DE102018107960A1 - Apparatus and method for simultaneously scanning multiple buttons or sensors using a single analog input of a microcontroller - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Abtasten mehrerer Taster oder Sensoren (B1-B4), aufweisend einen ersten Multifunktionsschalter (10) und einen zweiten Multifunktionsschalter (11), wobei der erste Multifunktionsschalter (10) mindestens vier Taster oder Sensoren (B1-B4) aufweist, wobei jeder davon an je einen Transistor (T1-T4) angeschlossen ist, an dem die über ein Netz von Widerständen (R1-R4), das an die Transistoren (T1-T4) angeschlossen ist, am Kollektor jedes Transistors (T1-T4) vorhandene Versorgungsspannung (UBAT) von einer Batterie eines Fahrzeugs stammt, in dem die Abtastvorrichtung montiert ist, wobei die Abtastvorrichtung zusätzlich ein Netzwerk von Widerständen (R5-R12) enthält, das die an den Kollektoren der Transistoren (T1-T4) anliegenden Spannungen in eine einzige Spannung umwandelt, wobei diese einzige Spannung über einen Spannungsteiler, der aus Widerständen (R13, R14) gebildet ist, die im zweiten Multifunktionsschalter (11) angeordnet sind, auf einen maximal zulässigen Wert für eine Mikrosteuerung (12) vermindert wird, die im zweiten Multifunktionsschalter (11) vorgesehen ist.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum gleichzeitigen Abtasten mehrerer Taster oder Sensoren (B1-B4).The invention relates to a device for simultaneously scanning a plurality of buttons or sensors (B1-B4), comprising a first multi-function switch (10) and a second multi-function switch (11), wherein the first multi-function switch (10) at least four buttons or sensors (B1-B4) each of which is connected to a respective transistor (T1-T4) to which the transistor (T1-T4) is connected to the collector of each transistor (T1- T4) via a network of resistors (R1-R4) connected to the transistors (T1-T4). T4) from a battery of a vehicle in which the scanning device is mounted, wherein the scanning device additionally includes a network of resistors (R5-R12), the voltages applied to the collectors of the transistors (T1-T4) is converted into a single voltage, this single voltage via a voltage divider, which is formed of resistors (R13, R14) arranged in the second multi-function switch (11) are reduced to a maximum allowable value for a microcontroller (12) provided in the second multi-function switch (11). The invention further relates to a method of simultaneously scanning a plurality of keys or sensors (B1-B4).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum gleichzeitigen Abtasten mehrerer Taster oder Sensoren unter Verwendung eines einzigen analogen Eingangs einer Mikrosteuerung. In einer bevorzugten, jedoch nicht beschränkenden Weise, ist der technische Bereich, in dem diese Erfindung ihre Geltung findet, jener der multifunktionalen Schalter, die im Lenkrad von PKWs eingebaut sind.The invention relates to an apparatus and method for simultaneously scanning multiple buttons or sensors using a single analog input of a microcontroller. In a preferred but not limiting manner, the technical field in which this invention finds utility is that of the multifunctional switches incorporated in the steering wheel of passenger cars.
Wie im Stand der Technik sehr wohl bekannt ist, benutzt man üblicherweise einen Digitaleingang einer Mikrosteuerung, um den Zustand eines Tasters oder Sensors abzutasten. Falls mehrere Taster vorhanden sind, werden mehrere Eingänge verwendet, je ein Eingang für jeden Taster, oder, um Eingänge zu sparen, verwendet man eine Tastenmatrix mit x Zeilen und y Spalten, und man bestimmt mithilfe einer Software, welcher Taster gedrücktwurde.As is well known in the art, one usually uses a digital input of a microcontroller to sense the state of a probe or sensor. If multiple buttons are present, multiple inputs are used, one input for each button, or to save inputs, one uses a key matrix with x rows and y columns, and one determines which key was pressed by software.
