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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein Fernsteuervorrichtungen, die zwischen einem „aktiven" und einem „Bereitschafts"zustand wechseln,
wobei die Vorrichtung immer dann im „aktiven" Zustand sein muss, wenn sich ihre Messwerte
schnell ändern,
aber nicht auf langsame Änderungen
ansprechen soll, und deren Stromverbrauch so gesteuert werden soll,
dass die Vorrichtung generell im „Bereitschafts"zustand bleibt, wenn
sie nicht im „aktiven" Zustand sein muss.
Ein spezielles Beispiel hierfür
ist eine Fernsteuervorrichtung zur Steuerung eines Zeigers auf einem
Computer- oder Fernsehbildschirm, die bei Benutzung immer „ein" sein muss, die aber
eigentlich nur während
eines kleinen Teils der Zeit benutzt wird und deren Batterie mehrere Jahre
halten muss.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bei einer Anwendung wie einer Fernseh(TV)-Fernsteuervorrichtung
soll die Batterie mehrere Jahre lang halten, obwohl die Vorrichtung
sofort auf die Eingabe eines Benutzers reagieren muss. Ein Benutzer
kann die Vorrichtung zur Hand nehmen und sofort benutzen, um zum
Beispiel die Lautstärke
des Fernsehers einzustellen. Bei heutigen TV-Fernsteuerungen erfolgt die Benutzereingabe
durch Schließen
eines Schalters zum Aktivieren der Vorrichtung, wodurch von einem
Ruhezustand mit sehr geringem Stromverbrauch auf volle Aktivität umgeschaltet
wird, die nur während
des Zeitraums der tatsächlichen
Verwendung beibehalten werden muss. Üblicherweise übertragen
solche Fernsteuervorrichtungen über
eine Infrarot(IR)verbindung ein codiertes Signal, welches eine durch
den Benutzer eingegebene Kanalauswahl oder eine andere Steuerfunktion
anzeigt. Wenn also der Benutzer die Lautstärke des Fernsehers verringern
möchte,
wird der Abwärtspfeil
für die Lautstärke gedrückt. Durch
diese einfache Codierung und Steuerung kann die Elektronik der Fernsteuerung normalerweise
während
der meisten Zeit in einem Ruhezustand mit geringem Stromverbrauch
verweilen und nur nach dem Drücken
einer der Tasten der Fernsteuervorrichtung durch den Benutzer aktiv
werden.
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Eine zur Steuerung eines Zeigers
auf einem Anzeigebildschirm wie etwa die Fernsteuerung für einen Fernsehapparat
verwendete Fernsteuervorrichtung muss kompakt sein und eine lange
Batterielebensdauer haben. Ein durch die Spitze des Daumens oder
des Fingers eines Benutzers bedienbarer kleiner Joystick stellt eine
sehr kompakte Vorrichtung für
die Benutzereingabe dar. Ein solcher Joystick kann in eine drahtlose
Fernsteuervorrichtung, die sehr der Fernsteuerung eines Fernsehapparats ähnelt, oder
in eine kompakte Tastatur eingebaut werden, die ebenfalls eine drahtlose
IR-Verbindung haben oder an ein batteriebetriebenes Computersystem
wie etwa einen Laptop-Computer angeschlossen sein kann.
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Während
herkömmliche
Zeigervorrichtungen wie eine Maus oder ein Trackball zum Erkennen
der Bewegung der Maus oder des Trackballs in vielfältiger Weise
optische und elektrische Sensoren verwendet haben, eignen sich solche
Sensoren nicht für
eine kompakte Konstruktionslösung.
Ein kleiner isometrischer Joystick, wie er in einer Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung verwendet wird, nutzt empfindliche Analogsensoren
wie einen Dehnungsmessstreifen, um eine möglichst kompakte Sensorstruktur
bereitzustellen. Wenn die Benutzereingabe in der Verschiebung eines
empfindlichen Analogsensors wie etwa eines isometrischen Joysticks
aus dessen neutraler Stellung besteht, ergeben sich zwei Probleme.
Der Analogsensor muss für
den Benutzer ständig
aktiv sein und seine neutrale Stellung muss kalibriert bleiben,
damit eine zum Beispiel durch Änderung
der Raumtemperatur verursachte Abweichung kein falsches Steuersignal
erzeugt. Die Kalibrierung wird aufrecht erhalten, indem anhand der
Eigenschaften des Signals erkannt wird, ob der Benutzer den Sensor berührt oder
nicht, und die Neutralstellung nachjustiert wird, wenn er ihn nicht
berührt.
