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Dokumentenidentifikation DE69621371T2 26.09.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0742534
Titel Vorrichtung und Verfahren zum Zählen von sich entlang eines Weges bewegenden Artikeln
Anmelder Dickey-John Corp., Auburn, Ill., US
Erfinder Landers, David J., Rochester, Illinois 62563, US;
Miller, Gregry C., Taylorville, Illinois 62568, US;
McEnaney, Kevin P., Springfield, Illinois 62704, US;
Holmstrom, Scott A., Springfield, Illinois 62704, US
Vertreter Boeters & Bauer, 81541 München
DE-Aktenzeichen 69621371
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 25.03.1996
EP-Aktenzeichen 961047255
EP-Offenlegungsdatum 13.11.1996
EP date of grant 29.05.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.09.2002
IPC-Hauptklasse G06M 7/00
IPC-Nebenklasse G06M 1/10   G06M 11/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zählen von Artikeln nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Gerät zur Durchführung eines solchen Verfahrens nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 4.

Für den Führer einer Gerätschaft ist es oft erwünscht, den Durchsatz und die Menge von durch eine bestimmte Abgabeeinrichtung abgegebenen Artikeln zu wissen. Beispielsweise müssen Farmer, die eine mechanisierte Gerätschaft zum Säen von Agrikulturprodukten verwenden, den Durchsatz von durch das mechanisierte Sägerät abzugebenden Samenkörnern wissen, um die Feldfruchtproduktion und den Ertrag in einem gegebenen Areal zu optimieren. Oft muß ein Farmer die Menge Samenkörper kennen, die von dem mechanisierten Sägerät in einer jeden Reihe ausgebracht wird, um die Produktion zu optimieren.

Zur Lieferung von Durchsatz- und Mengeninformationen an Farmer und andere Gerätschaftsführer wurden eine Reihe von Sensoren und Systemen entwickelt, die in der Lage sind festzustellen, daß ein Artikel durch eine vorbestimmte Bahn hindurchgetreten ist, und eine Gesamtzählmenge entsprechend der Gesamtzahl der ermittelten Artikel anzuzeigen. Im Falle eines mechanisierten Sägeräts verwenden die meisten Sensoren elektrooptische Wandler, die einen durch ein Samenrohr hindurchgesandten Lichtstrahl empfangen, der beim Hindurchtritt von Samen durch das Rohr unterbrochen oder beeinträchtigt wird. Jedesmal, wenn der Lichtstrahl unterbrochen oder genügend unter einen vorbestimmten Schwellenwert vermindert wird, soll ein "Samenereignis" auftreten, und für jedes Samenereignis liefern die Sensoren typischerweise ein Signal an einen zentralen Monitor, der dem Gesamtzählwert einen Zählwert hinzuaddiert und den Gesamtzählwert sowie weitere Informationen anzeigt.

Diese Systeme erfassen die Zahl durch die Samenbahn hindurchtretender Samen oft unrichtig. Beispielsweise können Schmutz oder Staub in und um die Samenbahn herum das Lichtsignal unterbrechen oder unter den Schwellenwert des optischen Sensors vermindern und damit einen Samenzählwert auslösen, der höher ist als die tatsächliche Zahl durch die Samenbahn hindurchgetretener Samen. Ein anderer Fehler tritt auf, wenn zwei oder mehr Samen bei ihrem Hindurchtritt durch das Samenrohr dicht zusammenhaften. Da diese dicht zusammenhaftenden Samen den Lichtstrahl nur einmal unterbrechen, "ermittelt" der Sensor nur einen einzigen Samen und zählt eine geringere Zahl Samen als sie der tatsächlichen Zahl durch die Samenbahn hindurchtretender Samen entspricht. Noch ein weiterer Fehler tritt bei Schadhaftigkeit eines oder mehrerer der Lichtstrahlemitter auf, wenn das Zählsystem nicht die Möglichkeit besitzt festzustellen, daß der Emitter unordnungsgemäß arbeitet.

Bestimmte herkömmliche Systeme verwendeten elektronische Störsignalkompensationsschaltungen zur Verringerung der fehlerhaften Zählungen in Verbindung mit Schmutz oder sonstigen Nicht- Artikeln. Andere Systeme richteten ihr Hauptaugenmerk auf die Änderungsgeschwindigkeit des Signals aus dem optischen Sensor, um dicht beieinanderliegende Artikel oder Samen genauer zu erfassen. Noch andere Systeme trugen dem Problem der Unterscheidung zwischen dicht beieinanderliegenden Samen durch eine optische Erfassungsvorrichtung mit komplizierten Spiegeln und Linsen Rechnung, die dazu dienen, ein gleichmäßigeres Lichtfeld zu schaffen und aufrechtzuerhalten.

EP 0 380 186 A2 offenbart ein System gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1 wie auch des Anspruchs 4, welches einen Sensor in Form zweier parallelgeschalteter Photodioden auf einer Seite der Artikelbahn und eine Anordnung von einen diffusen Lichtstrahl erzeugenden Leuchtdioden auf der anderen Seite enthält. Die Mehrzahl der Leuchtdioden und Photodioden soll eine räumliche Ungleichmäßigkeit der Lichtquelle und von dem Sensor erzeugten Signalen ausgleichen, wenn ein Teil des Lichtstrahls in der Signalbahn unterbrochen wird. Wie in dieser Veröffentlichung dargelegt, besteht das Hauptanliegen dieses Systems darin, daß alle den Sensor passierenden Artikel einen annähernd gleichen Effekt auf die von den Photodioden aufgenommene Strahlstärke besitzen, selbst wenn mehrere Artikel, wie zum Beispiel Samen, dicht zusammenhaften oder einander überdecken. Indessen ist die Verwendung einer ganzen Anordnung von Leuchtdioden teuer. Darüber hinaus kann dieses System, obgleich darin Vorkehrungen zur automatischen Kompensation von Änderungen in dem stationären Sensorausgangssignal einschließlich allmählichen Änderungen in der Artikelgröße getroffen sind, auf solche Änderungen nicht rasch reagieren.

Insgesamt besteht mit dem Bedürfnis nach einer Anpassung an immer größere Abgabegeschwindigkeiten, hervorgerufen durch das Verlangen nach einer Produktionssteigerung, ein Bedarf an einem System, das bei höheren Abgabegeschwindigkeiten mit hoher Wahrscheinlichkeit einander überlappender Artikel eine größere Genauigkeit liefert, verbunden mit dem Bedürfnis nach einem solchen System, das Installation, Einrichtung und Unterhaltung erleichtert.

Daher ist es das Hauptziel der beanspruchten Erfindung, ein Signalerzeugungs- und -verarbeitungssystem zu schaffen, welches, obgleich verhältnismäßig einfach aufgebaut, durch eine Artikelbahn hindurchtretende Artikel, wenn diese Artikel sich mit hoher Geschwindigkeit und in dichter Aufeinanderfolge bewegen, genau zählt.

Ein erfindungsgemäßes System kann eine einzige Leuchtdiode und Photodiode oder dergleichen benutzen. Die Verstärkung des Sensorsignals erfolgt als Funktion einer physikalischen Eigenschaft, wie zum Beispiel der Größe, des vorausgehend durch die Artikelbahn hindurchgetretenen Artikels. Auf diese Weise optimiert die Erfindung die Arbeitsweise durch Einstellen des Sensorausgangssignals entsprechend irgendwelchen Veränderungen sehr rasch und wirksam.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält ein erfindungsgemäßes System ein System von Signalerzeugungs- und -verarbeitungseinheiten, jedes entsprechend einer Artikelbahn und mit einer Hauptkonsole sowie anderen Signalerzeugungs- und -verarbeitungseinheiten über ein Netzwerk verbunden. In dem System kann die Hauptkonsole eine jede Signalerzeugungs- und -verarbeitungseinheit individuell oder als ganze Gruppe aufrufen und die Tätigkeit einer jeden Einheit steuern oder Informationen von einer jeden Einheit durch Erzeugen, Aussenden und Empfangen elektronischer Informationspakete auf dem Netzwerk anfordern. Während der typischen Arbeitsweise verlangt und empfängt die Hauptkonsole einen fortlaufenden Zählwert von einer jeden Signalerzeugungs- und -verarbeitungseinheit, welcher die Gesamtzahl von durch die Artikelbahn dieser Einheit hindurchgetretenen Artikeln wiedergibt. Die Hauptkonsole speichert und akkumuliert die Gesamtartikelzahl einer jeden Einheit und erzeugt eine System-Gesamtzahl, welche die Gesamtzahl der von dem gesamten Abgabesystem abgegebenen Artikel repräsentiert.

Die Erfindung kann eine Serie von Signalerzeugungs- und -Verarbeitungseinheiten vorsehen, deren jede exakt die Zahl von durch eine einzelne Artikelbahn abgegebenen Artikeln zählt. Eine jede Signalerzeugungs- und -verarbeitungseinheit kann eine herkömmliche Erkennungsschaltung, wie zum Beispiel einen Leuchtdioden-Lichtemitter und einen Photosensor in einer herkömmlichen Anordnung, zur Ermittlung von durch Artikelbahnen hindurchtretenden Artikeln verwenden. Indessen kann die Erkennungsschaltung auch anders als die herkömmliche Kombination eines Lichtemitters und -empfängers aufgebaut sein und andere licht- oder elektromagnetische Wandlermittel im Rahmen der Erfindung enthalten. Beispielsweise kann die Erkennungsschaltung nicht-intrusive Sensoren, wie zum Beispiel Ultraschall-, Mikrowellen-, Kapazitäts- oder Kapaziflektor-Sensormittel enthalten.

Jede Signalerzeugungs- und -verarbeitungseinheit erzeugt eine genaue Zählung von Artikeln, wie zum Beispiel Samen, die durch die zugehörige Artikelbahn hindurchtreten, durch Mittel zum Modifizieren und Analysieren zumindest des von der Erkennungsschaltung hervorgerufenen Signals. Das von der Erkennungsschaltung hervorgerufene Signal wird durch einen Verstärkungsfaktor modifiziert, der von der physikalischen Eigenschaft vorausgegangener Artikel bestimmt wird. Daraufhin kann es von einem Mikroprozessor abgetastet werden, der ein für die analoge Größe des Signals repräsentatives digitales Zählsignal erzeugt. Unter Softwaresteuerung vergleicht der Mikroprozessor das digitale Signal mit einem vorbestimmten Schwellenwert, und wenn das digitale Signal größer als das Schwellenwertsignal ist, stellt der Mikroprozessor ein Samenereignis fest. Nach Beginn eines Samenereignisses erzeugt der Mikroprozessor periodisch zumindest ein Zeitdauersignal, das bezeichnend ist für die Zeitdauer seit Beginn des Samenereignisses, sowie ein Bereichssignal entsprechend dem Integral des digitalen Signals über die Zeitdauer des Samenereignisses.

