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@ontaktloser Codierschalter Die Erfindung betrifft einen elektronischen
Berührungs-Codierschalter zur kontaktlosen Einstellung beliebiger Zahlenwerte.
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Codierschalter zur manuellen Eingabe von Zahlenkombinationen in der
steuerungstechnik, Regelungstechnik, Me@technik sowie der Ubrentechnik, der Datenverarbeitung
und Automation sind an sich bekannt. Sie werden zur Programmierung von werkzeug@aschinen,
Prüfgeräten sowie
vieler elektrischer und elektronischer Geräte
verwendet.
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Codierschalter gestatten, beispielsweise an einem aus dem Gehause
ragenden Handrad einen Zahlenwert zwischen G une 9 einzustellen. Die Anschlüsse,
die den eingestellten Zahlenwert an zwei Anschlüssen oder an mehreren Anschlüssen
in codierter Form abzunehmen erlauben, befinden sich meist ?-n aller Rückseite des
Gehäuses.
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Der Nachteil dieser Schalter sind ihre relativ großen Abmessungen
und ihre für vieie Anwendungsfälle zu große Einbautiefe, da außer dem Handrad sowie
weiteren mechanischen kontaktüberbrückungsmitteln noch Codiereinrichtungen nötig
sind, die oft mit den Anschl@ssen kombiniert sind. Diese in Bedienungspulte oaer
Paneele eingebauten Codierschalter verf@gen im allgemeinen nicht über Beleuchtungsmittel
zur Anzeige der Schaltstellung, so daß in dunklen Raumen zusätzliche Ableselampen
installiert werden müssen.
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Eine weiterer, sehr wesentlicher @achteil der bekannten Codierschalter
ist darin zu sehen, daß das Schaltrad, welches mit Schaltfingern auf Kontaktbahnen
nicht rei@ungsfrei laufen kann, einem beträchtlichen Verschleiß unterliegt,
der
sehr b@ld zu Störungen fährt. Die Lebensdauer @olcher Codierschalter ist @@@er durch
den mechanischen Verschlei@ der bewegten Teile @ußerst begrenzt.
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Au@er@e@ ist das Inner des @ch@@ses, in cem die mechanischen @ontakte
untergebracht sind, die naturgemä@ gegen Staub senr empfindlich sind, aufgrund des
durch das Ge@@use nach au@en ragenden Schaltrades nur sehr scbwer @egen Staub abzu@apseln.
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vor de Eintergrung dieser @achteile ist die Aufgabe der Erfindung
zu sehen, einen kontaktlosen elektronischen @erührungs-Codierschalter ahzugeben,
der über gerinre @ußere Abmessungen verf@@t, eine extrem lange Lebensdauer aufweist,
sehr stärunempfindlich ist und zudem eine Struktur h@ber soll, die für eine @erstellung
nach der Technologie hochintegrierter Schaltungen besonders geeignet sein soll.
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Gelost wird diese Aufgabe der Erfindung daduren, daß ein an sich bekannter
elektronischer Berührungsschalter vorgesenen ist, der seine Ausgangssignale an einen
an sich bekannten elektronischen Zähler zu dessen Weiterschaltun
überträgt
und daß ferner eine an sich bekannte Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, die mit
den Ausgängen des Zählers verbunden ist und den Inhalt des Zählers, der dem einestellten
Zahlenwert entspricht, anzeigt Zur Auswertung des im Codierschalter einestellten
Zahlenwertes Wird der jeweilige Zähler über einen Rückwärts-Zahleingang von einer
angeschlossenen, zu steuernden Einheit auf lull heruntergezählt, wobei bei Erreichen
der Null-Stellung dieses Zählers ein Steuersignal zur weiteren Auswertung, erzeugt
wird.
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Weitere Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
des Gegenstandes der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die vorstehend genannten Lösungsmittel ergeben einen außerst vorteilhaften
elektronischen kontaktlosen Berührungs-Codierschalter, der völlig verschleiß frei
ist, eine extrem hohe Lebensdauer aufweist und dessen Volumen kleiner als 20 Prozent
der bisher auf dem Markt erhaltlichen vergleichbaren Schalter ist. Da er hermetisch
gekapselt
werden kann, ist er auch mit Vorteil in einer Umgebung zu verwenden, die extrem
staubhaltig oder feucht ist.
