EP0552323B1 - Übertragungsverfahren für ein infrarot-fernsteuersystem - Google Patents

Übertragungsverfahren für ein infrarot-fernsteuersystem Download PDF

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EP0552323B1
EP0552323B1 EP92910170A EP92910170A EP0552323B1 EP 0552323 B1 EP0552323 B1 EP 0552323B1 EP 92910170 A EP92910170 A EP 92910170A EP 92910170 A EP92910170 A EP 92910170A EP 0552323 B1 EP0552323 B1 EP 0552323B1
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EP
European Patent Office
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burst
key
transmission
repeat
transmitter
Prior art date
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EP92910170A
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English (en)
French (fr)
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EP0552323A1 (de
Inventor
Markus Thaler
Urs Jost
Stefan Sigrist
Peter Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Feller AG
Original Assignee
Feller AG
Schneider Electric GmbH
Schneider Electric SE
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Publication date
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Priority claimed from CH160091A external-priority patent/CH682027A5/de
Priority claimed from CH159791A external-priority patent/CH683054A5/de
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
    • G08C19/16—Electric signal transmission systems in which transmission is by pulses
    • G08C19/28—Electric signal transmission systems in which transmission is by pulses using pulse code
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C23/00—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems
    • G08C23/04—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems using light waves, e.g. infrared
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/175—Controlling the light source by remote control
    • H05B47/19—Controlling the light source by remote control via wireless transmission
    • H05B47/195—Controlling the light source by remote control via wireless transmission the transmission using visible or infrared light

Definitions

  • the present invention relates to a transmission method for an infrared remote control system for the transmission of data sequences or telegrams by long and short key presses on a keyboard, between a transmitter and a receiver where the keyboard's different key presses are interpreted become.
  • Pseudo-continuous processes for example the sequential running through of a A series of discrete control values are conventionally used during a Key press, for example in the case of remote control by transmission of a Commands per step, or by transmitting a few commands, whereby the non - arrival of a command during a certain time as the end of the Key interpretation is interpreted, or by transferring the beginning and end controlled by pressing the button.
  • Data sequences i.e. Data which are represented by on or off states are so-called Transmission protocols used.
  • a station sends such Data sequences for example with the help of high-frequency waves, and a The receiving station evaluates the received data sequences, for which it uses the transmission protocol must know. This essentially defines the shape and the Content of the transferred data and makes it evaluable.
  • Such protocols are known in a variety and are used throughout Data transmission technology used. The large number of different protocols is mainly explained by the variety of uses, such as Data transmission of computer information or pure control information for apparatus. In particular, data security, integrity and transmission speed are decisive influencing factors, some of which hinder each other. The transmission medium must also be taken into account.
  • Such a transmission system is for example in the essay titled "PCM remote control chips detect transmission errors" by G. Torelli et al. (Electronic Engineering, Vol. 55, No. 676, April 1983, London, pages 41 to 47).
  • the basis of this known transmission system is fixed predetermined transmission frequency with the start pulse, addresses, Commands and stop pulses are transmitted. So the response times this system in a manner appropriate for the user Frame, the transmission frequency is correspondingly high choose. But this is also the one for the transmission necessary energy accordingly high.
  • the object of the invention is to find a transmission method that with a minimum number of commands a safe transmission of a long key press guaranteed, the end of the key press if possible should be recognized exactly, and that only requires a limited amount of energy.
  • this object is achieved in that from the time of pressing until the time of Letting go of a button repeats repeat signals R transmitted by the transmitter are provided the key is pressed for a minimum duration TW, the release of the key immediately generating a changeover signal S. and ends the transmission of the repeat signals R, that if the duration is short, the duration does not exceed TW a key only the switch signal (S) is sent is, this switching signal (S) immediately after when the button is released, and that is for transmission the repetition and switching signals R and S a burst pause modulation method is provided in the transmitter, the number of burst periods per burst packet Duration TB, and the burst distances TAO, TA1 ... are selected such that during the Breaks in spite of a power supply with low voltage and capacity the necessary energy and voltage amplitude is provided for the transmission.
  • a preferred embodiment of the invention is characterized in that a circuit is provided which the absence of a receiving device Repeat command is not interpreted as the end of the key press but only as an interruption.
  • Another preferred embodiment of the invention is characterized in that the first repeat signal after pressing the key longer than 400 milliseconds is transmitted and at intervals of at most 1 second is repeated until the button is released.
  • a special, preferred embodiment of the invention is characterized by this from the fact that a circuit is provided in the receiver, which after receiving a Repeat signals during at least the interval of the repeat signals one Number of discrete control signals generated.
  • the transmission method according to the invention can be used with the aid of a long button press on the transmitter, for example several seconds, reliably control pseudo-continuous processes. If the When the repeat signal is received, the process is not aborted, but only interrupted, and can continue when repeat signals are received again become. In this way, for example, in a light control device Dimming process, which is initiated and continued with a long button press is not due to the interruption of the transmission signal, for example temporary coverage of the transmitter-receiver connection broken off, but only interrupted. As soon as further repeat signals are received, the dimming process is continued in the original direction. When you let go The button is, for example, a changeover signal as a separate command for light control sent out.
  • This changeover signal marks the end of the straight ongoing process, for example the described dimming process.
  • the direction of the dimming function can be reversed, and the The next repeat signals received cause one to the original direction opposite dimming effect.
  • the preferred embodiments of the invention stipulate that 16 periods are used per burst packet, and the The interval between breaks is at least 10 times the burst packet length.
  • Another preferred embodiment provides that four different ones Information units with four different burst distances are used, one unit of information each to indicate the start or of the end the data sequence and to represent states 0 and 1.