Für dieses
Erkennen sind einige Sekunden Aktivität erforderlich.
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Daueraktivität erforderlich viel Strom und
verringert die Lebensdauer der Batterie. Daueraktivität kann durch
sehr kurze Aktivierungen in häufigen
Intervallen, etwa mehrmals je Sekunde, in geeigneter Weise simuliert
werden. Wenn der Benutzer den Sensor zu benutzen beginnt, kann dies
während
der nächsten
Aktivierung erkannt und das Gerät
auf volle Aktivität
geschaltet werden, um sofort auf die Wünsche des Benutzers zu reagieren.
Hierfür
ist jedoch erforderlich, dass das Gerät bereits kalibriert ist, wofür es offensichtlich
erforderlich ist, dass das Gerät
in Erwartung der Benutzereingabe vorher bereits eine bestimmte Zeit
lang eingeschaltet gewesen sein muss. Das ist natürlich unmöglich, da
der Wunsch des Benutzers nicht vorhergesagt werden kann. Nach allem,
was den Erfindern bekannt ist, muss bei allen heutzutage erhältlichen Fernsteuervorrichtungen
ein Schalter geschlossen werden, um den Beginn einer Aktivitätsperiode
anzuzeigen.
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Allgemein gibt es viele Anwendungen,
bei denen eine Fernsensoreinheit benötigt wird, die mit minimalem
Stromverbrauch arbeiten muss, um jede plötzliche Änderung des Wertes einer gemessenen
Variablen zu erkennen und genau anzuzeigen, während durch Umgebungs- oder
andere Einflüsse
bewirkte langsame Änderungen
außer
Acht gelassen werden. Eine Raumsonde zur Messung eines (elektrischen,
magnetischen, Strahlungs-, Gravitations- usw.) Feldes in der jeweiligen
Umgebung, ein Telemetriegerät
zur Messung physiologischer Werte (Temperatur, Pulsfrequenz usw.)
eines Menschen oder eines Tiers, ein Eindringdetektor, der auf die
plötzliche Änderung
der Strahlungstemperatur durch das Eindringen einer Wärmequelle
oder auf die Verschiebung der Schallfrequenz durch eine Bewegung
reagiert, stellen Anwendungen dar, die von den Lehren der Erfindung
profitieren können.
In allen diesen Fällen
unterliegt die erfasste Größe langsamen Änderungen,
die ohne Interesse sind, und schnellen Änderungen, die mit möglichst
geringer Verzögerung
und möglichst
niedrigem Stromverbrauch erkannt und gemeldet werden müssen. Die
vorliegende Erfindung kann in diesen und ähnlichen Situationen angewendet
werden.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung
ein Verfahren zur Verringerung des Strombedarfs einer Sensorvorrichtung
bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Überwachen
der Sensorvorrichtung in einem ausgewählten Intervall; wenn eine
durch die Sensorvorrichtung erfasste Variable einen Inaktivität anzeigenden
Wert aufweist, Verlängern
des ausgewählten
Intervalls durch ein dafür
bestimmtes Programm, Prüfen,
ob die Kalibrierung der Sensorvorrichtung stimmt, und wenn die Kalibrierung
der Sensorvorrichtung nicht stimmt, Korrigieren der Kalibrierung
der Sensorvorrichtung; anderenfalls, wenn die durch die Sensorvorrichtung
erfasste Variable einen Aktivität
anzeigenden Wert aufweist, Ausführen
eines Funktion als Reaktion auf die erfasste Variable.
