DE19653306C2 - Verfahren für eine elektronische Jalousie-, Rolladen-, Markisensteuerung oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine elektronische Jalousie-Rolladen- Markisensteuerung oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Steuerung ist aus der EP 0 447 849 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Steuerung ist für eine beliebige Gruppe aufeinanderfolgender Kalendertage eine Öffnungs- und eine Schließzeit in einem Tabellenspeicher abgelegt. Eine vom Benutzer eingebbare Öffnungs- und Schließzeit wird mit der aktuellen Zeit und dem für den aktuellen Tag gültigen Tabellenwert verglichen und nach gewissen Regeln entschieden, wann die Fahrbewegung tatsächlich ausgeführt wird, so dass der Benutzer der Tätigkeit enthoben ist, z. B. bei Beginn der dunkelen Jahreszeit die morgendliche Öffnungszeit ständig manuell in Richtung der Mittagszeit zu verändern und dementsprechend umgekehrt. Ferner ist es auch aus dem einschlägigen Stand der Technik bekannt, in elektronischen Rechnern für eine gewünschte Funktion über einem Eingangswertebereich in einer Tabelle Funktionswerte für bestimmte Stützstellen abzulegen, um durch einfache Interpolation zu Funktionswerten zwischen den Stützstellen zu gelangen, anstatt diese durch komplizierte, zeitraubende Rechenalgorithmen zu bestimmen. Diese Methode ist besonders geeignet für periodische Funktionen, wie beispielsweise die Sinus- oder Cosinusfunktion.

Außerdem ist es durch die DE 44 18 315 A1 bekannt, dass die Hälfte der Zeit zwischen Sonnenuntergang und Sonnenaufgang für einen Längengrad praktisch immer zur gleichen Uhrzeit erreicht wird.

Desweiteren ist es durch die Druckschrift M. Seifart, Digitale Schaltungen. Hüthig-Verlag, Heidelberg, 1988, Seiten 263-266, bekannt geworden, zur Nachbildung von mathematischen Funktionen in Digitalrechnern Tabellenspeicher zu verwenden. Dabei ist hier nur ein Quadrant mit einer Sinusfunktion in einem ROM gespeichert. Im Betrieb werden durch passende Adressierungen die gespeicherten Werte ausgelesen und durch entsprechende Vorzeichenvergabe die gesamte periodische Funktion wiederhergestellt. Dieses Verfahren ist insbesondere zur Erzeugung niedriger Frequenzen geeignet.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, den bekannten Stand der Technik dahingehend zu verbessern, dass der Speicherplatzbedarf der bekannten Tabelle weiter verringert werden kann, ohne daß dabei die Funktionalität beein­ trächtigt wird. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen zur Durchführung des Verfahrens sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

Zur Lösung der Aufgabenstellung ist es also notwendig, eine Möglichkeit zu finden, die benötigten Tabellenwerte so zu wählen, daß mit Hilfe einer einfachen Rechnung daraus die Sonnenauf- und Untergangskurve zu ermitteln ist. Diese Rechnung sollte möglichst nur auf eine kleine Anzahl Additionen und Subtraktionen zurückgreifen, da diese von den heute in Steuerungen üblicherweise verwendeten Mikroprozessoren beherrscht werden und andererseits der Platzbedarf des Rechenalgorithmus im Programm­ speicher eines solchen Mikroprozessors nicht zu hoch anwachsen darf, da der Gesamtgewinn in diesem Falle nicht hoch wäre.