Nach Abfallen des Ausgangssignals aus der Erkennungsschaltung unter einen vorbestimmten Wert stellt der Mikroprozessor fest, daß das Samenereignis beendet ist, und speichert das kumulierte Zeitdauersignal und das kumulierte Bereichssignal. Auf der Grundlage zumindest des kumulierten Zeitdauersignals und des kumulierten Bereichssignals bestimmt der Mikroprozessor daraufhin unter Anwendung von Fuzzy-Logik die Anzahl der während des Samenereignisses hindurchgetretenen Samen. Bei einer Ausführungsform wird die Zahl der während des Samenereignisses an dem Detektor vorbeigetretenen Artikels teilweise durch Gewinnen einer in einer multidimensionalen Datenstruktur entsprechend Fuzzy-Logik-Regeln gespeicherten und durch Signale, wie zum Beispiel das Zeitdauersignal und das Bereichssignal, indexierten Zahl. Die Signalverarbeitungseinheit kann ebenso nominelle Werte der Zeitdauer und des Bereichs sowie weitere relevante Variable berechnen und speichern für eine vorbestimmte Anzahl Samenereignisse. Nach Auftreten der vorbestimmten Anzahl Samenereignisse berechnet die Signalverarbeitungseinheit die für die Ausführung der Fuzzy-Logik erforderlichen Nominalwerte neu.

Kurz gesagt liefert die Erfindung ein verbessertes Artikelzählverfahren und -gerät mit Anwendung beispielsweise auf dem Gebiet des Zählens und Überwachens von auf einem Feld auszubringenden Samen. Auf diese Weise vermag die Erfindung ein Sä- oder Pflanzüberwachungssystem mit gesteigerter Genauigkeit gerade da zu schaffen, wo die Ausbringgeschwindigkeit hoch und die Wahrscheinlichkeit eines Überlappens der an dem Detektor vorbeitretenden Samen groß ist. Die gesteigerte Genauigkeit wird mit gewöhnlichen und preiswerten Sensoren erreicht. Darüber hinaus vermag das System sich rasch und automatisch an verschieden große Artikel bzw. Samen anzupassen und so die Einrichtung für die Bedienungsperson leicht und narrensicher zu gestalten. Ebenso vermag das System sich automatisch sich ändernden oder verschlechternden Arbeitsbedingungen, wie zum Beispiel einer allmählichen Ansammlung von Schmutz oder dergleichen, ohne Leistungsverlust anzupassen. Aufgrund dessen haben das erfindungsgemäße Verfahren und Gerät die Fehlererkennungsmöglichkeiten stark verbessert, resultierend in einem leistungsfähigeren Artikel- bzw. Samenüberwachungssystem.

Nachfolgend werden die Erfindung und bevorzugte Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen. Darin zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Systems einzelner erfindungsgemäß miteinander verbundener Signalerzeugungs- und -verarbeitungseinheiten,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer einzelnen Signalerzeugungs- und -verarbeitungseinheit,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verstärkungsfaktor- Wählschaltkreises einer einzelnen Signalerzeugungs- und -verarbeitungseinheit,

Fig. 4 ein den Arbeitsablauf darstellendes Diagramm, wie es zur Auswahl des Verstärkungsfaktors für die Erkennungsschaltung Verwendung findet,

Fig. 5 ein die Größe über der Zeit angebendes Diagramm eines typischen Photodetektor-Ausgangssignals nach Modifizierung durch einen Inversions- und, wahlweise, Verstärkungsschaltkreis,

Fig. 6a und 6b jeweils ein Diagramm, welches das typische von der Hauptkonsole an eine einzelne Signalerzeugungs- und -verarbeitungseinheit und von einer einzelnen Signalerzeugungs- und -verarbeitungseinheit an die Hauptkonsole ausgesandte Informationspaket zeigt,

Fig. 7 ein eine typische Bit-Struktur eines Informationselements zeigendes Diagramm,

Fig. 8 eine graphische Darstellung eines typischen Erkennungsschaltungs-Ausgangssignals für eine Vielzahl von Artikelereignissen, wo ein erwartetes Artikelereignis fehlt, und

Fig. 9a, 9b, 9c und 9c jeweils ein einen Fuzzy-Logik-Ablauf darstellendes Flußdiagramm, wie er zur Bestimmung der Artikelzahl in einem Artikelereignis Verwendung findet.

In Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Systems gezeigt, welches eine Mehrzahl einzelner Signalerzeugungs- und -verarbeitungseinheiten ("Signaleinheiten") 13, 20, 27, 34 und 41, miteinander und mit einer Hauptkonsole 1 verbunden, verwendet, um genau die Gesamtzahl von einem Abgabegerät entlang einer Mehrzahl von Artikelbahnen abgegebener Artikel zu ermitteln. Das Abgabesystem nach Fig. 1 kann ein landwirtschaftliches Säsystem sein, welches landwirtschaftliche Samen, wie zum Beispiel Sojabohnensamen, in eine Vielzahl von Pflanzreihen abgibt. Jede Signaleinheit, d. h. 13 (SU-1), zählt die durch eine einzelne Artikelbahn hindurchtretenden Artikel und ist mit anderen Signaleinheiten und der Hauptkonsole über ein elektronisches Netzwerk verbunden. Der Netzwerk-Bus enthält fünf Leiter einschließlich eines Stromversorgungsleiters, eines Masseleiters, zweier einen Informationspfad bildender Leiter und eines fünften Leiters, der einzelne Einheiten miteinander und mit der Hauptkonsole kettenartig verbindet. Die Leiter können herkömmliche Leiter oder faseroptische Leiter sein.

Obgleich das fünf Leiter aufweisende Netzwerk ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet, kommen andere Ausführungsformen für das Netzwerk in Betracht. Bei einer alternativen Ausführungsform können Stromversorgung und Masse separat vorgesehen sein und nicht als Netzwerkleiter. Dies führt zu einem vereinfachten Netzwerk mit drei Leitern. Eine weitere alternative Ausführungsform soll die informationsführenden Leiter durch Verwendung drahtloser Kommunikationseinrichtungen erübrigen. So können Funkfrequenzübertrager und -empfänger oder Laserlichtübertrager und -empfänger für den Informationstransport in dem System Verwendung finden. Wieder eine andere alternative Ausführungsform verwendet den Stromversorgungsleiter sowohl zur Stromversorgung als auch für den Informationstransport. Bei dieser Ausführungsform sind nur drei Leiter für die Verwirklichung der Erfindung erforderlich.

Die Erfindung erfordert eine Hauptkonsole 1 und eine einzelne Signaleinheit, d. h. 13 (SU-1), für jede Artikelbahn des Abgabesystems, wobei jede einzelne Signaleinheit verantwortlich für das Zählen von Artikeln ist, die durch eine zugehörige Artikelbahn abgegeben werden, und die Hauptkonsole 1 verantwortlich für die Berechnung der Gesamtzahl durch alle Artikelbahnen abgegebener Artikel auf der Grundlage von aus den einzelnen Signaleinheiten empfangenen Informationen. Im Falle eines Samenabgabesystems zum Abgeben von landwirtschaftlichen Samen erfordert die Erfindung eine einzelne Signaleinheit für jede Reihe, in die Samen abzugeben sind.

Die Zahl der für die Erfindung erforderlichen Signaleinheiten, d. h. 13 (SU-1), ist daher variabel, je nach den Erfordernissen des Abgabesystems. Zu Illustrationszwecken zeigt Fig. 1 fünf Signaleinheiten 13 (SU-1), 20 (SU-2), 27 (SU-3), 34 (SU-4) und 41 (SU-N), mit zwischen den Verbindungen von SU-4 und SU-N gezeigten gestrichelten Linien. Die gestrichelten Linien stellen irgendeine mögliche weitere Signaleinheit dar, wie sie für das Abgabesystem erforderlich sein mag. Daher ist die letztlich dargestellte Signaleinheit mit SU-N bezeichnet, worin N die Zahl der Signaleinheiten in einem bestimmten System ist.

Die Zahl der Systemartikelbahnen, in denen Zählungen erfolgen sollen, ist begrenzt durch die Zahl der in das System nach Fig. 1 einbezogenen Signaleinheiten, N. Die Zahl der dem System hinzuzufügenden Signaleinheiten ist begrenzt durch die Adressierungsfähigkeit der Hauptkonsole wie auch die Fähigkeit des Netzwerks, Informationen zu einer bestimmten Anzahl Knoten zu übertragen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Hauptkonsole 1 maximal 249 Signaleinheiten adressieren, doch kann das Netzwerk-Kommunikationssystem aufgrund innewohnender Begrenzungen in dem bevorzugten Kommunikationssystem des Netzwerks nur 127 Signaleinheiten bedienen. Ein alternatives, leistungsfähigeres Netzwerk, wie zum Beispiel ein solches mit zusätzlichen Verstärkern und Signal-Zwischenverstärkern kann Verwendung finden, und danach wäre die Gesamtzahl der Signaleinheiten, N, durch die Adressierfähigkeit der Hauptkonsole 1 begrenzt.

Die Adressierfähigkeit der Hauptkonsole bestimmt sich durch das Adressierungsprotokoll des Netzwerks, welches unten noch genauer beschrieben wird und in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Ein-Byte-Datenelement verwendet, welches 256 einzelne Adressen zuläßt, wobei das System sieben einzelne Adressen als Fehleradresse für die Hauptkonsole 1 und zur globalen Adressierung zuläßt. Wenn jedoch ein leistungsfähigeres Netzwerk verwendet wird, so kann das Protokoll leicht dahingehend modifiziert werden, daß es zwei oder mehr Bytes an Adresseninformation enthält, was die Addressierfähigkeit auf 65.536 Signaleinheiten oder mehr erweitern würde.

Fig. 1 zeigt schematisch den Fünf-Leiter-Bus des elektrischen Netzwerks nach der Erfindung. Der erste der fünf Netzwerkleiter besteht aus einem Stromversorgungskabel, das aus einer 9-16- Volt-Gleichstrombatterie 42 gespeist wird, wie sie typisch für die meisten Kraftfahrzeuge und landwirtschaftlichen Fahrzeuge ist. Die Energie wird von der Stromquelle 42 über das Stromversorgungskabel in das Netzwerk eingebracht und der Hauptkonsole sowie den Signaleinheiten SU-1 bis SU-N zugeführt. In Fig. 1 zeigt das Schema, daß die Energie von der Quelle 42 über eine einzelne Leitung transportiert und der Hauptkonsole am Verbindungspunkt 5, der Signaleinheit 13 (SU-1) am Verbindungspunkt 10, der Signaleinheit 20 (SU-2) am Verbindungspunkt 17, der Signaleinheit 27 (SU-3) am Verbindungspunkt 24, der Signaleinheit 34 (SU-4) am Verbindungspunkt 31 und der letzten Signaleinheit (SU-N) am Verbindungspunkt 38 zugeführt wird. Obgleich Fig. 1 die Stromquelle als Gleichstrombatterie darstellt, sei angemerkt, daß andere Stromquellen, wie zum Beispiel Wechselstrom- Stromquellen unter geeigneter Signalgleichrichtung und Konditionierung entweder bei oder vor der Energiezuführung zur Hauptkonsole bzw. einer Signaleinheit Verwendung finden können.

Der zweite Leiter in dem Fünf-Leiter-Netzwerk ist ein Masseleiter. Dieser Netzwerkleiter stellt sicher, daß die Hauptkonsole und sämtliche Signaleinheiten ein einziges gemeinsames Massepotential besitzen, was die Möglichkeit reduziert, daß über das Netzwerk übertragene Informationen von bei verschiedenen unterschiedlichen elektrischen Massepotentialen "schwebenden" Signaleinheiten beeinträchtigt werden. Um Schaden für die Hauptkonsole oder Signaleinheiten aus Rückkopplung oder Spannungsspitzen zu vermeiden, kann die Masse 43 eine "saubere" Masse sein, d. h. eine solche, die nicht gemeinsam mit anderen elektrischen oder elektronischen Fahrzeugeinrichtungen Verwendung findet. In Fig. 1 zeigt das Schema, daß die Masse mit der Hauptkonsole am Verbindungspunkt 6, mit der Signaleinheit 13 (SU-1) am Verbindungspunkt 11, mit der Signaleinheit 20 (SU-2) am Verbindungspunkt 18, mit der Signaleinheit 27 (SU-3) am Verbindungspunkt 25, mit der Signaleinheit 34 (SU-4) am Verbindungspunkt 32 und mit der letzten Signaleinheit (SU-N) am Verbindungspunkt 39 verbunden ist.

