DE19715047A1 - Elektrische Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zur Verarbeitung eines Meßsignal von einem Sensor und zur Erzeugung eines Steuersignals für einen Aktor.

Beispielsweise bei einer Wasseraufbereitungsanlage ist es erforderlich, den Chlorgehalt und/oder den pH-Wert genau zu messen und in Abhängigkeit davon die gesamte Wasseraufbereitungsanlage zu steuern. Zu diesem Zweck ist beispielsweise ein Chlorsensor und/oder ein pH-Wert-Sensor vorgesehen, deren Meßsignale verschiedenen elektrischen Schaltungen zugeführt sind, die dann den oder die Aktoren ansteuern.

In jeder der Schaltungen wir das zugehörige Meßsignal aufbereitet und es wird das davon abhängige Steuersignal erzeugt, mit dem dann der zugehörige Aktor beaufschlagt wird.

Üblicherweise bildet somit jeder der Sensoren mit der zugehörigen elektrischen Schaltung ein abgeschlossenes System. Die Steuerung und/oder Regelung dieses System kann durch einen Benutzer mit Hilfe von jeweils speziellen Ein- und Ausgabevorrichtungen vorgegeben werden.

Insgesamt weisen die beschriebenen Systeme den Nachteil auf, daß sie sich zumeist stark voneinander unterscheiden. Dies hat zur Folge, daß ein Benutzer sich auf verschiedene Arten der Kommunikation mit den verschiedenen Systemen einstellen muß. Des weiteren haben derartige Einzelsysteme den Nachteil, daß nur geringe Stückzahlen davon gebaut werden, wodurch die Kosten für das einzelne System sich erhöhen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Schaltung zur Verarbeitung eines Meßsignals von einem Sensor und zur Erzeugung eines Steuersignals für einen Aktor zu schaffen, das einfach zu bedienen ist, mit geringen Kosten hergestellt und möglichst flexibel eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Schaltung der eingangs genannten Art durch die Erfindung dadurch gelöst, daß eine erste, im Wesentlichen einen analogen Aufbau aufweisende, integrierte Schaltung vorgesehen ist, die mit dem Meßsignal beaufschlagbar ist, und die zur Durchführung einer Analog-/Digital-Wandlung geeignet ist, und daß eine zweite, im Wesentlichen einen digitalen Aufbau aufweisende, integrierte Schaltung vorgesehen ist, die mit der ersten integrierten Schaltung verbunden ist, und die zur Erzeugung des Steuersignals geeignet ist.

Nach der Erfindung wird die elektrische Schaltung im Wesentlichen in einen analogen Teil und einen digitalen Teil aufgeteilt. Jeder der beiden Teile wird als integrierte Schaltung ausgestaltet. Der analoge Teil übernimmt dabei im Wesentlichen die Umsetzung des Meßsignals in ein digitales Signal und der digitale Teil hat im Wesentlichen die Aufgabe, das von dem analogen Teil erzeugte digitale Signal weiterzuverarbeiten. Dabei kann von dem digitalen Teil eine erwünschte Steuerung und/oder Regelung durchgeführt werden. Mit Hilfe des von dem digitalen Teil der elektrischen Schaltung erzeugten Steuersignal wird dann der Aktor beaufschlagt.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht in der Vereinheitlichung der für die elektrische Schaltung erforderlichen Bauteile. Insbesondere ist es möglich, ein- und dieselbe erste integrierte Schaltung für verschiedene Sensoren zu verwenden. Entsprechendes gilt für die zweite integrierte Schaltung. Bei den integrierten Schaltungen handelt es sich deshalb nicht mehr um spezielle, an einen bestimmten Sensor angepaßte Schaltungen, sondern es handelt sich um vereinheitliche Schaltungen, die flexibel eingesetzt werden können.