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T.enn dieser Codierschalter mit einer Leuchtdiodenanzeige ausgestattet
ist, läßt sich der eingestellte Zahlenwert auch unter sehr schlechten t3eleuchtungsverhaltnissen
gut ablesen.
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Da sich seine Schaltkreise außerdem sehr gut in integrierter Halbleitertechnologie
ausführen lassen, können sie auch 3eür leicht an die verschiedensten Logik- (positiv
oder negativ) und Signalpegelverhältnisse anpassen, so daß sie mit anschließbaren
elektronischen Datenverarbeitungsgeräten, die unter Umständen für die numerische
Steuerung der angeschlossenen Maschine verwendet werden, kompartibel gemacht werden
können.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figuren 1 u. 2 einfacne Blockschaltbilder
zur Veranschaulichung des Prinzips der Erfindung,
Figur 3 das Blockschaltbild
eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem für jede darzustellende Ziffer ein
eigener, kontaktlos er Berührungsschalter vorgesehen ist, das Blockschaltbild eines
Codierschalters mit einer automatischen Auswerteeinrichtung, Figur 5 das Blockschaltbild
eines Codierschalters, bei dem für alle angeschlossenen Dekaden nur ein kontakt
los er Berührungsschalter benötigt wird, und Figur 6 das Blockschaltbild eines Codierschalters
mit einer weiteren Variante einer angeschlossenen Auswerteeinrichtung.
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Figur 1 zeigt als Blockschaltbild einen elektronischen kontaktlosen
Berührungs-Codierschalter in seiner einfachsten Ausführungsform. Er besteht zunachst
aus einem kontaktlosen Berü.hrungsschalter 1, der entweder den in der DT-OS 1 945
357 beschriebenen Aufbau aufweisen kann, bei dem mit Hilfe einer Metallplatte, die
der frequenzbestimmenden Spule eines Oszillators genähert wird und ein
Schaltsignal
auslöst oder ein Flip-Flop-Schalter sein, der ebenfalls durch die Berührung einer
Metallplatte von einem binären Zustand in den anderen umgeschaltet wird, wobei er
einen Ausgangsimpuls erzeugt.
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Je nach verwendeter Logik, positiver oder negativer Logik, wird entweder
die ins Positive springende Flanke eines Impulses oder seine ins Negative springende
Flanke für die Betätigung des angeschlossenen Zählers 2 ausgewertet. Dieser Zähler
kann je nach Verwendungszweck ein vierstufiger Binärzähler sein, dessen Stufenkopplungen
so gewählt sind, daß er entweder eine dezimale oder hexadezimale Zählweise ermöglicht.
Für dekadische Codierschalter empfiehlt sich die Verwendung eines binärcodierten
Dezimalzählers, der seinen numerischen Inhalt, der dem eingestellten Zahlenwert
entspricht, auf vier Ausgangsleitungen in einem BCD-Code darstellt. Dieser binärcodierte
Dezimalwert seines Inhalts wird zu einer Anzeigeeinheit 5 übertragen, welche die
eingestellte Ziffer anzeigt. Der in Figur 1 dargestellte Codierschalter geht davon
aus, daß sein Zähler den eingestellten Wert so lange speichert, bis über die Rückstellleitung
RST die Rückstellung des Zählers auf den Wert Null erfolgt. Es wird bei dieser Einrichtung
weiter
vorausgesetzt, daß der Zählerinhalt, also der im Codierschalter
eingestellte Zahlenwert, der über die vieradrige Leitung a zur Anzeige 5 übertragen
wird, direkt von dieser Anzeige angezeigt werden kann.
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Bei den einfachen, herkömmlichen Anzeigeeinheiten ist dies im allgemeinen
nicht möglich, so daß eine Schaltungsanordnung verwendet wird, die in Figur 2 als
Anzeige 6 dargestellt ist. Sie besteht im wesentlichen aus einem Speicher 3, der
über einen Rückstelleingang und vier Dateneingänge sowie vier Datenausgänge verfügt
und in der Lage ist, eine Ziffer im verwendeten Code zu speichern.
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Der Ausgang dieses Speichers ist mit einem Decodierer und Treiber
4 verbunden, der den im Speicher gespeicherten binärcodierten Dezimalwert in eine
solche Form umwandelt und die Signale an seinem Ausgang mit solchen Pegeln zur Verfügung
stellt, daß eine Anzeige der gespeicherten Ziffer in der 7-Segmentanzeige 5 möglich
ist.
