DE19935591A1 - Input circuit for binary electrical inputs has device for measuring states high impedance, low impedance, external voltage, evaluation device to associate measurement results with binary states - Google Patents
Input circuit for binary electrical inputs has device for measuring states high impedance, low impedance, external voltage, evaluation device to associate measurement results with binary statesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Eingangsschaltung für binäre elektrische Eingänge mit mindestens einem mit einem binären elektrischen Ausgang verbindbaren Eingangskontakt, einem binären Ausgang und Mitteln zur Detektion des binären Zustands des mit dem Eingangskontakt verbindbaren elektrischen Ausgangs.The invention relates to an input circuit for binary electrical inputs with at least one with one binary electrical output connectable Input contact, a binary output and means for Detection of the binary state of the with the Input contact connectable electrical output.
Derartige Eingangsschaltungen für binäre elektrische Eingänge sind aus dem Stand der Technik in einer Vielzahl von Ausgestaltungen bekannt. Sie dienen in der Regel einer galvanischen Trennung zwischen einem binären elektrischen Ausgang eines Gerätes und einem binären Eingang eines die binäre Information verarbeitenden oder übertragenden Systems. Als Geräte mit einem binären elektrischen Ausgang kommen beispielsweise solche in Frage, die mindestens einen, nicht notwendigerweise potentialfreien Kontakt als Ausgang haben. Bei diesem Kontakt kann es sich sowohl um rein mechanische, passive Kontakte, wie beispielsweise Türkontakte, Schwimmschalter, Endkontakte, oder auch elektrisch betätigte, passive Kontakte, wie zum Beispiel Relais, handeln. Weiter kommen batteriebetriebene Geräte in Frage, die zum Beispiel einen Piezo-Signalgeber mit 1 V und 1 kHz pulsierender Gleichspannung betreiben. Auch Geräte, die etwa eine 12 V Sirene mit Gleichspannung versorgen, oder solche, die eine 230 V Signallampe mit 50 Hz versorgen, kommen in Frage. Such input circuits for binary electrical Inputs are numerous in the state of the art known from configurations. They usually serve galvanic isolation between a binary electrical output of a device and a binary Receipt of a binary information processing or transmitting system. As devices with a binary electrical output come in for example Question the at least one, not necessarily have potential-free contact as an output. With this Contact can be both purely mechanical and passive Contacts, such as door contacts, Float switches, end contacts, or also electrically actuated passive contacts, such as relays, act. Battery-powered devices also come in Question, for example, a piezo signal generator with 1 V and operate 1 kHz pulsating DC voltage. Also Devices that have a 12V DC siren supply, or those with a 230 V signal lamp Supply 50 Hz are possible.
Es besteht nun bekanntermaßen das Bedürfnis, die beschriebenen oder ähnliche Geräte an Systeme zur Informationsverarbeitung oder Informationsübertragung, wie beispielsweise elektrische Datenverarbeitungsanlagen, Bussysteme, speicherprogrammierbare Steuerungen, Datenübertragung per Funk, Ankopplung an das Telefonnetz zur Informationsweitergabe usw., anzukoppeln.It is now known that there is a need to described or similar devices to systems for Information processing or information transmission, such as electrical data processing systems, Bus systems, programmable logic controllers, Radio data transmission, connection to the telephone network to pass on information etc.
Aus dem Stand der Technik sind hierzu Eingangsschaltungen für binäre elektrische Eingänge bekannt, die angepaßt an die von den Geräten an ihrem Ausgang gelieferten binären Signale eine Vermittlung dieser binären Signale an Systeme zur Informationsverarbeitung oder -übertragung ermöglichen. Diese bekannten Eingangsschaltungen für binäre elektrische Eingänge sind an eine der drei gängigen Ausgangsbeschaltungen der elektrischen Geräte mit mindestens einem binären elektrischen Ausgang angepaßt. Diese Ausgangsbeschaltungen lassen sich in drei Klassen unterteilen. Ein elektrischer Ausgang mit passiven Kontakten stellt die binäre Information durch die Zustände Hochohmig oder Niederohmig dar. Elektronische Gegentaktausgänge stellen die binäre Information durch die Zustände 0 V oder Fremdspannung dar. Geschaltete Spannungsquellen schließlich stellen die binären Informationen als die Zustände Hochohmig oder Fremdspannung dar. Die Fremdspannung liegt bei den bekannten Geräten üblicherweise im Bereich von 1 V bis 230 V Gleich- oder Wechselspannung.For this purpose, input circuits are from the prior art known for binary electrical inputs that are adapted to the binary supplied by the devices at their output Signals an exchange of these binary signals Information processing or transmission systems enable. These known input circuits for binary electrical inputs are on one of the three common output circuits of electrical devices with at least one binary electrical output customized. These output circuits can be divided into three Subdivide classes. An electrical outlet with passive contacts pass through the binary information the states are high-resistance or low-resistance. Electronic push-pull outputs represent the binary Information through the states 0 V or external voltage. Switched voltage sources finally represent the binary information as the high impedance or External voltage represents. The external voltage lies with the known devices usually in the range of 1 V to 230 V DC or AC voltage.
Dadurch, daß die aus dem Stand der Technik bekannten Eingangsschaltungen für binäre elektrische Ausgänge jeweils an die die binäre Information darstellenden Zustände des anzuschließenden elektrischen Ausgangs eines Gerätes angepaßt sind, ergibt sich eine Vielzahl unterschiedlicher Eingangsschaltungen. Dies führt zu einer unerwünschten Typenvielfalt einerseits und einer geringen Anwenderfreundlichkeit, da der Installateur stets die zu dem binären elektrische Ausgang passende Eingangsschaltung zum Anschluß an Information verarbeitende oder weiterleitende Systeme gezielt auswählen muß.In that the known from the prior art Input circuits for binary electrical outputs each to the one representing the binary information States of the electrical output to be connected Device are adapted, there is a multitude different input circuits. this leads to an undesirable variety of types on the one hand and one low user friendliness because of the installer always the one that matches the binary electrical output Input circuit for connection to information processing or forwarding systems targeted must choose.
Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Eingangsschaltung für binäre elektrische Eingänge zur Verfügung zu stellen, die eine Unterstützung aller gängigen binären elektrischen Ausgänge elektrischer Geräte bietet.Starting from the prior art described above the present invention is based on the object an input circuit for binary electrical inputs to provide the support of all common binary electrical outputs electrical Devices.
Erfindungsgemäß ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Mittel zur Detektion eine die Zustände Hochohmig, Niederohmig oder Fremdspannung messende Meßeinrichtung und eine die Meßergebnisse der Meßeinrichtung binären Zuständen zuordnende Auswerteeinrichtung aufweisen. Dadurch, daß die erfindungsgemäße Eingangsschaltung sämtliche möglichen Zustände an binären elektrischen Ausgängen eines elektrischen Gerätes erkennen kann, ist gewährleistet, daß die erfindungsgemäße Eingangsschaltung universell mit beliebigen elektrischen Ausgängen beliebiger Geräte verbunden werden kann und an ihrem eigenen Ausgang einem System zur Informationsverarbeitung oder Informationsübermittlung den binären Zustand in gewünschter Form mitteilen kann. Hierdurch ist die unerwünschte Typenvielfalt beseitigt und eine sehr hohe Anwendungsfreundlichkeit gewährleistet, da eine einzige Eingangsschaltung an beliebige elektrische Ausgänge angeschlossen werden kann. According to the previously derived and The stated problem is solved in that the means for Detection one of the states high impedance, low resistance or External voltage measuring device and a Measurement results of the measuring device binary states have associated evaluation device. As a result of that the input circuit according to the invention all possible states at binary electrical outputs of an electrical device ensures that the input circuit according to the invention universal with any electrical outputs any devices can be connected and at their own exit a system for information processing or transmission of information in binary state can communicate the desired form. This is the unwanted variety of types eliminated and a very high Ease of use guaranteed as one Input circuit to any electrical outputs can be connected.
Bei einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung für binäre elektrische Eingänge weist gemäß einer ersten Ausgestaltung die die Zustände Hochohmig, Niederohmig oder Fremdspannung messende Meßeinrichtung eine Stromquelle, einen den über den Eingangskontakt fließenden Strom messenden Strommesser und einen die Spannung am Eingangskontakt messenden Spannungsmesser auf. Mit einer solchen Meßeinrichtung sind bei geeigneter Beschaltung die Zustände Hochohmig, Niederohmig oder Fremdspannung eindeutig meßbar.In an input circuit according to the invention for binary has electrical inputs according to a first Design of the states high ohmic, low ohmic or external voltage measuring device Power source, one via the input contact flowing current measuring ammeter and a die Voltage meter measuring voltage at the input contact on. With such a measuring device are suitable Wiring the states high-resistance, low-resistance or External voltage clearly measurable.
In der nun folgenden Tabelle sind für die eingangs
erwähnten drei Typen elektrischer Ausgänge die eine
binäre Information wiedergebenden Zustände dargestellt:
The following table shows the states representing binary information for the three types of electrical outputs mentioned at the beginning:
In dieser Tabelle sind die am Eingangskontakt anliegende Spannung mit UE, die von der in der Meßeinrichtung angeordneten Stromquelle maximal gelieferte Spannung mit UImax und die von dem elektrischen Ausgang des Gerätes gelieferte Spannung mit UA bezeichnet. In this table, the voltage present at the input contact is denoted by U E , the maximum voltage supplied by the current source arranged in the measuring device by U Imax and the voltage supplied by the electrical output of the device by U A.
Die Zuordnung der Zustände 1 und 2 zu den binären Information Ruhezustand und Alarmzustand entspricht der üblichen Praxis. Eine entsprechende Zuordnung ist vorzugsweise in der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung vorzunehmen, so daß sich eine Invertierung in den Systemen zur Informationsverarbeitung oder Informationsübertragung erübrigt. Aus der dargestellten Tabelle wird deutlich, daß der Zustand Fremdspannung eindeutig dem binären Alarmzustand entspricht. Der Zustand Hochohmig entspricht eindeutig dem binären Ruhezustand. Demgegenüber ist der Zustand Niederohmig ohne mindestens eine Zustandsänderung nicht eindeutig einem binären Zustand zuordnenbar. Um zu vermeiden, daß bei unmittelbar nach dem Anschluß einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung anliegendem Zustand Niederohmig Fehlinterpretationen entstehen, ist die erfindungsgemäße Eingangsschaltung vorzugsweise dadurch weitergebildet, daß die Auswerteeinrichtung dem Zustand Niederohmig vor einer ersten Zustandsänderung als nicht definiert interpretiert. Diese Interpretation sollte in der Regel dazu führen, daß am Ausgang der Eingangsschaltung der binäre Ruhezustand ausgegeben wird. Der korrekte Zustand liegt in diesem Fall erst nach der ersten Zustandsänderung vor. Dies ist akzeptabel, da der Nutzen der einfachen Installation und der universellen Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung überwiegt. In der Praxis wird ein neu installiertes Geräte ohnehin getestet, wodurch Zustandsänderungen auftreten, die die korrekte Zuordnung der binären Zustände ermöglichen.The assignment of states 1 and 2 to the binary ones Information hibernation and alarm state corresponds to usual practice. A corresponding assignment is preferably in the input circuit according to the invention make so that there is an inversion in the Information processing systems or No need to transfer information. From the illustrated The table shows that the state of external voltage clearly corresponds to the binary alarm state. The State high impedance clearly corresponds to the binary Hibernation. In contrast, the state is low impedance without at least one change of state not clear assignable to a binary state. To avoid that when immediately after connecting an inventive Input circuit present state low resistance Misinterpretations arise, is the invention Input circuit preferably further developed that the evaluation device before the low resistance state a first change of state as undefined interpreted. This interpretation should usually be cause that at the output of the input circuit binary hibernation is output. The correct condition in this case is only after the first Change of state before. This is acceptable because of the benefits easy installation and universal Applicability of the input circuit according to the invention prevails. In practice, a newly installed one Devices tested anyway, causing state changes occur that the correct assignment of the binary Enable states.
