DE2738306A1 - Lichtschranke - Google Patents

Lichtschranke

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DE2738306A1
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DE
Germany
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circuit
arrangement according
circuit arrangement
phototransistors
diodes
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Application number
DE19772738306
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English (en)
Inventor
Helmut Ing Grad Finkmann
Dieter Ing Grad Korth
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Alcatel Lucent Deutschland AG
Original Assignee
Standard Elektrik Lorenz AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/20Detecting, e.g. by using light barriers using multiple transmitters or receivers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Description

  • Lichtschranke
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Vielzahl von Lichtschranken mit je einer mit Impulsen betriebenen Halbleiterdiode als Sender und je einem Fototransistor und einer Auswerteschaltung als Empfänger.
  • Stand der Technik Aus dem Opto-Kochbuch von der Fa.Texas Instruments Deutschland, 1975, Kapitel 13, ist eine Lichtschranke bekannt, die als Strahlungsquelle eine Ga AS-Diode und als Fotodetektor einen Fototransistor verwendet.
  • Diese Lichtschranke kann mit unmodulierter oder modulierter Strahlung betrieben werden. Als Modulationsart ist unter anderem auch die Pulsmodulation vorgesehen, die den Vorteil hat, daß die Diode gegenüber Dauerstrichbetrieb mit wesentlich höheren Pulsströmen belastet werden kann. Empfängerseitig erhält man dadurch ein günstigeres Signal-/Rausch-Verhältnis.
  • Oftmals sind aber viele Lichtschranken in einem Gerät oder einer Anlage vorhanden, wie beispielsweise in einer Verteilmaschine für blattförmiges Schriftgut.
  • Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Betreiben und selbsttätigen Prüfen einer Vielzahl von Lichtschranken der eingangs genannten Art eine Schaltungsanordnung anzugeben.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln. Ausgestaltungen der Sende- und Empfängerseite der Lichtschranken können den Unteransprüchen entommen werden.
  • Vorteile: Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung benötigt sendeseitig nur eine auf die Belastung durch eine Diode ausgelegte Stromversorgung und empfangsseitig nur eine einzige Auswerteschaltung. Die weiterhin benötigten Schaltungsteile sind wegen ihrer digitalen Arbeitsweise leicht und auch durch integrierte Schaltungen zu realisieren. Durch die taktflankengesteuerte Übernahme der Informationen vom Ausgang der Schwellwertschaltung in die Speicher, die Versorgung der Fototransistoren durch eine Konstantspannungsquelle und der Schwellenumschaltung der Schwellwertschaltung wird eine sehr große Sicherheit gegen auftretende Störungen erreicht.
  • Mit äußerst wenigen zusätzlichen Bauteilen ist auch eine selbsttätige Pausenüberwachung auf der Sendeseite und eine einfache Funktionsüberwachung auf der Empfängerseite möglich.
  • Beschreibung Nachstehend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig.1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung und Fig.2 ein Impulsdiagramm der Schaltungsanordnung gemäß Fig.1.
  • In Fig.1 ist eine Schaltungsanordnung zum Betreiben von zehn Lichtschranken angegeben, was aber keine Einschränkung auf diese Anzahl bedeutet, da hiermit auch mehr oder weniger Lichtschranken betrieben werden können.
  • Ein Taktgenerator 1 ist mit einem Teiler 2 mit dem Teilerverhältnis 1:2 verbunden, der zwei Ausgänge C und C aufweist. Der erste Ausgang C ist markiert, wenn der Taktimpuls den logischen Pegel 1 und der zweite Ausgang C ist markiert, wenn der Takt den logischen Pegel "0" aufweist. Der erste Ausgang ist mit dem Eingang eines Zählers 3 und einem von zwei Eingänge von zehn UND-Schaltungen 4/1 bis 4/10 verbunden. Der Zähler 3 wird von jedem empfangenen Taktimpuls beim Übergang von "0" nach 1" n um einen Schritt weitergestellt und zählt entsprechend der Anzahl der angenommenen Lichtschranken bis zehn, um dann wieder von vorne zu beginnen. Die Ausgänge 3/1 bis 3/10 des Zählers sind jeweils mit dem zweiten Eingang der UND-Schaltungen 4/1 bis 4/10 verbunden. Den UND-Schaltungen 4/1 bis 4/10 sind über Treiberverstärker 5/1 bis 5/10 Ga AS-Dioden 6/1 bis 6/10 nachgeschaltet. Die Dioden 6/1 bis 6/10 sind gemeinsam über einen Schaltkreis 7 zur dynamischen Strombegrenzung mit der Betriebsspannung +U verbunden. An den Schaltkreis 7 ist eine Leuchtdiode 19 angeschlossen, die beim Wirksamwerden der Strombegrenzung aufleuchtet und somit einen Fehler signalisiert. Der bisher beschriebene Teil der Schaltungsanordnung ist der sendeseitige Teil der Lichtschranken.
  • Der empfangsseitige Teil der Lichtschranken wird nachstehend beschrieben. Fototransistoren 8/1 bis 8/10 sind parallel geschaltet. Ihre Emitter liegen auf Nullpotential, während ihre Kollektoren über eine Konstantspannungsquelle 9 mit einem kleinen differentiellen Widerstand, was eine Reduzierung der Schaltzeiten der Fototransistoren und eine Verbesserung der Störsicherheit zur Folge hat, und Arbeitswiderständen 10 und 11 mit der Betriebsspannung +U verbunden sind. Am Verbindungspunkt der Arbeitswiderstände 10 und 11 miteinander ist ein Hochpaß 12 angeschaltet, dessen Ausgang mit dem Eingang einer Schwellwertschaltung 13, z.B. einem Schmitt-Trigger, verbunden ist. Die Schwelle der Schwellwertschaltung kann verändert werden, was später erläutert wird. An den Ausgang der Schwellwertschaltung 13 sind Speicher 14/1 bis 14/10 angeschlossen, die aus taktflankengesteuerten bistabilen Schaltkreisen bestehen. Die Takteingänge der Speicher 14/1 bis 14/10 sind mit den entsprechenden Ausgängen des Zählers 3 verbunden. Die Speicher weisen je zwei Ausgänge a und b auf, von denen der eine a markiert ist, wenn der zugehörige Fototransistor beleuchtet wird und der andere b markiert ist, wenn der Fototransistor nicht beleuchtet wird.
