DE60032014T2

DE60032014T2 - Flexible zündervorrichtung

Info

Publication number: DE60032014T2
Application number: DE60032014T
Authority: DE
Inventors: Sune Hallin; Jan Westberg; Elof Jönsson
Original assignee: Dyno Nobel Sweden AB
Current assignee: Dyno Nobel Sweden AB
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2020-12-07
Also published as: US20050183608A1; ATE346275T1; RU2257539C2; DE60032014D1; US7146912B2; SE515382C2; US20030101889A1; NO20022672D0; EP1238242A1; KR20020067914A; JP2003530536A; AU764058B2; ZA200203441B; SE9904461D0; EP1238242B1; MXPA02005607A; CZ20021932A3; NZ519124A; HK1046307A1; US6837163B2

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sie im Allgemeinen auf das Zünden von Sprengladungen. Im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein flexibles elektronisches Zündersystem und zugehörige elektronische Zünder.
Hintergrund der Technik
Zünder, in denen Verzögerungszeiten, Aktivierungssignale etc. elektronisch gesteuert werden, werden im Allgemeinen in die Kategorie elektronischer Zünder eingeordnet. Elektronische Zünder weisen gegenüber herkömmlichen pyrotechnischen Zündern mehrere erhebliche Vorteile auf. Die Vorteile umfassen vor allem die Möglichkeit, die Verzögerungszeit des Zünders zu ändern oder „umzuprogrammieren" und kürzere und genauere Verzögerungszeiten als bei herkömmlichen, pyrotechnischen Zündern zuzulassen. Einige Systeme mit elektronischen Zündern ermöglichen außerdem eine Signalgabe zwischen den Zündern und einer Steuereinheit.
Elektronische Zünder und elektronische Zündersysteme nach dem Stand der Technik sind jedoch durch gewisse Beschränkungen und Probleme beeinträchtigt.
Ein Zündersystem muss leicht und flexibel zu bedienen sein, und das Risiko einer falschen Anwendung muss auf ein Minimum reduziert sein. Gleichzeitig besteht ein Bedarf an flexiblen elektronischen Zündersystemen mit einer Möglichkeit einer genauen Funktions- und Statusprüfung, die Hochauflösung und zuverlässige Verzögerungszeiten sowie eine stetige Überwachung des Zustands jedes Zünders ermöglichen. Zünder, die in einem solchen System enthalten sind, sollten kostengünstig sein, da sie zwangsläufig Einwegartikel sind.
Eine Schwierigkeit elektronischer Zündersysteme nach dem Stand der Technik ist, dass es häufig erforderlich war, einerseits die Funktionalität des Systems in Bezug auf Steuerfähigkeiten und andererseits die Kosten eines in dem System enthaltenen Zünders abzuwägen.
Elektronische Zündersysteme nach dem Stand der Technik weisen außerdem eine Beschränkung in Bezug auf die Vorbereitung des Zünders auf, die zeitintensiv war, was bedeutet, dass die Anzahl der Zünder, die an ein und dasselbe System angeschlossen werden konnte, in der Praxis begrenzt war. Die Anzahl der Zünder in ein und demselben System war außerdem aufgrund der Tatsache begrenzt, dass in einem System mit vielen Zündern zu hohe Signalpegel für die Kommunikation benötigt wurden. Je mehr Zünder in dem System enthalten waren, desto schwieriger wurde es, mit dem „letzten" Zünder zu kommunizieren.
US-A-4.674.047 legt ein Zündsystem offen, das ein Zündpult und eine Anzahl von Zündern umfasst, wobei jeder Zünder eine integrierte Verzögerungsschaltung aufweist. Die integrierte Verzögerungsschaltung umfasst eine programmierbare logische Anordnung oder einen Mikroprozessor zum Verarbeiten von Befehlen, die von der Zündkonsole zum Setzen einer Zeitverzögerung und zum Bereitstellen eines Zündsignals gesendet werden. Das Zündpult empfängt durch die Zünder Antworten auf die Befehle. Die Kommunikation findet in serieller digitaler Form statt. Diese Veröffentlichung wird für den Oberbegriff des Hauptanspruchs 1 zugrunde gelegt.
US-A-4.537.131 legt ein Zündersystem offen, das aus einer Steuereinheit und einer Anzahl von Mehrkanal-Zündern (multi-channel exploders – MCEs) besteht. Jeder MCE verfügt über eine Anzahl von Ausgabekanälen, die einzeln durch den MCE gesteuert werden. An jeden MCE ist eine Magnadet-Zündschaltung angeschlossen. Jede Magnadet-Zündschaltung umfasst Schalttechnik, durch die eine Anzahl von elektrischen Standardzündern an die Magnadet-Zündschaltung angeschlossen ist. Sowohl die Steuereinheit als auch jeder MCE verfügen über einen Mikrocomputer oder Prozessor. Kommunikation zwischen der Steuereinheit und den MCEs findet (in beiden Richtungen) mit Hilfe von frequenzumgetasteter Datenkommunikation statt. Es findet keine Kommunikation zwischen der Steuereinheit und den elektrischen Standardzündern statt.
Übersicht über die Erfindung
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines elektronischen Zündersystems, das Flexibilität, Sicherheit und Zuverlässigkeit aufweist, was dazu führt, dass die Beschränkungen und Probleme des Verfahrens nach dem Stand der Technik im Wesentlichen vermieden werden. Dieses Ziel bezweckt, ein elektronisches Zündersystem bereitzustellen, dessen „Intelligenz" in einer wieder verwendbaren Steuereinheit zu fin den ist, während seine Zünder möglichst eine einfache und kostengünstige Gestaltung aufweisen.
Nach der Erfindung wird Steuerung möglichst mit Hilfe einer Steuereinheit ausgeführt, die an ein elektronisches Zündersystem angeschlossen ist und die in der Lage ist, komplexe Signale an eine Anzahl von elektronischen Zündern zu senden, um ihren Zustand zu prüfen und ihre Funktion zu steuern. Von den Zündern stammende Signale haben jedoch vorzugsweise die einfachstmögliche Form.
Das oben angegebene Ziel wird mit Hilfe der Merkmale erreicht, die aus den beigefügten Ansprüchen ersichtlich werden. Die vorliegende Erfindung umfasst ein elektronisches Zündersystem und einen elektronischen Zünder, der in dem Zündersystem enthalten ist.
Daher stellt die vorliegende Erfindung nach Anspruch 1 ein elektronisches Zündersystem bereit, das eine Steuereinheit, eine Vielzahl von elektronischen Zündern und einen Bus umfasst, der die Zünder mit der Steuereinheit verbindet, wobei jeder elektronische Zünder eine Anzahl von Flags umfasst, die einen von zwei möglichen Werten annehmen können, wobei jedes Flag einen Unterzustand des jeweiligen elektronischen Zünders anzeigt und zumindest ein Flag davon seinen Wert auf Basis einer internen Bedingung in dem elektronischen Zünder erhält, wobei eine zweite Untergruppe der Flags so eingerichtet ist, dass sie intern in dem Zünder gesetzt werden, die Flags von der Steuereinheit gelesen werden können und die Steuereinheit so eingerichtet ist, dass sie mittels des Lesens der Flags den Zustand des jeweiligen elektronischen Zünders prüft und die von den Flags gegebenen Informationen zum Steuern des Betriebs des elektronischen Zünders verwendet, wobei Kommunikation in der Richtung weg von der Steuereinheit zu den elektronischen Zündern mit Hilfe von durch die Steuereinheit auf dem Bus gesendeten digitalen Datenpaketen, die an einen oder mehrere Zünder adressiert sind, bereitgestellt wird, wohingegen Kommunikation in der Richtung weg von den elektronischen Zündern zu der Steuereinheit mit Hilfe von analogen Lastsignalen auf dem Bus bereitgestellt wird, wobei die analogen Lastsignale durch die Steuereinheit detektiert werden können und die analogen Lastsignale Antworten auf das Lesen der Flags sind.
Die Erfindung stellt darüber hinaus nach Anspruch 13 einen elektronischen Zünder für ein elektronisches Zündersystem bereit, wobei der Zünder eine Anzahl von Flags umfasst, die einen von zwei möglichen Werten annehmen können, wobei eine erste Untergruppe der Flags so eingerichtet ist, dass sie durch Steuersignale gesetzt werden, die von außen empfangen werden, wenn der Zünder an einen Systembus für elektronische Zünder angeschlossen ist, und eine zweite Untergruppe der Flags so eingerichtet ist, dass sie intern gesetzt werden, wobei jedes Flag einen Unterzustand des elektronischen Zünders anzeigt und zumindest ein Flag des Weiteren seinen Wert auf Basis einer internen Bedingung in dem Zünder erhält, die Flags von außen gelesen werden können, wenn der Zünder an einen Systembus für elektronische Zünder angeschlossen ist, wobei der Zünder so eingerichtet ist, dass er bei Empfang eines Flaglesesignals eines digitalen Datenpaketes von einem Systembus für elektronische Zünder ein analoges Flagwert-Antwort-Lastsignal ausgibt, wenn der Zünder an den Systembus angeschlossen wird, und dem Zünder jedweder Mikroprozessor oder jedwede Software fehlt.
