DE4432114C1

DE4432114C1 - Schaltungsanordnung zur Fremdlichtunterdrückung bei einer Lichtschrankenanordnung

Info

Publication number: DE4432114C1
Application number: DE4432114A
Authority: DE
Inventors: Theodor Voss; Rolf Herrmann; Gregor Ausendorf
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2014-09-10

Description

Lichtschranken werden zum Schutz vor störenden Gleichlichteinflüssen zumeist mit einem getakteten Lichtsender betrieben. Damit der Lichtempfänger nur auf Lichtsignale anspricht, die mit der Taktfrequenz des Lichtsenders getaktet sind, werden dem Lichtempfänger Bandpaßfilter, die auf die Taktfrequenz des Lichtsenders abgestimmt sind (ausgeführt beispielsweise durch RC-Anordnungen), zugeordnet.

Hierdurch kann es durch Fremdlichtquellen (zum Beispiel getaktete oder gedimmte Lampen) mit einer gleichen oder ähnlichen Taktfrequenz wie der des Lichtsenders zu störenden Beeinflussungen der Lichtschrankenanordnung kommen.

Besonders bei mehreren Lichtschrankenanordnungen, die räumlich benachbart angeordnet sind, kann eine solche störende gegenseitige Beeinflussung nicht ausgeschlossen werden.

Aus der DE-PS 36 11 408 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der das Ansteuersignal eines Lichtsenders und das Empfangssignal eines Lichtempfängers einer Vergleichseinrichtung zugeführt werden, wobei aufgrund des Ergebnisses dieses Vergleiches ein Speicherelement gesetzt oder zurückgesetzt wird. Durch den Vergleich von Ansteuersignal und Empfangssignal wird auch eine gewisse Fremdlichtunterdrückung erzielt. Allerdings erfolgt durch diese Schaltungsanordnung kein Vergleich der Ansteuersignale und Empfangssignale über einen längeren Zeitraum hinweg, was aufgrund der hier vorgesehenen, nicht allzu sicherheitskritischen Anwendung (Schaltungsanordnung zum Ermitteln des Vorhandenseins bzw. der Entnahme von Gegenständen, insbesondere von zahnärztlichen Behandlungsinstrumenten in bzw. aus Aufnahmen) auch nicht unbedingt erforderlich erscheint.

Darüber hinaus ist aus der DE-OS 31 44 747, und zwar insbesondere aus der Fig. 3, eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der der Taktgeber einen Zähler hochzählt, welcher bei unterbrochener Lichtschranke jeweils zurückgesetzt wird und bei einer für eine bestimmte Zeit nicht unterbrochenen Lichtschranke den Zähler bis zu einem vorgegebenen Wert hochzählt und daraufhin ein Ausgangssignal erzeugt. Diese Schaltungsanordnung findet Anwendung bei einem Lochbandlesegerät und soll kurze Unterbrechungen der Lichtschranke bei einem eingelegten Lochband von einer länger andauernden Unterbrechung der Lichtschranke am Ende des Lochbandes deutlich unterscheiden.

