專利名稱：無(wú)線電控制系統(tǒng)的制作方法
無(wú)線電控制系統(tǒng)
本發(fā)明涉及 一 種無(wú)線電控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有基站和多個(gè)傳感器/
執(zhí)行器模塊以及用于傳輸時(shí)間偏移(zeitversetzten)的數(shù)據(jù)塊(TDMA傳 輸)的裝置，其中所述基站具有至少一個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)和微控制器，所 述傳感器/執(zhí)行器模塊分別包含能夠與基站的所述至少一個(gè)無(wú)線電收發(fā) 機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶Ｓ玫臒o(wú)線電收發(fā)機(jī)。
這種基于TDMA技術(shù)的具有傳感器和執(zhí)行器的無(wú)線電控制系統(tǒng)例 如由DE 101 53 462 Al 7>開。該也稱為時(shí)隙方法的TDMA數(shù)據(jù)傳輸方 法在固定的時(shí)間標(biāo)度線(Zeitraster)中相繼地將數(shù)據(jù)塊從用戶傳輸給基 站，其中用戶可以是傳感器模塊、執(zhí)行器模塊或者組合模塊。已公開的 方法的缺點(diǎn)在于，在非常大量的與基站通信的用戶模塊中，數(shù)據(jù)傳輸總 體上越來(lái)越慢，其中在大量的要相繼傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊情況下也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤 傳輸，這些錯(cuò)誤傳輸總體上降低了傳輸安全性。
本發(fā)明的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)一種開頭所提及類型的無(wú)線電控制系統(tǒng)，其能 夠在提高傳輸安全性的情況下實(shí)現(xiàn)更快的傳輸速度。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的無(wú)線電控制系統(tǒng) 來(lái)解決。
本發(fā)明的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)在于，在明顯更大數(shù)量的用戶情況下通過 借助不同頻率的數(shù)據(jù)傳輸(FDMA方法)與時(shí)間偏移的數(shù)據(jù)傳輸方法 (TDMA傳輸)結(jié)合，可能實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸。在此可以根據(jù)應(yīng)用情 況以及相應(yīng)的規(guī)定在所要求的傳輸安全性和快速的數(shù)據(jù)傳輸之間選擇 最優(yōu)的折衷，其方式是該一種或者該另一種方法被更強(qiáng)地使用。根據(jù)本 發(fā)明的無(wú)線電控制系統(tǒng)能夠在保持給定的實(shí)時(shí)條件情況下實(shí)現(xiàn)可變的 可縮放性(Skalierbarkeit)。即使在非常大量的傳感器/執(zhí)行器模塊情況 下，布線開銷實(shí)際上也完全取消，其中數(shù)據(jù)傳輸方法對(duì)于單個(gè)模塊的改 變或者模塊數(shù)目的變化沒有產(chǎn)生問題，因?yàn)樵诨局械奈⒖刂破鲀H僅需 要^皮相應(yīng)地重新編#呈。
通過在從屬權(quán)利要求中提出的措施，在權(quán)利要求1中所說明的無(wú)線 電控制系統(tǒng)的有利的擴(kuò)展方案和改進(jìn)方案是可能的。
合乎目的的是，分別以相同的傳輸頻率工作的所有傳感器/執(zhí)行器模
4塊被構(gòu)造用于以該傳輸頻率傳輸時(shí)間偏移的數(shù)據(jù)塊(TDMA傳輸)。
基站的微控制器至少被構(gòu)造用于控制數(shù)據(jù)傳輸，特別是用于借助在數(shù)目和實(shí)施形式方面可變地可選的傳感器/執(zhí)行器模塊的數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幊?。由此，可以?jiǎn)單地根據(jù)預(yù)先給定傳輸速度和傳輸安全性來(lái)優(yōu)化無(wú)線電控制系統(tǒng)。
每個(gè)傳感器/執(zhí)行器模塊都合乎目的地具有專用的微控制器，該微控制器被構(gòu)造用于通過無(wú)線電收發(fā)機(jī)與基站的微控制器通信。至少一部分傳感器/執(zhí)行器模塊的微控制器有利地有多個(gè)用于傳感器和/或執(zhí)行器的端子，由此集成到無(wú)線電控制系統(tǒng)中的傳感器和執(zhí)行器的數(shù)目可以被進(jìn)一步增大。
傳感器/執(zhí)行器模塊的微控制器可以合乎目的地通過接口或者通過無(wú)線電從基站出發(fā)來(lái)^皮編程。
在一種有利的擴(kuò)展方案中，基站的微控制器被構(gòu)造用于形成分別針對(duì)傳輸頻率的所有傳感器/執(zhí)行器模塊的請(qǐng)求信號(hào)和/或控制信號(hào)，其中這些傳感器/執(zhí)行器模塊中的每個(gè)傳感器/執(zhí)行器模塊的微控制器在至少一個(gè)連接的執(zhí)行器的情況下將控制信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給執(zhí)行器，并且在至少一個(gè)連接的傳感器的情況下引起傳感器數(shù)據(jù)在固定的時(shí)間標(biāo)度線中的傳輸(TDMA傳輸)。
作為為了避免布線的另外的重要的貢獻(xiàn)，傳感器/執(zhí)行器模塊的至少一部分具有自給自足(autarke)的電壓供給，特別是通過太陽(yáng)能模塊或者機(jī)械-電轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
合乎目的的是，基站具有總線接口用于將微控制器連接到外部數(shù)據(jù)總線上，該外部數(shù)據(jù)總線特別是與外部控制中心相連。在此，與外部的控制中心的無(wú)線總線連接原理上也是可能的。
有利的是，基站具有模塊化的結(jié)構(gòu)方式，其具有可自由選擇的數(shù)目的無(wú)線電收發(fā)機(jī)，以便即使在整個(gè)無(wú)線電控制系統(tǒng)的變化的情況下也可以進(jìn)行簡(jiǎn)單和快速的匹配。
為了將數(shù)據(jù)傳輸給不同組的傳感器/執(zhí)行器模塊，合乎目的的是也可以設(shè)置起不同作用的天線，特別是具有不同極化的天線。這有助于進(jìn)一步的數(shù)據(jù)傳輸安全性。
為了在基站和遠(yuǎn)離的傳感器/執(zhí)行器模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸，也可以設(shè)置無(wú)線電中間站。
5在附圖中示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，并且在下面的描述中進(jìn)一步
闡述。其中
圖l示出了基站的示意圖，該基站以不同的傳輸頻率與三組傳感器 /執(zhí)行器模塊無(wú)線地共同作用，以及
圖2示出了傳感器/執(zhí)行器模塊的詳細(xì)視圖。
在

圖1中所示的基站10包含微控制器11,其用于控制和監(jiān)視來(lái)自 和去往傳感器/執(zhí)行器模塊15的三個(gè)組12、 13、 14的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸r為 此，微控制器11與三個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)16至18相連，這些無(wú)線電收發(fā) 機(jī)以不同的傳輸頻率fl、 f2和f3工作。在此可以涉及商業(yè)上可用的窄 帶無(wú)線電收發(fā)機(jī)。對(duì)此典型的頻帶例如是2.45GHz和5.8GHz或者 315MHz、 433MHz和869MHz左右的ISM頻帶。為了傳輸，無(wú)線電收 發(fā)機(jī)16至18分別設(shè)置有天線19至21。
微控制器11此外與總線接口 22相連，數(shù)據(jù)總線23可以連接到該 總線接口上，該數(shù)據(jù)總線將微控制器11與外部的控制中心相連。從那 里出發(fā)，微控制器11可以被編程和參數(shù)化，其中也可以傳輸和詢問數(shù) 據(jù)，例如為了監(jiān)視的目的或者為了實(shí)現(xiàn)上級(jí)的控制。數(shù)據(jù)總線23例如 可以是Profi總線或者以太網(wǎng)總線。以太網(wǎng)接口或者一般而言的總線接 口 22也可以集成在微控制器11中。替代與線路關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)總線，也可 以設(shè)置無(wú)線的數(shù)據(jù)總線，其用于在微控制器11和外部控制中心之間的 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。
電壓源24為基站10中的電部件提供所需的工作電壓。該電壓源24 可以連接到外部的供電線路25,或者基站IO具有自給自足的電壓供給， 例如太陽(yáng)能電池裝置或者用于將頻率、壓力波動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電壓的 機(jī)械-電轉(zhuǎn)換器，。
圖2中更詳細(xì)示出了傳感器/執(zhí)行器模塊15。根據(jù)是否連接了一個(gè) 或多個(gè)傳感器或者一個(gè)或多個(gè)執(zhí)行器，在此可以涉及純粹的傳感器模 塊、純粹的執(zhí)行器模塊或者混合的模塊。在圖2中，示出了作為混合模 塊的實(shí)施形式。包含在傳感器/執(zhí)行器模塊15中的微控制器26與執(zhí)行器 27連接用于控制該執(zhí)行器，以及與傳感器28連接用于請(qǐng)求傳感器數(shù)據(jù)。 所連接的執(zhí)行器或傳感器的數(shù)目當(dāng)然并不局限于兩個(gè)，而是可以變化。 微控制器26的兩個(gè)另外的輸入端29、 30例如可以是RS232接口或者數(shù) 字輸入端子。由此，例如可以將微控制器26編程，其中通過基站10的
6微控制器11的無(wú)線編程也是可能的。
微控制器26此外與無(wú)線電收發(fā)機(jī)31相連，該無(wú)線電收發(fā)機(jī)31可 以與無(wú)線電收發(fā)才幾26、 28相同，或者也可以具有不同的結(jié)構(gòu)。該無(wú)線 電收發(fā)機(jī)31具有天線32,用于與基站10數(shù)據(jù)通信。
為了自給自足的電流供給或者電壓供給，傳感器/執(zhí)行器模塊具有太 陽(yáng)能電池裝置33,其通過供電模塊34與傳感器/執(zhí)行器模塊15的電部 件相連。該供電模塊34例如包含電存儲(chǔ)裝置，例如電容器或者蓄電池， 并且也可以包含用于穩(wěn)定電壓或者調(diào)節(jié)電壓的裝置。對(duì)此替代地，自給 自足的電壓供給也可以通過電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器來(lái)進(jìn)行，如其與基站10關(guān) 聯(lián)地已經(jīng)闡述的那樣。轉(zhuǎn)換器例如可以從執(zhí)行器27獲取機(jī)械能。如果 可以實(shí)現(xiàn)有線的電壓供給，則當(dāng)然該有線的電壓供給也可以替代自給自 足的電壓供給，或者各個(gè)傳感器/執(zhí)行器模塊部分具有自給自足的電壓供 給、部分具有有線的電壓供給。
傳感器/執(zhí)行器模塊15的組12至14的數(shù)目當(dāng)然取決于基站10中的 無(wú)線電收發(fā)機(jī)16至18的數(shù)目，其中該數(shù)目幾乎可以任意選擇?；?0 具有模塊化的結(jié)構(gòu)，使得也還可以事后增加具有不同的或者其他的頻率 的無(wú)線電收發(fā)機(jī)。在此，無(wú)線電收發(fā)機(jī)也可以設(shè)置有相同的傳輸頻率然 而不同地設(shè)計(jì)的天線，例如具有水平極化和垂直極化的天線，使得由此 同樣可能進(jìn)行同時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸。每組的傳感器/執(zhí)行器模塊15的數(shù)目同 樣可以自由選擇，其中在最簡(jiǎn)單的情況下在高的傳輸安全性時(shí)，無(wú)線電 收發(fā)機(jī)僅與一個(gè)傳感器/執(zhí)行器模塊15通信。通過該可變的傳輸結(jié)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)了具有實(shí)時(shí)能力的可縮放性，并且可以根據(jù)在安全的數(shù)據(jù)傳輸和快 速的傳輸或大的用戶數(shù)目之間的要求來(lái)進(jìn)行優(yōu)化?；?0中的微控制 器11可以被相應(yīng)地編程或者重新編程。
據(jù)傳輸可以在所謂的FDMA方法(頻分復(fù)用)中同時(shí)進(jìn)行。與此相對(duì)， 在無(wú)線電收發(fā)機(jī)16或17或18和相同傳輸頻率的一組傳感器/執(zhí)行器模 塊15之間的數(shù)據(jù)傳輸通過所謂的TDMA方法(時(shí)分復(fù)用)來(lái)進(jìn)行。該 TDMA方法也稱為時(shí)隙方法，并且基于在固定的時(shí)間標(biāo)度線中數(shù)據(jù)包在 時(shí)間上彼此相繼地進(jìn)行的傳輸。傳感器/執(zhí)行器^t塊15的微控制器26被 相應(yīng)地編程并且等待基站10方面的請(qǐng)求信號(hào)，以便隨后在確定的時(shí)間 窗中將數(shù)據(jù)(例如傳感器數(shù)據(jù))傳輸給基站。這可以立即進(jìn)行，或者在分等級(jí)的時(shí)間間隔之后進(jìn)行，其中一組的每個(gè)傳感器/執(zhí)行器模塊15都
被確定到不同的時(shí)間間隔上。用于所連接的執(zhí)行器27的控制數(shù)據(jù)由一 組內(nèi)的基站IO或者同時(shí)被發(fā)送，其中每個(gè)傳感器/執(zhí)行器模塊15都具有 相應(yīng)的標(biāo)識(shí)符，該標(biāo)識(shí)符將所接收的控制信號(hào)標(biāo)識(shí)為恰當(dāng)或者不相關(guān)， 或者該傳輸同樣在時(shí)間標(biāo)度線間隔中進(jìn)行。
通過與^t塊化的原理相關(guān)聯(lián)的、無(wú)線電控制系統(tǒng)與特定的應(yīng)用要求 的可適應(yīng)性，用戶可能自由選擇組12至14的數(shù)目以及每組的傳感器/ 執(zhí)行器模塊15的數(shù)目，其中在極端情況下，基站10具有非常多的無(wú)線 電收發(fā)機(jī)16至18,并且每個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)僅僅與一個(gè)傳感器/執(zhí)行器模 塊15通信，而在另一極端情況下，基站IO僅僅具有非常少的無(wú)線電收 發(fā)機(jī)16至18,并且每個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)以TDMA方法與數(shù)量非常大的傳 感器/執(zhí)行器模塊15通信。
在所示的實(shí)施例中，基站10中的和傳感器/執(zhí)行器模塊15中的微控 制器11、 26直接與無(wú)線電收發(fā)機(jī)16至18或31相連。在此也可能的是， 無(wú)線電收發(fā)機(jī)16至18或31具有專用的邏輯和控制功能，使得在這些 部件內(nèi)存在分布的邏輯電路。
無(wú)線電收發(fā)機(jī)16至18或31可以理解為純粹的沖莫擬高頻信號(hào)處理 單元，其帶有或者沒有A/D或D/A轉(zhuǎn)換器，或者可以理解為完整的包括 處理器的發(fā)送/接收單元。在此，分級(jí)是可能的。在此例如也可以使用 MIMO架構(gòu)來(lái)提升魯棒性。為了相同的目的或者為了提升與其他無(wú)線電 系統(tǒng)的共存能力，也可以使用超寬帶技術(shù)作為無(wú)線電收發(fā)機(jī)。
并排地例如設(shè)置在頂帽式軌道(Hutschiene)或者共同的基板上。然而 空間上彼此錯(cuò)落的設(shè)置也是可能的。如果它們直接彼此并排工作，則有 利的是，天線19至21具有入/10的最小距離，更有利的是，在X/4至3 入/4的范圍中的距離，使得在從傳感器/執(zhí)行器模塊15至基站10的無(wú)線 電收發(fā)機(jī)16至18的擾動(dòng)可以通過相鄰的無(wú)線電收發(fā)^L攔截。如果無(wú)線 電收發(fā)機(jī)彼此多級(jí)地工作，則它們可以通過無(wú)線電或者線纜彼此連接。 在傳感器/執(zhí)行器模塊15和基站IO之間的距離較大時(shí)，其間也可以 設(shè)置定位的無(wú)線電中間站。
8
權(quán)利要求
1. 一種無(wú)線電控制系統(tǒng)，該無(wú)線電控制系統(tǒng)具有基站和多個(gè)傳感器/執(zhí)行器模塊以及用于傳輸時(shí)間偏移的數(shù)據(jù)塊(TDMA傳輸)的裝置，其中所述基站具有至少一個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)和微控制器，所述傳感器/執(zhí)行器模塊分別包含能夠?qū)崿F(xiàn)與基站的所述至少一個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶Ｓ玫臒o(wú)線電收發(fā)機(jī)，其特征在于，所述基站(10)具有多個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)(16至18)，它們以不同的傳輸頻率工作，并且所述傳感器/執(zhí)行器模塊(15)的無(wú)線電收發(fā)機(jī)(31)分別以這些傳輸頻率之一工作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感 器/執(zhí)行器模塊(15)劃分為組U2至14),這些組分別具有不同的傳輸頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)線電控制系統(tǒng)，其特征在于，所有 分別以相同的傳輸頻率工作的傳感器/執(zhí)行器模塊(15 )被構(gòu)造用于以該 傳輸頻率傳輸時(shí)間偏移的數(shù)據(jù)塊(TDMA傳輸)。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電控制系統(tǒng)，其特征在 于，所述基站(10)的微控制器(11)至少被構(gòu)造用于控制數(shù)據(jù)傳輸， 特別是用于借助在數(shù)目和實(shí)施形式方面能夠可變地選擇的傳感器/執(zhí)行 器模塊(15)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行編程。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電控制系統(tǒng)，其特征 在于，每個(gè)傳感器/執(zhí)行器模塊(15)都具有專用的微控制器(26),該 微控制器被構(gòu)造用于通過所述無(wú)線電收發(fā)機(jī)(31, 16至18)與基站(10) 的微控制器(11)通信。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)線電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感 器/執(zhí)行器模塊(15 )中的至少一部分傳感器/執(zhí)行器模塊的微控制器(26 ) 具有多個(gè)用于傳感器(28)和/或執(zhí)行器(27)的端子。