Busch-Jaeger INFOTON 2290 Babyfon

Danas je nabavljen par uređaja za daljinski audio nadzor djeteta (popularno: babyfon, baby phone, baby monitor, baby alarm i sl.) pod nazivom  Infoton 2290 njemačkog proizvođača Busch-Jaeger Elektro iz 1979. godine. Daljinska audio veza je žična, a ostvaruje se preko vodova električne instalacije u stanu (220 V / 50 Hz). Svaki pojedinačni uređaj Infoton 2290 može raditi kao prijemnik ili predajnik audio signala, a za potpunu funkcionalnost dovoljno ih je uključiti u mrežne utičnice u stanu. Tvrtka Busch-Jaeger Elektro osnovana je davne 1879. godine te je i danas prisutna tržištu kao dio ABB koncerna. Kroz čitavo razdoblje bavi se proizvodnjom elektroinstalacijske opreme poput prekidača i utičnica, a u novije vrijeme i elektroničkih instalacijskih sustava koji se koriste za automatiku i komunikaciju unutar stambenih objekata i zgrada.

Kad govorimo o prijenosu audio signala, upravljačkih signala te u novije vrijeme digitalnih podataka (internet, TV) putem instalacije elektroenergetske mreže trebamo razdvojiti dvije tehnologije: jednu koja koristi kompletnu elektrodistribucijsku mrežu od distributera do krajnjeg korisnika (prijenos na velike udaljenosti), i drugu koja se koristi u dometu zgrade/kućanstva (prijenos na male udaljenosti). Osnovna razlika kod ova dva prijenosa je što kod prijenosa na velike udaljenosti signal mora prelaziti preko elektrodistribucijskih transformatora kao glavnih ograničavajućih komponenti u sustavu prijenosa signala. Naime, elektrodistribucijski transformatori dizajnirani su za rad na frekvencijama mreže 50 ili 60 Hz i nisu pogodni za prijenos signala na puno višim frekvencijama jer s porastom frekvencije preneseni omjer snage pada i gušenje signala se povećava. Osim transformatora i druge komponente elektrodistribucije mreže ometaju ili prigušuju prolaz signala veće frekvencije, kao što su električna brojila, osigurači, prenaponske zaštite, mrežni filtri i sl. Također, s porastom frekvencije sve izraženiji postaju i drugi gubici, kao što su fizikalna svojstva i kvaliteta izvedbe vodova, dielektrični gubici, skin efekt, efekt antene, gubici prema zemlji i drugo. Stoga se na velike udaljenosti koristi samo prijenos jednostavnih signala noseće frekvencije u pravilu do 3 kHz.

Još od 1930-ih godina elektroenergetska mreža počela se koristiti za prijenos jednostavnog signala mrežnog tonofrekventnog upravljanja (MTU). Radi se o jednosmjernom protoku podataka (od distributera prema potrošaču) gdje se tonskim signalima propuštenim kroz elektroenergetsku mrežu upravlja tarifama na električnim brojilima, uključuje/isključuje javna rasvjeta i slično. Frekvencije MTU-a su u rasponu 120-3000 Hz (tipično 200-1600 Hz) dakle tek nešto više od frekvencije gradske mreže pa gušenje MTU signala nije veliko i isti bez problema prolaze kroz transformatore i druge komponente u elektrodistribucijskom sustavu.  Podaci se u pravilu prenose preko jedne nosive frekvencije, dakle razlikuju se dva stanja: signal određene frekvencije postoji (1-uključeno) ili signal ne postoji (0-isključeno).

Što se pak tiče privatnog prijenosa signala preko elektroenergetske mreže na kratke udaljenosti (unutar objekta) prema važećim europskim normama definiran je frekvencijski opseg od 95 kHz do 148,5 kHz, a dopušteni nivo signala je 0,631 V (116 dBµV). Frekvencijsko područje ispod 95 kHz rezervirano je za potrebe distributera. Prema dostupnim podacima uređaji Infoton tvrtke Busch-Jaeger rade na frekvencijama 115 i 130 kHz što je unutar opisanog opsega.

Prijenos signala preko elektroenergetske mreže tehnologija je koja bi u budućnosti mogla imati sve veću primjenu. Osnovna prednost je ta što je infrastruktura elektroenergetske mreže danas najviše razgranata žičana poveznica između distributera i krajnjeg korisnika kao i unutar samih objekata. Prosječno domaćinstvo raspolaže sa jednim telekomunikacijskim priključkom u kući/stanu dok istovremeno ima na desetke elektroenergetskih priključaka (utičnica) raspoređenih u svim prostorijama. Glavni nedostatak pak je taj što se preko električnih vodova u praksi (za sad) ne mogu postići vrlo visoke brzine prijenosa digitalnih podataka (najviše nekoliko desetaka Mbit/s) iako teoretski podaci navode  mogućnost postizanja brzina i preko 100 Mbit/s. Stoga, što se tiče širokopojasnog kućnog interneta, ovaj se način prijenosa signala uglavnom koristi u kućanstvima gdje postoje neka fizička ograničenja za postavljanje bežičnih ili zasebnih žičnih linkova. No sa prijenosom audio i video signala kao i manje zahtjevne internetske veze uglavnom nema većih problema.

