WO2001091081A1 - Device for uni-directionally or bi-directionally exchanging data - Google Patents

Device for uni-directionally or bi-directionally exchanging data Download PDF

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WO2001091081A1
WO2001091081A1 PCT/EP2001/005241 EP0105241W WO0191081A1 WO 2001091081 A1 WO2001091081 A1 WO 2001091081A1 EP 0105241 W EP0105241 W EP 0105241W WO 0191081 A1 WO0191081 A1 WO 0191081A1
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unit
data
measurement data
measuring
compression
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PCT/EP2001/005241
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Dietmar Spanke
Rolf Deserno
Hainer Wetteborn
Original Assignee
Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg.
WETTEBORN, Sabine
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Publication date
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    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00Electric signal transmission systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00Measuring or testing not otherwise provided for
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D9/00Recording measured values
    • G01D9/005Solid-state data loggers

Definitions

  • the invention relates to a device for unidirectional or bidirectional exchange of data between a measuring unit that measures a physical quantity and a control / evaluation unit that determines the physical quantity with a predetermined accuracy based on the measurement data provided by the measuring unit, and wherein the measuring unit is connected to the control / evaluation unit via at least one data line.
  • Measuring units for determining / monitoring a physical quantity such as fill level, pressure, temperature, flow, density, provide, in addition to a wealth of measurement data, also other information which is important for the user and the operating and service personnel. This additional information may e.g. are device parameters or service or diagnostic data.
  • the time factor comes into play as soon as the measuring unit is physically separated from the control / evaluation unit and both units communicate with each other via a data line.
  • the measurement data is usually transmitted via the data line according to one of the known transmission standards or field protocols.
  • the disadvantage of at least some of the field protocols is that they have a relatively low data transmission rate. This is particularly noticeable when the physical quantity to be measured or controlled is determined on the basis of a quantity of data which is composed of a large number of individual measured data.
  • the time delay until the measured value of the physical quantity is ultimately made available or displayed is, of course, quite troublesome in connection with highly precise measuring and control systems.
  • the object of the invention is to optimize the data transmission between a measuring unit and a control / evaluation unit that is spatially separate from the measuring unit.
  • BESTATIGUNGSKOPIE The object is achieved in that at least one compression unit is provided which is assigned to the measurement unit and which compresses the measurement data supplied by the measurement unit in a predetermined cycle in such a way that on the one hand the information content of the measurement data is completely or reduced in this way via the data line to the control unit. / Evaluation unit is transmitted, that the physical size is determined with the specified accuracy, and that on the other hand the amount of data transmitted is minimal.
  • the measuring unit is a fill level measuring device with a transmitting unit and receiving unit, the fill level measuring device determining the fill level of a filling material in a container over the running time of measuring signals which are reflected on the surface of the filling material as echo signals.
  • the measurement signals are electromagnetic signals, e.g. B. microwave signals, or around ultrasonic signals. In the case of microwave signals, these either spread out in the free field or are introduced into the container via a conductive element.
  • the measurement data provided by the fill level measuring device are preferably the amplitude values of the echo signals as a function of the transit time from the measuring unit to the surface of the filling material.
  • the corresponding measurement data are referred to below as the measurement data of the digital envelope.
  • the running distance corresponds to twice the distance between the antenna and the surface of the product.
  • the actual useful echo signal i.e. the proportion of the measurement signal that is reflected on the surface of the filling material, and its transit time are determined using the so-called echo function or the digital envelope curve, whereby - as already mentioned - the envelope curve shows the amplitudes of the echo signals as a function of the Distance 'antenna - surface of the product' reproduces.
  • the level itself then results from the difference between the known Distance of the antenna from the bottom of the container and the distance of the surface of the filling material from the antenna determined by the measurement.
  • the echo signals are usually transformed into the low-frequency range using a sequential scanning method before the evaluation.
  • the intermediate frequency signal created by the transformation is then evaluated. It is characterized by the fact that it has the same course as the envelope curve; however, it is stretched by a defined time delay factor.
  • the envelope curve which consists of a large number of measurement data, or a part of the envelope curve can be transmitted via a data line.
  • Each measured value is composed of a predetermined number of digital characters. Since the probability of the occurrence of a digital character depends on the previous character, it is possible to perform data compression. The data compression does not reduce the amount of information contained in the data.
  • the principle known from information transmission is used in the device according to the invention, according to which a coherent series of data only in the limit case that it consists of random and completely independent values, the maximum number of digital characters per value actually available needed. If this is not the case, lossless compression of the
  • the measuring unit or the compression unit is assigned a computing unit which calculates the difference from two successive measured values or from two successive amplitude values of the digital envelope curve and the measurement data thus obtained for the purpose of compressing the Compression unit provides. In this way, the amount of data that must be evaluated to determine the fill level can be reduced by half.
  • An embodiment of the device according to the invention provides that the compression unit reduces the number of measured values. For example, only every nth measured value is compressed, where n c N and N> 1. This results in a slight loss in terms of measuring accuracy, but this minus of information is largely compensated for by the accelerated provision of measured values.
  • the computing unit / compression unit selects or determines and compresses one from a predetermined number m of successive measured values, with mc N, with the selected or determined and subsequently compressed Measured value either around the first measured value, the last measured value, the maximum
  • Measured value the minimum measured value, the median (the values are sorted and the minimum and maximum values are discarded) or the mean of the m successive measured values.
  • the compression unit preferably compresses and transmits only the most significant bits of each measured value.
  • a preferred embodiment of the device according to the invention proposes a decompression unit which is assigned to the control / evaluation unit.
  • this configuration makes it possible to specify the same fixed coding table for the compression unit and the decompression unit, according to which both compress the measurement data or decompress. It is then unnecessary to transmit the coding table regularly over the data line, which is necessary if an optimal coding table is determined in the measuring unit for each data record.
  • an optimal coding table for each data record which is composed, for example, of a large number of individual measured values, i.e. a coding table in which on the one hand the information content is retained as completely as possible and on the other hand the amount of data is minimal.
  • Huffmann algorithm An algorithm according to which this optimal coding table can be created has become known as the Huffmann algorithm under the name of its discoverer.
  • the Huffmann algorithm as well as other known algorithms for data compression, for example run length coding, which will be described below as a preferred embodiment of the device according to the invention, are in the book 'Algorithms in C by Robert Sedgewick, Addison-Wesley Publishing Company - Verlag, chapter 22).
  • the computing unit / compression unit compress the measurement data according to a variable coding table; the coding table is synchronized to the cycle with which the measurement data are made available; Furthermore, the coding table is determined in such a way that it is optimally adapted to the measurement data to be transmitted in one cycle, for example to the measurement data of a digital envelope.
  • An alternative embodiment of the device according to the invention to the aforementioned embodiment proposes that the computing unit / compression unit compresses the measurement data after a run length coding. Further information can be found in the book 'Algorithms in C.
  • the run length coding or the coding with variable length can always be used advantageously if a data record has a large number of identical values.