Um zu verhindern, daß die an den Eingangskontakt angeschlossenen elektrischen Geräte nicht durch einen Rückstrom in ihren Ausgang beschädigt werden können, ist die erfindungsgemäße Eingangsschaltung dadurch weitergebildet, daß die Maximalspannung der Stromquelle kleiner als die kleinste zu erwartende, vom binären elektrischen Ausgang gelieferte Spannung, insbesondere kleiner als die Durchbruchspannung eines Siliziumbauelementes, ist. Durch die Begrenzung der Maximalspannung auf die kleinste zu erwartende, vom binären elektrischen Ausgang des angeschlossenen Gerätes gelieferte Spannung wird verhindert, daß der von der Stromquelle der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung gelieferte Strom in die Versorgung des angeschlossenen Gerätes eingespeist wird. In diesem Fall könnte eine Situation entstehen, in der das angeschlossene elektrische Geräte selbst weniger Strom verbraucht als über den Ausgang eingespeist wird, so daß die Versorgungsspannung ansteigen und das Gerät zerstören könnte.To prevent the on the input contact connected electrical devices not by a Reverse current in their output can be damaged the input circuit according to the invention thereby further developed that the maximum voltage of the current source smaller than the smallest expected from binary electrical output supplied voltage, in particular less than the breakdown voltage of one Silicon device is. By limiting the Maximum voltage on the smallest expected from binary electrical output of the connected device supplied voltage is prevented from that of the Current source of the input circuit according to the invention supplied electricity in the supply of the connected Device is fed. In this case, a Situation arise in which the connected electrical devices themselves consume less electricity than is fed through the output, so that the Supply voltage rise and destroy the device could.
Die Begrenzung der Maximalspannung der Stromquelle auf eine Spannung kleiner als die Durchbruchspannung eines Siliziumbauelementes erlaubt den Einsatz an Ausgängen von elektrischen Geräten, die elektronische Schalter besitzen. Ohne eine solche Begrenzung könnte ein Fehlverhalten eines solchen Schalters auftreten, da bei dessen Konstruktion in der Regel nicht davon ausgegangen wird, daß eine Spannung rückwärtig eingespeist wird, so daß nur Spannungen von weniger als der Durchbruchspannung von Silizium unschädlich eingespeist werden können. In diesem Zusammenhang bietet sich eine Begrenzung der Maximalspannung auf rund 0,7 V an, die in aller Regel auch für Geräte ohne elektronische Schalter in der Ausgangsbeschaltung unschädlich ist. Limiting the maximum voltage of the power source to a voltage less than the breakdown voltage of a Silicon component allows use at outputs of electrical devices, electronic switches have. Without such a limitation, one could Malfunction of such a switch occur because at its construction is usually not assumed is that a voltage is fed backwards, so that only voltages less than the breakdown voltage can be fed in harmlessly by silicon. In In this context there is a limitation of Maximum voltage to around 0.7 V, which usually also for devices without electronic switches in the Output circuit is harmless.
Dadurch, daß als Stromquelle vorzugsweise eine Batterie vorgesehen ist, entfällt einerseits die Notwendigkeit die erfindungsgemäße Eingangsschaltung mit einer externen Stromquelle zu verbinden und ist andererseits gewährleistet, daß die gewünschte Maximalspannung eingehalten ist.Characterized in that a battery is preferably used as the current source on the one hand, the need for input circuit according to the invention with an external Connect power source and is on the other hand ensures that the desired maximum voltage is adhered to.
Ist die Stromquelle gemäß einer weiteren Ausgestaltung als getaktete Stromquelle ausgeführt, können zwei weitere Vorteile gewährleistet werden. Jedenfalls senkt man durch die Ausführung der Stromquelle als getaktete Stromquelle den Stromverbrauch der Schaltung. Ergänzend hierzu kann man die erfindungsgemäße Eingangsschaltung mit einer getakteten Stromquelle in mehreren Phasen arbeiten lassen. In einer Phase wird versucht, einen Strom in eventuell angeschlossene passive Kontakte einzuprägen, während in einer anderen Phase die Stromquelle abgeschaltet ist und geprüft wird, ob eventuell eine Fremdspannung anliegt.Is the current source according to a further embodiment designed as a clocked power source, two more can Benefits are guaranteed. In any case, you lower through the execution of the current source as a clocked current source the power consumption of the circuit. In addition to this the input circuit according to the invention with a clocked current source work in several phases to let. In one phase an attempt is made to flow in to memorize any connected passive contacts, while in another phase the power source is switched off and a check is carried out to determine whether a External voltage is present.
