DE3716892A1 - Vorrichtung zur eingabe von numerischen bzw. alphanumerischen daten in ein geraet - Google Patents

Vorrichtung zur eingabe von numerischen bzw. alphanumerischen daten in ein geraet

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1. Diese Vorrichtung findet insbesondere Anwendung bei der Eingabe von numerischen bzw. alphanumerischen Daten in medizintechnische, elektromechanische Apparate.
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, die Veränderung der einzugebenden Daten von der Auslenkung eines Betätigungselementes oder von der Dauer der Betätigung des Elementes abhängig zu machen.
Die Weg-Wirkungs-Beziehung bei der ersten Alternative ist aus anthropotechnischer Sicht optimal, da der Bediener der Vorrichtung automatisch den Betrag der Reaktion, d. h. die Größe des eingegebenen Wertes als Ergebnis seines Aktionsaufwandes fühlt.
Lediglich bei großen und trotzdem präzise einzugebenden Beträgen der Eingabedifferenz wird durch den damit verbundenen Betätigungsaufwand das anthropotechnische Optimum verlassen. Ordnet man andererseits durch entsprechende Auslegung der Vorrichtung noch zumutbar großen Stellbewegungen des Betätigungselementes große Eingabebetragsdifferenzen zu, so ist eine exakte Eingabe nicht mehr möglich.
Bei der zweiten Alternative ergibt sich eine quasi-stetige Funktion zwischen der Aktion des Bedienenden und der Apparatreaktion und über große Zahlenbereiche ist der Eingabeaufwand dem der stetigen Einsteller vergleichbar.
Schließlich sind nicht-stetigwirkende numerische Eingabevorrichtungen bekannt, wie beispielsweise Kodierschalter, bei denen jeder Dezimalzahl und somit pro Dekade ein Schaltelement zugeordnet ist. Hierbei ist eine stetige Funktion zwischen der Benutzeraktion und dem Betrag der neu einzugebenden Differenz nicht mehr gegeben, wodurch fehlerhafte Eingaben in ungleich höherem Maße auftreten können als bei stetig verstellbaren Einstellelementen. Dies bedeutet in anthropotechnischer Hinsicht eine Schwachstelle. Andererseits ist der Betätigungsaufwand ohne Verlust an Exaktheit vom Betrag der Eingabedifferenz nahezu unabhängig.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine anthropotechnisch optimale Eingabevorrichtung zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet eine drastische Verkürzung der Eingabeprozedur auch bei großen Eingabedifferenzen dN, indem Schaltungsmittel vorgesehen werden, die die Anzeige und damit die Apparatereaktion R A sowohl von der Position dP des Eingabeelementes als auch von der Betätigungszeit dT des Eingabeelementes abhängig machen, d. h. die erfindungsgemäßen Schaltungsmittel verwirklichen folgende Beziehung:
dN=f [R A (dP), dT ]
In dieser Gleichung entspricht dN der Differenz zwischen dem aktuellen Eingabewert und dem vorherigen Eingabewert. R A beschreibt eine Apparatereaktion und ist eine Funktion der Positionsdifferenz dP und dT entspricht der Betätigungszeit.
Eine diese Beziehung verwirklichende Eingabevorrichtung kombiniert das Verhalten des stetig verstellbaren Einstellelementes mit dem Verhalten des quasi-stetigen Einstellelementes, wobei die Apparatekonstante durch die variable Apparatereaktion ersetzt wird.
Aus der Eingabeaktion des Benutzers werden zwei Parameter, nämlich der Positionsdifferenz und der Betätigungszeit entsprechend abgeleitet. Dabei verändert sich die Differenz zwischen dem alten Eingabewert und dem aktuellen Eingabewert solange mit der Geschwindigkeit R A , wie das Einstellelement betätigt wird, wobei R A eine stetige positive Funktion der Positionsdifferenz der Einstellvorrichtung ist.
Die vorliegende Erfindung kann prinzipiell mit digitalen und mit analogen Schaltungsmitteln verwirklicht werden. Vorzugsweise wird eine Totzone vorgegeben, innerhalb derer die Eingabevorrichtung auf geringere Auslenkungen des Betätigungselementes nicht reagiert.