Eine Erkenntnis, die die Grundlage der Erfindung bildet, ist, dass sich die Intelligenz" in einem elektronischen Zündersystem in einer zentralen, wieder verwendbaren Steuereinheit befinden kann. Eine solche Steuereinheit umfasst möglichst einen Mikroprozessor, Speichermedien, Software, eine Eingabeeinheit und eine Anzeigeeinheit und ist des Weiteren zweckmäßigerweise so eingerichtet, dass sie komplexe digitale Datenpakete an angeschlossene elektronische Zünder sendet.
Die an die Steuereinheit angeschlossenen Zünder werden möglichst völlig ohne die oben erwähnten Bestandteile gestaltet. Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Zünder mit elektronischer Schalttechnik ausgestattet, die so eingerichtet ist, dass sie auf Signale (digitale Datenpakete etc.) von der Steuereinheit antwortet. Demgegenüber braucht der Zünder keinerlei Mikroprozessoren oder Software zu enthalten. Es hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, dass der Zünder über solche Teile nicht verfügt, da ein Zünder, der zu eigenständig ist und komplizierte Funktionen aufweist, eine ungünstige Funktionsstörung zur Folge haben kann. Ein Zünder, der einen komplexen Aufbau aufweist, trägt darüber hinaus zu einem höheren Preis des Zünders bei.
Bei einem Zünder nach der Erfindung wird jedoch ein Typ Statusregister zusammengestellt, der verschiedene Zustandsparameter des Zünders anzeigt. Das Statusregister kann von der Steuereinheit gelesen werden, woraufhin Informationen bezüglich des Zustands des Zünders an die Steuereinheit übertragen werden.
Die Zustandsparameter des Statusregisters zeigen vorzugsweise einen von zwei möglichen Werten an, wobei diese Zustandsparameter anzeigen, ob eine bestimmte Bedingung in dem Zünder vorliegt. Aufgrund der „binären" oder zweiwertigen Beschaffenheit der Zustandsparameter werden diese häufig als „Flags" bezeichnet. Ein Unterschied im Vergleich zu dem Verfahren nach dem Stand der Technik besteht darin, dass diese Flags von der Steuereinheit gelesen werden können, statt nur durch interne Elektronik in den Zündern verwendet zu werden. Dieser Unterschied befindet sich in Übereinstimmung mit dem grundlegenden Wissen, dass sich die „Intelligenz" des Systems in der Steuereinheit befinden kann, wodurch es der internen Elektronik in den Zündern ermöglicht werden kann, sehr einfach zu sein.
Zumindest einige der Flags werden auf Basis der internen Bedingungen in den elektronischen Zündern gesetzt, wie zum Beispiel der Inhalt eines Registers oder die Spannung an einem Kondensator.
Wie oben betont, braucht der Zünder keine Datensignale oder digitalen Datenpakete an die Steuereinheit zu senden, sondern sendet stattdessen positive oder negative analoge Antwortsignale auf direkte Anfragenachrichten oder Fragen bezüglich des Zustands eines bestimmten Statusbits in dem Statusregister. Es wird folglich bevorzugt, dass die Zünder Antworten nur in Reaktion auf direkte Fragen von der Steuereinheit geben.
Ein Zünder soll auf eine direkte Anfrage möglichst nur „ja" oder „nein" antworten. In einer bevorzugten Ausführungsform geht diese Bedingung einen Schritt weiter, indem der Zünder eine positive Antwort gibt, indem er ein Lastsignal auf dem Bus gibt, der den Zünder mit der Steuereinheit verbindet, während er eine negative Antwort gibt, indem er es unterlässt, ein solches Lastsignal zu geben. Dies kann folglich so ausgedrückt werden, als ob ein Zünder nur in der Lage wäre, mit „ja" zu antworten. Falls die Antwort auf eine Anfragenachricht „nein" ist, bleibt der Zünder ruhig (d.h. er gibt kein Signal auf den Bus).
Selbst wenn für eine Antwort von einem Zünder bevorzugt wird, dass sie in Form eines Lastsignals auf dem Bus gegeben wird, ist eine beliebige andere Einwirkung auf den Bus möglich, wobei die Einwirkung durch die Steuereinheit detektiert werden kann. Es ist jedoch ein zentrales Merkmal der Erfindung, dass eine solche Einwirkung möglichst ein nicht-digitales, analoges Signal umfasst.
Die Steuereinheit kann darüber hinaus Befehle an die Zünder senden, die nicht zu von den Zündern gegebenen Antworten führen. Der Zweck solcher Befehle ist es zum Bei spiel, eine Verzögerungszeit zu übertragen, einen Zustandsparameter zurückzusetzen oder eine Zündung des Zünders zu initiieren.
Der Einsatz der oben erwähnten Signalgabe mit Hilfe von digitalen Datenpaketen ermöglicht darüber hinaus weitere vorteilhafte Funktionen. Das für die Datenpakete verwendete Datenformat wird in einer Weise gestaltet, die für diese Erfindung unikal ist. Aufgrund der Gestaltung des Datenformats wird eine Anzahl von Funktionen ermöglicht, die zuvor in elektronischen Zündersystemen nicht angeboten worden sind. Die Gestaltung des Datenformats und die dadurch hervorgerufenen Vorteile werden aus der folgenden genauen Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist jedem elektronischen Zünder bereits im Zusammenhang mit seiner Herstellung eine Identität oder Adresse gegeben worden. Diese Adresse ist so gestaltet, dass der Zünder in jeder praktischen Hinsicht als unikal betrachtet werden kann. Das verwendete Datenformat ist entsprechend der Zünderadresse entwickelt worden. Folglich kann jeder Zünder individuell mit Hilfe des Datenformats nach der Erfindung adressiert werden. Die Adressierung, d.h. das verwendete Datenformat nach der Erfindung, geschieht jedoch so, dass die Zünder auch global, semiglobal oder semiindividuell adressiert werden können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden adressierte Datenpakete folglich global oder semiindividuell für die gleichzeitige Übertragung einer Anfragenachricht oder eines Befehls (eines unbedingten Befehls) an eine Vielzahl von Zündern eingesetzt.
In einer Ausführung der Erfindung, bei der die Zünder so eingerichtet sind, dass sie nur positive Antworten geben, wird bevorzugt, dass globale Anfragenachrichten solcherart sind, dass eine positive Antwortnachricht nur von einem elektronischen Zünder oder wenigen elektronischen Zündern erwartet wird, wodurch die Anzahl der analogen Antwortsignale auf dem Bus auf ein Minimum reduziert wird. Um zum Beispiel einen Zustandsparameter (ein Flag) in dem Statusregister zu lesen, werden folglich zwei komplementäre Anfragen implementiert. Ein erster Befehl stellt die Anfrage vom Typ „Hat der angegebene Zustandsparameter den ersten von zwei möglichen Werten?", während ein zweiter Befehl die komplementäre Anfrage stellt „Hat der angegebene Zustandsparameter den zweiten von zwei möglichen Werten?"
Trotz der Tatsache, dass ein elektronischer Zünder nach der Erfindung nur ein einfaches Lastsignal (ein analoges Antwortsignal, das durch die Steuereinheit detektiert werden kann) auf dem Bus geben kann, wird ein sehr flexibles elektronisches Zündersystem bereitgestellt, in dem eine Vielzahl von Zuständen in den Zündern von einer Steuereinheit gelesen werden können. Mit Hilfe von Software in der Steuereinheit können die Zustandsparameter der Zünder auf viele unterschiedliche Weisen verwendet werden. Die Software der Steuereinheit steuert darüber hinaus, welche Befehle und/oder Anfragen an die Zünder gesendet werden sollen und wann diese gesendet werden sollen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinheit des Zündersystems mit einem stabilen und vergleichsweise exakten Taktoszillator ausgestattet, wohingegen jeder Zünder mit einem einfachen Systemtaktoszillator ausgestattet ist. Die absolute Frequenz des Systemtaktoszillators der Zünder darf unter den Zündern variieren. Es wird jedoch angenommen, dass diese Systemtaktoszillatoren zumindest während der Zeit, die zwischen einer Kalibrierung und einer darauf folgenden Zeitmessung vergeht, stabil genug sind, um einen zufrieden stellenden Betrieb zu erreichen.