  • An example is a data record with the string AAAA ⁇ BBBBBBBB.
  • run length coding the number of subsequent characters is now written after a special character, for example a% character.
  • the above thirteen-character data record can be made as follows represent:% 5A% 8B - so without loss of information it can be replaced by a data record consisting of six characters.
  • a device has proven to be particularly favorable, the individual components of which are configured as follows: the computing unit / compression unit compresses, for example, the measurement data in each case using an optimized coding table and additionally according to the run length; the computing unit / compression unit then determines the number of measurement data to be transmitted for each of the two encodings and then selects the variant in which the amount of data to be transmitted is minimal.
  • the computing unit / compression unit compresses, for example, the measurement data in each case using an optimized coding table and additionally according to the run length; the computing unit / compression unit then determines the number of measurement data to be transmitted for each of the two encodings and then selects the variant in which the amount of data to be transmitted is minimal.
  • more than two compression methods can also be used to determine the cheapest option.
  • the data transmission via the data line is preferably carried out according to a known transmission standard. Examples include the HART protocol, the Fieldbus Foundation standard or the Profibus PA standard.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of the device according to the invention.
  • a filling material 13 is stored in a container 15.
  • the fill level measuring device 8 serves to determine the fill level L. which is mounted in an opening 18 in the lid 19 of the container 15.
  • Transmitted signals, in particular microwaves, generated in the signal generating / transmitting unit 9 are emitted in the direction of the surface 14 of the filling material 13 via the antenna 12.
  • the transmitted signals are reflected as echo signals on the surface 14. These echo signals are received in the receiving unit 10 and, if necessary, transformed to the intermediate frequency.
  • the time-stretched digital envelope curve is formed, which describes the amplitude values of the echo signals as a function of the transit time between antenna 12 and surface 14 of the filling material 13.
  • the correct timing of transmission of the transmission signals and reception of the echo signals takes place via the transmission / reception switch 11.
  • a transmission antenna and a separate reception antenna can also be used.
  • the measurement data of each data record that is to say the measurement data of a digital envelope curve in the preferred and shown case, are compressed in the computing unit 7 and / or in the compression unit 6 according to a fixed or variable coding table.
  • the compressed measurement data are then forwarded via the data line 4, 5 to the control / evaluation unit 3 and decompressed in the decompression unit 17 in accordance with the coding table used in each case.
  • the measured value is displayed or output on the display / output unit 16.
  • FIG. 2 shows a representation of two schematic envelopes at different fill levels L1, L2.
  • Digital envelopes have the following properties regardless of the level: After a pronounced peak that occurs in the vicinity of the zero point and that is caused by reflections in the antenna area of the level measuring device 8, the curve falls over a distance of more or less depending on the level almost constant amplitude value.
  • a second peak is based on the reflection of the measurement signals on the surface 14 of the filling material 13 at level L1 or at level L2. The less filling material 13 is present in the container 15, the further the peak moves in the direction of the positive x-axis, the amplitude of the peak becoming slightly smaller.
  • the information contained in a coherent data record can be transmitted over the data line 4, 5 in a shortened period of time. Measured values can therefore be updated at relatively short intervals, which is of course extremely important for fast control processes; or - alternatively and from a different point of view - an extended amount of data and consequently more information can be transmitted via the data line within a defined period of time.
  • FIG. 3 shows a flowchart which illustrates the interaction of the measuring point and the control / evaluation unit with regard to the data exchange according to a preferred embodiment of the device according to the invention.
  • This embodiment is preferably used in connection with the transmission of the data of the digital envelope curves, which are used for determining the fill level L of a filling material 13 in a container 15.
  • the compression unit 6 and the decompression unit 17 have direct access to the same coding table; a fixed coding table is therefore stored in both units 6, 17.
  • This coding table is preferably designed so that the number of measured values contained in each data record in the form of bytes and / or the number of digital characters (bits) which uniquely characterize each measured value is kept to a minimum.
  • the former can be implemented, for example, by coding the difference between two successive measured values. Furthermore, it is possible to use only every nth value or one of m successive values for the measurement value determination. Since the measured values or the difference values of two successive measured values of an envelope curve are partly the same or have a high degree of similarity, B. the run length coding effectively reduce the amount of data to be transmitted.
  • the computing unit 7 selects the method for compressing the measurement data in which the amount of data to be transmitted is minimal. It should be noted, however, that a variable coding table together with the data contained in the data set, via the data line 4; 5 must also be transmitted. In order to correctly determine the actual transmission time, the data in the coding table must always be taken into account in the amount of data to be transmitted.
  • the amount of data to be transmitted can be calculated using at least two different algorithms.
  • the transmission ultimately takes place according to the algorithm in which the minimum amount of data is to be transmitted. As already mentioned, this is composed of the compressed measurement data and the data from the coding table.
  • the measurement data P of a data record is compressed successively under program points 21 to 25.
  • the data is decompressed under program points 27 to 31.

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Abstract

The invention relates to a device (1) for uni-directionally or bi-directionally exchanging data between a measuring unit (2) for measuring a physical quantity and a control/evaluation unit (3), which determines the physical quantity with a given accuracy by using the measurement data provided by the measuring unit, whereby the measuring unit (2) is connected to the control/evaluation unit (3) via at least one data line (4). The aim of the invention is to optimize the data transmission between a measuring unit (2) and a remote control/evaluation unit (3). To this end, the invention provides that at least one compression unit (6) is provided, which is assigned to the measuring unit (2) and which compresses the measurement data supplied in a predetermined cycle by the measuring unit (2). The measurement data is compressed in such a manner that the information content of the measurement data is transmitted over the data line (4) to the control/evaluation unit (3) completely or partially reduced such that the physical quantity is defined with a given accuracy, and such that the transmitted volume of data is minimal.

Description

Vorrichtung zum unidirektionalen oder bidirektionalen Austausch von Daten Device for the unidirectional or bidirectional exchange of data
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum unidirektionalen oder bidirektionalen Austausch von Daten zwischen einer Meßeinheit, die eine physikalischen Größe mißt, und einer Regel-/Auswerteeinheit, die anhand der von der Meßeinheit bereitgestellten Meßdaten die physikalische Größe mit einer vorgegebenen Genauigkeit bestimmt, und wobei die Meßeinheit mit der Regel-/Auswerteeinheit über zumindest eine Datenleitung verbunden ist.The invention relates to a device for unidirectional or bidirectional exchange of data between a measuring unit that measures a physical quantity and a control / evaluation unit that determines the physical quantity with a predetermined accuracy based on the measurement data provided by the measuring unit, and wherein the measuring unit is connected to the control / evaluation unit via at least one data line.
Meßeinheiten zur Bestimmung/Überwachung einer physikalischen Größe, wie Füllstand, Druck, Temperatur, Durchfluß, Dichte, liefern neben einer Fülle von Meßdaten auch sonstige Informationen, die für den Anwender und das Bedien-und Servicepersonal von Wichtigkeit sind. Bei dieser zusätzlichen Information kann es sich z.B. um Geräteparameter oder um Service- oder Diagnosedaten handeln.Measuring units for determining / monitoring a physical quantity, such as fill level, pressure, temperature, flow, density, provide, in addition to a wealth of measurement data, also other information which is important for the user and the operating and service personnel. This additional information may e.g. are device parameters or service or diagnostic data.
