EP0125624B1 - Dispositif de transmission électromagnétique d'un événement en milieu perturbé - Google Patents
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- EP0125624B1 EP0125624B1 EP84105246A EP84105246A EP0125624B1 EP 0125624 B1 EP0125624 B1 EP 0125624B1 EP 84105246 A EP84105246 A EP 84105246A EP 84105246 A EP84105246 A EP 84105246A EP 0125624 B1 EP0125624 B1 EP 0125624B1
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Definitions
- the invention relates to a device for transmitting electromagnetically in a disturbed environment a sporting event comprising in particular the start of a race, said event being defined by the time t e at which it occurred, device comprising a transmitting means capable of transmitting a train of pulses consecutive to said event, each of the pulses of said train being assigned a distinctive sign making it possible to locate it in time ( ⁇ T) with respect to said event, and a receiving means capable of detecting the first undisturbed pulse of said train which, in consideration of the time th existing at the time of this detection, makes it possible to restore the value of the time t e at which said event occurred.
- the radio link does not, however, have only advantages. It is particularly affected by disturbances which can be significant enough to prevent the safe transmission of events. We are thinking here particularly of atmospheric disturbances or those caused by neighboring transmitters. Such disturbances can prevent the transmission of an event that occurs only once. It will be understood that if this event is characterized for example by the time of arrival of a runner, as found in sports timing, this time will be irretrievably lost.
- Author's certificate SU-A-183 413 proposes to improve the safety of radio transmission of the firing instant of a charge used in seismic research.
- the system is based on the transmission of signals triggered by the load and coded in series, the coding changing every second. Thus, as soon as one of the signals is received correctly, the instant of ignition can be evaluated.
- the present invention proposes to remedy the drawbacks mentioned above by using the means which appear in the claims.
- FIG. 1 is a block diagram of the transmitter according to the invention.
- This transmitter is generally located near the event which, when it occurs at the time t e to be determined, closes the switch 1.
- the switch 1 can be in the form of a light barrier or an electromechanical gate.
- the electrical pulse emitted by the switch 1 switches the flip-flop 2 which then has a level 1 at its output Q.
- the AND gate 3 receives on its first input the output signal of a time base 4 and on its second input, the signal from the output Q of the flip-flop 2 so that the signal from the time base 4 can pass the AND gate 3 when the output Q is at level 1.
- the clock pulses CP in coming from time base 4 and present at the output of the gate AND in turn control a counter 5 which delivers at its output 7 second pulses spaced from each other by predetermined and equal periods T, fixed by the counter 5
- these second pulses represent a repetition of the first pulse, triggered by the event, and are defined in time by the intervals ⁇ T 1 , ⁇ T 2 , ... ⁇ T i , ... ⁇ T n which separate them from the first impulse.
- the frequency of the time base was chosen at 10 kHz.
- the first of the second pulses following the first trigger pulse is spaced from the latter by one tenth of a second.
- the second pulses are also spaced apart from one tenth of a second.
- the counter 5 will transmit on its output 7 a pulse out of 1000 received at its input CP.
- the event which occurred when the switch 1 was closed will be repeated every tenth of a second.
- a per-. electromagnetic turbation lasts only a few tenths of a second, we can think that during a transmission which lasts one second, at least one of the ten pulses emitted will be taken into account by the receiver.
- the transmitter 5 will produce, after having sent ten pulses, a reset command by line 6 which will act on the counter itself and on the flip-flop 2. As a result, the Q output will go to zero and block the AND gate 3.
- the diagram in Figure 3 explains graphically how is organized what has been described above.
- the signals of the time base 4 are represented on line 9 ′ of the diagram.
- the event closing the switch 1 is represented by the rising edge of the pulse 8 shown in line 10 of the diagram.
- the output Q of the flip-flop goes to state 1 and remains there for a predetermined period T e , as shown in line 11 of the diagram.
- the pulses of time base 4 then pass the AND gate 3 and are represented on line 12.
- the pulses of line 12 and the state 1 of the output Q of the flip-flop 2 shown on line 11 are maintained until 'at the arrival of the rising edge of the pulse 16 (shown in line 13) which is the reset signal from line 6 of Figure 1.