Der Taktoszillator der Steuereinheit, in dieser Anmeldung häufig als externer Oszillator bezeichnet, wird einerseits zum Steuern verwendet, wenn verschiedene Befehle und/oder Anfragen auf dem Bus gesendet werden, und andererseits zum Kalibrieren des Systemtakts jedes Zünders. Wie oben betont, ist es wünschenswert, dass die Zünder so einfach und kostengünstig wie möglich gestaltet werden und daher die Taktgenauigkeit des Systems in der wieder verwendbaren Steuereinheit bereitgestellt wird. Diese Bedingung ist noch ein weiterer Ausdruck der Intelligenz" des Systems, die sich in den wieder verwendbaren Teilen findet statt in den Zündern, die aus nahe liegenden Gründen nur einmal verwendet werden können.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektronischer Zünder bereitgestellt, in dem eine Kalibrierung des Systemtakts des Zünders in Bezug auf den präzisen externen Taktoszillator in der Steuereinheit ausgeführt wird. Eine Kalibrierung der Verzögerungszeit kann gleichzeitig mit normalen Signalgebung und anderen, in dem System ablaufenden Vorgängen durchgeführt werden. Da die Zünder im Wesentlichen einen relativ einfachen Aufbau aufweisen, wird diese Kalibrierung durch einfaches Zählen von externen und Systemtaktsignalen jeweils von den externen und den Systemtaktoszillatoren ausgeführt. Das Signalgebungsformat des Systems ist auf eine solche Weise gestaltet, dass externe Kalibrierungssignale aus der normalen Signalgebung der Steuereinheit extrahiert werden können. Aufgrund der Tatsache, dass externe Kalibrierungssignale aus der normalen Signalgebung extrahiert werden, können Kommunikation zwischen der Steuereinheit und den Zündern und andere Vorgänge parallel zu der Kalibrierung durchgeführt werden. Dadurch wird die Zeit, bis die Zünder bereit sind, gezündet zu werden, minimiert.
Um eine hohe Auflösung und exakte Verzögerungszeiten bereitzustellen, wird eine Kalibrierung in einer bevorzugten Ausführungsform während mehrerer Sekunden ausgeführt. Eine Übertragung von Verzögerungszeiten auf an die Steuereinheit angeschlossene Zünder kann folglich parallel zu der Kalibrierung stattfinden. Dies kann ein großer Vorteil sein, zum Beispiel wenn eine sehr große Anzahl von Zündern angeschlossen ist (das System kann zum Beispiel bis zu 1000 Zünder auf dem gleichen Bus ermöglichen).
Nach der Erfindung wird darüber hinaus ein elektronischer Zünder bereitgestellt, der elektronische Schalttechnik umfasst, die eine Anzahl von Zustandsparametern (Flags) umfasst, die eine Anzahl von Unterzuständen des Zünders angeben. Diese Zustandsparameter können von der Steuereinheit des Systems mit Hilfe von digitalen Datenpaketen, die von der Steuereinheit gesendet werden, gelesen werden. Jeder Zustandsparameter gibt einen von zwei möglichen Zuständen an. Die Parameter, die den Zustand des Zünders angeben, haben folglich eine binäre Beschaffenheit, und daher werden diese Zustandsparameter, wie oben erwähnt, als „Flags" bezeichnet, da sie mit Hilfe von Flags einen bestimmten Zustand in dem Zünder anzeigen. Die Steuereinheit liest diese Zustandsparameter unter Verwendung von Anfragenachrichten, die vom Typ „Ja"/„Nein"-Anfragen sind.
Der Zünder umfasst darüber hinaus Mittel, um Antwortnachrichten auf dem Bus zu geben, die vorzugsweise in Reaktion auf eine früher empfangene Anfragenachricht gegeben werden. Aufgrund der Tatsache, dass die Anfragenachrichten so gestaltet werden, dass nur eine positive („ja") oder eine negative („nein") Antwort gegeben zu werden braucht, können die Antwortnachrichten eine sehr unkomplizierte Ausführung aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Zünder so eingerichtet, dass er nur positive Antwortnachrichten gibt, während negative Antworten indirekt durch den Zünder angegeben werden, indem er es unterlässt, überhaupt jegliche Antwort zu geben. Die Antwortnachrichten werden folglich als einfache analoge Lastsignale auf dem Bus gegeben. Das System (die Steuereinheit) ist nicht eingerichtet, um auf Basis nur eines Antwortsignals auf dem Bus festzustellen, ob ein oder mehrere Zünder gleichzeitig ein Antwortsignal gegeben haben. Auch braucht die Steuereinheit auf Basis nur eines Antwortsignals als solchem nicht festzustellen, welcher der angeschlossenen Zünder die Antwort gegeben hat. Tatsache ist, dass dies bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nicht festgestellt werden kann, da all die Zünder auf die gleiche Weise antworten. Da die Zünder bei einer bevorzugten Ausführungsform so eingerichtet sind, dass sie nur eine Art von Antwort (d.h. positive „Ja"-Antworten in Form von analogen Lastsignalen) geben, hat jede Anfragenachricht möglichst auch eine komplementäre Entsprechung.
Wie zuvor betont, kann jeder Zustandsparameter entweder durch eine Nachricht von dem Typ „Hat das Statusbit den ersten von zwei möglichen Werten?" oder durch ihr Komplement „Hat das Statusbit den zweiten von zwei möglichen Werten?" gelesen werden. Die Anfragenachrichten können folglich in einer solchen Weise gewählt werden, dass so wenige Antworten wie möglich von den Zündern erwartet werden. Die Art, auf die die Zünder arbeiten, ist eng damit verknüpft, wie die Steuereinheit Antwortsignale interpretiert und Anfragenachrichten (und andere Nachrichten) abgibt.
Eine Identifizierung der Adresse eines Zünders wird unter Verwendung des oben erwähnten Antwortsignals auf dem Bus ausgeführt. Die Steuereinheit stellt Anfragenachrichten mit Bezug auf jeweils ein Adressbit und liest folglich die Adresse (Identität) des Zünders. Es werden, wie oben beschrieben, möglichst zwei komplementäre Anfragenachrichten für jedes Adressbit verwendet. Dadurch, dass die Steuereinheit zuerst anfragt, ob jedes Bit ein binäres ist, und anschließend die komplementäre Anfrage bezüglich der Bits stellt, für die eine positive Antwort in der ersten Anfrageserie nicht erhalten worden war, wird Unzweideutigkeit in Bezug auf die Identität des Zünder erreicht.
Schließlich kann eine Anfrage mit Bezug auf all die registrierten binären Einsen der Adresse des Zünders und eine Anfrage mit Bezug auf all die binären Nullen der Adresse des Zünders als eine endgültige Kontrolle, dass die Adresse korrekt in der Steuereinheit registriert ist, gestellt werden.
Mit Hilfe eines Bitzeigers in der Anfragenachricht von der Steuereinheit können folglich ein oder mehrere Adressbits durch ein und dasselbe Datenpaket hervorgehoben werden.
Es wird richtig eingeschätzt werden, dass abhängig von der Weise, in der die Zünder Anfragenachrichten beantworten, eine Identifizierung (d.h. das Lesen der Adresse) jedes Zünders auf eine eindeutig definierte Weise ausgeführt werden muss. Dies wird aus der folgenden genauen Beschreibung einer Anzahl bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung offensichtlicher. Kurz gesagt, die Identifizierung wird möglichst durch Sicherstel len, dass jeweils ein einzelner Zünder Anfragen bezüglich einer Adresse beantwortet, ausgeführt.
Mit dem Ziel sicherzustellen, dass nicht mehr als ein nicht identifizierter Zünder an den Bus des Systems angeschlossen ist, wird ein tragbarer Nachrichtenempfänger eingesetzt. Wenn die Steuereinheit (Protokolleinheit) die Identifizierung eines Zünders abgeschlossen hat, wird eine Nachricht an den tragbaren Nachrichtenempfänger gesendet, dass der nächste Zünder an den Bus angeschlossen werden kann. Der tragbare Nachrichtenempfänger wird gewöhnlich von der Person getragen, die die Zünder physisch an den Bus anschließt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung können Nachrichten außerdem von dem tragbaren Nachrichtenempfänger an die Steuereinheit gesendet werden, wodurch der Steuereinheit (der Protokolleinheit) Informationen über mögliche Korrekturen gegeben werden können, wie zum Beispiel über einen Austausch eines Zünders durch einen anderen oder über einen Ausschluss eines der geplanten Zünder.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die folgende Beschreibung einer Anzahl von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird genauer durch die beigefügten Zeichnungen erläutert, für die gilt:
1 zeigt schematisch einige Teile, die in einem elektronischen Zündersystem enthalten sind,
2a und 2b sind schematische Ablaufdiagramme der Vorgänge, die von der Protokolleinheit durchlaufen werden, wenn Zünder an den Bus des elektronischen Zündersystems angeschlossen werden,
3a und 3b sind schematische Ablaufdiagramme von Vorgängen, die von der Schaltvorrichtung des Zünders durchlaufen werden, wenn Datenpakete initiiert (wenn eine Spannung angelegt wird) und empfangen werden,
4 stellt ein schematisches Schaltbild der Schaltvorrichtung des elektronischen Zünders dar,
5 ist ein schematisches Schaltbild einer Implementierung eines allgemeinen Flags in einem elektronischen Zünder, und
6 stellt ein schematisches Schaltbild einer Implementierung eines bestimmten Flags in einem elektronischen Zünder dar.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Im Folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung genauer beschrieben.
