DE102010009442A1

DE102010009442A1 - Symbolanzeiger

Info

Publication number: DE102010009442A1
Application number: DE201010009442
Authority: DE
Inventors: Eike Dipl.-Ing. 12203 Berg; Norbert Dipl.-Ing. 15732 Pöpplow
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2011-08-25
Also published as: WO2011104187A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Symbolanzeiger, insbesondere für schienengebundene Verkehrswege, mit LED-Modulen (4) für die pixelweise Visualisierung des Symbols, wobei die LED-Module (4) auf einer Matrixplatte angeordnet sind und mittels einer Matrixansteuerung ansteuerbar sind. Um die Abhängigkeit der erreichbaren Lichtstärke des Symbolanzeigers von einer Spaltensequenz (2) der Matrixansteurung zu vermeiden, ist vorgesehen, dass jedes LED-Modul (4) mit einem Pixelspeicher (5) zur Speicherung des Ansteuerzustandes des LED-Moduls verbunden ist und dass eine Schaltung zur Regelung der Lichtstärke der LED-Module (4) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Symbolanzeiger, insbesondere für schienengebundene Verkehrswege, mit LED-Modulen für die pixelweise Visualisierung des Symbols, wobei die LED-Module auf einer Matrixplatte angeordnet sind und mittels einer Matrixansteuerung ansteuerbar sind.
Die nachstehenden Erläuterungen beziehen sich im Wesentlichen auf Symbolanzeiger für schienengebundene Verkehrswege, ohne dass der beanspruchte Gegenstand auf diese Anwendung beschränkt sein soll.
Symbolanzeiger für die Eisenbahnsicherungstechnik bestehen aus einer Vielzahl von in Rastern angeordneten Lichtpunkten – den Pixeln. Die darzustellenden Symbole, beispielsweise Ziffern oder Buchstaben, bilden sich aus einer sinnvollen Anordnung definierter Einzelpixel.
1 zeigt ein Beispiel für die Pixelansteuerung zur Realisierung des Symbols 12. Die Pixel des Symbolanzeigers werden durch symbolspezifisch auf einer Matrixplatte angeordnete LED-Module ausgeleuchtet.
Um mehrere Symbole mit nur einem Symbolanzeiger darstellen zu können, werden mehrere optische Systeme in einem Signalgehäuse kombiniert, wobei jedem optischen System die Lichtpunkte des darzustellenden Symbols zugeordnet sind. Dabei werden unterschiedliche Symbole auf der Matrixplatte ineinander verschachtelt, wie 2 beispielhaft für die Ziffernsymbole 4, 5, 7, 8, 10 und 11 veranschaulicht.
Zur Ansteuerung des Symbols wird üblicherweise eine elektrische Treiberbaugruppe eingesetzt. Aus sicherheitstechnischen Gründen ist pro Symbol eine separate Treiberbaugruppe erforderlich. Infolgedessen kann einem Lichtpunkt auf der Matrixplatte nur eine Ansteuerungseinheit zugeordnet werden, d. h. die einzelnen Lichtpunkte können nicht von verschiedenen Symbolen verwendet werden. Aufgrund der Platzverhältnisse auf der Matrixplatte ergibt sich daher eine Begrenzung der Anzahl möglicher Symbolkombinationen, die mit einer Matrixplatte realisierbar sind.
Zur Ansteuerung der einzelnen Pixel kann jedes LED-Modul mit eigenen Steuerleitungen verbunden sein. Dadurch ergibt sich jedoch eine sehr hohe Anzahl von Signalleitungen. Bei der in 3 dargestellten Matrixplatte mit 7×5 Pixeln wären beispielsweise 35 Steuerleitungen erforderlich. Um die Anzahl der Steuerleitungen zu reduzieren, wird daher üblicherweise eine Matrixansteuerung verwendet, bei der nur die Spalten und Zeilen der Pixelanordnung angesteuert werden. Bei dem Beispiel der 3 genügen somit 7 + 5 = 12 Steuerleitungen. Bei der Matrixansteuerung werden die einzelnen Spalten nacheinander in einer bestimmten Sequenz angesteuert. Diese sequenzweise Ansteuerung hat jedoch zur Folge, dass jede Spalte auf der Matrixplatte in einem Puls-Pausen-Verhältnis angesteuert und damit auch bestromt wird. Dadurch ist die erreichbare Lichtstärke begrenzt und außerdem von der Größe des Symbols und von der Ansteuersequenz abhängig. Letztlich kann es dadurch, insbesondere bei Überblendung durch Fremdlicht, zu Sicherheitsproblemen kommen. Zusätzlich haben einzelne Fehler bei der Matrixansteuerung erhebliche Auswirkungen auf das dargestellte Symbol, da der Fehler stets die ganze Zeile oder die ganze Spalte betrifft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Symbolanzeiger der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei dem eine Beeinträchtigung der Sicherheit infolge unzureichender Lichtstärke vermeidbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass jedes LED-Modul mit einem Pixelspeicher zur Speicherung des Ansteuerzustandes des LED-Moduls verbunden ist und dass eine Schaltung zur Regelung der Lichtstärke der LED-Module vorgesehen ist.