Alternativ oder kumulativ zur Ausführung der Stromquelle als getaktete Stromquelle ist eine erfindungsgemäße Eingangsschaltung dadurch weiter ausgestaltet, daß die Stromquelle als geschaltete Stromquelle ausgeführt ist, die gestaltete Stromquelle über eine Kapazität mit dem Eingangskontakt verbunden ist und die Meßeinrichtung Mittel zur Messung der nach dem Einschalten der Stromquelle über die Kapazität fließenden Ströme aufweist. Durch die beim Schalten einer Stromquelle über eine Kapazität in einen elektrischen Ausgang fließenden Stromtransienten läßt sich bei geeigneter Beobachtung dieser Stromtransienten der Zustand des mit dem Eingangskontakt der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung verbundenen elektrischen Ausgang feststellen. Je kleiner man die Kapazität zwischen der geschalteten Stromquelle und dem Eingangskontakt wählt, umso kleiner sind die Rückwirkungen einer Fremdspannung auf eine erfindungsgemäße Eingangsschaltung. Die Ausführung der Stromquelle als geschaltete Stromquelle gewährleistet eine sehr niedrige Verlustleistung, einen niedrigen Stromverbrauch, einen hohen Abfragestrom am Eingangskontakt und gleichzeitig einen sehr geringen Bauteileaufwand.Alternatively or cumulatively to the execution of the current source is a clocked current source according to the invention Input circuit further configured in that the Current source is designed as a switched current source, the designed power source has a capacity with the Input contact is connected and the measuring device Means for measuring the after switching on the Power source over the capacity flowing currents having. By switching over a power source a capacitance flowing in an electrical output Current transients can be observed with appropriate observation this current transient the state of the with the Input contact of the input circuit according to the invention determine connected electrical output. The smaller the capacitance between the switched power source and selects the input contact, the smaller the Effects of an external voltage on a input circuit according to the invention. The execution of the Power source guaranteed as a switched power source a very low power loss, a low one Power consumption, a high query flow on Input contact and at the same time a very low one Component effort.
Alternativ zur Ausführung der Stromquelle als geschaltete Stromquelle ist die Stromquelle gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung als Wechselstromquelle ausgeführt und koppelt eine Wechselspannung zur Stromversorgung kapazitiv ein. Der Vorteil der Ausführung der Stromquelle als Wechselstromquelle mit vorzugsweise relativ hoher Frequenz liegt darin, daß es erwünscht ist, den Schaltzustand eines passiven Kontaktes über einen relativ hohen Strom zu ermitteln. Umgekehrt soll jedoch in einem Fall, in dem kein passiver Kontakt, sondern ein aktiver Spannungsausgang an den Eingangskontakt der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung angeschlossen ist, nur eine möglichst geringe Verlustleistung in der Stromquelle entstehen. Im Falle einer am Eingangskontakt anliegenden Fremdspannung ist also erwünscht, daß von der Stromquelle ein kleinerer Strom eingespeist wird. Beide Ziele werden durch die Verwendung einer Wechselstromquelle als Stromquelle der Meßeinrichtung erreicht. Würde man z. B. einen eventuell vorhandenen passiven Kontakt mit 10 mA DC-Strom beaufschlagen, so würden diese 10 mA auch dann fließen, wenn statt des passiven Kontaktes eine 230 V Spannungsquelle angeschlossen ist. Im letzten Fall hätte man also unerwünschterweise 2,3 W Verlustleistung. Dadurch, daß gemäß der hier beschriebenen Ausgestaltung eine Stromquelle vorgesehen ist, die beispielsweise 10 kHz AC- Strom liefert und eine Wechselspannung zur Stromversorgung kapazitiv einkoppelt, ist gewährleistet, daß die Verlustleistung deutlich reduziert ist. Ein Koppelkondensator zur Einkopplung der hohen Frequenz der Stromquelle ist bei dieser hohen Frequenz viel Niederohmiger als bei einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz einer eventuellen Fremdspannung. Im Ergebnis ist durch diese Maßnahme gewährleistet, daß der gewünschte Strom, der von der Stromquelle bei einem angeschlossenen passiven Kontakt um den Faktor 10 kHz/50 Hz = 200fach größer ist als der unerwünschte Strom, der bei einer anliegenden Fremdspannung entsteht.As an alternative to designing the power source as switched Current source is the current source according to another Design of the input circuit according to the invention as AC power source and couples one AC voltage to the power supply capacitively. The Advantage of running the power source as AC source with preferably relatively high Frequency is that it is desirable that the Switching state of a passive contact via a relative to determine high current. Conversely, in one Case where there is no passive contact, but an active one Voltage output to the input contact of the input circuit according to the invention is connected, only the lowest possible power loss in the Power source arise. In the case of one at the input contact applied external voltage is therefore desirable that from the Current source a smaller current is fed. Both Goals are achieved by using a AC power source as the power source of the measuring device reached. Would you z. B. an existing one Apply 10 mA DC current to passive contact, see above would this 10 mA flow even if instead of the passive contact a 230 V voltage source connected. So in the latter case you would have undesirably 2.3 W power loss. As a result of that according to the configuration described here Current source is provided, for example 10 kHz AC Provides electricity and an AC voltage Capacitive power supply coupling is guaranteed that the power loss is significantly reduced. On Coupling capacitor for coupling the high frequency of the Power source is a lot at this high frequency Lower resistance than at a frequency of, for example 50 Hz of any external voltage. The result is this measure ensures that the desired Current from the power source at a connected passive contact by a factor of 10 kHz / 50 Hz = 200 times is greater than the unwanted current that is external voltage is created.
Ist die erfindungsgemäße Eingangsschaltung unmittelbar mit einem System zur Informationsverarbeitung verbunden, so ist es vorteilhaft, wenn, gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung, zwischen dem Eingangskontakt und dem Ausgang Mittel zur galvanischen Trennung vorgesehen sind.The input circuit according to the invention is immediate connected to an information processing system, so it is advantageous if, according to another Configuration of the input circuit according to the invention, between the input contact and the output means for galvanic isolation are provided.
