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Gerät zur Aufzeichnung und Anzeige von wetterbestimmenden
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Daten Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Aufzeichnung und Anzeige
von wetterbestimmenden Daten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Geräte zur Anzeige des Momentanwerts von Luftdruck, Temperatur und
relativer Luft feuchte sind in mechanischer Ausführung als Barometer, Thermometer
und Hygrometer bekannt. Zur zeitabhängigen Darstellung dieser Daten, also zur Aufzeichnung
gibt es sie in Verbindung mit einem Blattschreiber als Barograph, Thermograph und
Hygrograph. Hier ist an das Meßwerk ein Tintenschreiber angeschlossen, der die Auslenkungen
des Meßwerks auf einem mit konstanter Geschwindigkeit vorbeigeführten Papierstreifen
wiedergibt. Ein derartiges Gerät erfordert hohe Präzision im Aufbau; es erfordert
darüber hinaus Wartung der mechanisch bewegten Teile und das ständige Nachfüllen
von Tinte und Papier zu fest vorgegebenen Zeiten.
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Außerdem kann es nur jeweils den Verlauf von einem der genannten Parameter
wiedergeben, so daß die Kontrolle mehrerer Parameter entsprechend viele dieser relativ
hochwertigen Geräte verlangt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Gerät der eingangs
genannten Art die Aufzeichnung und die Anzeige unabhängig von bewegten Teilen und
damit wartungsfrei zu machen, sie aber gleichzeitig wirtschaftlicher zu erlangen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen In"s-'' ' ' besondere
darin, daß die aufgenommenen Daten rein elektronisch verarbeitet, gespeichert und
zur Anzeige gebracht werden. Damit erhält man neben höchster Genauigkeit und Zuverlässigkeit
auch einen Höchstgrad an Flexibilität bezüglich der Darstellungsart und des Anzeigeumfangs
bei mechanisch geringen Abmessungen und geringem Gewicht. Der zeitliche Verlauf
von Luftdruck, Temperatur und relativer Luftfeuchte läßt sich auf nur einem Display
darstellen. Durch einfache Schaltungsmaßnahmen läßt sich das Gerät an spezifische
Kundenwünsche anpassen, z.B. größeres Speichervolumen und höher auflösendes Display
für professionelle Anwenderkreise als für private Interessenten.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Erfindung in diskreter
Technik, Fig. 2 ein Schaltbild für die Ausführung mit Mikrocomputer, Fig. 3 ein
Beispiel für die äußere Aufmachung des erfindungsgemäßen Geräts.
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In der Anordnung von Fig. 1 nehmen Sensoren PS, TS und FS die wetterbestimmenden
Daten auf und wandeln sie in analoge Gleichspannungen um. Dabei ist der Sensor PS
für Luftdruck vorzugsweise innerhalb des Geräts untergebracht, während die Sensoren
TS für Temperatur und FS für relative Luftfeuchte über Buchsen TB und FB außen steckbar
angeordnet sind, um wahlweise Raum- oder Freiluftwerte messen zu können und um die
Meßergebnisse durch die Erwärmung im Gehäuse nicht zu verfälschen.
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Jedem Sensor ist ein Analog-Digital-Wandler PW, TW und FW nachgeschaltet,
der die vom zugeordneten Sensor abgegebene analoge Spannung in einen Digitalwert
umwandelt.
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Der hier verwendete Analog-Digital-Wandler arbeitet bei minimalem
Bauelementeaufwand mit einem Linearitätsfehler von unter 0,03 °a. Die an den Ausgängen
der Analog-Digital-Wandler PW, TW und FW stehenden Informationen werden in bestimmten
Zeitabständen durch ein Zählsignal z für eine definierte Dauer je einem Zähler PZ,
TZ und FZ zugeführt, dessen Inh-alt kurz zuvor durch ein Resetsignal r auf Null
gesetzt wurde. Diese Zählinformationen werden über Puffer PP, TP und FP durch Taktimpulse
t zeitlich gestaffelt auf jeweils a Leitungen sowohl a Adreßeingängen AE1 eines
Festwertspeichers FSl als auch den Dateneingängen DES eines Speichers Sp zugeführt.