Der dritte und vierte Leiter des Fünf-Leiter-Netzwerkbusses sind informationsübertragende Leiter für das Netzwerk. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen diese Leiter aus Kabeln, die Informationssignale in Übereinstimmung mit dem RS- 485-Sendeempfangsstandard übertragen. Die über diese Kabel übertragenen Informationen sind, wie unten genauer beschrieben, leistungsschwache digitale Informationen, die nur in Halb- Duplex- oder Einrichtungsmanier übertragen werden. Auf diese Weise kann jeweils nur ein einzelnes Informationssignal auf diesen zwei Leitern übertragen werden. Nach Fig. 1 bestehen Netzwerkverbindungen für die Informationsleiter mit der Hauptkonsole an den Verbindungspunkten 3 und 4, mit der Signaleinheit 13 (SU-1) an den Verbindungspunkten 8 und 9, mit der Signaleinheit 20 (SU-2) an den Verbindungspunkten 15 und 16, mit der Signaleinheit 27 (SU-3) an den Verbindungspunkten 22 und 23, mit der Signaleinheit 34 (SU-4) an den Verbindungspunkten 29 und 30 und mit der letzten Signaleinheit (SU-N) an den Verbindungspunkten 36 und 37. Obgleich eine Ausführungsform einen RS-485-Halbduplexstandard für die Informationsübertragung auf dem Netzwerk verwenden kann, enthalten andere Ausführungsformen der Erfindung herkömmliche lokale Netzwerkstrukturen (LAN), wie zum Beispiel Token-Ring- oder Ethernet-Strukturen, die an die Stelle der RS-485- bzw. RS-422-Struktur treten können.

Der fünfte und letzte Leiter in dem elektrischen Netzwerkbus besteht aus einer Mehrzahl von "Programmlinien"-Leitern, die einen einzelnen Knoten auf dem Netzwerk mit dem nächsten Knoten in Kettenmanier verbinden. Dieser Programmlinien-Leiter ist von den anderen Leitern zu unterscheiden, dem Stromversorgungsleiter und den Informationsleitern, die allen Knoten auf dem Netzwerk gemeinsam sind und diese verbinden. Wie in Fig. 1 gezeigt, verbinden die Programmlinien-Leiter die Hauptkonsole 1 am Verbindungspunkt 2 elektrisch mit der ersten Signaleinheit 13 (SU- 1) am Verbindungspunkt 7, die erste Signaleinheit 13 (SU-1) am Verbindungspunkt 12 mit der zweiten Signaleinheit 20 (SU-2) am Verbindungspunkt 14, die zweite Signaleinheit 20 (SU-2) am Verbindungspunkt 19 mit der dritten Signaleinheit 27 (SU-3) am Verbindungspunkt 21, die dritte Signaleinheit (SU-3) am Verbindungspunkt 26 mit der vierten Signaleinheit (SU-4) am Verbindungspunkt 28 und die vierte Signaleinheit (SU-4) am Verbindungspunkt 33 mit der letzten Signaleinheit (SU-N) am Verbindungspunkt 35. Die letzte Signaleinheit (SU-N) besitzt auch einen Programmlinien-Leiter, der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel schwebend belassen ist und auf einen niedrigen logischen Pegel innerhalb der Signaleinheit gezogen wird. Eine Erläuterung der Systemfunktionen wird nach Beschreiben einer einzelnen Signaleinheit gegeben.

Fig. 2 zeigt schematisch eine typische Signaleinheit. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält eine jede Signaleinheit im wesentlichen zumindest einen Strahlgenerator 50 und einen Photodetektor 52, Verstärkungs- und Konditionierungsschaltmittel am Detektorausgang 53, Systemkommunikationsschaltmittel und einen Mikroprozessor 60, der die modifizierten Photodetektorsignale empfängt, daraus zusätzliche Signale erzeugt und einen genauen Zählwert für die durch die Artikelbahn hindurchgetretenen Artikel speichert. Eine jede dieser Komponenten wird im einzelnen erläutert, gefolgt von einer Erläuterung der gesamten Signaleinheitsoperation.

Der Strahlgenerator und Detektor der typischen Signaleinheit sind Infrarotlicht aussendende Dioden ("LEDs") 50, die einen infraroten Lichtstrahl über die Artikelbahn hinweg aussenden, wo er von einem Photodetektor 52 aufgefangen wird, der ein elektrisches Signal proportional dem auf den Photodetektor auftreffenden Licht erzeugt. Andere Arten von LEDs können an die Stelle der Infrarot-LEDs treten. Beispielsweise können die LEDs 50 sichtbares rotes Licht oder sichtbares grünes Licht aussendende Dioden sein. Zur schematischen Einfachheit sind der Strahlgenerator und -empfänger als eine einzelne LED 50 und ein einzelner Photodetektor 52 gezeigt. Obgleich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel drei LEDs zur verstärkten Strahlerzeugung über die Artikelbahn hinweg verwendet, sei angemerkt, daß verschiedene Kombinationen von LEDs und Photodetektoren gleichfalls verwendet werden können, um eine Mehrzahl von Lichtstrahlen über die Artikelbahn hinweg auszusenden und zu empfangen.

Die LEDs 50 und der Photodetektor 52 sind wohlbekannte Komponenten, die auf herkömmliche Art entlang der Artikelbahn angebracht sind, derart, daß ein Artikel, beispielsweise ein Samen, welcher durch die Artikelbahn hindurchtritt, den von der LED 50 erzeugten und von dem Photodetektor 52 aufgenommenen Strahl durchquert und beeinträchtigt. Diese Art Anbringung der LEDs und Photodetektoren ist auf dem Fachgebiet bekannt, und ein Beispiel mit einer einzelnen LED und zwei Photodetektoren ist im US-Patent 4,166,948 beschrieben.

Bei normaler Arbeitsweise liefern die LEDs 50 einen konstanten Infrarotstrahl, der von dem Photodetektor 52 aufgenommen wird. Die LEDs 50 werden mit Strom aus dem Netzwerkstromversorgungskabel gespeist. Obgleich die von der Netzwerkstromversorgung 42 stammende Energie vor Empfang durch eine einzelne Signaleinheit konditioniert werden kann, kann die Signaleinheit auch einen Spannungsregler 58 zur weiteren Konditionierung des Stromsignals enthalten.

Zur Erzeugung des konstanten Strahls wird elektrischer Strom durch die LEDs 50 seitens einer Konstantstromquelle 51 geregelt. Die Konstantstromquelle 51 besitzt einen Eingang 57 von dem Mikroprozessor 60 her und ist in Abhängigkeit von dem betreffenden Eingangssignal schaltbar, um entweder einen konstanten geregelten Strom zu erzeugen, in welchem Fall die LEDs 50 einen Strahl erzeugen, oder einen geringen oder keinen Strom zu erzeugen, in welchem Fall die LEDs 50 keinen Strahl hervorbringen. Auf diese Weise besitzt der Mikroprozessor 60 über die Konstantstromquelle 51 die Fähigkeit, den Strahl der LEDs an- oder abzuschalten. Diese Fähigkeit gestattet es dem Mikroprozessor 60, die Betriebsfähigkeit der LEDs zu testen und festzustellen, ob die LEDs schadhaft sind. Diese Fähigkeit der Erfindung wird nachfolgend genauer beschrieben.

Der Photodetektor 52 empfängt den von der LED 50 erzeugten konstanten Strahl und erzeugt ein der Intensität des LED-Strahls proportionales elektrisches Signal. Das von dem Photodetektor 52 dann erzeugte elektrische Signal, wenn kein Artikel durch die Artikelbahn hindurchtritt, besteht aus einem konstanten Spannungssignal. Wenn jedoch ein Artikel durch die Artikelbahn hindurchtritt und den Strahl durchquert oder beeinträchtigt, so verringert sich die resultierende Spannung des elektrischen Ausgangssignals des Photodetektors proportional dem Maß, in dem der Strahl von dem hindurchtretenden Artikel blockiert wird. Daher wird das von dem Photodetektor erzeugte Signal von dem Hindurchtritt von Artikeln durch die Artikelbahn moduliert und besitzt variierende und negative Abweichungen gegenüber einem konstanten Basissignal, wenn Artikel den Strahl beeinträchtigen.

Das Photodetektorsignal enthält wesentliche Informationen über die Menge Artikel, welche durch die Artikelbahn hindurchtreten. Bevor jedoch die Informationen aus dem Photodetektorsignal gewonnen werden, muß eine beträchtliche weitere Verarbeitung des Photodetektorsignals erfolgen. In Fig. 2 ist in Blockform ein Signalkonditionierungs- und -vergrößerungsschaltkreis 53 in elektrischer Verbindung mit dem Photodetektor 52 gezeigt. Der Schaltkreis 53 arbeitet zur Verstärkung und Invertierung der negativen Abweichungen des Photodetektorsignals aus der Modulation des Signals durch den Hindurchtritt von Artikeln durch die Artikelbahn. Die Signalkonditionierung des Photodetektorausgangssignals ist erforderlich, da die negativen Abweichungen des Signals klein gegenüber den gesamten Signalpegeln des Schaltkreises sein können und für die spätere Verarbeitung durch den Mikroprozessor 60 verstärkt werden müssen.

Fig. 3 ist ein detaillierteres Schema des Blockdiagramms des Schaltkreises 53 aus Fig. 2. Der Schaltkreis 53 besteht hauptsächlich aus zwei Schaltkreisen: einem Spitzendetektorschaltkreis und einem Differenzverstärkerschaltkreis. Die Funktion des Spitzendetektorschaltkreises besteht darin, einen Spitzenwert für das Photodetektorsignal zu erzeugen, und die Funktion des Differenzverstärkerschaltkreises darin, die Differenz zwischen dem variierenden Photodetektorsignal und dem Spitzenwert des variierenden Photodetektorsignals zu verstärken.

Der Spitzendetektor-Unterschaltkreis des Schaltkreises 53 ist in Fig. 3 gezeigt und enthält einen Widerstand 75, einen Operationsverstärker 80, eine Diode 78 und einen Kondensator 82. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel empfängt der Spitzendetektor-Unterschaltkreis das variierende Signal des Photodetektors 52 und erzeugt ein konstantes Ausgangssignal entsprechend dem höchsten Wert, d. h. dem Spitzenwert, des variierenden Signals. Das Ausgangssignal des Spitzendetektors ist daher das gleiche wie das Ausgangssignal des Photodetektors 52, solange der Strahl nicht durch Artikel beeinträchtigt wird, da, wie oben angemerkt, der Photodetektor 52 sein höchstes Ausgangssignal dann erzeugt, wenn er einen ununterbrochenen Lichtstrahl empfängt. Es sei jedoch angemerkt, daß jeder Spitzendetektorschaltkreis, der in der Lage ist, das höchste Ausgangssignal des Photodetektors 52 zu ermitteln und zu halten, ein annehmbarer Ersatz für den in Fig. 3 dargestellten Schaltkreis ist.

