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Steuerschaltung für eine berührungslos arbeitende
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Detektionsanordnung
Beschreibung Die Erfindung betrifft
eine Steuerschaltung für eine berührungslos arbeitende Detektionsanordnung, insbesondere
zur berührungslosen Steuerung von Sanitärarmaturen, mit einem Oszillator; mit mindestens
einem die Frequenz des Oszillators bestimmenden Schaltungselement; mit einer vom
Oszillator angesteuerten Sendeeinrichtung; mit einer Empfangseinrichtung; mit einem
der Empfangseinrichtung nachgeschalteten, auf die Frequenz des Oszillators abgestimmten,
schmlalbandigen Verstärker; mit mindestens einem die Lage des Frequenzbandes des
schmalbandigen Verstärkers bestimmenden Schaltungselement; mit einer von dem schmalbandigen
Verstärker beaufschlagten elektrischen Schalteinrichtung, über die ein bestimmter
Vorgang steuerbar ist.
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Bei bekannten derartigen Steuerschaltungen arbeiten Oszillator und
schmalbandiger Empfangsverstärker bei einer-ganz bestimmten, vom Werk eingestellten
Frequenz. Werden nun mehrere identische Detektionsanordnungen, die beispielsweise
mit Licht als Detektionsmedium arbeiten, in einem Raum angeordnet, so können sich
Probleme durch unerwünschte Wechselwirkungen ergeben. Beispielsweise kann das Licht
des einen Gerätes ungewollt auf den Empfänger des anderen Gerätes auftreffen und
so unbeabsichtigt einen Schaltvorgang auslösen.
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Daher wurde bisher in solchen Fällen versucht, die unterschiedlichen
Geräte so optisch gegeneinander abzuschirmen, daß Einstreuungen von Fehllicht nicht
möglich sind. Solche optischen Abschirmungen sind jedoch äußerst unzuverlässig,
da auch durch bewegte Gegenstände, beispielsweise Personen ungewollte und nicht
vorhersehbare Reflektionen herbeigeführt werden können, welche zu Fehlauslösungen
der Geräte führen. Außerdem ist häufig eine optische Abschirmung nur durch eine
ungünstige geometrische Anordnung der verschiedenen Detektionsanordnungen und der
hiervon angesteuerten
Geräte möglich. Bei Urinalen wird es beispielsweise
häufig gewünscht, daß diese direkt einander gegenüberliegend eingebaut werden. Hier
ist es praktisch unmöglich, durch optische Abschirmungen zu verhindern, daß das
Meßlicht der einen Detektionsanordnung auf den Empfänger der anderen Detektionsanordnung
fällt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerschaltung der
eingangs genannten Art derart fortzubilden, daß auch ohne besondere geometrische
Maßnahmen, beispielsweise optische Abschirmung und dergleichen, eine gegenseitige,
unerwünschte Wechselwirkung mehrerer im selben Raum arbeitender Detektionsanordnungen
unterbunden wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das frequenzbestimmende
Schaltungselement des Oszillators sowie das die Lage des Frequenzbandes bestimmende
Schaltungselement des schmalbandigen Verstärkers variabel und derart zwangsgekoppelt
sind, daß bei Veränderung des Wertes des einen Schaltungselements zwangsläufig eine
entsprechende Veränderung des Wertes des anderen Schaltungselements herbeigeführt
wird, bei der die gegenseitige Abstimmung von Oszillator und Verstärker erhalten
blaibt.
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Erfindungsgemäß ist es somit möglich, an Ort und Stelle die Arbeitsfrequenz
der verschiedenen, im selben Raum befindlichen Detektionsanordnungen so zu verändern,
daß aus elektrischen Gründen eine gegenseitige Störung nicht mehr möglich ist. In
diesem Falle kann das volle Sendelicht der einen Detektionsanordnung auf den Empfänger
der anderen Detektionsanordnung fallen, ohne daß hierdurch eine Fehlschaltung bewirkt
würde.