  • Der in der Schwellwertschaltung vorhandene, nicht dargestellte Spannungsteiler für die Einstellung der Schwelle ist über einen Widerstand 15 mit Nullpotential verbunden. Durch eine zum Widerstand 15 parallel liegende Schaltung 16, vorzugsweise ein elektronischer Schalter in Reihe mit einem Widerstand, kann der Gesamtwiderstand 15/16 verringert werden, was mit einer niedrigen Schwelle gleichzusetzen ist.
  • Die jeweils ersten Eingänge von UND-Schaltungen 17/1 bis 17/10 sind mit den entsprechenden Ausgängen des Zählers 3 verbunden. Die jeweils zweiten Eingänge dieser UND-Schaltungen 17/1 bis 17/10 sind mit dem Ausgang b der entsprechenden Speicher 14/1 bis 14/10 verbunden.
  • Alle UND-Schaltungen werden durch eine ODER-Schaltung 18 zusammengefaßt, deren Ausgangssignal den Schalter 16 in den gesperrten Zustand steuert.
  • Zur Überwachung der Fototransistoren 8 in der nicht beleuchteten Phase sind zwei bistabile Schaltkreise 20 und 21 vorhanden. Der bistabile Schaltkreis 20 ist mit seinem Setzeingang mit dem Ausgang der Schwellwertschaltung 13 und sein Takteingang ist mit dem Ausgang C des Teilers 2 verbunden, so daß er periodisch aktiviert wird.
  • Das Ausgangssignal steuert den bistabilen Schaltkreis 21, der bei einem vorhandenen Fehler gesetzt wird und dann eine Leuchtdiode 22 aktiviert, die den Fehler signalisiert.
  • Durch eine an den Rücksetzeingang angeschlossene Taste 23 kann der bistabile Schaltkreis zurückgesetzt werden.
  • In der Fig.2 ist das Diagramm der in der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung vorkommenden Impulse über der Zeitachse t aufgetragen. In der ersten Zeile von oben sind die Taktimpulse am Ausgang des Teilers 2 aufgetragen und darunter die vom Zähler 3 gebildeten zehn Schritte, von denen aber nur der erste und der zehnte gezeichnet sind. Dementsprechend sind darunter die Einschaltzeiten der Dioden 6/1 bis 6/10 dargestellt, von denen auch nur die erste und zehnte gezeichnet ist.
  • In der sechsten Zeile ist der Verlauf des Ausgangssignales der Schwellwertschaltung 13 dargestellt, wobei auch hier nur der von den Fototransistoren 8/1 und 8/10 hervorgerufene Signalverlauf gezeichnet ist. Darunter ist die Betätigung des Schalters 16 angegeben und dann folgt die Darstellung des Signal verlaufes am Ausgang des Speichers 14/1.
  • Nachstehend wird die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung beschrieben. Der Taktgenerator 1 arbeitet und der Teiler 2 liefert an seinen Ausgängen das Taktsignal. Der Zähler 3 aktiviert nacheinander seine zehn Ausgänge.
  • Da der Zähler immer nur beim Übergang von "0" nach 1 des Taktes weitergestellt wird, werden die Dioden 6/1 bis 6/10 nur in der ersten Hälfte ihres jeweiligen Zählschrittes angeschaltet und leuchten. In der auf diese Hellphase folgenden Dunkelphase werden die empfangsseitigen Bauteile der Lichtschranke geprüft, in dem der bistabile Schaltkreis 20 nur vom Taktimpuls "0" aktiviert wird. Mit dem bistabilen Schaltkreis 20 wird geprüft, ob in der Dunkelphase, in der kein Signal vorhanden sein darf, ein nicht zulässiges Signal vorhanden ist. Ist ein solches vorhanden, so deutet dies auf einen Kurzschluß oder einen anderen Fehler hin und dieser Fehlerzustand wird im bistabilen Schaltkreis 21 gespeichert und von der Leuchtdiode 22 angezeigt. Die Taste 23 dient zum Löschen dieser Anzeige.
  • Die entsprechend angestrahlten Fototransistoren 8/1 bis 8/10 erhöhen ihren Kollektorstrom'wenn vor ihnen kein Gegenstand ist. Dem erhöhten Kollektorstrom ist der Spannungsabfall am Arbeitswiderstand 10 proportional.
  • Diese Spannungsänderungen gelangen über den Hochpaß 12, der Störungen ausblendet, auf den Eingang der Schwellwertschaltung 13. dessen Ausgangssignalverlauf als ein serielles Signal vorhanden ist, das durch die Anschaltung der Speicher 14/1 bis 14/10 im gleichen Rhythmus wie die Dioden 6/1 bis 6/10 in den richtigen Speicher gelangt.
  • Nachdem ein Fototransistor 8 während des Leuchtens der zugehörigen Diode 6 verdunkelt blieb, erfolgt mit dem nächsten Zählschritt für diesen Fototransistor 8 eine Verschiebung der Schwelle zu höheren Werten in der Schwellwertschaltung 13. Dazu wird der Ausgang b des Speichers 14, der bei einer "Dunkelerkennung" des Fototransistors 8 markiert ist, während des betreffenden Zählschrittes durch die UND-Schaltung 17 abgefragt.
  • Ueber die ODER-Schaltung 18 wird dann der Schalter 16 in den gesperrten Zustand gesteuert, so daß die Schwelle erhöht ist.
  • Auf der Sendeseite der Lichtschranken zeigt die Leuchtdiode 19 einen Fehler an, wenn die Dioden 6 durch einen Fehler des Zählers 3 zu lange angeschaltet sind oder wenn ein defekter Treiberverstärker 5 oder ein Schluß innerhalb der Verkabelung vorliegt.
  • 10 Ansprüche 2 Bl.Zeichnung