Auf diese Weise wird eine erhebliche Steigerung und Vergleichmäßigung der Lichtstärke – auch für sehr große Matrixplatten – erreicht, wobei die Vorteile der Matrixsteuerung erhalten bleiben. Der Pixelspeicher ermöglicht eine quasi permanente Ansteuerung, so dass die Bestromung, d. h. die Hell- oder Dunkelschaltung jedes einzelnen pixelspezifischen LED-Moduls, auch zwischen den Ansteuerpulsen erhalten bleibt. Zur Bestromung dient dabei nicht das Ansteuersignal – wie beim Stand der Technik –, sondern eine zentrale Regelschaltung, die die Lichtstärke für die gesamte Matrixplatte vorgibt.
Gemäß Anspruch 2 ist der Pixelspeicher als statischer Speicher ausgebildet. Dabei bleibt der Pixelzustand, d. h. bestromt oder nicht bestromt, auch bei ausbleibender Ansteuerung erhalten. Vorzugsweise ist dazu jeder Pixel oder Licht-Punkt mit einem 1 Bit D-Flipflop ausgestattet. Das Taktsignal des D-Flipflop wird aus dem Spaltensignal und dem Spaltentakt der Matrixansteuerung gebildet. Bei Ansteuerung einer Spalte wird das zu dieser Spalte gehörende Zeilenmuster gespeichert. Durch die statische Speicherung muss die Ansteuerung nur bei Wechsel des Symbols aktualisiert werden.
Alternativ kann der Pixelspeicher gemäß Anspruch 3 als dynamischer Speicher ausgebildet sein. Bei der dynamischen Speicherung muss die Ansteuerung periodisch wiederholt werden, da der Ansteuerzustand andernfalls gelöscht wird. Bei dieser Speichervariante kann eine Kondensatorschaltung verwendet werden. Gegenüber der statischen Speicherung ergibt sich eine Vereinfachung der Bauteile. Vorteilhaft ist darüber hinaus, dass auch die Spannungspegel freier wählbar sind. Da der Kondensator seine Ladung mit der Zeit verliert, muss der Ladezustand jedoch zyklisch aktualisiert werden.
Gemäß Anspruch 4 ist vorgesehen, dass der Pixelspeicher zweikanalig ausgebildet ist, wobei die Kanäle einem positiven oder einem negativen Pfad des LED-Moduls zugeordnet sind. Durch die getrennte Ansteuerung der High- und der Low-Seite des LED-Moduls ergibt sich eine sehr sichere Ansteuerung jedes einzelnen Pixels, wobei die Fehleroffenbarung vereinfacht wird.
Dabei ist gemäß Anspruch 5 vorgesehen, dass der Pixelspeicher eine Transistorschaltung zur Potentialangleichung der beiden Kanäle aufweist. Die Spannungsebenen der Matrixansteuerung für jeden einzelnen Pixel und der Lichtstärkregelung für die gesamte Matrixplatte können dadurch einfacher getrennt werden.
