EP0767943B1 - Datenfernerfassungssystem - Google Patents

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EP0767943B1
EP0767943B1 EP95921755A EP95921755A EP0767943B1 EP 0767943 B1 EP0767943 B1 EP 0767943B1 EP 95921755 A EP95921755 A EP 95921755A EP 95921755 A EP95921755 A EP 95921755A EP 0767943 B1 EP0767943 B1 EP 0767943B1
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acquisition system
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Horst Behlen
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Definitions

  • the invention relates to a remote data acquisition system, in particular for determining consumption in buildings, according to the preamble of claim 1.
  • the transmission conditions (Shadows, reflections) for the different Measuring units are very different. This is in buildings e.g. B. by between each measuring unit and receiving antenna due to lying walls. Even changeable Reflections and diffractions on fixed and moving ones Objects lead to the security of data transmission impairing multiple reception. A you could make some improvement here achieve that the transmit antennas and receive antennas carefully plans what complex measurements in practice and make adjustments on site to a very high rate of more than 99% correct data transmission from the measuring units to the evaluation unit ensure. An increase in the security of data transmission could also be done by increasing the transmission power guarantee, but on the one hand they are Licensing regulations for radio transmission links and on the other hand the limited capacity of those in the Transmitters used batteries counter.
  • the present invention is therefore intended to provide a remote data acquisition system according to the preamble of the claim 1 so that even with very different Transfer conditions between different Groups of measuring units and a single receiving antenna secure data transmission is guaranteed, without being driven by a high level of equipment should be.
  • the remote data acquisition system you have a variety of predetermined ones in the building Building areas distributed antenna segments, each receive the transmission signals from neighboring measuring units.
  • the Transmitting signals from more distant measuring units e.g. from floors above or below
  • the antenna segments are on a common antenna line connected and the Output signals of the different antenna segments are added up on the antenna line and on the receiving electronics given. So this also needs a lot large buildings to be provided only once which is advantageous in view of their high cost.
  • the antenna line can be a radio frequency cable be like it as a standard television antenna cable is known.
  • the antenna signals are in this cable preferably via an impedance converter, but without Demodulation fed.
  • the development of the invention according to claim 3 is in terms of keeping power dissipation small and in terms of avoiding reflections an advantage on the antenna line.
  • the training according to claim 5 is also in view to low signal losses on the antenna line from Advantage.
  • 10-1-1 to 10-1-x (1) measuring units referred to that on the first floor of a building are installed at various points of consumption. Typical such consumption points are radiators and Hot water meter. x (1) should be for the last measuring unit stand on the first floor.
  • Each of the measuring units contains (not in the drawing explicitly shown) a measuring sensor, the z. B. a Temperature sensor with a downstream integrator can be transmitter electronics and an antenna 12.
  • the structure of the measuring units 10 and the supply of their Antenna 12 can take place in each case as in WO-A-94 / 03882 described in detail.
  • each set of measuring units 10-1 to 10-n is on an antenna unit on the floor, preferably in the stairwell 14-1 to 14-n are provided.
  • the antenna unit 14-n the other antenna units have the same structure.
  • the antenna unit 14-n has a receiving antenna 6. via an active coupling unit, denoted overall by 18 and a T-piece 20 to one of the antenna units common antenna line 22 is connected.
  • the antenna line 22 is an RF coaxial cable, such as it is commonly used as a television antenna cable becomes.
  • the free end of the antenna line 22 is through a terminating resistor designated overall by 24 completed, the resistance value of the wave resistance corresponds to the antenna line 22.
  • an LC coupling network 26 is provided, that compensates for the additional capacity.
  • the receiving antenna 16 via a a total of 28 designated foot resistance with the Shielding of the antenna line 22 connected and the antenna signal is via an amplifier stage 30 to the Inner conductor of the antenna line 22 given.
  • the conditions are chosen as a whole (compare the dimensioning examples given in the drawing), that you get an internal resistance of the active antenna, that goes towards infinity.