- the encoder 20 also comprises a UART (universal asynchronous receivertransmitter) circuit, for example of the RCA 1854 type, which transforms the parallel coded signal received from the divider by ten into a signal coded in series.
- a UART universal asynchronous receivertransmitter
- the encoder 20 also comprises a UART (universal asynchronous receivertransmitter) circuit, for example of the RCA 1854 type, which transforms the parallel coded signal received from the divider by ten into a signal coded in series.
- the transmitter device of FIG. 1 is further supplemented by a transmitter system 21, the carrier of which is radiated by the antenna 23. It will be noted that the carrier will generally be located in bands extending from 180 to 470 MHz or even in the " citizen-band "(27 MHz).
- the carrier of the transmitter is modulated by the signal from the encoder 20.
- FIG 2 is a block diagram of the event receiver emitted by the transmitter which has been discussed in connection with Figure 1.
- the electromagnetic waves are picked up by the antenna 25 and the receiver itself 26 which brings to its output 36 a demodulated signal.
- this signal is introduced into a decoder 27 which, on the one hand, selects from among all the signals received the first undisturbed pulse (and therefore carrying complete information) and, on the other hand, assigns to said pulse a value of OT interval, in response to the distinguishing sign it bears.
- This value is transmitted to an arithmetic unit 30 by the line 29.
- the decoder 27 can be a UART circuit of the same type as that already mentioned with respect to the encoder 20.
- arithmetic unit 30 receives by line 28 the signal from a master clock 35 giving for example the current time of day th, Knowing now at what time of day t ,, the time interval OT, has been transmitted, we can calculate the time of day t e at which the event occurred by performing the subtraction using the arithmetic unit 30:
- a first important advantage can be drawn from the device which has just been described: that of ensuring perfect security for the transmission of the event which, it should be remembered, takes place only once. Thus, the repetition of the data resulting from the event will allow at least one of the transmitted pulses to reach the receiver, pulse which once decoded will indicate precisely the time of day of the event.
- time base 4 a simple non-thermocompensated quartz oscillator.
- Such an oscillator is very inexpensive and its drift is of the order of 100 seconds / day.
- the transmission time of an event can last approximately one second. If during one day (86,400 seconds) the oscillator drift is 100 seconds, this same drift will only be 100 / 86,400, or 0.0012 seconds over the considered period of 1 second.
- the first valid pulse received by the receiver is the tenth of a train of pulses each spaced by a tenth of a second, the error made will not exceed one thousandth of a second. This error will of course decrease if the pulse taken into account precedes the tenth pulse.
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Description
- L'invention est relative à un dispositif pour transmettre par voie électromagnétique dans un milieu perturbé un évènement sportif comportant notamment le départ d'une course, ledit évènement étant défini par le temps te auquel il s'est produit, dispositif comportant un moyen émetteur apte à transmettre un train d'impulsions consécutif audit évènement, chacune des impulsions dudit train étant affectée d'un signe distinctif permettant de la situer temporellement (ΔT) par rapport audit évènement, et un moyen récepteur apté à détecter la première impulsion non perturbée dudit train qui, en considération du temps th existant au moment de cette détection, permet de restituer la valeur du temps te auquel s'est produit ledit évènement.
- Lorsqu'il s'agit de transmettre, lors de courses sportives par exemple, des évènements survenant en divers endroits décentralisés en direction d'un lieu central de gestion, on dispose généralement de deux moyens connus: la transmission par câbles ou la transmission par voie électro- magétique.
- Un exemple du premier cas est exposé dans le brevet CH 621 915 où des organes périphériques sont reliés par l'intermédiaire d'un module électronique à un organe central de contrôle de fonctionnement et d'exploitation des informations par l'intermédiaire d'un câble bifilaire commun et unique. L'idée exprimée dans le brevet cité permet d'éviter un câblage lourd et très cher, surtout dans les installations volantes. Dans le cas cependant où une grande distance sépare les évènements à mesurer du lieu central de gestion - courses de ski ou d'orientation par exemple - il peut être avantageux de transmettre lesdits évènements par voie électromagnétique (ondes hertziennes, lumineuses ou infrarouges). On évite ainsi d'avoir à poser de longues lignes exposées par ailleurs à des coupures accidentelles. Même dans un circuit se déroulant dans un cercle relativement étroit, un tel système peut être avantageux puisqu'il supprime tout un temps de préparation et de rangement.
