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Mikroprozessor-Schaltungsanordnung
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Die Erfindung befaßt sich mit dem Gebiet der Steuerschaltungen von
Getränkespendern für mit Kohlensäure versetzte Getränke.
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Um z.B. eisgekühltes, mit Kohlensäure versetztes Wasser einem Getränkespender
zuzuführen, werden ein Kohlensäureerzeuger und sein Wasservorratsbehälter durch
die Verdampferschlange eines Kühlsystems gekühlt, um auf diese Weise Eisblöcke sowohl
in dem Kohlensäureerzeuger als auch in dem zugeordneten Wasservorratsbehälter aufzubauen.
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Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, eine Steuerschaltung zu
schaffen, durch die die Größe dieser Eisblöcke überwacht wird.
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In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird eih Mikroprozessor
als Hauptsteuerelement des Systems verwendet. Die Sensoren oder Fühler zum Ertasten
einer zu geringen Eisblockgröße und/oder eines zu niedrigen Wasserpegels beruhen
auf Veränderungen des elektrischen Kontaktes mit dem Wasser und verursachen abrupte
und große Änderungen der Widerstandswerte der Sensorkreise.
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Die Abfragesignale für diese Sensoren sind abgeglichene Wechselstromsignale,
wodurch eine galvanische Abscheidung vermieden wird. Diese Signale haben ferner
eine sehr kurze Dauer und ein kleines Tastverhältnis, so daß die Fühler während
der meisten Zeit elektrisch in Ruhe sind. Die Abfragesignale werden von der niedrigen
Wechselspannung abgeleitet, die in dem Spendersystem verwendet wird, z.B. zum Ansteuern
von Elektromagneten für die Spenderfunktion, jedoch unter Steuerung des Mikroprozessors
in abgeglichene Viechselstrom-Abfragesignale umgesetzt wird.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht auch eine Uberwachung
des Wasserpegels in dem Wasser-Vorratsbehälter und des Pegels des mit Kohlensäure
versetzten Wassers in dem Kohlensäureerzeuger. Nachdem die Zustände hinsichtlich
der Eisblockgröße und der Wasserpegel ertastet sind, werden die geeigneten Steuer-
und/oder Anzeigefunktionen ausgelöst.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen
wird. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der allgemeinen Auslegung
der erfindungsgemäßen Anordnung und ihrer Zuordnung zu den Bestandteilen eines Getränkespenders
für ein mit Kohlensäure versetztes Getränk;
Fig. 2 ein Blockschaltbild
der Schaltungsanordnung; und Fig. 3 bis 6 Flußdiagramme, welche die Mikroprozessorsteuerung
darstellen.
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Fig. 1 zeigt in Form einer Übersicht die verschiedenen Bestandteile
eines Getränkespenders für ein mit Kohlensäure versetztes Getränk. Ein Kohlensäureerzeuger
1 umfaßt einen Behälter 2, der mit C02 unter Druck gesetzt ist und eine bestimmte
Wassermenge enthält, die durch das unter Druck stehende C02 mit Kohlensäure versetzt
ist. Dieser Behälter ist mit einem Masseleiter 3 versehen und ferner auf seiner
Innenseite mit einem Teil der Verdampferschlange eines Kühlsystems ausgestattet.
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Der andere Teil dieser Verdampferschlange befindet sich in einem Wasservorratsbehälter
4. Der Kompressor 5 des Kühlsystems wird in Betrieb gesetzt, um Eisblöcke um die
genannten Teile der Verdampferstange herum aufzubauen. Der Kohlensäureerzeuger 1
ist ferner mit einem Leiter 6 versehen, der zu einem Sensor oder Fühler führt, welcher
die Größe des Eisblockes in dem Kohlensäureerzeuger ertastet. Ein Leiter 7 führt
zu einem Wasserstandsfühler innerhalb des Kohlensäureerzeugers. Diese Fühler bzw.
Sensoren können gemäß der US-Patentanmeldung Nr. ausgebildet sein, die den Titel
"Electronic Control Circuits for Electrically Conductive Liquids/ Solids" trägt.
