DE4236310C2 - Einrichtung zur Datenübertragung über das Stromversorgungsnetz - Google Patents
Einrichtung zur Datenübertragung über das StromversorgungsnetzInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Datenübertragung über
das Stromversorgungsnetz, mit zumindest einem Sender, einem
Empfänger und einer an das Stromversorgungsnetz angeschlossenen
Ein- und Auskopplung für den Sender und den Empfänger.
Die am meisten verwendete Übertragungsart auf dem Stromversor
gungsnetz erfolgt mittels einer Trägerfrequenz im Frequenzbereich
um 100 kHz, häufig 120 kHz. Die Modulation ist AM (Amplitude
Modulation) oder FSK (Frequency Shift Keying). Das als Datenkanal
dienende Stromversorgungsnetz ist zur Übertragung eines 50 Hz
Sinussignals und nicht zur Datenübertragung bei höheren Frequen
zen eingerichtet. Die Signaldämpfung und der Störpegel werden
durch die Netztopologie und durch die Lasten bestimmt. Aufgrund
von Reflexionen können gewisse Frequenzen stark gedämpft werden.
Die Impedanz des Stromversorgungsnetzes unterliegt bei hohen
Frequenzen starken Schwankungen. Da sowohl die Lasten als auch
die Netztopologie variieren, sind Dämpfung und Störpegel nicht nur
frequenz- und ortsabhängig, sondern auch zeitabhängig und damit
nicht voraussagbar. Aus diesem Grunde ist es leicht einzusehen,
daß ein schmalbandiges Übertragungssystem mit nur einer Träger
frequenz die Anforderungen einer hohen Verfügbarkeit nicht zu
erfüllen vermag. Außerdem ist eine Trägerfrequenz leicht durch
Manipulation bei z. B. Sicherheitssystemen störbar.
Im übrigen ist eine Datenübertragung über Telefonleitungen
bekannt, bei welcher eine FSK-Demodulation in Verbindung
mit einem Limiter unter Verwendung passiver Diskriminatoren
erfolgt (vgl. The Post Office Electrical Engineers Journal,
1969, April, S. 1 bis 9). - Ferner ist die Aufbereitung
(Synthese) von Frequenzen mittels PLL-Schaltungen bekannt
(vgl. L′Onde Electrique, 1972, S. 493 bis 498). - Ferner
kennt man eine FSK-Modulation durch direkte Steuerung eines
VCO (voltage-controlled oscillator, vgl. IBM Technical
Disclosure Bulletin, 1973, März, S. 3074). - Endlich ist
auch eine Einrichtung zur Datenübertragung über ein
Stromversorgungsnetz mit einem Microcomputer und einer
Koppeleinrichtung bekannt (vgl. Elektronik, Nr. 20, vom
7.10.1983, S. 100 bis 104).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zu einem Sender-Empfängerkonzept zu schaffen, welche eine
einwandfreie Datenübertragung über das Stromversorgungsnetz
gewährleistet.
Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einer gattungsgemäßen
Einrichtung dadurch, daß der Sender mit einem Microcomputer
und mit einer dem Microcomputer nachgeschalteten PLL-Schal
tung zur Frequenzaufbereitung ausgerüstet ist, daß die
PLL-Schaltung und der Microcomputer über eine Endverstär
kerstufe unter Zwischenschaltung der Ein/Auskoppeleinrich
tung an das Stromversorgungsnetz angeschlossen ist, und daß
Datentelegramme nacheinander in zwei oder mehreren Fre
quenzbereichen übertragen werden, wobei die PLL-Schaltung
zumindest einen ersten Frequenzteiler zum Erzeugen einer
Referenzfrequenz und einen Oszillator, z. B. VCO zur Er
zeugung einer FSK-modulierten Sendefrequenz aufweist, und
daß im Anschluß an den VCO ein zweiter Frequenzteiler zur
Erhöhung der Modulationsgeschwindigkeit bzw. der Datenrate
vorgesehen ist. - Die Frequenzen für den Sender und
Empfänger werden also von einer PLL-Schaltung aufbereitet.