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Gemäß einem weiteren Aspekt stellt
die Erfindung eine batteriebetriebene Fernsteuervorrichtung bereit,
die Folgendes umfasst: eine Sensorvorrichtung; ein Mittel zum Abtasten
mindestens eines von der Sensorvorrichtung kommenden Analogsignals
und Erzeugen eines dem Analogsignal proportionalen digitalen Ausgangssignals;
einen zum Empfangen des digitalen Ausgangssignals vom Abtastmittel
angeschlossenen Mikroprozessor; wobei der Mikroprozessor ein Abtastsignal
für das
Abtastmittel erzeugt und während
der Inaktivitätsperioden
eine Neukalibrierung der abgetasteten Signale durchführt, wobei
das Abtastintervall zur Neukalibrierung während Perioden längerer Inaktivität verlängert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsart
der Erfindung wird eine batteriebetriebene Fernsteuervorrichtung
einschließlich
einer empfindlichen analogen Eingabevorrichtung wie zum Beispiel
ein isometrischer Joystick mit Dehnungsmessstreifen bereitgestellt,
der bei Aktivierung einen hohen Strom benötigt. Diese Vorrichtung reagiert
funktionssicher jederzeit sofort auf einen Benutzer, weist jedoch
einen Gesamtstromverbrauch auf, der um einige Größenordnungen geringer ist als
bei dauernder Aktivierung. Dies wird erreicht durch
- – Erkennen,
dass die Vorrichtung benutzt wird, durch Analyse des Sensorausgabewertes,
- – sehr
kurzes Aktivieren des Sensors (für
lediglich einen Abtastwert) nach Perioden der Nichtbenutzung in Intervallen,
die mit der seit der letzten Benutzung vergangenen Zeit länger werden,
wobei das maximale Intervall für
den Benutzer vernachlässigbar
klein erscheint und ein minimales Tastverhältnis in der Größenordnung
von 1/1000 ergibt.
- – Unterlassen
jeglicher Aktivität,
wenn der Ausgabewert des Sensors Nichtbenutzung und korrekte Kalibrierung
anzeigt, und Aktivieren des Sensors und Analysieren seines Signals
im gegenteiligen Fall, und
- – Beenden
der Periode der Nichtbenutzung, wenn durch die Analyse Benutzung
angezeigt wird, und Korrigieren der Kalibrierung und zeitweilige
Aktivierung im gegenteiligen Fall.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsart
der Erfindung besteht der Joystick aus einer an der einen Seite in
die Leiterplatte eingebetteten und am anderen Ende mit einer Gummikappe
versehenen Keramikwelle. Die Welle hat an ihren Seiten vier durch
Siebdruck hergestellte keramische Dickschicht-Dehnungsmessstreifen. Von verschiedenen
Kombinationen der vier Dehnungsmessstreifen abgetastete Signale
werden durch eine spezielle Schaltlogik und einen Mikroprozessor
verarbeitet, um die an der Kappe in den Richtungen x, y und z ausgeübte Kraft
zu messen. Der Mikroprozessor benutzt diese Messungen, um Signale
zur Zeigerbewegung und Bedienungssignale zu erzeugen und die Kalibrierung
der Mess-Schaltlogik bei Bedarf zu erhalten und nicht auszuwertende
Umgebungseffekte wie die Raumtemperatur auszugleichen. Der Mikroprozessor
prüft auch,
ob die Vorrichtung in Gebrauch oder in Ruhe ist und verringert während der
Ruheperioden wie oben beschrieben die Abtastrate.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obigen sowie weitere Aufgaben,
Aspekte und Vorteile werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsart
der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen besser verstanden,
in denen:
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1 eine
bildhafte Darstellung einer Fernsteuervorrichtung mit einem Joystick
zur Steuerung eines Zeigers auf einem Anzeigebildschirm ist;
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2 eine
bildhafte Darstellung einer Leiterplatte ist, auf der ein Joystick
befestigt ist;
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3 ein
Prinzip-Blockschaltbild ist, das die Hauptkomponenten der bevorzugten
Ausführungsart
der Erfindung und deren gegenseitige Beziehungen zeigt;
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4 eine
detaillierte schematische Darstellung des Sensormoduls und Mikroprozessors
ist, die bei der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung verwendet
werden;
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5 ein
Flussdiagramm ist, dass die Logikfunktionen des Programms zeigt,
welches den Mikroprozessor der in 4 gezeigten
Schaltung steuert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSART
DER ERFINDUNG
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In den Zeichnungen und insbesondere
in 1 ist eine handbediente
Fernsteuervorrichtung 10 mit einer Vielzahl von Funktionstasten
oder -knöpfen 11 gezeigt.