Dies hat zur Folge, daß der Benutzer immer mit ein- und derselben elektrischen Schaltung konfrontiert ist. Unabhängig von dem angeschlossenen Sensor ist somit die Kommunikation des Benutzers mit der elektrischen Schaltung immer gleich. Dies erleichtert dem Benutzer den Umgang mit der elektrischen Schaltung ganz wesentlich. Des weiteren können durch die Vereinheitlichung Fehlbedienungen, die häufig bei unterschiedlichen Kommunikationseinrichtungen auftreten, sicher vermieden werden.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Vereinheitlichung besteht in einer Kostensenkung bei der Herstellung der elektrischen Schaltung. Durch die Vereinheitlichung können große Stückzahlen der elektrischen Schaltung auf immer dieselbe Art und Weise hergestellt werden. Es ist nicht mehr erforderlich, an bestimmte Sensoren angepaßte und damit teure Spezialschaltungen herzustellen. Die Herstellungskosten der elektrischen Schaltung können damit verringert werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erste integrierte Schaltung dazu geeignet, das beaufschlagte Meßsignal einem von mehreren verschiedenartigen Sensoren zuzuordnen. Wird also an die erste integrierte Schaltung ein bestimmter Sensor angeschlossen, so ist die Schaltung in der Lage, aus dem empfangenen Meßsignal abzuleiten, um welchen Sensor es sich handelt. Beispielsweise ist die Schaltung derart ausgestaltet, daß sie die Meßsignale von einem Chlorsensor, einem pH-Wert-Sensor, einem Temperatursensor und/oder einem Feuchtesensor automatisch voneinander unterscheiden kann. Möglich ist auch die Unterscheidung von Trübungs- Leitfähigkeits- und Sauerstoff- bzw. Gassensoren. Hat die erste integrierte Schaltung dann den angeschlossenen Sensortyp erkannt, so ist es möglich, das empfangene Meßsignal entsprechend dem erkannten Sensortyp weiterzuverarbeiten.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erste integrierte Schaltung dazu geeignet, das beaufschlagte Meßsignal vorzugsweise mittels einer Kennlinie zu normieren. Das von der ersten integrierten Schaltung empfangene Meßsignal wird also derart umgesetzt, daß es bestimmten vorgegebenen Normwerten entspricht. Dies hat den Vorteil, daß die nachfolgende Weiterverarbeitung des Meßsignals einheitlich auf der Grundlage dieser Normwerte erfolgen kann. Eine spezielle Anpassung der nachfolgenden Auswertung beispielsweise an einen bestimmten Spannungswert oder einen bestimmten Stromwert des angeschlossenen Sensors ist somit nicht erforderlich. Die beschriebene Normierung stellt somit einem weiteren Schritt der Vereinheitlichung dar.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die erste integrierte Schaltung dazu geeignet ist, einen Dauerstrom, einen Strompuls, eine Stromimpulsfolge oder dergleichen zu erzeugen, mit dem ein angeschlossener Sensor zur Erzeugung eines Meßsignals beaufschlagbar ist. Die erste integrierte Schaltung ist also nicht nur dazu vorgesehen, das von einem Sensor empfangene Meßsignal zu verarbeiten, sondern sie ist ebenfalls dazu ausgestaltet, dem angeschlossenen Sensor den für die Durchführung der Messung erforderlichen Strom zuzuführen. Dies hat den Vorteil, daß der Sensor keine separate Spannungs- und/oder Stromversorgung benötigt, sondern daß nur durch den Anschluß des Sensors an die erste integrierte Schaltung bereits sämtliche Voraussetzungen für die Durchführung von Messungen erfüllt sind.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zweite integrierte Schaltung zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Steuersignals und/oder zur Erzeugung eines digitalen Steuersignals geeignet. Dies hat den Vorteil, daß insbesondere mit Hilfe des digitalen Steuersignals außerhalb der zweiten integrierten Schaltung bekannte Protokolle zur Ansteuerung des Aktors erzeugt werden können, so beispielsweise das sogenannte Profibus-Protokoll und/oder das sogenannte Feldbus-Protokoll das sogenannte HART-Pro­ tokoll.