DE19743835C1 - Elektronische Waage mit Recheneinheit - Google Patents

Elektronische Waage mit Recheneinheit

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DE19743835C1 DE19743835A DE19743835A DE19743835C1 DE 19743835 C1 DE19743835 C1 DE 19743835C1 DE 19743835 A DE19743835 A DE 19743835A DE 19743835 A DE19743835 A DE 19743835A DE 19743835 C1 DE19743835 C1 DE 19743835C1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Waage mit einer Waagschale, mit einem Wägesystem, mit einer Anzeige, mit einer Bedientastatur, mit einer Zehner-Tastatur zur Eingabe beliebiger Zahlenwerte und mit einer digitalen Signalverarbeitungselektronik.
Elektronische Waagen dieser Art sind allgemein bekannt und beispielsweise in der DE 35 40 749 A1 beschrieben.
Die bei den bekannten Waagen gegebenen Rechenmöglichkeiten sind stark beschränkt: Subtrahieren eines Tarawertes und Multiplikation mit einem Faktor, beispielsweise für eine Prozent-Umrechnung, für eine Umrechnung in andere Maßeinheiten (z. B. Karat oder Mol) oder für die Preisberechnung bei Ladentischwaagen. Weiterhin gibt es Waagen mit fest vorgegebenen Applikationsprogrammen, z. B. für die Dichtebestimmung nach der Auftriebsmethode, für die Berechnung des Luftauftriebes oder für die Berechnung von Trocknungswerten. Diese Waagen können jedoch nur die fest einprogrammierte Formel abarbeiten und sind daher nur für den jeweiligen Spezialzweck einsetzbar. Sollen mit dem Wägewert weitergehende Rechenschritte durchgeführt werden, ist es daher üblich, die Waage über einen Datenausgang an einen externen Rechner anzuschließen und dort die weiteren Rechenschritte durchzuführen. Dies erfordert jedoch Programmierkenntnisse, um die von der Waage kommenden Wägewerte in das individuelle Rechenprogramm einzubinden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Waage der eingangs genannten Art anzugeben, die die Wägewerte gemäß einer weitgehend beliebigen Formel umrechnen und zur Anzeige bringen kann, ohne daß die Bedienungsperson über Programmierkenntnisse verfügen muß und ohne daß externe Rechenbausteine in Anspruch genommen werden müssen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Waage Tasten für die Eingabe der Operatoren "Addition", "Subtraktion", "Multiplikation" und "Division" und eine Taste für die Eingabe des Operanden "Wägewert" enthält, daß die Waage einen Interpreter enthält, daß die Waage einen Programmier-Mo­ dus aufweist, in dem der Bediener eine beliebige Formel eingeben kann, die in der digitalen Signalverarbeitungselektronik gespeichert, vom Interpreter übernommen und in Rechenbefehle umgesetzt wird, und daß die digitale Signalverarbeitungselektronik im normalen Wäge-Modus den Wägewert gemäß der eingegebenen Formel umrechnet und das Ergebnis dieser Umrechnung anzeigt.
Die Eingabe der Formel im Programmier-Modus kann damit wie bei einem üblichen Taschenrechner erfolgen, wobei der von der Waage kommende Wägewert durch Betätigen der entsprechenden Taste "Wägewert" in die Formel eingeführt wird, genauso wie bei einem üblichen Taschenrechner der Wert aus einem Speicher durch die Speicher-Rückruf-Taste in die laufende Rechnung eingeführt wird. Der in der digitalen Signalverarbeitungselektronik eingebaute Interpreter setzt die eingegebene Formel in Befehle für den Mikroprozessor der digitalen Signalverarbeitungselektronik um, die im normalen Wäge-Modus abgearbeitet werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Figuren beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der elektronischen Waage mit Bedien­ tastatur und Anzeige,
Fig. 2 ein elektronisches Blockschaltbild der Waage aus Fig. 1,
Fig. 3 die Anzeige der Waage aus Fig. 1 im Programmier-Modus nach der Eingabe einer Formel,
Fig. 4 die Anzeige der Waage aus Fig. 1 im Wäge-Modus mit der Anzeige des Formelergebnisses,
Fig. 5 die Anzeige und die Bedientastatur der Waage in einer zweiten Aus­ gestaltung im Wäge-Modus mit der Anzeige des Wägewertes,
Fig. 6 die Anzeige und die Bedientastatur der Waage in der zweiten Ausge­ staltung im Wäge-Modus mit der Anzeige des Formelergebnisses,
Fig. 7 die Anzeige und die Bedientastatur der Waage in der zweiten Ausge­ staltung im Programmier-Modus nach der Eingabe einer Formel,
Fig. 8 die Anzeige der Waage in einer dritten Ausgestaltung und
Fig. 9 das rekursive Abarbeiten einer Formel in der Backus-Naur-Form.