Ein kleiner Joystick 12 ist für die in x-, y- und z-Richtung
wirkenden Kräfte
empfindlich. In 2 wird
eingehender gezeigt, dass dieser Joystick aus einer an einem Ende
in eine Leiterplatte 20 eingebetteten und am anderen Ende
mit einer Gummikappe 22 versehenen Keramikwelle 23 besteht.
Die Welle 23 hat an ihren Seiten vier durch Siebdruck aufgetragene
keramische Dickschicht-Dehnungsmessstreifen 44 bis 47.
Die auf den Joystick einwirkende Kraft führt zum Verbiegen oder Zusammendrücken der
Joystickwelle und dadurch wiederum zur Dehnung oder zum Zusammendrücken der am
unteren Teil an den Seiten der Joystickwelle befestigten Dehnungsmessstreifen,
wodurch sich der elektrische Widerstand der Dehnungsmessstreifen
proportional der entsprechenden Richtungskomponenten der ausgeübten Kräfte ändert. Der
spezielle Aufbau des Joysticks kann wie beim IBM TrackPoint IIITM sein.
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In 1 analysiert
der Mikroprozessor zusammen mit der in der Handsteuervorrichtung 10 enthaltenen
Schaltlogik die Widerstandswerte der Dehnungsmessstreifen und leitet
davon Bewegungs- und Funktionsdaten (Tastendruck) für den Zeiger
ab und leitet diese als codiertes Infrarot(IR)signal zu einem Empfänger 13 weiter,
der zum Beispiel an einen seriellen Anschluss eines Personal Computers
oder eines „intelligenten" Fernsehapparats 14 angeschlossen
ist. Der Empfänger 13 decodiert
das Signal und überträgt die Daten
in einem Standardformat, wie es bei einer herkömmlichen Zeigervorrichtung
wie einer Maus verwendet wird, zum Hostrechner (Personal Computer
oder intelligenter Fernsehapparat). Das Infrarot-Übertragungssystem
und das Kommunikationsprotokoll der Maus kann eines der in der Technik
bekannten Systeme sein. Die Zuordnung der Joystickkraft zu den Signalen
für die
Zeigerbewegung erfolgt wie beim IBM TrackPoint III ProduktTM oder einem ähnlichen Zeigerelement.
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Bei einer weiteren Anwendung des
Joysticks kann dieser in eine Tastatur eingebaut sein, die durch Batterie
betrieben werden und über
eine IR-Verbindung Daten mit einem in 1 gezeigten
Empfänger 13 in Verbindung
treten kann, oder er kann in einen batteriebetriebenen Computer
wie einen Laptop-Computer
eingebaut sein.
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Durch die Verwendung von Sensoren
in Form von Dehnungsmessstreifen kann die Zeigervorrichtung wie
oben erwähnt
sehr kompakt gebaut werden. Dehnungsmessstreifen müssen jedoch
immer wieder neu kalibriert werden. Für eine solche Neukalibrierung
ist eine Stromentnahme von der Stromquelle erforderlich. Im Fall
von batteriebetriebenen Geräten
wie dem in 1 gezeigten
kann die Lebensdauer der Batterie beträchtlich verkürzt werden.
Die vorliegende Erfindung löst
dieses Problem durch einen Bereitschaftsstrom-Algorithmus, der in der Schaltung von 3 realisiert ist, welche
im Folgenden beschrieben wird.
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3 ist
ein Prinzip-Blockschaltbild der bevorzugten Realisierungsart der
Erfindung. Das Sensormodul 30 enthält die Dehnungsmessstreifen
und die zugehörige
Analog- und Analog- Digital(A/D)-Umsetzungs-Schaltung.
Es wird über
den Stromversorgungsbus 31 nur dann vom Mikroprozessor 35 mit
Strom versorgt, wenn eine Abtastung erfolgen soll; anderenfalls
wird kein Strom zugeführt.
Bei voller Aktivität
wird das Modul alle zehn Millisekunden etwa eine Millisekunde lang
mit Strom versorgt. wenn eine Abtastung durchzuführen ist, wird Strom bereitgestellt,
dann legt ein Signal auf der Messwahlleitung 12 fest, welcher
Wert gemessen werden soll (z. B. x, y oder z), und auf der Kalibrierungsleitung 34 werden
Kalibrierungsdaten bereitgestellt. Das Sensormodul liefert daraufhin
digitale Daten auf der Datenleitung 33. Normalerweise werden
innerhalb der Abtastperiode von 1,5 ms nacheinander alle Werte x,
y und z gemessen. Die durch den Mikroprozessor 35 empfangenen
Daten werden durch diesen verarbeitet, um Bewegungs- und Funktionsdaten
zu erzeugen, die bei Bedarf zum Infrarot(IR)-Sender übertragen
werden, der diese dann zum Empfänger 13 des
Hostrechners (1) sendet.