Der Zeitfaktor kommt ins Spiel, sobald die Meßeinheit räumlich von der Regel- /Auswerteeinheit getrennt ist und beide Einheiten über eine Datenleitung miteinander kommunizieren. Die Übertragung der Meßdaten über die Datenleitung erfolgt üblicherweise nach einem der bekannten Übertragungsstandards bzw. Feldprotokolle. Nachteil zumindest einiger der Feldprotokolle ist, daß sie eine relative geringe Datenübertragungsrate besitzen. Dies macht sich insbesondere dann negativ bemerkbar, wenn die zu messende oder zu regelnde physikalische Größe anhand einer Datenmenge ermittelt wird, die sich aus einer Vielzahl einzelner Meßdaten zusammensetzt. Die zeitliche Verzögerung, bis der Meßwert der physikalischen Größe letztendlich bereitgestellt oder angezeigt wird, ist in Verbindung mit hochgenauen Meß- und Regelsystemen natürlich ziemlich störend.The time factor comes into play as soon as the measuring unit is physically separated from the control / evaluation unit and both units communicate with each other via a data line. The measurement data is usually transmitted via the data line according to one of the known transmission standards or field protocols. The disadvantage of at least some of the field protocols is that they have a relatively low data transmission rate. This is particularly noticeable when the physical quantity to be measured or controlled is determined on the basis of a quantity of data which is composed of a large number of individual measured data. The time delay until the measured value of the physical quantity is ultimately made available or displayed is, of course, quite troublesome in connection with highly precise measuring and control systems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Datenübertragung zwischen einer Meßeinheit und einer räumlich von der Meßeinheit getrennten Regel-/ Auswerteeinheit zu optimieren.The object of the invention is to optimize the data transmission between a measuring unit and a control / evaluation unit that is spatially separate from the measuring unit.
BESTATIGUNGSKOPIE Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest eine Komprimiereinheit vorgesehen ist, die der Meßeinheit zugeordnet ist und die die von der Meßeinheit in einem vorgegebenen Zyklus gelieferten Meßdaten derart komprimiert, daß einerseits der Informationsgehalt der Meßdaten vollständig oder derart reduziert über die Datenleitung an die Regel-/Auswerteeinheit übertragen wird, daß die physikalische Größe mit der vorgegebenen Genauigkeit bestimmt ist, und daß andererseits die übertragene Datenmenge minimal ist.BESTATIGUNGSKOPIE The object is achieved in that at least one compression unit is provided which is assigned to the measurement unit and which compresses the measurement data supplied by the measurement unit in a predetermined cycle in such a way that on the one hand the information content of the measurement data is completely or reduced in this way via the data line to the control unit. / Evaluation unit is transmitted, that the physical size is determined with the specified accuracy, and that on the other hand the amount of data transmitted is minimal.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der Meßeinheit um ein Füllstandsmeßgerät mit Sendeeinheit und Empfangseinheit, wobei das Füllstandsmeßgerät den Füllstand eines Füllguts in einem Behälter über die Laufzeit von Meßsignalen ermittelt, die an der Oberfläche des Füllguts als Echosignale reflektiert werden. Bei den Meßsignalen handelt es sich um elektromagnetische Signale, z. B. Mikrowellensignale, oder um Ultraschall-signale. Im Falle von Mikrowellensignalen breiten sich diese entweder im Freifeld aus, oder sie werden über ein leitfähiges Element in den Behälter hineingeführt. Bei den Meßdaten, die das Füllstandsmeßgerät liefert, handelt es sich bevorzugt um die Amplitudenwerte der Echosignale als Funktion der Laufzeit von der Meßeinheit zur Oberfläche des Füllguts. Die entsprechenden Meßdaten werden im folgenden als die Meßdaten der digitalen Hüllkurve bezeichnet.According to an advantageous development of the device according to the invention, the measuring unit is a fill level measuring device with a transmitting unit and receiving unit, the fill level measuring device determining the fill level of a filling material in a container over the running time of measuring signals which are reflected on the surface of the filling material as echo signals. The measurement signals are electromagnetic signals, e.g. B. microwave signals, or around ultrasonic signals. In the case of microwave signals, these either spread out in the free field or are introduced into the container via a conductive element. The measurement data provided by the fill level measuring device are preferably the amplitude values of the echo signals as a function of the transit time from the measuring unit to the surface of the filling material. The corresponding measurement data are referred to below as the measurement data of the digital envelope.
Vorrichtungen, die den Füllstand eines Füllguts in einem Behälter über dieDevices that check the fill level of a product in a container
Laufzeit von Meßsignalen bestimmen, nutzen die physikalische Gesetzmäßigkeit aus, wonach die Laufstrecke gleich dem Produkt aus Laufzeit und Ausbreitungsgeschwindigkeit ist. Im Falle der Füllstandsmessung entspricht die Laufstrecke dem doppelten Abstand zwischen Antenne und Oberfläche des Füllguts. Das eigentliche Nutzechosignal, also der Anteil des Meßsignals, der an der Oberfläche des Füllguts reflektiert wird, und dessen Laufzeit werden anhand der sog. Echofunktion bzw. der digitalen Hüllkurve bestimmt, wobei - wie bereits gesagt - die Hüllkurve die Amplituden der Echosignale als Funkton des Abstandes 'Antenne - Oberfläche des Füllguts' wiedergibt. Der Füllstand selbst ergibt sich dann aus der Differenz zwischen dem bekannten Abstand der Antenne von dem Boden des Behälters und dem durch die Messung bestimmten Abstand der Oberfläche des Füllguts von der Antenne.Determine the running time of measurement signals, take advantage of the physical laws, according to which the running distance is equal to the product of the running time and the speed of propagation. In the case of level measurement, the running distance corresponds to twice the distance between the antenna and the surface of the product. The actual useful echo signal, i.e. the proportion of the measurement signal that is reflected on the surface of the filling material, and its transit time are determined using the so-called echo function or the digital envelope curve, whereby - as already mentioned - the envelope curve shows the amplitudes of the echo signals as a function of the Distance 'antenna - surface of the product' reproduces. The level itself then results from the difference between the known Distance of the antenna from the bottom of the container and the distance of the surface of the filling material from the antenna determined by the measurement.
