WO2018050425A1 - Field device with an optoelectronic operating element, and method for detecting contact made with the operating element - Google Patents

Field device with an optoelectronic operating element, and method for detecting contact made with the operating element Download PDF

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WO2018050425A1
WO2018050425A1 PCT/EP2017/071533 EP2017071533W WO2018050425A1 WO 2018050425 A1 WO2018050425 A1 WO 2018050425A1 EP 2017071533 W EP2017071533 W EP 2017071533W WO 2018050425 A1 WO2018050425 A1 WO 2018050425A1
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modulated optical
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    • H03K2217/94116—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated using an optical detector increasing reliability, fail-safe

Definitions

  • the known from the prior art optoelectronic controls are usually based on the principle of "open light barrier" in which emitted by a transmit / receive pair infrared light, this light on a finger or other scattered object reflected or scattered and a receiver, For example, a photodiode is received in the event that a threshold exceeded or a
  • Switching reference level is exceeded, a touch of the control element is detected by the finger or the other scattering object, which is equivalent in a figurative sense a key press on a mechanical button or switch.
  • the invention is therefore based on the object, a field device of
  • a, preferably transparent control panel having on an outside of a housing of the field device a contact surface for actuation by a user;
  • Control panel Arranged inside the control panel and is designed to emit a signal amplitude-modulated with a fixed frequency optical signal in the direction of the control panel;
  • the transmitter unit can operate at a much lower power, which is particularly advantageous when used in 2-wire field devices.
  • the development can also provide that the evaluation unit does not change or adapt the reference value, in particular not adaptively, due to external light and / or noise.
  • the evaluation unit is further designed to detect a degree of soiling of the control panel, the at least one transmitting unit emitting an amplitude-modulated optical reference signal in the direction of the control panel at temporal intervals with a fixed reference frequency and transmitting the at least one Receiving unit, the at least partially receives the amplitude-modulated optical reference signal scattered on the control panel and wherein the evaluation unit at intervals received amplitude-modulated optical reference signals compares with each other and detects a degree of contamination of the control panel based on the comparison.
  • Control panel to detect.
  • Reference signal is sent in the direction of the control panel and the s.der
  • Receive unit 102 received optical signal 109, for example. Passed via a high-pass filter or a band-pass filter, so that after the filter, a further processed useful signal is obtained.
  • a fourth method step S304 it is detected whether the user's finger 108 or the scattering object has essentially touched the operating panel 100 or not.

Abstract

The invention relates to an automation field device comprising an optoelectronic operating element. The operating element comprises the following: an operating panel (100) which has a contact surface for actuation by a user; at least one transmission unit (101) which is arranged on an operating panel (100) inner face facing away from the outer face and which is designed to transmit an optical signal (103) that is amplitude-modulated at a fixed frequency in the direction of the operating panel (100); at least one receiving unit (102) for receiving an optical signal; an analysis unit (110) which is designed to filter out the amplitude-modulated optical signal (103) originating from the transmission unit (101) from the optical signal (109) received by the receiving unit (102) and, using the amplitude-modulated optical signal which has been filtered out, to detect whether the finger (108) of the user or another scattering object is substantially contacting the operating panel (100), in order to thus detect contact made with the operating panel (100).

Description

Feldgerät mit einem optoelektronischen Bedienelement sowie Verfahren zur Detektion einer Berührung an dem Bedienelement  Field device with an optoelectronic operating element and method for detecting a touch on the operating element
Die Erfindung bezieht sich auf ein Feldgerät der Automatisierungstechnik mit einem zur Bedienung des Feldgerätes ausgebildeten optoelektronischen Bedienelement und einem Verfahren zur Detektion einer Berührung an einer Bedienplatte eines optoelektronischen Bedienelements eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik. The invention relates to a field device of automation technology with an optoelectronic control element designed for operating the field device and a method for detecting a touch on a control plate of an optoelectronic control element of a field device of automation technology.
In der Prozess- ebenso wie in der Automatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen dienen. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, wie beispielsweise In process technology as well as in automation technology, field devices are often used which serve to detect and / or influence process variables. Measuring devices, such as
Füllstandmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH- Messgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessgrößen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung der Prozessgrößen werden Aktoren verwendet, wie Ventile oder Pumpen, über die z.B. der Durchfluss einer Flüssigkeit in einer Rohrleitung oder der Füllstand eines Mediums in einem Behälter geändert wird. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Level gauges, flowmeters, pressure and temperature measuring devices, pH meters, conductivity meters, etc., which record the respective process variables level, flow, pressure, temperature, pH or conductivity. To influence the process variables, actuators are used, such as valves or pumps, via which e.g. the flow of a liquid in a pipeline or the level of a medium in a container is changed. In principle, field devices are all devices that are used close to the process and that provide or process process-relevant information.
Ein optoelektronisches Bedienelement kann als Ersatz für mechanisch betätigte Tasten, Schalter, Hebel und andere Bedienelemente eingesetzt werden und ermöglicht den Bau von hermetisch gekapselten Geräten, die sich durch Berühren einer Bedienplatte von außen bedienen lassen. Dies ist insbesondere für die zuvor erwähnten Feldgeräte von erheblicher Bedeutung, denn auf diese Weise ist es bspw. möglich, den Anforderungen von verschiedenen Vorschriften zum Explosionsschutz zu genügen. An opto-electronic control element can be used as a replacement for mechanically operated buttons, switches, levers and other controls and allows the construction of hermetically sealed devices that can be operated by touching a control panel from the outside. This is particularly important for the field devices mentioned above of considerable importance, because in this way it is, for example, possible to meet the requirements of various provisions for explosion protection.
Die aus dem Stand der Technik bekannten optoelektronischen Bedienelemente beruhen für gewöhnlich auf dem Prinzip der„offenen Lichtschranke", bei dem durch ein Sende- /Empfangspaar Infrarot Licht ausgesendet, dieses Licht an einem Finger oder anderem Streuobjekt reflektiert bzw. gestreut und über einen Empfänger, bspw. eine Photodiode, empfangen wird. In dem Fall, dass eine Schwellwertüberschreitung bzw. ein The known from the prior art optoelectronic controls are usually based on the principle of "open light barrier" in which emitted by a transmit / receive pair infrared light, this light on a finger or other scattered object reflected or scattered and a receiver, For example, a photodiode is received in the event that a threshold exceeded or a
Schaltreferenzpegel überschritten wird, wird eine Berührung des Bedienelementes durch den Finger oder das andere Streuobjekt erkannt, was im übertragenen Sinne einem Tastendruck bei einem mechanischen Taster bzw. Schalter gleichkommt. Switching reference level is exceeded, a touch of the control element is detected by the finger or the other scattering object, which is equivalent in a figurative sense a key press on a mechanical button or switch.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten optoelektrischen Bedienelemente müssen aufgrund ihrer Bauart„offene Lichtschranke" spezielle mechanische Vorkehrungen getroffen werden, um Fremdlichteinfall, ein Überkoppeln sowie ungewünschte In the known from the prior art opto-electrical controls must due to their design "open light barrier" special mechanical precautions be taken to external light, over-coupling and unwanted
Reflexionen, bspw. aufgrund von Verschmutzungen zu minimieren. Reflections, for example, to minimize due to contamination.
Der Einfluss von Umgebungslicht wird zum einen durch adaptive Anpassung der The influence of ambient light is on the one hand by adaptive adaptation of the
Anspruchsschwelle als auch durch Einsatz optischer Filter reduziert. Zur Filterung des Umgebungslichteinflusses werden optische Filter verwendet, die jedoch die Claim threshold and reduced by using optical filters. To filter the ambient light influence optical filters are used, but the
Gesamtempfindlichkeit der Anordnung reduzieren. Ebenso werden Erkennungsschwellen eines Tastendruckes bei hohem Umgebungslichtanteil adaptiv erhöht. Eine Anhebung der Anspruchsschwelle verringert jedoch die Signaldynamik des Systems und damit die Genauigkeit. Oftmals ist es auch erforderlich die Sendeleistung der Lichtquelle zu erhöhen, was sich wiederum negativ auf den Stromverbrauch auswirkt. Reduce overall sensitivity of the arrangement. Similarly, detection thresholds of a keystroke are increased adaptively at high ambient light component. Increasing the threshold, however, reduces the signal dynamics of the system and thus the accuracy. Often it is also necessary to increase the transmission power of the light source, which in turn has a negative effect on power consumption.