Der jahreszeitliche Verlauf des Sonnenaufganges (SA) und -unterganges (SU) an einem bestimmten Ort kann einschlägigen Tabellenwerken entnommen und als Kurve über einem Jahres-Zeitstrahl aufgetragen werden. Bei der Betrachtung dieser Kurve erkennt man, daß es sich in beiden Fällen um Schwingungen mit einjähriger Wiederkehr (Periode) handelt. Dabei bewegt sich die Amplitude der jahreszeitabhängigen Auslenkung um einen jeweiligen mittleren Zeitpunkt. Die Größe der Amplitude, sowie der Kurvenverlauf richtet sich dabei nach der geographischen Breite, auf der sich der be­ trachtete Ort befindet. Die Skalierung der Zeitachse wird dadurch be­ stimmt, ob die Kurven in "mittlerer Ortszeit" (MOZ) oder in "gesetzlicher Zeit" (GZ) aufgetragen sind. Erste ist für alle auf einem Breitengrad be­ findlichen Orte gleich, da sie in Anlehnung an den tatsächlichen Sonnen­ stand definiert ist, d. h. bei höchstem Stand der Sonne ist Ortsmittag. Bei Skalierung nach GZ ergibt sich eine konstante Verschiebung beider Kurven zu früheren oder späteren Zeiten. Hierbei hängt die Größe der Verschiebung davon ab, wie groß die Differenz zwischen dem Längengrad, der durch den betrachteten Ort verläuft und demjenigen, für den die gesetzliche Zeit festgelegt wurde, ist. (Dabei entspricht ein Längengrad jeweils 4 Zeitminuten.) Liegt der Ort östlicher, so geht die Sonne früher auf und unter, liegt er westlicher, so hat man eine Verschiebung in Richtung späterer Uhrzeiten. Daraus erkennt man, daß die Betrachtung der allgemeingültigen Kurve (in MOZ) für die Lösung der gestellten Aufgabe besser geeignet ist, da durch einfache Addition oder Subtraktion jede beliebige Kurve letzterer Art daraus erzeugt werden kann.

In der EP 0 447 849 A1 wird angeregt, den Kurvenverlauf des Sonnenauf­ ganges z. B. mit einer Funktion der Art

UZ = Zo + A × cos(2πJT/365)

anzunähern, mit Zo als mittlerer Uhrzeit von 6.15 (Uhr) A als Amplitude von 2.15 (Stunden) und JT als Tag des Jahres. Drei Gründe sprechen gegen eine Nutzung dieser Berechnungsmethode:

• 1. Ungünstig ist, daß bei der Wahl dieser Werte schon die Berücksichtigung der gesetzlichen Zeit mit eingearbeitet wurde.
• 2. Darüber hinaus erhält man auch mit einer Verbesserung der Formel in die Richtung
  UZ = Zo + A × cos((2πJT + V)/365) + Zv
  mit Zo = 6.00 (Uhr), A = Amplitude (in Stunden, abhängig vom Breiten­ grad des betrachteten Ortes), Zv = Zeitdifferenz (in Stunden, aufgrund der Längendifferenz) und V = Verschiebung entlang der Jahresachse (hier in Tagen) zur besseren Anpassung des Kurvenverlaufs, keine, für seine selbsttätige Nachführung der Schaltzeiten einer eingangs genannten Steuerung, hinreichend genaue Annäherung an die tatsächliche Kurve des Sonnenaufganges.
• 3. Die Verwendung einer cos-Funktion, die, wie oben erwähnt, auch eine Vielzahl von Tabellen-Stützstellen erforderlich machte, läßt sich mit den üblicherweise in technischen Ausgestaltungen einer Rolladen-, Jalousie-, Markisensteuerung oder dergleichen benutzten Mikropro­ zessor nicht mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand realisieren.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe mußte daher ein günstigeres Verfahren gefunden werde. Bei genauer Betrachtung der Sonnenauf- und -untergangs­ kurve kann man gewisse Symmetrieeigenschaften zwischen beiden Kurven feststellen, und zwar dergestalt, daß eine gewisse sog. Punktsymmetrie zu einem Punkt des Jahreszeitstrahls existiert. Idealerweise läge dieser Punkt genau in der Jahresmitte. In diesem Fall ließe sich folgender Zusammenhang zwischen SA- und SU-Kurve angeben:

ΔSA (Jahresanfang) = ΔSU (Jahresende),

wobei Δ die Differenz (z. B. in Stunden) zu einer festgelegten Bezugs­ zeit darstellt. Diese festgelegte Bezugszeit muß entweder die Mittags­ linie (12.00 Uhr) sein, um für beide Kurven Gültigkeit zu haben oder, bei Verwendung von zwei gesonderten Bezugszeiten, müssen diese in gleichem Abstand um die Mittagslinie liegen. Wählt man die Bezugszeiten 6.00 Uhr (für SA) und 18.00 Uhr (für SU), so entsprechen die dazugehörigen Δ- Werte dem Zusammenhang