Besonders vorteilhaft werden diese Mittel zur galvanischen Trennung dadurch zur Verfügung gestellt, daß die Auswerteeinrichtung die binären Zustände kapazitiv in den binären Ausgang einkoppelt. Diese kapazitive Einkopplung läßt sich besonders einfach herstellen.These means are particularly advantageous for galvanic isolation provided that the evaluation device capacitively in the binary states couples the binary output. This capacitive Coupling is particularly easy to produce.
Weiter bevorzugt ist eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung dadurch, daß die zur kapazitiven Kopplung der Wechselstromquelle einerseits und/oder der binären Zustände andererseits benötigten Kapazitäten als Leiterflächen einer die Eingangsschaltung tragenden Leiterplatte ausgebildet sind. In diesem Fall lassen sich die erwünschten Kapazitäten sehr einfach herstellen.An embodiment of the input circuit according to the invention in that the capacitive coupling of the AC power source on the one hand and / or the binary states on the other hand Capacities as conductive surfaces of the input circuit supporting circuit board are formed. In this case the desired capacities can be very easily produce.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Eingangsschaltung für binäre elektrische Eingänge auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigtThere are now a variety of ways that input circuit according to the invention for binary electrical Designing and developing entrances. To do this for example, on the one hand referred to the Claim 1 subordinate claims, on the other hand to the description of preferred Embodiments in connection with the drawing. In the drawing shows
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung, Fig. 1 is a block diagram of a first embodiment of an input circuit according to the invention,
Fig. 2 einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung, Fig. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of an input circuit according to the invention,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung, Fig. 3 is a block diagram of a third embodiment of an input circuit according to the invention,
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung Fig. 4 is a block diagram of a fourth embodiment of an input circuit according to the invention
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Ausschnitts eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung und Fig. 5 is a block diagram of a section of a fifth embodiment of an input circuit according to the invention and
Fig. 6 schematisch die Darstellung einer Leiterplatte zur Verwendung in dem fünften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung. Fig. 6 schematically shows a circuit board for use in the fifth embodiment of an input circuit according to the invention.
Das in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung weist einen mit einem binären elektrischen Ausgang 1 eines eventuell auch passiven elektrischen Gerätes 2 verbundenen Eingangskontakt 3, einen binären Ausgang 4 und Mittel 5 zur Detektion des binären Zustands des mit dem Eingangskontakt 3 verbindbaren elektrischen Ausgangs 1 auf. Erfindungsgemäß weisen die Mittel 5 zur Detektion eine die Zustände Hochohmig, Niederohmig oder Fremdspannung messende Meßeinrichtung 6 und eine die Meßergebnisse der Meßeinrichtung 6 binären Zuständen zuordnende Auswerteeinrichtung 7 auf.The first exemplary embodiment of an input circuit according to the invention shown in FIG. 1 of the drawing has an input contact 3 connected to a binary electrical output 1 of a possibly also passive electrical device 2 , a binary output 4 and means 5 for detecting the binary state of the input contact 3 connectable electrical output 1 . According to the invention, the means 5 for detection have a measuring device 6 which measures the states of high-resistance, low-resistance or external voltage and an evaluation device 7 which assigns the measuring results of the measuring device 6 to binary states.
Die Meßeinrichtung 6 weist eine Stromquelle 8, einen den über den Eingangskontakt 3 fließenden Strom messenden Strommesser 9 und einen die Spannung am Eingangskontakt 3 messenden Spannungsmesser 10 auf.The measuring device 6 has a current source 8 , a current meter 9 measuring the current flowing through the input contact 3 and a voltmeter 10 measuring the voltage at the input contact 3 .
Mit Hilfe des Spannungsmessers 10 kann der Zustand UE = Fremdspannung detektiert werden. Mit Hilfe des Strommessers 9 können die Zustände Hochohmig oder Niederohmig detektiert werden.With the aid of the voltmeter 10 , the state U E = external voltage can be detected. With the help of the current meter 9 , the states high-resistance or low-resistance can be detected.
Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung ist wie folgt aufgebaut. Die Widerstände 11, 12, 13, 14 und 15 bilden einen Spannungsteiler, der so dimensioniert ist, daß die an den Knotenpunkten eingetragenen Potentiale auftreten. Die erste Klemme 16 des zu überwachenden elektrischen Ausgangs 1 ist direkt mit dem 1 V-Potential des durch die Widerstände 11, 12, 13, 14, 15 gebildeten Spannungsteilers verbunden. Die zweite Klemme 17 des Ausgangs 1 ist über den Widerstand 18 mit dem 1,7 V- Potential des Spannungsteilers verbunden. UE ist definiert als die Spannung zwischen den Klemmen 16 und 17. Die bislang beschriebenen Komponenten des zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung bilden eine Stromquelle, deren Maximalspannung auf 0,7 V und deren Maximalstrom auf 0,7 V dividiert durch den Widerstandswert des Widerstandes 18 begrenzt ist. Dabei wird der Widerstand 18 so groß gewählt, daß bei der größten zulässigen an den Klemmen 16, 17 anliegenden Fremdspannung UA immer noch ein deutlich kleinerer Strom durch den Widerstand 18 fließt, als der Querstrom durch den genannten Spannungsteiler. Der Widerstand 18 kann auch durch eine Konstantstromquelle ersetzt werden. Der Widerstand 19 wird groß gegenüber dem Widerstand 18 dimensioniert und hat die Aufgabe, minimale Leckströme abzuleiten, die von nicht perfekt schaltenden Ausgängen 1 generiert werden können.The circuit shown in FIG. 2 of a second exemplary embodiment of an input circuit according to the invention is constructed as follows. The resistors 11 , 12 , 13 , 14 and 15 form a voltage divider which is dimensioned such that the potentials entered at the nodes occur. The first terminal 16 of the electrical output 1 to be monitored is connected directly to the 1 V potential of the voltage divider formed by the resistors 11 , 12 , 13 , 14 , 15 . The second terminal 17 of the output 1 is connected via the resistor 18 to the 1.7 V potential of the voltage divider. U E is defined as the voltage between terminals 16 and 17 . The previously described components of the second exemplary embodiment of an input circuit according to the invention form a current source whose maximum voltage is limited to 0.7 V and whose maximum current is limited to 0.7 V divided by the resistance value of the resistor 18 . The resistance 18 is chosen so large that at the largest permissible external voltage U A present at the terminals 16 , 17 , a significantly smaller current still flows through the resistor 18 than the cross current through the voltage divider mentioned. The resistor 18 can also be replaced by a constant current source. The resistor 19 is dimensioned large compared to the resistor 18 and has the task of deriving minimal leakage currents that can be generated by outputs 1 that do not switch perfectly.
