DE102008006969A1

DE102008006969A1 - Schaltungsanordnung, sowie Verfahren zur Erhebung und Übertragung von Schaltsignalen

Info

Publication number: DE102008006969A1
Application number: DE200810006969
Authority: DE
Inventors: Peter Prof. Fasshauer
Original assignee: Ident Technology AG
Current assignee: Microchip Technology Germany GmbH
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-06

Abstract

Die Erfindung richtet sich auf eine elektrische Schaltungsanordnung sowie auf ein Verfahren zur Erhebung und Übertragung von Schaltsignalen, insbesondere für Anwendungen im Zusammenhang mit Elektrogeräten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die insgesamt kostengünstig realisierbar ist und hinsichtlich der Positionierung oder Ausbildung von Schalter- oder Eingabezonen eine hohe Gestaltungsfreiheit bietet und sich durch ein hohes Maß an Zuverlässigkeit auszeichnet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit einer Servereinrichtung zur Erfassung von Schaltsignalen und mehreren Clientschaltungen zur Aussendung jener Schaltsignale, wobei die signaltechnische Koppelung der Clientschaltungen mit der Servereinrichtung auf Grundlage feldelektrischer Wechselwirkungseffekte durch Modulation eines quasistatischen Wechselfeldes erfolgt und wobei die einzelnen Clientschaltungen und die Servereinrichtung so konfiguriert sind, dass im Bereich der Servereinrichtung eine eindeutige Zuordnung der Schaltsignale oder des Informationsinhalts derselben zu der für dieses Schaltsignal ursächlichen Clientschaltung ermöglicht ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf eine elektrische Schaltungsanordnung sowie auf ein Verfahren zur Erhebung und Übertragung von Schaltsignalen, insbesondere für Anwendungen im Zusammenhang mit Elektrogeräten.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen die insgesamt kostengünstig realisierbar ist und hinsichtlich der Positionierung oder Ausbildung von Schalter- oder Eingabezonen eine hohe Gestaltungsfreiheit bietet und sich durch ein hohes Maß an Zuverlässigkeit auszeichnet.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit:

– einer Servereinrichtung zur Erfassung von Schaltsignalen, und
– mehreren Clientschaltungen zur Aussendung jener Schaltsignale,
– wobei die signaltechnische Koppelung der Clientschaltungen mit der Servereinrichtung auf Grundlage feldelektrischer Wechselwirkungseffekte durch Modulation eines quasistatischen Wechselfeldes erfolgt, und
– wobei die einzelnen Clientschaltungen und die Servereinrichtung so konfiguriert sind, dass im Bereich der Servereinrichtung eine eindeutige Zuordnung der Schaltsignale oder des Informationsinhalts derselben zu der für dieses Schaltsignal ursächlichen Clientschaltung ermöglicht ist.