  • the method according to the invention enables telegrams or Data sequences also reliably with transmitters with weak energy supply transfer. It is now possible that the transmitter is on during burst intervals Energy storage refreshes to the next burst package with enough To send out performance. The energy storage therefore no longer has to be this large be dimensioned to ensure uninterrupted transmission power.
  • Smaller sized energy stores are also in the dimensions and Weight noticeably less than larger energy storage devices, which is particularly useful for Handheld transmitters have reduced dimensions and lighter weight, making them one means greater ease of use.
  • the block diagram of the transmitter 10 is shown in FIG.
  • the transmitter 10 is for Example an infrared transmitter for controlling various electrical consumers, such as lighting fixtures, audio devices, window blinds.
  • the transmitter 10 consists of a keyboard 12, a first microprocessor or ASIC 14, a supply 16, an address preselector 18 and a transmission stage 20.
  • the supply 16 is switched on first control signal S1 of the keyboard 12 is activated and builds for the microprocessor or ASIC 14 and for driving the transmission diode D2 of the transmission stage 20 necessary supply voltage VS on.
  • the microprocessor or ASIC 14 starts up and takes over control of the feed 16 with a second control signal S2.
  • the output signal T5 of the keyboard 12 is read in by the microprocessor or ASIC 14, and indicates which key on the keyboard 12 was pressed.
  • the first control signal S1 and the second control signal S2 become a logical one OR circuit 19 assigned, which generates a third control signal S3, the Power 16 activated
  • the microprocessor or ASIC 14 then generates a fourth address control signal S4 with which the on the address selection device 18 with the aid of coding switches 22nd set device address A1, A2, A3, A4 .... by a logic circuit 21 is selected.
  • the addresses are represented with eight address bits, the Address space (see Fig. 2) logically in four banks (2 bits) with eight groups (3 bits) each Eight device addresses (3 bits) are divided.
  • the command transmission between the transmitter 10 and the receiver of a control unit is based on individual data sequences or telegrams (per telegram a command is transmitted), the information being digitally encoded.
  • the start bit SOT and the stop bit EOT are used for synchronization purposes, so that the beginning or end of a telegram is clearly recognized.
  • Exactly one of these device addresses is assigned to each key of the keyboard 12.
  • the device address specified in the output signal A5 of the logic circuit 21 determines the three least significant bits of the address field in the telegram ( Figure 3).
  • the group address G set with the coding switch 22 is read and determines the three higher-order address bits of the telegram.
  • the two most significant bits of the address field are filled with corresponding bank addresses.
  • the so generated The address and data field is supplemented with the other bits for data backup (CRC coding) and so the telegram (Fig. 3) formed.
  • the microprocessor 14 performs a burst-pause modulation (pulse position modulation) and subsequent carrier frequency modulation), and generates a transmission control signal TM for controlling a transmit amplifier 24, which is in series with the Transmitting diode D2 is switched.
  • This transmit amplifier 24 generates the transmit current IS through the diode D2, which corresponding to the current generated light signals in the infrared range. Because the feed do not provide enough energy to generate the transmit current IS a capacitor C1 is used to temporarily store the energy, which is dimensioned so that an entire telegram with at least the current strength IS can be sent out.
  • the microprocessor or ASIC 14 deactivates the Supply 16 by the second control signal S2, which means the power consumption in standby Operation can be reduced to a negligible level.
  • the circuit of the feed 16 is shown in FIG. 4.
  • the control circuit 32 provides this Reaches the desired voltage and sets the periodic switching on and off of transistor T1 and until the control voltage UR below decreases a predetermined value.
  • the periodic switching on and off is by generated an oscillator, the coil L is also used as a frequency-determining component can be. The oscillator is built in the control circuit 32.
  • the voltage converter 28 becomes operational set.
  • the voltage of the battery 26 is thus at the desired, higher voltage level VS transformed and preferably in capacitor C1 as an energy supply saved.
  • the information to be transmitted Telegram by means of the controlled transmitter amplifier 24 and the infrared diode D2 emitted and the capacitor C1 is thus partially emptied again possible, for example, to get by with a single 1.5 volt cell as an energy source.
  • the IR transmitter 10 can thus be made smaller than conventional or have more space for the transmitter electronics. Likewise, fewer need Batteries are replaced.
  • the telegram transmission method is shown schematically in FIGS. 5, 6.
  • transmitter 10 Only a limited power supply is available in transmitter 10 (Battery, 1.5 V, type AAA), so the transmission method must be selected in this way that the required range (approx. 20 m) and the service life (approx. 3 years under normal conditions of use) for the battery 26 can.
  • the telegram is transmitted using a burst pause modulation method.
  • the individual bits with a in the microprocessor 14 PPM method (pulse position modulation) coded and then with a Carrier frequency modulated.
  • the information carrier in this coding is the distance between two pulses (TAO, TA1 Fig. 5).
  • EOT EOT
  • O EOT
  • 1 SOT
  • SOT SOT
  • the individual pulses are modulated with a carrier frequency (447.5 KHz) in such a way that 16 periods of the carrier frequency are transmitted per pulse.
  • a pulse packet is called a burst with the burst length TB (32 us).
  • the modulated PPM signal (FIG. 6) is called a BPM signal (burst position modulation).
  • This coding and modulation method is very energy-saving, since energy is only consumed during the burst phases, and the intervals between the bursts (TAO, TB, TA1-TB, etc.) can be used to at least partially fill up a temporary energy store, especially if the burst distances are chosen much larger than the burst length. Stophit EOT 14 * TB Bit 0 19 * TB Bit 1 24 * TB Start bit SOT 29 * TB
  • a burst packet of duration TB has 16 periods, i.e. it will 16 short flashes of light emitted by the IR transmitter diode D2.
  • TA1 are selected so that the transmitter 10 has enough time, namely TAO - TB, the energy still missing to send the following burst packet to be processed if it does not always have sufficient energy reserves.