Über den für alle Komparatoren 20, 21, 22 gemeinsamen, sehr Hochohmigen Vorwiderstand 23 wird das an der Klemme 17 anliegende Potential allen drei Komparatoren 20, 21, 22 zur Verfügung gestellt.About the all comparators 20, 21, 22 common, very high-ohmic series resistor 23, the voltage applied to the potential terminal 17 is provided to all three comparators 20, 21, 22 available.
Berücksichtigt man nun, daß die Klemme 16 auf 1 V- Potential liegt, dann vergleicht der Komparator 21 die an der Klemme 17 anliegende Spannung mit dem 1,3 V-Potential und liefert somit das Signal UE < 0 V. Hierbei gelten Spannungen unter 0,3 V in diesem Fall als 0 V, um nicht perfekte Schaltzustände des Ausgangs 1 zu kompensieren. Der Komparator 20 vergleicht mit dem 1,7 V-Potential und liefert das Signal UE < 0,7 V und der Komparator 22 vergleicht mit dem 0,7 V-Potential und liefert das Signal UE < 0 V. Dieser Komparator 22 erlaubt es, die Fremdspannung UA mit beliebiger Polarität anzuschließen - auch hier werden Spannungen 0 < UE < -0,3 V als UE = 0 V interpretiert.If one now takes into account that the terminal 16 is at 1 V potential, the comparator 21 compares the voltage present at the terminal 17 with the 1.3 V potential and thus supplies the signal U E <0 V. Here, voltages apply below 0.3 V in this case as 0 V in order to compensate for imperfect switching states of output 1 . The comparator 20 compares with the 1.7 V potential and supplies the signal U E <0.7 V and the comparator 22 compares with the 0.7 V potential and supplies the signal U E <0 V. This comparator 22 allows it to connect the external voltage U A with any polarity - here too voltages 0 <U E <-0.3 V are interpreted as U E = 0 V.
Dem angeschlossenen Mikroprozessor bzw. einer kleinen
Logikschaltung 24 stehen im Ergebnis alle Signale zur
Verfügung, um daraus die drei Zustände Fremdspannung,
Hochohmig oder Niederohmig erkennen zu können, die für
die Anwendung der oben genannten drei Kriterien notwendig
sind, um am Ausgang 4 das entsprechende binäre Signal zu
erzeugen. Dabei bedient sich der Mikroprozessor 24 einer
fest eingestellten Minimalzeit t, die dazu dient,
pulsierende Signale, die durch angelegte Wechselspannung
oder pulsierende Gleichspannungen UA verursacht werden
können, korrekt auswerten zu können. Diese Auswertung
umfaßt die folgenden Schritte:
As a result, all signals are available to the connected microprocessor or a small logic circuit 24 in order to be able to recognize the three states of external voltage, high-resistance or low-resistance which are necessary for the application of the three criteria mentioned above, in order to provide the corresponding binary at output 4 Generate signal. The microprocessor 24 uses a fixed minimum time t, which is used to correctly evaluate pulsating signals that can be caused by applied AC voltage or pulsating DC voltages U A. This evaluation comprises the following steps:
- 1. Alarmzustand beginnt, wenn das Signal UE < 0,7 V oder das Signal UE < 0 V wahr ist.1. The alarm state begins when the signal U E <0.7 V or the signal U E <0 V is true.
- 2. Ruhezustand beginnt, wenn während einer Zeit t die Signale UE < 0,7 V und UE < 0 V unwahr bleiben und das Signal UE < 0 V wahr bleibt.2. The idle state begins when the signals U E <0.7 V and U E <0 V remain untrue and the signal U E <0 V remains true for a time t.
- 3. Der aktuelle Zustand wird gewechselt, wenn während einer Zeit t die Signale UE < 0 V und UE < 0 V unwahr bleiben.3. The current state is changed if the signals U E <0 V and U E <0 V remain false during a time t.
Kriterien für die Dimensionierung der Zeit t sind bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung die Frequenz der Netzspannung, die darauf zu unterdrückenden Schaltspitzen und die gewünschte Geschwindigkeit, mit der Zustandsänderungen erkannt werden sollen.The criteria for dimensioning the time t in the second exemplary embodiment of an input circuit according to the invention shown in FIG. 2 are the frequency of the mains voltage, the switching peaks to be suppressed thereon and the desired speed at which changes in state are to be recognized.
