DE4310060C2 - Elektrisches Analog-Anzeigeinstrument mit Rückstelleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem elektrisches Analog-Anzeigeinstrument mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen und umfaßt ein Verfahren zur Verwendung bei einem elektrischen Analog-Anzeigeinstrument nach Anspruch 14.

Derartige Anzeigeinstrumente sind grundsätzlich bekannt und werden z. B. im Flugzeugbau oder bei Kraftfahrzeugen eingesetzt. Ein Zeiger zum Anzeigen von Meßwerten an einer Anzeigeskala wird z. B. mittels eines elektromagnetischen Spulensystems angetrieben. Um eine bestimmte Anzeigestellung des Zeigers an der Anzeigeskala zu halten, muß die in einem Dauermagnetfeld zentrisch gelagerte Spule permanent von einem den Meßwert und der gewünschten Anzeigestellung entsprechenden Strom durchflossen werden. Hierbei arbeitet das von der Spule gegen den Dauermagneten erzeugte Magnetfeld gegen die Rückstellkraft einer Rückstellfeder. Bei Ausfall der Betriebsspannung des Anzeigeinstruments erfolgt die Rückstellung des Zeigers auf eine vorbestimmte Referenzposition, z. B. "0", mittels dieser Rückstellfeder. Genau arbeitende und robuste Analog-Anzeigeinstrumente mit derartigen Spulensystemen sind sehr teuer. Die verwendeten Spulensysteme sind temperaturabhängig. Das Magnetfeld der Spule ist nicht linear. Stromschwankungen und Nullpunktströme machen sich am Zeiger störend bemerkbar.

Mittlerweile werden die oben erwähnten elektromagnetischen Spulensysteme zunehmend durch genauere und robustere Systeme mit einem Schrittmotor ersetzt.

Derartige Systeme sind z. B. aus DE 31 45 780 A1 und aus der nachveröffentlichten EP 0 551 562 A2 bekannt.

Eine intelligente Steuereinrichtung steuert den Schrittmotor digital an.

Der Anker des Schrittmotors wird innerhalb eines Stators mit einer Folge von Stromimpulsen von einer Anzeigestellung zur nächsten Anzeigestellung weitergeschaltet. Da die einzelnen Drehstellungen magnetfeldstabil sind, ver­ bleibt der Schrittmotor und der mit ihm mechanisch fest verbundene Zeiger in seiner jeweiligen Drehstellung ohne weitere Stromzufuhr. Weitere Vorteile des Schrittmotors sind z. B. sein lineares Anzeigeverhalten, Temperaturunabhängigkeit und das Vermeiden von aufwendigen mechanischen Justierarbeiten.

Die Steuereinrichtung dient auch der Aufnahme von Meßwerten physikalischer Größen, wie z. B. Strom, Spannung, Frequenz oder Widerstand, und der Weiterverarbeitung der Meßwerte. Bei Betriebsspannungsausfall verbleibt der Schrittmotor jedoch in seiner zuletzt eingestellten Drehstellung. Der Zeiger zeigt dadurch einen falschen Meßwert an. Die erwünschte Rückstellung des Zeigers bei Betriebsspannungsausfall auf die vorbestimmte Referenzposition erfolgt bei herkömmlichen Analog-Anzeigeinstrumenten mit einem Schrittmotor je nach Ausführung ebenfalls durch eine Rückstellfeder oder überhaupt nicht. Die Montage einer Rückstellfeder ist jedoch auf­ wendig und wenig flexibel. Außerdem muß bei den Drehbewegungen des Schrittmotors eine der Rückstellkraft der Rückstellfeder entgegenwirkende Kraft berücksichtigt werden, so daß das Leistungsteil des Schrittmotors mehr Energie verbraucht.

Bei den aus DE 31 45 780 A1 und aus EP 05 51 562 A2 bekannten Analog- Anzeigeinstrumenten ist zwar eine Rückstellung des Zeigers ohne eine Rückstell­ feder vorgesehen. Diese Rückstellung ist jedoch nur möglich, so lange das Anzei­ geinstrument an eine externe Betriebsspannung angeschlossen ist. Steht der Zei­ ger zum Zeitpunkt eines Betriebsspannungsausfalls nicht an der Referenzposition, kann er an diese erst nach Wiedereinschalten der Betriebsspannung überführt werden. Eine falsche Anzeige ist somit die Folge.

