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Lichtschranke
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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.
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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.
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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.
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Oftmals sind aber viele Lichtschranken in einem Gerät oder einer Anlage
vorhanden, wie beispielsweise in einer Verteilmaschine für blattförmiges Schriftgut.
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Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Betreiben und
selbsttätigen Prüfen einer Vielzahl von Lichtschranken der eingangs genannten Art
eine Schaltungsanordnung anzugeben.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen
Mitteln. Ausgestaltungen der Sende- und Empfängerseite der Lichtschranken können
den Unteransprüchen entommen werden.
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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.
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Mit äußerst wenigen zusätzlichen Bauteilen ist auch eine selbsttätige
Pausenüberwachung auf der Sendeseite und eine einfache Funktionsüberwachung auf
der Empfängerseite möglich.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Alle UND-Schaltungen werden durch eine ODER-Schaltung 18 zusammengefaßt,
deren Ausgangssignal den Schalter 16 in den gesperrten Zustand steuert.
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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.
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Das Ausgangssignal steuert den bistabilen Schaltkreis 21, der bei
einem vorhandenen Fehler gesetzt wird und dann eine Leuchtdiode 22 aktiviert, die
den Fehler signalisiert.
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Durch eine an den Rücksetzeingang angeschlossene Taste 23 kann der
bistabile Schaltkreis zurückgesetzt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ueber die ODER-Schaltung 18 wird dann der Schalter 16 in den gesperrten
Zustand gesteuert, so daß die Schwelle erhöht ist.
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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.
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10 Ansprüche 2 Bl.Zeichnung