DE4119374C1 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung des Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahrens nach dem Deutschen Patent 40 36 107 (Hauptpatent)

Allgemein befaßt sich die Erfindung mit einem Telemetrie- Meßverfahren für ein Telemetrie-System, das unter anderem die Periodendauer eines von einem Sensor erzeugten Signales ermittelt und an einen Telemetrie-Empfänger überträgt.

Es ist bereits ein Periodendauer-Meßverfahren für ein Telemetrie- System bekannt, bei dem mittels eines Mikroprozessors eine Periodendauer eines zu messenden Signales dadurch gemessen wird, daß zwischen zwei Flanken gleicher Richtung des zu messenden Signales ein Zähler mittels eines Taktsignales hochgezählt wird. Der Zählerstand, der der Periodendauer entspricht, wird anschließend übertragen. Gleichfalls ist es bekannt, bei einem derartigen System im Falle von relativ hochfrequenten, zu messenden Signalen die Takte zu zählen, die während einer festen Anzahl von Perioden des zu messenden Signales dem Zähler zugeführt werden. Die Anzahl der gemessenen Periodendauern des zu messenden Signales wird bei diesem System derart festgelegt, daß während der Anzahl der Meßperioden bei der untersten zu messenden Frequenz der maximale Zählerstand des Zählers gerade erreicht wird. Mit steigender Frequenz des zu messenden Signales nimmt die Meßzeit ab, so daß nötigerweise auch die erzielbare Auflösung mit ansteigender Frequenz abnimmt.

Bei Periodendauer-Meßgeräten oder Frequenz-Meßgeräten für den Laborbereich ist es bekannt, eine automatische Frequenzmeßbereicheinstellung des mikroprozessorgesteuerten Meßgerätes dadurch herbeizuführen, daß dieses die Periodendauermessung zunächst ausgehend von einer Anzahl von Meßperioden, die dem Meßsignal mit der niedrigsten meßbaren Frequenz entsprechen, durchführt. Wenn hierbei ein Zählerüberlauf stattfindet, wird die Anzahl der Meßperioden um den Faktor 1000 verringert, woraufhin ein erneutes Hochzählen des Zählers stattfindet. Sollte wiederum ein Überlauf stattfinden, wird erneut eine Verringerung der Anzahl der Meßperioden um den Faktor 1000 vorgenommen, bis schließlich auch ein sehr hochfrequentes Signal ohne Zählerüberlauf bezüglich seiner Periodendauer gemessen werden kann.

Ebenfalls ist es bei derartigen Vielfach-Meßgeräten bekannt, im Falle eines Zählerüberlaufs von einer Periodendauermessung auf eine Frequenzmessung des zu messenden Signales umzuschalten. Ein derartiges Meßverfahren erfordert jedoch eine Grundeinstellzeit für das Meßgerät, die davon abhängt, welche Frequenz das zu messende Signal hat. Da innerhalb eines Telemetrie-Meßverfahrens nur ein bestimmtes, unveränderliches zeitliches Fenster für das Messen und Übertragen von Meßdaten für jeweils einen Sensor zur Verfügung steht, kommt das soeben geschilderte, bei Vielfach-Meßgeräten im Labor eingesetzte Meßverfahren für den Bereich der Telemetrie- Meßtechnik nicht in Betracht.

Ausgehend von dem obengenannten Stand der Technik zielt der Gegenstand des Deutschen Patents 40 36 107 darauf ab, ein Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß ohne Erhöhung des schaltungstechnischen Aufwandes für das Telemetrie-Meßsystem, mit dem das Meßverfahren ausführbar ist, eine erhöhte Meßauflösung erreicht wird. Dies wird bei dem Gegenstand des genannten Hauptpatents durch ein Telemetrie-Periodendauer- Meßverfahren erreicht, das folgende Verfahrensschritte hat: Zählen von Taktimpulsen über wenigstens eine halbe Periodendauer eines Meßsignales mittels eines Zählers zur Ermittlung eines die ungefähre Periodendauer des Meßsignales anzeigenden Periodendauer-Zählerstandes, Auslesen einer einem Periodendauerbereich, in den der Periodendauer-Zählerstand fällt, zugeordneten Meßperiodenanzahl aus einer Tabelle mittels des Periodendauer-Zählerstandes, wobei die Meßperiodenanzahl so gewählt ist, daß die Zählung der Taktpulse mittels des Zählers auch bei der längsten Periodendauer dieses Periodendauerbereiches gerade noch nicht zu einem Zählerüberlauf führt, Zählen der Taktimpulse über die Meßperiodenanzahl von Perioden des Meßsignales, und Übertragen des Zählerstandes und einer die Meßperiodenzahl darstellenden Information zu einem Telemetrie-Empfänger.

Bei dem Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahren nach dem Hauptpatent ist die obere Grenzfläche für die erfaßbaren Meßsignale durch die Geschwindigkeit des verwendeten Prozessors vorgegeben, da pro Flanke des Meßsignales ein Interrupt abgearbeitet werden muß. Die Periodendauer des Meßsignales darf diese Bearbeitungszeit nicht unterschreiten, da sonst die einzelnen Flanken des Meßsignales nicht registriert werden könnnen.

