Einrichtung zum Verarbeiten und drahtlosen Senden von Messwerten

Abstract

 Analoge Meßwerte werden über einen Analog-Digital-Wand­ler (50) und/oder digitale Meßwerte werden über einen Timer (60) in einem Mikrocomputer (40) verarbeitet und über einen Parallel-Seriell-Wandler (62) einem Logik­baustein (42) zugeführt. Dem Logikbaustein (42) werden außerdem an einem weiteren Eingang Hochfreguenz-Pulse von einem Quarzoszillator (44) zugeführt. Der Logikbau­stein (42) überträgt die Hochfrequenz-Pulse des Quarzoszillators (44) jeweils dann auf einen Sender (4) zur drahtlosen Meßwertübertragung, solange der Parallel-Seriell-Wandler (62) einem anderen Eingang des Logikbausteines (42) Pulse zuführt, deren Länge und Ab­stände voneinander von den gemessenen Meßwerten abhän­gig sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verarbeiten und drahtlosen Senden von Meßwerten.

[0002] Bekannte Telemetriemeßanlagen sind insbesondere dann sehr teuer, wenn sie zur Bearbeitung und zum Senden von Analogmeßwerten geeignet sind, welche über Amplituden­modulation oder über Frequenzmodulation auf einen Sen­der gegeben werden. In Miniaturbauweise sind die be­kannten Telemetriemeßanlagen besonders teuer, da ihre Herstellung sehr viel Präzisionsarbeit benötigt.

[0003] Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Einrichtung zum Verarbeiten und drahtlosen Senden von Meßwerten zu schaffen, welche auch in Miniaturbau­weise einfach ist und preiswert hergestellt werden kann. Ferner soll sie eine hohe Funktionssicherheit ha­ben.

[0004] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kenn­zeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

[0005] Durch die Erfindung ergeben sich folgende Vorteile: Wenige Bauelemente nötig, die Bauelemente sind klein, die Bauelemente sind handelsüblich und deshalb preis­wert, die Einrichtung kann als kleines leistungsfähiges Modul auf einfache Weise hergestellt werden, hohe Funk­tionssicherheit.

[0006] Die Einrichtung nach der Erfindung kann als sehr kleines Modul gebaut werden, welches wesentlich kleiner als bekannte Einrichtungen ist. Dadurch ist es möglich, die Einrichtung nach der Erfindung in rotierende Teile, z.B. in Wellen, Kupplungen, Zahnräder und dergleichen einzubauen und von diesen Teilen drahtlos Meßwerte auf externe Teile zu übertragen, welche relativ zu den rotierenden Teilen stationär sind oder eine andere Drehzahl haben. Die übertragbaren Meßwerte können Drehzahlen, Drücken, Temperaturen, Drehmomenten, mechanischen Kräften und mechanischen Spannungen und dergleichen entsprechen.

[0007] Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprü­chen enthalten.

[0008] Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles beschrie­ben. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ein­richtung nach der Erfindung.

[0009] Die Einrichtung nach der Erfindung zum Verarbeiten und drahtlosen Senden von Meßwerten ist vorzugsweise ent­sprechend der Zeichnung insgesamt als ein Modul ausge­bildet. Wie schematisch durch eine strichpunktierte Li­nie 1 angedeutet ist, besteht die Einrichtung im we­sentlichen aus einer Meßwert-Verarbeitungseinheit 2 und einem Sender 4, welcher die von der Verarbeitungsein­heit 2 verarbeiteten Meßwerte drahtlos an einen Empfän­ger 6 sendet.

[0010] Der Sender 4 ist ein üblicher Hochfrequenzsender mit zwei Koppelkondensatoren 8 und 10 am Sendereingang 12, je einem an eine Verbindungsleitung 14 zwischen den beiden Koppelkondensatoren 8 und 10 angeschlossenen An­passungswiderstand 16 und einem Transistor 18. Der Transistor 18 ist einerseits über einen Leistungsbe­grenzungswiderstand 20 am Minuspotential einer Span­nungsquelle 22 und andererseits über eine Drossel 24 und einen Schalter 26 an das Pluspotential der Span­nungsquelle 22 angeschlossen. Der mit der Drossel 24 verbundene Zweig 28 des Transistors 18 ist außerdem über einen Kondensator 30 und vorzugsweise auch einen Tiefpaßfilter 32 an eine Sendeantenne 34 angeschlossen. Von der Sendeantenne 34 werden Signale drahtlos auf eine Antenne 36 des Empfängers 6 übertragen.

