DE69529290T2

DE69529290T2 - Optisches datenübertragungs- und ortungsgerät und verfahren zur anwendung mit obigem gerät

Info

Publication number: DE69529290T2
Application number: DE69529290T
Authority: DE
Inventors: T. Shipley
Original assignee: Hill Rom Services Inc
Current assignee: Hill Rom Services Inc
Priority date: 1994-09-21
Filing date: 1995-09-13
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2015-09-14
Also published as: CA2200341C; EP1229672A3; DE69533076D1; EP0782796B1; EP1229672B9; CA2200341A1; US5818617A; EP1229672A2; JPH10508724A; JP2003124880A; CA2320671A1; EP0782796A1; EP1229672B1; US5745272A; JP3455744B2; DE69529290D1; WO1996009698A1; US5633742A; DE69533076T2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine optische Datenübertragungs- und Ortungsvorrichtung, sowie ein System und ein Verfahren und Sender und Empfänger für die Verwendung hiermit.

Hintergrund der Erfindung

Kommunikationssysteme haben bisher ein festes Band und eine Streuspektrum-Hochfrequenz-(HF)-Energie verwendet. Funkbasierte Systeme, die tragbare Sender enthalten, leiden jedoch unter schwerwiegenden Nachteilen, die ihre Anfälligkeit gegenüber anderen HF-Störquellen, die Überlastung von HF-Kanälen und die Unvorhersagbarkeit von Gebieten, in denen der Empfang durch in Gebäuden verwendete Baumaterialien unterbrochen ist, umfassen. Ferner ergibt die Verwendung von HF-Systemen für die Lokalisierung von mobilen Elementen oder Individuen durch Dreieckspeilung kein praktikables System, aufgrund eines Mangels an Auflösung und der Zeitverzögerung bei den vielen benötigten Berechnungen. HF-Lokalisierungssysteme sind ferner aufgrund ihrer Komplexität nicht kosteneffektiv bei der Verwendung innerhalb eines Gebäudes. Andere tragbare Lokalisierungssysteme haben Ultraschall zum Übertragen von Daten verwendet. Ultraschallenergie für Datenkommunikations- und Lokalisierungssysteme hat sich aufgrund der Echos und Datenfehler aus den Umgebungsgeräuschen als unpraktisch herausgestellt. Die verwendeten Ultraschallwandler sind im allgemeinen zerbrechlich. Es sind aufgrund der relativen Ultraschallbandbreite nur niedrige Datenraten erreichbar. Infrarotsysteme weisen, obwohl sie tragbar sind, ungünstige Gewichte und Größen auf, mit einer begrenzten Batterielebensdauer, die eine weitverbreitete Nutzung einschränkt.
Um die Verwendung einer Batterie auch mit relativ großer Größe und Kapazität zu ermöglichen, muß die gesendete Infrarotleistung auf einem niedrigen Wert gehalten werden. Um jedoch einen vernünftigen Geräuschabstand beim Empfänger zu verwirklichen, wurden Sichtlinien-Signalwege über eine kontrollierte Strecke zwischen dem Infrarotsender und dem Empfänger vorgeschlagen. Solche Sichtlinien-Systeme erfordern die Ausrichtung des Senders und des Empfängers, um den Übertragungsweg einzurichten und während der gesamten Übertragungsperiode aufrechtzuerhalten. Es wurde vorgeschlagen, dies durch Montieren eines festen Empfängers über einem Türdurchgang, der vertikal nach unten blickt, zu bewerkstelligen. Der Sender mußte in einer Tasche eines Trägers getragen werden, die so angeordnet ist, daß dieser Infrarotsignale nach oben aussendet. Damit ein solches System funktioniert, müssen die Aussendungen häufig genug und mit einer ausreichend kurzen Dauer stattfinden, um somit dem Empfänger zu erlauben, eine vollständige übertragene Nachricht während der Zeitperiode zu erfassen, in der der Sender durch den Türdurchgang bewegt wird. Ein diffuses Infrarotsystem ist im US-Patent Nr. 5.062.151 gezeigt. Obwohl das System keine Sichtlinien-Übertragung erfordert, um eine Tragbarkeit zu erzielen, ist der Leistungsverbrauch so groß, daß eine mehrzellige, wiederaufladbare Batterie erforderlich ist. Eine für die Tragbarkeit bemessene Batterie muß häufig aufgeladen werden, wenigstens jeden zweiten Tag. Neben der Notwendigkeit von vielen Aufladevorrichtungen und der Unbequemlichkeit, macht die Notwendigkeit zur Wiederaufladung die Lokalisierung mobiler lebloser Objekte, wie z. B. einer Anlage, einer Akte und dergleichen, unpraktisch, aufgrund der Notwendigkeit zum häufigen Zurückholen des Senders zum Aufladen. Die Notwendigkeit, daß die zum Lokalisieren von Personal verwendeten Sender periodisch zu einer Aufladevorrichtung zurückgeführt werden müssen, ist unerwünscht, da sie nicht ihre beabsichtigte Funktion ausführen können, während sie für 8 bis 16 Stunden geladen werden. Wenn ferner der Träger versehentlich vergißt, den Sender aufzuladen, kann der Sender nicht verwendet werden, bis er aufgeladen wird. Die Notwendigkeit einer mehrzelligen Batterie setzt eine Untergrenze für die Größe und das Gewicht des tragbaren Senders, was es problematischer macht, ihn zu tragen, oder schwieriger, ihn an kleinen mobilen Objekten anzubringen.
In dem im US-Patent 5.062.151 offenbarten System ist die erste und einzige Ankündigung, daß eine Batterieladung zur Neige geht, daß die Person oder das Objekt, das dem Sender zugeordnet ist, nicht mehr lokalisiert werden kann. Um einen Batterieprüfer hinzuzufügen und eine schwache Batterie zu erfassen, ohne daß der Batterieprüfer selbst signifikant zur Entladung der überwachten Batterie beiträgt, stellt ein Problem dar.
Es ist bekannt, daß das Übertragen von Daten unter Verwendung von Infrarotimpulsen anstelle des Modulierens einer infraroten Trägerfrequenz den Leistungsverbrauch des Senders deutlich reduzieren kann, wobei jede Reduktion des Leistungsverbrauches zu einer kleineren Batterie und einer längeren Batterielebensdauer führt. Die übertragenen Daten des vorherigen Infrarotsystems umfassen Pakete von Einsen und Nullen. Die Anwesenheit eines Infrarotimpulses wird entweder als eine Eins oder eine Null interpretiert. Die Abwesenheit eines Impulses repräsentiert das Gegenteil. Datenwörter, die vorwiegend Einsen enthalten (unter der Annahme, daß Einsen die Anwesenheit eines Infrarotimpulses darstellen), verbrauchen erheblich mehr Leistung als diejenigen mit vorwiegend Nullen. Die von jedem solchen Sender gesendeten Daten weisen eine unterschiedliche Menge an Impulsen auf. Der Leistungsverbrauch jedes Senders ist daher verschieden. Dies bewirkt, daß das Batterieladeintervall auf dasjenige festgesetzt werden muß, das für den Sensor benötigt wird, der lauter Einsen sendet.
Je größer und komplizierter die Einrichtung ist, desto größer ist der Bedarf an mobiler Kommunikation mit und Lokalisierung von Personal und mobilen Elementen. In früheren Systemen nimmt jedoch dann, wenn die Menge der Sendercodes erhöht wird, die Menge der Impulse zu, die zum Definieren eines Senders erforderlich sind, weshalb der Leistungsverbrauch deutlich ansteigt. Alle zusätzlichen Daten, wie z. B. ein Batteriezustand, erhöhen weiter den Stromverbrauch und führen zu einer Reduktion der Batterielebensdauer. Ferner verschwendet die Verwendung von Gleichstrom- Gleichstrom-Umsetzern zum Vervielfachen der Batteriespannung auf diejenige, die zum Ansteuern von Infrarotsendern in Serie erforderlich ist, beträchtliche Leistung. Jeder Gleichstrom-Gleichstrom-Umsetzer hat Verluste, die die Batterielebensdauer reduzieren. Die offensichtliche Alternative des Hinzufügens von Batterien in Serie, um die notwendige Spannung für Hochleistungssendungen zu erreichen, leidet unter einem wesentlichen Gewichts- und Kostennachteil. Die Verwendung eines Widerstands in Serie mit den Sendern, um den Strom zu kontrollieren, verbraucht die Batterieleistung, erhöht die Batteriegröße und verringert die Batterielebensdauer.
Tragbare Sender sind dafür anfällig, verlorenzugehen oder beschädigt zu werden. Es ist daher wünschenswert, daß Ersatz leicht umprogrammiert werden kann. Bei Sendern des Standes der Technik waren deren Identifikationscodes mittels Hardware-Steckbrücken oder Schaltern programmiert. In großen Systemen ist die Menge an Elementen, wie z. B. Schaltern, die zum festen Codieren der Senderdaten erforderlich sind, unpraktisch und teuer. Obwohl bekannt war, daß die Identitätscodes in einem nichtflüchtigen Festkörperspeicher gespeichert werden können, ist ein solcher Speicher teuer und verbraucht erhebliche Energie, was die Batteriegröße erhöht und die Batterielebensdauer verringert. Ein weiterer Faktor, der die Verwendung eines herkömmlichen Speichers ausschließt, ist die Kompliziertheit der Programmierung des Identifikationscodes. Die geringen Ströme und hohen Schaltungsimpedanzen, die für einen geringen Stromverbrauch und eine kleine Batteriegröße erforderlich sind, machen die Verwendung von gewöhnlichen, kostengünstigen, elektrischen Kontaktmaterialien unpraktisch. Die seltene Nutzung von Kontakten für die Programmierung bewirkt, daß dünne Oxidationsschichten und Verunreinigungen die Kontakte belegen, wodurch diese unzuverlässig werden.
In dem Kommunikationssystem, das im US-Patent Nr. 5.062.151 offenbart ist, waren die Zimmerempfängerverdrahtungsanforderungen für mittlere bis große Systeme lästig. Für Kabelläufe von vernünftiger Länge muß der Drahtquerschnitt aufgrund des hohen Stromverbrauchs der Empfänger im Betrieb groß sein. Während die parallelen Adreß- und Datenbusse für einen großen Datendurchsatz sorgen, der von solchen Kommunikationssystemen benötigt wird, erhöht die große Anzahl von Leitern, die an jedem Raum und an einer zentralen Logikeinrichtung angeschlossen werden müssen, die Kosten des installierten Systems in unerwünschter Weise.
In Systemen mit mehreren Sendern besteht die Notwendigkeit, fortlaufende Kollisionen von gesendeten Infrarotdaten von getrennten Sendern am gleichen Ort zu verhindern. Eine genaue Zeitbasis ist eine Voraussetzung für die asynchrone Datenübertragung. Ein genauer Hochgeschwindigkeitstakt ist eine Voraussetzung für eine Infrarotübertragung mit geringer Leistung. Es ist wohlbekannt, daß Quarzkristalle, und in bestimmten Anwendungen sogar keramische Resonatoren, eine hervorragende und stabile Zeitbasis für eine solche Kommunikation bieten. Aufgrund ihrer sehr hohen Stabilität tendieren sie jedoch dann, sobald die seriellen Übertragungen von zwei Sendern mit stabilen Takten zu kollidieren beginnen, dazu, für eine sehr lange Zeit fortlaufend zu kollidieren. Eine signifikante Beschränkung von früheren Systemen des Standes der Technik bestand darin, daß sie entweder kein Verfahren aufwiesen, um fortlaufende Kollisionen von gesendeten Infrarotdaten aufgrund von zwei oder mehr Sendern mit synchronisierten Sendeintervallen zu verhindern, oder kein Verfahren zum Erfassen von verfälschten Daten, die durch eine Kollision hervorgerufen wurden, aufwiesen, oder daß sie zusätzliche Leistung zum Verhindern von Kollisionen verbrauchten. Solche fehlerhaften Daten bewirken, daß die Datenbank verfälscht wird. Im US-Patent Nr. 5.062.151 wurden fortlaufende Kollisionen durch die Verwendung einer Kombination aus zwei Sendeintervallen verhindert, die für jeden Sender einzigartig sind. Dies ist jedoch schwierig zu programmieren und verbraucht während der Übertragung zusätzliche Leistung. Für Systeme mit einer großen Anzahl von Sendern steht möglicherweise keine ausreichende Menge an eindeutigen Senderintervallpaaren für die Zuweisung zu jedem Sender zur Verfügung. Es besteht daher Bedarf an einem neuartigen und verbesserten optischen Datenübertragungs- und Lokalisierungssystem und Sendern und Empfängern für die Verwendung in diesem System.