Aus der DE 38 11 735 A1 ist ein Frequenzmeßverfahren bekannt, bei dem eine Programmsteuerung zunächst eine Frequenzmessung nach einem ersten Teilverfahren durchführt, bei dem Taktimpuls des Signals während einer Periode gezählt werden, woraufhin in Abhängigkeit von dem Meßergebnis die Taktpulse über mehrere Perioden des Signals gezählt oder Pulse des zu messenden Signals während einer vorgegebenen Torzeit gezählt werden.

Aus der US 41 07 600 ist ein Meßverfahren bekannt, bei dem die Taktrate eines Taktsignales als Funktion der Frequenz des Meßsignales gewählt wird, indem zunächst eine halbe Periodendauer des Meßsignales mit einer festen Taktrate gezählt wird und in Abhängigkeit von dem Meßergebnis die neue Taktrate festgelegt wird.

Aus der US 47 60 536 ist ein Frequenz- und Periodendauermeßgerät bekannt, bei dem aufeinanderfolgende Perioden des zu messenden Signales jeweils von Taktimpulsen mit schrittweise heruntergeteilter Taktfrequenz ausgezählt werden.

Aus der US 45 17 684 ist es bekannt, bei einem Frequenzmeßgerät einen Speicher einzusetzen, der über eine geeignete Speicheradressierung die Zahlenwerte für die Frequenz und die Periodendauer verknüpft. Hierdurch soll der Einsatz eines Rechners zur Verknüpfung dieser Größen vermieden werden.

Aus der GB 12 83 728 ist ein Frequenzzähler bekannt, bei dem sowohl Taktimpulse als auch die zu messenden Impulse jeweils in ein Zählregister eingezählt werden und der Quotient aus den beiden Zählerergebnissen als gesuchte Frequenz gebildet wird.

Daher liegt der Erfindung gemäß der vorliegenden Zusatzanmeldung die Aufgabe zugrunde, das Telemetrie-Periodendauer- Meßverfahren gemäß dem Deutschen Patent 40 36 107 so weiterzubilden, daß Meßsignale von höherer Frequenz erfaßt werden können. Diese Aufgabe wird durch ein Telemetrie- Periodendauer-Meßverfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nach dem Auslesen der Tabelle überprüft, ob die Meßperiodenanzahl einen Grenzwert überschreitet. Falls dies nicht der Fall ist, werden die Taktimpulse über die Meßperiodenanzahl gezählt und daraufhin der Zählerstand zusammen mit der Meßperiodenanzahl zur Auswertung zu dem Telemetrieempfänger übertragen.

Falls die Meßperiodenanzahl jedoch den Grenzwert überschreitet und somit das Meßsignal als hochfrequent eingestuft wird, wird zunächst ein Vergleichsfrequenzpulszähler auf einen der Meßperiodenzahl entsprechenden Wert gesetzt, sodann der Zähler rückgesetzt und gestartet, anschließend der Vergleichsfrequenzzähler mit jeder Flanke des Vergleichsfrequenzsignales dekrementiert und der Zähler angehalten, sobald der Zählwert des Vergleichsfrequenzpulszählers Null ist, woraufhin der Zählerstand und die die Meßperiodendauer darstellende Information zu dem Telemetrieempfänger übertragen werden, der die Frequenz des Meßsignales aus dem übertragenen Zählerstand, dem Kehrwert der Meßperiodenanzahl und dem Kehrwert der Periodendauer des Vergleichsfrequenzsignales ermittelt.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahrens näher erläutert. Es zeigt:

Die einzige Figur ein Flußdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahrens.

Ein 1. Verfahrensschritt 1 bilden den Start des Meßverfahrens. Bei einem nach dem Verfahren arbeitenden Programm kann es sich um ein Unterprogramm zur Steuerung eines Mikroprozessors eines Telemetrie- Meßsystemes handeln, das in sich zyklisch wiederholender Weise mit einer Zyklusdauer von beispielsweise 80 ms mit einer Mehrzahl von Unterprogrammen in zeitmultiplexer Art die Ausgangssignale von mehreren Telemetrie-Sensoren verarbeitet und an einen Telemetrie-Empfänger überträgt.

In diesem Fall ist der 1. Verfahrensschritt 1 derjenige Programmschritt, mit dessen Ausführung der Mikroprozessor des Telemetrie-Meßsystemes beginnt, wenn das Zeitfenster für die Verarbeitung und Übertragung der Ausgangsgröße eines Sensors mit einem Frequenzausgangssignal erreicht ist, wobei diese Ausgangsgröße mittels des Periodendauer- Meßverfahrens erfaßt werden soll.

In einem 2. Verfahrensschritt 2 wird ein Zähler mit einem Startwert geladen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Startwert 7800 H. Dieser Startwert des Zählers ist derart gewählt, daß bei Heraufzählen des Zählers mit einem Taktsignal, welches von einem CPU-Takt abgeleitet ist, über eine Periode eines Meßsignales mit der niedrigsten zu erfassenden Frequenz gerade noch kein Zählerüberlauf stattfindet.