  • This allows transmitters with a weak energy source for transmission such infrared signals can be used by not being continuous send out a weak signal, but only a stronger signal for a limited time, send out the burst.
  • the dimensions and the Weight of the transmitter can be reduced because the energy source in particular Handheld transmitters are usually the heaviest and most inflexible in terms of dimensions Represents element.
  • the receiver 36 (FIG. 7) thus evaluates the burst distances between each received burst packets, recognizes the various telegrams and routes it passes on to an evaluation circuit 38 in accordance with the above coding.
  • the receiver 36 consists of a receiving diode D1, the infrared signals in current converts a preamplifier 40 to the received weak current signals preprocessed in such a way that a second microprocessor 42 the evaluation circuit 38 can be processed further.
  • the infrared light signal (light burst packet) with the receiving diode D1 converted into a current burst.
  • a bandpass 44 (Fig. 8) can be used which includes all interference that is not in range the carrier frequency, is able to dampen enough, but the bursts happen leaves.
  • Most interference frequencies in the infrared range are in the frequency range around 40 kHz (e.g. ballasts etc.)
  • the preamplifier 40 (Fig. 8) is designed so that the received signals first filtered and then amplified. After the reinforcement, the number of periods of the received signal are counted in a pulse counter 46 and if necessary Number of periods has been received, a single receive pulse S5 is applied forwarded to the second microprocessor or ASIC 42, which then the distances evaluates between these pulses.
  • the evaluation circuit 38 of the receiver 36 also contains two coding switches 48 for determining the device address A1 (3 least significant bits) and the group address G (3 high order bits).
  • the second microprocessor 42 reads these addresses upon receipt of a command telegram and compares the address field with the address set on the receiver 36. If the addresses match, the Command for further processing saved, otherwise discarded. At the same time the command telegram with the help of the data backup bits for faulty transmission examined. If the received telegram is found to be not in order the telegram is rejected.
  • the evaluation circuit 38 further contains a memory 50 (RAM / EEPROM) for storing states for the control of the control unit 52 So-called MODE inputs are communicated to the microprocessor 42 which type to be controlled by the control unit 52, with which he then the corresponding Program in the program memory 54 (ROM). It is possible with one single microprocessor 42 several different control signals S6 for different types Generate control units 52 (e.g. phase control, relays, etc.) depending on the MODE inputs.
  • RAM / EEPROM electrically erasable programmable read-only memory
  • MODE inputs are communicated to the microprocessor 42 which type to be controlled by the control unit 52, with which he then the corresponding Program in the program memory 54 (ROM). It is possible with one single microprocessor 42 several different control signals S6 for different types Generate control units 52 (e.g. phase control, relays, etc.) depending on the MODE inputs.
  • Figure 9 shows a diagram of the transmitter transmission from a long key press with infrared transmission of the telegrams using a restricted Power supply in the transmitter for controlling continuous and pseudo-continuous One button operations.
  • a key (for example T1) on the keyboard 12 of the transmitter 10 is at the time TD pressed and released at a later time TE, as in Fig. 9 in top diagram is shown.
  • TW is 400 ms
  • the key is pressed as interpreted "long", and from this point on repeat signals R (or HOLD commands) at a distance TR from the first (microprocessor 42) until the Button at time TE is released.
  • the Microprocessor 42 a switch signal S (or TOGGLE command) sent, and that Transmission of the repeat signals R ended.
  • releasing the Key a direction reversal for the control variable.
  • a long press of the button can Example used to do a pseudo-continuous operation control so that the output control signal S7 of the control unit 52 of the receiver 36 is changed by a small amount delta S in small time steps delta T, such as. dimming lights.
  • the distance must be TR of the repetition signals can be chosen sufficiently large (little energy consumption and thus increased battery life), on the other hand, the end of the Keystroke can be detected by the receiver 36 as precisely as possible, e.g. to be able to set the final value as precisely as possible when dimming.
  • the switch signal S is sent when the button is released and the receiver 36 interprets this as the end of the key press. So that the distance TR between the repetition commands can be selected large (800ms).
  • the time steps delta T for the control variable are in relation to the distance between the repeat commands R small (approx. 60 ms) and nevertheless the final value can be set precisely because when the button is released, the changeover signal is sent out immediately.
  • a switch signal S is from the microprocessor or ASIC 14 sent, the receiver 36 ON or. OFF switches depending on oh the current state OFF or Was one.
  • the HOLD function is used to create a logical connection between Establish transmitter 10 and receiver 36, and is used to transmit a long Key press (> 400 ms).
  • a short button press generates a switchover signal S or switchover telegram, on a long press generates repeat signals R or repeat telegrams, followed from a switchover telegram S when the button is released.

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Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ühertragungsverfahren für ein Infrarot-Fernsteuersystem zur Übertragung von Datensequenzen oder Telegrammen, ausgelöst durch lange und kurze Tastenbetätigungen einer Tastatur, zwischen einem Sender und einem Empfänger, wo die unterschiedlichen Tastendrücke der Tastatur interpretiert werden.
STAND DER TECHNIK
Pseudokontinuierliche Vorgänge, beispielsweise das sequentielle Durchlaufen einer Reihe von diskreten Stellwerten, werden herkömmlicherweise während eines Tastendruckes, beispielsweise bei einer Fernsteuerung durch Übertragung eines Befehles pro Schritt, oder durch die Übertragung einiger weniger Befehle, wobei das Nichteintreffen eines Befehles während einer bestimmten Zeit als Ende des Tastendruckes interpretiert wird, oder durch das Übertragen vom Anfang und Ende des Tastendruckes gesteuert.