In bestimmten Situationen können die Taster nicht digital abgetastet werden (elektromagnetische Störungen, wenige Eingänge an der Mikrosteuerung verfügbar), und dann verwendet man zum Abtasten der Taster einen analogen Eingang der Mikrosteuerung, so wie dies auch im Dokument
Die unterschiedlichen Spannungen (mit Werten zwischen Null und der Versorgungsspannung der Mikrosteuerung) werden vom analogen Eingang der Mikrosteuerung eingelesen und man bestimmt mithilfe einer Software, welcher Taster gedrückt wurde. Durch die richtige Wahl von Widerständen und der Anordnung in der Schaltung können mehrere Taster über einen einzigen analogen Eingang abgetastet werden.The different voltages (with values between zero and the supply voltage of the microcontroller) are read from the analogue input of the microcontroller and it is determined by means of a software which key has been pressed. With the right choice of resistors and arrangement in the circuit, multiple push buttons can be sampled through a single analog input.
Andere im Stand der Technik bekannte Lösungen werden zum Beispiel in den Dokumenten
Wie im Einleitungsteil erwähnt, findet diese Erfindung eine besondere Anwendung in den Multifunktionsschaltern im Lenkrad von Fahrzeugen, kann aber auch in jedem sonstigen technischen Bereich verwendet werden, in dem es Taster oder Sensoren mit zwei Zuständen gibt (AN-AUS), die über eine Mikrosteuerung abgetastet werden müssen. Wegen der verschiedenen Einschränkungen und Anforderungen beim Abtasten von Tastern in den Multifunktionsschaltern im Lenkrad von Fahrzeugen (Niederspannung der Mikrosteuerung, elektromagnetische Störungen, geringe Anzahl von Kabeln im Lenkrad, Preis der Kabel und Verbindungsstecker zwischen den Multifunktionsschaltern) können zur Zeit nur je zwei Taster über einen einzigen Eingang (Kabel) der Mikrosteuerung abgetastet werden (siehe zum Beispiel die beigelegte
Falls sich die Mikrosteuerung in einem ersten Multifunktionsschalter im Lenkrad befindet und die Taster in einem zweiten Multifunktionsschalter, ergibt sich eine hohe Anzahl an Kabeln zwischen den zwei Multifunktionsschaltern, und diese Kabel sind teuer.If the microcontroller in a first multi-function switch is in the steering wheel and the buttons in a second multi-function switch, there is a high number of cables between the two multi-function switches, and these cables are expensive.
Das technische Problem, das durch diese Erfindung gelöst werden soll, besteht im Bereitstellen einer Vorrichtung und eines Verfahrens, welche das Abtasten von mindestens vier oder mehr Tastern aus einem Multifunktionsschalter über einen einzigen Eingang (Kabel) einer Mikrosteuerung ermöglichen.The technical problem to be solved by this invention is to provide a device and method which enable scanning of at least four or more buttons from a multi-function switch via a single input (cable) of a microcontroller.
In einem ersten Aspekt besteht die Lösung zum oben genannten technischen Problem in einer Vorrichtung, die einen ersten Multifunktionsschalter und einen zweiten Multifunktionsschalter aufweist, wobei der erste Multifunktionsschalter mindestens vier Taster oder Sensoren enthält, wovon jeder an einen Transistor angeschlossen ist, an welchem die Versorgungsspannung, die über ein Netz von Widerständen, das an die Transistoren angeschlossen ist, am Kollektor jedes Transistors vorhanden ist, von einer Batterie eines Fahrzeugs stammt, in welchem die Abtastvorrichtung montiert ist, wobei die Abtastvorrichtung zusätzlich ein Netzwerk von Widerständen enthält, welches die an den Transistorkollektoren anliegenden Spannungen in eine einzige Spannung umwandelt, wobei diese einzige Spannung über einen Spannungsteiler, der aus Widerständen gebildet ist, die im zweiten Multifunktionsschalter angeordnet sind, auf einen maximal zulässigen Wert für eine Mikrosteuerung reduziert wird, die im zweiten Multifunktionsschalter vorgesehen ist.In a first aspect, the solution to the above technical problem resides in a device comprising a first multi-function switch and a second multi-function switch, the first multi-function switch including at least four buttons or sensors, each connected to a transistor to which the supply voltage, which is provided by a battery of a vehicle in which the scanning device is mounted via a network of resistors connected to the transistors in which the sensing device is mounted, the sensing device additionally including a network of resistors connected to the transistor collectors applied voltages in a single voltage, said single voltage is reduced via a voltage divider, which is formed of resistors, which are arranged in the second multi-function switch, to a maximum allowable value for a microcontroller, the zw is provided with multi-function switch.