Im Verfahrensschritt 3 wird der Zähler gestartet, woraufhin der Startwert mit jedem Taktimpuls inkrementiert wird.

Im Verfahrensschritt 4 wird überprüft, ob ein Zählerüberlauf stattgefunden hat. Falls dies der Fall ist, kann bereits jetzt das zu prüfende Meßsignal als zu niederfrequent für eine Auswertung mittels des Meßverfahrens eingestuft werden, so daß die Messung als ungünstig zu definieren ist. In diesem Fall geht das Programm zu dem später zu erläuternden Verfahrensschritt 6.

In dem anschließenden Verfahrensschritt 5 wird überprüft, ob eine das Ende einer Periode des Meßsignals anzeigende Signalflanke aufgetreten ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel spricht der Mikroprozessor auf fallende Flanken des zu messenden Signales an und erzeugt bei Auftreten einer fallenden Flanke ein Interrupt. Solange keine Signalflanke auftritt, bleibt der Mikroprozessor in einer Warteschleife, bei der er zu dem Programmschritt 4 zurückkehrt.

Im Falle des Zählerüberlaufs, der bei der Prüfung gemäß Verfahrensschritt 4 erfaßt wird, wird der Zählerstand bei einem 6. Verfahrensschritt 6 auf Null gesetzt, woraufhin das Programm zu dem später zu erläuternden Verfahrensschritt 19 springt, der die Übertragung des Zählerstandes cnt und der codierten Periodenzahl ldn dient. Mit dem nachfolgenden Verfahrensschritt 20 ist in diesem Fall der Meßzyklus beendet.

Die Verfahrensschritte 4 und 5 dienen einerseits dazu, daß zum Zwecke der Synchronisation des Startes der Periodendauermessung auf die jeweils nächste fallende Flanke gewartet wird, und daß andererseits bei zu niederfrequenten Signalen eine diesen Umstand anzeigende Fehlermeldung, bei beispielsweise in der Information cnt=0 bestehen kann, zu dem Empfänger des Telemetrie-Systems übertragen werden kann.

Bei zu niedriger Signalfrequenz kann schon bei der Synchronisation auf den Meßbeginn bei den Verfahrensschritt 4 und 5 die zu Verfügung stehende Zeit für einen Meßzyklus überschritten werden. Der Startwert des Zählers, der bei dem bereits erläuterten Verfahrensschritt 3 und dem noch zu erläuternden Verfahrensschritt 9 gewählt wird, ist derart bemessen, daß die Zeit bis zu dem Zählerüberlauf gerade die Messung der längst möglichen Periodendauer des Meßsignales erlaubt.

Bei der Konfiguration nach dem Ausführungsbeispiel beträgt der Startwert 7800 H, so daß bis zu dem Überlauf des Zählers, der dem Zählerstand FFFFH nach 0000 H entspricht, die Zeit von 8800 H - Zählerständen vergeht. Dies entspricht einer Zeitdauer von 40,8 ms und somit einer niedrigsten Meßfrequenz von 24,5 Hz.

Während der noch unter Bezugnahme auf die Verfahrensschritte ab dem 9. Verfahrensschritt zu erläuternden Messung der ersten Periodendauer gilt dasselbe Zeitlimit. Auch in diesem Fall muß der Zähler in einem 9. Verfahrensschritt 9 auf den erläuterten Startwert gesetzt werden.

Im ungünstigsten Fall, der dem Meßbeginn unmittelbar nach Auftreten einer fallenden Flanke entspricht, muß also 40,8 auf die erste fallende Flanke gewartet werden. Die darauffolgende Messung einer Periodendauer erfordert dieselbe Zeit. Die sich daraus ergebende maximale Zeit für die Periodendauermessung beträgt 81,6 ms. Wenn ein Signal mit längerer Periodendauer anliegt, führt das entweder bei dem bereits unter Bezugnahme auf die Schritte 4 und 5 erläuterten Warten auf die erste Flanke oder bei dem nun zu erläuternden Warten auf die zweite Flanke zu einem Zählerüberlauf, der zu einer Beendigung des Meßprogrammes durch einen Sprung zu dem Verfahrensschritt 19 führt.

Der Verfahrensschritt 6 bewirkt also, daß im Falle eines Zählerüberlaufs, welcher bei dem Prüfschritt 4 erfaßt wird, nicht das Auftreten der nächstfolgenden Signalflanke abgewartet wird, da ansonsten die zulässige Meßzeit überschritten werden könnte.

Wie erwähnt, wird im 9. Schritt 9 der Zähler mit einem Startwert vorbelegt, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel den Wert 7800 H hat.

Die Verfahrensschritte 10 und 11 entsprechen identisch den Verfahrensschritt 4 und 5, wobei auch hier die Feststellung des Überlaufes bei dem 10. Verfahrensschritt 10 zu einem Sprung zu dem 6. Verfahrensschritt 6 führt.