Ausgehend von diesen Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die mit der Rückstellfeder auftretenden Probleme und Nachteile beim Betrieb des elektrischen Analog-Anzeigeinstrumentes zu vermeiden und die Arbeitsweise des Analog-Anzeigeinstruments weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst. Ein Verfahren zum Verwenden bei dem elektrischen Analog-Anzeigeinstrument ist im Anspruch 14 angegeben. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Auf mechanische Rückstellmittel zur Rückstellung des Zeigers bei Betriebsspannungsausfall wird vollständig verzichtet. Natürliche Verschleißer­ scheinungen im Laufe der Betriebszeit des Anzeigeinstrumentes entfallen da­ durch. Die elektronischen Hilfsmittel ermöglichen die zuverlässige Arbeitsweise des Anzeigeinstruments. In einfacher Weise kann die den Schrittmotor steu­ ernde Steuereinrichtung dazu verwendet werden, auch die Rückstellung des Zeigers zu steuern. Die dabei angewandte Digitaltechnik ermöglicht eine von eventuellen Stromschwankungen unabhängige, sehr exakte Rückstellung des Zeigers. Mittels eines Programms der intelligenten Steuereinrichtung sind auch in einfacher Weise gedehnte Meßbereiche für eine feinere Auflösung des Meß­ signals, Meßbereiche mit Offset oder mit unterdrücktem Nullpunkt herstellbar.

Gemäß Anspruch 1 ist die Eigenenergie einer herkömmlichen Rückstellfeder zur Rückstellung des Zeigers bei Betriebsspannungsausfall durch die elektri­ sche Energie eines Energiespeichers ersetzt. Als Bestandteil einer elektroni­ schen Schaltung des Anzeigeinstruments ist der Energiespeicher bei vorhan­ dener Betriebsspannung ständig geladen und gewährleistet die Notstromver­ sorgung der zur Zurückstellung des Zeigers erforderlichen elektronischen Bau­ teile bei Ausfall der Betriebsspannung.

Die maximal mögliche Winkelgeschwindigkeit des Schrittmotors und die maxi­ mal mögliche Entfernung des Zeigers von der Referenzposition bestimmen die Zeit, in der der Energiespeicher die für den Schrittmotor und der ihn steuernden Elektronik notwendige Energie zur Verfügung stellen muß.

Nach Anspruch 3 ist eine möglichst kleine Bauform des Energiespeichers be­ rücksichtigt. Ein derartiger Energiespeicher ist in einfacher Weise innerhalb der die Steuereinrichtung enthaltenden elektronischen Schaltung integrierbar. Der­ artige Energiespeicher sind preisgünstig und in einer Vielzahl erhältlich.

Der Kondensator ist z. B. ein Golddraht-Kondensator oder ein Elektrolyt-Kon­ densator. Im Gegensatz zu anderen Energiespeichern ist eine hohe Zahl von Lade- und Entladezyklen sowie eine über die Betriebsdauer konstante Kapa­ zität gewährleistet. Ein als Kondensator ausgebildeter Energiespeicher genügt außerdem den Sicherheitsanforderungen des Anzeigeinstrumentes.

Eine Anpassung des Energiespeichers an den jeweils erforderlichen Energie­ inhalt ist in einfacher Weise durch eine Reihen- oder Parallelschaltung einer entsprechenden Anzahl von Kondensatoren möglich. Die Größe der erforderli­ chen Kapazität ist vom Strombedarf des Schrittmotors und der ihn steuernden Elektronik sowie der für den sicheren Betrieb der zu versorgenden elektroni­ schen Bauteile notwendigen minimalen Betriebsspannung abhängig. Elektro­ nische Bauteile für die 3,3 Volt-Technik sind hierbei bevorzugt einsetzbar.

