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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Rückgewinnen einer Anzeigeinformation, wobei die Vorrichtung eine Matrixanzeige mit mehr als einem ansteuerbaren Leuchtelement aufweist und die Matrixanzeige eine Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen von Steuerinformationen und zum Aufnehmen von Treibersignalen, eine Auswerteeinrichtung und eine Messeinheit zum Messen der Treibersignale aufweist.
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Matrix-Anzeigeeinheiten haben die Funktion, technische Prozesse für den Menschen visuell darzustellen. Dabei werden die Eingangsgrößen, die Ausgangsgrößen und auch weitere Einflüsse auf die Umwelt gemessen, welche als relevant erachtet werden. Die gewonnenen Messwerte werden derart aufbereitet, dass sie von einer Matrix-Anzeigeeinheit als Anzeigebild visuell dargestellt werden.
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Die visuelle Darstellung ist dadurch charakterisiert, dass die dargestellten Nutzinformationen über den technischen Prozess von einem Menschen mit Hilfe von Symbolen wahrgenommen werden, welche sich in Form, Farbe und Helligkeit unterscheiden. Vom Menschen kann mit Hilfe dieser Informationen bei Bedarf auf den technischen Prozess Einfluss genommen werden.
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Die angezeigten Messwerte erlauben einem Menschen die physikalischen Größen eines laufenden technischen Prozesses einer Bewertung zu unterziehen. Daraus abgeleitet werden Entscheidungen, einen technischen Prozess zu beeinflussen, sofern die physikalischen Größen Werte annehmen, welche als kritisch bewertet werden. Die Korrektheit einer Entscheidung zur Beeinflussung eines technischen Prozesses hängt demnach unmittelbar von der Richtigkeit der vom Menschen wahrgenommenen optischen Anzeige der physikalischen Größen des Prozesses ab. Dieser Zusammenhang wird insbesondere dann relevant, wenn von einem technischen Prozess Gefährdungen für Leben, Gesundheit, Umwelt und andere schätzenswerte Rechtsgüter ausgehen.
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Die bisherigen Technologien zur Anzeige von technischen Größen erlauben keine Rückgewinnung des Anzeigebildes eines Matrix-Anzeigeelements. Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, welche die korrekte Ansteuerung von Matrix-Anzeigeeinheiten technisch überwachen, jedoch beinhaltet dies nicht die Überprüfung der korrekten Funktion der Matrix-Anzeigeeinheit, welches die Ansteuerungssignale in eine optisch wahrnehmbares Anzeige wandelt (vgl.
EP 2 273 369 A1 ). Vielmehr wird die Anzeigeeinheit als perfektes, fehlerfrei funktionierendes System angesehen (vgl. Beschreibung [0005]).
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Aufgabe der Erfindung ist es den Stand der Technik zu verbessern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Rückgewinnen einer Anzeigeinformation, wobei die Vorrichtung eine Matrixanzeige mit einem ansteuerbaren Leuchtelement, eine Auswerteeinrichtung und eine Messeinheit zum Messen von Treibersignalen aufweist und die Matrixanzeige eine Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen von Steuerinformationen aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung derart ausgestaltet ist, dass die Steuerinformationen und die gemessenen Treibersignale auswertbar sind, sodass die Anzeigeinformation rückgewinnbar ist.
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Die vorgeschlagene Vorrichtung erhöht die Sicherheit in denjenigen Einsatzgebieten, in denen Matrixanzeigen durch Form, Intensität und Farbe der angezeigten Symbole den Zustand von technischen Prozesses anzeigen, von denen Gefährdungen für Leben, Gesundheit, Umwelt und andere schätzenswerte Rechtsgüter ausgehen können.
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Insbesondere kann so eine Rekonstruktion des Anzeigebildes erfolgen. Durch diese Rekonstruktion des Anzeigebildes aus dem Zustand der Leuchtelemente einer Matrixanzeige wird die Möglichkeit geschaffen, das anstehende Anzeigebild (Ist-Bild) mit dem gewünschten Anzeigebild (Soll-Bild) zu vergleichen.
