ITTO940311A1 - Indicatore a visualizzatore mobile e a sensibilita' regolabile - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale di

La presente invenzione si riferisce a un indicatore a visualizzatore mobile e a sensibilità regolabile, nel quale mezzi di memoria sono previsti per la determinazione della sensibilità di una catena di amplificazione strutturata per comandare la deviazione del visualizzatore in funzione di un segnale rappresentativo di una grandezza da visualizzare .

Per visualizzatore, si deve intendere un elemento la cui deviazione o la cui posizione, fra una pluralità di posizioni, è funzione del valore della grandezza da visualizzare e i visualizzatori, del tipo a elementi ruotanti che portano caratteri e che possono occupare una delle due posizioni funzionali predeterminate, sono esclusi dalla portata della presente domanda.

Un indicatore a visualizzatore mobile è utilizzato per esempio in un contagiri di autovettura, per visualizzare la velocità di rotazione del motore.Esso comprende un movimento di trascinamento che serve a far deviare il visualizzatore in funzione di un segnale di comando il cui valore è così visualizzato dalla deviazione del visualizzatore.

Poiché si tratta di effettuare un movimento relativo fra un elemento di riferimento e una scala di valori, il visualizzatore può essere un disco rotante portante, in periferia, la scala di valori passante in una finestra di lettura fissa.

Molto spesso, si tratta di un ago che si sposta, in rotazione o in traslazione, davanti a un quadrante che porta una scazla di valori che possono comprendere una zona rossa di sovravelocità, nel caso di un motore di autovettura.

Secondo il tipo di vettura, il limite corrispondente varia, il motore di una vettura sportiva potendo raggiungere, senza danni, un regime più elevato di quello di una vettura normale. Ora, poiché la zona di deviazione prevista dall'indicatore di una vettura normale è già relativamente importante, si può estendere questa zona per utilizzare questo medesimo indicatore in una vettura sportiva. Bisognerebbe dunque per questa avere un indeicatore di un'altro tipo e le serie di fabbricazione sarebbero meno grandi, dunque più care.

In realtà, si utilizza bene un solo tipo di indicatore, ma, per le vetture sportive, si regola, dimiduendola, la sensibilità dell'indicatore, perchè la taglia della zona di deviazione resti immutata, la scala delle velocità di rotazione del motore essendo corretta di conseguenza.

Il meccanismo di trascinamento del visualizzatore deve essere comandato da un'elettronica di comando che è individualizzata, cioè nella quale è memorizzata la sensibilità che deve avere la catena di amplificazione del segnale da visualizzare, proveniente, nell'esempio considerato, da un sensore di velocità di rotazione.

Si conscono già indicatori nei quali un valore numerico che definisce questa sensibilità è memorizzato in una memoria EEPROM (memoria cancellabile elettricamente) associata a un microcontrollore che regola, in funzione di questa sensibilità, il guadagno, o sensibilità, di un amplificatore che comanda il meccanismo di trascinamento del visualizzatore.

Tuttavia, l'utilizzazione di una memoria e EEPROM non è agevole: Inoltre, il suo costo non è trascurabile.

Si conoscono anche indicatori nei quali la sensibilità è definita non attraverso una memoria EEPROM ma attraverso livelli logici applicati a un porto di ingresso del microcontrollore. Tuttavia, a meno di prevederne un gran numero e di aumentare di conseguenza la complessità e il costo, questi livelli logici non permettono che una scelta limitata di valori discreti. Inoltre, il porto di ingresso è limitato dal formato dei dati trattati dal microcontrollore. Inoltre, i collegamenti che forniscono questi livelli logici sono, dopo la messa a punto di un prototipo, integrati nella maschera di fabbricazione del microcontrollore, in modo che un errore è molto caro e una modificazione, anche se piccola, della sensibilità per, per esempio, òodificare lo stile dell'indicatore, è economicamente poco realista.

La presente invenzione mira a proporre una soluzione soddisfacente.

A questo scopo, essa si riferisce a un indicatore a visualizzatore mobile del tipo qappena menzionato, caratterizzato dal fatto che i mezzi di memoria comprendono un ponte divisore il cui rapporto di divisione determina una netta sensibilità.

Si può così agevolmente scegliere il valore del rapporto di divisione, per esempio attraverso /la scelta appropriata dell'impedenza di una o più componenti elettroniche o attraverso la regolazione di componenti montate in officina.

