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Elektronische Uhr mit Wetterstation
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Die Erfindung betrifft eine Uhr gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Solche Uhren sind handelsüblich. Bei ihnen ist in einem Gehäuse einerseits
das Uhrwerk und andererseits wenigstens ein Meßwerk für beispielsweise die Temperatur,
den Luftdruck und/oder die relative Luftfeuchtigkeit in der Umgebung des Aufstellungsortes
dieses Gerätes angeordnet. Die Meßwerte werden zum Beispiel ständig am eingebauten
Barometer und Thermometer angezeigt; oder auf Abruf mittels einer Schalterbetätigung
wird elektro-optisch die barometrische Tendenz (steigender, gleichbleibender oder
fallender Luftdruck) angezeigt.
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Allen diesen gängigen Lösungen ist gemein, daß es sich um eigenständige,
also nicht funktionell mit der Uhr verknüpfte, Geräte handelt, die lediglich in
einem gemeinsamen Gehäuse und somit stilistisch einander angepaßt untergebracht
sind.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß sich
heute interessante Möglichkeiten der Meßwerterfassung und -verarbeitung ohne großen
Zusatzaufwand, und bei erträglicher Mehrbelastung der Energieversorgung zusätzlich
zur Schaltung für die Zeitanzeige, in einer preisgünstigen Konsumuhr realisieren
lassen. Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Wetterstation
als echten Zusatznutzen, im Sinne eines aussagekräftigeren Informationsumfanges,
zu einer Uhr zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Uhr gattungsgemäßer Art im wesentlichen
dadurch gelöst, daß sie die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruches 1 aufweist.
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Nach dieser Lösung ist die Anzeige des Meßwertes nicht auf den aktuellen
Meßwert beschränkt, sondern es eröffnet sich die Möglichkeit, abgespeicherte Meßwerte
unter Berücksichtigung des zugeordneten Zeitpunktes der Meßwerterfassung darzubieten.
Wenn beispielsweise -gesteuert aus der zeithaltenden Schaltung für die Uhrzeitanzeige
-stündlich ein Luftdruck-Meßwert erfaßt und gespeichert wird, dann ergibt der Aufruf
der Folge von 23 schon abgespeicherten Meßwerten eine Darstellung der Luftdruckschwankungen
des abgelaufenen Tages und eröffnet eine gewisse Möglichkeit der Wettervorhersage.
Eine Interpretation der aufgerufenen Meßwerte wird dadurch erleichtert, daß auf
der Uhr angegeben wird, wann der gerade angezeigte Meßwert erfaßt wurde. Dafür braucht
im Beispielsfalle einer Zeigeruhr lediglich der Stundenzeiger synchronisiert mit
der Darbietung der Folge der zurückliegenden 23 Meßwerte zwei Umläufe vor der Minuterie
durchzuführen; danach steht er wieder in der der aktuellen Zeit zugeordneten Winkelstellung,
während wieder der aktuelle Meßwert angezeigt wird.
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Wenn die jüngst ermittelten und eingespeicherten Meßwerte zuerst aufgerufen
werden sollen, muß schaltungstechnisch bzw. gerätetechnisch dafür Sorge getragen
werden, daß der Stundenzeiger synchronisiert mit dem Meßwertaufruf rückwärts läuft.
Einfacher ist es, das Meßwertprofil des zurückliegenden Tages vom ältesten (23 Stunden
zurückliegenden) Meßwert an aufzurufen, weil dann die Ansteuerung der Zeitanzeige
(beispielsweise nur des Stundenzeigers) lediglich auf= schnelleren Fortschalttakt
in gleicher Fortschaltrichtung umzuschalten ist; außerdem dürfte die Interpretation
der Meßwertfolge einfacher sein, wenn die Darbietung von weiter zurückliegenden
Meßwerten hin zum aktuellen Meßwert erfolgt.
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Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und aus nachstehender
Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark
abstrahiert skizzierten bevorzugten Ausführungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt als vereinfachtes Blockschaltbild das Zusammenwirken
mehrerer Meßsysteme mit einer Uhrenschaltung.
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Die im Blockschaltbild skizzierte Uhr mit elektronischer Wetterstation
besteht im wesentlichen aus einem Uhrenteil 25 und wenigstens einem Meßsystem 26
mit Meßwertanzeige 27.
