DD281259A5 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE AUTOMATIC COMPENSATION OF THE TEMPERATURE INFLUENCE FOR INDICATION OF AIR ELECTROSIVE SOUND SENSORS - Google Patents

CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE AUTOMATIC COMPENSATION OF THE TEMPERATURE INFLUENCE FOR INDICATION OF AIR ELECTROSIVE SOUND SENSORS Download PDF

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DD281259A5
DD281259A5 DD32737389A DD32737389A DD281259A5 DD 281259 A5 DD281259 A5 DD 281259A5 DD 32737389 A DD32737389 A DD 32737389A DD 32737389 A DD32737389 A DD 32737389A DD 281259 A5 DD281259 A5 DD 281259A5
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Arndt Haselhoff
Uwe Weber
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Zwickau Ing Hochschule
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur automatischen Kompensation der Temperatureinfluesse auf die Anzeige bei Luftultraschallsensoren. Erfindungsgemaesz wird dies dadurch erreicht, dasz vom Mesz- oder Referenzimpuls die entsprechende Torschaltung geoeffnet wird, oder abwechselnd durch den Mesz- oder Referenzimpuls ueber einen Multiplexer eine Torschaltung geoeffnetgitalkomperator; Integrator; Impulsgenerator; Taktgenerator; Timerkaskadierung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur automatischen Kompensation der Temperatureinfluesse auf die Anzeige bei Luftultraschallsensoren. Erfindungsgemaesz wird dies dadurch erreicht, dasz vom Mesz- oder Referenzimpuls die entsprechende Torschaltung geoeffnet wird, oder abwechselnd durch den Mesz- oder Referenzimpuls ueber einen Multiplexer eine Torschaltung geoeffnet wird, wobei jeweils die Ansteuerung durch einen spannungs- oder stromgesteuerten Impuls- bzw. Taktgenerator erfolgt. UEber eine Anpaszschaltung und einen Integrator wird der spannungs- oder stromgesteuerte Taktgenerator nachgesteuert, bis sich die Gleichheit der beiden Zahlen einstellt. Des weiteren wird im Falle der Gleichheit der Ausgang der den Integrator ansteuernden Anpaszschaltung hochohmig (tri-state) geschaltet, so dasz die Steuerspannung des spannungsgesteuerten Taktgenerators solange konstant bleibt, bis wieder eine Abweichung durch den Digitalkomparator oder durch den Mikrorechner festgestellt wird. Die Funktion der Tore und Zaehler werden durch ein oder zwei kaskadierte Timerkanaele eines Einchipmikrorechners realisiert und die variable Frequenz des spannungs- oder stromgesteuerten Taktgenerators wird als Prozessortakt des Mikrorechners benutzt, wobei die meist intern geteilte Taktfrequenz zur Ansteuerung der Timerkanaele verwendet wird. Fig. 2{Kompensation; Temperatureinflusz; Luftultraschallsensor; Torschaltung; Meszkanal; Referenzkanal; Digitalkomperator; Integrator; Impulsgenerator; Taktgenerator; Timerkaskadierung}The invention relates to a circuit arrangement for the automatic compensation of Temperaturinfluesse on the display in Luftultraschallsensoren. According to the invention, this is achieved by opening the corresponding gate by the measuring or reference pulse, or alternately by the measuring or reference pulse via a multiplexer, a gate circuit opened in the galactic comparator; integrator; Pulse generator; Clock generator; The invention relates to a circuit arrangement for automatic compensation of the temperature influences on the display in the case of air-ultrasonic sensors. Erfindungsgemaesz this is achieved by the Mesz- or reference pulse, the corresponding gate is opened, or alternately by the Mesz- or reference pulse via a multiplexer a gate is opened, each of which is controlled by a voltage or current controlled pulse or clock generator , Via a matching circuit and an integrator, the voltage- or current-controlled clock generator is readjusted until the equality of the two numbers is established. Furthermore, in the case of equality, the output of the integrator-driving matching circuit is switched high-impedance (tri-state), so that the control voltage of the voltage-controlled clock generator remains constant until a deviation by the digital comparator or by the microcomputer is detected again. The function of the gates and counters are realized by one or two cascaded timer channels of a single-chip microcomputer and the variable frequency of the voltage or current controlled clock generator is used as the processor clock of the microcomputer, the most internally divided clock frequency is used to control the timer channels. Fig. 2 {compensation; Temperatureinflusz; Air ultrasonic sensor; gate; Meszkanal; Reference channel; Digitalkomperator; integrator; Pulse generator; Clock generator; Timerkaskadierung}