[0011] In abgewandelter Ausführungsform könnte anstelle eines elektrischen Hochfrequenzsenders 4 und Hochfrequenzem­pfängers 6 eine optische Sendediode und eine optische Empfangsdiode verwendet werden.

[0012] Die erfindungsgemäße Meßwert-Verarbeitungseinheit 2 enthält einen Mikrocomputer 40, einen Logikbaustein 42, einen Quarzoszillator 44, einen ersten Pulsteiler 46 und einen zweiten Pulsteiler 48. In den Mikrocomputer 40 ist ein Analog-Digital-Wandler 50 mit einer Vielzahl von Analog-Meßwerteingängen 51 bis 57, ein Timer 60 und ein Parallel-Seriell-Wandler 62 integriert. Ein Ausgang 64 des Mikrocomputers 40 ist durch den Ausgang des Parallel-Seriell-Wandlers 62 gebildet und an einen Ein­gang 66 des Logikbausteines 42 angeschlossen. Der Lo­gikbaustein 42 ist ein UND-Glied, kann jedoch in inver­tierter Ausführungsform auch ein NAND-Glied sein. An einen weiteren Eingang 68 des Logikbausteins 42 ist ein Ausgang 70 des Quarzoszillators 44 angeschlossen. Der erste Teiler 46 ist ebenfalls an einen Ausgang 72 des Quarzoszillators 74 angeschlossen und teilt dessen Fre­quenz in einem bestimmten Verhältnis so, daß der ge­wünschte Systemtakt für den Mikroprozessor 40 entsteht. Dieser Systemtakt gelangt vom ersten Teiler 46 über eine elektrische leitung 74 an den Mikrocomputer 40. Der zweite Teiler 48 ist an die Leitung 74 angeschlos­sen und teilt den vom ersten Teiler 46 erzeugten Sy­stemtakt in einem bestimmten Verhältnis, so daß ein Überwachungstakt entsteht, welcher vom zweiten Teiler 48 über eine Leitung 76 dem Mikrocomputer zugeführt wird und diesen Mikrocomputer zu definierten Zeiten auf einen bestimmten Ausgangswert zurücksetzt. Der zweite Teiler 48 bildet somit einen Teil einer Überwachungs­schaltung, welche auch als "Watch-Dog" bekannt ist und in bekannter Weise den Mikrocomputer 40 nach jedem n-­ten Takt auf einen Ausgangswert zurücksetzt, bei wel­chem im Mikrocomputer ein Programm neu zu laufen be­ ginnt. Dadurch kann bei einer Störung im Mikrocomputer 40 ein Programm zu einem definierten Zeitpunkt neu ge­startet werden, so daß der Programmstart auf alle Funk­tionen des Mikrocomputers 40 abgestimmt ist. Eine Stö­rung kann zum Beispiel ein Spannungseinbruch oder elek­trische Störimpulse sein.

[0013] Der Timer 60 hat einen Eingang 78 für digitale Meßwerte, welches Ein-Aus-Signale, Drehzahlsensor-­Pulse, Frequenzsensor-Pulse, Zeitmeßpulse und Zählpulse sein können. In den Meßwert-Zuleitungen 80 bis 84 der digitalen und analogen Eingänge 78 und 51 bis 57 können elektrische Anpassungselemente 85 bis 89 angeordnet sein. Sie bewirken eine Umformung der von Meßwert­sensoren gemessenen Meßwerte derart, daß sie innerhalb eines für die Eingänge zulässigen elektrischen Wertbe­reiches liegen. Die Anpassungselemente können zum Bei­spiel Differenzverstärker, Spannungsteiler, Impedanz­wandler oder Elektrometerverstärker sein. Den Analog­eingängen 51 bis 57 können analoge Meßwerte beispiels­weise von Dehnungsmeßstreifen zur Drehmomentmessung, Biegespannungsmessung von Wellen und Rädern oder zur Messung von Zahnfußspannungen von Zähnen von Zahnrädern sein. Ferner können Temperaturen und Viskosität von Ge­triebeöl oder Motoröl durch Sensoren in Form von Ana­logsignalen gemessen werden. Die Erfindung findet des­halb vorzugsweise Verwendung zur analogen und/oder di­gitalen Messung von Meßwerten von Getrieben und An­triebselementen wie z. B. Kupplungen, Bremsen, Wellen und Lager, sowie von Motoren und von Prüfständen für Getriebe und Antriebselemente und Motoren.