UZ = Zo + A × f(JT)

wobei wegen oben genannter Ungenauigkeit die cos-Funktion für f(JT) nicht in Frage kommt. Auf diese Weise ließe sich der Symmetriezusammen­ hang zwischen den beiden Kurven mathematisch folgendermaßen darstellen:

UZ Sonnenaufgang = ZoSA + A × f(JT)

UZ Sonnenuntergang = ZoSU - A × f(365 - JT)

Bei der in der EP 0 447 849 A1 beschriebenen Erfindung werden die sich aus dieser Gleichung ergebenden Werte (korrigiert auf die gesetzliche Zeit eines Bezugsortes) als Öffnungs- und Schließzeiten in einer Tabelle abge­ legt, um eine speicherplatz- und rechenzeitintensive Bestimmung zu umgehen. Um den Umfang der Tabelle weiter zu minimieren, kann für mehrere aufeinanderfolgende Tage der gleiche Wert Gültigkeit haben, es muß nur der entsprechend richtige Wert aus der Tabelle ausgewählt werden. Eine erforderliche "Adressierung" der Tabelle o. g. Art kann mit üblichen Mikroprozessoren unproblematisch durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Jalousiesteuerung macht jetzt von den oben ge­ schilderten Zusammenhängen Gebrauch, um den Speicherbedarf der Tabelle bei gleicher Genauigkeit der Näherung weiter zu verringern. Dazu werden statt der fertig berechneten Uhrzeiten von SA und SU nur die Werte des Ausdrucks A × f(JT) als Tabellenwerte übernommen.

Die Sonnenauf- und -untergänge selbst werden durch eine kurze Addition ermittelt. Dabei wird für den Sonnenaufgang der Wert für "A × f(JT)" ausgelesen, d. h. mit aufsteigenden Adressen vom Jahresanfang aus. Den Ausdruck "- A × f(365 - JT)" der für den Sonnenuntergang auf die Bezugszeit addiert werden muß, erhält man, wenn mit dem Argument (365 - JT) in die Tabelle gegangen und der dort gefundene Wert von der Bezugszeit substrahiert wird, d. h. die Tabelle wird absteigend adressiert, also vom Jahresende aus beginnend. Diese Art der Adressierung sowie die einfache Addition bzw. Subtraktion ist bei üblicherweise verwendeten Mikrocontrollern unproblematisch zu realisieren. Daher ist mit einer ein­ fachen Kombination aus Adressierungsart und Rechnung eine Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung zu erreichen.

Für den genannten Idealfall, daß der Symmetriepunkt genau in die Jahres­ mitte fiele, also auf den 183sten Tag, wäre, im Verhältnis zur Ab­ speicherung jeweils einer Öffnungs- und einer Schließzeit, eine Reduktion der Anzahl benötigter Tabellenwerte auf genau die Hälfte möglich. Die Einsparung ist um so größer, je genauer die Rasterung der Kurve ist, am größten also bei Angaben für jeden einzelnen Jahrestag.

Im realen Jahresverlauf liegt der Symmetriepunkt jedoch um den Zeitraum von 11 Tagen zur exakten Mitte verschoben. Dies sollte bei dem Entwurf der Tabelle aufgefangen werden, da sonst eine aufwendigere Rechnung zur Adressierung durchgeführt werden muß. Im Normalfall der Ausgestaltung wird man die Tabelle um diejenige Anzahl Einträge verlängern, die not­ wendig sind, um diese Verschiebung zu korrigieren und die einfache Aufwärts-/Abwärts-Adressierung beibehalten zu können. Der Speicherge­ winn wird dadurch um einen geringen Betrag geschmälert, statt der 50%igen Einsparung können nur 47% des Platzes eingespart werden, was jedoch für die erfindungsgemäße Aufgabenlösung als ausreichend angesehen werden kann.