Für die Übertragung von binär-codierten Datengruppen resp. Datensequenzen. d.h. Daten, welche durch Ein- respektive Aus-Zustände dargestellt werden, werden sogenannte Übertragungsprotokolle verwendet. Dabei sendet eine Station derartige Datensequenzen beispielsweise mit Hilfe hochfrequenter Wellen ab, und eine Empfangsstation wertet die empfangenen Datensequenzen aus, wozu sie das Übertragungsprotokoll kennen muss. Dieses legt im Wesentlichen die Form und den Inhalt der übertragenen Daten fest und macht sie erst auswertbar.
Derartige Protokolle sind in einer Vielzahl bekannt und werden in der gesamten Datenübertragungstechnik genutzt. Die grosse Zahl unterschiedlicher Protokolle erklärt sich hauptsächlich aus der Vielfalt der Verwendungszwecke, wie beispielsweise Datenübertragung von Computerinformationen oder reinen Steuerinformationen für Apparate. Insbesondere sind auch die Datensicherheit, -integrität und - übertragungsgeschwindigkeit massgebende Einflussgrössen, welche sich zum Teil gegenseitig behindern. Ebenfalls ist das Übertragungsmedium zu berücksichtigen.
Ein derartiges Übertragungssystem ist beispielsweise im Aufsatz mit dem Titel "PCM remote control chips detect transmission errors" von G. Torelli et al. (Electronic Engineering, Vol. 55, No. 676, April 1983, London, Seiten 41 bis 47) beschrieben. Grundlage dieses bekannten Übertragungssystems ist eine fest vorgegebene Übertragungsfrequenz, mit der Startpuls, Adressen, Befehle und Stoppulse übertragen werden. Damit die Reaktionszeiten dieses Systems in einem für die Benutzer angemessenen Rahmen liegt, ist die Übertragungsfrequenz entsprechend hoch zu wählen. Damit ist aber gleichzeitig die für die Übertragung notwendige Energie entsprechend hoch.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Übertragungsverfahren zu finden, das mit einer möglichst geringen Anzahl von Befehlen eine sichere Übertragung eines langen Tastendruckes gewährleistet, wobei das Ende des Tastendruckes möglichst genau erkannt werden soll, und das nur eine beschränkte Energiemenge benötigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass vom Zeitpunkt des Drückens an bis zum Zeitpunkt des Loslassens einer Taste wiederholt Repetiersignale R vom Sender übermittelt werden, sofern die Taste eine minimale Dauer TW gedrückt wird, wobei das Loslassen der Taste unmittelbar ein Umschaltsignal S erzeugt und das Aussenden der Repetiersignale R beendet, dass bei kurzem, die Dauer TW nicht übersteigendem Halten einer Taste lediglich das Umschaltsignal (S) gesendet wird, wobei dieses Umschaltsignal (S) unmittelbar nach dem Loslassen der Taste gesendet wird, und dass für die Übertragung der Repetier- und Umschaltsignale R und S ein Burst-Pausen Modulationsverfahren im Sender vorgesehen ist, wobei die Anzahl der Burstperioden je Burstpaket der Dauer TB, und die Burstabstände TAO, TA1... derart gewählt werden, daß während der Pausen trotz einer Stromversorgung mit niedriger Spannung und Kapazität die notwendige Energie und Spannungsamplitude für die Übertragung bereitgestellt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Schaltung vorgesehen wird, welche beim Empfangsgerät das Fehlen eines Repetierbefehls nicht als Ende des Tastendruckes sondern nur als Unterbruch interpretiert.
Eine weitere, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet dadurch, dass das erste Repetiersignal nach einem längeren Drücken der Taste als 400 Millisekunden ausgesendet wird und im Abstand von höchstens 1 Sekunde wiederholt wird, bis die Taste losgelassen wird.
Eine besondere, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass im Empfänger eine Schaltung vorgesehen wird, welche nach Empfang eines Repetiersignales während mindestens des Zeitabstandes der Repetiersignale eine Anzahl diskreter Steuersignale erzeugt.
Durch das erfindungsgemässe Übertragungsverfahren lassen sich mit Hilfe eines langen Tastendruckes beim Sendegerät, beispielsweise von mehreren Sekunden, zuverlässig pseudokontinuierliche Vorgänge steuern. Bei einem Unterbruch des Empfangs des Repetiersignales wird der Vorgang nicht abgebrochen, sondern lediglich unterbrochen, und kann beim erneuten Empfang von Repetiersignalen fortgesetzt werden. Dadurch wird beispielsweise bei einer Licht-Steuereinrichtung ein Dimmvorgang, welcher mittels eines langen Tastendruckes eingeleitet und fortgesetzt wird, nicht wegen der Unterbrechung des Sendesignales beispielsweise durch vorübergehende Abdeckung der Sender-Empfänger-Verbindung abgebrochen, sondern lediglich unterbrochen. Sobald weitere Repetiersignale empfangen werden, wird der Dimmvorgang in der ursprünglichen Richtung fortgesetzt. Beim Loslassen der Taste wird beispielsweise für eine Lichtregelung als separater Befehl ein Umschaltsignal ausgesendet. Dieses Umschaltsignal kennzeichnet das Ende des gerade laufenden Vorganges, beispielsweise des geschilderten Dimmvorganges. Damit kann beispielsweise die Richtung der Dimmfunktion umgekehrt werden, und die nächsten empfangenen Repetiersignale bewirken eine zur ursprünglichen Richtung entgegensetzte Dimmwirkung. Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass 16 Perioden pro Burstpaket verwendet werden, und der Pausenabstand wenigstens das 10-fache der Burstpaketlänge beträgt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass vier unterschiedliche Informationseinheiten mit vier verschiedenen Burstabständen verwendet werden, wobei je eine Informationseinheit zur Kennzeichnung des Beginns resp. des Endes der Datensequenz und zur Darstellung der Zustände 0 und 1 verwendet wird.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird es ermöglicht, Telegramme oder Datensequenzen auch mit Sendern mit schwacher Energieversorgung zuverlässig zu übertragen. Es ist nun möglich, dass der Sender während den Burstabständen seinen Energiespeicher auffrischt, um das nächstfolgende Burstpaket mit genügender Leistung auszusenden. Der Energiespeicher muss damit nicht mehr derart gross dimensioniert werden, um eine ununterbrochene Sendeleistung zu gewährleisten.