Der Einfluss des Umgebungslichtes lässt sich insbesondere bei Sonnenlicht jedoch nicht durch optische Filter eliminieren, da darin entsprechend Spektralanteile enthalten sind, die dem Nutzsignal der Anordnung entsprechen. However, the influence of the ambient light can not be eliminated by optical filters, in particular in sunlight, since spectral components which correspond to the useful signal of the arrangement are contained therein.
Ein Überkoppeln kann bei einer sehr kompakten Anordnung mehrerer optischer Sende- /Empfangspaare unmittelbar nebeneinander in Abhängigkeit des Abstandes zur Overcoupling can be done in a very compact arrangement of several optical transmitting / receiving pairs immediately next to each other depending on the distance to
Bedienplatte zu Lichteinkopplungen aus benachbarten Kanälen und somit zu Control panel to Lichteinkopplungen from adjacent channels and thus to
gegenseitigen Beeinflussungen kommen. Um dies zu vermeiden werden die einzelnen Kanäle gewöhnlich zeitlich sequentiell angesteuert. mutual influences come. To avoid this, the individual channels are usually driven sequentially in time.
Verschmutzungen und Alterungen der Sende-/Empfangspaare werden durch adaptive Änderung der Schaltschwellen entgegnet, ein Verschmutzungsgrad kann in der Regel nicht ermittelt werden. Ein entsprechendes Erkennungssystem, das aufgrund mehrerer Einflüsse wie Sonneneinstrahlung, Alterung oder Verschmutzung, Parameter wie Dirt and aging of the transmit / receive pairs are countered by adaptive change of the switching thresholds, a degree of contamination can not be determined in the rule. An appropriate detection system, which due to several influences such as solar radiation, aging or pollution, parameters such as
Anspruchschwellen, Empfangsempfindlichkeiten oder Sendeleistungen ändert kann daraus nicht gleichzeitig ableiten wie stark die Sonneneinstrahlung oder die Claims thresholds, reception sensitivities or transmission powers changes can not derive from it at the same time how strong the solar radiation or the
Verschmutzung ist. Unterschiedliche Abstände des Sichtglases oder gar der Betrieb ohne Sichtglas beeinflussen diese Parameter zusätzlich. Pollution is. Different distances of the sight glass or even the operation without sight glass additionally influence these parameters.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Feldgerät der The invention is therefore based on the object, a field device of
Automatisierungstechnik mit einem zur Bedienung des Feldgerätes optimierten optoelektronischen Bedienelement sowie ein Verfahren zur verbesserten Detektion einer Berührung an der Bedienplatte des optoelektronischen Bedienelements des Feldgerätes vorzuschlagen. Automation technology with an optoelectronic control element optimized for operating the field device and a method for improved detection of a touch on the control panel of the optoelectronic control element of the field device to propose.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ein erfindungsgemäßes Feldgerät der Automatisierungstechnik mit einem zur Bedienung des Feldgerätes ausgebildeten optoelektronischen Bedienelement umfasst: The object is solved by the features of independent claims 1 and 9. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims. An inventive field device of automation technology with an opto-electronic operating element designed for operating the field device comprises:
eine, vorzugsweise transparente Bedienplatte, die an einer Außenseite eines Gehäuses des Feldgerätes eine Berührfläche zur Betätigung durch einen Benutzer aufweist;  a, preferably transparent control panel having on an outside of a housing of the field device a contact surface for actuation by a user;
zumindest eine Sendeeinheit, die an einer der Außenseite abgewandten  at least one transmitting unit facing away from the outside
Innenseite der Bedienplatte angeordnet und dazu ausgelegt ist, ein mit einer fest vorgegebenen Frequenz amplitudenmoduliertes optisches Signal in Richtung der Bedienplatte auszusenden;  Arranged inside the control panel and is designed to emit a signal amplitude-modulated with a fixed frequency optical signal in the direction of the control panel;
- zumindest eine zu der mindestens einen Sendeeinheit korrespondierende  at least one corresponding to the at least one transmitting unit
Empfangseinheit zum Empfangen eines optischen Signals, wobei die  Receiving unit for receiving an optical signal, wherein the
Empfangseinheit an der Innenseite der Bedienplatte derartig angeordnet ist, dass ein an der Bedienplatte durch einen Finger des Benutzers oder einem anderen Streuobjekt gestreutes optisches Signal zumindest teilweise zu der mindestens einen Empfangseinheit gelangt;  Receiving unit is arranged on the inside of the control panel such that a scattered on the control panel by a finger of the user or other scattering object optical signal at least partially reaches the at least one receiving unit;
eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, das von der Sendeeinheit stammende amplitudenmodulierte optische Signal aus dem von der  an evaluation unit which is set up to receive the amplitude-modulated optical signal originating from the transmission unit from that of the
Empfangseinheit empfangenen optischen Signal herauszufiltern und anhand des herausgefilterten amplitudenmodulierten optischen Signals zu erkennen, ob der Finger des Benutzers oder das andere Streuobjekt die Bedienplatte an einer ersten definierten Stelle im Wesentlichen berührt, um so eine Berührung der Bedienplatte zu detektieren.  Receiver unit to receive received optical signal and using the filtered amplitude-modulated optical signal to detect whether the user's finger or the other scattering object substantially touches the control panel at a first defined location, so as to detect a touch of the control panel.
Erfindungsgemäß wird ein Feldgerät mit einem optoelektronischen Bedienelement vorgeschlagen, bei dem eine Stärke des empfangenen Lichtes bzw. des optischenAccording to the invention, a field device with an optoelectronic operating element is proposed in which a strength of the received light or of the optical
Signals quantitativ messbar ist. Ein wesentlicher Erfindungsgedanke hierbei ist, dass eine Amplitude des ausgesendeten Lichts/optischen Signals mit einer definierten Frequenz, vorzugsweise im kHz Bereich, besonders bevorzugt mehrere 100 kHz, moduliert wird. Das nicht modulierte Fremdlicht, insb. Sonnenlicht, wird als DC-Anteil messbar, und anschließend durch einen Filter, bspw. einen Bandpass- oder Hochpassfilter, elektronisch vom reflektierten modulierten AC-Nutzsignal getrennt. Das für diese Messung ausgesendete Licht/optische Signal kann sehr klein gewählt sein, und bspw. gemittelt nur ca. 100 μ\Λ/ an elektrischer Leistung erfordern, um so dem Wunsch Rechnung zu tragen, den Energieverbrauch in einem Feldgerät, insb. einem 2-Draht-Feldgerät, möglichst gering zu halten. Es ist somit auch denkbar, dass modulierte optische Signal im Signal is quantitatively measurable. An essential idea of the invention here is that an amplitude of the emitted light / optical signal with a defined frequency, preferably in the kHz range, more preferably several 100 kHz, is modulated. The unmodulated extraneous light, in particular sunlight, is measurable as a DC component, and then separated by a filter, for example a bandpass or high-pass filter, electronically from the reflected modulated AC useful signal. The light / optical signal emitted for this measurement can be chosen to be very small and, for example, averaged only about 100 .mu.m.sup./ of electrical power, so as to take into account the desire to reduce the energy consumption in a field device, esp Wire field device to keep as low as possible. It is therefore also conceivable that modulated optical signal in
Verhältnis zu einem Offsetsignal, welches durch das Fremdlicht, insb. Sonnenlicht, durch die Empfangseinheit erzeugt wird, um einen Faktor von mehr als drei Zehnerpotenzen kleiner zu wählen, so dass das modulierte optische Signal quasi„im  Relative to an offset signal, which is generated by the external light, in particular sunlight, by the receiving unit to select a factor of more than three orders of magnitude smaller, so that the modulated optical signal quasi "im
Rauschen" untergeht. Durch diese Möglichkeit, welche bei den aus dem Stand der Technik optoelektronischen Bedienelemente nicht möglich ist, lässt sich die Sendeeinheit mit einer wesentlich geringeren Leistung betreiben, was insbesondere bei Verwendung in 2-Draht Feldgeräten von Vorteil ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Auswerteeinheit zumNoise "goes down through this possibility, which in the from the state of the Technology optoelectronic controls is not possible, the transmitter unit can operate at a much lower power, which is particularly advantageous when used in 2-wire field devices. An advantageous development of the invention provides that the evaluation unit for