Aufgabe und Zusammenfassung der Erfindung

In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine optische Datenübertragungs- und Lokalisierungsvorrichtung für wenigstens einen Ort geschaffen, die wenigstens einen Empfänger an dem wenigstens einen Ort und mehrere tragbare Sender mit der Fähigkeit umfaßt, Datenpakete von Impulsen über eine optische drahtlose Datenverbindung zum Empfänger zu senden, wobei jeder Sender eine Stromversorgung, wenigstens einen Infrarotsender, ein Ausgangstreibermittel, das die Stromversorgung mit dem wenigstens einen Infrarotsender verbindet, um zu veranlassen, daß Datenpakete vom Infrarotsender gesendet werden, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Senden von Datenpaketen einen langsamen Taktgeber, der mit der Stromversorgung verbunden ist, um für eine aufeinanderfolgende Übertragung von Paketen zu sorgen, wobei die Zeitperiode während der Paketübertragung viel kürzer ist als die Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden Paketübertragungen, einen schnellen Taktgeber und ein Schnelltaktfreigabemittel enthält, das mit dem langsamen Taktgeber und mit dem schnellen Taktgeber verbunden ist, um das schnelle Taktmittel freizugeben und das Senden eines Datenpaketes zu veranlassen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, die zuverlässig und unempfindlich gegenüber Störungen sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, in welchen Daten in Echtzeit erzeugt werden, ohne eine dedizierte Hochgeschwindigkeitsverdrahtung zu erfordern.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, in welchen die Lokalisierung eines Senders ein passiver Vorgang ist, der keine Maßnahme seitens einer anderen Person als dem Träger des Senders erfordert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, in welchen der Träger des Senders spontan Nachrichten senden kann, wie z. B. einen Hilferuf zum Ort des Trägers, ohne die Notwendigkeit für den Träger, den Ort zu verlassen oder in der Nähe eines Telephons oder einer anderen festen Kommunikationseinrichtung zu sein, wie z. B. einer Schwesternrufstation.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, die einen nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Systemdaten verwenden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, die keine Sichtlinienübertragung erfordern.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, in welchen große Mengen an Sendern und Empfängern enthalten sein können, ohne für beide große Mengen an Leistung zu erfordern.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, in welchen der Dateneintrag in die Sender, Empfänger und eine zentrale Logikeinheit automatisiert ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, in welchen Datenpakete einer vorgegebenen Länge verwendet werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, in welchen Datenpakete durch Erzeugen eines Datencodes mit wenigstens zwei Rahmen übertragen werden, wobei jeder Rahmen in wenigstens zwei Zeitschlitze unterteilt ist, jeder Rahmen aus exakt einem Impuls in einem Zeitschlitz besteht, jedes Paket daraus n Bits an Binärdaten codiert hat, und wobei 2n gleich der Anzahl der Datenzeitschlitze im Rahmen ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, die tragbar sind, und klein und kompakt sind und eine Stromversorgung aufweisen, die deren Verwendung für längere Zeitperioden, wie z. B. Zeitperioden von etwa einem Jahr und länger, erlauben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, Sender der obigen Art zu schaffen, in welchen eine Batterie im tragbaren Sender enthalten ist, um die Stromversorgung zur Verfügung zu stellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, Sender der obigen Art zu schaffen, in welchen der Batteriestromverbrauch um einen Faktor n verringert ist, wobei 2n gleich der Menge der Zeitschlitze in jedem Rahmen ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, Sender der obigen Art zu schaffen, die sehr leicht sind und komplett mit ihrer installierten Batterie weniger als eine Unze wiegen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, in welchen die darin verwendeten Sender elektronisch mit einem Identitätscode programmiert werden, der einem Individuum zugewiesen ist oder an einem Anlagenstück oder an einem anderen Objekt angebracht ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, Sender der obigen Art zu schaffen, die mit mehreren Infrarotsendern versehen sind, so daß brauchbare reflektierte Energie bereitgestellt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, Sender der obigen Art zu schaffen, die mit seitlich montierten Schaltern zum Senden von Nachrichten versehen sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, in welchen die Batterielebensdauer geprüft werden kann, ohne die Batterielebensdauer deutlich zu verkürzen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, die automatisch Senderbatterien identifizieren können, die innerhalb einer spezifizierten Zeitperiode ausgetauscht werden müssen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, in welchen die Identitäten der Sender in kostengünstigen flüchtigen Speichern gespeichert sind, die nach einem Batterieaustausch nicht erneut programmiert werden müssen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, in welchen der Batterieverbrauch im Sender für langsam bewegte Objekte beschränkt ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, in welchen der Empfänger festgestellt werden kann, der einem Sender physikalisch am nächsten ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, die Infrarotdatenkollisionen selbst dann minimieren, wenn viele Sender im Gebrauch sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, die sicherstellen, daß dann, wenn Infrarotkollisionen zwischen zwei Sendern auftreten, diese bei der nächsten Aussendung von einem Sender nicht auftreten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, die keine falschen Daten aufzeichnen, wie z. B. diejenige, die bei Kollisionen und Störungen auftreten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, die die Fähigkeit zum Senden synthetisierter und analoger Sprachnachrichten zu Empfängern aufweisen, welche solche Nachrichten den Trägern der Sender des Systems übermitteln können.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der obigen Art zu schaffen, in welchen der Datendurchsatz in Notsituationen automatisch erhöht wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, Sender der obigen Art zu schaffen, die die Fähigkeit aufweisen, ohne die Verwendung von Batterien zu funktionieren.
In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für den optischen Datenaustausch zwischen wenigstens einem Empfänger, der an wenigstens einem Ort angeordnet ist, und mehreren tragbaren Sendern geschaffen, das die Schritte umfaßt: Senden von Datenpaketen von den tragbaren Sendern über eine optische drahtlose Datenverbindung zum Empfänger; Verbinden einer Stromversorgung mit wenigstens einem Infrarotsender, so daß das Senden der Datenpakete vom Sender veranlaßt wird; gekennzeichnet durch: das Verbinden eines langsamen Taktgebers mit der Stromversorgung; das Verwenden des langsamen Taktgebers, um eine aufeinanderfolgende Übertragung von Paketen zu bewirken, wobei die Zeitperiode während der Paketübertragung viel kürzer ist als die Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden Paketübertragungen; und das Verbinden eines Schnellentaktfreigabemittels mit dem langsamen Taktgeber und mit dem schnellen Taktgeber, um das Schnelltaktfreigabemittel freizugeben und das Senden eines Datenpakets zu veranlassen.
Zusätzliche Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung, in der die bevorzugten Ausführungsformen genauer ausgeführt sind, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm einer optischen Datenübertragungs- und Lokalisierungsvorrichtung und eines Systems, das die vorliegende Erfindung enthält, welche eine zentrale Logikeinheit, mehrere Empfänger an verschiedenen Orten und mehrere tragbare Sender sowie einen Infrarotprogrammierer und einen magnetischen Programmierer enthalten.
Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild, das die Komponenten der zentralen Logikeinheit, einen Empfänger und einen tragbaren Sender zeigt, die in der Vorrichtung und in dem System verwendet werden, die in Fig. 1 gezeigt sind.
Fig. 3 ist ein schematisches Blockschaltbild des magnetischen Programmierers.
Fig. 4 ist ein schematisches Blockschaltbild des Infrarotprogrammierers.
Fig. 5 ist eine Vorderansicht eines tragbaren Senders, der in dem System und/oder der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 6 ist eine Seitenansicht entlang der Linie 6-6 der Fig. 5.
Fig. 7 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 5, zeigt jedoch eine abgenommene vordere Abdeckung.
Fig. 8 ist eine Ansicht der Rückseite des in Fig. 5 gezeigten Senders mit abgenommener Rückseitenabdeckung.
Fig. 9 ist ein schematisches Blockschaltbild einer elektronischen Schaltung, die im Sender verwendet wird.
Fig. 10 zeigt ein Datencodierungsdiagramm für die vorliegende Erfindung.
Fig. 11 ist ein Datencodierungsdiagramm, das die Art zeigt, in der 3-Bitcodierte Daten in der vorliegenden Erfindung erzeugt werden.
Fig. 12A, 12B und 12C zeigen drei Beispiele einer Impulszeitsteuerung, und wie diese gehandhabt werden.
Fig. 13 ist ein schematischer Grundriß, der die Art zeigt, in der das System, die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, um Personal und bewegliche Elemente zu lokalisieren.
Fig. 14 zeigt eine tragbare Datenverbindung, die die Vorrichtung und das System der vorliegenden Erfindung verwendet.