1 zeigt eine Anzahl von Systemeinheiten, die in einem elektronischen Zündersystem enthalten sind. Eine bevorzugte Ausführungsform eines elektronischen Zündersystems nach der Erfindung umfasst eine Vielzahl von elektronischen Zündern 10, die über einen Bus 13 an eine Steuereinheit 11 bzw. 12 angeschlossen sind. Der Bus hat den Zweck, Signale zwischen der Steuereinheit 11 bzw. 12 und den Zündern 10 zu übermitteln, d.h. Kommunikation zwischen ihnen zu ermöglichen, und die Zünder mit Strom zu versorgen. Die Steuereinheit kann entweder eine Protokolleinheit 11 (zum Beispiel, wenn elektronische Zünder an den Bus angeschlossen sind) oder eine Zündmaschine 12 (zum Beispiel, wenn angeschlossene Zünder zum Zünden vorbereitet werden, und in Verbindung mit dem Zünden) umfassen. Daneben umfasst das Zündersystem nach der Erfindung einen tragbaren Nachrichtenempfänger 14, der so eingerichtet ist, dass er von der Person getragen wird, die die Zünder an den Bus anschließt. Über den tragbaren Nachrichtenempfänger 14 werden Informationen unter anderem darüber bereitgestellt, wann das System bereit zum Anschluss eines weiteren Zünders 10 ist. Vorzugsweise ist auch ein Computer 15 in dem System enthalten, wobei der Computer eingesetzt wird, um die Sprengung zu planen. Ein Sprengungsplan, der in dem Computer zusammengestellt wird, kann später an eine der Steuereinheiten (die Protokolleinheit 11 und/oder die Zündmaschine 12) übertragen werden.
Die Steuereinheit, d.h. die Protokolleinheit 11 oder die Zündmaschine 12, ist so eingerichtet, dass sie Nachrichten über den Bus 13 an die Zünder 10 sendet. Die gesendeten Nachrichten umfassen bei einer bevorzugten Ausführungsform Datenpakete von 64 Bits, die in einem bestimmten Datenformat bereitgestellt werden. Dieses Datenformat ermöglicht aufgrund der Tatsache, dass jeder Zünder zuvor eine Identität (Adresse) erhalten hat, die in jeder praktischen Hinsicht unikal ist, das Adressieren einer Nachricht an einen vorgegebenen Zünder 10. Die einzelnen Zünder 10 haben jedoch keine Möglichkeit, formatierte Datenpakete zu senden. Kommunikation von einem Zünder 10 erfolgt stattdessen mit Hilfe eines einfachen analogen Antwortsignals in Form eines Einwirkens auf den Bus 13, wobei das Einwirken von der Steuereinheit 11 bzw. 12 detektiert werden kann. Diese Antwortsignale werden bei der bevorzugten Ausführungsform durch den Zünder 10 bereitgestellt, indem er seine Last (Impedanz) auf dem Bus 13 für eine kurze Zeit erhöht. All die Zünder 10 antworten auf die gleiche Weise, und es ist folglich nicht möglich, nur auf Basis des Antwortsignals festzustellen, welcher in dem System enthaltene Zünder eine bestimmte Antwort gegeben hat. Die Identifizierung einer Antwort, d.h. ein analoges Antwortsignal auf dem Bus 13, wird stattdessen durch die Steuereinheit 11 bzw. 12 verarbeitet und basiert darauf, welche Befehle und/oder Anfragen zuvor gesendet worden sind.
Wie oben erwähnt, befindet sich die „Intelligenz" des Systems folglich in der Steuereinheit 11 bzw. 12. Obwohl Anfragen an die Zünder 10 gerichtet werden können, auf die die Antwort sowohl positiv („ja") als auch negativ („nein") sein kann, sind die Zünder so eingerichtet, dass sie nur eine Art von Antwortsignalen geben. Das System ist in einer solchen Weise gestaltet, dass ein Antwortsignal durch die Steuereinheit 11 bzw. 12 als eine positive Antwort („Ja"-Antwort) interpretiert wird, während eine negative Antwort sich einfach als eine Abwesenheit eines Antwortsignals ausdrückt. Mit Hilfe von geschickt formulierten Antwortnachrichten von der Steuereinheit 11 bzw. 12 ist es trotz der einfachen Kommunikation der Zünder 10 möglich, vollständige Informationen über ihren Zustand zu beziehen. Das Antwortsignal kann in vorteilhafter Weise durch die Systemtaktfrequenz des Zünders 10 oder durch einen Teil davon mit dem Ziel, das Detektieren in der Steuereinheit 11 bzw. 12 zu erleichtern, moduliert werden, in welchem Fall ein Bandpassfilter in der Steuereinheit eingesetzt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Antwort der Zünder in einem Zeit-Slot in Form eines Antwort-Slots zwischen zwei digitalen Datenpaketen von der Steuereinheit gegeben. Aufgrund der Tatsache, dass die Antwort von den Zündern in dem Antwort-Slot gegeben wird, wird sichergestellt, dass keine andere Signalgabe durchgeführt wird, wenn die Antwort in der Steuereinheit detektiert werden soll. Folglich wird das Detektieren des Einwirkens der Zünder auf den Bus weiter erleichtert, was vorteilhaft ist, wenn zum Beispiel eine große Zahl von Zündern an den Bus angeschlossen sind. Die Antwort eines Zünders, der in großer Entfernung von der Steuereinheit an den Bus angeschlos sen ist, würde anderenfalls Gefahr laufen, von den Signalen (d.h. den digitalen Datenpaketen) der Steuereinheit an die Zünder übertönt zu werden.
Die Zünder 10 sind nach der Erfindung mit elektronischer Schalttechnik ausgestattet, die ein Statusregister umfasst, das eine Vielzahl von Zustandsparametem enthält. Diese Zustandsparameter können mit Hilfe der oben erwähnten Anfragenachrichten (digitalen Datenpaketen, die eine Anfrage enthalten) durch die Steuereinheit gelesen werden. Jeder Zustandsparameter gibt einen von zwei möglichen Zuständen an, daher die Bezeichnung „Flags", da sie zwischen zwei Werten als eine Angabe des Zustands eines Parameters des Zünders zurückgesetzt werden können. Einige dieser Flags werden durch die Steuereinheit zurückgesetzt, während andere Flags durch den Zünder selbst zurückgesetzt werden, um vorgegebene interne Parameter anzugeben. Es sei bemerkt, dass das Flag nur gesetzt wird, um das Lesen des Zustands zu ermöglichen. Eine Änderung eines Zustands in einem Zünder führt nicht dazu, dass jegliche Informationen von der Steuereinheit bezogen werden, aber es sind Anfragen von der Steuereinheit erforderlich, um Informationen bezüglich des Setzens von Flags zu übertragen.
Bei einem typischen Beispiel eines elektronischen Zünders nach der vorliegenden Erfindung ist der Zünder mit elektronischer Schalttechnik ausgestattet, die über ein Statusregister verfügt, in dem eine Anzahl von Statusbits (Zustandsparametem) oder Flags gesetzt werden kann. Jedes Flag entspricht dem Zustand eines bestimmten Parameters in dem Zünder. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die unten stehenden Flags implementiert.
IdAnsFlg: Gibt an, dass der Zünder Anfragen bezüglich seiner Identität beantwortet, d.h. dass die ID-Erfassung aktiviert ist.
IdRcvFlg: Gibt an, dass auf den Zünder einzeln durch ein gültiges Datenpaket zugegriffen wird.
CalEnaFl: Gibt an, dass Frequenzkalibrierung gestattet ist.
CalExeFl: Gibt an, dass Frequenzkalibrierung durchgeführt wird.
CalRdyFl: Gibt an, dass zumindest eine Frequenzkalibrierung abgeschlossen ist.
DelayFlg: Gibt an, dass der Zünder zwei Mal nacheinander die gleiche Verzögerungszeit empfangen hat.
Arm_Flag: Gibt an, dass der Zünder scharf geschaltet ist, d.h. dass das Laden des Zündkondensators begonnen hat.
HiVoFlag: Gibt an, dass der Zünder, d.h. der Zündkondensator, die Zündspannung erreicht hat.
FireFlag: Gibt an, dass der Zünder den Zündbefehl empfangen hat (,FireA15p').