Erkennen, ob der Finger des Benutzers oder das andere Streuobjekt die Bedienplatte im Wesentlichen berührt, das herausgefilterte amplitudenmodulierte optische Signal mit einem Referenzwert vergleicht. Die Weiterbildung kann darüber hinaus auch vorsehen, dass die Auswerteeinheit den Referenzwert nicht, insb. nicht adaptiv, aufgrund von Fremdlicht und/oder Rauschen verändert bzw. anpasst. Detecting whether the user's finger or the other scattering object substantially contacts the panel, comparing the filtered-out amplitude modulated optical signal with a reference value. In addition, the development can also provide that the evaluation unit does not change or adapt the reference value, in particular not adaptively, due to external light and / or noise.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Sendeinheit und die Empfangseinheit ein erstes Sende-/Empfangspaar bilden und das Bedienelement zumindest ein weiteres Sende-/Empfangspaar aufweist, wobei sich das weitere Sende- /Empfangspaar von dem ersten Sende-/Empfangspaar darin unterscheidet, dass das weitere Sende-/Empfangspaares mit einer weiteren fest vorgegebenen Frequenz ein weiteres amplitudenmodulierte optisches Signal in Richtung der Bedienplatte aussendet und die Auswerteeinheit, ferner dazu eingerichtet ist, das weitere amplitudenmodulierte optisch Signal aus dem von der Empfangseinheit des weiteren Sende-/Empfangspaar empfangenen weiteren optischen Signal herauszufiltern und anhand des herausgefilterten weiteren amplitudenmodulierten optischen Signals zu erkennen, ob der Finger des Benutzers oder das andere Streuobjekt die Bedienplatte an einer weiteren definierten Stelle im Wesentlichen berührt, um so eine Berührung der Bedienplatte zu detektieren. Wiederum eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das erste Sende-/Empfangspaar und das zumindest eine weitere Sende-/Empfangspaar nebeneinander angeordnet sind. Insbesondere sieht die Weiterbildung vor, dass die Sendeeinheit des weiteren Sende-/Empfangspaares das weitere amplitudenmodulierte optische Signal mit einer von der Frequenz unterschiedlichen weiteren fest vorgegebenen Frequenz moduliert. A further advantageous development of the invention provides that the transmitting unit and the receiving unit form a first transmitting / receiving pair and the operating element has at least one further transmitting / receiving pair, wherein the further transmitting / receiving pair of the first transmitting / receiving pair therein differentiates that the further send / receive pair with another fixed predetermined frequency emits a further amplitude-modulated optical signal in the direction of the control panel and the evaluation, further adapted to the further amplitude-modulated optical signal from that of the receiving unit of the other send / receive pair to filter out further received optical signal and to detect on the basis of the filtered out further amplitude modulated optical signal, whether the user's finger or the other scattering object substantially touches the control panel at a further defined location, so as to detect a touch of the control panel older. Yet another advantageous development of the invention provides that the first transmit / receive pair and the at least one further transmit / receive pair are arranged next to one another. In particular, the development provides that the transmitting unit of the further transmitting / receiving pair modulates the further amplitude-modulated optical signal with a further fixed frequency which is different from the frequency.
Wiederum eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Auswerteeinheit ferner dazu ausgelegt ist, einen Verschmutzungsgrad der Bedienplatte zu erkennen, wobei die zumindest eine Sendeeinheit hierfür in zeitlichen Abständen ein mit einer fest vorgegebenen Referenzfrequenz amplitudenmoduliertes optisches Referenzsignal in Richtung der Bedienplatte aussendet und die zumindest eine Empfangseinheit, das an der Bedienplatte gestreute amplitudenmodulierte optische Referenzsignal zumindest teilweise empfängt und wobei die Auswerteeinheit die in zeitlichen Abständen empfangenen amplitudenmodulierten optischen Referenzsignale miteinander vergleicht und anhand des Vergleiches einen Verschmutzungsgrad der Bedienplatte erkennt. Yet another advantageous development provides that the evaluation unit is further designed to detect a degree of soiling of the control panel, the at least one transmitting unit emitting an amplitude-modulated optical reference signal in the direction of the control panel at temporal intervals with a fixed reference frequency and transmitting the at least one Receiving unit, the at least partially receives the amplitude-modulated optical reference signal scattered on the control panel and wherein the evaluation unit at intervals received amplitude-modulated optical reference signals compares with each other and detects a degree of contamination of the control panel based on the comparison.
Wiederum eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Feldgerät ein Zweidraht-Feldgerät ist. Das Zweidraht-Feldgerät wird hierbei über eine Zweidraht- Leitung stetig mit der notwendigen Energie, die den Standards und Vorschriften des Explosionsschutzes entspricht, versorgt. Basierend auf der Zweidraht-Leitung findet ebenfalls eine Kommunikation zwischen den angeschlossenen Teilnehmern statt. Hierzu exisitieren verschiedenen Standards, von denen beispielhaft neben dem HART-Protokoll, dem Profibus Protokoll auch das Foundation Fieldbus Protokoll zu nennen ist. Yet another advantageous development provides that the field device is a two-wire field device. The two-wire field device is continuously supplied with the necessary energy, which complies with the standards and regulations of explosion protection, via a two-wire cable. Based on the two-wire line, there is also communication between the connected subscribers. There are various standards for this purpose, of which, in addition to the HART protocol, the Profibus protocol and the Foundation Fieldbus protocol are examples.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion einer Berührung an einer Bedienplatte eines optoelektronischen Bedienelements eines Feldgerätes der The inventive method for detecting a touch on a control panel of an optoelectronic control element of a field device of
Automatisierungstechnik, weist die folgenden Schritte auf: Automation technology, includes the following steps:
- Aussenden eines amplitudenmodulierten optischen Signals durch eine  - Sending an amplitude modulated optical signal by a
Sendeeinheit, wobei die Sendeeinheit das optische Signal mit einer fest vorgegebenen Frequenz amplitudenmoduliert;  Transmitting unit, wherein the transmitting unit amplitude-modulates the optical signal at a fixed predetermined frequency;
Empfangen eines optischen Signals, welches in dem Fall, dass ein Finger eines Benutzers oder ein anderes Streuobjekt an der Bedienplatte anliegt zumindest teilweise das gestreute bzw. reflektierte amplitudenmodulierte optische Signal umfasst, durch eine Empfangseinheit;  Receiving, by a receiving unit, an optical signal comprising, in the event that a user's finger or other scattering object on the control panel at least partially comprises the scattered amplitude-modulated optical signal;
Herausfiltern des amplitudenmodulierten optischen Signals aus dem  Filtering out the amplitude modulated optical signal from the
empfangenen optischen Signal;  received optical signal;
Erkennen, ob der Finger des Benutzers oder das Streuobjekt die Bedienplatte an einer ersten definierten Stelle im Wesentlichen berührt, um so die Berührung der Detecting whether the user's finger or the scattering object substantially touches the control panel at a first defined location, so as to contact the user
Bedienplatte zu detektieren. Control panel to detect.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zum Erkennen, ob der Finger des Benutzers oder das Streuobjekt die Bedienplatte im Wesentlichen berührt, das herausgefilterte amplitudenmodulierte optische Signal mittels eines AD-Wandlers gemessen wird und anschließend weiterverarbeitet wird, bspw. mit einem Referenzwert verglichen wird. An advantageous embodiment of the invention provides that for detecting whether the user's finger or the scattering object substantially touches the operating panel, the filtered-out amplitude-modulated optical signal is measured by means of an AD converter and then further processed, for example, compared with a reference value ,
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: A further advantageous embodiment of the invention provides that the method further comprises the following steps:
Aussenden zumindest eines weiteren amplitudenmodulierten optischen Signals durch eine weitere Sendeeinheit, wobei die weitere Sendeeinheit das weitere optische Signal mit einer fest vorgegebenen weiteren Frequenz amplitudenmoduliert, wobei die weitere Frequenz von der Frequenz Sending at least one further amplitude-modulated optical signal by a further transmitting unit, wherein the further transmitting unit, the further optical signal having a fixed predetermined further frequency amplitude modulated, with the further frequency of the frequency
unterschiedlich ist;  is different;
Empfangen zumindest des an der Bedienplatte durch den Finger des Benutzers oder dem anderen Streuobjekt gestreuten bzw. an der Bedienplatte reflektierten weiteren optischen Signals durch eine weitere Empfangseinheit;  Receiving at least one of the further optical signal scattered by the user's finger or the other scattering object on the control panel or reflected by the control panel by a further receiving unit;
Herausfiltern des amplitudenmodulierten weiteren optischen Signals aus dem empfangenen weiteren optischen Signal;  Filtering out the amplitude modulated further optical signal from the received further optical signal;
Erkennen, ob der Finger des Benutzers oder das Streuobjekt die Bedienplatte an einer weiteren definierten Stelle im Wesentlichen berührt, um so eine weitere Berührung der Bedienplatte zu detektieren.  Detecting whether the user's finger or the scattering object substantially touches the control panel at a further defined location, so as to detect a further touch of the control panel.