Genaue Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Wie in Fig. 1 genauer gezeigt ist, umfaßt das System und/oder die Vorrichtung 21 der vorliegenden Erfindung eine zentrale Logikeinheit 22, die an einem zentralen Ort angeordnet sein kann und mittels einer herkömmlichen Kommunikationsverbindung 23 mit mehreren Empfängern 24 verbunden ist, die an mehreren Orten 26 angeordnet sind, die in Fig. 1 als die Orte 1, 2 und 3 identifiziert sind. Die Empfänger 24 sind dafür ausgelegt, optische Daten von mehreren Sendern 31 an jedem Ort 26 mittels einer optischen Verbindung, die mit 32 bezeichnet ist, zu empfangen. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann die Steuerlogikeinheit auch mit anderen Systemen 21 verbunden sein. Die Vorrichtung 21 enthält ferner einen magnetischen Programmierer 33 zum Programmieren der tragbaren Sender 31, und einen Infrarotprogrammierer 34 zum Programmieren der Empfänger 24.
Die zentrale Logikeinheit 22 umfaßt eine Kommunikationsschnittstelle 36, die einem beliebigen geeigneten Typ entsprechen kann. Zum Beispiel kann sie ein verdrilltes Paar von Telephondrähten, ein Hochgeschwindigkeits- Datenkommunikationskabel, einen Trägerstrom über die elektrische Stromverkabelung des Gebäudes, eine Funkfrequenz mit geringer Leistung und andere Mittel umfassen, die für die Systeminstallation geeignet sind.
Die Kommunikationsschnittstelle 36 ist mit einem zentralen Prozessor 37 eines geeigneten Typs, wie z. B. einem 486-Mikrocomputer, verbunden. Der zentrale Prozessor 37 wird verwendet, um Daten von den Empfängern 24 zu empfangen, diese Daten für einen Zugriff durch andere Systeme 38 über eine Systemschnittstelle 39 zu verarbeiten und zu speichern. Die anderen Systeme 38 können Telephonsysteme, Sprechanlagen, Schwesternrufsysteme, Lagerkontrollsysteme, Ortanzeigesysteme, Computernetze, Steuersysteme, Sicherheitssysteme, Energiemanagementsysteme, Alarmsysteme und dergleichen umfassen. Der Zentralprozessor 37 kann ebenfalls Daten zu den Empfängern 24 senden. Solche Daten können von den Empfängern verwendet werden, um Lautsprecher, Piezo-Audiowandler, Relais und dergleichen zu steuern, die in einigen oder allen Empfängern 24 enthalten oder daran angebracht sein können. Die zentrale Logikeinheit 22 enthält ferner, wie gezeigt, eine Audiovermittlung 41, die verwendet werden kann, um hörbare Nachrichten von einem Sprachsynthesizer 42 zu den Empfängern 24 zu senden. Die Audiovermittlung 41 kann ferner mit anderen Systemen 38 verbunden sein, die andere Audiokommunikationssysteme enthalten können, um eine unmittelbare Kommunikation über mit Lautsprechern ausgestattete Empfänger zur Verfügung zu stellen. Die Steuerlogikeinheit enthält ferner eine Stromversorgung 43, die mit einer Leistungsschnittstelle 44 verbunden ist.
Der Empfänger 24, der sich typischerweise an einem festen Ort befindet, enthält einen Photodetektor, der ein oder mehrere (nicht gezeigte) vorgespannte Dioden umfaßt, die die gesendeten optischen Signale empfangen, welche in Form von Infrarotimpulsen von einem Sender 31 vorliegen können. Der Photodetektor 46 setzt die Infrarotsignale in elektrische Signale um, die von einem Verstärker 47 verstärkt werden. Das verstärkte elektrische Signal wird einem Pegeldetektor 48 und gleichzeitig einem Paketdecodierer 49 zugeführt. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Pegeldetektor 48 dem elektrischen Signal einen Code zu, der proportional zur Leistung des empfangenen Signals ist. Dieser Code gibt den Infrarotleistungspegel an und wird einem Hauptprozessor 51 präsentiert. Der Paketdecodierer 49 prüft die Gültigkeit des empfangenen Codes und leitet richtige Codes zu den Datenregistern 52 weiter. Die Datenregister 52 sind vom Hauptprozessor 51 lesbar, welcher gültige empfangene Daten über eine Kommunikationsschnittstelle 53, die mit der Kommunikationsschnittstelle 36 der zentralen Logikeinheit 22 verbunden ist, der zentralen Logikeinheit 22 mitteilt. Die Kommunikationsschnittstelle 53 kann dem gleichen Typ wie die Kommunikationsschnittstelle 36 entsprechen. Ein Hauptprozessor 51 managt lokal die Ausgangssteuerung vom Empfänger, wie mit dem Block 57 gezeigt ist, der Ankündigungslautsprecher, Lampen, Relais, Sperren, Anzeigen und dergleichen enthalten kann, unter seinem eigenen Programm oder auf Befehl des Zentralprozessors 37 der zentralen Logikeinheit 22. Die lokalen Kontroll- und Ankündigungselemente können visuelle Indikatoren, hörbare Ankündigungen, Audiovermittlungen zu lokalen Lautsprechern, Türfreigaben, Datensender und dergleichen enthalten. Der Empfänger 24 kann seine Leistung über eine Leistungsschnittstelle 58 von einer Leistungsschnittstelle 44 in der zentralen Logikeinheit 22 und über ein festverdrahtetes Kabelsystem oder alternativ von der Gebäudestromversorgung oder anderen geeigneten Quellen beziehen.
Jeder Empfänger 24 enthält ferner einen Zeittaktgeber 61, der mit dem Hauptprozessor 51 verbunden ist. Der Empfänger 24 enthält ferner einen nichtflüchtigen Speicher 62 zum Speichern seiner Adresse. Diese gespeicherte Adresse hat den Vorteil, daß sie einen gewöhnlichen Kommunikationsweg zwischen den Empfängern und der zentralen Logikeinheit 22 erlaubt. Die Empfänger 24 können schnell und zuverlässig unter Verwendung eines speziell codierten Infrarotsenders programmiert werden, wie im folgenden beschrieben wird. Der Hauptprozessor 51 verwendet den Leistungspegelcode von der Pegeldetektorschaltung 48, um die Nähe des Senders 24 sowie die Tatsache, wann die Infrarotsignale einen programmierten Befehl enthalten, zu ermitteln. Bei Empfang eines programmierten Codes von einem Sender 24 speichert der Hauptprozessor 51 den Identitätscode im nichtflüchtigen Speicher 62. Der Identitätscode und der physikalische Ort des Empfängers 24 können in einem tragbaren Computer gespeichert werden. Der Computer kann anschließend den Programmierbefehl und die Identifikationsdaten zu dem speziell codierten tragbaren Infrarotsender 31 über die externe Eingabe in den Benutzerdatenblock 66 im Sender 31 senden. Der Sender 31 programmiert anschließend den Empfänger über das Infrarotsignal mit Empfängeridentifikationsdaten.
In Verbindung mit dem obenbeschriebenen Empfänger ist klar, daß die beschriebene Ausführungsform für viele Anwendungen bevorzugt wird. Es sollte jedoch klar sein, daß viele der funktionalen Elemente, wie z. B. die Datenregister 52, der Hauptprozessor 51 und der Paketdecodierer 49, mit anderen funktionalen Komponenten für wirtschaftliche Zwecke und anderswo zentral angeordnet kombiniert werden können. Einige der Elemente des Empfängers 24, wie z. B. der Hauptprozessor 51, können von mehreren Empfängern ohne Änderung der Funktion des Empfängers gemeinsam genutzt werden. Die logischen Elemente, die im Blockschaltbild der Fig. 2 gezeigt sind, sind der Klarheit halber separat gezeigt. Es ist jedoch klar, daß sie aus Kosten- und Leistungsgründen bei Bedarf integriert sein können.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, enthält der tragbare Sender 31 eine Stromversorgung in Form einer Batterie 71, die über eine Batterieschwäche- Erfassungsschaltung 72 mit einem Datenpaketregister 73 verbunden ist. Der Sender 31 gemäß der vorliegenden Erfindung kann automatisch und periodisch Daten zu einem festen Empfänger 24 senden. Jeder tragbare oder mobile Sender 31 kann ferner Daten in Reaktion auf eine externe Eingabe in den Benutzerdafenblock 66 übermitteln. Mobile Sender 31, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, bieten einen optischen Ausgang, der im Fall der vorliegenden Erfindung ein Infrarotausgang ist. Die Sender entsprechen einem Typ, der von Leuten getragen wird oder an beweglichen Objekten montiert wird und typischerweise wenigstens eine Infrarotsendediode enthält, die eine Serie von Infrarotimpulsen aussendet. In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung werden mehrere Dioden, z. B. drei, verwendet, wie im folgenden beschrieben wird, um gleichzeitig zu senden und die Modulation des Infrarotenergiepegels im Bereich eines Zimmers, in dem sich der Sender 31 befindet, zu erhöhen. Diese Infrarotdioden sind durch den Block 76 mit der Bezeichnung "IR-Sender" gezeigt. Die ausgesendeten Impulse werden durch den Pfeil 77 dargestellt. Wie im folgenden erläutert wird, bilden die ausgesendeten Impulse ein codiertes Nachrichtenpaket, das einen Code, der den Sender 21 eindeutig identifiziert, sowie Senderstatusinformationen enthält, die den Zustand der Batterie vom Batterieschwächedetektor 72 enthalten. Diese Informationen werden vom Datenpaketregister 73 über einen Paketzeitsteuerblock 78 und über einen mit dem IR-Sender 76 verbundenen Ausgangstreiber 79 geliefert. Der Rest der vom einen Sender 31 gelieferten Nachricht kann Benutzerdaten enthalten, die extern von Schaltern, Relais, einem Mikrocomputer, einem Endgerät und dergleichen eingegeben worden sind.
Wenn der Sender 31 automatisch und periodisch sendet, steuert ein langsamer Takt 171 die Sendeintervallrate. Der eindeutige Identitätscode des Senders 31 und die Sendeintervallrate können von außen in das Identifikations- und Ratendatenregister 52 programmiert werden, wie im folgenden erläutert wird. Um die Möglichkeit von vielen Tausenden von Sendern in einem System zu berücksichtigen, ist es wünschenswert, daß die Programmierung für die Sender 31 schnell und zuverlässig ist und in der im folgenden beschriebenen Weise bewerkstelligt werden kann.
Der langsame Takt 171 wird verwendet, um den schnellen Takt 86 nur während der Übertragung freizugeben. Der schnelle Takt 86 wird verwendet, um die schmalen Infrarotimpulsen zu erzeugen und eine geeignete Signalzeitsteuerung zu erzeugen. Die Identität, der Status und irgendwelche Benutzerdaten werden im Datenpaket im Datenpaketregister 73 zusammengefügt. Die Paketzeitsteuerlogik 78 schiebt das Datenpaket durch den Ausgangstreiber 79 zum Infrarotsender 76.
Der Infrarotsender 31 hat die Fähigkeit, ein Identifikationspaket in einem programmierbaren Intervall, z. B. alle zwei Sekunden, zu übermitteln.
Längere oder kürzere Wiederholungsintervalle können programmiert werden, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit des Senders dies vorgibt. Das Paket des Senders wird verwendet, um den Träger des Senders in der im folgenden beschriebenen Weise zu lokalisieren. Außerdem betätigen die im folgenden beschriebenen Knöpfe am Sender Taster 87, 88 und 89 individuell oder in Kombination, um Nachrichten zum Empfänger 24 und zur zentralen Logikeinheit 22 zu senden, wie im folgenden beschrieben wird.
Damit das Infrarotdatenkommunikationssystem 21 der vorliegenden Erfindung fähig ist, genaue Ortsinformationen in einem Intervall zwischen den Übermittlungen von Sendern 31 zur Verfügung zu stellen, muß das Intervall kurz genug sein, um eine Erfassung an einem neuen Ort für einen Sender zu ermöglichen, wenn sich der Sender 31 bewegt. Zum Beispiel ist ein Sendeintervall von jeweils 15 Sekunden typischerweise zu lang für die Lokalisierung von Leuten, da sich eine Person in 15 Sekunden leicht zwischen mehreren Büros entfernt vom Ort der letzten Übermittlung bewegen kann.
Eine spezifische Ausführungsform des Senders 31, der die vorliegende Erfindung enthält, ist in den Fig. 3-6 gezeigt. Wie hier gezeigt ist, umfaßt der Sender 31 ein Gehäuse 101, das aus einem geeigneten leichten Material wie z. B. Kunststoff gebildet ist, und ist mit vorderen und hinteren Abdeckungen 102 und 103 versehen, die in der Form rechtwinklig sind und mit geeigneten Mitteln wie z. B. Ultraschallschweißen aneinander befestigt werden können. Die Abdeckungen 102 und 103 sind rechtwinklig, um ein Gehäuse 101 zu schaffen, das eine geeignete Abmessung aufweist, z. B. eine Höhe von 2,2 Zoll, d. h. 5,588 cm, und eine Breite von 2,0 Zoll, d. h. 5,08 cm, und eine Dicke von 0,25 Zoll, d. h. 0,635 cm. Das Gehäuse 101 ist mit einer Oberseite 106 und einer Unterseite 107 sowie ersten und zweiten parallelen Seiten 108 und 109 versehen. Das Gehäuse ist mit einem Schlitz 111 versehen, der sich durch die vorderen und hinteren Abdeckungen 102 und 103 erstreckt. Ein Riemen 112, der aus einem geeigneten flexiblen Material wie z. B. Kunststoff gefertigt ist, erstreckt sich durch den Schlitz 111 und ist mittels einer Schnappbefestigungsvorrichtung 113 eines herkömmlichen Typs schnappend verbunden. Eine Metallfederklammer 114 eines herkömmlichen Typs ist am Riemen 112 mittels einer Niete 116 befestigt. Andere Befestigungsmittel können verwendet werden, wenn die Sender 31 an beweglichen Objekten angebracht werden sollen, wie z. B. ein Riemen, der eine leitende Verbindung aufweist, die dann, wenn sie unterbrochen wird, den Sender veranlaßt, eine Alarmnachricht zu senden.
Eine gedruckte Leiterplatte 121 ist innerhalb des Gehäuses 101 montiert und trägt die drei Taster 87, 88 und 89, die in einer Reihe ausgerichtet sind und über die Seite 109 des Gehäuses 101 durch Ausschnitte 122, die in den vorderen und hinteren Abdeckungen 102 und 103 vorgesehen sind, zugänglich sind. Die gedruckte Leiterplatte 121 trägt ferner drei beabstandete lichtemittierende Dioden 126, die im oberen Abschnitt der gedruckten Leiterplatte 121 montiert sind und als Infrarotsender 76 in Fig. 2 gemäß der vorliegenden Erfindung dienen. Die Dioden 126 sind den umgebenden Durchgangslöchern 127 ausgesetzt, die in der vorderen Abdeckung 102 ausgebildet sind, so daß die von ihnen ausgesendete Infrarotenergie sich in einen Raum in einer Richtung nach vorne und zur Seite der vorderen Abdeckung 102 des Gehäuses 101 förtpflanzt. Es sollte klar sein, daß die Infrarotsender vollständig im Gehäuse 101 eingeschlossen sein können, wenn das Gehäuse 101 aus einem für Infrarotstrahlung durchlässigen Material wie z. B. einem Acryl gefertigt ist. Die Batterie 71 in einem abnehmbaren gegossenen Halter 131 ist in einen Schlitz 132 in der Unterseite 107 des Gehäuses 101 eingesetzt. Die Batterie 71 kann einem geeigneten Typ entsprechen, wie z. B. einer Duracell-3-Volt-Batterie, mit der Bezeichnung DL2032. Die Batterie 71 ist mit der gedruckten Leiterplatte 121 mittels (nicht gezeigter) federbelasteter Kontakte auf der gedruckten Leiterplatte verbunden. Die gedruckte Leiterplatte 121 enthält mehrere darauf montierte, zweireihige integrierte Schaltungsgehäuse des Typs, der im folgenden beschrieben wird, um verschiedene Funktionen im Sender 31 auszuführen.
Um die Funkfrequenz-Magnetprogrammierung der Sender 31 möglich zu machen, wie im folgenden beschrieben wird, ist die gedruckte Leiterplatte 121 mit einem Paar Antennenschleifen 136 versehen, die auf die gedruckte Leiterplatte 121 geätzt sind. Die Antenne kann eine geeignete Konfiguration aufweisen, wie z. B. eine kreisförmige Konfiguration von sechs Millimetern Durchmesser im Quadrat und mit einem geeigneten Abstand von z. B. 12 Millimetern. Wie im folgenden erläutert wird, wird dann, wenn dieses Paar Antennenschleifen 136 in die Nähe eines Phasenpaares von Programmierantennen gebracht wird, ein Differentialprogrammiersignal erfaßt und in das Identifikations- und Datenregister geladen, wie im folgenden erläutert wird. Diese Funkfrequenz-Programmierung schließt die Notwendigkeit elektrischer Kontakte aus, die korrodieren oder verunreinigt werden können. Die Beseitigung der elektrischen Kontakte reduziert die Kosten für den Sender. Die Hochfrequenz-Programmierung erlaubt ferner, die Programmierung automatisch unter Verwendung eines Personalcomputers durchzuführen, indem eine Datenbank mit einer 1-zu-1-Entsprechung zwischen Benutzer- und Senderidentitätscodes eingerichtet wird, so daß Programmierfehler verhindert werden können.
Die elektrischen Komponenten, die auf der gedruckten Leiterplatte 121 in den Fig. 5 und 6 gezeigt sind, sind in den in Fig. 7 gezeigten Schaltbild schematisch gezeigt. Wie vorher beschrieben worden ist, wird die Leistung für die gedruckte Leiterplatte 121 von der darauf montierten 3-Volt-Batterie 71 geliefert. Die Batterie 71 ist eine 200 mAh-Lithium-Batterie, die, wie im folgenden erläutert wird, mit einem 2-Sekunden-Sendeintervall für den Sender 31 für 24 Stunden am Tag eine angemessene Leistung für etwa ein Jahr zur Verfügung stellt. Ein solcher Sender würde mit einem 8-Sekunden- Sendeintervall von einer solchen Batterie ausreichend Leistung erhalten, um etwa drei Jahre zu arbeiten.
Wie im unteren linken Bereich der Zeichnung in Fig. 7 gezeigt ist, ist die Batterie 71 mit ihrem positiven Anschluß mit einem Vcc-Anschluß 141 verbunden und mit ihrem negativen Anschluß mit Masse 142 verbunden. Es ist bekannt, daß eine Batterie, wie z. B. die Batterie 71, eine relativ hohe interne Impedanz für schnelle Hochstromimpulse aufweist. Es sind mehrere, z. B. drei, Hochfrequenz-Tantal-Kondensatoren 143 parallel zur Batterie angeschlossen, um Hochfrequenzströme vorbeizuleiten und eine resultierende niedrige Impedanz zu schaffen, um das Fließen großer Batterieströme zum Erzeugen von Hochenergieimpulsen zu erlauben. Verschiedene andere Abschnitte der Schaltung, wie in Fig. 7 gezeigt, sind mit dem Vcc-Anschluß 141 und Masse 142 verbunden, um Strom von der Batterie 71 zu erhalten.