Werden hochfrequente Mikrowellensignale als Meßsignale eingesetzt, so werden die Echosignale vor der Auswertung üblicherweise über ein sequentielles Abtastverfahren in den Niederfrequenzbereich transformiert. Das durch die Transformation kreierte Zwischenfrequenzsignal wird anschließend ausgewertet. Es zeichnet sich dadurch aus, daß es den gleichen Verlauf wie die Hüllkurve hat; allerdings ist es gegenüber dieser um einen definierten Zeitverzögerungsfaktor gestreckt. Der Vorteil der Transformation auf dieIf high-frequency microwave signals are used as measurement signals, the echo signals are usually transformed into the low-frequency range using a sequential scanning method before the evaluation. The intermediate frequency signal created by the transformation is then evaluated. It is characterized by the fact that it has the same course as the envelope curve; however, it is stretched by a defined time delay factor. The advantage of transformation on the
Zwischenfrequenz ist vornehmlich darin zu sehen, daß relativ langsame und damit kostengünstige elektronische Bauteile zur Signalerfassung und/oder Signalauswertung verwendet werden können. Eine Ausführungsform eines Verfahrens zur sequentiellen Abtastung von Echosignalen ist übrigens in der DE 31 07 444 A1 beschrieben.Intermediate frequency can primarily be seen in the fact that relatively slow and therefore inexpensive electronic components can be used for signal detection and / or signal evaluation. An embodiment of a method for sequential sampling of echo signals is described in DE 31 07 444 A1.
Um den Füllstand eines Füllguts in einem Behälter zu bestimmen, kann die Hüllkurve, die aus einer Vielzahl von Meßdaten besteht, oder ein Teil der Hüllkurve über eine Datenleitung übertragen werden. Jeder Meßwert setzt sich wiederum aus einer vorgegebenen Anzahl von digitalen Zeichen zusammen. Da die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines digitalen Zeichens vom vorhergehenden Zeichen abhängig ist, ist es möglich, eine Datenkomprimierung durchzuführen. Durch die Datenkomprimierung wird der Informationsgehalt, der in den Daten steckt, nicht geschmälert. Ausgenutzt wird also bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich der Füllstandsmessung das aus der Informationsübertragung bekannte Prinzip, wonach eine zusammenhängende Datenreihe nur in dem Grenzfall, daß sie aus zufälligen und voneinander völlig unabhängigen Werten besteht, die maximal zur Verfügung stehende Anzahl von digitalen Zeichen pro Wert tatsächlich benötigt. Ist dies nicht der Fall, kann eine verlustfreie Komprimierung derIn order to determine the fill level of a filling material in a container, the envelope curve, which consists of a large number of measurement data, or a part of the envelope curve can be transmitted via a data line. Each measured value is composed of a predetermined number of digital characters. Since the probability of the occurrence of a digital character depends on the previous character, it is possible to perform data compression. The data compression does not reduce the amount of information contained in the data. In the device according to the invention, the principle known from information transmission is used in the device according to the invention, according to which a coherent series of data only in the limit case that it consists of random and completely independent values, the maximum number of digital characters per value actually available needed. If this is not the case, lossless compression of the
Daten vorgenommen werden. Näheres hierzu ist in dem Buch 'Nachrichtentechnik' von Steinbuch, Rupprecht, erschienen im Springer Verlag, 1973 angeführt. Auf Seite 359 dieses Buches wird auf die Veröffentlichung von Shannon: 'Mathematische Theorie der Informationsübertragung' aus dem Jahre 1948 aufmerksamn gemacht. In dieser Veröffentlichung werden die Erfordernisse, die für eine vollständige Informationsübertragung erfüllt sein müssen, erläutert.Data are made. Further details can be found in the book 'Nachrichtenentechnik' by Steinbuch, Rupprecht, published by Springer Verlag, 1973. On page 359 of this book, reference is made to the publication of Shannon: 'Mathematical Theory of Information Transfer' from 1948. In this publication, the Requirements that must be met for a complete information transfer, explained.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist es besonders günstig, wenn der Meßeinheit oder der Komprimiereinheit eine Recheneinheit zugeordnet ist, die aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Meßwerten bzw. die aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Amplitudenwerten der digitalen Hüllkurve die Differenz berechnet und die so gewonnenen Meßdaten zwecks Komprimierung der Komprimiereinheit zur Verfügung stellt. Hierdurch läßt sich die Datenmenge, die zur Bestimmung des Füllstandes ausgewertet werden muß, auf die Hälfte reduzieren.In connection with the present invention, it is particularly advantageous if the measuring unit or the compression unit is assigned a computing unit which calculates the difference from two successive measured values or from two successive amplitude values of the digital envelope curve and the measurement data thus obtained for the purpose of compressing the Compression unit provides. In this way, the amount of data that must be evaluated to determine the fill level can be reduced by half.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die Komprimiereinheit die Anzahl der Meßwerte reduziert. Beispielsweise wird nur jeder n-te Meßwert komprimiert, wobei n c N und N > 1 ist. Hierdurch kommt es zwar zu einer geringfügigen Einbuße im Hinblick auf die Meßgenauigkeit, jedoch wird dieses Minus an Information durch die beschleunigte Meßwertbereitstellung in hohem Maße ausgeglichen.An embodiment of the device according to the invention provides that the compression unit reduces the number of measured values. For example, only every nth measured value is compressed, where n c N and N> 1. This results in a slight loss in terms of measuring accuracy, but this minus of information is largely compensated for by the accelerated provision of measured values.
Gemäß einer vorteilhaften Alternative der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist weiterhin vorgesehen, daß die Recheneinheit/Komprimiereinheit aus einer vorgegebenen Anzahl m von aufeinanderfolgenden Meßwerten, mit m c N, jeweils einen auswählt bzw. bestimmt und komprimiert, wobei es sich bei dem ausgewählten bzw. bestimmten und nachfolgend komprimierten Meßwert entweder um den ersten Meßwert, den letzten Meßwert, den maximalenAccording to an advantageous alternative of the device according to the invention, it is further provided that the computing unit / compression unit selects or determines and compresses one from a predetermined number m of successive measured values, with mc N, with the selected or determined and subsequently compressed Measured value either around the first measured value, the last measured value, the maximum
Meßwert, den minimalen Meßwert, den Mediän (die Werte werden sortiert und die minimalen und maximalen Werte werden verworfen) oder den Mittelwert der m aufeinanderfolgenden Meßwerte handelt. Bevorzugt komprimiert und überträgt die Komprimiereinheit nur die höher- wertigen Bits eines jeden Meßwertes.Measured value, the minimum measured value, the median (the values are sorted and the minimum and maximum values are discarded) or the mean of the m successive measured values. The compression unit preferably compresses and transmits only the most significant bits of each measured value.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt eine Dekomprimiereinheit vor, die der Regel-/Auswerteeinheit zugeordnet ist. Insbesondere wird es durch diese Ausgestaltung möglich, der Komprimiereinheit und der Dekomprimiereinheit dieselbe feste Kodierungstabelle vorzugeben, nach der beide die Meßdaten komprimieren bzw. dekomprimieren. Es erübrigt sich dann das regelmäßige Mit-Übertragen der Kodierungstabelle über die Datenleitung, was notwendig wird, wenn zu jedem Datensatz eine optimale Kodierungstabelle in der Meßeinheit bestimmt wird. Gemäß der Theorie der Informationsübertragung existiert zu jedem Datensatz, der sich beispielsweise aus einer Vielzahl einzelner Meßwerte zusammensetzt, eine optimale Kodierungstabelle, also eine Kodierungstabelle bei der einerseits der Informationsgehalt möglichst vollständig erhalten bleibt, und bei der andererseits die Datenmenge minimal ist. Ein Algorithmus, nach dem diese optimale Kodierungstabelle erstellt werden kann, ist unter dem Namen seines Entdeckers als Huffmann-Algorithmus bekannt geworden. Der Huffmann-Algorithmus, ebenso wie andere bekannte Algorithmen zur Datenkomprimierung, beispielsweise die Lauflängenkodierung, die nachfolgend noch als bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wird, sind in dem Buch 'Algorithmen in C von Robert Sedgewick, Addison-Wesley Publishing Company - Verlag, Kapitel 22) beschrieben.A preferred embodiment of the device according to the invention proposes a decompression unit which is assigned to the control / evaluation unit. In particular, this configuration makes it possible to specify the same fixed coding table for the compression unit and the decompression unit, according to which both compress the measurement data or decompress. It is then unnecessary to transmit the coding table regularly over the data line, which is necessary if an optimal coding table is determined in the measuring unit for each data record. According to the theory of information transmission, there is an optimal coding table for each data record, which is composed, for example, of a large number of individual measured values, i.e. a coding table in which on the one hand the information content is retained as completely as possible and on the other hand the amount of data is minimal. An algorithm according to which this optimal coding table can be created has become known as the Huffmann algorithm under the name of its discoverer. The Huffmann algorithm, as well as other known algorithms for data compression, for example run length coding, which will be described below as a preferred embodiment of the device according to the invention, are in the book 'Algorithms in C by Robert Sedgewick, Addison-Wesley Publishing Company - Verlag, chapter 22).
