Die Erfindung betrifft ein intelligentes Fernmeß- und Stellsystem zum Fernmessen und Einstellen, Fernsteuern, Fernüberwachen, Fernabfrage, Protokollieren bzw. Dokumentieren.

Aus der deutschen Patentschrift DE 2822672 C2 ist es bekannt, ein com¬ putergesteuertes Steuergerät mit am Gerät angebrachten, . ahtlos oder drahtgebunden Signale übertragenden Bedienungsorganen, wie Sensoren und Stellglieder, wobei Befehle an den Empfänger abgegeben und Steuerbefehle gespeichert und umgesetzt werden. Die Signalerfassung/-verarbeitung er¬ folgt nach eingeschriebenem Programm.

Nachteilig ist hierbei die nötige manuelle Einstellung für die veränder¬ baren Bedienfunktionen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrich¬ tung (Geräteeinheit oder Terminal) sowie ein Netzwerk anzugeben, mit dem es möglich ist, daß Daten (dezentral von gleichen Einheiten) gesammelt, (vor-)verarbeitet, gespeichert und automatisch und/oder periodisch oder auf Befehl (zentral) auf bestem Übertragungsweg (fern-)übertragen werden.

Die Lösung vorliegender Erfindung ist in Anspruch 1 bezüglich des Netz¬ werks und in Anspruch 15 als mobile Einheit zur Datenübertragung angegeben.

In weiteren Ansprüchen und den Ausführungsbeispielen sind weitere Merk¬ male, insbesondere bezüglich der Geräteeinheiten/Terminals enthalten, ohne hierauf beschränkt zu sein. Abwandlungen und Kombinationen der be¬ schriebenen und dargestellten Merkmale sind dem Fachmann möglich.

Die Erfindung ist anwendbar zur Fernüberwachung, insbesondere auf dem Gebiet des Umweltschutzes, z.B. Luftüberwachung, Gewässerüberwachung bzw. Verunreinigungen, Radioakti ität, biologisch, chemisch etc., aber z.B. auch als Verkehrsüberwachungs- und Leitsystem, beim Katastrophen¬ schutz, wie Brandschutz, Erdbebenschutz, Überschwemmungen und dg!..

Die besonderen Vorteile des Systems sind: Beliebig viele Meßstationen (Terminals) an einer Zentrale, Datenübertragung per Funk, Lichtwellen¬ leiter oder Zweidrahtleitung, Übertragung mit hoher Datendichte, z.B. über DATEX-P-Netz der Bundespost, automatische Fehlererfassung und -kor- rektur bei der Übertragung, geringster Stromverbrauch, Solargenerator optionell lieferbar, Terminals im Relaisbetrieb einsetzbar, fernsteuer¬ bare Alarmmeldungen und fernsteuerbare Änderung der Meßparameter, insbe¬ sondere durch Übertragung anderer Meßprogramme (z.B. aus Speicher 5).

Das System dient zur Erfassung von analogen und digitalen Meßdaten an abgelegenen und/oder kaum zugänglichen Meßorten sowie zur Übertragung dieser Parameter an eine Zentralstation mittels Funkstrecke, Lichtwel¬ lenleiter, Telefonleitung oder Datenbus.

In umgekehrter Richtung können dem Terminal Einstellparameter wie Abfra¬ gerate, Grenzwerte, Kanalzahl, die Zuordnung von Funkstationen etc. über Funk übermittelt werden.

Jedes Datenterminal kann gleichzeitig als Relaisstation für andere Ter¬ minals dienen. Die Terminals können im Relaisbetrieb hintereinander ge¬ schaltet werden.

Die Erfindung betrifft ein intelligentes Fernmeß- und Stellsystem, ent¬ halten in einer Gehäuseeinheit (Terminal) für die Erfassung, Verarbei¬ tung und Speicherung analoger und/oder digitaler Daten und der Aufzeich¬ nung in einem Speicher und Übertragung in einem geeigneten Übertragungs¬ weg auf Befehl .

