DE69221375T2 - Signalrelaisvorrichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Empfangen von Rundfunksignalen an einem Ort und zum Weitersenden der Signale zu einem anderen Ort zwecks erneuter Rundfunk-Aussendung, insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Verwendung bei einer Fernsteueranlage.
• Es gibt derzeit eine große Menge elektrischer und elektronischer Gebrauchsgegenstände, die sich von Fernsteuereinrichtungen bedienen lassen, beispielsweise Fernsehgeräte, Videorekorder, Stereoanlagen, Garagentüren, Alarmsysteme, Lichtschalter, Klimaanlagen und Anrufbeantworter. Die Mehrzahl derartiger Geräte verwendet Infrarotsignale zur Kommunikation zwischen der Fernsteuereinheit und dem zu steuernden Gerät, während andere Geräte Ultraschall- oder Funksignale verwenden. Sie leiden jedoch alle an dem Nachteil, daß die Fernsteuereinheit mit dem ferngesteuerten Gerät nur dann kommunizieren kann, wenn sie sich in einem speziellen Bereich der ferngesteuerten Geräte befindet, der üblicherweise etwa bis zu 8 Metern beträgt. Zahlreiche ferngesteuerte Geräte machen es außerdem erforderlich, daß der Weg zwischen dem Gerät und dem Handgerät frei von Hindernissen ist, jedoch können einige Geräte in ausreichender Weise Signale empfangen, die an Wänden, Fenstern oder dergleichen reflektiert werden.
• Der Bereich, in welchem das ferngesteuerte Gerät erfolgreich steuerbar ist, bestimmt sich im allgemeinen durch die Leistung des von der Fernsteuereinheit ausgestrahlten Signals. Da diese Geräte im allgemeinen von einer Batterie gespeist werden und ihr Gewicht möglichst gering sein soll, ist es schwierig, den Wirkungsbereich zu vergrößern. In keinem Fall können Infrarot- oder Ultraschall-Fernsteuereinheiten von Stellen aus wirksam funktionieren, die vollständig von dem ferngesteuerten Gerät getrennt sind.
• Ein System, welches es Fernsteuereinheiten ermöglicht, in anderen Räumen als denjenigen verwendet zu werden, in denen sich das ferngesteuerte Gerät befmdet, wird von Bang & Olufson hergestellt. Dieses System ist schematisch in Figur 1 dargestellt. Das Haupt-Audiosystem 1 ist in einem ersten Zimmer 3 installiert und besitzt einen Sensor 5 sowie eine Steuerbox 2 zum Aufnehmen von Signalen, die von der Fernsteuereinheit 7 kommen. Wenn die Fernsteuereinheit 7 sich in dem ersten Zimmer 3 befindet, werden von ihr abgestrahlte Signale von dem Sensor 5 aufgenommen und durch das Audiosystem 1 interpretiert. Wenn allerdings erwünscht ist, das Audiosystem von anderen Zimmern 9 und 11 aus zu steuern, müssen zusätzliche Sensoren 13 in diesen Räumen installiert und über ein Kabel mit dem Audiosystem 1 verbunden werden. Dieses System hat zwei wesentlichen Nachteile: erstens müssen zusätzliche Sensoren vorab installiert und mit dem Haupt-Audiosystem ver bunden werden und zweitens arbeitet das System nur mit Teilen, die von einem Hersteller stammen. Wegen des Fehlens einer Normierung der Steuersignale und des Mangels an irgendeiner normierten Eingabe macht es keinen Sinn, dieses System so auszugestalten, daß es sich fur den Gebrauch bei Anlagenteilen unterschiedlicher Hersteller eignet. Außerdem muß das System geeignet sein, eine Steuerbox oder mehr als einen Sensor an das Audiosystem anzuschließen. Übliche Audiosysteme besitzen keine derartige Anschlußmöglichkeit.
• Die GB 2 140 182 (Xantech) offenbart ein System zum Erweitern des Bereichs von Fernsteuereinheiten unter Verwendung einer ersten Relaisstation und mehrerer zweiter Relaisstationen. Erreicht wird dies durch den Einsatz einer Übertragungsstrecke, die auf einem eigenen Spezialleiter basiert. Die Fernsteuersignale werden ohne Interpretation zwischenverstärkt und gesendet.
• Die GB-A-2 217 544 (Dockery) offenbart ein prioritätsloses System zum Erweitern des Bereichs von Infrarot-Fernsteuereinheiten unter Einsatz mehrerer erster Relaisstationen und mindestens einer zweiten Relaisstation, welche untereinander über UHF-Funksignale kommunizieren. Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Erweitern des wirksamen Betriebsbereichs einer einen Infrarotsender aufweisenden Infrarot-Fernsteuereinheit und eines gesteuerten Geräts mit einem Infrarotempfänger geschaffen, wobei die Vorrichtung aufweist:
• eine erste Relaisstation, die im Gebrauch in dem Betriebsbereich der Fernsteuereinheit angeordnet wird und aufweist:
• eine Einrichtung zum Empfangen eines modulierten Infrarotsignals und zum Erzeugen eines dafur repräsentativen elektrischen Signals,
• eine Einrichtung zum Demodulieren des elektrischen Signals und zum Erzeugen eines unmodulierten elektrischen Signals, welches repräsentativ ist fur die Hüllkurve des Infrarotsignals,
• eine Einrichtung zum Korrigieren von Fehlern, um ein saubereres unmoduliertes elektrisches Signal zu bilden,
• eine Einrichtung zum Bilden eines neu-modulierten Signals, welches repräsentativ ist ffir das sauberere unmodulierte Signal, und
• eine Einrichtung, die auf das neu-modulierte elektrische Signal anspricht, um es über ein Netzleitungssystem zu senden, und
• eine zweite Relaisstation, die im Gebrauch physisch nahe des gesteuerten Geräts angeordnet wird, und die aufweist:
• eine Einrichtung zum Empfangen des neu-modulierten elektrischen Signals von dem Netzleitungssystem und zum Erzeugen eines daflir repräsentativen, unmodulierten elektrischen Signals,
• eine Einrichtung zum Modulieren des unmodulierten elektrischen Signals mit einer Trägerfrequenz, die für das gesteuerte Gerät geeignet ist, um dadurch ein moduliertes Signal zu bilden, welches repräsentativ ist für das unmodulierte elektrische Signal, und
• eine Einrichtung, die auf das modulierte elektrische Signal anspricht, um ein für dieses repräsentatives Infrarotsignal zu dem gesteuerten Signal zu senden;
• wobei die Einrichtung zum Empfangen des Infrarotsignals einen Infrarot- Photodetektor aufweist, und
• der Infrarotsender einen Infrarot-Emitter aufweist.
• Die Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform und die begleitenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 ein zum Stand der Technik gehöriges System für eine Fernsteuerung eines Audiosystems;
• Fig. 2 schematisch die Signalrelaisanordnung gemäß der Erfindung;
• Fig. 3 die Schaltung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 4 ein optionales Rauschen/Fehler-Unterdrückungsgatter zur Verwendung bei den Ausführungsformen gemäß der Erfindung;
• Fig. 5a und b ein rauschbehaftetes Signal und ein von dem Rausch/Fehler-Unterdrückungsgarter gefiltertes Signal; und
• Fig. 6 ein vereinfachtes Flußdiagramm eines Programms zum Korrigieren von Fehlern.
• Der grundlegende Aufbau gemäß der Erfmdung ist in Figur 2 gezeigt. Eine Anzahl von ferngesteuerten Geräten 1a, 1b und 1c mit zugehörigen Sensoren 5a, 5b und 5c befinden sich in einem ersten Zimmer 3.
• Allerdings befinden sich ihre jeweils zugehörigen Fernsteuereinheiten 7a, 7b und 7c in einem zweiten Zimmer 9, von dem aus die ferngesteuerten Geräte gesteuert werden sollen. Die ferngesteuerten Geräte können Videorekorder, Fernsehgeräte, Radiogeräte, CD-Player etc. sein. Wenn der Benutzer wünscht, eines der ferngesteuerten Geräte anzusteuern, drückt er die entsprechende Taste auf der Fernsteuereinheit, die dann ein entsprechendes Signal abstrahlt. Dieses Signal wird von einem Empfänger 15 aufgenommen und über eine Nachrichtenstrecke 19 zu der Rundfunkeinheit 17 weitergeleitet. Wesentlich ist, daß der Empfänger 15 das Signal von der Fernsteuereinheit einfach in ein elektrisches oder anderes Signal umwandelt, welches zu der Rundfunkeinheit 17 gesendet wird, die dann ihrerseits dieses Signal in ein Signal umsetzt, welches funktionell identisch ist mit dem von der Fernsteuereinheit abgegebenen Signal, und dann das Signal zu dem ferngesteuerten Gerät sendet. Weil die Fernsteuererweiterung das von ihr empfangene Signal in keiner Weise interpretiert, sondern nur ein im wesentlichen identisches Signal noch einmal aussendet, eignet sie sich für ferngesteuerte Geräte und Fernsteuereinheiten beliebiger Hersteller, ohne daß irgendwelche Modifikationen erforderlich sind. Die Fernsteuererweiterung ist vollständig transparent für die gesteuerten Geräte und die steuernden Einheiten. Die Nachrichtenstrecke 19 zwischen den Empfänger- und Sendeeinheiten der Fernsteuererweiterung kann in geeigneter Weise durch das existierende Haushalts-Netzleitungssystem gebildet werden. Weil die Rundfunkeinheit 17 nicht tragbar sein muß, kann sie die benötigte Leistung aufweisen und folglich an irgendeiner Stelle im Zimmer dort angeordnet werden, wo sie nicht stört. Die Rundfunk- und Empfängereinheiten der Fernsteuererweiterung können ihre Leistung über die Netzleitungen des Span nungsnetzes beziehen, welche zur Bildung der Nachrichtenübertragungs strecke herangezogen werden.