Bei der analogen Verwirklichung arbeitet vorzugsweise ein Potentiometerabgriff auf einen Spannungs-/Frequenz-Umsetzer.
Bei der digitalen Verwirklichung steuert die abgegriffene Spannung nach Analog/Digital-Umsetzung die Voreinstelleingänge eines voreinstellbaren Zählers an.
In beiden Fällen wird ein Potentiometerwiderstand zwischen unterschiedlichen Spannungen betrieben. Der Potentiometerabgriff wird durch eine oder mehrere Federn in der Mittellage gehalten, so daß in der Ausgangsstellung und Ruhelage des Potentiometerabgriffes eine Spannung von Null Volt ausgegeben wird. Die Totzone läßt sich bei der analogen Verwirklichung durch ein Diodennetzwerk vorgeben, während bei der digitalen Verwirklichung die Totzone durch eine Subtraktion einer kleinen digitalen Zahl von der durch den Analog/Digital-Umsetzer ausgegebenen Digitalzahl erzielt wird.
Anhand von in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sei im folgenden die erfindungsgemäße Einstellvorrichtung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine im wesentlichen digital arbeitende Eingabevorrichtung und
Fig. 2 eine im wesentlichen analog arbeitende Eingabevorrichtung.
Gemäß Fig. 1 wird ein Potentiometerwiderstand 10 zwischen gleichgroßen positiven und negativen Spannungen +V und -V betrieben. Der Abgriff 12 des Potentiometerwiderstandes 10 ist durch Federn 14, 14′ in seiner Mittellage festgehalten, so daß bei einer Verbindung des Abgriffes 12 mit einem nicht-dargestellten Drehknopf dieser in seine Ausgangslage zurückgeführt wird, wenn er losgelassen wird. Die schematisch angedeuteten Federn 14, 14′ können auch z. B. durch eine einzige Schenkelfeder ersetzt werden.
Die von dem Potentiometer 10, 12 abgegriffene Spannung wird einem Analog/Digital-Umsetzer 16 zugeführt, der die abgegriffene Spannung in einen Digitalwert mit einer Breite von mehreren Bit umsetzt. Dieser Digitalwert wird, versehen mit einem Vorzeichen, in Abhängigkeit von der Auslenkungsrichtung des Potentiometerabgriffes 12 einer Subtrahierschaltung 18 zugeführt, die von dem Digitalwert einen geringen Digitalwert subtrahiert, um eine Totzone vorzugeben, innerhalb derer bei geringer Auslenkung des Potentiometerabgriffes 12 keine Verstellung der Digitalanzeige erfolgt. Die Subtrahierschaltung 18 kann hierbei durch die Zentraleinheit CPU eines Mikroprozessors 20 vorgegeben sein, der in der üblichen nicht-dargestellten Weise mit einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff RAM und einem Programm-Festwertspeicher ROM versehen ist.
Der in der erwähnten Weise rechnerisch behandelte Digitalwert wird auf die Voreinstelleingänge eines voreinstellbaren Zählers 22 gegeben, der an seinem Takteingang CP von den Taktimpulsen eines Taktgenerators 24 beaufschlagt wird. In Abhängigkeit von seiner Voreinstellung läuft der Zähler 22 mehr oder weniger schnell über, wobei jeder Überlaufimpuls einmal benutzt wird, um den Zähler 22 mit dem von der Subtrahiereinrichtung 18 ermittelten Digitalwert neu voreinzustellen und zum anderen benutzt wird, um den Zähleingang eines Vor/Rückwärts-Zählers 26 zu beaufschlagen. Die Zählrichtung des Vor/Rückwärts-Zählers 26 wird von der Subtrahiereinrichtung 18 in Abhängigkeit davon vorgegeben, ob ein positiver oder negativer Digitalwert vorliegt. Der Vor/Rückwärts-Zähler 26 steuert über Dekorschaltkreise 28 und Treiberschaltkreise 30 eine Anzeige 32 an.
