DE4343304A1 - Handbetätigte Dreh-Schaltanordnung - Google Patents

Description

Handbetätigte Drehschaltsysteme werden heute in zunehmenden Maße im Rahmen von mehr oder weniger komplexen Systemen eingesetzt, die zunehmend mit intelligenter, weil Rechner oder Mikrokontroller gesteuerten Elektronik ausgerüstet sind. Damit steigen auch die Anforderungen an die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der Drehschalter an diese Technik, da die Strategien der Anwender durchaus sehr unterschiedlich sind.

Ein Drehschalter, der auf die verschiedenen Kommunikationsstrategien der Anwender leicht anpaßbar ist, wird bislang nicht angeboten.

Ziel der Erfindung ist es, eine zuverlässige und besonders an unterschiedliche moderne Signalverarbeitungsstrategien anpaßbare Dreh-Schaltanordnung zu schaffen.

Um Zuverlässigkeit im Sinne von Funktionssicherheit und Lebensdauer zu erreichen, kann eine Reihe bekannter Methoden der berührungslosen Signalerzeugung verwendet werden. Aufgrund ihrer spezifischen Eignung, eine Vielzahl von Signalen auf engem Raum erzeugen zu können, wird für die Handbetätigte programmierbare Dreh-Schaltanordnung, das Prinzip der optoelektronischen Signalerzeugung eingesetzt, wie es bereits bekannt ist aus den Patentschriften DE-AS 10 18 660, DE-OS 21 10 049, DE-OS 26 46 047 und aus den praktischen Anwendungen.

Bekannterweise werden die optoelektronischen Signale bei Dreh- Schaltanordnungen in der Weise erzeugt, daß in den Strahlgang zwischen einem oder mehreren optoelektronischen Lichtsendern und Lichtempfängern eine drehbare Scheibe mit lichtdurchlässigen oder lichtreflektierenden und wechselweise lichtdämpfenden Abschnitten ausgerüstet, bewegt wird und auf diese Weise wechselweise, von der Stellung abhängig, binäre Signale erzeugt. Bei handbetätigten Schaltanordnungen wird die Scheibe mit einer Betätigungseinrichtung verbunden, die ihrerseits meist mit Rastungseinrichtungen versehen wird, die auf die Lichtdämpfungsabschnitte abgestimmt sind. In der Offenlegungsschrift DE-40 35 087 wird eine Schalteranordnung für kodierte Signale beschrieben, die mit Hilfe eines in der Schaltanordnung integrierten Bustreibers über einen "Chip selekt" Steuerbefehl, seine bis zu diesem Zeitpunkt hochohmig geschalteten Signale an einen äußeren Datenbus eines Rechnersystems abgibt. Desweiteren ist eine spezielle Logikschaltung integriert, die in der Lage ist eine Bewegungsmeldung nach außen abzugeben.

Der Nachteil dieser Anordnung ist seine spezielle Ausrichtung auf bestimmte Anwendungsfälle. Vorteilhaft wäre eine im Schalter integrierte Einrichtung, die in Hinsicht der Signalverarbeitung intern und der Kommunikation nach außen, flexibel an unterschiedliche Anwendungen anpaßbar ist. Demgemäß ist der Hauptanspruch der vorliegenden Erfindung, Signale, welche auf optoelektronische Weise, wie oben beschrieben erzeugt werden, mittels einer, im gleichen System, mit der optoelektronischen Signalerzeugung, integrierten Anordnung von universellen Schaltungen in unterschiedlicher Weise einzeln oder zueinander oder aufgrund unterschiedlicher differenzierter Bedingungen, wie zum Beispiel in Abhängigkeit von einer Reihe oder einzelner äußerer Signale oder in Zeitabhängigkeit, bearbeiten zu können. Zu diesem Zweck werden innerhalb des Dreheingabesystems universelle Logikgatterstrukturen, die als Subtrahierer, Addierer, Zähler, Logikgatter für Konjunktionen und Disjunktion beliebige Mehr-Bit-Informationen bearbeiten und verknüpfen können, integriert. Zwischenergebnisse der Operationen werden in Registern abgelegt und können über einen internen Datenbus transferiert werden.