Da Lichtschrankenanordnungen häufig zu Überwachungszwecken eingesetzt werden, ist besonders kritisch, daß die Lichtschrankenanordnung durch einen zweiten, nicht zur Lichtschrankenanordnung gehörenden Lichtsender, welcher Lichtsignale mit der gleichen Taktfrequenz wie der Lichtsender der Lichtschrankenanordnung aussendet, manipuliert werden kann.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung kommt daher die Aufgabe zu, einfach und kostengünstig aufgebaut zu sein und eine besonders sichere Fremdlichtunterdrückung zu ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vergleicht bei jedem Impuls des Abtastsignals, das vom Lichtempfänger abgegebene Empfangssignal, mit dem an den Lichtsender gegebenen Ansteuersignal. Die Anzahl der Übereinstimmungen und der Nichtübereinstimmungen werden von digitalen Zählern gezählt und bestimmen das Ausgangssignal der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Eine nicht unterbrochene Lichtschranke wird nur in dem Fall als solche registriert, wenn das Ansteuersignal und das Empfangssignal für zumindest einen vorgegebenen Zeitraum übereinstimmen. Da hierbei sowohl die Frequenz als auch jeweils der Schaltzustand des Ansteuersignals und des Empfangssignals zu jedem Zeitpunkt übereinstimmen müssen, ist es nahezu ausgeschlossen, eine geschlossene Lichtschranke (willentlich oder zufällig) durch eine Fremdlichtquelle vorzutäuschen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bildet somit ein digitales Filter gegen Fremdlicht aus, wobei die Verwendung von digitalen Bauelementen einen besonders sicheren, kostengünstigen und einfachen Aufbau einer Lichtschrankenanordnung ermöglicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Anspruch 5 betrifft eine Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung soll im folgenden anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung

Fig. 2 zwei Taktdiagramme, die bestimmte Signale und Schaltzustände

a) bei nicht unterbrochener und
b) bei unterbrochener Lichtschranke darstellen.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Ein Oszillator (OS) erzeugt ein rechteckförmiges Signal (Abtastsignal AB), aus welchem ein Frequenzteiler (FT) ein ebenfalls rechteckförmiges Ansteuersignal (AN) erzeugt. Die Frequenz des Abtastsignals (AB) ist dabei ein geradzahliges Vielfaches des Ansteuersignales (AN).

Das Ansteuersignal (AN) wird über einen Leistungstreiber (LT) dem Lichtsender (LS) zugeführt. Bei nicht unterbrochener Lichtschranke fällt das vom Lichtsender (LS) ausgestrahlte Licht auf den Lichtempfänger (LE). Das vom Lichtempfänger (LE) erzeugte und durch einen Vorverstärker (VV) verstärkte Empfangssignal (ES) wird einer Vergleichseinrichtung (VE) zugeführt, die dieses mit dem Ansteuersignal (AN) vergleicht. Das Ansteuersignal (AN) und das Empfangssignal (ES) sind digitale Signale und weisen jeweils einen Signalpegel auf, der zur Ansteuerung logischer Schaltungen geeignet ist.

Die Vergleichseinrichtung (VE) kann durch ein einfaches Exklusiv-ODER-Gatter ausgebildet sein, an dessen Ausgang ein logisches High-Signal erscheint, wenn Ansteuersignal (AN) und Empfangssignal (ES) nicht übereinstimmen, während bei Übereinstimmung von Ansteuersignal (AN) und Empfangssignal (ES) am Ausgang der Vergleichseinrichtung (VE) ein Low-Signal vorliegt.

Das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (VE) wird zum einen durch ein Negationsglied (NG) invertiert und einem ersten UND-Gatter (U1) zugeführt und zum anderen direkt auf den Eingang eines zweiten UND-Gatters (U2) gegeben.

Jeweils ein weiterer Eingang jedes UND-Gatters (U1, U2) wird mit dem Abtastsignal (AB) des Oszillators (OS) beaufschlagt.

Die Ausgänge der UND-Gatter (U1, U2) sind mit den Eingängen von digitalen Zählern (Z1, Z2) verbunden. Bei einem ersten vorgegebenen Zählerstand gibt der erste Zähler (Z1) ein Zählerausgangssignal an den Reset-Eingang (R′) eines Speicherelementes (SE) sowie an Reset-Eingänge (R) der beiden Zähler (Z1, Z2) und setzt damit sowohl das Speicherelement (SE) als auch die beiden Zähler (Z1, Z2) zurück.

