-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Datenübertragung bzw. eine Busstation
zur Datenübertragung
an ein Steuergerät
nach der Gattung der unabhängigen
Patentansprüche.
-
Aus
WO 2005/024749 A2 ist es bereits bekannt, Sensoren in einem Quasibus
an ein Steuergerät
anzuschließen.
Dabei wird die Datenübertragung der
Sensoren an das Steuergerät
durch die Energieaufnahme gesteuert. D. h. wenn der erste Sensor
Energie erhält,
sendet er seine Daten und schaltet dann nach einer vorgegebenen
Zeit an den nachfolgenden Sensor durch.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Datenübertragung
und die erfindungsgemäße Busstation
zur Datenübertragung
an ein Steuergerät
mit den Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche
haben dem gegenüber
den Vorteil, dass sie eine alternative Lösung anbieten, um Busstationen,
vorzugsweise in einem Quasibus, anzuordnen. Busstationen haben dadurch
den Vorteil, dass sie in zuverlässiger Art
und Weise eine Selbstnummerierung durchführen können. D. h. es ist nicht notwendig,
die Busstationen von vorne herein mit einer Adresse zu versehen,
sondern dies kann im Betrieb durchgeführt werden.
-
Vorteilhafter
Weise wird dies dadurch erreicht, dass eine jeweilige Busstation
immer nur Datenübertragungen
erkennt, die von nachfolgenden Busstationen stammen. D. h. eine nachfolgende
Busstation ist hinter der jeweiligen Busstation angeordnet im Hinblick
auf die Verbindung zum Steuergerät während eine
vorangehende Busstation näher
zum Steuergerät
ist. Weiterhin weisen die Busstationen auch Detektionsmittel auf
um ein Signal des Steuergeräts
zu detektieren. Mit einem Logikbaustein kann dann eine Busstation
in Abhängigkeit
von Signalen der Spannungsmessmittel und der Detektionsmittel erkennen,
ob die Busstation senden kann und wann. Dazu überträgt dann der Logikbaustein eine
Nachricht an die vorhergehende Busstation. Diese weiß dann,
dass sie näher
zum Steuergerät
angeordnet ist als die Busstation, die die Nachricht übertragen
hat und somit erst nach dieser senden kann.
-
Die
Busstationen sind hier vorzugsweise Sensoren, die für ein Personenschutzsystem
geeignet sind. Zu solchen Sensoren zählen Beschleunigungs- oder
Drucksensoren aber auch Sitzkraftsensoren, die in den einzelnen
Sitzen eingebaut sind. Hier ist es besonders vorteilhaft, einen
Bus zu nehmen, wobei bei einem Sitzkraftsensor auch eine hohe Datenübertragungsrate
nicht unbedingt notwendig ist.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
und die erfindungsgemäße Busstation
sind vorliegend bei einem Quasibus angewendet, d.h. die Datenübertragung
geschieht nur von den Busstationen zum Steuergerät und nicht umgekehrt: sie
ist demnach unidirektional. Das Steuergerät überträgt lediglich die Energie und
gegebenenfalls einen Synchronimpuls.
-
Durch
die in den abhängigen
aufgeführten Maßnahmen
und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der in den
unabhängigen
Patentansprüchen
angegebenen Vorrichtung zur Datenübertragung bzw. Busstation
zur Datenübertragung
an ein Steuergerät
möglich.
-
Besonders
vorteilhaft ist, dass die Spannungsmessmittel einen Widerstand aufweisen,
der in die Leitung geschaltet ist, an die das Steuergerät und alle
Busstationen angeschlossen sind. Über diesen Widerstand kann
dann die jeweilige Busstation mitlauschen, welche Daten über die
Leitung überragen werden.
Dabei kann die Busstation jedoch nur solche Daten hören, die
von nachfolgenden Busstationen an das Steuergerät übertragen wurden. Eine Rückwirkung
von gesendeten Daten auf die nachfolgenden Busstationen ist nicht
vorgesehen. Dazu sind dann die Eingänge des Logikbausteins der
nachfolgenden Busstation hochohmig ausgeführt.