Vorzugsweise ist die Servereinrichtung mit einer Empfangselektrodeneinrichtung ausgestattet, zum Empfang der Schaltsignale. Diese Empfangselektrodeneinrichtung kann derart an die Servereinrichtung angebunden sein, dass über diese Empfangselektrodeneinrichtung auch ein nach Maßgabe einer Trägerfrequenz moduliertes elektrisches „Speisefeld" generiert wird. Dieses Speisefeld kann auch derart moduliert werden, dass dieses bestimmte Adressinformationen und Befehlsinhalte enthält durch welche die einzelnen Clientschaltungen spezifisch angesprochen werden können.
Die Einbindung der Clientschaltungen in das Gesamtsystem kann so bewerkstelligt werden, dass im Zusammenhang mit einem auf die jeweilige Clientschaltung einwirkenden Eingabeereignis eine Intensitätszunahme der feldelektrischen Kop pelung der Clientschaltung mit der Servereinrichtung erreicht wird, wobei diese Intensitätszunahme bei der Festlegung eines Schaltzustandes, oder der Ermittlung eines Stellwertes berücksichtigt wird.
Alternativ hierzu, oder auch in Kombination mit dieser Maßnahme ist es auch möglich, Vorkehrungen für eine vorzugsweise permanent ausreichende feldelektrische Koppelung der Clientschaltungen mit der Servereinrichtung zu treffen und im Bereich der Clientschaltungen durch lokale Schalter-, oder Sensoreinrichtungen, insbesondere LC-Sensornetzwerke, lokal das Eingabeereignis zu detektieren. Die Schaltsignalübertragung von der Clientschaltung zum Server kann dann insbesondere durch Impedanzmodulation, oder auch durch additive Überlagerung einer oder mehrerer Frequenzen oder eines Codes vom Client auf den speisenden Träger bewerkstelligt werden.
Die Clientschaltungen sind vorzugsweise derart gestaltet, dass eine Betriebsenergiezufuhr über das durch die Servereinrichtung emittierte vorzugsweise mit einer Trägerfrequenz modulierte elektrische Feld bewerkstelligt wird.
Die Clientschaltungen sind vorzugsweise weiterhin auch so ausgebildet, dass diese jeweils eine Elektrodeneinrichtung umfassen zur Erfassung der Eingabeoperation anhand feldelektrisch relevanter Änderungen im Umgebungsbereich der Elektrodeneinrichtung. Diese Elektrodeneinrichtung bildet vorzugsweise Teil eines Kondensators, wobei der zur Erfassung des Eingabeereignisses vorgesehenen Observationsbereich das die Kapazität dieses Kondensators mitbestimmende – und sich nach Maßgabe des Eingabeereignisses ändernde – Dielektrikum beinhaltet.
Auf Grundlage der innerhalb des vom Speisefeld hinreichend erfassten Raums frei positionierbaren Clientschaltungen wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Schaltungsanordnung zu schaffen die es gestattet, einen einem Anwender zugänglichen Eingabebereich eines Elektrogeräts mit großer Flexibilität zu gestalten, ohne dass hierzu umfangreiche Änderungen an den verbauten elektronischen Komponenten vorzunehmen sind.
Das erfindungsgemäße Server-Client System kann so ausgebildet sein, dass ein synchroner Betrieb des Systems erfolgt, insbesondere mittels digitaler Frequenzteilung der Trägerfrequenz im Client zur Ansteuerung des Schalters so, dass jedem Client ein eigener Teilerfaktor zur Frequenzcodierung zugewiesen wird. Hierdurch entsteht ein synchron arbeitendes Frequenzmultiplexsystem.
Anstelle einer konstanten Frequenz kann der Client-Schalter alternativ mit einem Code zur Erzeugung einer Client ID angesteuert werden. Dieser Code kann insbesondere bei der Fertigung des Clients oder der Bestückung einer Trägerstruktur mit den jeweiligen Clients individuell einprogrammiert und bei Aktivierung des Client entweder mit einem vom empfangenen Trägersignal abgeleiteten Takt oder auch mittels eines frei laufenden Oszillators erzeugten Taktes ausgelesen werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Schaltungssystem bei welchem jedem Client ein Code zugeordnet ist, wobei die Codes dieser Clients alle bei der gleichen Trägerfrequenz ausgegeben werden;