  • an internal resistance of the antenna unit of about 5000 Ohm, that's how you get in a building with 10 floors a total resistance of 500 ohms, which as Loss load parallel to half the characteristic impedance of 37.5 ohms is added.
  • the reduced load resistance for the active antennas only drop to 35 ohms, which corresponds to an additional attenuation of 0.6 dB.
  • a total 32 designated receiving electronics connected. This has an input network 34, which again has the characteristic impedance corresponds to the antenna line 22, and a downstream preamplifier stage 36.
  • the inner conductor the antenna line 22 in direct current with a direct current supply voltage VB acted upon during the Outer conductor is connected to ground GND.
  • the output signal of the preamplifier stage 36 becomes a Input of an evaluation unit designated 38 in total given, which can have a structure similar to the individual the evaluation unit described in WO-A-94/03882 (Reference 16 there).
  • the evaluation unit 38 demodulates the different ones Signals obtained via the antenna line 22 are eliminated signals that are not correctly recognized the correctly transmitted data and enters them in larger intervals, e.g. B. via a TEMEX card 40 on a telephone line 42 to which a billing computer is connected to a billing company.
  • the antenna units 14 used for this have simple structure and are therefore inexpensive.
  • the expensive one Receiving electronics and the expensive evaluation unit 38 only need to be provided once.
  • the special design of the antenna unit 14 is guaranteed, that only a small part of that of one Power output in other antenna units get lost. This is due to, that the antenna units are high impedance and both an impedance conversion as well as a gain accomplish.
  • the antenna units can be designed in this way be that the entire coupling unit 18 as a unit can be installed in a flush-mounted box.
  • the associated Antenna 14 can then on this coupling unit in front of appropriate building wall arranged or in the plaster this wall can be installed embedded.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Datenfernerfassungssystem, insbesondere zur Verbrauchsermittlung in Gebäuden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiges Datenfernerfassungssystem ist in der WO-A-94/03882 beschrieben.
Bei ihm wird eine einzige Empfängerelektronik verwendet, um die von einer großen Anzahl von Meßeinheiten auf Funkstrecken übermittelten Datensignale zu empfangen, aufzuarbeiten und einer Auswerteeinheit bereitzustellen.
Weiterhin ist aus der CH 68 23 52 A5 eine Vorrichtung zum Abfragen von mehreren räumlich verteilten Transpondern bekannt, bei der für jeden Transponder eine Sende- und Empfangsantenne vorhanden ist.
Bei vielen Anwendungen ist es so, daß die Übertragungsbedingungen (Abschattungen, Reflexionen) für die verschiedenen Meßeinheiten sehr unterschiedlich sind. Dies ist in Gebäuden z. B. durch die jeweils zwischen Meßeinheit und Empfangsantenne liegenden Wände bedingt. Auch veränderliche Reflexionen und Beugungen an festen und bewegten Objekten führen zu einem die Sicherheit der Datenübertragung beeinträchtigenden Vielfachempfang. Eine gewisse Verbesserung hierbei könnte man zwar dadurch erzielen, daß man die Sendeantennen und Empfangsantennen sorgfältig plant, was aber in der Praxis komplexe Messungen und Anpassungen vor Ort erforderlich macht, um eine sehr hohe Rate von mehr als 99% richtiger Datenübertragung von den Messeinheiten zur Auswerteeinheit sicherzustellen. Eine Erhöhung der Sicherheit der Datenübertragung könnte man zwar auch durch Erhöhung der Sendeleistung gewährleisten, dem stehen aber zum einen die Zulassungsvorschriften für Funkübertragungsstrecken und andererseits die beschränkte Kapazität der in den Sendeeinheiten verwendeten Batterien entgegen.
Ohne derartige Erhöhung der Sendeleistung könnte man die Sicherheit der Datenübertragung eines bekannten Datenfernerfassungssystemes ferner dadurch verbessern, daß man für jede Gruppe von ähnliche Übertragungseigenschaften aufweisenden Meßeinheiten, z.B die auf einem Stockwerk eines Gebäudes angeordneten Meßeinheiten, jeweils eine Antenne, eine zugeordnete Empfangselektronik und eine Vorauswerteeinheit vorsieht und die verschiedenen Vorauswerteeinheiten über Kabel mit einer zentralen Haupt-Auswerteeinheit verbindet. Ein derartiges System ist jedoch aufwendig und teuer.
