DE4103689A1 - Schaltungsanordnung mit einem zentralen rechner zur steuerung und ueberwachung mehrerer elektronischer geraete - Google Patents

Description

Die Erfindung geht von einer Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.

Es ist eine derartige Schaltungsanordnung bekannt, bei der der zentrale Rechner für jedes elektronische Gerät eine serielle Schnittstelle auf­ weisen muß. Derartige Rechner setzen einen hohen technischen und wirt­ schaftlichen Aufwand voraus. Wird als zentraler Rechner ein handelsübli­ cher Personal Computer eingesetzt, der nur eine frei verfügbare serielle Schnittstelle für den Anschluß eines Telefonmodems oder eines digitalen Eingabegerätes hat, so sind allenfalls durch interne Umschaltungen im Rechner drei weitere serielle Schnittstellen realisierbar, so daß der Rechner maximal vier elektronische Geräte steuern und überwachen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß an einen zen­ tralen Rechner bei geringstem Aufwand eine Vielzahl von zu steuernden und zu überwachenden elektronischen Geräten angeschlossen werden kann, ohne daß es dazu eines Eingriffs in den zentralen Rechner bedarf.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichenden Teil dieses Anspruchs ange­ gebenen Merkmale gelöst. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der Vorteil verbunden, daß an dem zentralen Rechner, das heißt also zum Beispiel an einem Personal Computer, keinerlei Eingriffe vorgenommen zu werden brauchen. So ist es ohne weiteres möglich, mit dem zentralen Rechner nahezu unbegrenzt viele elektronische Geräte zu steuern und zu überwachen.

Eine bevorzugte Anwendung der Schaltungsanordnung bilden zum Beispiel von zu trainierenden oder rehabilitierenden Sportlern gleichzeitig be­ triebene Ergometer, die mittels eines in dem zentralen Rechner gespei­ cherten Programms automatisch nacheinander abgefragt und durch eine einzige Fachkraft, das ist vorzugsweise ein Sportmediziner, überwacht werden.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schal­ tungsanordnung weist der Meßstellenumschalter eine elektronische Zähl­ schaltung mit vorgeschaltetem Impulsformer auf. Damit ist der Vorteil verbunden, daß die Steuerung statisch erfolgt, das heißt ohne einen Taktgenerator auskommt, der zu Funkstörungen Anlaß geben könnte.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung an Hand zweier Figuren dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung und

Fig. 2 ein ausführliches Schaltbild des Meßstellen­ umschalters.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 bezeichnet 10 einen zentralen Rechner mit einer Ausgabeeinheit 11, das ist vorzugsweise ein Monitor, einer Eingabeeinheit 19 und einer seriellen Schnittstelle 12. Die serielle Schnittstelle des zentralen Rechners, das ist vorzugsweise ein Personal Computer (PC), steht über Leitungen 13 mit einem elektro­ nischen Meßstellenumschalter 14 in Verbindung, an dessen Ausgängen 15 elektronische Geräte, das sind zum Beispiel Tret-Ergometer, von denen in der Fig. 1 nur drei Ergometer 16, 17 und 18 dargestellt sind, mit ihren seriellen Schnittstellen 20, 21 und 22 angeschlossen sind. An den zentralen Rechner 10 ist vorzugsweise ein Drucker 23 angeschlossen.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ist folgende.

Trainiert zum Beispiel eine Gruppe von zehn Sportlern auf Tret-Ergometern, so werden mit dem Meßstellenumschalter 14, durch den zentralen Rechner 10 gesteuert, die Schnittstellen 20, 21, 22 der Ergometer nacheinander bezüg­ lich der aktuellen Ergometer- und Probandendaten abgefragt, wie zum Bei­ spiel der Ergometernummer, der am Ergometer eingestellten Belastung, der Drehzahl des Ergometers sowie der Versuchszeit und des Pulses des Pro­ banden. Alle Daten eines Ergometers bzw. Probanden werden über den Meß­ stellenumschalter 14 der seriellen Schnittstelle 12 des zentralen Rech­ ners 10 zugeführt und auf der Ausgabeeinheit 11 übersichtlich dargestellt. Für einen Probanden gesundheitlich kritische Situationen können dabei, durch den zentralen Rechner gesteuert, mittels farblicher Hervorhebung der Anzeige oder durch automatisches Auslösen optischer oder akustischer Alarmsignale für den überwachenden Sportmediziner hervorgehoben werden.

Eine Dokumentation der Belastungsvorgänge und Daten sowie der Uhrzeit kann mittels des Druckers 23 erfolgen. Weiterhin kann von dem zentralen Rechner 10 aus jederzeit der Meßstellenumschalter 14 so gesteuert werden, daß bei einer kritischen Situation an einem Ergometer, zum Beispiel 16, dieses Ergometer automatisch oder durch den Sportmediziner manuell ange­ steuert wird und in den Belastungsablauf dieses Ergometers eingegriffen wird, zum Beispiel durch Herabsetzung oder völligen Abbruch der Belastung für den Probanden.

