1 Beispiel 1: Entprellen eines Tasters

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1 1 Beispiel 1: Enprellen eines Tasers Beispiel 2: Drehgeber Aufbau des Gebers Folgeauoma Auswereauoma Beispiel 1: Enprellen eines Tasers So gu wie alle mechanischen Taser oder Schaler können beim Umschalen prellen. Daruner verseh man die Ausgabe mehrerer Signalwechsel anselle des eigenlich gewünschen einzelnen Signalwechsels. Die Ursache is meis eine mechanische Schwingung einer Schalzunge. Abbildung 1 zeig den möglichen Zeiverlauf eines Ausgangssignals T eines Tasers auf einen Tasendruck D. T D Abbildung 1: Prellendes Signal Zum Zeipunk 0 wird die Tase gedrück und bis zum Zeipunk 2 gedrück gehalen. Der Taser schwing jedoch noch unkonrollier nach und erzeug so bis 2 bzw. 3 noch Signalwechsel. Weder die Zahl der zusäzlichen Signalwechsel noch die zeiliche Länge des Nachschwingens sind konsan. In der Regel kann man nur für die maximale Zeidauer max bis zum Anliegen des Endweres eine Angabe machen. In dieser Siuaion biee sich die Enprellung über einen Auomaen an. Seine Takfrequenz muss so hoch gewähl werden, dass auch das kürzesmögliche Ereignis für die jeweilige Anwendung sicher erfass wird. Er ha dann die Aufgabe, das Signal T zu beobachen und ers dann einen Wechsel an einem Ausgang A zu signalisieren, wenn derselbe Wer für mindesens max beobache wurde, d.h. der Taser sicher zur Ruhe gekommen is. Z2 A=0 Z3 A=0 Z1 A=0 Z4 A=1 Z6 A=1 Z5 A=1 Abbildung 2: Enprellauoma - 1/6 -

2 In Abbildung 2 is das Zusandsübergangsdiagramm für einen solchen Auomaen gezeichne. Die Zei max sei hier sicher nach drei Takperioden versrichen. Wenn der Auoma also dreimal unmielbar hinereinander denselben Wer an seinem Eingang T gesehen ha, dann gib er diesen Wer am Ausgang A aus. In einem C-Programm in einer µc-anwendung wäre T an einem Por angeschlossen und A wäre eine (globale) Variable, die vom Auomaen (in einer ISR) veränder wird und von der Anwendung ausgewere wird. Die Zusände Z1 und Z4 sind die saionären Zusände (Tase sicher nich gedrück bzw. Tase sicher gedrück), die Zusände Z2, Z3, Z5 und Z6 werden jeweils beim Signalwechsel durchlaufen. A T D Abbildung 3: Enprelles Signal Passend zu dem Auomaen aus Abbildung 2 zeig Abbildung 3 den zeilichen Verlauf des Ausgangssignals A. Die gesrichel eingezeichneen Linien sind hier die Zeipunke, zu denen Auoma jeweils akivier wird (Auomaenak). Sie sezen sich naürlich auch weier in regelmäßigen Absänden for. Man erkenn hier gu die zeiliche Verzögerung des Ausgangssignals A gegenüber dem Eingangssignal T. Diese Verzögerung is für Bedienelemene unerheblich (sie lieg ypischerweise im Bereich von einigen Millisekunden). Für Signale, bei denen der genaue Zeipunk des ersen Wechsels enscheidend is, is diese Mehode nich geeigne. Bemerkung In einem µc-programm würden die n Zusände (Z2, Z3 bzw. Z5, Z6), die durchlaufen werden müssen, bis der jeweilige Endzusand (Z1 bzw. Z4) erreich wird, durch Zählersände dargesell. Dami spar man sich eine unnöige Aufzählung einzelner Zusände. Am Prinzip änder sich dami nichs, es bleib nach wie vor ein Auoma. T=Ge_GPIO( ); if ( A == T) z=max; else { if (z==0) A=T; else z--; } Lising 1: Auomaendarsellung mi Zähler // Jezigen Tasenwer einlesen // Gespeicheren Tasenwer anpassen // aber ers nach MAX Taken! Die Variable z enhäl den derzeiigen Sand des Zählers. Der akuell (sicher) erkanne Wer des Tasers (Signal A in Abbildung 3, Variable A in Lising 1: Auomaendarsellung mi ZählerLising 1) bleib solange erhalen, bis für MAX Take nacheinander ein abweichender Wer T eingelesen wurde. Ers dann wird die Änderung als sicher eingesuf und A ensprechend akualisier. - 2/6 -