In der Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Be­ stimmung von Sonnenaufgangs- und -untergangszeiten könnte man sich vorstellen, nur den Ausdruck f(JT) oben genannter Formelzusammenhänge abzulegen. Damit hätte man eine normierte Funktion abgelegt, die im Gegensatz zur Cosinusfunktion die geforderte Genauigkeit zur Errechnung der benötigten Zeitwerte hat. In einem weiteren Schritt könnte diese Tabelle mit einer anderen Tabelle verknüpft werden, in der Werte für die Amplitude A in Abhängigkeit vom jeweiligen Breitengrad des Anwendungs­ ortes für o. g. Formeln abgelegt sind, womit eine fast weltweite Einsetz­ barkeit gegeben ist. Nach der in der EP 0 447 849 B1 patentierten Methode wäre für jeden erforderlichen Breitengrad eine komplette Tabelle der Öffnungs- und Schließzeiten abzulegen. Für diesen Fall wäre die Speicherplatzreduktion durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens immens.

Eine ausführliche Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt nachstehend anhand eines in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungs­ beispiels. Es zeigen:

Fig. 1 eine Sonnenauf- und -untergangskurve;

Fig. 2 einen möglichen Tabellenaufbau mit zugehöriger Adressierung.

Die in der Fig. 1 dargestellten Kurven gelten für einen beliebigen Ort auf 50° nördlicher Breite mit der Zeitskala in MOZ (Mittlerer-Orts-Zeit). Sie sind einem allgemein bekannten Tabellenwerk entnommen und hier der Übersichtlichkeit halber graphisch aufgetragen. Außer den Kurven zeigt die Fig. 1 die für dieses Beispiel gewählten Bezugszeiten, und zwar die 6.00-Uhr-Linie für den Sonnenaufgang und die 18.00-Uhr-Linie für den Sonnenuntergang. Diese Werte sind willkürlich gewählt, erscheinen jedoch sinnvoll, da sie die mittleren Grenzen zwischen Tag und Nacht darstellen. Wichtig ist, daß sie der für die Anwendung des Verfahrens notwendigen Forderung entsprechen, in gleichem Abstand zur Mittagslinie (12.00 Uhr) zu liegen (dies muß für die korrekte graphische Darstellung ebenfalls so gezeichnet werden).

Der nächste Schritt zum gewünschten Ergebnis ist, nach der Wahl des Breitengrades, in dessen Bereich die Steuerung später genutzt werden soll, und den Bezugszeiten für eine der beiden Kurven die Differenzzeiten zwischen Kurve und zugehöriger Bezugszeit tabellarisch aufzutragen (im Beispiel ist dies für die Sonnenaufgangskurve geschehen). Die Anzahl der Tabellenwerte richtet sich dabei nach der geforderten Genauigkeit mit der die Kurve später angenähert werden soll, die feinste Stufung ergibt sich natürlich mit je einem Tabelleneintrag pro Kalendertag (ist im Beispiel so behandelt). Für eine praxisgerechte Steuerung dürfte jedoch ein gleicher Wert für mehrere aufeinanderfolgende Tage, z. B. eine Woche, hinreichend genau sein.

Diese Tabellenwerte werden im Mikroprozessor der Steuerung hinterlegt.

Die Umkehr zur Bildung der Tabellenwerte, nämlich die Rechnung Sonnenaufgang (Tag X) = Bezugszeit 06.00 Uhr + Tabellenwert (Speicher­ stelle X + 21) wirft für den Tag X die dazugehörige Zeit des Sonnen­ aufgangs aus. (Die Addition von 21 in der Adresse wird weiter unten erklärt).

Stand der Technik war es bisher, eine weitere, ebensogroße Tabelle auch für die Sonnenuntergangszeiten zu hinterlegen. Das erfindungsgemäße Verfahren macht dies jedoch überflüssig. Zur Bildung der Zeiten des Sonnenunterganges benutzt man die gleiche Tabelle, die aufgrund der nicht zur genauen Jahresmitte vorhandenen Symmetrie um einige Werte er­ weitert werden mußte, nämlich um die Einträge der Speicherzellen 1 bis 21. Diese füllt man mit den letzten 21 Werten der 365 Tage umfassenden Tabelle. Damit ist der gewünschte Effekt erzielt, weil die Kurven peri­ odisch durch die Kalenderjahre hindurchlaufen.