Der invertierende Differenzverstärker wird von Widerständen 81 und 83, einem Operationsverstärker 86, einem ersten Widerstandsnetzwerk mit einem Schalter 87 und Widerständen 88-90, einem zweiten Widerstandsnetzwerk mit einem Schalter 91 und Widerständen 92-94 sowie einer Ausgangsleitung 56 gebildet. Der Differenzverstärkerschaltkreis des Schaltkreises 53 ist dafür ausgelegt, das variierende Photodetektorsignal von dessen Spitzenwert zu subtrahieren und die Differenz zu verstärken. Der Spitzenwert stammt von dem Spitzendetektor-Unterschaltkreis, wie oben beschrieben. Die Subtraktion des variierenden Signals von dem Spitzensignal liefert stets ein Signal, das null oder größer als null ist, da das variierende Signal stets geringer oder gleich dem Spitzenausgangssignal des variierenden Signals ist. Auf diese Weise ist das Ausgangssignal des Verstärkerschaltkreises stets null oder positiv.

Das Ausgangssignal des invertierenden Differenzverstärkerschaltkreises tritt auf der Leitung 56 auf und läßt sich mathematisch als Differenz zwischen dem Spitzendetektoreingangssignal multipliziert mit einer ersten Konstanten und dem variierenden Photodetektoreingangssignal multipliziert mit einer zweiten Konstanten darstellen. Der Wert der ersten Konstanten wird bestimmt durch die Werte der Widerstände 81 und 83 und die äquivalenten Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstandsnetzwerks. Der Wert der zweiten Konstanten bestimmt sich allein durch den Wert des Widerstandes 83 und den äquivalenten Widerstand des zweiten Widerstandsnetzwerks.

Die Äquivalentwiderstände der Widerstandsnetzwerke hängen von den Schaltern 87 und 91 ab, da sie sich ändern, wenn diese Schalter geschlossen werden. Diese Widerstandsänderung erfolgt, da mit dem Schließen oder Öffnen der Schalter zusätzliche Widerstände ("schaltbare Widerstände") zu den permanent angeschlossenen Widerständen parallelgeschaltet werden. Beispielsweise werden für das erste Widerstandsnetzwerk die zuschaltbaren Widerstände 88 und 89 dem permanent angeschlossenen Widerstand 90 parallelgeschaltet. Schließt der Schalter 87, so daß Widerstand 88 und/oder 89 dem permanent angeschlossenen Widerstand 90 parallelgeschaltet wird, so sinkt der äquivalente Widerstand des Netzwerks. Ebenso steuert der Schalter 91 für das zweite Widerstandsnetzwerk die zuschaltbaren Widerstände 92 und 93, was den äquivalenten Widerstand des zweiten Widerstandsnetzwerks berührt.

Aus dem Vorausgehenden wird klar, daß die Betätigung der Schalter 87 und 91 die äquivalenten Widerstandswerte des ersten und zweiten Widerstandsnetzwerks steuert, was wiederum den Wert der Multiplikationskonstanten berührt, die ihrerseits den Verstärkungsfaktor des Schaltkreises steuern. Auf diese Weise ist der Verstärkungsfaktor des Schaltkreises vollkommen abhängig von der Betätigung der Schalter 87 und 91.

Die Schalter 87 und 91 sind elektronische Relais oder analoge Multiplexeinrichtungen, die nach Erhalt eines geeigneten Eingangssignals vom Mikroprozessor 60 über Wählleitungen 54 und 55 Strom in die durch die schematischen Schalter in Fig. 3 dargestellten Bereiche fließen lassen. Für jeden der Schalter 87 und 91 sind wegen der beiden Wählleitungen 54 und 55 vier getrennte Schaltpositionen möglich. Die Wählleitungen für die elektronischen Relais bzw. analogen Multiplexeinrichtungen werden vom Mikroprozessor 60 gespeist, der, wie unten noch genauer beschrieben, über die Wählleitungen Signale zur Auswahl eines geeigneten Verstärkungsfaktors für den Verstärkerschaltkreis aussendet. So empfängt der Schaltkreis 53 in Abhängigkeit von den Signalen auf den Wählleitungen 54 und 55 das Ausgangssignal des Photodetektorschaltkreises und modifiziert dieses, so daß alle Signalabweichungen positiv und verstärkt sind.

Fig. 4 zeigt den Arbeitsablauf seitens des Mikroprozessors 60 bei der Auswahl des Verstärkungsfaktors durch den Schaltkreis 53. Bei normaler Arbeitsweise wählt der Mikroprozessor 60 einen Verstärkungsgrad, der von der physikalischen Größe der durch die Artikelbahn hindurchtretenden Artikel abhängt. Sind die Artikel sehr groß, so verstärkt der Mikroprozessor 60 das Ausgangssignal nur geringfügig. Wenn die Artikel jedoch kleiner werden, so vergrößert der Mikroprozessor 60 den Verstärkungsgrad. Nach dem Flußdiagramm von Fig. 4 bestimmt der Mikroprozessor 60, ob die Artikel sehr groß, groß, mittel oder klein sind und stellt daraufhin den geeigneten Verstärkungsgrad ein.

Diese Feststellung trifft der Mikroprozessor durch Vergleichen der Durchschnittsmittelfläche der Artikel mit drei vorbestimmten Schwellenwerten. Nachdem dieser Vorgang unten noch genauer beschrieben wird, genügt es, gegenwärtig zur Kenntnis zu nehmen, daß die Verstärkung aufgrund der Größe von durch die Artikelbahn hindurchtretenden Artikeln eingestellt wird.

Kehren wir nun zu der typischen Signaleinheit von Fig. 2 zurück, so sei angemerkt, daß der Mikroprozessor 60 die verschiedenen Komponenten der Signaleinheit miteinander verbindet. Diese Einrichtung ist verantwortlich dafür, zum Teil die Strahlerzeugungsvorrichtung der Signaleinheit, zum Teil die Verstärkung und Konditionierung des Ausgangssignals des Photodetektors zu steuern sowie, auf der Grundlage des durch den Schaltkreis 53 modifizierten Photodetektorsignals, einen genauen Zählwert für die durch die Artikelbahn hindurchtretenden Artikel zu gewinnen und festzuhalten. Des weiteren steuert der Mikroprozessor 60 alle Datenverbindungen zwischen den Signaleinheiten und dem Netzwerk über die Informationsleitungen des Netzwerkbusses. Bei der Steuerung der Datenverbindungen empfängt der Mikroprozessor 60 das Programmliniensignal von der Hauptkonsole oder vorausgehenden Signaleinheit, ermittelt, ob eine nächste Signaleinheit vorhanden ist, und überträgt geeignete Programmliniensignale, wie von der Hauptkonsole vorgegeben, zu der nächsten Signaleinheit.

Der Mikroprozessor eines bevorzugten Ausführungsbeispiels kann ein handelsüblicher Mikroprozessor des Typs 80C550 sein. Dieser Mikroprozessor wird bevorzugt, da er zusätzlich zu seinem Zentralprozessor einen Speicher für wahlfreien Zugriff (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen 8-Kanal-/8-Bit-Analog- Digital-Umsetzer, drei Eingangskanäle sowie einen seriellen universellen Asynchronempfänger und -übertrager (UART) innerhalb eines einzigen integrierten Schaltkreises besitzt. So ist es erwünscht, obgleich andere Mikroprozessoren mit einigen oder allen der aufgezählten Komponenten als periphere Einrichtungen an seine Stelle treten können, einen Mikroprozessor des Typs 80C550 oder einen sonstigen geeignet ausgestatteten Mikrocontroller zu verwenden, wegen der bequemen Bauweise als einziger integrierter Schaltkreis.

Der Mikroprozessor 60 empfängt und konvertiert das modifizierte Detektorsignal vom Schaltkreis 53 in ein digitales Signal. Wie oben erwähnt, besitzt der Mikroprozessor 60 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen integrierten 8-Kanal-/8-Bit- Analog-Digital-Umsetzer, der das analoge Eingangssignal mit einer vorbestimmten Frequenz abtastet und binäre Digitalwertsignale ausgibt. Je nach der Größe verschiedener Artikel und den verschiedenen Geschwindigkeiten, unter denen verschiedene Artikel durch ihre Bahnen hindurchtreten, kann sich die vorbestimmte Abtastfrequenz des Analog-Digital-Umsetzers ändern. Bei einem Freifall-Samenabgabegerät ist es erwünscht, das Ausgangssignal des Schaltkreises 53 mindestens einmal alle 200 Mikrosekunden oder, gleichbedeutend, mit einer Abtastfrequenz von 5 kHz abzutasten.

Des weiteren wird die Datenverbindung mit dem Netzwerk über den Mikroprozessor 60 gesteuert. Der Mikroprozessor 60 erfüllt drei Verbindungsfunktionen: Empfangen des "Programmlinien"- Eingangssignals 45 von einer logikmäßig vorausgehenden Einrichtung, Übertragen eines "Programmlinien"-Ausgangssignals 69 an eine logikmäßig nachfolgende Einrichtung, falls vorhanden, sowie Interpretieren serieller Daten von der RS-485-Sendeempfangseinheit 70. Wie oben beschrieben wird das Programmlinien-Eingangssignal 45 der Hauptkonsole zugeführt, wenn die Signaleinheit die erste Signaleinheit in dem System ist. Falls nicht, wird das Programmlinien-Eingangssignal 45 dem Programmlinienausgang der logikmäßig vorausgehenden Signaleinheit zugeführt.

Das Programmliniensignal ist ein digitales Signal, welches dem Mikroprozessor einer jeden Signaleinheit zugeführt wird. Obgleich es einer jeden Signaleinheit zugeführt wird, findet es nur in der Hauptkonsole Verwendung. Die Hauptfunktion des Programmliniensignals besteht darin, eine jede einzelne Signaleinheit einzeln anzusprechen. In Fig. 2 wird das Programmliniensignal in den Mikroprozessor 60 über einen Schmitt-Trigger 48 eingegeben. Schmitt-Trigger, wie der Trigger 48, finden Verwendung für die meisten der Mikroprozessoreingänge und -ausgänge, da diese Einrichtungen dazu verhelfen, die mit elektrischen Störsignalen verbundenen Signalabweichungen zu reduzieren.

Der Programmlinienausgang 69 wird von dem Mikroprozessor 60 nur dann aktiviert, wenn in dem System eine nachfolgende Signaleinheit vorhanden ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die letzte Signaleinheit des Systems so abgeschlossen, daß ihr Programmlinien-Ausgangssignal ein "Niedrig"-Spannungsausgangssignal ist. So wird, wenn die Signaleinheit von Fig. 2 die letzte in dem System ist, der Eingang 61 des Mikroprozessors 60 nicht aktiviert. Andererseits wird, wenn die Signaleinheit von Fig. 2 nicht die letzte in dem System ist, der Eingang 61 aktiviert. Je nach dem Eingangssignal bei 61 und Anweisungen von der Hauptkonsole kann der Mikroprozessor 60 einen Transistor 66 steuern, um diesen. zu veranlassen, das Programmlinien- Ausgangssignal bei 69 auf "hoch" oder "niedrig" zu schalten.

