DE3107928A1

DE3107928A1 - Einrichtung zum beruehrungslosen uebertragen eines zahlenwertes

Info

Publication number: DE3107928A1
Application number: DE19813107928
Authority: DE
Inventors: Rene 77300 Fontainebleau Marzolf
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1981-03-02
Filing date: 1981-03-02
Publication date: 1982-09-16
Also published as: GB2098431A; GB2098431B; FR2500944B1; JPS57157667A; FR2500944A1

Description

VDO Adolf Schindling AG - 6000 Frankfurt/Main

Grafstraße 103

G-S Sch-kl 1b65

Einrichtung zum berührungslosen übertragen eines Zahlenwertes

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum berührungslosen übertragen eines Zahlenwertes, insbeson-

nach
dere eines Messwertes,/dem Oberbegriff des Anspruchs

1.
5

Bei einer solchen zum Stand der Technik gehörenden Einrichtung gehört der Koppelschwingkreis zu einem sogenannten Transponder, der ferner einen Schalter aufweist, welcher im Falle der Luftdrucküberwachung

eines Fahrzeugrades je nach dem Druckwert geöffnet und geschlossen werden kann und damit entweder den Koppelschwingkreis im relativ entdämpften Zustand beläßt oder aber praktisch kurzschließt. Damit kann mit dem in dem Fahrgestell des Fahrzeugs unterge-

brachten Teil der Einrichtung ermittelt werden, ob der Luftdruck unter einen vorgegebenen Wert gesunken ist: Hierzu wird zunächst die Sendestufe derart wirksam geschaltet, daß sie über den Sende/Empfangsschwingkreis ein Frequenzsignal ausstrahlt, welches

von dem Koppelschwingkreis empfangen wird, wenn sich dieser in der Nähe des Sende/Empfangschwing-

-Ψ'

kreises befindet. Die durch eine Spule des Koppelschwingkreises magnetisch eingekoppelte Energie des Frequenzsignals regt den Koppelschwingkreis zum Schwingen mit seiner Eigenfrequenz an, wenn der Schalter geöffnet ist. Im Falle eines geschlossenen Schalters tritt in dem Koppelschwingkreis keine Schwingung auf. Der Sende/Empfangsschwingkreis kann nun durch eine Steuerungsanordnung "bedampft werden, so daß die nach Abschalten der Sendestufe in ihm noch auftretende Schwingung sehr rasch abklingt. Daraufhin wird der Sende/Empfangsschwingkreis mit der Sendestufe ebenfalls durch die Steuerungsschaltungsanordnung wirksam verbunden. In dem Falle, in dem der Schalter des Transponders geöffnet ist und demzufolge in dem Koppelschwingkreis eine abklingende Schwingung auftritt, wird dieses Frequenzsignal während der Empfangsphase von dem Sende/Empfangsschwingkreis empfangen, wenn sich dieser in der Nähe des Koppelschwingkreises befindet - während bei geschlossenem Schalter in dieser Empfangsphase von dem Sende/Empfangsschwingkreis kein Signal aufgenommen wird. Zur Auswertung des empfangenen Frequenzsignals kann die Empfangsstufe einen . . elektronischen Zähler aufweisen, dessen Zähleingang mit umgeformten Zählimpulsen während einer vorgegebenen Zeitspanne beaufschlagt wird, die aus dem empfangenen Frequenzsignal geformt werden. Der Zählerstand gibt somit an, daß der Schalter des Transponders geöffnet ist, wenn innerhalb der Zeitspanne ein vorgegebener Zählinhalt erreicht wird, während im anderen Fall, wenn der Schalter in dem Transponder geschlossen ist, keine Zählimpulse in den Zähler gelangen und ein zu niedriger Druck mit einer Anzeigestufe angezeigt wird.

Bei dieser Einrichtung ist nachteilig , daß nur zwei diskrete Größen eines Meßwertes berührungslos übertragen werden können, je nachdem, ob der den Koppelschwingkreis überbrückende Schalter, geöffnet oder geschlossen ist.

Zu der vorliegenden Erfindung gehört daher die Aufgabe, die Einrichtung der eingangs genannten Gattung so weiter-zu-bilden, daß sie zum berührungslosen Übertragen eines mehrstelligen Zahlenwertes in binärer Codierung geeignet ist, die eine hohe Übertragungssicherheit erwarten läßt.

