DE3338632C1 - Einrichtung zur Eingabe von Ortsdaten in eine Datenverarbeitungsanlage - Google Patents

Description

• Zur Übertragung des Triggersignals vom Signalstift zu den Doppelmikrofonanordnungen kann, wie im Anspruch 3 angegeben, der Signalstift mit den Doppelmikrofonanordnungen über Kabel verbunden sein. Es kann das Triggersignal auch, wie in den Ansprüchen 4 und 5 beschrieben, über einen Hochfrequenzsender oder einen Lichtsender, der z. B. im Infrarotbereich arbeitet, ohne Verwendung eines Kabels vom Signalstift ausgegeben und mittels geeigneter Empfänger von den beiden Doppelmikrofonanordnungen aufgenommen werden. Schließlich können die Lichtsignale auch, wie in Anspruch 6 angegeben, über einen Lichtwellenleiter zu den Doppelmikrofonanordnungen übertragen werden.
• Eine Weiterbildung der Erfindung, welche die Einrichtung nach der Erfindung zusätzlich gegen unbefugte Benutzung sichert, enthält Patentanspruch 7. Es wird hier die Möglichkeit geschaffen, dem zur Benutzung der Einrichtung Berechtigten einen eigenen Signalstift zuzuteilen, der die Funktion eines Berechtigungsausweises hat und zusätzlich ein den Bediener kennzeichnendes Merkmal aussendet.
• Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung anhand zweier Figuren eingehend beschrieben und seine Funktion erklärt. Die Figuren zeigen im einzelnen F i g. 1 ein Blockschaltbild der Einrichtung nach der Erfindung, F i g. 2 eine Arbeitsfläche mit den Doppelmikrofonanordnungen zugeordneten Koordinatensystemen.
• In F i g. 1 ist eine rechteckige Arbeitsfläche AFdargestellt, die z. B. die Oberfläche des Bildschirmes eines Datensichtgerätes sein kann. Parallel zu zwei einander gegenüberliegenden Seiten dieser Arbeitsfläche sind zwei Doppelmikrofonanordnungen DMA 1, DMA 2 so plaziert, daß ihre Mikrofone MA 1, MA 2; MB 1, MB2 paarweise und in gleichem Abstand voneinander gegenüberliegen. Die Doppelmikrofonanordnungen weisen zusätzlich zu den Mikrofonen je einen Mikrorechner RA, RB und je einen Lichtempfänger EA, EB auf. Jeder Mikrorechner ist sowohl mit dem Lichtempfänger als auch mit den Mikrofonen der jeweiligen Doppelmikrofonanordnung verbunden. Wird ein Signalstift S, der bei Betätigung gleichzeitig sowohl ein akustisches Signal wie auch ein Lichtsignal als Triggersignal aussendet, auf der Arbeitsfläche betätigt - dies kann z. B. durch Eindrücken eines an der Signalstiftspitze befindlichen Kontaktstiftes geschehen -, so empfangen die Lichtempfänger das Triggersignal und beide Mikrofone das akustische Signal. Dabei wird in jedem Mikrorechner die Laufzeit des akustischen Signals zu jedem seiner Mikrofone gemessen. Dies kann dadurch geschehen, daß das Triggersignal, das den Rechner in vernachlässigbar kurzer Zeit erreicht, diesen veranlaßt bis zum Eintreffen des akustischen Signals an den beiden Mikrofonen seine Arbeitstaktimpulse zu zählen. Mit Hilfe der bekannten Schallgeschwindigkeit und der bekannten Arbeitstaktfrequenz lassen sich die die Laufzeiten wiedergebenden Zählergebnisse in Entfernungen umrechnen. Vorausgesetzt, daß der Signalstift auf der Arbeitsfläche und nicht oberhalb von dieser oder außerhalb von ihren Grenzen betätigt wird, ist dann jeder mit dem Signalstift markierte Punkt durch seine Entfernung von den beiden Mikrofonen jeder der Doppelmikrofonanordnungen eindeutig festgelegt. Wird der Signalstift außerhalb der Begrenzung der Arbeitsfläche betätigt, so kann eine gültige Markierung vorgetäuscht werden. Erfolgt die Betätigung oberhalb der Fläche und in einiger Entfernung von ihr, so wird die Markierung ungenau, da die direkte Entfernung zwischen Signalstift und Mikrofonen größer ist als die des auf die Arbeitsfläche projizierten Signalstiftortes von den Mikrofonen.
