NL1033451C2 - Schakeling met aanstuurbare indicator en registreerbare schakelaar. - Google Patents

Description

SCHAKELING MET AANSTUURBARE INDICATOR EN REGISTREERBARE

SCHAKELAAR

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een schake-5 ling voor het aansturen van een indicator, typisch een LED, en voor het registreren van de stand van een schakelaar. Verder betreft de uitvinding een systeem voor het aansturen van zes indicatoren en het registreren van de stand van zes schakelaars. Tenslotte betreft de uitvinding het gebruik van 10 een dergelijke schakeling of een dergelijk systeem voor bepaalde toepassingen.

Figuur 1 illustreert een ziekenhuistoepassing volgens de stand van de techniek waarin telkens twee knoppen (rood en groen met elk een ingebouwde LED) voorzien zijn voor één bed. 15 Dergelijke units worden typisch per drie bedden van bekabeling voorzien. Per drie bedden zijn er dus zes schakelaars en zes LED's die gelijktijdig controleerbaar moeten zijn.

Een dergelijke knop (schakelaar) met ingebouwde LED wordt volgens de stand van de techniek aangestuurd met één van de 20 schakelingen die getoond zijn in figuren 2A-2C. Enerzijds kan de LED aan/uit gezet worden door een bepaalde spanning Vc aan te leggen op de controlepin. Anderzijds veroorzaakt het indrukken van de schakelaar het aanleggen van een bepaalde spanning op de controlepin. Het gedrag van de LED wordt dus 25 beïnvloedt door het indrukken van de knop (schakelaar) . In de variant van figuren 2B en 2C zal de LED wanneer deze brandt, uitgaan wanneer de schakelaar S wordt ingedrukt. In de variant van figuur 2A zal wanneer de LED niet brandt, deze gaan branden wanneer de schakelaar S wordt ingedrukt. In de in 30 figuren 2A-2C getoonde varianten wordt de werking van de LED dus verstoord door het sluiten van de schakelaar.

Voor bepaalde toepassingen is het echter wenselijk dat de LED onafhankelijk van de stand van de schakelaar aangestuurd 1033451 2 kan worden, waarbij de spanning Vc op de controlepin toelaat om de stand van de schakelaar af te leiden. De schakelingen van figuren 2A-2C zijn in het bijzonder niet aanvaardbaar in situaties waar een knop bijvoorbeeld voor een bepaalde tijds-5 duur ingedrukt moet worden om een bepaald effect te veroorzaken .

De onderhavige uitvinding heeft als doel een schakeling voor te stellen waarmee een indicator onafhankelijk van de stand van een schakelaar aangestuurd kan worden, en waarbij 10 een beperkt aantal aansluitpinnen wordt gebruikt, waaronder een regelpin, via welke regelpin de stand van de schakelaar kan worden geregistreerd.

Daartoe betreft de uitvinding een schakeling voor het aansturen van een indicator, typisch een LED, en het 15 registreren van de stand van een schakelaar, omvattende: - een eerste en tweede referentielijn voor het aanleggen van een voedingsspanning daartussen; - een eerste tak tussen de referentielijnen; - een schakelaar in deze eerste tak; 20 - een indicator; - een regelpin; met het kenmerk, dat - de eerste tak een brug van Wheatstone in serie met de schakelaar omvat, welke brug bestaat uit twee parallelle brugtak- 25 ken met respectievelijke middelpunten, waarbij een eerste van deze middelpunten verbonden is met de regelpin; - een detectiemiddel voor het detecteren van het uit balans zijn van de Wheatstone brug, d.w.z. voor het detecteren van een spanning die groter is dan een bepaalde drempelwaarde 30 tussen de middelpunten van de brugtakken; - een door het detectiemiddel gestuurd stuurmiddel voor het aan/uit zetten van de indicator.

3

Merk op dat het aan/uit zetten van de indicator enkel bepaald wordt door het in of uit balans zijn van de Wheatstone brug, en dus onafhankelijk is van de stand van de schakelaar SI. Het aan/uit zetten van de indicator kan een-5 voudig gebeuren met behulp van een controleschakeling waarvan de uitgang verbonden is met de regelpin, één en ander zodanig dat de brug van Wheatstone uit evenwicht gebracht kan worden.