Nach Erfassen der Signalflanke im 11. Verfahrensschritt 11 aufgrund des hierbei auftretenden Interrupt-Ereignisses wird in einem 12. Verfahrensschritt 12 der Zähler angehalten. Das Anhalten des Zählers bei diesem Verfahrensschritt ermöglicht es, die nachfolgend erläuterte Manipulation eines 16-Bit- Zählers mit 8-Bit-Befehlen durchzuführen, wie sie bei Prozessoren aus der 8051-Familie zur Verfügung stehen. Würde man nämlich bei einem laufenden 16-Bit-Zähler Manipulationen mit 8-Bit-Befehlen durchführen, so könnte zwischen der Manipulation einer niederwertigen Bitgruppe des Zählers und der Manipulation einer höherwertigen Bitgruppe des Zählers ein Übertrag stattfinden, der zu einem Fehler führen würde. Diese Problematik wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch ausgeräumt, daß vor jeder der nachfolgend erläuterten Manipulationen des 16-Bit-Zählers selbiger angehalten wird, wie dies auch bei dem 12. Verfahrensschritt 12 der Fall ist.

Bei dem darauffolgenden 13. Verfahrensschritt wird der Zählerstand um den Startwert vermindert und als Eingangszählerstand cnt1 abgespeichert. Wie erwähnt, erfolgt diese Abspeicherung dadurch, daß bei angehaltenem Zähler nacheinander das niederwertige Byte und sodann das höherwertige Byte unter der Adresse cnt1 abgespeichert werden.

Bei dem 14. Verfahrensschritt 14 wird der Zähler auf einen weiteren Startwert (Startwert *) gesetzt, der hier den Wert 15 hat. Diese Vorbesetzung des Zählers mit einem Startwert von 15 Zählerständen anstelle des Rücksetzens des Zählers auf den Wert Null hat folgenden Hintergrund. Die während der Dauer der Unterbrechung des Zählers verstrichene Zeit muß berücksichtigt werden. Dies erfolgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, daß der Startwert *, der bei dem 14. Verfahrensschritt 14 abgespeichert wird, die Unterbrechung während des 12. und 13. Verfahrensschrittes mit 9 Zählerständen und eine später zu erläuternde Unterbrechung bei einem 22. und 23. Verfahrensschritt mit 6 Zählerständen berücksichtigt wird.

Bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 15 wird der Zähler beginnend ab dem genannten Startwert erneut gestartet.

Der bei dem 13. Verfahrensschritt 13 gespeicherte Zählerstand cnt1 wird für den Zugriff auf eine erste Tabelle während eines 16. Verfahrensschrittes 16 verwendet. Der ermittelte Zählerstand cnt1 stellt in erster Näherung der Periodendauer des zu messenden Signales dar und wird als Eingangsgröße für das Auslesen der ersten Tabelle verwendet, in der jeweils vorbestimmten Zählerstandsbereichen jeweils eine bestimmte Anzahl von Meßperioden n und eine bestimmte Codierung ldn zugeordnet sind. Die Meßperiodenanzahl n ist hierbei so gewählt, daß die Zählung der Taktimpulse mittels des Zählers auch bei der längsten Periodendauer eines zu dem Periodendauerbereich dieses Wertes n gehörigen Signales gerade noch nicht zu einem Zählerüberlauf führt. Die Meßperiodenanzahlen n sind in einer solchen Staffelung mit der zugehörigen Codierung ldn in der ersten Tabelle für die jeweiligen Zählerstände cnt1 abgelegt, das einem bestimmten Zählerstand cnt1 und somit einer bestimmten, bereits ungefährt erfaßten Periodendauer des Meßsignals jeweils eine solch Meßperiodenanzahl n zugeordnet ist, daß diese der jeweils nächst kleinere durch eine Zweierpotenz darstellbare Wert unterhalb desjenigen Wertes ist, der sich aus dem Zählerstand und somit der bereits ermittelten ungefähren Periodendauer geteilt durch die Periodendauer der Taktimpulse sowie geteilt durch den maximal zulässigen Zählerstand ergibt. Bei einer bevorzugten, praktisch ausgeführten Ausgestaltung ist der Meßperiodenanzahl n die Codierung als Logarithmus Dualis ldn zugeordnet.

Mit anderen Worten sind die Meßperiodenanzahlen n als Zweierpotenzen mit dem Exponenten ldn festgelegt. Mögliche Werte der Meßperiodenanzahl n sind daher 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, . . .

Durch diese gestaffelte Zuordnung der Meßperiodenanzahlen zu der durch die Schritte 1 bis 15 vorab eingestuften ungefähren Periodendauer ist es möglich, mittels des Taktsignales den Zähler unabhängig von der Periodendauer des zu messenden Signales immer bis zu einem relativ hohen Wert hochzuzählen, bevor das nächste auftretende Interrupt-Signal nach der letzten Periodendauer den Zähler stoppt. Der hohe Zählerstand ermöglicht, wie nachfolgend noch verdeutlicht werden wird, eine Periodendauermessung für jedes Signal unabhängig von seiner Periodendauer mit einer hohen Auflösung.