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur automatischen Kompensation der Temperatureinflüsse auf die Anzeige bei Luftultraschallsensoren. Hierbei wird die Laufzeit eines Ultraschallimpulses zwischen dem Ultraschallsender, dem reflektierenden Gegenstand und dem Ultraschallempfänger ermittelt und als Wegstrecke digital ausgegeben. Die Erfindung kann überall dort eingesetzt werden, wo eine berührungslose Abstandsmessung weitgehend temperaturunabhängig und mit hoher Störfestigkeit erforderlich istThe invention relates to a circuit arrangement for the automatic compensation of the temperature influences on the display in air ultrasonic sensors. In this case, the transit time of an ultrasound pulse between the ultrasound transmitter, the reflective article and the ultrasound receiver is determined and output as a digital path. The invention can be used wherever a non-contact distance measurement is required largely independent of temperature and high immunity to interference

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es existieren verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur automatischen Kalibrierung von Ultraschallentfernungsmessern, bei denen die Laufzeit der von einem Ultraschallsender ausgesendeten Ultraschallwellen nach Durchlaufen einer bekannten, konstanten Referenzstrecke festgestellt und zum Bewerten der Arbeitsmeßstrecke ausgenutzt wird.There are various methods and apparatuses for the automatic calibration of ultrasonic rangefinders, in which the transit time of the ultrasonic waves emitted by an ultrasonic transmitter after passing through a known, constant reference distance is determined and utilized for evaluating the working measuring distance.

Die in der Erfindungsbeschreibung DE-OS 2934187 beschriebene automatische Kalibrierung von Ultraschallentfernungsmessern ist dadurch gekennzeichnet, daß hierfür ein Hilfsschallwandler notwendig ist, der periodisch einen Hilfsschallimpuls in Ricchtung des Hauptschallwandlers aussendet.The automatic calibration of ultrasonic rangefinders described in the specification DE-OS 2934187 is characterized in that an auxiliary sound transducer is necessary for this purpose, which periodically emits an auxiliary sound pulse in the direction of the main sound transducer.

In der Erfindungsbeschreibung DE-OS 2935143 wird die automatische Kalibrierung dadurch erreicht, daß ein Referenzschallwandler und ein Referenzreflektor vorhanden sind, wobei die Referenzschallstrecke nicht mit der Hauptschallstrecke zusammenfällt.In the invention description DE-OS 2935143, the automatic calibration is achieved in that a reference sound transducer and a reference reflector are present, wherein the reference sound path does not coincide with the main sound path.

Nachteilig bei diesen Lösungen ist, daß sie zusätzliche Schallwandler, die den Aufwand der Gesamteinrichtung wesentlich erhöhen, benötigen.A disadvantage of these solutions is that they require additional sound transducers, which significantly increase the cost of the overall device.

Aus der Erfindungsbeschreibung DD-PS 203781 ist der Einsatz des Mikrorechners zur digitalisierten Analoganzeige in Ultraschallentfernungsmessern bekannt, wobei Grenzverletzungen der anliegenden Daten signalisiert werden.From the description of the invention DD-PS 203781 the use of the microcomputer for digitized analog display in ultrasonic rangefinders is known, with limit violations of the applied data are signaled.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, daß keine automatische Kalibrierung (Temperaturabhängigkeit der Laufzeit) der Meßanordnung realisiert wird.A disadvantage of this solution is that no automatic calibration (temperature dependence of the running time) of the measuring arrangement is realized.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es^ine Schaltungsanordnung zur automatischen Kompensation der Temperatureinflüsse auf die Anzeige bei Luftultraschallsensoren zu entwickeln. Dabei gilt es ein sich selbstabgleichendes System zu schaffen, welches ohne zusätzliche Schallwandler auskommt.The aim of the invention is to develop a circuit arrangement for the automatic compensation of the temperature influences on the display in the case of air-ultrasonic sensors. It is a self-balancing system to create, which manages without additional sound transducer.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Schaltungsanordnung zur automatischen Kompensation der Temperatureinflüsse auf die Anzeige bei Luftultraschallsensoren zu schaffen.The invention has for its object a circuit arrangement for automatically compensating the effects of temperature on the display in Luftultraschallsensoren to create.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß vom Meß-oder Referenzimpuls jeweils die entsprechende Torschaltung geöffnet wird, oder abwechselnd durch den Meß- oder Referenzimpuls über einen Multiplexer eine Torschaltung geöffnet wird, wobei jeweils die Ansteuerung durch einen spannungs- oder stromgesteuerten Impuls-bzw. Taktgenerator erfolgt.According to the invention, this object is achieved in that the corresponding gate is opened by the measuring or reference pulse, or alternately by the measuring or reference pulse via a multiplexer a gate is opened, in each case the control by a voltage or current-controlled pulse or. Clock generator is done.