Durch die vorliegende Erfindung soll daher ein Datenfernerfassungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß auch bei sehr unterschiedlichen Übertragungsbedingungen zwischen verschiedenen Gruppen von Meßeinheiten und einer einzigen Empfangsantenne eine sichere Datenübertragung gewährleistet ist, ohne daß hierfür ein hoher apparativer Aufwand getrieben werden müßte.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Datenfernerfassungssystem mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Bei dem erfindungsgemäßen Datenfernerfassungssystem hat man eine Vielzahl von im Gebäude auf vorgegebene Gebäudebereiche verteilten Antennensegmenten, die jeweils die Sendesignale benachbarter Meßeinheiten empfangen. Die Sendesignale weiter entfernter Meßeinheiten (z.B. von darüberliegenden oder darunterliegenden Stockwerken) werden dagegen durch Hindernisse so stark abgeschwächt, daß sie zum Ausgangssignal des betrachteten Antennensegmentes nur wenig beitragen. Die Antennensegmente sind an eine gemeinsame Antennenleitung angeschlossen und die Ausgangssignale der verschiedenen Antennensegmente werden auf der Antennenleitung aufaddiert und auf die Empfangselektronik gegeben. Diese braucht somit auch für sehr große Gebäude nur ein einziges Mal vorgesehen zu werden, was im Hinblick auf deren hohe Kosten vorteilhaft ist.
In der Praxis kann die Antennenleitung ein Hochfrequenzkabel sein, wie es als Standard-Fernsehantennenkabel bekannt ist. In dieses Kabel werden die Antennensignale vorzugsweise über einen Impedanzwandler, jedoch ohne Demodulation eingespeist.
Während bei der erfindungsgemäßen Lösung solche Sendesignalüberlagerungen ausgeschlossen sind, die durch den Empfang des Ausgangssignales einer Meßeinheit durch ein dieser nicht zugeordnetes Antennensegment hervorgerufen werden, kann es natürlich bei gleichzeitigem Arbeiten zweier Meßeinheiten insgesamt über die Überlagerung von Ausgangssignalen der Antennensegmente zu Signalüberlagerungen kommen. Bezüglich des Ausräumens derartiger additiver Signalüberlagerungen kann ähnlich vorgegangen werden, wie dies in der WO-A-94/03882 im einzelnen beschrieben wird, auf die diesbezüglich explizit Bezug genommen wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird ein reflexionsfreies Anschließen der Antennensegmente an die Antennenleitung erhalten, so daß die Antennensegmente keine oder nur wenig Leistung aus der Antennenleitung auskoppeln, welche von anderen Antennensegmenten eingebracht wird.
Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist im Hinblick auf das Kleinhalten von Verlustleistung und im Hinblick auf das Vermeiden von Reflexionen auf der Antennenleitung von Vorteil.
Bei einem Datenfernerfassungssystem hat man ein sicheres Erfassen der von den Meßeinheiten übertragenen Signale bei kompakten Abmessungen der Antennensegmente.
Auch die Weiterbildung gemäß Anspruch 5 ist im Hinblick auf geringe Signalverluste auf der Antennenleitung von Vorteil.
Bei einem Datenfernerfassungssystem gemäß Anspruch 6 braucht man zur Speisung der Koppelverstärker keine gesonderte Leitung zu verlegen, was die Installationskosten niedrig hält.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt die einzige Figur ein Blockschaltbild eines Datenfernerfassungssystemes wie es zur Fern-Verbrauchsermittlung in Gebäuden verwendet wird.
In der Zeichnung sind mit 10-1-1 bis 10-1-x(1) Meßeinheiten bezeichnet, die auf dem ersten Stockwerk eines Gebäudes an verschiedenen Verbrauchsstellen installiert sind. Typische derartige Verbrauchsstellen sind Heizkörper und Warmwasserzähler. x(1) soll dabei für die letzte Meßeinheit auf dem ersten Stockwerk stehen.
