DE19533712A1 - Sensorvorrichtung - Google Patents
SensorvorrichtungInfo
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- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/243—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the phase or frequency of ac
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- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/60—Analogue/digital converters with intermediate conversion to frequency of pulses
Description
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zum Umsetzen
von aus verschiedenen Arten von Sensoren wie einem Drucksen
sor, einem Lichtsensor (nämlich einem Fotosensor) und einem
Temperatursensor ausgegebenen Daten zu digitalen Daten und
zum effektiven Übertragen der digitalen Daten zu einem Mikro
computer
Nachstehend werden herkömmliche oder bekannte Sensorvorrich
tungen unter Bezug auf Fig. 15, 16, 17 und 18 beschrieben,
die Abbildungen zum Veranschaulichen von Sensorsystemen zei
gen, die jeweils die herkömmlichen oder bekannten Sensorvor
richtungen enthalten.
Ein derartiges herkömmliches Sensorsystem, das in Fig. 15
dargestellt ist, besteht aus einem Sensor 1, einem mit diesem
Sensor 1 verbundenen Verstärker 2, einem Analog-Digital- (A-
D- oder A/D-) Wandler 3 zum parallelen Ausgeben von Daten und
einem Mikrocomputer 4 zum Durchführen von verschiedenen Arten
von Steuervorgängen. Ein bzw. eine Datenumsetzungs-Befehls
leitung oder -draht 5, eine Datenübertragungs-Signalleitung 6
und Datenleitungen 7 sind zwischen dem Analog-Digital-Wandler
3 und dem Mikrocomputer 4 angeschlossen.
Ein anderes herkömmliches Sensorsystem, das in Fig. 16 abge
bildet ist, besteht aus einem Sensor 1, einem mit diesem Sen
sor 1 verbundenen Verstärker 2, einem Analog-Digital-Wandler
3 zum seriellen Ausgeben von Daten und einem Mikrocomputer 4
zum Durchführen von verschiedenen Arten von Steuervorgängen.
Eine Datenumsetzungs-Befehlsleitung 5, eine Datensende-
Signalleitung 6, eine Datenleitung 7 und eine Taktleitung 8
sind zwischen dem Analog-Digital-Wandler 3 und dem Mikrocom
puter 4 angeschlossen.
Ein weiteres herkömmliches Sensorsystem, das in Fig. 17 abge
bildet ist, ist mit einem Sensor 1, einem mit diesem Sensor 1
verbundenen Verstärker 2, einem Spannungs-Frequenz- (V-F-)
Wandler 9 zum Ausgeben von Frequenzdaten und einem Mikrocom
puter 4 zum Durchführen von verschiedenen Arten von Steuer
vorgängen versehen. Eine Datenleitung 7 ist zwischen dem
Spannungs-Frequenz-Wandler 9 und dem Mikrocomputer 4 ange
schlossen.
Ein weiteres der bekannten Sensorsysteme, das in Fig. 18 dar
gestellt ist, ist mit einem Sensor 1, einem mit diesem Sensor
1 verbundenen Verstärker 2, einem Spannungs-Zeit- (V-T-)
Wandler 10 zum Ausgeben von Zeitdaten und einem Mikrocomputer
4 zum Durchführen von verschiedenen Arten von Steuervorgängen
versehen. Eine Datenumsetz-Befehlsleitung 5 und eine Daten
leitung 7 sind zwischen dem Spannungs-Zeit-Wandler 10 und dem
Mikrocomputer 4 angeschlossen.
Im allgemeinen sind die in Fig. 15 bis 18 veranschaulichten
Verfahren als Verfahren zum Übertragen von Ausgangssignalen
aus dem Sensor 1 zu dem Mikrocomputer 4 in dem Fall verwendet
worden, bei dem andere Mittel als eine analoge Spannung ver
wendet werden. Insbesondere stellen Fig. 15 und 16 die Ver
fahren dar, die den Analog-Digital-Wandler 3 verwenden.
Das herkömmliche Sensorsystem gemäß Fig. 15 verwendet den
Analog-Digital-Wandler 3, der Daten parallel ausgibt. Deshalb
benötigt dieses herkömmliche System die Datenleitungen 7 in
der Anzahl von n ("n" ist die Anzahl der gleichzeitig zu
übertragenden Bits). Außerdem werden in dem Fall dieses her
kömmlichen Systems an den Mikrocomputer 4 entsprechend der
Datenumsetzleitung 5 und dem Analog-Digital-Wandler 3 ange
schlossene Eingabe-/Ausgabeanschlüsse jeweils belegt oder mo
nopolisiert, wenn ein Datenumsetz-Befehl aus dem Mikrocom
puter 4 zu der Datenumsetzleitung 5 ausgegeben wird, und wenn
ein Daten-Sendesignal aus dem Analog-Digital-Wandler 3 in den
Mikrocomputer 4 eingegeben wird. Auf diese Weise wird das Sy
stem eingesetzt oder nur in dem Fall verwendet, bei dem eine
ausreichende Anzahl von Eingabe-/Ausgabeanschlüssen für den
Mikrocomputer 4 dort vorgesehen ist.
Außerdem verwendet das herkömmliche Sensorsystem gemäß Fig.
16 den Analog-Digital-Wandler 3, der Daten seriell ausgibt.
Auf diese Weise benötigt dieses herkömmliche System die Da
tenleitung 7, die Datenumsetz-Befehlsleitung 5, die Daten
sende-Signalleitung 6 und die Taktleitung 8, die ein Takt
signal oder Impuls überträgt, der aus dem Mikrocomputer 4
ausgegeben wurde und zum Synchronisieren eines Vorgangs eines
Analog-Digital-Wandlers für den Takt verwendet wird. Deswegen
wird eine Anzahl von Eingabe-/Ausgabeanschlüssen belegt. Au
ßerdem muß der Mikrocomputer 4 häufig Daten mit dem Analog-
Digital-Wandler 3 austauschen. Infolgedessen wird der Mikro
computer stark belastet, wenn ein Datenaustausch durchgeführt
wird.
Das herkömmliche Sensorsystem gemäß Fig. 17 verwendet den
Spannungs-Frequenz-Wandler 9 anstelle des Analog-Digital-
Wandlers 3 gemäß Fig. 15 und 16 zum Ausgeben von Daten, die
einen Binärcode darstellen. Obwohl die Frequenz (genauer die
Periode) von zu der Datenleitung 7 ausgegebenen Impulsen
durch den Mikrocomputer 4 mit Hilfe eines Hochgeschwindig
keits-Taktgebers gelesen werden kann, ist eine Frequenz mit
extrem hoher Genauigkeit als Oszillations- bzw. Schwingfre
quenz des Spannungs-Frequenz-Wandlers 9 erforderlich (tat
sächlich ist es erforderlich, daß die Genauigkeit dieser
Schwingfrequenz 10 mal höher als die der bei dem Sensor 1
verwendeten Frequenz ist). Falls eine Genauigkeit von 1 bis 3
% als die des Sensorsystems sichergestellt wird, ist es
schwierig, ein derartiges Sensorsystem zu verwirklichen. Au
ßerdem ist ein Hochgeschwindigkeit- (oder Hochfrequenz-) Takt
für einen Zähler des Mikrocomputers 4 erforderlich. Deswegen
kann dieses herkömmliche Sensorsystem nicht in dem Fall ver
wendet werden, daß ein geringer Stromverbrauch erforderlich
ist, beispielsweise in dem Fall, bei dem ein batteriebetrie
benes System erforderlich ist.
Das herkömmliche Sensorsystem gemäß Fig. 18 verwendet den
Spannungs-Zeit-Wandler 10 anstelle des Spannungs-Frequenz-
Wandlers 9 gemäß Fig. 17. Auf diese Weise wird eine Ausgangs
spannung aus dem Sensor 1 zu Zeitdaten umgewandelt. Obwohl
dieser Spannungs-Zeit-Wandler 10 bei einem Hochgenauigkeits-
System verwendet werden kann, ist auch ein Hochgeschwindig
keits-Takt erforderlich. Infolgedessen ist dieses herkömmli
che Sensorsystem für einen Fall geeignet, bei dem ein gerin
ger Stromverbrauch erforderlich wird.
Daher weisen die vorstehend beschriebenen herkömmlichen Sen
sorsysteme Probleme dahingehend auf, daß eine große Anzahl
von Leitungen erforderlich ist, und daß eine dem Mikrocompu
ter 4 auferlegte Last groß ist.