Für die Datenübertragung zwischen zentralem Rechner 10 und den elektro­ nischen Geräten 16, 17 und 18 werden, wie weiter unten näher erläutert, nur je drei Leitungen benötigt.

In dem Schaltbild nach Fig. 2 bezeichnet 12 die Schnittstelle des zentra­ len Rechners 10 nach Fig. 1. Die in dem Schnittstellensymbol angegebenen Bezeichnungen entsprechen den für Personal Computer üblichen Bezeich­ nungen, wie FG = Geräteerde, RD = Empfangsdaten, DTR = Endgerät betriebs­ bereit, RTS = Sendebereitschaft, GND = Masse, CTS = Sendebereitschaft, CD = Datenträger empfangen, TD = Sendedaten.

Für die Datenübertragung zwischen dem zentralen Rechner 10 und dem Meß­ stellenumschalter 14 werden nur drei Anschlüsse, nämlich RD, TD und GND, benötigt. Alle anderen Anschlüsse, über die normalerweise Steuersignale für die Datenübertragungsgeräte für Telefonleitungen übertragen werden, werden durch eine entsprechende Programmierung des zentralen Rechners 10 derart umfunktioniert, daß über diese Anschlüsse die für die Steuerung und Überwachung des elektronischen Meßstellenumschalters 14 benötigten Signale geführt werden. In dem Meßstellenumschalter 14 sind mit den Anschlüssen FG und GND die Geräteerde bzw. das Massepotential, mit dem Anschluß RD ein Ausgang eines ersten, zweiten und dritten Umsetzers 25, 26, 27 und mit dem Anschluß TD die Eingänge eines vierten, fünften und sechsten Umsetzers 28, 29, 30 verbunden. Die Umsetzer dienen zur Tren­ nung und Umsetzung der Spannungspegel auf den zugehörigen Leitungen. Mit dem Eingang des ersten Umsetzers 25 ist ein Datenausgang Ya eines ersten Multiplexers 40 für die von den elektronischen Geräten 16, 17, 18 (Fig. 1) zu dem zentralen Rechner 10 zu übertragenden Daten verbunden. Der Ausgang des vierten Umsetzers 28 des Meßstellenumschalters 14 ist über ein RC- Glied aus einem Längswiderstand 41 und einer Querkapazität 42 und über einen Impulsformer 43 mit einem dynamischen Eingang 44 eines elektroni­ schen Zählers 45 verbunden. Der Ausgang des fünften Umsetzers 29 steht mit einem Eingang 46 zum Zurücksetzen des elektronischen Zählers 45, der Ausgang des zweiten Umsetzers 26 mit dem Ausgang des vierten Umset­ zers 28, der Eingang des dritten Umsetzers 27 mit einem Ausgang einer logischen ODER-Schaltung 49 und der Ausgang des sechsten Umsetzers 30 mit einem Dateneingang Xe eines zweiten Multiplexers 47 in Verbindung.

Ausgänge 48 des elektronischen Zählers 45 stehen erstens mit Eingängen der ODER-Schaltung 49, zweitens mit Eingängen 50 des ersten Multiplexers 40 und drittens mit Eingängen 51 des zweiten Multiplexers 47 in Verbin­ dung. Eingänge Y₁..., Y_m...,Y_n des ersten Multiplexers 40 sind über je einen Umsetzer, von denen in Fig. 2 nur die Umsetzer 52, 53 und 54 gezeigt sind, mit Anschlüssen RD₁, RD_m und RD_n verbunden, wobei mit n die maximale Zahl der über den Meßstellenumschalter 14 zu steuernden und zu überwachen­ den elektronischen Geräte 16, 17 und 18 (Fig. 1) und mit m eine ganze Zahl zwischen 1 und n bezeichnet ist.

Analog dazu sind Ausgänge X₁ . . ., X_m . . ., X_n des zweiten Multiplexers 47, die über je einen Umsetzer, von denen in Fig. 2 nur die Umsetzer 55, 56, 57 gezeigt sind, mit Anschlüssen TD₁ . . .; TD_m . . .,TD_n verbunden sind.

Je ein Anschluß RD₁, TD₁ . . .; RD_m, TD_m, RD_n, TD_n bildet zusammen mit je einem Anschluß GND₁ . . ., GND_m . . ., GN_n eine Anschlußeinheit A₁ A_m . . ., A_n, die mit der zugehörigen Schnittstelle 20, 21, 22 der elektro­ nischen Geräte 16, 17, 18 verbunden ist. Zu dem Meßstellenumschalter 14 gehört noch ein Netzteil 60, dessen Anschluß 61 mit dem Wechselstromnetz der Spannung U≈ und dessen gleichstromseitige Ausgänge 62 mit der Übersichtlichkeit halber in Fig. 2 nicht gezeigten Stromversorgungsleitungen für die Umsetzer 25 bis 30 und 52 bis 57, dem elektronischen Zähler 45 und dem ersten und zweiten Multiplexer 40, 47 verbunden sind.

