-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein rechnergestütztes,
monolithisches Schaltungsmodul (CMC-Modul), das mit elektrischen
Steuerungsvorrichtungen wie etwa beispielsweise mit Druckknöpfen und/oder
Schaltern und mit Anzeigevorrichtungen zum Liefern von Informationen über einem
ausgeführten
Befehl (Mikrolampen) oder mit elektromechanischen oder statischen
Relais verbunden werden kann und dessen Funktionen sowohl lokal
als auch über
Fernsteuerung programmiert und umprogrammiert werden können. An
der Schaltung kann ein dreiadriges Kabel AWG26 für bautechnische und industrielle
elektrische Systeme mit sehr niedriger Spannung (SELV – Sicherheits-Kleinstspannung)
angebracht werden, mit dem neue Ebenen der Operationen, des praktischen
Gebrauchs und des Managements eines elektrischen Systems eingeführt werden
können,
die mit der herkömmlichen
Systemtechnik nicht erreichbar sind.
-
Außer der Einführung neuer
Ebenen der Operationen, des praktischen Gebrauchs und des Managements
eines elektrischen Systems ermöglicht
das Modul gemäß der Erfindung
auch die gemeinsame Verwendung mit elektrischen Standardkomponenten.
-
Das Modul gemäß der vorliegenden Erfindung
ist besonders geeignet für
die Verwendung bei der Sanierung von Zimmern oder bei der Konstruktion
von Gebäuden über herkömmliche
Fertigbautechniken. Es ermöglicht
außerdem
eine biträchtliche Verringerung
der Mauerarbeit, die bisher für
die Installation einer elektrischen Anlage wesentlich ist, oder
sie ermöglicht
bei der Sanierung von Zimmern, bestehende Mauerarbeiten mit eingelassenen
Standardkästen
und relevanten elektrischen Produkten wiederzuverwenden, um eine
höhere
Anzahl von Befehls- und/oder Betätigungsfunktionen
auszuführen, die
durch Verlegen lediglich dreier Drähte auf verschiedene Weise
gemäß den Anforderungen
programmierbar sind.
-
Das Modul gemäß der vorliegenden Erfindung
ist durch ein Gehäuse
in Epoxidharz oder in einem wärmeaushärtendem
Material vollständig
wasserdicht hergestellt und somit auch zur Verwendung in Feuchtbereichen
oder im Freien geeignet. Außerdem
kann es, wie zuvor erwähnt
wurde, an elektrische Steue rungsvorrichtungen wie etwa Druckknöpfe und/oder
Schalter und Vorrichtungen zum Anzeigen eines ausgeführten Befehls
(Mikrolampen), die ebenfalls von einem Standardtyp sind und in eingelassenen
Standardkästen
untergebracht sind, und mit einer Infrarot- oder Schwarzlicht-Erfassungszelle zur
Fernsteuerung seiner Befehlsvorrichtungen verbunden werden.
-
Die Funktionen der elektrischen Vorrichtungen
für den
Befehl oder für
die Betätigung
können über Speicher
(EEPROM), die in einem Mikroprozessor enthalten sind, sowohl lokal
als auch durch eine Fernsteuerung, entweder für eine hohe Anzahl von Adressierungen
für Betätigungsvorrichtungen
oder zum Ändern
der Funktionen jeder ihrer einzelnen Befehls- oder Betätigungsvorrichtungen
gemäß den Anforderungen
der Verwendung programmiert und umprogrammiert werden.
-
Alle CMC-Schaltungsmodule, die einen
integralen Bestandteil eines elektrischen Systems bilden, sind mittels
dreier Drähte
parallelschaltbar, von denen zwei für ihre Niederspannungs-Stromversorgung
verwendet werden, während
der dritte für
Datenempfangs- und Datensendeoperationen verwendet wird.
-
Die Programmierung und Umprogrammierung
der Sendefunktionen jedes einzelnen Befehls (TX) oder der Empfangsfunktionen
jeder einzelnen Betätigung
(RX) können
entweder mit einer einfachen Programmiervorrichtung vom Schaltertyp,
die mit den gleichen drei Drähten
mit den CMC-Schaltungen verbunden werden kann, oder über eine
Schnittstelle mittels eines Personalcomputers durch eine Fernsteuerung
oder lokal mittels elektrischer Jumper ausgeführt werden.
-
Die CMC-Schaltungsmodule gemäß der vorliegenden
Erfindung können
entweder durch eine Technologie gedruckter Schaltungen mit Standardkomponenten
oder SMD oder mittels der Dickfilm-Technologie oder wieder durch
integrierte Schaltungen, die für
bautechnische und industrielle elektrische Systeme mit Steuerungen
bei sehr niedriger Spannung (SELV – Sicherheits-Kleinstspannung)
besonders geeignet sind, hergestellt werden.