Außerdem besteht ein anderes Problem der vorstehend beschrie
benen herkömmlichen oder bekannten Sensorsysteme darin, daß
bei dem Fall des Erhalts von Daten hoher Genauigkeit die her
kömmlichen Sensorsysteme einen Hochgeschwindigkeits-Takt
benötigen und nicht zur Verwirklichung eines Systems mit
niedrigem Stromverbrauch geeignet sind.
Die Erfindung dient dazu, die vorstehend beschriebenen Pro
bleme der herkömmlichen oder bekannten Sensorsysteme zu lö
sen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensor
vorrichtung zu schaffen, die Daten hoher Genauigkeit mit ei
nem geringen Stromverbrauch erhalten und eine einem Mikrocom
puter auferlegte Last verringern kann.
Erfindungsgemäß wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung
eine Sensorvorrichtung geschaffen, die eine Sensoreinrichtung
zum Erfassen einer physikalischen Größe und zum Ausgeben ei
ner der physikalischen Größe entsprechenden Erfassungsspan
nung, eine Verstärkungsvorrichtung zum Verstärken der Erfas
sungsspannung und eine Spannungs-Impulsanzahl-Umsetzvorrich
tung zum Ausgeben eines Impulssignals mit Impulsen der Anzahl
aufweist, die proportional zu der verstärkten Erfassungsspan
nung ist, entsprechend oder im Ansprechen auf ein von außen
zugeführtes Speisungs-Einschaltsignal. Die Spannungs-Im
pulsanzahl-Umsetzvorrichtung weist einen Taktgenerator, eine
Taktgeberschaltung, eine Takt-Steuervorrichtung, einen Ana
log-Digital-Wandler und eine Impuls-Ausgabeschaltung auf. Der
Taktgenerator erzeugt einen Takt (ein Signal) mit einer vor
bestimmten Frequenz entsprechend dem Speisungs-Einschaltsi
gnal. Die Taktgeberschaltung gibt ein Taktgebersignal mit ei
ner vorbestimmten Dauer entsprechend dem Speisungs-Einschalt
signal aus. Die Takt-Steuervorrichtung sperrt sich selbst von
der Durchführung eines Steuervorgangs für die vorbestimmte
Dauer entsprechend dem Taktgebersignal, bis der Betrieb der
Sensoreinrichtung und der Verstärkungsvorrichtung stabil
wird. Außerdem verursacht die Takt-Steuervorrichtung, daß der
Analog-Digital-Wandler eine Analog-Digital-Wandlung der ver
stärkten Erfassungsspannung durchführt. Darüber hinaus verur
sacht die Takt-Steuervorrichtung, daß der Zähler von einem
als das Ergebnis der Analog-Digital-Wandlung erhaltenen Wert
auf Null herunterzählt. Desweiteren verursacht die Takt-
Steuervorrichtung nur, wenn der Zähler arbeitet, daß die
Impuls-Ausgabeschaltung den Takt, der durch den Taktgenerator
erzeugt wird, als das Impulssignal ausgibt.
Auf diese Weise kann ein Ergebnis mit hoher Genauigkeit er
halten werden. Außerdem kann der Stromverbrauch gesenkt wer
den. Desweiteren kann eine Last verringert werden, die einem
mit dieser Sensorvorrichtung verbundenen Mikrocomputer auf er
legt wird.
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß gemäß einer anderen Aus
gestaltung der Erfindung eine Sensorvorrichtung geschaffen,
die auch eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer physikali
schen Größe und zum Ausgeben einer der physikalischen Größe
entsprechenden Erfassungsspannung, eine Verstärkungsvorrich
tung zum Verstärken der Erfassungsspannung und eine Span
nungs-Impulsanzahl-Umsetzvorrichtung zum Ausgeben eines Im
pulssignals mit Impulsen der Anzahl aufweist, die propor
tional zu der verstärkten Erfassungsspannung ist, entspre
chend einem von außen zugeführten Speisungs-Einschaltsignal.
Die Spannungs-Impulsanzahl-Umsetzvorrichtung weist einen
Taktgenerator, eine Taktgeberschaltung, eine Takt-Steuervor
richtung, einen Zähler, einen Digital-Analog- (D-A-) Wandler,
einen Vergleicher und eine Impuls-Ausgabeschaltung auf. Der
Taktgenerator erzeugt einen Takt (ein Signal) mit einer vor
bestimmten Frequenz entsprechend dem Speisungs-Einschaltsi
gnal. Die Taktgeberschaltung gibt ein Taktgebersignal mit ei
ner vorbestimmten Dauer entsprechend dem Speisungs-Einschalt
signal aus. Die Takt-Steuervorrichtung sperrt sich selbst von
der Durchführung eines Steuervorgangs für die vorbestimmte
Dauer entsprechend dem Zeitgebersignal, bis der Betrieb der
Sensoreinrichtung und der Verstärkungsvorrichtung stabil
wird. Außerdem verursacht die Takt-Steuervorrichtung, daß der
Zähler von Null hochzählt. Desweiteren verursacht die Takt-
Steuervorrichtung, daß der Digital-Analog-Wandler eine Digi
tal-Analog-Wandlung des durch den Zähler erhaltenen Zählwerts
durchführt. Außerdem verursacht die Takt-Steuervorrichtung,
daß der Vergleicher ein Ausgangssignal aus dem Digital-Ana
log-Wandler mit der verstärkten Erfassungsspannung ver
gleicht. Zusätzlich verursacht die Takt-Steuervorrichtung nur
für eine Zeitperiode, bis das Ausgangssignal aus dem Digital-
Analog-Wandler gleich der verstärkten Erfassungsspannung
wird, daß die Impuls-Ausgabeschaltung den Takt, der durch den
Taktgenerator erzeugt wird, als das Impulssignal ausgibt.
Auf diese Weise kann ein Ergebnis mit hoher Genauigkeit er
halten werden. Außerdem kann der Stromverbrauch gesendet wer
den. Desweiteren kann eine Last, die einem mit dieser Sensor
vorrichtung verbundenen Mikrocomputer auferlegt wird, ver
ringert werden.
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß gemäß einer anderen Aus
gestaltung der Erfindung eine Sensorvorrichtung geschaffen,
die auch eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer phy
sikalischen Größe und zum Ausgeben einer der physikalischen
Größe entsprechenden Erfassungsspannung, eine Verstärkungs
vorrichtung zum Verstärken der Erfassungsspannung und eine
Spannungs-Impulsanzahl-Umsetzvorrichtung zum Ausgeben eines
Impulssignals mit Impulsen der Anzahl aufweist, die propor
tional zu der verstärkten Erfassungsspannung ist, entspre
chend einem von außen zugeführten Datenumsetz-Befehlssignal.
Die Spannungs-Impulsanzahl-Umsetzvorrichtung weist einen
Taktgenerator, eine Taktgeberschaltung, eine Takt-Steuer
vorrichtung, einen Analog-Digital-Wandler, einen Zähler und
eine Impuls-Ausgabeschaltung auf. Der Taktgenerator erzeugt
einen Takt (ein Signal) mit einer vorbestimmten Frequenz ent
sprechend dem Datenumsetz-Befehlssignal. Die Taktgeber
schaltung gibt ein Taktgebersignal mit einer vorbestimmten
Dauer entsprechend dem Datenumsetz-Befehlssignal aus. Die
Takt-Steuervorrichtung sperrt sich selbst von der Durch
führung eines Steuervorgangs für die vorbestimmte Dauer ent
sprechend dem Taktgebersignal, bis der Betrieb der Sen
soreinrichtung und der Verstärkungsvorrichtung stabil wird.
Außerdem verursacht die Takt-Steuervorrichtung, daß der Ana
log-Digital-Wandler eine Analog-Digital-Wandlung der ver
stärkten Erfassungsspannung durchführt. Desweiteren verur
sacht die Takt-Steuervorrichtung, daß der Zähler von einem
als das Ergebnis der Analog-Digital-Wandlung erhaltenen Wert
auf Null herunterzählt. Außerdem verursacht die Takt-Steuer
vorrichtung nur dann, wenn der Zähler arbeitet, daß die Im
puls-Ausgabeschaltung den Takt, der durch den Taktgenerator
erzeugt wird, als das Impulssignal ausgibt.