-
In
einer besonderen Ausgestaltung überträgt die jeweilige
Busstation die Nachricht mittels Mitteln zur Hochfrequenzübertragung.
Dies hat den Vorteil, dass durch eine Hochfreguenzübertragung
es einfach ist, den Empfang auf die vorangehende Busstation zu beschränken, denn
die vorangehende Busstation kann dann vorteilhafter Weise Filter
aufweisen, beispielsweise einen Tiefpass, um die hochfrequente Nachricht
für die
nachfolgenden Busstationen zu sperren. Neben einem Tiefpass sind
auch andere Filtertypen wie Bandpass oder Bandsperre möglich.
-
Die
Detektionsmittel reagieren vorteilhafter Weise entweder auf eine
Energiebereitstellung oder einen Synchronimpuls des Steuergeräts. Die
Energiebereitstellung erfolgt meist durch die Bestromung der Leitung
durch das Steuergerät,
wobei dann die einzelnen Busstationen zur Übertragung diesen Strom modulieren.
Es sind jedoch auch andere Energieversorgungskonzepte möglich, wie
beispielsweise über
eine zusätzliche
Energieübertragungsleitung. Die
Detektionsmittel können
vorteilhafter Weise auch auf einen Synchronimpuls des Steuergeräts reagieren,
indem sie diesen Synchronimpuls, beispielsweise anhand einer hohen
Amplitude und/oder einer Frequenz detektieren können.
-
Anstatt
einer hochfrequenten Übertragung ist
es vorteilhafter Weise auch möglich,
dass die jeweilige Busstation ihre Nachricht in einem Manchester-Protokoll überträgt. Damit
können
jedoch alle vorhergehenden Busstationen diese Nachricht hören. Daher
ist es dann notwendig, dass die Busstationen eine Bestätigung senden,
sodass die vorhergehenden Busstationen erkennen, ob sie direkt vor
der ursprünglich
sendenden Busstation platziert sind oder ob noch weitere Busstationen
dazwischen angeordnet sind. Damit ist dann gewährleistet, dass nur die Busstation
ihren nächsten
Sendeplatz erkennt, die direkt nach der Nachricht übertragenden
Busstation angeordnet ist.
-
Zeichnung
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 ein
Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Busstation bzw. erfindingsgemäßen Vorrichtung,
-
2 ein
weiteres Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Busstation,
-
3 ein
ersten Stromzeitdiagramm,
-
4 ein
ersten Spannungszeitdiagramm,
-
5 ein
zweites Stromzeitdiagramm,
-
6 ein
zweites Spannungszeitdiagramm,
-
7 ein
drittes Stromzeitdiagramm,
-
8 ein
drittes Spannungszeitdiagramm,
-
9 ein
viertes Stromzeitdiagramm und
-
10 ein
viertes Spannungszeitdiagramm.
-
Beschreibung
-
1 erläutert in
einem Blockschaltbild die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. die erfindungsgemäße Busstation.
Im unteren Teil der 1 ist mit dem Bezugszeichen 11 das
Steuergerät
bezeichnet. An diesem Steuergerät 11 sind
in Reihe geschaltet drei Sensoren 12, 13 und 14.
Diese sind hier in einem Bus an das Steuergerät 11 angeschlossen.
Die Sensoren 12, 13 und 14 als Busstationen
sind nicht im Hinblick auf die Busadresse vorprogrammiert, sodass
es im Betrieb festgestellt werden muss, wann die jeweilige Busstation
ihre Daten an das Steuergerät 11 senden
darf. Eine einzelne Busstation, hier die Busstation 13,
die aber baugleich zu den Busstationen 12 und 14 ist,
ist über
der Anordnung der Vorrichtung als Schaltbild herausgestellt. Dabei
ist zwischen einem ersten Eingangsschluss 7 und einem zweiten Eingangsschluss 8,
wobei der Eingangsschluss 8 an der Masseleitung ist und
der Eingangsschluss 7 an der positiven Leitung, ein Kondensator 1 angeordnet, der
vom Eingang 7 her hochfrequente Signale herausfiltern kann
und dies auch für
Signale, die über den
hinteren Eingang 9 von nachfolgenden Busstationen kommen.