Über eine Anpaßschaltung und einen Integrator wird der spannungs- oder stromgesteuerte Taktgenerator nachgesteuert, bis sich die Gleichheit der beiden Zahlen einstellt.About a matching circuit and an integrator of the voltage or current controlled clock generator is readjusted until the equality of the two numbers is established.

Des weiteren wird im Falle der Gleichheit der Ausgang der den Integrator ansteuernden Anpaßschaltung hochohmig (tri-state) geschaltet, so daß die Steuerspannung des spannungsgesteuerten Taktgenerators solange konstant bleibt, bis wieder eine Abweichung durch den Digitalkomparator oder durch den Mikrorechner festgestellt wird.Furthermore, in the case of equality, the output of the integrator-driving matching circuit high impedance (tri-state) is switched, so that the control voltage of the voltage-controlled clock generator remains constant until again a deviation by the digital comparator or by the microcomputer is detected.

Die Funktion der Tore und Zähler werden durch ein oder zwei kaskadierte Timerkanäle eines Einchipmikrorechners realisiert und die variable Frequenz des spannungs- oder stromgesteuerten Taktgenerators wird als Prozessortakt des Mikrorechners benutzt, wobei die meist intern geteilte Taktfrequenz zur Ansteuerung der Timerkanäle verwendet wird.The function of the gates and counters are realized by one or two cascaded timer channels of a single-chip microcomputer and the variable frequency of the voltage or current controlled clock generator is used as the processor clock of the microcomputer, the most internally divided clock frequency is used to control the timer channels.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll anhand von zwei Ausführungsbeispielen und mittels den Figuren 1 bis 3 näher erläutert werden. In der Figur 1 werden durch den Meßimpuls 2 die Torschaltung 3 und durch den Referenzimpuls 1 die Torschaltung 4 geöffnet, die von einem spannungs- oder stromgesteuerten Impulsgenerator 5 angesteuert werden. Die während der Referenzimpulsdauer die Torschaltung 4 passierenden Impulse werden im Zähler des Referenzkanals 10 gezählt und im Zwischenspeicher des Referenzkanals 11 zwischengespeichert und dann in einem Digitalkomparator 12 mit einer fest vorgegebenen Zahl, die der Wegstrecke Sensor-Referenzbügel entspricht, verglichen. Durch den Digitalkomparator 12 wird die Gleichheit bzw. Richtung der Abweichung dieser beiden Zahlen ausgegeben. Über die Anpaßschaltung 14 und den Integrator 13 wird bei Abweichung der Frequenz des spannungs- oder stromgesteuerten Impulsgenerators 5 solange nachgesteuert, bis sich die Gleichheit der beiden Zahlen einstellt. Da dieser spannungs- oder stromgesteuerte Impulsgenerator 5 gleichzeitig die Torschaltung 3 ansteuert, die für die Zeitdauer des Meßimpulses 2 geöffnet wird, ist die diese Torschaltung 3 passierende Impulszahl proportional der Entfernung zwischen Ultraschallsender und reflektierendem Gegenstand. Im Zähler des Meßkanals 6 werden diese Impulse gezählt und über einen Zwischenspeicher 7 und Dekoder 8 zur Anzeige 9 gebracht. In einem zweiten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 wird das beschriebene Grundprinzip durch einen Mikrorechner, beispielsweise auch einen Einchipmikrorechner mit minimalem Aufwand realisiert. Durch ein geeignetes Programm gesteuert, werden abwechselnd über einen Multiplexer 3 durch den Referenzimpuls 1 oder den Meßimpuls 2 die Torschaltung 6 geöffnet. Torschaltung 6 und Zähler 7 werden durch einen oder zwei kaskadierte Timerkanäle eines Einschipmikrorechners oder durch einen CTC-Schaltkreis realisiert.The invention will be explained in more detail with reference to two embodiments and by means of Figures 1 to 3. In the figure 1, the gate circuit 3 and by the reference pulse 1, the gate 4 are opened by the measuring pulse 2, which are controlled by a voltage or current-controlled pulse generator 5. The pulses passing through the gate circuit 4 during the reference pulse duration are counted in the counter of the reference channel 10 and buffered in the buffer memory of the reference channel 11 and then compared in a digital comparator 12 with a fixed number corresponding to the distance sensor reference bracket. By the digital comparator 12, the equality or direction of the deviation of these two numbers is output. About the matching circuit 14 and the integrator 13 is retarded as long as the frequency of the voltage or current-controlled pulse generator 5, until the equality of the two numbers sets. Since this voltage or current-controlled pulse generator 5 simultaneously controls the gate circuit 3, which is opened for the duration of the measuring pulse 2, the pulse rate passing through this gate circuit 3 is proportional to the distance between the ultrasonic transmitter and the reflecting object. In the counter of the measuring channel 6, these pulses are counted and brought to the display 9 via a buffer 7 and decoder 8. In a second embodiment of Figure 2, the basic principle described by a microcomputer, for example, a single-chip microcomputer is realized with minimal effort. Controlled by a suitable program, the gate 6 are alternately opened via a multiplexer 3 by the reference pulse 1 or the measuring pulse 2. Gate 6 and counter 7 are realized by one or two cascaded timer channels of a Einschipmikrorechners or by a CTC circuit.