Diese Frequenzen werden von einem für den Microcomputer
ohnehin notwendigen Schwingquarz abgeleitet. Die Einstel
lung der jeweiligen Frequenz erfolgt von dem Microcomputer
aus durch z. B. einen 8 Bit programmierbaren Teiler. Die
Senderfrequenzen können im Bereich von 70 kHz bis 160 kHz
gewählt werden. Gemäß VDE0808 steht der Frequenzbereich von
95 kHz bis 148,5 kHz für die Signalübertragung auf dem
Stromversorgungsnetz zur Verfügung. Bedingt durch den ge
wählten Schwingquarz und der PLL-Schaltung ist eine Auswahl
der Frequenzen im Raster von 900 Hz möglich. Die Übertra
gung der digitalen Daten erfolgt mittels Frequenzumtastung,
eben FSK. Die zu übertragenden Nullen und Einsen des
Datenstromes werden in die beiden Frequenzen fL und fH
umgesetzt. Der Datenakt kann 300 Bit/s betragen. Der
Abstand zwischen fL und fH ist konstant und beträgt 4,5
kHz. Im Rahmen der Erfindung ist von besonderer Bedeutung,
daß bei dem gewählten Sender-Empfängerkonzept jedes
Datentelegramm nacheinander in drei oder mehreren
Frequenzbereichen, möglichst weit auseinanderliegenden
Frequenzbereichen, gesendet wird. Für die Auswertung im
Empfänger reicht es aus, wenn nur ein Frequenzpaar
fehlerfrei empfangen wird. In jedem Fall werden dadurch
Störungen selbst im Wege der Manipulation ausgeschaltet.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind im folgenden
aufgeführt. An den Microcomputer sind der Empfänger und
zweckmäßigerweise ein Input/Output-Modul (Tasten, Lampen,
Relais usw.) angeschlossen. Bei dem Microcomputer kann es
sich um eine digitale Rechen- und Steuereinheit wie z. B.
einen Microprozessor, Microcontroller, eine Digitalschal
tung oder um ein anderes Computersystem handeln. Weiter
sieht die Erfindung vor, daß der Empfänger einen
Frequenzmischer zur Frequenzumsetzung, einen Bandpaß, einen
Begrenzer und einen an den Microcomputer angeschlossenen
Demodulator z. B. FSK (Frequency Shift Keying)-Demodulator
aufweist, wobei die PLL-Schaltung an den Modulator und den
Demodulator angeschlossen sind.
Weiter empfiehlt die Erfindung, daß die PLL-Schaltung einen
programmierbaren Frequenzteiler aufweist, der dem VCO
nachgeschaltet und an einen dem VCO bzw. Tiefpaß vorge
schalteten Phasenvergleicher angeschlossen ist. Im übrigen
ist der erste Frequenzteiler über einen Schwingquarz und
der programmierbare Frequenzteiler über mehrere Steuerlei
tungen an den Microcomputer angeschlossen.
Die FSK-Modulation wird fast ausschließlich bei binärer
Übertragung von Daten verwendet. Die Kennzustände werden
bei dieser Modulationsart durch zwei unterschiedliche Fre
quenzen dargestellt, zwischen denen meist hart umgetastet
wird, damit die Modulationsschaltung einfach wird. Eine
Ausführungsform ist die beanspruchte Schaltung ohne den
zweiten Frequenzteiler. Die Sendefrequenz kann in diesem
Fall im Raster der Referenzfrequenz verändert werden. Die
FSK-Modulation erfolgt durch Addition des Modulations
signals am Eingang (RS) des VCO′s. Hierbei ist jedoch der
Hub zwischen den Eckfrequenzen von der Kennlinie (Steil
heit) des VCO′s abhängig, die oft auch temperaturabhängig
ist. Weiterhin kann durch Veränderung des Teilerfaktors des
programmierbaren Frequenzteilers (z. B. durch einen Micro
prozessor) eine FSK-Modulation erzeugt werden, wobei der
Hub ein Vielfaches der Referenzfrequenz ist. In der
PLL-Schaltung ohne den zweiten Frequenzteiler ist die
Mouldationsgeschwindigkeit durch den notwendigen Tiefpaß,
gebildet durch R1, R2 und C stark begrenzt. Die
Modulationsgeschwindigkeit bzw. Datenrate kann jedoch durch
Hinzufügen des zweiten Frequenzteilers und die um den
Teilerfaktor erhöhte VCO-Frequenz und Referenzfrequenz
verbessert werden, weil dann auch die Tiefpaßfrequenz des
Tiefpasses R1, R2 und C erhöht werden kann. Durch diese Maßnah
men können sämtliche Parameter wie Stabilität der VCO-Frequenz,
der Modulationshub, die Datenrate und die Taktfrequenz für einen
eventuellen Microprozessor von einem Schwingquarz abgeleitet wer
den.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Datenübertragung über das
Stromversorgungsnetz eröffnet u. a. folgende Anwendungsmöglich
keit:
- - Alarmsystem
- Über Bewegungsfelder, Rauchsensoren, Erschütterungsmelder, Glasbruchmelder, akustische Sensoren, Näherungsmelder, Berüh rungsmelder werden Bereiche, Räume, Dinge oder Zustände über wacht. Die entsprechende Alarmweitergabe oder Information der Zustandsänderung wird nach dem vorbeschriebenen Prinzip zu einer oder mehreren Zentralen übertragen und entsprechend an gezeigt oder weiterverarbeitet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Aus
führungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung
und
Fig. 2 ein Blockschaltbild der PLL-Schaltung.