Denn der Kondensator 1 bildet mit dem Widerstand 2,
der in die Busleitung zwischen den Anschlüssen 7 und 9 eingeschaltet
ist, einen Tiefpass. Parallel zum Kondensator 1 ist ein
Widerstand 3.1 und ein Kondensator 3.2 zwischen
den Anschlüssen 7 und 8 vorgesehen.
Diese Baugruppe 3 dient zur Erkennung eines Synchronisationsimpulses des
Steuergeräts 11.
Auch hier bilden der Kondensator 3.2 und der Widerstand 3.1 einen
Tiefpass, wobei über
dem Widerstand 3.1 ein Komparator 3.3 angeschlossen
ist, wobei der Messwert zum Zeitpunkt des Synchronisationsimpulses
festgehalten werden soll und an den Logikbaustein 6.1 übertragen
wird. Daher ist der Komparator 3.3 über seinen Ausgang an den Logikbaustein 6.1 angeschlossen.
Das Sensorelement 6.2 wird vom Logikbaustein 6.1 ausgewertet und überwacht.
Der Logikbaustein 6.1 steuert auch eine Stromsenke 6.3,
mit der der Strom auf der Leitung moduliert wird. Damit kann dann
die Busstation 13 ihre Sensorwerte übertragen. Dazu ist die Stromsenke 6.3 zwischen
den Abschlüssen 7 und 8 angeschlossen.
Nach dem Widerstand 2 ist eine Schaltung zur Erkennung
eines Hochfrequenzsignals einer nachfolgenden Busstation vorgesehen.
Diese Detektionsschaltung 5 weist einen Kondensator 5.1 auf, der
an dem Widerstand 2 angeschlossen ist und einer HF-Leistungsmessung 5.2.
Zur HF-Leistungsmessung ist beispielsweise ein Bolometer vorgesehen.
Der Kondensator 5.1 dient als Kopplungskondensator. Der
Baustein 5.2 ist zur Übermittlung
des erkannten HF-Signals an den Logikbaustein 6.1 angeschlossen.
Zur Messung der Spannung über
dem Widerstand 2, also ob nachfolgenden Busstationen Daten übertragen,
ist ein Komparator 6.4 vorgesehen, der daher mit den Eingangsschlüssen 9 und 7 verbunden
ist, um die Spannung über
dem Widerstand 2, der zwischen diesen beiden Anschlüssen vorgesehen
ist, zu messen. Um auch den Eingang 9 des Sensors 13 gegen Überspannungen
zu schützen,
und zwar ohne zusätzliche
kapazitive Last, könnte
man eine ESD-Schutzschaltung 4,
bestehend aus dem Widerstand 4.1 und dem Kondensator 4.2, einfügen.
-
Die
Selbstnummerierung funktioniert nach folgendem Prinzip:
Die
Spannung auf der Leitung, also auf dem Bus wird eingeschaltet. Alle
Sensoren 12, 13, 14 messen den Spannungsabfall über den
Widerstand 2. Nur bei Sensor 14 ist kein Spannungsabfall
zu detektieren. Dieser Sensor 14 ist dann der erste Sensor,
der sendet. Dass hier kein Spannungsabfall zu sehen ist, ergibt
sich aus dem Schaltbild aus 1.
-
Nach
dem Widerstand 2 hat der Strom keine Möglichkeit zu fließen, sodass
der Widerstand 2 des Sensors 14 nicht durchflossen
wird. Der Sensor 14 ist dann der erste Sensor, der sendet.