Voordelige uitvoeringsvormen van de schakeling volgens de uitvinding worden beschreven in conclusies 2-14.

10 Het detectiemiddel kan bijvoorbeeld een detectietransis- tor omvatten die zodanig geschakeld is dat het uit balans zijn van de Wheatstone brug het geleiden van deze transistor veroorzaakt. Deze toestand wordt dan gebruikt door het stuur-middel om de indicator aan te zetten. Een dergelijk detectie-15 middel heeft het voordeel zeer goedkoop te zijn. Volgens andere voorbeelden kan een optocoupler of een OPAMP gebruikt worden als detectiemiddel.

De regelpin 9 wordt bij voorkeur verbonden met een controleschakeling die een stuurbaar schakelelement omvat tussen 20 de regelpin 9 en een referentielijn. Het aan/uit zetten van dit stuurbaar schakelelement bepaalt dan het aan/uit zetten van de indicator. Deze controleschakeling kan typisch ook een spanningsdetectieschakeling omvatten voor het bepalen van de spanning op de regelpin. Hieruit kan dan de stand van de 25 schakelaar afgeleid worden.

De uitvinding betreft eveneens een systeem dat zes schakelingen volgens de uitvinding omvat, zoals gedefinieerd in conclusie 15. Een dergelijk systeem kan volledig aangesloten worden met behulp van slechts één UTP kabel waarvan de acht 30 draden verbonden zijn met respectievelijk de gemeenschappelijke eerste referentielijn, de gemeenschappelijke tweede referentielijn en de zes regelpinnen.

4

Tenslotte betreft de uitvinding het gebruik van een schakeling zoals hierboven beschreven voor: automotive toepassingen, ziekenhuistoepassingen, alarmsystemen.

De uitvinding zal verder toegelicht worden aan de hand 5 van een aantal uitvoeringsvoorbeelden die hieronder in detail worden beschreven aan de hand van de figuren in bijlage waarin:

Figuur 1 illustreert een ziekenhuistoepassing volgens de stand van de techniek; 10 Figuren 2A-2C tonen drie schakelingen volgens de stand van de techniek, met een LED en een schakelaar;

Figuur 3 is een schematische voorstelling van een uitvoeringsvorm van de schakeling volgens de uitvinding;

Figuur 4 is een schema van een eerste uitvoeringsvorm van 15 de schakeling van de uitvinding;

Figuren 5A-5D illustreren de werking van de schakeling van figuur 4 voor de verschillende standen van de schakelaars SI, S2.

Figuur 6 is een systeem voor het aansturen van zes indi-20 catoren en het registreren van de stand van zes schakelaars volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Figuur 7 is een schema van een tweede uitvoeringsvorm van de schakeling van de uitvinding;

Figuur 8 is een schema van een derde uitvoeringsvorm van 25 de schakeling van de uitvinding.

In de figuren zijn dezelfde of analoge onderdelen aangeduid met dezelfde verwijzingscijfers.

Figuur 3 toont schematisch een uitvoeringsvorm van de uitvinding. De schakeling heeft drie aansluitpinnen. Een 30 eerste aansluitpin is verbonden met een eerste referentielijn 2a, typisch de voedingsspanning, en een tweede aansluitpin is verbonden met een tweede referentielijn 2b, typisch de aarde. De derde aansluitpin 9 is een regelpin. In een eerste tak 3 5 zijn in serie met elkaar een schakelaar SI en een brug van Wheatstone 4 opgenomen. De brug van Wheatstone 4 bestaat uit twee parallelle brugtakken 5a, 5b met respectievelijke middelpunten 6a, 6b. Middelpunt 6a is verbonden met regelpin 9.

5 Tussen de middelpunten 6a, 6b is een detectiemiddel 7 voorzien voor het detecteren van het uit balans zijn van de Wheatstone brug. Bij detectie van het uit balans zijn van de brug, wordt via een stuurmiddel 8 een indicator, typisch een LED, aangezet.

