DE3719087C1 - Alarmabschalteinrichtung fuer eine Wecker- oder Terminuhr - Google Patents
Alarmabschalteinrichtung fuer eine Wecker- oder TerminuhrInfo
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- G—PHYSICS
- G04—HOROLOGY
- G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
- G04C21/00—Producing acoustic time signals by electrical means
- G04C21/16—Producing acoustic time signals by electrical means producing the signals at adjustable fixed times
-
- G—PHYSICS
- G04—HOROLOGY
- G04G—ELECTRONIC TIME-PIECES
- G04G13/00—Producing acoustic time signals
- G04G13/02—Producing acoustic time signals at preselected times, e.g. alarm clocks
- G04G13/021—Details
Description
Die Erfindung betrifft eine Alarmabschalteinrichtung
für eine Wecker- oder Terminuhr, gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Üblicherweise werden die in Wecker- oder Terminuhren enthaltenen,
ein akustisches Alarmsignal abgebenden Alarmeinrichtungen vom Benutzer
der Uhr durch ein von Hand zu betätigendes, bewegliches
Schaltorgan, beispielsweise einer Taste oder einer Wippe, abgeschaltet.
So ist beispielsweise aus der DE-GM 78 27 708 eine
Weckeruhr bekannt, bei der auf der Oberseite des Gehäuses eine
nahezu über dessen gesamte Breite sich erstreckende Schaltwippe
angebracht ist.
Aus der DE-GM 83 12 662 ist bereits eine Weckeruhr bekannt, deren
Schalteinrichtung zur Unterbrechung des Alarmsignals kein bewegliches
Schaltorgan mehr enthält, sondern lediglich zwei sogenannte
Sensoren aufweist, bei deren gleichzeitigem Berühren, beispielsweise
mit einer Fingerkuppe, das Alarmsignal unterbrochen
wird. Die Berührungssensoren können dabei einfache Metalldrähte
sein oder - wie in dem DE-GM 83 12 662 beschrieben - lediglich
aus einer auf das Gehäuse aufgebrachten leitfähigen Lackschicht
bestehen. Der Benutzer der Uhr muß aber auch hier zumindest die
Weckeruhr berühren, um die gewünschte Unterbrechung des Alarmsignals
zu erreichen.
Bei der in der DE-PS 34 04 252 beschriebenen, batteriebetriebenen
Alarmeinrichtung kann der Benutzer der Uhr das Alarmsignal durch
ein durch die menschliche Stimme gebildetes, akustisches Signal
unterbrechen oder auch endgültig abstellen, so daß ein Berühren
der Alarmeinrichtung nicht mehr erforderlich ist. Das von der
menschlichen Stimme gebildete, akustische Signal wird bei dieser
Alarmeinrichtung von einem ein Mikrofon, eine Filter- und Verstärkereinheit
und einen Gleichrichter aufweisenden Empfangs- und
Signalformschaltkreis aufgenommen, dessen Ausgang auf den Eingang
einer monostabilen Kippstufe gelegt wird, die bei entsprechender
Signalhöhe in ihren astabilen Zustand übergeht. Mit diesem Übergang
ändert sich das Signal an einem Eingang eines integrierten
Uhrschaltkreises, worauf dieser die Aussendung des Treibersignals
für einen Alarmsignalwandler unterbricht. Sowohl das Mikrofon als
auch die Filter- und Verstärkereinheit werden daher zur Einsparung
von Strom erst nach dem Beginn der Alarmsignalabgabe mit
ihrer Spannungsversorgung verbunden.
Ein Nachteil dieser Alarmeinrichtung besteht darin, daß trotz
einer Erweiterung der Schaltung um einen Hoch- und Tiefpaß,
wodurch praktisch nur noch Frequenzen um 1000 Hz (Bereich des
Grundtons der menschlichen Stimme) verstärkt werden, durch
verschiedene Schallquellen verursachte Fremdgeräusche zu einer
Abschaltung des Wecksignals führen können, bevor die schlafende
Person geweckt wurde.
Ein weiterer Nachteil dieser Alarmeinrichtung besteht darin, daß
durch das vom Benutzer der Uhr abgegebene akustische Signal weitere
anwesende Personen unbeabsichtigt geweckt werden können.
Aus der DE-OS 30 40 751 ist ein berührungsloser Schalter bekannt,
der mit einer IR-Sende- und Empfangseinrichtung arbeitet. Die bekannte,
als Reflexionslichtschranke ausgebildete Sende-/Empfangseinrichtung
ist aber nicht als eine Alarmabschalteinrichtung für
eine Uhr verwendbar, weil insbesondere im Wirkungsbereich einer
derartigen Alarmabschalteinrichtung zahlreiche Gegenstände, wie
ein Kopfkissen oder der Schläfer selbst vorhanden sind, was zu
einer Selbstabschaltung führen kann. Bei Verwendung dieses
bekannten berührungslosen Schalters für eine Wecker- oder
Terminuhr müßten daher entweder sämtliche Gegenstände mit
merklicher Reflexion von Infrastrahlen aus dem Wirkungsbereich
der Sende- und Empfangseinrichtung entfernt oder die Uhr an
einen entsprechenden Platz aufgestellt werden.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine nicht von Hand zu bedienende
Alarmabschalteinrichtung für eine Wecker- bzw. Terminuhr
zu schaffen, die unter Beibehaltung eines geringen Stromverbrauchs
störsicher arbeitet, die auch ohne besondere Auswahl des
Aufstellungsortes der Uhr voll gebrauchstauglich ist und bei der
weitere, im Raum anwesende Personen nicht unbeabsichtigt durch
die zur Abschaltung des Alarmsignals notwendigen Maßnahmen geweckt
bzw. gestört werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird für eine Weckeruhr nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 durch die in dessen kennzeichnenden
Teil enthaltenen Merkmale gelöst.