2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Codierungskonzepts unter Verwendung von zwei in Serie angeordneten Schaltern;
3 ein weiteres Diagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Codierungskonzeptes;
4 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Schaltungssystem bei welchem eine additive Überlagerung einer oder mehrerer Frequenzen oder eines Codes auf den speisenden Träger vorgenommen wird;
5 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Schaltungssystem bei welchem verschieden Gruppen von Clients unterschiedliche Trägerfrequenzen zugeteilt werden;
6 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Schaltungssystem bei welchem über einen Multiplexer nacheinander die Elektroden für verschiedene Clientgruppen an den Server angekoppelt und von diesem gespeist werden.
7 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Schaltungssystem bei welchem die Clients als E-Feld Sensoren ausgebildet sind und innenseitig an ein Bedienblendenelement eines Elektro- insbesondere Haushaltsgeräts angesetzt sind.
Wie aus 1 ersichtlich, kann im Falle der eingangs beschriebenen Codierung der Clients durch Wahl von orthognalen Codes ein Code-Multiplexsystem aufgebaut werden, bei dem die verschiedenen Clients nicht mehr durch Frequenzunterschiede wie im Fall des Frequenzmultiplexsystems unterschieden werden, sondern durch die Codeinformation, die für alle Clients bei derselben Trägerfrequenz übertragen wird.
Wie in 2 veranschaulicht, kann eine Codierung der verschiedenen Clients auch dadurch erfolgen, dass im Client jeweils zwei hintereinander liegende Schalter vorgesehen sind, von denen jeder gleichzeitig mit einer unterschiedlichen Schaltfrequenz betrieben wird, wodurch dann der Schalter anstelle von einer Frequenz durch zwei Frequenzen charakterisiert ist und dadurch insbesondere eine größere Störsicherheit gegenüber schmalbandigen Fremdstörern erreicht wird.
Gemäß 3 besteht eine weitere Möglichkeit der Codierung mit zwei oder mehreren Frequenzen und einem Schalter darin, dass der Schalter sequentiell mit zwei oder mehreren unterschied-lichen Frequenzen angesteuert wird, was als FSK-Modulation einer mittleren Schalter-frequenz interpretiert werden kann. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine größere Störsicherheit erreicht.
Anstelle eines kontinuierlichen Schalterbetriebs kann ein pulsförmiger Betrieb des Schalters erfolgen, wodurch ein geringerer Strombedarf im Client entsteht und dadurch eine Vergrößerung der Distanz zwischen Server und Client ermöglicht wird. Mittels einer Messung der Pulsgruppendauer auf der Serverseite kann auch eine Reichweitenmessung der überbrückten Distanz erfolgen.
Wie anhand von 4 veranschaulicht, ist statt einer Last-Modulation (= ASK) des Trägers infolge des Schalterbetriebes im Client auch eine additive Überlagerung einer oder mehrerer Frequenzen oder eines Codes vom Client auf den speisenden Träger möglich. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass ein vom Träger des Servers im Client erregter Generator über das vom System Server/Client gebildete Netzwerk auf die Serverelektrode überkoppelt und hier außer der Trägerfrequenz das Frequenzgemisch des Clientsignales additiv in einem niedrigeren Frequenzband (Basisband) entsteht. Dies hat zum einen den Vorteil, dass dieses Signal sehr einfach mittels eines Tiefpassfilters am Server vom Träger getrennt werden kann und zum anderen etwaige in der Nähe der Trägerfrequenz entstehenden Störsignale nicht in das Basisband zurückgemischt werden, sondern einfach mittels des erwähnten Tiefpassfilters unterdrückt werden. Außerdem wird der Aufwand im Server zur Signalgewinnung des Clientsignales deutlich vermindert.