Die Wirkungsweise des Meßstellenumschalters 14 gemäß Fig. 2 ist folgende.

Das Programm des zentralen Rechners 10 (Fig. 1) schaltet über die An­ schlüsse RTS und DTR der Schnittstelle 12 den Meßstellenumschalter 14 weiter, wobei über die Anschlüsse CD und CTS die jeweiligen Umschaltungen überwacht werden. Nach dem Einschalten des zentralen Rechners 10 und des Schnittstellenumschalters 14 wird über den Anschluß RTS ein Rücksetz­ impuls an den Eingang 46 des elektronischen Zählers 45 übertragen, der dadurch in eine definierte Nullstellung überführt wird. Die ODER-Schal­ tung 49 prüft, ob die logischen Zustände an den Ausgängen 48 der Null­ stellung entsprechen. Nur wenn dies der Fall ist, gibt die ODER-Schal­ tung 49 ein bestimmtes Quittungssignal an ihrem Ausgang ab, das über den Umsetzer 27 und den Anschluß CD dem zentralen Rechner 10 mitgeteilt wird. Der Rechner 10 kann nun durch programmbedingte oder durch den Sportmedi­ ziner ausgelöste Impulsgabe über den Anschluß DTR der Schnittstelle 12 den elektronischen Zähler 45 über den Impulsformer 43, der zusammen mit dem RC-Glied 41, 42 zur Störbefreiung dient, auf eine Zählerstellung zwischen 1 und n schalten. Dabei werden die am Eingang 44 eintreffenden Impulse zur Sicherheit über den Anschluß CTS an den Rechner 10 zurückge­ meldet. Die jeweilige Stellung des Zählers 45 selektiert über seine Aus­ gänge 48 und den ersten Multiplexer 40, der als Demultiplexer arbeitet, und den parallel dazu angesteuerten zweiten Multilexer 47 jeweils einen der geräteseitigen Anschlußeinheiten A₁ . . ., A_m . . ., A_n des Meßstellen­ umschalters 14.

Durch zyklisches Weiterschalten kann der zentrale Rechner 10 nacheinander mit jedem der angeschlossenen elektronischen Geräte, zum Beispiel mit den Ergometern 16, 17 und 18, verbunden werden. Das Rechnerprogramm verwaltet die von den elektronischen Geräten abgefragten Daten und ordnet sie in der gewünschten Weise. Für das Abfragen von Daten der elektronischen Geräte 16, 17, 18 werden vorzugsweise vier Zeichen übertragen. Für das übertragen der zum Beispiel der Drehzahl und der Last des Ergometers entsprechenden Daten werden insgesamt acht Zeichen benötigt. Nimmt man eine vergleichs­ weise niedrige Leistungsübertragungsgeschwindigkeit von 1200 Bund an, bei der im allgemein üblichen Format von etwa 100 Zeichen pro Sekunde über­ mittelt werden, so können in einer Sekunde acht Geräte zyklisch komplett abgefragt werden. Eine Steigerung dieser Rate ist durch Verwendung höhe­ rer Übertragungsraten jederzeit möglich, wobei die übliche Maximalrate der PC-Rechner 9600 Baud ist. Die Umsetzer 25 bis 30 und 52 bis 57, der elektronische Zähler 45, der erste und zweite Multiplexer 40 und 47, die ODER-Schaltung 49 und der Impulsformer 43 sind vorzugsweise integrierte Schaltungen.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung mit einem zentralen Rechner zur Steuerung und Überwachung mehrerer elektronischer Geräte, die je eine serielle Schnittstelle aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer seriellen Schnittstelle (12) des zentralen Rechners (10) und den Schnittstellen (20, 21) der elektronischen Geräte (16, 17) ein elektronischer Meßstellenumschalter (14) vorgesehen ist und daß über die Steuerungs- und Überwachungsanschlüsse (DTR, RTS, CTS, CD) der seriellen Schnittstelle (12) des Rechners (10) die zum Steuern und Überwachen der Schaltstellungen des Meßstellenumschalters be­ nötigten Signale und über die Datenanschlüsse (RD, TD) die zwischen dem zentralen Rechner (10) und den elektronischen Geräten (16, 17) wechselseitig zu übermittelnden Daten übertragen werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstellenumschalter (14) für die Datenübertragung von den elektroni­ schen Geräten (16, 17) zum zentralen Rechner (10) einen ersten Multi­ plexer (40) und für die Datenübertragung von dem zentralen Rechner (10) zu den elektronischen Geräten einen zweiten Multiplexer (47) aufweist und daß die Multiplexer (40, 47) gemeinsam von einer elek­ tronischen Zählschaltung (45) angesteuert werden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dateneingang (44) der elektronischen Zählschaltung (45) ein Impuls­ former (43) vorgeschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Impulsformer (43) ein RC-Glied (41, 42) vorgeschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Multiplexer (40, 47) und die elektronische Zähl­ schaltung (45) integrierte Schaltungen sind.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektronischen Geräte (16, 17) medizinische Geräte sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die medizinischen Geräte (16, 17) Ergometer sind.