Die Spannungsregeleinrichtung nach Anspruch 4 gewährleistet, daß die elek­ tronischen Bauteile der Schaltung an eine konstante Versorgungsspannung angeschlossen sind. Außerdem wird der Energiespeicher ständig auf maximaler Ladung gehalten, so daß bei Betriebsspannungsausfall immer ausreichende elektrische Energie zur Rückstellung des Zeigers vorhanden ist.

Anspruch 5 betrifft eine einfache Möglichkeit zur Überprüfung, ob die erforder­ liche Betriebsspannung für das Anzeigeinstrument vorhanden ist. Durch Aus­ wahl der Referenzspannung ist individuell festlegbar, welcher Spannungswert der Betriebsspannung den Rückstellvorgang auslöst. Mittels der Referenz­ spannung ist deshalb die Überwachungseinrichtung an elektronische Bauteile mit unterschiedlichen Spannungspegel-Techniken anpaßbar.

Gemäß Anspruch 6 ist als weiteres elektronisches Bauteil für die Durchführung des Rückstellvorgangs ein Referenzpositions-Detektor vorgesehen. Dies kann z. B. eine IR-Reflexlichtschranke oder ein Hall-Sensor sein. Bei Einsatz der IR- Reflexlichtschranke werden die grundsätzlich bekannten Zusammenhänge der Opto-Elektronik dazu ausgenutzt, den Zeiger in seine Referenzposition zu­ rückzustellen. Hierbei hat der Zeiger die zusätzliche Funktion als Abtastfeld für den Detektor. Die opto-elektronischen Bauteile sind kostengünstig erhältlich und ermöglichen eine sehr exakte Rückstellung des Zeigers.

Die Ansprüche 7 bis 13 betreffen konstruktive Ausgestaltungsformen des Zei­ gers und der daran angeordneten Abtastfläche, um in technisch einfacher Weise mit wenigen Bauteilen mit dem Detektor zusammenzuwirken.

Gemäß Anspruch 11 ist der Referenzpositions-Detektor technisch einfach auf­ gebaut und ermöglicht eine einfache opto-elektronische Kopplung mit dem Zeigerkragen.

Durch eine variable Flächeneinteilung nach Anspruch 12 ist in einfacher Weise der maximal mögliche Drehwinkel des Zeigers und damit der Anzeigeumfang der Anzeigeskala veränderbar.

Anspruch 13 ermöglicht eine sehr genaue Rückstellung des Zeigers. Durch eine variable Anordnung des Übergangs in Umfangsrichtung des Zeigerkragens ist eine veränderte Referenzposition unabhängig von der Anordnung des De­ tektors möglich. Dadurch ist auch die Fertigung von Anzeigeinstrumenten mit unterschiedlichen Referenzpositionen vereinfacht.

Anspruch 14 betrifft Verfahrensschritte zur Durchführung des Rückstellvor­ gangs und ermöglicht eine zuverlässige, exakte und schnelle Rückstellung des Zeigers.

Der RESET-Eingang der Steuereinrichtung wird nach der Initialisierung des Meßprogramms abgetrennt. Durch diese Abtrennung wird vermieden, daß bei wieder unterschrittener Betriebsspannung am RESET-Eingang ein Signal an­ steht, das die Steuereinrichtung anhalten und sämtliche Funktionsabläufe der Steuereinrichtung abbrechen würde. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß nach Detektion einer zu geringen Betriebsspannung die Rückstellung des Zei­ gers ordnungsgemäß startet und durchgeführt wird.

Gemäß Anspruch 15 ist der Betriebsablauf des Anzeigeinstruments einschließ­ lich des Rückstellvorgangs programmäßig gesteuert. Die programmäßige Steuerung ist durch den Einsatz der ohnehin für die Steuerung des Schrittmo­ tors notwendigen Steuereinrichtung problemlos möglich. Eine Änderung der Programme hinsichtlich der meßaufgabenspezifischen Daten zur Kalibrierung und Parametrierung des Anzeigeinstrumentes ist durch die Verwendung löschbarer Speicherbausteine, wie z. B. EEPROM, EPROM problemlos möglich. Somit ist ein und derselbe Instrumentenaufbau durch Austausch lediglich der Anzeigeskala für eine Vielzahl unterschiedlichster Meßaufgaben einsetzbar. Gleichzeitig bleibt der Abgleich des Zeigers ohne Änderung der Daten unab­ hängig von mechanischen und klimatischen Einflüssen erhalten.