CaFusErr: Gibt an, dass der Zündkondensator oder der Zündkopf fehlt (oder dass er noch nicht geprüft worden ist).
ChSumErr: Gibt an, dass (zumindest einmal) ein Fehler in einer Prüfsumme erfasst worden ist.
Err_Flag: Gibt an, dass ein Fehler aufgetreten ist, z.B. dass ein unzulässiges oder fehlerhaftes Datenpaket in dem Zünder empfangen worden ist.
Die oben beschriebenen Flags können von der Steuereinheit gelesen werden, die den Zustand dieser Flags dafür verwendet, um die elektronischen Zünder zu steuern.
Darüber hinaus enthalten die Zünder eine Anzahl von Registern und Zählern zum Speichern von Verzögerungszeiten, Korrekturfaktoren, Zünderadressen etc.
Das Programmieren der Zünder findet genau genommen nur bei einer Gelegenheit statt, und zwar wenn jeder Chip eine „unikale" Identität erhält. Diese Programmierung findet beim Herstellen des Chips statt. Die Identität des Chips umfasst bei der bevorzugten Ausführungsform eine binäre 30-Bit-Adresse, wobei 2³⁰ = 1 073 741 824 unterschiedliche Adressen möglich sind. Folglich kann in jeder praktischen Hinsicht die Identität des Chips aufgrund der großen Anzahl möglicher Adressen als „unikal" oder zumindest als „pseudo-unikal" betrachtet werden. Nach dem Programmieren der Identität des Chips wird keine hohe Spannung an den Chip angelegt, bis es unmittelbar vor der Zündung an der Zeit ist, einen Zündkondensator zu laden. Nach einer Ausführungsform des Adressen-Codierens, d.h. der Identität des Chips, werden vier der zur Verfügung stehenden 30 Bits zur Identifizierung des Herstellers oder des Werks verwendet, der bzw. das den Chip hergestellt hat. Folglich stehen jedem Hersteller 2²⁶ = 67 108 864 unterschiedliche Adressen zur Verfügung, wodurch diese Anzahl von Chips hergestellt werden kann, bevor eine Adresse (Identität) ein zweites Mal verwendet werden muss. Daneben wird bevorzugt, dass diese sechsundzwanzig Bits zum Beispiel einerseits in „Batch #" + „Wafer #" (14 Bits) (Batch – Stapel, Wafer – Halbleiterscheibe) und andererseits in „Chip #" auf dem fraglichen Wafer (12 Bits) unterteilt werden. Unter Verwendung von zwölf Adressbits pro Wafer können 2¹² = 4 096 Chips mit unterschiedlichen Identitäten aus dem gleichen Wafer hergestellt werden. Des Weiteren wird bevorzugt, dass jede Identität eine vorgegebene Position auf dem Wafer verkörpert, wodurch eine gute Verfolgbarkeit für jeden Chip erreicht wird. Falls sich später herausstellt, dass ein Chip durch einen Fabrikationsfehler beschädigt ist, kann seine Position auf dem ursprünglichen Wafer so zurückverfolgt werden, und es können folglich angrenzende Chips auf dem Wafer identifiziert werden, um eine zusätzliche Funktionsprüfung auszuführen.
Ein Endnutzer kann so davon ausgehen, dass all die Chips (d.h. die elektronischen Zünder), die er oder sie einsetzt, über eine unikale Identität verfügen. Die Steuereinheiten des elektronischen Zündersystems sind jedoch so eingerichtet, dass sie zwei ähnliche Identitäten detektieren, die letzten Endes zufällig an den gleichen Bus angeschlossen sein könnten.
Das elektronische Zündersystem nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht sehr flexible und genaue Verzögerungszeiten in den jeweiligen Zündern. Es wird folglich bevorzugt, dass jeder Zünder einen stabilen und zuverlässigen Takt (Oszillator) aufweist. Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, das zum Kalibrieren der internen Verzögerungszeit in den unterschiedlichen elektronischen Zündern eingesetzt wird, um zu erreichen, dass ein Zündersystem exakte Verzögerungszeiten nach der Erfindung aufweist.
Der Systemtakt (Oszillator) in jedem Chip ist nicht so eingerichtet, dass er in Bezug auf einen absoluten Wert exakt ist, sondern er ist stattdessen so gestaltet, dass er stabil ist. Bezüglich des Systemtakts in Zündern an ein und demselben Bus darf die höchste Taktfrequenz sich sogar zum Beispiel um einen Faktor Zwei von der niedrigsten Taktfrequenz unterscheiden. Außerdem sind diese internen Frequenzen den Steuereinheiten (der Protokolleinheit und der Zündmaschine) des Systems nicht bekannt. Präzision in dem System wird mit Hilfe einer externen Taktfrequenz, zum Beispiel in der Zündmaschine, erreicht. Nominell beträgt diese Frequenz bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 4 kHz. Um die Verzögerungszeiten der Zünder zu synchronisieren, verwenden all die Zünder die gleiche Referenz, die durch die externe Taktfrequenz dargestellt wird. Es wird nun ein bevorzugtes Verfahren zum Kalibrieren der Verzögerungszeiten beschrieben.
Die Verzögerungszeit wird in einem allgemeinen Format an einen Zünder übertragen, zum Beispiel mit 16 Bits binär codiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Verzögerungszeit für einen vorgegebenen Zünder zwischen 0 und 16.000 ms und hat eine Auflösung von 0,25 ms. Die Verzögerungszeit wird in einem Register (,DelayReg') gespeichert, das ein so genanntes Flip-Flop umfasst. Um die Verzögerungszeit in dem Chip nutzbar zu machen, ist es erforderlich, die Verzögerungszeit in eine entsprechende Anzahl von Systemtaktzyklen umzuwandeln. Diese Umwandlung wird durch Multiplikation der gespeicherten Verzögerungszeit mit einem internen Korrekturfaktor (,CorrFact') ausgeführt, der nach dem Kalibrierungsverfahren berechnet wird. Im Allgemeinen wird dem Korrekturfaktor ein Standardwert zugewiesen, der verwendet wird, falls das Kalibrierungsverfahren aus irgendeinem Grund nicht ausgeführt werden oder scheitern sollte. Dieser Standardwert wird geeigneter Weise so gewählt, dass er einer Systemtaktfrequenz entspricht, die dem Erwartungswert der unterschiedlichen Taktfrequenzen nahe kommt, zum Beispiel dem arithmetischen Mittelwert der in dem System zugelassenen Taktfrequenzen.
Das Kalibrierungsverfahren wird durch das Flag ,CalEnaFl' ausgelöst, das von der Steuereinheit gesetzt wird. Wenn dieses Flag gesetzt ist, wird dem Zünder ermöglicht, eine Kalibrierung nach den folgenden Schritten zu beginnen.
Externe Taktzyklen werden in einem ersten internen Zähler gezählt, und Systemtaktzyklen werden in einem zweiten internen Zähler gezählt. Bevor die eigentliche Kalibrierung ausgelöst wird, wartet der Chip des Zünders darauf, dass der externe Takt bis zu seinem Maximalwert vorwärts zählt und anschließend bei Null neu beginnt. Zur selben Zeit, zu der der Zähler des externen Takts bei Null neu beginnt, wird unter der Voraussetzung, dass das oben erwähnte Flag ,CalEnaFl' gesetzt ist, die eigentliche Kalibrierung veranlasst. Eine vorgegebene Anzahl von externen Taktzyklen wird in dem ersten internen Zähler (,ExtClCnt') zur selben Zeit gezählt, zu der die Anzahl von Systemtaktzyklen in dem zweiten internen Zähler (,IntClCnt') gezählt wird. Eine laufende Kalibrierung wird dadurch angezeigt, dass das Kalibrierungsflag (,CalExeFl') auf ,1' gesetzt ist. Das Verhältnis zwischen der Anzahl der gezählten Systemtaktzyklen und der Anzahl der in derselben Zeit gezählten externen Taktzyklen führt nun zur Kalibrierung des in jedem elekt ronischen Zünder vorhandenen Systemtakts. Die gespeicherte Verzögerungszeit (in dem Register ,DelayReg') erhält so eine exakte und eindeutige Entsprechung in einer bestimmten Anzahl von Systemtaktzyklen. Sobald die Kalibrierung abgeschlossen ist, wird das Flag gesetzt, das eine abgeschlossene Kalibrierung anzeigt (,CalRdyFI'), wodurch angegeben wird, dass zumindest eine Kalibrierungsrunde ausgeführt worden ist. Gleichzeitig wird ,CalExeFl' automatisch auf ,0' zurückgesetzt, um anzuzeigen, dass die Kalibrierung nicht mehr andauert.