Die Art und Weise der Informationsbearbeitung wird durch Algorithmen bestimmt die in einem oder mehreren Betriebsprogrammen innerhalb einer programmierbaren Speichermatrix abgelegt sind. Die Steuerbefehle, die aus den im Leserspeicher angelegten Algorithmen resultieren, werden über einen Steuerbefehlsbus mit Steuerbefehlsregistern bzw. den Verarbeitungsstrukturen verbunden, wo sie die Reihenfolge und Art und Weise der Informationsbearbeitung bewirken. Um auch größere Mengen von Daten oder Steuerbefehlen zwischenspeichern zu können wird eine Schreib-Lese-Speichermatrix, RAM genannt, ebenfalls in Daten-und Steuerbus eingebunden. Die Abarbeitung des Programmes wird zeitlich von einem Taktgeber gesteuert der über Zähl-und Registerstufen die Auslösung der Steuerbefehle steuert. Der Vorteil dieser Anordnung ist, daß in der programmierbaren Speichermatrix PROM oder EPROM eine auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnittene Arbeitsweise der Datenverarbeitung eingestellt werden kann, oder daß im PROM verschiedene Programme nebeneinander abgelegt werden und bedarfsweise aufgerufen werden. Als zusätzlichen Vorteil ergibt sich, daß es möglich ist, durch von außen eingegebene Informationen, die interne Arbeitsweise zu beeinflussen.

Die Realisierung der oben beschriebenen Strukturen ist auf unterschiedliche Weise möglich. Vorzugsweise wird ein Mikrocontroller verwendet, der sich auf einfache Weise integrieren läßt und Gewähr für hohe Flexibilität bietet.

Denkbar ist auch der Einsatz eines speziell auf diese Aufgabe zugeschnittenen Schaltkreises, eines sogenannten Asic, wodurch die Leistung bezüglich Abarbeitungsgeschwindigkeit oder unter Umständen das Preis/Leistungsverhältnis günstig beeinflußt werden kann.

Aufgrund der Möglichkeit Daten und Steuerbefehle flexibel und universell bearbeiten zu können, wird ein nach außen wirkender, vorzugsweise zyklisch arbeitender Systembus als eine der Kommunikationsmöglichkeiten realisiert. Wichtige Randbedingungen für die Gestaltung der Busstruktur und des Protokolls sind einfache Handhabung beim Anwender, Flexibilität und der Anwendungsbereich in Geräte- und Maschinenbau. In der Darstellung 1 wird gezeigt, wie die Einbindung der einzelnen Teilnehmer erfolgt. Die Adressierung der Teilnehmer erfolgt über ihre Lage im Bus. In Abb. 2 sind die wesentlichen Abläufe auf den Selektierungs-, Daten- und Schreib/Leseleitungen dargestellt, wobei hier immer das Auslesen der Schalterparameter an das übergeordnete System behandelt wird. Außerdem sind die Schaltanordnungen aktiv von außen beeinflußbar, indem ihre Schaltbereiche ganz oder teilweise gesperrt werden oder Fehlerüberprüfungen eingeleitet werden, oder Zählfunktionen auf 0 gesetzt werden. Der Datenaustausch ist parallel/seriell organisiert, daß heißt jede Information wird in 2×4 Bit zerlegt gesendet oder empfangen, sofern die Information breiter als 4 Bit parallel ist. Auch andere Teilnehmer als die o. g. Schaltanordnungen wie z. B. Anzeigesysteme können, unter der Voraussetzung daß sie auf dieses Protokoll aktiviert werden, angeschlossen werden. Das übergeordnete System, der Master, muß den in Darstellung 2 gezeigten Mindestzeitrahmen einhalten, wobei eine Zeitverlängerung keine Rolle spielt. Außer dieser vorzugsweise eingesetzten Busorganisation sind beliebig andere denkbar. Über Adaption ist jedes andere Bussystem ankoppelbar.

Die oben beschriebene drehbare Dämpfungseinrichtung besteht aus einer Scheibe und eine damit fest verkoppelten Achse, die im Regelfall von Hand über einen Einstellknopf drehend betätigt wird. In vielen Anwendungsfällen ist es wünschenswert durch eine zusätzliche tastende axiale Betätigung der Achse ein weiteres Signal auszulösen. Im Interesse des Prinzips der Signalerzeugung auf kontaktlose Weise, daß heißt ohne Verwendung eines elektrischen Kontaktes, wird im Sinne Anspruch 5 dieser Erfindung durch die axiale Bewegung der Dämpfungseinrichtung mittelbar oder unmittelbar vorzugsweise der Lichtgang eines aus Lichtsender- und Empfänger bestehenden optoelektronischen Systems so beeinflußt, daß ein binäres Signal entsteht, welches entweder direkt ausgegeben wird oder über die Datenverarbeitungseinrichtung verarbeitet wird.

Die axiale Hubbewegung der Dämpfungseinrichtung wird weiterhin in einer Abwandlung der Nutzung verwendet, um die Dreh-Schaltanordnung gegen unbeabsichtigtes Verstellen dadurch zu schützen, daß in der Axialhubausgangslage, die durch eine Feder hergestellt wird, eine an der Dämpfungseinrichtung integrierte Verzahnung in einer zweiten feststehenden in einem Gehäuse integrierten Verzahnung ruht und dadurch eine einfache Drehbewegung nicht möglich ist. Nur wenn durch eine axiale Hubbewegung die Zähne gegeneinander außer Eingriff gebracht werden, ist eine Drehbewegung möglich. Dadurch wird ein unbeabsichtigtes Verstellen der Dreh-Schaltanordnung wirksam verhindert.