Diese Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden

·* Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Mit dieser Einrichtung kann in vorteilhafter Weise ein als statisch binäre Bitfolge vorliegender Zahlenwert, beispielsweise ein Meßwert, von dem an einem

beweglichen Gegenstand angebrachten Informationsträger mit großer Sicherheit genau auf eine feststehende Zentraleinheit übertragen werden. Dabei erfolgt die Übertragung je eines Bit während einer Taktzeit, die sich aus der Sendephase, der Bedämpfungsphase und ^p der Empfangsphase der Zentraleinheit zusammensetzt. Die so übertragene Bitfolge wird in der Empfängerstufe der Zentraleinheit mit einem Demodulator als Bitfolge zurückgewonnen. '

^ Trotz der hohen übertragungssicherheit - wenn ein Mindestabstand zwischen dem Koppelschwingkreis und dem Sende/Empfangsschwingkreis gegeben ist - ist die Einrichtung insgesamt verhältnismäßig wenig aufwendig.

Dies gilt vor allem, wenn die Einrichtung gemäß Anspruch 2 weitergebildet ist. Diese Weiterbildung ermöglicht den Betrieb des Informationsträgers ohne eigne Energiequelle, so daß dieser als passiver Informationsträger bezeichnet werden kann. Die Funktionen des passiven Informationsträgers können gleichwohl verhältnismäßig komplex mit einer oder mehreren elektronischen Baugruppen ausgeführt werden.

Zweckmäßig wird als den Koppelschwingkreis kurzschließender Schalter ein elektronisch gesteuerter Schalter vorgesehen, der entsprechend der zu übertragenden Bitfolge mit geringem Energieaufwand rasch betätigt werden kann.

Im einzelnen sind die vorgesehenen Mittel in dem Informationsträger zur sequentiellen übertragungssteuerung vorteilhaft gemäß Anspruch 4 ausgebildet. Der hiernach vorgesehene Zähler, der einen Datenwähler steuert, welcher die zu übertragenden Bits des Zahlenwertes nacheinander auswählt und zur Steuerung .'■ des elektronischen Schalters weiterleitet, ermöglicht eine zuverlässige Funktion der Einrichtung, wenn er, wie vorgesehen, durch Taktimpulse gesteuert wird, die aus dem empfangenen Frequenzsignal gewonnen werden.

Der Zähler und der Datenwahler werden in dem passiven Informationsträger vorteilhaft mit einer aus Frequenzsignal gewonnenen Versorgungsspannung gespeist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der gesamten Einrichtung zum berührungslosen Übertragen digital codierter Zahlenwerte;

Fig. 2 Zeitdiagramme wesentlicher Funktionen dieser Einrichtung;

Fig. 3 eine spezielle Ausführung des passiven Informationsträgers; und

Fig. 4 Informations- und Signalfolgen der Einrichtung, die gemäß Fig. 3 ausgebildet ist.

In Fig. 1 umfaßt die Zentraleinheit eine Steuerungsschaltunganordnung (I\ welche eine Sendestufe (£), eine Empfangsstufe (3)mit einem Verstärker - Demodulator und mit einer Auswertungsschaltung (5), sowie eine Dämpf ungsstufe (6) mit Steuersignalen versorgt.

Die Sendestufe (2), die Dämpfungsstufe (6) und der Verstärker-Demodulator sind mit einem Sende/Empfangsschwingkreis (7) verbunden, der mit einer Spule (8) und einem Kondensator (9) als Parallelschwingkreis aufgebaut ist.

Die Zentraleinheit ist an einem ortsfesten Gegenstand angebracht, während .der nachfolgend beschriebene passive Informationsträger an einem gegenüber diesem beweglichen Gegenstand angeordnet sein kann:

Der Informationsträger umfaßt einen Koppelschwingkreis (9), bestehend aus einer Spule (10) und einem Kondensator (11) ebenfalls als Parallelschwingkreis

geschaltet. Der Koppelschwingkreis ist durch einen elektronisch steuerbaren Schalter (12) kurzschließer.

Ein Steuereingang (13) des elektronisch gesteuerten Schalters wird von dem Ausgang von Mitteln (14) zur Übertragungssteuerung gespeist. Die Mittel zur Übertragungssteuerung stehen über parallele Leitungen in Verbindung mit einem Informationsspeicher (15). In diesem ist der zu übertragende Zahlenwert als statische binäre Bitfolge gespeichert.

Die Mittel zur Übertragungssteuerung werden durch Mittel (16) zur Taktrückgewinnung gespeist, die mit dem Koppelschwingkreis (9) verbunden sind.

in Verbindung

Ebenfalls mit dem Koppelschwingkreis (9)/stehen Mittel (17) zur Versorgungsspannungserzeugung, die aus einem von dem Koppelschwingkreis eingespeisten Frequenzsignal eine Gleichspannung an die Mittel zur Taktrückgewinnung und zur übertragungssteuerung liefern.