Für Sender mit Niedrigleistungsanforderungen des im folgenden beschriebenen Typs kann eine alternative Stromquelle statt einer Batterie verwendet werden. Wenn z. B. das System oder die Vorrichtung 21 der vorliegenden Erfindung in einem städtischen Gebiet installiert ist, gibt es viele Quellen von Hochfrequenzenergie, wie z. B. von Radiostationen, Mobilfunksystemen und dergleichen, für die Sender der vorliegenden Erfindung, die längere Sendeintervalle und somit geringere Leistungsanforderungen aufweisen. Solche Sender können mittels der Hochfrequenzenergie betrieben werden, die von einer Antenne eingefangen wird, die aus mehreren Drahtwindungen (nicht gezeigt) konstruiert ist, die innerhalb des Gehäuses 101 angeordnet sind. Wenn das Gewicht und die Größe kein Problem sind, kann eine herkömmliche Antenne am Gehäuse 101 montiert sein, um die Hochfrequenzenergie aufzunehmen. Für Sender, die nicht an dunklen Orten arbeiten müssen, können die Sender von einer (nicht gezeigten) Photozelle mit Strom versorgt werden, die außen am Gehäuses 101 freiliegt. Für Orte, an denen die Hochfrequenzenergie unzureichend sein kann, um Leistung für die Sender bereitzustellen, kann eine Kombination aus Hochfrequenz- und Photozellen- Leistung verwendet werden. An Orten, an denen unzureichend Hochfrequenzenergie an dem Ort vorhanden ist, an dem das System installiert ist, kann ein benutzerinstallierter Hochfrequenzsender in der Einrichtung vorgesehen werden, um die Sender mit Leistung zu versorgen. Ferner können auch mechanische Generatoren, die durch die Bewegung des Trägers betrieben werden, für die Lieferung von Leistung zum Sender verwendet werden.
Die Sender 31 der vorliegenden Erfindung werden durch externe Magnetimpulsgeneratoren in einer Programmiereinheit codiert, die eine Programmierantenne aufweist, um Hochfrequenzenergie der Schleifenantenne 136 zuzuführen, die im Gehäuse 101 vorgesehen ist, wie vorher beschrieben worden ist. Sie bieten eine Induktivität von etwa 100 nH. Der Stromverbrauch ist gleich 0, mit Ausnahme dann, wenn der Senderidentitätscode programmiert wird. Das zusätzliche Gewicht der gedruckten Leiter und der Schaltungsraum für die Programmierantenne sind vernachlässigbar. Der magnetische Fluß, der von den zwei angepaßten Schleifen 136 im Programmierer erzeugt wird, verläuft in entgegengesetzten Richtungen. Transistorschalter Q3 und Q4 dienen zum Ansteuern der Schleifen 136 von 5 Volt nach Masse über einen Widerstand, wie gezeigt ist. Beispielsweise werden die Transistoren Q3 und Q4 mit 20 MHz und mit einer Einschaltzeit von 15 ns und einer Ausschaltzeit von 35 ns angesteuert, wobei die Rückschlagspannung auf 5 Volt begrenzt ist. Die Schalter Q3 und Q4 bieten einen PD-Ausgang am Leiter 146 und einen PCK-Ausgang am Leiter 147 für einen Multiplexer 151. Die Ausgänge PD und PCK sind gleich einer logischen 1, wenn Impulse mit der richtigen Stärke und Orientierung an den Leitern 146 und 147 vorhanden sind. Ansonsten sind sie gleich einer logischen 0. Mit diesen Informationen kann eine vorgegebene Sequenz für die Programmierung des Senders 31 verwendet werden.
Der Multiplexer 151 bildet einen Teil eines Identifikations- und Datenregisters 152, das die integrierten Schaltungen U8, U9, U10 und U14 umfaßt. Diese integrierten Schaltungen bilden in Kombination ein 24-Bit-Schieberegister, das die Senderidentifikationsdaten sowie andere Daten hält. Das Register 153 wird anfangs durch die vorher beschriebene Programmierschaltung programmiert. U8, U9 und U10 sind Schieberegister 153 eines geeigneten Typs, wie z. B. 74HC164. Der Multiplexer 151 ist ein Vierfachmultiplexer einer integrierten Schaltung, wie z. B. ein 74HC157.
Wenn jedes Infrarotpaket gesendet wird, werden die 24 Bits des Registers 152 einmal um eine Schleife geschoben. Drei der Bits werden zu einem Zeitpunkt ausgewählt, um den Zeitpunkt von einem von acht Infrarotimpulsen eines Infrarotpaketes zu steuern. Während der Nachrichtenübermittlung durch die Sender, wie im folgenden beschrieben wird, ist jedes individuelle Register 153 ein 8-Bit-Zirkularregister, das vom Multiplexer 151 gesteuert wird.
Der Ausgang SA3 der integrierten Schaltung U10 wird in die integrierte Schaltung U7 eingegeben, die als ein Multiplexer 156 dient, der das programmierte Sendeintervall und zwei ID-Bits höherer Ordnung, die diesem von SA3 mit dem Schalter und den Batteriestatusinformationen zugeführt werden, kombiniert. Die Ausgänge SA1 und SA2 der Schieberegister U8 und U9 sowie der Ausgang SA3M vom Multiplexer U7 werden einer Paketzeitsteuerschaltung 158 zugeführt.
Der Multiplexer 156 ist mit Eingängen drei verschiedener Frequenzen versehen, nämlich 3,5 kHz, 7 kHz und 14 kHz. Er erhält ferner einen BOK- Eingang und einen "Dateneingabe"-Eingang, die für einen im folgenden beschriebenen Zweck vorgesehen sind. Die Paketzeitsteuerschaltung 158 umfaßt integrierte Schaltungen U12 und U13, die jeweils Binärzähler 74HC161 sind, und eine integrierte Schaltung U3B, die ein 4-Bit-Binärzähler des Typs 74HC393 ist. Die integrierten Schaltungen U12 und U13 steuern den Zeitablauf der acht Infrarotimpulse im Infrarotpaket. Jeder der Infrarotimpulse kann in einem der acht Zeitschlitze im Paket liegen. Die drei Ausgänge SA1, SA2 und SA3M des Datenpaketregisters werten die Position für jeden Impuls aus. Die Paketzeitsteuerschaltung 158 codiert die acht aufeinanderfolgenden 3-Bit-Rahmen an Daten, die SA1, SA2 und SA3M umfassen, in acht aufeinanderfolgende Impulse. Drei Bits der Daten werden aufeinanderfolgend als eine einzelne Impulsposition in einem von acht Zeitschlitzen in jedem der acht Datenrahmen codiert. Die Codierung wird durchgeführt durch Laden der drei Bits an Daten SA1, SA2 und SA3M in die integrierte Schaltung U12. Wenn die integrierte Schaltung U12 getaktet wird, wird ein Ausgangsdatenimpuls erzeugt und der durch die 3-Bit-Daten codierte Zeitschlitz vorgeladen. Nachdem alle 24 Bits codiert und gesendet worden sind, setzt der DONE-(Fertig)-Ausgang von U3B die Schnelltaktfreigabeschaltung 161 zurück, woraufhin der Sender 31 in einen Niedrigleistungsintervall- Zählmodus zurückversetzt wird, wie im folgenden beschrieben wird.
Die Paketzeitsteuerschaltung 158 steuert eine Ausgangstreiberemitterschaltung 166 an. Die Treiberschaltung 166 enthält eine Transistortreiberschaltung Q1, Q2 und Q6 eines herkömmlichen Typs, in welcher der Transistor Q6 die Ausschaltzeit für den Transistor Q2 beschleunigt, um somit den Stromverbrauch von der Batterie wesentlich zu reduzieren.
Diese Transistoreinschaltschaltung dient zum Treiben von Hochstromimpulsen kurzer Dauer durch die drei Infrarotsender 127, die parallel verbunden sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es beim Kontrollieren der Batterielebensdauer wichtig, die Effizienz zu maximieren, mit der die Batterieleistung von den Sendern 127 in Infrarotsignale umgesetzt wird. Durch geeignetes Auswählen der Infrarotsender können diese direkt von der Batterie 71 und über das Kapazitätsnetzwerk 143 ohne einen Serienbegrenzungswiderstand betrieben werden. Bei einem Strom von 2,7 A und der Transistorumschaltschaltung, die die Transistoren Q1, Q2 und Q6 umfaßt, begrenzen der Substratwiderstand der Emitter-Dioden und der effektive Serienwiderstand der Batterie 71 und die Kondensatoren 73 den Strom auf einen Wert, der für die Emitter und das Schalten des Transistors sicher ist. Folglich erscheint nahezu die gesamte Batteriespannung über den parallelen Emittern, was zu einer optimalen Leistungsumsetzung führt. Beispielsweise sind die mittleren Strom- und Batterieanforderungen für eine Aussendung alle zwei Sekunden gleich:
Mittlerer Strom = 0,000002 für einen langsamen Oszillator + 0,002·0,00079/2 für eine Hochgeschwindigkeitslogik + 2,7·0,000016/2 für Infrarot-LEDs = 0,000024 A
Dies ermöglicht, die Batterielebensdauer zu erreichen, die oben für die Verwendung in den Sendern 31 der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist.
Die Programmierschaltung 144 umfaßt die Transistoren Q3 und Q4 und wird durch ein Magnetfeld mit sehr hohem Pegel aktiviert, das in die mit den Basen der Transistoren Q3 und Q4 verbundenen gedruckten Schaltungsantenne eingekoppelt wird. Diese erzeugen das Signal PD auf der Leitung 146, das eine normale Operation sperrt und die Programmierung des Senderidentifikationsregisters 152 freigibt. Das Signal PCK auf der Leitung 147 wird anschließend verwendet, um Daten auf der PD-Leitung 146 in den Sender zu takten. Die Programmiersignale PD und PCK werden von zwei unabhängigen Hochfrequenz-Magnetimpulsgeneratoren gesteuert, die in der speziellen Programmiereinheit vorgesehen sind.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist jeder Sender 31 mit einem langsamen Taktgeber 171 versehen. Der langsame Taktgeber 171 umfaßt einen 130 Hz-RC- Oszillator, der von einem Transistor Q5 bereitgestellt wird, der in Verbindung mit der integrierten Schaltung U5 arbeitet, die ein Asynchronzähler des 4060- Typs ist, der die Frequenz von 130 Hz auf auswählbare Sendeintervalle und mehrfache Wiederholungsnachrichtenraten herunterteilt. Während des normalen Sendeintervalls werden die heruntergeteilten Abwärtsausgänge der integrierten Schaltung U5 an die Eingänge der integrierten Schaltung U6 der Schnelltaktfreigabeschaltung 161 angelegt, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Wie gezeigt ist, sind die Ausgänge der integrierten Schaltung U5 gleich 8 Hz und 2 Hz sowie 2 s bzw. 8 s. Die programmierten Sendeintervalldaten steuern, ob der 8-Sekunden- oder der 2-Sekunden-Intervalltakt das ICLOCK-Ausgangssignal erzeugen. Der Ausgang ICLOCK leitet die Übermittlung einer Nachricht durch den Sender ein. Wenn ICLOCK aufgrund der integrierten Schaltung U5, die bis zum geeigneten Sendeintervall zählt, auf wahr wechselt, erzeugt die integrierte Schaltung U2B ein CLKEN-Taktfreigabesignal und dessen Komplement CLKEN/, das den schnellen Takt 172 und den Modus des Paketregisters 152 steuert. Der langsame Takt 171 ist dafür ausgelegt, unter Verwendung vom Standard-CMOS-Schaltungen weniger als 2 uA an Leistung zu verbrauchen.
Der schnelle Taktgeber 86 umfaßt einen Oszillator 176, der eine geeignete Form aufweisen kann, wie z. B. einen kostengünstigen keramischen Resonator, der bei 1 MHz in Resonanz kommt, in Verbindung mit einer integrierten Schaltung U11, einer integrierten Schaltung U4C des Transistors Q8 und der zugehörigen Widerstände und Kondensatoren, wie in den. Zeichnungen gezeigt ist. Der schnelle Taktgeber 172 arbeitet wie folgt.
Während einer normalen Intervallübertragung werden die heruntergeteilten Ausgänge von US an die Eingänge U6 der Schnelltaktfreigabeschaltung 161 angelegt. Die programmierten Sendeintervalldaten steuern, ob der 8- Sekunden- oder der 2-Sekunden-Intervalltakt den Ausgang ICLOCK erzeugen. ICLOCK leitet die Übermittlung einer Nachricht ein. Wenn ICLOCK als Ergebnis von US, der das geeignete Sendeintervall zählt, auf wahr wechselt, erzeugt U2B ein CLKEN-Taktfreigabesignal und dessen Komplement CLKEN/, das den schnellen Taktgeber 162 und den Modus des Paketregisters 152 steuert.
Wenn der schnelle Taktgeber 162 arbeitet, verbraucht der Sender 31 sehr viel mehr Strom; daher wird er nur dann freigegeben, wenn es notwendig ist. Einer der vier heruntergezählten Ausgänge vom langsamen Taktgeber 171 wird von der Schnelltaktfreigabeschaltung 161 ausgewählt, die die integrierte Schaltung U6 und das Flip-Flop U2B umfaßt, um den schnellen Takt zu starten. U11 und U4C werden verwendet, um das Senden des Infrarotpakets zeitlich zu steuern. Sobald der schnelle Taktgeber 86 freigegeben ist, wartet er eine Millisekunde, bevor das Paket gesendet wird, um dem keramischen Resonator Y1 zu ermöglichen, sich zu stabilisieren. Anschließend leitet er das Senden des Infrarotpaketes ein. Sobald das Paket gesendet worden ist, wird der schnelle Taktgeber 86 abgeschaltet.
Der schnelle Taktgeber 86 und die Logik verbrauchen etwa 2 mA; jedoch verbrauchen sie nur jedes Mai dann Strom, wenn ein Paket für 790 us alle zwei Sekunden gesendet wird. Der 1 MHz-Ausgang wird von U11, einem 12- stufigen-Asynchronzähler 4040, heruntergeteilt, um ein 250 kHz-Signal und ein SEND-Signal zu erzeugen. Ein Nicht-UND-Gatter U4C invertiert das 250 kHz-Signal, um ein Signal 250 kHz/ zu erzeugen. Dieser Oszillator 176 ist normalerweise abgeschaltet. Diese zwei 250 kHz-Signale werden durch CLKEN eingeschaltet.
Um den Batteriestromverbrauch zu kontrollieren wird der schnelle Taktgeber 86 nur bei Bedarf freigegeben. Zu diesem Zweck wird einer der vier heruntergezählten Ausgänge vom langsamen Taktgeber 171 durch den schnellen Taktgeber ausgewählt, um die Schaltung 161 freizugeben, die die integrierten Schaltungen U6 und U2B umfaßt, um den schnellen Taktgeber 86 zu starten. Die integrierten Schaltungen U11 und U4C im schnellen Taktgeber werden verwendet, um das Senden des Infrarotpaketes zeitlich zu steuern. Sobald der schnelle Taktgeber 86 freigegeben ist, wartet er eine Millisekunde, bevor das Infrarotpaket gesendet wird, um dem keramischen Resonator 176 zu erlauben, sich zu stabilisieren. Er leitet anschließend das Senden des Infrarotpaketes ein. Sobald das Paket gesendet worden ist, wird der schnelle Taktgeber 86 durch den DONE-Ausgang von H3B abgeschaltet.
Obwohl der schnelle Taktgeber und seine Logik etwa 2 mA an Batteriestrom verbrauchen, verbrauchen sie diesen Strom nur jeweils dann, wenn ein Paket für 790 ms alle zwei Sekunden gesendet wird. Der Ausgang vom schnellen Taktgeber 86 wird von der integrierten Schaltung U11, einem Binär-Asynchronzähler 4040, heruntergeteilt, um ein 250 kHz-Signal und ein SEND-Signal zu erzeugen. Das Nicht-UND-Gatter U4C invertiert das 250 kHz-Signal, um ein Signal mit 250 kHz zu erzeugen. Dieser Oszillator ist normalerweise abgeschaltet. Diese 250 kHz-Signale werden durch CLKEN eingeschaltet.
In Verbindung mit den langsamen und schnellen Taktgebern 171 und 86 ist bekannt, daß der Stromverbrauch proportional zu den Taktgeberschwingungsfrequenzen ist. Die relativ niedrige Rate des langsamen Taktes verbraucht eine sehr geringe Leistung, was sehr wünschenswert ist, um zu ermöglichen, die Batteriegröße für eine Tragbarkeit zu minimieren und die Batterielebensdauer zu verlängern, und um die Betriebskosten des Systems der vorliegenden Erfindung zu reduzieren. Um Batteriestrom einzusparen, müssen ferner die Infrarotimpulse sehr schmal sein, um den Stromverbrauch und somit die Batteriegröße zu kontrollieren. Da der Stromverbrauch ferner proportional zur Breite eines Infrarotimpulses ist, ist eine hohe Taktgeschwindigkeit, die schmale Impulse erzeugt, wünschenswert. Die Impulse müssen jedoch eine unmittelbare Leistungsgröße aufweisen, die ausreicht, um den Infrarotpegel gut über die Infrarotstörungen des Zimmers oder des Bereiches, in dem der Sender erfaßt werden soll, zu modulieren. Der Sender 31 der vorliegenden Erfindung weist einen langsamen Taktgeber auf, um Sendeintervalle zu bestimmen. Zwischen den Aussendungen sind der schnelle Taktgeber und die Sender gesperrt. Wenn der langsame Taktgeber abläuft, werden der schnelle Taktgeber und die Infrarotsender lange genug freigegeben, um das Infrarotpaket zu senden, woraufhin sie erneut gesperrt werden, um Strom zu sparen.
Während der Übermittlung eines Infrarotpaketes wird sehr viel mehr Leistung verbraucht. Die Hochleistungsschaltung befindet sich mit Ausnahme während der Übertragung in einem Niedrigleistungszustand. Während der Übertragung wird der Strom so niedrig wie möglich gehalten, indem von Niedrigleistungsteile verwendet werden und die Takte so langsam wie möglich gehalten werden. Das Tastverhältnis ist sehr niedrig, so daß die mittlere Leistung sehr niedrig ist.
Der Sender 31 der vorliegenden Erfindung weist zwei Betriebszustände auf. Einen, in dem er Infrarotsignale sendet; und einen zweiten, wenn er das Zeitintervall zwischen Infrarotübertragungen zählt. Wenn die Infrarotsender 127 leitend sind, ist der Stromverbrauch hoch. Sie müssen wenigstens alle zwei Sekunden leitend sein, um eine genaue Ortsinformation bereitzustellen, wenn sie sich z. B. während des Tragens durch eine Person bewegen. Im optimalen Sender müssen daher die Sender 127 für eine sehr kurze Zeitspanne und zwischen den Übertragungen leiten, wobei der Stromverbrauch des langsamen Taktgebers vernachlässigbar sein muß. Wie im folgenden erläutert wird, senden die Sender 31 der vorliegenden Erfindung ein Paket von Infrarotimpulsen in programmierten Intervallen von etwa zwei oder acht Sekunden, obwohl andere Intervalle gewählt werden können, wie im folgenden beschrieben wird. Das 2-Sekunden-Intervall kann für Personen und Elemente, die sich schnell oder häufig bewegen, verwendet werden. Das 8- Sekunden-Intervall kann im allgemeinen für leblose Elemente wie z. B. tragbare Computer, Akten und eine andere tragbare Ausrüstung verwendet werden, die sich langsam oder selten bewegen. Die in einem Paket gesendeten Daten sind so codiert, daß Kollisionen (zwei Sender senden gleichzeitig), schwache Signale und Störungen erfaßt werden können. Sendeintervalle von mehr als acht Sekunden verlängern im allgemeinen kaum die Batterielebensdauer, so daß in den meisten Anwendungen der vorliegenden Erfindung ein geringer Nutzen bei der Verwendung längerer Sendeintervalle besteht.
Der Sender 31 der vorliegenden Erfindung ist mit einer Batterieprüfschaltung 181 versehen, die verwendet wird, um die Batterie 71 periodisch zu überwachen, um eine rechtzeitige Warnung auszugeben, daß die Batterie in naher Zukunft ersetzt werden muß. Die Batterieprüfschaltung 181 enthält den Transistor Q7 und eine Zener-Diode D1 eines geeigneten Typs, wie z. B. eine LM385, die in der gezeigten Weise angeschlossen ist. Diese Batterieprüfschaltung 181 testet die Batteriespannung während jedes gesendeten Paketes. Wenn die Batteriespannung einen akzeptablen Pegel aufweist und keine Schaltnachricht gesendet wird, wird eine Batterieprüfnachricht BOK zusammen mit der normalen Senderidentifikation gesendet, die den Batteriezustand bestätigt. Wenn die Batterie neu ist und die Spannung 3 Volt beträgt, ist CLKEN auf Niedrigpegel und die 3-Volt-Batteriespannung erscheint zwischen dem Emitter von Q5 und dem CLKEN-Signal. Bei dieser Spannung leitet die Zener-Diode einen Basisstrom vom Transistor Q5, der den Kollektor mit einer Spannung sättigt, die ein BOK-Signal bereitstellt, das anzeigt, daß die Batterieladung gut oder zufriedenstellend ist. Wenn die Batterie bis zu dem Punkt entladen ist, an dem innerhalb von ein oder zwei Wochen die Spannung ausreichend abfällt, so daß der Übertragungsbereich beginnt, beeinträchtigt zu werden, leitet die Diode D1 nicht mehr ausreichend Strom, um den Transistor Q5 zu sättigen, was das BOK-Signal auf einem Pegel ändert, der anzeigt, daß die Batterie 71 ersetzt werden muß. Dieses Signal kann in einer geeigneten Weise ausgegeben werden, wie z. B. als visuelles Signal, als gedruckte Meldung, als Sprachwarnung für den Träger und dergleichen.
