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Verfahren und Einrichtung zur telemetrischen Datenübertragung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur telemtrischen
Datenübertragung mit einer Anzahl von Sendeanlagen, die auf derselben Sendefrequenz
arbeiten, und mit einer gemeinsamen Empfangsstation.
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Häufig ist es erforderlich, daß von einer Anzahl verschiedener Meßstellen
Meßdaten telemetrisch zu einer gemeinsamen Empfangsstation übertragen werden müssen.
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Bei einem bekannten Verfahren ist dabei jeder Meßstelle eine Sendeanlage
zugeordnet, wobei entsprechend der Zahl der Meßstellen eine entsprechende Anzahl
von Ubertragungsfrequenzen verwendet wird, also jeder Sender mit einer von den anderen
Sendern verschiedenen Frequenz sendet. Am Empfangsort ist eine entsprechende Anzahl
von Empfängern, die auf die zugeordneten Frequenzen abgestimmt sind, vorgesehen.
Dieses Verfahren erfordert
also eine den Meßstellen entsprechende
Anzahl von Sendern und Empfängern, wodurch die gesamte Einrichtung sehr aufwendig
und daher teuer wird. Weiter bekannt ist eine Abwandlung dieses Verfahrens, bei
der die Abstimmeinrichtung eines einzigen gemeinsamen Empfängers in vorgegebener
Reihenfolge auf die den verschiedenen Sendern zugeordneten Frequenzen abgestimmt
wird, um so die Sendeanlagen, die ständig in Betrieb sind, abzufragen.
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Bei den beiden genannten Verfahren arbeiten die Sender im Dauerbetrieb,
was bei einer längeren Versuchsdauer häufig zu Problemen in bezug auf die Energieversorgung
der meist batteriebetriebenen Sender führt.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, eine Anzahl von auf der
gleichen Frequenz arbeitenden Sendern von einer zentralen Empfangsstation aus durch
Telekommando ein- und auszuschalten, um so einerseits einen Betrieb aller Sender
auf einer Frequenz zu gestatten und andererseits den Energieverbrauch der Sender
herabzusetzen. Bei diesem Verfahren muß jedoch jeder Sendeanlage ein Telekommandoempfänger
zugeordnet werden, der zu Gewicht und Baugröße der Gesamtordnung beiträgt und, da
er ständig empfangsbereit sein muß, ebenfalls, wenn auch in geringem Maße, Energie
verbraucht. Darüber hinaus muß die Empfangsanlage mit einem Telekommandosender ausgestattet
werden, der die Gesamtkosten der Anlage erhöht und eine weitere Frequenz für den
Telekommandobetrieb erfordert.
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Die Erfindung geht davon aus, daß häufig eine simultane kontinuierliche
Datenübertragung von allen Versuchspersonen oder -orten nicht erforderlich ist,
so daß eine sequentielle, in zeitlichen Abständen erfolgende Datenübertragung von
den einzelnen Meßstellen zu einer gemeinsamen Empfangsstation ausreicht.
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Die Erfindung zielt darauf ab, ein einfaches und vergleichsweise wenig
aufwendiges Verfahren für eine telemetrische Datenübertragung von einer Anzahl von
Sendern, die zeitlich versetzt auf derselben Frequenz arbeiten, zu einer gemeinsamen
Empfangsstation, zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sendeanlagen
in vorgegebener zeitlicher Abfolge durch in diese eingebaute Zeitschaltwerke hoher
Langzeitkonstanz automatisch an- und abgeschaltet werden.
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Zur Erzielung der erforderlichen Langzeitkonstanz werden quarzgesteuerte
integrierte Schaltkreise, die in der Technik elektronischer Uhren verwendet werden,
eingesetzt. Um einen möglichst geringen Energieverbrauch der Zeitschalteinrichtung
zu erzielen, werden vorzugsweise integrierte Schaltkreise in CMOS-Technik verwendet.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Zusammenhang mit der Zeichnung,
die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zeitschaltung in Form eines Blockschaltbildes
darstellt, näher beschrieben.
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Die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung zur telemetrischen
Datenübertragung soll zunächst grundsätzlich an einem Beispiel erläutert werden.
Sollen beispielsweise von zehn Meßstellen telemetrisch Daten in bestimmten Zeitabständen
und mit einer bestimmten tlbertragungsdauer des Meßwerts vorgenommen werden und
sollen die Meßwertübertragungen periodisch aufeinander folgen, so werden die Zeitschaltwerke
nach Einschaltung der Sendeanlagen in entsprechender Reihenfolge rückgestellt, wodurch
die Startzeit für das entsprechende Zeitschaltwerk gegeben ist. Soll im genannten
Beispiel die Zeit zwischen zwei Ubertragungen von einer Sendeanlage beispielsweise
10 Minuten betragen und ist eine Ubertragungsdauer des Meßwerts von jeweils 30 Sekunden
vorgesehen,
so wird zuerst die Sendeanlage 1 eingeschaltet, die
dann 30 Sekunden ihren Meßwert aussendet und danach durch die Zeitschaltung automatisch
abgeschaltet wird. 30 Sekunden später, insgesamt also 1 Minute nach Inbetriebnahme
der Sendeanlage 1, wird Sendeanlage 2 eingeschaltet, d. h. das entsprechende Zeitschaltwerk
wird rückgestellt, die dann ebenfalls 30 Sekunden ihren Meßwert aussendet und danach
vom Zeitschaltwerk stillgesetzt wird. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis alle
