<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optoelektronischen Auslösung und störungsfreien Weitergabe von Signalen an einen Mikroprozessor, insbesondere zur nichtmechanischen Erstellung von Signalen einer Tastatur mit Reflexkopplem bei Positionierung von Betätigungskörpem, wie Fingerkuppen, in Bereichen oder Feldem einer vorgelagerten lichtdurchlässigen Platte, wie Glasplatte oder dergleichen.
Weiters bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.
Eine Steuerung von Maschinen und/oder eine Kommunikation zwischen Mensch und datenverarbeitenden Einrichtung wurde bisher hauptsächlich mit Hilfe mechanischer Vorrichtungen wie beispielsweise mit Drucktasten vorgenommen.
Derartige mechanische Vorrichtungen sind zwar einfach aufgebaut und sind auch bedienungsfreundlich, besitzen jedoch den Nachteil, dass die beweglichen Teile einer Abnützung und einer unwillkürlichen oder willkürlichen Verschmutzung oder Zerstörung ausgesetzt sind. Für Dateneingabemittel in Betrieben mit Belastungen durch Staub oder chemische Substanzen in der Atmosphäre wurden schon mittels einer Kunststoffolie hermetisch abgeschlossene Tastenmechanismen eingesetzt.
Diese haben jedoch insbesondere die Nachteile einer schlechten Lesbarkeit der Feldbezeichnungen durch die Folie, eines Brüchigwerden des Kunststoffes und der weiteren Möglichkeit einer Zerstörung.
Zur Vermeidung obiger Nachteile wurden bereits Steuerelemente, welche keine beweglichen Teile besitzen und hermetisch von der Umgebung abschliessbar sind, vorgeschlagen. Es ist bekannt, zur Erfüllung der Erfordernisse eines hermetischen Abschlusses sowie einer hohen Sicherheit gegen Zerstörung Tastaturen hinter Hartglas anzuordnen und zur Auslösung von Signalen kapazitive Berührungsschalter oder insbesondere optoelektronische Schaltelemente einzusetzen.
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
optoelektronischenStrahlung durchlässigen Festkörper, weicher eine Berührungsfläche aufweist,
EMI2.1
Betätigungskörper in unmittelbarem Kontakt mit der Berührungsfläche der Strahlungsausbreitungseinheit gebracht wird und eine Änderung der Bedingungen für eine nach innen gerichtete Totalreflexion der Strahlung bewirkt ist.
EMI2.2
EMI2.3
EMI2.4
Photodiode zugeordnet, die von der zugeordneten LED ausgesandtes durch die Glasfrontplatte übertragenes und von dem Finger des Benutzers reflektiertes Infrarotlicht empfängt, wenn der Finger zur Betätigung der Taste auf die entsprechende Tastenfläche gelegt wurde. Ausgangssignale werden unter Ansprechen auf das auf die Photodioden reflektierte Infrarotlicht erzeugt und unter Ansprechen auf diese Signale erzeugt ein Mikroprozessor ein Ausgangssignal, das eine betätigte Taste anzeigt.
Allen bisher vorgeschlagenen optoelektronischen Systemen bzw. Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind jedoch die Nachteile gemeinsam, dass ein geänderter Zustand der Aussenoberfläche der lichtdurchlässigen Platte, zum Beispiel ein hoher Verschmutzungsgrad und dergleichen, sowie unterschiedliche Lichtverhältnisse hinsichtlich der benutzten Infrarotfrequenz sich nachteilig auswirken können. Weiters sind oft eine hohe Störungsrate bei der Dateneingabe, ein Erfordernis einer gelegentlich oftmaligen Wiederholung der Eingabe sowie eine in manchen Fällen nicht ausreichende Sicherheit als wenig zufriedenstellend anzusehen.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und setzt sich zum Ziel, die Nachteile der bekannten Dateneingabemittel zu beseitigen und ein neues sowie verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur optoelektronischen Auslösung und störungsfreien Weitergabe von Signalen zu schaffen, welche hermetisch nach aussen abgeschlossen werden kann, eine gesteigerte Sicherheit gegen Missbrauch,
<Desc/Clms Page number 3>
Zerstörung sowie Fehlleistungen aufweist, durch optische und atmosphärische Einflüsse an der Manipulationsseite nicht gestört wird und einen verbesserten Bedienungskomfort besitzt.