Die dritte Verbindungsfunktion des Mikroprozessors 60 neben dem Empfangen und Übertragen der Programmlinien-Eingangs- und -Ausgangssignale besteht darin, alle anderen Datenverbindungen zwischen dem Netzwerk und den Signaleinheiten über die RS-485- Sendeempfangseinheit 70 zu steuern. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Sendeempfangseinheit 70 aus einer solchen mit der Typenbezeichnung MAX487 von Maxim Corporation. Die Sendeempfangseinheit 70 der Signaleinheit überträgt oder empfängt elektrische Signale zu bzw. von zwei miteinander verdrillten Leitern 71 und 72, welche die Informationsleiter des Netzwerkbusses bilden. Bei. Empfang von dem Netzwerk gibt die Sendeempfangseinheit 70 über die Leitung 63 ein digitales Signal an den Mikroprozessor aus auf der Grundlage der Differenz zwischen der Eingangsspannung auf den miteinander verdrillten Leitern. Auf der Leitung 63 erscheint ein digitales "Hoch"- Signal, das in den Mikroprozessor eingegeben wird, wenn die Signale auf 71 und 72 sich um +200 mV oder mehr unterscheiden, während auf der Leitung 63 ein digitales "Niedrig"-Signal auftritt, wenn die Spannungsdifferenz zwischen 71 und 72 weniger als -200 mV beträgt. Beim Übertragen an das Netzwerk gibt der Mikroprozessor 60 über die Leitung 64 digitale Signale an die Sendeempfangseinheit 70 aus, die diese Signale in ein Differenzsignal umwandelt, welches über das Netzwerk übertragen werden kann.

Nun wurden die Komponenten und Verbindungen der typischen Signaleinheit von Fig. 2 beschrieben, und es folgt eine funktionelle Erläuterung des Aufbaus der Signaleinheit und des Verfahrens zur Erzeugung eines Zählwerts für die Anzahl der durch eine Artikelbahn hindurchtretenden Artikel.

Beim Hindurchtritt von Artikeln durch die Artikelbahn beeinträchtigen diese den Strahl von den LEDs 50, und infolgedessen empfängt der Photodetektor 52 weniger Licht und erzeugt ein Signal niedrigerer Spannung. Wie oben beschrieben empfängt der Schaltkreis 53 daraufhin die Differenz zwischen dem Spitzensignal und der Signalabweichung und verstärkt diese. Dann wird das modifizierte Photodetektorsignal von dem Mikroprozessor 60 aufgenommen zur Bestimmung der Anzahl durch die Artikelbahn hindurchtretender Artikel.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung eines typischen Ausgangssignals aus dem Schaltkreis 53. Im besonderen zeigt Fig. 5 zwei durch die Partikelbahn hindurchtretende und den Strahl aus den LEDs 50 beeinträchtigende Artikel. In Fig. 5 ist an der x- Achse die Zeit und an der y-Achse die Signalgröße dargestellt. Des weiteren enthält Fig. 5 vierundzwanzig vertikale Linien, mit den Bezugszahlen 160-183 bezeichnet, die vierundzwanzig Abtastintervalle des Mikroprozessors 60 darstellen. Der Schnittpunkt des modifizierten Photodetektorsignals mit einer Abtastlinie gibt die Größe des modifizierten Photodetektorsignals zu diesem Zeitpunkt an. Die abgetastete Größe des Signals entspricht einem digitalen 8-Bit-Wert, der auf der y-Achse als von 0 bis 255 reichend dargestellt ist.

Genauer gesagt ist Fig. 5 eine grafische Darstellung von zwei während eines einzigen "Artikelereignisses" durch eine Artikelbahn hindurchtretenden Artikeln. Ein "Artikelereignis" wird definiert als der Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt, daß mindestens ein hindurchtretender Artikel beginnt, den Strahl bzw. die Strahlen zu beeinträchtigen, und dem Zeitpunkt, daß ein bzw. mehrere solche Artikel gerade aufgehört haben, den Strahl zu beeinträchtigen. Nach Fig. 5 beginnt das Artikelereignis zu dem Zeitpunkt, der dem Abtastpunkt 165 entspricht, und endet zu dem Zeitpunkt, der dem Abtastpunkt 177 entspricht. Wie ersichtlich, finden geeignete Schwellenwerte dazu Verwendung, Beginn und Ende eines Artikelereignisses zu bestimmen.

Der Mikroprozessor 60 empfängt das modifizierte Photodetektorsignal von dem Schaltkreis 53 an seinem Analog-Digital-Eingang, tastet es mit einer Abtastfrequenz von 5 kHz ab und gibt einen 8-Bit-Wert aus. Empfängt der Mikroprozessor 60 die digitalisierte Impulsfolge entsprechend dem abgetasteten Signal, so vergleicht er den digitalen Wert mit einem zweier Schwellenwerte. Der erste Schwellenwert ist der Start-Schwellenwert des Artikelereignisses, und wenn der digitale Wert des modifizierten Photodetektorsignals den ersten Schwellenwert überschreitet, so erzeugt und speichert der Mikroprozessor ein Signal, das den Beginn eines Artikelereignisses anzeigt. Dieses gespeicherte Signal ist die Artikelereignismarke. Der zweite Schwellenwert ist der Artikelereignis-Endschwellenwert, und wenn der digitale Wert des modifizierten Photodetektorsignals den Stop- Schwellenwert überschreitet, so erzeugt der Mikroprozessor ein neues Signal, welches angibt, daß das Artikelereignis beendet ist. Ist das Artikelereignis beendet, so beseitigt der Mikroprozessor 60 die Artikelereignismarke, die vorausgehend den Beginn eines Artikelereignisses angezeigt hatte.

So vergleicht der Mikroprozessor 60, solange die Artikelereignismarke noch nicht gesetzt wurde, das digitale Signal mit dem Artikelereignis-Startschwellenwert, um zu bestimmen, ob ein Artikelereignis vorliegt. Andererseits vergleicht der Mikroprozessor 60 nach Setzen der Artikelereignismarke das digitale Signal mit dem Artikelereignis-Stopschwellenwert, um festzustellen, ob das Artikelereignis noch fortbesteht.

Wurde die Artikelereignismarke gesetzt, so beginnt der Mikroprozessor 60 das digitale Signal betreffende Daten in seinem Speicher festzuhalten und zusätzliche Signale zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel erzeugt der Mikroprozessor ein Zeitdauersignal und ein Bereichssignal. Das Zeitdauersignal stellt die laufende Gesamtzeit des Ereignisses und das Bereichssignal das Integral der Größe des abgetasteten Signals während der Zeitdauer des Artikelereignisses dar. Des Weiteren erzeugt und speichert der Mikroprozessor 60 ein arithmetisches Mittelbereichssignal, welches für die Summe einer Anzahl Bereichssignale, dividiert durch die Gesamtzahl der betreffenden Artikelereignisse bezeichnend ist.

Das arithmetische Mittelbereichssignal wird vom Mikroprozessor 60 für verschiedenartige Funktionen verwendet. Eine wichtige Funktion besteht in der Bestimmung der Verstärkung des Schaltkreises 53, wie in Fig. 4 gezeigt. Kehren wir also zu Fig. 4 zurück, so sieht man bei 101, daß, wenn der arithmetische Mittelbereich einen ersten vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, die vorbeitretenden Artikel "sehr groß" sind und in dem Schaltkreis 53 auf beiden Wahlleitungen die vorgegebene Minimalverstärkung verwendet werden sollte. Alternativ, wie bei 102 gezeigt, sind die vorbeitretenden Artikel, wenn das arithmetische Mittelbereichssignal unter dem ersten Schwellenwert, jedoch über einem zweiten Schwellenwert liegt, "groß", und die erste Wahlleitung ist bei 103 auf minimale Verstärkung eingestellt, während die zweite Wahlleitung auf maximale Verstärkung eingestellt ist. Eine andere Alternative, wie bei 104 gezeigt, besteht darin, daß das arithmetische Mittelbereichssignal unter den ersten und zweiten Schwellenwertsignalen, jedoch über einem dritten Schwellenwertsignal liegt. In diesem Fall sind die Wahlleitungen bei 105 so eingestellt, daß die erste maximale Verstärkung und die zweite minimale Verstärkung vorgibt. Die letzte Alternative besteht darin, daß der arithmetische Mittelbereich unter sämtlichen Schwellenwerten liegt. In diesem Fall, wie bei 106 dargestellt, sind beide Wahlleitungen auf maximale Verstärkung eingestellt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt dieser Einstellprozeß des Verstärkungsfaktors nur einmal, nach den ersten 128 Samenereignissen. Indessen kann die Einstellung des Verstärkungsfaktors mehrmals erfolgen, entweder mit konstanter Frequenz oder in beliebigen Zeitintervallen, um die Leistungsfähigkeit des Systems zu optimieren und eine automatische Einstellung für verschiedene Artikelgrößen zu erreichen.

Auf der Grundlage des digitalen Signals und der zusätzlich erzeugten Signale, wie zum Beispiel dem Zeitdauer-, dem Bereichs-, dem arithmetischen Mittelwertsignal und dergleichen, kann der Mikroprozessor 60 die Anzahl der während eines Artikelereignisses durch die Artikelbahn hindurchtretenden Artikel bestimmen. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Anzahl der Artikel von dem Zeitdauersignal und dem Bereichssignal durch Gegenüberstellung mit einer vorausgehend bestimmten Datengruppe bestimmt. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Anzahl der Artikel auf der Grundlage von den seitens des Mikroprozessors erzeugten Signalen durch Verwendung von Fuzzy-Logik bestimmt.

Bei der Ausführungsform mit der Datengruppe zur Bestimmung der Zahl der innerhalb eines Artikelereignisses vorbeitretenden Artikel findet eine Datenstruktur Verwendung, um Artikelereignisparameter, wie zum Beispiel die Zeitdauer und den Bereich, mit einer bestimmten Anzahl Artikel für das Artikelereignis in Beziehung zu bringen. Diese Datenstruktur bestimmt so die Anzahl Artikel innerhalb eines Artikelereignisses als Funktion von mindestens zwei Variablen: der Dauer des Artikelereignisses und dem Bereich. Zur Verwendung für eine Mehrzahl verschiedener Artikelereignisse muß die Datenstruktur normiert werden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Datenstruktur auf der Grundlage des arithmetischen Mittels und des harmonischen Mittels des Zeitdauer- und des Bereichssignals bekannter Proben normiert.

Zur Erstellung der Datenstruktur wird eine bekannte Folge von Artikeln durch die Artikelbahn hindurchgegeben, um variierende, jedoch bekannte Zahlen von Artikeln pro Artikelereignis zu erzeugen. Wenn die Artikel durch die Artikelbahn hindurchtreten, werden Daten gesammelt und aufgezeichnet, welche die Zeitdauer des Artikelereignisses und den Bereich mit der bekannten Zahl von Artikeln in dem jeweiligen Artikelereignis in Beziehung setzen. Beispielsweise können zwei Artikel gleichzeitig durch die Artikelbahn hindurchgeführt werden, um die Zeitdauer und den Bereich für ein einzelnes Artikelereignis mit zwei während dieses Ereignisses hindurchtretenden Artikeln zu bestimmen. Eine andere Folge kann Aufzeichnen von Zeitdauer- und Bereichsdaten für den aufeinanderfolgenden Hindurchtritt zweier oder dreier teilweise einander überdeckender Artikel innerhalb eines einzelnen Artikelereignisses einschließen.