Kleiner dimensionierte Energiespeicher sind auch in den Abmessungen und dem Gewicht merklich geringer als grössere Energiespeicher, was insbesondere für Handsender verringerte Abmessungen und kleineres Gewicht und damit einen grösseren Bedienkomfort bedeutet.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen :
Figur 1
Ein Blockschaltbild des erfindungsgemässen Senders
Figur 2
Den gesamten Adresshereich des Senders
Figur 3
Die Telegrammstruktur eines zu übertragenden Telegrammes
Figur 4
Das Schaltschema der Speisung des Senders
Figur 5,6
Die PPM Codierung und das modulierte PPM Signal des Senders
Figur 7
Ein Blockschaltbild des erfindungsgemässen Empfängers
Figur 8
Ein Blockschalthild des Vorverstärkers
Figur 9
Ein Diagramm der Signalübertragung in Abhängigkeit eines langen T Tastendruckes und die enstprechende Lichtsteuerung
Figur 10
Ein Diagramm der Signalübertragung in Abhängigkeit eines kurzen Tastendruckes, und die entsprechende EIN/AUS Steuerung.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Figur 1 ist das Blockschaltbild des Senders 10 dargestellt. Der Sender 10 ist zum Beispiel ein Infrarotsender zur Steuerung verschiedener elektrischer Verbraucher, wie Beleuchtungskörper, Audiogeräte, Fensterstoren. Der Sender 10 besteht aus einer Tastatur 12, einem ersten Microprozessor oder ASIC 14, einer Speisung 16, einer Adressvorwahleinrichtung 18 und einer Sendestufe 20.
Beim Drücken irgendeiner Taste der Tastatur 12 wird die Speisung 16 über ein erstes Steuersignal S1 der Tastatur 12 aktiviert und baut die für den Microprozessor oder ASIC 14 und für die Ansteuerung der Sendediode D2 der Sendestufe 20 notwendige Versorgungsspannung VS auf. Sobald die Speisung 16 die notwendige Spannung erreicht hat, startet der Microprozessor oder ASIC 14 auf, und übernimmt die Kontrolle über die Speisung 16 mit einem zweiten Steuersignal S2. Das Ausgangssignal T5 der Tastatur 12 wird vom Microprozessor oder ASIC 14 eingelesen, und gibt an, welche Taste bei der Tastatur 12 gedrückt wurde.
Das erste Steuersignal Sl und das zweite Steuersignal S2 werden zu einer logischen ODER-Schaltung 19 zugeordnet, die ein drittes Steuersignal S3 erzeugt, das die Speisung 16 aktiviert
Der Microprozessor oder ASIC 14 erzeugt dann ein viertes Adresssteuersignal S4 mit dem die an der Adressvorwahleinrichtung 18 mit Hilfe von Codierschaltern 22 eingestellte Geräteadresse A1, A2, A3, A4 .... durch eine logische Schaltung 21 selektiert wird.
Die Adressen werden zum Beispiel mit acht Adressbits dargestellt, wobei der Adressraum (s Fig. 2) logisch in vier Banken (2 bits) mit je acht Gruppen (3 bits) zu je acht Geräteadressen (3 bits) aufgeteilt ist.
Am Sender 10 ist jeweils eine Gruppenadresse G mit einem Codierschalter 22 einstellbar, und innerhalb dieser Gruppe können vier Geräteadressen frei gewählt werden. Die Bankadresse ist fest verdrahtet.
Die Befehlsübertragung zwischen dem Sender 10 und dem Empfänger eines Steuergerätes basiert auf einzelnen Datensequenzen oder Telegrammen (pro Telegramm wird ein Befehl übertragen), wobei die Information digital codiert wird.
Die Telegrammstruktur eines Telegrammes ist in Fig. 3 dargestellt Ein Telegramm besteht aus :
  • acht Adressbits
  • vier Datenbits
  • vier Datensicherungsbits (CRC Codierung)
  • einem Startbit SOT (Start of Telegram)
  • einem Stophit EOT (End of Telegram)
Das Startbit SOT und das Stopbit EOT werden für Synchronisationszwecke verwendet, damit eindeutig der Beginn oder das Ende eines Telegrammes erkannt wird.
Jeder Taste der Tastatur 12 wird genau eine dieser Geräteadressen zugeordnet. Die im Ausgangssignal A5 der logischen Schaltung 21 angegebene Geräteadresse bestimmt die drei niederwertigen Bits des Adressfeldes im Telegramm (Figur 3). Gleichzeitig wird die mit dem Codierschalter 22 eingestellte Gruppenadresse G eingelesen und bestimmt die drei höherwertigen Adressbits des Telegramms. Die zwei höchstwertigen Bits des Adressfeldes werden mit entsprechenden Bankadressen aufgefüllt. Entsprechend der Länge des Tastendruckes der Tastatur 12, werden die vier Datenhits zur Darstellung der entprechenden Befehle verwendet. Das so erzeugte Adress- und Datenfeld wird mit den weiteren Bits zur Datensicherung ergänzt (CRC-Codierung) und so das Telegramm (Fig. 3) gebildet.
Der Microprozessor 14 führt eine Burst-Pausen-Modulierung (Puls Position Modulation und nachfolgende Trägerfrequenzmodulation) durch, und erzeugt ein Sendesteuersignal TM zur Ansteuerung eines Sendeverstärker 24, der in Serie mit der Sendediode D2 geschaltet ist.