Anspruch 16 betrifft eine vorteilhafte Ausführungsform der den Schrittmotor steuernden Steuereinrichtung. Die Digitaltechnik ermöglicht hierbei in einfacher Weise die programmierte Steuerung des Schrittmotors. Mittels des Mikrokon­ trollers werden die neuen Meßdaten mit den vorhergehenden Meßdaten ver­ glichen. Der Schrittmotor wird nur angesteuert, wenn eine zwischen aufeinan­ derfolgenden Meßdaten erfolgte Änderung berechnet wird. Dies senkt den Stromverbrauch des Schrittmotors und somit des gesamten Anzeigeinstru­ ments.

Mittels der Steuereinrichtung können Kennlinien von Sensoren für die Meß­ werte linearisiert werden. Auch sind unterdrückte oder verschobene Nullpunkte einfach realisierbar.

Der Mikrokontroller und der Motorkontroller können derart ausgeführt sein, daß der Mikrokontroller die Gesamtheit des Bewegungsablaufs des Schrittmotors einschließlich der Strompulsfolge zur Schrittmotorbewegung steuert und der Motorkontroller nur als Leistungsteil mit den entsprechend strom- und span­ nungsbelastbaren Transistoren wirkt. Die Intelligenz der Steuereinrichtung kann aber auch derart aufgeteilt sein, daß der Motorkontroller abhängig von der durch den Mikrokontroller vorgegebenen Drehstellung des Zeigers die Strom­ pulsfolge zur Schrittmotorbewegung selbsttätig erzeugt und das Erreichen der gewünschten Zeigerstellung überwacht. Dies entlastet den Mikrokontroller. Je nach technischen Anforderungen an das Anzeigeinstrument ist die eine oder die andere Lösung günstiger.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild der elektronischen Schaltung zur Rückstellung eines Zeigers,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines elektrischen Analog-Anzeigeinstruments mit Blick auf die Anzeigeskala, den Zeiger und den Schrittmotor,

Fig. 3 eine Draufsicht der Anzeigeskala und des Zeigers,

Fig. 4 Programmteil zur Zeigerrückstellung nach Unterschreiten der mi­ nimalen Betriebsspannung,

Fig. 5 Flußdiagramm zum Start des Meßprogramms.

In Fig. 1 sind schematisch die elektronischen und opto-elektronischen Bauteile der Schaltung zum Betrieb eines elektrischen Analog-Anzeigeinstruments und zur Rückstellung eines Zeigers 1 (Fig. 2) erkennbar. Eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Schrittmotors 2 besteht im wesentlichen aus einem Mikrokon­ troller (= µC) 3 und einem Motorkontroller 4.

An einem Betriebsspannungs-Eingang 5 des Anzeigeinstruments ist eine Be­ triebsspannung U_B angelegt. Eine Spannungsregeleinrichtung 6 ist mit ihrem Reglereingang 7 an dem Betriebsspannungs-Eingang 5 angeschlossen. An einem Reglerausgang 8 der Spannungsregeleinrichtung 6 steht bei ausrei­ chender Betriebsspannung U_B eine Versorgungsspannung V_CC für den Mi­ krokontroller 3 und den Motorkontroller 4 an. Ein mit seinem Plus-Pol an den Reglerausgang 8 und mit seinem Minus-Pol an Masse angeschlossener Kon­ densator 9 bildet den Energiespeicher für die elektronische Schaltung nach Unterschreiten der minimalen Betriebsspannung U_B.