[0014] Das Pluspotential 90 der Spannungsquelle 22 ist über eine Leitung 91 an den Eingang 51 des Analog-Digital-­Wandlers 50 angeschlossen. Dadurch wird vom Mikrocompu­ter 40 bei Spannungs-Unterversorgung auf ein anderes Programm umgeschaltet, durch welches weniger Strom ver­ braucht wird, beispielsweise indem die Anzahl der Daten reduziert wird, die der Mikrocomputer 40 dem Sender 4 zuführt. Dieses mit Bezug auf den Stromverbrauch gün­stigere Programm, welches auch als Notprogramm bezeich­net werden kann, kann beispielsweise bewirken, daß Da­ten nur noch im Interruptbetrieb gesendet werden, so daß der sehr hohe Stromverbrauch des Hochfrequenzsen­ders 4 reduziert wird.

[0015] Zur Einsparung von elektrischer Energie und auch zur Vermeidung von elektromagnetischen Störungen durch den Sender 4, schaltet der Mikrocomputer 40 den Sender 4 immer dann aus, wenn der Mikrocomputer Meßwerte verar­beitet. Zu diesem Zwecke betätigt der Mikrocomputer 40 über eine Steuerleitung 92 ein Relais 94, welches den Schalter 26 betätigt, der sich in einer elektrischen Spannungszuleitung 96 des Senders 4 befindet, die an das Pluspotential 90 der Spannungsquelle 22 angeschlos­sen ist. Zum Abschalten des Senders 4 öffnet das Relais 94 den Schalter 26. Das Abschalten des Senders 4 zur Vermeidung von elektromagnetischen Störungen ist insbe­sondere während des Wandelns von Meßwerten durch den Analog-Digital-Wandler 50 des Mikrocomputers 40 zweck­mäßig. Dagegen ist der Timer 60 des Mikrocomputers 40 bei der Verarbeitung von Meßwerten nicht so empfindlich gegen elektromagnetische Störungen.

[0016] An den Analog-Eingang 57 ist über die Meßwert-Zuleitung 84 ein Temperaturfühler 98 angeschlossen, welcher die Temperatur der Einrichtung 2, 4 mißt. Der Temperatur-­Meßwert wird vom Analog-Digital-Wandler 50 in gleicher Weise wie die anderen Analog-Meßwerte gewandelt und nach weiterer Verarbeitung im Mikrocomputer 40 vom Sen­der 4 dem Empfänger 6 drahtlos gesendet. Dadurch können von der Temperatur abhängige Meßwertabweichungen kom­pensiert werden.

[0017] Der Parallel-Seriell-Wandler 62 erzeugt an seinem Aus­gang 64 Pulse, deren "Längen" und "Abstände voneinan­der" in bekannter Weise eine codierte Darstellung nach dem Prinzip der seriellen Datenübertragung der vom Mi­krocomputer 40 verarbeiteten Meßwerte sind. Die Pulse des Parallel-Seriell-Wandlers 62 gelangen von seinem Ausgang 64 über eine Leitung 65 an den Eingang 66 des UND-Gliedes 42. Dieses UND-Glied 42 überträgt die vom Quarzoszillator 44 erzeugte Hochfrequenz jeweils dann vom Eingang 68 zum Ausgang 69, und damit auf den Sender 4, wenn am anderen Eingang 66 des UND-Gliedes eine "lo­gische 1" steht. Bei negierter Ausführung, wenn also anstelle eines UND-Gliedes ein NAND-Glied 42 verwendet wird, wird die Puls-Hochfrequenz des Quarzoszillators 44 jeweils dann zum Ausgang 69 und damit zum Sender 4 übertragen, wenn am Eingang 66 des Gliedes 42 eine "lo­gische O" vorhanden ist.

[0018] Parallel-Seriell-Wandler 62 sind bekannt, beispiels­weise aus dem Buch "Halbleiter-Schaltungstechnik" von Tietze und Schenk, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo, Ausgabe 1986, insbesondere Seiten 651 bis 663. Gemäß der Erfindung erfolgt die Meßwertüber­tragung durch den Parallel-Seriell-Wandler 62 nach genormten Protokollen, beispielsweise nach den Normen RS 232 (DIN 66020, 66022, CCITT V24) oder der Norm RS 449, die auch in dem vorgenannten Buch beschrieben sind. Solche Parallel-Seriell-Wandler 62 sind auch un­ter der Bezeichnung SCI= Serial Communication Interface bekannt.

[0019] Gemäß der Erfindung wird als Mikrocomputer 40 ein han­delsüblicher Baustein verwendet, in welchen der Parallel-Seriell-Wandler 62, der Analog-Digital-Wandler 50 und der Timer 60 integriert sind.