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite integrierte Schaltung zur Erzeugung eines Steuersignals nach dem sogenannten Profibus-Protokoll und/oder nach dem sogenannten Feldbus-Protokoll und/oder nach dem sogenannten HART-Protokoll geeignet. In diesem Fall wird also die Erzeugung des Steuersignals nach dem jeweiligen Protokoll unmittelbar durch die zweite integrierte Schaltung durchgeführt. Weitere zusätzliche passive und/oder aktive Bauteile außerhalb der zweiten integrierten Schaltung sind also nicht erforderlich.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite integrierte Schaltung dazu geeignet ist, einen angeschlossenen Aktor mittels des erzeugten Steuersignals zu steuern und/oder zu regeln. Die zweite integrierte Schaltung dient also gleichzeitig zur Steuerung oder Regelung des Aktors. Weitere zusätzliche Bauteile sind somit nicht erforderlich. Insgesamt ergibt sich damit ein Steuer- oder Regelkreis, der aus sehr wenigen Bauteilen aufgebaut ist. Dies stellt einen weiteren Schritt in Richtung einer Vereinheitlichung sowie in Richtung einer Kostensenkung dar.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind an die zweite integrierte Schaltung mehrere der ersten integrierten Schaltungen anschließbar. Jede der ersten integrierten Schaltungen ist einem Sensor zugeordnet. Damit ist es möglich, eine Mehrzahl von Sensoren an eine einzige zweite integrierte Schaltung anzuschließen. Der wesentliche Vorteil besteht darin, daß die erste und die zweite integrierte Schaltung einheitlich ausgestaltet sind und dadurch in einer hohen Stückzahl hergestellt werden können. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten aus. Des weiteren ist es durch die Verwendung einer einheitlichen ersten integrierten Schaltung möglich, durch eine entsprechende hohe Integration der Schaltung die Möglichkeit zu schaffen, eine Vielzahl verschiedener Sensoren an ein- und denselben integrierten Schaltkreis anschließen zu können. Damit ist es möglich, mit Hilfe von nur zwei Bauteilen, nämlich der ersten und der zweiten integrierten Schaltung, einen Steuer- und/oder Regelkreis aufzubauen, bei dem eine Vielzahl unterschiedlichster Sensoren Meßsignale an die jeweils zugehörigen ersten integrierten Schaltungen liefern, und bei dem eine Vielzahl unterschiedlichster Aktoren von der zweiten integrierten Schaltung angesteuert werden.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn die ersten integrierten Schaltungen und die zweite integrierte Schaltung zum Multiplexbetrieb geeignet sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Meßsignale der verschiedenen angeschlossenen Sensoren fehlerfrei von den ersten integrierten Schaltungen empfangen werden können, um dann ebenfalls fehlerfrei von der zweiten integrierten Schaltung verarbeitet werden zu können.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die zweite integrierte Schaltung einen programmierbaren Mikroprozessor, vorzugsweise einen digitalen Signalprozessor auf. Durch die Möglichkeit der Programmierung des Mikroprozessors wird eine äußerst flexible und jederzeit änderbare Anpassung an die verschiedenartigsten Sensoren, sowie an die jeweils gewünschten Steuerungen und/oder Regelungen erreicht. So ist es beispielsweise möglich, durch einen entsprechenden Austausch einer Software-Komponente das Meßsignal eines bestimmten angeschlossenen Sensors auf eine andere Art und Weise als zuvor zu verarbeiten. Diese andere Art und Weise kann dabei eine völlig andere Regelung des von dem Meßsignal abhängigen Aktors sein. Durch einen entsprechenden modularen Aufbau der Programmierung des Mikroprozessors kann die erfindungsgemäße Schaltung ohne größeren Aufwand an die verschiedensten Anwendungen, die verschiedensten Sensoren, die verschiedensten Aktoren sowie an sonstige spezielle Randbedingungen angepaßt werden. Ebenfalls ist es durch die Programmierung des Mikroprozessors möglich, das gesamte System mit Hilfe eines angeschlossenen Personalcomputers zu testen und mögliche Fehler zu korrigieren. In einfacher Weise können dann auch von dem Personalcomputer verbesserte Versionen der einzelnen Software-Kom­ ponenten in die zweite integrierte Schaltung eingespielt werden. Auf diese Weise können verbesserte Sensoren und/oder verbesserte Aktoren durch die jeweils zugehörigen Software-Kom­ ponenten berücksichtigt bzw. neu konfiguriert werden.