Vantaggiosamente, sono previsti mezzi di calcolo strutturati per ricevere un sesgnale rappresentativo del rapporto di divisione del ponte divisore, per eliminarne, attraverso divisione per un coefficiente predeterminato, cifre di peso debole che sono stimate essere incerte e per moltiplicare il risultato della divisione per un numero predeterminato rappresentante un passo di regolazione della sensibilità della catena di amplificazione. Il modello della sensibilità è vantaggiosamente lineare.

Ci si può così liberare dall'incertezza collegata, per esempio, al grado di precisione del ponte divisore e utilizzare componenti poco precisi dunque poco cari. Il numero rappresentante il rapporto di divisione è così, in qualche modo, arrotondato al valore più vicino che sia reputato esatto e la sensibilità della catena di amplificazione ha allora il valore esatto desiderato.

Vantaggiosamente inoltre, il ponte divisore è un ponte resistivo.

Si dispone così di componenti poco costosi, di valore che può essere molto preciso e molto stabile, in particolare per quanto riguarda la temperatura e l'umidità relativa e poco sensibili alle perturbazioni .

In particolare, se il ponte divisore comprende una scala di resistenze commutabili, queste resistenze possono essere sistematicamente montate in officina. Si ha così solamente un tipo di indicatore, che è in seguito adattato collegando le resistenze volute, per esempio per mezzo di cavalieri in serie con ciascuna di esse, se esse sono montati in parallelo fra loro, o di cavalieri che le cortocircuitano, se esse sono tutte in serie.

Sempre vantaggiosamente, le resistenze sono regolabili .

Si può così, su una catena automatica, effettuare una regolazione dinamica della sensibilità iniettando un segnale determinato in ingresso della catena di amplificazione e regolando una resistenza fino a ottenere la deviazione prevista per il visualizzatore .

L'invenzione sarà meglio compresa con l'aiuto della descrizione che segue della forma di realizzazione preferita dell'indicatore a visualizzatore mobile dell'invenzione, fatta facendo riferimento alla figura unica annessa che ne è una rappresentazione per blocchi funzionali.

L'indicatore rappresentato appartiene, in questo esempio, a un contagiri di una autovettura. Esso comprende un circuito di comando 1 che comanda un movimento 2 che trascina, qui, un ago 3, rotante in questo esempio.

Il circuito di comando 1 comprende un microcontrollore 11 collegato in ingresso a un terminale di ingresso 4 del circuito di comando 1, che riceve un segnale tachimetrico a frequenza proporzionale alla velocità di rotazione del motore della vettura. Il microcontrollore 11 è collegato, attraverso un'uscita 5, all'ingresso di un amplificatore 6, a sua volta collegato in uscita a un ingresso di comando del movimento 2 attraverso un terminale di uscita 7 del circuito di comando 1.

Il microcontrollore 11 comprende un convertitore analogico/numerico 12 che riceve, su un ingresso di riferimento,m una tensione di riferimento Vrif applicata anche a una estremità di un ponte divisore formato, qui, da due resistenze 8 e 9 il cui punto intermedio, ha una tensione Ve, e collegato a un ingresso di misura del convertitore analogico/numerico 12 e la cui estremità oposta è alla massa.

L'uscita del convertitore analogico/numerico 12 è collegata a un blocco di calcolo 13 del microcontrollore 11, comprendente un'unità aritmetica 14 e una memoria di programma 15.

Un amplificatore 16 a guadagno programmabile del microcontrollore 11 collega il terminale di ingresso 4 al terminale di uscita 5, tramite il blocco di calcolo 13 che trasforma il segnale tachimetrico in tensione. Il guadagno dell'amplificatore 16 è controllato da un segnale numerico 17 proveniente dal blocco di calcolo 13.

Spiegheremo ora il funzionamento del circuito di comando .

Il segnale tachimetrico applicato sul terminale 4 comanda il movimento 2 attraverso l'amplificatore a guadagno programmabile 16 e l'amplificatore 6, quest'ultimo avendo solamente qui un ruolo di amplificatore di potenza a guadagno fisso.

Il guadagno, o sensibilità, dell'amplificatore 16 è regolato nel modo seguente.