• Damit solche, von den einzelnen Doppelmikrofonanordnungen nicht erkennbare Fehler erkannt werden, wird ein Vergleich der von den beiden Doppelmikrofonanordnungen ermittelten Positionen jedes markierten Ortes vorgenommen. Hierzu wird bei der Initialisierung der Mikrorechner der beiden Doppelmikrofonanordnungen jeder Doppelmikrofonanordnung gemäß F i g. 2 ein kartesisches Koordinatensystem zugeordnet, dessen x-Achse Xa bzw. Xb in der Ebene, in der die beiden Mikrofone MA 1, MA 2 bzw. MA 1, MB 2 liegen, verläuft. Der Ursprung UA des der ersten Doppelmikrofonanordnung DMA 1 zugeordneten Koordinatensystems wird willkürlich gewählt und bildet einen Eckpunkt der Arbeitsfläche. Die Achsen Xa, Ya dieses Koordinatensystems bilden auf zwei Seiten der Arbeitsfläche deren Begrenzung. Die Begrenzung auf den übrigen zwei Seiten der Arbeitsfläche bilden die Achsen Xb, Yb des der anderen Doppelmikrofonanordnung DMA 2 zugeordneten Koordinatensystems. Die Lage des Ursprungs UB dieses Koordinatensystems bestimmt damit die Größe der Arbeitsfläche und wird entsprechend gewählt. Die Eingabe der Ursprungspunkte erfolgt mittels des Signalstiftes. Die Entfernungen Sa 1, Sa 2; Sb 1, Sb 2 dieser Punkte zu den Mikrofonen sowie die aus diesen Entfernungen errechneten Maximalmaße m, n der rechteckigen Arbeitsfläche werden mit Abschluß der Initialisierungsphase in besonderen Speichern oder Speicherbereichen der Mikrorechner geschützt Der Vergleich der von den beiden Doppelmikrofonanordnungen ermittelten Positionen eines mit dem Signalstift markierten Ortes auf der Arbeitsfläche erfolgt in einer Vergleichseinrichtung V, die zu diesem Zweck mit den Ausgängen der Mikrorechner RA, RB beider Doppelmikrofonanordnungen verbunden ist. Beim Positionsvergleich wird überprüft, ob die Bedingungen Xa = m - und Ya = fl - Yb, wobei m und n die Koordinaten des Ursprungs des einen Koordinatensystems im anderen Koordinatensystem und gleichzeitig Länge und Breite der zulässigen Arbeitsfläche darstellen, erfüllt sind. Um die signaltechnisch sicher arbeitende Vergleichseinrichtung einfach zu halten, werden die von der Doppelmikrofonanordnung DMA 2 ermittelten Positionen vom Mikrorechner RB mit Hilfe der o. g. Bedingungen in Koordinaten des der Doppelmikrofonanordnung DMA 1 zugeordneten Koordinatensystems ausgedrückt. Die Vergleichseinrichtung braucht dann nur noch einen Identitätsvergleich durchzuführen. Erst wenn die Identität der an den Mikrorechnerausgängen anstehenden Koordinaten festgestellt ist, werden von der Vergleichseinrichtung zwei Durchschalteeinrichtungen DA, DB angesteuert und die Mikrorechnerausgänge mit getrennten Eingängen der Datenverarbeitungsanlage verbunden. Die Koordinatenumrechnung kann auch, z. B. wenn im Handel erhältliche Doppelmikrofonanordnungen, in denen eine Koordinatenumrechnung nicht vorgesehen ist, verwendet werden, in gesonderten, den Doppelmikrofonanordnungen nachgeschalteten Mikrorechnern geschehen. Es bietet sich dann auch an, anstelle der Benutzung einer besonderen Vergleichseinrichtung einen sogenannten Software-Vergleich mittels der nachgeschalteten Rechner vorzunehmen.
• Auf diese Weise wird ein mit dem Signalstift markierter Ort auf der Arbeitsfläche signaltechnisch sicher in die Datenverarbeitungsanlage eingegeben.
• Soll die erfindungsgemäße Einrichtung z. B. zur Eingabe von Stellbefehlen in das Prozeßrechnersystem eines elektronischen Stellwerks benutzt werden, so ist die Arbeitsfläche die Oberfläche eines Bildschirms, auf dem z. B. ein Gleisbild signaltechnisch sicher dargestellt ist.
