurde, wird die Nachricht zur Signalübertragungseinheit 218 geleitet, insbesondere
zum Modulator 204, der das digitale Signal, das die Nachricht
enthält,
auf eine Trägerfrequenz
moduliert. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Operator
der Funksteuerungseinheit die Trägerfrequenz
für die
Nachricht auswählen.
Der Trägerfrequenzgenerator 212 gibt
die ausgewählte Trägerfrequenz
aus. Nach der Modulierung des Signals übermittelt ein Signalübertragungsmodul 206 das
Signal in vorbestimmten Zeitintervallen. Das Modul 222 zur
Steuerung des Zeitintervalls steuert das Zeitintervall zwischen
zwei aufeinander folgenden Signalübertragungsvorgängen.
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Die
Operatorprogrammiereinheit 108 ist ein Modul, das zur Durchführung der
Adresssynchronisation zwischen dem Sender 104 und der geführten Steuereinheit 106 verwendet
wird. Die Operatorprogrammiereinheit 108 wird verwendet,
um die Information, die die Adresse darstellt, in den Speicher des Senders 104 und
die Speichereinheiten der geführten
Steuereinheit 106 zu laden, um das Paar eindeutig zu definieren.
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Wie
am besten in 5 dargestellt, umfasst die Operatorprogrammiereinheit
eine Speichereinheit 506 zur Speicherung der Kennzeichen-
und Programmierinfor mation, eine CPU 502, eine IR-Schnittstelle 500,
eine serielle Schnittstelle 504 und eine Benutzerschnittstelle 510.
Die CPU 502 interagiert mit den Schnittstellen und der
Speichereinheit, um die Funktionalitäten auszuführen, die sich auf die Programmierung
der Geräte
des Senders und der geführten
Steuereinheit beziehen, wie später
diskutiert werden wird. Die IR-Schnittstelle 500 wird verwendet,
um mit der Sendereinheit über
eine IR-Verbindung zu kommunizieren. Die serielle Schnittstelle wird
verwendet, um mit der geführten
Steuereinheit über
eine serielle Kommunikationsverbindung zu kommunizieren. Andere
Schnittstellenkonfigurationen sind möglich, ohne vom Schutzumfang
der Erfindung, so wie er in den anhängenden Ansprüchen definiert
ist, abzuweichen. Beide Schnittstellen 500, 504 können z.B.
IR-Schnittstellen sein oder beide können serielle Schnittstellen
sein. Darüber
hinaus kann eine einzige Schnittstelle verwendet werden, um sowohl mit
dem Sender als auch mit der geführten
Steuereinheit zu kommunizieren. Andere Variationen sind möglich und
werden für
den Fachmann leicht ersichtlich sein.
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Die
Benutzerschnittstelle 510 ist für den Empfang von Anweisungen
von einem Operator geeignet, um ein gegebenes Paar Sender/geführte Steuereinheit
zu programmieren.
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In
einer typischen Interaktion, wie in 3 dargestellt,
bei Schritt 300, erhält
die Operatorprogrammiereinheit 108 das Kennzeichen der
geführten Steuereinheit 106 über einen
Kommunikationskanal 126. Dies wird dadurch bewerkstelligt,
dass eine Kommunikation zwischen der Operatorprogrammiereinheit 108 und
der geführten
Steuereinheit 106 über den
Kommunikationskanal 126 aufgebaut wird. Während dieser
Transaktion übermittelt
die geführte
Steuereinheit 106 an die Operatorprogrammiereinheit ihr Kennzeichen.
Die OPP übermittelt 302 dann
das Kennzeichen der geführten
Steuereinheit an die Sendereinheit 104 über die Infrarot-Schnittstelle 120 des Senders.