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Während der Festwertspeicher FS1, wie später noch beschrieben wird,
für die Momentanwertanzeige der gemessenen Grenzen vorgesehen ist, nimmt der Speicher
Sp sämtliche Werte, die den zeitlichen Verlauf bestimmen, auf.
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Die Bitorientierung des Speichers Sp ist daher maßgebend für die mögliche
Auflösung der Meßwerte. Für den privaten Anwendungsbereich wird in der Regel ein
8-bit-orientierter Speicher (256 Stufen) genügen. Für kommerzielle Anwendungen läßt
sich der Anzeigebereich durch Verwendung von Speichern mit höherer bit-Orientierung
leicht vergrößern.
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Der darstellbare Zeitbereich ist durch die Speichergröße und den Zeitabstand
zwischen jeweils 2 Messungen gegeben.
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Ein 2K-Speicher mit 11 Adreßeingängen AES, von denen zwei zur Selektion
der T-, P- oder F-Darstellung genutzt werden, so daß 9 Adreßeingänge für die Meßwerte
zur Verfügung stehen, kann 512 Werte in zeitlicher Folge darstellen und wird somit
den meisten privaten und kommerziellen Anforderungen genügen. Die Zeitintervalle
zwischen jeweils zwei Werten können, den Anforderungen des Benutzers entsprechend,
über den Multiplextakt m2 frei gewählt werden.
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Die Datenausgänge DAS des Speichers Sp werden durch den an den Adreß-Eingängen
AES anliegenden Takt m2 gemultiplext. Die im Speicher enthaltene Information kann
bei Bedarf über eine gesonderte Adapter-Buchse abgenommen und einem Schreiber zugeführt
werden.
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Die Auswahl der auf dem Display D darzustellenden Kurven erfolgt,
wie schon angedeutet, über zwei freie Adreß-Eingänge des Speichers Sp. Diese werden
angesteuert von
einer Sensor-Schaltung SW für die in Form von Berührungssensoren
ausgeführten Schaltmittel T, P und F, über die der Benutzer bestimmen kann, welche
der drci Größen auf dem Display D angezeigt werden soll.
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Die gemultiplexte Speicher-Ausgangsinformation, die auf c Datenausgängen
DAS erscheint, wird über einen Rechner R, der sie in eine darstellungsgerechte Information
auf d Ausgangsleitungen umwandelt, und einen Dual/Dezimalwandler DW den Y-Eingängen
des Displays D zugeführt. Dessen X-Eingänge steuert ein Multiplextakt ml zur spaltenrichtigen
Darstellung der Werte an.
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Der Rechner R ermittelt, ob die an seinem Eingang stehende Information
einen bestimmten Wert über- oder unterschreitet.
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Ist dies der Fall, dann subtrahiert er vom oder addiert zum Eingangswert
einen vorgegebenen Betrag, was zur Folge hat, daß die gesamte Darstellung auf dem
Display D um diesen Betrag nach unten oder oben verschoben wird.
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Der angezeigte Bereich kann sich mit jedem neuen Abfragewert verändern,
falls der neue Wert ein neues Maximum oder Minimum darstellt oder falls der nun
verschwindende ganz links angezeigte älteste Wert ein solcher Extremwert war.
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Für die Darstellung bleibt auf diese Weise die jeweils höchstmögliche
Auflösung erhalten, und die Darstellung bleibt stets geschlossen, auch wenn innerhalb
kurzer Zeit starke Schwankungen in den angezeigten Daten auftreten.
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Wird während der Darstellung des Druckverlaufes (Berührungssensor
P betätigt) durch Betätigen eines der Berührungssensoren für T oder F statt der
Anzeige des Luftdrucks die der Temperatur oder relativen Luftfeuchte gewünscht,
wird
auch der Anzeigebereich neu berechnet. Weitere Anzeigeelemente, wie Luminiszenzdioden,
können mit den Berührungssensoren für P, T und F gekoppelt sein und durch Aufleuchten
kenntlich machen, welcher Parameter auf dem Display D gerade angezeigt wird. Die
Momentanwert-Anzeige auf den Anzeigeeinrichtungen PA, TA und FA bleibt davon unberührt.