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Beim Feststellen einer Abweichung können weitere Maßnahmen eingeleitet werden. Dies ist insbesondere dann relevant, wenn durch das angezeigte Bild ein Mensch über einen sicherheitskritischen Zustand eines Prozesses informiert werden soll.
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Mit vorliegender Vorrichtung ist es möglich, nicht nur den Ausfall einer Anzeige zu detektieren und anzuzeigen, sondern auch eine Anzeige eines fehlerhaften Bildes.
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Folgendes Begriffliche sei definiert.
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Eine „Anzeigeinformation” umfasst sämtliche optischen, taktilen und/oder akustischen Signale, welche einer Person zum Informationsgewinn übermittelbar sind. Dies kann eine Form, eine Farbe, eine Lichtintensität, eine Tonfolge, eine Erhebung, eine Tonlautstärke und/oder Tonhöhe sein, wobei insbesondere optische Informationen umfasst sind.
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Unter einer „Matrixanzeige” werden sämtliche Displays oder Bildschirme verstanden. Allgemein umfasst eine Anzeige eine Vorrichtung zur optischen Signalisierung von veränderlichen Informationen (Zustände und Werte), insbesondere Messwerten. Anzeigen unterscheiden sich dadurch insbesondere von Kennzeichen, welche gleichbleibende Informationen darbieten. In einem Arbeitssystem stellen Anzeigen eine Schnittstelle zwischen dem Menschen und dem Betriebsmittel oder der Umwelt dar und bilden beispielsweise einen Bestandteil eines Regelkreises über Anzeige, Sinnesorgan, Handlungsorgan, Stellteil und einem technischen Prozess.
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Elektrisch angesteuerte Anzeigen ohne bewegte Teile können binäre Anzeigen, Ziffernanzeigen, aber auch analoge Anzeigen (Bargraph-Anzeige, Magisches Auge) sein. Der Begriff Digitalanzeige umfasst eine Ziffernanzeige.
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Technische Realisierung von Displays (Beispiele): Meldelampen (Leuchtmittel Glühlampe oder Leuchtdioden), Leuchtdioden (LEDs); binär, Farbwechsel, Ziffernanzeige oder Bargraph, organische Leuchtdioden (OLEDs), Flüssigkristallanzeigen (LCDs); Zeichen-, Symbol- oder Bilddarstellung, Fluoreszenzanzeigen (VFDs); Zeichen- oder Symboldarstellung, auch Bargraph-Anzeigen, Magisches Auge, Braunsche Röhren; y-x-Darstellung bei Bildröhren, Oszillographen, Spektrum-Analyzern, Messempfängern, Darstellung in Polarkoordinaten in Radargeräten, Glühlampen (Meldeleuchte) (binär oder Helligkeitsvergleich oder mit unterschiedlicher Frequenz blinkend) und Nixie-Röhren (Ziffernanzeige)
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Komplexe elektrische oder elektromechanische Anzeigen sind vektororientierte Ansteuerungen, Raster- oder Matrixanzeige (im engeren Sinne), Segmentanzeige (Sieben-Segment-Anzeige, Vierzehn-Segment-Anzeige, binäre Symboldarstellung).
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Zunehmend, insbesondere als Computermonitore, kommen Flüssigkristallbildschirme und TFT-Monitore zur Anwendung, die digital gesteuert werden. Weit verbreitet sind auch LC-Sieben-Segment-Anzeigen, wie sie unter anderem in digitalen Messgeräten, Armband- und Funkuhren vorkommen. Ein Virtual-Retinal-Display projiziert die Information direkt auf die Retina des Auges. Projektionsanzeigen projizieren alphanumerische Zeichen oder Symbole an eine Wand oder eine Mattscheibe. Head-up-Displays spiegeln sich in einer teiltransparenten Platte (Windschutzscheibe, separate Strahlteilerscheibe). Alle diese Ausführungen sind von der Begrifflichkeit „Matrixanzeige” umfasst.