In vorteilhafter Weise ist an jedem Kollektor eines jeden Transistors beim Betätigen eines oder mehrerer Taster/Sensoren eine von zwei gut definierten Spannungsstufen vorhanden: die Spannung der Fahrzeugbatterie oder eine ungefähre Nullspannung.Advantageously, one of two well-defined voltage levels is present at each collector of each transistor when one or more buttons / sensors are actuated: the voltage of the vehicle battery or an approximate zero voltage.
Vorzugsweise sind alle möglichen (einzigen) Spannungswerte bekannt und in einem Speicher der Mikrosteuerung in Form einer Tabelle gespeichert.Preferably, all possible (single) voltage values are known and stored in a memory of the microcontroller in the form of a table.
Auf eine vorteilhafte Weise wird die Spannung an einem analogen Eingang der Mikrosteuerung mithilfe einer Software eingelesen, die diese mit den Werten im Speicher der Mikrosteuerung vergleicht und somit erkennt, welcher Taster gedrückt ist.In an advantageous manner, the voltage is read in at an analog input of the microcontroller by means of software that compares it with the values in the memory of the microcontroller and thus recognizes which button is pressed.
Gemäß einem anderen Aspekt dieser Erfindung besteht die Lösung zum oben genannten technischen Problem in einem Verfahren zum gleichzeitigen Abtasten mehrerer Taster oder Sensoren unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- - Bereitstellen eines ersten Multifunktionsschalters und eines zweiten Multifunktionsschalters, wobei der erste Multifunktionsschalter mindestens vier Taster oder Sensoren aufweist, von denen jeder an einen Transistor angeschlossen ist,
- - Versorgen der Vorrichtung mit einer Spannung aus einer Batterie eines Fahrzeugs, in dem die Vorrichtung montiert ist, über ein Netz von Widerständen, das an die Transistoren angeschlossen ist,
- - Umwandeln der an den Transistorkollektoren anliegenden Spannungen in eine einzige Spannung über ein zusätzliches Netzwerk von Widerständen, wobei diese einzige Spannung über einen Spannungsteiler, der aus Widerständen gebildet ist, die im zweiten Multifunktionsschalter angeordnet sind, auf einen maximal zulässigen Wert für eine Mikrosteuerung vermindert wird, die im zweiten Multifunktionsschalter vorgesehen ist.
- Providing a first multi-function switch and a second multi-function switch, wherein the first multi-function switch has at least four buttons or sensors, each of which is connected to a transistor,
- Supplying the device with a voltage from a battery of a vehicle in which the device is mounted, via a network of resistors connected to the transistors,
- Converting the voltages applied to the transistor collectors into a single voltage across an additional network of resistors, said single voltage being reduced to a maximum allowable value for a microcontroller via a voltage divider formed of resistors arranged in the second multi-function switch , which is provided in the second multi-function switch.
Vorzugsweise ist beim Betätigen eines oder mehrerer Taster/Sensoren an jedem Kollektor jedes Transistors eine von zwei gut definierten Spannungsstufen vorhanden: die Spannung der Fahrzeugbatterie oder eine ungefähre Nullspannung.Preferably, upon actuation of one or more buttons / sensors at each collector of each transistor, one of two well-defined voltage levels is present: the voltage of the vehicle battery or an approximate zero voltage.
In vorteilhafter Weise sind alle (einzigen) Spannungswerte bekannt und in einem Speicher der Mikrosteuerung in Form einer Tabelle gespeichert.Advantageously, all (single) voltage values are known and stored in a memory of the microcontroller in the form of a table.
In einer bevorzugten Weise umfasst das Verfahren gemäß der Erfindung einen Schritt zum Auslesen der Spannung an einem analogen Eingang der Mikrosteuerung mithilfe einer Software, welche diese mit den Werten im Speicher der Mikrosteuerung vergleicht und somit erkennt, welcher Taster gedrückt ist.In a preferred manner, the method according to the invention comprises a step for reading out the voltage at an analog input of the microcontroller by means of software which compares this with the values in the memory of the microcontroller and thus recognizes which button is pressed.