Dieses Ziel wird bei einem Verfahren erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass ein eine zeitlich unterschiedliche Intensitat aufweisendes und/oder intermittierendes Ausgangssignal in zwei Pfade bzw. in ein Arbeitssignal und ein Referenzsignal geteilt und das Arbeitssignal mindestens einem Sensorelement, eventuell Multiplexer, zugeführt und bei Reflexion des IR-Lichtes der Sendediode und Aktivierung des empfangenden Phototransistors weitergegeben, regeneriert und in einen Phasendiskriminator eingebracht wird und das Referenzsignal vor einer Einleitung in den Phasendiskriminator in seiner Laufzeit an diejenige des Arbeitssignals angepasst wird und im Phasendiskriminator weiter die eingehenden Signale verglichen und bewertet werden und,
wenn das Arbeitssignal und das Referenzsignal während mindestens zwei Zeitspannen mit unterschiedlicher Intensität des Ausgangssignales Gleichheit der Frequenz und Phase bzw.
Phasenlage aufweisen, ein Signal über ein Tiefpassfilter und einen Komparator an den Mikroprozessor weitergegeben wird.
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch eine mit zeitliche unterschiedlicher Intensität erfolgende Spannungsversorgung des Systemes eine sichere Identifizierung von Sensorsignalen ermöglicht wird, so dass Signale einer Photodiode, welche nicht durch eine Positionierung von Betätigurigskörpem an der Tastatur einer lichtdurchlässigen Platte stammen, als irrelevant erkannt und nicht weitergegeben bzw. nicht berücksichtigt werden. Eine Bewertung eines von einem Sensorelement abgebenen Signales, welches über einen Multiplexer und eine Regenerierung geführt wird, erfolgt dabei erfindungsgemäss mit einem Phasendiskriminator.
In diesem wird das Arbeits- bzw. Sensorsignal mit einem laufzeitangepassten Referenzsignal, welches von derselben Signalquelle stammt, verglichen und gegebenenfalls identifiziert und verwendet.
Sowohl für ein gleichbleibend günstiges Ansprechverhalten bei unterschiedlichen Bedingungen an der Manipulationsseite des Tastenfeldes als auch für eine gute Signalausbildung des Systems hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt,
<Desc/Clms Page number 4>
wenn bei einer Signalregenerierung eine Signalanpasssung bzw.
Arbeitspunkteinstellung der Sensorelemente, vorzugsweise automatisch gesteuert, erfolgt, wobei mittels einer Anspeisesregelung der Photodioden deren Ausgangssignalintensität einem Sollwert angeglichen bzw. nachgestellt wird. Eine Steuerung bei einer Signalanpassung erfolgt bevorzugt durch eine Einstellung bzw.
Nachregelung eines durch Mittelung aller Signalspitzenwerte erhaltenen Summenwertes auf ein kanpp unterhalb der halben Betriebsspannung liegendes Spannungsniveau, wodurch eine weitere Präzisierung der Auslösung von Signalen erreicht wird.
Wenn gemäss einer besonders vorteilhaften Form als Ausgangssignal im wesentlichen Rechteckschwingungen mit einer von der Netzfrequenz und deren harmonischen Frequenzen abweichenden Frequenz, vorzugsweise von 65 Hz bis 30 kHz, insbesondere von ca. 10 kHz, vorgesehen werden und die Frequenz des abgegebenen Signales einen grösseren, vorzugsweise einen 5 bis 15mal grösseren, Wert als die Frequenz der Multiplexer aufweist, kann die Sicherheit einer Signalidentifizierung weiters erhöht werden.