Die in Fig. 1 perspektivisch gezeigte Waage besteht aus einem Gehäuse 21, einer Waagschale 20, einer Anzeigeeinheit 11 und einer Bedientastatur 12. Die Bedientastatur 12 beinhaltet eine Tarataste 22 und weitere Tasten 23, . . ., 27, die weiter unten erläutert werden.
Die Elektronik der Waage ist in Fig. 2 in einem Blockschaltbild dargestellt. Das eigentliche Wägesystem 1 ist ganz schematisch mit einem Kasten dargestellt, da es bekannt und für die Erfindung unwesentlich ist. Beispielsweise kann es sich um ein Wägesystem nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation handeln. Dem Wägesystem 1 nachgeschaltet ist ein Analog/Digital-Wandler 2, der natürlich bei einem Wägesystem mit digitalem Ausgang entfallen kann. Der digitale Wägewert wird einer üblichen digitalen Signalverarbeitungseinheit 5 zum digitalen Filtern und zur Skalierung der Anzeige auf eine Masseneinheit, wie z. B. g, zugeführt. Der so aufbereitete Wägewert wird über einen Umschalter 13 in der Schalterstellung 15 an die Anzeigeeinheit 11 weitergeleitet und zusammen mit dem Gramm-Symbol "g" - Nr. 19 in Fig. 1 - angezeigt. - Die bisher beschriebene Elektronik ist allgemein bekannt und daher nur ganz kurz erläutert.
Die erfindungsgemäße zusätzliche Elektronik ist nun in Fig. 2 in dem gestrichelt umrahmtem Bereich 4 dargestellt und beinhaltet eine Recheneinheit 10, einen Speicher 7 für die benutzte Formel (bzw. auch für mehrere alternative Formeln), für eventuelle Konstanten und für abgespeicherte Wägewerte und den Interpreter (Formelinterpreter) 8, der die gespeicherte Formel in Anweisungen an die Recheneinheit 10 umsetzt.
Die Eingabe einer Formel erfolgt in einem Programmier-Modus, der z. B. durch zweimaliges oder einmaliges langes Drücken der Taste F (Taste Nr. 26 in Fig. 1) aufgerufen wird. Die in Fig. 1 dargestellte Gewichtsanzeige mit dem g-Symbol in der Anzeigeeinheit 11 erlischt dann und die Formel kann durch den Zehner-Tas­ tenblock 23 und die Tasten der Spalte 24 mit den Rechenoperatoren eingegeben werden. Der Wägewert wird dabei durch die Taste W (Taste 25 in Fig. 1) aufgerufen und in der Anzeigeeinheit 11 als "W" dargestellt. Der Umschalter 13 befindet sich im Programmier-Modus in der Stellung 17 und die eingetippten Teile der Formel erscheinen direkt nach dem Eintippen in der Anzeigeeinheit 11. Eine auf diese Weise eingetippte beispielhafte Formel ist in Fig. 3 so gezeichnet, wie sie in der Anzeigeeinheit 11 angezeigt wird. Diese Formel bedeutet: Das Quadrat des Wägewertes wird mit 0,3 multipliziert, dann das 17,3-fache des Wägewertes hinzuaddiert und davon 28,2 subtrahiert. Der Abschluß der Formeleingabe wird vom Bediener durch Drücken der Taste F der Elektronik signalisiert. Damit wird die komplette Formel in den netzausfallsicheren Speicher 7 in Fig. 2 abgespeichert. Die gespeicherte Formel wird vom Interpreter 8 in eine Befehlsfolge für die Recheneinheit 10 umgewandelt. Der am Eingang 9 der Recheneinheit 10 anliegende aktuelle Wägewert wird dann durch die Recheneinheit entsprechend der gespeicherten Formel umgerechnet und das Rechenergebnis fortlaufend in der Anzeigeeinheit 11 dargestellt. Dazu ist der Umschalter 13 automatisch in die in Fig. 2 mit 16 bezeichnete Schalterstellung umgeschaltet worden.