Claims (10)

  1. Ansprüche 1. Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Vielzahl von Lichtschranken mit je einer mit Impulsen betriebenen Halbleiterdiode als Sender und je einem Fototransistor und einer Auswerteschaltung als Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähler (3), dessen Kapazität der Anzahl der Halbleiterdioden (6) entspricht und der von den Impulsen weitergeschaltet wird, aufeinanderfolgend je eine der Dioden (6) anschaltet, daß die Fototransistoren (8) parallelgeschaltet und diesen eine einzige Auswerteschaltung (13) nachgeschaltet ist, daß entsprechend der Anzahl der Fototransistoren (8) Speicher (14) vorgesehen sind, deren Eingänge parallelgeschaltet und mit dem Ausgang der Auswerteschaltung (13) verbunden sind und daß die Speicher (14) gleichzeitig mit den Dioden (6) angeschaltet werden.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher (14) aus taktflankengesteuerten bistabilen Schaltkreisen bestehen.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (3) nur beim Übergang der Impulse von 0 nach 1 weiterschaltet und die Dioden (6) und Speicher (14) nur beim Vorhandensein der Impulse und des betreffenden Zählerausgangs aktiviert werden.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fototransistoren (8) über einen Hochpaß (12) mit der Schwellwertschaltung (13) verbunden sind.
  5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fototransistoren (8) aus einer Konstantspannungsquelle (9) gespeist werden.
  6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung eine Schwellwertauf schaltung (13) mit eine verschiedene Werte umschaltbaren Schwelle ist.
  7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle der Schwellwertschaltung (13) nach der Dunkelerkennung eines Fototransistors (8) bei der nächsten Abfrage desselben auf einen hohen Wert und bei Hellerkennung auf einen niedrigen Wert geschaltet ist.
  8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (6) über einen Schaltkreis (7) zur dynamischen Strombegrenzung mit der Betriebsspannung (+U) verbunden sind und daß ein Ansprechen dieser eine Anzeige eines Fehlers auslöst.
  9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der jeweiligen inaktiven Phase der Dioden (6) und der Fototransistoren (8) letztere auf den Dunkel zustand geprüft werden.
  10. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Ausgang der Schwellwertschaltung (13) verbundener bistabiler Schaltkreis (20) vorhanden ist, der während der Dunkelphase aktiviert wird.
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