Vorzugsweise ist die Schaltung zur Regelung der Lichtstärke gemäß Anspruch 6 als PWM-Pulsweitenmodulation-Schaltung ausgebildet, welche Schaltungsmittel aufweist, durch die das PWM-Signal mit einem zeitlichen Versatz zu einer Spaltensequenz der Matrixansteuerung erzeugbar ist. Die Spaltenanordnung der LED-Module in einer Parallelschaltung führt zu starken Lastschwankungen im Verlauf des PWM-Signals. Um einen hohen Aufwand für die Entstörung und für die Lichtstärkeregelung zu vermeiden, wird das PWM-Signal mit zeitlichem Versatz zu der Spaltensequenz erzeugt. Lastschwankungen werden auf diese Weise erheblich verringert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Matrixplatte mit angesteuertem Symbol 12,
2 eine Pixelverschachtelung auf einer Matrixplatte zur Visualisierung verschiedener Symbole,
3 eine Zeilen- und Spaltenanordnung von Pixeln einer Matrixplatte,
4 eine schematische Darstellung einer Matrixplatte mit erfindungsgemäßen Pixelspeichern,
5 eine Schaltung für einen statischen Pixelspeicher,
6 Signalverläufe für 5 im Vergleich mit herkömmlicher Matrixansteuerung,
7 eine Schaltung für einen dynamischen Pixelspeicher,
8 Signalverläufe für 7 im Vergleich mit herkömmlicher Matrixansteuerung,
9 Schaltungsvarianten zu 5 und 7,
10 ein Schaltungsprinzip für eine Lichtstärkeregelung und
11 ein Funktionsschema zu 10.
Ausgehend von den oben erläuterten 1 bis 3 zeigt 4 eine Matrixplatte mit Zeilendaten 1 und Spaltensequenz 2 sowie einer Pixelbeschaltung 3 in vergrößerter Darstellung. Die Spaltensequenz 2 wird durch einen Dezimalzähler erzeugt, welcher nacheinander die einzelnen Spalten ansteuert. Die Zeilendaten beinhalten für jede Spalte die entsprechend dem darzustellenden Symbol vorgesehenen Ansteuerzustände von LED-Modulen 4, die die einzelnen Pixel des Symbols bilden. In der Vergrößerung ist ersichtlich, dass das LED-Modul 4 mit einem Pixelspeicher 5 verbunden ist, dem eine Logik 6 vorgeschaltet ist, welche für jedes LED-Modul 4 entsprechend seiner Anordnung in der Zeile 7 und in der Spalte 8 Ansteuersignale erzeugt. Der Pixelspeicher 5 ermöglicht die spaltensequenzunabhängige Bestromung der LED-Module 4, so dass die erreichbare Lichtstärke des darzustellenden Symbols erheblich größer als bei herkömmlicher Ansteuerung ohne Pixelspeicher 5 ist.
Die Realisierung des Pixelspeichers 5 kann statisch oder dynamisch erfolgen. Die 5 und 6 veranschaulichen eine statische Pixelspeicherung. Bei dieser Ausführungsform bleibt der Pixelzustand, d. h. bestromt oder unbestromt, auch bei ausbleibender Ansteuerung erhalten. Zur Bestromung dient nicht mehr – wie beim Stand der Technik – das Ansteuersignal, sondern ein PWM-Signal 9 einer zentralen Regelschaltung. Die Ansteuerung erfolgt über zwei unabhängige Kanäle A und B, welche die High- und die Low-Seite des LED-Moduls 4 beaufschlagen. Der Pixelspeicher 5 besteht im Wesentlichen aus einem 1 Bit D-Flipflop 10, dessen Taktsignaleingang einen Spaltentakt 11 bildet. Der Spaltentakt 11 ergibt sich aus einer UND-Verknüpfung 12 eines Ansteuertaktes 13 mit der Spaltensequenz 2. Die Zeilendaten jeder einzelnen Spalte ergeben als Zeichensatz einen Spalteninhalt 14, welcher den Dateneingang des taktflankengesteuerten D-Flipflops 10 bildet.
6 zeigt das Timing für die sukzessive Ansteuerung von vier Spalten S0, S1, S2 und S3. Die einzelnen Spalten sind dabei durch ihre Spaltendaten 14 gekennzeichnet, welche jeweils die Zeilendaten für jede einzelne Spalte repräsentieren und synchron zur Spaltensequenz 2 ausgegeben werden. Es ist ersichtlich, dass die Spaltenzustände 15 durch den D-Flipflop 10 gespeichert werden und bis zu ihrer Erneuerung entsprechend dem Spaltentakt 11 erhalten bleiben. Demgemäß bleibt auch die lichtstärkegeregelte Bestromung durch das PWM-Signal 9 erhalten. Im Gegensatz dazu erfolgt bei der herkömmlichen Matrixansteuerung durch deren Lückenhaftigkeit auch nur eine lückenhafte Bestromung der einzelnen LED-Module 4, wie die untere Signalfolge in 6 anhand der Spaltenzustände 15.1 zeigt. Durch die lückenhafte Ansteuerung wird die erreichbare Lichtstärke des jeweiligen Pixels bei herkömmlicher Ansteuerung reduziert.