Die Anzeige des berechneten Ergebnisses ist beispielhaft in Fig. 4 dargestellt. In diesem Beispiel ist ein Wägewert von 10,05 g angenommen, der entsprechend der Formel in Fig. 3 in ein Rechenergebnis von 175,97 umgerechnet wird. Zur Unter­ scheidung von Wägewerten ist das Rechenergebnis nicht durch das Gramm-Sym­ bol "g" 19, sondern durch einen kleinen Kreis 29 gekennzeichnet. Zusätzlich kann eine Hinterleuchtung der Taste F signalisieren, daß es sich um ein Rechenergebnis entsprechend der eingegebenen Formel handelt. Durch Drücken der Taste W (Taste 25 in Fig. 1) kann der Umschalter 13 in die mit 15 bezeichnete Schalterstellung gebracht werden und in der Anzeigeeinheit 11 erscheint der normale Wägewert zusammen mit dem Gramm-Symbol "g" 19 und eventuell zusätzlich durch eine Hinterleuchtung der Taste W gekennzeichnet. - Durch Drücken der Tasten F bzw. W kann also im Wäge-Modus beliebig zwischen der Schalterstellung 16 und damit der Anzeige des Rechenergebnisses und der Schalterstellung 15 und damit der Anzeige des Wägewertes hin und her geschaltet werden.
Die Anzahl der angezeigten Stellen für das Rechenergebnis wird so gewählt, daß einerseits die Rundungsfehler noch klein sind, andererseits keine zu große Genauigkeit vorgetäuscht wird. Eine Anzeigestelle mehr als der Wägewert ist daher ein guter Kompromiß für die Stellenzahl des Rechenergebnisses.
Die Anzeige des Rechenergebnisses folgt dabei der Änderung des Wägewertes unmittelbar. Wird die Waage z. B. entlastet (Wägewert = 0), so wird bei der Formel gemäß Fig. 3 als Rechenergebnis -28,20 angezeigt, steigt die Belastung der Waage z. B. auf 15,42 g, so wird als Rechenergebnis 309,90 angezeigt.
In den Fig. 5 bis 7 ist ein alternatives Konzept für die Anzeigeeinheit und für die Bedientastatur gezeigt. Fig. 5 zeigt die normale Anzeige des Wägewertes 31 von 10,05 g; gleichzeitig werden die eichtechnischen Daten Höchstlast Max, Mindestlast Min, Eichwert e und digitaler Teilungswert d angezeigt. Die Bedientastatur umfaßt die Zehnertastatur 32 und die Löschtaste C (Bezugszahl 33), sowie sechs Tasten 34, . . ., 39, die unbeschriftet sind und deren "Beschriftung" durch die unterste Zeile 40 der Anzeige erfolgt. Während der Anzeige des Wägewertes sind nur die beiden Tasten 34 und 35 aktiv und beschriftet, sie entsprechen den Tasten F und W in der ersten Ausgestaltung gemäß Fig. 1. (Die Tasten 36, . . ., 39 können z. B. für andere Applikationen der Waage, wie z. B. Zählen, eingesetzt und beschriftet sein, was jedoch der Übersichtlichkeit halber in Fig. 5 nicht eingezeichnet wurde.) Durch Drücken der Taste 34 wird vom Wägewert auf das Rechenergebnis einer schon eingespeicherten Formel umgeschaltet. Die dabei erscheinende Anzeige ist in Fig. 6 dargestellt. Statt des g-Symbols erscheint ein kleiner Kreis, die eichtechnischen Daten sind verschwunden und rechts außen erscheint ein c-Symbol 42 (c = computed). Von den Tasten 34, . . ., 39 sind wieder nur die Tasten 34 und 35 aktiv und beschriftet.