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的無(wú)線電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 傳感器/執(zhí)行器模塊(15)的微控制器(26)可以通過接口 (29)或者通 過無(wú)線電從基站(10)出發(fā)來(lái)被編程。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電控制系統(tǒng)，其特征 在于，所述基站(10)的微控制器(11 )被構(gòu)造用于形成分別用于一個(gè) 傳輸頻率的所有傳感器/執(zhí)行器模塊(15)的請(qǐng)求信號(hào)和/或控制信號(hào)，其中這些傳感器/執(zhí)行器模塊(15)中的每個(gè)傳感器/執(zhí)行器模塊的微控制器(26)在至少一個(gè)被連接的執(zhí)行器(27)的情況下將控制信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給該執(zhí)行器，并且在至少一個(gè)被連接的傳感器(28)的情況下引起傳感器數(shù)據(jù)在固定的時(shí)間標(biāo)度線中的傳輸(TDMA傳輸)。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器/執(zhí)行器模塊(15)的至少一部分具有自給自足的電壓供給(33, 34 ),特別是通過太陽(yáng)能模塊或者機(jī)械-電轉(zhuǎn)換器的電壓供給。
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述基站(10)具有用于將微控制器(11 )連接到外部數(shù)據(jù)總線(23)上的總線接口 (22),該外部數(shù)據(jù)總線特別是與外部控制中心相連。
11. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電控制系統(tǒng)，其特征在于，所述基站(10)具有模塊化的結(jié)構(gòu)方式，其具有可自由選擇的數(shù)目的無(wú)線電收發(fā)機(jī)(16至18)。
12. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電控制系統(tǒng)，其特征在于，為了將數(shù)據(jù)傳輸給不同組(12至14 )的傳感器/執(zhí)行器模塊(15 ),設(shè)置起不同作用的天線，特別是具有不同極化的天線。
13. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的無(wú)線電控制系統(tǒng)，其特征在于，為了在基站(10)和遠(yuǎn)離的傳感器/執(zhí)行器模塊(15)之間的數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)置有無(wú)線電中間站。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種無(wú)線電控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有基站(10)和多個(gè)傳感器/執(zhí)行器模塊(15)，其中所述基站具有至少一個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)(16至18)和微控制器(11)，所述傳感器/執(zhí)行器模塊分別包含能夠分別與基站(10)的所述至少一個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)(16至18)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶Ｓ玫臒o(wú)線電收發(fā)機(jī)。此外設(shè)置了用于傳輸時(shí)間偏移的數(shù)據(jù)塊(TDMA傳輸)的裝置?；?10)具有多個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)(16至18)，它們以不同的傳輸頻率(f1至f3)工作。傳感器/執(zhí)行器模塊(15)的無(wú)線電收發(fā)機(jī)分別以這些傳輸頻率(f1至f3)之一工作。通過這種方式，無(wú)線電控制系統(tǒng)根據(jù)對(duì)傳輸安全性或者傳輸速度的相應(yīng)要求而進(jìn)行可變的設(shè)計(jì)和優(yōu)化是可能的。
文檔編號(hào)H04J4/00GK101490989SQ200780026567
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日
發(fā)明者B·卡徹爾, G·肖爾, H·-J·科伯, H·瓦塔爾 申請(qǐng)人:費(fèi)斯托股份有限兩合公司