Unter Ausnutzung des Datenverarbeitungssystems wird in einer weiteren Abwandlung der Erfindung ein, in handbetätigten Dreh-Schaltanordnungen, neues Prinzip der Signalerfassung eingeführt. Um bezüglich nebeneinanderliegender Lichtsender und nebeneinanderliegender Lichtempfänger möglichst kleine Abstände zu erreichen, ohne das benachbarte Lichtempfänger sich gegenseitig überblenden und dadurch Doppelsignale, Fehlsignale entstehen oder auch daß eine große axiale Hubbewegung der Dämpfungseinrichtung erreicht werden kann ohne Überblendungen auszulösen, wird jeder einzelne Lichtsender und Lichtempfänger, als Paar zusammengeschaltet und über einen gemeinsamen I/O-Anschluß der Datenverarbeitungseinrichtung wird jedes einzelne Paar nacheinander, zeitlich getrennt, nach seinem Schaltzustand abgefragt, eine Methode die auch als scannen bezeichnet wird. Durch die Anwendung dieser Methode werden Überblendungen nicht mehr wirksam und die Abstände der optoelektronischen Elemente können minimiert werden.

Nach Anspruch 8 dieser Patentschrift werden die optoelektronischen Lichtempfänger ersetzt, durch faseroptische Lichtwellenleiter, so daß das durch den oder die Lichtsender erzeugte Licht durch die Dämpfungseinrichtung zeitweise in den Lichtwellenleiter gelenkt wird um in diesem weitergeleitet zu werden, und am anderen Ende des LWL auszutreten und in der ausgelagerten Signalverarbeitungsbaueinheit in ein elektronisches Signal umgesetzt und gegebenenfalls verarbeitet zu werden. Der Vorteil besteht darin, daß optische Signale nicht durch elektromagnetische Störfelder beeinflußt werden können und im Lichtwellenleiter keine Störungen induziert werden.

Claims (9)

1. Handbetätigte Dreh-Schaltanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Anordnung einer Vielzahl von optoelektronischen Lichtsendern und Lichtempfängern, sowie einer drehbaren rastfähigen Achse mit Scheibe als Dämpfungseinrichtung in geeigneter Weise eine, der Anzahl der Lichtempfänger entsprechende Menge von optoelektronischen Signalen erzeugt werden, die in einem, in der gleichen Baueinheit befindlichen System von über einen internen Daten und Steuerbefehlsbus verbundenen Logikgatter Kombinationen verarbeitet werden, die mindestens als Addierer und Subtrahierer für die Bearbeitung von Mehr-Bit-Informationen aufgebaut sind, sowie mindestens die konjunktive und disjunktive Verknüpfung von Mehr-Bit-Informationen vornehmen können und Informationen nach vorgegebenen Algorithmen bearbeiten, die in einer Leser- Speichermatrix (ROM, PROM, Lesespeicher) festgelegt sind, deren Steuer- und Koordinationsbefehle zu einem Zeitpunkt aktiviert werden, den ein Taktgeber bestimmt, wobei zum Zwischenspeichern von Informationen und Steuerbefehlen Registerschaltungen, sowie mindestens eine Schreib-Lese-Speichermatrix (RAM) über den gleichen internen Daten- bzw. Steuerbefehlsbus den Logikgatterkombinationen und der Lese-Speichermatrix zugeordnet sind.

2. Handbetätigte Dreh-Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System, in dem die optoelektronischen Signale verarbeitet werden, ein Mikrocontroller ist, der in der gleichen Einheit angeordnet ist, in der die optoelektronischen Signale erzeugt werden.

3. Handbetätigte Dreh-Schaltanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerhalb des Datenverarbeitungssystems eingelagertes Programm einen sogenannten "Buscontroller" bildet, der aktiv die Kommunikation zwischen den gleichen Schaltanordnungen oder anderen Systemen über einen zur Schaltanordnung gehörigen System-Bus steuert.