Insbesondere sieht die Ausführungsform vor, dass das amplitudenmodulierte optische Signal und das amplitudenmodulierte weitere optische Signal zeitlich überlappend ausgesendet werden. In particular, the embodiment provides that the amplitude-modulated optical signal and the amplitude-modulated further optical signal are transmitted overlapping in time.
Wiederum eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zum Erkennen eines Verschmutzungsgrades der Bedienplatte, in zeitlichen Abständen ein mit einer fest vorgegebenen Referenzfrequenz amplitudenmoduliertes optisches Yet another advantageous embodiment of the invention provides that for detecting a degree of contamination of the control panel, at intervals with an amplitude-modulated optical amplitude with a fixed reference frequency
Referenzsignal in Richtung der Bedienplatte ausgesendet wird und das an der Reference signal is sent in the direction of the control panel and the s.der
Bedienplatte gestreute amplitudenmodulierte optische Referenzsignal zumindest teilweise empfangen wird und die in zeitlichen Abständen empfangenen amplitudenmodulierten optischen Referenzsignale miteinander verglichen werden, um so anhand des Control panel scattered amplitude modulated optical reference signal is at least partially received and the time-spaced received amplitude modulated optical reference signals are compared with each other, so as to
Vergleiches den Verschmutzungsgrad der Bedienplatte zu erkennen. Insbesondere sieht die Ausführungsform vor, dass als fest vorgegebene Referenzfrequenz die fest vorgegebenen Frequenz oder die fest vorgegebenen weitere Frequenz verwendet wird. Compare to detect the degree of contamination of the control panel. In particular, the embodiment provides that the fixed predetermined frequency or the fixed predetermined further frequency is used as a fixed predetermined reference frequency.
Wiederum eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Herausfiltern des amplitudenmodulierten optischen Signals und/oder des weiteren optischen Signals, das Erkennen, ob der Finger des Benutzers oder das Streuobjekt die Bedienplatte im Wesentlichen berührt, und das Erkennen des Verschmutzungsgrades der Bedienplatte durch eine Auswerteeinheit ausgeführt werden. Yet another advantageous embodiment of the invention provides that the filtering out of the amplitude-modulated optical signal and / or the further optical signal, the detection of whether the user's finger or the scattering object substantially touches the operating panel, and the detection of the degree of soiling of the control panel an evaluation be executed.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines optoelektronischen Bedienelements; The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings. 1 shows a schematic representation of an optoelectronic control element;
Fig. 2 ein Feldgerät mit einem optoelektronischen Bedienelement, welches als Tastatur ausgebildet ist; Fig. 3 einen schematischen Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion einer Berührung an einer Bedienplatte eines optoelektronischen 2 shows a field device with an optoelectronic operating element, which is designed as a keyboard; 3 shows a schematic process sequence of the method according to the invention for detecting a touch on a control panel of an optoelectronic
Bedienelements eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik. Fig. 1 zeigt das Funktionsprinzip eines optoelektronischen Bedienelements. Das optoelektronische Bedienelement bzw. die optoelektronische Taste ermöglicht die Bedienung von Geräten durch Berühren einer vorzugsweise aus Glas oder Kunststoff bestehenden, vorzugsweise transparenten Bedienplatte 100. Die Bedienplatte 100 kann von der Innenseite her optisch abgetastet werden. Zur optischen Abtastung der Operating element of a field device of automation technology. Fig. 1 shows the principle of operation of an optoelectronic control element. The optoelectronic control element or the optoelectronic key enables the operation of devices by touching a preferably transparent or glass plate made of glass or plastic, 100. The control panel 100 can be optically scanned from the inside. For optical scanning of
Bedienplatte 100 sind an der Innenseite der Bedienplatte 100 eine Sendeeinheit 101 , bspw. in Form einer Infrarotdiode, und eine Empfangseinheit 102 vorgesehen. Control panel 100 are on the inside of the control panel 100, a transmitting unit 101, for example. In the form of an infrared diode, and a receiving unit 102 is provided.
Die Sendeeinheit 101 emittiert ein amplitudenmoduliertes optisches Signal bzw. The transmitting unit 101 emits an amplitude-modulated optical signal or
Lichtsignal 103. Die Strahlungsrichtung der Sendeeinheit 101 ist im Wesentlichen senkrecht zur Bedienplatte 100 oder weicht nur geringfügig von dieser Senkrechten ab. Die Sendeeinheit 101 ist erfindungsgemäß dazu eingerichtet, eine Amplitude des optischen Signals mit einer festen Frequenz, bspw. von 400 kHz, zu modulieren, so dass ein amplitudenmoduliertes optisches Signal emittiert wird. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten optischen Bedienelementen muss die Strahlung dabei nicht so eng um die Strahlungsrichtung gebündelt sein, da ein Überkoppeln auf benachbarte Kanäle durch unterschiedliche Frequenz für jeden Kanal vermieden werden kann. Light signal 103. The radiation direction of the transmitting unit 101 is substantially perpendicular to the control panel 100 or differs only slightly from this vertical. According to the invention, the transmitting unit 101 is set up to modulate an amplitude of the optical signal with a fixed frequency, for example of 400 kHz, so that an amplitude-modulated optical signal is emitted. In contrast to the optical control elements known from the prior art, the radiation does not have to be bundled so tightly around the radiation direction, since over-coupling to adjacent channels can be avoided by different frequencies for each channel.
Vorzugsweise strahlt die Sendeeinheit 101 das amplitudenmodulierte optische Signal im infraroten Spektralbereich ab. Licht im infraroten Spektral bereich eignet sich sehr gut zur optischen Abtastung der Bedienplatte 100 und ist für den Benutzer unsichtbar. Bei dieser Ausführungsform ist die Sendeeinheit 101 als Infrarot-Sendediode ausgebildet, und die Bedienplatte 100 ist für Licht im infraroten Spektralbereich transparent. Das The transmitting unit 101 preferably emits the amplitude-modulated optical signal in the infrared spectral range. Light in the infrared spectral range is very well suited for optical scanning of the control panel 100 and is invisible to the user. In this embodiment, the transmitting unit 101 is formed as an infrared transmitting diode, and the control panel 100 is transparent to light in the infrared spectral range. The
amplitudenmodulierte optische Signal trifft auf der Bedienplatte auf einem ersten amplitude modulated optical signal hits on the control panel on a first
Bedienfeldbereich bzw. ersten definierten Stelle auf. Die Empfangseinheit 102 zum Empfangen eines optischen Signals kann bspw. eineControl panel area or first defined location. The receiving unit 102 for receiving an optical signal may, for example, a
Infrarot-Empfangsdiode, vorzugsweise eine PIN-Diode, und einen AD-Wandler, der einen von der Empfangsdiode stammenden PIN-Diodenstrom zur Weiterverarbeitung digitalisiert, aufweisen. Die Empfangseinheit 102 ist innerhalb eines Strahlungsbereichs, welcher durch das von der Sendeeinheit 101 abgestrahlte und das an der Bedienplatte 100 beim Anliegen eines Fingers diffus gestreuten Lichts 109 festgelegt ist, angeordnet. Infrared receiving diode, preferably a PIN diode, and an AD converter, which digitizes a derived from the receiving diode PIN diode current for further processing, have. The receiving unit 102 is arranged within a radiation area which is defined by the light 109 emitted by the transmitting unit 101 and which is diffusely scattered on the operating panel 100 when a finger is present.
Sowohl die Sendeeinheit 101 als auch die Empfangseinheit 102 sind auf einer Leiterplatte 104 angeordnet. Die Empfangseinheit 102 ist derartig an der Bedienplatte 100 angeordnet, dass in dem Fall, dass ein Finger 108 eines Benutzers oder ein anderes Streuobjekt die Bedienplatte 100 in dem Bedienfeldbereich im Wesentlichen berührt, das gestreute optische Signal zumindest teilweise zu der Empfangseinheit 102 gelangt. Both the transmitting unit 101 and the receiving unit 102 are arranged on a printed circuit board 104. The receiving unit 102 is arranged on the operating panel 100 in such a way that in the event that a finger 108 of a user or another Scattering object, the control panel 100 in the control panel area substantially touched, the scattered optical signal at least partially reaches the receiving unit 102.