[0020] Die gesamte Einrichtung 2, 4 ist gemäß der Erfindung als ein einziger Modul ausgebildet. Vorzugsweise befin­det sich zwischen dem Ausgang 69 des Logikbausteines oder Gliedes 42 der Verarbeitungseinheit 2 und dem Ein­gang 12 des Senders 4 eine lösbare Verbindung 99, so daß der Sender 4 von der Verarbeitungseinheit 2 ge­trennt werden kann.

[0021] Der Analog-Digital-Wandler 50, der Timer 60 und der Parallel-Seriell-Wandler 62 bilden einen integralen Be­standteil des Mikrocomputers 40 und bewirken, zusammen mit Programmen des Mikrocomputers 40, die von ihm vor­zunehmende Verarbeitung der Meßwerte.

Ansprüche

1. Einrichtung zum Verarbeiten und drahtlosen Senden von Meßwerten,
gekennzeichnet durch
- einen Mikrocomputer (40);
- einen Timer (60), über welchen dem Mikcrocomputer (40) digitale Meßwerte zuführbar sind,
- und/oder einen Analog-Digital-Wandler (50) über wel­chen dem Mikrocomputer (40) analoge Meßwerte zuführ­bar sind;
- einen Logikbaustein (42) in Form eines UND-Gliedes oder eines NAND-Gliedes;
- einen Parallel-Seriell-Wandler (62), über welchen vom Mikrocomputer (40) verarbeitete Meßwerte einem Ein­gang (66) des Logikbausteines (42) zuführbar sind;
- einen an den Ausgang (69) des Logikbausteines (42) angeschlossenen Sender (4) zur drahtlosen Übertragung von Signalen, welche den vom Mikrocomputer (40) verarbeiteten Meßwerten entsprechen;
- einen Quarzoszillator (44), dessen Hochfrequenz-Puls­ausgang (70) an einen weiteren Eingang (68) des Lo­gikbausteines (42) und, über einen ersten Puls-Teiler (46), an den Mikrocomputer (40) zur Erzeugung des Sy­stemtaktes für diesen Mikrocomputer angeschlossen ist, wobei der Logikbaustein (42) die Hochfreguenz­pulse des Quarzoszillators jeweils dann zum Sender (4) weiterleitet, wenn am einen Eingang (66) des Lo­gikbausteines (42) den Meßwerten entsprechende Signale des Parallel-Seriell-Wandlers (62) vorhanden sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Timer (60), der Analog-Digital-Wandler (50) und der Parallel-Seriell-Wandler (62) in den Mikcrocomputer (40) integrierte Bestandteile dieses Mikrocomputers sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß alle genannten Teile insgesamt ein Modul bilden.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der vom ersten Teiler (46) erzeugte Systemtakt für den Mikrocomputer (40) über einen zweiten Puls-Teiler (48) ebenfalls an den Mikrocomputer angeschlossen ist und dieser geteilte Systemtakt eine "Watch-Dog" Schal­tung des Mikrocomputers (40) betätigt, durch welche der Mikrocomputer (40) zu definierten Zeiten auf einen Ausgangswert zurückgesetzt wird.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein vom Mikrocomputer (40) betätigter Schalter (26,94) vorgesehen ist, welcher den Sender (4) jeweils solange abschaltet, wie der Mikrocomputer (40) Meßwerte verarbeitet, insbesondere solange der Analog-­Digital-Wandler (50) Meßwerte wandelt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Analog-Digital-Wandler (50) einen Eingang (51) zur Messung einer Versorgungsspannung aufweist, und daß der Mikrocomputer (40) bei Spannungs-Unterversor­gung auf ein Notprogramm umschaltet, bei welchem weni­ger Energie als bei Benutzung eines Hauptprogrammes verbraucht wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Analog-Digital-Wandler (50) einen Eingang (57) aufweist, welcher an einen Temperatursensor (98) zur Messung der Temperatur der Einrichtung angeschlossen ist, und daß der Temperatur-Meßwert vom Mikrocomputer (40) verarbeitet und über den Parallel-Seriell-Wandler (62) dem Sender (4) zum Senden zugeführt wird, so daß der gesendete Meßwert zur Kompensation elektrischer Meßwertabweichungen verwendet werden kann, die durch Temperaturabweichungen gegenüber einer Bezugstemperatur entstehen.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sender (4) lösbar mit dem Logikbaustein (42) verbunden ist.

Zeichnung