Das System besteht aus einem oder mehreren Terminals. An jedes Terminal können analoge Meßsignale und digitale Ein- oder Ausgänge auch mit D/A¬ Wandler angeschlossen werden. Die Zuordnung, ob es sich hierbei um einen Ein- oder Ausgang handelt, ist wahlfrei. Jedes Terminal verfügt über ausreichend Speicherplatz zur Zwischenspeicherung von Meßdaten. Jede Meßstation speichert in vorgegebenen Meßintervallen die Meßdaten zusam¬ men mit der Meßkanalnummer. Die Intervalldauer ist frei wählbar und über Funk von der Zentralstation aus einstellbar. Die Daten werden zusammen mit der Uhrzeit (Zeitpunkt der Messung) entweder periodisch zu festge¬ legten Zeitpunkten oder auf Anforderung der Zentralstation an diese übertragen. Die Datenfernübertragung erfolgt z.B. in Paketform zusammen mit Datum, Uhrzeit, Nummer des Meßkanals sowie Stationsnamen (Funkruf¬ zeichen), so daß eine eindeutige Zuordnung der in der Zentrale eingehen¬ den Daten gesichert ist. Das System erlaubt eine fexible Anpassung an verschiedenen Meßaufgaben, ohne zusätzliche Änderung der Systemprogramme.

Die Ausführungsbeispiele sind dargestellt in den Figuren 1 bis 4. Es zeigen:

Fig. 1 ein Netzwerk mit Anschluß links unten zu weiteren Netzwerken gleicher Art,

Fig. 2 eine Geräteeinheit/Terminal im Aufbau als Blockschaltbild,

Fig. 3 ein Schema der Datenfernübertragung und

Fig. 4 ein Schema des Datenübertragungsverfahrens.

Fig. 6 eine Abwandlung eines Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 in abge¬ schirmter/gekapselter Form mit Stecker, z.B. zum Anschluß an ei¬ nen PC;

Fig. 7 ein Schaltbeispiel einer Platine für Anschluß oder Anbau/Einbau am PC oder Funkgerät;

Fig. 8 ein Funkgerät mit eingebautem Modem und SignalProzessor für Da¬ ten-, Sprach- und BildsignalÜbertragung;

Fig. 9a und b eine Taktsignalfolge wie sie für die Energieversorgung mindestens des Modems im Betrieb im Netz angewendet wird;

Fig. 10 eine Betriebsanzeige auf den Eingang eines Rufes eines Befehles oder anderer Signale und deren Übertragung gemäß Protokoll auf einem Teilfeid eines Bildschirmes des PC.

Wie Fig. 1 zeigt, kann bei einem zwischen Terminal 1 und 2 auftretendem Hindernis 23 eine vom Terminal 1 ausgesandte Datenwortfolge 24 nicht zu ihrem Ziel, z.B. Terminal 2 direkt gelangen. Nun wird diese Folge 24 (Paket) auf dem Umweg über Terminal 3 und 4 zum Ziel 2 geleitet. Dabei dienen 3 und 4 als Relaisstationen für die Übertragung (einwandfrei).

Jedes Terminal ist als Zentrale ausführbar (nicht nur 4 mit 5 und 6) und kann als Alarmzentrale o.a. intelligentes Fernmeß- und Stellsystem die¬ nen.

Datenübertragung als Datenpaketüber ittlung:

Der Anfangsblock beinhaltet ein spezielles Datenbite als Kennzeichen des Paketanfangs sowie die Stationsnamen (Adresse) von Sender, Empfänger und bei Bedarf Relaisstationen, die das Paket zum Empfänger weiterreichen.

Als Paketinhalt werden die zu übertragenden Daten (Meßwerte, Datum, Uhr¬ zeit, Kanalnummer) bezeichnet. Das Paketende besteht z.B. aus einem 8 bit langen Schlußzeichen und einer 16 bit langen Kontrollinformation, die sich aus den Bitewerten von Paketanfang und Paketinhalt nach dem CRC-Verfahren (Cyclic Redundancy Check) berechnet.

Die empfangene Station berechnet ebenfalls aus den empfangenen Daten diesen Wert und vergleicht ihn mit dem empfangenen Kontrollwert. Stimmen beide überein, sendet sie eine positive Quittierung zurück und erwartet das nächste Paket, andernfalls sendet sie eine negative Quittierung und erwartet die Wiederholung des Pakets.