Demnach ist dann der nachfolgende Sensor 13 der zweite
Sensor, der sendet. Dies teilt Sensor 14 dem Sensor 13 mit
Hilfe eines hochfrequenten Signals mit. Dieses Signal erzeugt der
Sensor 14 mit der eigenen Stromsenke 6.3. Nur
der nachfolgende Sensor 13 kann das Signal mit Hilfe der
HF-Detektion 5, bestehend aus dem Kopplungskondensator 5.1 und
der HF-Leistungsmessung 5.2, erkennen. Für die weiteren
Sensoren, hier Sensor 12 ist dieses Signal nicht vorhanden,
da es durch den Tiefpass, bestehend aus dem Widerstand 2 und dem
ESD-Schutzkondensator 1, gefiltert wird. Die Nummerierung
von Sensor 12 erfolgt dann jedoch analog. Dabei kann Sensor 14 dem
Sensor 13 mitteilen, dass der Sensor 14 der erste
ist, der sendet Nachdem die Sensoren nummeriert sind, findet die Kommunikation
wie folgt statt: Sensor 14 startet die Kommunikation, dann
hängt sich
Sensor 13 dran. Als letzter Sensor sendet Sensor 12 seine
Botschaft. Dies ist im Logikbaustein 6.1 codiert.
-
Diese
Lösung
ist auch möglich,
wenn mit einem Synchronisationsimpuls gearbeitet wird. Alle Sensoren
erkennen den Synchronisationsimpuls mit Hilfe der Synchronpulserkennung 3,
bestehend aus dem Tiefpass 3.1, 3.2 und einer
Komparatorschaltung 3.3 und frieren den Messwert zum Synchronisationszeitpunkt
ein. Dann überträgt wiederum
Sensor 14 seine Botschaft und die anderen Sensoren hängen sich
an. Um den Eingang 9 des Sensors gegen Überspannungen zu schützen, und
zwar ohne kapazitive Last, kann man wie oben dargelegt, die Schutzschaltung 4 vorsehen.
-
Es
ist möglich,
die Selbstnummerierung ohne ein Hochfrequenzsignal durchzuführen. Dabei erkennt
der Sensor 14 nach dem Einschalten in der oben beschriebenen
Weise, dass keine Spannung über
seinen Widerstand abfällt
und startet die Nummerierung und sendet die Nummer 2 in einem Manchester-Protokoll.
Die Sensoren 13 und 12 erkennen dies und antworten
mit einer Bestätigung.
Sensor 12 erkennt die Bestätigung von 13 und
löscht
seine Nummerierung wieder. Bei Sensor 13 ist kein Bestätigungssignal
von anderen Sensoren zu erkennen und somit nimmt der Sensor 13 die
Nummerierung 2 an. Danach sendet der Sensor die Nummerierung 3. Jetzt
kann nur noch Sensor 12 die Nummerierung messen und sendet
seine Bestätigung.
Diese wird nur noch vom Steuergerät empfangen. Da Sensor 13 die
eigene Bestätigung
nicht messen kann, ist seine Nummerierung bestätigt und es wird die Nummer
3 eingetragen.
-
2 zeigt
in einem weiteren Blockschaltbild die erfindungsgemäße Vorrichtung
und die erfindungsgemäßen Busstationen.
Ein Steuergerät
SG ist über
zwei Leitungen mit Busstation 12 verbunden. Die untere
Leitung ist an Masse angeschlossen. Die obere Leitung führt zum
einen an einen Widerstand R200 und zu einer Stromquelle 202,
sowie einem Logikbaustein 201. Der Logikbaustein 201 ist
auch auf der anderen Seite mit der weiteren Seite des Widerstands
R200 verbunden. Die Stromquelle 202 ist auf der anderen
Seite mit der mit Masse verbundenen Leitung verbunden. Die nachfolgenden
Sensoren 13 und 14 sind gleichermaßen aufgebaut.
Wobei im Sensor 13 der Widerstand R203 in die obere Leitung eingefügt ist und
eine Stromquelle 204, die vom Logikbaustein 205 gesteuert
wird, zwischen der oberen und der unteren Leitung geschaltet ist.
Auch der Logikbaustein 201 steuert die Stromquelle 202.