Der zweite Zähler erzeugt bei einem zweiten vorgegebenen Zählerstand ein zweites Zählerausgangssignal welches über Reset-Eingänge (R) beide Zähler (Z1, Z2) zurücksetzt und zudem auf den Setzeingang (C) des Speicherelementes (SE) geführt wird. Hierdurch erzeugt das Speicherelement (SE) an seinem Ausgang ein Ausgangssignal (AS), welches anzeigt, daß die Lichtschranke unterbrochen wurde.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung soll im folgenden anhand der Fig. 1 in Verbindung mit den Taktdiagrammen der Fig. 2 näher erläutert werden.

In der Fig. 2a sind bestimmte Signalverläufe und Schaltzustände bei einer nicht unterbrochenen Lichtschranke dargestellt.

Das Empfangssignal (ES) verläuft vollkommen synchron zum Ansteuersignal (AN). Folglich wird am Ausgang der Vergleichseinrichtung (VE), wegen des Exklusiv-ODER-Gatters ständig ein Low-Signal ausgegeben.

Dieses Low-Signal wird durch das Negationsglied (NG) zu einem High-Signal invertiert. Dieses High-Signal liegt am UND-Gatter (U1) an, so daß mit jeder ansteigenden Flanke des, gegenüber dem Ansteuersignal (AN) mit doppelter Frequenz getakteten Abtastsignals (AB) der Zählerstand des ersten Zählers (Z1) inkrementiert wird.

Der zweite Zähler (Z2) dagegen wird wegen des von der Vergleichseinrichtung (VE) abgegebenen Low-Signals am Eingang des UND-Gatters (U2) nicht hochgezählt.

Da der erste Zähler (Z1) aber nur ein Rücksetzen des Speicherelementes (SE) bewirken kann, erzeugt das Speicherelement (SE) bei nicht unterbrochener Lichtschranke kein Ausgangssignal (AS).

Anders liegt der Fall bei einer unterbrochenen Lichtschranke (Fig. 2b). Das Ansteuersignal (AN) ist zwar unverändert, das Empfangssignal (ES) ist aber konstant low.

Da die Überprüfung auf Übereinstimmung von Ansteuersignal und Empfangssignal, bedingt durch der gegenüber dem Ansteuersignal (AN) doppelten Frequenz des Abtastsignals (AB), jeweils einmal während einer Licht-An- und einer Licht-Aus-Zeit erfolgt, wird abwechselnd eine Nichtübereinstimmung und eine Übereinstimmung gefunden. Folglich werden abwechselnd beide Zähler (Z1, Z2) hochgezählt.

Wird nun beispielsweise vorgesehen, daß der zweite Zähler (Z2) beim Zählerstand 4 sein Zählerausgangssignal zum Setzen der Speichereinrichtung (SE) abgibt und der erste Zähler (Z1) erst bei einem Zählerstand 8 ein Ausgangssignal zum Rücksetzen des Speicherelementes abgibt, so folgt, daß das Ausgangssignal (AS) der Speichereinrichtung (SE) bereits nach vier Ansteuertakten erzeugt wird, ein Rücksetzen der Speichereinrichtung (SE) aber nicht erfolgt, da mit dem Zählerausgangssignal des zweiten Zählers (Z2) beide Zähler (Z1, Z2) zurückgesetzt werden.

Aus Sicherheitsgründen ist es vorteilhaft, dem ersten Zähler (Z1) einen deutlich höheren (beispielsweise doppelt so hohen) Zählerstand vorzugeben, an dem dieser ein Zählerausgangssignal erzeugt, als dem zweiten Zähler (Z2) für die Erzeugung des Zählerausgangssignals, da hierdurch eine Unterbrechung der Lichtschranke sehr schnell erkannt wird, es allerdings länger dauert, die in der Schaltungsanordnung realisierte Logik "zu überzeugen", daß eine Unterbrechung der Lichtschranke nicht mehr vorliegt.

Durch den Vergleich von Ansteuersignal (AN) und Empfangssignal (ES) durch die Vergleichseinrichtung (VE) und durch die taktsynchrone Abtastung des Vergleichswertes wird eine nicht unterbrochene Lichtschranke nur dann als solche erkannt, wenn das vom Lichtempfänger (LE) erzeugte Empfangssignal (ES) genau taktsynchron mit dem vom Lichtsender abgegebenen Signal ist. Eine störende Beeinflussung der Lichtschranke durch Fremdlicht ist daher selbst bei übereinstimmender Taktfrequenz nahezu ausgeschlossen.