10 Nu zal. kort de werking van de schakeling van figuur 3 worden beschreven. De regelpin 9 is met tussenkomst van een weerstand R5 verbonden met een schakelaar S2 die verbonden is met referentielijn 2b. Om de indicator aan te zetten, wordt schakelaar S2 gesloten waardoor de brug uit balans is. Dit 15 wordt gedetecteerd door detectiemiddel 7 en zo wordt de indicator aangezet. Verder heeft het open of dicht zijn van de schakelaar SI gevolgen voor de spanning op regelpin 9, en meer in het bijzonder zorgt het sluiten van de schakelaar SI voor een daling van de spanning op regelpin 9. Uit de waarde 20 van de spanning op regelpin 9 zal dus afgeleid kunnen worden of schakelaar SI open of dicht is. Merk op dat het sluiten/ openen van schakelaar SI geen invloed heeft op het in of uit balans zijn van de brug van Wheatstone en dus de werking van de LED onge-moeid laat.

25 Nu zal een verder uitgewerkte uitvoeringsvorm beschreven worden aan de hand van figuur 4 en figuren 5A-5D. In deze uitvoeringsvorm is de indicator een LED. Het detectiemiddel 7 bestaat uit een bipolaire PNP transistor waarvan de emittor verbonden is met het eerste middelpunt 6b van de brug van 30 Wheatstone, de collector via een weerstand R8 verbonden is met de tweede referentielijn 2b, en de basis via een weerstand R6 verbonden is met regelpin 9. Het stuurmiddel 8 voor het aan/uit zetten van de LED 1 omvat een bipolaire NPN tran- 6 sistor Tl en twee weerstanden R9; R10 in serie met de LED 1. De basis van de bipolaire NPN transistor Tl is verbonden met de collector van de bipolaire PNP transistor T2. De emittor van transistor Tl is verbonden met de aarde, en de collector 5 van Tl is via weerstanden R9, R10 verbonden met de LED 1.

De controleschakeling 10 omvat een schakelaar S2, hier in de vorm van een bipolaire transistor T3 waarvan de collector via een weerstand R5 verbonden is met regelpin 9.

Wanneer de brug van Wheatstone uit balans wordt getrokken 10 door het sluiten van de schakelaar S2 neemt de basis-emittor spanning van transistor T2 toe tot boven een drempelwaarde, waardoor transistor T2 gaat geleiden. Hierdoor wordt een spanning opgebouwd over weerstand R8, en gaat transistor Tl geleiden. Bij het uit balans trekken van de Wheatstone brug 15 gaat LED 1 dus branden.

Verder is regelpin 9 verbonden met een spanningsdetectie-schakeling 11 voor het bepalen van de spanning op de regelpin. Hieruit kan dan afgeleid worden wat de toestand is van schakelaars SI en S2, zoals nu zal worden uiteengezet met 20 verwijzing naar figuren 5A-5D:

Figuur 5A: SI open. S2 open

Er loopt geen stroom door de Wheatstone brug en de spanning op regelpin 9 is: 25 UI = Ud

Figuur 5B: SI dicht. S2 open

De Wheatstone brug geleidt en is in evenwicht: UI - U2 = UE1 = 0 wanneer R1 x R4 = R2 x R3 30 UI = (R2 / (R1 + R2)) X Ud 7

Figuur 5C: SI open. S2 dicht

De Wheatstone brug is uit balans en de spanning op de controlepin 9 wordt gegeven door: UI = Ud x R5 / ( ( ( ( (R2 + R4) // RE1) + R3) // Rl) + R5) 5 waarbij RE1 = R6

Figuur 5D: SI dicht. S2 dicht

De Wheatstone brug is uit balans. Het Thevemin equivalent is: 10 (Rl // R2 // R5) Rei (R3 // R4) o o 15 Ud(R2//R5)/((R2//R5) + Rl) Ud (R4 / (R3 + R4))

Hieruit volgt een waarde voor UI die verschilt van de andere gevallen, zodat uit de waarde van UI éénduidig de stand van SI en S2 kan worden afgeleid.