Die Funktion der Einrichtung nach Fig. 1 wird im folgenden anhand von Fig. 2 erläutert: Durch die von der Steuerungsschaltungsanordnung 1 abgegebenen Signale - Linienzug a - wird während einer Sendephase die Sendesi:ufe zur Abgabe einer hochfrequenten Schwingung an den Sende/Empfangsschwingkreis (7) veranlaßt, die als Sendeburst bezeichnet wird. Durch den Sendeburst wird der Koppelschwingkreis (9) entsprechend Linienzug c zu einer zunächst aufklingenden Eigenschwingung angeregt, da die Spulen (8) und (10) magnetisch miteinander gekoppelt

sind, wenn sich der Informationsträger in der Nähe der Zentraleinheit befindet.

In der sich an die Sendephase anschließenden Dämpfungsphase wird der Sende/Empfangsschwingkreis (7) durch die Dämpf ungsstufe kurzgeschlossen, während die Spannung in dem Koppelschwingkreis entsprechend Linienzug c weiterschwingen kann, wenn der elektronisch gesteuerte Schalter (12) geöffnet ist. Im einzelnen hängt der Signalverlauf der Spannung in dem Koppelschwingkreis, wie noch gezeigt wird_/davon ab, ob von dem Informationsträger eine logische ⁰O^w oder eine logische "1" übertragen werden soll. Es sei vorweggenommen, daß in dem linken Teil des Linienzugs c eine logische "1" übertragen wird und in dem rechten Teil des Linienzugs c eine logische "0".

In jedem Fall wird aus der Spannung in dem Koppelschwingkreis entsprechend Linienzug d eine Gleichspannung durch die Mittel (17) zur Versorgungsspannungserzeugung gebildet. Außerdem wird aus der Spannung am Koppelschwingkreis ein Taktimpuls zurückgewonnen, und zwar am Beginn der aufklingenden Spannung im Linienzug c. Dieser zurückgewonnene Takt ist in Fig. 2 nicht dargestellt. Er speist die Mittel (14) zur Übertragungssteuerung, die bei Jedem Takt ein Bit des binär gespeicherten Zahlenwertes aus dem Informationsspeicher abfragen. In dem linken Teil der Linienzüge in Fig. 2 wird eine logische "1" abgefragt, die die Mittel zur übertragungssteuerung auch Datenselektor genannt - im Ruhezustand beläßt,

der/

so daß elektronisch gesteuerte Schalter (12) geöffnet bleibt, vergleiche Linienzüge e (Ausgang vom Datenselektor) und f (Steuersignal für elektronischen

■At-

Schalter). Bei geöffnetem Schalter (12) klingt die Spannung am Koppelschwingkreis entsprechend dem linken Teil des Linienzugs c nur langsam ab und kann während der Empfangsphase - vergleiche Linienzug g in dem entregten Sende/Empfangsschwingkreis eine Spannung induzieren, die zunächst auf- und dann abklingt.

Die in dem Sende/Empfangsschwingkreis induzierte Spannung wird während der Empfangsphase in dem Verstärker-Demodulator (4) demoduliert und erzeugt ein Ausgangssignal entsprechend Linienzug h, welches der Auswertungsschaltung (5) zugeführt wird.

Wird während einer darauf folgenden Periode bestehend aus Sendephase, Dämpfungsphase und Empfangsphase, wie in dem rechten Teil der Linienzüge in Fig. 2 dargestellt, von den Mitteln zur Übertragungssteuerung (14) eine logische ¹¹O" aus dem Informationsspeicher als nächstes Bit abgefragt, §o ändert sich das Signal am Ausgang der Mittel zur Übertragungssteuerung - Linienzug e - und gibt an den elektronisch gesteuerten Schalter (12) ein Steuersignal entsprechend Linienzug f, welches den Schalter schließt. Deswegen klingt in Linienzug c die Spannung am Koppelschwingkreis nach der Sendephase bzw. Dämpfungsphase sehr rasch ab und kann während der darauf folgenden Empfangsphase praktisch keine Spannung in dem Sende/ EmpfangsSchwingkreis (7) induzieren, vergleiche Linienzug g. Demzufolge tritt am Ausgang des Verstärker- Demodulators (4) ein Signal auf, welches eine logische "0" beeinhaltet.