Das in Fig. 3 in einem Blockschaltbild dargestellte dritte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Stromquelle 8 als Wechselstromquelle ausgeführt ist und über eine Kapazität 25 mit dem Eingangskontakt 3 verbunden ist. Hierdurch wird der gewünschte Effekt erzielt, daß der gewünschte Strom für den Fall eines passiven Ausgangs 1 um ein vielfaches größer ist als der unerwünschte Strom für den Fall eines eine Fremdspannung liefernden Ausgangs 1. In diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, daß es sich gezeigt hat, daß man die Mittel zur Detektion derartig stromsparend gestalten kann, daß sie ohne weiteres kapazitiv mit Energie versorgt werden kann. Die Schaltung kann zumindest mit Strömen von etwa 10 µA betrieben werden.The third exemplary embodiment of an input circuit according to the invention shown in a block diagram in FIG. 3 differs from the first exemplary embodiment in that the current source 8 is designed as an alternating current source and is connected to the input contact 3 via a capacitance 25 . This has the desired effect that the desired current in the case of a passive output 1 is many times greater than the undesired current in the case of an output 1 supplying an external voltage. In this connection, it should be mentioned that it has been shown that the detection means can be designed in such a way that they are energy-saving in such a way that they can easily be supplied with energy capacitively. The circuit can be operated at least with currents of approximately 10 μA.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel ist die Basis für die geschaltete Stromquelle als geschaltete Spannungsquelle 26 ausgeführt. Die geschaltete Spannungsquelle 26 ist über eine Kapazität 27 mit den mit der zweiten Klemme 17 verbundenen Eingangskontakt 3 verbunden. Die die Zustände Hochohmig, Niederohmig oder Fremdspannung messende Meßeinrichtung 6 weist zur Messung der nach dem Einschalten der geschalteten Spannungsquelle 26 über die Kapazität 27 fließenden Ströme Widerstände 28, 29, 30 und 31 auf. Darüber hinaus weist die Meßeinrichtung 6 einen Spannungsmesser 32 auf.In the fourth exemplary embodiment shown in FIG. 4, the basis for the switched current source is designed as a switched voltage source 26 . The switched voltage source 26 is connected via a capacitance 27 to the input contact 3 connected to the second terminal 17 . The measuring device 6 , which measures the states of high-resistance, low-resistance or external voltage, has resistors 28 , 29 , 30 and 31 for measuring the currents flowing through the capacitor 27 after switching on the switched voltage source 26 . In addition, the measuring device 6 has a voltmeter 32 .
Im Betrieb der in Fig. 4 dargestellten Schaltung ist der Kondensator 27 über den hochohmigen, parallel geschalteten Widerstand 29 im Ruhezustand entladen. Schaltet man nun die Spannungsquelle 26 auf einen High- Pegel, so wird eine geschaltete Stromquelle durch die geschaltete Spannungsquelle 26 in Verbindung mit dem von den Widerständen 28 und 31 gebildeten Spannungsteiler hergestellt. Die Widerstände 28 und 31 begrenzen die Spannung am Schaltungspunkt 33 auf 0,7 V. Der Kondensator 27 wirkt zunächst wie ein Kurzschluß. Der gesamte Strom der aus der Spannungsquelle 26 und den Widerständen 28 und 31 gebildeten geschalteten Stromquelle wird in die zweite Klemme 17 eingespeist, wodurch der aus den Widerständen 28 und 31 bestehende Spannungsteiler jedoch nur dann belastet wird, wenn ein passiver Kontakt zwischen der ersten Klemme 16 und der zweiten Klemme 17 angeschlossen und geschlossen ist. Über den Widerstand 30 koppelt man die am Schaltungspunkt 33 anliegende Spannung an den Spannungsmesser 32. Dieser Spannungsmesser 32 stellt den durch den Stromfluß in die zweite Klemme 17 verursachten Spannungsabfall fest. In dem Fall, in dem die erste Klemme 16 und die zweite Klemme 17 über einen geschlossenen passiven Kontakt direkt miteinander verbunden sind, ist im Zeitpunkt des Einschaltens der geschalteten Spannungsquelle 26 ein deutlicher Spannungsabfall meßbar. Wichtig ist hierbei, daß der Spannungsmesser 32 den Spannungsabfall schneller abtastet, als der Kondensator 27 sich auflädt, d. h. solange der Kondensator 27 noch als Kurzschluß wirkt. Durch diese schnelle Abtastung kann der Kondensator 27 so klein gehalten werden, daß für den Fall, daß zwischen den Klemmen 16, 17 eine Fremdspannung anliegt, kein nennenswerter Rückstrom fließt. Bei dem dargestellten vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung besteht ein Zusammenhang dahingehend, daß je schneller nach dem Einschalten der geschalteten Stromquelle die Spannung am Schaltungspunkt 33 abtastbar ist, desto kürzer kann die Stromquelle eingeschaltet werden und desto kleiner kann auch die Kapazität 27 gewählt werden. Je kleiner die Kapazität 27 ist, desto geringer sind die Rückwirkungen einer zwischen den Klemmen 16, 17 anliegenden Fremdspannung auf die erfindungsgemäße Eingangsschaltung.In operation of the circuit shown in FIG. 4, the capacitor 27 is discharged in the idle state via the high-resistance, resistor 29 connected in parallel. If the voltage source 26 is now switched to a high level, a switched current source is produced by the switched voltage source 26 in conjunction with the voltage divider formed by the resistors 28 and 31 . Resistors 28 and 31 limit the voltage at node 33 to 0.7 V. Capacitor 27 initially acts like a short circuit. The entire current of the switched current source formed by the voltage source 26 and the resistors 28 and 31 is fed into the second terminal 17 , whereby the voltage divider consisting of the resistors 28 and 31 is only loaded when there is a passive contact between the first terminal 16 and the second terminal 17 is connected and closed. The voltage present at node 33 is coupled to voltmeter 32 via resistor 30 . This voltmeter 32 determines the voltage drop caused by the current flow into the second terminal 17 . In the case in which the first terminal 16 and the second terminal 17 are connected directly to one another via a closed passive contact, a clear voltage drop can be measured at the time when the switched voltage source 26 is switched on. It is important here that the voltmeter 32 senses the voltage drop faster than the capacitor 27 charges, ie as long as the capacitor 27 still acts as a short circuit. This fast scanning allows the capacitor 27 to be kept so small that no significant reverse current flows in the event that an external voltage is present between the terminals 16 , 17 . In the fourth exemplary embodiment of an input circuit according to the invention shown, there is a connection in that the faster the voltage at the switching point 33 can be scanned after the switched-on current source is switched on, the shorter the current source can be switched on and the smaller the capacitance 27 can be selected. The smaller the capacitance 27 , the less the effects of an external voltage present between the terminals 16 , 17 on the input circuit according to the invention.