Das oben beschriebene Kalibrierungsverfahren wird nun genauer beschrieben. Die Verzögerungszeit eines vorgegebenen elektronischen Zünders wird an ein Register in dem Zünder übertragen und in ihm gespeichert. Die Verzögerungszeit wird in sechzehn Bits in einer binären Form mit dem Intervall 0,25 ms gespeichert. In diesem erläuternden Beispiel wird die Verzögerungszeit völlig willkürlich und nur als Beispiel auf 1392,5 ms gesetzt, was in binärer Form und mit dem Zeitintervall von 0,25 ms [0001 0101 1100 0010] entspricht. In diesem Beispiel ist der Korrekturfaktor ursprünglich Hex 0F0000, was der richtige Korrekturfaktor eines Systemtakts mit der Frequenz 60 kHz ist. Es wird nun angenommen, dass die wirkliche Taktfrequenz tatsächlich 56 kHz beträgt. Um einen richtigen Korrekturfaktor zu erhalten, muss ein Ausgleich entsprechend der Systemtaktfrequenz erfolgen. Zu diesem Zweck wird zur gleichen Zeit, zu der Systemtaktsignale in dem zweiten Zähler (,IntClCnt') gezählt werden, eine vorgegebene Anzahl von externen Taktsignalen von der Steuereinheit in dem ersten Zähler (,ExtClCnt') gezählt. Das Verhältnis zwischen den Inhalten in diesen beiden Zählern entspricht folglich dem Verhältnis zwischen der System- und der externen Taktfrequenz. Wenn angenommen wird, dass die externe Taktfrequenz nominell 4 kHz beträgt und dass 10.000 Signale mit der Frequenz gezählt werden (d.h. es wird während 2,5 s gezählt), werden zur gleichen Zeit 140.000 Signale mit der Systemtaktfrequenz (die in diesem Beispiel als 56 kHz angenommen wird) gezählt. Das Verhältnis zwischen der System- und der externen Taktfrequenz beträgt folglich 140.000/10.000 = 14. Wenn die Systemtaktfrequenz 60 kHz betragen hätte, wären während derselben Zeit 150.000 Signale gezählt worden, in welchen Fall das Verhältnis zwischen der System- und der externen Taktfrequenz 15 betragen hätte. Das Verhältnis zwischen der System- und der externen Taktfrequenz entspricht dem Korrekturaktor. Wenn die im allgemeinen Zeitformat gespeicherte Verzögerungszeit mit dem Korrekturfaktor multipliziert wird, tritt jedoch eine automatische Rundung der sechzehn niedrigstwertigen Bits auf, wobei der dem Frequenzverhältnis 15 (Bin [1111]) entsprechende Korrekturaktor zu Bin [1111 0000 0000 0000 0000] = Hex 0F0000 wird. Analog wird der neue Korrekturtaktor für das Frequenzverhältnis 14 zu Hex 0E0000. Durch die Multiplikation der gespeicherten Verzögerungszeit mit dem Korrekturfaktor wird folglich die Anzahl der Systemtaktzyklen ermittelt, die der vorgesehenen Verzögerungszeit entspricht. Die Wahl der Zahlenwerte und die Wahl des obigen Berechnungsverfahrens sind mit dem Ziel erfolgt, auf verständliche Weise zu erläutern, wie die Kalibrierung in den jeweiligen elektronischen Zündern ausgeführt wird.
Noch ein weiterer Vorteil des oben beschriebenen Kalibrierungsverfahrens ist, dass eine Kalibrierung ablaufen kann, während gleichzeitig eine andere Signalgebung zwischen der Steuereinheit und den elektronischen Zündern abläuft, da das Zählen der Anzahl der externen und der Systemtaktsignale jeweils dezentral in jedem Zünder stattfindet. Folglich ist es nicht erforderlich abzuwarten, bis die Kalibrierung abgeschlossen ist, bevor weitere Befehle oder Anfragen an die elektronischen Zünder gesendet werden. Aufgrund der Tatsache, dass die Kalibrierung durch das Zählen von Taktsignalen ausgeführt wird, ohne dass ein bestimmtes Zeitintervall die Kalibrierung beschränkt, können die oben erwähnten Antwort-Slots zwischen Datenpaketen, die von der Steuereinheit gesendet wurden, verwendet werden, ohne die Kalibrierung zu beeinträchtigen.
Es werden keine bestimmten Signale von der Steuereinheit zum Übertragen der externen Taktsignale gesendet. Die externen Taktsignale werden mit Hilfe der normalen Datenpakete an die Zünder übertragen. Aufgrund der Tatsache, dass die Datenbits in den digitalen Datenpaketen entsprechend dem externen Taktoszillator angeordnet sind, können externe Taktsignale von diesen normalen Datenpaketen gelesen (extrahiert) werden. Genauer gesagt, eines der Bits der Datenpakete dient als ein Steuerbit für jeden einzelnen Zünder, wenn es die externen Taktsignale extrahieren soll.
Es wird nun ein bevorzugtes Format zum Übertragen von Informationen von einer Steuereinheit an einen Zünder beschrieben. Es wird bevorzugt, dass das Datenformat 8 Bytes mit 8 Bits in jedem Byte umfasst. Das Byte Nummer 1 umfasst Auslösebits, ein Startbit und ein Steuerwort (einen Befehl). Die Befehle und Anfragen, die in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert sind, werden im Folgenden beschrieben. Die Bytes Nummer 2–5 geben die Adresse des Zünders oder der Zünder an, an die die Information gesendet werden soll. Die Bytes Nummer 6–7 umfassen Datenbits, die im Allgemeinen Argumente zu den oben erwähnten Befehlen und Anfragen enthalten. Das Byte Nummer 8 enthält eine Prüfsumme und Stoppbits.
Durch die obige Unterteilung der Chip-Identität des Zünders in Hersteller-(Werks-), Batch-, Wafer- und Chipnummer kann ein typisches Datenpaket wie folgt aussehen:
Das Datenpaket beginnt unabhängig von der Anschlusspolarität mit drei Nullen, wobei der Chip in dem Zünder feststellt, welche Signalisierungsfrequenz eine binäre „0" darstellt (und folglich indirekt, welche Signalisierungsfrequenz eine binäre „1" darstellt). Gleichzeitig wird eine Grobkalibrierung des Verhältnisses zwischen der System- und der externen Taktfrequenz ausgeführt, wobei das Verhältnis später beim Auswerten von Datenpaketen eingesetzt wird. Anschließend folgt das eigentliche Startbit (Byte #1, Bit #4), das den Informationsteil des Datenpakets einleitet. Die letzten vier Bits in dem Byte Nummer 1, [C T R L], (Byte #1, Bit #4–#8) enthalten das Steuerwort (Befehl), das im Folgenden genauer beschrieben wird. Die Bytes Nummer 2–5 enthalten die Adresse des aktuellen Zünders. Die ersten beiden Bits [g i] (Byte #2, Bit #1–2) geben an, inwieweit die Adresse als eine globale Adresse oder als eine individuelle Adresse interpretiert werden soll. Es sind folglich vier unterschiedliche Ebenen möglich: globale Adressierung, bei all die nachfolgenden Adressbits übergangen werden, zwei Grade semiindividueller Adressierung, bei der nur einige der nachfolgenden Adressbits (zum Beispiel jeweils die acht bzw. die zwölf abschließenden Bits) bei der Adressierung eingesetzt werden, und individuelle Adressierung, bei der alle nachfolgenden Adressbits bei der Adressierung eingesetzt werden. Anschließend folgt die Dreißig-Bit-Adresse (Byte #2, Bit #3–#8 + Byte #3–#5), die mit einem Hersteller-Code" [C O D E] (Byte #2, Bit #3–#6) beginnt. Dann folgen vierzehn Bits, die den Batch und den Wafer der Herstellung angeben, und zwölf Bits, die die Nummer oder die Position des Chips auf dem Wafer angeben. Diese Unterteilung der Adresse in vierzehn plus zwölf Bits wird bevorzugt, aber natürlich kön nen die dreißig Adressbits auch in einer weiteren Anordnung verwendet werden. In den Bytes Nummer sechs und sieben folgen sechzehn Datenbits. Sie umfassen das Argument, das zu dem Befehl (d.h. zu dem Befehl, der in dem Byte #1, Bit #5–#8 spezifiziert wird) des Datenpakets gehört. Schließlich folgen in dem Byte Nummer acht eine Sechs-Bit-Prüfsumme und zwei Stoppbits. Die Prüfsumme wird auf Basis von 53 Bits berechnet, das heißt von dem Startbit (Byte #1, Bit #4) bis zu dem letzten Datenbit, d.h. Byte #7, Bit #8.