Am Ausgang des Verstärker-Demodulators erhält man also eine zeitliche Bitfolge in aufeinanderfolgenden Empfangsphasen, die der stationären Bitfolge in dem Informationsspeicher 15 genau entspricht. 5

Diese Bitfolge kann in der Auswertungsschaltung weiterverarbeitet werden, insbesondere mit einer . hierin gespeicherten Bitfolge eines Zahlenwerts verglichen werden, um eine Übereinstimmung mit dem Zahlenwert in dem Informationsspeicher 15 festzustellen. Dies ist das Übertragungsprinzip eines berührungslosen "elektronischen Schlüssels", für den die Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden kann, da der Informationsträger sehr kompakt ausgebildet werden kann und keine eigene Energiequelle benötigt.

Hierzu kann die Elektronik in dem Informationsträger mit diskreten Bauelementen, hybrid oder integriert ausgebildet sein. Die Kodierung des Zahlenwerts kann dabei direkt in den Mitteln 14 zur Übertragungssteuerung stehen, wenn diese als ROM ausgebildet sind.

Eine einfache Ausführungsform des als elektronischer Schlüssel ausgebildeten Informationsträgers ist in Figur. 3 gezeigt, in der gleiche Elemente wie in Figur 1 mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind:

überein stimmen zwischen den Figuren 1 und 3 der Koppelschwingkreis 9 mit Spule 10 und Kondensator sowie der zu diesem parallel geschaltete elektronisch gesteuerte Schalter 12 mit dem Steuereingang

An den Koppelschwingkreis ist eine Diode 18 zur Gleichrichtung des Frequenzsignals angeschlossen, so daß aus diesem eine Versorgungsspannung gebildet wird, die mit einem Kondensator 19 geglättet wird. Ferner wird aus dem Frequenzsignal aus dem Koppelschwingkreis über einen weiteren Gleichrichter 19, der an eine Widerstandskondensatorkombination 20 angeschlossen ist, ein Taktimpuls gewonnen. Eine Gleichspannungsleitung ist zur Stromversorgung zu einem Zähler 21 und zu einem Datenwähler 22 geführt. Eine Taktleitung ist an einen Takteingang des Zählers 21 angeschlossen und außerdem an ein UND-Glied 23, welches im übrigen einen Ausgang "OUT" des Datenwählers mit dem Steuereingang 13 des elektronisch gesteuerten Schalters 12 verbindet.

Ausgänge zum Beispiel 24, 25, 26 des Zählers 21 sind an Adresseingänge zum Beispiel 27, 28, 29 des Datenwählers angeschlossen, der andererseits in Verbindung mit einer der Anzahl der Bits einer Bitfolge entsprechenden Anzahl Schalter 30, 31 - 33 steht.

Die in dem Informationsträger stationär gespeicherte Zahl, nämlich die binäre Bitfolge dieser Zahl wird also durch die geöffneten oder geschlossenen Schalter represäntiert, von denen jeder einem Bit zugeordnet ist.

Die geöffneten oder geschlossenen Schalter bestimmen einen Spannungswert an den Dateneingängen 34, 35, 36 des Datenwählers. Je nach dem Zustand der Adresseingänge 27, 28, 29, der von dem Zähler bestimmt wird, nimmt der Ausgang "OUT" des Datenwählers den Zustand eines der Dateneingänge 34, 35, 36 an. Es werden

also die Dateneingänge in dem Datenwähler "bei dem Hochzählen des Zählers mit Taktimpulsen nacheinander abgefragt und über das UND-Glied 23 zu dem Steuereingang 13 des Schalters 12 weitergeleitet.

In Figur 4 sind die logischen Zustände an verschiedenen Stellen des Informationsträgers nach Figur 3 und der übrigen Einrichtung nach Figur 1 dargestellt, ebenso einige charakteristische Signalverlaufe: ■

Gemäß Zeile a in Figur 4 soll eine binäre Zahl, die nach der Stellung der Schalter 30 - 33 an den Dateneingängen 34 - 36 bzw. XO - X7 ansteht, übertragen werden.

Hierzu wird nach jeder Sendephase ein Taktimpuls gewonnen, der den Zähler gemäß Zeile b hochzählt. Dabei entsteht beispielsweise während der ersten auftretenden "0" des Zählerzustands in Zeile b an dem negierten Ausgang ¹¹OUT" des Datenwählers - auch Datenselektor genannt - eine logische "0", da der entsprechende Eingang des Datenwählers mit einer logischen "1" gespeist ist. Demzufolge kann die Spannung am Koppelschwingkreis, die in Zeile d als Hüllkurve angedeutet ist, während der Empfangsphase allmählich abklingen, wie im linken Teil von Figur Zeile c genauer dargestellt. Daraus ergibt sich infolge des in den Sende/Empfangsschwingkreis zurückgespeisten Frequenzsignals am Ausgang des Verstärkerdemodulators ein Spannungsimpuls entsprechend Zeile h in Figur 2, der in Zeile e in Figur 4 mit einem entsprechenden Spannungsimpuls in der vorangehenden Taktzeit verschmilzt. Dieser Spannungsimpuls