Gemäß der Erfindung wird dazu der Empfangs- und Signalschaltkreis
der Alarmabschalteinrichtung als Infrarot-Bewegungsmelder ausgebildet.
Dieser kann über einen Empfänger beispielsweise die von
der Hand des Benutzers ausgehende Wärmestrahlung detektieren oder
als Sende-Empfangseinrichtung ausgebildet sein, bei der ein auf
einer bestimmten Frequenz sendender Sender vorgesehen ist, dessen
Infrarotstrahlung beispielsweise von der Hand des Benutzers reflektiert
wird. Ist ein Sender vorgesehen, arbeitet die Alarmabschalteinrichtung
als Reflexions-Bewegungsmelder. Nach der Erfindung
spricht die Alarmabschalteinrichtung nur auf eine Bewegung
innerhalb des Empfangsbereiches an und weist neben einem
Filterverstärker, einer Schwellwertschaltstufe auch eine Gleichrichter-
und Differenzierstufe auf.
Vorzugsweise ist der Differenzierstufe eine Signalverzögerungsstufe
ausgangsseitig nach- oder parallelgeschaltet. Die Signal
verzögerungsstufe bewirkt, daß die zu weckende Person beim
Ertönen des Wecksignals dessen weitere Aussendung nicht bereits
durch noch im Halbschlaf ausgeführte, unkontrollierte Bewegungen
unterbricht. Die Verzögerungsdauer ist daher so bemessen, daß ein
Wecksignal von solcher Dauer abgegeben wird, daß die zu weckende
Person mit ausreichender Sicherheit in einen wachen Zustand versetzt
wird. Somit erlangt die Alarmabschalteinrichtung ihr volle
Betriebsbereitschaft erst nach Ablauf einer bestimmten
Verzögerungsdauer.
Dadurch, daß die Signalverzögerungsstufe vom Filterverstärker
getrennt angeordnet ist, läßt sich der dynamische Aussteuerungs
bereich des Filterverstärkers allein durch eine vorteilhafte
Dimensionierung der Gleichrichter- und Differenzierstufe bestimmen.
Eine zusätzliche, automatische Verstärkungsregelung ist trotz des
von ruhenden Gegenständen herrührenden, zeitlich konstanten
Reflexionssignals, das den Filterverstärker voll aussteuern könnte,
nicht mehr erforderlich. Ein Ausbilden der Signalverzögerungs
einrichtung in dem Filterverstärker würde hingegen eine aufwendige
Verstärkungsregelung erfordern.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Alarm
abschalteinrichtung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Alarmabschalteinrichtung
nach der Erfindung anhand eines Blockschaltbildes;
Fig. 2 ein Impulsdiagramm, das die Wirkungsweise der
Alarmabschalteinrichtung aus Fig. 1 erläutert;
Fig. 3 Ausführungsbeispiele einer Gleichrichter/Differenzier
stufe, einer Signalverzögerungsstufe und einer Schwell
wertschaltstufe nach Fig. 1;
Fig. 4 Ausführungsbeispiele einer Schaltstufe, einer
EIN/AUS-Steuerstufe und eines Ausschaltgliedes aus
Fig. 1;
Fig. 5 Ausführungsbeispiele einer Sende- und Empfangsstufe aus
Fig. 1, und
Fig. 6 ein Gehäuseausschnitt einer Uhr, die mit einer Alarm
abschalteinrichtung nach der Erfindung ausgestattet ist.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Termin- oder Weckeruhr,
die mit einer Alarmabschalteinrichtung nach der Erfindung ausgestattet
ist. Die in Fig. 1 dargestellten Baugruppen haben zum
Teil die gleiche Funktion wie in der aus der DE-PS 34 04 252
bekannten Alarmabschalteinrichtung. Jedoch arbeitet die Alarmab
schalteinrichtung nach der Erfindung als Bewegungsmelder und
nicht als sprachempfindliche Schaltvorrichtung. Die Wirkungsweise
der Alarmabschalteinrichtung wird nachfolgend in Verbindung mit
dem in Fig. 2 dargestellten Impulsdiagramm beschrieben.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein nicht ortsfester Reflektor für
von einem Sender 2 ausgestrahlte Infrarotstrahlen, beispielsweise
die sich bewegende Hand einer geweckten Person, gekennzeichnet.
An dem Anschluß U liegt die volle Batteriespannung an. Vom Anschluß
U gelangt die Batteriespannung zu einem Uhrwerk 14, einem
Signalgeber 12, einem Lampentreiber 9 und einem Monoflop 8.