Nach dem Sammeln der Daten werden diese normiert auf der Grundlage der arithmetischen und harmonischen Mittel der erhaltenen Zeitdauer- und Bereichswerte. Die daraus hervorgehende Datenstruktur wird dann in dem Speicher des Mikroprozessors 60 als zweidimensionale Matrix mit separaten Ganzzahlindices entsprechend Zeitdauer und Bereich gespeichert.

Im Betrieb wird die Datenmatrix seitens des Mikroprozessors als Nachschlagtabelle für den Erhalt der Zahl der während des Artikelereignisses hindurchtretenden Artikel verwendet. Der Mikroprozessor 60 liest die gespeicherten Zeitdauer- und Bereichssignale und normiert diese Werte auf der Grundlage eines "nominalen" Zeitdauerwertes bzw. eines "typischen" Bereichswertes. Zur Normierung des Zeitdauerwertes für das Artikelereignis wird dieser durch einen "nominalen" Zeitdauerwert, multipliziert mit einer Konstanten und gerundet auf die nächstkommende ganze Zahl, dividiert. Ebenso wird der Bereichswert für das Artikelereignis durch einen "typischen" Bereichswert, multipliziert mit einer Konstanten und gerundet auf die nächstkommende ganze Zahl, dividiert. Als ganze Zahlen können die normierten Zeitdauer- und Bereichswerte leicht als Indices zum Auffinden der Artikelzahl pro Artikelereignis in der beschriebenen zweidimensionalen Datenstruktur verwendet werden. Daher kann die Artikelzahl pro Artikelereignis nach der Normierung der Zeitdauer- und Bereichssignale leicht adressiert werden.

Bei Inbetriebnahme sind der "nominale" Zeitdauerwert und der "typische" Bereichswert vorbestimmte Variable auf der Grundlage empirischer Daten. Indessen beginnt der Mikroprozessor, beginnend mit dem ersten Artikelereignis, Informationen bezüglich der nominalen und typischen Werte eines jeden Artikelereignisses zu speichern. Nach 128 Artikelereignissen - bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel - werden der nominale Zeitdauerwert und der typische Bereichswert nach folgender Formel neu berechnet:

worin

und

sind.

Im Anschluß an die Inbetriebnahme werden der "nominale" Zeitdauerwert und der "typische" Bereichswert nach jeweils 128 Artikelereignissen neu berechnet. Auf diese Weise werden die normierten Zeitdauer- und Bereichswerte für ein bestimmtes Artikelereignis auf der Grundlage der nominalen und typischen Werte für die vorausgegangenen 128 Artikelereignisse bestimmt.

Dieses Verfahren der Datennormierung auf der Grundlage der letzten Artikelereignisse bildet ein wichtiges Merkmal der Erfindung und gestattet es den Artikelsensoren der Erfindung, sich den gegenwärtig durch die Artikelbahn hindurchtretenden Artikeln anzupassen. Auf diese Weise sinkt die Wahrscheinlichkeit einer Fehlzählung der Artikelzahl seitens der typischen Signaleinheit, wenn sich die nominale Zeitdauer oder der typische Bereich eines Artikelereignisses gegenüber den anfangs vorgegebenen Werten wesentlich ändert.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Anzahl Artikel pro Artikelereignis durch Verwendung einer Fuzzy-Logik bestimmt. Bei dieser Ausführungsform vergleicht der Mikroprozessor das gegenwärtige Zeitdauersignal mit vier Zeitdauerklassifikationssignalen, um die Prozentmitgliedschaft des Zeitdauersignals innerhalb einer jeden Klassifikation zu bestimmen:

einem "nominalen" Signal, einem "kurzen" Signal entsprechend dem halben Wert des Nominal-Signals, einem "langen" Signal entsprechend dem Doppelten des Wertes des Nominal-Signals und einem "sehr langen" Signal entsprechend dem Dreifachen des Wertes des Nominal-Signals. Ebenso vergleicht der Mikroprozessor das gegenwärtige Bereichssignal mit vier Bereichsklassifikationssignalen, um die Prozentmitgliedschaft des Bereichssignals innerhalb einer jeden seiner Klassifikationen zu bestimmen: einem "typischen" Signal, einem "kleinen" Signal entsprechend der Hälfte des Wertes des typischen Signals, einem "großen" Signal entsprechend dem Doppelten des Wertes des typischen Signals und einem "sehr großen" Signal entsprechend dem Dreifachen des Wertes des typischen Signals. Je nach der Prozentmitgliedschaft eines jeden Signals in seiner Klassifikation wird die Artikelzahl in dem Artikelereignis bestimmt.

Ein Beispiel des Arbeitsablaufs nach der Fuzzy-Logik ist in den Fig. 9a-9b dargestellt. Beziehen wir uns auf Fig. 9a, so beginnt der Mikroprozessor 60 nach Feststellung, daß ein Artikelereignis beendet ist, die Folge bei 210, zur Bestimmung der Anzahl der in dem Artikelereignis hindurchgetretenen Artikel. Zunächst nimmt der Mikroprozessor 60 bei 210 an, daß die Prozentmitgliedschaft des Signals in der Klassifikation "kurz" null ist. Als nächstes vergleicht der Mikroprozessor, wie mit dem Entscheidungsfeld 211 gezeigt, das Zeitdauersignal mit dem Kurz-Signal und dem Nominal-Signal. Liegt die Zeitdauer des Signals zwischen kurz und nominal, wie bei 212 angedeutet, so ist die Prozentmitgliedschaft in der Kurz-Klassifikation der Kehrwert des Quotienten zwischen dem Zeitdauer- und dem Nominal- Signal plus 1.

Ist das Ergebnis von 211 ein solches, daß die Zeitdauer nicht zwischen kurz und nominal liegt, so schreitet die Logik fort zu 213, wo angenommen wird, daß die Prozentmitgliedschaft in der Nominal-Klassifikation null beträgt. Dann bestimmt der Mikroprozessor 60 bei den Entscheidungsfeldern 214 und 216, ob die Zeitdauer zwischen kurz und nominal oder zwischen nominal und lang liegt. Je nach dem Ergebnis dieser Feststellung ist die Prozentmitgliedschaft in der Nominal-Klassifikation wie in den Zuordnungsfeldern 215 und 217 angegeben.

Als nächstes wird die gegenwärtige Zeitdauer-Mitgliedschaft in der Lang-Klassifikation bestimmt. Wie bei 218 angedeutet, nimmt der Mikroprozessor 60 zunächst an, daß die Prozentmitgliedschaft in der Lang-Klassifikation null ist. Dann stellt der Mikroprozessor 60 bei den Entscheidungsfeldern 219 und 221 fest, ob die Zeitdauer zwischen nominal und lang oder zwischen lang und sehr lang liegt. Je nach dem Ergebnis dieser Feststellung ist die Prozentmitgliedschaft in der Lang-Klassifikation wie in den Zuordnungsfeldern 220 und 222 angegeben.

Als nächstes wird, wenden wir uns Fig. 9b zu, die gegenwärtige Zeitdauer-Mitgliedschaft in der Sehr-Lang-Klassifikation festgestellt. Wie bei 223 angedeutet, nimmt der Mikroprozessor 60 zunächst an, daß die Prozentmitgliedschaft in der Sehr-Lang- Klassifikation null ist. Dann stellt der Mikroprozessor 60 bei den Entscheidungsfeldern 224 und 226 fest, ob die Zeitdauer zwischen lang und sehr lang oder bei mehr als sehr lang liegt. Je nach dem Ergebnis dieser Feststellung ist die Prozentmitgliedschaft in der Sehr-Lang-Klassifikation wie in den Ergebnisfeldern und 225 und 227 angegeben.

Beginnend bei 228 in Fig. 9b bestimmt die Logik die Prozent- Mitgliedschaft des Bereichssignals in einer der betreffenden Kategorien: klein, typisch, groß und sehr groß. In gleicher Weise wie bei der Bestimmung der Prozentmitgliedschaft des Bereichssignals verfährt die Logik nach dem Rest der Fig. 9b und 9c zur Ermittlung der Klassifikation des Bereichssignals.

Beginnend bei 250 in Fig. 9d stellt der Mikroprozessor 60 die gesamtheitliche Prozentmitgliedschaft während des Artikelereignisses in den Kategorien fest unter Angabe von null Artikeln, einem Artikel, zwei Artikeln oder drei Artikeln, je nach der Prozentmitgliedschaft der Zeitdauer- und Bereichssignale in einer jeden Kategorie. Diese Feststellung erfolgt durch Zuordnung der Prozentmitgliedschaft für das Artikelereignis zu einer der Kategorien, wie in den Zuordnungsfeldern 250-253 angegeben.

Der letzte Schritt bei der Bestimmung der Artikelzahl in einem Artikelereignis in dem Fuzzy-Logik-Ausführungsbeispiel nach den Fig. 9a-9d ist mit den Entscheidungsfeldern 254, 256, 258 und 260 angegeben, wo die Artikelzahl am größten bei der Mitgliedschaft in einer bestimmten Artikelklassifikation des Artikelereignisses ist. Es sei angemerkt, daß die in den Fig. 9a -9d dargestellte Logik nur eine Art der Verwirklichung der Fuzzy-Logik angibt, während viele Abwandlungen möglich und durch den Fachmann anwendbar sind.

Auf diese Weise kann der Mikroprozessor 60 mittels einer Datenmatrix, Fuzzy-Logik oder sonstiger Ausführungsmittel, d. h. neuronaler Netzwerke, präzise die Zahl innerhalb eines einzelnen Artikelereignisses hindurchtretender Artikel feststellen und aus dieser Information einen genauen Zählwert der Gesamtzahl der durch die Artikelbahn hindurchtretenden Artikel erzeugen und festhalten. Dazu wertet der Mikroprozessor 60 beständig das eintreffende modifizierte Photodetektorsignal für die Gegenwart eines Artikelereignisses aus und bestimmt, nach Feststellung eines Artikelereignisses, die Anzahl Artikel in diesem Artikelereignis. Dann hält der Mikroprozessor 60 eine laufende Summe der Gesamtzahl der Artikel und die Gesamtzahl der Artikelereignisse fest.

Indes kann der Mikroprozessor 60 zusätzlich zur akkuraten Zählung der Artikelzahl innerhalb eines Artikelereignisses und der Gesamtzahl der durch eine Artikelbahn hindurchtretenden Artikel zusätzliche wichtige Funktionen innerhalb der Signaleinheit durchführen.

Ein Beispiel einer solchen zusätzlichen Funktion besteht darin, daß der Mikroprozessor 60 der Signaleinheit die Fähigkeit verleiht, einen Selbsttest der Arbeitsweise der LEDs 50 und des Photodetektors 52 auszuführen. Wie oben vermerkt erzeugen die LEDs 50 einen Strahl entsprechend dem Strom aus der Konstantstromquelle 51, die ihrerseits von dem Eingangssignal bei 57 zu der Konstantstromquelle 51 abhängt. Auf diese Weise kann der Mikroprozessor 60 die Arbeitsweise der LEDs 50 durch Schalten der Konstantstromquelle 51 steuern. In einem Selbsttestmodus schaltet der Mikroprozessor 60 die Konstantstromquelle wiederholt ein und aus, eine bestimmte Anzahl mal, und damit auch die LEDs 50. Daraufhin vergleicht der Mikroprozessor 60 die von dem Schaltkreis 53 empfangenen Signale mit einem im Speicher des Mikroprozessors 60 gespeicherten erwarteten empfangenen Signal. Tritt zwischen dem tatsächlich empfangenen Signal aus dem Schaltkreis 53 und dem erwarteten empfangenen Signal aus dem Schaltkreis 53 eine Diskrepanz außerhalb eines Toleranzbereiches auf, so stellt der Mikroprozessor 60 einen Fehler fest und speichert entweder einen Fehlercode, oder er zeigt der Hauptkonsole das Vorhandensein eines Problems in der Optikanordnung der Signaleinheit an.