Über die Kontrolle der Referenzstrecke 8 werden das Steuersignal für den Multiplexer 3 bzw. die Steuersignale für die Anpaßschaitung 9 ausgegeben und damit der Integrator 10 angesteuert, dessen Ausgangsspannung die Frequenz fG des spannungsgesteuerten Taktgenerators 4 beeinflußt, der den Prozessortakt des Mikrorechners liefert. Die Prozessortaktfrequenz fG wird im internen Frequenzteiler 5 geteilt und steuert die als Torschaltung 6 und Zähler 7 eingestellten kaskadierten Timerkanäle an. Nach der Umrechnung der der Meßimpulslänge entsprechenden Zählerzahl N in Millimeter erfolgt über den Dekoder 11 die Ausgabe der Entfernung durch die Anzeige 12. Nach einer bestimmten Anzahl von Meßzyklen (z.B. 10) wird die Referenzimpulslänge überprüft und gegebenenfalls die Prozessortaktfrequenz nachgeführt, bis wieder die Gleichheit der Zahlen erreicht ist.By controlling the reference path 8, the control signal for the multiplexer 3 and the control signals for the matching circuit 9 are output and thus the integrator 10 is driven, whose output voltage affects the frequency f G of the voltage-controlled clock generator 4, which supplies the processor clock of the microcomputer. The processor clock frequency f G is divided in the internal frequency divider 5 and controls the cascaded timer channels set as the gate 6 and counter 7. After the conversion of the measuring pulse length corresponding count N in millimeters via the decoder 11, the output of the distance by the display 12. After a certain number of measuring cycles (eg 10), the reference pulse length is checked and possibly the processor clock frequency tracked until again the equality of Numbers is reached.

Die Figur 3 zeigt das Blockschaltbild der Rechnerbaugruppe zur Laufzeitkorrektur und Meßwertverarbeitung nach dem in Figur 2 erläuterten Meßprinzip. Durch den Ultraschallsensor 1 werden dem Einchipmikrorechner 2 der Referenzimpuls und der Meßimpuls zugeführt. Im Ergebnis des Vergleichs zwischen Soll- und Istwert der Referenzimpulslänge werden die drei SignaleFIG. 3 shows the block diagram of the computer module for time correction and measured value processing according to the measuring principle explained in FIG. By the ultrasonic sensor 1 the Einchipmikrorechner 2, the reference pulse and the measuring pulse are supplied. The result of the comparison between the setpoint and actual value of the reference pulse length are the three signals