20 In de schakeling van figuur 4 kunnen de weerstanden bij voorbeeld de volgende waarden hebben:

Rl = R2 = R3 - R4 = 4,7 kQ R5 = 12 kü R6 = 10 kQ 25 R7 = 68 kQ

R9 = R10 = 820 Ω Ril = 100 kQ R12 = 47 kQ R13 = R14 = 33 kQ 30 R15 = 1 ΜΩ

R16 = R17 = 47 kQ

Voor deze weerstandswaarden en voor een voedingsspanning Ud = 24 V, kunnen de volgende spanningen voorkomen op regelpin 9: 8

SI open, S2 open: U1 = 24 V SI dicht, S2 open: U1 = 12 V SI open, S2 dicht: U1 « 18 V SI dicht, S2 dicht: U1 » 10 V

5 Figuur 6 illustreert het gebruik van de schakeling van figuur 4 in een systeem, bijvoorbeeld voor een ziekenhuistoepassing. Dit systeem omvat zes schakelingen zoals getoond in figuur 4, waarbij de eerste referentielijnen 2a gemeenschappelijk zijn voor de zes schakelingen en verbonden zijn met de 10 voedingsspanning V, en de tweede referentielijnen 2b tevens gemeenschappelijk zijn voor de zes schakelingen en verbonden zijn met de aarde. De zes regelpinnen van elk van de zes schakelingen worden via draden 91-96 verbonden met een con-troleschakeling voor het aansturen van de verschillende LED's 15 101-106. Het aantal vereiste draden voor dit systeem is dus acht draden, zodanig dat één UTP kabel gebruikt kan worden voor de aansluiting van het systeem.

Nu zal nog een tweede en derde uitvoeringsvorm van de schakeling volgens de uitvinding besproken worden aan de hand 20 van figuren 7 en 8.

In de uitvoering van figuur 7 wordt een optocoupler OC gebruikt als detectieschakeling om het uit balans zijn van de brug van Wheatstone te detecteren. Wanneer de spanning tussen de middelpunten 6a en 6b groter wordt dan een bepaalde kriti-25 sche drempelwaarde, gaat de LED van de optocoupler geleiden, waardoor een elektrisch signaal gegenereerd wordt aan de uitgang van de optocoupler. De vakman zal begrijpen dat deze uitgang op geschikte wijze verbonden kan zijn met de aan te sturen indicator. Het voordeel van het gebruik van een detec-30 tieschakeling met optocoupler is dat een galvanische scheiding met de indicator gerealiseerd wordt.

In de variant van figuur 8 omvat de detectieschakeling een OPAMP schakeling. De negatieve ingang U~ van de OPAMP is 9

via een weerstand R20 verbonden met middelpunt 6b van de Wheatstone brug 4. De positieve ingang van de OPAMP is via weerstand R22 verbonden met middelpunt 6a van de brug van Wheatstone. De positieve ingang U* is verder verbonden met de 5 tweede referentielijn 2b via weerstand R23. Tenslotte is de uitgang van de OPAMP via een weerstand R21 verbonden met de negatieve ingang van de OPAMP. Volgens een mogelijke uitvoering kunnen de waarden van de weerstanden bijvoorbeeld zijn: R20 = R22 = 10 kQ 10 R21 = R23 = 100 kQ

Voor dit voorbeeld zal de spanning aan de uitgang van de OPAMP gelijk zijn aan:

Vout = 100 kQ / 10 kQ x (U+ - U )

De vakman zal begrijpen dat de uitvinding niet beperkt is 15 tot de hierboven geïllustreerde uitvoeringsvoorbeelden en dat vele varianten en modificaties mogelijk zijn zonder het kader van de uitvinding te verlaten. De beschermingsomvang van de uitvinding wordt enkel bepaald door de hierna volgende conclusies .

1033451

Claims (17)

1. Schakeling voor het aansturen van een indicator (1), typisch een LED, welke het registreren van de stand van een 5 schakelaar (SI) toelaat, omvattende: - een eerste en tweede referentielijn (2a, 2b) voor het aanleggen van een voedingsspanning (Ud) daartussen; - een eerste tak (3) tussen de referentielijnen; - een schakelaar (SI) in deze eerste tak; 10. een indicator; - een regelpin (9) voor verbinding met een controleschake-ling met een stuurbaar schakelelement ; met het kenmerk, dat - de eerste tak (3) een brug van Wheatstone (4) in serie met 15 de schakelaar (SI) omvat, welke brug bestaat uit twee parallelle brugtakken (5a, 5b) met respectievelijke middelpunten (6a, 6b), waarbij een eerste van deze middelpunten verbonden is met de regelpin; - een detectiemiddel (7) voor het detecteren van het uit ba-20 lans zijn van de Wheatstone brug; - een door het detectiemiddel gestuurd stuurmiddel (8) voor het aan/uit zetten van de indicator.

2. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de indicator een LED is.

3. Schakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het door het detectiemiddel gestuurd stuurmiddel (8) een schakelelement is dat in serie met de LED opgenomen is tussen de eerste en tweede referentielijn (2a, 2b) .

4. Schakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat 30 het schakelelement (8) een transistor (Tl) is met een stuur-ingang, zoals de gate voor een MOS transistor of de basis voor een bipolaire transistor, welke stuuringang zodanig verbonden is met de detectiemiddelen (7), dat deze transis- 1033451 1 1 tor (Tl) geleidt bij het detecteren van het uit balans zijn van de Wheatstone brug.

5. Schakeling volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het detectiemiddel (7) een detectie- 5 transistor (T2) omvatten, welke detectietransistor zodanig geschakeld is het uit balans zijn van de Wheatstone brug het geleiden daarvan veroorzaakt.

6. Schakeling volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de detectietransistor (T2) een bipolaire PNP transistor is 10 waarvan de emittor verbonden is met het eerste middelpunt (6b), de collector via een weerstand (R8) verbonden is met de tweede, laagste referentielijn (2b), en de basis via een weerstand (R6) verbonden is met de controlepin (9).

7. Schakeling volgens conclusies 4 en 6, met het ken- 15 merk, dat het schakelelement (8) een bipolaire NPN transistor (Tl) is waarvan de basis verbonden is met de collector van de detectietransistor, de emittor verbonden is met de tweede referentielijn (2b) en de collector via een weerstand (R9, R10) verbonden is met de indicator (1).

8. Schakeling volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het detectiemiddel (7) een opamp omvat.

9. Schakeling volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het detectiemiddel (7) een optocoupler omvat.

10. Schakeling volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de regelpin (9) verbonden is met een controleschakeling (10) voor het aansturen van de indicator (1) -

11. Schakeling volgens conclusie 10, met het kenmerk, 30 dat de controleschakeling een stuurbaar schakelelement (S2) tussen de regelpin (9) en een referentielijn omvat.

12. Schakeling volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het schakelelement een transistor (T3) met een stuurin- gang is, welke transistor (T3) in serie met een weerstand (R5) geschakeld is tussen de regelpin, en een referentielijn.

13. Schakeling volgens één der voorgaande conclusies, 5 met het kenmerk, dat de regelpin (9) verbonden is met een spanningsdetectieschakeling (11) voor het detecteren van de spanning op de regelpin.

14. Schakeling volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat middelen voorzien zijn om met behulp van de gedetecteer- 10 de spanning te bepalen of de schakelaar open/dicht is, en of de indicator geleidt.

15. Systeem voor het aansturen van zes indicatoren (1), typisch gevormd door LED's, en het registreren van de stand van zes schakelaars, omvattende zes schakelingen volgens één 15 der voorgaande conclusies, waarbij - de eerste referentielijnen (2a) gemeenschappelijk zijn voor de zes schakelingen en verbindbaar zijn met een eerste draad (20a); - de tweede referentielijnen (2b) gemeenschappelijk zijn 20 voor de zes schakelingen en verbindbaar zijn met een tweede draad (20b); - de regelpin van elk van de zes schakelingen verbindbaar is met telkens een draad (91-96).

16. Systeem volgens conclusie 15, omvattende één UTP 25 kabel waarvan de acht draden (20b, 20a, 91-96) verbonden zijn met respectievelijk de gemeenschappelijke eerste referentielijn (2a), de gemeenschappelijke tweede referentielijn (2b), en de zes regelpinnen (9).

17. Gebruik van een schakeling volgens één der voor-30 gaande conclusies 1-12 om tegelijkertijd een indicator, typisch een LED aan te sturen en de stand van de schakelaar (open/dicht) te registreren voor een van de volgende toepas- 15 singen: automotive toepassingen, ziekenhuistoepassingen, alarmsystemen. 1033451