• Im Prozeßrechnersystem selbst oder in einem vorgeschalteten, zweikanalig aufgebauten Bildrechnersystem sind die Koordinaten der Bildelemente des Gleisbildes in Bildspeichern festgelegt. Stimmen die Koordinaten eines bestimmten Bildelementes, z. B. einer Weiche, mit den mittels des Signalstiftes durch Markieren des Weichensymbols eingegebenen Koordinaten überein, so kann diese Übereinstimmung dazu benutzt werden, einen Stellbefehl für diese Weiche auszulösen. Ein Stellbefehl zum Stellen einer Fahrstraße kann durch aufeinanderfolgendes Markieren des Anfangs- und Endpunktes der Fahrstraße in der Gleisbilddarstellung erzeugt werden.
• Der Signalstift kann anstatt eines Lichtimpulses als Triggerimpuls auch einen Hochfrequenzimpuls ausgeben, sofern er einen HF-Sender enthält und die Doppelmikrofonanordnungen mit geeigneten Empfängern ausgestattet sind. Dies beseitigt die Gefahr, daß infolge versehentlich in den Lichtstrahl gebrachter Hindernisse, z. B. dem Arm des Bedieners, keine Triggerung erfolgt.
• Es ist auch möglich, den Signalstift über ein Kabel oder einen Lichtwellenleiter zur Übertragung des Triggersignals mit den Doppelmikrofonanordnungen zu verbinden. Dies hat lediglich den Nachteil, daß der Signalstift nicht mehr ohne weiteres von der Eingabeeinrichtung entfernt werden kann und es auch schlecht möglich ist, mehrere Bediener mit einem eigenen Signalstift auszustatten.
• Letzteres kann bei Verwendung »frei beweglicher« Signalstifte von großem Vorteil sein. Es läßt sich nämlich dann das Triggersignal codieren, und jedem Signalstift ein besonderer Code zuordnen. Ein Bediener kann seinen Signalstift dann sozusagen als Berechtigungsausweis mit sich führen. Damit kann einerseits die Eingabevon Daten durch Unbefugte verhindert werden, andererseits ist es möglich, den Bediener, der eine Eingabe gemacht hat, nachträglich zu identifizieren, sofern mit der Eingabe ein besonderes Bedienerkennzeichen abgespeichert wurde.
• Anstelle des Triggersignals läßt sich auch das akustische Signal codieren, so daß, auch bei Verwendung eines einfachen Triggerimpulses eine Bedieneridentifizierung möglich ist.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Eingabe von Ortsdaten in eine Datenverarbeitungsanlage mit Hilfe einer Doppelmikrofonanordnung, bei der die Laufzeiten von Schallsignalen, die von einem eine Schallquelle und eine Triggersignalquelle enthaltenden Signalstift zu zwei in vorgegebenem Abstand voneinander angeordneten Mikrofonen gelangen, gemessen und in einem Mikrorechner zur Ermittlung des Ortes des Signalstiftes in einem auf die Mikrofonorte bezogenen Koordinatensystem verwendet werden, g e k e n n -z e i c h n e t durch die Kombination, daß eine wie tere, gleichartige Doppelmikrofonanordnung (DMA 2) vorgesehen ist, deren Mikrofone (MB1, MB 2) mit den Mikrofonen (MA 1, MA 2) der ersten Doppelmikrofonanordnung (DMA 1) in einer Ebene liegen und so angeordnet sind, daß die Verbindungslinien (a, b) zwischen den Mikrofonen jeder Doppelmikrofonanordnung zwei gegenüberliegende Seiten eines Rechtecks bilden und daß eine Vergleichseinrichtung (V) vorgesehen ist, welche die von beiden Doppelmikrofonanordnungen ermittelten Signalstift-Orte vergleicht und deren Weiterverarbeitung in der Datenverarbeitungsanlage (DVA)verhindert, wenn diese Signalstift-Orte voneinander abweichen, 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Mikrorechner (RA, RB) der beiden Doppelmikrofonanordnungen (DMA 1, DMA 2) ein besonders geschützter Speicher zugeordnet ist, in den bei der Initialisierung des jeweiligen Mikrorechners der Ursprung (UA, UB) eines kartesischen Koordinatensystems (Xa, Ya, Xb, Yb) und die Grenzen einer in der Mikrofonebene gelegenen Arbeitsfläche (AF)eingegeben werden können.