Wenn wie oben erläutert zwei Sender innerhalb eines Bereiches eines Empfängers vorhanden sind, ist es möglich, daß die zwei Sender gleichzeitig senden können, was bedeutet, daß die Infrarotpakete für einen oder beide für den Empfänger verloren gehen. Die Wahrscheinlichkeit, daß dies auftritt, ist eine Funktion der Zeit zwischen der Zeit zum Senden eines Paketes und der Anzahl der Sender innerhalb eines Bereiches eines Empfängers. Unter der Annahme, daß Sender alle zwei Sekunden senden, senden zwei Sender einmal in 3.300 Versuchen überlappende Pakete, wenn die Zeit zum Senden eines Paketes gleich 288 us ist. In der vorliegenden Erfindung werden wiederholte Kollisionen zwischen Paketen von zwei Sendern verhindert, indem ein zufälliges Zittern in der Wiederholungsrate des langsamen Taktgebers 171 hervorgerufen wird. Wenn die Genauigkeit (Paketintervall) des langsamen Taktgebers 10% beträgt, ergibt sich eine Unsicherheit von etwa 2.000 us in der Zeit aufeinanderfolgender Übertragungen. Dieses Zittern löst fortlaufende Kollisionen sehr schnell auf. Wenn wirkliche Taktgeber bis auf 250 ppm übereinstimmen, werden zwei Sender nicht mehr als eine aufeinanderfolgende Kollision haben. Um ein kontrolliertes Maß an Zittern zu erreichen, verwendet die langsame Taktsteuerung im Sendeintervall keinen Kristall- oder Keramikresonator für die Zeitbasis. Die relativ genaue RC- Zeitbasis erzeugt ein Zittern, die aufeinanderfolgende Kollisionen entsprechender Infrarotpakete zwischen mehreren Sendern verhindert. Da das Zittern in der Anordnung im Taktgeber sehr viel größer ist als die Paketdauer, ist es sehr unwahrscheinlich, daß zwei Sender, die ein Paket gleichzeitig senden, ihre nächsten Pakete gleichzeitig senden werden. Aufgrund ihrer hohen Impedanz und ihrer sehr langsamen Schwingungsfrequenz benötigt die langsame Taktgeberschaltung zwischen den Übertragungen eine sehr geringe Leistung.
Die im Sender 31 vorgesehene Schaltlogikschaltung 186, wie in Fig. 7 gezeigt ist, erlaubt einem Sender, eine Nachricht zum System 21 zu senden. Die Schaltlogikschaltung enthält die integrierten Schaltungen U1A, U1B und U2A, sowie die integrierten Schaltungen U3A, U4A und U4B, um dem Sender 31 zu erlauben, eine Nachricht zum System zu senden. Die integrierten Schaltungen U1A, U1B und U2A merken sich, welcher der Schalter 87, 88 und 89 gedrückt worden ist. Die integrierte Schaltung U4A erfaßt eine Schaltoperation und erzeugt das B-DOWN-Signal, welches den langsamen Taktgeber 171 zurücksetzt. Während ein Schalter niedergedrückt wird und während der 250 ms danach werden keine Pakete gesendet. Dies erlaubt, daß eine Kombination von Schaltern erfaßt wird, selbst wenn sie nicht gleichzeitig betätigt werden. Die integrierte Schaltung U4B erfaßt irgendeine Schalteraktivierung und erzeugt das SSWITCH-Signal. Nach dieser Verzögerung wählt der SSWITCH-Eingang für die Schnelltaktfreigabeschaltung 161 eine Frequenz von 2 Hz zum Senden von Paketen aus, bis die Pakete mit den Schaltinformationen gesendet worden sind. Die Ausgänge der Schaltglieder 87, 88 und 89 werden über die integrierte Schaltung U7 in die Datenpakete eingegeben.
UA1, U2A und U2B sind integrierte Schaltungen, die mit einer integrierten Schaltung U16 verbunden sind, um Daten bereitzustellen und an die integrierte Schaltung U7 auszugeben.
In Verbindung mit der vorangehenden Beschreibung sollte klar sein, daß die Bedeutungen der verschiedenen Kombinationen von Schalteraktivierungen der Schalter 87, 88 und 89 durch die zentrale Logikprogrammierung verändert werden können. Zum Beispiel kann eine solche Schaltfunktion dem Testen des Senders und des Empfangens zugewiesen sein. Das Drücken des Testknopfes veranlaßt alle Empfänger, die das Signal empfangen, einen kurzen wahrnehmbaren Pieps auszusenden und eine LED aufblitzen zu lassen. Dies erlaubt einem Benutzer, den Sender oder Empfänger ohne Nebeneffekte zu prüfen.
Eine weitere Funktion, die den Schaltern zugewiesen werden könnte, wäre, der zentralen Logikeinheit 22 des Systems 21 anzuzeigen, daß der Träger des Senders 31 ungestört sein möchte. Durch Drücken der geeigneten Schalter der Schalter 87, 88 und 89 würde ein Privatmodus für diesen Sender aktiviert und würde den ersten Empfänger veranlassen, das Signal zum Aussenden eines kurzen wahrnehmbaren Piepses und zum Aufleuchten einer LED zu empfangen. Dieser Schalter kann auch verwendet werden, der zentralen Logikeinheit 22 anzugeben, daß der Träger wünscht, den früher gesetzten Status, wie z. B. "Privat", aufzuheben. Das Drücken der Löschtastenkombination würde das System veranlassen, den Privatmodus für diesen Sender aufzuheben, und einen ersten Empfänger veranlassen, das Signal zu empfangen, um erneut einen kurzen wahrnehmbaren Pieps auszusenden und eine LED aufleuchten zu lassen. Die Schalter 87, 88 und 89 können ferner verwendet werden, um eine Notsituation der zentralen Logikeinheit 22 zu melden. Zum Beispiel kann das Drücken von zwei Schaltern veranlassen, einen Alarm "Notfall 1" oder einen "Notfall 2" zum Empfänger zu übertragen, der eine spezielle Statussituation für das Zimmer einrichten kann, in dem der Notfall zuerst gemeldet wurde. Der Empfänger, der einen solchen Notfallcode erfaßt, kann einen wahrnehmbaren kontinuierlichen Pieps aussenden und eine LED aufleuchten lassen. Die Zimmer-Notfallstatusbedingung kann durch Drücken einer Löschtaste an irgendeinem Sender im Zimmer aufgehoben werden, in dem der Notfall erzeugt wurde.
Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform der Sender drei Taster 87, 88 und 89 aufweist, wie gezeigt ist, ist klar, daß bei Bedarf eine kleinere oder größere Anzahl von Schaltern verwendet werden kann, um den am Ende jedes Pakets gesendeten 3-Bit-Statuscode bereitzustellen. Das Drücken eines Schalters kann auch verwendet werden, um einen Sendeintervallzähler zurückzusetzen und anschließend eine Zwischenpaketübertragung einzuleiten. Wie aus dem Vorangehenden deutlich wird, können alle Schaltoperationen zu einer unmittelbaren Rückkopplung vom nächsten erfassenden Empfänger führen, wie z. B. mittels eines wahrnehmbaren Piepses und eines LED-Blitzes. Obwohl die Knopf-Nachrichten-Zuweisung willkürlich ist, reduziert die Zuweisung von Notfallcodes, die durch Drücken mehrerer Schalter gleichzeitig eingeleitet werden, die Wahrscheinlichkeit, daß versehentliche Notfallcodeübertragungen auftreten können.
Es sollte klar sein, daß die Taster 87, 88 und 89 und die Schaltlogik 186 durch einen herkömmlichen seriellen oder parallelen Datenkommunikationsanschluß ersetzt werden können, und daß der Sender 31 verwendet werden kann, um Daten von einem tragbaren oder festen Personalcomputer, einem tragbaren Endgerät oder einer anderen Datenverarbeitungsvorrichtung zu senden. Durch Hinzufügen herkömmlicher Empfängerelemente zum Sender 31 wird ein Sendeempfänger erhalten, der einen Infrarotanschluß erzeugt, der keine Draht- oder Glasfaserverbindungen erfordert. Mit einer Infrarotverbindung kann sich eine tragbare Vorrichtung, wie z. B. ein Personalcomputer, in einer Einrichtung bewegen, während sie Verbindung zu anderen Computervorrichtungen an einem Netz hält. Aufgrund des sehr geringen Stromverbrauchs sowohl der Sender- als auch der Empfängerschaltung würde die Infrarotverbindung den Stromverbrauch der tragbaren Vorrichtung kaum beeinflussen.
Das System und die Vorrichtung 21, wie sie oben erläutert worden sind, enthalten ferner einen magnetischen Programmierer 33, der in Fig. 3 gezeigt ist und einen herkömmlichen Impulsgenerator 187 umfaßt, der zwei Sätze von Impulsen erzeugt, einen zum Freigeben und einen zum Senden aktueller Daten zu einem Paar von Transistoren Q30 und Q40, und zu zwei beabstandeten Antennen 188 des gleichen Typs wie die Antenne des tragbaren Senders 31, die vorher beschrieben worden ist. Der Impulsgenerator 187 wird von einem Personalcomputer 189 gesteuert, der mit einem Softwareprogramm zum Codieren des Senders 31 magnetisch mittels Hochfrequenzen unter der Steuerung des Personalcomputers 189 versehen ist, wie vorher beschrieben worden ist.
Das System und die Vorrichtung 21 enthalten ferner einen Infrarotprogrammierer 34, der in Fig. 4 gezeigt ist und einen Sender 191 umfaßt, der einem im Sender 31 vorgesehenen Typ entspricht und fähig ist, Infrarotsignale auszusenden, die für die Programmierung der Empfänger 24 verwendet werden können. Der Sender 191 steht unter der Kontrolle eines tragbaren Computers 192. Der tragbare Computer 192 ist mit einem Softwareprogramm versehen, das zum Programmieren des Empfängers 24 verwendet werden kann, wie im folgenden beschrieben wird.
Die Operation und die Verwendung der optischen Datenübertragungs- und Lokalisierungsvorrichtung und des Systems 21 der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den vorher beschriebenen Sendern 31 kann im folgenden kurz bei der Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Ein Datencodierungsschema wird verwendet, um den Batteriestromverbrauch zu minimieren, und ist in den Fig. 10 und 11 gezeigt. Wie vorher erläutert worden ist, werden die Dioden 127 für das Senden von Paketen von Infrarotdatenimpulsen verwendet. Der Sender 31 hat die Fähigkeit, einen Datencode für diese Datenimpulse mit einer endlichen Anzahl von Zeitrahmen größer als 1, oder mit anderen Worten mit wenigstens zwei Zeitrahmen, zu erzeugen, die beispielsweise in Fig. 10 als die Rahmen 0 bis 7 identifiziert sind. Jeder Zeitrahmen ist in eine endliche Anzahl von Datenzeitschlitzen größer als 1, oder mit anderen Worten in wenigstens zwei Zeitschlitze, unterteilt. Jeder Rahmen umfaßt genau einen Impuls 196 in einem Datenzeitschlitz, so daß n Bits an Binärdaten in jedem Rahmen eines Datenpaketes codiert werden können, wobei zwei 2n gleich der Anzahl der Datenzeitschlitze in einem Zeitrahmen ist. In einer solchen Anordnung wird der Batteriestromverbrauch um einen Faktor n reduziert.
In dem in Fig. 10 gezeigten Datencodierungsschema sind die Codetypen für eine repräsentative Nachricht, die gesendet werden soll, gezeigt. Es sind somit acht Impulse gezeigt, einer in jedem der acht Rahmen, wobei jeder Rahmen mit neun Zeitschlitzen gezeigt ist. Aus einem solchen Schema wird deutlich, daß Infrarotpakete, die von einem Sender 21 gesendet werden, einen Impuls verwenden, um 3 Bits an Informationen zu senden, wodurch der Batteriestromverbrauch niedrig gehalten wird. Es ist klar, daß das gleiche Schema erweitert oder reduziert werden kann, so daß ein Impuls mit mehr oder weniger Bits codiert werden kann, indem die Menge der Zeitschlitze in jenem Rahmen erhöht oder verringert wird, ohne den Stromverbrauch zu beeinflussen.
Alle Infrarotpakete von allen Sendern verwenden die gleiche Energie, da sie immer genau acht Impulse senden, unabhängig vom Dateninhalt. Dies macht die Batterielebensdauer vorhersagbar und erlaubt eine automatische Korrektur von Fehlern.
Wie in Fig. 10 gezeigt ist, ist der erste Rahmen, Rahmen 0, in einem Paket als ein Start-Merker reserviert. Der Rahmen 0 enthält immer einen einzelnen Infrarotimpuls 196 im achten Datenzeitschlitz (neunter Zeitschlitz im Rahmen), abgezählt von 0 bis 7. Die übrigen sieben Rahmen der acht Rahmen codieren jeweils 3 Bits an Daten mit einem Impuls 191 in genau einem der neun Zeitschlitze. Rahmen 1 zeigt einen Impuls im Datenzeitschlitz 6, der die 3-Bit-Binärzahl (110) codiert, die unterhalb des Rahmens gezeigt ist. Unterhalb des Binärcodes befinden sich die Daten, die jedem Bit zugewiesen sind. In Fig. 9 ist die Datenzeitschlitz-Impulspositionscodierung der 3-Bit-Daten dargestellt. Jeder Impuls 096 bezeichnet eine "1" in diesem Zeitschlitz im Rahmen.
Es wird deutlich, daß der erste Zeitschlitz in jedem Rahmen als ein Rahmenbegrenzer verwendet wird und niemals einen Infrarotimpuls enthält. In Fig. 10 ist der Begrenzerzeitschlitz mit "x" bezeichnet. In diesem Begrenzerzeitschlitz darf kein Impuls vorhanden sein. Diese Einschränkung garantiert, daß immer wenigstens ein leerer Zeitschlitz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Infrarotimpulsen vorhanden ist. Sieben Rahmen codieren drei Bits und bieten insgesamt 21 Bits an Daten. Die 21 Bits umfassen einen 16-Bit- Senderidentitätscode, einen 1-Bit-Batterieschwäche- oder Spezialfunktionscode, 1 Bit, das das programmierte Sendeintervall für den Sender anzeigt, und einen 3-Bit-Code, der durch den Status der Senderdruckknopfschalter 87, 88 und 89 bestimmt wird, wenn sie betätigt werden. In Verbindung mit der Beschreibung des Datencodes und des Schemas, wie in Fig. 8 gezeigt ist, ist jeder Zeitschlitz etwa 4 us lang, was folgende Gesamtsendepaketzeit ergibt:
8 Rahmen/Paket·9 Zeitschlitze/Rahmen ·4 us/Zeitschlitz = 288 us
Jeder der Infrarotimpulse steht 2 us breit. Im Idealfall ist der Infrarotimpuls in der Mitte eines 4 us-Zeitschlitzes zentriert. In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung ist klar, daß schmalere Impulse und höhere Taktgeschwindigkeiten die Übertragung beschleunigen können, und das mehr Rahmen oder mehr Zeitschlitze pro Rahmen die codierte Datenmenge erhöhen.
Das in den Fig. 10 und 11 gezeigte Datencodierungsschema bietet einen geringen Gesamtstromverbrauch. Es macht den Senderstromverbrauch für alle Sender unabhängig von der gesendeten Nachricht gleich. Es erlaubt eine automatische Empfängerzeiteinstellung für Senderzeitablauffehler. Es ermöglicht reduzierte Nachrichtenkollisionen und verhindert wiederholte Kollisionen bei synchronisierten Sendern. Eine automatische Kollisionserfassung und eine automatische Erfassung von fehlenden Daten erlauben die automatische Erfassung von schwachen Signalen, eine automatische Infrarotstörungs-Zurückweisungsimmunität für Störungen von Infrarotsignalen auf Trägerbasis, und keine Störung von Infrarotkommunikationsvorrichtungen auf Trägerbasis.
Wie oben erläutert worden ist, wird der Senderzeitablauf von einer kostengünstigen Keramikresonator-Zeitbasis in jedem Sender abgeleitet, die eine Genauigkeit von nur einem Prozent aufweist. Somit kann in einem ungünstigsten Fall der kumulative Bereich des Fehlers von 32 Bitzeiten zu einem Impuls führen, der eine Bitzeit zu früh oder eine Bitzeit zu spät erfaßt wird. Die Zeitdrift-Kompensationslogik der vorliegenden Erfindung pa0t kontinuierlich die Empfängerimpulsabtastung an, um die Impulse in den Bifzeitschlitzen zentriert zu halten. Frequenzphaseneinstellungen während des Empfangs eines Paketes erlauben dem System, selbst dann zu arbeiten, wenn eine große Frequenzdifferenz zwischen dem Sender und dem Empfänger vorhanden ist, was dem Empfänger auch erlaubt, eine kostengünstige Zeitbasis wie z. B. einen Keramikresonator zu verwenden. Zusätzlich zur Bereitstellung identischer Stromanforderungen für alle Sender umfaßt die Datenmodulationstechnik oder das Verfahren, die hier offenbart werden, eine Selbstkorrektur-Zeitsteuerung. In den Fig. 12A, 12B und 12C ist ein Verfahren zur Fehlererfassung und einer Empfängertaktzeit-Driftkompensation offenbart, daß in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Wie gezeigt ist, können sehr wohl Taktdifferenzen zwischen den Sender- und Empfängertakten bestehen, als Ergebnis eines Mangels an Genauigkeit und einer Drift der kostengünstigen Zeitbasen wie z. B. den Keramikresonatoren, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden; einer Drift in entsprechenden Teilen, wie z. B. Widerständen und Kondensatoren; und von Temperaturdifferenzen in den Taktgeberkomponenten. Wie vorher erläutert worden ist, umfassen die Datenpakete oder Impulse acht Rahmen, wobei jeder in neun Zeitschlitze unterteilt ist, von denen acht einen Datenimpuls enthalten können. Wenn der jeweilige Infrarotimpuls empfangen wird, wird der Zeitschlitz der führenden Flanke des Impulses vom Hauptprozessor 51 des Empfängers 24 aufgezeichnet, wobei dessen Taktgeber angepaßt wird, so daß der Impuls im Startmerker-Zeitschlitz zentriert ist. Folglich ist der Taktgeber im Empfänger so eingestellt, daß der nächste Infrarotimpuls geeignet in der Mitte seines Zeitschlitzes empfangen werden sollte.
Die Fig. 12A, 12B und 12C zeigen, wie jeder Zeitschlitz in drei legale Impulspositionsbereiche "e" (früh), "-" (zentriert) und "I" (spät) plus einen illegalen Bereich "b", der zwei Zeitschlitze verbindet, unterteilt ist. Wenn irgendeiner der sieben nachfolgenden Impulse früher empfangen wird, als er wie in Fig. 12A gezeigt ankommen sollte, wird die Empfängertaktzeit um eine Position nach hinten angepaßt, so daß der nächste Impuls in der Mitte des Zeitschlitzes empfangen wird und akzeptiert wird. Ein Impuls, der in der "spät"-Position empfangen wird, veranlaßt den Empfänger, seinen Zeittakt eine Position nach hinten anzupassen, und wird zurückgewiesen, wie in Fig. 12B gezeigt ist. Wie in Fig. 12B gezeigt ist, wird in ähnlicher Weise dann, wenn ein Impuls zwischen zwei Zeitschlitzen oder diese überbrückend gefunden wird, das Paket zurückgewiesen. Wenn in ähnlicher Weise ein Impuls 191 im Rahmenbegrenzerzeitschlitz gefunden wird, wie in Fig. 12C gezeigt ist, wird das Paket zurückgewiesen.