Durch die Verwendung eines digitalen Signalprozessors wird insbesondere die Verarbeitungsgeschwindigkeit der zweiten integrierten Schaltung wesentlich erhöht. Durch die Ausführung beispielsweise von Additions- oder Multiplikationsbefehlen unmittelbar in der Hardware, und nicht in der Form von sogenanntem Microcode, wird erreicht, daß eine Steuerung und/oder eine Regelung wesentlich schneller abläuft, und damit auch komplizierte und zeitaufwendige Regelungen in einem Echtzeitbetrieb durchgeführt werden können.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die zweite integrierte Schaltung einen flüchtigen und einen nicht-flüchtigen Speicher, vorzugsweise einen wiederbeschreibbaren nicht-flüchtigen Speicher auf. Die für den Betrieb eines Mikroprozessors erforderlichen Speicher sind damit unmittelbar auf der zweiten integrierten Schaltung untergebracht. Durch eine entsprechende hochintegrierte Ausführung der zweiten integrierten Schaltung ist es dabei möglich, daß nicht nur ein wiederbeschreibbarer nicht­ flüchtiger Speicher vorgesehen sein kann, sondern daß auch ein sogenannter Festwertspeicher sich unmittelbar auf der zweiten integrierten Schaltung befinden kann. Auf diese Weise wird die Verarbeitungsgeschwindigkeit der zweiten integrierten Schaltung weiter erhöht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die erste integrierte Schaltung und die zweite integrierte Schaltung über eine digitale Verbindung, vorzugsweise über ein Mikroprozessorbussystem oder ein Personalcomputerbussystem miteinander verbunden, z. B. über eine RS 485-Schnittstelle oder einen PC-Bus. Damit handelt es sich bei der Verbindung zwischen der ersten und der zweiten integrierten Schaltung um ein normiertes Bussystem. Dies eröffnet die Möglichkeit, daß beispielsweise anstelle der ersten integrierten Schaltung ein Personalcomputer an die zweite integrierte Schaltung angeschlossen werden kann, der zum Zwecke des Testens der auf der zweiten integrierten Schaltung gespeicherten Programme die Meßsignale bestimmter Sensoren simuliert. Damit ist es möglich, daß die gesamte zweite integrierte Schaltung ausgetestet werden kann, ohne daß hierzu aufwendige und insbesondere kostenintensive Tests mit realen Sensoren und dergleichen erforderlich wären. Selbstverständlich ist es auch möglich, derartige Simulationen in umgekehrter Weise durchzuführen, daß also die erste integrierte Schaltung mit einem Personalcomputer verbunden wird, und damit die erste integrierte Schaltung von diesem Personalcomputer ausgetestet wird.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erste integrierte Schaltung und die zweite integrierte Schaltung jeweils als separates Bauteil ausgebildet. Jede der beiden integrierten Schaltungen ist also auf einem separaten Träger und somit in der Form eines sogenannten Chips vorgesehen. Dies hat den Vorteil, daß in einem Gesamtsystem die erste integrierte Schaltung exakt entsprechend der Anzahl der angeschlossenen Sensoren vorhanden ist. Die zweite integrierte Schaltung ist in einem Gesamtsystem nur ein einziges Mal vorhanden. Diese Ausgestaltung hat insbesondere Vorteile im Hinblick auf eine weitere Kostenreduzierung. Es wird allerdings darauf hingewiesen, daß es auch möglich ist, eine Mehrzahl der ersten integrierten Schaltungen, beispielsweise etwa zehn erste integrierte Schaltungen sowie eine einzige zweite integrierte Schaltung auf einem einzigen Träger, also auf einem einzigen Chip unterzubringen. Dies kann insbesondere durch eine entsprechend hohe Integrierung der Bauteile der ersten und der zweiten integrierten Schaltung erreicht werden. Insgesamt ist dann für die Erstellung eines Gesamtsystems nur noch ein einziger Chip erforderlich. In diesem Fall ist es jedoch möglich, daß bei der Verwendung von nur wenigen Sensoren in einem System einige der vorhandenen ersten integrierten Schaltungen nicht benutzt werden.

