Entwicklung eines Infrarotdatenübertragungssystems

Eine Besonderheit des entwickelten Infrarot-Systems ist die Möglichkeit der Programmierung eines sogenannten "Collection-mode"1. In dieser Betriebsart werden Daten von einer technischen Einrichtung (z.B. einem Messgerät) eingelesen und mittels Infrarot ohne Anforderungssignal zum Sternpunkt gesendet. Die so erhaltenen Daten werden (optional) komprimiert und in sehr kleine Datenpakete von der IrCell zum IrKnot gesendet. Die ankommenden Datenpakete gelangen über die serielle Schnittstelle zum PC, der diese entsprechend prüft und weiter verarbeitet. Der große Vorteil für diese Art der "Datensammlung" ist, dass nur eine unidirektionale Kommunikationsverbindung zwischen dem Sternpunkt und den einzelnen Teilnehmer erforderlich ist. Es benötigt jeder Teilnehmer nur eine auf den Sternpunkt ausgerichtete Sendeeinheit. Der Sternpunkt selbst, nutzt nur die Empfangseinheit. Bevor man dieses Prinzip in die Praxis umsetzt, ist es jedoch wichtig, einen mathematischen Zusammenhang zwischen Übertragungszeit, Teilnehmerzahl und dem Zeitraum der Sendewiederholung aufzustellen. Ziel dieser Berechnungen war es, den prozentualen Verlust der Daten bei einer bestimmten Teilnehmerzahl zu ermitteln. Um zu prüfen, ob dies sich in einem zulässigen Rahmen befindet. Da ein direkter Zusammenhang zwischen der Sendedauer der einzelnen Datenpakete und dem Datenverlust besteht, sind schnelle Übertragungsraten und kurze Datenpakete gefordert. Der in der praktischen Arbeit für die Übertragung der Messdaten zum PC entwickelte Frame besitzt folgende Struktur. [...]

Die so errechnete maximal mögliche Übertragungsweite versteht sich jedoch als Richtwert. Aus technischen Unterlagen von HP3 geht hervor, dass bei Verwendung der gleichen Bauelemente eine Reichweite von bis zu 2 m möglich ist. Toleranzen, sowie räumliche Gegebenheiten (z.B. dunkle Wände, Fremdlichteinwirkung) können die praktischen Ergebnisse stark beeinflussen. Weiterhin ist es möglich die Reichweite mittels Optik (Hohlspiegel und Sammellinse) maximal um das Doppelte zu erhöhen. Bei den Tests zur Reichweite konnte allgemein festgestellt werden, dass ein stets gleicher Zusammenhang zwischen der Reichweite und der Häufigkeit der Übertragungsfehler besteht. Entsprechend dem in Abbildung 11 (nachfolgende Seite) dargestellten Verlauf erhöht sich die Fehlerhäufigkeit im zunehmenden Maße mit der Entfernung. Nach dem Überschreiten der zulässigen Entfernung rmax steigt die Fehlerhäufigkeit rapide an und wird nach 115% von rmax so groß, dass eine Übertragung teilweise unmöglich ist. Dabei ist rmax die für jedes beliebige Infrarotdatenübertragungssystem maximale Entfernung zwischen Sender und Empfänger. Die Abbildung 11 versteht sich jedoch nur als grafische Information, da für einen wissenschaftlichen Anspruch die nötigen Messreihen nicht ermittelt wurden. [...]

Gleichung 3 - Quadratischen Abstandsgesetz Die Gleichung 1, auch als Photometrische Grenzentfernung1 bekannt, ist theoretisch nur für ein System mit Kugelsymmetrie, ohne Reflexion und Absorption, anwendbar. In der Praxis ist die Fläche des Empfängers aber eben, und befindet sich somit nicht auf einer Kugelschale um den Sender. Ist jedoch der Abstand des Empfängers vom Sender groß genug, d.h. mindestens 10 mal so groß wie der größte Querschnitt des Empfängers, so kann man die Fläche des Empfängers für die Fläche des Kugelausschnitts einsetzen. Voraussetzung ist allerdings, dass die 2 Empfängerflächennormale in Richtung des Sender zeigt . Abbildung. 10 verdeutlicht den technischen Zusammenhang. Eine punktförmige Quelle sendet mit einer definierten Strahlungsleistung JS und einem festem Winkel in den Raum. Ein Empfänger mit der Fläche A im Abstand r empfängt den gesamten Strahlenfluss, die gleichgroße Fläche eines anderen Empfängers im Abstand 2r erhält jedoch nur noch 1/4 des Strahlenflusses. [...]