Zusammengefaßt sind in Fig. 12A die Zeitschlitze 6 und 7 des dritten Rahmens und die Zeitschlitze x und 0 des folgenden vierten Rahmens gezeigt. Unterhalb der Zeitschlitze sind die vier Phasen des Zeitschlitztaktes gezeigt. Die Impulse 191 unter den Phasen des Zeitschlitztaktes stellen Beispiele von empfangenen Infrarotimpulsen in den verschiedenen Phasen des Zeitschlitztaktes dar. In Fig. 12A zeigt der erste Rahmen den Datenimpuls 191 (Wert 1, 1, 0), der während der "e"-Periode früh ankommt, so daß der Takt so angepaßt wird, daß der nächste Taktimpuls 191 (Wert 0, 0, 0) im Rahmen (während der "-"-Periode) zentriert ist. In Fig. 12B zeigt der erste Rahmen den unbestimmten Datenimpuls 191 (Wert zwischen 1, 1, 0 und 1, 1, 1), der entweder für eine "6" zu spät oder für eine "7" zu früh (während der "I"-Periode) ankommt. Dieses Paket wird zurückgewiesen. In dem unwahrscheinlichen Fall einer Kollision der Übertragungen zwischen zwei oder mehr Sendern wird die Überlappung von Paketen immer als Fehler erfaßt, da sie zu mehr als einem Impuls in wenigstens einem Rahmen führt, wie in Fig. 12C gezeigt ist.
Fehlende Impulse im empfangenen Paket, die durch schwache Signale hervorgerufen werden, werden immer als Fehler erfaßt. Störungen, die lange IR-Impulse, kurze IR-Impulse oder Impulse mit veränderlichen Amplituden hervorrufen, werden vom Pegeldetektor 48 erfaßt und automatisch zurückgewiesen. Ein Großteil der Umgebungs-IR-Störungen in Gebäuden bezieht sich auf das darin verwendete 50- bis 60-Hz-Stromnetz. Da eine Paketdauer sehr viel kürzer ist als der Stromnetzzyklus, ist die Wahrscheinlichkeit einer Störung, die durch hohe Störungspegel an einer Phase des Stromzyklus hervorgerufen wird, gering.
Aufgrund ihrer kurzen Dauer tendieren die kurzen IR-Pakete und die sehr kurzen IR-Impulse dieses Systems und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung dazu, geringe oder keine Störungen von anderen Systemen hervorzurufen, die einen Infrarotträger oder ein Sichtlinien- oder direkionales Infrarotsignal verwenden. Infrarotsysteme, die einen Träger verwenden oder Sichtlinien- und direktionale Energie verwenden, stören die kurzen IR-Pakete oder die sehr kurzen Hochenergie-IR-Impulse des Systems und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung nicht.
Wenn zufällige Infrarot-Störungsimpulse nach dem ersten Impuls empfangen werden, werden sie als Störung erfaßt und ignoriert. Die Anzahl der möglichen legalen Codes, die empfangen werden, ist:
Möglich - 2&sup6;&sup4; (Jeder der restlichen 64 Zeitschlitze im Paket kann einen Impuls aufweisen, oder nicht)
Legal - 2²¹ (Jeder der sieben restlichen Infrarotimpulse kann in einer von acht legalen Positionen empfangen werden)
Außerdem müssen Impulse nahe der Mitte eines Zeitschlitzes auftreten, wobei alle Impulse etwa die gleiche Energie aufweisen müssen. Somit ist die Wahrscheinlichkeit, daß zufällige Impulse in richtigen Zeitschlitzen und mit identischen Energiepegeln auftreten, so daß sie als legaler Code erkannt würden, weniger als 1 zu 2&sup4;³. In der Praxis tendieren zufällig empfangene Infrarotimpulse dazu, die falsche Impulsbreite und keinen konstanten Energiepegel aufzuweisen, was zu einer Zurückweisung führt. Für Infrarotstörungen, die als Daten akzeptiert werden, muß schließlich exakt ein Störungsimpuls der richtigen Impulsbreite in der Mitte eines Zeitschlitzes in jedem Rahmen auftreten. Somit ist die Wahrscheinlichkeit für zufällige Störungsimpulse, die als gültige Sendernachricht akzeptiert werden verschwindend gering.
Die Operation und die Verwendung eines optischen Datenübertragungs- und Lokalisierungssystems 21 in einer Einrichtung 201 ist in Fig. 13 gezeigt. Eine Einrichtung kann beispielsweise ein Krankenhaus sein, daß mit Wänden 202 versehen ist, die für die für den Datenaustausch und die Lokalisierung verwendete Lichtenergie, wie z. B. Infrarotenergie, undurchlässig sind. Die Wände 202 bilden mehrere beabstandete getrennte Zimmer 203, die durch Türen 204 zugänglich sind, die sich in die Zimmer öffnen und Zugang zu einem Gang 206 gewähren. Typischerweise ist eine solche Einrichtung auch mit einer (nicht gezeigten) Decke und einem Fußboden 207 versehen. Die Zimmer 203 können mit Tischen 211 versehen sein, die darauf befindliche Telephone und Stühle 213 aufweisen. Wie durch die codierten Zahlen 1 bis 9 gezeigt ist, sind Empfänger 24 in Wandmontage, Deckenmontage und Tischmontage gezeigt. Die Sender 31 sind in verschiedenen Positionen gezeigt. Eine bewegliche Anlage 216, die verfolgt werden soll, kann daran befestigte Sender 31 aufweisen. Eine solche Anlage kann tragbare medizinische Karren, Herzmonitore und dergleichen enthalten. Tragbare Computer 217 mit daran befestigten Sendern können ebenfalls verfolgt werden. Bewegungsdetektoren 218 können an geeigneten Orten montiert sein. Tastenfelder 219 zum Sichern der Gebäude können ebenfalls neben geeigneten Türdurchgängen vorgesehen sein.
Es ist klar, daß Fig. 13 nur eine kleine Anzahl der Zimmer und Gänge zeigt, die in einer Einrichtung vorgesehen sein können, und daß typischerweise die zentrale Logikeinheit 22 in der Einrichtung an einem Ort installiert wäre, der vorzugsweise nahe der geometrischen Mitte der Empfänger typischerweise innerhalb von 2.000 Fuß des entferntesten Empfängers angeordnet ist. Die in einer Einrichtung montierten Empfänger sollten so montiert sein, daß sie eine unbehinderte Sicht in die Zimmer haben, in denen sie installiert sind. Wenn die Empfänger beweglichen Elementen zugewiesen sind, die vor den Empfängern plaziert sein können, sollten die Empfänger so positioniert sein, daß sie selbst dann unbehindert bleiben, wenn sich die beweglichen Elemente tatsächlich bewegen. Der Empfänger sollte typischerweise hoch genug im Zimmer montiert sein, so daß ein optimaler Empfang erreicht wird. Zum Beispiel ergibt die Montage der Empfänger an Wänden in einer Höhe von 7 Fuß bis 9 Fuß über dem Fußboden den besten Blickwinkel. Der Empfänger sollte ferner auf einer Oberfläche montiert sein, so daß er in den Raum weist. Er sollte nicht dem Türdurchgang zum Raum zugewandt sein, wo er Leute im Gang als im Raum befindlich erfassen könnte, wenn sie nicht im Raum sind. Die Empfänger sollten daher einer Innenwand zugewandt sein. Der Empfänger sollte typischerweise in der Mitte der Wand plaziert sein, da ein einzelner Empfänger der vorliegenden Erfindung im allgemeinen eine gute Raumabdeckung für ein quadratisches Büro oder ein Patientenzimmer von 20 Fuß mal 20 Fuß bietet. In Gängen sollten die Empfänger in Abständen von etwa 25 Fuß längs des Ganges montiert sein. Sie sollten wiederum nicht so plaziert sein, daß sie direkt über den Gang in einen Türdurchgang blicken.
Bei der Installation der Vorrichtung und des Systems 21 der vorliegenden Erfindung sollten die Sender 31 mit den gewünschten Identifikationscodes codiert werden, so daß sie verfolgt werden können. Diese Sender 31 können unter Verwendung des magnetischen Programmierers 33 einzeln programmiert werden. Die gewünschten Codes werden vom Personalcomputer 189 zum Impulsgenerator 187 geliefert, der zwei Sätze von Hochfrequenzimpulsen erzeugt, wobei ein Satz Freigabeimpulse bereitstellt und der andere Satz die aktuellen Daten für die Transistoren Q30 und Q40 bereitstellt, die so betätigt werden, daß sie die Informationen der Antenne 188 zuführen, um sie in die entsprechenden Antennen 136 der Sender 31 einzukoppeln. Die Sender 31 können somit einzeln an einem separaten Ort oder am Ort 201 codiert werden.
Anschließend werden beim Bereitstellen einer Installation für den Gebrauch die Empfänger 24 programmiert. Dies wird durch Verwendung des Infrarotprogrammierers 34 bewerkstelligt. Beispielsweise kann der Infrarotprogrammierer 34 in einen Raum gebracht werden, der einen der Sender 31 enthält.
Unter Verwendung der Informationen im Softwareprogramm im tragbaren Computer 192 kann der Sender 31, der mit einem EA-Anschluß des Computers 192 verbunden werden kann, verwendet werden, um Infrarotimpulse vom Sender 191 zum Empfänger 24 innerhalb des Raumes zu senden, um den Empfänger 24 zu aktivieren und den Empfänger 14 mit einem Identifikationscode zu versehen. Der Empfänger 24 sendet nach dem Empfang dieses Identifikationscodes seine Identifikationsinformationen zur zentralen Logikeinheit 22 über beispielsweise eine feste Verdrahtung, um in der zentralen Logikeinheit 22 den Ort des Empfängers 24, der den Identifikationscode sendet, und den Identifikationscode für diesen Empfänger zu plazieren. Anschließend kann der Infrarotprogrammierer 34 in den nächsten Raum gebracht werden, in dem sich ein Empfänger befindet, wobei die gleiche Prozedur ausgeführt wird, bis alle Empfänger in der Einrichtung mit Identifikationscodes versehen worden sind, die in der zentralen Logikeinheit 22 eingesetzt worden sind.
Wie oben erläutert worden ist, besteht die Funktion der Infrarotempfänger 24, die in der Einrichtung vorgesehen sind, darin, Infrarotpakete von nahen Sendern 31 zu empfangen und den Empfang dieser Pakete der zentralen Logikeinheit 22 und den Identifikationscode, den Batteriestatus und den Schaltstatus der jeweiligen Sender, von denen die Infrarotpakete empfangen worden sind, zu melden. Außerdem steuern die Empfänger eine LED und einen Piepser und können den Lautsprecher für Audiokommunikationsvorgänge steuern, wie oben erläutert worden ist.
Wie allgemein aus Fig. 13 deutlich wird, sind die Infraroterfassungsempfänger 24 strategisch innerhalb von Zimmern oder anderen Räumen angeordnet, um Sichtlinien-Infrarotsignale und reflektierte Infrarotsignale von irgendwelchen im Zimmer anwesenden Sendern 31 zu empfangen. In einem größeren Raum, wie z. B. einem Hörsaal, sind mehrere Empfänger 24 installiert, um Infrarotsignale vom gesamten Raum zu empfangen. In speziellen Anwendungen, in denen eine größere Auflösung der Orte innerhalb eines Zimmers erwünscht ist, wie z. B. in einem großen Büro mit durch bewegliche Raumteiler getrennten Arbeitsplätze, sind die Empfänger in jedem Arbeitsraum installiert. In anderen speziellen Anwendungen, wie z. B. der Auflösung des Orts eines individuellen Objekts innerhalb weniger Fuß, sind die Empfänger mit Blenden und/oder mit reduzierter Empfindlichkeit installiert, um ihre Reichweite und ihren Blickwinkel einzuschränken.
Die Empfänger 24 speichern gültige ID-Codes, die von den Sendern 21 empfangen werden, für die Übertragung zur zentralen Logikeinheit 22 des Systems 21. Wie oben erläutert worden ist, kann jeder Empfänger 24 einen Piezo-Wandler, eine LED, einen Lautsprecher und einen Infrarotbewegungsdetektor aufweisen. Der Piezo-Wandler dient als Tongenerator, um hörbare Signaltöne zu erzeugen. Die LED bietet eine visuelle Signalisierung. Der Lautsprecher bietet eine Einweg- oder Zweiweg-Audiokommunikation unter der Steuerung der zentralen Logikeinheit 22. In Sicherheitsanwendungen kann der Infrarotbewegungsdetektor 218 in Verbindung mit aktuellen übertragenen ID-Nachrichten verwendet werden, um zu ermitteln, ob nicht autorisiertes Personal am Empfängerort anwesend ist. Wenn eine Bewegung erfaßt wird und keine zugelassenen Sender-IDs anwesend sind, ertönt ein Alarm. In ähnlicher Weise ertönt ein Alarm, wenn nicht autorisierte IDs anwesend sind. Eine Zugangskontrolle kann mittels eines Empfängers mit beschränkter Reichweite erhalten werden, der das Türschloß oder ein Tastenfeld 219 kontrolliert. Die Türen würden nur Zugang erlauben, wenn die Person, die einzutreten versucht, einen autorisierten Sender und die richtige Schloßkombination oder den richtigen Schlüssel hat.
Aus den Lehren der vorliegenden Erfindung können die Sender 31, die Empfänger 24 sowie die Zentraleinheit 22 leicht konstruiert werden, um die Infrarotsignale zu erfassen und diese in elektrische Signale umzusetzen, die von der digitalen Logik gelesen werden können. Der Hauptprozessor 51 des Empfängers 24 beruht auf einem Mikrocomputer, der verwendet wird, um Infrarotpakete zu verarbeiten, die von nahen Sendern empfangen worden sind, um Zeitüberschreitungen und Prozeßnachrichten zu verfolgen, die von der zentralen Logikeinheit empfangen werden, und Befehle zu verarbeiten, die von der zentralen Logikeinheit empfangen werden. Der Hauptprozessor enthält ferner einen Taktgeber und einen Satz von Speicherdatenregistern. Jeder Empfänger besitzt eine eindeutige 16-Bit- Empfängeridentifikationsnummer, die in einem nichtflüchtigen Speicherregister gespeichert ist. Die 16-Bit-Identifikation stellt mehr als 65.000 Empfänger zur Verfügung. Eine größere Empfängeridentifikationsnummer würde mehr Empfänger zur Verfügung stellen, falls dies erwünscht ist.
Die zentrale Logikeinheit kann Befehle zu spezifischen Empfängern senden, oder kann eine allgemeine Abfrage an alle Empfänger gleichzeitig senden, um eine spezifischen Sender zu lokalisieren. Wenn ein Telephonanruf für eine Person empfangen wird und mehrere Personen in dem Raum mit dem Telephon anwesend sind, kann der Empfänger 24 verwendet werden, um hörbar mitzuteilen, welcher der Personen im Raum der Anruf in diesem Raum gilt.
Die allgemeine Operation der Vorrichtung, des Systems und des Verfahrens ist derjenigen ähnlich, die im US-Patent Nr. 5062151 offenbart ist. Bei der Inbetriebsetzung des Systems werden die Identifikationscodes der Empfänger 24 und der Sender 31 in die zentrale Logikeinheit codiert, wobei die Empfänger bezüglich der Orte in einer Einrichtung, wie z. B. der in Fig. 13 gezeigten Einrichtung 201, in der obenbeschriebenen Weise identifiziert werden. Unter der Annahme, daß die Vorrichtung, das System und das Verfahren für die Lokalisierung von Personal in einer Einrichtung verwendet werden, z. B. in einem Krankenhaus, um Schwestern und Ärzte zu lokalisieren, würden die Sender mit ihren Identifikationscodes dem Personal zugewiesen, wobei jeder Arzt oder jede Krankenschwester oder jede andere Person, die in der Einrichtung verfolgt werden soll, einen Sender zugewiesen erhält. Wie im US-Patent Nr. 5.062.151 offenbart ist, ist die Vorrichtung im System fähig, den Ort von Personal in der Einrichtung sorgfältig und genau zu überwachen, indem festgestellt wird, welcher Empfänger physikalisch einem Sender am nächsten ist. Die vom Personal getragenen Sender sind fähig, Nachrichten verschiedener Typen zu senden. Die Empfänger 24, wie in Fig. 11 gezeigt, können überwacht werden, so daß sie individuelle Zimmer, Orte in Zimmern, in Gängen und dergleichen überwachen können, so daß die Vorrichtung und das System fähig sind, den Ort des Personals kontinuierlich zu überwachen. Das Personal in einer Einrichtung kann über den Sender eine Nachricht erhalten, daß es das nächste Telephon 212 benutzen soll, wie in Fig. 13 gezeigt ist.
Wenn das System und die Vorrichtung verwendet werden, um den Ort von Gegenständen zu überwachen, die sich langsam oder selten bewegen, können die Vorrichtung, das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung auch in solchen Anwendungen verwendet werden.
Die Vorrichtung, das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung sind so beschaffen, daß eine große Anzahl von Empfängern und Sendern enthalten sein können. Es wurde ein Datencodierungsverfahren verwendet, das dies ermöglicht und ferner ermöglicht, die Sender sehr leicht und tragbar zu machen, mit der Fähigkeit, Stromversorgungen zu verwenden, die Umgebungs-Hochfrequenz- oder Umgebungs-Lichtenergie nutzen. Bei Bedarf können Batterien verwendet werden. Die Batterie kann relativ klein und leicht sein, was in den meisten Anwendungen für ein Jahr oder mehrere Jahre Betrieb ausreicht. Die Batterielebensdauer wird in der Vorrichtung, im System und im Verfahren periodisch überwacht und gibt eine Warnung aus, wenn die Batterie ersetzt werden sollte. Das System ist zuverlässig und unempfindlich gegenüber Störungen. Datenkollisionen werden minimiert. Es werden keine falschen Daten aufgezeichnet. Es sind mehrere lichtemittierende Dioden vorgesehen, um ausreichend Leistung auszusenden, um sicherzustellen, daß der Sender vom nächsten Empfänger leicht lokalisiert werden kann. Die Empfänger haben die Fähigkeit, den Leistungspegel der gesendeten Infrarotimpulse von zwei oder mehr Sendern zu ermitteln, und können einen entfernteren Sender mit einem niedrigeren Leistungspegel feststellen, um somit die Interferenz zwischen den Sendern zu minimieren. Die Empfänger werden so programmiert, daß Informationen nur dann übertragen werden, wenn neue oder geänderte Daten von den Empfängern empfangen werden.
Die Vorrichtung und das System 21 der vorliegenden Erfindung können mit einer tragbaren Datenverbindung verwendet werden, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Wie hier gezeigt ist, kann die tragbare Datenverbindung in einer Einrichtung 201 der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, indem in einem der Zimmer 203 ein Sender 31 und ein Empfänger 24 vorgesehen sind, die beide in einer stationären Position im Zimmer angeordnet sind, wie z. B. an der Wand des Zimmers, und die mit der zentralen Logikeinheit 22 verbunden sind. Der Sender 31 und der Empfänger 24 richten eine Kommunikation mit einer tragbaren Datenverbindung im Zimmer in Form eines Computersystems 231 ein, das einen tragbaren Computer 232 eines herkömmlichen Typs enthält, der an seinen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen mit einem Sender 31 und einem Empfänger 34 verbunden ist. Somit kann das Computersystem 231 als tragbare Datenverbindung eine Kommunikation zwischen dem Sender 31 und dem Empfänger 24, die im Raum 203 montiert sind, herstellen. Auf diese Weise kann eine Zweiwege-Kommunikation zwischen der das Computersystem 231 benutzenden Person in Verbindung mit der Vorrichtung und dem System, das in der Einrichtung 201 installiert ist, über die zentrale Logikeinheit 22 eingerichtet werden.
Aus dem vorangehenden wird deutlich, daß eine optische Datenübertragungs- und Lokalisierungsvorrichtung, sowie ein System und ein Verfahren geschaffen werden, die eine kontinuierliche Echtzeitinformation über den Ort von Leuten, Anlagen, Akten und anderen mobilen Objekten in einer Einrichtung zur Verfügung stellen, und die keine Sichtlinienübermittlung erfordern.