Die Subtrahiereinrichtung 18, d. h. die Zentraleinheit CPU, der voreinstellbare Zähler 22, der Taktgenerator 24, der Vor/Rückwärts-Zähler 26 und die Dekodierschaltkreise 28, sind innerhalb eines handelsüblichen Mikroprozessors 20 realisiert.
Man erkennt, daß - beginnend mit einer bestimmten Verstellung des Potentiometers - die Anzeige 32 mehr oder weniger schnell verstellt wird, wobei diese Verstellung von der Auslenkung des Potentiometers und der Dauer der Auslenkung abhängig ist.
Gemäß Fig. 2 ist wiederum ein Potentiometerwiderstand 10 zwischen gleichgroßen positiven und negativen Spannungen +V und -V angeordnet. Der Abgriff 12 des Potentiometerwiderstandes 10 ist in der gleichen Weise durch Federn 14, 14′ in seiner Mittellage gehalten, so daß auch hier bei einer Verbindung des Abgriffes 12 mit einem nicht-dargestellten Drehknopf dieser in seine Ausgangslage zurückgeführt wird, wenn er losgelassen wird.
Über ein Totzonenglied 34, das eine an einen Spannungsteiler angeschlossene Dioden-Brückenschaltung und einen nachgeschalteten Operationsverstärker umfaßt, wobei die an dem Spannungsteiler abgegriffene Spannung von der Stellung des Potentiometers 10, 12 beeinflußt wird, wird eine Totzone vorgegeben, innerhalb der eine Änderung der Potentiometerstellung ohne Einfluß bleibt. Beginnend mit einer bestimmten Verschiebung des Potentiometerabgriffes 12 steigt sodann die Spannung am Ausgang des Totzonengliedes linear an bzw. fällt linear ab. Der negative Zweig der abgegriffenen Spannung wird in einem Gleichrichter 36 gleichgerichtet und dem positiven Ast additiv überlagert. Die zusammengesetzte Spannung wird normalerweise einem Spannungs-/Frequenz-Umsetzer VCO-40 direkt zugeführt. Optional kann ein nicht-lineares Glied 38 noch zwischen dem Gleichrichter 36 und dem Spannungs-/Frequenz-Umsetzer 40 vorgesehen sein, um der dem Spannungs-/Frequenz-Umsetzer 40 zugeführten Eingangsspannung ein nicht-lineares Verhalten aufzuprägen.
Ein das Vorzeichen der abgegriffenen Spannung ermittelndes Glied 42 ist zwischen das Totzonenglied 34 und einen Vor/Rückwärts-Zähler 44 geschaltet, um diesem Zähler vorzeichenabhängig die Zählrichtung vorzugeben. Der Zählereingang des Zählers 44 wird von dem Spannungs-/Frequenz-Umsetzer VCO-40 beaufschlagt. Der Vor/Rückwärts-Zähler 44 beaufschlagt seinerseits über Dekor-/Treiberschaltkreise 46 die Anzeige 48.
Das Totzonenglied 34, der Gleichrichter 36, das die Signumfunktion verwirklichende Glied 42 und das nicht-lineare Kennlinienglied 38 können jeweils durch entsprechend beschaltete Operationsverstärker realisiert werden, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Ebenso empfiehlt es sich, zur Entkopplung zwischen dem Potentiometerabgriff und dem Totzonenglied 34, einen 1 : 1-Operationsverstärker vorzusehen.
Man erkennt auch hier, daß - beginnend mit einer bestimmten Verstellung des Potentiometers - die Anzeige 48 mehr oder weniger schnell verstellt wird, wobei diese Verstellung von der Auslenkung des Potentiometers und der Dauer der Auslenkung abhängig ist.