Dabei hat es sich weiters als günstig erwiesen, wenn die Schwingungen des Ausgangssignales ein Taktverhältnis von 50150 aufweisen, weil durch gleich lange AUS/EIN-oder HOCH/TIEF-Zeitspannen eine vergleichende Signalbewertung vereinfacht ist Wenn, wie entsprechend einer weiteren Variante der Erfindung vorgesehen ist, die in dem Phasendiskriminator eingehenden Signale mittels eines EXKLUSIV- ODERGATTERS verglichen bzw. bewertet werden, kann eine Vereinfachung des elektronischen Systems erreicht werden.
Dem weiteren Signallauf folgend hat es sich als günstig erwiesen, wenn dem Phasendiskriminator ein Tiefpassfilter gefolgt von einem Komparator nachgeordnet ist, weil dadurch weitestgehend oszillationsfreie Digitalinformationen dem Mikroprozessor übermittelt werden.
Ein problemloser Anschluss eines optoelektronischen Systems bzw. einer derartigen
<Desc/Clms Page number 5>
Tastatur ist erreichbar, wenn der Mikroprozessor elektronische Einrichtungen umfasst, welche die die Obertragungsprotokolle bzw. Signale herstellen, weiche eine Kompatibilität mit einer nachgeordneten Empfangs- oder Recheneinheit bzw. mit deren Eingangs- oder Schnittstellen, zum Beispiel serielle- parallele- sowie IBM- kompatible XT/AT-Schnittstellen oder eine Datenübertragung durch Lichtleiter und dergl., besitzen.
Eine besonders störungs-und verwechslungssichere Auslösung von Ausgangssignalen an einer Tastatur eines optoelektronischen Systemes kann erreicht werden, wenn im Signallauf eine Prioritätsauswahl erfolgt und bei einem Ansprechen mehrerer Sensorelemente jenes Signal weitergeleitet wird, welches von einem am höchsten gelegenen Feld der Tastatur ausgelöst wurde.
Eine erfindungsgemässe Vorrichtung der eingangs genannten Art besteht im wesentlichen darin, dass eine signalabgebende Einrichtung, wie Oszillator, Pulsator oder dergleichen, welche einen Signalausgang mit zwei Leitungspfaden aufweist, einerseits über mindestens ein Sensorelement mit einer strahlungsemittierenden und einer zugeordneten strahlungsempfindlichen Komponente, eventuell Multiplexer, und einer Signalregenerierungseinrichtung und andererseits über ein Laufzeitanpassungsteil mit einem Phasendiskriminator verbunden ist, weicher Phasendiskriminator ausgangsseitig über ein Tiefpassfilter und einen Komparator an einem Mikroprozessor angeschlossen ist. Dabei kann von besonderem Vorteil sein,
EMI5.1
fürIm folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung näher erläutert.
In Fig. 1 sind die elektronischen Bauteile bzw. Schaltungen und deren Verbindungen im System prinzipiell dargestellt.
Eine Einrichtung 1 gibt mit zeitlich unterschiedlicher Intensität und/oder intermittierend Signale ab. Diese Einrichtung 1 ist dabei insbesondere als Oszillator ausgebildet, welcher vorteilhaft im wesentlichen rechteckig geformte Signale bzw.
Schwingungen mit einem Taktverhältnis 50150, das heisst mit einer im wesentlichen gleich langen Hoch- bzw. Tieflage des Ausgangssignales und einer Frequenz von
<Desc/Clms Page number 6>
65 Hz bis 30 kHz erzeugt. Die Ausgangssignale werden in einem geteilten Lauf oder Pfad einerseits als Arbeitssignal, gegebenenfalls in einer Anspeisungsregelung eingestellt, über Sensorelemente 2, Multiplexer 3, 4, eine Signalregenerierung 5 und andererseits über eine Laufzeitanpassung 8 einem Phasendiskriminator 6 zugeführt. Sensorelemente 2, welche auch als Reflexkoppler bekannt sind, weisen jeweils eine Sendediode und einen zugehörigen Phototransistor auf und werden in Form einer Tastaturmatrix hinter einer lichtdurchlässigen Platte angeordnet.