Besonders zweckmäßig ist es, die erfindungsgemäße Schaltung im Rahmen der Umwelttechnik einzusetzen, beispielsweise unter Verwendung eines Feuchtesensors und/oder eines Temperatursensors und/oder eines ph-Wert-Sensors und/oder eines Leitfähigkeitssensors und/oder eines Gassensors und/oder eines Sauerstoffsensors und/oder eines Chlorsensors und/oder eines Trübungssensors. Bei dem Leitfähigkeitssensor kann es sich dabei um eine induktive oder konduktive Leitfähigkeit handeln.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches Blockschaltbild der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung.

In der Figur ist eine elektrische Schaltung 1 dargestellt, die eine Mehrzahl von ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 und eine einzige zweite integrierte Schaltung 5 aufweist. Jede der ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 ist mit der zweiten integrierten Schaltung 5 verbunden. Diese Verbindung ist digital ausgestaltet und es kann sich beispielsweise um ein Mikroprozessorbussystem oder ein Personalcomputerbussystem handeln.

An jede der ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 ist jeweils ein Sensor 6, 7, 8 angeschlossen. Bei den Sensoren 6, 7, 8 handelt es sich um verschiedene Sensortypen, was durch die Darstellung als Kreis, als Dreieck bzw. als Viereck zum Ausdruck gebracht werden soll. Bei den Sensoren 6, 7, 8 kann es sich aber auch um gleichartige Sensortypen handeln.

An jeder der ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 ist nur ein einziger der Sensoren 6, 7, 8 abgeschlossen. In der Figur sind drei erste integrierte Schaltungen 2, 3, 4 mit den zugehörigen drei Sensoren 6, 7, 8 dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß die Anzahl der ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 und der zugehörigen Sensoren 6, 7, 8 auch größer oder kleiner sein kann. Insbesondere ist es auch möglich, nur eine einzige integrierte Schaltung 2 und einen einzigen zugehörigen Sensor 6 vorzusehen.

Bei den Sensoren 6, 7, 8 kann es sich um einen Feuchtesensor und/oder einen Temperatursensor und/oder einen ph-Wert-Sensor und/oder einen Leitfähigkeitssensor und/oder einen Gassensor und/oder einen Sauerstoffsensor und/oder einen Chlorsensor und/oder einen Trübungssensor handeln. Die genannten Sensoren 6, 7, 8 können dabei konduktiv, also mediumsberührend, oder induktiv, also gekapselt, ausgestaltet sein. Des weiteren handelt es sich bei den Sensoren 6, 7, 8 um niederohmig-e und/oder hochohmige Bauteile, die ein analoges Meßsignal abgeben. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise bei dem Gassensor oder dem Sauerstoffsensor erforderlich, daß der genannte Sensor einen analogen Dauerstrom und/oder eine Dauerspannung zugeführt bekommt. Bei dem Chlorsensor oder dem Trübungssensor ist es hingegen erforderlich, daß dem genannten Sensor unter anderem Strompulse zugeführt werden. Der genannte Dauerstrom bzw. die genannten Strompulse werden von der ersten integrierten Schaltung 2, 3, 4 erzeugt und über die Verbindungsleitung dem jeweiligen Sensor 6, 7, 8 zugeführt.

Die ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 sind dazu vorgesehen, die von den Sensoren 6, 7, 8 empfangenen Meßsignale aufzubereiten und im Hinblick auf eine weitere Verarbeitung durch die zweite integrierte Schaltung 5 zu verarbeiten. Dies soll nachfolgend anhand der ersten integrierten Schaltung 2 und des zugehörigen Sensors 6 beschrieben werden. Dabei wird angenommen, daß es sich bei dem Sensor 6 beispielhaft um einen Chlorsensor handelt.

Wie bereits erläutert, erzeugt die erste integrierte Schaltung 2 einen Strompuls und/oder einen Spannungspuls und/oder eine Folge derartiger Pulse, der bzw. die dem Sensor 6 zugeführt wird bzw. werden in Abhängigkeit von dem gemessenen Chlorgehalt liefert der Sensor 6 ein Meßsignal zurück an die erste integrierte Schaltung 2. Dieses Meßsignal wird von der ersten integrierten Schaltung 2 einer Verstärkung und/oder einer Filterung und/oder einer Zwischenspeicherung zugeführt. Des weiteren ist in der ersten integrierten Schaltung 2 eine Analog-Digital-Wandlung des empfangenen Meßsignals vorgesehen. Eine weitere Funktion der ersten integrierten Schaltung 2 besteht darin, zu erkennen, welchem Sensortyp das empfangene Eingangssignal zuzuordnen ist. Relevante Informationen für diese Erkennung können dabei von der zweiten integrierten Schaltung an die erste integrierte Schaltung überspielt werden. Eine weitere Funktion kann darin bestehen, Signale zur Funktionsüberprüfung der angeschlossenen Sensoren zu erzeugen und/oder auszuwerfen. Die genannten Funktionen können auch anders als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Bei der Erkennung des Sensortyps wertet die erste integrierte Schaltung 2 das empfangene Meßsignal nach sensorspezifischen Kriterien aus. Die bereits beschriebene Zuordnung wird dabei von der ersten integrierten Schaltung 2 automatisch durchgeführt. Damit ist es möglich, jeden Sensor aus einer Menge verschiedenartiger Sensoren ohne Weiteres, insbesondere ohne besondere Voreinstellungen an die erste integrierte Schaltung 2 anzuschließen.