• Die in Fig. 3 dargestellte Fernsteuer-Erweiterungseinheit arbeitet erfolgreich bei sämtlichen Infrarot-Fernsteuereinheiten, die eine Signalmodulationsfrequenz von etwa 40 kHz (+/- 4 kllz) und ein Infrarot- Durchlaßband von 980 nm +/- 100 nm verwenden. Da die meisten mittels Infrarot ferngesteuerten Geräte bei diesen Werten arbeiten, laßt sich die Fernsteuererweiterung bei praktisch sämtlichen mittels Infrarot ferngesteuerten Geräten einsetzen.
• Der Empfänger der Fernsteuererweiterung empfängt das Signal unter Verwendung einer handelsüblichen Infrarotdetektoreinheit (GP1U52X). Diese Einheit empfängt das durch eine Form der Impulskodierung, zum Beispiel PWM oder PCM modulierte Infrarotsignal, demoduliert dieses Signal, gibt das unmodulierte Impulssignal aus, jedoch in invertierter Form. Dieses Signal wird noch einmal invertiert und mit einer geeigneten Trägerfrequenz (einer Rechteckwelle) neu-moduliert, welche von einer 555-Timer-Einheit erzeugt wird. Das erhaltene Signal wird dann verstärkt und über die Haus-Netzleitungen an den Sender der Fernsteuererweiterung gegeben, wo es demoduliert wird, beispielsweise unter Verwendung eines 567-Ton-Dekoders, und außerdem bei 40 kHz unter Verwendung eines oben erwähnten 555-Timers neu moduliert wird.
• Der Sender transformiert unter Verwendung von drei Infrarot-LEDs die elektrischen Signale in ein moduliertes Infrarotsignal. Es hat sich gezeigt, daß eine Leuchtdiode des zuerst eingesetzten Typs nicht den entsprechenden Betriebsbereich lieferte. Der Bereich (die Entfernung) von dem Sender zu dem ferngesteuerten Gerät, über den dieses zuverlässig gesteuert werden kann, ist ähnlich oder besser als der Bereich der zugehörigen Fernsteuerung (4-7 m). Mit angemessener Verstärkung lassen sich Arbeitsbereiche von bis zu einigen Mehrfachen des normalen Betriebsbereichs einer Hand-Fernbedienungseinheit erreichen.
• Der Detektor 21 empfängt Infrarotsignale in dem Band (980 +/- 100) nm welches bei 40 +/- 4 kHz moduliert ist. Das empfangene Signal wird einem ICI zugeführt, welches drei NAND-Gatter aufweist. Das empfangene Signal wird beiden Eingängen des ersten Gatters zugeführt, welches folglich das Signal in seine ursprüngliche Polarität zurückverwandelt. Dieses Signal gelangt an einen Eingang des zweiten Gatters, dessen zweiter Eingang ein von einem IC2 erzeugtes Trägerfrequenzsignal empfangt. Das NAND-Gatter führt eine Neu-Modulation des Signals aus und liefert das Endsignal in invertierter Form. Das neumodulierte Signal wird auf beide Eingänge eines dritten NAND-Gatters gegeben, um es noch einmal zu invertieren, und anschließend wird es von einem Transistor Q1 verstärkt und über die Netzleitung 19c den Infrarot-LEDs 23 zwecks Abstrahlung zu dem ferngesteuerten Gerät zugeführt. Verbinder 18 und 20 bereiten das Signal in geeigneter Weise auf zum Einspeisen in die Netzleitung, sie trennen außerdem Sendeeinheit und Empfängereinheit von der Netz-Wechselspannung. Die Einheit 22 demoduliert das über das Netz gesendete Signal, wozu beispielsweise ein 567-Ton-Dekoder verwendet wird, und sie neu-moduliert das Hüllkurvensignal mit 40 kHz unter Verwendung eines 555-Timers und von NAND-Gattern, wie es oben erläutert wurde. Widerstände R1 und R2 und ein Kondensator C1 dienen zur Einstellung der Frequenz des von dem IC2 erzeugten Signals, während das IC3 ein Leistungsregelteil ist, damit der Schaltung die richtige Versorgungsspannung zugeführt wird. Die Werte der Widerstände R3 und R4 hängen von dem verwendeten Transistor Q1 ab. Ersichtlich können weitere Rundfunkeinheiten an weiteren Stellen hinzugefügt werden, wenn der Wunsch besteht, Geräte an mehr als einer Stelle zu steuern, und es können weitere Empfängereinheiten hinzugefügt werden, um die Signale wunschgemäß einer oder mehreren Rundfunkeinheiten zuzuleiten. Eine Fernsteuer-Erweiterungs einheit kann außerdem Signale weiterleiten, die von einer anderen Fernsteuer-Erweiterung empfangen werden.