Der verwendete CRC-Algorithmus ergibt eine Fehlersicherheit von 1,5x10 -12, was praktisch zur Erkennung aller auftretenden Ubertπ gungsfehler führt, die durch Blockwiederholung korrigiert werden.

Im System ist der Anwender nicht mit den Einzelheiten der Übertragung befaßt, die Meßdaten einschließlich ihrer Kenndaten (Datum, Uhrzeit etc.) stehen nach wenigen Sekunden in verschienen vorgebbaren Formaten, z.B. ASCII-Textdateien auf Diskette, Festplatte oder Bildschirm zur Ver¬ fügung und können automatisch übertragen und ausgewertet werden oder auf Abruf/Fernabfrage.

Bei der Erfindung werden alle Daten mit Hilfe eines Modems über eine einzige Trägerfrequenz moduliert und übertragen.

Ein Ausführungsbeispiel für eine mit einer Schnittstelle (z.B. RS 232) von einem Personalcomputer oder Arbeitsplatzrechner verbindbare Einheit ist Fig. 5 entnehmbar. Dort ist auf einer Platine 25 in Form einer Steckkarte u.a. ein Modem 26 als Bauelement ersichtlich. Die Steckkarte enthält weitere elektronische Bauelemente 22, 28, 29 und elektrische Steckanschlüsse 30 einschließlich eines Masseanschlusses (Ground).

Fig. 6 ist gegenüber Fig. 5 dahingehend abgewandelt, daß nicht nur eine Platine vorgesehen ist, auf der die elektronischen Bauelemente ein¬ schließlich Modem, z.B. als SMD aufgebaut sind, sondern darüber hinaus ein Gehäuse 31 in Form einer elektromagnetisch dichten Kapselung oder Abschirmung. Dabei ist ein Stecker 30 bzw. eine Steckbuchse 30' an einem Frontende des Gehäuses 31 vorgesehen.

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In Fig. 7 ist beispielsweise ein Schaltplan der möglichen Verbindung von elektrischen Bauelementen zu einem Anschluß einer Schnittstelle am Per¬ sonalcomputer PC und/oder einem Funkgerät als SignalÜbermittlungsgerät ersichtlich ist. In Fig. 7 ist auf der linken Seite der Anschluß an den PC und auf der rechten Seite der Anschluß an das Funkgerät, insbesondere Funksender und Empfänger ersichtlich, wobei das Modem als steckbare Ein¬ heit nach Fig. 5 oder 6 ausgeführt sein kann und an den Pfeilen in der Mitte von Fig. 7 anschließbar oder in das Funkgerät rechts direkt einge¬ baut sein. In Fig. 7 bedeuten die Einzelleitungen:

TXD = Sendedaten Dl Diode

OTR = Empfangsort D2

CTS = SignalStatus D3

GRD = Masse (gleichrichtend)

Die Strom- oder Spannungsversorgung der elektrischen Bauteile erfolgt mit etwa 0 bis + 5 Volt und reicht wenigstens für den Betrieb des Modems 26 für die Signalwandlung, vorzugsweise auch zur Versorgung der weiteren elektronischen Bauelemente 21 bis 29. Die Stromversorgung bzw. Span¬ nungsversorgung erfolgt in einer bestimmten Taktsignalfolge wie Fig. 9. zeigt, im Burstverfahren bzw. in Signalpausen, in einer vorgegebenen Programmroutine bei geringstem Energieverbrauch. So ist eine Übertragung aller Daten sicher möglich. Nur die vorbestimmte Programmroutine gestat¬ tet überhaupt eine SignalÜbertragung. Deshalb ist auch hierdurch ein weitgehender Schutz der Hardware und Software vor Mißbrauch gegeben. Die Störungsarmut bzw. -freiheit wird durch die geschickte SignalWandlung durch Modulation/Demodulation nur einer einzigen Trägerfrequenz (z.B. zwischen 900 kHz und 1800 kHz) in einem Netz wie PCN, DECT, ISDN oder D-Netz oder Kombinationen dieser oder anderer Netze ermöglicht.