Auf diese Weise kann ein Ergebnis mit hoher Genauigkeit er
halten werden. Außerdem kann die Anzahl der Anschlußleitungen
verringert werden. Desweiteren benötigt diese Sensorvorrich
tung nicht viele Eingabe-/Ausgabeanschlüsse für einen daran
angeschlossenen Mikrocomputer. Infolgedessen kann eine diesem
Mikrocomputer auferlegte Last gesenkt werden.
Außerdem wird erfindungsgemäß gemäß einer weiteren Ausgestal
tung der Erfindung eine Sensorvorrichtung geschaffen, die
auch eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer physikalischen
Größe und zum Ausgeben einer der physikalischen Größe ent
sprechenden Erfassungsspannung, eine Verstärkungsvorrichtung
zum Verstärken der Erfassungsspannung und eine Spannungs-Im
pulsanzahl-Umsetzvorrichtung zum Ausgeben eines Impulssignals
mit Impulsen der Anzahl aufweist, die proportional zu dem
verstärken Erfassungssignal ist, entsprechend einem von außen
zugeführten Datenumsetz-Befehlssignal. Die Spannungs-Im
pulsanzahl-Umsetzvorrichtung weist einen Taktgenerator, eine
Taktgeberschaltung, eine Takt-Steuervorrichtung, einen Zäh
ler, einen Digital-Analog-Wandler, einen Vergleicher und eine
Impuls-Ausgabeschaltung auf. Der Taktgenerator erzeugt einen
Takt (ein Signal) mit einer vorbestimmten Frequenz entspre
chend dem Datenumsetz-Befehlssignal. Die Taktgeberschaltung
gibt ein Taktgebersignal mit einer vorbestimmten Dauer ent
sprechend dem Datenumsetz-Befehlssignal aus. Die Takt-Steuer
vorrichtung sperrt sich selbst von der Durchführung eines
Steuervorgangs für die vorbestimmte Dauer entsprechend dem
Taktgebersignal, bis der Betrieb der Sensoreinrichtung und
der Verstärkungsvorrichtung stabil wird. Außerdem verursacht
die Takt-Steuervorrichtung, daß der Zähler von Null hoch
zählt. Desweiteren verursacht die Takt-Steuervorrichtung, daß
der Digital-Analog-Wandler eine Digital-Analog-Wandlung des
durch den Zähler erhaltenen Zählwerts durchführt. Außerdem
verursacht die Takt-Steuervorrichtung, daß der Vergleicher
ein Ausgangssignal aus dem Digital-Analog-Wandler mit der
verstärkten Erfassungsspannung vergleicht. Zusätzlich verur
sacht die Takt-Steuervorrichtung nur für eine Zeitperiode,
bis das Ausgangssignal aus dem Digital-Analog-Wandler gleich
der verstärkten Erfassungsspannung ist, daß die Impuls-Ausga
beschaltung den Takt, der durch den Taktgenerator erzeugt
wird, als das Impulssignal ausgibt.
Auf diese Weise kann ein Ergebnis mit hoher Genauigkeit er
halten werden. Außerdem kann die Anzahl von Anschlußleitungen
verringert werden. Desweiteren benötigt diese Sensorvorrich
tung nicht viele Eingabe-/Ausgabeanschlüsse für einen daran
angeschlossenen Mikrocomputer. Infolgedessen kann eine diesem
Mikrocomputer auferlegte Last gesenkt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be
schrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche oder entspre
chende Teile in mehreren Ansichten bezeichnen. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild zum Darstellen des gesamten Aufbaus ei
nes erfindungsgemäßen Sensorsystems (nämlich Ausführungsbei
spiel 1),
Fig. 2 ein Schaltbild zum Darstellen des Aufbaus einer Impul
sausgabe-Sensorvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der
Erfindung,
Fig. 3 ein Schaltbild zum Darstellen des Aufbaus einer Takt
geberschaltung gemäß Fig. 2,
Fig. 4 ein Schaltbild zum Darstellen des Aufbaus eines Takt
generators gemäß Fig. 2,
Fig. 5 ein Schaltbild zum Darstellen des Aufbaus einer Takt-
Steuervorrichtung gemäß Fig. 2,
Fig. 6 ein Schaltbild zum Darstellen des Aufbaus einer Im
puls-Ausgabeschaltung gemäß Fig. 2,
Fig. 7 Zeitverläufe zum Darstellen einer Arbeitsweise der Im
pulsausgabe-Sensorvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der
Erfindung,
Fig. 8 ein Blockschaltbild zum Darstellen des gesamten Auf
baus eines anderen erfindungsgemäßen Sensorsystems (nämlich
Ausführungsbeispiel 2),
Fig. 9 ein Blockschaltbild zum Darstellen des Aufbaus einer
Impulsausgabe-Sensorvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2
der Erfindung,
Fig. 10 ein Schaltbild zum Darstellen des Aufbaus einer Takt-
Steuervorrichtung gemäß Fig. 9,
Fig. 11 Zeitverläufe zum Darstellen einer Arbeitsweise der
Impulsausgabe-Sensorvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2
der Erfindung,
Fig. 12 ein Blockschaltbild zum Darstellen des gesamten Auf
baus eines weiteren erfindungsgemäßen Sensorsystems (nämlich
Ausführungsbeispiel 3).
Fig. 13 Zeitverläufe zum Darstellen einer Arbeitsweise einer
Impulsausgabe-Sensorvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3
der Erfindung,
Fig. 14 ein Blockschaltbild zum Darstellen des gesamten Auf
baus eines weiteren erfindungsgemäßen Sensorsystems (nämlich
Ausführungsbeispiel 4),
Fig. 15 ein Schaltbild zum Darstellen des gesamten Aufbaus
eines herkömmlichen Sensorsystems,
Fig. 16 ein Schaltbild zum Darstellen des gesamten Aufbaus
eines anderen herkömmlichen Sensorsystems,
Fig. 17 ein Schaltbild zum Darstellen des gesamten Aufbaus
eines weiteren herkömmlichen Sensorsystems und
Fig. 18 ein Schaltbild zum Darstellen des gesamten Aufbaus
eines firmenintern bzw. privat bekannten, aber unver
öffentlichten Sensorsystems.
Nachstehend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher
beschrieben.
Nachstehend wird der Aufbau gemäß Ausführungsbeispiel 1 unter
Bezug auf Fig. 1, 2, 3, 4, 5 und 6 beschrieben. Fig. 1 zeigt
ein Blockschaltbild zum Darstellen des gesamten Aufbaus eines
erfindungsgemäßen Sensorsystems (nämlich Ausführungsbeispiel
1). Fig. 2 zeigt ein Schaltbild zum Darstellen des Aufbaus
eines Spannungs-Impulsanzahl-Wandlers gemäß Fig. 1. Fig. 3,
4, 5 und 6 zeigen Schaltbilder, die den Aufbau einer Taktge
berschaltung, eines Taktgenerators, einer Takt-Steuervorrich
tung bzw. einer Impuls-Ausgabeschaltung gemäß Fig. 2 darstel
len.
Gemäß Fig. 1 ist dieses Sensorsystem, nämlich Ausführungsbei
spiel 1 mit einer Impulsausgabe-Sensorvorrichtung 11, einem
Mikrocomputer 4 mit einem Ereigniszähler 12, der über eine
Datenleitung 7 an die Impulsausgabe-Sensorvorrichtung ange
schlossen ist, und einer Stromversorgungsschaltung 14 verse
hen, die über eine externe Steuerleitung 13 an den Mikrocom
puter 4 angeschlossen ist. Außerdem wird die Impulsausgabe-
Sensorvorrichtung 11 über eine Stromversorgungsleitung 15 aus
der Stromversorgungsschaltung 14 mit Strom versorgt. Übrigens
ist die Stromversorgungsschaltung 14 beispielsweise durch
einen Regler mit einem Ausgangs-Steueranschluß gebildet, an
den die externe Steuerleitung 13 angeschlossen ist. Außerdem
ist die Impulsausgabe-Sensorvorrichtung 11 mit einem Sensor
1, einem Verstärker 2 und einem Spannungs-Impulsanzahl-Wand
ler 16 versehen.
Falls die Stromversorgungsschaltung 14 eine Normalmodus-Span
nung nur dann ausgibt, wenn ein Signal mit einem H-Pegel,
d. h. ein Signal mit hohem Pegel aus dem Mikrocomputer 4 zu
der externen Steuerleitung 13 gesendet wird, und andernfalls
0 V ausgibt, kann die Impulsausgabe-Sensorvorrichtung 11 ent
sprechend dem aus dem Mikrocomputer 4 gesendeten Signal auf
unterbrochene Weise betrieben werden.