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Das „Leuchtelement” ist das Mittel, welches die eigentliche Informationsübermittlung an den Benutzer realisiert. Grundsätzlich umfasst ein Leuchtelement (siehe 1) eine technische Vorrichtung welche aus einem eingespeisten elektrischen Betriebsstrom (I) einen für das menschliche Auge wahrnehmbaren Lichtstrom (F) erzeugt. Der vom Leuchtelement abgegebene Lichtstrom ist dabei abhängig vom Betriebsstrom des Leuchtelementes. Da es sich um ein energiewandelndes Element handelt, fällt an einem Leuchtelement bei einem eingespeisten Betriebsstrom immer eine elektrische Spannung (U) ab. Mithin umfasst sind Bildpunkte eines Displays, LEDs, TFTs (Thin-film transistor) eines Flüssigkristallbildschirms und Glühlampen.
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Um physikalische Größen des Leuchtelements zu bestimmen, wird eine „Messeinheit” verwendet. Diese bestimmt insbesondere den momentan fließenden Strom (I) und/oder die momentan anliegende Spannung (U) und/oder eine/einen Lichtintensität/Lichtstrom (IV, z. B. in der Einheit [cd]).
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Als „Treibersignal” ist insbesondere die Energieversorgung des Leuchtelements zu verstehen, welche indirekt, insbesondere als „Steuerinformation”, übermittelt wird. Das Treibersignal kann dabei bereits ein Strom- oder Spannungswert repräsentieren. Bei der indirekten Übermittlung wird ein Stellsignal für eine Signalkonditionierung, welche die eigentliche Energieversorgung – das Treibersignal – des Leuchtelements gewährleistet, als Steuerinformation verstanden. Das Steuersignal kann dabei bereits ein Strom- oder Spannungswert oder eine digitale Repräsentanz sein.
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Die „Auswerteeinrichtung” wertet insbesondere die Treibersignale und die durch die Messeinheit gemessenen Signale mathematisch und/oder elektronisch aus. Beim mathematischen Auswerten, werden die Messwerte und Treiberinformationen beispielsweise in digitaler Form umgewandelt und mittels eines Controllers und einem aufgeprägten Algorithmus ausgewertet. Beim elektronischen Auswerten werden die elektronischen Signale mittels einer Elektronik direkt verarbeitet. In einer einfachen Umsetzung werden Spannungssignale des Treibersignals und der gemessenen Signale an die Eingänge eines Komparators angelegt und der Ausgang ausgewertet.
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Mittels der „Aufnahmeeinrichtung” kann der Matrixanzeige das Treibersignal oder das Steuersignal übermittelt werden. In Falle des Übermittelns eines Steuersignals wandelt eine Signalkonditionierung (auch Treibereinrichtung genannt) dieses in ein Treibersignal um.
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Unter dem „Auswerten” sind insbesondere Vergleiche oder mathematische Berechnungen von Steuer- und gemessenen Treibersignalen umfasst. Auch kann das gemessene Treibersignal beispielsweise mit einer abgelegten Bauteilkennlinie des Leuchtelements verglichen werden. In diesem Fall kann die Bauteilkennlinie dem Steuersignal entsprechen. Somit können insbesondere Intensitätsabweichungen ermittelt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Matrixanzeige weitere einzeln ansteuerbare Leuchtelemente auf, welche insbesondere zeilenmäßig und/oder spaltenmäßig angeordnet sind.
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Vorteilhafter Weise können somit häufig in der Technik der kritischen Prozessüberwachung eingesetzte Displays überwacht werden.
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In dieser Ausführungsform zeichnet sich die „Matrixanzeige” dadurch aus, dass diese eine beliebige Anzahl gleichartiger Leuchtelemente aufweist, welche beliebig in Zeilen (r1 bis rx) und Spalten (c1 bis cx) angeordnet sind. Ein einzelnes Leuchtelement einer Matrixanzeige wird dadurch zur Abgabe eines Lichtstroms (F) veranlasst, dass es durch Aktivierung seiner Zeile und seiner Spalte ausgewählt und anschließend ein Betriebsstrom (I) in das Leuchtelement eingeprägt wird.
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Um sämtliche Leuchtelemente zu überwachen, kann die Messeinheit die Treibersignale jedes einzeln ansteuerbaren Leuchtelements direkt und/oder gemultiplext bestimmen. Beim Multiplexen besteht insbesondere der Vorteil, dass die Anzahl der Messinstrumente reduziert werden können.