Obwohl die Batteriespannung an allen Baugruppen 8, 9, 12, 14 anliegt,
befindet sich nur das Uhrwerk 14 im aktiven Zustand und
benötigt demzufolge Batteriestrom. Wenn ein manuell betätigbarer
Schalter 18 geschlossen ist, befindet sich eine im Schaltkreis
des Uhrwerks 14 enthaltene Weckautomatik in Bereitschaftsstellung.
Erreicht die im Uhrwerk 14 gehaltene Uhrzeit die eingestellte
Weckzeit, wird in diesem ein zweiter Schalter (nicht
dargestellt) geschlossen, der zu dem Schalter 18 in Reihe liegt.
Mit dem Schließen des zweiten Schalters (Zeitpunkt t₁ in Fig. 2)
wird ein ebenfalls nicht dargestellter, integrierter Schaltkreis
im Uhrwerk 14 aktiviert, der dem Signalgeber 12 ein Wecksignal
A zuführt. Der Signalgeber 12 wandelt das Wecksignal A in
ein akustisches Signal A′ um, das den Schlafenden wecken soll.
Das Wecksignal A bzw. akustische Signal A′ besteht aus einem kurzen
Impulszug aus Einzelimpulsen mit einer im hörbaren Bereich
liegenden Frequenz. Auf den ersten Impulszug folgt nach einer
kurzen Pause ein zweiter Impulszug. Die Impulszüge werden solange
abgegeben, bis die geweckte Person die Alarmabschalteeinrichtung
auslöst, oder der integrierte Schaltkreis das Wecksignal durch
Selbstabschaltung beispielsweise nach 128 sec selbst abbricht.
Das Wecksignal A wird zur Aktivierung der Alarmabschalteeinrichtung
über eine Zenerdiode 19 und eine Diode 20 einer EIN/AUS-
Steuerstufe 13 zugeführt, deren Schaltbild in Fig. 4 dargestellt
ist. In der Steuerstufe 13 wird mittels einer weiteren Zenerdiode
42 und einem Ladekondensator 41 ein EIN-Signal gebildet, welches
der Ladekurve des Kondensators 41 entsprechend zum Zeitpunkt t₁
den Wert "Null" aufweist und bis zum Zeitpunkt t 2 seinen maximalen
Spannungswert erreicht. Der im Zeitpunkt t 2 erreichte Spannungs
wert bewirkt, daß der Transistor 64 (vgl. Fig. 4) durchschaltet
(Ausgangssignal C). Der Transistor 38, der zu einem
Ausschaltglied 11 gehört, ist noch gesperrt und wird, wie nach
folgend beschrieben, erst ab dem späteren Zeitpunkt t 4 aktiviert.
Das Ausgangssignal C, das über den Widerstand 43 einem
Längstransistor 44 einer Schaltstufe 15 zugeführt wird, bewirkt,
daß der Längstransistor 44 zum Zeitpunkt t 2 die Batteriespannung
U durchschaltet. Folglich werden die Baugruppen 2, 3, 4, 5, 6 und
7 erst ab dem Zeitpunkt t 2 mit dem Signal D (durchgeschaltete
Batteriespannung U) versorgt. Der Sender 2 gibt daher von diesem
Zeitpunkt an Sendeimpulse ab, die beispielsweise vom Kopfkissen
oder dem Schlafenden selbst reflektiert und von einem Empfänger 3
detektiert werden (Ausgangssignal E). Das detektierte Signal E
gelangt über einen Filterverstärker 4, dessen Durchlaßbereich auf
die Sendeimpulsfrequenz abgestimmt ist, als Signal M zu einer
Gleichrichter- und Differenzierstufe 5. In deren Gleichrichter
stufe wird aus dem Wechselspannungssendesignal eine mit dessen
Intensität ebenfalls zunehmende Gleichspannung gebildet.
Die Gleichrichter- und Differenzierstufe 5 ist in Fig. 3 zusammen
mit einer Signalverzögerungsstufe 6 und einer Schwellwertschaltstufe
7 dargestellt. Das Signal M gelangt über einen Kondensator
27 zu zwei Dioden 28, 29. Die beiden Dioden 28, 29 arbeiten
zusammen mit den Kondensatoren 27, 31 als Spannungsverdopplerschaltung
und richten das Signal M gleich. Das gleichgerichtete Signal
M lädt einen Kondensator 31 auf, der sich über einen Parallel
widerstand 30 wieder entladen kann. Der Gleichrichterstufe ist eine
Differenzierstufe, bestehend aus dem Kondensator 32 und dem Wider
stand 33, nachgeschaltet. Die Differenzierstufe bewirkt, daß
die Alarmabschalteinrichtung nicht auf die Intensität des empfangenden
Signals E, sondern auf dessen zeitliche Änderung anspricht.
D. h., das Signal P am Ausgang der Gleichrichter- und Differenzier
stufe 5 ist eine Funktion der Bewegungsgeschwindigkeit des
Reflektors 1, und die Grenzfrequenz des Differenziergliedes 32,
33 bestimmt die Mindestannäherungsgeschwindigkeit des Reflektors
1 in Richtung auf die Uhr, in der die Sende- und Empfangseinrichtung
untergebracht ist.