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, daß die Recheneinheit/Komprimiereinheit die Meßdaten nach einer variablen Kodierungstabelle komprimiert; die Kodierungstabelle wird jeweils auf den Zyklus, mit dem die Meßdaten zur Verfügung gestellt werden, synchronisiert; weiterhin wird die Kodierungstabelle so bestimmt ist, daß sie optimal an die in einem Zyklus zu übertragenden Meßdaten, beispielsweise an die Meßdaten einer digitalen Hüllkurve, angepaßt ist.A further development of the device according to the invention proposes that the computing unit / compression unit compress the measurement data according to a variable coding table; the coding table is synchronized to the cycle with which the measurement data are made available; Furthermore, the coding table is determined in such a way that it is optimally adapted to the measurement data to be transmitted in one cycle, for example to the measurement data of a digital envelope.
Eine zu der vorgenannten Ausführungsform alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt vor, daß die Recheneinheit/ Komprimiereinheit die Meßdaten nach einer Lauflängenkodierung komprimiert. Nähere Information hierzu kann dem Buch 'Algorithmen in C entnommen werden. Die Lauflängenkodierung bzw. die Kodierung mit variabler Länge ist immer dann vorteilhaft anwendbar, wenn ein Datensatz eine Vielzahl gleicher Werte aufweist. Als Beispiel sei ein Datensatz mit der Zeichenfolge AAAAÄBBBBBBBB genannt. Bei der Lauflängenkodierung wird nun nach einem Sonderzeichen, beispielsweise einem %-Zeichen, die Anzahl der nachfolgenden Zeichen geschrieben. Im gewählten Beispiel läßt sich der obige aus dreizehn Zeichen bestehende Datensatz folgendermaßen darstellen: %5A%8B - ohne Informationseinbuße kann er also durch einen aus sechs Zeichen bestehenden Datensatz ersetzt werden.An alternative embodiment of the device according to the invention to the aforementioned embodiment proposes that the computing unit / compression unit compresses the measurement data after a run length coding. Further information can be found in the book 'Algorithms in C. The run length coding or the coding with variable length can always be used advantageously if a data record has a large number of identical values. An example is a data record with the string AAAAÄBBBBBBBB. In the case of run length coding, the number of subsequent characters is now written after a special character, for example a% character. In the example selected, the above thirteen-character data record can be made as follows represent:% 5A% 8B - so without loss of information it can be replaced by a data record consisting of six characters.
Als besonders günstig hat sich eine Vorrichtung herausgestellt, deren Einzelkomponenten folgendermaßen ausgestaltet sind: Die Recheneinheit/ Komprimiereinheit komprimiert beispielsweise jeweils die Meßdaten unter Verwendung einer optimierten Kodierungstabelle und zusätzlich nach der Lauflänge; anschließend ermittelt die Recheneinheit/Komprimiereinheit zu jeder der beiden Kodierungen die Anzahl der zu übertragenden Meßdaten und wählt dann die Variante aus, bei der die zu übertragende Datenmenge minimal ist. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Komprimierungsmethoden verwendet werden, um dann die günstigste Variante zu ermitteln.A device has proven to be particularly favorable, the individual components of which are configured as follows: the computing unit / compression unit compresses, for example, the measurement data in each case using an optimized coding table and additionally according to the run length; the computing unit / compression unit then determines the number of measurement data to be transmitted for each of the two encodings and then selects the variant in which the amount of data to be transmitted is minimal. Of course, more than two compression methods can also be used to determine the cheapest option.
Die Datenübertragung über die Datenleitung erfolgt bevorzugt nach einem bekannten Ubertragungsstandard. Als Beispiele sind hier das HART-Protokoll, der Fieldbus Foundation - Standard oder der Profibus PA - Standard zu nennen.The data transmission via the data line is preferably carried out according to a known transmission standard. Examples include the HART protocol, the Fieldbus Foundation standard or the Profibus PA standard.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The invention is illustrated by the following drawings. It shows:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,1: a schematic representation of a preferred embodiment of the device according to the invention,
Fig. 2: eine Darstellung von zwei schematisierten Hüllkurven bei unterschiedlichen Füllständen und2: a representation of two schematic envelopes at different fill levels and
Fig. 3: ein Flußdiagramm, das die Zusammenarbeit zwischen Meßstelle und Regel-/Auswerteeinheit zwecks Auffinden und Übertragen einer minimierten Datenmenge beschreibt.3: a flowchart which describes the cooperation between the measuring point and the control / evaluation unit for the purpose of finding and transmitting a minimized amount of data.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Ein Füllgut 13 ist in einem Behälter 15 gelagert. Zur Bestimmung des Füllstandes L dient das Füllstandsmeßgerät 8, das in einer Öffnung 18 im Deckel 19 des Behälters 15 montiert ist. Über die Antenne 12 werden in der Signalerzeugungs-/Sendeeinheit 9 erzeugte Sendesignale, insbesondere Mikrowellen, in Richtung der Oberfläche 14 des Füllguts 13 abgestrahlt. An der Oberfläche 14 werden die gesendeten Signale als Echosignale reflektiert. Diese Echosignale werden in der Empfangseinheit 10 empfangen und gegebenenfalls auf die Zwischenfrequenz transformiert. Insbesondere wird - wie bereits an vorhergehender Stelle beschrieben - die zeitgedehnte digitale Hüllkurve gebildet, die die Amplitudenwerte der Echosignale als Funktion der Laufzeit zwischen Antenne 12 und Oberfläche 14 des Füllguts 13 beschreibt. Die korrekte Taktung von Absendung der Sendesignale und Empfang der Echosignale erfolgt übrigens über die Sende- Empfangsweiche 11. Selbstverständlich können auch eine Sendeantenne und eine separate Empfangsantenne zum Einsatz kommen.Fig. 1 shows a schematic representation of a preferred embodiment of the device according to the invention. A filling material 13 is stored in a container 15. The fill level measuring device 8 serves to determine the fill level L. which is mounted in an opening 18 in the lid 19 of the container 15. Transmitted signals, in particular microwaves, generated in the signal generating / transmitting unit 9 are emitted in the direction of the surface 14 of the filling material 13 via the antenna 12. The transmitted signals are reflected as echo signals on the surface 14. These echo signals are received in the receiving unit 10 and, if necessary, transformed to the intermediate frequency. In particular, as already described at the previous point, the time-stretched digital envelope curve is formed, which describes the amplitude values of the echo signals as a function of the transit time between antenna 12 and surface 14 of the filling material 13. Incidentally, the correct timing of transmission of the transmission signals and reception of the echo signals takes place via the transmission / reception switch 11. Of course, a transmission antenna and a separate reception antenna can also be used.