Nachdem die auf der Stromversorgungsleitung 15 vorliegende
Betriebsspannung gleich der Normalmodus-Spannung wird, wan
delt der Spannungs-Impulsanzahl-Wandler 16 die durch ein Aus
gangssignal des Verstärkers 2 dargestellte Spannung in die
Anzahl von Impulsen um und gibt außerdem Impulse zu der
Datenleitung 7 aus. Deswegen kann der Mikrocomputer 4 die
Impulsausgabe-Sensorvorrichtung 11 auf unterbrochene Weise
ansteuern. Außerdem kann der Mikrocomputer 4 Impulse der An
zahl empfangen, die proportional einem Ausgangssignal aus dem
Sensor 1 bei dem darin enthaltenen Ereigniszähler 12 ist. In
diesem Fall sollte der Eingang bzw. das Gate des Ereigniszäh
lers 12 nur dann freigegeben werden, wenn der Signalpegel der
externen Steuerleitung 13 der H-Pegel (d. h. der hohe Signal
pegel) ist.
Außerdem ist eine Zeitperiode, während der der Signalpegel
der externen Steuerleitung 13 "H" sein sollte, eine Summe ei
ner zum Stabilisieren des Betriebs des Sensors 1 und des Ver
stärkers 2 und zum Digitalisieren einer Spannung erforderli
chen Zeitperiode ta, einer zum Ausgeben eines Impulses erfor
derlichen Zeitperiode tb und einer Randzeitperiode tc, die
unter Berücksichtigung der Veränderung einer Periode eines
Taktsignals eingestellt wird, das durch einen in den Span
nungs-Impulsanzahl-Wandler 16 eingebauten Taktgenerator er
zeugt wird. Gemäß Ausführungsbeispiel 1 kann die Impulsaus
gabe-Sensorvorrichtung 11 nur sofern erforderlich betrieben
werden. Falls die Impulsausgabe-Sensorvorrichtung bei
spielsweise auf unterbrochene Weise in Intervallen von 5
Sekunden (s) durch Einstellen deren Stromverbrauchs auf 2 mA
und außerdem Einstellen der Zeitperiode, während der der
Signalpegel der externen Steuerleitung 13 der hohe Pegel sein
sollte, auf 5 ms betrieben wird, beträgt deren durchschnitt
licher Stromverbrauch 2 µA. Der Stromverbrauch der Impuls
ausgabe-Sensorvorrichtung 11 kann nämlich beschränkt oder auf
einen sehr geringen Wert verringert werden.
Gemäß Fig. 2 ist der Spannungs-Impulsanzahl-Wandler 16 mit
einem Analog-Digital-Wandler 17 mit parallelem Ausgang bei
spielsweise der Ausführungsform mit sukzessiver Annäherung,
die eine Ausgangsspannung aus dem Verstärker 2 zu digitalen
Daten umwandelt, einem Zähler 18 zum Herunterzählen der durch
diesen Analog-Digital-Wandler 17 erhaltenen Daten, einer Im
puls-Ausgabeschaltung 19 zum Ausgeben eines Impulses entspre
chend einer Betriebsart des Zählers 18, einem Taktgenerator
20 zur Erzeugen eines Taktsignals mit einer vorbestimmten
Frequenz, einer zu dem Zeitpunkt des Einschaltens der Strom
versorgung verwendeten Taktgeberschaltung 21 und einer Takt-
Steuervorrichtung 22 zum Steuern des Analog-Digital-Wandlers 17,
des Zählers 18 und der Impuls-Ausgabeschaltung 19 verse
hen.
Gemäß Fig. 3 ist die Taktgeberschaltung 21 mit einem an eine
Versorgungsspannung Vcc angeschlossenen Widerstand 23, einem
an diesen Widerstand 23 angeschlossen Kondensator 24, einem
an die Versorgungsspannung Vcc angeschlossenen Widerstand 25,
einem an diesen Widerstand 25 angeschlossenen Widerstand 26,
einem Vergleicher 27 mit einem invertierenden Eingangsan
schluß, der an den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand
23 und dem Kondensator 24 angeschlossen ist, und außerdem mit
einem nichtinvertierenden Eingangsanschluß, der an den Ver
bindungspunkt zwischen den Widerständen 25 und 26 ange
schlossen ist, und einem Hysteresewiderstand 28 versehen, der
zwischen den Ausgangsanschluß und den nichtinvertierenden
Eingangsanschluß dieses Vergleichers 27 geschaltet ist. Au
ßerdem vergleicht der Vergleicher 27 ein Bruchteil VR der
Versorgungsspannung Vcc mit der Ladespannung des Kondensators
24. Außerdem gibt dieser Vergleicher 27 ein Signal TM mit ei
nem H-Pegel (d. h. einem hohen Signalpegel) aus, während der
Bruchteil VR der Versorgungsspannung Vcc höher als die Lade
spannung des Kondensators 24 ist.
Gemäß Fig. 4 ist der Taktgenerator 20 mit Invertern 29, 30
und 31, Widerständen 32 sowie 33 und einem Kondensator 34
versehen. Übrigens trifft die Beziehung Rs 10R zu, wobei Rs
sowie R den Widerstand des Widerstands 32 bzw. den des Wi
derstands 33 bezeichnen.
Gemäß Fig. 5 ist die Takt-Steuervorrichtung 22 mit vier D-
Flipflops 35, 36, 37 sowie 38 und einem UND-Schaltglied 39
versehen. Die Takt-Steuervorrichtung 22 gibt Signale ADS, CS
und GA synchron mit einem Taktsignal CLK aus.
Gemäß Fig. 6 ist-die Impuls-Ausgabeschaltung 19 durch ein
NICHT-UND- bzw. NAND-Schaltglied 40 gebildet.
Nachstehend wird eine Arbeitsweise der Impulsausgabe-Sensor
vorrichtung 11 unter Bezug auf Fig. 7 beschrieben.
Gemäß Fig. 7 stellt (a) die Veränderung des Signalpegels ei
nes Versorgungs-Ausgangssignals Vcc der Stromversorgungs
schaltung 14 dar; (b) stellt die Veränderung des Signalpegels
eines Takt-Ausgangssignals CLK des Taktgenerators 20 dar; (c)
stellt die Veränderung des Signalpegels eines Ausgangssignals
TM der Taktgeberschaltung 21 dar; (d) stellt die Veränderung
des Signalpegels eines Ausgangssignals ADS der Takt-Steuer
vorrichtung 22 dar; (e) stellt die Veränderung des Signalpe
gels eines Ausgangssignals ADF des Analog-Digital-Wandlers 17
dar; (f) stellt die Veränderung des Signalpegels eines Aus
gangssignals CS der Takt-Steuervorrichtung 22 dar; (g) stellt
die Veränderung des Signalpegels eines Ausgangssignals BO des
Zählers 18 dar; (h) stellt die Veränderung des Signalpegels
eines Ausgangssignals GA der Takt-Steuervorrichtung 22 dar,
und (i) stellt die Veränderung des Signalpegels eines Aus
gangssignals VO der Impuls-Ausgabeschaltung 19 dar.
Gemäß (a) und (b) in Fig. 7 beginnt der Taktgenerator 20, ein
Taktsignal CLK zu erzeugen, wenn die Versorgungsspannung Vcc
für die Impulsausgabe-Sensorvorrichtung 11 eingeschaltet
wird. Die Frequenz f dieses Taktsignals CLK ist durch die
folgende Gleichung gegeben:
f ≈ 1/(2,2 × RC),
wobei R und C den Widerstand des Widerstands 33 bzw. die Ka
pazität des Kondensators 34 gemäß Fig. 4 bezeichnen. Übrigens
wird die Konstante 2,2 in dem Fall einer CMOS-Vorrichtung
verwendet. Außerdem gibt die Taktgeberschaltung 21 gemäß (c)
in Fig. 7 das Signal TM mit dem H-Pegel, d. h. dem hohen Si
gnalpegel nur für eine vorbestimmte Periode t aus, da die
Versorgungsspannung Vcc eingeschaltet wird. Die Takt-Steuer
vorrichtung 22 sperrt sich selbst von der Durchführung eines
Steuervorgangs entsprechend oder im Ansprechen auf dieses Si
gnal TM. Die vorbestimmte Periode t ist durch die folgende
Gleichung gegeben:
t = CR × ln(Vcc/VR - Vcc),
wobei R, C und VR den Widerstand des Widerstands 23, die Ka
pazität des Kondensators 24 bzw. den Bruchteil der an den
nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Vergleichers 27 an
gelegten Spannung angeben. Diese vorbestimmte Periode t ist
eine für eine Stabilisierung des Betriebs des Sensors 1 und
der Verstärkers 2 erforderliche Zeitperiode und beträgt bei
spielsweise ungefähr 500 µs.