Durch die erfindungsgemäße Abstimmung der Bauteile des Filter
verstärkers 4 und der Gleichrichter- und Differenzierstufe 5 ist es
möglich, eine Erweiterung des dynamischen Bereichs bei der Verstärkung
des Signals E und dem daraus abgeleiteten Signal P zu
erreichen. Der große dynamische Aussteuerungsbereich bewirkt, daß
ein möglicherweise vorhandener, statischer Reflektor, der am
Verstärkereingang bereits eine Eingangsspannung hervorruft, keine
zusätzliche Maßnahme zur Beeinflußung des Verstärkeraus
steuerbereiches erforderlich macht, um den Verstärker nicht in
die Sättigung zu treiben. Eine automatische Verstärkungsregelung
ist daher nicht erforderlich.
Im folgenden werden zur Erläuterung der Ursache für die
vorteilhafte Ausdehnung des Aussteuerbereiches folgende Größen
eingeführt:
U e :Eingangsimpulshöhe des Filterverstärkers 4 (Signal E) U a :Ausgangsimpulshöhe des Filterverstärkers 4 (Signal M) T:Ausgangsimpulsbreite des Signals M T a :Aufladezeitkonstante des Kondensators 31 (Fig. 3)T e :Entladezeitkonstante des Kondensators 31 T o :Impulsperiode des Senders 2 N:Anzahl der Sendeimpulse des Senders 2 U c :Gleichrichtspannung am Kondensator 31.
Der zeitenabhängige Momentanwert U c (t) folgt der Funktion:
U c (t) = U a ×(1 - exp T×N(t)/T a
Für den Fall T a , T e » T o ergibt sich im stationären
Zustand der arithmetische Mittelwert <U c < der
Gleichrichtspannung U c zu:
<U c < = U a ×T/T o
Daraus ergibt sich, daß <U c < auch bei bereits eingetretener
Begrenzung der Ausgangsimpulshöhe U a (Sättigung des Filter
verstärkers 4) noch zunehmen kann und zwar aufgrund einer Zunahme
der Ausgangsimpulsbreite T. Eine derartige Zunahme der Ausgangsimpuls
breite T liegt hier vor, da der Filterverstärker 4 eine diffe
renzierende Wirkung aufweist und daher die Ausgangsimpulsbreite
mit zunehmender Eingangsimpulshöhe zunimmt. Diese Zunahme tritt
auch dann noch ein, wenn der Filterverstärker 4 bereits voll
ausgesteuert ist und daher die Ausgangsimpulshöhe U a nicht mehr
zunehmen kann.
Der aus dem Signal E abgeleitete Impuls des Signals P könnte ohne
zeitliche Verzögerung dazu benutzt werden, um das Aussenden des
akustischen Wecksignals A′, das bereits ab dem Zeitpunkt t 1 abge
geben wird, zu unterbrechen. Nach der Erfindung ist aus zwei
Gründen aber eine Signalverzögerung für das Signal P vorgesehen,
die bewirkt, daß erst nach einer bestimmten Totzeit Impulse des
Signals P zu einer Abschaltung des Wecksignals A führen.
Einerseits kann sich eine im Schlaf befindliche Person aufgrund
des Wecksignals beim Übergang von dem Schlafzustand in den Wach
zustand bewegen, z. B. im Bett herumdrehen. Eine derartige Bewegung
könnte zu einem Abschalten der Alarmabschalteinrichtung
führen, bevor die Person einen ausreichenden Wachzustand erreicht
hat. Folglich würden keine weiteren Wecktöne mehr abgegeben werden,
und die zu weckende Person würde in den Schlafzustand
zurückfallen.
Andererseits ist zu berücksichtigen, daß der Kondensator 31 (vgl.
Fig. 3) beim Durchschalten der Batteriespannung D zum Zeitpunkt
t 1 ungeladen ist. Der bei Beginn der Aufladung auftretende Lade
stromstoß würde ausreichen, um an dem Differenzierglied 32, 33 -
gleichwirkend dem Signal P - einen Impuls zu erzeugen, der die
Alarmabschalteinrichtung betätigt und die Abgabe des Wecksignals
A unterbricht. Deshalb ist die Signalverzögerungsstufe 6 vorgesehen,
die eine ausreichende Totzeit liefert, damit sich zum einen
der Kondensator 31 aufladen kann und zum anderen eine Mindestzahl
von Weckimpulszügen abgegeben wird, die zu einem sicheren
Aufwachen des Schlafenden führen.
In Fig. 1 ist die Signalverzögerungsstufe 6 beispielhaft in Reihe
in die Signalverarbeitungskette aus den Baugruppen 3, 4, 5, 7, 8
geschaltet. Nach Fig. 2 wird die Signalverzögerungsstufe 6 erst
zum Zeitpunkt t 3 durchgeschaltet (Signal F). Die Verzögerungs-
bzw. Totzeit ergibt sich damit aus t 3-t 2. Ebenso kann
die der Signalverzögerungsstufe 6 nachgeschaltete Schwellwert
schaltstufe 7 erst zum Zeitpunkt t 3 ankommende Unterbrechungs
signale für das Wecksignal A weiterverarbeiten. Der zeitlich aktive
Betriebsbereich der Alarmabschalteinrichtung ergibt sich somit
nach Signal G ab dem Zeitpunkt t 3.