Dieser Sendeverstärker 24 erzeugt den Sendestrom IS durch die Diode D2, welche entsprechend dem Strom Lichtsignale im Infrarotbereich erzeugt. Da die Speisung nicht genügend Energie zur Erzeugung des Sendestromes IS zur Verfügung stellen kann, wird ein Kondensator C1 zur Zwischenspeicherung der Energie verwendet, der so dimensioniert ist, dass ein ganzes Telegramm mit mindestens der Stromstärke IS ausgesendet werden kann.
Sobald aufgrund des Tastendruckes (Taste losgelassen) keine weiteren Telegramme mehr ausgesendet werden müssen, deaktiviert der Microprozessor oder ASIC 14 die Speisung 16 durch das zweite Steuersignal S2, womit der Stromverbrauch im Standby Betrieb auf einen vernachlässigbaren Wert reduziert werden kann.
Die Schaltung der Speisung 16 ist in Fig 4. dargestellt.
Zur Speisung des Senders 10 wird nur eine Batterie 26 mit kleiner Spannung (1,5 Volt Zelle) verwendet. Zur Ansteuerung der Infrarot Sendediode D2 und des Microprozessors oder ASIC 14 wird jedoch eine höhere Spannung benötigt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Batterie 26 ein magnetischer DC/DC-Wandler 28 nachgeschaltet wird, der die niedrige Eingangsspannung VB auf ein höheres Spannungsniveau VS transformiert Über den Steuereingang 30 des dritten Speisesteuersignals S3 wird eine Regelungsschaltung 32 aktiviert, damit wird ein Transistor T1 eingeschaltet und ein Strom IL beginnt durch eine Spule L zu fliessen. In der Spule L ist eine zum Strom proportionale Energiemenge gespeichert Wird nun der Transistor T1 ausgeschaltet, baut sich die Energie in der Spule ab, und fliesst durch eine Diode D4 in den Kondensator C1 ab, womit sich über dem Kondensator C1 eine Spannung aufzubauen beginnt Durch wiederholtes Ein- und Ausschalten des Transistors T1 werden Energiepakete in den Kondensator C1 übertragen, womit sich allmählich die Spannung aufbaut. Dies wird solange fortgesetzt, bis über dem Kondensator C1 die gewünschte Spannung VS aufgebaut ist. Die Regelungsschaltung 32 stellt das Erreichen der gewünschten Spannung fest und stellt das periodische Ein- und Ausschalten des Transistors T1 ein und zwar solange, bis die Regelspannung UR unter einen vorbestimmten Wert sinkt. Das periodische Ein- und Ausschalten wird von einem Oszillator erzeugt, wobei die Spule L als frequenzbestimmendes Bauteil mitverwendet werden kann. Der Oszillator ist in der Regelungsschaltung 32 eingebaut.
Bei der Aktivierung des Infrarotsenders 10 wird der Spannungswandler 28 in Betrieb gesetzt. Die Spannung der Batterie 26 wird damit auf das gewünschte, höhere Spannungsniveau VS transformiert und vorzugsweise im Kondensator C1 als Energievorrat gespeichert. Nach einer definierten Zeitspanne wird das zu übermittelnde Telegramm mittels des gesteuerten Sendeverstärkers 24 und der Infrarotdiode D2 ausgesendet und der Kondensator C1 damit wieder teilweise entleert Dadurch ist es möglich, beispielsweise mit einer einzelnen 1,5 Volt Zelle als Energiequelle auszukommen. Der IR-Senders 10 kann damit kleiner als herkömmlich gebaut werden, oder aber mehr Platz für die Sendeelektronik aufweisen. Ebenso müssen weniger Batterien ausgetauscht werden.
Das Telegramm-Übertragungsverfahren ist in Fig. 5, 6 schematisch dargestellt.
Im Sender 10 steht nur eine beschränkte Energieversorgung zur Verfügung (Batterie, 1,5 V, Typ AAA), deshalb muss das Übertragungsverfahren so gewählt werden, dass die geforderte Reichweite (ca. 20 m) und die Lebensdauer (ca. 3 Jahre unter normalen Anwendungsbedingungen) für die Batterie 26 eingehalten werden kann.
Das Telegramm wird mit einem Burst-Pausen Modulationsverfahren übertragen. Für diese Übertragung werden im Microprozessor 14 die einzelnen Bits mit einem PPM Verfahren (Puls Position Modulation) codiert und anschliessend mit einer Trägerfrequenz moduliert. Informationsträger bei dieser Codierung ist der Abstand zwischen zwei Pulsen (TAO, TA1 Fig. 5).
Insgesamt werden vier unterschiedliche Abstände verwendet : EOT, "O", "1" und SOT. Da das unmodulierte PPM Verfahren breitbandig ist, werden die einzelnen Pulse mit einer Trägerfrequenz (447,5 KHz) moduliert und zwar so, dass pro Puls 16 Perioden der Trägerfrequenz übertragen werden. Ein solches Pulspaket wird als Burst mit der Burstlänge TB (32 us) bezeichnet Das modulierte PPM Signal (Fig. 6) wird als BPM Signal (Burst Position Modulation) bezeichnet. Dieses Codierungs- und Modulationverfahren ist sehr energiesparend, da nur während der Burstphasen Energie konsumiert wird, und die Abstände zwischen den Bursts (TAO, TB, TA1-TB, etc) dazu benutzt werden können um einen temporären Energiespeicher zumindest teilweise auffüllen zu können, speziell wenn die Burstabstände viel grösser als die Burstlänge gewählt werden.