Wenn der Signalpegel des Ausgangssignals TM der Taktgeber
schaltung 21 gemäß (d) in Fig. 7 einen L-Pegel, d. h. einen
niedrigen Signalpegel annimmt, verändert die Takt-Steuervor
richtung 22 den Signalpegel des Analog-Digital-Wandler-Be
fehlssignals ADS, das zu dem Analog-Digital-Wandler 17 ge
sendet wird, zu dem hohem Pegel, damit verursacht wird, daß
der Analog-Digital-Wandler 17 eine Analog-Digital-Wandlung
der Ausgangsspannung aus dem Verstärker 2 durchführt. Da
raufhin verändert gemäß (e) in Fig. 7 der Analog-Digital-
Wandler 17 den Signalpegel eines Analog-Digital-Wandler-Been
digungssignals ADF zu dem H-Pegel, d. h. dem hohen Signalpe
gel, wenn die Analog-Digital-Wandlung beendet ist.
Wenn der Signalpegel des Analog-Digital-Wandler-Beendigungs
signals ADF gemäß (f) in Fig. 7 den hohen Pegel annimmt, ver
ändert die Takt-Steuervorrichtung 22 den Signalpegel des
Zählbeginn-Signals CS, das zu dem Zähler 18 gesendet wird, zu
dem hohen Pegel, damit verursacht wird, daß der Zähler 18 be
ginnt zu zählen. Zu diesem Zeitpunkt werden als das Ergebnis
der Analog-Digital-Wandlung erhaltene n Bit breite parallele
Daten aus dem Analog-Digital-Wandler 17 über Leitungen D0 bis
Dn in den Zähler 18 eingegeben. Falls beispielsweise der Zäh
ler 18 von diesen parallelen Daten herunterzählt und danach
der Zähler 18 gestoppt wird, wenn der durch den Zähler 18 an
gegebene Zählwert zu Null wird, wird der Wert der durch die
Analog-Digital-Wandlung erhaltenen parallelen Daten propor
tional zu der Betriebszeit des Zählers 18. Bezugszeichen BO
von (g) in Fig. 7 bezeichnet ein Borgesignal, dessen Signal
pegel den hohen Pegel annimmt, wenn der durch den Zähler 18
angegebene Zählwert zu Null wird.
Wenn der Signalpegel des Borgesignals BO gemäß (f) und (g) in
Fig. 7 den hohen Pegel annimmt, verändert die Takt-Steuervor
richtung 22 den Signalpegel des Zählbeginn-Signals CS zu dem
niedrigen Pegel und stoppt außerdem den Zähler 18. Die Takt-
Steuervorrichtung 22 gibt ein Gate-Signal GA, das dasselbe
wie dieses Zählbeginn-Signal CS ist, zu dem Gate der Impuls-
Ausgabeschaltung 19 aus. Gemäß (h) und (i) in Fig. 7 gibt die
Impuls-Ausgabeschaltung 19 das Taktsignal CLK als Impuls
signal VO nur dann aus, wenn der Signalpegel des Gate-Signals
GA der hohe Pegel ist.
Wie vorstehend beschrieben zählt der Zähler 18 die parallelen
Daten, die durch den Analog-Digital-Wandler 17 ausgegeben
werden, um Eins herunter, und die Impuls-Ausgabeschaltung 19
gibt die Taktsignale CLK während des Herunterzählens aus. In
folgedessen gibt die Impuls-Ausgabeschaltung 19 Impulse, de
ren Anzahl proportional zu dem durch den Sensor 1 erfaßten
Wert ist, zu der Datenleitung 7 aus. Außerdem wird dieser
Vorgang ausgeführt, während der Pegel des Signals (Vcc), das
über die Stromversorgungsleitung 15 in die Impulsausgabe-
Sensorvorrichtung 11 eingegeben wird, auf dem hohen Pegel
ist. Auf diese Weise kann der Mikrocomputer 4 die Daten le
sen, die durch den Sensor 1 erhalten werden, wann immer diese
Daten benötigt werden. Im Gegensatz dazu kann, wenn die aus
dem Sensor 1 ausgegebenen Daten nicht erforderlich sind, der
Pegel der über die Stromversorgungsleitung 15 zu der Impuls-
Ausgabe-Sensorvorrichtung 11 eingegebenen Versorgungsspannung
auf Null belassen werden. Dadurch kann ein Ergebnis mit hoher
Genauigkeit durch das System erhalten werden. Außerdem kann
der Stromverbrauch des Systems auf einen geringen Wert be
schränkt werden.
Nachstehend wird das Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung un
ter Bezug auf Fig. 8, 9, 10 und 11 beschrieben. Fig. 8 zeigt
ein Schaltbild zum Darstellen des gesamten Aufbaus eines an
deren erfindungsgemäßen Sensorsystems, nämlich Ausführungs
beispiel 2 der Erfindung. Außerdem zeigt Fig. 9 ein Schalt
bild zum Darstellen des Aufbaus einer Impulsausgabe-Sensor
vorrichtung gemäß Fig. 8. Desweiteren zeigt Fig. 10 ein
Schaltbild zum Darstellen des Aufbaus einer Takt-Steuervor
richtung gemäß Fig. 9. Fig. 11 zeigt Zeitverläufe zum Ver
anschaulichen einer Arbeitsweise der Impulsausgabe-Sensorvor
richtung gemäß Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung.
Wie in Fig. 9 dargestellt wird gemäß diesem Ausführungsbei
spiel 2 ein Digital-Analog-Wandler 42 und ein Vergleicher 41
anstelle des Analog-Digital-Wandlers 17 gemäß dem vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 verwendet. Außerdem ist
gemäß Fig. 10 eine Takt-Steuervorrichtung 22A mit drei D-
Flipflops 43, 44 sowie 45 und einem UND-Schaltglied versehen.
Die Takt-Steuervorrichtung 22A gibt Signale CS und GA syn
chron mit einem Taktsignal CKL aus. Außerdem sind die anderen
Bestandteile gemäß diesem Ausführungsbeispiel 2 dieselben wie
die entsprechenden Bestandteile gemäß dem Ausführungsbeispiel
1.
Wie durch (a) und (c) in Fig. 11 dargestellt arbeitet, wenn
der Pegel eines Spannungsversorgungssignals Vcc den hohen Pe
gel annimmt, eine Taktgeberschaltung 21 eines Spannungs-Im
pulsanzahl-Wandlers 16A. Außerdem weist das Spannungsver
sorgungssignal Vcc für eine vorbestimmten Zeitperiode t den
hohen Pegel auf. Während dieser Zeitperiode sperrt die Takt-
Steuervorrichtung 22A sich selbst vom Steuern anderer Be
standteile des Spannungs-Impulsanzahl-Wandlers 16A.
Wie in (d) in Fig. 11 dargestellt verändert, wenn der Signal
pegel des Signals TM den niedrigen Pegel annimmt, die Takt-
Steuervorrichtung 22 den Signalpegel des Zählbeginn-Signals
CS zu dem hohen Pegel. Im Ansprechen darauf zählt der Zähler
18 von Null hoch. Dann werden parallele Daten aus diesem Zäh
ler 18 zu Leitungen D0 bis Dn ausgegeben und außerdem in den
Digital-Analog-Wandler 42 eingegeben. Daraufhin gibt der Di
gital-Analog-Wandler 42 eine analoge Spannung COM ent
sprechend diesen parallelen Daten aus.
Das Ausgangssignal COM dieses Digital-Analog-Wandlers 42 wird
mit einem Ausgangssignal des Verstärkers 2 in dem Vergleicher
41 verglichen. Falls das Ausgangssignal COM des Digital-Ana
log-Wandlers 42 kleiner als das des Verstärkers 2 ist, nimmt
der Signalpegel eines Ausgangssignals CF des Vergleichers 41
den niedrigen Pegel an. Wie durch (e) in Fig. 11 dargestellt
nimmt jedoch, wenn der Zähler 18 inkrementiert, das Ausgangs
signal COM des Digital-Analog-Wandlers 42 zu. Wenn das Aus
gangssignal COM dieses Digital-Analog-Wandlers 42 das des
Verstärkers 2 übertrifft, nimmt der Signalpegel des Ausgangs
signals CF des Vergleichers 41 den hohen Pegel an.