Nun erhält man die Sonnenuntergangszeiten dergestalt, daß man z. B. für den letzten Jahrestag (JT) von der Bezugszeit 18.00 Uhr den Tabellen­ wert des ersten Speicherplatzes subtrahiert. Entsprechend für den vor­ letzten Tag den Wert des zweiten Speicherplatzes etc. Man adressiert also indirekt über den Zusammenhang Sonnenuntergang (JT X) = Bezugs­ zeit 18.00 Uhr - Tabellenwert (Speicherstelle 366-X). Konkret: Am dritten Kalendertag ist SA (3) um 06.00 + SP. (24) = 06.00 + 1.59 = 07.59 Uhr (MOZ) und SU (3) um 18.00 - SP. (363) = 18.00 - 1.44 = 16.16 Uhr (MOZ). Durch dieses hier am Beispiel beschriebene Verfahren läßt sich also ein Speichergewinn von 365 - 21 = 344 Speicherplätzen erzielen, bzw. von in jedem Fall 47% gegenüber der Methode, mit je einer Tabelle für Sonnenaufgang und Sonnenuntergang getrennt, unabhängig von der Feinheit der Stufung.

Claims (5)

1. Verfahren zur elektronischen Jalousie-, Rolladen-, Markisensteuerung oder dergleichen, die bei ihrem Betrieb mittelbar oder unmittelbar die Drehrichtung eines Antriebsmotors zum Öffnen oder Schließen der vorgenannten Jalousievarianten ansteuert, wobei die Zeiten dieser Auf- oder Abwärtsbewegung automatisch den sich im Jahresverlauf verändernden Sonnenauf und Sonnenuntergangszeiten nachgeführt werden können, ohne dass der Benutzer die Einstellungen manuell anpassen muss, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit eine Tabelle (Fig. 2) abgelegt wird, deren Werte aus der Differenz zwischen einer Sonnenaufgangs- oder einer Sonnenuntergangskurve (einer der beiden Kurven aus Fig. 1) und einer zugehörigen Bezugszeit gebildet sind, wobei die Steuereinheit ein Adressierungs- und Rechenverfahren enthält, welches die Eigenschaft des Jahresverlaufes von Sonnenauf- und -untergang berücksichtigt, dass die Differenzen nicht an jedem Jahrestag symmetrisch zur Mittagslinie liegen, sondern eine Morgendifferenz an einem Tage zu Jahresbeginn einer Abenddifferenz eines bestimmten Tages gegen Jahresende entspricht (Fig. 2), so dass aus den Tabellenwerten die Zeiten für den Sonnenaufgang und den Sonnenuntergang an jedem beliebigen Tag des Jahres ermittelt werden können, ohne dass ein nennenswerter Genauigkeitsverlust gegenüber einem Verfahren entsteht, welches zwei Tabellenwerte für jeden Tag verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bezugszeit für jede Kurve, jedoch mit gleichem zeitlichen Abstand zur 12.00-Uhr-Linie, gewählt wird, was auch die 12.00-Uhr-Linie einschließt, und dass anschließend für eine der beiden Kurven die Differenzen zur Bezugszeit als Tabellenwerte angenommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tabelle um Speicherplätze für einen Drei-Wochen-Zeitraum erweitert wird, da die Kurven über den Jahresverlauf um diesen Betrag gegeneinander verschoben sind, wobei diese Erweiterung vorangestellt wird, wenn die Tabellenwerte aus der Sonnenaufgangskurve gebildet wurden oder angehängt wird, wenn sie aus der Sonnenuntergangskurve gebildet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tabelle in der Steuereinheit einer Jalousiesteuerung abgelegt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit aufsteigender/absteigender Adressierung und Addition/Subtraktion aus den Tabellenwerten die Zeiten für den Sonnenauf und -untergang gebildet werden, wobei die korrekte Adressierung und Berechnung entsprechend den Vorschriften zur Bildung der Tabelle angepasst sind.