Durch Betätigen der Taste 35 wird wieder auf die Anzeige des Wägewertes gemäß Fig. 5 zurückgeschaltet. Durch langes oder doppeltes Betätigen der Taste 34 gelangt man in den Programmier-Modus zur Eingabe der Formel, dies ist in Fig. 7 zusammen mit der bereits eingegebenen Formel dargestellt. Im Programmier-Mo­ dus sind den Tasten 36, . . ., 39 die vier Grundrechenarten zugewiesen, die Taste 35 dient zur Einprogrammierung der Übernahme des Wägewertes in die Formel und das Drücken der Taste 34 signalisiert das Ende der Formel und bewirkt das automatische Umschalten in den Modus der Anzeige des Rechenergebnisses gemäß Fig. 6. In den weiteren Details entspricht die Ausgestaltung gemäß den Fig. 5 bis 7 der ersten Ausgestaltung gemäß Fig. 1 bis 4.
In Fig. 8 ist eine dritte Ausgestaltung der Anzeige der Waage dargestellt. In dieser Variante wird im oberen Bereich 50 der aktuelle Wägewert mit dem Gramm-Sym­ bol "g" angezeigt, außerdem ganz oben die eichtechnischen Daten; im unteren Bereich 51 wird das aktuelle Rechenergebnis gemäß der eingegebenen Formel angezeigt. Durch die Beschriftung "Formelergebnis" ist es eindeutig bezeichnet, so daß die Kennzeichnung durch den kleinen Kreis wie bei den anderen Varianten entfallen kann. Durch die gleichzeitige Anzeige des Wägewertes und des Formelergebnisses entfällt die Umschaltung zwischen den beiden Anzeigearten wie bei den anderen Varianten. Die Anzeige im Programmier-Modus entspricht den anderen Varianten. Ist keine Formel eingegeben oder soll die Waage nur zum Wägen benutzt werden, so ist/wird der untere Bereich 51 der Anzeige ausgeschaltet.
Die im vorstehenden beschriebenen Ausgestaltungen der Waage lassen sich natürlich erweitern, um alle die Tasten und Funktionen, die von Taschenrechnern her üblich und bekannt sind: Tasten für die Eingabe von Klammern, Tasten für das Aufrufen von vordefinierten Konstanten (z. B. Pi) oder Funktionen wie z. B. Wurzel, Sinus, Logarithmus, Exponentialfunktion etc. sowie Tasten zum Abspeichern von Zahlen oder Wägewerten und zum Zurückrufen des abgespeicherten Wertes. Die Wurzelfunktion und die Konstante Pi braucht man z. B., wenn man aus dem Gewicht eines dünnen Drahtes bekannter Länge und mit bekanntem spezifischen Gewicht den Drahtdurchmesser errechnen will. Durch die Möglichkeit zum Abspeichern von Wägewerten können auch die Anwendungsfälle abgedeckt werden, bei denen sich das Ergebnis aus zwei oder mehr Wägungen zu verschiedenen Zeitpunkten ergibt, wie z. B. bei der Dichtemessung durch Wägung Luft und in Flüssigkeit. - Alle diese von den Taschenrechnern her bekannten Möglichkeiten sind so allgemein üblich, daß auf eine zeichnerische Darstellung und eine Detailbeschreibung verzichtet wurde; in Fig. 1 ist nur beispielhaft die Taste 27 für die Wurzelfunktion eingezeichnet.
Genauso ist es ohne weiteres möglich, den Speicher 7 so groß zu wählen, daß dort mehrere Formeln zusammen mit einer Kennung abgespeichert und unter dieser Kennung wieder abgerufen werden können und dann zur Umrechnung der Wägewerte benutzt werden.
Die mathematischen Einzeleinheiten der vom Interpreter verstehbaren Formel ergeben sich aus dem folgenden:
Die Formel kann folgende Operatoren enthalten:
  • - + Addition
  • - - Subtraktion
  • - . Multiplikation
  • - / Division.
Die Formel kann folgende Operanden enthalten:
  • - aktueller, zyklischer Wägewert
  • - eingefrorener Wägewert (n verschiedene)
  • - Konstante (Zahlenwert)
  • - abgespeicherte Konstante (n verschiedene) Kn
  • - pi (3.1415, . . .,)
  • - e (2.781, . . .,)
Die Formel kann folgende Funktionen enthalten:
  • - sqrt Quadratwurzel
  • - sin Sinus
  • - cos Cosinus
  • - tan Tangens
  • - abs Absolutwert
  • - log Logarithmus zur Basis 10
  • - ln Logarithmus zur Basis e
  • - exp Exponentialfunktion
  • - arcsin Arcus Sinns
  • - arccos Arcus Cosinus
  • - arctan Arcus Tangens
Es gilt die Assoziativregel, d. h. Punktrechnung geht vor Strichrechnung.