Die Meßdaten eines jeden Datensatzes, also im gezeigten und bevorzugten Fall die Meßdaten einer digitalen Hüllkurve, werden in der Recheneinheit 7 und/oder in der Komprimiereinheit 6 nach einer festen oder variablen Kodierungstabelle komprimiert. Anschließend werden die komprimierten Meßdaten über die Datenleitung 4, 5 an die Regel-/Auswerteeinheit 3 weitergeleitet und in der Dekomprimiereinheit 17 entsprechend der jeweils verwendeten Kodierungs-tabelle dekomprimiert. Der Meßwert wird an der Anzeige-/ Ausgabeeinheit 16 angezeigt bzw. ausgegeben.The measurement data of each data record, that is to say the measurement data of a digital envelope curve in the preferred and shown case, are compressed in the computing unit 7 and / or in the compression unit 6 according to a fixed or variable coding table. The compressed measurement data are then forwarded via the data line 4, 5 to the control / evaluation unit 3 and decompressed in the decompression unit 17 in accordance with the coding table used in each case. The measured value is displayed or output on the display / output unit 16.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung von zwei schematisierten Hüllkurven bei unter- schiedlichen Füllständen L1 , L2. Digitale Hüllkurven haben unabhängig vom Füllstand die folgenden Eigenschaften: Nach einem ausgeprägten Peak, der in der Nähe des Nullpunkts auftritt und der durch Reflexionen im Antennenbereich des Füllstandsmeßgeräts 8 verursacht wird, fällt die Kurve über eine vom jeweiligen Füllstand abhängige mehr oder weniger langen Distanz auf einen nahezu konstanten Amplitudenwert ab. Ein zweiter Peak beruht auf der Reflexion der Meßsignale an der Oberfläche 14 des Füllguts 13 beim Füllstand L1 bzw. beim Füllstand L2. Je weniger Füllgut 13 in dem Behälter 15 vorhanden ist, um so weiter wandert der Peak in Richtung der positiven x- Achse, wobei die Amplitude des Peaks geringfügig kleiner wird. Aufgrund der Datenkomprimierung kann die Information, die in einem zusammenhängenden Datensatz, beispielsweise in der digitalen Hüllkurve steckt, in einem verkürzten Zeitraum über die Datenleitung 4, 5 übertragen werden. Meßwerte können also in relativ kurzen Zeitabständen aktualisiert werden, was bei schnellen Regelprozessen natürlich enorm wichtig ist; oder - alternativ und aus anderer Sicht - kann innerhalb eines festgelegten Zeitraums eine erweiterte Datenmenge und folglich mehr Information über die Datenleitung übertragen werden.2 shows a representation of two schematic envelopes at different fill levels L1, L2. Digital envelopes have the following properties regardless of the level: After a pronounced peak that occurs in the vicinity of the zero point and that is caused by reflections in the antenna area of the level measuring device 8, the curve falls over a distance of more or less depending on the level almost constant amplitude value. A second peak is based on the reflection of the measurement signals on the surface 14 of the filling material 13 at level L1 or at level L2. The less filling material 13 is present in the container 15, the further the peak moves in the direction of the positive x-axis, the amplitude of the peak becoming slightly smaller. Due to the data compression, the information contained in a coherent data record, for example in the digital envelope, can be transmitted over the data line 4, 5 in a shortened period of time. Measured values can therefore be updated at relatively short intervals, which is of course extremely important for fast control processes; or - alternatively and from a different point of view - an extended amount of data and consequently more information can be transmitted via the data line within a defined period of time.
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm, das das Zusammenwirken von Meßstelle und Regel-/Auswerteeinheit im Hinblick auf den Datenaustausch gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verdeutlicht. Diese Ausführungsform wird bevorzugt im Zusammenhang mit der Übertragung der Daten der digitalen Hüllkurven, die für die Ermittlung des Füllstands L eines Füllguts 13 in einem Behälter 15 herangezogen werden, verwendet.3 shows a flowchart which illustrates the interaction of the measuring point and the control / evaluation unit with regard to the data exchange according to a preferred embodiment of the device according to the invention. This embodiment is preferably used in connection with the transmission of the data of the digital envelope curves, which are used for determining the fill level L of a filling material 13 in a container 15.
Die Komprimiereinheit 6 und die Dekomprimiereinheit 17 haben direkten Zugriff auf dieselbe Kodierungstabelle; eine feste Kodierungstabelle ist also in beiden Einheiten 6, 17 abgespeichert. Diese Kodierungstabelle ist bevorzugt so ausgelegt, daß die Anzahl der Meßwerte, die in jedem Datensatz in Form von Bytes enthalten sind, und/oder die Anzahl der digitalen Zeichen (Bits), die jeden Meßwert eineindeutig charakterisieren, minimal gehalten wird. Ersteres kann beispielsweise dadurch realisiert werden, daß die Differenz zweier aufeinanderfolgender Meßwerte kodiert wird. Weiterhin ist es möglich, nur jeden n-ten Wert oder einen von jeweils m aufeinanderfolgenden Werten für die Meßwertbestimmung heranzuziehen. Da die Meßwerte bzw. die Differenzwerte zweier aufeinanderfolgender Meßwerte einer Hüllkurve teilweise gleich bzw. eine hohe Ähnlichkeit aufweisen, läßt sich hier über z. B. die Lauflängenkodierung die zu übertragende Datenmenge effektiv verkleinern.The compression unit 6 and the decompression unit 17 have direct access to the same coding table; a fixed coding table is therefore stored in both units 6, 17. This coding table is preferably designed so that the number of measured values contained in each data record in the form of bytes and / or the number of digital characters (bits) which uniquely characterize each measured value is kept to a minimum. The former can be implemented, for example, by coding the difference between two successive measured values. Furthermore, it is possible to use only every nth value or one of m successive values for the measurement value determination. Since the measured values or the difference values of two successive measured values of an envelope curve are partly the same or have a high degree of similarity, B. the run length coding effectively reduce the amount of data to be transmitted.