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Die Werte der frequenzbestimmenden Elemente können stufenweise veränderbar
sein, wobei die Zwangskopplung durch einen
Mehrfach-Stufenschalter
bewirkt wird.
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Alternativ können die Werte der frequenzbestimmenden Elemente kontinuierlich
veränderbar sein und die Zwangskopplung durch eine mechanische Übersetzung bewirkt
werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Funktion von Oszillator und
schmalbandigem Verstärker von einem PLL-Kreis übernommen wird, wobei ein gemeinsames
frequenzbestimmendes Schaltungselement für den Oszillator und den schmalbandigen
Verstärker vorgesehen ist, wodurch eine gesonderte Zwangskopplung entfällt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
Zeichnung näher erläutert; die einzige Figur zeigt schematisch ein Blockschaitbild
einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung.
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Kernstück dieser Steuerschaltung ist der mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete
PLL-Kreis. PLL ist die Abkürzung für die englische Bezeichnung "phase-locked-loop"
(phasenverriegelte Schleife). PLL-Kreise sind an und für sich bekannt und im Handel
erhältlich. Sie zeichnen sich dadurch aus, daß sie ein Ausgangssignal erzeugen,
solange ein Signal innerhalb mit bestimmter Phase eines scharf definierten FrequenzbandesTan
ihrem Eingang liegt. Ihr bisheriges Einsatzgebiet liegt insbesondere in der Nachrichtenübertragung,
beispielsweise als Dekoder für Fernmelde-Wähltöne. PLL-Kreise sind außerordentlich
unempfindlich gegen Temperatur und Alterung. Sie enthalten neben einem Phasendetektor
und anderen Elementen regelmäßig einen steuerbaren, internen Oszillator.
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Wie die Figur zeigt, wird der Eingang a des PLL-Kreises 1 über einen
Verstärker 2 vom Ausgangssignal einer Empfangsdiode 3 ausgesteuert, die der Erfassung
des in noch zu be-
schreibender Weise erzeugten Meßlichts dient.
Da das Meßlicht amplitudenmoduliert ist , liegt am Eingang a des PLL-Kreises eine
Wechselspannung mit eben dieser Frequenz an.
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Wie oben erläutert, erzeugt der PLL-Kreis 1 am Ausgang b ein signal,
wenn am Eingang a ein Signal geeigneter Frequenz und Phase liegt. Dieses Ausgangssignal
wird über einen Verstärker 4 an ein Magnetventil, ein Relais 5 oder dergleichen
gelegt.
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Dieses Magnetventil oder Relais 5 löst dann den gewünschten Vorgang
aus: beispielsweise wird ein Wasserfluß eingeleitet, ein Licht- oder Alarmsignal
ausgelöst, ein Gegenstand in Bewegung versetzt oder dergleichen.
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Das Ausgangssignal des internen Oszillators des PLL-Kreises 1 erscheint
an einem Ausgang c. Es wird über eine Treiberstufe 6 an die Sendediode 7 gelegt.
Das von der Sendediode 7 ausgestrahlte Licht ist also mit der Frequenz des internen
Oszillators des PLL-Kreises 1 moduliert.
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Diese Frequenz des internen Oszillators wird durch eine äußere Beschaltung
festgelegt. Diese ist schematisch durch mehrere Widerstände 8 unterschiedlichen
Wertes dargestellt, die wahlweise mittels eines Stufenschal-ers 10 umoeschaltet
werden können.