In dem in Fig. 1 dargestellten Bedienelement ist zwischen der Sendeeinheit 101 und der Empfangseinheit 102 ein lichtundurchlässiges Trennelement 105 angeordnet. Dies ist prinzipiell jedoch nicht nötig, da aufgrund des erfindungsgemäßen Gedankens kein Überkoppeln zwischen den einzelnen Kanälen stattfindet bzw. sich dies durch einen entsprechend ausgestalten Bandpassfilter herausfiltern lässt. Das Trennelement 105 verhindert für gewöhnlich, dass das von der Sendeeinheit 101 emittierte In the operating element illustrated in FIG. 1, an opaque separating element 105 is arranged between the transmitting unit 101 and the receiving unit 102. However, this is not necessary in principle since, because of the inventive concept, no coupling takes place between the individual channels or this can be filtered out by a suitably designed bandpass filter. The separator 105 usually prevents the light emitted from the transmitting unit 101
amplitudenmodulierte optische Signal auf direktem Weg zur Empfangseinheit 102 gelangen kann. amplitude-modulated optical signal can reach the receiving unit 102 directly.
Wenn der Benutzer die Bedienplatte 100 oberhalb der Sendeeinheit 101 in dem dafür vorgesehenen Bedienfeldbereich mit dem Finger 108 berührt, wird das von der When the user touches the control panel 100 above the transmitting unit 101 in the dedicated panel area with the finger 108, the of the
Sendeeinheit 101 abgestrahlte amplitudenmodulierte optische Signal 103 am Finger 108 diffus gestreut. Der Finger 108 wirkt in diesem Fall als Streukörper. Wenn die Transmitting unit 101 radiated amplitude-modulated optical signal 103 on the finger 108 diffused. The finger 108 acts in this case as a scattering body. If the
Bedienplatte 100 an der entsprechenden Stelle berührt wird, gelangt ein Teil des durch die Sendeeinheit 101 emittierten amplitudenmodulierten optischen Signals 103 zur Empfangseinheit 102. Dies ist in Fig. 1 durch den Pfeil 109 dargestellt. Die Operating panel 100 is touched at the appropriate location, passes a portion of the emitted by the transmitting unit 101 amplitude modulated optical signal 103 to the receiving unit 102. This is shown in Fig. 1 by the arrow 109. The
Empfangseinheit 102 detektiert die Intensität des auf sie einfallenden optischen Signals. Receiving unit 102 detects the intensity of the incident on it optical signal.
Das Bedienelement weist ferner eine Auswerteeinheit auf, die derartig eingerichtet ist, dass sie das von der Sendeeinheit emittierte amplitudenmodulierte optische Signal aus dem von der Empfangseinheit empfangenen optischen Signal, welches auch einen Teil des amplitudenmodulierten optischen Signals der Sendeeinheit umfasst, herausfiltert. Hierfür kann die Auswerteeinheit bspw. einen entsprechend dimensionierten The operating element further has an evaluation unit which is set up in such a way that it filters out the amplitude-modulated optical signal emitted by the transmitting unit from the optical signal received by the receiving unit, which also comprises part of the amplitude-modulated optical signal of the transmitting unit. For this purpose, the evaluation unit, for example, a correspondingly sized
Hochpassfilter oder Bandpassfilter aufweisen. Ferner ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, das herausgefilterte amplitudenmodulierte optische Signal mit einem Have high pass filter or bandpass filter. Furthermore, the evaluation unit is configured to supply the filtered-out amplitude-modulated optical signal with a
Referenzwert zu vergleichen, um so das Berühren oder nicht Berühren der Bedienplatte zu detektieren. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Compare reference value so as to detect the touching or not touching the control panel. In contrast to those known from the prior art
optoelektronischen Bedienelementen, verändert die Auswerteeinheit diesen Referenzwert aufgrund von Fremdlichteinfall nicht, da die durch Fremdlicht hervorgerufenen DC-Anteile bereits im Wesentlichen eliminiert sind. Die Sendeeinheit und die Empfangseinheit bilden zusammen ein erstes Sende-optoelectronic controls, the evaluation unit does not change this reference value due to extraneous light, since the caused by extraneous light DC components are already substantially eliminated. The transmitting unit and the receiving unit together form a first transmitting
/Empfangspaar mit Hilfe dessen ein erster Bedienfeldbereich abtastbar ist, so dass eine erste optische Taste entsteht. Das optoelektronische Bedienelement kann auch mehrere optische Tasten aufweisen, die nebeneinander und/oder übereinander in Form eines Bedienfeldes angeordnet sind. Jede optische Taste wird durch jeweils ein weiteres Sende-/Empfangspaar gebildet, welches das entsprechende weitere Bedienfeld abtastet. Somit kann das optoelektronische Bedienelement eine Vielzahl von Sende- /Empfangseinheiten aufweisen, welche im Prinzip analog wie das zuvor beschriebene Sende-/Empfangspaar arbeiten. Lediglich die weiteren Frequenzen mit denen die weiteren Sendeeinheiten die weiteren Amplituden der weiteren amplitudenmodulierten optischen Signalen modulieren, sind derartig gewählt, dass zumindest die Frequenzen zweier benachbarter Sende-/Empfangseinheiten unterschiedliche Frequenzen, vorzugsweise, dass alle Sende-/Empfangseinheiten unterschiedliche Frequenzen aufweisen. / Receive pair by means of which a first panel area is scanned, so that a first optical key is formed. The optoelectronic control element can also have a plurality of optical buttons, which are arranged next to one another and / or one above the other in the form of a control panel. Each optical button is replaced by one each Transmit / receive pair formed, which scans the corresponding further control panel. Thus, the optoelectronic control element can have a multiplicity of transmitting / receiving units, which in principle operate analogously to the previously described transmitting / receiving pair. Only the further frequencies with which the further transmitting units modulate the further amplitudes of the further amplitude-modulated optical signals are chosen such that at least the frequencies of two adjacent transmitting / receiving units have different frequencies, preferably that all transmitting / receiving units have different frequencies.
In Fig. 2 ist ein Feldgerät für die Automatisierungstechnik gezeigt, welches mit einer optoelektronisch abgetasteten Bedienplatte 200 ausgestattet ist. Hierfür ist das FIG. 2 shows a field device for automation technology, which is equipped with an opto-electronically scanned control panel 200. This is it
Bedienelement an einer Außenseite des Feldgerätes angeordnet. Die Bedienplatte 200 sowie ein mögliches Display 205 können bspw. in das Gehäuse des Feldgeräts integriert sein. Die gezeigte Bedienplatte 200 umfasst beispielsweise einen Ziffernblock 201 mit zehn Zifferntasten sowie weitere Eingabetasten 202-204. Außerdem umfasst das gezeigte Feldgerät ein Display 205. Die Zifferntasten des Ziffernblocks 201 sowie die weiteren Eingabetasten 202-204 sind als Berührflächen auf der Bedienplatte 200 realisiert und arbeiten nach dem in Fig. 1 gezeigten und zuvor beschriebenen Funktionsprinzip. Mit Hilfe der Zifferntasten des Ziffernblocks 201 sowie der weiteren Eingabetasten 202-204 ist es bspw. möglich, das Feldgerät vor Ort zu parametrieren bzw. die Parametrierung des Feldgeräts zu verändern. Die Erfindung ist dabei losgelöst davon, welche Bedienaktionen über das optoelektronische Bedienelement am Feldgerät durchgeführt werden. Fig. 3 zeigt schematisch den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf zur Detektion einer Berührung an einer Bedienplatte 100 eines optoelektronischen Bedienelementes. Operating element arranged on an outer side of the field device. The control panel 200 and a possible display 205 may be integrated, for example, in the housing of the field device. The illustrated control panel 200 includes, for example, a numeric keypad 201 with ten digit keys and other input keys 202-204. In addition, the field device shown comprises a display 205. The number keys of the numeric keypad 201 and the other input keys 202-204 are realized as touch surfaces on the control panel 200 and operate according to the operating principle shown in FIG. 1 and described above. With the help of the numeric keys of the numeric keypad 201 and the other input keys 202-204, it is, for example, possible to parameterize the field device locally or to change the parameterization of the field device. The invention is independent of which operating actions are performed via the optoelectronic control element on the field device. 3 schematically shows the method sequence according to the invention for detecting a touch on a control panel 100 of an optoelectronic operating element.