Wie in (d) bis (g) in Fig. 11 dargestellt verändert, wenn der
Signalpegel des Ausgangssignals CF des Vergleichers 41 den
hohen Pegel annimmt, die Takt-Steuervorrichtung 22A den Si
gnalpegel des Zählbeginn-Signals CS zu dem niedrigen Pegel
und stoppt den Zählvorgang des Zählers 18. Während sich die
ses Zählbeginn-Signal CS auf dem hohen Pegel befindet, verän
dert die Takt-Steuervorrichtung 22A den Signalpegel des Gate-
Signals GA zu dem hohen Pegel und gibt auf diese Weise das
Gate der Impuls-Ausgabeschaltung 19 frei. Währenddessen gibt
die Impuls-Ausgabeschaltung 19 das Taktsignal CLK als Impuls
signal VO aus. Auf diese leise werden Impulse der einem durch
den Sensor 1 erfaßten Wert entsprechenden Anzahl aus der Im
puls-Ausgabeschaltung 19 ausgegeben.
Nachstehend wird Ausführungsbeispiel 3 der Erfindung unter
Bezug auf Fig. 12 und 13 beschrieben. Fig. 12 zeigt ein
Schaltbild zum Darstellen des gesamten Aufbaus eines weiteren
erfindungsgemäßen Sensorsystems, nämlich Ausführungsbeispiel
3 der Erfindung. Fig. 13 zeigt Zeitverläufe zum Veranschau
lichen einer Arbeitsweise einer Impulsausgabe-Sensorvorrich
tung gemäß Fig. 12.
Gemäß Fig. 12 ist die Impulsausgabe-Sensorvorrichtung 11b mit
einem Sensor 1 wie einem Drucksensor, einem Verstärker 2 zum
Verstärken eines Ausgangssignals aus dem Sensor 1 und einem
Spannungs-Impulsanzahl-Wandler 16B zum Umwandeln eines Span
nungssignals, das aus dem Verstärker 2 ausgegeben wird, zu
einem Signal versehen, das die Anzahl der Impulse darstellt.
Übrigens ist der Aufbau des Spannungs-Impulsanzahl-Wandlers
16B ähnlich zu dem des Spannungs-Impulsanzahl-Wandlers 16 ge
mäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 1. Zu
sätzlich ist die Taktgeberschaltung 21 gemäß Ausführungsbei
spiel 3 eine Logikschaltung zum Erzeugen eines Signals TM aus
einem Datenumsetz-Befehlssignal Vcon, das der Versor
gungsspannung Vcc gemäß Ausführungsbeispiel 1 entspricht. Au
ßerdem erzeugt der Taktgenerator 20 auf ähnliche Weise ein
Taktsignal entsprechend dem Datenumsetz-Befehlssignal Vcon.
Wenn ein Mikrocomputer 4 ein Datenumsetz-Befehlssignal Vcon
über eine Datenumsetz-Befehlsleitung 5 zu dem Spannungs-Im
pulsanzahl-Wandler 16B ausgibt, wird ein Ausgangssignal VO
aus dem Spannungs-Impulsanzahl-Wandler 16B über eine Daten
leitung 7 zu einem Ereigniszähler 12 übertragen, der in dem
Mikrocomputer 4 enthalten ist.
Demgegenüber wird ein Ausgangssignal aus dem Sensor 1 durch
den Verstärker 2 verstärkt. Ein aus diesem Verstärker 2 aus
gegebenes Spannungssignal wird durch den Spannungs-Impulsan
zahl-Wandler 16B zu einem Impulsanzahl-Signal umgewandelt,
das die Anzahl der Impulse darstellt. Dieses Impulsanzahl-Si
gnal wird über die Datenleitung 7 zu dem Ereigniszähler 12
des Mikrocomputers 4 übertragen. In dem Fall, bei dem der
Sensor 1 ein Drucksensor ist, kann der Wert eines Drucks
durch Lesen des durch den Ereigniszähler 12 angegebenen Wer
tes durch den Mikrocomputer 4 ermittelt werden, falls das Sy
stem auf eine solche Weise aufgebaut ist, daß beispielsweise
dann, wenn der Druck 0 Pa (0 at) ist, die Anzahl der Impulse
10 beträgt, daß, wenn der Druck 9,8 10⁴ Pa (1 at) beträgt,
die Anzahl der Impulse 1000 beträgt, und daß, falls der Druck
einen Wert zwischen 0 und 9,8 · 10⁴ Pa (1 at) hat, die Anzahl
der Impulse proportional zu dem Druck ist (übrigens sollte in
diesem Fall die Größe des Ereigniszählers 12 zumindest zehn
Bit betragen).
Der Spannungs-Impulsanzahl-Wandler 16B kann jedoch nicht im
mer Impulse ausgeben. Deswegen gibt gemäß Fig. 13 dieser
Spannungs-Impulsanzahl-Wandler 16B Impulse nur für eine Zeit
periode tb aus, nachdem eine andere vorbestimmte Zeitperiode
ta verstrichen ist, da der Signalpegel des Datenumsetz-Be
fehlssignals Vcon den hohen Pegel annimmt. Die Länge der
Zeitperiode tb verändert sich proportional zu dem Aus
gangssignal des Sensors 1. Auf diese Weise ist die maximale
Länge der Zeitperiode tb das Produkt des maximalen Ausgangs
signals des Sensors 1 (nämlich die maximale Anzahl der Im
pulse) und der Periode eines Taktsignals, das durch einen in
den Spannungs-Impulsanzahl-Wandler 16B eingebauten Taktgene
rator erzeugt wird. Deshalb ist die Länge der Zeit, während
der das Datenumsetz-Befehlssignal Vcon den hohen Pegel auf
weist, die Summe der Länge der Zeitperiode ta, der maximalen
Länge der Zeitperiode tb und der Länge einer Randzeitperiode
tc, die unter Berücksichtigung der Veränderung der Periode
des Taktsignals CLK eingestellt ist.
Außerdem ist es bei dem Fall gemäß Ausführungsbeispiel 3 er
forderlich, das Gate des Ereigniszählers 12 des Mikrocom
puters 4 freizugeben, während das Datenumsetz-Befehlssignal
Vcon den hohen Pegel aufweist. Während der Periode, bei der
dieses Signal Vcon auf dem hohen Pegel belassen wird, kann
der Mikrocomputer 4 eine andere Arbeit ausführen. Selbst
nachdem Daten durch das System erfaßt werden, kann der Mikro
computer 4 in dem Ereigniszähler 12 gespeicherte Daten lesen,
wann immer die Daten benötigt werden. Auf diese Weise ist
eine dem Mikrocomputer 4 auferlegte Last extrem gering. Die
Genauigkeit des in den Spannungs-Impulsanzahl-Wandler 16B
eingebauten Taktgenerators steht nicht in Beziehung zu der
Meßgenauigkeit des Sensorsystems. Der Taktgenerator 20 kann
eine einfache Oszillatorschaltung sein, die aus Kondensatoren
und Widerständen besteht. Die Kosten des Systems können auf
einen geringen Wert gesenkt werden. Außerdem kann der bein
haltete Taktgenerator des Mikrocomputers 4 mit einer geringen
Geschwindigkeit oder geringen Frequenz arbeiten. Auf diese
Weise kann der Stromverbrauch des Systems leicht auf einen
geringen Wert gesenkt werden. Außerdem ist diese Sensorvor
richtung am besten für ein batteriebetriebenes System ge
eignet. Desweiteren kann die Anzahl von zum Verbinden der
Sensoreinrichtung 11B mit dem Mikrocomputer 4 verwendeten
Leitungen klein sein.
Nachstehend wird Ausführungsbeispiel 4 der Erfindung unter
Bezug auf Fig. 14 beschrieben. Fig. 14 ist ein Schaltbild zum
Darstellen des gesamten Aufbaus eines weiteren erfindungsge
mäßen Sensorsystems (nämlich Ausführungsbeispiel 4).