Solche erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen können beispielsweise bei Lichtschrankenanordnungen zur Überwachung der Fensteröffnungen von motorisch angetriebenen Fensterscheiben in Kraftfahrzeugen Anwendung finden, bei der mehrere Scheiben jeweils eine Lichtschrankenanordnung zugeordnet ist, die sich nicht gegenseitig störend beeinflussen dürfen.

Bezugszeichenliste

C Setzeingang (des Speicherelementes SE)
FT Frequenzteiler
LE Lichtempfänger
LS Lichtsender
LT Leistungstreiber
NG Negationsglied
OS Oszillator
R, R′ Reset-Eingänge
SE Speicherelement
U1, U2 UND-Gatter
VE Vergleichseinrichtung (Exklusiv-ODER-Gatter)
VV Vorverstärker
Z1, Z2 Zähler
AB Abtastsignal
AN Ansteuersignal
AS Ausgangssignal
ES Empfangssignal.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Fremdlichtunterdrückung bei einer Lichtschrankenanordnung mit einem Oszillator (OS), der ein Ansteuersignal (AN) für einen Lichtsender (LS) erzeugt, und mit einem Lichtempfänger (LE), der ein Empfangssignal (ES) abgibt, wobei sowohl das Ansteuersignal (AN) als auch das Empfangssignal (ES) auf eine Vergleichseinrichtung (VE) geschaltet sind und die Vergleichseinrichtung (VE) ein erstes logisches Signal erzeugt, wenn das Ansteuersignal und das Empfangssignal übereinstimmen und die Vergleichseinrichtung (VE) ein zweites logisches Signal erzeugt, wenn das Ansteuersignal und das Empfangssignal (ES) nicht übereinstimmen, wobei der Oszillator (OS) ein Abtastsignal (AB) erzeugt, dessen Frequenz ein gradzahliges Vielfaches der Frequenz des Ansteuersignals (AN) ist und wobei mit jedem Impuls des Abtastsignals (AB) logische Schaltelemente (NG, U1), die das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (VE) negieren und mit dem Abtastsignal (AB) konjunktiv verknüpfen, einen ersten Zähler (Z1) inkrementieren, wenn die Vergleichseinrichtung (VE) das erste logische Signal abgibt und wobei weitere logische Schaltelemente (U2), die das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (VE) mit dem Abtastsignal (AB) konjunktiv verknüpfen, einen zweiten Zähler (Z2) inkrementieren, wenn die Vergleichseinrichtung (VE) das zweite logische Signal abgibt und wobei der erste Zähler (Z1) bei einem vorgegebenen ersten Zählerstand ein erstes Zählerausgangssignal erzeugt, durch das ein Speicherelement (SE) zurückgesetzt wird und wobei der zweite Zähler (Z2) bei einem vorgegebenen zweiten Zählerstand ein zweites Zählerausgangssignal erzeugt, durch das das Speicherelement (SE) gesetzt wird und wobei sowohl bei Auftreten des ersten Zählerausgangssignales als auch beim Auftreten des zweiten Zählerausgangssignales beide Zähler (Z1, Z2) zurückgesetzt werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzteiler (FT) vorgesehen ist, der aus dem vom Oszillator (OS) erzeugten Abtastsignal (AB) das Ansteuersignal (AN) für den Lichtsender (LS) erzeugt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste vorgegebene Zählerstand mindestens doppelt so groß ist, wie der zweite vorgegebene Zählerstand.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (LS) infrarotes Licht aussendet.

5. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Überwachung der Fensteröffnung bei einer motorisch angetriebenen Fensterscheibe eines Kraftfahrzeuges.