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Ein Leiter 8 führt zu dem Wasserstandsfühler und ein Leiter 9 zu dem
Eisblockgröße-Fühler in dem Vorratsbehälter 4, während ein Leiter 10 als Masseleiter
dient.
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Die Wasserstandsfühler sind normalerweise in Berührung mit dem Wasser
in den Behältern 2 und 4 und stellen daher einen Stromweg zu den Masseleitern 3
bzw. 10 her, der einen minimalen Widerstand aufweist. Wenn der Wasser-
pegel
in dem Behälter 2 unter die Höhe des Wasserstandsfühlers absinkt, so stellt sich
ein maximaler Widerstandswert (praktisch unendlich) zwischen den Leitern 7 und 3
ein, während unter diesen Umständen in dem Behälter 4 der maximale Widerstandswert
sich zwischen den Leitern 8 und 10 einstellt. Wenn aber der Eisblock die gewünschte
Größe erreicht hat, so daß der entsprechende Eisblockgröße-Fühler in dem Eisblock
eingeschlossen wird, so wird der abgetastete Widerstandswert maximal. Für die Eisblockgröße-Fühler
ist also der Normalzustand der eines maximalen Widerstandes zwischen den Leitern
3 und 6 bzw. 9 und 10.
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Die Leiter 7, 6, 3, 8, 9 und 10 sind in der gezeigten Weise mit Leitern
11, 12, 13, 14, 15 bzw. 16 verbunden, die zu der erfindungsgemäßen elektronischen
Steuerschaltung 17 führen. Wie später ersichtlich wird, werden an die Leiter 11,
72, 14 und 15 Abfrageimpulse wiederholt angelegt, so daß die Steuerschaltung 17
abfühlen kann, ob die oben erläuterten Normalbedingungen vorhanden sind (dann ist
kein Steuervorgang erforderlich), oder ob einer oder beide Leiter 7, 8 einen hohen
Widerstand gegenüber Masse aufweisen (Wasserstand muß nachgeregelt werden) und ob
einer oder beide Leiter 6, 9 einen niedrigen Widerstandswert gegenüber Masse aufweisen
(eine Nachregelung der Eisblockgröße ist erforderlich). Die Steuerschaltung 17 erfüllt
ferner eine Anzeigefunktion, die darin besteht, daßeineLeudtdiode LED 18 blinkt,
wenn der Wasserstand in dem Behälter 4 zu niedrig ist. Zu diesem Zweck erzeugt die
Steuerschaltung 17 ein Impulssignal zwischen Leitern 19 und 20.
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Außer dem Kühlmittelkompressor 5 umfaßt der Getränkespender noch einen
Rührmotor 21 zum Umrühren des Wassers in dem Behälter 4, einen Ventilator 22, der
gemeinsam mit dem Kompressor 5 eingeschaltet wird, um die Kondensatorschlange des
Kühlsystems abzukühlen, und eine Pumpe
23, die Wasser aus dem Vorratsbehälter
4 zu dem Kohlensäureerzeuger 2 befördert.
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Die Netzspannung wird über Leitungen 24 und 25 herangeführt, wobei
die Leitung 24 mit dem Kompressor 5, der Pumpe 23 und dem Ventilator 22 verbunden
ist, während die Leitung 25 durch die Steuerschaltung 17 selektiv mit einer der
Ausgangsleitungen 26, 27 oder mit beiden Ausgangsleitungen verbunden wird. Die Netzspannung
ist ferner an einen Abwärtstransformator (nicht dargestellt) angelegt, um eine 24V-Wechselspannung
zu erzeugen, von der ein Pol geerdet ist (siehe Fig. 2). Durch eine Ausgangsleitung
28 wird der 24V-Wechselstrom-Stromkreis des Rührwerks 21 geschlossen, wenn dies
durch die Steuerschaltung veranlaßt wird.