Ein anderes Beispiel einer von dem Mikroprozessor 60 hinzugefügten zusätzlichen Funktion besteht in der Fähigkeit festzustellen, ob ein Artikel "übersprungen", das heißt, von dem Abgabesystem nicht abgegeben wurde. Aus mancherlei Gründen lassen Abgabesysteme manchmal Artikel nicht durch die Artikelbahn hindurchtreten. Beispielsweise kann bei einem Samenabgabesystem unter Verwendung einer Luftvakuumvorrichtung zur Abgabe der Samen aufeinanderfolgend entlang der Artikelbahn das Vakuumsystem vorübergehend blockiert und so nicht in der Lage sein, Samen abzugeben. Herkömmlicherweise war es schwierig, wenn nicht unmöglich, festzustellen, wann, wo und wieviele Samenkörner ausgelassen wurden. Nach der Erfindung ist der Mikroprozessor 60 in der Lage, ein ausbleibendes Artikelereignis durch Vergleichen des Zeitraums zwischen Artikelereignissen festzustellen.

Fig. 8 zeigt eine Folge von Artikelereignissen, worin ein erwartetes Artikelereignis fehlt. Wie dargestellt, ermittelt der Mikroprozessor 60 das erste Artikelereignis 191 zum Zeitpunkt 190, das zweite Artikelereignis 193 zum Zeitpunkt 192, das dritte Artikelereignis 195 zum Zeitpunkt 194 und das fünfte Artikelereignis 198 zum Zeitpunkt 197. Erfindungsgemäß hat der Mikroprozessor 60 den Anfangszeitpunkt und die Zeitdauer eines jeden Artikelereignisses ebenso wie die Anzahl Artikel pro Artikelereignis gespeichert. Aus diesen Informationen vermag der Mikroprozessor 60 einen durchschnittlichen Zeitraum zwischen Artikelereignissen, d. h. die durchschnittliche Zeitdauer zwischen Ereignissen 191, 192, 193 usw. zu bestimmen. Daraufhin vergleicht der Mikroprozessor 60 die durchschnittliche Zeitdauer mit der gemessenen Zeitdauer zwischen Ereignissen, und, ist die gemessene Zeitdauer unangemessen lang, so bestimmt der Mikroprozessor 60, daß ein Artikel ausgelassen wurde. Dann speichert der Mikroprozessor 60 die Zeit und die Anzahl ausgelassener Artikel und meldet diese Informationen auf Anfrage seitens der Hauptkonsole. Damit kann das Verhältnis zwischen fehlenden Ereignissen und gezählten Ereignissen errechnet und der Bedienungsperson mitgeteilt werden, um mögliche Samenabstand- Konstanzprobleme zu identifizieren.

Nach der vorausgehenden Beschreibung von Komponenten und Funktionen der Signaleinheit nach Fig. 2 erfolgt nun eine mehr ins einzelne gehende Gesamtbeschreibung des Systems.

Kehren wir dementsprechend zu Fig. 1 zurück, so sei angemerkt, daß die Hauptkonsole über die beiden Informationsleiter in dem Netzwerk Informationen unmittelbar mit jeder Signaleinheit austauschen oder aber die Signaleinheiten indirekt über den Programmleitungseingang adressieren kann. Alle Knoten des Netzwerks, das heißt der Hauptkonsole ebenso wie einer jeden Signaleinheit, empfangen alle über das RS-485-Netzwerk übertragenen Informationen unmittelbar. Auf diese Weise werden für einen bestimmten Knoten bestimmte Informationen von allen Knoten empfangen, wohingegen nur der für die Information bestimmte Knoten anspricht. Andererseits verwendet die Hauptkonsole 1 die Programmlinie in Verbindung mit der unmittelbaren RS-485- Netzwerkverbindung, um nur einzelne Signaleinheiten zu adressieren und programmieren.

Die Hauptkonsole 1 und der Rest der Signaleinheiten übertragen Informationen über das Netzwerk in einer bestimmten Reihenfolge mit einem bestimmten Paketprotokoll, das allen Knoten des Netzwerks gemeinsam ist und von diesen erkannt wird. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 existiert in dem System nur eine einzige Hauptkonsole 1. Diese Hauptkonsole ist verantwortlich für die Informationsübertragung zu den Signaleinheiten wie auch für die Aussendung von Anfragen nach Informationen an die Signaleinheiten. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel antworten die einzelnen Signaleinheiten lediglich und sprechen nicht unabhängig die Hauptkonsole oder andere Signaleinheiten an. Stattdessen übertragen die Signaleinheiten Informationen auf das Netzwerk auf eine bestimmte Informationsanfrage seitens der Hauptkonsole hin.

Die Fig. 6a und 6b zeigen die Datenelemente der beiden Arten von für die Informationsübertragung über das Netzwerk verwendeten Paketen, und Fig. 7 stellt die Bitstruktur eines jeden Datenelements aus den Fig. 6a und 6b dar. Die Start- und Stop- Bits 140 und 150 von Fig. 7 dienen als Steuerbits zur Steuerung der asynchronen Kommunikation, die Datenbits 141-148 enthalten über das Netzwerk zu übertragende Daten, und das Adressensteuerbit 149 ist hoch, wenn die übertragenen Daten eine Adresse bilden. Wie in Fig. 6a gezeigt, überträgt die Hauptkonsole Informationen oder Informationsanfragen über das Netzwerk in einem Dreidatenelement-Paket und, wie in Fig. 6b zu sehen, übertragen die Signaleinheiten Informationen in Siebendatenelement-Paketen.

Das erste Datenelement, 115, von Fig. 6a entsprechend dem Dreidatenelement-Paket von der Hauptkonsole 1 ist jeweils eine Adresse entsprechend einer einzelnen Signaleinheit oder einer Kategorie von Signaleinheiten. Auf diese Weise enthalten die acht Datenbits 141-148 des ersten Datenelements 115 einen Wert zwischen 0 und 255. In dem ersten Datenelement 115 wird auch das zehnte Bit, 149, das Adressensteuerbit, des Datenelements auf "1" gesetzt, um anzugeben, daß die Datenbits eine Adresse enthalten. Dementsprechend können die Knoten auf dem Netzwerk das Adressendatenelement leicht von den darauffolgenden Elementen unterscheiden durch Prüfen des Zustands des Adressensteuerbits. Infolgedessen spricht nur die Signaleinheit bzw. sprechen nur die Signaleinheiten mit einer passenden Adresse auf die nachfolgende Information bzw. Informationsanfrage an.

Das zweite Datenelement, 116, des Dreielement-Pakets aus Fig. 6a enthält die Information oder Informationsanfrage innerhalb der Datenbits 141-148. In dem zweiten Datenelement wird das Adressensteuerbit 149 auf 0 gesetzt. Die Informationsanfrage ist ein Wert zwischen 0 und 255, der einen von der Signaleinheit verstandenen Code bildet. Beispielsweise decodiert die adressierte Signaleinheit, wenn das zweite Element 116 aus einem Wert entsprechend der Dezimalzahl 9 besteht, diesen Wert in eine Anfrage zur Datenübertragung bezüglich der Zahl innerhalb eines einzelnen Artikelereignisses hindurchtretender mehrfacher Artikel. Die Codes werden vorher festgelegt und von einer jeden Signaleinheit für den späteren Vergleich gespeichert.

Das dritte Datenelement, 117, des Dreidatenelement-Pakets enthält eine Prüfsummeninformation zur Verwendung für Fehlererkennungszwecke. Ist das geringstwertige Byte der Summe der Daten in dem Dreidatenelement-Paket nicht gleich einer vorbestimmten Summe, so wurde die Nachricht fehlerhaft übertragen und wird ignoriert.

Nach Übertragung des Dreidatenelement-Pakets seitens der Hauptkonsole 1 wartet diese auf eine geeignete Antwort von der angesprochenen Signaleinheit bzw. den angesprochenen Signaleinheiten. Antwortet die angesprochene Signaleinheit nicht innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls mit der angeforderten Information, so sendet die Signaleinheit (muß wohl heißen: die Hauptkonsole) die Anfrage erneut. Fig. 6b zeigt das von den Signaleinheiten auf eine Informationsanfrage hin ausgesendete Siebendatenelement-Paket.

Das Datenelement eins, 120, das Datenelement zwei, 121, und das Datenelement sieben, 126, des Siebendatenelement-Pakets enthalten geplante Informationen. Das erste Datenelement, 120, des Siebendatenelement-Pakets von Fig. 6b enthält die Adresseninformation der Signaleinheit. Dies erlaubt es der Hauptkonsole sicherzustellen, daß die korrekte Signaleinheit die angeforderte Information übertragen hat. Im Gegensatz zu dem ersten Datenelement, 115, des Dreidatenelement-Pakets ist bei dem ersten Datenelement 120 des Siebendatenelement-Pakets das Adressensteuerbit 149 auf 0 gesetzt.

Das zweite Datenelement, 121, enthält Befehls- und Fehlerzustandsinformationen, bei welchen die Datenbits den von der Hauptkonsole übertragenen Anfragecode enthalten. Auf diese Weise kann die Hauptkonsole nach Erhalt (einer Antwort?) von der Signaleinheit feststellen, ob die Signaleinheit die korrekte Anfrage erhalten hat. Das siebte Datenelement, 126, des Siebendatenelement-Pakets enthält die gleiche Prüfsummeninformation wie oben beschrieben für das dritte Datenelement, 117, des Dreidatenelement-Pakets. So findet eine Übertragungsfehlererkennung bei beiden Art von Paketen statt, um die Datenübermittlungen zu prüfen.

Die nichtgeplanten dazwischenliegenden vier Datenelemente, 122 -125, des Siebendatenelement-Pakets enthalten die angeforderte Information mit den Datenbits 141-148 eines jeden Elements. Erfordert die zu übertragende Information keine vier Datenelemente, so werden die nicht benötigten Elemente auf null gesetzt. Ansonsten enthalten die Datenbits 141-148 eines jeden Elements ein einziges Informationsbyte. Falls Zahlen größer 255 auf das Netzwerk übertragen werden sollen, werden die Datenelemente in Gestalt von zwei Bytes in aufeinanderfolgenden Datenelementen übertragen. Wenn die Hauptkonsole 1 beispielsweise die Zahl hindurchgetretener Artikel wissen möchte, so kann die zurückgemeldete Artikelzahl 255 überschreiten. Infolgedessen enthält auf die betreffende Anfrage der Hauptkonsole das dritte Datenelement, 122, das hohe Informationsbyte und das vierte Datenelement, 123, das niedrige Informationsbyte. Dementsprechend enthalten die zurückgemeldeten Datenelemente je nach der Anfrage eine bestimmte Informationsfolge.