Dadurch wird die Modulation erreicht, die auch im Sensor 14 der
Logikbaustein 208 an der Stromquelle 207 durchführt, die
ebenfalls zwischen oberer und unterer Leitung geschaltet ist. Um
den Spannungsabfall über dem
Widerstand R206 zu messen, sind zwei Leitungen jeweils um den Widerstand 206 zum
Logikbaustein 208 vorgesehen. Dies gilt auch für den Logikbaustein 205,
dessen Leitungen so geschaltet sind, dass die Spannung messbar ist,
die über
dem Widerstand R203 abfällt.
Dies gilt auch für
den Logikbaustein 201 der Busstation 12, sodass
die Spannung über
dem Widerstand R200 messbar ist.
-
Im
Folgenden wird nun anhand von Strom-, Zeit- und Spannungszeitdiagrammen
die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bzw. Busstation erläutert.
In 3 wird zunächst
vorausgesetzt, dass das Steuergerät SG auf die Leitung Energie,
also Spannung schaltet. Die Stromquellen liefern im unmodulierten
Zustand den Ruhestrom I0. Da die Eingänge der Logikbausteine 201, 205 und 208 so
beschaffen sind, dass sie hochohmig sind, also der Strom nicht zurückfließen kann,
sondern nur Richtung Steuergerät,
erhalten nur die vorangehenden Busstationen Strom von den nachfolgenden
Busstationen. 3 erläutert in einem Stromspannungszeitdiagramm,
dass der Sensor 14, über
dessen Widerstand R206 keine Spannung zu messen ist, ein Signal,
das in 3 zu sehen ist. Dieses Signal fällt über die
Widerstände
R200 und R203 ab. Die gemessene Spannung wird in 4 dargestellt.
Der Spannungsverlauf 400 fällt über dem Widerstand R200 ab,
während
der Spannungsverlauf 401 über dem Widerstand R203 abfällt. Die
Signale sind parallel zueinander verschoben, da über den Widerstand R200 zweimal
der Ruhestrom der Sensoren 13 und 14 läuft und über den
Widerstand R203 lediglich der Ruhestrom des Sensors 14.
Die Spannung über
dem Widerstand R206 entspricht der Abszesse und ist mit 402 gekennzeichnet.
-
5 erläutert nun,
dass die Sensoren 12 und 13 ein Nummerierungssignal
des Sensors 14 erkennen und senden ihre Bestätigung mit
einer Strommodulation, also ein Acknowledgement. Der Sensor 14 hat
sich selbst als Nummer 1 nummeriert. Das Acknowledgement ist hier
mit 4 Pulsen dargestellt. Entsprechend fällt gemäß 6 die Spannung
an den Widerständen
ab. Am Widerstand R200 fällt
die Spannung 601, am Widerstand R203 die Spannung 600 und
die Spannung 602 am Widerstand R206 ab. Hier zeigt sich,
dass lediglich über
dem Widerstand R200 das modulierte Signal 601 gemessen
wird. Damit erkennt lediglich der Sensor 12, dass der Sensor 13 eine
Bestätigung
geschickt hat. Der Sensor 13 dagegen erkennt, dass kein
Sensor mehr eine Bestätigung
geschickt hat, sodass sich der Sensor 13 als die Nummer
2 nummeriert. Der Sensor 13 sendet dann entsprechend 7 sein
Signal 700, dass er der zweite ist. Damit fallen gemäß 8 an
den Widerständen
wiederum ab die Signale 800, 801 und 802, wobei
lediglich über
dem Widerstand R200 ein moduliertes Signal abnehmbar ist. Nunmehr
erkennt, anhand des Nummerierungssignals und sendet wiederum eine
Bestätigung.
Die Sensoren 13 und 14 sind damit nummeriert.
Die Bestätigung
wird in 9 anhand des Signals 900 dargestellt.
Es fallen die entsprechenden Spannungen gemäß 10 ab,
nämlich
lediglich Gleichspannungen. Damit kann dann der Sensor 12 sich
als dritter nummerieren und das Steuergerät SG weiß, dass die Nummerierung abgeschlossen
ist.