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Die durch die Steuerschaltung erfüllten Logikfunktionen sind in den
Figuren 3 bis 6 dargestellt. Das Fluß diagramm der Fig. 3 zeigt die Steuerung des
Kompressors 5 und des Ventilators 22. Wenn die Eisblockgröße sowohl in dem Behälter
2 als auch in dem Behälter 4 zu gering wird, wobei dann die entsprechenden Fühler
mit dem Wasser in diesen Behältern in Berührung kommen, so wird dieser Zustand in
der im Folgenden noch erläuterten Weise gemeldet, und der Kompressor (und der Ventilator)
werden eingeschaltet. In dem Flußdiagramm ist eine minimale Einschaltzeit von fünf
Minuten angegeben. Durch diese Maßnahme soll ein maximaler Wirkungsgrad des Kühlsystems
gewährleistet werden. Wenn innerhalb dieser Zeitspanne der Eisblock nicht ausreichend
anwächst, um den zugeordneten Fühler einzuschließen, so arbeitet der Kompressor
weiter, bis einer der Fühler (aber nicht notwendigerweise beide Fühler) anzeigt,
daß der entsprechende Eisblock die gewünschte Größe erreicht hat (d.h.
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der Fühler ist eingebettet).Das Kühlsystem wird dann abgeschaltet.
Um den Kompressor zu schützen, ist eine Mindestausschaltzeit von fünf Minuten vorgesehen.
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Fig. 4 zeigt das Flußdiagramm für die Leuchtdiode LED 18.
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In der gezeigten Weise wird angenommen, daß der Behälter 4 so weit
entleert ist, daß der entsprechende Fühler nicht mehr mit dem Wasser in Berührung
ist. Dieser Zustand wird ertastet, und die Leuchtdiode 18 wird abwechselnd ein-
und ausgeschaltet, und zwar mit einer Periode von 0,5 Sekunden, bis der Wasservorrat
in dem Behälter 4 durch das Personal wieder aufgefüllt ist.
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In Fig. 5 ist der Vorgang dargestellt, bei welchem die Pumpe 23 immer
eingeschaltet wird, wenn der Wasserstandsfühler in dem Kohlensäureerzeuger 2 einen
zu niedrigen Pegel des mit Kohlensäure versetzten Wassers anzeigt, vorausgesetzt,
daß in dem Wasservorratsbehälter 4 eine ausreichende Wassermenge vorhanden ist.
Wenn beide Bedingungen erfüllt sind, wird die Pumpe 23 während einer minimalen Zeit
von 10 Sekunden eingeschaltet. Anschließend läuft die Pumpe, wenn nicht der Wasserstand
in dem Behälter 4 zu niedrig wird, wodurch die Pumpe in der gezeigten Weise abschaltet,
weiter, bis der Wasserstandsfühler in dem Kohlensäureerzeuger erneut mit Wasser
in Berührung kommt, und in der gezeigten Weise läuft die Pumpe weiter, bis der Pegel
fühler in dem Kohlensäureerzeuger erneut in Berührung kommt und eine Verzögerungszeit
von 20 Sekunden abgelaufen ist. Durch diese Verzögerung soll ein schnelles Aufeinanderfolgen
der Schaltzustände vermieden werden, indem gewährleistet wird, daß der Wasserstand
in dem Kohlensäureerzeuger eine vorbestimmte Höhe über der Spitze des Fühlers erreicht,
der einen zu niedrigen Füllstand anzeigen soll. Wenn während dieser Verzögerungszeit
von 20 Sekunden der Füllstand in dem Behälter zu weit absinkt, wird die Pumpe in
der gezeigten Weise sofort abgeschaltet.
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Fig. 6 zeigt die Steuerung des Rührwerks. Das Rührwerk 21 hält das
Wasser in dem Vorratsbehälter 4 in Bewegung.
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Wenn die Pumpe 23 läuft, ist das Rührwerk dauernd einge-
schaltet;
es wird erst 20 Sekunden nach dem Abschalten der Pumpe 23 ebenfalls abgeschaltet.
Solange die Pumpe 23 nicht eingeschaltet ist, wird das Rührwerk abwechselnd 20 Sekunden
eingeschaltet und 80 Sekunden ausgeschaltet.