Will die inzwischen durch das Wecksignal A geweckte Person die
Abgabe von weiteren Wecksignalen A unterbrechen, muß sie nur kurz
die als Reflektor 1 wirkende Hand in den Wirkungsbereich der vom
Sender 2 abgestrahlten Sendeimpulse bewegen. Ein genaues Greifen
der Uhr und Betätigen des Schalters 18 ist nicht erforderlich, da
das Strahlungsfeld der Sendeimpulse bis zu der im Bett liegenden
Person reicht. Mit der Bewegung des Reflektors 1 entsteht zum
Zeitpunkt t 4 am Ausgang der Schwellwertschaltstufe 7 ein kurzer
Impuls H. Die Schwellwertschaltstufe 7 ist notwendig, damit ein
bestimmter Empfangsignalwert festgelegt werden kann, ab dem das
Wecksignal A unterbrochen wird. Der Ausgangsimpuls H der Schwell
wertschaltstufe 7 gelangt zu einem Monoflop 8, das zum Zeitpunkt
t 4 in seinen unstabilen Zustand kippt. Mit dem Kippen des Mono
flops 8 wird die Abgabe des Wecksignals A unterbrochen, da das
Ausgangssignal I des Monoflops 8 neben den Baugruppen 9 und 11
auch dem integrierten Schaltkreis im Uhrwerk 14 zugeführt wird,
der die Abgabe der Ansteuerimpulse zum Erzeugen des akustischen
Signals A′ in dem Signalgeber 12 unterbricht. Eine Lampe 10, die
das Zifferblatt der Uhr beleuchtet, wird über den Lampentreiber 9
(Ausgangssignal K) eingeschaltet. Das Einschalten der Lampe 10
erfolgt gleichzeitig zum Zeitpunkt t 4 mit dem Kippen des Mono
flops 8. Wenn das Monoflop 8 zum Zeitpunkt t 6 in seinen stabilen
Zustand zurückkippt, wird die Lampe 10 wieder ausgeschaltet. Die
Lampenbrenndauer bestimmt sich somit nach der instabilen
Zustandsdauer des Monoflops 10, die von t 4 bis t 6 reicht.
Wie in Fig. 1 und 4 dargestellt, wird das Signal I auch dem
Ausschaltglied 11 zugeführt. Das Ausschaltglied 11 besteht aus
dem Transistor 38, einem Basiswiderstand 40 und einem Kollektor
widerstand 39. Der in Emitterschaltung geschaltete Transistor 38
liegt in dem Basis-Emitterkreis des Transistors 64 der
EIN/AUS-Stufe 13. Die Anstiegsflanke des Signals I zum
Zeitpunkt t 4 bewirkt das Durchschalten des Transistors 38. Mit
dem Durchschalten des Transistors 38 entlädt sich ein Kondensator
41 über den Kollektorwiderstand 39. Zum Zeitpunkt t 5 ist der
Spannungswert des Signals B auf einen niedrigen Wert abgefallen,
so daß der Transistor 64 und infolgedessen gleichzeitig der Transistor
44 sperren. Damit wird zum Zeitpunkt t 5 die Batteriespannung
D von den Baugruppen 2, 3, 4, 5, 6, 7 abgetrennt. D. h., das
Einschalten der Schaltstufe 15 wird über das Signal B (Zeitpunkt
t 2) und das Ausschalten über das Signal L, das aus dem Signal I
abgeleitet wird, zum Zeitpunkt t 5 bewirkt. Die Alarmabschaltein
richtung befindet sich somit im Ruhezustand und wird bei geschlossenem
Schalter 18 wieder in der zuvor beschriebenen Weise
durch das Durchschalten der Batteriespannung D in Betrieb gesetzt,
wobei die volle Funktionsfähigkeit erst nach der Verzögerungs-
oder Totzeit t 3-t 2 erreicht wird. Bis zum Öffnen des
Schalters 18 erfolgt nach einigen Minuten ein neuer Nachweckvorgang
(snooze) durch den integrierten Schaltkreis im Uhrwerk 14
mittels Abgabe des Wecksignals A. In bekannter Weise ist die
Alarmabschalteinrichtung erst dann endgültig abgeschaltet, wenn
der Schalter 18 geöffnet wird.
Fig. 3 zeigt neben der Gleichrichter- und Differenzierstufe 5 ein
Ausführungsbeispiel für die Signalverzögerungsstufe 6 und die
Schwellwertschaltstufe 7, deren wichtigster Bestandteil jeweils
ein Komparator 21 bzw. 22 ist. Die Betriebsspannung D wird den
Komparatoren 21, 22 zugeführt. Die an den Filterverstärker 4
angelegte Versorgungsspannung N wird durch den Vorwiderstand 17 und
einen im Filterverstärker 4 enthaltenen Kondensator (nicht
dargestellt) geglättet.