Der Sender empfängt
die Kennzeichen-Information
und speichert sie 304 in dem geeigneten computerlesbaren
Medium 208. Danach sendet 306 der Sender sein
eindeutiges Kennzeichen an die OPP. In einem besonderen Beispiel
ist das eindeutige Kennzeichen die Seriennummer des Senders, die auf
einem computerlesbaren Medium 210 gespeichert ist. Die
OPP empfängt
das Senderkennzeichen und übermittelt
es 308 zur geführten
Steuereinheit. Die geführte
Steuereinheit speichert das eindeutige Kennzeichen des Senders in
einem computerlesbaren Medium 310 und die Programmierung
ist abgeschlossen. Wenn die geführte
Steuereinheit das nächste
Mal eine Nachricht empfängt,
wird sie die Markierung überprüfen, um
zu sehen, ob sie das korrekte Kennzeichen der geführten Steuereinheit
und das korrekte sendereindeutige Kennzeichen enthält.
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In
einer alternativen Ausführungsform
können
die Kennzeichen des Senders und der geführten Steuereinheit zufällig generiert
werden und zu den entsprechenden Komponenten geschickt werden. Die
Operationen zur Generierung der Kennzeichen für die Komponenten eines Kommunikationssystems können von
einem digitalen Mehrzweck-Computer durchgeführt werden, der eine CPU und
Speichervorrichtungen benutzt, wie sie in 4 dargestellt
sind. Solch eine Rechnerplattform enthält typischerweise eine CPU 402 und
einen Speicher 400, der mit der CPU über einen Datenkommunikationsbus
verbunden ist. Der Speicher 400 speichert die Daten 408 und
die Anweisungen des Programms 404, wodurch die funktionalen
Blöcke,
die in der Zeichnung dargestellt werden und in der Beschreibung
beschrieben werden, implementiert werden. Dieses Programm 404 arbeitet
mit den Daten 408 in Übereinstimmung mit
den Algorithmen, um die eindeutigen Kennzeichen zu generieren. Vorzugsweise
arbeiten die Algorithmen so, dass sie sicher stellen, dass die generierten
Kennzeichen eindeutig sind. Der Apparat kann z.B. auf einem computerlesbaren
Medium die Kennzeichen speichern, die bisher in einer Liste zugewiesen
wurden, und kann diese Liste scannen, bevor er ein neues Kennzeichen
einer Komponente zuweist. Die Adressen werden dann in PROMs im Sender
und Empfänger
geladen.
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Die
Schritte, die in 3 dargestellt werden, werden
vor allem durch Software implementiert. Die Programmanweisungen
für die
durch Software implementierten funktionalen Blöcke werden in einem Speicherabschnitt 506 gespeichert.
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Was
die Struktur der geführten
Steuereinheit 106 betrifft, wie in 6 dargestellt,
umfasst letztere einen Empfängerabschnitt 602,
der das Signal, das durch den Sender 104 übermittelt
wird, wahrnimmt. Die geführte
Steuereinheit umfasst auch eine Schnittstelle 600, um mit
der Operatorprogrammiereinheit zu interagieren. In einem besonderen
Beispiel ist die Schnittstelle 600 eine serielle Schnittstelle.
Die serielle Schnittstelle 600 ist mit einem computerlesbaren
Speichermedium 604, 606 verbunden, zur Speicherung
des Kennzeichens der Sendereinheit, die mit der geführten Steuereinheit
verbunden ist, und zur Speicherung eines Kennzeichens der geführten Steuereinheit.
Die geführte
Steuereinheit enthält darüber hinaus
eine logische Verarbeitungsstation 608, um das empfangene
Signal zu verarbeiten und die notwendigen Steuersignale zu generieren,
die in das Lokomotiv-Steuermodul eingegeben werden, so dass der
erwünschte
Befehl implementiert werden kann. Die logische Verarbeitungsstation 608 führt auch
die Validierung einer Nachricht aus, die am Empfänger 602 empfangen
wurde.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in beträchtlichem Detail beschrieben
wurde mit Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen davon, sind Variationen
und Verfeinerungen möglich,
ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er durch die anhängenden
Ansprüche
definiert wird, zu verlassen, so wie es überall im Dokument beschrieben
wurde. Daher sollten nur die angehängten Ansprüche den Schutzbereich der Erfindung
beschränken.