Ein besonders wichtiger Aspekt des Telemetrie- Periodendauer-Meßverfahrens ist nun darin zu sehen, daß der Zähler in dem 15. Verfahrensschritt 15 bereits vor dem Verfahrensschritt 16 des Auslesens der ersten Tabelle gestartet wird uns somit während der Zeitdauer des Tabellenauslesens läuft. Mit anderen Worten wird bei diesem Aspekt im Gegensatz zu der Ausgestaltung nach der Hauptpatentanmeldung der Zähler nicht für den Tabellenzugriff angehalten, sondern läuft während der Zeitdauer der Tabellenzugriffs, wodurch wenigstens die Zeit für die Messung einer Periodendauer des Meßsignales gewonnen wird. Da die Meßzeit begrenzt ist, führt dies besonders bei der Messung im Bereich niedriger Frequenzen zu einer Erhöhung der Meßgenauigkeit.

Nach Durchführung des Tabellenzugriffs im 16. Verfahrensschritt wird die Meßperiodenanzahl n im 17. Verfahrensschritt daraufhin überprüft, ob diese gleich 1 ist. Falls dies der Fall ist, wird der beim 13. Verfahrensschritt abgespeicherte Eingangszählerstand cnt1 als Zählerstand cnt übernommen, woraufhin das Verfahren mit den bereits erläuterten Verfahrensschritten 19 und 20 den Meßzyklus beendet.

Falls die Prüfung beim 17. Verfahrensschritt negativ ist, wird bei einem 21. Verfahrensschritt 21 überprüft, ob die Meßperiodenanzahl n kleiner oder gleich 32 ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird bei einem 22. Verfahrensschritt 22 der Zähler angehalten und daraufhin der Zählerstand um einen während des 16. Verfahrensschrittes aus der ersten Tabelle ausgelesenen Überlaufzählerstand cntov erhöht. Auch diese Addition erfolgt, wie oben erläutert, mit zwei aufeinanderfolgenden 8-Bit-Additionen einer höherwertigen Bitgruppe des Überlaufzählerstandes und einer niederwertigen Bitgruppe des Überlaufzählerstandes cntov zu dem aktuellen Zählerstand cnt, woraufhin der Zähler bei dem 24. Verfahrensschritt 24 erneut gestartet wird. Dieser Überlaufzählerstand cntov ist derart bemessen, daß der Zähler kurz vor Erreichen der maximal zulässigen Meßzeit überläuft und spätestens dann die Messung beendet. Diese Maßnahme ist für den Fall von schnell fallenden Meßsignalfrequenzen erforderlich. Würde man nämlich nicht den Überlaufzählerstand cntov, dessen Wert von dem Periodendauerbereich abhängt, zu dem momentanen Wert des Zählerstandes aufaddieren, könnte die Messung über die Meßperiodenanzahl n, die durch Auslesen der ersten Tabelle beim 16. Verfahrensschritt 16 erhalten wird, zu einer Überschreitung der Meßzeit führen, weil sich während der Meßdauer nach Auslesen der Tabelle beim 16. Verfahrensschritt 16 die aktuelle Periodendauer des Meßsignales erhöht ha tund nicht mehr der Vorabschützung entspricht. In einem 25. Verfahrensschritt 25 wird ein Schleifenzähler b mit der um 1 verminderten Periodendauerzahl n vorbelegt. Bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 26 wird der Zählerüberlauf geprüft. Falls dies auftritt, springt das Programm zum 19. Verfahrensschritt 19.

Anderenfalls wird bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 27 das Auftreten einer Signalflanke des Meßsignals überprüft. Falls keine Signalflanke auftritt, kehrt das Programm zum 26. Verfahrensschritt 26 zurück. Falls dies jedoch der Fall ist, wird der Schleifenzähler beim 28. Verfahrensschritt 28 dekrementiert. Bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 29 wird überprüft, ob der Schleifenzähler b den Wert Null erreicht hat. Falls dies nicht der Fall ist, kehrt das Programm zum 26. Verfahrensschritt 26 zurück. Anderenfalls wird bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 30 der Zähler endgültig gestoppt, woraufhin bei dem 31. Verfahrensschritt 31 der Zählerstand cnt wiederum mittels zweier 8-Bit-Subtraktionen um den Überlaufzählerstand cntov vermindert wird, um den wahren Meßwert zu erhalten. Mit einem Sprung zum 19. Verfahrensschritt ist in diesem Fall der Meßzyklus abgeschlossen.

Wenn die Prüfung bei dem 21. Verfahrensschritt 21 positiv ausgefallen ist, fährt das Programm mit einem weiteren Prüfungsschritt 33 fort, bei dem überprüft wird, ob die Meßperiodenzahl n größer oder gleich 512 ist. Fall dies nicht der Fall ist, ist das Meßsignal als ein Signal eines mittleren Frequenzbereiches eingestuft. In diesem Fall wird bei einem 34. Verfahrensschritt 34 die Meßperiodenanzahl n durch einen Schleifenzählerwert eines noch zu erläuternden inneren Schleifenzählers geteilt, der im Beispielsfall 32 ist. Bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 35 wird der Zähler auf Überlauf hin überprüft. Falls ein Überlauf stattfindet, geht das Programm zum 19. Verfahrensschritt 19. Anderenfalls wird beim folgenden Verfahrensschritt 36 überprüft, ob eine Signalflanke auftritt. Soweit dies nicht der Fall ist, geht das Programm zum 35. Verfahrensschritt 35 zurück. Bei Auftreten einer Signalflanke wird der Zählerstand beim nächsten Verfahrensschritt 37 auf Null gesetzt. Die nachfolgend erläuterten Verfahrensschritte 38 bis 44 bilden einen inneren Schleifenzähler.