Il convertitore analogico/numerico 12 utilizza la tensione Vrif come tensione di riferimento per il suo stato di ingresso (non rappresentato). La tensione Ve è così' comparata alla tensione Vrif e il convertitore analogico/numerico 12 fornisce al blocco^ di calcolo 13 un numero n crescente da 0 nMAX = 2N 1, con N : intero positivo uguale al numero di bits del convertitore analogico/numerico 12, quando il rapporto Ve/Vrif varia da 0 a 1. In questo esempio N vale 8.

Per la chiarezza dell'esposizione, il guadagno dell'amplificatore 16 è supposto crescere linearmente con il valore del segnale numerico 17. Un circuito non rappresentato, in ingresso dell'amplificatore 16, converte il segnale 17 in una tensione di comando corrispondente.

La memoria 15 contiene un numero p corrispondente al passo di regolazione del segnale 17, cioè 1\(2N 1) volte il valore massimo del segnale 17, e funzione della sensibilità del guadagno dell'amplificatore 16 in rapporto al segnale 17.

Il blocco di calcolo 13 legge il numero p nella memoria 15 e lo moltiplica,m per mezzo dell'unità aritmetica 14, per il numero n proveniente dal convertitore analogico\ numerico 12, cosa che fornisce il segnale 17 sottoforma di un numero uguale a n x p e fissa il guadagno G dell'amplificatore 16, in rapporto al suo valore massimo GM, ad un rapporto

Si comprenderà che una catena di comando analogica che parte dal segnale Ve per fornire un segnale 17 analogico sarebbe molto conveniente, nella misura in cui essa avrebbe una precisione sufficiente.

In questo esempio, le resistenze 8 e 9 hanno una precisione dell'1% e, con il rumore elettrico e la precisione del convertitore analogico\numerico 12, è stimato che solamente i 6 bits di peso maggiore sono esatti sugli N = 8 bits.

Per evitare di tenere conto del "rumore" o incertezza che abbiamo visto in precedenza, il blocco di calcolo 13 è programmato per rifiutare un numero n di 8 bits due bits dei quali di peso minore non rappresenterebero un numero determinato fra le quattro combinazioni possibili per questi due bits di peso minore.

In altri termini, fra gli 2N = 256 numeri n possibili, è definita una scala quantificata di 64 numeri esatti equiripartiti, separati fra loro di quattro unità, e il blocco di calcolo 13 calcola un valore arrotondato del numero n misurato scegliendo il nunero quantificato n che è più vicino al nunero n misurato, cosa che elimina così ogni errore nel calcolo del segnale 17.

L'errore sul numero n misurato può manifestarsi in modo negativo e, tramite bloccaggio della trattenuta nel convertitore analogico\numerico 12, che si propaga dai pesi minori verso i pesi maggiori, questo errore potrebbe falsare il valore dei sei bits di peso maggiore.

Per evitare un tale errore sui bits di peso maggiore, il blocco di calcolo 13 aggiunge innanzitutto, al numero n misurato, il bits di peso minore più elevato dei due, cioè due unità. Ciò ha l'effetto di sfalsare positivamente la zona di incertezza, inizialmente centrata sul valore esatto di n (+ 2 unità), di un'ampiezza sostanzialmente uguale alla metà di questa zona, quest'ultima essendo così con certezza spostata nella zona da 0 a 4 unità sopra il valore n esatto. E' sufficiente allora in seguito forzare a zero i due bits di peso minore per ottenere il valore quantificato stimato.

Applicata nel sistema decimale, la correzione di un numero n misurato che vale 98 con una zona di incertezza di 5, cioè un passo di quantificazione di 10, mentre il valore teorico di n è 100, porterebbe a calcolare 98 5 = 103 e a eliminare la cifra 3 delle unità per ottenere il valore n stimato : 100

Si noterà che potrebbe, al contrario, essere previsto di scegliere il valore delle resistenze 8 e 9 perchè esse forniscano un numero n un pò più elevato del nunero quantificato voluto, in modo che la posizione della zona di incertezza sia così sistematicamente spostata e sfalsata positivamente per essere proprio sopra il nunero n quantificato. Ciò permetterebbe allora di determinare il numero n quantificato tramite semplice troncatura del numero n misurato, senza effettuare l'addizione preliminare, indicata in precedenza, delle due unità di peso minore .