Die mit dieser Erfindung erzielbaren Vorteile sind die folgenden. Erstens werden mit dieser Erfindung die Taster oder Sensoren mittels der Spannung der Fahrzeugbatterie ausgelesen. Somit ist das Bereitstellen einer Mikrosteuerungsversorgungsspannung im Multifunktionsschalter nicht mehr nötig, da die Fahrzeugbatteriespannung für andere Funktionen bereits im Multifunktionsschalter vorhanden ist.The advantages attainable with this invention are the following. First, with this invention, the buttons or sensors are read out by means of the voltage of the vehicle battery. Thus, providing a microcontroller supply voltage in the multi-function switch is no longer necessary since the vehicle battery voltage for other functions is already present in the multi-function switch.
Außerdem weist die Erfindung auch folgende Vorteile auf:
- - die jedem Tasterzustand entsprechenden Spannungsstufen sind gegen Schwankungen der Batteriespannung, der Temperatur usw. unempfindlich,
- - die Spannungsstufen sind klar und weisen stets die gleichen Abstände zueinander auf, sie gehen nicht ineinander über, so wie im Falle der Lösung in Dokument
US 2012/0023276 A - - man kann erkennen, ob mehrere Taster gleichzeitig gedrückt sind,
- - es werden weniger Kabel/Eingänge zwischen den Multifunktionsschaltern benötigt, im Unterschied zur Umsetzung in
2 , wo mehrere Kabel/Eingänge nötig sind, - - die Mikrosteuerung und der Anschlussteil zwischen den Multifunktionsschaltern können weniger Eingänge aufweisen und somit preiswerter sein,
- - die Lösung gemäß der Erfindung weist eine höhere Unempfindlichkeit gegen elektromagnetische Störungen auf,
- - eine geringere Anzahl an Stunden ist nötig, um die Software zu implementieren,
- - die Implementierung in jedes neue Projekt verläuft schnell.
- the voltage levels corresponding to each key state are insensitive to variations in battery voltage, temperature, etc.
- - The voltage levels are clear and always have the same distances to each other, they do not merge into each other, as in the case of the solution in document
US 2012/0023276 A - - you can see if several buttons are pressed at the same time,
- - Less cables / inputs are needed between the multifunction switches, unlike the implementation in
2 where multiple cables / inputs are needed, - the microcontroller and the connection part between the multi-function switches can have fewer inputs and thus be cheaper
- the solution according to the invention has a higher insensitivity to electromagnetic interference,
- - less hours are needed to implement the software,
- - Implementation in each new project is fast.
Andere vorteilhafte Ziele, Nutzen und Umsetzungen dieser Erfindung gehen aus der detaillierten Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der beigelegten Zeichnung deutlicher hervor, in welcher:
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines elektronischen Schaltplans der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung darstellt; -
2 einen elektronischen Schaltplan einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik darstellt; -
3 eine Tabelle der möglichen, an einer Mikrosteuerung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung festgestellten Spannungswerte darstellt; -
4 eine Vergleichssimulation für eine Schaltung aus dem DokumentUS 2012/0023276 A -
5 das Ergebnis der Simulation aus4 als Kurve darstellt, worin die Tasterzustände gemäß dieser Erfindung mit einer oberen Kurve, und die Tasterzustände laut der Lösung derUS 2012/0023276 A US 2012/0023276 A
-
1 an embodiment of an electronic circuit diagram of the device according to this invention represents; -
2 an electronic circuit diagram of a device according to the prior art; -
3 is a table of possible voltage values detected at a microcontroller of a device according to the invention; -
4 a comparison simulation for a circuit from the documentUS 2012/0023276 A -
5 the result of thesimulation 4 represents a curve, wherein the key states according to this invention with an upper curve, and the button states according to the solution ofUS 2012/0023276 A US 2012/0023276 A
Betreffs der beigelegten
Die Vorrichtung weist auch die Widerstände R1-R14 und die Transistoren T1, T2, T3, T4 auf. Durch Betätigen eines oder mehrerer Taster/Sensoren B1, B2, B3, B4, gelangt man an der im Multifunktionsschalter
Eine Versorgungsspannung UBAT von einer Batterie eines Fahrzeugs (beides nicht dargestellt), in dem die Vorrichtung gemäß der Erfindung montiert ist, wird über die Widerstände R1, R2, R3, R4 an einen Kollektor des entsprechenden Transistors T1, T2, T3, T4 geliefert.A supply voltage UBAT from a battery of a vehicle (both not shown) in which the device according to the invention is mounted is supplied via the resistors R1, R2, R3, R4 to a collector of the corresponding transistor T1, T2, T3, T4.