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Als Display D kommen handelsübliche Displays hoher Auflösung, zum
Beispiel Flüssigkristall-Displays in Betracht.
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Zum Ablesen der auf dem Display dargestellten Werte befindet sich
an dessen linkem Rand eine Zahlenskala OA, MA, UA. Zur besseren Orientierung auf
dem Display sind die durch die Zahlen dargestellten Zeilen so angesteuert, daß sie
als ständig schwach leuchtende Linien erscheinen. Die Anzeige dieser Zahlen verändert
sich sowohl mit der Darstellung des Anzeigewertes (T, P, F) als auch mit der Verschiebung
der Darstellung nach unten oder oben wegen des Über- oder Unterschreitens des durch
das Display darstellbaren Bereiches. Die Ansteuerung der Zahlen erfolgt im Multiplexbetrieb,
den ein Multiplextakt m3 bewirkt, durch die e Datenausgänge DA2 eines vorprogrammierten
Festwertspeichers FS2, dessen Adreßeingänge AE2 von der Sensorschaltung SW und vom
Rechner R angesteuert werden.
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Eine von einem Taktsignal h über einen Zwischenzähler ZZ angesteuerte
Anzeigeeinrichtung ZA, die vorzugsweise die Form einer LED-Zeile hat, zeigt an,
wieviel Zeit seit der letzten Meßwert-Einspeicherung vergangen ist bzw. wie lange
es
noch bis zur nächsten dauert. Diese Anzeige ist von Nutzen, wenn die Zeitintervalle
zwischen den Einspeichervorgängen so groß gewählt werden, daß der Zeitpunkt der
Zwischenergebnisse von Interesse sein kann.
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Zwischenergebnisse können jederzeit durch die Momentanwertdarstellung
für P, T und F an den Anzeigeeinrichtungen PA, TA und FA abgelesen werden. Die auf
den a Ausgangsleitungen der Puffer PP, TP und FP zeitlich gestaffelt anstehenden
Digitalwerte für die Augenblicksmeßwerte werden hierzu a Adreßeingängen AE1 des
Festwertspeichers FS1 zugeführt, dessen weitere Adreßeingänge mit der Sensorschaltung
SW und mit einem Multiplextakt m5 in Verbindung stehen. Der Festwertspeicher FSl
ordnet entsprechend den Informationen an seinen Adreßeingängen AE1 seinen b Datenausgängen
DA1 feste Daten zu. Die Datenausgänge DA1 sind über Dual-7-Segmentwandler zu den
mit einem Multiplextakt m4 gemultiplexten Anzeigen PA, TA und FA geführt. Von Wichtigkeit
hierbei ist, daß die Darstellung bis eine Stelle hinter dem Komma sehr schnell die
Richtung und Geschwindigkeit der momentanen Anderung erkennen läßt.
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Viele der genannten Bausteine benötigen einen eigenen, jedoch mit
den anderen Bausteinen synchronen Takt. All diese Takte werden in einem Taktbaustein
Q durch eine für alle einheitliche Generator frequenz erzeugt.
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Sämtliche inneren Funktionen der beschriebenen Schaltung lassen sich
durch einen Mikrocomputer verwirklichen, wie ihn Fig. 2 zeigt. Er besteht aus einer
Zentraleinheit CPU,
an die Eingangsstromkreise I-PORTs, Ausgangsstromkreise
O-PORTs, ferner ein Taktgenerator X, ein Lesespeicher ROM und ein Schreib-Lese-Speicher
mit wahl freiem Zugriff RAM angeschlossen sind. Der Lesespeicher ROM enthält das
Programm des Mikrocomputers. Über die Eingangsstromkreise, I-PORTs, sind die Ausgänge
der Analog-Digital-Wandler PW, TW und FW mit der Zentraleinheit verbunden. Sie werden
programmgesteuert abgefragt und ihre Digitalwerte im Schreib-Lese-Speicher RAM gespeichert.