-
Es können eine unbegrenzte Anzahl
von mit Befehlsfunktionen (TX) programmierten Modulen zueinander
parallelgeschaltet werden, wobei je nach dem für die gleiche CMC-Schaltung
verwendeten Mikroprozessor für
die Betätigungsfunktionen
(RX) von 8 Relais für
einen Gesamtbetrag von 2048 Betätigungen
und/oder Funktionen bis zu 256 CMC-Schaltungen programmiert werden
können.
US 5.686.759 ,
US 4.488.148 ,
US 5.229.649 repräsentieren den nächsten Stand
der Technik zu der vorliegenden Erfindung.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Gemäß der Erfindung wird ein rechnergestütztes, monolithisches,
wasserdichtes elektrisches Schaltungsmodul (CMC-Modul) geschaffen,
das für die
Ausführung
von Steuerungs- oder Betätigungsfunktionen
für bautechnische
oder industrielle elektrische Systeme geeignet ist, wobei das Modul
umfaßt:
-
- – ein
wasserdichtes Gehäuse
mit im wesentlicher flacher Bauform;
- – einen
Mikroprozessor, der einen programmierbaren und löschbaren Speicher mit mehreren
Eingängen und
Ausgängen
besitzt, wobei der Mikroprozessor-Speicher mit Befehlsfunktionen
oder Betätigungsfunktionen
wahlweise programmierbar ist;
- – mehrere
elektrische Anschlüsse
für den
Anschluß an
elektrische Befehls- und
Betätigungsvorrichtungen,
die längs
der Umfangskante des Gehäuses
angeordnet und mit den Eingängen
und Ausgängen
des Mikroprozessors funktional verbunden sind;
- – Mittel
für die
Bildung und Speicherung einer Kennungsseriennummer der Schaltung
(CMC) im Mikroprozessor);
- – wobei
das Modul ferner drei zusätzliche
Anschlüsse aufweist,
die mit einem dreiadrigen Kabel verbunden sind; wobei zwei der Adern
an die elektrischen Komponenten im Modul Leistung liefern und die
verbleibende Ader dazu verwendet wird, Daten durch Parallelschaltung
mit einem zweiten, ähnlichen
Modul oder mit einer Programmierungsvorrichtung zu empfangen oder
zu senden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung kann das Modul mit einem Paar elektrischer Anschlüsse zum
Anschluß an
eine Infrarot- oder Schwarzlicht-Erfassungszelle
für die
Fernsteuerung seiner elektrischen Befehlsvorrichtungen versehen sein.
-
Das Modul gemäß der Erfindung kann irgendeine
flache Konfiguration besit zen; vorzugsweise besitzt es eine rechteckige
Bauform mit Abmessungen, die gemäß der Anzahl
der Drähte
oder Anschlüsse
variieren, mit einer verhältnismäßig kleinen Größe, beispielsweise
einer Länge
von zwischen 25 und 60 mm, einer Breite von zwischen 15 und 35 mm und
einer äußerst kleinen
Dicke von zwischen 4 und 15 mm, die der CMC-Schaltung äußerst kleine
Gesamtabmessungen verleihen.
-
Somit kann das Modul gemäß der Erfindung, falls
es von dem Typ mit starrsen Anschlüssen oder Drähten ist,
in den eingebetteten Kästen
eines elektrischen Systems untergebracht werden, das mit elektrischen
Standard-Steuerungs/Betätigungs-Vorrichtungen
verbunden ist, oder, falls es von dem Typ einer integrierten Schaltung
ist, direkt auf einer Grundfläche
auf der Platine der Betätigungsvorrichtungen
angebracht werden.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
-
Diese und weitere Eigenschaften des
Moduls gemäß der Erfindung
werden deutlicher aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die
beigefügte
Zeichnung, in der:
-
1 eine
perspektivische Ansicht einer CMC-Schaltung gemäß der Erfindung ist, die durch die
Technik gedruckter Schaltungen oder durch die Dickfilm-Technik hergestellt
ist, wobei der untere punktierte Teil in Harz eingebettet ist und
starre Verbinder besitzt, die durch Drähte ersetzt werden können; die
Zeichnung zeigt schematisch einige Grundkomponenten, die vollständig in
ein Schutzharz eingebettet sind.
-
2 eine
perspektivische Ansicht eines Moduls gemäß der Erfindung ist, das durch
die Technik gedruckter Schaltungen hergestellt ist und das auf einer
Grundfläche
angebracht werden kann;
-
3 den
Stromlaufplan für
die Hauptkomponenten des Moduls aus 1 und 2 zeigt.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Es wird nun eine Beschreibung einer
ersten Ausführungsform
eines rechnergestützten,
monolithischen Schaltungsmoduls gemäß der Erfindung gegeben, auf
das im folgenden einfacher als "Modul" Bezug genommen wird.