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In einer weiteren Ausführungsform werden eine Anordnung der Leuchtelemente, eine Farbe eines Leuchtelements oder mehrerer Leuchtelemente und/oder Helligkeit eines Leuchtelements oder mehrerer Leuchtelemente durch die Auswerteeinrichtung ausgewertet.
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Somit können die für den Betrachter des Displays relevanten Informationen durch die Vorrichtung überwacht werden.
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Um eine einfache und kostengünstige Auswertung zu erlangen, kann das Auswerten mittels der Auswerteeinrichtung das Bestimmen eines Differenzwertes aus den gemessenen Treibersignalen und einem Sollwert der Steuerinformation umfassen.
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Der Differenzwert kann wiederum elektronisch oder digital bestimmt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform werden bei einem Schwellwert des Differenzwertes ein Steuern und/oder ein Regeln bewirkt.
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Dadurch kann beispielsweise der Betrachter des Displays auf eine Fehlfunktion des Displays aufmerksam gemacht werden. So kann das Überschreiten des Schwellwertes ein Stellsignal eines Reglers setzen oder einen technischen Prozess gänzlich abschalten oder herunterregeln. In der einfachsten Umsetzung kann das Steuern beispielsweise das ertönen eines Warntones initiieren.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird die Aufgabe gelöst durch einen Nachrüstsatz für eine Matrixanzeige mit einzeln ansteuerbaren Leuchtelementen, wobei der Nachrüstsatz eine Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen von Steuerinformationen und zum Aufnehmen von Treibermesssignalen aufweist, wobei die Steuerinformationen und die Treibermesssignale durch den Nachrüstsatz derart ausgewertet werden, dass ein Differenzwert bestimmt wird.
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So kann eine Vorrichtung bereitgestellt werden, welche eine Matrixanzeige derart ergänzt, dass eine zuvor beschriebene Vorrichtung zum Rückgewinnen einer Anzeigeinformation bereitgestellt werden kann. Die Definitionen der Begrifflichkeiten entsprechen den zuvor dargelegten Definitionen.
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In einer diesbezüglichen Ausgestaltung weist der Nachrüstsatz eine Messeinheit zum Messen der Treibersignale und/oder einen Steuerausgang oder einen Regelausgang auf. An dieser Stelle wird auf die vorherigen Ausführungen verwiesen.
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Verfahren zum Rückgewinnen eines Anzeigebildes einer Matrixanzeige mit einzeln ansteuerbaren Leuchtelementen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- – Bestimmen eines Treibersignals,
- – Ermitteln einer Steuerinformation und
- – Auswerten des Treibersignals und des Steuersignals, insbesondere Bestimmen eines Differenzsignals.
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Somit kann ein Verfahren bereitgestellt werden, welches ein Rückgewinnen einer Anzeigeinformation einer Matrixanzeige ermöglicht. Vorteilhafter Weise kann somit auch die Funktion einer Matrixanzeige überprüft werden. Definitionen der Begrifflichkeiten entsprechen den zuvor dargelegten Definitionen.
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Um eine technische Reaktion, welche einem Beobachter der Matrixanzeige mitgeteilt wird, zu initiieren, können bei einem Erreichen oder Überschreiten eines Schwellwertes durch das Differenzsignal ein Steuern und/oder ein Regeln erfolgen.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines Leuchtelements des Standes der Technik,
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2 eine schematische Darstellung einer Matrixanzeige des Standes der Technik,
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3 eine schematische Darstellung einer Matrixanzeige des Standes der Technik, welche Bestandteil eines technischen Prozesses ist und
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4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Rückgewinnen einer Anzeigeinformation.
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Eine Matrixanzeige 4 weist spalten- und zeilenangeordnet LED-Pixel 80 auf. Jedes LED-Pixel 80 ist über die Zeileninformation r und Spalteninformation c und die zugehörige Indizierung eindeutig adressierbar. Beispielsweise hat das oberste rechte LED-Pixel in 2 die Adresse (r1, c1).