Beim Drücken eines Tasters B1, B2, B3, B4 wird der jeweilige Transistor T1, T2, T3 bzw. T4 geöffnet und verbindet die an seinem Kollektor anliegende Spannung mit Masse, wobei die Spannung an seinem Kollektor fast Null wird. Wir können daher sagen, dass an jedem Kollektor des Transistors T1, T2, T3, T4 zwei gut definierte Spannungsstufen anliegen können: die Spannung der Batterie UBAT und Null, anders als bei der Lösung in
Ein Netzwerk von Widerständen R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12 in
Alle Werte der UADC-Spannung sind bekannt und in einem Speicher (nicht dargestellt) der Mikrosteuerung
Eine Software, welche die UADC-Spannung am Eingang der Mikrosteuerung
Kurzgefasst umfasst das Verfahren zum gleichzeitigen Abtasten mehrerer Taster oder Sensoren gemäß dieser Erfindung folgende Schritte:
- - Bereitstellen eines ersten (oder linken)
Multifunktionsschalters 10 und eines zweiten (oder rechten)Multifunktionsschalters 11 , wobei der erste Multifunktionsschalter10 mindestens vier Taster oder Sensoren B1-B4 umfasst und jeder davon an einen Transistor T1-T4 angeschlossen ist, - - Versorgen der Vorrichtung mit einer UBAT-Spannung von einer Batterie eines Fahrzeugs (nicht dargestellt), in dem die Vorrichtung montiert ist, über ein Netz von Widerständen R1-R4, das an die Transistoren T1-T4 angeschlossen ist,
- - Umwandeln der Spannungen an den Kollektoren der Transistoren T1-T4 in eine einzige Spannung über ein zusätzliches Netzwerk von Widerständen R5-R12, wobei diese einzige Spannung über einen Spannungsteiler, der aus Widerständen R13 und R14 gebildet ist, die
im zweiten Multifunktionsschalter 11 angeordnet sind, auf einen maximal zulässigen Wert eines analogen Eingangs UADC einer Mikrosteuerung12 im zweiten Multifunktionsschalter 11 vermindert wird.
- - Providing a first (or left)
multifunction switch 10 and a second (or right)multifunction switch 11 , where the firstmulti-function switch 10 comprises at least four buttons or sensors B1-B4 and each of them is connected to a transistor T1-T4, - Supplying the device with a UBAT voltage from a battery of a vehicle (not shown) in which the device is mounted, via a network of resistors R1-R4 connected to the transistors T1-T4,
- - Converting the voltages at the collectors of the transistors T1-T4 in a single voltage via an additional network of resistors R5-R12, said single voltage via a voltage divider, which is formed of resistors R13 and R14, in the second
multi-function switch 11 are arranged to a maximum allowable value of an analog input UADC amicrocontroller 12 in the secondmulti-function switch 11 is reduced.
Vorteilhaft, und auch wie weiter oben genannt, sind beim Betätigen eines oder mehrerer Taster/Sensoren B1-B4 an jedem Kollektor eines jeden Transistors T1-T4 zwei gut definierte Spannungsstufen vorhanden: die Spannung der Fahrzeugbatterie UBAT und eine ungefähre Nullspannung.Advantageously, and also as mentioned above, when one or more buttons / sensors B1-B4 are actuated, two well-defined voltage stages are present at each collector of each transistor T1-T4: the voltage of the vehicle battery UBAT and an approximate zero voltage.
Wenn zum Beispiel vier Taster/Sensoren B1-B4 vorhanden sind, gibt es 16 Fälle, die von der Mikrosteuerung
Wenn die Mikrosteuerung
Selbstverständlich können bauliche Details und Umsetzungen in Bezug auf das vorstehend als reines Beispiel Beschriebene und Abgebildete weit variieren, ohne vom Erfindungsprinzip und ohne vom Zweck dieser Erfindung abzuweichen, so wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.Of course, structural details and implementations may vary widely with respect to what has been described and illustrated above as a pure example, without departing from the spirit and without departing from the spirit of the invention Purpose of this invention as defined in the appended claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |