DE9418446U1

DE9418446U1 - Optoelectronic pointer position detection

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Publication number: DE9418446U1
Application number: DE9418446U
Authority: DE
Original assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Current assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Priority date: 1994-11-18
Filing date: 1994-11-18
Publication date: 1995-02-16
Anticipated expiration: 2004-11-19

Description

Beschreibung
Optoelektronische Zeiqerstandserkennunq Description
Optoelectronic time detection

Eines der Probleme heutiger Funkuhren ist, daß zur Erkennung der Zeigerpositionen bei Anlegen einer Spannung unter ungünstigen Umständen mehr Zeit benötig wird als zum Einlesen des Zeitzeichenprotokolls. Da heute sich auf dem Markt befindliche Funkuhren bisher nur mit 2 Schrittmotoren ausgerüstet sind, müssen immer 2 Zeiger, entweder Sekunden- und Minutenzeiger oder Minuten- und Stundenzeiger, die über ein Getriebe miteinander verbunden sind, von einem Motor angetrieben werden, was zu unnötigen Wartezeiten auf die Anzeige der aktuellen Zeit führt. Zwar werden während der Zeigerdetektion bereits Empfangsversuche durchgeführt, was bei guten Empfangsbedingungen auch sinnvoll ist und zum Erfolg führt, da jedoch die Schrittmotoren, die mit einer Frequenz von 20 Hz angetrieben werden, durch ihren relativ zur restlichen Elektronik hohen Stromverbrauch und ihre elektromagnetischen Einflüsse auf die Antenne und damit auf den Empfang die Bedingungen verschlechtern, müssen unter Umständen Wartezeiten durch die Zeigerdetektion hingenommen werden, die bei Antrieb des Sekunden- und Minutenzeigers von einem Motor bis zu maximal drei Minuten dauern können, da diese Uhren nur in der Lage sind, die 12 Uhr Positionen alier drei Zeiger zu erkennen. Funkuhren, bei denen der Minuten- und Stundenzeiger von einem Motor angesteuert wird, sind in der Lage durch entsprechende Stege auf den Zahnrädern die 4, 8 und 12 Uhr Position des Stundenzeigers zu erkennen. Allerdings haben diese Uhren den entscheidenden Nachteil, daß sie einen hohen Aufwand an Software benötigen, was entweder weniger Platz für die restliche Software läßt und die Performance des Controllers wesentlich schwächt, oder den Controller durch den Mehrbedarf an ROM entsprechend verteuert.One of the problems with today's radio-controlled clocks is that, under unfavorable circumstances, it takes more time to detect the pointer positions when voltage is applied than it does to read the time signal protocol. Since radio-controlled clocks currently on the market are only equipped with 2 stepper motors, 2 hands, either second and minute hands or minute and hour hands, which are connected to one another via a gear, always have to be driven by one motor, which leads to unnecessary waiting times for the current time to be displayed. Reception attempts are carried out during the hand detection, which is sensible and successful when reception conditions are good, but since the stepper motors, which are driven at a frequency of 20 Hz, worsen the conditions due to their high power consumption relative to the rest of the electronics and their electromagnetic influence on the antenna and thus on reception, waiting times for the hand detection may have to be accepted, which can last up to a maximum of three minutes if the second and minute hands are driven by a motor, as these clocks are only able to detect the 12 o'clock positions of all three hands. Radio clocks in which the minute and hour hands are driven by a motor are able to detect the 4, 8 and 12 o'clock positions of the hour hand using corresponding bars on the gears. However, these clocks have the crucial disadvantage that they require a lot of software, which either leaves less space for the remaining software and significantly weakens the performance of the controller, or makes the controller more expensive due to the additional ROM required.

Der Softwareaufwand für diese Zeigerdetektion ist minimal, wodurch Kosten im Controllerbereich reduziert werden. Der Stromverbrauch wird sowohl durch die kurze Zeit der Ansteuerung der Motoren als auch der Sendediode verringert. Außerdem wird durch die beispielsweise seitliche Anbringung des Senders und Empfängers die Bauhöhe gegenüber bisherigen Werken, bei denen das Licht von oben nach untenThe software effort for this pointer detection is minimal, which reduces costs in the controller area. The power consumption is reduced both by the short time it takes to control the motors and the transmitter diode. In addition, the installation height is reduced compared to previous systems, where the light is emitted from top to bottom, by attaching the transmitter and receiver to the side.

oder umgekehrt durch die Zahnräder geführt wird, reduziert. Die Zeiten, in denen die Detektion abgeschlossen ist, bewegen sich in einem Bereich von minimal 10 Sekunden bis maximal 22 Sekunden. Das heißt, daß bei schlechten Empfangsbedingungen durch Störbeeinflussung der Motoren in über 73% aller Fälle der nach Anlegen der Spannung folgende Minutenbeginn erkannt wird.or vice versa through the gears. The times in which the detection is completed range from a minimum of 10 seconds to a maximum of 22 seconds. This means that in poor reception conditions due to interference from the motors, the start of the minute following the application of the voltage is detected in over 73% of all cases.

Mit der vorgestellten Zeigerdetektion ist es nun möglich, das Getriebe sowohl mit zwei Motoren als auch nur mit einem Motor zu realisieren. Bei der 2-Motoren-Lösung ist die Zeigerdetektion im Mittel nach 16 Sekunden abgeschlossen. Dabei schaltet der eine Motor den Sekundenzeiger weiter und der andere den Minuten- und Stundenzeiger. Das dritte benötige Rad zur Detektion ist in diesem Fall das Übertragungsrad. Dies reduziert nicht nur den während der Detektion verbrauchten Strom durch die Motoren, sondern vor allem den der Lichtschranke. Bei der Detektion herkömmlicher Funkuhren muß die Lichtschranke nach jedem Schritt eingeschaltet werden, da entweder die 12-Uhr-Position gesucht wird, oder die Stegbreite für 4, 8 oder 12 Uhr vermessen wird. Wenn dagegen erst einmal der Lichtweg frei ist, muß nur - je nach Ausführung des Getriebes für die Schrittweite des Minutenrades - dann die Lichtschranke aktiviert werden, wenn sich das Minutenrad um einen Durchbruch weitergedreht hat.With the hand detection presented, it is now possible to implement the gear with two motors or just one motor. With the 2-motor solution, the hand detection is completed after an average of 16 seconds. One motor moves the second hand and the other moves the minute and hour hands. The third wheel required for detection in this case is the transmission wheel. This not only reduces the current consumed by the motors during detection, but above all that of the light barrier. When detecting conventional radio-controlled clocks, the light barrier must be switched on after each step, as either the 12 o'clock position is sought or the bridge width for 4, 8 or 12 o'clock is measured. However, once the light path is clear, the light barrier only needs to be activated - depending on the design of the gear for the step size of the minute wheel - when the minute wheel has turned one step further.

Bei der Lösung mit einem Motor ist das dritte benötigte Rad das Sekundenrad, welches den Lichtweg in einem Schritt des Schrittmotors freimacht oder schließt. Die Vorgehensweise ist ähnlich wie die bei Verwendung von 2 Motoren. Nach detektiertem Lichtdurchgang braucht die Lichtschranke ebenfalls nur nach der Bewegung des Minutenrades um einen Durchbruch aktiviert werden, bis das Muster für die jeweilige Stunde erkannt wurde. Dieses Verfahren bringt einen noch größeren Vorteil bezüglich des Stromverbrauchs bei analogen Funkarmbanduhren, da bisher keine sich auf dem Markt befindliche Funkuhr in der Lage ist, eine Zeigerdetektion außer in der 12-Uhr-Position zu durchzuführen. Hierbei reduziert sich die Detektionszeit im Mittel auf ein sechstel gegenüber den bisherigen Verfahren.In the solution with one motor, the third wheel required is the second wheel, which opens or closes the light path in one step of the stepper motor. The procedure is similar to that when using 2 motors. After the light has passed through, the light barrier also only needs to be activated after the minute wheel has moved one step until the pattern for the respective hour has been recognized. This method has an even greater advantage in terms of power consumption for analogue radio-controlled wristwatches, since no radio-controlled watch on the market is currently able to detect hands except in the 12 o'clock position. This reduces the detection time on average to one sixth compared to previous methods.

Beispielsweise erfolgt die Kodierung des Stundenrades mit jeweils 6 Bit in Form vonFor example, the hour wheel is encoded with 6 bits each in the form of

Löchern - gekennzeichnet durch die schwarzen Punkte - an den entsprechenden Stellen auf dem Rad (Abb. 1). Jedes Bit entspricht einer Drehung des Stundenrades von 5°. Dazu dreht sich das Minutenrad um 60° (Abb. 2), gemäß einer Übersetzung von 12:1, wobei die Durchbrüche dieses Rades genau mit denen des Stundenrades im Lichtweg zusammenfallen. Das dritte Rad, Übertragungsrad oder Sekundenrad (Abb. 3) macht in einem Schritt den Lichtweg genau in dem Moment frei, in dem sich der Durchbruch, welcher beim Sekundenrad der 12-Uhr-Position entspricht, genau über den beiden anderen befindet. Ist eine Bitfolge von 6 Bit gefunden, die einer ihr zugeordneten Stunde entspricht, so steht in diesem Moment der Minutenzeiger genau auf der 12-Uhr-Position und die entsprechende Stunde, auf der die Zeiger stehen, ist bekannt. Bei der 2-Motoren-Lösung wird nach der Detektion der Stunde die des Sekundenrades durchgeführt. Durch die Position des einen Durchbruchs auf dem Sekundenrad bei der 1-Motoren-Lösung wird dieses Rad automatisch in seiner 12-Uhr-Position detektiert ebenfalls in Übereinstimmung der Durchbrüche von Minuten- und Stundenrad. Die Lichtschranke kann als Durchlichtschranke (Abb. 4), als Lichtschranke, die an den Rädern umgelenkt wird (Abb. 5) oder als Reflexlichtschranke (Abb. 6) ausgeführt werden.Holes - marked by the black dots - at the corresponding places on the wheel (Fig. 1). Each bit corresponds to a rotation of the hour wheel of 5°. To do this, the minute wheel rotates by 60° (Fig. 2), according to a ratio of 12:1, whereby the openings of this wheel coincide exactly with those of the hour wheel in the light path. The third wheel, transmission wheel or second wheel (Fig. 3) clears the light path in one step at the exact moment when the opening, which corresponds to the 12 o'clock position on the second wheel, is exactly above the other two. If a bit sequence of 6 bits is found that corresponds to an hour assigned to it, the minute hand is exactly at the 12 o'clock position at that moment and the corresponding hour at which the hands are located is known. With the 2-motor solution, the detection of the second wheel is carried out after the hour has been detected. Due to the position of the one opening on the second wheel in the 1-motor solution, this wheel is automatically detected in its 12 o'clock position, also in line with the openings on the minute and hour wheels. The light barrier can be designed as a transmitted light barrier (Fig. 4), as a light barrier that is deflected at the wheels (Fig. 5) or as a reflex light barrier (Fig. 6).

Diese Zeigerdetektion findet vor allem in der Funkuhrentechnik ihre Anwendung, wo durch eine schnelle Detektion der Zeigerstände die Störbeeinflußung der Motoren auf den Empfang zeitlich verkürzt und der Stromverbrauch damit auch reduziert wird. Durch das Auffinden der Zeiger in 12 möglichen Positionen reduzieren sich im Mittel ebenso die Einstellzeiten der Zeiger nach erfolgreichem Empfang des Zeitzeichentelegramms auf die aktuelle Zeit sowie die Zeit für die Vorführung vor einem Kunden beim Kauf einer Funkuhr.This pointer detection is used primarily in radio clock technology, where rapid detection of the pointer positions reduces the time the motors have to interfere with reception and thus also reduces power consumption. By finding the pointers in 12 possible positions, the time it takes to set the pointers to the current time after the time signal telegram has been successfully received is also reduced, as is the time required to demonstrate the clock to a customer when purchasing a radio clock.

Claims

Claims Optoelectronic pointer position detection

1. Contactless, optical pointer position detection device for detecting the pointer position of several pointers, in particular for radio clocks for contactless, optical detection of the pointer position for exact adjustment to the time received by radio, characterized in that the hour wheel has a coding in the form of openings and bars for detecting each individual hour, the minute wheel has openings to match certain positions of the hour wheel with those of the minute wheel, and another wheel has openings for exact detection of the coding applied to the hour wheel in order to release or close the light path over all three gears in one step of the stepper motor, so that when the light path is clear all three gears are in exactly the right position for detecting the coding of the hour wheel, whereby at the 12 o'clock position of the minute wheel the detection of the coding for each hour is completed with the exact position of the hour and minute wheel on the hour.

2. According to claim 1, characterized in that the hour wheel has a coding for each hour and the placement of the openings and webs on the hour wheel is unique for each hour.

3. According to claim 1 or 2, characterized in that the allocation of the openings and bars for each hour is not repeated at any other point on the hour wheel.

4. According to claims 1 to 3, characterized in that each hourly information begins with a breakthrough.

5. according to claim 1, characterized in that the minute wheel has openings which are assigned to the openings and webs of the hour wheel.

6. according to claim 1 and 5, characterized in that each opening of the minute wheel in the light path coincides with an opening or web of the hour wheel.

7. according to claim 1, 5, 6, characterized in that the last breakthrough or bridge of an hour corresponds exactly to the 12 o'clock position of the minute wheel.

8. According to claim 1, characterized in that the further wheel has an opening in order to clear or close the light path from the hour wheel to the minute wheel in one step.

9. according to claim 1, 4, 5, 6, characterized in that the light is deflected to detect the pointer position on the gears.

10. according to claim 9, characterized in that the lateral mounting of the transmitter and receiver results in a lower construction of the device.

11. according to claim 1, characterized in that the patterns for each hour are stored in the ROM of the controller and are compared with the patterns on the hour wheel by a simple program loop.

12. according to claim 1, characterized in that the further wheel is the transmission wheel.

13. according to claim 1, characterized in that the further wheel is the second wheel.