- La transmission d'évènements sportifs par voie électromagnétique est connue du brevet US―A―3 651 507. Dans ce document le départ de la course est donné par un signal audible, un sifflet par exemple, qui actionne simultanément un émetteur. Le signal issu de l'émetteur est reçu par un récepteur pourvu d'une antenne et d'un système d'affichage piloté par une horloge.
- La liaison radio, connue du document cité ci-dessus, n'a cependant pas que des avantages. Elle est notamment affectée de perturbations qui peuvent être suffisamment importantes pour empêcher une transmission sûre des évènement. On pense ici particulièrement aux perturbations atmosphériques où à celles provoquées par des émetteurs voisins. De telles perturbations peuvent empêcher la transmission d'un évènement qui ne se produit qu'une seule fois. On comprendra que si cet évènement est caractérisé par exemple par le temps d'arrivée d'un coureur, comme on le trouve en chronométrage sportif, ce temps sera irrémédiablement perdu.
- Pour surmonter cette difficulté, on a proposé de répéter plusieurs fois l'envoi du message et ceci suffisamment longtemps pour qu'on soit assuré de sa réception. Dans le cas où ce message contient essentiellement le temps auquel se produit l'évènement, on va répéter ce temps cinq, dix ou vingt fois, cette valeur restant toujours la même. Si par temps, on entend ici le temps donné par une horloge mère - qui peut être calée sur l'heure du jour donnée par l'horloge parlante par exemple - située à l'endroit où a lieu l'évènement, il sera nécessaire de disposer d'une base de temps extrêmement précise si l'on veut être en mesure, dans une course sportive, de départager les concurrents. En effet, le temps mis à parcourir une distance donnée se déduit de la différence existant entre l'heure de départ et l'heure d'arrivée. Il s'ensuit que chacun des postes de départ et d'arrivée devront être équipés d'horloges très précises, au besoin synchronisées entre elles.
- On peut fixer lés idées par un exemple. Le laps de temps qui sépare le départ du premier coureur de l'arrivée du dernier coureur est, pour une compétition donnée, de deux heures. Pendant ces deux heures on souhaite que l'heure donnée par l'horloge du poste de départ et l'heure donnée par l'horloge du poste d'arrivée ne divergent pas de plus d'un millième de seconde. Dans ces conditions, la précision exigée de chacune des horloges sera de 0,001 . 24/2 = 0,012 seconde par jour. Une telle précision ne peut être atteinte qu'au moyen d'un dispositif sophistiqué et cher qui, de plus, devra être stabilisé en température de -20°C à +60°C.
- Le certificat d'auteur SU-A-183 413 propose d'améliorer la sûreté de transmission par radio de l'instant de mise à feu d'une charge utilisée en recherche sismique. Le système est basé sur la transmission de signaux déclenchés par la charge et codés en séries, le codage changeant chaque seconde. Ainsi, dès qu'un des signaux est reçu correctement, on peut évaluer l'instant de mise à feu.
- Hormis le fait que ce document ne mentionne pas l'utilisation d'un tel système appliqué au ' chronométrage de courses sportives, il n'envisage pas non plus ni ne suggère que les signaux codés sont arrangés pour porter, en plus des indications les situant dans le temps par rapport à l'évènement, des indications permettant d'identifier chacun des coureurs qui prennent part à la compétition. Par ailleurs, si l'on se réfère au dernier alinéa de la colonne 1 du document cité, on peut lire que le générateur 1 présenté en figure 1 est stabilisé par un quartz, ce qui indique que dans ce système c'est l'émetteur qui porte la base de temps et que le récepteur en est dépourvu (voir aussi dernier alinéa de la colonne 3), contrairement à ce qui va être décrit dans la présente invention où l'émetteur se contente d'un oscillateur peu précis et où le récepteur porte lui une base de temps de précision.