In der bevorzugten Ausführungsart
ist dies eine Einwegverbindung, jedoch kann sie für spezielle
Anwendungen auch leicht als Zweiwegverbindung eingerichtet werden.
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Die Einzelheiten zur Realisierung
sind in 4 angegeben.
Hier sind viele der Schaltkreiselemente des Sensormoduls 30 in
den Mikroprozessor 35 einbezogen. Hierbei kann es sich
um eine handelsübliche
Einheit wie beispielsweise den von Philips Semiconductors hergestellten
und vertriebenen Mikroprozessor 83C754 oder 87C754 (allgemein auch
als 8xC754 bezeichnet) handeln. Die drei gezeigten Operationsverstärker 41, 42 und 43 können zum
Beispiel in einem von National Semiconductor Corporation hergestellten
Operationsverstärker
LMC6034 mit vier Einheiten enthalten sein. Die Dehnungsmessstreifen 44 bis 47 des
Joysticks werden über
den Kontaktstift 16 oder 17 durch den Mikroprozessor
8xC754 mit Strom versorgt und erzeugen Spannungen, die von den auf
die Kappe des Joysticks ausgeübten
Kräften
abhängen.
Die vier Dehnungsmessstreifen sind in zwei parallel geschalteten
Halbbrückenschaltungen
angeordnet. Der Operationsverstärker 41 ist
so geschaltet, dass er ein durch die Dehnungsmessstreifen 44 und 45 erzeugtes
verknüpftes Signal
empfängt,
der Operationsverstärker 42 ist
so geschaltet, dass er ein durch die Dehnungsmessstreifen 46 und 47 erzeugtes
verknüpftes
Signal empfängt,
und der Operationsverstärker 43 ist
so geschaltet, dass er ein verknüpftes
Signal von den Dehnungsmessstreifen 44 bis 47 und
dem Festwiderstand R1 empfängt.
Die nutzbaren Signale sind ziemlich schwach (z. B. ist bei Spannungen
von etwa 2 V eine Auflösung
von etwa 30 mV erforderlich), sodass jeder Operationsverstärker als
Teil eines Nullschwellwert-Komparators
in Verbindung mit der im Mikroprozessor 8xC754 enthaltenen Schaltlogik
als Differenzverstärker
ohne Rückführung betrieben
wird. Die (aus den Kalibrierungsdaten 34 in 3 abgeleitete) Referenzspannung
wird mit einer durch den Widerstand R11 und den Kondensator C2 (gesteuert
durch den Kontakt 12 des Mikroprozessors 8xC754) erzeugten
Spannungsrampe verknüpft
und vom Kontakt 19 oder 20 des Mikroprozessors
8xC754 bereitgestellt, um den für
die durchzuführende
Messung interessierenden Bereich zu überstreichen. Die Koinzidenzzeit
zwischen der Spannung aus der Dehnungsmessstreifen-Anordnung und
der sich ändernden
Referenzspannung (durch einen Spannungssprung am jeweiligen Kontakt 9, 10 oder 11 angezeigt)
wird durch einen Zeitgeber-Zähler im
Mikroprozessor 8xC754 registriert und dem Mikroprozessor als Datenwert
bereitgestellt.
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Der Mikroprozessor verarbeitet die
empfangenen Datenwerte x, y und z gemäß Standardalgorithmen, die
für die
vorliegende Erfindung ohne Belang sind, und erzeugt wie oben beschrieben
Bewegungs- und Funktionssignale.
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Bei der bevorzugten Realisierungsart
sind diese Signale genauso, wie sie von einer herkömmlichen Zeigervorrichtung
wie etwa einer Maus gesendet würden,
indem sie die Bewegung in der horizontalen Ebene und das Auslösen von
Tastschaltern darstellen. Üblicherweise
werden diese Signale zur Steuerung der Bewegung eines Zeigers auf
dem Anzeigebildschirm und zur Anzeige der Auswahl oder anderer damit
verbundener Funktionen verwendet, jedoch hängt ihre tatsächliche
Verwendung von dem System und den Anwendungsprogrammen ab, die zum
Beispiel in dem in 1 gezeigten
Personal Computer eingesetzt werden.