4. Handbetätigte Dreh-Schaltanordnung nach Anspruch 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, das vorzugsweise ein zyklisch arbeitender Bus im System integriert ist, der als Parallelbus ausgeführt ist und die Signale des TTL-Pegel besitzt, wobei die Anzahl der Datenleitungen auf vier festgelegt wurden, da im Schalter Daten mit einer Größe von mehr als 4 Bit anfallen, wird der Datenaustausch über den Bus parallel-seriell organisiert und der Anwender kann damit die Schalteransteuerung auf übliche Art und Weise realisieren, die fallende Flanke von Select In(SI) wird vom Schalter nach spätestens 30 µs erkannt, gleichzeitig wird vom Schalter die RD/WR Leitung abgefragt und im Falle von RD=aktiv werden die aktuellen Schalterdaten auf den Bus gelegt und im Falle von WR=aktiv werden die Daten vom Bus gelesen, mit der ersten L/H Flanke von SI wird dabei jeweils das Highnibbel und mit der zweiten Flanke von SI das Lownibbel behandelt, wenn dieser Datenaustausch abgeschlossen ist, wird SO aktiviert, so daß die folgende L/H Flanke von SI den nächsten Teilnehmer erreichen kann, dieser Teilnehmer registriert nun alle weiteren SI Flanken (d. h. er hört am Bus mit) und reagiert nur in dem Fall, wenn der Master einen Befehl absetzt, der an alle Teilnehmer gerichtet ist: z. B. "Kette SI-SO auftrennen, um danach wieder den ersten Schalter abfragen zu können", siehe dazu Abb. 1 und 2. Es sind auch andere Buskonfigurationen denkbar.

5. Handbetätigte programmierbare Dreh-Schaltanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die drehbare Dämpfungseinrichtung außer der Drehbewegung zusätzliche eine axiale Hubbewegung ausführt, wenn senkrecht zur Drehrichtung eine Kraft einwirkt und das diese Kraft vorzugsweise den Lichtgang eines optoelektronischen Sensors, bestehend aus Lichtsender und Lichtempfänger, beeinflußt und somit ein für die Axialbewegung typisches Signal gebildet wird.

6. Handbetätigte Dreh-Schaltanordnung nach Anspruch 1 u. 5, gekennzeichnet dadurch, daß die drehbare Dämpfungseinrichtung gegen unbeabsichtigtes Verstellen dadurch gesichert wird, indem die Dämpfungseinrichtung mit einer Verzahnung aus einem oder einer Vielzahl von Zähnen versehen ist, die mit in feststehenden Gehäuse angeordnen Zähnen in Eingriff stehen und daß eine axiale Hubbewegung genutzt wird, die Zähne außer Eingriff zu bringen und somit erst eine Drehbewegung möglich wird.

7. Handbetätigte Dreh-Schaltanordnung nach Anspruch 1, 5, 6, gekennzeichnet dadurch, daß die optoelektronischen Lichtsender und Empfänger, die die, für die Drehbewegung typischen, Signale bilden, einzeln und nacheinander auf ihren Signalzustand abgefragt (gescannt) werden, um die bei besonders engen Abständen der Lichtsender zueinander und der Lichtempfänger zueinander, oder besonders großen axialen Hub, entstehenden gegenseitigen Überblendungen der Lichtempfänger als Fehlersignale auszuschließen.

8. Handbetätigte Dreh-Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß anstatt der optoelektronischen Lichtempfänger optische Faserleiter, sogenannte Lichtwellenleiter, als Empfangselement dienen indem gebündeltes Licht der Lichtsender senkrecht zur Endfläche in die Lichtwellenleiter eintritt und somit zusammen mit der drehbaren Dämpfungseinrichtung entsprechende optische Signale in dem Lichtwellenleiter abgebildet und an die noch außerhalb verlagerte Signalverarbeitseinheit geleitet werden.

9. Handbetätigte Dreh-Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 7 gekennzeichnet dadurch daß die optoelektronischen Lichtsender und Empfänger gemeinsam mit der Signalverarbeitungseinheit an einen anderen Ort verlagert werden und die Verbindung zwischen der Signalerzeugung an der drehbaren Dämpfungseinrichtung und den optoelektronischen Lichtsender/Empfänger durch einen faseroptischen Lichtwellenleiter (2) hergestellt wird (siehe Abb. 3), indem senkrecht zu einem Ende des Lichtwellenleiters (1) der Strahlgang von Lichtsender (3) und Empfänger (4) gemeinsam über ein lichtleitendes Zwischenstück (5) angeordnet ist und am anderen Ende die drehbare Dämpfungseinrichtung (6) parallel zur Austrittsfläche (7) des Lichtwellenleiters so angeordnet und gestaltet ist, daß das wenigstens ein Teil des, von dem durch den Lichtsender (3) eingestrahlten Lichtes, reflektiert und durch den Lichtwellenleiter zurückläuft um am anderen Ende (1) zum Teil von dem Empfänger (4) in den einen, während wenn sich ein nicht reflektierender Bereich der drehbaren Dämpfungseinrichtung (6) von den der Austrittsfläche (7) des Lichtwellenleiters befindet nur ein sehr geringer Teil des Lichtes zurückreflektiert wird und somit in (4) der andere Signalpegel entsteht, wobei das Prinzip sowohl für die typischen Signale der Drehbewegung, als auch das axiale Tastsignal angewendet wird.