Eine weitere Funktion, die vor oder nach der Analog-/Digital-Wand­ lung von der ersten integrierten Schaltung 2 durchgeführt werden kann, ist die Normierung des empfangenen Meßsignals insbesondere auf vorgegebene Normwerte. Die Normierung kann dabei durch einen einfachen Abgleich oder dergleichen erfolgen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß die Normierung mittels einer Kennlinie durchgeführt wird, wobei die Kennlinie beispielsweise in einem Festwertspeicher in der ersten integrierten Schaltung 2 abgespeichert sein kann, oder mittels einer entsprechenden Kommunikation von der zweiten integrierten Schaltung 5 abgerufen werden kann. Gegebenenfalls ist zum Zwecke der Normierung auf der ersten integrierten Schaltung 2 ein Mikroprozessor oder dergleichen untergebracht. Es ist jedoch ebenfalls möglich, daß die Normierung mit Hilfe eines auf der zweiten integrierten Schaltung 5 vorhandenen Mikroprozessors durchgeführt wird. Als weitere Funktion kann die Generierung einer Stromsenke für einen analogen Stromausgang vorgesehen sein, die mittels z. B. einer Pulsweitenmodulation angesteuert werden kann.

Zur Durchführung der genannten Funktionen weist die erste integrierte Schaltung 2 einen im Wesentlichen analogen Aufbau auf. Sie ist beispielsweise in der Form eines sogenannten ASIC (application specific integrated circuit) separat ausgeführt und auf einem einzigen Träger, also auf einem einzigen Chip untergebracht.

Die vorstehenden Ausführungen bezüglich der ersten integrierten Schaltung 2 und des zugehörigen Sensors 6 gelten in entsprechender Weise auch für die anderen ersten integrierten Schaltungen 3, 4 mit den jeweils zugehörigen Sensoren 7, 8.

Sind, wie in der Figur dargestellt, mehrere erste integrierte Schaltungen 2, 3, 4 mit einer einzigen zweiten integrierten Schaltung 5 verbunden, so sind die genannten ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 und die genannte zweite integrierte Schaltung 5 zum Multiplex-Betrieb geeignet. Dies bedeutet, daß die ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 in einer vorgegebenen Reihenfolge und nach einem vorgegebenen Zeitablauf Signale an die zweite integrierte Schaltung senden bzw. von dieser empfangen. Bei den zwischen den ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 und der zweiten integrierten Schaltung 5 übertragenen Signalen handelt es sich um digitale Signale.

Die zweite integrierte Schaltung 5 weist einen im Wesentlichen digitalen Aufbau auf. Sie ist als separater ASIC (application specific integrated circuit) ausgebildet und auf einem einzigen Träger, also auf einem einzigen Chip untergebracht. Die zweite integrierte Schaltung 5 ist mit einem digitalen Signalprozessor sowie mit einem flüchtigen Speicher (RAM, random access memory) und einem wiederbeschreibbaren nicht­ flüchtigen Speicher (EEPROM, electronically erasable programmable read-only memory) versehen. Ein Festwertspeicher (ROM, read-only memory) kann außerhalb der zweiten integrierten Schaltung 5, aber auch innerhalb derselben vorgesehen sein. Des weiteren ist eine Ansteuerung eines graphischen und/oder alphanumerischen Bildschirms sowie von Signalgebern wie Leuchtdioden, Relais und dergleichen vorgesehen. Ebenfalls kann eine Schaltung zur Generierung eines programmierbaren Punkt-Signals mit einer exakten Amplitude zur Ansteuerung eines analogen Stromausgangs vorgesehen sein.

Zur Kommunikation mit einem Benutzer ist die zweite integrierte Schaltung 5 mit einer Anzeigeeinrichtung 9, beispielsweise einem Bildschirm, und einer Eingabevorrichtung 10, beispielsweise einer Tastatur, versehen.