Diese Darstellung wird lediglich als Erläuterung gegeben, ohne daß dadurch
eine Beschränkung
in bezug auf die Bauform, die Abmessungen und den Typ des Moduls
sowie auf die Merkmale der verschiedenen elektrischen Steuerungsvorrichtungen
wie etwa beispielsweise Druckknöpfe und/oder
Schalter, Anzeigevorrichtungen für
die ausgeführten
Befehle (Mikrolampen) oder elektrischen Betätigungsvorrichtungen wie etwa
beispielsweise elektromechanischen oder statischen Relais, die mit dem
Modul verbunden werden können,
gebildet wird.
-
Wie in 1 gezeigt
ist, umfaßt
das insgesamt mit 10 bezeichnete Modul im wesentlichen eine gedruckte
Schaltung vom Standardtyp oder von der Dickfilm-Technik, die mit
den nötigen
Verbindungsbahnen für
die verschiedenen elektrischen Komponenten gemäß dem Beispiel aus 3 ausgebildet ist.
-
Wie die drei Figuren zeigen, umfaßt das Modul 10 in
dem betrachteten Fall genauer einen Mikroprozessor 11,
beispielsweise einen von Motorola hergestellten Mikroprozessor 68HC8C5K3,
der mit Speichern (EEPROM) versehen ist, die elektrisch löschbar und
wiederholt programmierbar sein können,
mit zwei Betriebsarten: einer ersten Befehlsbetriebsart (TX) und
einer zweiten Betätigungsbetriebsart
(RX), die über
ein Paar Verbinder C1 ausgewählt
werden können,
um 2048 Adressierungsbetriebsarten, 6 Relaisbetriebsarten (monostabil,
gestuft, Setzen/Rücksetzen,
Zeitgeber, Schalter, Inverter) und 256 Betriebsarten zur Programmierung
einer Kennungsnummer des gleichen Moduls bereitzustellen.
-
Dieser letztere Fall betrifft lediglich
Module, die durch integrierte Schaltungen und durch die Dickfilm-Technologie
hergestellt wurden. Insbesondere sind in dem gezeigten Beispiel
der serielle Ausgang 11' und 11'' des Mikroprozessors 11 sowie
eine Stromversorgungseinheit 12 mittels einer geeigneten Schnittstelle 28 mit
drei Anschlüssen 13, 14 und 15 (alternativ
mit drei vorverdrahteten Kabeln) verbunden, um dem Modul Leistung
zuzuführen
bzw. Funk tionssignale und/oder Programmierdaten zu empfangen und
zu senden.
-
Aus den gleichen Figuren ist außerdem ersichtlich,
daß die
E/A des Mikroprozessors 11 mit zwei Mengen doppelter Anschlüsse (alternativ
mit zweiunddreißig
vorverdrahteten Kabeln) verbunden ist, die insgesamt mit A1 bis A8 und B1 und B8 bezeichnet
und entlang der Kanten der gedruckten Schaltung angeordnet sind.
Jedes Paar der Anschlüsse
A kann mit entsprechenden Steuerungsvorrichtungen (Druckknöpfe/Schalter) 16 verbunden werden,
während
jedes Paar der Anschlüsse
B mit entsprechenden Anzeigevorrichtungen verbunden werden kann,
um Informationen über
einen ausgeführten
Befehl zu liefern (Mikrolampe), wenn die CMC mit Befehlsfunktionen
(TX) eingestellt ist, während
lediglich die Paare der Anschlüsse
B zur Betätigung
der entsprechenden elektromechanischen oder statischen Relais 17 freigegeben
sind, wenn sie mit einer Betätigungsfunktion
(RX) eingestellt ist. Die Freigabe der Betätigung (RX) oder (TX) wird
mittels des Paars der Anschlüsse
C1 ausgeführt.
-
Genauer sind in dem Beispiel aus 3 die E/A des Mikroprozessors 11,
die mit einer Befehlsbetriebsart (TX) programmiert sind, über einen
Multiplexer 19 mit der Gruppe der Anschlüsse A1–A8 verbunden,
die ihrerseits über
(nicht gezeigte) geeignete Verbinder mit 8 elektrischen Steuerungsvorrichtungen 16 verbunden
sind, die außerhalb
des Moduls sind oder einen Teil eines elektrischen Systems bilden
und beispielsweise in einem eingelassenen Standardkasten untergebracht
sind.