Eine Überwachungseinrichtung 10 enthält einen Komparator 11, dessen Ein­ gänge mit der Betriebsspannung U_B und mit einer Referenzspannung U_Ref verbunden sind. Die Überwachungseinrichtung 10 überwacht die Betriebs­ spannung U_B auf Unterschreiten eines bestimmten Grenzwertes. Ein durch den Ausgang des Komparators 11 gebildeter Komparator-Ausgang 12 der Über­ wachungseinrichtung 10 ist mit einem Interrupt-Eingang NMI (= nicht mas­ kierbarer Interrupt) und mit einem Rücksetz-Eingang RESET des Mikrokon­ trollers 3 verbunden. Der Rücksetz-Eingang RESET ist nach erfolgreichem Start eines im Mikrokontroller 3 abgelegten Meßprogramms (Fig. 5) zur Meß­ wertaufnahme und -verarbeitung von dem Komparator-Ausgang 12 abge­ trennt. Auf diese Weise wird nach nicht mehr ausreichend vorhandener Betriebsspannung U_B über den ständig mit dem Komparator-Ausgang 12 verbundenen Interrupt-Eingang NMI ausschließlich die Rückstellung des Zeigers 1 auf eine vorbestimmte Referenzposition 23 (Fig. 3) gestartet.

Als Eingänge für die von den jeweiligen Sensoren gelieferten Meßsignale U_M stehen verschiedene, hier nicht dargestellte Signalaufbereitungsmodule zur Verfügung. Sie können Bestandteil des Mikrokontrollers 3 oder auch separate elektronische Bauteile sein. Sie formen die Meßsignale U_M in für den Mikro­ kontroller 3 verarbeitbare Signale um. Die Meßsignale werden mit den in einem Speicher des Mikrokontrollers 3 abgelegten meßwerkspezifischen Daten korre­ liert und stehen für die Ausgabe an den Schrittmotor 2 bereit. Ist ein neuer Meßwert ermittelt worden, erhält der Schrittmotor 2 eine entsprechende Stromimpulsfolge, um den an seiner Motorwelle 13 befestigten Zeiger 1 in eine dem neuen Meßwert entsprechende Position an einer Anzeigeskala 14 zu drehen. Die Winkelgeschwindigkeit des Zeigers 1 ist von der letzten und jetzt gewünschten Position abhängig. Die hierfür erforderliche Schrittfolge des Schrittmotors 2 wird durch das Meßprogramm errechnet. Bei der Zeigerbe­ wegung werden die einzelnen Schritte des Schrittmotors intern mitgezählt. Nach der erreichten Schrittzahl erfolgt eine interne Rückmeldung, daß die ge­ wünschte Position des Zeigers 1 erreicht ist.

Bei Unterschreiten der minimalen Betriebsspannung U_B zum Betrieb des An­ zeigeinstruments steht am Komparator-Ausgang 12 ein Signal an, welches über den Interrupt-Eingang NMI dem Mikrokontroller 3 gemeldet wird. Über diesen Eingang wird direkt und ohne Zeitverzug in das laufende Meßprogramm des Mikrokontrollers 3 eingegriffen und das zur Rückstellung des Zeigers 1 auf die Referenzposition 23 nötige Programm (Fig. 4) ausgeführt. Die vollständige Ausführung des Programms zur Zeigerrückstellung ist möglich, da der Ener­ gieinhalt des Kondensators 9 entsprechend dem Energieverbrauch der zur Rückstellung des Zeigers notwendigen elektronischen Bauteile sowie des Schrittmotors selbst dimensioniert ist.