Bei einer dynamischen Ansteuerung, die in den 7 und 8 veranschaulicht ist, erfolgt die Speicherung des Pixelzustandes in einem Kondensator 16. Der Pixelspeicher 5 ist dabei nach Art eines DRAM – Dynamic Random Access Memory – aufgebaut. Der Kondensator 16 wird entsprechend der Spaltensequenz 2 geladen und ausgelesen. Der Speicherinhalt ist flüchtig, d. h. die gespeicherte Information geht bei fehlender Wiederauffrischung verloren.
Die zyklische Aktualisierung des Ladezustandes ist in 8 dargestellt. Durch die Tiefpasseigenschaften des dynamischen Pixelspeichers ist die Erzeugung eines Spaltentaktes aus Ansteuertakt 13 und Spaltensequenz 2 nicht erforderlich.
9 zeigt eine Variante des Pixelspeichers 5 zur statischen Speicherung mit D-Flipflop 10 und zur dynamischen Speicherung mit Kondensator 16, bei der zwischen den beiden Kanälen A und B zusätzlich eine Transistorschaltung 17 vorgesehen ist. Durch die Transistorschaltung 17 werden die unterschiedlichen Potentiale, die in den beiden Kanälen A und B die Bezugsebene für den negativen und den positiven Pfad des LED-Moduls 4 bilden, angeglichen. Dadurch ergibt sich eine einfachere Trennung der Spannungsebenen für die Matrixansteuerung und die PWM-Speisung der Matrixplatte.
Vorzugsweise wird das PWM-Signal 9 für die einzelnen Spalten zeitlich versetzt zur Spaltensequenz 2 erzeugt, wie 10 anhand einer PWM-Signalerzeugung 18 für vier Steuerleitungen P0, P1, P2 und P3 zeigt. Die PWM-Speisung 19 für jede einzelne Spalte S0, S1, S2 und S3 wird dabei mit zeitlichem Versatz zur Spaltensequenz 2 getriggert. Lastschwankungen im Verlauf des PWM-Signals 9 aufgrund der Parallelschaltung der LED-Module 4 werden dadurch verringert.
Die Ansteuerung wird vereinfacht, indem die Anzahl der PWM-Abstufungen, d. h. die Anzahl der Lichtstärke-Abstufungen an die Anzahl der sequenzweise anzusteuernden Spalten angeglichen wird.
11 zeigt die Erzeugung des PWM-Signals 9 für acht Spalten S0 bis S7 und acht PWM-Steuerleitungen P0 bis P7 für eine Lichtstärke von 25% und 87,5%, wobei ein konstanter zeitlicher Versatz zwischen PWM-Signal 9 und Spaltensequenz 2 auf einfache Weise realisierbar ist.

Claims

Symbolanzeiger, insbesondere für schienengebundene Verkehrswege, mit LED-Modulen (4) für die pixelweise Visualisierung des Symbols, wobei die LED-Module (4) auf einer Matrixplatte angeordnet sind und mittels einer Matrixansteuerung ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes LED-Modul (4) mit einem Pixelspeicher (5) zur Speicherung des Ansteuerzustandes des LED-Moduls (4) verbunden ist und dass eine Schaltung zur Regelung der Lichtstärke der LED-Module (4) vorgesehen ist.
Symbolanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pixelspeicher (5) als statischer Speicher ausgebildet ist.
Symbolanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pixelspeicher (5) als dynamischer Speicher ausgebildet ist.
Symbolanzeiger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pixelspeicher (5) zweikanalig ausgebildet ist, wobei die Kanäle (A und B) einem positiven und einem negativen Pfad des LED-Moduls (4) zugeordnet sind.
Symbolanzeiger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pixelspeicher (5) eine Transistorschaltung (17) zur Potentialangleichung der beiden Kanäle (A und B) aufweist.
Symbolanzeiger nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zur Regelung der Lichtstärke als PWM-Schaltung ausgebildet ist, welche Schaltungsmittel aufweist, durch die das PWM-Signal (9) mit einem zeitlichen Versatz zu einer Spaltensequenz (2) der Matrixansteuerung erzeugbar ist.