Bei der Detektion der Zustände des an den Klemmen 16, 17 vorhandenen elektrischen Ausgangs eines Gerätes wirkt der Widerstand 29 doppelt. Er sorgt einmal dafür, daß sich die. Kapazität 27 zwischen zwei Abtastvorgängen entlädt. Zum anderen koppelt er eine zwischen den Klemmen 16, 17 anliegende Fremdspannung an den Schaltungspunkt 33, die nun über den Widerstand 30 an den Spannungsmesser 32 angekoppelt ist und dort gemessen werden kann. Der Widerstand 30 schützt den Spannungsmesser 32 vor kurzzeitigen Spannungsspitzen, die über die Kapazität 27 an den Schaltungspunkt 33 gelangen könnten.When the states of the electrical output of a device present at the terminals 16 , 17 are detected, the resistor 29 acts twice. He makes sure that the. Capacity 27 discharges between two scans. On the other hand, it couples an external voltage present between the terminals 16 , 17 to the circuit point 33 , which is now coupled via the resistor 30 to the voltmeter 32 and can be measured there. Resistor 30 protects voltmeter 32 from brief voltage spikes that could reach node 33 via capacitance 27 .
Im Ergebnis lassen sich also mit dem in der Fig. 4 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung die Zustände Hochohmig, Niederohmig oder Fremdspannung eindeutig detektieren. Dabei tritt eine sehr geringe Verlustleistung, ein sehr niedriger Stromverbrauch bei gleichzeitig hohem Abfragestrom auf. Darüber hinaus ist der Bauteileaufwand für das vierte Ausführungsbeispiel denkbar gering. As a result, the states of high-resistance, low-resistance or external voltage can be clearly detected with the fourth exemplary embodiment of an input circuit according to the invention shown in FIG. 4. This results in a very low power loss, a very low power consumption and a high query current at the same time. In addition, the component expenditure for the fourth exemplary embodiment is extremely low.
In Fig. 5 der Zeichnung ist ein fünftes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die kapazitive Versorgung der Auswerteschaltung mit Energie und die kapazitive Einkopplung des binären Signals in den Ausgang 4 dargestellt ist. Die Bestandteile des fünften Ausführungsbeispiels, die im weiteren nicht näher beschrieben werden, stimmen mit denen des ersten und dritten Ausführungsbeispiels überein und sind in Fig. 4 nicht dargestellt. Bei dem fünften Ausführungsbeispiel wird die von einer Wechselspannungsquelle 34 gelieferte Wechselspannung zur Stromversorgung über Kapazitäten 35, 36 angekoppelt. Die Information über den erfindungsgemäß ermittelten am Eingangskontakt 3 anliegenden binären Zustand wird ebenfalls kapazitiv über eine Kapazität 37, und damit galvanisch entkoppelt, in den binären Ausgang 4 eingekoppelt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zusätzlich zu den in den Fig. 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Schaltung lediglich eine Gleichrichtungs- und Glättungsschaltung 38 hinzugefügt.In Fig. 5 of the drawings, a fifth embodiment is shown, wherein the capacitive power supply of the evaluation circuit with energy, and the capacitive coupling is represented in the binary signal output 4. The components of the fifth exemplary embodiment, which are not described in more detail below, correspond to those of the first and third exemplary embodiments and are not shown in FIG. 4. In the fifth exemplary embodiment, the AC voltage supplied by an AC voltage source 34 is coupled to the power supply via capacitors 35 , 36 . The information about the binary state determined at the input contact 3 according to the invention is also capacitively coupled into the binary output 4 via a capacitance 37 , and thus galvanically decoupled. In this embodiment, in addition to the circuit embodiment shown in FIGS. 1 and 3, only a rectification and smoothing circuit 38 is added.
In Fig. 6 ist schließlich die besonders vorteilhafte Ausgestaltung des fünften Ausführungsbeispiels dargestellt, bei dem die zur kapazitiven Kopplung notwendigen Kapazitäten durch einfache Kupferfläche 39 bis 44 auf zwei Seiten oder auf zwei unterschiedlichen Lagen einer Leiterplatte 45 einer gedruckten Schaltung realisiert sind. Hierbei ergeben sich die in Fig. 5 dargestellten Kapazitäten 35, 36, 37 aus den Kupferflächenpaaren 39, 40 bzw. 41, 42 bzw. 43, 44. Das Material der Leiterplatte 37 dient hier als Isolator zwischen den Kupferflächen.In FIG. 6, the particularly advantageous embodiment of the fifth embodiment, finally, is shown, in which the necessary for the capacitive coupling capacitances to 44 different on two sides or on two layers of a printed circuit board 45 of a printed circuit are realized by simple copper surface 39. The capacitances 35 , 36 , 37 shown in FIG. 5 result from the copper surface pairs 39 , 40 and 41 , 42 and 43 , 44 . The material of the circuit board 37 serves here as an insulator between the copper surfaces.
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| DE1999135591 DE19935591B4 (en) | 1999-08-02 | 1999-08-02 | Input circuit for binary electrical inputs |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19935591B4 (en) | 2005-03-10 |
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