- Lorsque plusiers coureurs prennent part simultanément à une même course, il est nécessaire de les identifier pour pouvoir leur attribuer le résultat qui leur appartient en propre. Pour cela une installation qui utilise également la transmission radio est décrite dans le document EP―A―0074330. Cette installation permet l'identification et la détermination de l'instant de passage d'une pluralité de mobiles en un point déterminé de leur trajectoire. Dans ce document un dispositif est embarqué sur chaque mobile qui comporte des moyens pour émettre un signal d'identification sous forme de code. Cependant cette installation ne propose aucun moyen propre à assurer une transmission sûre dans un milieu qui serait perturbé par des parasites radioélectriques.
- La présente invention se propose de remédier aux inconvénients cités ci-dessus en faisant appel aux moyens qui apparaissent dans les revendications.
- L'invention sera comprise maintenant à la lumière de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et illustrée par les dessins dans lesquels:
- La figure 1 montre un schéma de principe de l'émetteur d'évènements selon l'invention.
- La figure 2 montre un schéma de principe du récepteur d'évènement émis par l'émetteur de la figure 1.
- La figure 3 est un diagramme qui fait état des impulsions émises par l'émetteur et qui montre comment sont formées lesdites impulsions.
- La figure 4 présente une variante qui indique comment sont transmis plusieurs évènements -à partir du même émetteur.
- La figure 1 est un schéma de principe de l'émetteur selon l'invention. Cet émetteur se trouve situé généralement à proximité de l'évènement qui, lorsqu'il se produit au temps te qu'il s'agit de déterminer, ferme l'interrupteur 1. On prévoit autant d'émetteurs que de points de mesure et, s'il s'agit d'une compétition sportive, on équipera au moins la ligne de départ et la ligne d'arrivée d'un tel dispositif. L'interrupteur 1 peut se présenter sous la forme d'une barrière lumineuse ou d'un portillon électromécanique. L'impulsion électrique émise par l'interrupteur 1 fait basculer le flip-flop 2 qui présente alors un niveau 1 à sa sortie Q. La porte ET 3 reçoit sur sa première entrée le signal de sortie d'une base de temps 4 et sur sa seconde entrée le signal issu de la sortie Q du flip-flop 2 de telle sorte que le signal de la base de temps 4 peut passer la porte ET 3 quand la sortie Q se trouve au niveau 1. Les impulsions d'horloge CP en provenance de la base de temps 4 et présentes à la sortie de la porte ET commandent à leur tour un compteur 5 qui délivre à sa sortie 7 des secondes impulsions espacées les unes des autres par des périodes prédéterminées et égales T, fixées par le compteur 5. Ainsi ces secondes impulsions représentent une répétition de la première impulsion, déclenchée par l'évènement, et se trouvent définies dans le temps par les intervalles ΔT1, ΔT2, ... ΔTi, ... ΔTn qui les séparent de la première impulsion.
- Dans un exemple pratique, la fréquence de la base de temps a été choisie à 10 kHz. La première des secondes impulsions qui suit la première impulsion de déclenchement est espacée de cette dernière d'un dixième de seconde. Les secondes impulsions sont également espacées entre elles d'un dixième de seconde. Dans ce cas, le compteur 5 émettra sur sa sortie 7 une impulsion sur 1000 reçues à son entrée CP. Ainsi, dans cet exemple, l'évènement qui s'est produit à la fermeture de l'interrupteur 1 va être répété tous les dixièmes de seconde. Comme l'expérience montre qu'une per- . turbation électromagnétique ne dure que quelques dixièmes de seconde, on peut penser que pendant une transmission qui dure une seconde, l'une au moins des dix impulsions émises sera prise en compte par le récepteur. Aussi, dans l'exemple choisi, l'émetteur 5 produira-t-il, après avoir émis dix impulsions, un ordre de remise à zéro par la ligne 6 qui agira sur le compteur lui-même et sur le flip-flop 2. De ce fait, la sortie Q passera à zéro et bloquera la porte ET 3.