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Die durch die Dehnungsmessstreifen
gelieferten Spannungssignale sind ziemlich schwach. In der digitalen
Form entspricht eine Messeinheit ungefähr 30 Mikrovolt (μV) bzw. weniger
als 1/100.000 Teil der Arbeitsspannung der Schaltung. Daher kommt
es infolge veränderter
Umgebungsbedingungen, insbesondere der Temperatur, zu einer langsamen
Verschiebung der Nullpunktseinstellungen. Damit eine geeignete Reaktion
auf die Benutzereingaben erfolgen kann, müssen die Signale während der
aktiven Verwendung größenordnungsmäßig alle
zehn Millisekunden (ms) abgetastet werden. Um den Stromverbrauch
zu senken, wird der Abtaststrom abgeschaltet, wenn nicht gerade
eine Messung durchgeführt
werden soll. Der Messzyklus nimmt mit 1 ms im Zustand der vollen
Aktivität
ungefähr
10% des Abtastzyklus in Anspruch. Der Mikroprozessor befindet sich
ebenfalls im Ruhemodus und zieht während ungefähr 8,5 von 10 ms nur einen
Strom von ungefähr
300 Mikroampere (μA),
was bei aktiver Nutzung der Vorrichtung zu einem mittleren Gesamtstrom
von ungefähr
2,5 Milliampere (mA) führt.
Zur Prüfung,
ob die Vorrichtung aktiv genutzt wird, sind ungefähr drei
Sekunden erforderlich. Erst nachdem diese Prüfung durchgeführt wurde,
kann die Nullpunkteinstellung geändert
und die Vorrichtung in einen Bereitschaftsmodus mit niedriger Stromaufnahme
versetzt werden. Im Bereitschaftsmodus führt die Vorrichtung Abtastzyklen
mit einer Frequenz durch, die im Verlauf der seit der letzten aktiven
Nutzung vergangenen Zeit immer geringer wird. Solange die Abtastwerte
mit den früheren
Werten (z. B. bis auf eine digitale Einheit) übereinstimmen, wird nichts
unternommen. Wenn größere Unterschiede
wahrgenommen werden, geht die Vorrichtung in einen vorübergehenden
aktiven Modus über
und analysiert während
des erforderlichen Zeitraums von üblicherweise ungefähr drei
Sekunden die Aktivität.
Wenn keine Aktivität
wahrgenommen wird, wird die Nullpunkteinstellung auf die neuen Werte
geändert
und der Bereitschaftsmodus fortgesetzt; ansonsten kehrt die Vorrichtung
in den voll aktiven Modus zurück.
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Die „Alarm"-Einheit 50 ist eine Zeitgeberschaltung,
die mit einer niedrigen Taktrate (etwa 32 kHz) arbeitet, durch einen
Impuls vom Kontakt 3 des Mikroprozessors 8xC754 gestartet
wird und nach einer zuvor durch ein Signal auf der Leitung vom Kontakt 28 eingestellten
Verzögerungszeit
von 50, 100, 200 oder 1000 ms einen Impuls an den Kontakt 5 (RST)
des Mikroprozessors 8xC754 zurückgibt.
Dadurch kann der Mikroprozessor 8xC754 zwischen den Abtastphasen
in den Stromsparmodus versetzt werden.
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Die Aufwachverzögerung der Zeigervorrichtung
ist höchstens
so lang wie die Abtastperiode. Ein akzeptabler wert liegt zwischen
einer und zwei Sekunden. Bei einem Wert von einer Sekunde wird der
Stromverbrauch für
die Abtastung fast um den Faktor 100 verringert, während die
Kalibrierung erhalten bleibt. Der Mikroprozessor zieht im Stromsparmodus
einen Strom von 80 μA
und während
des Abtastens einen Strom von 6 mA, sodass bei einem Abtastintervall
von einer Sekunde ein mittlerer Strom von 86 μA gezogen wird.