• Die von dem IC2 erzeugte Trägerfrequenz läßt sich variieren (durch Ändern von R2), damit mehrere Einheiten in enger Nachbarschaft (z.B. bezüglich des nächsten Hauses) arbeiten können, ohne daß die Signale der anderen Einheit gestört werden. In dieser Situation stellt R2 das dar, was üblicherweise als Haus-Code bezeichnet wird.
• Mit dem oben beschriebenen System werden zufallsbedingte Infrarotsignale, hervorgerufen durch Lampen, Heizgeräte oder andere elektrische Signale, von den Empfängern aufgenommen, moduliert und von der Rundfunkeinheit abgestrahlt. Dies hat keinen Einfluß auf die ferngesteuerten Geräte, weil diese mit geeigneten Filtern ausgestattet sind, um Rauschen zu beseitigen und folglich die Streu-Emissionen seitens der Rundfunkeinheit der Fernsteuer-Erweiterung ignorieren, genauso, wie sie andere zufallsbedingte Infrarotsignale ignorieren. In einer rauschbehafteten Umgebung allerdings, oder dann, wenn zahlreiche Empfänger verwendet werden, kann das resultierende Rauschen möglicherweise die Funktionsweise der Fernsteuererweiterung schwerwiegend beeinträchtigen.
• Eine modifizierte Version enthält daher ein Schieberegister und ein Gatter zwischen dem Infrarot-Detektor/Demodulator 21 und dem IC1. Das dekodierte Signal wird in das Schieberegister eingegeben, welches mit einer geeigneten Frequenz getaktet wird, und gelangt dann durch das Gatter zu dem IC1. Das Gatter wird von einer Logikschaltung gesteuert, welche den Inhalt des Schieberegisters überwacht, und die das Gatter nur dann öffnet, wenn ein Steuersignal erkannt wird. Das Kriterium zum Erkennen eines solchen Steuersignals über dem Rauschen ändert sich entsprechend der Implementierung, kann jedoch Anforderungen bezüglich der Lauflänge der Bits hohen Pegels in dem Register oder der Anzahl von hohen Bits enthalten.
• In einer verbesserten Ausfiihrungsform der Fernsteuer-Erweiterung wurde ein Rauschunterdrückungsgatter zwischen den Ausgang des ersten NAND-Gatters des IC1 und einem Eingang des zweiten Gatters eingefügt.
• Das Rauschunterdrückungsgatter enthält ein Schieberegister IC4, welches mit einem pulsmoduliertem Signal gespeist und mit einer Periodendauer getaktet wird, die (um einen Faktor von etwa 5 bis 30) kürzer ist als die Länge des kürzesten zulässigen Signalimpulses. Vier mit jeweils vier Eingängen versehene NAND-Gatter 25a-d sind mit den Bits 0 bis 3, 1 bis 4, 2 bis 5 und 3 bis 6 des Schieberegisters verbunden. Wenn ein Impuls mit einer Länge von vier Taktzyklen in das Register gelangt, werden hierdurch UND-Gatter 25a - 25d ausgelöst, während sich der Impuls durch das Register hindurchbewegt. Die Ausgänge der UND- Gatter 25a - d werden von einem ODER-Gatter 27 oder-verknüpft, so daß der Ausgang des ODER-Gatters während vier Taktzyklen einen hohen Pegel hat. Ein längerer Impuls triggert jedes UND-Gatter mehr als einmal, und das ODER-Gatter 27 ist dann während einer entsprechenden Zeitdauer auf hohem Pegel. Ein Impuls, der kürzer als vier Zyklen ist, triggert keines der UND-Gatter und wird von dieser Schaltung also nicht ausgegeben.
• Da Rauschimpulse üblicherweise kürzer sind als echte Signalimpulse, lassen sich durch geeignete Wahl der Taktperiode des Schieberegisters Rauschimpulse zurückweisen, während echte Impulse durchgelassen werden. Fig. 5a und 5b veranschaulichen dies. Fig. 5a zeigt das rauschbehaftete Eingangssignal, Fig. 5b zeigt das bereinigte Ausgangssignal.
• Eine weitere verbesserte Rausch/Fehler-Korrektureinrichtung wird dadurch gebildet, daß das unmodulierte Signal mit einem Analog-Digital- Wandler verbunden wird, welcher an einen Rechner angeschlossen ist. Ein Rechnerprogramm kann dann die Signale überwachen, das Rauschen ausfiltern und das bereinigte Signal einem Digital-Analog-Wandler zu führen, der ein analoges elektrisches Signal neu-bildet. Fig. 6 veranschaulicht ein Beispiel für ein Rechnerprogramm-Flußdiagramm, um dies zu erreichen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Erweitern des wirksamen Betriebsbereichs einer einen Infrarotsender aufweisenden Infrarot-Fernsteuereinheit und eines gesteuerten Geräts mit einem Infrarot-Empfänger, der von dem Infrarotsender entfernt ist, umfassend:

eine erste Relaisstation (15), die im Gebrauch in dem Betriebsbereich der Fernsteuereinheit angeordnet wird und aufweist:

eine Einrichtung (21) zum Empfangen eines modulierten Infrarotsignals und zum Erzeugen eines dafür repräsentativen elektrischen Signals,

eine Einrichtung (21) zum Demodulieren des elektrischen Signals und zum Erzeugen eines unmodulierten elektrischen Signals, welches repräsentativ ist für die Hüllkürve des Infrarotsignals,

eine Einrichtung (IC4, 2, 5A-D, 27) zum Korrigieren von Fehlern, um ein saubereres unmoduliertes elektrisches Signal zu bilden,

eine Einrichtung zum Bilden eines neu-modulierten Signals, welches repräsentativ ist für das sauberere unmodulierte Signal, und

eine Einrichtung (18, 20), die auf das neu-modulierte elektrische Signal anspricht, um es über ein Netzleitungssystem zu senden, und

eine zweite Relaisstation (17), die im Gebrauch physisch nahe des gesteuerten Geräts angeordnet wird, und die aufweist:

eine Einrichtung (20) zum Empfangen des neu-modulierten elektrischen Signals von dem Netzleitungssystem und zum Erzeugen eines dafür repräsentativen, unmodulierten elektrischen Signals,

eine Einrichtung (22) zum Modulieren des unmodulierten elektrischen Signals mit einer Trägerfrequenz, die flir das gesteuerte Gerät geeignet ist, um dadurch ein moduliertes Signal zu bilden, welches repräsentativ ist für das unmodulierte elektrische Signal, und

eine Einrichtung (23), die auf das modulierte elektrische Signal anspricht, um ein flir dieses repräsentatives Infrarotsignal zu dem gesteuerten Signal zu senden;

wobei die Einrichtung zum Empfangen des Infrarotsignals einen Infrarot-Photodetektor aufweist, und

der Infrarotsender einen Infrarot-Emitter aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspmch 1, umfassend eine Mehrzahl erster Relaisstationen (15), wobei die zweite Relaisstation (17) dazu ausgebildet ist, Signale von irgendeiner der mehreren ersten Relaisstationen zu empfangen, die sich an unterschiedlichen ersten Stellen befinden können.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend eine Mehrzahl zweiter Relaisstationen (17), die dazu ausgebildet sind, Signale von irgendeiner ersten Relaisstation (15) zu empfangen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die Einrichtung zum Korrigieren von Fehlern ein Schieberegister (1C4) aufweist, dem das unmodulierte Hüllkurvensignal zugeführt wird, ferner eine Gatteranordnung (25A-D, 27), die an die Stufen des Schieberegisters angeschlossen ist, wobei die Gatteranordnung derart ausgebildet ist, däß sie ein hohes Ausgangssignal dann liefert, wenn eine vorbestimmte Anzahl oder eine Kombination der Stufen des Schieberegisters einen hohen Pegel aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Einrichtung zum Korrigieren von Fehlern einen Analog-Digital-Wandler, eine Prozessoreinrichtung und einen Digital-Analog-Wandler aufweist.