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Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Codierschaltern werden die
Zähler durch schrittweises Eintasten auf den gewünschten Zahlenwert eingestellt,
was
an der Anzeige 5 jeweils leicht festzustellen ist. Vor jeder
neuen Zahleneingabe wird der Zähler zunächst, entweder automatisch oder manuell,
zurückgestellt.
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Wenn beispielsweise der gewünschte Zahlenwert eine 3 sein soll, dann
wird diese Einstellung durch dreimaliges Berühren des kontaktlosen Berührungsschalters
1 bewirkt. Durch dieses dreimalige Berühren entstehen nacheinander insgesamt drei
Impulse, die von dem Zähler 2 gezählt werden, so daß er nach der letzten Berührung
den Zahlenwert oder die Ziffer 3 in codierter Form enthält.
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Da für manche Anwendungsfälle das der gewünschten einzustellenden
Zahl, im ungünstigsten Fall 9-malige Berühren oder Antippen des kontaktlosen Berührungsschalters
zu zeitraubend oder zu umständlich ist, kann auch eine Lösung vorgesehen werden,
bei der jeder Ziffer ein eigener kontaktloser Berührungsschalter zugeordnet ist.
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Diese Schaltung ist einerseits aufwendiger, dafür andererseits aber
wesentlich leichter zu handhaben. In Fig. 3 ist ein solcher kontaktloser Berührungsschalter
1 als Blockschaltbild dargestellt. Es sind hierbei die kontaktlosen Berührungsschalter
0 bis 9 zu einem dekadischen Block zusammengefaßt, wobei jeder kontaktlose Berührungsschalter
eine
Ausgangsleitung besitzt, die zu einem Codewandler 1a führt. Insgesamt rühren also
aus dem dekadischen Block zen Leitungen zu dem Codewandler, der den ankommenden
1 aus 10-Code in einen BCD-Code umwandelt.
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Der Zähler 2 in Fig. 3 wird von den Ausgangssignalen des Codewandlers
1a parallel auf den gewünschten Wert eingestellt. Der Zähler selbst ist dann wieder
mit der Anzeigeeinheit 6 verbunden, die den eingestellten Zahlenwert zur Kontrolle
anzeigt.
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Es sei noch einmal darauf hlngewiesen, daß die Anzeige vorrichtung
6 aus einem Speicher zur Speicherung der anzuzeigenden Ziffer, einem Codewandler
und Treiber 4 sowie aus der Anzeige 5 besteht. Diese Anzeige kann entweder eine
aus lichtemittierenden Dioden gebildete 7-Segmentanzeige sein5 oder eine aus lichtemittierenden
Dioden aufgebaute 5 mal 7 Leuchtpunktmatrix oder, wo es darauf ankommt, den Energiebedarf
für die Anzeige gering zu halten, kann sie auch aus einer Flüssigkristallanzeige
bestehen, die meistens als 7-Segmentanzeige ausgebildet ist.
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Zur Auswertung des im Codierschalter eingestellten Zahlenwertes sind
mehrere Möglichkeiten denkbar, von denen die
eine, wie Fig. 3 zeigt,
darin besteht, den Zähler 2 über seinen Rückwärtszähleingang A mit Impulsen herunterzuzählen,
die von der angeschlossenen, in Fig. 3 aber nicht dargestellten Einrichtung geliefert
werden. Diese Einrichtung kann beispielsweise eine Flaschen-, Dosen-oder Stückgutzähleinrichtung
oder eine Abfüllvorrichtung für Tabletten, Pillen od. dgl. sein, deren Vorgabeert,
beispielsweise 20 Tabletten, die in ein Röhrchen einzufüllen sind, mit Hilfe des
elektronischen kontaktlosen Codierschalters eingestellt werden. Jede aus der Abfüllvorrichtung
in das Tablettenröhrchen fallende Tablette unterbricht hierbei beispielsweise den
Strahl einer Lichtschranke, deren Ausgangsimpuls zu dem Rückwärtszähleingang A des
Zählers 2 im Codierschalter übertragen wird. Wenn dieser Zähler 2 seine Null-Stellung
erreicht, wird ein Ausgangssignal erzeugt, das für die Einleitung des nächsten Arbeitstaktes
der Abfüllvorrichtung verwendet werden kann.