Die Datenpakete werden durch die Steuereinheit dem Prinzip der „FMO-Modulation" entsprechend gesendet, die Frequenzumtastung (frequency shift keying – FSK) mit Polaritätswechseln verwendet. Die grundlegende Kommunikationsfrequenz beträgt 4 kHz. Eine Reihe von „Nullen" umfasst ein Signal bei 4 kHz, und eine Reihe von „Einsen" umfasst ein Signal bei 2 kHz. Ein Bit mit dem Wert ,0' umfasst eine gesamte Periode bei 4 kHz, während ein Bit mit dem Wert ,1' eine halbe Periode bei 2 kHz umfasst. Die Bitlänge beträgt folglich 250 μs. Ein Polaritätswechsel nach 125 μs wird durch die elektronischen Zünder so bewertet, als ob das Bit eine „Null" wäre, und das Fehlen eines solchen Polaritätswechsels wird durch die elektronischen Zünder so bewertet, als ob das Bit eine „Eins" wäre.
Die Bitlänge beträgt folglich 250 μs, weshalb ein 64 Bit-Datenpaket 16 ms umfasst. Nach jedem Datenpaket folgt ein Zeit-Slot von 5 ms in Form des Antwort-Slots, in dem die Zünder auf Anfragenachrichten antworten. Die Gesamtdauer eines Datenpakets einschließlich des Antwort-Slots beträgt folglich 21 ms.
Da das Lesen der Adressen der elektronischen Zünder aus nahe liegenden Gründen nicht mit Hilfe von individuell adressierten Anfragenachrichten ausgeführt werden kann, wird ein Verfahren mit globaler Adressierung solcher Anfragenachrichten zum Lesen der Adressen (der Adresskennung) eingesetzt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Adressen der elektronischen Zünder von der Protokolleinheit gelesen, wenn die Zünder an den Bus des Zündersystems angeschlossen werden. Während der Phase, in der die Zünder an den Bus angeschlossen werden, sendet die Protokolleinheit fortlaufend Aktivierungsbefehle, die, wenn sie von einem Zünder empfangen werden, diesen in einen Antwortzustand versetzen, in dem der Zünder auf Anfragen zu seiner Identität (Adresse) antwortet. Sobald ein Zünder auf einen solchen Aktivierungsbefehl geantwortet hat, beendet die Protokolleinheit das Senden dieser Befehle und beginnt, die Adressinformation zu lesen. Wenn die Identifizierung (d.h. das Lesen der Ad resse des Zünders) beendet ist, wird das Flag (,IdRcvFlg') gesetzt, das anzeigt, dass die Identifizierung dieses Zünders abgeschlossen ist. Wenn das Flag ,IdRcvFlg' gesetzt ist, antwortet der Zünder nicht auf die oben erwähnten Aktivierungsbefehle. Es wird bevorzugt, ist aber nicht erforderlich, dass der Zünder in einen Energiesparzustand versetzt wird, wenn die Identifizierung abgeschlossen ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Zünder mit Hilfe eines individuell adressierten Befehls (,IdPwrDwn') von der Steuereinheit (der Protokolleinheit) in einen Energiesparzustand versetzt. Damit sich dieser Befehl auswirkt, ist es erforderlich, dass für den vorgesehenen Zünder sowohl ,IdRcvFlg' als auch ,IdAnsFlg' gesetzt ist, damit vermieden wird, dass Zünder unbeabsichtigt in einen Energiesparzustand versetzt werden. Wenn der gesamte Identifizierungsprozess abgeschlossen ist und der Zünder möglicherweise in einen Energiesparzustand versetzt worden ist, beginnt die Protokolleinheit wieder, Aktivierungsbefehle zu senden, während sie darauf wartet, dass der nächste Zünder antwortet, der möglicherweise bereits an den Bus angeschlossen ist.
2a und 2b zeigen ein schematisches Ablaufdiagramm der von der Steuereinheit, in diesem Fall der Protokolleinheit, durchlaufenen Vorgänge, wenn Zünder an den Bus angeschlossen werden.
Wenn die Protokolleinheit gestartet wird, wird ein Zeiger ,DetNum' auf eine Adresstabelle zurückgesetzt 21. In dieser Tabelle wird eine Folge von Adressen zusammen mit der entsprechenden Nummer des fraglichen Zünders in der Anschlussfolge angezeigt. Anschließend wird auf die untere Adresshälfte des Adressfelds als eine Anzeige hingewiesen 22, die besagt, dass diese Adresshälfte gelesen werden soll. Es sei daran erinnert, dass das Adressfeld dreißig Bits umfasst, während der Bitzeiger des Datenpakets nur sechzehn Bits umfasst, was in einer Unterteilung jeweils in eine untere und eine obere Adresshälfte resultiert. Wenn dies abgeschlossen ist, beginnt, wie oben erwähnt, das Senden des Aktivierungsbefehls von der Protokolleinheit. Um genau zu sein, umfasst dieser Aktivierungsbefehl eine Anfrage bezüglich des niedrigstwertigen Bits (least significant bit – LSB) des Adressfelds 23. Während dieser Phase wird eine Anfrage gestellt, ob das LSB „0" ist 24 sowie ob das LSB „1" ist 25. Bei der in den 1a und 1b dargestellten Ausführungsform wird zunächst angefragt, ob das LSB "0" ist. Wenn die Protokolleinheit auf diese Anfrage keine Antwort erhält, wird die komplementäre Anfrage gestellt, das heißt, ob das LSB „1" ist. Wenn selbst jetzt keine Antwort erfolgt, wird dies so bewertet, als ob kein neuer Zünder an den Bus angeschlossen worden wäre, und die Arbeitsschritte werden wiederholt 26. Wenn eine Antwort auf eine beliebige der oben erwähnten Anfragen erfolgt, wird der entsprechende Adressbitwert in der Adresstabelle der Protokolleinheit festgestellt, und der Zeiger ,DetNum' wird inkrementiert 27. Die entsprechenden Anfragen bezüglich des nächsten Adressbits etc. werden anschließend gestellt 28, 29, bis der Bitzeiger auf das Adressbit Nummer 16 zeigt. Das Lesen der Adressbits in der unteren Adresshälfte wird so abgeschlossen 200, wonach die obere Adresshälfte hervorgehoben wird 201, und die oben erwähnten Anfragen bezüglich der oberen Adresshälfte werden entsprechend wiederholt. Für all die Adressbits außer für das erste wird richtig eingeschätzt werden, dass ein Fehler vorliegt, wenn weder auf die Anfrage, ob das hervorgehobene Adressbit „1" ist, noch auf die Anfrage, ob das hervorgehobene Adressbit „0" ist, eine Antwort erhalten wird. Sobald ein Zünder an den Bus angeschlossen ist, muss eine der beiden komplementären Anfragen 28 bzw. 29 bezüglich des Wertes eines Adressbits ein Antwortsignal auf dem Bus (d.h. eine positive Antwort) geben. Falls auf keine dieser Anfragen eine Antwort erhalten wird, werden die Nummer des Zünders und der entsprechende Fehlercode festgestellt 202. Es wird bevorzugt, dass der Fehler außerdem auf dem tragbaren Nachrichtenempfänger angezeigt wird 203, so dass der Person, die die Zünder an den Bus anschließt, die Möglichkeit gegeben wird, den Fehler zu korrigieren, zum Beispiel durch Prüfen des Anschlusses oder durch Austauschen des fehlerhaften Zünders.
Wenn die Identifizierung eines Zünders abgeschlossen ist, wird eine Nachricht an den tragbaren Nachrichtenempfänger gesendet, wodurch der Person, die die Zünder an den Bus anschließt, mitgeteilt wird, dass der nächste Zünder an den Bus angeschlossen werden kann. Der tragbare Nachrichtenempfänger kann darüber hinaus eine Bestätigung darüber empfangen, dass der letzte Zünder korrekt angeschlossen worden ist. Falls keine Informationen über einen korrekten Anschluss eines Zünders in dem tragbaren Nachrichtenempfänger empfangen werden, kann der Zünder manuell durch einen weiteren Zünder ersetzt werden, oder es kann alternativ der Anschluss noch einmal geprüft werden.
Das Ziel des tragbaren Nachrichtenempfängers ist es folglich, dass der Person, die die Zünder an den Bus anschließt, einerseits mitgeteilt wird, ob der Anschluss an sich korrekt ist, und andererseits, ob der Zünder auf die Nachrichten der Steuereinheit in korrekter Weise antwortet. Der Einsatz des tragbaren Nachrichtenempfängers erhöht folglich die Zuverlässigkeit des Anschlusses, da leicht richtig eingeschätzt werden kann, welcher Zünder mögliche Probleme verursacht. Ein solcher Zünder kann folglich entfernt und durch einen weiteren Zünder ersetzt werden, oder er kann entfernt und neu angeschlossen werden.