Wie bereits zuvor erwähnt, ist es auch möglich, die bei den unterschiedlichen Komprimierungs-Algorithmen zu übertragende Datenmenge zu bestimmen. Anschließend wählt die Recheneinheit 7 wählt die Methode zum Komprimieren der Meßdaten aus, bei der die zu übertragende Datenmenge minimal ist. Hierbei ist allerdings zu beachten, daß eine variable Kodierungs- tabelle jeweils zusammen mit den Daten, die in dem Datensatz enthalten sind, über die Datenleitung 4; 5 mitübertragen werden muß. Um die tatsächliche Übertragungszeit korrekt zu ermitteln, sind die Daten der Kodierungstabelle stets bei der zu übertragenden Datenmenge zu berücksichtigen.As already mentioned above, it is also possible to determine the amount of data to be transmitted with the different compression algorithms. The computing unit 7 then selects the method for compressing the measurement data in which the amount of data to be transmitted is minimal. It should be noted, however, that a variable coding table together with the data contained in the data set, via the data line 4; 5 must also be transmitted. In order to correctly determine the actual transmission time, the data in the coding table must always be taken into account in the amount of data to be transmitted.
Zur Erzielung einer weiteren Optimierung kann die zu übertragende Datenmenge anhand von zumindest zwei unterschiedlichen Algorithmen berechnet werden. Die Übertragung erfolgt letztlich nach dem Algorithmus, bei dem die minimale Datenmenge zu übertragen ist. Diese setzt sich - wie bereits erwähnt - aus den komprimierten Meßdaten und den Daten der Kodierungstabelle zusammen.To achieve a further optimization, the amount of data to be transmitted can be calculated using at least two different algorithms. The transmission ultimately takes place according to the algorithm in which the minimum amount of data is to be transmitted. As already mentioned, this is composed of the compressed measurement data and the data from the coding table.
Kommen wir jetzt aber auf das konkrete Beispiel zurück, das in der Fig. 3 dargestellt ist. Vorgegeben ist die Kodierungstabelle und die Anzahl P der Meßwerte, die in einem Datensatz vorhanden sind und die zwecksLet us now come back to the concrete example shown in FIG. 3. The coding table and the number P of measured values that are present in a data record and for the purpose are specified
Auswertung der physikalischen Größe, hier also des Füllstands L, heranzuziehen sind.Evaluation of the physical quantity, here the level L, are to be used.
Nach dem Programmstart bei Punkt 20 erfolgt unter den Programmpunkten 21 bis 25 die sukzessive Komprimierung der Meßdaten P eines Datensatzes. Hierzu wird zu jedem Wert p, mit p = 1 , 2,....P, anhand der fest vorgegebenen Kodierungstabelle die entsprechende Kodierung ermittelt (Punkt 22); anschließend wird der kodierte Wert in einem Puffer gespeichert. Liegen die kodierten, komprimierten Daten des Datensatzes vollständig vor, werden die Daten von der Meßeinheit 2 über die Datenleitung 4, 5 entsprechend dem jeweils verwendeten Feldprotokoll an die Regel-/Auswerteeinheit 3 übertragen. Diese Übertragung ist durch den Programmpunkt 26 charakterisiert.After the program starts at point 20, the measurement data P of a data record is compressed successively under program points 21 to 25. For this purpose, the corresponding coding is determined for each value p, with p = 1, 2,... P, using the predetermined coding table (point 22); the coded value is then stored in a buffer. If the coded, compressed data of the data set are completely available, the data are transmitted from the measuring unit 2 to the control / evaluation unit 3 via the data line 4, 5 in accordance with the field protocol used in each case. This transmission is characterized by program point 26.
In der Regel-/Auswerteeinheit 3 erfolgt die Dekomprimierung der Daten unter den Programmpunkten 27 bis 31. Insbesondere wird sukzessive zu jedem der Werte p = 1 , 2, ...., P die Dekodierung anhand der fest vorgegebenen Kodierungstabelle gesucht; der entsprechende dekodierte Wert von p wird gespeichert. Stehen alle dekodierten Werte P des Datensatzes zur Verfügung, so wird unter Punkt 32 der aktuelle Meßwert, der durch den Datensatz repräsentiert wird, ermittelt. Der aktuelle Meßwert wird an der Anzeige-/ Ausgabeeinheit angezeigt bzw. ausgegeben. BezugszeichenlisteIn the control / evaluation unit 3, the data is decompressed under program points 27 to 31. In particular, the decoding is successively sought for each of the values p = 1, 2,..., P using the predetermined coding table; the corresponding decoded value of p is saved. If all decoded values P of the data set are available, then the current measured value represented by the data set is determined under point 32. The current measured value is displayed or output on the display / output unit. LIST OF REFERENCE NUMBERS
erfindungsgemäße Vorrichtungdevice according to the invention
Meßeinheitmeasuring unit
Regel-/AuswerteeinheitControl / evaluation unit
Datenleitungdata line
Datenleitungdata line
Komprimiereinheitcompression unit
Recheneinheitcomputer unit
Füllstandsmeßgerätlevel meter
Signalerzeugungs-/SendeeinheitSignal generation / transmission unit
Empfangseinheitreceiver unit
Sende-/EmpfangsweicheTransmit / receive switch
Antenneantenna
Füllgutfilling
Oberfläche des FüllgutsSurface of the product
Behältercontainer
Anzeige-/AusgabeeinheitDisplay / output unit
Dekomprimiereinheitdecompressor
Öffnungopening
Deckel cover

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum unidirektionalen oder bidirektionalen Austausch von Daten zwischen einer Meßeinheit (2) zur Messung einer physikalischen Größe und einer Regel-/Auswerteeinheit (3), die anhand der von der Meßeinheit bereitgestellten Meßdaten die physikalische Größe mit einer vorgegebenen Genauigkeit bestimmt, wobei die Meßeinheit (2) mit der Regel-/Auswerteeinheit (3) über zumindest eine Datenleitung (4) verbunden ist, wobei zumindest eine Komprimiereinheit (6) vorgesehen ist, die der Meßeinheit (2) zugeordnet ist und die die von der Meßeinheit (2) in einem vorgegebenen Zyklus gelieferten Meßdaten derart komprimiert, daß einerseits der Informationsgehalt der Meßdaten vollständig oder derart reduziert über die Datenleitung (4) an die Regel-/Auswerteeiriheit (3) übertragen wird, daß die physikalische Größe mit der vorgegebenen Genauigkeit bestimmt ist, und daß andererseits die übertragene Datenmenge minimal ist.1. Device for unidirectional or bidirectional exchange of data between a measuring unit (2) for measuring a physical quantity and a control / evaluation unit (3) which determines the physical quantity with a predetermined accuracy based on the measurement data provided by the measuring unit, the Measuring unit (2) is connected to the control / evaluation unit (3) via at least one data line (4), at least one compression unit (6) being provided, which is assigned to the measuring unit (2) and which is connected to the measuring unit (2). Measurement data supplied in a predetermined cycle is compressed in such a way that on the one hand the information content of the measurement data is transmitted completely or in such a reduced manner to the control / evaluation unit (3) via the data line (4) that the physical quantity is determined with the specified accuracy, and that on the other hand, the amount of data transferred is minimal.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei es sich bei der Meßeinheit (2) um ein Füllstandsmeßgerät (8) mit2. Device according to claim 1, wherein the measuring unit (2) is a level measuring device (8) with