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Alle oben erläuterten Logikfunktionen sind in den Mikroprozessor einprogrammiert,
was bereits durch den Hersteller erfolgt. Dieser Mikroprozessor ist in Fig. 2 mit
30 bezeichnet. Er ist vom Typ Intel 8020H und in der oben angegebenen Weise speziell
programmiert. Dieser integrierte Schaltkreis ist an einen externen Quarzkreis 31
angeschlossen, um ein Taktsignal der Frequenz 3,58 MHz zu erzeugen. Der Mikroprozessor
ist mit den Fühlern bzw.
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Sensoren über eine Schnittstelle verbunden, die Puffer/ Inverter 32
umfaßt und bei der es sich um einen herkömmlichen integrierten Schaltkreis handelt,
z.B. vom Typ CD4069. Der Mikroprozessor ist über eine Schnittstelle, bei der es
sich um eine Ausgangstreiberschaltung 33 handelt, mit Steuerschaltern 34, 35 und
36 sowie mit den Fühlerkreisen verbunden, wie bereits zuvor angegeben wurde. Bei
der Ausgangstreiberschaltung 33 handelt es sich um eine herkömmliche Schaltung vom
Typ ULN 2003. Uber die Ausgangsleitung 20 wird die Leuchtdiode LED 18 pulsierend
angesteuert, während die Ausgangsleitungen 40, 41 und 42 die Schalter 36, 35 bzw.
34 ansteuern, und zwar über die in der Zeichnung gezeigten Optokoppler 37, 38 und
39.
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Über den Schalter 34 wird die 24V-Wechselstrom-Versorgungsleitung
34 mit dem Leiter 28 verbunden, um das Rührwerk 21 mit Strom zu versorgen. Der Schalter
35 schließt den Stromkreis zwischen den Leitern 27 und 44, um die Pumpe 43 einzuschalten.
Schließlich schließt der Schalter 36 den Stromkreis zwischen den Leitern 26 und
44, um den Kompressor 5 und den Ventilator 22 einzuschalten.
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Die Ausgangs-Treiberleitungen 20, 42, 41 und 40 werden durch die logischen
Ausgangsleitungen 40, 46, 47 bzw. 48 des Mikroprozessors gesteuert. Die verbleibende
Ausgangsleitung 49 des Mikroprozessors tastet die Ausgangsleitung 50 der Treiberschaltung
33 zweimal pro Sekunde ab, um diese Leitung 50 während etwa 3 Millisekunden pro
Tastvorgang auf Masse zu legen. Dadurch wird ein Rechtecksignal an der Verbindungsstelle
51 mit dem Widerstand 52 erzeugt, wobei die Amplitude dieses Signals einen Spitzenwert
von 6V aufweist. Die 24V-Wechselspannung wird an den Anschlüssen 53, 54 des Abwärtstransformators
abgenommen, und zwar nach Gleichrichtung durch eine Diqde 55, Glättung durch einen
Kondensator 56 und Begrenzung mittels einer 6V-Zenerdiode 57. Die Widerstände 52
und 58 dienen zur Strombegrenzung. Das Signal am Verbindungspunkt 51 wird kapazitiv
über einen Kondensator 59 in die Fühler-Eingangsleitungen 11, 12, 8 und 9 eingekoppelt,
und zwar über ein Widerstandsnetzwerk 60, das zur Spannungseinstellung dient. Das
über den Kondensator 59 an die Fühler angekoppelte Signal ist ein abgeglichenes,
d.h. symmetrisches Wechselspannungssignal, wodurch galvanische Abscheidungen an
den Fühlern vermieden werden, und zwar nicht nur deswegen, weil die Abfragesignale
symmetrische Wechselspannungssignale sind, sondern auch weil das Tastverhältnis
sehr klein ist.
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Eine geregelte 5V-Versorgungsspannung wird durch einen Regler 61 erzeugt,
bei dem es sich um einen Typ 7805 handelt.
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Die Signale an den gepufferten Ausgangsleitungen 62, 63, 64 und 65
ergeben mittels der anhand der Figuren'3 bis 6 erläuterten Logikfunktionen die erforderlichen
Ansteuersignale für die Ausgangstreiberschaltung 33 über die entsprechenden Leitungen
45, 46, 47 und 48.