signalisiert am Ausgang des Verstärkerdemodulators wieder eine logische "1". In der darauffolgenden Taktzeit - die Zeit zwischen zwei Sendephasen wird als Taktzeit bezeichnet - wird von dem Dateneingang des Datenwählers 22 eine logische "O" abgefragt, die am negierten Ausgang des Datenwählers eine logische ^M1" erscheinen läßt. Dadurch wird der elektronisch gesteuerte Schalter 12 kurzgeschlossen und die Spannung in dem Koppelschwingkreis klingt nach dem Ende der Sendephase und dem Dämpfen des Sende/Empfangsschwingkreises sofort ab. Dies zeigt schematisch die Kurve in Zeile d in Figur 4 und genauer der rechte Teil der Zeile c in Figur 2. Dementsprechend wird kein Frequenzsignal von dem Koppelschwingkreis in den Sende/Empfangsschwingkreis zurück übertragen. Dieser Zustand des Sende/Empfangsschwingkreises ergibt am Ausgang des Verstärkerdemodulators 4 einen niedrigen Signalpegel, welcher eine logische "0" als Information beinhaltet, vergleiche Zeile f.

Die voranstehenden Vorgänge werden während je einer Taktzeit wiederholt, bis die gesamte binärkodierte Zahl von dem Informationsträger in die Zentraleinheit übertragen wird. Da im Anschluß hieran eine erneute Übertragung beginnt, soll in dem Informationsträger ein besonderes Bit festgelegt werden, welches das Ende der Übertragung eines Zahlenwerts signalisiert.

JlS-

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Einrichtung zum berührungslosen übertragen eines . Zahlenwertes, insbesondere eines Meßwertes von einem beweglichen Gegenstand auf einen relativ zu diesem feststehenden Gegenstand, mit einer ein Frequenzsignal abgebenden Sendestufe und einer einen Demodulator umfassenden Empfangsstufe,.die mindestens mit einem Sendeempfangeschwingkreis verbindbar sind, sowie mit einem am beweglichen Gegenstand angeordneten Informationsträger mit einem Koppelschwingkreis und einem diesen kurzschließenden Schalter, wobei bei geöffnetem Schalter die Empfangsstufe durch den Koppelschwingkreis mit einem Frequenzsignal beaufschlagbar ist, mit Mitteln_#die getaktet abwechselnd die Sendestufe und die Empfangsstufe wirksam schalten und dazwischen gegebenenfalls Mittel zum Bedampfen des Sende/Empfangsschwingkreises aktivieren, *
dadurch gekennzeichnet, 1) daß zur digital codierten, im Rhytmus der Sendephasen sequentiellen übertragung des Zahlenwerts als Bitfolge in dem Informationsträger

a) mit dem Koppelschwingkreis (9) Mittel (16) zur Taktrückgewinnung verbunden sind,

b) mit einem Speicher (fl5) des Zahlenwerts verbundene Mittel (14) zur sequentiellen Übertragungssteuerung durch den rückgewonnenen Takt steuerbar sind,

c) der den Koppelschwingkreis kurzschließende Schalter (12) durch die Mittel zur sequentiellen Übertragungssteuerung betätigbar istj

3107328

2) daß die Empfängerstufβ (3) mit einem Demodulator (4) zur Rückgewinnung der Bitfolge ausgebildet ist,

2. Einrichtung mit einem passiven Informationsträger nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Koppelschwingkreis (9) über einen Gleichrichter (18) ein Speicher (Kondensator 19) zur Erzeugung einer Baugruppen des Informationsträgers speisenden Versorgungsspannung angeschlossen ist.

3« Einrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß als den Koppelschwingkreis (9) kurzschließender

ein

Schalter 02)/elektronisch gesteuerter Schalter vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur sequentiellen Übertragungssteuerung ein mit dem rückgewonnen Taktimpulsen gespeister Zähler (21) vorgesehen ist, dessen Zählausgänge (24, 25, 26) mit Adress-Eingängen (27, 28, 29) eines Datenwählers (22) verbunden sind, daß Dateneingänge (34, 35, 36) des Datenwählers mit je einem Schalter (30, 31, 33) für jedes Bit des Zahlenwerts gekoppelt ist und daß ein Ausgang (OUT) des Datenwählers mit einem Steuereingang (13) des gesteuerten Schalters in Verbindung steht.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler und der Datenwähler (22) über den Gleichrichter (18) von dem Koppelschwingkreis (9) mit der Versorgungsspannung beaufschlagbar sind.