Das Verfahren sieht in einem ersten Verfahrensschritt S301 vor, dass ein The method provides in a first method step S301 that a
amplitudenmoduliertes optisches Signal 103 durch eine Sendeeinheit 101 ausgesendet bzw. emittiert wird. Das optische Signal 103 wird dabei derartig von der Sendeeinheit 101 ausgesendet, dass die Amplitude des Signals mit einer fest vorgegebenen Frequenz, bspw. einer Frequenz aus dem kHz-Bereich, vorzugsweise ca. 400 kHz, moduliert ist. Das amplitudenmodulierte optische Signal 103 wird von der Sendeeinheit 101 in Richtung der Bedienplatte 100, vorzugsweise in einem Winkel von im Wesentlichen 90°, ausgesendet. Das amplitudenmodulierte optische Signal 103, wird wie zuvor beschrieben, in dem Fall, dass ein Finger 108 eines Benutzers oder ein anderes Streuobjekt die Bedienplatte 100 berührt, an dieser gestreut. In einem zweiten Verfahrensschritt S302 wird ein optisches Signal durch eine amplitude-modulated optical signal 103 is emitted or emitted by a transmitting unit 101. The optical signal 103 is emitted by the transmitting unit 101 in such a way that the amplitude of the signal is modulated with a fixed predetermined frequency, for example a frequency from the kHz range, preferably approximately 400 kHz. The amplitude-modulated optical signal 103 is emitted by the transmitting unit 101 in the direction of the operating panel 100, preferably at an angle of substantially 90 °. The amplitude-modulated optical signal 103, as described above, in the case where a user's finger 108 or other scattering object contacts the operation panel 100, is scattered thereon. In a second method step S302, an optical signal is transmitted by a
Empfangseinheit empfangen. Das empfangene optische Signal 109 weist zumindest Anteile des von der Sendeeinheit emittierten und an der Bedienplatte 100 gestreuten amplitudenmodulierten optischen Signals 103 auf, wenn der Finger oder das Streuobjekt die Bedienplatte berührt. Das von der Empfangseinheit 103 empfangene optische Signal 109 weist für gewöhnlich aber auch noch eine Reihe anderer optischer Signale auf, wie bspw. Anteile eines Fremdlichtsignals (Sonnenlicht), ungewünschte überlagerte optische Signale von weiteren Sendeeinheiten, etc.. In einem dritten Verfahrensschritt S303 wird das von der Sendeeinheit 101 stammende amplitudenmodulierte optische Signal 103 aus dem von der Empfangseinheit 102 empfangenen optischen Signal 109 herausgefiltert. Hierfür wird das von der Receiving unit received. The received optical signal 109 has at least portions of the amplitude-modulated optical signal 103 emitted by the transmitting unit and scattered on the operating panel 100 when the finger or the scattering object touches the operating panel. The optical signal 109 received by the receiving unit 103 usually also has a number of other optical signals, such as, for example, portions of an extraneous light signal (sunlight), unwanted superimposed optical signals from further transmitting units, etc. In a third method step S303, the output from the transmitting unit 101 amplitude-modulated optical signal 103 from the received from the receiving unit 102 optical signal 109 filtered out. This is what the
Empfangseinheit 102 empfangene optische Signal 109 bspw. über einen Hochpassfilter oder einen Bandpassfilter geleitet, so dass nach dem Filter ein weiterverarbeitbares Nutzsignal erhalten wird. Receive unit 102 received optical signal 109, for example. Passed via a high-pass filter or a band-pass filter, so that after the filter, a further processed useful signal is obtained.
In einem vierten Verfahrensschritt S304 wird erkannt, ob der Finger 108 des Benutzers oder das Streuobjekt die Bedienplatte 100 im Wesentlichen berührt hat oder nicht. Hierzu wird das herausgefilterte amplitudenmodulierte optische Signal bzw. das In a fourth method step S304, it is detected whether the user's finger 108 or the scattering object has essentially touched the operating panel 100 or not. For this purpose, the filtered-out amplitude-modulated optical signal or the
weiterverarbeitbare Nutzsignal gemessen und mit einem Referenzwert verglichen und in dem Fall, dass das Signal den Referenzwert überschreitet, das Berühren des Fingers 108 oder des Streuobjektes an der Bedienplatte 100 festgestellt. In diesem Fall wird eine entsprechende Bedienaktion, bspw. eine Parametrierung des Feldgerätes, ausgeführt. In dem Fall, dass der Referenzwert nicht überschritten wird, wird natürlich keine further processed useful signal measured and compared with a reference value and in the case that the signal exceeds the reference value, the touch of the finger 108 or the scattering object detected on the control panel 100. In this case, a corresponding operating action, for example a parameterization of the field device, is carried out. In the case that the reference value is not exceeded, of course, no
Bedienaktion durchgeführt. Operation action performed.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ebenfalls vorsehen, dass weitere The method according to the invention can likewise provide that further
amplitudenmodulierte optische Signal durch weitere Sendeeinheiten ausgesendet bzw. emittiert werden, um so ein optoelektronisches Bedienelement mit einer Vielzahl von optischen Tasten 202-204 zu realisieren. Amplitude-modulated optical signal to be emitted or emitted by further transmitting units, so as to realize an optoelectronic control element with a plurality of optical buttons 202-204.
Die weiteren amplitudenmodulierten optischen Signale werden hierbei vorzugsweise jeweils mit einer unterschiedlichen Frequenz amplitudenmoduliert. Beispielsweise kann eine Sendeeinheit mit einer Frequenz von ca. 400 kHz und die weiteren Sendeeinheiten das mit einer Frequenz von 600 kHz, 800 kHz, 1000 kHz, etc. das optische Signal amplitudenmodulieren. Ein von einer benachbarten Sendeeinheit übergekoppeltes Signal wird durch einen auf die jeweilige Frequenz eingestellten Bandpass herausgefiltert. In this case, the further amplitude-modulated optical signals are preferably amplitude-modulated in each case with a different frequency. For example, a transmitting unit with a frequency of about 400 kHz and the other transmitting units with a frequency of 600 kHz, 800 kHz, 1000 kHz, etc. amplitude modulate the optical signal. A signal which is coupled over by an adjacent transmission unit is filtered out by a bandpass set to the respective frequency.