Jede der Meßeinheiten enthält (in der Zeichnung nicht explizit dargestellt) einen Meßsensor, der z. B. ein Temperaturfühler mit einem nachgeschalteten Integrator sein kann, eine Sendeelektronik und eine Antenne 12. Der Aufbau der Meßeinheiten 10 und die Speisung ihrer Antenne 12 kann jeweils so erfolgen, wie in der WO-A-94/ 03882 im einzelnen beschrieben.
Weitere Meßeinheiten für das zweite und n-te Stockwerk sind in der Zeichnung ebenfalls wiedergegeben.
Für jeden Satz von Meßeinheiten 10-1 bis 10-n ist auf dem Stockwerk vorzugsweise im Treppenhaus eine Antenneneinheit 14-1 bis 14-n vorgesehen. In der Zeichnung sind Einzelheiten der Antenneneinheit 14-n wiedergegeben, die anderen Antenneneinheiten haben denselben Aufbau.
Die Antenneneinheit 14-n hat eine Empfangsantennel6., die über eine insgesamt mit 18 bezeichnete aktive Koppeleinheit und ein T-Stück 20 an eine den Antenneneinheiten gemeinsame Antennenleitung 22 angeschlossen ist.
Die Antennenleitung 22 ist ein HF-Koaxialkabel, wie es üblicherweise als Fernseh-Antennenkabel verwendet wird. Das freie Ende der Antennenleitung 22 ist durch einen insgesamt mit 24 bezeichneten Abschlußwiderstand abgeschlossen, dessen Widerstandswert dem Wellenwiderstand der Antennenleitung 22 entspricht.
Da durch das T-Stück 20 eine Störreflexion auf der Antennenleitung 22 erzeugt würde, ist ausgangsseitig in der Koppeleinheit 18 ein LC-Koppelnetzwerk 26 vorgesehen, das die Zusatzkapazität kompensiert. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die Empfangsantenne 16 über einen insgesamt mit 28 bezeichneten Fußwiderstand mit der Schirmung der Antennenleitung 22 verbunden und das Antennensignal wird über eine Verstärkerstufe 30 auf den Innenleiter der Antennenleitung 22 gegeben.
Die Verhältnisse sind insgesamt so gewählt (vergleiche die in der Zeichnung gegebenen Dimensionierungsbeispiele), daß man einen Innenwiderstand der aktiven Antenne erhält, der gegen Unendlich geht. Realisiert man bei der in der Zeichnung wiedergegebenen Auslegung der Antenneneinheit 14 einen inneren Widerstand der Antenneneinheit von etwa 5000 Ohm, so hat man bei einem Gebäude mit 10 Etagen erst einen Zusatzwiderstand von insgesamt 500 Ohm, der als Verlustlast parallel zum halben Wellenwiderstand von 37,5 Ohm hinzukommt. Der reduzierte Lastwiderstand für die aktiven Antennen fällt so nur auf 35 Ohm ab, was einer Zusatzdämpfung von 0,6 dB entspricht.
An das Ende der Antennenleitung 22 ist eine insgesamt 32 bezeichnete Empfangselektronik angeschlossen. Diese hat ein Eingangsnetzwerk 34, welches wieder dem Wellenwiderstand der Antennenleitung 22 entspricht, sowie eine nachgeschaltete Vorverstärkerstufe 36.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der Innenleiter der Antennenleitung 22 gleichstrommäßig mit einer Gleichstrom-Versorgungsspannung VB beaufschlagt, während der Außenleiter mit Erde GND verbunden ist.
Das Ausgangssignal der Vorverstärkerstufe 36 wird auf einen Eingang einer insgesamt mit 38 bezeichneten Auswerteeinheit gegeben, die im einzelnen ähnlichen Aufbau haben kann wie die in der WO-A-94/03882 beschriebene Auswerteeinheit (dortiges Bezugszeichen 16).