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Das Uhrenteil 25 weist wie üblich eine quartzstabilisierte zeithaltende
Taktschaltung 28 mit nachfolgender binärer Teilerschaltung 29 zur Untersetzung der
Pulsfolgefrequenz auf. Diese liefert Fortschaltimpulse 30 an eine Fortschalteinrichtung
31 - hier für die fortlaufende Minutenanzeige. Dieser dient im skizzierten Ausführungsbeispiel
ein Minutenzeiger 32, der vor einer Minuterie 33 umläuft; in diesem Falle handelt
es sich bei der Fortschalteinrichtung 31 um einen elektromechanischen Wandler (beispielsweise
einen Schrittmotor) mit getrieblicher Kopplung 34 zum Minutenzeiger 32. Der Minutenzeiger
32 kann aber auch elektrooptisch als rotierender Vektor dargeboten sein, der von
einer Fortschalteinrichtung 31 in Form eines Registers gesteuert wird; oder-es handelt
sich um eine elektromechanische oder elektrooptische Zifferndarstellung der fortlaufenden
Minuten.
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Wenn auch ein Sekundenzeiger oder eine anderweitige Sekundenanzeige
vorgesehen sein sollte, dann wirkt die Fortschalteinrichtung 31 hierauf, beispielsweise
mit Übertragung der Bewegung über die untersetzende getriebliche Kopplung 34, wie
aus der Uhrentechnik bekannt.
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Für die fortlaufende Stundenangabe, beispielsweise mittels eines Stundenzeigers
35, ist im Beispielsfalle keine getriebliche Kopplung zum Minutenzeiger 32 vorgesehen,
sondern eine elektronische zeithaltende Kopplung 36 in der Form eines Pulsfolgefrequenzuntersetzers
für die Ansteuerung einer Stundenzeiger-Fortschalteinrichtung 37, hier mit getrieblicher
Kopplung 38 zum Stundenzeiger 35.
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Die Meßsysteme 26 weisen einen Sensor 39 vor einer Meßschaltung 40
zur Lieferung eines binär kodierten digitalen Meßwertes 41 über physikalische Umfeld-Zustände
(wie etwa Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit oder aktuellen Luftdruck) auf; wofür
ein Ausführungsbeispiel beschrieben ist in ELEKTRONIK 1982 Heft 13, Seiten 145-149
(Krauß/Köhn "Microcomputer-Sensorik am Beispiel einer Wetterstation").
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Gesteuert aus dem Uhrenteil 25, beispielsweise mittels eines Folgefrequenzuntersetzers
42 für die Fortschaltimpulse 30 vor oder nach der elektronischen Stundenzeiger-Kopplung
36, wird periodisch - vorzugsweise stündlich - der Aktiviereingang 43 einer Meßschaltung
40 zur Gewinnung eines aktuellen Meßwertes 41 angesteuert. Zur Vermeidung von Beanspruchungsspitzen
insbesondere im Falle einer batteriegespeisten Uhr mit Wetterstation 25/26 kann
durch gestaffelte oder kodierte Abgabe des Aktivierungssignales 44 bewirkt werden,
daß die einzelnen Meßschaltungen 40 nacheinander zur Gewinnung eines neuen Meßwertes
41 angesteuert werden.
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Die Folge der Meßwerte 41 wird in einen Meßwertspeicher 45 übergeben,
der vorzugsweise als Schieberegister für 24 aufeinanderfolgende Meßwerte 41 organisiert
ist; d.h. im Meßwertspeicher 41 sind stets die stündlich erfaßten 24 Meßwerte 41
des zurückliegenden Tagesablaufs von 24 Stunden enthalten, weil ältere Meßwerte
41 mit Erscheinen der jüngeren im Speicher 45 gelöscht (beipsielsweise also aus
dem Schieberegister herausgeschoben) werden.
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Jeweils der in der ersten Speicherstelle anstehende Meßwert 41 speist
über einen Umsetzer 46 die Meßwertanzeige 27. Bei dieser kann es sich z.B. um eine
Digitalanzeige oder um eine Analoganzeige mit Schrittmotor-Meßwerk handeln; oder
beim Umsetzer 46 handelt es sich um einen Digital-Analog-Wandler zum Speisen eines
Zeigerinstrumentes mit beispielsweise einem Drehspulmeßwerk. Da normalerweise in
der ersten Speicherstelle stets der zuletzt ermittelte, also der im Rahmen des Meß-Taktes
aktuelle Meßwert 41 ansteht, zeigt die Anzeige 27 den aktuell über den Sensor 39
ermittelten Meßwert 41 (beispielsweise die "aktuelle" Temperatur) an.
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Durch Abruf aller im Speicher 45 enthaltenen Meßwerte 41 läßt sich
ein zeitliches [leßwertprofil über die zurückliegenden 24 Stunden (also über den
gerade abgelaufenen Tageszeitraum) anzeigen. Dafür arbeitet der Speicher 45 im FIFO-Betrieb.