Wie aus der Figur hervorgeht, ist die zweite integrierte Schaltung 5 mit Aktoren 11, 12, 13 gekoppelt. Bei diesen Aktoren kann es sich beispielsweise um ein Relais und/oder ein Ventil und/oder einen Thyristor oder dergleichen handeln. Diese verschiedenartigen Aktorentypen sollen in der Figur durch die kreisförmige bzw. dreieckförmige bzw. viereckförmige Darstellung der Aktoren 11, 12, 13 zum Ausdruck kommen.

Wie aus der Figur hervorgeht, ist die zweite integrierte Schaltung 5 in der Lage, eine Mehrzahl von Aktoren 11, 12, 13 anzusteuern. Das jeweils zugehörige Steuersignal wird dabei von der zweiten integrierten Schaltung 5 erzeugt und über Verbindungsleitungen dem jeweiligen Aktor 11, 12, 13 zugeführt. Es versteht sich, daß dabei die in der Figur zum Ausdruck gebrachten Aktortypen auch andersartig angeordnet bzw. vorgesehen sein können.

Die zweite integrierte Schaltung 5 ist derart ausgestaltet, daß sie ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal erzeugen kann.

Ein derartiges pulsweitenmoduliertes Steuersignal ist in der Fig. 5 beispielsweise auf der Leitung 14 vorhanden, die die zweite integrierte Schaltung 5 mit dem Aktor 12 verbindet.

Des weiteren ist die zweite integrierte Schaltung 5 in der Lage, ein digitales Steuersignal zu erzeugen. Derartige digitale Steuersignale sind beispielsweise auf den Leitungen 15, 16 vorhanden, die an die zweite integrierte Schaltung 5 angeschlossen sind.

Das digitale Steuersignal auf der Leitung 15 ist einer Einrichtung 17 zugeführt, mit deren Hilfe das digitale Steuersignal entsprechend einem sogenannten Profibus-Protokoll umgeformt wird. Dabei ist es möglich, verschiedene Profibus-Pro­ tokolle zu realisieren, unter anderem auch sogenannte eigensichere Protokolle. Des weiteren kann auch das sogenannte Feldbus-Protokoll zur Kommunikation verwendet werden. Die Einrichtung 17 erzeugt ein digitales Ausgangssignal, mit dem der Aktor 11 beaufschlagt ist.

Das digitale Steuersignal auf der Leitung 16 ist einer Einrichtung 18 zugeführt, mit dessen Hilfe das digitale Steuersignal entsprechend einem sogenannten HART-Protokoll umgeformt wird. Von der Einrichtung 18 wird ein analoges Ausgangssignal erzeugt, mit dem der Aktor 13 beaufschlagt ist.

Die zweite integrierte Schaltung 5 ist dazu ausgestaltet, daß sie eine Steuerung und/oder eine Regelung der angeschlossenen Aktoren 11, 12, 13 mit Hilfe der erzeugten Steuersignale durchführen kann. Die zweite integrierte Schaltung 5 wertet zu diesem Zweck die empfangenen Meßsignale von den Sensoren 6, 7, 8 aus und berechnet in Abhängigkeit davon entsprechend der gewünschten Steuerung oder Regelung die optimalen Steuersignale für die Aktoren 11, 12, 13. Die gewünschte Steuerung oder Regelung, insbesondere die gewünschten Sollwerte für die zu messenden Meßgrößen können von dem Benutzer beispielsweise mit Hilfe der Eingabevorrichtung 10 eingegeben werden. Des weiteren ist es möglich, daß der Benutzer über die Ausgabevorrichtung 9 die gesamte Steuerung oder Regelung verfolgt und überwacht.

Es ist jedoch auch möglich, daß die Steuerung und/oder Regelung der Aktoren nicht unmittelbar auf der zweiten integrierten Schaltung 5 durchgeführt wird. Statt dessen kann vorgesehen sein, daß zwischen der zweiten integrierten Schaltung 5 und den Aktoren 11, 12, 13 sogenannte speicherprogrammierbare Steuerungen oder mikroprozessorbasierte Steuerungen oder ein Personalcomputer oder dergleichen zwischengeschaltet ist. Insbesondere bei Verwendung eines Personalcomputers ist es möglich, diesen auch zu Testzwecken der gesamten elektrischen Schaltung 1 zu verwenden.

In entsprechender Weise ist es möglich, insbesondere bei Ausgestaltung der Verbindungen zwischen den ersten integrierten Schaltungen 2, 3, 4 und der zweiten integrierten Schaltung 5 als Personalcomputerbussystem, einen Personalcomputer an dieses Bussystem anzuschließen, um ebenfalls den Personalcomputer zum Testen der gesamten elek­ trischen Schaltung 1 zu verwenden.