Die Motorwelle 13 des Schrittmotors 3 erstreckt sich in einer senkrecht zu einer Skalenebene 15 verlaufenden Axialrichtung 16 (Fig. 2). Die Motorwelle 13 ist mit einem Zeigerkragen 17 mechanisch verbunden. Er verlängert die Motor­ welle 13 in Axialrichtung 16 und durchgreift die Anzeigeskala 14 in dessen zen­ tralem Bereich. Der Zeigerkragen 17 ist als Zylinder ausgebildet. Die in Axial­ richtung 16 verlängerten Längsachsen von Motorwelle 13 und Zeigerkragen 17 sind deckungsgleich. Der Durchmesser des Zeigerkragens 17 ist bedeutend größer als der Durchmesser der Motorwelle 13. Die durch die Skalenebene 15 gebildete Anzeigeoberfläche ist die dem Schrittmotor 2 abgewandte Oberfläche der Anzeigeskala 14. Auf dieser Seite übersteht der Zeigerkragen 17 mit einem Überstand 18 die Anzeigeskala 14. Im Bereich dieses Überstands 18 trägt der Zeigerkragen 17 ein Zeigerblatt 26. Der Zeigerkragen 17 und das Zeigerblatt 26 sind senkrecht zueinander angeordnet. Der Umfang des Zeigerkragens 17 ist an seinem dem Schrittmotor 2 zugewandten Endbereich vollständig von einem IR-Licht absorbierenden Flächensegment 19 und einem IR-Licht reflektieren­ den Flächensegment 20 abgedeckt. In Umfangsrichtung des Zeigerkragens 17 ist das Flächensegment 20 sehr viel kleiner als das Flächensegment 19. Die beiden Flächensegmente 19, 20 wirken mit einer IR-Reflexlichtschranke 21 zusammen, um den Zeiger 1 in seine vorbestimmte Referenzposition zu über­ führen. Die Referenzposition des Zeigers 1 ist abhängig von der Lage des Flächensegments 20 am Umfang des Zeigerkragens 17. Da das Flächenseg­ ment 20 nicht beliebig klein ausgeführt werden kann, wird als Marke zur Detek­ tion der Referenzposition 23 je nach Drehrichtung des Zeigerkragens 17 einer der beiden scharfkantigen Übergänge 22 zwischen den beiden Flächenseg­ menten 19, 20 definiert. Nach Detektion des Übergangs 22 erhält der Mikrokon­ troller 3 von der IR-Reflexlichtschranke 21 ein Signal, um die Bewegung des Schrittmotors 2 zu beenden. Da die Übergänge 22 an dem Zeigerkragen 17 frei wählbar sind, ist auch die Positionierung der IR-Reflexlichtschranke 21 unab­ hängig von der Position des Zeigers 1. Unabhängig von der Position der IR- Reflexlichtschranke 21 kann die Referenzposition 23 der Anzeigeskala 14 durch einfache Lageänderung des Übergangs 22 verändert werden. So kann die Referenzposition 23 durch Verschiebung des Übergangs 22 in Umfangs­ richtung der Zeigerachse 17 beispielsweise auch einer den Zenit der Anzeige­ skala 14 bildenden Mittelposition 24 entsprechen.

In Fig. 3 beträgt der Anzeigeumfang der Anzeigeskala 14 etwa 240°. Die maxi­ male Winkelgeschwindigkeit und die maximal mögliche Entfernung von der Referenzposition 23 bestimmen die Zeit, in der der Kondensator 9 die für den Schrittmotor 2 und dessen Steuerelektronik notwendige Energie zur Zeiger­ rückstellung zur Verfügung stellen muß.

Das zur Zeigerrückstellung vorgesehene Programm des Mikrokontrollers 3 sperrt alle weiteren möglichen Interrupts, insbesondere einen Watch-Dog-In­ terrupt, um den Zeiger 1 ohne Zeitverzögerung in seine Referenzposition 23 zu überführen. Sollte die IR-Reflexlichtschranke 21(= Nullpositionsdetektor) bis zu diesem Zeitpunkt abgeschaltet sein, wird sie nun eingeschaltet. Die Motor­ welle 13 des Schrittmotors (= Motor) wird entgegen dem Uhrzeigersinn der Anzeigeskala 14 in Richtung der Referenzposition 23 (= Nullposition) bewegt. Der Richtungssinn des Schrittmotors 2 bei der Rückstellung des Zeigers 1 legt fest, welcher Übergang 22 der Detektion der Referenzposition 23 dient. Der Mikrokontroller 3 fragt den Signalzustand der IR-Reflexlichtschranke 21 ständig ab. Erhält der Mikrokontroller 3 ein Detektionssignal der IR-Reflexlicht­ schranke 21, so beendet der Mikrokontroller 3 die Bewegung des Schrittmo­ tors 2. Daraufhin werden sämtliche Schaltungsfunktionen des Mikrokontrollers 3 und des Motorkontrollers 4 auf ihren Grundzustand wie nach anliegender Ver­ sorgungsspannung V_CC zurückgesetzt. Daraufhin wird der Rücksetz-Eingang RESET des Mikrokontrollers 3 wieder mit dem Komparator-Ausgang 12 verbunden, damit bei wieder ausreichend vorhandener Betriebsspannung U_B das Meßprogramm (Fig. 5) mit der Initialisierung gestartet werden kann. Reicht die Betriebsspannung U_B wieder aus, wird der Rücksetz-Eingang RESET des Mikrokontrollers 3 durch den Komparator-Ausgang 12 wieder freigegeben. Diese Freigabe veranlaßt die Initialisierung des Mikrokontrollers 3 (Fig. 5). Nach der Freigabe wird der Rücksetz-Eingang RESET wieder gesperrt, d. h. der Rücksetz-Eingang ist vom Komparator-Ausgang 12 getrennt. Entsprechend seinem Meßprogramm liest der Mikrokontroller 3 nun Meßsignale ein, wertet sie aus und steuert den Schrittmotor 2 in die errechnete Position.