Im Falle eines Schieberegisters als enertspeicher 45 bedeutet das, daß der in der
letzten (24.) Speicherstelle enthaltene Meßwert 41 in die (über den Umsetzer 46
ausgelesene) erste Speicherstelle übertragen wird, unter Verschiebung aller übrigen
Speicherinhalte um eine Speicherstelle. Um dabei aber deutlich zu machen, daß es
sich nicht um einen aktuellen, sondern um einen 23 Stunden zurückliegenden Meßwert
41 handelt, wird der Stundenzeiger 35 während dieser Anzeige des alten (23 Stunden
zurückliegend erfaßten) Meßwertes 41 um eine Stundenteilung auf der Minuterie 33
weitergestellt - ohne Beeinflussung der zeitrichtigen Stellung des Minutenzeigers
32 bedeutet die dann erreichte Stundenzeiger-Stellung also einen 23 Stunden zurückliegenden
Zeitpunkt. Als nächstes wird im FIFO-Betrieb der nächst-jüngere, also 22 Stunden
zurückliegende Meßwert 41 in die erste Speicherstelle zur Ansteuerung der Anzeigeeinrichtung
47 übertragen - und dementsprechend der Stundenzeiger 35 um eine weitere Stunde
vorgerückt, um anzugeben, wann (vor 22 Stunden) der momentan angezeigte Meßwert
41 erfaßt wurde. Mit zwei 12-Stunden-Umläufen ist der 24. Meßwert 41, also der jüngste
oder "aktuelle" Meßwert 41 wieder in der ersten Speicherstelle; und der Stundenzeiger
35 steht wieder in der aktuellen Zeitanzeige-Position.
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Durch Beobachtung der Schwankung der beliebig häufig abrufbaren Darbietung
auf der Anzeige 27 in Abhängigkeit vom jeweiligen Umlauf des Stundenzeigers 35 erkennt
der Betrachter also die Meßwertschwankung im zurückliegenden 24-Stunden-Zeitraum.
Das kann im Beispielsfalle einer Temperaturmessung für die Kontrolle der Funktion
der Heizungsregelung oder im Falle einer Luftdruckmessung für die kurzfristige Wettervorhersage
von Interesse sein. In gleicher Weise lassen sich Meßwerte 41 über längere Zeiträume,
wie etwa im Wochenzyklus, speichern und abrufen; für eine Meßwert-Zuordnung wäre
es dann aber zweckmäßig, neben der normalen Zeitanzeige auch eine Wochentagsanzeige
im Uhrenteil 25 vorzusehen, die synchron mit dem FIFO-Aufruf abgespeicherter Meßwerte
41 weitergeschaltet wird, bis wieder der aktuelle kalendarische Zeitpunkt bei Anzeige
des jüngst-ermittelten Meßwertes 41 erreicht ist.
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Im Rahmen der Erfindung kann auch ein LIFO-Aufruf der abgespeicherten
Meßwerte 41 vorgesehen sein; d.h. die zuletzt eingespeicherten Meßwerte 41 werden
zuerst zur Anzeige ausgelesen. Für die zeitliche Zuordnung vor der Minuterie 33
des Uhrenteiles 25 müßte dann der Stundenzeiger 35 synchron zum Meßwert-Aufruf rückwärts
laufen. Das würde im Falle eines elektromotorischen Stundenzeiger-Antriebs allerdings
eine getriebetechnische Antriebsumschaltung oder einen elektrisch umsteuerbaren
bidirektionalen Schrittmotor, also größeren apparativen Aufwand bei vergrößerter
Betriebsunsicherheit, bedingen; und die Darbietung der Aufeinanderfolge der abgespeicherten
Meßwerte 41 wäre nicht so leicht interpretierbar, wie die zuvor erläuterte FIFO-Meßwertdarbietung
von der Vergangenheit zur Gegenwart.