Claims (18)

1. Elektrische Schaltung (1) zur Verarbeitung eines Meßsignals von einem Sensor (6, 7, 8) und zur Erzeugung eines Steuersignals für einen Aktor (11, 12, 13), dadurch gekennzeichnet, daß eine erste, im Wesentlichen einen analogen Aufbau aufweisende, integrierte Schaltung (2, 3, 4) vorgesehen ist, die mit dem Meßsignal beaufschlagbar ist, und die zur Durchführung einer Analog-/Digital-Wand­ lung geeignet ist, und daß eine zweite, im Wesentlichen einen digitalen Aufbau aufweisende, integrierte Schaltung (5) vorgesehen ist, die mit der ersten integrierten Schaltung (2, 3, 4) verbunden ist, und die zur Erzeugung des Steuersignals geeignet ist.

2. Schaltung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste integrierte Schaltung (2, 3, 4) dazu geeignet ist, das beaufschlagte Meßsignal einem von mehreren verschiedenartigen Sensoren (6, 7, 8) zuzuordnen.

3. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste integrierte Schaltung (2, 3, 4) dazu geeignet ist, das beaufschlagte Meßsignal vorzugsweise mittels einer Kennlinie zu normieren.

4. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste integrierte Schaltung (2, 3, 4) dazu geeignet ist, das beaufschlagte Meßsignal zu verstärken und/oder zu filtern und/oder zwischenzuspeichern.

5. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste integrierte Schaltung (2, 3, 4) dazu geeignet ist, einen Dauerstrom und/oder eine Dauerspannung oder einen Strompuls und/oder ein Spannungspuls oder dergleichen zu erzeugen, mit dem ein angeschlossener Sensor (6, 7, 8) zur Erzeugung eines Meßsignals beaufschlagbar ist.

6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein programmierbarer Stromausgang für einen analogen Meßwertausgang erzeugbar ist.

7. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite integrierte Schaltung (5) zur Erzeugung mindestens eines pulsweitenmodulierten Steuersignals geeignet ist.

8. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite integrierte Schaltung (5) zur Erzeugung eines digitalen Steuersignals geeignet ist.

9. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite integrierte Schaltung (5) zur Erzeugung eines Steuersignals nach dem sogenannten Profibus-Protokoll und/oder nach dem sogenannten HART-Protokoll geeignet ist.

10. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite integrierte Schaltung (5) dazu geeignet ist, mindestens einen angeschlossenen Aktor (11, 12, 13) mittels des erzeugten Steuersignals zu steuern und/oder zu regeln.

11. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die zweite integrierte Schaltung (5) mehrere der ersten integrierten Schaltungen (2, 3, 4) anschließbar sind.

12. Schaltung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten integrierten Schaltungen (2, 3, 4) und die zweite integrierte Schaltung (5) zum Multiplexbetrieb geeignet sind.

13. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite integrierte Schaltung (5) einen programmierbaren Mikroprozessor, vorzugsweise einen digitalen Signalprozessor aufweist.

14. Schaltung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite integrierte Schaltung (5) einen flüchtigen und einen nicht-flüchtigen Speicher, vorzugsweise einen wiederbeschreibbaren nicht-flüchtigen Speicher aufweist.

15. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste integrierte Schaltung (2, 3, 4) und die zweite integrierte Schaltung (5) über eine digitale Verbindung, vorzugsweise über ein Mikroprozessorbussystem oder ein Personalcomputerbussystem miteinander verbunden sind.

16. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste integrierte Schaltung (2, 3, 4) und die zweite integrierte Schaltung (5) jeweils als separates Bauteil ausgebildet ist.

17. Schaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor bzw. als Sensoren (6, 7, 8) ein Feuchtesensor und/oder ein Temperatursensor und/oder ein pH-Wert-Sensor und/oder ein induktiver oder konduktiver Leitfähigkeitssensor und/oder ein Gassensor und/oder ein Sauerstoffsensor und/oder ein Chlorsensor und/oder ein Trübungssensor vorgesehen ist.

18. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch deren Verwendung in der Umwelttechnik, insbesondere bei der Flüssigkeitsanalyse und/oder der Gasanalyse.