3 Andere Programmeile nuzen A als Eingang (Wer der Tase), nich T. 2 Beispiel 2: Drehgeber In vielen Aufgabensellungen is man an Geschwindigkei und Richung einer Drehbewegung ineressier, wogegen die absolue Posiion (Winkel) des sich drehenden Elemens unwichig sind. Beispiele wären die Messung an einer Welle oder auch die Eingabe von Weren über Drehknöpfe. In solchen Fällen wird gerne ein Vier-Quadranen-Geber verwende. 2.1 Aufbau des Gebers Man eil dazu eine Scheibe, die auf der sich drehenden Welle angebrach is, in vier Quadranen ein (Abbildung 4, links). A Q4 Q1 Q3 Q2 X Y Abbildung 4: Prinzipieller Aufbau eines Vier-Quadranen-Gebers Auf dieser Scheibe werden dann zwei konzenrische Spuren X und Y angebrach (Abbildung 4, rechs), die jeweils einen Halbkreis abdecken und gegeneinander um 90 versez sind. Diese Spuren werden mi einem Sensor A an einer fesen Selle abgease, d.h. der Sensor A is orsfes außerhalb der Scheibe befesig. Is die Spur vorhanden, wird beispielsweise eine 1 ausgegeben, sons eine 0. Bei einfachen mechanischen Drehgebern können das Schleifringe sein, die über eine Bürse abgease werden, es können aber auch opische Spuren sein, die mi einer Lichschranke abgease werden. X Y 0 1 Abbildung 5: Signal des Gebers Wenn sich beispielsweise die Scheibe aus Abbildung 4 in der gezeichneen Richung dreh, dann wird der Sensor A das in Abbildung 5 gezeige Signal liefern. Zum Zeipunk 0 soll sich die Scheibe dabei in der rechs dargesellen Posiion befinden, zum Zeipunk 1 ha sie sich eben um 45 gedreh. Nach einer einmaligen Umdrehung wiederhol sich der Signalverlauf. Aus diesem Grund kann man die Messung prinzipiell beliebig verfeinern, indem man die Scheibe in soviele Sekoren wie nöig eineil und die Spuren X und Y innerhalb jedes Sekors - 3/6 -

4 wie in Abbildung 4 rechs gezeig anbring. Die Sequenz Q1-Q4 wird dann eben in jedem Sekor aufs Neue durchlaufen. 2.2 Folgeauoma Als Anwender möche man aber in der Regel wissen, in welche Richung (und evenuell wie schnell) sich das Elemen beweg. Dazu kann man einen einfachen Auomaen benuzen, der bei jedem erkannen Übergang von einem Quadranen zum nächsen ein Signal ausgib und dazu die Richung liefer. Q1 Q4 Q2 Q3 (X=0)(Y=0) (X=0)(Y=1) (X=1)(Y=1) (X=1)(Y=0) Abbildung 6: Folgeauoma In Abbildung 6 is das Zusandsdiagramm eines Auomaen gezeichne, der zunächs nur den Signalen folg und sich dami jeweils im richigen Zusand für einen besimmen Quadranen befinde. Wenn sich beispielsweise der Auoma in Q1 befinde und die Signale X/Y melden, dass sich die Scheibe immer noch im Quadranen Q1 befinde, dann bleib der Auoma auch in Q1. Wenn (wie zum Zeipunk 1 in Abbildung 5) der Geber mieil, dass sich jez der Quadran Q2 uner dem Sensor befinde, dann wechsel auch der Auoma nach Q2. Im Normalberieb sind nur die Übergänge zu erwaren, die in Abbildung 6 gezeig sind. Allerdings is keiner der Zusände vollsändig, in Q1 fehl z.b. der Übergang für X Y. Das wäre ein Sprung von Q1 nach Q3, der im Berieb in zwei Fällen aufreen kann: 1. Einschalen des Auomaen Dabei könne als erser Zusand Q1 gewähl worden sein, obwohl sich die Scheibe in Q3 befinde. 2. Scheibe läuf zu schnell (Auomaenak zu langsam) Der Auoma sieh die Eingänge ja nur zu den Takzeipunken. Wenn ein Quadran vollsändig in einer Takperiode uner dem Sensor durchläuf, dann verpass der Auoma den Quadranen. In beiden Fällen kann keine Richungsangabe mehr ausgegeben werden. Der Vollsändigkei halber müssen aber auch diese Übergänge vorgesehen werden (also hier vier weiere Übergänge Q1->Q3, Q2->Q4, Q3->Q1, Q4->Q2. - 4/6 -