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Jedes LED-Pixel weist eine Spannungsversorgung auf. Durch ein Beschalten des adressierten LED-Pixels mit Spannung (U) fließt ein Strom (I). Diese Energieversorgung stellt das Treibersignal des angesteuerten LED-Pixel dar.
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Durch Ansteuern mehrerer LED-Pixel zeigt die Matrixanzeige 40 darzustellende Zeichen, wie beispielsweise ein „c” an (siehe 3).
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Vorliegend wird die Matrixanzeige 40 des Standes der Technik zum Überwachen von Parametern eines technischen Prozesses 1 eingesetzt. Dabei stellt die Matrixanzeige 40 den darzustellenden Parameter für eine Überwachungsperson 6 dar.
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Beim technischen Prozess 1 werden Eingangsgrößen 2, Ausgangsgrößen 3 und auch Einflüsse auf die Umwelt 4 gemessen, welche als relevant erachtet werden. Die gewonnenen Messwerte werden derart aufbereitet, dass diese von einer Matrix-Anzeigeeinheit 40 als Anzeigebild visuell dargestellt werden.
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Die visuelle Darstellung ist dadurch charakterisiert, dass die dargestellten Nutzinformationen über den technischen Prozess 1 von einem Menschen 6 mit Hilfe von Symbolen „c” wahrgenommen werden, welche sich in ihrer Form unterscheiden. Alternativ können sich die Symbole auch in Farbe oder Helligkeit unterscheiden.
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Sollte ein kritischer Zustand angezeigt werden, kann der Mensch einen Notausschalter 7 betätigen.
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Für den Fall, dass die Matrixanzeige selbst defekt ist, kann es passieren, dass der Mensch 6 von dem kritischen Zustand des technischen Prozesses 1 keine Kenntnis erlangt.
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Die Vorrichtung in 4 löst diese Aufgabe. Die Vorrichtung weist eine Matrixanzeige 40 mit LED-Pixel 80, welche zeilen- und spaltenmäßig angeordnet sind, eine Steuerungseinheit 20, eine Messeinheit M, welche für jedes LED-Pixel ein Amperemeter A und ein Voltmeter V aufweist, und eine Auswerteeinrichtung 50 auf.
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Die Steuerungseinheit 20 erhält die anzuzeigenden Bildinformationen 10 und übermittelt Steuerinformationen 30 an die Matrixanzeige 40. Anhand der Steuersignale 30 beschaltet die Matrixanzeige 40 die zu leuchtenden LED-Pixel 80. Der Betriebsstrom I für die angesteuerten LED-Pixel 80 wird ebenfalls durch die Steuerungseinheit 20 bereitgestellt. In dieser Ausgestaltung umfasst die Steuerungseinheit 20 eine Treibereinrichtung zur Signalkonditionierung.
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Der Betriebsstrom I eines jeden angesteuerten LED-Pixels wird mit dem Amperemeter A bestimmt. Da ein Strom durch einen Widerstand immer den Abfall einer Spannung U bewirkt, wird zusätzlich die Spannung U eines jeden angesteuerten LED-Pixels mittels des Voltmeters V bestimmt.
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Die gemessenen Werte der Ströme I und der Spannungen U sowie die Steuersignale 30 werden an die Auswerteeinheit 50 übermittelt. Die Auswerteeinheit 50 wandelt die gemessenen Werte für Strom I und Spannung U in digitale Repräsentanzen und vergleicht diese mittels eines Mikrocontrollers mit den Werten der Steuersignale.
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Liegt ein Kurzschluss vor (U = 0 V), wird davon ausgegangen, dass das entsprechende LED-Pixel defekt ist.
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In diesem Fall wird ein Warnton mittels eines Lautsprechers anhand der Ausgabe 60 der Auswerteeinheit 50 erzeugt.
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Alternativ werden bestehende Matrixanzeigen ergänzt. In diesem Fall wird ein Nachrüstsatz bereitgestellt, welcher sämtliche Einheiten und Verfahren aufweist, welche nicht durch die bestehenden Matrixanzeigen bereitgestellt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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