In questo esempio la forzatura a zero dei due bits di peso minore si effettua infatti tramite troncatura, facendo sparire le posizioni di questi due bits, cioè rispostando a destra le 6 cifre di peso maggiore di una quantità D = 2 posizioni. Il numero n misurato è così diviso per un fattore 2D = 4. Per compensare l'effetto di questa divisione, il nunero p che rappresenta l'ampiezza della tensione corrispondente al passo di regolazione del segnale 17 è stato preliminarmente moltiplicato per 2D = 4. La forzatura a zero, indicato in precedenza, dei due bits di peso minore è equivalente alla divisione per 2D = 4 seguita da una moltiplicazione per 2D = 4:

Poiché l'incertezza di come abbiamo parlato in precedenza può essere variabile ed essere determinata tramite il microcontrollore 11, per esempio in funzione del numero n o della precisione, indicata dall'utilizzatore, delle resistenze 8 e 9, potrebbe essere previsto di effettuare una troncatura su un numero determinato ma variabile di bits di peso minore, nunero crescente con questa incertezza. In questo caso, se si effettua ancora un nuovo spostamento corrispondente verso la destra, il numero p corrispondente avrebbe un valore fisso, senza alcuna moltiplicazione preliminare e sarebbe in seguito moltiplicato, cioè sfalsato verso sinistra di altretante posizioni quanto lo era stato verso destra, il numero n.

In modo generale il guadagno G è della forma :

B essendo una costante, memorizzato nella memoria 15, che è eventualmente aggiunta, nell'unità aritmetica 14, al segnale 17 per scalare la posizione di riposo dell'ago 13.

Si noterà che <' >le operazioni precedenti sono facilitate se D è un numero intero come in questo esempio, ma che questa condizione non è necessaria.

E' possibile realizzare le resistenze 8 e 9 sottoforma di un potenziometro unico il cui cursore fornisce la tensione Ve. Si può anche prevedere, per ogni resistenza 8-9, una scala di resistenza in parallelo o in serie che si mettono individualmente in servizio, per regolare la resistenza equivalente, attraverso messa in posa di cavalieri rispettivamente in .serie e in parallelo con la loro resistenza associata.

Parimenti, si possono prevedere resistenze regolabili, tipo quelle , resistenze serigrafate o a inchiostro resistente, che possono essere regolate tramite una macchina di regolazione dinamica del guadagno dell'indicatore.

Un'altra possibilità consiste nell'utilizzazione di altri tipi di componenti al posto di almeno una delle resistenze 8 e 9, per esempio un condensatore o un induttanza, e di fornire una tensione Vrif che sia alternata. In questo caso in cui gli elementi, o l'assemblaggio di elementi, 8 e 9 presentasse impedenze di nature differenti, la modificazione della frequenza del segnale Vrif permetterebbe di fissare il rapporto di attenuazione Ve\Vrif senza modificare gli elementi 8-9.

Si comprenderà che l'invenzione può anche essere applicata a un indicatore avente un visualizzatore mobile diverso dall'ago 3, per esempio un indicatore ad ago o a qualunque altro indicatore che sia mobile in rotazione, traslazione o altro. Parimenti, questo può essere un quadrante, che portas una scala di valori, che si sposta in rapporto a un riferimento.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Indicatore a visualizzatore mobile (3) e a sensibilità regolabile, nel quale mezzi di memoria (8,9) sono previsti per la determinazione della sensibilità di una catena di amplificazione (16) struttura per comandare la deviazione del visualizzatore in funzione di un segnale (4) rappresentativo di una grandezza da visualizzare, caratterizzato dal fatto che i mezzi di memoria comprendono un ponte divisore (8,9) il cui rapporto di divisione determina la detta sensibilità.
2. 2. Indicatore secondo la rivendicazione 1, nel quale sono previsti mezzi di calcolo (13) strutturati per ricevere un segnale rappresentativo del rapporto di divisione (n) del ponte divisore (8,9), per eliminarne, tramite divisione per un coefficiente predeterminato, cifre di peso minore stimate essere incerte e per moltiplicare il risultato della divisione per un numero predeterminato (p) che rappresenta un passo di regolazione della sensibilità della catena di amplificazione (16).
3. 3. Indicatore secondo una delle rivendicazioni 1 e 2, nel quale il ponte divisore è un ponte resistivo (8,9).
4. 4. Indicatore secondo la rivendicazione 3, nel quale il ponte divisore (8,9) comprende una scala di resistenze commutabili.
5. 5. Indicatore secondo una delle rivendicazioni 3 e 4, nel quale le resistenze (8,9) sono regolabili. 6. indicatore secondo la rivendicazione 4, nel quale il ponte divisore (8,9) comprende un potenziometro.