Obwohl der Aufbau des Spannungs-Impulsanzahl-Wandlers 16B ge
mäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 3 ähn
lich zu dem des Spannungs-Impulsanzahl-Wandlers 16 gemäß dem
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 ist, ist der
Aufbau eines Spannungs-Impulsanzahl-Wandlers 16C gemäß diesem
Ausführungsbeispiel 4 ähnlich zu dem des Spannungs-Impuls
anzahl-Wandlers 16A gemäß dem vorstehend beschriebenen Aus
führungsbeispiel 2. Eine Taktgeberschaltung 21 gemäß Aus
führungsbeispiel 4 ist eine Logikschaltung, die ein Signal TM
aus einem Datenumsetz-Befehlssignal Vcon entsprechend einer
Versorgungsspannung Vcc erzeugt. Außerdem erzeugt ein Takt
generator 20 auf ähnliche Weise Taktsignale entsprechend dem
Datenumsetz-Befehlssignal Vcon. Wenn das Datenumsetz-Befehls
signal Vcon aus dem Mikrocomputer 4 zu dem Spannungs-Impuls
anzahl-Wandler 16C über eine Datenumsetz-Befehlsleitung 5
ausgegeben wird, wird ein Ausgangssignal VO aus dem Span
nungs-Impulsanzahl-Wandler 16C über eine Datenleitung 7 zu
einem in dem Mikrocomputer 4 eingebauten Ereigniszähler 12
übertragen. Dieses Ausführungsbeispiel 4 weist Wirkungen oder
Vorteile auf, die ähnlich zu denen des vorstehend beschrie
benen Ausführungsbeispiels 3 sind.
Ein Spannungs-Impulsanzahl-Wandler (16) einer erfindungsge
mäßen Sensorvorrichtung (11) ist mit einer Takt-Steuervor
richtung (22) versehen. Wenn diesem Wandler (16) über eine
Stromversorgungsleitung (15) aus einer Stromversorgungs
schaltung Strom zugeführt wird, sperrt eine Taktgeberschal
tung (21) dieses Wandlers (16) sich selbst vom Durchführen
eines Steuervorgangs, bis die Arbeitsweise eines Sensors (1)
und eines Verstärkers (2) stabil wird. Nachdem eine vorbe
stimmte Zeitperiode abgelaufen ist, wird die Sperrung der
Steuerungen aufgehoben. Dann wird eine Analog-Digital-Wand
lung eines Ausgangssignals aus dem Verstärker (2) durch den
Analog-Digital-Wandler (17) durchgeführt. Daraufhin wird ein
Zähler (18) zum Herabzählen von einem als das Ergebnis der
Analog-Digital-Wandlung erhaltenen Wert betrieben. Wenn ein
Ausgangssignal des Zählers (18) Null wird, wird der Betrieb
des Zählers (18) gestoppt. Für den Betrieb des Zählers (18)
verwendete Taktsignale (CLK) werden in die Impuls-Aus
gabeschaltung (19) eingegeben, deren Gate nur freigegeben
wird, wenn dieser Zähler (18) arbeitet. Dadurch gibt die
Takt-Steuervorrichtung (22) zu einem Ereigniszähler ein Im
pulssignal (VO) mit Impulsen der Anzahl aus, die proportional
zu einem Ausgangssignal des Sensors (1) ist. Auf diese Weise
kann die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung (11) Daten mit
hoher Genauigkeit erhalten. Außerdem kann der Stromverbrauch
der Sensorvorrichtung (1) verringert werden. Infolgedessen
kann eine einem Mikrocomputer auferlegte Last gesenkt werden.
Claims (11)
1. Sensorvorrichtung mit
einer Sensoreinrichtung (1) zum Erfassen einer physika lischen Größe und zum Ausgeben einer der physikalischen Größe entsprechenden Erfassungsspannung,
einer Verstärkungsvorrichtung (2) zum Verstärken der Erfassungsspannung und
einer Spannungs-Impulsanzahl-Umsetzvorrichtung (16; 16A; 16B; 16C) zum Ausgeben eines Impulssignals (VO) mit Impulsen der Anzahl, die proportional zu der verstärkten Erfassungs spannung ist, entsprechend einem von außen zugeführten Daten übertragungs-Anforderungssignal.
einer Sensoreinrichtung (1) zum Erfassen einer physika lischen Größe und zum Ausgeben einer der physikalischen Größe entsprechenden Erfassungsspannung,
einer Verstärkungsvorrichtung (2) zum Verstärken der Erfassungsspannung und
einer Spannungs-Impulsanzahl-Umsetzvorrichtung (16; 16A; 16B; 16C) zum Ausgeben eines Impulssignals (VO) mit Impulsen der Anzahl, die proportional zu der verstärkten Erfassungs spannung ist, entsprechend einem von außen zugeführten Daten übertragungs-Anforderungssignal.
2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Datenübertra
gungs-Anforderungssignal ein von außen zugeführtes Stromver
sorgungs-Einschaltsignal (Vcc) ist.
3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Spannungs-Im
pulsanzahl-Umsetzvorrichtung (16) einen Taktgenerator (20),
eine Takt-Steuervorrichtung (22), einen Analog-Digital-Wand
ler (17) und eine Impuls-Ausgabeschaltung (19) aufweist,
wobei der Taktgenerator (20) ein Taktsignal (CLK) mit einer vorbestimmten Frequenz entsprechend dem Stromversor gungs-Einschaltsignal (Vcc) erzeugt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22) verursacht, daß der Analog-Digital-Wandler (17) eine Analog-Digital-Wandlung der verstärkten Erfassungsspannung durchführt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22) verursacht, daß der Zähler (18) von einem als das Ergebnis der Analog-Digi tal-Wandlung erhaltenen Wert auf Null herunterzählt, und
wobei nur dann, wenn der Zähler (18) arbeitet, die Takt- Steuervorrichtung (22) verursacht, daß die Impuls-Ausgabe schaltung (19) das Taktsignal (CLK), das durch den Taktgene rator (20) erzeugt wird, als das Impulssignal (VO) ausgibt.
wobei der Taktgenerator (20) ein Taktsignal (CLK) mit einer vorbestimmten Frequenz entsprechend dem Stromversor gungs-Einschaltsignal (Vcc) erzeugt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22) verursacht, daß der Analog-Digital-Wandler (17) eine Analog-Digital-Wandlung der verstärkten Erfassungsspannung durchführt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22) verursacht, daß der Zähler (18) von einem als das Ergebnis der Analog-Digi tal-Wandlung erhaltenen Wert auf Null herunterzählt, und
wobei nur dann, wenn der Zähler (18) arbeitet, die Takt- Steuervorrichtung (22) verursacht, daß die Impuls-Ausgabe schaltung (19) das Taktsignal (CLK), das durch den Taktgene rator (20) erzeugt wird, als das Impulssignal (VO) ausgibt.
4. Sensorvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Spannungs-
Impulsanzahl-Umsetzvorrichtung (16) außerdem eine Taktgeber
schaltung (21) zum Ausgeben eines Taktgebersignals (TM) mit
einer vorbestimmten Dauer entsprechend dem Stromversorgungs-
Einschaltsignal (Vcc) aufweist, und
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22) sich selbst vom Durchführen eines Steuervorgangs für die vorbestimmte Dauer entsprechend dem Taktgebersignal (TM) sperrt, bis die Ar beitsweise der Sensoreinrichtung (1) und der Verstärkungs vorrichtung (2) stabil wird.
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22) sich selbst vom Durchführen eines Steuervorgangs für die vorbestimmte Dauer entsprechend dem Taktgebersignal (TM) sperrt, bis die Ar beitsweise der Sensoreinrichtung (1) und der Verstärkungs vorrichtung (2) stabil wird.
5. Sensorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Spannungs-Im
pulsanzahl-Umsetzvorrichtung (16A) einen Taktgenerator (20),
eine Takt-Steuervorrichtung (22A), einen Zähler (18), einen
Digital-Analog-Wandler (42), einen Vergleicher (41) und eine
Impuls-Ausgabeschaltung (19) aufweist,
wobei der Taktgenerator (20) ein Taktsignal (CLK) mit einer vorbestimmten Frequenz entsprechend dem Stromver sorgungs-Einschaltsignal (Vcc) erzeugt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß der Zähler (18) von Null hochzählt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß der Digital-Analog-Wandler (42) eine Digital-Analog-Wandlung des durch den Zähler (18) erhaltenen Zählwerts durchführt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß der Vergleicher (41) ein Ausgangssignal (COM) aus dem Digi tal-Analog-Wandler (42) mit der verstärkten Erfassungs spannung vergleicht, und
wobei nur für eine Zeitperiode, bis das Ausgangssignal (COM) aus dem Digital-Analog-Wandler (42) gleich der ver stärkten Erfassungsspannung wird, die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß die Impuls-Ausgabeschaltung (19) das Taktsignal (CLK), das durch den Taktgenerator (20) erzeugt und aus ihm gesendet wird, als das Impulssignal (VO) ausgibt.
wobei der Taktgenerator (20) ein Taktsignal (CLK) mit einer vorbestimmten Frequenz entsprechend dem Stromver sorgungs-Einschaltsignal (Vcc) erzeugt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß der Zähler (18) von Null hochzählt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß der Digital-Analog-Wandler (42) eine Digital-Analog-Wandlung des durch den Zähler (18) erhaltenen Zählwerts durchführt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß der Vergleicher (41) ein Ausgangssignal (COM) aus dem Digi tal-Analog-Wandler (42) mit der verstärkten Erfassungs spannung vergleicht, und
wobei nur für eine Zeitperiode, bis das Ausgangssignal (COM) aus dem Digital-Analog-Wandler (42) gleich der ver stärkten Erfassungsspannung wird, die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß die Impuls-Ausgabeschaltung (19) das Taktsignal (CLK), das durch den Taktgenerator (20) erzeugt und aus ihm gesendet wird, als das Impulssignal (VO) ausgibt.
6. Sensorvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Spannungs-Im
pulsanzahl-Umsetzvorrichtung (16A) außerdem eine Taktgeber
schaltung (21) zum Ausgeben eines Taktgebersignals (TM) mit
einer vorbestimmten Dauer entsprechend dem Stromversorgungs-
Einschaltsignal (Vcc) aufweist, und
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) sich selbst vom Durchführen eines Steuervorgangs für die vorbestimmte Dauer entsprechend dem Taktgebersignal (TM) sperrt, bis die Ar beitsweise der Sensoreinrichtung (1) und der Verstärkungsvor richtung (2) stabil wird.
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) sich selbst vom Durchführen eines Steuervorgangs für die vorbestimmte Dauer entsprechend dem Taktgebersignal (TM) sperrt, bis die Ar beitsweise der Sensoreinrichtung (1) und der Verstärkungsvor richtung (2) stabil wird.
7. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Datenübertra
gungs-Anforderungssignal ein von außen gesendetes Datenum
setz-Befehlssignal (Vcon) ist.
8. Sensorvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Spannungs-Im
pulsanzahl-Umsetzvorrichtung (16B) einen Taktgenerator (20),
eine Takt-Steuervorrichtung (22), einen Analog-Digital-Wand
ler (17), einen Zähler (18) und eine Impuls-Ausgabeschaltung
(19) aufweist,
wobei der Taktgenerator (20) ein Taktsignal (CLK) mit einer vorbestimmten Frequenz entsprechend dem Datenumsetz- Befehlssignal (Vcon) erzeugt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22) verursacht, daß der Analog-Digital-Wandler (17) eine Analog-Digital-Wandlung der verstärkten Erfassungsspannung durchführt, wobei die Takt-Steuervorrichtung (22) verursacht, daß der Zähler (18) von einem als das Ergebnis der Analog- Digital-Wandlung erhaltenen Wert auf Null herunterzählt, und wobei nur dann, wenn der Zähler (18) arbeitet, die Takt- Steuervorrichtung (22) verursacht, daß die Impuls-Ausgabe schaltung (19) das Taktsignal (CLK), das durch den Taktgene rator (20) erzeugt wird, als das Impulssignal (VO) ausgibt.
wobei der Taktgenerator (20) ein Taktsignal (CLK) mit einer vorbestimmten Frequenz entsprechend dem Datenumsetz- Befehlssignal (Vcon) erzeugt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22) verursacht, daß der Analog-Digital-Wandler (17) eine Analog-Digital-Wandlung der verstärkten Erfassungsspannung durchführt, wobei die Takt-Steuervorrichtung (22) verursacht, daß der Zähler (18) von einem als das Ergebnis der Analog- Digital-Wandlung erhaltenen Wert auf Null herunterzählt, und wobei nur dann, wenn der Zähler (18) arbeitet, die Takt- Steuervorrichtung (22) verursacht, daß die Impuls-Ausgabe schaltung (19) das Taktsignal (CLK), das durch den Taktgene rator (20) erzeugt wird, als das Impulssignal (VO) ausgibt.
9. Sensorvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Spannungs-Im
pulsanzahl-Umsetzvorrichtung (16B) außerdem eine Taktgeber
schaltung (21) zum Ausgeben eines Taktgebersignals (TM) mit
einer vorbestimmten Dauer entsprechend dem Datenumsetz-Be
fehlssignal (Vcon) aufweist, und
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22) sich selbst vom Durchführen eines Steuervorgangs für die vorbestimmte Dauer entsprechend dem Taktgebersignal (TM) sperrt, bis die Ar beitsweise der Sensoreinrichtung (1) und der Verstärkungs vorrichtung (2) stabil wird.
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22) sich selbst vom Durchführen eines Steuervorgangs für die vorbestimmte Dauer entsprechend dem Taktgebersignal (TM) sperrt, bis die Ar beitsweise der Sensoreinrichtung (1) und der Verstärkungs vorrichtung (2) stabil wird.
10. Sensorvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Spannungs-
Impulsanzahl-Umsetzvorrichtung (16C) einen Taktgenerator
(20), eine Takt-Steuervorrichtung (22), einen Zähler (18),
einen Digital-Analog-Wandler (42), einen Vergleicher (41) und
eine Impuls-Ausgabeschaltung (19) aufweist,
wobei der Taktgenerator (20) ein Taktsignal (CLK) mit einer vorbestimmten Frequenz entsprechend dem Datenumsetz- Befehlssignal (Vcon) erzeugt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß der Zähler (18) von Null hochzählt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß der Digital-Analog-Wandler eine Digital-Analog-Wandlung des durch den Zähler (18) erhaltenen Werts durchführt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß der Vergleicher (41) ein Ausgangssignal (COM) aus dem Digital-Analog-Wandler (42) mit der verstärkten Erfassungs spannung vergleicht, und
wobei nur für eine Zeitperiode, bis das Ausgangssignal (COM) des Digital-Analog-Wandlers (42) gleich der verstärkten Erfassungsspannung wird, die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß die Impuls-Ausgabeschaltung (19) das Taktsi gnal (CLK), das durch den Taktgenerator (20) erzeugt wird, als das Impulssignal (VO) ausgibt.
wobei der Taktgenerator (20) ein Taktsignal (CLK) mit einer vorbestimmten Frequenz entsprechend dem Datenumsetz- Befehlssignal (Vcon) erzeugt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß der Zähler (18) von Null hochzählt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß der Digital-Analog-Wandler eine Digital-Analog-Wandlung des durch den Zähler (18) erhaltenen Werts durchführt,
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß der Vergleicher (41) ein Ausgangssignal (COM) aus dem Digital-Analog-Wandler (42) mit der verstärkten Erfassungs spannung vergleicht, und
wobei nur für eine Zeitperiode, bis das Ausgangssignal (COM) des Digital-Analog-Wandlers (42) gleich der verstärkten Erfassungsspannung wird, die Takt-Steuervorrichtung (22A) verursacht, daß die Impuls-Ausgabeschaltung (19) das Taktsi gnal (CLK), das durch den Taktgenerator (20) erzeugt wird, als das Impulssignal (VO) ausgibt.
11. Sensorvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Spannungs-
Impulsanzahl-Umsetzvorrichtung (16C) außerdem eine Takt
geberschaltung (21) zum Ausgeben eines Taktgebersignals (TM)
mit einer vorbestimmten Dauer entsprechend dem Datenumsetz-
Befehlssignal (Vcon) aufweist, und
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) sich selbst vom Durchführen eines Steuervorgangs für die vorbestimmten Dauer entsprechend dem Taktgebersignal (TM) sperrt, bis die Ar beitsweise der Sensoreinrichtung (1) und der Verstärkungsvor richtung (2) stabil wird.
wobei die Takt-Steuervorrichtung (22A) sich selbst vom Durchführen eines Steuervorgangs für die vorbestimmten Dauer entsprechend dem Taktgebersignal (TM) sperrt, bis die Ar beitsweise der Sensoreinrichtung (1) und der Verstärkungsvor richtung (2) stabil wird.
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