10 Sendeanlagen in entsprechender Reihenfolge angeschaltet worden sind.
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Nach Ablauf des ersten 10-Minuten-Zyklus schaltet sich Sendeanlage
1 automatisch wieder ein und sendet ihren Meßwert für 30 Sekunden aus. Nach 11 Minuten
schaltet sich Station 2 ein und sendet ihren Meßwert ebenfalls 30 Sekunden aus usw.,
bis auch der zweite 10-Minuten-Zyklus beendet ist. Dieser Betrieb wird so lange
fortgesetzt, bis der Versuch abgebrochen wird oder die Batterien erschöpft sind.
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Eine Bedingung für eine derartige Zeitschaltung ist, daß sie mit ausreichender
Langzeitkonstanz arbeitet und selbst so wenig Energie verbraucht, daß sie zur Erschöpfung
der Batterien nicht nennenswert beiträgt. Die Realisierung einer derartigen Zeitschaltung
wird durch die modernen integrierten Schaltkreise für quarzgesteuerte Uhren, die
in CMOS-lechnik ausgeführt sind, ermöglicht. Eine Ausführungsform der Zeitschaltung
wird durch das Blockschaltbild erläutert. Hierbei liefert eine Oszillatorschaltung
1 mit einer durch einen Quarz 2 vorgegebenen Frequenz von 4,194812 NHz am Ausgang
ein symmetrisches Rechtecksignal mit dem Tastverhältnis 0,5 und der Frequenz 0,5
Hz. Im Ausführungsbeispiel wurde hierzu der in CMOS-2echnik ausgeführte integrierte
Schaltkreisbaustein (IU-SAJ 300 SY verwendet. Die Ausgangsimpulse dieser Oszillator-
und Teilerschaltung werden einer ebenfalls in CMOS»Dechnik aufgebauten weiteren
Teilerschaltung 3 (RCA-CD 4059 AD) zugeführt. Das Teilerverhältnis dieser Schaltung
ist zwischen 3 und 15.999 durch entsprechende Außenbeschaltung programmierbar. Bei
einer Taktfrequenz von 0,5 Hz können somit
am Ausgang des teiler
durch entsprechende Programmierung Steuerimpulse mit zeitlichen Abständen von 6
Sekunden bis zu 8 Stunden 53 Minuten erzielt werden. Dir Steuerimpuls am Ausgang
dieses Teilers wird einer weiteren2CMOS-Technik ausgeführten monostabilen Stufe
4 (RCA-CD 4047 AE) zugeführt, die die Einschaltzeit der Telemetrie-Sendeanlage bestimmt.
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Von der monostabilen Stufe wird über einen Transistor 5 (2 N 3711)
ein Relais 6 (PRME 15.005) angesteuert, das die Telemetrie-Sendeanlage an- und abschaltet.
Der Stromverbrauch einer derartigen Zeitschaltung liegt, abgesehen von den Anschaltzeiten
des Relais, das allerdings für die prinzipielle Arbeitsweise der Schaltung nicht
wesentlich ist und z. B. durch FET-Schalter ersetzt werden kann, im uA-Bereich.
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Abhängig von der Zeitdauer zwischen zwei Meßwertübertragungen sowie
von der Dauer der Meßwertübertragung, und natürlich von der Energieaufnahme der
zu schaltenden Telemetrieanlage und der Dimensionierung der Speisebatterie kann
eine mit der erfindungsgemäßen Zeitschaltung ausgestattete Telemetrie-Sendeanlage
bei ausreichender Zeitkonstanz über längere Zeiträume betrieben werden.
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Die Erfindung kann bei allen Arten telemetrischer Meßdatenübertragungen
von einer Mehrzahl von Meßstellen zu einer oder mehreren gemeinsamen Empfangs stationen,
wobei eine fortlaufende Meßwertübermittlung nicht erforderlich oder eine gegebene
zeitliche Abfolge der Meßwertübermittlung erwünscht ist, eingesetzt werden. Vorzugsweise
kann die Erfindung auf dem Gebiet der Biotelemetrie, der Wildforschung und der telemetrischen
Meßdatenübertragung von Meßstellen an Bauwerken oder in unzulänglichem Gelände eingesetzt
werden. Auch für die Datenübertragung von Meßboaen im Meer ist das Verfahren anwendbar.