Vorteilhafte Maßnahmen am Client
Die Ausgestaltung der Elektroden am Client kann entweder in Sandwichform (beide Elektroden parallel zueinander) oder auch in einer Butterfly-Struktur (gegeneinander aufgeklappte Elektroden) erfolgen
Die Montage der Clients kann durch Clipsen, Kleben, insbesondere auch unter Anbindung an anderweitige, insbesondere größere Elektrodensysteme erfolgen. Die Elektroden der Clients können insbesondere durch leitfähige Dünnschichten, z. B. Lack realisiert werden
Vorteilhafte Maßnahmen am Server
Zur Gewährleistung einer störsicheren Erkennung der von den Clients übertragenen Informationen (Identität und Schaltzustand) wird vorzugsweise das Prinzip des Korrelationsempfanges im Server verwendet, sofern ein synchrones System mittels der in 1. erläuterten Frequenzteilung vorliegt. Dieser Korrelationsempfang erfolgt mittels einer komplexen diskreten Fouriertransformation (DFT) in einem Prozessor, der alle Clientsignale gleichzeitig während eines festen Zeitfensters verarbeitet. Typischerweise beträgt dieses 30 ms bis 100 ms, sodass nach dieser Zeit alle notwendigen Informationen über die Clients im Frequenzbereich als einzelne komplexe Zahlen vorliegen, wenn für die Codierung das Prinzip eines Frequenzmultiplexsystems verwendet wird. Da auf der Serverseite die Frequenzen der Clients bekannt sind, kann hierfür der sogenannte Goertzel-Algorithmus verwendet werden, der im Frequenzbereich dem Korrelationsempfang entspricht.
Organisation eines Multi-Client/Serversystems
Wie aus 5 ersichtlich können verschiedenen Gruppen von Clients unterschiedliche Trägerfrequenzen zugeteilt werden, sodass sie auch unterschiedlich erregt werden, wodurch eine Selektionsmöglichkeit für Teile eines Gesamtsystems entsteht (= Frequenzmultiplex-Betrieb) Wie aus 6 ersichtlich besteht eine andere Möglichkeit darin, den Server über einen Multiplexschalter zeitlich nacheinander auf mehrere Elektroden zu schalten und so an verschiedene Clientgruppen zu koppeln (= Zeitmultiplex-Betrieb). Durch räumliche Aufteilung in einzelne autonome Server/Clientsysteme an verschiedenen Stellen lässt sich ebenfalls ein Mehrfachsystem realisieren (= Raummultiplex-Betrieb).
Wie aus 7 ersichtlich, ist es möglich, die Clients so auszubilden, dass dies als kleine Scheibchen- oder „pillenartige" Bauelemente innenseitig an ein Trägerbauteil P, insbesondere eine Bedienblende eines Elektro- insbesondere Haushaltsgerätes angesetzt werden können. Diese Bauelemente werden von dem serverseitig generierten Feld mit Energie versorgt. Der hier gezeigte Client n verfügt über eine Detektionselektrodeneinrichtung DT1, DT2 über welche Änderungen der dielektrischen Eigenschaften in der Umgebung der Elektrodeneinrichtung DT1, DT2 mittels eines LC-Netzwerkes SW detektiert und zur Ansteuerung des hier gezeigten weiteren Schalters verwendet werden können. Derartige Clientbauelemente mit integriertem Sensor können mit großer konstruktiver Freiheit an Bedienblenden angeordnet werden und schaffen hierdurch an diesen Bedienblenden Eingabezonen zur Veranlassung anwenderseitiger Schaltoperationen.