   3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalstift (S) über ein Kabel mit den Doppelmikrofonanordnungen (DMA 1, DMA 2) verbunden ist, über welches gleichzeitig mit der Ausgabe eines Schallsignals den Doppelmikrofonanordnungen ein elektrisches Triggersignal zugeführt wird.

   4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalstift (S) als Triggersignalquelle einen Hochfrequenzsender aufweist und die Doppelmikrofonanordnungen (DMA 1, DMA 2) auf die Frequenz des Hochfrequenzsenders abgestimmte Empfänger enthalten.

   5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Doppelmikrofonanordnungen (DMA 1, DMA 2) als Triggersignal ein Lichtsignal zugeführt wird und daß der Signalstift (S) hierzu eine triggerbare Lichtquelle und die Doppelmikrofonanordnungen hierzu Lichtempfänger (EA, EB) enthalten.

   6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtsignal den Doppelmikrofonanordnungen (DMA 1, DMA 2) über Lichtwellenleiter zugeführt wird.

   7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggersignalquelle des Signalstiftes codierte Triggersignale ausgibt und daß die Doppelmikrofonanordnungen (DMA 1, DMA 2) Decodiereinrichtungen aufweisen, die nur in einer bestimmten Weise codierte Triggersignale auswerten.

   Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

   Eine solche Einrichtung ist aus einer Firmendruckschrift der Firma Science Accessories Corporation mit der Bezeichnung »Technical Bulletin GP-7-3-82« bekannt. Mit dieser Einrichtung ist es möglich, Daten, die durch Orte in einer Arbeitsfläche wiedergegeben sind (Ortsdaten) durch Markieren der Orte mit einem Signalstift in eine Datenverarbeitungsanlage einzugeben. Die Arbeitsfläche kann dabei die Fläche eines Bildschirms oder irgendeine andere ebene Fläche wie z. B. eine Karte oder eine Zeichnung auf einem Zeichentisch sein.

   Die bekannte Einrichtung reicht nicht aus, wenn Daten signaltechnisch sicher eingegeben und verarbeitet werden sollen, denn es ist bei dieser Einrichtung nicht möglich, eine fehlerhafte Eingabe mit Sicherheit als solche zu erkennen. Wird z. B. der Signalstift oberhalb der Arbeitsfläche betätigt, so wird dies nicht bemerkt und es wird ein Ort in der Arbeitsfläche markiert, dessen Abstände zu den beiden Mikrofonen der Doppelmikrofonanordnung den Abständen entsprechen, die der Signalstift zum Zeitpunkt seiner Betätigung außerhalb der Arbeitsfläche zu den beiden Mikrofonen hatte. Außerdem besteht immer die Möglichkeit, daß durch elektromagnetische Einstreuung oder durch Ausfall eines Bauelementes eine Koordinate eines markierten Ortes verändert wird und dies unbemerkt bleibt.

   Aufgabe der Erfindung ist eine Einrichtung zur Eingabe von Ortsdaten in eine Datenverarbeitungsanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, die eine signaltechnisch sichere Eingabe ermöglicht.

   Eine solche Einrichtung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 beschrieben. Durch die Verwendung zweier unabhängiger Doppelmikrofonanordnungen in bestimmter Lage zueinander in der Ebene der Arbeitsfläche und eine getrennte Verarbeitung der von den Mikrofonen aufgenommenen Schallsignale mit anschließendem Vergleich der ermittelten Ortspositionen werden alle Fehler, die zu einer Nichtübereinstimmung zwischen den von beiden Doppelmikrofonanordnungen ermittelten Orten führen, erkannt. Zusätzlich kann ein Betätigen des Signalstiftes außerhalb der Arbeitsfläche durch eine einfache Prüfrechnung erkannt werden, so daß auch durch unbeabsichtigte Fehlbedienungen keine falschen Daten in die Datenverarbeitungsanlage gelangen können.

   Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist im Patentanspruch 2 beschrieben und sieht getrennte, besonders geschützte Speicher für Daten vor, die bei der Initialisierung der Mikroprozessoren der Doppelmikrofonanordnungen eingegeben werden und während der Benutzung der Einrichtung nicht geändert werden dürfen. Damit können die Koordinatensysteme der Doppelmikrofonanordnungen und ihre Lage zueinander sowie die Grenzen der Arbeitsfläche sicher und vor unbeabsichtigten Änderungen geschützt festgelegt werden.