- Le diagramme de la figure 3 explique graphiquement comment est organisé ce qui a été décrit plus haut. Les signaux de la base de temps 4 sont représentés sur la ligne 9'du diagramme. L'évènement fermant l'interrupteur 1 est représenté par le flanc de montée de l'impulsion 8 représentée à la ligne 10 du diagramme. A ce moment, la sortie Q du flip-flop passe à l'état 1 et s'y maintient pendant une période prédéterminée Te, ce que montre la ligne 11 du diagramme. Les impulsions de la base de temps 4 passent alors la porte ET 3 et sont représentées à la ligne 12. Les impulsions de la ligne 12 et l'état 1 de la sortie Q du flip-flop 2 montré sur la ligne 11 sont maintenus jusqu'à l'arrivée du flanc de montée de l'impulsion 16 (représentée à la ligne 13) qui est le signal de remise à zéro issu de la ligne 6 de la figure 1. Ces impulsions attaquent le compteur 5 qui est arrangé pour ne produire sur sa sortie 7 que quelques-unes de celles-ci 15 à périodes prédéterminées et égales T, pour obtenir au bout du compte Te = n · Ti comme le montre la ligne 14.
- Comme on suppose le canal de transmission affecté de parasites, il est clair qu'à réception du signal de la ligne 14, il va manquer une ou plusieurs impulsions 15 de telle sorte que le récepteur sera incapable de discerner si la première impulsion reçue est celle se produisant à ΔT1 ou à AT2 ou encore à AT, après le signal émis par l'évènement. Il est donc nécessaire d'affecter chacune des impulsions 15 d'un signe distinctif permettant de la. situer temporellement par rapport à l'évènement. Cette affectation est mise en oeuvre par le codeur 20 représenté en figure 1. Ce codeur va par exemple doter d'un numéro d'ordre chaque impulsion 15 reçue à son entrée, numéro d'ordre codé en binaire. Ceci est réalisé très simplement au moyen d'un diviseur par dix contenant quatre flip-flops qui donnent à leurs sorties un code binaire parallèle disponible sur quatre fils. Le codeur 20 comprend encore un circuit UART (universal asynchronous receivertransmitter), par exemple du type RCA 1854, qui transforme le signal codé en parallèle reçu du diviseur par dix en un signal codé en séries. Ainsi, grâce à ce système, l'identification de chaque impulsion permet de savoir quel intervalle de temps AT, la sépare du flanc de montée de la première impulsion 8 provoquée par l'évènement. On dispose donc à la sortie du codeur 20 non seulement du train d'impulsions 15 mais des intervalles AT, qui vont permettre, comme on le verra plus loin, d'attribuer un temps te à l'évènement qui vient de se passer. On fait remarquer que d'autres systèmes pourraient être choisis pour distinguer entre elles chacune des impulsions 15. Par exemple on pourrait avoir pour chacune des impulsions une largeur différente ou encore les affecter chacune d'un signal basse fréquence différent.
- Le dispositif émetteur de la figure 1 est complété encore d'un système émetteur 21 dont la porteuse est rayonnée par l'antenne 23. On notera que porteuse se situera généralement dans des bandes s'étendant de 180 à 470 MHz ou encore dans la "citizen-band" (27 MHz). La porteuse de l'émetteur est modulée par le signal issu du codeur 20.
- On a insisté jusqu'ici sur la transmission d'évènements au moins définis par les temps auxquels ils se produisent. Il se pourrait cependant qu'on veuille profiter de cette transmission pour adjoindre aux impulsions émises d'autres données comme par exemple le numéro de dossard d'un coureur et le lieu où se trouve ce même coureur (départ, poste intermédiaire, arrivée). On peut donc en complément adjoindre un dispositif d'adressage 24 qui peut être un clavier à touches dont les données sont alors transmises au codeur 20.