Bezugszeichenliste

1 Zeiger
2 Schrittmotor
3 Mikrokontroller (= µC)
4 Motorkontroller
5 Betriebsspannungs-Eingang
6 Spannungsregeleinrichtung
7 Reglereingang
8 Reglerausgang
9 Kondensator
10 Überwachungseinrichtung
11 Komparator
12 Komparator-Ausgang
13 Motorwelle
14 Anzeigeskala
15 Skalenebene
16 Axialrichtung
17 Zeigerkragen
18 Überstandsende
19 Flächensegment
20 Flächensegment
21 IR-Reflexlichtschranke
22 Übergang
23 Referenzposition
24 Mittelposition
25 Maximalposition
26 Zeigerblatt
U_B Betriebsspannung
V_CC Versorgungsspannung
NMI Interrupt-Eingang
RESET Rücksetz-Eingang
U_M Meßsignal
U_Ref Referenzspannung

Claims (17)

1. Elektrisches Analog-Anzeigeinstrument

• - mit einer Steuereinrichtung zur Aufnahme und Weiterverarbeitung von Meß­ werten (U_M) physikalischer Größen,
• - mit einem mit der Steuereinrichtung gekoppelten Schrittmotor (2) zur Posi­ tionierung eines Zeigers (1) in eine dem Meßwert (U_M) entsprechende Positi­ on an einer Anzeigeskala (14), wobei
• - der Zeiger (1) bei Ausfall einer externen Betriebsspannung (U_B) auf eine vorbestimmte Referenzposition (23) rückstellbar ist,

dadurch gekennzeichnet,
daß eine die Steuereinrichtung enthaltende Schaltung einen elektrischen Energiespeicher aufweist,

• - der zwischen einem Betriebsspannungs-Eingang (5) der Schaltung und Ver­ sorgungsspannungs-Eingängen (V_CC) der Steuereinrichtung geschaltet ist und
• - dessen Energieinhalt bei Ausfall der Betriebsspannung (U_B) zum Betrieb der Steuereinrichtung und des Schrittmotors (2) dient, so daß das Anzeigein­ strument den Zeiger (1) ausschließlich mit elektronischen Mitteln rückstellt.

2. Anzeigeinstrument nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen verschleißfreien Energiespeicher.

3. Anzeigeinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher ein hochkapazitiver Kondensator (9) ist.

4. Anzeigeinstrument nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsregeleinrichtung (6) als Bestandteil der Schaltung

• - mit ihrem Reglereingang (7) an den Betriebsspannungs-Eingang (5) des Anzeigeinstrumentes und
• - mit ihrem Reglerausgang (8) an den Energiespeicher angeschlossen ist.

5. Anzeigeinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachungseinrichtung (10) als Bestandteil der Schaltung

• - an den Betriebsspannungs-Eingang (5) angeschlossen ist,
• - einen Komparator (11) zum Vergleich der Betriebsspannung (U_B) mit einer Referenzspannung (U_Ref) enthält und
• - bei unterschrittener Betriebsspannung (U_B) über seinen Komparator- Ausgang (12) ein Interrupt-Signal an die Steuereinrichtung zur Auslösung des Rückstellvorgangs abgibt.