Stophit EOT 14*TB
Bit 0 19*TB
Bit 1 24*TB
Startbit SOT 29*TB
Ein Burstpaket der Dauer TB weist beispielsweise 16 Perioden auf, d.h. es werden 16 kurze Lichtblitze von der IR-Sendediode D2 ausgesendet. Nach einem Abstand der Dauer TAO wird erneut ein zweites Burstpaket ausgesendet Die Burstabstände TAO, TA1 sind so gewählt, dass dem Sender 10 genügend Zeit bleibt, nämlich TAO - TB, um die noch fehlende Energie zur Aussendung des folgenden Burstpaketes aufzubereiten, falls er nicht ständig über eine genügende Energiereserve verfügt. Damit können Sendegeräte mit schwacher Energiequelle für die Aussendung solcher Infrarot-Signale verwendet werden, indem sie nicht kontinuierlich ein schwaches Signal aussenden, sondern nur zeitlich beschränkt ein stärkeres Signal, den Burst, aussenden. Damit können insbesondere die Abmessungen und das Gewicht des Sendegerätes verringert werden, da die Energiequelle insbesondere in Handsendern üblicherweise das schwerste und in den Abmessungen unflexibelste Element darstellt.
Der Empfänger 36 (Fig 7.) wertet also jeweils die Burstabstände zwischen den empfangenen Burstpaketen aus, erkennt die verschiedenen Telegramme, und leitet sie entsprechend obiger Kodierung an eine Auswertungsschaltung 38 weiter.
Der Empfänger 36 besteht aus einer Empfangsdiode D1 die Infrarotsignale in Strom umwandelt, einem Vorverstärker 40, der die empfangenen schwachen Stromsignale so vorverarbeitet, dass sie von einem nachgeschalteten zweiten Microprozessor 42 der Auswertungsschaltung 38 weiterverarbeitet werden können.
Im Empfänger 36 wird das Infrarotlichtsignal (Lichtburstpacket) mit der Empfangsdiode D1 in einen Stromburst umgewandelt. Zur Filterung dieser Stromburst kann ein Bandpass 44 (Fig. 8) verwendet werden, der alle Störungen, die nicht im Bereich der Trägerfrequenz liegen, genügend zu dämpfen vermag, die Bursts jedoch passieren lässt. Die meisten Störfrequenzen im Infrarotgebiet liegen im Frequenzbereich um 40 kHz (z.B. Vorschaltgeräte etc. )
Der Vorverstärker 40 (Fig. 8) ist so ausgelegt, dass die empfangenen Signale zuerst gefiltert und dann verstärkt werden. Nach der Verstärkung wird die Anzahl Perioden des empfangenen Signals in einem Pulszähler 46 ausgezählt und falls die benötigte Anzahl Perioden empfangen wurde, wird ein einziger Empfangsimpuls S5 an den zweiten Microprozessor oder ASIC 42 weitergeleitet, der dann die Abstände zwischen diesen Pulsen auswertet.
Weiter enthält die Auswertungsschaltung 38 des Empfängers 36 zwei Codierschalter 48 zur Bestimmung der Geräteadresse A1 (3 niederwertige Bits) und der Gruppenadresse G (3 höherwertige Bits). Der zweite Microprozessor 42 liest diese Adressen beim Empfang eines Befehlstelegrammes ein und vergleicht das Adressfeld mit der am Empfänger 36 eingestellten Adresse. Stimmen die Adressen überein, wird der Befehl zur Weiterverarbeitung abgespeichert, ansonsten verworfen. Gleichzeitig wird das Befehlstelegramm mit Hilfe der Datensicherungsbits auf fehlerhafte Übertragung untersucht. Falls das empfangene Telegramm als nicht in Ordnung befunden wird, wird das Telegramm verworfen.
Die Auswertungschaltung 38 enthält weiter einen Speicher 50 (RAM/EEPROM) zur Speicherung von Zuständen für die Ansteuerung der Steuereinheit 52. Über sogenannte MODE-Eingänge wird dem Microprozessor 42 mitgeteilt, welcher Typ von der Steuereinheit 52 angesteuert werden soll, womit er dann das entsprechende Programm im Programmspeicher 54 (ROM) abruft. Damit ist es möglich, mit einem einzigen Microprozessor 42 mehrere verschiedene Steuersignale S6 für verschiedenartige Steuereinheiten 52 (z.B. Phasenanschnitt, Relais, etc.) zu erzeugen und zwar abhängig von den MODE-Eingängen.
Figur 9 zeigt ein Diagramm der Senderübertragung von einem langen Tastendruck mit Infrarotübertragung der Telegramme unter Verwendung einer eingeschränkten Energieversorgung im Sendegerät zur Ansteuerung von kontinuierlichen und pseudokontinuierlichen Vorgängen mit nur einer Taste.
Eine Taste (zum Beispiel T1) an der Tastatur 12 des Senders 10 wird zum Zeitpunkt TD gedrückt und zum späteren Zeitpunkt TE wieder losgelassen, wie in Fig 9. im oberen Diagramm dargestellt ist.
Dauert der Tastendruck länger als TW (TW ist 400 ms), so wird der Tastendruck als "lang" interpretiert, und es werden ab diesem Zeitpunkt Repetiersignale R (oder HOLD Befehle) im Abstand TR vom ersten (Microprozessor 42) gesendet, bis die Taste zum Zeitpunkte TE losgelassen wird. In diesem Zusammenhang, wird vom Microprozessor 42 ein Umschaltsignal S (oder TOGGLE Befehl) gesendet, und das Aussenden der Repetiersignale R beendet. Gleichzeitig bewirkt das Loslassen der Taste eine Richtungsumkehr für die Steuergrösse. Ein langer Tastendruck kann zum Beispiel dazu verwendet werden, um einen pseudokontinuierlichen Vorgang zu steuern, so dass das Ausgangssteuersignal S7 der Steuereinheit 52 des Empfängers 36 um einen kleinen Betrag delta S in kleinen Zeitschritten delta T verändert wird, wie z.B. das Dimmen von Leuchten.