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Die Funktion der beschriebenen Schaltungsanordnung ist folgende:
Der interne Oszillator des PLL-Kreises 1 schwingt kontinuierlich mit der durch den
gewählten Widerstand 8 bestimmten Frequenz. Entsprechend strahlt die Sendediode
7 kontinuieramplitudenmoduliertes lich(Sendelicht dieser Frequenz aus. Gelangt dieses
Sendelicht direkt oder durch Reflektion an einem Gegenstand oder an einer Person
auf die Empfangsdiode 3, so erscheint am Eingang a des PLL-Kreises 1 ein Signal,
das zwangsläufig auf die
Frequenz des internen Oszillators abgestimmt
ist. Daher erzeugt der PLL-Kreis am Ausgang b ein Signal, mit dem über den Verstärker
4 die Einrichtung 5 durchgesteuert wird: der gewünschte Vorgang beginnt, z.B. setzt
ein Wasserfluß ein.
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Bei der beschriebenen Schaltungsanordnung ist es möglich, mittels
eines einzigen Handgriffes die Arbeitsfrequenz zu ändern. Dies ist dort von Bedeutung,
wo innerhalb eines Raumes mehrere Geräte unabhängig voneinander gesteuert werden
sollen. Dies sei am Beispiel einer mit Licht arbeitenden Detektionsanordnung erläutert:
arbeiten alle Steuerschaltungen bei derselben Frequenz, so ist es zur Vermeidung
von Fehlschaltungen durch fremdes Streulicht unerläßloch, für eine vollkommene gegenseitige
optische Abschirmung der Geräte zu sorgen. Dies erfordert sehr großen Aufwand, ist
unzuverlässig oder zuweilen sogar unmöglich. In diesem Falle werden die verschiedenen,
im selben Raum vorgesehenen Steuerschaltungen mittels des Schalters 10 auf unterschiedliche
Frequenz eingestellt. Eine gegenseitige Störung ist dann nicht mehr möglich, auch
wenn keinerlei optische Abschirmungs:::aßnahmen getroffen sind.
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In diesem Zusammenhang erweist sich die Doppelfunktion des PLL-Kreises
1 als Sendeoszillator und als selektiver Empfangsverstärker als besonders glücklich:
zur Umstellung von einer Frequenz auf die andere braucht nur der Wert eines einzigen
Bauelements (des Widerstands 8) verändert zu werden.
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Das beschriebene Konzept der Frequenzvariation läßt sich jedoch bei
anderen, herkömmlichen Steuerschaltungen verwenden, bei denen der Oszillator baulich
vom Empfangsverstärker getrennt ist. In diesem Falle werden die frequenzbestimmenden
Schaltungselemente von Oszillator und Empfangsverstärker in einer Weise zwangsgekoppelt,
daß die gegenseitige Abstimmung
immer erhalten bleibt. Wenn die
frequenzbestimmenden Schaltungselemente diskrete, einzelne Werte annehmen sollen,
kann beispielsweise ein Mehrfach-Stufenschalter verwendet werden, mit dem jeweils
gleichzeitig die richtigen, aufeinander abgestimmten Werte der frequenzbestimmenden
Schaltungselemente ausgesucht werden.
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Ist der Wert der frequenzbestimmenden Schaltungselemente kontinuierlich
veränderbar, beispielsweise in Form eines Potentiometers, so können zur Zwangskopplung
der frequenzbestimmenden Schaltungselemente von Oszillator und Empfangsverstärker
auch mechanische Übersetzungen eingesetzt werden. Wichtig ist in jedem Falle, daß
eine Veränderung im Wert des frequenzbestimmenden Schaltungselements des einen Kreises
(z.B. des Oszillators) immer auch von einer entsprechenden Veränderung im Wert des
frequenzbestimmenden Schaltungselements des anderen Kreises (z.B. des Empfangsverstärkers)
begleitet ist.
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Der in der Zeichnung dargestellte, zwischen den Ausgang c des PLL-Kreises
1 und Masse gelegte Kondensator 11 ist ebenfalls ein frequenzbetimmendes Schaltungselement.
Es versteht sich, daß auch dieses zu Wahl der Arbeitsfrequenz anstelle des Widerstandes
8 in Stufen oder kontinuierlich verändert werden kann.
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L e e r s e i t e