Übergekoppelte Signal werden somit eliminiert. Aufgrund der jeweils unterschiedlichen Frequenzen mit denen die optischen Signale amplitudenmoduliert werden, ist es auch möglich, alle amplitudenmodulierte optische Signal vorzugsweise zeitlich überlappend, besonders bevorzugt zeitlich parallel auszusenden. Dies führt zu einer schnelleren Ansprechzeit der einzelnen Sende-/Empfangspaare und somit der optischen Tasten 202- 204. Overcoupled signals are thus eliminated. It is, too, due to the different frequencies with which the optical signals are amplitude modulated It is possible to emit all amplitude-modulated optical signals preferably overlapping in time, particularly preferably parallel in time. This results in a faster response time of the individual transmit / receive pairs and thus the optical keys 202-204.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Gedankens ist es ebenfalls möglich, einen Due to the inventive concept, it is also possible, a
Verschmutzungsgrad der Bedienplatte 100 zu erkennen bzw. festzulegen. Hierzu wird in zeitlichen Abständen ein mit einer fest vorgegebenen Referenzfrequenz Pollution degree of the control panel 100 to recognize or determine. For this purpose, at intervals with a fixed reference frequency
amplitudenmoduliertes optisches Referenzsignal von zumindest einer Sendeeinheit 101 ausgesendet. Die entsprechende Empfangseinheit 102 empfängt anschließend ein optisches Signal, welches anteilig das an der Bedienplatte 100 gestreute amplitude-modulated optical reference signal emitted by at least one transmitting unit 101. The corresponding receiving unit 102 then receives an optical signal, which proportionally scattered on the control panel 100
amplitudenmodulierte optische Referenzsignal aufweist. Das empfangene optische Signal und durch den AD-Wandler wird wiederum gefiltert, so dass das amplitudenmodulierte optische Referenzsignal zur Verfügung steht. Anschließend wird dieses mit anderen bereits im Verlauf der Zeit empfangenen gefilterten amplitudenmodulierten optischen Referenzsignalen verglichen, um auf diese Weise den Verschmutzungsgrad der having amplitude modulated optical reference signal. The received optical signal and the AD converter is in turn filtered so that the amplitude-modulated optical reference signal is available. Subsequently, this is compared with other filtered amplitude-modulated optical reference signals already received over time in order to reduce the degree of contamination of the
Bedienplatte festzustellen bzw. zu erkennen. Vorzugsweise wird zum Vergleich eine Lichtmenge bzw. ein davon abhängiges Signal der in zeitlichen Abständen empfangenen amplitudenmodulierten optischen Referenzsignale miteinander verglichen. Beispielsweise können zumindest bei der Geräteinstallation die optischen Tasten mehrmals bedient werden und dabei Referenzwerte für die Verschmutzungserkennung aufgenommen werden. Eine erste Kalibration erfolgt in der Regel auch in der Fertigung der Anordnung. Danach werden im Normalbetrieb, d.h. im Messbetrieb des Feldgerätes, in definierten zeitlichen Abständen kontinuierlich Werte im nicht betätigten als auch betätigten Zustand aufgenommen. Aus dem Verlauf dieser Werte kann auf eine allmähliche Verschmutzung geschlossen werden. Unterschreitet der Abstand zwischen betätigt und unbetätigt einen zuvor ermittelten Referenzwert, wird eine Verschmutzung signalisiert. Es kann auch aus der Steigung dieses Differenzwertes eine entstandene Verschmutzung erkannt werden. Ist die Steigung <0 oder flach, wird z.B. eine allmählich zunehmende Verschmutzung beobachtet. Das Verfahren zur Verschmutzungserkennung macht sich hierbei zu nutzen, dass ein möglicher Fremdlichteinfall keine Rolle spielt und somit mit davon unabhängigen Referenzwerten gearbeitet werden kann. Bezugszeichenliste Determine or recognize the control panel. For comparison, a quantity of light or a signal dependent thereon of the amplitude-modulated optical reference signals received at time intervals is preferably compared with one another. For example, at least during the device installation, the optical buttons can be operated several times and thereby reference values for the contamination detection are recorded. A first calibration is usually also in the production of the arrangement. Thereafter, in normal operation, ie in the measuring mode of the field device, values are recorded continuously in the non-actuated and also actuated state at defined time intervals. From the course of these values can be concluded on a gradual pollution. If the distance between actuated and unactuated falls below a previously determined reference value, contamination is signaled. It can also be recognized from the slope of this difference value resulting pollution. If the slope is <0 or flat, for example, gradually increasing pollution is observed. The procedure for detecting soiling makes use of the fact that a possible exposure to extraneous light is irrelevant and thus it is possible to work with reference values that are independent of it. LIST OF REFERENCE NUMBERS
Bedienplatte control panel
Sendeeinheit  transmission unit
Empfangseinheit  receiver unit
Amplitudenmoduliertes optisches Signal  Amplitude modulated optical signal
Leiterplatte circuit board
, 106, 107 Trennelemente , 106, 107 separating elements
Finger eines Benutzers  Finger of a user
gestreutes amplitudenmoduliertes optisches Signal scattered amplitude modulated optical signal
Auswerteeinheit evaluation
Bedienplatte  control panel
Ziffernblock numeric keypad
, 203, 204 Eingabetasten , 203, 204 input keys
Display  display
Gehäuse des Feldgerätes Housing of the field device
1-S304 Verfahrensschritte 1-S304 process steps

Claims

Patentansprüche claims
1. Feldgerät der Automatisierungstechnik mit einem zur Bedienung des Feldgerätes ausgebildeten optoelektronischen Bedienelement, wobei das Bedienelement folgendes umfasst: 1. Field device of automation technology with an optoelectronic operating element designed to operate the field device, the operating element comprising:
eine, vorzugsweise transparente Bedienplatte (100), die an einer Außenseite eines Gehäuses (206) des Feldgerätes eine Berührfläche zur Betätigung durch einen Benutzer aufweist;  a preferably transparent control panel (100) having on an outside of a housing (206) of the field device a touch surface for actuation by a user;
zumindest eine Sendeeinheit (101 ), die an einer der Außenseite abgewandten Innenseite der Bedienplatte (100) angeordnet und dazu ausgelegt ist, ein mit einer fest vorgegebenen Frequenz amplitudenmoduliertes optisches Signal (103) in Richtung der Bedienplatte (100) auszusenden;  at least one transmitting unit (101) arranged on an inner side of the operating panel (100) facing away from the outer side and adapted to emit an optical signal (103) amplitude-modulated with a fixed predetermined frequency in the direction of the operating panel (100);
zumindest eine zu der mindestens einen Sendeeinheit (101 ) korrespondierende Empfangseinheit (102) zum Empfangen eines optischen Signals, wobei die Empfangseinheit (102) an der Innenseite der Bedienplatte (100) derartig angeordnet ist, dass ein an der Bedienplatte (100) durch einen Finger (108) des Benutzers oder einem anderen Streuobjekt gestreutes optisches Signal (109) zumindest teilweise zu der mindestens einen Empfangseinheit (102) gelangt; eine Auswerteeinheit (1 10), die dazu eingerichtet ist, das von der Sendeeinheit (101 ) stammende amplitudenmodulierte optische Signal (103) aus dem von der at least one receiving unit (102) corresponding to the at least one transmitting unit (101) for receiving an optical signal, wherein the receiving unit (102) on the inside of the control panel (100) is arranged such that a on the control panel (100) by a finger (108) the user or other scattered object scattered optical signal (109) at least partially reaches the at least one receiving unit (102); an evaluation unit (1 10) which is set up to receive the amplitude-modulated optical signal (103) originating from the transmission unit (101) from that of the
Empfangseinheit (102) empfangenen optischen Signal (109) herauszufiltern und anhand des herausgefilterten amplitudenmodulierten optischen Signals zu erkennen, ob der Finger (108) des Benutzers oder das andere Streuobjekt die Bedienplatte (100) an einer ersten definierten Stelle im Wesentlichen berührt, um so eine Berührung der Bedienplatte (100) zu detektieren. Receiver unit (102) filter out received optical signal (109) and from the filtered out amplitude modulated optical signal to detect whether the finger (108) of the user or the other scattering object, the control panel (100) substantially touched at a first defined location, so as a Detecting touch of the control panel (100).
2. Feldgerät nach Anspruch 1 , wobei die Auswerteeinheit (1 10) zum Erkennen, ob der Finger (108) des Benutzers oder das andere Streuobjekt die Bedienplatte (100) im Wesentlichen berührt, das herausgefilterte amplitudenmodulierte optische Signal mit einem Referenzwert vergleicht. The field device according to claim 1, wherein the evaluation unit (110) for detecting whether the user's finger (108) or the other scattering object substantially touches the operating panel (100) compares the filtered-out amplitude-modulated optical signal with a reference value.
3. Feldgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Sendeinheit (101 ) und die Empfangseinheit (102) ein erstes Sende-/Empfangspaar (101 , 102) bilden und das Bedienelement (100) zumindest ein weiteres Sende-/Empfangspaar aufweist, wobei sich das weitere Sende-/Empfangspaar von dem ersten Sende-/Empfangspaar darin unterscheidet, dass das weitere Sende-/Empfangspaares mit einer weiteren fest vorgegebenen Frequenz ein weiteres amplitudenmodulierte optisches Signal in Richtung der Bedienplatte aussendet und die Auswerteeinheit, ferner dazu eingerichtet ist, das weitere amplitudenmodulierte optisch Signal aus dem von der Empfangseinheit des weiteren Sende-/Empfangspaar empfangenen weiteren optischen Signal herauszufiltern und anhand des herausgefilterten weiteren amplitudenmodulierten optischen Signals zu erkennen, ob der Finger des Benutzers oder das andere Streuobjekt die Bedienplatte an einer weiteren definierten Stelle im Wesentlichen berührt, um so eine Berührung der Bedienplatte zu detektieren. 3. Field device according to one of claims 1 or 2, wherein the transmitting unit (101) and the receiving unit (102) form a first transmit / receive pair (101, 102) and the control element (100) has at least one further transmit / receive pair, wherein the further transmission / reception pair differs from the first transmission / reception pair in that the further transmission / reception pair emits with another further predetermined frequency a further amplitude-modulated optical signal in the direction of the control panel and the evaluation unit is further adapted to the further amplitude-modulated optical signal from that of the receiving unit of to filter out further received / received pair received further optical signal and to recognize on the basis of the filtered out further amplitude modulated optical signal, whether the user's finger or the other scattering object, the control panel at a further defined location substantially touches, so as to detect a touch of the control panel.