Zunächst wird bei einem 38. Verfahrensschritt 38 der Schleifenzählerstand auf Null gesetzt, woraufhin bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 39 überprüft wird, ob ein Zählerüberlauf stattfindet. Falls dies der Fall ist, geht das Programm zum 19. Verfahrensschritt 19. Anderenfalls wird überprüft, ob eine Meßsignalflanke aufgetreten ist. Nach dieser Überprüfung im Verfahrensschritt 40 kehrt das Programm zum Verfahrensschritt 39 zurück, falls keine Signalflanke aufgetreten ist. Bei Auftreten einer Meßsignalflanke wird bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 41 der Schleifenzählerstand inkrementiert.

Bei dem darauffolgenden Schritt 42 wird überprüft, ob der momentane Schleifenzählerstand den Endwert 32 erreicht hat. Falls dies nicht der Fall ist, kehrt das Programm zum 39. Verfahrensschritt zurück. Anderenfalls wird bei einem 43. Verfahrensschritt der Meßperiodenzähler dekrementiert. Bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt wird überprüft, ob die Meßperiodenanzahl n den Wert Null erreicht hat. Falls dies nicht der Fall ist, kehrt das Programm zum 38. Verfahrensschritt 38 zurück. Anderenfalls wird bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 45 der Zähler angehalten und der Zählerinhalt als Zählerstand cnt abgespeichert, woraufhin das Programm mit dem 19. Verfahrensschritt 19 weiterarbeitet.

Wie bereits erwähnt, wird bei dem 33. Verfahrensschritt 33 überprüft, ob die Meßperiodenanzahl n größer oder gleich 512 ist. Falls diese Überprüfung zu einem positiven Ergebnis führt, fährt das Programm mit dem 47. Verfahrensschritt 47 fort, bei dem der Zähler auf Überlauf überprüft wird. Falls ein Überlauf auftritt, springt das Programm zum Verfahrensschritt 19.

Anderenfalls wird bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 48 überprüft, ob eine Signalflanke des Meßsignales auftritt. Falls dies nicht der Fall ist, kehrt das Programm zum 47. Verfahrensschritt 47 zurück. Anderenfalls wird bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 49 der Zählerstand auf Null gesetzt, woraufhin bei dem Verfahrensschritt 50 ein Schleifenzählerstand auf Null gesetzt wird. Die nachfolgend erläuterte Programmroutine mit den Verfahrensschritten 49 bis 57 dient dazu, für hohe Frequenzen des Meßsignales eine höhere Genauigkeit bei der Ermittlung der Meßperiodenanzahl zu erzielen. Mit anderen Worten ist die anfängliche Messung einer einzigen Periodendauer zur Ermittlung der Meßperiodenanzahl wegen der bei hohen Frequenzen geringen Zählerstände mit Unsicherheiten behaftet, denen bei einer anfänglichen Messung über eine einzige Periodendauer nur dadurch begegnet werden kann, daß die Tabellenwerte für die Meßperiodenanzahl die Meßungenauigkeit berücksichtigten. Dies würde jedoch zu einem Verlust bezüglich der erzielbaren Genauigkeit führen. Daher wird bei der nachfolgend erläuterten Programmroutine eine Abschätzung der Periodendauer des Meßsignales über mehrere Perioden durchgeführt.

Zu diesem Zwecke wird bei dem 50. Verfahrensschritt 50 der Schleifenzählerstand auf Null gesetzt, woraufhin bei dem 51. Verfahrensschritt 51 der Zähler auf Überlauf überprüft wird. Falls ein Überlauf auftritt, springt das Programm zum Verfahrensschritt 19. Anderenfalls wird überprüft, ob eine Signalflanke des Meßsignals aufgetreten ist. Falls diese Überprüfung bei dem 52. Verfahrensschritt 52 negativ ist, kehrt das Programm zum 51. Verfahrensschritt zurück. Anderenfalls wird ein Schleifenzählerstand bei dem nachfolgenden Verfahrensschritt 53 inkrementiert. Bei dem sich anschließenden Verfahrensschritt 54 wird überprüft, ob der Schleifenzählerstand eine Periodenanzahl für die anfängliche Überprüfung von 20 Perioden erreicht hat. Falls dies nicht der Fall ist, kehrt die Programmroutine zum 51. Verfahrensschritt zurück. Anderenfalls wird bei dem darauffolgenden 55. Verfahrensschritt 55 der Zähler angehalten und dessen Wert bei dem folgenden Verfahrensschritt 56 als Zählerstand cnt1 gespeichert. Mit diesem wird bei einem 57. Verfahrensschritt 57 auf eine zweite Tabelle zugegriffen, aus der für den hier vorliegenden Bereich hoher Frequenzen die Anzahl der Meßperioden, deren Codierung ldn und der Überlaufzählerstand cntov ausgelesen wird.

Bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 58 wird überprüft, ob die Codierung ldn größer oder gleich 14 ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird das gemessene Signal dem oberen Bereich mittlerer Frequenzen zugerechnet, so daß das Programm die Periodendauermessung durch Sprung zu dem 34. Programmschritt 34 durchführt.

Ist die Prüfung bei dem 58. Verfahrensschritt 58 positiv, bedeutet dies, daß das Meßsignal als höchstfrequentes Meßsignal eingestuft wird. Für diesen Fall führt das Verfahren bei den nachfolgenden zu erläuternden Verfahrensschritten 59 bis 67 keine Periodendauermessung, sondern eine Frequenzmessung durch.

Die obere Grenzfrequenz der Periodendauermessung ist durch die Geschwindigkeit des verwendeten Prozessors vorgegeben. Pro Flanke des Meßsignals muß nämlich ein Interrupt abgearbeitet werden. Die Periodendauer darf die für die Abarbeitung eines Interrupts erforderliche Bearbeitungszeit nicht unterschreiten, da sonst einzelne Flanken nicht registriert werden können. Hierdurch wäre die obere Grenzfrequenz stark eingeschränkt, so daß nicht alle bei einem Telemetrie-Meßverfahren auftretenden Frequenzen abgedeckt werden könnten.

Bei Einsatz des 8051-Mikrocontrollers besteht jedoch die Möglichkeit, hardwaremäßig Impulse zu zählen. Dabei liegt die Grenzfrequenz bei einem 24tel der Prozessortaktfrequenz, weil das Meßsignal mit einem 12tel der Prozessortaktfrequenz abgetastet wird.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das realisiert worden ist, beträgt die Grenzfrequenz der Periodendauermessung 106 kHz, während diejenige der Frequenzmessung bei 426 kHz liegt.

Die Kombination beider Verfahren ermöglicht die Messung von Frequenzen zwischen 25 Hz und 426 kHz, wobei in kleinem Fall die maximal zulässige Meßzeit von 80 ms überschritten wird. Die Auflösung der Frequenzmessung beträgt 13 Bit bei Frequenzen um 100 kHz und steigt bis 15 Bit bei der oberen Grenzfrequenz.

Bei einem auf die Maximalmeßzeit von 160 ms angepaßten Verfahren ist eine Periodendauermessung zwischen 13 Hz und 106 kHz mit einer Auflösung zwischen 15 und 16 Bit möglich. Die Frequenzmessung erzielt dabei eine Auflösung von 14 bis 16 Bit bei Signalfrequenzen zwischen 106 kHz und 418 kHz.

Zur Durchführung der Frequenzmessung muß das Meßsignal am Eingang T0 (Timer 0) des Prozessors (nicht dargestellt) anliegen. Jede fallende Flanke erhöht dann den Zählerstand des Timers 0. Als Zeitbasis für die Frequenzmessung muß ein Signal mit fester Frequenz am Eingang INT1 (Interrupt 1) anliegen. Das Zählen des Zeitgebers Timer 0 kann durch das Bit TRO (Timer Run 0) gesteuert werden. Zur Frequenzmessung wird das Zählen mit diesem Bit für eine bestimmte vorgegebene Zeit ermöglicht. Diese Zeit wird als entsprechende Anzahl von Flanken am Eingang INT1 abgezählt.

Bei dem realisierten Ausführungsbeispiel hat die Vergleichsfrequenz am Eingang INT1 eine Frequenz von 1,25 kHz, welche der Periodendauer von 800 µs entspricht. Die Messung wird über 98 derartiger Periodendauern durchgeführt, so daß sich eine Meßzeit von 78,4 ms ergibt. Damit wird zusammen mit der bereits erläuterten Vorabmessung die maximale Meßzeit von 80 ms eingehalten.

Wenn, wie erläutert, bei dem 58. Programmschritt das Vorliegen höchstfrequenter Meßsignale festgestellt wird, wird bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 59 ein Vergleichsfrequenzpulszähler mit der Meßperiodenanzahl n geladen. Daraufhin wird bei dem Verfahrensschritt 60 überprüft, ob eine Flanke der Vergleichsfrequenz am Eingang INT1 vorliegt. Falls dies der Fall ist, geht das Programm zum 60. Verfahrensschritt zurück. Anderenfalls wird der Zähler, der nun als Signalflankenzähler dient, bei dem darauffolgenden Schritt 61 auf Null gesetzt. Falls bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 62 das Auftreten einer Signalflanke erfaßt wird, wird bei dem 63. Verfahrensschritt 63 der Zähler inkrementiert. Anderenfalls geht das Programm direkt zu dem darauffolgenden Verfahrensschritt 64, bei dem überprüft wird, ob eine Flanke der Vergleichsfrequenz vorliegt.

