專利名稱：無線電控制系統(tǒng)的制作方法
無線電控制系統(tǒng)
本發(fā)明涉及 一 種無線電控制系統(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)無線電收發(fā) 機(jī)實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶Ｓ玫臒o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的特征的無線電控制系統(tǒng) 來解決。
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優(yōu)化無線電控制系統(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線電從基站出發(fā)來^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)目的無線電收發(fā)機(jī)，以便即使在整個(gè)無線電控制系統(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)視來自 和去往傳感器/執(zhí)行器模塊15的三個(gè)組12、 13、 14的無線數(shù)據(jù)傳輸r為 此，微控制器11與三個(gè)無線電收發(fā)機(jī)16至18相連，這些無線電收發(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的無線編程也是可能的。
微控制器26此外與無線電收發(fā)機(jī)31相連，該無線電收發(fā)機(jī)31可 以與無線電收發(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 的無線電收發(fā)機(jī)。在此，無線電收發(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具有非常多的無線 電收發(fā)機(jī)16至18,并且每個(gè)無線電收發(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線電收 發(fā)機(jī)16至18,并且每個(gè)無線電收發(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直接與無線電收發(fā)機(jī)16至18或31相連。在此也可能的是， 無線電收發(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)來提升魯棒性。為了相同的目的或者為了提升與其他無線電 系統(tǒng)的共存能力，也可以使用超寬帶技術(shù)作為無線電收發(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的無線 電收發(fā)機(jī)16至18的擾動(dòng)可以通過相鄰的無線電收發(fā)^L攔截。如果無線 電收發(fā)機(jī)彼此多級(jí)地工作，則它們可以通過無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)置定位的無線電中間站。
8
權(quán)利要求
1. 一種無線電控制系統(tǒng)，該無線電控制系統(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)無線電收發(fā)機(jī)的無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶Ｓ玫臒o線電收發(fā)機(jī)，其特征在于，所述基站(10)具有多個(gè)無線電收發(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 過無線電從基站(10)出發(fā)來被編程。
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)置有無線電中間站。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種無線電控制系統(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)無線電收發(fā)機(jī)(16至18)實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶Ｓ玫臒o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