5 2.3 Auswereauoma Der bisherige Auoma kann zwar den Quadranen bereis folgen, allerdings werden noch keine Ausgaben geliefer. IU1 IU2 Q1 Q2 GU8 GU7 IU8 GU1 GU6 IU3 IU7 GU2 GU5 IU4 GU3 GU4 Q4 Q3 (X=0)(Y=0) (X=0)(Y=1) IU6 IU5 (X=1)(Y=1) (X=1)(Y=0) 1 (immer) Abbildung 7: Auswereauoma In Abbildung 7 is der Folgeauoma nur um Zwischenzusände erweier worden, die beim Übergang von einem Quadranen zum nächsen durchlaufen werden. Auch wenn der Auoma auf den ersen Blick komplex aussieh, so is er doch sehr einfach zu versehen. Die Signale T und R sind die Ausgabesignale des Auomaen, wobei ein Übergang von 0 nach 1 bei T anzeig, dass eine Drehbewegung fesgesell wurde (pro Übergang 0->1 ein Quadranenwechsel). Die Drehrichung wird mi dem Signal R angegeben, das also nur bei dem Übergang 0->1 von T gülig sein muss. Die Geschwindigkei der Drehbewegung ergib sich also aus der Frequenz des Signals T (wozu man noch wissen muss, in wieviele Sekoren die Scheibe aufgeeil wurde). Der äußere Kreis der Zusände soll hier durchlaufen werden, wenn sich die Scheibe im Uhrzeigersinn dreh (daher die Namen IU). Der innere Kreis wird durchlaufen, wenn sich die Scheibe gegen den Uhrzeigersinn dreh. Für die Erklärung genüg also ein einziger Übergang von einem Quadranen zum nächsen in eine Richung, weil alle anderen Übergänge genauso aufgebau sind. Hier soll der Übergang von Q1 nach Q2 berache werden. - 5/6 -

6 Zunächs befinde sich noch Q1 uner dem Sensor, d.h. X Y. Ensprechend bleib der Auoma in Q1. Es kann keine Bewegung fesgesell werden (daher ). Über die Richung kann nichs ausgesag werden, sie is ja ohne fesgeselle Bewegung auch unineressan (daher fehl die Angabe zu R). Melde der Geber jez, dass sich Q2 uner dem Sensor befinde ( X Y ), dann kann ersmals eine Richung fesgesell werden. Ensprechend wird R vorbereie (). Allerdings wird noch keine Bewegung gemelde, d.h.. Der Grund is, dass sich der Sensor zufällig genau über dem Wechsel von Q1 zu Q2 befinden könne. Wenn die Scheibe dor sehenbleib, dann is die Auswerung von Y hier unsicher, d.h. es könne zu manchen Zeipunken Y gemelde werden und zu anderen ZeipunkenY. Würde man dann jedesmal einen Wechsel anzeigen, dann würde die Scheibe zumindes in der Auswerung ziern, also eine Bewegung angezeig werden, die gar nich vorhanden is. Im gegeben Zusandsübergangsdiagramm führ dagegen eine solche unsichere Auswerung des Signals Y nur zu einem wiederholen Wechsel zwischen Q1 und IU1, ohne dass dabei jemals ausgegeben wird. Ers wenn sich der Wechsel besäig wechsel der Auoma in IU2. Hier wird zusäzlich zur Richung auch noch die Bewegung angezeig (). Aus diesem Zusand wechsel jez der Auoma immer, also ganz unabhängig von den Eingängen, in den Folgezusand Q2. Der Grund is, dass zum einen das Signal T wieder zurückgesez werden muß (sons könne der nächse Übergang nich wieder durch den Wechsel von 0->1 angezeig werden) und zugleich für eine evenuelle Drehrichungsänderung die Möglichkei für den Übergang von Q2->Q1 über den inneren Kreis vorbereie werden muß. Solle sich asächlich eine Änderung der Richung genau dann ergeben, wenn sich der Auoma in IU2 befinde, dann wird eben nur der Zusand Q2 zusäzlich durchlaufen, bevor der Rückweg nach Q1 über GU7 und GU8 angereen wird. Das schade nich weier und man ha den Voreil, dass ein evenuelles Ziern wegen unsicherer Signalauswerung jez zu dem harmlosen Wechsel zwischen Q2 und GU7 führ, aber keine Bewegung über Wechsel an T vorgeäusch wird. Alle weieren regulären Übergänge folgen demselben Muser. Die irregulären Übergänge (außerhalb der zu erwarenden Reihenfolge) können wie beim Folgeauomaen ergänz werden, sie enden jeweils in einem der sabilen Zusände Q1-Q4. T R X Y Abbildung 8: Ausgabesignale In Abbildung 8 is der zeiliche Verlauf der Ausgabesignale R und T für das Beispiel gezeig. Der Takzeipunk is durch die gesrichelen Linien dargesell. Die Schraffur bei R zeig an, dass der Wer des Signals undefinier is. Anhand der Zeichnung is zu erkennen, dass R vor dem Signalwechsel an T gülig wird und auch danach noch für einen Tak gülig bleib. Zudem is wieder der zeiliche Versaz der Ausgabe (bei T) bezüglich der Eingabe (X, Y) zu erkennen. - 6/6 -