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Der durch den Mikroprozessor realisierte
Algorithmus für
den Bereitschaftsbetrieb beruht auf den folgenden Definitionen.
xa, ya und za sind die x-, y- und z-Werte auf der Datenleitung 33 (3). xo, yo und zo sind die
diesen werten entsprechenden Nullpunktströme. Dadurch ist ein Ausgabewert
des Joysticks durch x = xa – xo,
y = ya – yo
und z = za – zo
definiert. Zu Kalibrierungszwecken werden die Nullpunktwerte xo,
yo und zo auf die Stromwerte xa, ya bzw. za zurückgesetzt, wenn xa und ya während einer
Dauer von 2,8 Sekunden um nicht mehr als eine Einheit abweichen. „Aktivität" wird durch Auftreten
einer der Bedingungen x > 1
oder y > 1 oder z > 1 definiert, wobei
unter „1" die kleinste Größenabstufung
der A/D-Umsetzung zu verstehen ist. Als die seit der letzten Aktivität vergangene
Zeitdauer gilt die seit dem letzten Auftreten einer Aktivität vergangene Taktzeit,
wobei lediglich beim Zurücksetzen
der Nullpunktwerte die Aktivität
zu Beginn der 2,8-Sekunden-Periode außer Acht gelassen wird.
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Ein Beispiel für die Abhängigkeit des Abtastintervalls
von der seit der letzten aktiven Nutzung vergangenen Zeit wird in
der unten stehenden Tabelle gezeigt:
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Bei dem Anwendungsbeispiel der TV-Fernsteuerung
dürfte
sich die Vorrichtung während
der meisten Zeit in der letzten Tabellenspalte befinden (z. B. während der
Nacht bzw. immer dann, wenn der Fernsehapparat 10 Minuten oder länger nicht
aktiv bedient wurde). Der Stromfluss beträgt konstant 80 μA zuzüglich 6.000 μA für 1 ms während jeder
Sekunde und macht einen mittleren Strom von 86 μA aus, was dem passiven Stromverlust
der üblicherweise
in solchen Vorrichtungen verwendeten Batterietypen vergleichbar
ist. Daher wird die Lebensdauer der Batterie in einer unbenutzten
Fernsteuervorrichtung etwa gleich der Lebensdauer einer normal gelagerten
Batterie sein. Andererseits steht die Vorrichtung dem Benutzer sofort
zur Verfügung;
es sei denn, sie wurde nach einer langen (d. h. länger als
zehn Minuten) Zeitdauer ohne Benutzung erstmals aktiviert und es
tritt eine kaum merkliche Verzögerung
auf. Die maximale Länge
des Abtastintervalls kann natürlich
bei Bedarf verkürzt
werden, ohne dass die Lebensdauer der Batterie wesentlich verkürzt wird.
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In 5 wird
der Ausgangswert des Sensors im Funktionsblock 54 abgetastet.
Wenn die kalibrierten Abtastwerte von null abweichen (Block 55),
werden im Funktionsblock 52 die erforderlichen Steuerfunktionen ausgeführt. Das
Abtastintervall wird auf einen Minimalwert (0,01 s) gesetzt und
der Zeitgeber der „Benutzeraktivität" auf null zurückgesetzt;
die „Zeitdauer
seit der letzten aktiven Nutzung" bleibt
unverändert.
Wenn die kalibrierten Abtastwerte von null abweichen, wird wie oben
beschrieben in Block 51 eine Prüfung durchgeführt, ob
eine Benutzeraktivierung stattgefunden hat. wenn festgestellt wird,
dass keine Benutzeraktivierung stattgefunden hat, werden die Kalibrierungswerte
zurückgesetzt
und das Abtastintervall gemäß der obigen
Tabelle geändert.
In allen Fällen
kehrt der Prozess zu „Start" zurück und beginnt
von Neuem.
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Obwohl die Erfindung anhand einer
einzigen bevorzugten Ausführungsart
beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, dass die Erfindung auch
mit Abänderungen
innerhalb des Geltungsbereichs der beiliegenden Ansprüche realisiert
werden kann, insbesondere kann die Erfindung in denjenigen Situationen
angewendet werden, bei denen eine gemessene Größe langsamen und unbedeutenden Änderungen
sowie schnellen Änderungen
unterliegt, die lediglich mit geringer Verzögerung erfasst und gemeldet
werden müssen,
und bei denen der gesamte Stromverbrauch starken Einschränkungen
unterliegt.