Wegen der beschränkten Energieversorgung (Batterie) im Sender 10 muss der Abstand TR der Repetiersignale genügend gross gewählt werden (wenig Energieverbrauch und damit erhöhte Lebensdauer der Batterie), andererseits soll das Ende des Tastendruckes vom Empfänger 36 möglichst genau erfasst werden können, um z.B. beim Dimmen den Endwert so genau wie möglich einstellen zu können. Zu diesem Zweck wird beim Loslassen der Taste das Umschaltsignal S gesendet und der Empfänger 36 interpretiert dies als Ende des Tastendruckes. Damit kann der Abstand TR zwischen den Repetierbefehlen gross gewählt werden (800ms). Die Zeitschritte delta T für die Steuergrösse sind im Verhältnis zum Abstand der Repetierbefehle R klein (ca. 60 ms) und trotzdem kann der Endwert genau eingestellt werden, weil beim Loslassen der Taste das Umschaltsignal sofort ausgesendet wird.
Ein Fehler in der Übertragung des Repetiersignals R wird im Empfänger 36 nicht als Ende des Tastendruckes interpretiert, was ja auch eine Richtungsänderung zur Folge hätte, sondern als Unterbruch, wobei die Zeitdauer TT bis zur Detektion des Unterbruches grösser als die Zeitdauer des Abstandes TR der Repetierbefehle R gewählt wird (TT : 1s). Wird ein solcher Unterbruch zum Zeitpunkt TU festgestellt wird das Steuersignal S7 solange nicht mehr verändert, bis wieder ein Repetiersignal R empfangen wird, in diesem Fall wird keine Richtungsänderung vorgemerkt. Das Fehlen des abschliessenden Umschaltsignales S wird als Unterbruch interpretiert, d.h. ein nachfolgender langer Tastendruck am Sender 10 wird im Empfänger 36 als Wiederaufnahme des ursprünglichen Tastendrucks interpretiert.
Fig 10. zeigt das Diagramm der Senderübertragung für einen kurzen Tastendruck, der weniger als 400 ms dauert. Ein Umschaltsignal S wird vom Microprozessor oder ASIC 14 gesendet, der den Empfänger 36 auf EIN resp. AUS schaltet, je nachdem oh der aktuelle Zustand AUS resp. EIN war.
Die Funktion HALTEN wird verwendet, um eine logische Verhindung zwischen Sender 10 und Empfänger 36 herzustellen, und dient der Übertragung eines langen Tastendruckes (> 400 ms).
Ein kurzer Tastendruck erzeugt ein Umschaltsignal S oder Umschalttelegramm, ein langer Tastendruck erzeugt Repetiersignale R oder Repetiertelegramme, gefolgt von einem Umschalttelegramm S beim Loslassen der Taste.

Claims (5)

  1. Übertragungsverfahren für ein Infrarot-Fernsteuer-System zur Übertragung von Datensequenzen oder Telegrammen, ausgelöst durch Tastenbetätigungen einer Tastatur (12), zwischen einem Sender (10) und einem Empfänger (36), in dem die unterschiedlichen Tastendrücke der Tastatur (12) interpretiert werden, wobei das Verfahren darin besteht,
    dass vom Zeitpunkt (TD) des Drückens an bis zum Zeitpunkt (TE) des Loslassens einer Taste wiederholt Repetiersignale (R) vom Sender (10) gesendet werden, sofern die Taste eine minimale Dauer TW gedrückt wird, wobei das Loslassen der Taste unmittelbar ein Umschaltsignal (S) erzeugt und das Aussenden der Repetiersignale (R) beendet,
    dass bei kurzem, die Dauer TW nicht übersteigendem Halten einer Taste lediglich das Umschaltsignal (S) gesendet wird, wobei dieses Umschaltsignal (S) unmittelbar nach dem Loslassen der Taste gesendet wird, und
    dass für die Übertragung der Repetier- und Umschaltsignale (R, S) ein Burst/Pausen-Modulationsverfahren im Sender (10) vorgesehen ist, wobei die Anzahl der Burstperioden je Burstpaket der Dauer TB, und die Burstabstände TA0, TA1, ... derart gewählt werden, dass während den Pausen, trotz einer Stromversorgung (26) mit niedriger Spannung und Kapazität, die notwendige Energie und Spannungsamplitude für die Übertragung bereitgestellt wird.
  2. Übertragungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltung vorgesehen ist, die beim Empfänger (36) das Fehlen eines Repetiersignales (R), welches nach einem längeren Drücken als 400 Millisekunden und im Abstand von höchstens 1 Sekunde wiederholt bis zum Loslassen der Taste ausgesendet wird, nicht als Ende des Tastendruckes sondern als Unterbruch interpretiert.
  3. Übertragungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 16 Perioden pro Burstpaket verwendet werden, wobei vier unterschiedliche Informationseinheiten mit vier unterschiedlichen Burstabständen benötigt werden, um je eine Informationseinheit zur Kennzeichnung des Beginns resp. des Endes der Datensequenz und der Darstellung der Zustände 0 und 1 zur Verfügung zu haben und dass der Burstabstand wenigstens das 10-fache der Burstpaketlänge beträgt.
  4. Übertragungsverfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der für die Erzeugung der Übertragungsenergie notwendige Spannungswandler ein magnetischer Wandler ist, dem zur Zwischenspeicherung der Energie ein Kondensator (C1) nachgeschaltet ist.
  5. Übertragungsverfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (36) nach dem Empfang eines Repetiersignales (R) während mindestens des Zeitabstandes der Repetiersignale eine Anzahl diskreter Steuersignale (S7) erzeugt.
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