-
Die gleichen Einlässe/Auslässe (E/A) des Mikroprozessors 11,
die wieder für
den Betrieb in der TX-Betriebsart (Befehl) programmiert oder eingestellt sind,
sind über
einen Multiplexer 21 und eine Schnittstelle 22 mit
der Gruppe der Anschlüsse B1–B8 verbunden,
die ihrerseits über
(nicht gezeigte) geeignete Verbinder mit 8 elektrischen Vorrichtungen
zur Anzeige des ausgeführten
Befehls verbunden sind, die außerhalb
des Moduls 10 und beispielsweise in den gleichen Betätigungsvorrichtungen
(Druckknöpfen/Schaltern)
untergebracht oder auf andere Weise positioniert sind.
-
Die gleichen E/A des Mikroprozessors 11, die
statt dessen für
den Betrieb in der RX-Betriebsart (Betätigung) programmiert oder eingestellt
sind, die wie der über
den Multiplexer 21 und die Schnittstelle 22 mit
der Gruppe der Anschlüsse B1-B8 verbunden ist,
kann ihrerseits über
(nicht gezeigte) Verbinder mit 8 externen Relais 17 verbunden
sein, die vom elektromechanischen oder statischen Typ und in einem bautechnischen
oder industriellen elektrischen System verschieden angeordnet und/oder
verbunden sind.
-
Schließlich ist in dem Beispiel aus 3 ersichtlich, daß die E/A
des Mikroprozessors 11 über einen
Multiplexer 23 mit acht unterbrechbare Bahnen 24 verbunden
sind, um dem Modul 10 eine Seriennummer zur Kennung zuzuweisen,
die in einem Speicherbereich des Mikroprozessors gespeichert wird.
-
Die Kennungsnummer wird im Fall eines durch
die gedruckte Technik oder Dickfilm-Technik hergestellten Moduls
dadurch programmiert, daß eine
oder mehrere der acht Bahnen 24 durchgeschnitten werden,
die in dem Quadrat 25 in dem hinteren Teil eines flachen
Gehäuses
des Moduls 10 enthalten sind.
-
Da die rechnergestützte Schaltung
gemäß der Erfindung
durch irgendeine Technologie, beispielsweise durch die Technologie
gedruckter Schaltungen oder durch die Dickfilm-Technologie gemäß dem erläuterten
Beispiel oder durch die Technologie integrierter Schaltungen, hergestellt
werden kann, sind die Ausgänge
des Multiplexers 23 in dem letzteren Fall an den acht Verbindern
des Moduls, das durch die Technologie integrierter Schaltungen hergestellt
wird und beispielhaft in 2 dargestellt
ist, vorgesehen.
-
In einer alternativen Form können die
einzelnen Anschlüsse
die Form elektrischer Drähte
haben, die direkt oder indirekt mit den elektrischen Steuerungen,
den Relais und/oder mit der Anzeigevorrichtung verbunden werden
können.
-
Das auf diese Weise hergestellte
Modul mit programmierbaren Funktionen besitzt äußerst kleine Abmessungen und
ermöglicht
somit die Unterbringung in eingelassenen Standardkästen für Elektroinstallationen
oder dergleichen, wobei sie weiter verringert werden können, falls
es durch die Dickfilm- oder integrierte Technologie hergestellt
wird. Lediglich als ein nicht beschränkendes Beispiel kann eine
Schaltung von dem beschriebenen Typ gemäß der Anzahl der Anschlüsse jeder
Gruppe die Abmessungen von etwa 25 × 60 × 4 mm oder kleinere oder größere besitzen.
Die gleichen Anschlüsse können in
bezug auf das Gezeigte anders ausgebildet und/oder angeordnet sein.
-
Wieder anhand des Beispiels aus 3 kann der Mikroprozessor 11 mit
einem Paar von Anschlüssen
C2 für
eine Infrarot- oder Schwarzlicht-Erfassungszelle 27 verbunden
sein, die für
den Empfang von Fernbefehlen zum Ausführen der Funktionen der verschiedenen
elektrischen Befehlsvorrichtungen geeignet ist.
-
Schließlich bezeichnet 27 in 3 eine Vorrichtung zur lokalen
Programmierung des Mikroprozessors 11 vom Jumper-Typ 28,
die über
eine Multiplexervorrichtung 26 beispielsweise von dem Typ
mit acht Bahnen oder von einem anderen geeigneten Typ mit der E/A
des Mikroprozessors verbunden ist.
-
Auf jeden Fall soll das Gesagte und
anhand der beigefügten
Zeichnung Gezeigte lediglich als ein nicht beschränkendes
Beispiel des CMC-Moduls mit programmierbaren Funktionen gemäß der Erfindung dienen,
wobei weitere Änderungen
oder Varianten vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken
der angefügten
Ansprüche
abzuweichen.