Wird nun ein mit einem Ozillator 1 verbundenes Sensorelement 2a, 2b, 2c... zum Beispiel durch eine Fingerspitze an der gegenüberliegenden Plattenseite abgedeckt, so erfolgt durch die Platte eine Reflexion eines von einer IR Sendediode ausgestrahlten Rechtecklichtsignales, welches von einem Phototransistor empfangen, verstärkt, in einer Signalregenerierung 5 bearbeitet und über einen Signaleingangspfad 61 einem Phasendiskriminator 6 zugeleitet wird. Dem Phasendiskriminator 6 wird auch am Referenzeingang 62 dasselbe Oszillatorsignal, jedoch mit einer Laufzeitanpassung 8, das ist ein Verzögerungsglied, mit welchem ein Laufzeitunterschied eines Signales am Signaleingang 61 und am Referenzeingang 62 des Phasendiskriminators 6 ausgeschaltet wird, zugeleitet Sind nun beide eingehenden Signale in ihrer Frequenz und Phase bzw.
Phasenlage gleich und ist diese Gleichheit während einer Zeitdauer, die mindestens 2 Zeitspannen mit unterschiedlicher Signalintensität entspricht, gegeben, so wird vom Phasendiskriminator 6 ein Ausgangssignal L, das entspricht einem logischen Pegel von 0 V, gebildet. Eingehende Signale, die nicht mit dem Referenzsignal übereinstimmen, werden immer als Fehlsignale gewertet, führen zu einer Rechteckschwingung mit H/L Ausgangssignal, also logischem Pegel 5/0V vom Diskriminator. Die nachgeordneten elektronischen Bausteine 7,9 mit dem Tiefpassfilter 7 stellen sich nur dann auf einen 0 V- Pegel ein, wenn vom Phasendiskriminator 6 durchgehend, also während mindestens zwei Taktperioden, ein 0 V-Pegel ist, also keine Rechteckschwingung ansteht.
Dieser 0 V- Pegel bedeutet Taste gedrückt, wohingegen jeder andere Zustand als Taste nicht gedrückt gewertet wird.
Die Schwingungseinrichtung 1 bzw. der Oszillator kann auf einfache Weise frei schwingend, also nicht quarz-oder dergleichen-gesteuert ausgeführt sein, weil das
<Desc/Clms Page number 7>
in den Phasendiskriminator 6 eingehende Signal und das Referenzsignal zwar über unterschiedliche Pfade geführt werden, aber den gleichen Ursprung haben und somit naturgemäss Frequenz- und Taktverhältnis-Schwankungen der Signatschwingung keinen Einfluss auf dessen Auswertung aufweisen. Es ist jedoch wichtig, dass eine zyklische Durchschaltung der Multiplexer 3, 4 zur Abfrage der Sensorelemente 2a, 2b, 2c..., welche vom Mikroprozessor 10 gesteuert wird, mit einer geringeren Frequenz als diejenige der Signalschwingung erfolgt.
Es hat sich gezeigt, dass ein Verhältnis Multiplexerfrequenz zu Signalfrequenz von 1 : 5 bis 1 : 15 besonders günstige Arbeitsbedingungen des Systemes schafft.
Für eine Signalanpassung bzw. eine Arbeitspunkteinstellung der Sensorelemente 2a, 2b, 2c... kann vorgesehen sein, dass von der Signalregenerierung 5 die Summenspannung aller Signale gemessen und der Strom für die IR emittierende Diode derart geregelt wird, dass nach einer Bearbeitung die Amplitude der Ausgangswechselspannung grösser als 213 der Betriebsspannung ist, wodurch ein sicheres Durchschalten des Signales zum Vergleich in den Phasendiskriminator 6 gewährleistet ist. Dadurch wird eine von den äusseren Bedingungen vor der Tastatur unabhängige hohe Sensibilität des Systemes erreicht. Die Funktion eines Tiefpassfilters 7 und eines Komparators 9 ist an sich bekannt. Vom Mikroprozessor 10 wird also das Ausgangssignal des Komparators 9 gelesen und weitergegeben bzw. bearbeitet.