Die Arbeitsweise der Signalverzögerungsstufe 6 besteht darin, daß
dem Komparator 21 an dem Pluseingang die Spannung des aus den Wider
ständen 25, 23 gebildeten Spannungsteiler zugeführt wird. Der
Minuseingang des Komparators 21 ist an einen Teiler angeschlossen,
der aus einer Reihenschaltung aus einem Kondensator 26
und einem Widerstand 25 gebildet wird. Der Kondensator 26 liegt
an der Spannung N und der Widerstand 24 an Masse. Der Minuseingang
liegt an dem Mittenanschluß von Kondensator 26 und Widerstand
24. Beim Anlegen der Spannung N zum Zeitpunkt t 2 ist der
Minuseingang positiver als der Pluseingang. Der Ausgang des Komparators
21 befindet sich somit auf Nullpotential, weshalb unerwünschte
Impulse des Signals M über den Kondensator 32 gegen
Masse kurzgeschlossen werden. Nach der Verzögerungszeit oder
Totzeit t 3-t 2 hat sich der Kondensator 26 über den Widerstand 24
soweit aufgeladen, daß der Minuseingang nunmehr negativer als der
Pluseingang ist. Hierauf schaltet der Komparatorausgang ab, und
der Ausgang Q wird hochohmig oder unwirksam, weil es sich um einen
Operationsverstärker (LM 393) mit einem OPEN-Kollektor-Ausgang
handelt. Das zeitbestimmende Glied, das die Verzögerungszeit-
bzw. Totzeit bestimmt, stellt die Reihenschaltung aus dem
Kondensator 26 und dem Widerstand 24 dar. Der Umschaltpunkt hängt
zeitlich auch von der Höhe des an dem Widerstand 23 eingestellten
Spannungswertes ab. Im Gegensatz zu Fig. 1, gemäß der die Signal
verzögerungsstufe 6 in Reihe in der Übertragungskette liegt, ist
die Verzögerungsstufe 6 nach Fig. 3 als parallel zur Gleichrichter-
und Differenzierstufe 5 liegend ausgebildet, weshalb sie
während der Verzögerungszeit eingeschaltet und anschließend
inaktiv ist.
Die Schwellwertschaltstufe 7 besteht aus den einen Spannungs
teiler bildenden Widerständen 34 und 35, dessen Abgreifpunkt mit
dem Minuseingang des Komparators 22 verbunden ist. Der Pluseingang
des Komparators 22 ist mit dem Ausgang des Differenziergliedes
32, 33 und dem Ausgang Q des Komparators 21 verbunden.
Ausgangsseitig weist der Komparator 22 eine Diode 37, die an den
Eingang des Monoflops 8 angeschlossen ist, und einen Widerstand
36 auf, der an der Batteriespannung D liegt. Übersteigt der über
den Kondensator 32 zugeführte Spannungssprung die durch den
Spannungsteiler 34, 35 gebildete Referenzspannung, so schaltet
der Komparatorausgang von Null auf die Batteriespannung D um.
Dieser Ausgangsimpuls am Komparator 22 bewirkt über die Diode 37
das Kippen des Monoflop 8 zum Zeitpunkt t 4.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Senders 2 und des Empfängers
3. Dem Sender 2 wird über einen Widerstand 16 die
Spannung D bzw. das Eingangssignal O zugeführt. Zusammen mit
einem Kondensator 45 bewirkt der Widerstand 16 eine Entkopplung
zwischen Sender 2 und Empfänger 3, damit keine sendeimpulsförmigen
Betriebsspannungsschwankungen im Empfänger 3 auftreten.
Weiter besteht der Sender 2 aus zwei komplementären Transistoren
50, 51, die zusammen mit den Widerständen 46, 48, 49, 52 und
einem Kondensator 47 einen astabilen Multivibrator bilden. Die
Impulsfrequenz wird durch den Kondensator 47 und den Widerstand
46 bestimmt. Die Impulsbreite ergibt sich aus der Dimensionierung
von Kondensator 47 und Widerstand 48. Als Sendeelement wird eine
Infrarotdiode 55 verwendet, deren Anode an der Verbindungsleitung
zwischen einem Widerstand 54 und einem Ladekondensator 56 liegt.
Die Kathode der Diode liegt über einen Widerstand 53 an dem
Kollektor des Transistors 51. Im gesperrten Zustand des Transistors
51 wird der Kondensator 56 über den Widerstand 54 aufgeladen
und über die Diode 55 entladen, wenn der Transistor 51
durchschaltet. Der Widerstand 53 begrenzt den Diodenstrom. Der
Pulsbetrieb entlastet die Batterie, da die Batteriekapazität
begrenzt ist. Die Impulsfolgefrequenz beträgt vorzugsweise 500 Hz.
Die von der Diode 55 ausgesendeten Infrarotstrahlen werden am
Reflektor 1 reflektiert und gelangen zum Empfangselement, einer
infrarotempfindlichen Diode 56, die mit der Kathode an der Batterie
spannung N liegt. Zusammen mit einem Widerstand 57 bildet
die Diode 56 einen Spannungsteiler, an dessen Anschluß ein Kondensator
58 angeschlossen ist, der die von der Diode empfangenen
und in Stromimpulse umgesetzten Sendeimpulse dem Filterverstärker
4 zuführt.
In Fig. 6 ist eine Seitenansicht eines teilweise aufgebrochenen
Uhrengehäuses 60 mit Zifferblatt 61 dargestellt. Die Empfangs-
und Sendeelemente 55, 56 werden vorzugsweise mit einem
Abstand zueinander an der Oberkante der Vorderseite des Uhren
gehäuses 60 ausgebildet. In der Wandung des Gehäuses 60 sind je
nach der Anzahl der Sende- und Empfangselemente 55, 56 Ein- bzw.