Die weitere Verarbeitung übernimmt der Mikrocomputer, so die Ansteuerung der digitalen
Anzeigeeinrichtungen PA, TA, FA und ZA über entsprechende Ausgangsstromkreise, O-PORTs,
die Ermittlung der Grenzwerte sowie die Berechnung sowohl der angezeigten Skalenwerte
als auch die der richtigen Bereichsdarstellung auf dem Display. Zu diesem Zweck
sind die Schaltmittel P, T und F über weitere Eingangsstromkreise mit der Zentraleinheit
verbunden, das Display D und die Skalenanzeigen OA, MA und UA über weitere Ausgangsstromkreise.
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Fig. 3 zeigt ein Beispiel für den Aufbau des Geräts und die Anordnung
der verschiedenen Anzeigeeinrichtungen und Bedienungselemente. An die Buchse TB
wird der Sensor TS für Temperatur von Fig. 1 angeschlossen, an die Buchse FB der
Sensor für relative Luft feuchte. Die digitalen Anzeigeeinrichtungen PA, TA und
FA geben, wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, die Momentanwerte von
Luftdruck, Temperatur und relativer Luftfeuchte wieder. Das Display D zeigt die
gespeicherten Daten und damit den zeitlichen Verlauf desjenigen Parameters an, der
manuell über die Schaltmittel
P, T, F ausgewählt wurde. Dafür
sind hier Berührungssensoren vorgesehen. Eine Leuchtanzeige der Buchstaben P, T
und F, die mit den Ziffernanzeigen rechts daneben und den Dimensionsangaben zu je
einer digitalen Anzeigeeinrichtung PA, TA und FA zusammengefaßt ist, wobei zur Temperaturangabe
noch das Vorzeichen + oder - gehört, signalisiert durch stärkeres Leuchten, welche
Daten auf dem Display D angezeigt werden. Die Ansteuerung dafür wird vom entsprechenden
Berührungssensor P, T oder F ausgelöst.
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Darunter sind sechzehn Luminiszenzdioden angeordnet, die im Ruhezustand
schwach leuchten. Nach jeweils einem Sechzehntel des Zeitabstandes zwischen zwei
Abfragesignalen wird die nächste Luminiszenzdiode zu stärkerem Leuchten angeregt.
Unmittelbar nach dem Einspeichern eines neuen Meßwertes leuchten also alle Luminiszenzdioden
nur schwach bis schließlich alle Luminiszenzdioden durch ihr Leuchten anzeigen,
daß eine neue Einspeicherung bevorsteht. In der Darstellung signalisieren vier stärker
leuchtende Luminiszenzdioden, daß ein Viertel der Zeit zwischen zwei Abfragesignalen
verstrichen ist.
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Das Display D zeigt gerade, wie die stärker leuchtende Anzeige P ausweist,
den zeitlichen Verlauf des Luftdrucks über den letzten Tagen oder S-tunden an. Da
die Extremwerte während dieses Zeitraums um den Mittelwert des auf Meereshöhe reduzierten
Luftdrucks schwanken, gelangt der Bereich 1013+16 mbar (entsprechend 32 Stufen)
zur Anzeige.
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Die Skalenanzeigen OA, MA und UA zeigen den dargestellten Bereich
auf; jeweils daneben schwach leuchtende Zeilen im Display erleichtern das Ablesen.
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Natürlich kann man auch weitere Skalenstriche im Display leuchten
lassen und mit entsprechenden Ziffernanzeigen am linken Rand versehen. Gerade die
Lösung von Fig. 2 mit Mikrocomputer ist in dieser Hinsicht an keine Grenzen gebunden,
da der Aufwand dafür überwiegend in der Programmausstattung liegt und sich für das
Gerät nur in ein paar Ziffernanzeigeeinheiten mehr niederschlägt, die relativ preiswert
sind.
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Bei höheren Luftdruckschwankungen im angezeigten Zeitraum wird die
Anzeige auf dem Display, wie schon erwähnt, nach unten oder oben verschoben. Auf
diese Weise erreicht man für jeden Fall die höchstmögliche Auflösung und damit die
beste Ablesemöglichkeit. Das gleiche gilt für die Darstellung des zeitlichen Verlaufs
von Temperatur und relativer Luftfeuchte.