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Die Feststellung des Null-Wertes des Zählers 2 zur Erzeugung des genannten
Steuersignals kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Eine Lösung zeigt
beispielsweise Fig. 4, bei der die Ausgangsleitungen des
Zählers
2 mit den Eingängen eines NOR-Tores 7 verbunden sind. Dieses NOR-Tor erzeugt nur
dann ein Ausgangssignal mit beispielsweise hohem Pegel (positive Logik), wenn alle
Eingangsleitungen Signale mit niedrigem Pegel führen, d.h. sie liefert nur dann
ein der binären 1 entsprechendes Ausgangssignal, wenn alle ihre Eingänge ein der
binären Null entsprechendes Signal führen.
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Eine weitere Möglichkeit zur Gewinnung eines Steuersignals mit Hilfe
des Einstellwertes des Codierschalters zeigt Fig. 6. Mit Hilfe dieser Schaltung
kann nicht nur der Nullwert, sondern jeder beliebige Wert diskriminiert werden.
Der obere Teil in Fig. 6 zeigt den bereits erläuterten Codierschalter, der untere
Teil dagegen die zugehörige Auswerteeinrichtung. Bei dieser zuletzt genannten Auswerteeinrichtung
geht man davon aus, daß eine zu überwachende Einrichtung 16 laufend Ist-Werte einer
Größe, die überwacht werden oder geregelt werden soll> zu bestimmten Zeitpunkten-in
einen Speicher 14 überträgt. Der Codierschalter selbst empfängt durch manuelle Einstellung
den zu überwachenden Soll-Wert.
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Die Ausgänge der Speicher 3 und 14 sind mit den Eingängen
von
Exklusiv-ODER-Toren 15 verbunden, die nur dann ein der binären Null entsprechendes
Ausgangssignal mit niedrigem Pegel liefern, wenn an beiden Eingängen gleichzeitig
Signale mit gleichen Pegeln liegen, wenn beispielsweise an beiden Eingängen entweder
ein der binären Null oder ein der binären 1 entsprechender Wert anliegt. Wie die
Fig. 6 zeigt, sind die gleichnamigen Ausgänge beider Speicher zu ein und demselben
Exklusiv-ODER-Tor 15 geführt. Die Ausgänge aller Exklusiv-ODER-Tore 15 sind mit
jeweils einem anderen Eingang eines nachgeschalteten UD-Tores 17 verbunden, welches
nur dann das Steuersignal D liefert, wenn alle seine Eingänge ein Signal mit hohem
Pegel führen. Dieses Steuersignal D kann dann wieder in bekannter Weise zur Einleitung
des nächsten Arbeitstaktes der angeschlossenen externen Einrichtung 16 verwendet
werden.
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Bei Codierschaltern, bei denen die Zahlenwerte mit Hilfe von mehrstelligen
Dekadenschaltern eingegeben werden, ist eine automatische Umschaltung des Rückwärtszähleingangs
A bei Erreichen der Null-Stellung der vorhergehenden Dekade auf die nachfolgende
Dekade von besonderem Vorteil. Wie Fig. 4 zeigt, kann dieses mit relativ einfachen
elektronischen Mitteln erreicht werden. Am Ausgang des bereits
vorher
im Zusammenhang mit der Feststellung der Null-Stellung eines Zählers erläuterten
NOR-Tores 7 ist ein UND-Tor 8 angeschlossen, das über zwei Eingänge verfügt.
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Der eine Eingang dieses UND-Tores 8 ist mit dem Ausgang des NOR-Tores
7 verbunden, während sein zweiter Eingang mit dem Rückwärtszähleingang A am Eingang
des Codierschalters verbunden ist. Dieses UND-Tor 8 liefert dann ein Ausgangssignal
mit hohem Pegel, das der binären 1 entspricht, wenn an beiden Eingängen Signale
mit hohen Pegeln, also binäre Einsen anliegen. Die Rückwärtszählimpulse der angeschlossenen
externen Einrichtung gelangen also dann zur Rücärtszählung des Zählers 20, wenn
die vorhergehende Stufe ihren Zählwert Null erreicht hat. Dieses Arbeitsspiel wiederholt
sich durch alle Dekaden des CodierschalQers, bis schließlich die letzte Stufe, am
Ausgang ihres NOR-Tores das Ausgangssteuersignal liefert.