Sendeeinheit (9) und Empfangseinheit (10) handelt, wobei das Füllstandsmeßgerät (8) den Füllstand (L) eines Füllguts (13) in einem Behälter (15) über die Laufzeit von Meßsignalen ermittelt, die an der Oberfläche (14) des Füllguts (13) als Echosignale reflektiert werden.Transmitting unit (9) and receiving unit (10), the fill level measuring device (8) determining the fill level (L) of a filling material (13) in a container (15) over the transit time of measurement signals which are on the surface (14) of the filling material ( 13) are reflected as echo signals.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei es sich bei den Meßdaten um die Amplitudenwerte der Echosignale als Funktion des Abstandes von der Meßeinheit (2) zur Oberfläche (14) des Füllguts (13), also um die sogenannte digitale Hüllkurve oder um zumindest einen Teilbereich der digitalen Hüllkurve handelt.3. Apparatus according to claim 2, wherein the measurement data is the amplitude values of the echo signals as a function of the distance from the measuring unit (2) to the surface (14) of the filling material (13), that is to say the so-called digital envelope curve or at least a partial area of the digital envelope.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Meßeinheit (2) oder der Komprimiereinheit (6) eine Recheneinheit (7) zugeordnet ist, die aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Meßwerten bzw. die aus jeweils zwei aufeinanderfolgenden Amplitudenwerten der digitalen Hüllkurve die Differenz berechnet und die so gewonnenen Meßdaten zwecks Komprimierung der Komprimiereinheit (6) zur Verfügung stellt.4. Apparatus according to claim 2 or 3, wherein the measuring unit (2) or the compression unit (6) is assigned a computing unit (7) which consists of two successive measured values or the two successive amplitude values of the digital envelope, the difference is calculated and the measurement data obtained in this way are made available for compression by the compression unit (6).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, wobei die Komprimiereinheit (6) nur jeden n-ten Meßwert komprimiert, wobei n c N'und N > 1 ist.5. The device according to claim 1 or 4, wherein the compression unit (6) compresses only every n-th measured value, where nc is N ' and N> 1.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Recheneinheit (7) / Komprimiereinheit (6) aus einer vorgegebenen Anzahl m von aufeinanderfolgenden Meßwerten, mit m <= N, jeweils einen auswählt bzw. bestimmt und komprimiert, wobei es sich bei dem ausgewählten bzw. bestimmten und nachfolgend komprimierten Meßwert entweder um den ersten Meßwert, den letzten Meßwert, den maximalen Meßwert, den minimalen Meßwert, den Mediän oder den Mittelwert der m aufeinanderfolgenden Meßwerte handelt.6. The device according to claim 5, wherein the computing unit (7) / compression unit (6) selects or determines and compresses one from a predetermined number m of successive measured values, with m <= N, with the selected or determined and subsequently compressed measured value is either the first measured value, the last measured value, the maximum measured value, the minimum measured value, the median or the mean of the m successive measured values.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 5 oder 6, daß die Komprimiereinheit (6) nur die höherwertigen Bits eines jeden Meßwertes komprimiert.7. The device according to claim 1, 5 or 6, that the compression unit (6) compresses only the most significant bits of each measured value.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dekomprimiereinheit (17) vorgesehen ist, die der Regel- /Auswerteeinheit (3) zugeordnet ist.8. The device according to one or more of the preceding claims, wherein a decompression unit (17) is provided, which is assigned to the control / evaluation unit (3).
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, wobei die Komprimiereinheit (6) und die Dekomprimiereinheit (17) die Meßdaten nach einer festen Kodierungstabelle komprimieren bzw. dekomprimieren.9. The device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, wherein the compression unit (6) and the decompression unit (17) compress or decompress the measurement data according to a fixed coding table.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, wobei die Recheneinheit (7) / Komprimiereinheit (6) die Meßdaten nach einer variablen Kodierungstabelle komprimiert, wobei die Kodierungstabelle auf den Zyklus, mit dem die Meßdaten zur Verfügung gestellt werden, synchronisiert ist und wobei die Kodierungstabelle so bestimmt ist, daß sie optimal an die in einem Zyklus zu übertragenden Meßdaten, beispielsweise an die Meßdaten einer digitalen Hüllkurve, angepaßt ist.10. The apparatus of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, wherein the computing unit (7) / compression unit (6) compresses the measurement data according to a variable coding table, the coding table to the cycle with which the Measurement data are made available, is synchronized and the coding table being determined in such a way that it is optimally adapted to the measurement data to be transmitted in a cycle, for example to the measurement data of a digital envelope.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Recheneinheit (7) / Komprimiereinheit (6) die Meßdaten nach einer Lauflängenkodierung komprimiert.11. The device according to claim 2, 3 or 4, wherein the computing unit (7) / compression unit (6) compresses the measurement data after a run length coding.
12. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Recheneinheit (7) / Komprimiereinheit (6) jeweils die Meßdaten unter Verwendung einer optimierten Kodierungstabelle und nach der12. The apparatus of claim 2, 3 or 4, wherein the computing unit (7) / compression unit (6) each the measurement data using an optimized coding table and according to
Lauflänge komprimiert, wobei die Recheneinheit (7) / Komprimiereinheit (6) in jedem der beiden Fälle die Anzahl der zu übertragenden Meßdaten ermittelt und wobei die Recheneinheit (7) / Komprimiereinheit (6) jeweils die Variante auswählt, bei der die Anzahl der die zu übertragende Datenmenge minimal ist.Run length compressed, the computing unit (7) / compression unit (6) determining the number of measurement data to be transmitted in each of the two cases, and wherein the computing unit (7) / compression unit (6) in each case selects the variant in which the number of the to amount of data transferred is minimal.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Datenübertragung über die Datenleitung (4) nach einem Übertragungsstandard erfolgt.13. The device according to one or more of the preceding claims, wherein the data transmission via the data line (4) takes place according to a transmission standard.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei es sich bei dem Übertragungsstandard beispielsweise um das HART- Protokoll, den Fieldbus Foundation - Standard oder den Profibus PA - Standard handelt. 14. The apparatus of claim 13, wherein the transmission standard is, for example, the HART protocol, the Fieldbus Foundation standard or the Profibus PA standard.
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