DE3716892C2 - - Google Patents

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrich­ tung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 4. Diese Vorrichtung findet insbesondere Anwendung bei der Eingabe von numerischen bzw. alphanumerischen Daten in medizintechnische elektromechanische Apparate.
Eine derartige Vorrichtung ist zum Beispiel aus der DE-OS 34 04 047 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung handelt es sich um eine Cursorsteuerung mit einem Joy­ stick, bei der die Joystick-Auslenkung vektoriell eine Größe und Richtung für die Cursorbewegung ergibt. Die Größe ist sodann ein Maß für die Geschwindigkeit der Cur­ sorbewegung. Im bekannten Fall ist der Joystick mit Deh­ nungwiderständen versehen, und die jeweilige Widerstands­ änderung wird abgegriffen, um die Auslenkung des Joysticks nach Größe und Richtung zu erfassen. Die abgegriffenen Spannungssignale werden nach einer Analog/Digital-Wandlung einem Mikroprozessor zugeführt und dort in nicht näher beschriebener Weise verarbeitet.
Ferner ist aus "IBM Technical Disclosure Bulletin" Band 23, Nr. 8, Januar 1981, Seiten 3831-3834 eine Joystick-Cur­ sorsteuerung bekannt, bei dem der Joystick durch Federn in eine zentrale Ausgangslage vorgespannt ist und mit einem leitfähigen Gleitstück in Antriebverbindung steht, wobei das Gleitstück eine kapazitive Kopplung zwischen einem zentralen Kondensatorbelag, einem ringförmigem Kondensa­ torbelag und dazwischen angeordneten 4 Kondensator-Sektor­ belägen herstellen kann.
Auf diese Weise kann in Abhängigkeit von der Auslenkungs­ richtung des Joysticks die Richtung der Cursorverstellung und in Abhängigkeit von der Größe der Joystick-Auslenkung die Geschwindigkeit der Cursorverstellung vorgegeben wer­ den.
Ausgehend von dieser bekannten Vorrichtung ist es die Auf­ gabe der vorliegenden Erfindung, diese so auszugestalten, daß sich auch bei großen Differenzen bezüglich der einzu­ gebenden numerischen bzw. alphanumerischen Daten eine kurze Eingabeprozedur ergibt, wobei der Zieleinstellwert trotzdem präzise erreicht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnen­ den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 4.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Eingabevorrichtung sind den abhängigen Unteransprüchen entnehmbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet eine drastische Verkürzung der Eingabeprozedur auch bei großen Eingabe­ differenzen 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 Dekoderschaltkreise 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 Dekoder-/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 (7)

1. Vorrichtung zur Eingabe von numerischen bzw. alphanumerischen Daten in ein Gerät, insbesondere in medizintechnische elektromechanische Apparate, mit Schaltungsmitteln zur Veränderung der eingegebenen Daten in Abhängigkeit von der Größe und Richtung der Verstellung eines mit einem Abgriff versehenen Widerstands-Eingabeelementes sowie mit einem an den Abgriff angeschlossenen Analog/Digital-Umsetzer und einer nachgeschalteten Digitalschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Digitalschaltung umfaßt:
  • a) eine Subtrahierschaltung (CPU-18), deren Eingang an den Ausgang des Analog/Digital-Umsetzers (16) angeschlossen ist, um von dem jeweils umgesetzten Digitalwert einen vorgebbaren Digitalwert zu subtrahieren und eine Totzone vorzugeben, innerhalb derer die Verstellung des Widerstands-Eingabeelementes zu keiner Veränderung der Anzeige führt,
  • b) einen voreinstellbaren Zähler (22), dessen Voreinstelleingänge an den Ausgang der Subtrahierschaltung (CPU-18) 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 Treiberschaltkreise (28, 30) eine Anzeige (32) ansteuert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Subtrahierschaltung (CPU-18) zugleich ein Vorzeichensignal an den Richtungseingang des Vor/Rückwärts-Zählers (26) liefert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Mikroprozessors (20).
4. Vorrichtung zur Eingabe von numerischen bzw. alphanumerischen Daten in ein Gerät, insbesondere in medizintechnische elektromechanische Apparate, mit Schaltungsmitteln zur Veränderung der eingegebenen Daten in Abhängigkeit von der Größe und Richtung der Verstellung eines mit einem Abgriff versehenen Widerstands-Eingabeelementes, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • a) Der Abgriff (12) ist über ein Totzonenglied (34) und einen Gleichrichter (36) an einen Spannungs-/Frequenz-Umsetzer (VCO-40) angeschlossen; 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.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein das Vorzeichen der abgegriffenen Spannung feststellendes Glied (42), dessen Ausgang auf den Richtungseingang des Vor/Rückwärts-Zählers (44) geschaltet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, 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.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch beschaltete Operationsverstärker zur Verwirklichung der Gleichrichterfunktion, der Signumfunktion und der nicht-linearen Funktion.
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