Die Waage erwartet eine Formel, die sich mit folgender Backus-Naur-Form beschreiben läßt:
darin bedeuten die Zeichen:
= bedeutet besteht aus
{. . .} bedeutet . . . kann vorkommen
{. . .}.bedeutet . . . kann beliebig oft vorkommen (0 bis n mal)
| bedeutet oder.
Der Interpreter erkennt die Struktur der Formel durch einen sogenannten rekursiven Abstieg anhand der Backus-Naur-Form. Die Vorgehensweise wird z. B. anhand des zweiten Teils der Formel in Fig. 3 deutlich:
Nach dem Programmiermodus stehe folgendes in der Anzeige: = 17.3.W -28.2.
Dann macht der Interpreter folgende Schritte, die in der Fig. 9 grafisch dargestellt sind:
Damit ist der Abstieg an dieser Stelle beendet. Die Regeln (7) bis (12) werden an dieser Stelle nicht gebraucht. Der Interpreter steigt innerhalb der geschachtelten Regeln wieder nach oben und erkennt anhand der Regeln (4), (5), (10) und (11) den Wägewert W. Anschließend steigt er wieder bis zur Regel (2) auf und löst in gleicher Weise den letzten Term der Formel auf.

Claims (9)

1. Elektronische Waage mit einer Waagschale (20), mit einem Wägesystem (1), mit einer Anzeige (11, 31), mit einer Bedientastatur (12, 22), mit einer Zehner-Tas­ tatur (23, 32) zur Eingabe beliebiger Zahlenwerte und mit einer digitalen Signalverarbeitungselektronik (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Waage Tasten (24, 36, . . .,39) für die Eingabe der Operatoren "Addition", "Subtraktion", "Multiplikation" und "Division" und eine Taste (25, 35) für die Eingabe des Operanden "Wägewert" enthält, daß die Waage einen Interpreter (8) enthält, daß die Waage einen Programmier-Modus aufweist, in dein der Bediener eine beliebige Formel eingeben kann, die in der digitalen Signalverarbeitungselektronik (3) gespeichert, vom Interpreter (8) übernommen und in Rechenbefehle umgesetzt wird, und daß die digitale Signalverarbeitungselektronik (3) im normalen Wäge-Modus den Wägewert gemäß der eingegebenen Formel umrechnet und das Ergebnis dieser Umrechnung anzeigt.
2. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Waage eine oder zwei Umschalttaste(n) (25, 26, 34, 35) aufweist, bei deren Betätigung jeweils zwischen der Anzeige des Wägewertes und der Anzeige des Ergebnisses gemäß der eingegebenen Formel hin und her geschaltet wird.
3. Elektronische Waage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Waage Bereiche (50/51) einer Anzeige aufweist, in der sowohl der Wägewert als auch das Ergebnis gemäß der eingegebenen Formel angezeigt wird.
4. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wägewert in der Anzeige (11, 31) zusammen mit dem Gramm-Symbol "g" (19) angezeigt wird, während das Ergebnis gemäß der eingegebenen Formel ohne das Gramm-Symbol "g" angezeigt wird.
5. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Programmier-Modus die eingegebene Formel angezeigt wird.
6. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Formeln abgespeichert werden können, von denen eine abgerufen und zur Umrechnung des Wägewertes benutzt werden kann.
7. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasten (34, . . ., 39) zumindest teilweise angrenzend an die Anzeige angeordnet sind und daß die Beschriftung der Tasten (34, . . ., 39) in einer Zeile (40) der Anzeige erfolgt.
8. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Waage zusätzliche Tasten (27) für die Eingabe von Klammern, von vordefinierten Konstanten (z. B. Pi), von Funktionen (z. B. Wurzel, Sinus, Logarithmus, Exponentialfunktion), zum Abspeichern von Zahlen oder Wägewerten oder zum Zurückrufen des abgespeicherten Wertes aufweist.
9. Elektronische Waage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpreter (8) die eingegebene Formel rekursiv gemäß der Backus-Naur-Form interpretiert.
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