Bevor das Kommunikationssystem voll arbeitsfähig ist, muß jeder Signaleinheit eine bestimmte Adresse zugeordnet werden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ordnet die Hauptkonsole einer jeden Signaleinheit eine bestimmte Adresse zu Beginn der Inbetriebnahme des Systems zu. Für die Zuordnung der Adressen verwendet die Hauptkonsole sowohl die RS-485- als auch die Programmlinien-Eingänge. Sie sendet die gegenwärtigen Adressen über die RS-485-Leiter und identifiziert eine bestimmte Signaleinheit über den Programmlinien-Eingang für den Empfang der Adresse.

Beziehen wir uns auf Fig. 1, so ändert die Hauptkonsole 1 zunächst ihr Ausgangssignal an dem Programmlinien-Ausgang 2, welches an den Programmlinien-Eingang 7 der ersten Signaleinheit gelangt, von hoch auf niedrig. Die erste Signaleinheit erkennt, nachdem ihr Programmleitungs-Eingang 7 nunmehr auf niedrigem Niveau liegt, daß die Hauptkonsole versucht, ihre Adresse zuzuordnen. Die Konsole sendet zunächst eine globale Adresse als erstes Datenelement, ein Adressenzuordnungs-Anfangssignal als das zweite Datenelement und eine Prüfsumme als das dritte Datenelement des Dreielement-Pakets. Die Signaleinheit, deren Programmlinien-Eingang "niedrig" ist, antwortet durch Rückmeldung ihres Signaleinheitstyps und ob eine weitere Signaleinheit vorhanden ist. Die Hauptkonsole speichert die Information und sendet dann eine bestimmte Adresse über das Netzwerk als erstes Datenelement, ein entsprechendes Adressensignal als das zweite Datenelement und eine Prüfsummeninformation als das dritte Datenelement des Dreidatenelement-Pakets. Der Mikroprozessor der ersten Signaleinheit empfängt die Adresse aus dem ersten Datenelement über die RS-485-Sendeempfangseinheit und speichert sie an einem Speicherplatz in dem Mikroprozessor.

Nach Speicherung der Adresse antwortet die Signaleinheit auf das entsprechende Adressensignal, das zweite Datenelement von der Hauptkonsole, und sendet Informationen zurück zu der Hauptkonsole, um ihren Typ zu bestätigen und mitzuteilen, ob eine weitere Signaleinheit vorhanden ist. Fehlt eine weitere Signaleinheit, so hört die Hauptkonsole auf, Adressen zuzuordnen. Ist jedoch eine weitere Signaleinheit vorhanden, so ändert die erste Signaleinheit den Zustand ihres Programmlinien-Ausgangs von hoch auf niedrig, und die nächste Signaleinheit steht bereit, um das von der Hauptkonsole über das Netzwerk übertragene nächste aus drei Elementen bestehende Adressenzuordnungsbeginn- Paket und die ebenso übertragenen aus drei Elementen bestehenden folgenden Adressendatenzuordnungs-Pakete zu empfangen. Auf diese Weise ordnet die Hauptkonsole aufeinanderfolgend Adressen durch das gesamte System hindurch zu, bis keine weiteren Signaleinheiten mehr unadressiert sind.

Zuweilen kann eine Signaleinheit aus irgendeinem Grund ihre gespeicherte Adresse verlieren. Dann wird der betreffenden Signaleinheit ihre alte Adresse in ähnlicher Weise wie vorausgehend beschrieben neu zugeordnet. Zunächst stellt die Hauptkonsole fest, daß die Signaleinheit auf Informationsanfragen nicht antwortet. Dann adressiert die Hauptkonsole die vorausgehende Signaleinheit und weist diese an, den Zustand ihres Programmlinien-Ausgangs von hoch auf niedrig umzuschalten. Infolgedessen gerät auch der Programmlinien-Eingang der Signaleinheit mit der verlorenen Adresse von hoch auf niedrig, und diese Signaleinheit empfängt das aus drei Datenelementen bestehende Adressenzuordnungsanfangs-Paket und die aus drei Datenelementen bestehenden folgenden Adressenzuordnungs-Pakete von der Hauptkonsole mit der alten Adresse. Auf diese Weise kann jede Signaleinheit entweder global bei Inbetriebnahme oder erforderlichenfalls einzeln adressiert werden.

Durch die Benutzung der kombinierten Informationspfade vermag die Hauptkonsole 1 eine große Zahl von Systemverantwortlichkeiten zu übernehmen. Eine dieser sehr wichtigen Funktionen der Hauptkonsole besteht darin, den Artikelgesamtzählwert des gesamten Abgabesystems zu errechnen und wiederzugeben. Die Hauptkonsole erfüllt diese Hauptfunktion durch Abrufen und Empfangen des Artikelzählwerts von einer jeden Signaleinheit über die RS- 485-Leiter und anschließendes Berechnen der Summe aller Signaleinheiten. Daraufhin kann die Hauptkonsole diese Informationen auf verschiedene Weise, je nach der Wiedergabeart, darstellen.

Die einzige Begrenzung bei der Wiedergabe seitens der Hauptkonsole 1 besteht darin, daß sie grundlegende Informationen bezüglich der Zahl der abgegebenen Artikel angeben soll. Indessen liegen alle geeigneten Wiedergabemittel im Rahmen der Erfindung, die in der Lage sind, solche Informationen in irgendeiner Form darzustellen. So können LCD-Displays, CRT-Displays, Flachschirmdisplays, Drucker und dergleichen in Verbindung mit geeigneten Eingabegeräten, wie zum Beispiel Tastenfeldern oder Tastschirmen (membranes) und zugehörige Hardware-Schaltkreise und Schalter ebenso wie Software-Treiber zur Wiedergabe irgendwelcher der von der Hauptkonsole zu erhaltenden und/oder zu speichernden Informationen Verwendung finden.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich am leichtesten beim Lesen der vorausgehenden Beschreibung. Es versteht sich, daß die ins einzelne gehende Beschreibung und spezifische Ausführungsformen nur zu Illustrationszwecken dienen, da verschiedenartige Änderungen und Modifikationen im Rahmen der Erfindung für den Fachmann auf dem betrachteten Gebiet hieraus auf der Hand liegen. Beispielsweise brauchen sich die Signaleinheitsknoten auf dem Netzwerk nicht auf Artikeldetektoren zu beschränken. Weitere Funktionen, wie zum Beispiel Vakuum- und Druckmessungen, lassen sich durch die Verwendung der Signaleinheitsknoten verwirklichen, womit es der Hauptkonsole ermöglicht wird, solche Informationen gleichfalls zu melden und wiederzugeben.

ZEICHNUNGSBESCHRIFTUNGEN


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Zählen von durch eine Artikelbahn hindurchtretenden Artikeln mit den Schritten:

- Erzeugen eines Signals entsprechend mindestens einer physikalischen Eigenschaft mindestens eines durch die Artikelbahn hindurchtretenden Artikels, welches von einem Ruhepegel über einen Schwellenpegel bis zu einem Scheitelpegel und zurück über einen zweiten Schwellenpegel bis zu dem Ruhepegel fortschreitet, wenn der mindestens eine Artikel einen Punkt an der Artikelbahn passiert,

- Messen der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der erste Schwellenwert erreicht wird, und dem Zeitpunkt, zu dem der zweite Schwellenwert erreicht wird,

- Konditionieren des Signals,

- annäherndes Integrieren des konditionierten Signals über die erwähnte Zeitdauer und damit Erzeugen einer Bereichsmessung sowie

- Erzeugen eines Artikelzählwerts aus der Bereichsmessung innerhalb des bestimmten Zeitraumes,

dadurch gekennzeichnet, daß das Signal bei dem Signalkonditionierungsschritt in Abhängigkeit von der mindestens einen physikalischen Eigenschaft des Artikels konditioniert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Erzeugens eines Artikelzählwerts Abrunden der Dauer des bestimmten Zeitraumes und der Bereichsmessung und Verwenden der abgerundeten Dauer und der abgerundeten Bereichsmessung als Indizien für eine zweidimensionale Matrix einschließt, die bestimmte Artikelzählwerte entsprechend verschiedenen Kombinationen von Dauern und Bereichsmessungen enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin der Schritt des Erzeugens eines Artikelzählwerts Zuordnen eines Prozentmitgliedschaftswerts der Dauer innerhalb einer jeden einer vorbestimmten Zahl diskreter Dauerkategorien, Zuordnen eines Prozentmitgliedschaftswerts der Bereichsmessung innerhalb einer jeden einer vorbestimmten Zahl diskreter Bereichskategorien und, auf der Grundlage dieser Prozentmitgliedschaften und einer vorbestimmten Korrelation zwischen den Dauerkategorien, den Bereichskategorien und den Artikelzählwerten, Bestimmen des Artikelzählwerts hieraus einschließt.

4. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit

- einer Artikelbahn zur Führung der betreffenden Artikel im wesentlichen aufeinanderfolgend,

- einem Sensor (52) an der Artikelbahn zum Erzeugen eines Sensorsignals entsprechend zumindest einer physikalischen Eigenschaft zumindest eines durch die Artikelbahn hindurchtretenden Artikels, welches von einem Ruhepegel über einen ersten Schwellenpegel bis zu einem Scheitelpegel und zurück über eine zweiten Schwellenpegel zu dem Ruhepegel fortschreitet, wenn der zumindest eine Artikel den Sensor passiert,

- einem Signalkonditionierungsschaltkreis (53) in Verbindung mit dem Sensor (52) zum Aufnehmen des Sensorsignals und Erzeugen eines konditionierten Sensorsignals mit einer Größe proportional dem Sensorsignal, welcher einen Verstärker (52) zum Verstärken des Sensorsignals aufweist,

- Mitteln (6u) zum Speichern einer physikalischen Bezugseigenschaft eines durch die Artikelbahn hindurchtretenden Artikels,

- Mitteln (60) zum Empfangen des konditionierten Sensorsignals und Messen der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der erste Schwellenwert erreicht wird, und dem Zeitpunkt, zu dem der zweite Schwellenwert erreicht wird,

- Mitteln (60) zum Empfangen und annähernden Integrieren des konditionierten Sensorsignals über diese Zeitdauer und damit Erzeugen einer Bereichsmessung und

- von der genannten Dauer und der Bereichsmessung abhängigen Ausgabemitteln zum Erzeugen eines für die Anzahl der den Sensor (52) während dieser Dauer passierenden Artikel bezeichnenden Ausgangssignals,

dadurch gekennzeichnet,

- daß das Sensorsignal in dem Signalkonditionierungsschaltkreis (53) in Abhängigkeit von einem für eine physikalische Eigenschaft des in der Artikelbahn vorausgegangenen Artikels bezeichnenden Steuersignals verstärkt wird und

- daß das Gerät des weiteren Mittel (60) zum Bestimmen der zu speichernden physikalischen Eigenschaft und zum Erzeugen des Steuersignals in Abhängigkeit von einer Eigenschaft des konditionierten Sensorsignals für den Signalkonditionierungsschaltkreis (53) enthält.

5. Gerät nach Anspruch 4, worin die Ausgabemittel dazu ausgelegt sind, das Ausgangssignal durch Wiedergabe eines oder mehrerer gespeicherter Datensignale zu erzeugen.

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, worin die Ausgabemittel Mittel zum Zuordnen eines Prozentmitgliedschaftswerts der genannten Dauer innerhalb einer vorbestimmten Anzahl diskreter Dauerkategorien enthalten, welche einen Prozentmitgliedschaftswert der Bereichsmessung innerhalb eines jeden der vorbestimmten Signale in Abhängigkeit von den Dauerkategorien, Bereichskategorien und Artikelzählwerten zuordnen.







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