Falls dies der Fall ist, wird bei dem 65. Verfahrensschritt 65 der Vergleichsfrequenzpulszähler b dekrementiert. Anderenfalls wird dieser Programmschritt übersprungen, woraufhin das Programm bei dem 66. Programmschritt 66 überprüft, ob der Vergleichsfrequenzpulszähler b mittlerweile den Zählwert Null erreicht hat. Falls dies nicht der Fall ist, geht das Verfahren zu dem 62. Schritt zurück. Anderenfalls wird der momentane Zählerstand bei dem darauffolgenden Programmschritt 67 als Zählerstand "cnt" abgespeichert, woraufhin die Übertragung des Zählerstandes "cnt" sowie der codierten Periodenanzahl "ldn" bei dem 19. Verfahrensschritt erfolgt, bevor das Verfahren bei dem 20. Verfahrensschritt beendet wird.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden folgende Daten zwischen dem Telemetriesender und dem Telemetriempfänger übertragen:

Einerseits Zählerstand cnt als 16-Bit-Wort und andererseits die Codierung der Periodenzahl ldn als 4-Bit-Wort.

Bekannt ist die Prozessortaktfrequenz fcpu von 10,24 MHz.

Auf Seiten des Telemetrieempfängers müssen für die Berechnung der Signalfrequenz zwei Fälle unterschieden werden:

Einerseits der Fall der Periodendauermessung, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegt, wenn die Codierung ldn im Wertebereich zwischen 0 und 13 liegt. Da mit ldn der Zweierlogarithmus der Periodenzahl übertragen wird, wird die Periodenzahl folgendermaßen ermittelt: n=2^ldn.

In diesem Fall berechnet sich die Frequenz f folgendermaßen:

Falls die Codierung ldn den Wert 14 oder 15 hat, sagt dies aus, daß eine Frequenzmessung durchgeführt worden ist. Die Periodenzahl n beträgt in diesem Fall 98 bei einem Wert von ldn=14 bzw. 196 bei einem Wert von ldn=15. Die Frequenz berechnet sich sodann folgendermaßen:

Eine ungültige Messung wird als cnt=0 codiert. Das Unterschreiten der unteren Grenzfrequenz wird als ldn=0 codiert.

Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß die angegebenen Zahlenwerte lediglich der Erläuterung einer Fallunterscheidung dienen und somit vom Anwendungsfall abhängen.

Claims (2)

1. Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahren mit folgenden Verfahrensschritten:

• 1.1 Zählen von Taktimpulsen über wenigstens eine halbe Periodendauer eines Meßsignales mittels eines Zählers zur Ermittlung eines die ungefähre Periodendauer des Meßsignales anzeigenden Periodendauer-Zählerstandes,
• 1.2 Auslesen (57) einer einem Periodendauerbereich, in den der Periodendauer-Zählerstand fällt, zugeordneten Meßperiodenanzahl (n) aus einer ersten Tabelle mittels des Periodendauer-Zählerstandes, wobei die Meßperiodenanzahl so gewählt ist, daß die Zählung der Taktimpulse mittels des Zählers auch bei der längsten Periodendauer dieses Periodendauerbereiches gerade noch nicht zu einem Zählerüberlauf führt,
• 1.3 Zählen der Taktimpulse über die Meßperiodenanzahl (n) von Perioden des Meßsignales, und
• 1.4 Übertragen des Zählerstandes und einer die Meßperiodenanzahl (n) darstellenden Information (ldn) zu einem Telemetrie-Empfänger, nach Patent 40 36 107,

gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte im Anschluß an den Verfahrensschritt 1.2:

• 1.5 Prüfen (58), ob die bei dem Auslesen der Tabelle erhaltene Meßperiodenanzahl (n) einen Grenzwert (ldn= 14) überschreiten;
• 1.6 falls das Ergebnis des Prüfens (58) nach Verfahrensschritt 1.5 negativ ist,
• 1.61 Fortfahren mit den Verfahrensschritten 1.3 und 1.4 (19);
• 1.7 falls das Ergebnis des Prüfens (58) nach Verfahrensschritt 1.5 positiv ist,
• 1.71 Setzen (59) eines Vergleichsfrequenzpulszählers auf einen der Meßperiodenanzahl (n) entsprechenden Wert (b:=n);
• 1.72 Rücksetzen und Starten (61) des Zählers zum Zählen der Taktimpulse des Meßsignales;
• 1.73 Dekrementieren (65) des Vergleichsfrequenzpulszählers mit jeder Flanke eines Vergleichsfrequenzsignales;
• 1.74 Anhalten (67) des Zählers, sobald der Zählwert (b) des Vergleichsfrequenzpulszählers Null ist;
• 1.75 Übertragen (19) des Zählerstandes (cnt) und der die Meßperiodendauer (n) darstellenden Information (ldn) zu dem Telemetrie-Empfänger; und
• 1.76 Ermitteln der Frequenz des Meßsignales gemäß folgender Gleichung: wobei "cnt" der übertragene Zählerstand, "n" die Meßperiodenanzahl und "TREF" die Periodendauer des Vergleichsfrequenzsignales sind.