- La figure 2 est un schéma de principe du récepteur d'événements émis par l'émetteur dont il a été question à propos de la figure 1. Les ondes électromagnétiques sont captées par l'antenne 25 et le récepteur proprement dit 26 qui porte à sa sortie 36 un signal démodulé. ce signal est introduit dans un décodeur 27 qui, d'une part, sélectionne parmi tous les signaux reçus la première impulsion non perturbée (et portant par conséquent une information complète) et, d'autre part, attribue à ladite impulsion une valeur d'intervalle OT, en réponse au signe distinctif qu'elle porte. Cette valeur est transmise à une unité arithmétique 30 par la ligne 29. Le décodeur 27 peut être un circuit UART du même type que celui déjà mentionné à propos du codeur 20. De plus, on s'arrange pour empêcher la transmission d'autres valeurs d'intervalles qui pourraient suivre la première valuer considérée comme valide. La même unité arithmétique 30 reçoit par la ligne 28 le signal d'une horloge mère 35 donnant par exemple l'heure du jour courante th, Connaissant maintenant à quelle heure du jour t,, l'intervalle de temps OT, a été transmis, on peut calculer l'heure du jour te à laquelle s'est produit l'évènement en effectuant au moyen de l'unité arithmétique 30 la soustraction:
- Un premier avantage important peut être retiré du dispositif qui vient d'être décrit: celui d'assurer une sécurité parfaite à la transmission de l'évènement qui, rappelons-le, n'a lieu qu'une seule fois. Ainsi, la répétition de la donnée issue de l'évènement permettra au moins à l'une des impulsions transmises de parvenir au récepteur, impulsion qui une fois décodée indiquera avec précision l'heure de jour de l'évènement.
- Un second avantage non moins important réside dans l'utilisation de matériels bien moins sophistiqués et donc bien meilleur marché, comme cela va être expliqué maintenant.
- Contrairement à ce qui a été mentionné dans le préambule où il était envisagé de transmettre l'heure du jour directement d'horloges placées au lieu de l'évènement, on vient de décrire un système qui, selon l'invention, met en ouvre une seule horloge précise située au poste récepteur de tous les évènements provenant de postes émetteurs périphériques. Ici, chacun des postes émetteurs est équipé d'une base de temps qui n'a pas besoin d'être très précise.
- Pour prendre un exemple, on utilisera comme base de temps 4 (voir figure 1) un simple oscillateur à quartz non thermocompensé. Un tel oscillateur est très bon marché et sa dérive est de l'ordre de 100 secondes/jour. Or, dans un exemple cité plus haut, on a expliqué que le temps de transmission d'un évènement peut durer environ une seconde. Si pendant un jour (86'400 secondes) la dérive de l'oscillateur est de 100 secondes, cette même dérive ne sera que de 100/86'400, soit 0,0012 seconde sur la période considérée de 1 seconde. Ainsi, si la première impulsion valide reçue par le récepteur est la dixième d'un train d'impulsions espacées chacune d'un dixième de seconde, l'erreur commise ne dépassera pas le millième de seconde. Cette erreur diminuera bien sûr si l'impulsion prise en compte précède la dixième impulsion.
- Il est donc clair que la transmission répétée d'un évènement au moyen d'impulsions portant la référence de l'écart qui les sépare de l'évènement lui-même non seulement assure une transmission en toute sécurité mais encore autorise l'utilisation d'un appareillage peu coûteux. Si l'utilisation d'un tel dispositif est particulièrement bienvenue pour le chronométrage d'évènements sportifs, il est évident qu'elle peut être envisagée toutes les fois où il d'agit d'identifier dans le temps un évènement quel qu'il soit.
- On mentionnera aussi que pendant la période prédéterminée TE (figure 3) on pourrait transmettre plusieurs évènements au lieu d'un seul. Cette situation apparaît dans la figure 4. Ici les évènements 31, 32 et 33 sont répétés de la même façon que cela a été décrit plus haut. Pour éviter des chevauchements possibles, on s'arrange pour décaler les impulsions de répétition l'une par rapport à l'autre. Dans l'exemple montré au graphique, il est évident que si l'on ne prenait pas de précaution et si l'on répétait chacun des trois évènements tous les dixièmes de seconde la deuxième répétition de l'évènement 32 (= 32") coïnciderait avec la première répétition de l'évènement 33 (= 33'). Pour remédier à cet inconvénient, on a répété l'évènement 33 pour la première fois seulement 0,125 seconde après son avènement. Ceci nécessite naturellement un codage et un décodage supplémentaire mais qui ne présentent pas de difficulté si l'on suit l'idée générale énoncée selon la présente invention.
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