Claims

Schaltungsanordnung mit: – einer Servereinrichtung zur Erfassung von Schaltsignalen, und – mehreren Clientschaltungen zur Aussendung jener Schaltsignale, – wobei die signaltechnische Koppelung der Clientschaltungen mit der Servereinrichtung auf Grundlage feldelektrischer Wechselwirkungseffekte durch Modulation eines quasistatischen Wechselfeldes erfolgt, und – wobei die einzelnen Clientschaltungen und die Servereinrichtung so konfiguriert sind, dass im Bereich der Servereinrichtung eine eindeutige Zuordnung der Schaltsignale oder des Informationsinhalts derselben zu der für dieses Schaltsignal ursächlichen Clientschaltung ermöglicht ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein synchroner Betrieb des Systems mittels digitaler Frequenzteilung der Trägerfrequenz im Client zur Ansteuerung des Schalters bewerkstelligt wird, so dass jedem Client ein eigener Teilerfaktor zur Frequenzcodierung zugewiesen wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer konstanten Frequenz der Client-Schalter alternativ mit einem Code zur Erzeugung einer Client ID angesteuert wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Code bei der Fertigung oder dem Verbau des Clients individuell einprogrammiert wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der einprogrammierte Code bei Aktivierung des Client entweder mit einem vom empfangenen Trägersignal abgeleiteten Takt oder auch mittels eines frei laufenden Oszillators erzeugten Taktes ausgelesen wird.
Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle der beschriebenen Codierung der Clients durch Wahl von orthognalen Codes ein Code-Multiplexsystem aufgebaut ist, bei dem die verschiedenen Clients durch die Codeinformation, die für alle Clients bei derselben Trägerfrequenz übertragen wird unterschieden werden.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Codierung der verschiedenen Clients dadurch erfolgen, dass im Client jeweils zwei hintereinander liegende Schalter vorgesehen sind, von denen jeder gleichzeitig mit einer unterschiedlichen Schaltfrequenz betrieben wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dann der Schalter anstelle von einer Frequenz durch zwei Frequenzen charakterisiert ist und dadurch eine größere Störsicherheit gegenüber schmalbandigen Fremdstörern erreicht wird.
Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Codierung mit zwei oder mehreren Frequenzen und einem Schalter darin besteht, dass der Schalter sequentiell mit zwei oder mehreren unterschiedlichen Frequenzen angesteuert wird, wodurch eine FSK-Modulation einer mittleren Schalter-frequenz erreicht werden kann.
Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle eines kontinuierlichen Schalterbetriebs ein pulsförmiger Betrieb des Schalters erfolgt, wodurch ein geringerer Strombedarf im Client entsteht und dadurch eine Vergrößerung der Distanz zwischen Server und Client ermöglicht wird.
Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Messung der Pulsgruppendauer auf der Serverseite eine Reichweitenmessung der überbrückten Distanz erfolgt.
Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine additive Überlagerung einer oder mehrerer Frequenzen oder eines Codes vom Client auf den speisenden Träger erfolgt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung bewekstelligt wird indem ein vom Träger des Servers im Client erregter Generator über das vom System Server/Client gebildete Netzwerk auf die Serverelektrode überkoppelt und hier außer der Trägerfrequenz das Frequenzgemisch des Clientsignales additiv in einem niedrigeren Frequenzband (Basisband) entsteht.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal mittels eines Tiefpassfilters am Server vom Träger getrennt wird.
Verfahren zur Abwicklung eines Signaltransfers innerhalb eines einen Server und mehrere Clientschaltungen umfassenden Schaltungssystems, bei welchem die signaltechnische Koppelung zwischen den Clientschaltungen und dem Server durch ein moduliertes quasistatisches elektrisches Feld bewerkstelligt wird, wobei eine additive Überlagerung einer oder mehrerer Frequenzen oder eines Codes vom Client auf den speisenden Träger erfolgt und die Überlagerung bewekstelligt wird indem ein vom Träger des Servers im Client erregter Generator über das vom System Server/Client gebildete Netzwerk auf die Serverelektrode überkoppelt und hier außer der Trägerfrequenz das Frequenzgemisch des Clientsignales additiv in einem niedrigeren Frequenzband (Basisband) entsteht.
Elektrogerät mit einem Eingabepaneel das mehrer Eingabezonen aufweist, wobei diesen Eingabezonen wenigstens ein Client zugeordnet ist und dieser Client Bestandteil einer Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14 bildet.
Elektrogerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet dass der Server mit einer Elektrode ausgestattet ist die die Bereitung eines Feldes mit einer Ausdehnung erlaubt die den hinsichtlich der Ausbildung von Eingabezonen relevanten Bereich des Bedienpaneels erfasst.
Elektrogerät nach Anspruch 16, oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass an den Server mehrere Elektrodeneinrichtungen angebunden sind, wobei diese Elektrodeneinrichtungen verschiedenen räumlichen Bereichen und darin befindlichen Clients zugeordnet sind, und dass diese Elektrodeneinrichtungen über einen Multiplexer angesprochen werden.