Die Auswerteeinheit 38 demoduliert die verschiedenen über die Antennenleitung 22 erhaltenen Signale, eleminiert als nicht einwandfrei erkannte Signale, speichert die korrekt übertragenen Daten und gibt diese in größeren zeitlichen Abständen, z. B. über eine TEMEX-Karte 40 auf eine Telefonleitung 42 ab, an welche ein Abrechnungsrechner einer Abrechnungsfirma angeschlossen ist.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtich, daß man bei der getroffenen Auslegung des Datenfernerfassungssystemes eine sichere Signalerfassung für die verschiedenen auf einem Stockwerk angeordneten Meßeinheiten hat. Die hierfür verwendeten Antenneneinheiten 14 haben einfachen Aufbau und sind somit preisgünstig. Die teuere Empfangselektronik und die teuere Auswerteeinheit 38 brauchen dagegen nur einmal vorgesehen zu werden. Durch die spezielle Auslegung der Antenneneinheit 14 ist gewährleistet, daß nur ein geringer Teil der von einer Antenneneinheit abgegebenen Leistung in anderen Antenneneinheiten verlorengeht. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Antenneneinheiten hochohmig sind und sowohl eine Impedanzumsetzung als auch eine Verstärkung bewerkstelligen.
Wo ein erfindungsgemäßes Datenfernerfassungssystem in schon existierenden Gebäuden nachinstalliert wird, brauchen hier nur Arbeiten im Treppenhaus durchgeführt zu werden, was mit erträglichem Aufwand möglich ist. In der Praxis können die Antenneneinheiten so ausgebildet werden, daß die gesamte Koppeleinheit 18 als Einheit in eine Unterputzdose eingebaut werden. Die zugehörige Antenne 14 kann an diese Koppeleinheit dann vor der entsprechenden Gebäudewand angeordnet oder in den Putz dieser Wand eingelassen angebracht werden.

Claims (6)

  1. Datenfernerfassungssystem, insbesondere zur Verbrauchsermittlung in Gebäuden, mit einer Vielzahl von Meßeinheiten (10), die jeweils einen Meßsensor, eine Sendeelektronik und eine mit der letzteren verbundene Sendeantenne (12) aufweisen, mit mindestens einer Empfangsantenne, mit einer an die Empfangsantenne angeschlossenen Empfangselektronik (32) und mit einer mit letzteren verbundenen Auswerteeinheit (38), dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsantenne für vorgegebene Gebäudebereiche, insbesondere für jedes Stockwerk, jeweils ein Antennensegment (16) aufweist, welches mit einer Gruppe von benachbarten Meßeinheiten (10) zusammenarbeitet, und daß die verschiedenen Antennensegemente (16) an eine gemeinsame Antennenleitung (22) angeschlossen sind, die mit dem Eingang der Empfangselektronik (32) verbunden ist.
  2. Datenfernerfassungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenleitung (22) eine Koaxialleitung ist und die Antennensegmente (16) jeweils über ein T-Stück (20) und ein Anpassungsnetzwerk (26, 28) reflexionsfrei an die Antennenleitung (22) angeschlossen sind.
  3. Datenfernerfassungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangswiderstand der Empfangselektronik (32) und ein am von der Empfangselektronik (32) abliegenden freien Ende der Antennenleitung (22) angebrachter Abschlußwiderstand (24) der Antennenleitung dem Wellenwiderstand der Antennenleitung (22) entsprechen.
  4. Datenfernerfassungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Antennensegmente (16) einem Viertel der Wellenlänge entspricht, mit welcher die Sendeeinheiten (10) ihre Daten drahtlos übermitteln.
  5. Datenfernerfassungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennensegmente (16) jeweils über einen Koppelverstärker (30) an die Antennenleitung (22) angeschlossen sind.
  6. Datenfernerfassungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppelverstärker (30) über die Antennenleitung (22) mit einer Versorgungsspannungsquelle (VB, GND) verbunden ist.
EP95921755A 1994-06-25 1995-05-25 Datenfernerfassungssystem Expired - Lifetime EP0767943B1 (de)

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