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Insbesondere bei der Verwendung mehrstelliger Codierschalter, die
über mehrere Dekaden verzügen ist aus wirtschaftlichen Gründen -vorteilhaft, den
kontaktlosen Berührungsschalter 1 für alle Dekaden gemeinsam vorzusehen, so daß
er nur ein einziges Mal vorhanden zu sein braucht. Figur 5 zeigt eine automatische
Umschalteinrichtung,
die den kontaktlosen Berührungsschalter 1
nacheinander auf alle vorhandenen Dekaden umschaltet.
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Der Einstellvorgang des Codierschalters ist so beispielsweise mit
der Zahleneingabe in beispielsweise Taschenrechner vergleichbar, auf deren Tastatur
nacheinander die gewünschten Ziffern eingetastet werden. Der Arbeitsablauf der Umschalteinrichtung
wird durch Eintasten der ersten Ziffer in Gang gesetzt. Nach dem Eintasten der ersten
Ziffer in den kontaktlosen Berührungsschalter 1 entsteht auf einer oder mehreren
Ausgangsleitungen des Codewandlers la ein Ausgangssignal, wenn man aus Sicherheitsgründen
davon ausgeht, daß die dezimale Null nicht zu einem Null-Pegel auf allen vier Ausgangsleitungen
des Codewandlers la führt, ein Signalzustand, der auch durch eine völlige Leitungsunterbrechung
verursacht werden könnte, sondern daß vielmehr die dezimale Null durch einen hohen
Pegel auf den der 21 und 23 entsprechenden Ausgangs leitung des Codewandlers la
und durch Signale mit niedrigem Pegel auf den der 20 und 22 entsprechenden Ausgangsleitungen
dargestellt wird. Diese Ausgangsleitungen des Codewandlers la sind jeweils mit einem
Eingang eines ODER-Tores 9 verbunden, das immer dann ein Ausgangs signal zur Weiterschaltung
an den
Zähler 11 überträgt, wenn einer seiner Eingänge ein Signal
mit hohem Pegel, also eine binäre 1 führt. Mit jeder Eintastung einer neuen Ziffer
wird somit der Zähler 11 um eine Position weitergeschaltet. Der an den Ausgängen
des Zählers angeschlossene Codewandler 12 setzt jeweils den im Zähler enthaltenen
Binärwert in einen 1 aus n-Code um, so daß es für jeden Zählerinhalt am Ausgang
des Codewandlers 12 nur auf einer Leitung ein Ausgangssignal geben kann (n = Zahl
der angeschlossenen Dekaden). Jede Ausgangsleitung des Codewandlers 12 ist mit einem
Eingang von vier UND-Toren 13, die die Gruppe 13a bilden, verbunden, so daß deren
öffnung durch ein Ausgangssignal des Codewandlers 12 auf dieser Leitung vorbereitet
ist. Der jeweils zweite Eingang eines UND-Tores 13 der Gruppe 13a ist mit der ihr
zugeordneten Leitung verbunden, die seiner Position im BCD-Code entspricht, wie
Fig. 5 deutlich zeigt. Auf diese Weise entstehen n-Gruppen von jeweils vier UND-Toren>
die in der Reihenfolge von 1 bis n nacheinander von den Ausgangs leitungen des Codewandlers
12 aktiviert werden.
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Die vier Ausgänge der UND-Tore einer Gruppe führen zur Einstellung
eines gruppeneigenen Zählers 2, der von den Ausgangssignalen der zugehörigen UND-Tore
parallel
eingestellt wird, wie es bereits im Zusammenhang mit Fig.
) erläutert wurde.
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lit dieser Umschalteinrichtung ist es auf sehr wirtschaftliche und
ökonomische Weise möglich, Codierschalter mit vielen Dekaden aufzubauen, da sie
in vorteilhafter Weise in ihrer Struktur sehr einfach ist und nur sehr wenige baue
lemente benötigt.
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Die äußeren Abmessungen selbst eines mehrstelligen Codiersenalters
lassen sich bei der hier zufarundeliegenden Struktur in besonders vorteilhafter
weise dadurch stark reduzieren, daß alle Schaltkreise in integrierter Halbleitertechnologie
auf einem oder wenigen ships aufgebracht werden können.
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3ei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der rflndung ist
der elektronische Berührungsschalter mit zwei Berührstellen versehen, von denen
die eine vorwärts und die andere rückwärts zählt. Auf diese Weise wird die Eingabe
erleichtert, da man bei falsch eingegebenen Zahlen ohne weiteres die Möglichkeit
hat, durch Vor- oder Rückwärts zahlen eine Berichtigung vorzunehmen.