Fig. 8 zeigt als Beispiel ein miniaturisiertes (auf Chip oder als SMD) Funkgerät mit ausgefahrener Antenne 34 und mit einem eingebauten Modem 26 und Signalprozessor. Dieser kann ein digitaler SignalProzessor DSP sein, der bevorzugt seriell, in abgewandelter Ausführung auch parallel arbeiten kann. Der digitale Signalprozessor ist nicht nur in das Funkge¬ rät sondern auch in das Endgerät/Terminal bzw. in eine Schnittstelle des PC's einbaubar.

Fig. 9a zeigt die Bitstruktur bei einer beispielhaften mobilen Funküber¬ tragung im Festfrequenzmodus, z.B. in einem Nezt wie D-Netz oder GSM (geplantes europäisches Mobilfunknetz) oder DECT = Digital European Cordless Telephon oder PCN = Personal Communication Netzwerk. Letzteres Netz ist mit 900 MHz und niederiger Energie betreibbar und kompatibel zum Netz GSM.

Fig. 9b zeigt den Zeitverlauf einer resultierenden Sendeleistung. Dabei besteht jeder Zeitschiitzburst aus 148 Bit. Zwischen den einzelnen Zeit¬ schlitzen (Abstand 8, 25 Bit) erfolgt programmgesteuert hier die Span¬ nungsversorgung der elektrischen Bauteile wie in Fig. 7 angedeutet.

Die verwendeten 148 Bits setzen sich, z.B. so zusammen:

2 x 3 Flankenformbits (Tail Bits)

2 x 57 Datenbits (Encrypted Bits)

2 x 1 Steuerbit (Control Bit)

26 Bit Trainingssequenz (Training Sequenz)

Die Ansteuerung der anderen Bits erfolgt symmetrisch zur Trainingsse¬ quenz. Diese dient der Synchronisation und Fehlererkennung. Ein Steuer¬ bit signalisiert die Art der übertragenen Daten und/oder den Kanal.

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Es kann jede Art von Netzwerk für die digitale Datenübertragung herange¬ zogen werden. Analoge Signale können zunächst in digitale Signale umge¬ wandelt werden, z.B. Sprachdaten im PCM-Verfahren, d.h. Pulscodemodula¬ tion mit einem Codec, d.h. einem Codierer und einem Decodierer auf 32 K Bit pro Sekunde, 24 K Bit pro Sekunde oder 16 K Bit pro Sekunde, ohne hierauf beschränkt zu sein. Selbstverständlich ist auch 64 K Bit pro Se¬ kunde, insbesondere für Sprachdaten und Telefonanschluß geeignet.

Die Datenübertragung kann einfach oder duplex erfolgen und auf mehreren Kanälen gleichzeitig und auf mehrere Arten leitungsgebunden oder nicht leitungsgebunden.

Wie Fig. 10 zeigt werden im Hintergrund abgehende Signale auf einem Sen¬ defenster in drei Teilfenstern (Windows) des PC-Bildschirmes angezeigt und empfangene Signale auf einem Empfangsfenster und auf einem weiteren Monitorfenster wird die laufende Übertragung mit Kanal angezeigt und überwacht. Dabei wird die Erkennung des Signalrufes desssen Identifizie¬ rung und Zulassung programmgesteuert angezeigt, ebenso wie die Sicher¬ heit der fehlerfreien Übertragung gemäß Protokoll. Sollte ein Fehler vorgelegen haben, erfolgt erneute Übertragung gemäß Programm bis das Protokoll die richtige vollständige Übertragung anzeigt. Ein Signalruf oder Befehl oder Erkennungscode muß selbstverständlich nicht als Tonfol¬ ge, sondern kann in beliebiger Codierung erfolgen. Zugelassen wird er nur, wenn er in ein vorgegebenes Programm und eine vorgegebene Träger¬ frequenz paßt.

Abwandlungen der gegebenen Ausführungsbeispiele können vom Fachmann ge¬ wählt werden, ohne hierdurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Es können folgende Betriebsarten für die Datenübertragung gewähl t werden :

1) Ständige Überwachung, auf Einzel ruf oder Sammel ruf

2) Halb/bzw. Duplex

3) Grenzwertüberwachung, Schwellwertüber/unterschreitung

4) Aufzeichnung auf Festplatte, Diskette, Drucker etc. auch automatisch.