Austrittsöffnungen 59 für die Sende- und Empfangssignale vorgesehen.
Die durch die Strahlungscharakteristik des Empfangs- und
Sendeelements festgelegte Hauptstrahlungsrichtung X (bzw. Empfangs
richtung) kann gegenüber der Waagrechten Y je nach An
wendungsfall nach oben oder unten geneigt sein. Vorzugsweise ist
die Hauptstrahlungsrichtung um einen Winkel α von 20° bis 25°
nach oben geneigt.
Die Wahl einer nicht senkrecht zum Zifferblatt 61 verlaufenden
Hauptstrahlungsrichtung stellt neben des durch die Dimensionierung
des Kondensators 31 und des Widerstands 30 bestimmten Arbeits
punktes der Schwellwertschaltstufe 7 eine weitere Möglichkeit
dar, die Ansprechempfindlichkeit der Alarmabschalteinrichtung
den Erfordernissen der Praxis anzupassen. So wird auch bei
einem relativ niedrigen Schwellwert das Alarmsignal von einer
sich auf die Uhr in Richtung Y bewegenden Person nicht
abgeschaltet, während es für den Fall, daß der Benutzer der Uhr seine
Hand gezielt entgegen der Hauptstrahlrichtung X bewegt, zu einer
Abschaltung des Alarmsignals kommt. Selbstverständlich läßt sich
die Ansprechempfindlichkeit der Alarmabschalteinrichtung darüber
hinaus auch noch durch die Dimensionierung des Filterverstärkers
4 den praktischen Gegebenheiten anpassen.
Obwohl die erfindungsgemäße Alarmabschalteinrichtung im einzelnen
nur anhand von Ausführungsbeispielen mit einem Infrarotsender
und -empfänger beschrieben wird, der die durch die Bewegung des
Reflektors 1 verursachte Intensitätsänderung des empfangenen
Signals auswertet, kann auf einen Infrarotstrahlung abgebenden
Sender verzichtet werden, wenn die Empfangsdiode 55 durch einen
passiven Infrarotdetektor ersetzt wird, der eine derartige
Empfindlichkeit aufweist, daß der die vom Benutzer der Uhr selbst
abgegebene Wärmestrahlung detektieren kann.
Weiter ist die Erfindung nicht nur auf Ausführungsbeispiele beschränkt,
die mit einem Filterverstärker arbeiten. Vielmehr können
auch Frequenzdiskriminatoren oder Abtast- und Halteschaltungen
in der Signalkette vom Empfänger 3 bis zum Monoflop 8 ausgebildet
sein. Daneben kann die Erfindung so ausgelegt werden,
daß sie neben einer Annäherung auch auf eine Entfernung des Reflektors
von der Uhr anspricht.
Claims (16)
1. Alarmabschalteinrichtung für eine Wecker- oder Terminuhr, mit
einem Uhrwerk, welches einen integrierten Schaltkreis enthält,
der bei Übereinstimmung zwischen Uhr- und Alarmzeit ein
Wecksignal an einen vorzugsweise als elektroakustischen Wandler
ausgebildeten Signalgeber abgibt, mit einem Empfangs- und
Signalformschaltkreis, der zur Aufnahme und Weiterverarbeitung
eines vom Benutzer der Uhr herrührenden Abschaltsignals
einen Empfänger, einen Filterverstärker, eine Gleichrichterschaltung
und eine Schwellwertschaltstufe aufweist und der
erst nach Aussendung des Wecksignals an seine Spannungsversorgung
gelegt wird und dann das Abschaltsignal so verarbeitet,
daß bei dessen Anlegen an einen Eingang des integrierten
Schaltkreises dieser die Aussendung des Wecksignals unterbricht,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Empfangs- und Signalformschaltkreis einen im infraroten
Strahlungsbereich empfindlichen Empfänger (3) und in
einer Gleichrichter- und Differenzierstufe (5) eine der
Gleichrichterschaltung (27-31) nachgeschaltete Differenzierstufe
(32, 33) aufweist, deren Ausgangssignal (Q) durch die
zeitliche Änderung der vom Empfänger (3) detektierten Infrarotstrahlung
bestimmt wird.
2. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß diese einen Infrarotstrahlung abgebenden Sender (2) aufweist,
dessen Strahlung vom Benutzer der Uhr reflektiert und
vom Empfänger (3) detektiert wird.
3. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Ausgang der Schwellwertschaltstufe (7) und
dem Eingang des integrierten Schaltkreises ein Monoflop (8)
geschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des integrierten
Schaltkreises verbunden ist und welches in seinen
astabilen Zustand versetzt wird, wenn an dem mit seinem
Eingang verbundenen Ausgang der Schwellwertschaltstufe (7)
ein Ausgangssignal (H) auftritt.
4. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gleichrichter- und Differenzierstufe (5) zwei in
Reihe geschaltete Baugruppen aufweist, von denen die als
Gleichrichter wirkende Baugruppe aus einer zwei Dioden (28,
29) und zwei Kondensatoren (27, 31) aufweisenden Spannungsverdopplerschaltung
besteht, während die als Differenzierglied
wirkende Baugruppe aus einer Reihenschaltung eines
Kondensators (32) und eines Widerstands (33) besteht.
5. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Empfangs- und Signalformschaltkreis eine vor der
Schwellwertschaltstufe (7) angeordnete Signalverzögerungsstufe
(6) aufweist, die nach Abgabe des Wecksignals (A) ihr
Ausgangssignal (Q) gegenüber ihrem Eingangssignal (P) so
lange (t₃-t₂) verzögert, daß der akustische Signalgeber
(12) zumindest für eine bestimmbare Zeitspanne (t₃-t₁)
ein Alarmsignal (A′) abgibt.
6. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Signalverzögerungsstufe (6) der Gleichrichter- und
Differenzierstufe (5) parallel geschaltet ist und einen
Komparator (21) mit einem OPEN-Kollektor aufweist, dessen
Ausgang mit dem Ausgang des Differenziergliedes (32, 33) der
Differenzierstufe (5) verbunden ist und daß die Verzögerungszeit
(t₃-t₂) durch eine Reihenschaltung aus einem Kondensator
(26) und einem Widerstand (24) bestimmt wird.
7. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwellwertschaltstufe (7) einen Komparator (22) aufweist,
dessen erstem Eingang eine Referenzspannung zugeführt
wird und dessen zweiter Eingang sowohl mit dem Ausgang (P)
des Differenziergliedes (32, 33) der Gleichrichter- und
Differenzierstufe (5) als auch mit dem Ausgang (Q) des Komparators
(21) der Signalverzögerungsstufe (6) verbunden ist.
8. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Wecksignal (A) neben dem Signalgeber (12) über eine
Reihenschaltung aus einer Zenerdiode (19) und einer Diode
(20) auch einem ersten Eingang (B) einer AUS/EIN-Steuerstufe
(13) zugeführt wird, welche über eine Schaltstufe (15) sowohl
den Empfangs- und Signalformschaltkreis (3, 4, 5, 6, 7) als
auch den Sender (2) mit ihrer Versorgungsspannung (D, O) verbindet.
9. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem am Ausgang der Diode (20) anliegenden Signal (B)
in der EIN/AUS-Steuerstufe (13) durch eine Parallelschaltung
einer Zenerdiode (42) und einem Ladekondensator (41) ein
EIN-Signal gebildet wird, welches mit einer bestimmbaren
Zeitverzögerung(t₂-t₁) einen Ausgangstransistor (64)
durchschaltet, der seinerseits einen in der Schaltstufe (15)
vorhandenen Längstransistor (44) durchschaltet.
10. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgangssignal (I) des Monoflops über ein Ausschaltglied
(11) auch einem zweiten Eingang (L) der
EIN/AUS-Steuerstufe (13) zugeführt wird, deren Ausgangssignal
(C) über die Schaltstufe (15) den Empfangs- und Signalformschaltkreis
(3, 4, 5, 6, 7) und den Sender (2) nach dem Übergang
des Monoflops (8) in seine astabile Lage von ihrer Versorgungsspannung
(D, O) trennen.
11. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausschaltglied (11) aus einem in der Emitterschaltung
geschalteten Transistor (38) besteht, der im Basis-Emitterkreis
des Ausgangstransistors (64) der EIN/AUS-Steuerstufe
(11) liegt und an dessen Basis das Ausgangssignal (I) des
Monoflops (8) liegt.
12. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sender (2) eine Infrarotdiode (55) aufweist, die im
Pulsbetrieb Infrarotstrahlung aussendet, wobei die Impulsfolgefrequenz
bzw. die Impulsbreite durch die Dimensionierung
eines Kondensators (47) und jeweils eines Widerstandes (46
bzw. 48) bestimmt wird, die zusammen mit zwei weiteren Widerständen
(49, 52) einen astabilen Multivibrator bilden.
13. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Impulsfolgefrequenz des Senders (2) vorzugsweise etwa
500 Hz beträgt.
14. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Empfänger (3) eine infrarotempfindliche Diode (56)
aufweist, die mit ihrer Kathode an einer von der Batteriespannung
(U) abgeleiteten Spannung (N) liegt und die zusammen
mit einem Widerstand (57) einen Spannungsteiler bildet, an
dessen Abgreifpunkt ein Kondensator (58) angeschlossen ist,
der die von der Diode (56) empfangenen Signale dem Filterverstärker
(4) zuführt.
15. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Empfänger (3) und der Sender (2) an der Oberkante der
Vorderseite des Uhrengehäuses (60) mit Abstand zueinander angeordnet
sind und daß die Hauptstrahlung- bzw. Hauptempfangsrichtung
X des Sendesignals bzw. Empfangssignals gegenüber
der Waagrechten Y um einen Winkel von vorzugsweise 20° bis
25° nach oben geneigt ist.
16. Alarmabschalteinrichtung nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgangssignal (I) des Monoflops (8) auch auf den
Eingang eines Lampentreibers (9) gelegt wird, dessen
Ausgangssignal (K) solange von Null verschieden ist, wie
sich das Monoflop (8) in seinem astabilen Zustand befindet.
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8100 | Publication of patent without earlier publication of application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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