Die Bedienung der erfindungsgemäßen Einstellvorrichtung ist denkbar einfach. Je weiter der Benutzer das Einstellelement, d. h. das Potentiometer aus seiner Mittenlage entfernt, um so schneller wird der Zieleinstellwert angefahren. Nähert sich der jeweils aktuelle Wert dem Zieleinstellwert, so kann der Benutzer die Entfernung von der Mittenlage und damit die Änderungsgeschwindigkeit des jeweils aktuellen Wertes so weit reduzieren, bis ein kommodes Einlaufen in den Zieleinstellwert erreicht ist. Ein eventuelles Überfahren des Zieleinstellwertes kann durch eine Umkehrung der Entfernungsrichtung aus der Mittenlage korrigiert werden. Die Wirkung der Einstellvorrichtung ist der eines Gaspedals eines Kraftfahrzeuges vergleichbar. Selbst nahezu beliebig große Differenzen zwischen dem vorherigen Eingabewert und dem Zieleingabewert werden durch maximale Auslenkung des Einstellelementes in Kürze überbrückt und in der Schlußphase des Einstellvorganges besteht die Möglichkeit, den Zieleinstellwert präzise anzufahren.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Eingabe von numerischen bzw. alphanumerischen Daten in ein Gerät, insbesondere in medizintechnische elektromechanische Apparate mittels eines Eingabeelementes, gekennzeichnet durch Schaltungsmittel (16-32; 34-48) zur Veränderung der eingegebenen Daten sowohl in Abhängigkeit von der Größe der Verstellung (dP) des Eingabeelementes (10, 12) als auch von der Betätigungszeit (dT) des Eingabeelementes (10, 12).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderungsrichtung der eingegebenen Daten von der Betätigungsrichtung des Eingabeelementes (10, 12) abhängig ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingabeelement umfaßt:
einen Potentiometerwiderstand (10), der zwischen unterschiedlichen Spannungen (+V, -V) betrieben wird, und
einen durch eine Feder (14, 14′) in der Mittelstellung des Potentiometerwiderstandes (10) vorgespannten Abgriff (12).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • a) einen an den Abgriff (12) angeschlossenen Analog/Digital-Umsetzer (16);
  • b) einen voreinstellbaren Zähler (22), dessen Voreinstelleingänge an den Ausgang des Analog/Digital-Umsetzers (16) angeschlossen sind, dessen Zähleingang an einen Taktgenerator (24) angeschlossen ist und dessen Überlaufeingang an einen Ladeeingang des voreinstellbaren Zählers (22) angeschlossen ist; und
  • c) einen Vor/Rückwärts-Zähler (26), der an den Überlaufausgang des voreinstellbaren Zählers (22) angeschlossen ist und über Dekodier- und Treiberschaltkreis (28, 30) eine Anzeige (32) ansteuert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • a) Der Abgriff (12) ist über einen Gleichrichter (36) an einen Spannungs-/Fequenz-Umsetzer (VCO-409) angeschlosen; und
  • b) Der Spannungs-/Frequenz-Umsetzer (VCO-40) steuert einen Vor/Rückwärts-Zähler (44) an, welcher seinerseits über Dekodier- und Treiberschaltkreise (46) eine Anzeige (48) ansteuert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Analog/Digital-Umsetzer (16) und voreinstellbarem Zähler (22) eine Subtrahierschaltung (CPU-18) angeordnet ist, um von dem jeweils umgesetzten Digitalwert einen vorgebbaren Digitalwert zu subtrahieren und eine Totzone vorzugeben, innerhalb derer die Potentiometerverstellung zu keiner Veränderung der Anzeige führt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Potentiometerabgriff (12) und dem Gleichrichter (36) ein analoges Totzonenglied (34) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 7, gekennzeichnet durch ein Vorzeichen der abgegriffenen Spannung feststellendes Glied (42), dessen Ausgang auf den Richtungseingang des Vor/Rückwärts-Zählers (44) geschaltet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Glied (38) zwischen dem Gleichrichter (36) und dem Spannungs-/Frequenz-Umsetzer (VCO-40) zur Vorgabe eines nicht-linearen Verlaufes der abgegriffenen gleichgerichteten Spannung.
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Subtrahierschaltung (CPU-18) zugleich ein Vorzeichensignal an den Richtungseingang des Vor/Rückwärts-Zählers (26) liefert.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Mikroprozessors (20).
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch beschaltete Operationsverstärker zur Verwirklichung der Gleichrichterfunktion, der Signumfunktion und der nicht-linearen Funktion.
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