Claims

1. Optische Datenübertragungs- und Ortungsvorrichtung (21) für wenigstens einen Ort (26), die wenigstens einen Empfänger (24) an dem wenigstens einen Ort und mehrere tragbare Sender (31) mit der Fähigkeit umfaßt, Datenpakete von Impulsen über eine optische drahtlose Datenverbindung (77) zum Empfänger (24) zu senden, wobei jeder Sender eine Stromversorgung (71), wenigstens einen Infrarotsender (76), ein Ausgangstreibermittel (79), das die Stromversorgung mit dem wenigstens einen Infrarotsender verbindet, um zu veranlassen, daß Datenpakete vom Infrarotsender gesendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Senden von Datenpaketen einen langsamen Taktgeber (171), der mit der Stromversorgung (71) verbunden ist, um für eine aufeinanderfolgende Übertragung von Paketen zu sorgen, wobei die Zeitperiode während der Paketübertragung viel kürzer ist als die Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden Paketübertragungen, einen schnellen Taktgeber (26) und ein Schnelltaktfreigabemittel (161) enthält, das mit dem langsamen Taktgeber und mit dem schnellen Taktgeber verbunden ist, um das schnelle Taktmittel freizugeben und das Senden eines Datenpaketes zu veranlassen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der langsame Taktgeber (171) eine ungenaue Zeitbasis (Q5, 45) aufweist.

3. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der der langsame Taktgeber (171) eine Oszillatorschaltung (Q5, 45) enthält, die aus einem resistiven, kapazitiven Netzwerk gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der schnelle Taktgeber (86, 171) die Form eines kostengünstigen Keramikresonators (136) aufweist, der eine relativ ungenaue Zeitbasis ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich der wenigstens eine Ort (26) in einer Einrichtung (201) befindet und die Stromversorgung (71) eine tragbare Stromversorgung (71) ist, wobei die Datenpakete mehrere Zeitrahmen aufweisen, von denen jeder in 2n Datenzeitschlitze unterteilt ist, wobei jeder Rahmen genau einen Impuls (196) enthält, der in einem Datenzeitschlitz positioniert ist, wodurch in jedem Rahmen n Bits an Binärdaten codiert sind, wobei der wenigstens eine Empfänger (24) jeweils ein Prozessormittel (51) enthält zum Erfassen der Anwesenheit von mehr als einem Impuls in einem Rahmen und zum Zurückweisen des Datenpakets.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der mehrere Orte (26) in der Einrichtung (201) vorgesehen sind, wobei wenigstens ein Empfänger (24) an jedem Ort (26) vorgesehen ist, in denen Sender (31) zu finden sind, wobei die Einrichtung eine logische Steuereinheit (22) und ein Kommunikationsschnittstellenmittel (36, 53) enthält zum Einrichten einer Kommunikation zwischen den Empfängern und der logischen Steuereinheit.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der acht Rahmen und acht Datenzeitschlitze in jedem Rahmen vorgesehen sind, wobei n gleich 3 ist.

8. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Stromversorgung eine Batterie (71) mit einer Kapazität von 200 mAh ist und ausreichend Leistung für den Sender (31) liefert, um dem Sender zu ermöglichen, in zwei Sekunden-Intervallen für 24 Stunden am Tag für etwa ein Jahr zu senden.

9. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Stromversorgung eine Batterie (71) mit einer Kapazität von 200 mAh ist und fähig ist, den Sender mit einem 8-Sekunden-Sendeintervall 24 Stunden am Tag für etwa drei Jahre zu betreiben.

10. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der jeder Sender (31) mit einem eindeutigen Identifikationscode (82) versehen ist, und wobei das Datenpaket den eindeutigen Identifikationscode (82) enthält.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Zeitpunkt eines einzelnen Impulses im Paket verwendet wird, um "n" Bits an Binärdaten zu codieren, wobei 2n die Anzahl der Zeitschlitze in einem Rahmen ist.

12. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der jeder der Sender (31) die gleiche Menge an Energie zum Senden eines Paketes verwendet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der erste Rahmen als ein Startmerker reserviert ist, wobei die restlichen Rahmen jeweils drei Bits an Daten codieren.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, bei der die Stromversorgung eine Batterie (71) ist, wobei das Paket Batterieaustauschdaten (166) enthält.

15. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der jeder der mehreren Sender (31) mehrere manuell betätigbare Schalter (87, 88, 89) aufweist, wobei die Schalter codiert sind, um verschiedene Typen von Statusinformationen bereitzustellen.

16. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Datenpaket eine Zeitdauer von weniger als der Periode der 60 Hz- Störsignale aufweist.

17. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, die ferner ein Datenpaketregistermittel (73) enthält zum Codieren von Senderidentifikationsdaten in die Datenpakete.

18. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, die ferner ein Prozessormittel (51) am Empfänger (24) enthält, um überlappende Datenpakete mit fehlenden Impulsen und Datenpakete mit durch Störungen hinzugefügten Impulsen zurückzuweisen, wobei jedes akzeptierte Datenpaket genau einen Impuls in einem Zeitschlitz in jedem Rahmen aufweist.

19. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Empfänger (24) unempfindlich ist gegenüber Störung in den Datenpaketen von trägermodulierten Systemen und trägerbasierten Systemen.

20. Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Mittel zum Verhindern aufeinanderfolgender Kollisionen zwischen Datenpaketen, die ein Zittermittel (171) in jedem Sender enthält, um die Datenpakete aufeinanderfolgend mit absichtlich variierenden Sendeintervallen zu senden unter Verwendung eines Niedrigabweichung-Oszillators (Q5, 45).

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich der wenigstens eine Ort (26) in einer Einrichtung (201) befindet und die Stromversorgung (71) eine tragbare Stromversorgung (71) ist, wobei die Datenpakete mehrere Zeitrahmen aufweisen, die jeweils in 2n Datenzeitschlitze unterteilt sind, wobei jeder Rahmen genau einen Impuls (196) enthält, der in einem Datenzeitschlitz positioniert ist, wodurch in jedem Rahmen n-Bits an Binärdaten codiert sind, wobei der wenigstens eine Empfänger (24) jeweils ein Pegeldetektormittel (48) enthält zum Erfassen der Amplitude der Energie in jedem der Datenpakete, die von den mehreren Sendern empfangen werden, um einem Empfänger zu erlauben, festzustellen, welcher Sender (31) ihm am nächsten ist, oder zu ermitteln, welcher Empfänger zu einem bestimmten Sender am nächsten ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich der wenigstens eine Ort (26) in einer Einrichtung (201) befindet und der Ort (26) ferner einen Bewegungsdetektor (8) umfaßt, wobei der wenigstens einen Empfänger jeweils ferner mit einem Identifikationscode (52) versehen ist; wobei die Sender jeweils mit einem separaten Identifikationscode (82) versehen sind und von Individuen getragen werden und mit einem Prozessormittel (51) versehen sind, um einen Alarm in dem Fall auszulösen, daß ein Individuum vom Bewegungsdetektor erfaßt wird und das Individuum keinen tragbaren Sender mit einem Identifikationscode trägt, der Zugang zu dem wenigstens einen Ort erlaubt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, mit einer Zugangstastatur (9) an dem wenigstens einen Ort (26), die betätigt werden muß, um Zugang zu dem wenigstens einen Ort zu erhalten, und nur dann Zugang zu dem Ort zu gewährt, wenn der an der Tastatur eingegebene Code und der vom Sender (31) gesendete Code übereinstimmen, und die anzeigt, daß das den Sender tragende Individuum Zugang zu dem Ort erhält.

24. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem sich der wenigstens eine Ort (26) in einer Einrichtung (201) befindet und die Stromversorgung (71) eine tragbare Stromversorgung (71) ist, wobei der Sender ferner ein tragbares Gehäuse (101) und eine im Gehäuse montierte gedruckte Leiterplatte (131) enthält, wobei wenigsten ein Infrarotsender (126) im Gehäuse montiert ist und mit der gedruckten Leiterplatte verbunden ist, um Lichtenergie auszusenden, die von außerhalb des Gehäuses (127) sichtbar ist, wobei die tragbare Stromversorgung (71) mit der gedruckten Leiterplatte und dem auf der gedruckten Leiterplatte montierten Schaltungsmittel verbunden ist und die tragbare Stromversorgung mit dem Infrarotsender verbindet, um den Infrarotsender zu veranlassen, Datenpakete von Datenimpulsen zu senden, die Bits von Binärdaten repräsentieren, wobei das Schaltungsmittel einen Datencode mit einer endlichen Anzahl von Zeitrahmen größer als 1 erzeugt, wobei jeder Zeitrahmen in eine endliche Anzahl von Datenzeitschlitzen größer als 1 unterteilt ist, wobei jeder Rahmen genau einen Impuls (196) in einem Zeitschlitz enthält, um n-Bits an Binärdaten zu codieren, wobei 2n gleich der Anzahl der Zeitschlitze ist, und wobei der Empfänger ein Prozessormittel (51) zum Erfassen eines fehlenden Impulses in irgendeinem Rahmen und zum Zurückweisen des Datenpaketes enthält.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der wenigstens zwei Bits an Binärdaten mit jedem Impuls geliefert werden.

26. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der die endliche Anzahl von Rahmen gleich 8 ist und die endliche Anzahl von Datenzeitschlitzen gleich 8 ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der der langsame Taktgeber (171) kontinuierlich von der Stromversorgung (71) aktiviert ist und das Freigabemittel (161) mit dem langsamen Taktgeber und mit der Stromquelle verbunden ist, um den langsamen Taktgeber nur während der Zeit freizugeben, während der das Datenpaket gesendet wird.

28. Vorrichtung nach Anspruch 24, mit einer externen Programmierquelle (21), bei der das Schaltungsmittel ein Identifikations- und Datenregistermittel (73, 82, 152), eine erste und eine zweite Antenne (136), die von der gedruckten Leiterplatte (131) getragen wird, und ein Antennenverbindungsmittel (23, 24) enthält, das die erste und die zweite Antenne mit dem Identifikations- und Datenregistermittel verbindet, wobei ein Sender mit Identifikationsdaten von der externen Programmierquelle codiert werden kann.

29. Vorrichtung nach Anspruch 24, mit mehreren Schaltern (87, 88, 89), die vom Gehäuse (101) getragen werden und an der gedruckten Leiterplatte (131) montiert sind, sowie einem Mittel (186), das die Schalter mit der integrierten Schaltung verbindet, um Nachrichten zu codieren, die in die vom Sender gesendeten Datenpakete eingesetzt werden sollen.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der die Schalter (87, 88, 89) vorübergehend betätigbare Schalter sind.

31. Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der das Gehäuse (101) eine rechtwinklige Konfiguration mit oberen und unteren und ersten und zweiten Seitenkanten (108, 109) aufweist, und wobei die Schalter sich durch die zweite Seitenkante (109) erstrecken und dafür konfiguriert sind, durch einen Finger einer menschlichen Hand des Trägers des Senders ergriffen zu werden.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der das Gehäuse (101) versehen ist mit Aussparungen (122) an denselben Stellen, durch die sich die Schalter (87, 88, 89) erstrecken.

33. Vorrichtung nach Anspruch 24, mit einer Metallfederklammer (114), die am Gehäuse befestigt ist und dafür konfiguriert ist, an der Kleidung eines Trägers befestigt zu werden.

34. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der das Gehäuse (101) eine Abmessung von etwa 2 Zoll·2 Zoll (d. h. 5,08 cm·5,08 cm) und eine Dicke von etwa 0,25 Zoll (d. h. 0,635 cm) aufweist und ein Gewicht von weniger als einer Unze (d. h. 28,349 g) aufweist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 27, bei der der langsame Takt (171) ein resistives, kapazitives Zeitgebernetzwerk (25, 45) enthält, wobei der schnelle Taktgeber (86, 172) einen Keramikresonator (176) enthält.

36. Vorrichtung nach Anspruch 27, bei der das Schaltungsmittel einen gleichmäßigen Stromverbrauch für alle gesendeten Pakete aller Sender zur Verfügung stellt.

37. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der die Stromquelle eine Batterie (71) ist, wobei das Schaltungsmittel, das von der gedruckten Leiterplatte getragen wird, ein Batterieprüfschaltungsmittel (166) enthält, um die Restlebensdauer der Batterie zu überwachen.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, bei der das Datenpaket Informationen enthält, die vom Batterieprüfschaltungsmittel geliefert werden, so daß jedes Datenpaket Informationen bezüglich der Restbatterielebensdauer der Batterie enthält.

39. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der der Infrarotsender (126) drei parallele Infrarotsender enthält, die in die umgebende Atmosphäre senden.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der die drei parallelen Infrarotsender (126) ausreichend Energie bereitstellen, so daß die Infrarotenergie erfaßt werden kann, nachdem sie von den Oberflächen am Ort (101) reflektiert worden ist.

41. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich der wenigstens eine Ort (26) in einer Einrichtung (201) befindet und die Stromversorgung (71) eine tragbare Stromversorgung (71) ist, wobei der Empfänger (24) Schaltungsmittel enthält zum Empfangen von Datenpaketen von den Sendern, wobei das Schaltungsmittel einen Empfangstaktgeber (61), ein Decodierungsmittel (49, 51) unter der Steuerung des Empfangstaktgebers zum Empfangen wenigstens zweier Rahmen in jedem Datenpaket und wenigstens zweier Datenschlitze in jedem Rahmen und zum Empfangen aus jedem Rahmen nur eines Impulses in einem Datenzeitschlitz enthält, wobei jeder Datenzeitschlitz in drei legale Impulspositionsbereiche unterteilt ist, die jeweils identifiziert sind als "früh", "zentriert" und "spät", sowie ein Prozessormittel (51), das mit dem Empfängertaktgeber verbunden ist, so daß dann, wenn ein Impuls "früh" empfangen wird, der Empfängertaktgeber um einen Zeitschlitz nach vorne angepaßt wird, so daß der nächste Impuls "zentriert" empfangen wird, und dann, wenn ein Impuls "spät" empfangen wird, der Empfängertaktgeber um einen Zeitschlitz nach hinten angepaßt wird, so daß der nächste Impuls "zentriert" empfangen wird.

42. Vorrichtung nach Anspruch 41, bei der das Decodierungsmittel (49, 51) im Empfänger (24) ein Datenpaket zurückweist, wenn darin irgendein Impuls zu einem Zeitpunkt im Datenzeitschlitz ankommt, der nicht "früh", "zentriert" oder "spät" ist.

43. Vorrichtung nach Anspruch 42, bei der das Decodierungsmittel im Empfänger (49, 51) zum Zurückweisen eines Datenpaketes ein Zurückweisungsmittel enthält, um das Datenpaket zurückzuweisen, wenn mehr als ein Impuls in einem Rahmen im Datenpaket vorhanden ist.

44. Vorrichtung nach Anspruch 42, bei der das Decodierungsmittel (49, 51) im Empfänger zum Zurückweisen eines Datenpaketes ein Zurückweisungsmittel enthält, um das Datenpaket zurückzuweisen, wenn ein Impuls in irgendeinem Rahmen des Datenpakets fehlt.

45. Vorrichtung nach Anspruch 42, bei der das Decodierungsmittel (49, 51) im Empfänger zum Zurückweisen eines Datenpaketes ein Detektormittel (48) enthält, um das Datenpaket zurückzuweisen, wenn ein Impuls eine verschiedene Amplitude aufweist.

46. Verfahren für den optischen Datenaustausch zwischen wenigstens einem Empfänger (24), der an wenigstens einem Ort (26) angeordnet ist, und mehreren tragbaren Sendern (31), das die Schritte umfaßt:

Senden von Datenpaketen von den tragbaren Sendern (31) über eine optische drahtlose Datenverbindung (77) zum Empfänger (24);

Verbinden einer Stromversorgung mit wenigstens einem Infrarotsender, so daß das Senden der Datenpakete vom Sender veranlaßt wird;

gekennzeichnet durch:

das Verbinden eines langsamen Taktgebers mit der Stromversorgung;

das Verwenden des langsamen Taktgebers, um eine aufeinanderfolgende Übertragung von Paketen zu bewirken, wobei die Zeitperiode während der Paketübertragung viel kürzer ist als die Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden Paketübertragungen; und

das Verbinden eines Schnellentaktfreigabemittels (161) mit dem langsamen Taktgeber und mit dem schnellen Taktgeber, um das Schnelltaktfreigabemittel (161) freizugeben und das Senden eines Datenpakets zu veranlassen.

47. Verfahren nach Anspruch 46, bei dem sich der wenigstens eine Ort in einer Einrichtung befindet und die Stromversorgung eine tragbare Stromversorgung ist, wobei das Verfahren ferner die Schritte umfaßt:

Erzeugen eines Datenpakets mit wenigstens zwei Zeitrahmen;

Unterteilen jedes Zeitrahmens in wenigstens zwei Datenzeitschlitze, wobei jeder Rahmen genau einen Impuls in einem Datenzeitschlitz aufweist;

Codieren von n-Bits an Binärdaten im Datenpaket, wobei 2n gleich der Anzahl der Datenzeitschlitze in jedem Rahmen ist; und

Zurückweisen eines Pakets, wenn mehr als ein Impuls in einem erfaßten Rahmen vorhanden ist.

48. Verfahren nach Anspruch 46, bei dem sich der wenigstens eine Ort in einer Einrichtung befindet und die Stromversorgung eine tragbare Stromversorgung ist, wobei das Verfahren ferner die Schritte umfaßt:

Erzeugen eines Datenpakets mit mehreren Zeitrahmen, wobei jeder Zeitrahmen in 2n Datenzeitschlitze unterteilt ist, und wobei jeder Zeitrahmen genau einen Impuls in einem Datenzeitschlitz aufweist;

Codieren von n-Bits an Binärdaten in jedem Zeitrahmen; und

Zurückweisen des Datenpakets, wenn mehr als ein Impuls oder weniger als ein Impuls in einem erfaßten Rahmen vorhanden ist.

49. Verfahren nach Anspruch 47 oder 48, mit dem Schritt des Reservierens eines der Rahmen als Start-Merker.

50. Verfahren nach Anspruch 47 oder 48, bei dem jeder Zeitrahmen mit neun Zeitschlitzen versehen ist, wobei der erste Zeitschlitz als ein Rahmenbegrenzerschlitz verwendet wird, der niemals einen Datenimpuls enthält, um sicherzustellen, daß immer wenigstens ein leerer Zeitschlitz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen vorhanden ist.

51. Verfahren nach Anspruch 50, bei dem acht Rahmen vorhanden sind, wobei einer der Rahmen reserviert wird zusammen mit dem Schritt der Verwendung der restlichen sieben Rahmen, um drei Bits an Daten pro Rahmen mit einem Impuls in genau einem der acht Datenzeitschlitze der sieben Rahmen zu codieren.

52. Verfahren nach Anspruch 51, bei dem sieben Rahmen, die drei Bits codieren, insgesamt 21 Bits an Daten zur Verfügung stellen.

53. Verfahren nach Anspruch 52 zur Verwendung mit Statusschaltern (87, 88, 89), wobei die 21 Bits an Daten einen 16-Bit-Senderidentitätscode, einen 1-Bit-Niedrigbatterie- oder Spezialfunktions-Code, einen 1-Bit-Code, der das programmierte Sendeintervall für den Sender anzeigt, und einen 3- Bit-Code, der durch den Status der Statusschalter bestimmt wird, umfaßt.

54. Verfahren nach Anspruch 47 oder 48, bei dem jeder Zeitschlitz etwa 4 us belegt, wobei jedes Datenpaket eine Zeitspanne von 288 us umfaßt.

55. Verfahren nach Anspruch 54, bei dem jeder der Impulse 2 us breit ist.

56. Verfahren nach Anspruch 55, bei dem jeder Impuls etwa in der Mitte eines 4 us-Zeitschlitzes zentriert ist.