Wie funktioniert ein Multiswitch-System?

Alle Versionen des Multiswitch arbeiten nach dem selben Prinzip, das hier kurz vorgestellt werden soll.

Das Zeit-Multiplex Verfahren

Jede "klassische" Fernlenkanlage (nicht PCM) verwendet zum Übertragen der Informationen auf n Servokanälen nur einen einzigen Hochfrequenz-Übertragungskanal, der durch seine Sendefrequenz (Kanal-Nr. des Quarzes) charakterisiert ist. Zur Übertragung der Informationen von n Servo-Kanälen benötigt man eigentlich auch n Übertragungskanäle. Mit Hilfe des Zeit-Multiplex-Verfahrens kann man aber die Information von n Servo-Kanälen über nur einen einzigen (HF-) Kanal übertragen, wenn man die Informationen zeitlich nacheinander überträgt. Es wird also zur Zeit t₁ nur die Information des Servo-Kanals 1 übertragen. Kurze Zeit später zum Zeitpunkt t₂ wird die Information des 2. Servo-Kanals übertragen, usw.

Nach dem die Information des letzten Servo-Kanals übertragen wurde, beginnt der Übertragungszyklus wieder von vorne. Sind die Zeitabstände zwischen der Übertragung ausreichend kurz und die Wiederholungen ausreichend schnell, entsteht der Eindruck, dass alle Informationen praktisch gleichzeitig übertragen werden. Alle Servo-Kanäle werden nacheinander in den Übertragungskanal hineingepackt, dieses Verfahren nennt man Zeit-Mulitplex Verfahren.

Die Informationen werden im Sender in Impulslängen variabler Dauer kodiert, nacheinander übertragen und im Empfänger wieder dekodiert, d.h. der Reihe nach wieder auf die einzelnen Servo-Kanäle aufgeteilt. Damit der Empfänger weiß, welchem Servo-Kanal ein  empfangener Impuls zuzuordnen ist, muss der Empfänger die empfangenen Impulse mitzählen. Den 1. empfangenen Impuls ordnet er dem 1. Servo-Kanal zu, den 2. Impuls dem 2. Servo-Kanal, usw. Die Stellung des Servos ergibt sich aus der Länge des empfangenen Impulses. Üblich sind Impulslängen zwischen 1 ms und 2 ms Dauer (1 ms = 1 Millisekunde, also 1/1000 s). Die Wiederholfrequenz für alle Servo-Kanäle beträgt ca. 50 Hz, jeder Servo bekommt also ca. 20 mal pro s eine neue Information über die aktuelle Sollstellung.

Damit der Empfänger mit dem Zählen richtig beginnen kann, sendet der Sender am Anfang jedes Übertragungszyklus ein Synchronisationssignal. Dieses Signal wird, wie alle anderen Impulse auch, über den HF-Kanal übertragen und unterscheidet sich von den Impulsen mit der Steuerinformation für die Servos nur durch eine charakteristische Länge von z.B. 4 ms. Bei Empfang eines 4 ms langen Impulses setzt der Empfänger seinen internen Servo-Kanalzähler zurück und wartet nun auf den Empfang der Steuerinformation des 1. Servo-Kanals. Das Synchronisations-Signal wird keinem Servo-Kanal zugeordnet, sondern dient ausschließlich der richtigen Zählung im Empfänger.

Doppeltes Zeit-Multiplex-Verfahren

Die Multiswitch-Bausteine verwenden nun das gleiche Zeit-Multiplex-Verfahren, allerdings bezogen auf einen einzigen Servo-Kanal. Einer der Servo-Kanäle wird nun "gemultiplext" und als Übertragungs-Kanal verwendet. Somit werden auf diesem Servo-Kanal nun nicht, wie sonst,  alle 20 ms die Steuerungsinformationen für einen Servo übertragen,  sondern es wird ein charakteristischer Synchronisations-Impuls erzeugt, gefolgt von n Ein/Aus Informationen für die n Schaltkanäle.  Dabei wurde folgende Zuordnung getroffen:

Synchronisations-Signal: 2 ms Impulslänge
AUS-Information: 1,5 ms
EIN-Information: 1,0 ms

Die Ein/Aus Informationen können nur ca. alle 20 ms, gegeben durch das Zeit-Multiplex-Verfahren des Senders, übertragen werden. Für den 16-Kanal Multiswitch müssen 17 Impulse übertragen werden, ein Sync-Impuls und 16 Schaltinformationen. Die Wiederholzeit liegt damit bei 17 * 20 ms = 340 ms, also etwa 1/3 s. Solange dauert es maximal, bis eine Änderung einer Schalterstellung am Sender eine entsprechende Reaktion auf Empfängerseite zeigt.

Funktionsweise des Encoders

Der Encoder sorgt im Sender für die richtige Kodierung auf einem der Servo-Kanäle, indem er die n Schalterstellungen abfragt und den Sender anweist, ein Sync-Signal und die  entsprechende Impulsfolge der Ein/Aus-Informationen zu übertragen. Dazu wird ein Port-Pin des PIC Mikrocontrollers verwendet und mit dem Geber-Eingang des entsprechenden Kanals im Sender verbunden. An diesem Geber-Eingang ist normalerweise ein Potentiometer (bei Proportional-Kanälen) oder ein einfacher Schalter (bei Schaltkanälen) angeschlossen. Abhängig von der Spannung an dem Geber-Eingang, die mit einem Poti oder Schalter geändert werden kann, erzeugt der Sender die gewünschte Impulslänge.  Wie das Port-Pin des PIC mit dem Geber-Eingang verbunden werden muss,  hängt natürlich stark vom verwendeten Fernsteuersender ab.  Bei der robbe F14 wird der Ausgang des Controllers einfach über  einen Widerstand mit dem Geber-Eingang verbunden. Um ein Sync-Signal zu erzeugen, wird der I/O Port des PIC als Ausgang konfiguriert und ein H-Signal (5 Volt) angelegt. Um ein EIN-Signal zu erzeugen, wird der Ausgang auf logisch L gelegt (0 Volt). Um die Mittelstellung eines Potis zu simulieren und eine Länge von 1,5 ms zu erzeugen, wird das Port-Pin des PIC als Eingang konfiguriert und damit hochohmig geschaltet. Dies entspricht einem nicht angeschlossenen Poti bzw. einem Poti in Mittelstellung. Der Encoder muß wissen, wann es an der Zeit ist, sein Geber Port-Pin neu zu setzen. Dazu dient das im Sender generierte Synchronisations-Signal für die Zeitmultiplex-Übertragung. Wo und in welcher Form dieses Signal zu Verfügung steht hängt wieder stark vom Sendertyp ab.

Funktionsweise des Decoders

Der Decoder wird am Empfänger angeschlossen und wartet nach dem Einschalten zunächst auf das vom Encoder generierte Sync-Signal, um die nachfolgenden Ein/Aus-Informationen richtig durchzählen zu können. Nach dem Sync-Signal (2 ms Impulslänge) werden die nächsten 16 Impulse je nach Dauer als EIN (1 ms) oder AUS (1,5 ms) interpretiert und die entsprechenden Ausgangs-Ports auf H oder L gelegt. Über einen Treiber können direkt Verbraucher oder Relais gesteuert werden.