4. Feldgerät nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste Sende- /Empfangspaar und das zumindest eine weitere Sende-/Empfangspaar nebeneinander angeordnet sind. 4. Field device according to the preceding claim, wherein the first transmit / receive pair and the at least one further transmit / receive pair are arranged side by side.
5. Feldgerät nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Sendeeinheit des weiteren Sende-/Empfangspaares das weitere amplitudenmodulierte optische Signal mit einer von der Frequenz unterschiedlichen weiteren fest vorgegebenen Frequenz moduliert. 5. Field device according to the preceding claim, wherein the transmitting unit of the further transmitting / receiving pair modulates the further amplitude-modulated optical signal with a frequency different from the other predetermined frequency.
6. Feldgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (1 10) ferner dazu ausgelegt ist, einen Verschmutzungsgrad der Bedienplatte (100) zu erkennen, wobei die zumindest eine Sendeeinheit (101 ) hierfür in zeitlichen Abständen ein mit einer fest vorgegebenen Referenzfrequenz 6. Field device according to one or more of the preceding claims, wherein the evaluation unit (1 10) is further adapted to detect a degree of contamination of the control panel (100), wherein the at least one transmitting unit (101) for this purpose at intervals with a fixed predetermined reference frequency
amplitudenmoduliertes optisches Referenzsignal in Richtung der Bedienplatte (100) aussendet und die zumindest eine Empfangseinheit (102), das an der Bedienplatte (100) gestreute amplitudenmodulierte optische Referenzsignal zumindest teilweise empfängt und wobei die Auswerteeinheit (1 10) die in zeitlichen Abständen empfangenen amplitudenmodulierten optischen Referenzsignale miteinander vergleicht und anhand des Vergleiches einen Verschmutzungsgrad der Bedienplatte (100) erkennt. amplitude-modulated optical reference signal in the direction of the control panel (100) emits and the at least one receiving unit (102) at least partially receives the amplitude-modulated optical reference signal scattered on the control panel (100) and wherein the evaluation unit (1 10) receives the amplitude-modulated optical reference signals received at time intervals compares with each other and detects a degree of contamination of the control panel (100) based on the comparison.
7. Feldgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Feldgerät ein Zweidraht-Feldgerät ist. 7. Field device according to one or more of the preceding claims, wherein the field device is a two-wire field device.
8. Verfahren zur Detektion einer Berührung an einer Bedienplatte (100) eines optoelektronischen Bedienelements eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik, aufweisend die folgenden Schritte: 8. A method for detecting a touch on a control panel (100) of an optoelectronic control element of a field device of automation technology, comprising the following steps:
Aussenden eines amplitudenmodulierten optischen Signals (103) durch eine Sendeeinheit (101 ), wobei die Sendeeinheit das optische Signal mit einer fest vorgegebenen Frequenz amplitudenmoduliert;  Transmitting an amplitude modulated optical signal (103) by a transmitting unit (101), the transmitting unit amplitude modulating the optical signal at a fixed predetermined frequency;
Empfangen eines optischen Signals (109), welches in dem Fall, dass ein Finger (108) eines Benutzers oder ein anderes Streuobjekt an der Bedienplatte anliegt zumindest teilweise das gestreute bzw. reflektierte amplitudenmodulierte optische Signal umfasst, durch eine Empfangseinheit (102);  Receiving, by a receiving unit (102), an optical signal (109) comprising, in the event that a user's finger (108) or other scattering object on the control panel at least partially comprises the scattered amplitude modulated optical signal;
Herausfiltern des amplitudenmodulierten optischen Signals (103) aus dem empfangenen optischen Signal (109); Erkennen, ob der Finger (108) des Benutzers oder das Streuobjekt die Filtering out the amplitude modulated optical signal (103) from the received optical signal (109); Recognize whether the user's finger (108) or the scatter object is the
Bedienplatte (100) an einer ersten definierten Stelle im Wesentlichen berührt, um so die Berührung der Bedienplatte (100) zu detektieren.  Operating panel (100) at a first defined location substantially touched, so as to detect the touch of the control panel (100).
9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zum Erkennen, ob der Finger des Benutzers oder das Streuobjekt die Bedienplatte (100) im Wesentlichen berührt, das herausgefilterte amplitudenmodulierte optische Signal mittels eines AD-Wandlers gemessen wird und anschließend weiterverarbeitet wird. 9. Method according to the preceding claim, wherein in order to detect whether the user's finger or the scattering object substantially touches the operating panel (100), the filtered-out amplitude-modulated optical signal is measured by means of an AD converter and subsequently processed further.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, ferner aufweisend die folgenden Schritte: 10. The method according to any one of claims 7 or 8, further comprising the following steps:
Aussenden zumindest eines weiteren amplitudenmodulierten optischen Signals durch eine weitere Sendeeinheit, wobei die weitere Sendeeinheit das weitere optische Signal mit einer fest vorgegebenen weiteren Frequenz  Sending at least one further amplitude-modulated optical signal by a further transmitting unit, wherein the further transmitting unit, the further optical signal having a fixed predetermined further frequency
amplitudenmoduliert, wobei die weitere Frequenz von der Frequenz  amplitude modulated, with the further frequency of the frequency
unterschiedlich ist;  is different;
Empfangen zumindest des an der Bedienplatte durch den Finger des Benutzers oder dem anderen Streuobjekt gestreuten bzw. an der Bedienplatte reflektierten weiteren optischen Signals durch eine weitere Empfangseinheit;  Receiving at least one of the further optical signal scattered by the user's finger or the other scattering object on the control panel or reflected by the control panel by a further receiving unit;
Herausfiltern des amplitudenmodulierten weiteren optischen Signals aus dem empfangenen weiteren optischen Signal;  Filtering out the amplitude modulated further optical signal from the received further optical signal;
Erkennen, ob der Finger des Benutzers oder das Streuobjekt die Bedienplatte an einer weiteren definierten Stelle im Wesentlichen berührt, um so eine weitere Berührung der Bedienplatte zu detektieren.  Detecting whether the user's finger or the scattering object substantially touches the control panel at a further defined location, so as to detect a further touch of the control panel.
1 1. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das amplitudenmodulierte optische Signal und das amplitudenmodulierte weitere optische Signal zeitlich überlappend ausgesendet werden. 1 1. A method according to the preceding claim, wherein the amplitude-modulated optical signal and the amplitude-modulated further optical signal are transmitted overlapping in time.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei zum Erkennen eines 12. The method according to any one of claims 7 to 10, wherein for detecting a
Verschmutzungsgrades der Bedienplatte (100), in zeitlichen Abständen ein mit einer fest vorgegebenen Referenzfrequenz amplitudenmoduliertes optisches Referenzsignal in Richtung der Bedienplatte (100) ausgesendet wird und das an der Bedienplatte (100) gestreute amplitudenmodulierte optische Referenzsignal zumindest teilweise empfangen wird und die in zeitlichen Abständen empfangenen amplitudenmodulierten optischen Referenzsignale miteinander verglichen werden, um so anhand des Vergleiches den Verschmutzungsgrad der Bedienplatte (100) zu erkennen. Degree of contamination of the control panel (100), at intervals with a fixed reference frequency amplitude modulated optical reference signal in the direction of the control panel (100) is emitted and the scattered at the control panel (100) amplitude-modulated optical reference signal is at least partially received and received at intervals Amplitude-modulated optical reference signals are compared with each other, so as to recognize by the comparison of the degree of contamination of the control panel (100).
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei als fest vorgegebene Referenzfrequenz die fest vorgegebenen Frequenz oder die fest vorgegebenen weitere Frequenz verwendet wird. 13. The method according to the preceding claim, wherein as fixed predetermined reference frequency, the fixed predetermined frequency or the fixed predetermined further frequency is used.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei das Herausfiltern des amplitudenmodulierten optischen Signals und/oder des weiteren optischen Signals, das Erkennen, ob der Finger des Benutzers oder das Streuobjekt die Bedienplatte im Wesentlichen berührt, und das Erkennen des Verschmutzungsgrades der Bedienplatte durch eine Auswerteeinheit ausgeführt werden. 14. The method of claim 7, wherein filtering out the amplitude-modulated optical signal and / or the further optical signal, detecting whether the user's finger or the scattering object substantially touches the operating panel, and detecting the degree of soiling of the control panel be performed by an evaluation.
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