Za prijenos audio signala preko vodova električne mreže potreban je nam predajnik i prijemnik koji su po principu rada vrlo slični radio FM predajniku i prijemniku. Predajnik se sastoji od naponski kontroliranog oscilatora (VCO) koji generira neku noseću frekvenciju pravokutnog valnog oblika unutar zakonski propisanog raspona 95 kHz do 148,5 kHz (uzeti ćemo za primjer 115 kHz). Frekvencija VCO-a se modulira pojačanim NF naponom iz mikrofona. Frekvencijski modulirani signal na izlazu iz VCO-a se pojačava i preko rezonantnog transformatora i kondenzatora prenosi na električni vod. Modulirani signal kod ovakvih uređaja je obično jačine oko 10 mV. Ovom jačinom signala postiže se domet do 50 metara po električnim žicama što je dovoljno za jednu obiteljsku kuću ili stan, jačina signala je unutar zakonskih granica i nema opasnosti od nepotrebnog zagađivanja električne mreže i izazivanja smetnji na drugim uređajima priključenim na mrežu.  Na frekvencijama 95 kHz do 148,5 kHz električna mreža ima veliku impedanciju i ponaša se induktivno, odnosno djeluje kao razdjelnik napona kod kojeg se na jednu granu dovodi modulirani signal. Razdjelnik napona ne unosi veliko slabljenje za modulirani signal i njegov prijenos kroz električni vod je vrlo dobar.

Sa električnih vodova modulirani signal se u prijemnik dovodi preko kondenzatora, i opcionalno preko dioda za ograničenje ulaznog signala, na rezonantni transformator. Modulirani signal iz transformatora, nakon pojačanja, dovodi se u PLL FM demodulator gdje se demodulira. Demodulirani signal zatim se pojačava i prosljeđuje na zvučnik.

Vidimo da je princip rada prijemnika i predajnika za audio komunikaciju preko mrežnih vodova u osnovi vrlo jednostavan i sličan FM radio prijenosu. Kod podešavanja potrebno je VCO predajnika i referentni VCO-a u PLL-u prijemnika podesiti na istu frekvenciju. Također je i rezonantne transformatore potrebno podesiti na istu frekvenciju za što bolju selekciju i prijenos signala.

Na tiskanoj pločici lako možemo raspoznati komponente uređaja i njihovu ulogu prikazanu na blok shemi. Mrežni transformator osigurava napone potrebne za rad sklopova prijemnika i predajnika. Na desnom dijelu pločice smještene su zajedničke komponente prijemnika i predajnika: NF pojačalo sa integriranim krugom LM380 te ulazno izlazni kondenzatori i rezonantni transformator za dovođenje i odvođenje moduliranog signala u/iz mrežnih vodova. Lijevo je integrirani krug MC14046 (PLL i VCO) odnosno FM demodulator kao osnovna komponenta prijemnika i integrirani krug MC14013 (dvostruki D flip-flop) koji je spojen kao VCO predajnika.

Svaki pojedinačni uređaj Infoton 2290 može se uz pomoć sklopke na prednjoj ploči postaviti kao ili kao prijemnik ili kao predajnik, dakle veza između dva uređaja preko elektroenergetskih vodova je jednosmjerna. Pored sklopke vrste rada nalazi se tipkalo za tonski poziv, a na vrhu je potenciometar sa sklopkom za uključivanje uređaja i namještanje glasnoće.

Danas su vrlo popularni prijenosnici različitih digitalnih podataka (internet, intranet, video, audio) preko elektroenergetskih vodova koji u svom nazivu sadrže izraz “Powerline” (Power-line communication – PLC) i koriste se u okviru instalacije jednog kućanstva ili zgrade. Dok je tehnologija prijenosa jednostavnih upravljačkih i kontrolnih signala (brzine do nekoliko bita u sekundi) preko elektroenergetskih vodova stara gotovo 90 godina i dobro funkcionira, tehnologija prijenosa širokopojasnih digitalnih podataka razvija se posljednjih 7 godina i suočava se sa niz tehničkih problema i ograničenja. Za sada funkcionira na kratkim udaljenostima sa ograničenom brzinom i koristi se samo kada nije izvediv niti jedan drugi način prijenosa širokopojasnih digitalnih podataka.

Infoton 2290 testirali smo na svim utičnicama unutar jedne obiteljske kuće i funkcionira vrlo dobro. Osim kao baby monitor može se lako preraditi za rad kao interfon na ulaznim vratima i slično. Danas istina postoji sva sila najrazličitijih bežičnih prijenosnika zvuka, slike i digitalnih podataka koja vrlo dobro funkcioniraju na kratkim udaljenostima te žični uređaji više nisu nikom zanimljivi. Ipak, ovaj naš Infoton 2290 ima jednu veliku prednost: uvijek je spojen na mrežno napajanje i ne moramo voditi računa o stalnom nadopunjavanju baterija što je čest problem kod bežičnih uređaja. Složit ćemo se da su pojedini današnji uređaji, iako su zamišljeni bežično, ovisni o elektroenergetskim vodovima gotovo kao i ovaj naš Infoton 2290 🙂