6. Anzeigeinstrument nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei ausgelöstem Rückstellvorgang

• - der Schrittmotor (2) den an ihm ortsfest fixierten Zeiger (1) unter Drehung um die Längsachse einer Motorwelle (13) in seine Referenzposition (23) rückstellt und
• - ein die Drehpositionen des Zeigers (1) abtastender Referenzpositions- Detektor das Erreichen der Referenzposition (23) signalisiert und den Stillstand des Schrittmotors (2) bewirkt.

7. Anzeigeinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Zeiger mit einem die als eine Skalenebene (15) von außen sichtbare Anzeigeoberfläche der Anzeigeskala (14) etwa senkrecht durchgreifenden und nach außen überstehenden Zeigerkragen (17) an der Motorwelle (13) fixiert ist,
• - daß am Überstand (18) des Zeigers (1) ein den Meßwert an der Skalenebene (15) anzeigendes Zeigerblatt (26) befestigt ist und
• - daß der Zeigerkragen (18) ein um die Längsachse der Motorwelle (13) rotierender Rotationskörper mit einer sich über seinen Umfang erstreckenden Abtastfläche zur Abtastung durch den Referenzpositions- Detektor ist.

8. Anzeigeinstrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfläche der dem Überstand (18) abgewandte und von der Anzeigeskala (14) nach außen abgedeckte Bereich der Umfangsfläche des Zeigerkragens (17) ist.

9. Anzeigeinstrument nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Zylinderform des Zeigerkragens (17) mit seiner Längsachse als Rotationsachse.

10. Anzeigeinstrument nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfläche in Umfangsrichtung des Zeigerkragens (17) in sich geschlossen ist.

11. Anzeigeinstrument nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfläche

• - aus einem IR-Licht absorbierenden Flächensegment (19) und einem IR- Licht reflektierenden Flächensegment (20) besteht und
• - mit einer IR-Reflexlichtschranke (21) als Referenzpositions-Detektor zusammenwirkt.

12. Anzeigeinstrument nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flächensegmente (19, 20) in Umfangsrichtung

• - unmittelbar nebeneinander liegen und
• - eine unterschiedliche Ausdehnung aufweisen.

13. Anzeigeinstrument nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die beiden Flächensegmente durch einen scharfkantigen, senkrecht zur Umfangsrichtung verlaufenden Übergang (22) voneinander getrennt sind und
• - daß die Detektion des Übergangs (22) den Stillstand des Schrittmotors (2) bewirkt.

14. Verfahren zur Verwendung bei einem elektrischen Analog-Anzeigeinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - Bei Betriebsspannungsausfall empfängt ein Interrupt-Eingang (NMI) der Steuereinrichtung ein Interrupt-Signal zur Auslösung des Rückstellvorganges,
• - alle weiteren Interrupts werden durch ein Programm der Steuereinrichtung gesperrt,
• - der Zeiger (1) des Anzeigeinstrumentes wird auf eine vorbestimmte Refe­ renzposition (23) rückgestellt,
• - nach Beendigung des Rückstellvorganges werden alle Funktionen der Steu­ ereinrichtung auf ihren Grundzustand zurückgesetzt,
• - ein Rücksetz-Eingang (RESET) der Steuereinrichtung wird wieder mit dem Komparator-Ausgang (12) verbunden, damit die Steuereinrichtung bei wieder vorhandener Betriebsspannung (U_B) mit einer erneuten Initialisierung eines Meßprogramms starten und nach erfolgter Initialisierung Meßwerte aufneh­ men, weiterverarbeiten und über den Zeiger (1) anzeigen kann,
• - der Rücksetz-Eingang (RESET) wird nach erfolgter Initialisierung vom Kom­ parator-Ausgang (12) abgetrennt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte durch ein Programm der Steuereinrichtung gesteu­ ert sind.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung im wesentlichen aus einem Mikrokontroller (3) und einem Motorkontroller (4) besteht.