In den Figuren ist eine Einrichtung zur Datenübertragung über das
Stromversorgungsnetz 1 dargestellt, die in ihrem grundsätzlichen
Aufbau einen Sender 2, einen Empfänger 3 und eine an das Strom
versorgungsnetz 1 angeschlossene Ein- und Auskoppeleinrichtung 4
für den Sender 2 und den Empfänger 3 aufweist. Außerdem ist eine
an das Stromversorgungsnetz 1 angeschlossene Stromversorgung 5
für die gesamte Einrichtung vorgesehen.
Der Sender 2 ist mit einem Microcomputer 6 und mit einer dem
Microcomputer 6 nachgeschalteten PLL-Schaltung 7 zur Frequenzauf
bereitung ausgerüstet. Die PLL-Schaltung 7 und der Microcomputer
6 sind über eine Endverstärkungsstufe 8 unter Zwischenschaltung
der Ein/Auskoppeleinrichtung 4 an das Stromversorgungsnetz 1
angeschlossen. An den Microcomputer 6 sind der Empfänger 3 und
ein Input/Output-Modul 9 (Tasten, Lampen, Relais usw.) ange
schlossen. Der Empfänger 3 weist einen Frequenzmischer 10 zur
Frequenzumsetzung, einen Bandpaß 11, einen Begrenzer 12 und
einen an den Mikrocomputer 6 angeschlossenen Demodulator, nach
dem Ausführungsbeispiel FSK-Demodulator 13, auf, wobei die
PLL-Schaltung 7 an den Modulator 10 und an den Demodulator 13
angeschlossen ist. Die PLL-Schaltung 7 weist einen ersten Fre
quenzteiler 14 zum Erzeugen einer Referenzfrequenz, einen Tiefpaß
15 und einen Oszillator, nach dem Ausführungsbeispiel einen VCO
16 zur Erzeugung einer FSK-modulierten Sendefrequenz auf. Im
Anschluß an den VCO 16 ist ein zweiter Frequenzteiler 17 zur
Erhöhung der Modulationsgeschwindigkeit bzw. der Datenrate vorge
sehen. Die PLL-Schaltung 7 besitzt ferner einen programmierbaren
Frequenzteiler 18, der dem VCO 16 nachgeschaltet und an einen
dem VCO 16 bzw. Tiefpaß 15 vorgeschalteten Phasenvergleicher 19
angeschlossen ist.
Der erste Frequenzteiler 14 ist über einen Schwingquarz 20 und der
programmierbare Frequenzteiler 18 über mehrere Steuerleitungen 21
an den Microcomputer 6 angeschlossen.
Claims (5)
1. Einrichtung zur Datenübertragung über das Stromversor
gungsnetz, mit einem Sender, einem Empfänger und einer an
das Stromversorgungsnetz angeschlossenen Ein/Auskoppelein
richtung für den Sender und den Empfänger, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sender (2) mit einem
Mikrocomputer (6) und mit einer dem Microcomputer (6)
nachgeschalteten PLL-Schaltung (7) zur Frequenzaufbereitung
ausgerüstet ist, daß die PLL-Schaltung (7) und der Micro
computer (6) über eine Endverstärkerstufe (8) unter
Zwischenschaltung der Ein/Auskoppeleinrichtung (4) an das
Stromversorgungsnetz (1) angeschlossen sind, und daß
Datentelegramme nacheinander in zwei oder mehreren Fre
quenzbereichen übertragen werden, wobei die PLL-Schaltung
(7) zumindest einen ersten Frequenzteiler (14) zum Erzeugen
einer Referenzfrequenz und einen Oszillator, z. B. VCO (16)
zur Erzeugung einer FSK-modulierten Senderfrequenz auf
weist, und daß im Anschluß an den VCO (16) ein zweiter
Frequenzteiler (17) zur Erhöhung der Modulationsgeschwin
digkeit bzw. der Datenrate vorgesehen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
an den Microcomputer (6) der Empfänger (3) und ein
Input/Output-Modul (9) angeschlossen sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Empfänger (3) einen Frequenzmischer
bzw. einen Modulator (10) zur Frequenzumsetzung, einen
Bandpaß (11) bzw. Filter, einen Limiter (12) und einen an
den Microcomputer (6) angeschlossenen Demodulator (13), z. B.
FSK-Demodulator aufweist, wobei die PLL-Schaltung (7) an
den Modulator (10) und den Demodulator (13) angeschlossen
ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die PLL-Schaltung (7) einen program
mierbaren Frequenzteiler (18) aufweist, der dem VCO (16)
nachgeschaltet und an einem dem VCO (16) bzw. Tiefpaß (15)
vorgeschalteten Phasenvergleicher (19) angeschlossen ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Frequenzteiler (14) über
einen Schwingquarz (20) und der programmierbare
Frequenzteiler (18) über mehrere Steuerleitungen (21) an
den Microcomputer (6) angeschlossen sind.
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