A> B, A = B und A < BA> B, A = B and A <B

durch die LED-Anzeige 3 angezeigt. Über die VCO-Ansteuerung 4, die die Anpaßschaltung und den Integrator enthält, wird der spannungsgesteuerte Taktgenerator 5 angesteuert, der den von der Schallgeschwindigkeit abhängigen Rechnertakt liefert. Bei einigen Einchipmikrorechnern 2 ist für die Kaskadierung der Timerkanäle eine Impulsverdopplung 6 notwendig. Das für die Steuerung notwendige Programm ist in einem Festwertspeicher gespeichert. Über den Dekoder 8 wird das Ergebnis durch die Anzeige 9 ausgegeben.indicated by the LED display 3. Via the VCO control 4, which contains the matching circuit and the integrator, the voltage-controlled clock generator 5 is controlled, which supplies the dependent of the speed of sound computer clock. In some Einchipmikrorechnern 2 a pulse doubling 6 is necessary for the cascading of the timer channels. The program necessary for the control is stored in a read-only memory. About the decoder 8, the result is output by the display 9.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur automatischen Kompensation der Temperatureinflüsse auf die Anzeige bei Luftultraschallsensoren, bestehend aus zwei Torschaltungen mit nachgeschalteten Zählern und Zwischenspeichern für Meß- und Referenzkanal, Digitalkomparator, Anpaßschaltung, Integrator, spannungs- oder stromgesteuerten Impulsgenerator und Anzeige bzw. Mikrorechnerschaltung mit externem spannungs- oder strom gesteuertem Taktgenerator, einem oderzwei kaskadierten Zähler/ Zeitgeberkanälen (Timerkanäle), Impulsverdopplung für Timerkaskadierung, VCO-Ansteuerung mit Anpaßschaltung und Integrator, einem EPROM als Festwertspeicher, sowie Dekoder und Anzeige, dadurch gekennzeichnet, daß vom Meß- oder Referenzimpuls jeweils die entsprechende Torschaltung geöffnet wird, oder abwechselnd durch den Meß- oder Referenzimpuls über einen Multiplexer eine Torschaltung geöffnet wird, wobei jeweils die Ansteuerung durch einen spannungs- oder stromgesteuerten Impuls- bzw. Taktgenerator erfolgt.1. Circuit arrangement for the automatic compensation of the temperature influences on the display in Luftultraschallsensoren consisting of two gates with downstream counters and latches for measuring and reference channel, digital comparator, matching circuit, integrator, voltage or current-controlled pulse generator and display or microcomputer circuit with external voltage or current controlled clock generator, one or two cascaded counter / timer channels (timer channels), pulse doubling for timer cascading, VCO control with matching circuit and integrator, an EPROM as read-only memory, and decoder and display, characterized in that opened by the measuring or reference pulse in each case the corresponding gate is, or alternatively by the measuring or reference pulse via a multiplexer a gate open, in each case the control is carried out by a voltage or current controlled pulse or clock generator. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß über eine Anpaßschaltung und einen Integrator der spannungs- oder stromgesteuerte Taktgenerator nachgesteuert wird, bis sich die Gleichheit der beiden Zahlen einstellt.2. A circuit arrangement according to claim!, Characterized in that is controlled by a matching circuit and an integrator of the voltage or current controlled clock generator until the equality of the two numbers sets. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Gleichheit der Ausgang der den Integrator ansteuernden Anpaßschaltung hochohmig (tri-state) geschaltet wird, so daß die Steuerspannung des spannungsgesteuerten Taktgenerators solange konstant bleibt, bis wieder eine Abweichung durch den Digitalkomparator oder durch den Mikrorechner festgestellt wird.3. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that in the case of equality, the output of the integrator-driving matching circuit high impedance (tri-state) is switched, so that the control voltage of the voltage-controlled clock generator remains constant until again a deviation by the digital comparator or is determined by the microcomputer. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der Tore und Zähler durch ein oder zwei kaskadierte Timerkanäle eines Einchipmikrorechners realisiert werden.4. Circuit arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the function of the gates and counters are realized by one or two cascaded timer channels of a Einchipmikrorechners. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Frequenz des spannungs-oder stromgesteuerten Taktgenerators als Prozessortakt des Mikrorechners benutzt wird, wobei die meist intern geteilte Taktfrequenz zur Ansteuerung der Timerkanäle verwendet wird.5. Circuit arrangement according to claim 1 to 4, characterized in that the variable frequency of the voltage or current-controlled clock generator is used as the processor clock of the microcomputer, wherein the most internally divided clock frequency is used to control the timer channels.
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