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Für den Aufruf zur Anzeige der Folge abgespeicherter Meßwerte 41 ist
ein Abrufschalters 48 vorgesehen. Über ein Exklusiv-Oder-Gatter 49 ist sichergestellt,
daß die Betätigung eines Abrufschalter 48 dann und nur dann Folgen hat, wenn nicht
gerade in einem anderen Meßsystem 26 ein Meßwert-Abruf (mit zugeordnetem Weiterschalten
des Stundenzeigers 35) erfolgt; wenn also in keinem der anderen Meßsysteme 26 eine
dem Gatter 49 nachgeschaltete bistabile Kippstufe 50 gesetzt ist. Diese gibt mit
ihrem Setzsignal 51 eine Auslese-Steuerschaltung 52 frei; welche von einem Abgriff
der Teilerschaltung 29 des Uhrenteiles 25 so viele (hier 23) Fortschaltimpulse 53
auf den Speicher 45 liefert, wie Speicherstellen (Meßwerte 41) nacheinander ausgelesen
werden sollen. Die Auslesesteuerschaltung 52 arbeitet also zugleich als Zähler,
um mit Beendigung des Auslesezyklus ein Stopsignal 54zum Rücksetzen der Kippstufe
50 zu liefern. Zugleich mit dem Aufruf der abgespeicherten Meßwerte 41 dienen die
Fortschaltimpulse 53 dem Weiterschalten des Stundenzeigers 35. Da aufgrund der getriebetechnischen
Gegebenheiten der Stundenzeiger 35 nicht in einem Schritt um eine Fünfminuten-Teilung
auf der Minuterie 33 fortbewegt werden kann, ist dem ODER-Eingang 55 der Stundenzeiger-Fortschalteinrichtung
37 eine Impulsfrequenz-Übersetzungsstufe 56 vorgeschaltet, die für jeden eingehenden
Fortschaltimpuls 53 so viele Impulse an die Einrichtung 37 liefert, wie für das
Weiterdrehen
des Stundenzeigers 35 um 300 bei der gegebenen getrieblichen
Kopplung 38 erforderlich ist. Über ein ODER-Gatter 57 werden die Fortschaltimpulse
53. die von den unterschiedlichen Meßsystemen 26 erscheinen können or der Übersetzungsstufe
56 zusammengefaßt. Entgegen der zeichnerischen Beispielsdarstellung kann aber auch
vorgesehen sein, die Fortschalteinrichtung 37 aus der Kippstufe 50 für raschere
Impulsgabe anzusteuern und daraus immer dann einen Meßwert-Fortschaltimpuls 53 abzuleiten,
wenn die Einrichtung eine Weiterschaltung des Stundenzeigers 35 um einen Winkel
von 30 ° bewirkt hat - also den Meßwertaufruf aus dem Uhrenteil 25 heraus zu steuern.
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In der Zeichnung ist durch ein ODER-Gatter 58 vor einem Blockiereingang
59 an dem Folgefrequenzuntersetzer 42 für die Freigabe-Ansteuerung der Meßschaltungen
40 berücksichtigt, daß zweckmäßigerweise während eines Speicher-Auslesezyklus -
während also die Kippstufe 50 gesetzt ist - eine Meßschaltungs-Freigabe vorübergehend
blockiert bleibt. Erst wenn das Rückkopplungsgatter 60 für das Umspeichern beim
Auslesen des Schieberegisters von der Kippstufe 50 nicht mehr freigegeben ist, über
das Eingangsgatter 61 also keine schon abgespeicherten Meßwerte 41 mehr in das Schieberegister
eingegeben werden, ist der Folgefrequenzuntersetzer 42 für die Ansteuerung der Meßschaltungen
40 wieder freigegeben, kann also wieder ein aktueller Meßwert 41 ermittelt und abgespeichert
werden.
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Die funktionelle Verknüpfung zwischen dem Uhrenteil 25 und den Meßsystemen
26 ist hinsichtlich der Meßwerterfassung also durch die Zeitsteuerung für die Abspeicherung
aktueller Meßwerte 41 gegeben, so daß die Auslesung und Anzeige einer Serie abgespeicherter
Meßwerte 41 mit dem Umlauf des Stundenzeigers 35 zur zeitlichen Meßwert-Interpretation
synchronisiert werden kann. Wobei der Auslesetakt für den Aufruf abgespeicherter
Meßwerte 41 ebenfalls aus der zeithaltenden Taktschaltung 28 des Uhrenteiles 25
abgeleitet wird, um Synchronisationsprobleme zu vermeiden und den Aufwand für eine
gesonderte Taktsteuerung zu erübrigen.
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Dabei ist es nicht erforderlich, wie im Ausführungsbeispiel beim Meßwert-Aufruf
nur den Stundenzeiger 35 (diesen also entkoppelt vom Minutenzeiger 32) weiterzuschalten;
wenn die getriebetechnischen Verhältnisse in Hinblick auf den wünschenswert raschen
Abruf des Inhalts des Speichers 45 es zulassen, kann die Stundenzeigerkopplung 38
auch wie gewohnt an den Minutenzeigerantrieb angeschlossen sein; es laufen dann
beide rasch getaktet um, wenn Fortschaltimpulse 53 auf die Fortschalteinrichtung
31 wirken (oder aus dieser abgeleitet werden).