Ein weiteres Ziel des tragbaren Nachrichtenempfängers ist es, der Person, die die Zünder an den Bus anschließt, mitzuteilen, wann der nächste Zünder angeschlossen werden kann, mit dem Ziel zu verhindern, dass bei ein und derselben Gelegenheit mehr als ein Zünder vorhanden ist, der auf Anfragenachrichten zur Identität antworten kann. Sobald ein kurz zuvor angeschlossener Zünder auf einen Aktivierungsbefehl von der Steuereinheit (der Protokolleinheit) geantwortet hat, beendet die Steuereinheit das Senden solcher Aktivierungsbefehle. Der nächste Zünder kann, um genau zu sein, an den Bus angeschlossen werden, sobald die Identifizierung des Zünders, der zuvor angeschlossen worden ist, begonnen hat.
Im Folgenden wird eine Anzahl von Befehlen beschrieben, wie sie in einer Ausführungsform der Erfindung implementiert sind. Ein Befehl (Steuerwort) wird in den Steuerbits [C T R L] (Byte #1, Bit #5 – #8) der Datenpakete angegeben. Diese vier Bits können folglich bis zu sechzehn unterschiedliche Befehle angeben. Von diesen sechzehn möglichen Befehlen in der bevorzugten Ausführungsform umfassen sechs Befehle Anfragen, ein Befehl umfasst einen ,NOP'-Befehl [C T R L] = [1 1 1 1] (eine Null), und ein Befehl umfasst einen Zündbefehl [C T R L] = [0 0 0 0]. Die übrigen acht Befehle sind Anweisungen an die Zünder.
Ein Zündbefehl (,FireA15p') unterscheidet sich jedoch von allen anderen Befehlen. Im Grunde umfasst der Zündbefehl ein nur aus Nullen bestehendes Datenpaket. Der Zündbefehl ist folglich ein gesamtes Datenpaket, das kein Startbit, keine Prüfsumme (d.h. [C H K S U M] = [0 0 0 0 0 0]), keine eindeutige Adresse und keine Datenbits aufweist. Die Bedingung dafür, dass ein Datenpaket als ein Zündbefehl interpretiert wird, ist, dass während 64 aufeinander folgender Bits maximal zwei Einsen empfangen worden sind. Die Anzahl der Einsen in einem Datenpaket wird über drei getrennte Zwei-Bit-Zähler gezählt, wobei die Auswertung durch Mehrheitsbeschluss ausgeführt wird, d.h. um das Datenpaket als einen Zündbefehl zu interpretieren, müssen zwei dieser drei Zwei-Bit-Zähler höchstens zwei Einsen in ein und demselben Datenpaket anzeigen.
Wie oben beschrieben, werden die dreißig Adressbits in jeder Adresse eines Zünders in zwei Gruppen unterteilt. Eine Gruppe mit den höchstwertigen Bits und eine Gruppe mit den niedrigstwertigen Bits. Folglich kann ein Bitzeiger von sechzehn Bits zum Lesen der gesamten Dreißig-Bit-Adresse verwendet werden. Um die Adressen der Zünder zu lesen, werden folglich vier unterschiedliche Fragen (Anfragen) implementiert,
,RdLoAdr0' „Kommt jedes durch den Bitzeiger hervorgehobene Adressbit der Gruppe mit den niedrigstwertigen Bits der Adresse einer binären Null gleich?",
,RdLoAdr1' „Kommt jedes durch den Bitzeiger hervorgehobene Adressbit der Gruppe mit den niedrigstwertigen Bits der Adresse einer binären Eins gleich?",
,RdHiAdr0' „Kommt jedes durch den Bitzeiger hervorgehobene Adressbit der Gruppe mit den höchstwertigen Bits der Adresse einer binären Null gleich?", und
,RdHiAdr1' „Kommt jedes durch den Bitzeiger hervorgehobene Adressbit der Gruppe mit den höchstwertigen Bits der Adresse einer binären Eins gleich?"
Selbst wenn jedes Adressbit nur den Wert Null oder Eins annehmen kann, werden die oben erwähnten Anfragebefehle folglich als sich gegenseitig ergänzende Paare gestaltet. Wie oben betont, ist der Grund dafür, dass die Zünder so gestaltet sind, dass sie nur analoge Antwortsignale auf dem Bus geben, die eine positive Antwort geben.
Abgesehen von diesen vier Anfragebefehlen, die sich auf die Adressbits der Zünder beziehen, sind noch zwei weitere Anfragebefehle in der bevorzugten Ausführungsform implementiert. Diese beiden Anfragen dienen dazu, das Statusregister in der elektronischen Schaltvorrichtung des Zünders zu lesen, wobei das Statusregister oben erwähnte Zustandsparameter (Flags) verwaltet. In ähnlicher Weise wie zuvor erwähnt umfassen diese beiden Anfragebefehle ihre gegenseitigen Komplemente und werden wie folgt ausgewertet:
,RdRegBi0' „Kommt jeder von dem Bitzeiger hervorgehobene Zustandsparameter einer binären Null gleich?", und
,RdRegBi1' „Kommt jeder von dem Bitzeiger hervorgehobene Zustandsparameter einer binären Eins gleich?"
Der Bitzeiger umfasst das Argument des Anfragebefehls, d.h. die Datenbits des digitalen Datenpakets. In den meisten Fällen werden diese Anfragebefehle mit dem Bitzeiger (dem Argument des Anfragebefehls) verwendet, der nur ein Bit in dem Status- und Ad ressiegister hervorhebt, da nur eines der Datenbits des Datenpakets eine Eins ist. In bestimmten Fällen kann es jedoch wünschenswert sein, dass eine größere Anzahl von Bits durch den Bitzeiger hervorgehoben wird (d.h. mehrere der Datenbits des Datenpakets sind eine Eins), zum Beispiel, wenn eine abschließende Prüfung darüber ausgeführt wird, dass alle Adressbits richtig durch die Steuereinheit empfangen worden sind, oder wenn mehrere Flags gleichzeitig gelesen werden sollen. Die Antwort von einem Zünder ist dann positiv, wenn und nur wenn all die hervorgehobenen Bits der Anfrage entsprechen, d.h. die Antwort umfasst eine logische UND-Operation zwischen den hervorgehobenen Bits. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird dieses Beispiel für eine abschließende Prüfung von vorgegebenen Flags in dem Zünder vor der Zündung eingesetzt.
Andere Befehle, bei denen es sich um Befehle (unbedingte Befehle) handelt, die nicht dazu führen, dass die Zünder irgendwelche Antwortsignale senden, werden im Folgenden beschrieben.
,IdPwrDwn' „Versetze die adressierten Zünder in einen Stromsparzustand!" Ein Zünder wird in einen Stromsparzustand versetzt, indem der Systemtaktoszillator abgeschaltet wird. Selbst wenn es möglich ist, einen globalen oder semiindividuellen Befehl zu senden, der alle oder eine Gruppe von angeschlossenen Zündern in eine Elektrizität sparende Position versetzt, wird dieser Befehl möglichst individuell adressiert. Das Argument dieses Befehl (d.h. die Datenbits des Datenpakets) hat keine wirkliche Funktion, aber damit nicht andere Befehle fälschlicherweise als ,IdIPwrDwn' interpretiert werden, wird bevorzugt, dass ein bestimmtes Erscheinungsbild der Datenbits erforderlich ist.
,Reset' „Setze all die Flags und Zustandsparameter auf den gleichen Zustand wie nach dem Einschalten zurück!" Dieser Befehl kann sowohl global als auch individuell adressiert werden.
,StopAnsw' „Beende das Antworten auf Anfragen zur Identität!" Wenn dieser Befehl in einem Zünder empfangen wird, beendet der Zünder das Antworten auf die Anfragenachrichten, die in Verbindung mit dem Lesen der Adresse des Zünders gestellt werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird dieser Befehl als ein globaler Befehl implementiert.
,NulRegBi' „Setze jedes durch den Bitzeiger hervorgehobene Registerbit auf Null!" Dieser Befehl kann sowohl global als auch individuell sein. Das Argument umfasst den Bitzeiger der Zustandsparameter, die auf Null gesetzt werden sollen. Das Setzen auf Null bedeutet, dass dem entsprechenden Zustandsbit der Wert Null gegeben wird.
,SetRegBi' „Setze jedes durch den Bitzeiger hervorgehobene Registerbit auf Eins!" Dieser Befehl kann sowohl global als auch individuell sein. Das Argument umfasst den Bitzeiger der Zustandsparameter, die auf Eins gesetzt werden sollen. Das Setzen auf Eins bedeutet, dass dem entsprechenden Zustandsbit der Wert Eins gegeben wird.
,StoreDly' „Speichere die Verzögerungszeit in dem DelayReg, falls die gleiche Verzögerungszeit zuvor einmal empfangen worden ist, andernfalls setze ,Err_Flag'!" Dieser Befehl wird möglichst individuell adressiert. Das Argument umfasst eine Sechzehn-Bit-Darstellung der vorgesehenen Verzögerungszeit mit einer Auflösung von 0,25 ms.
,Arm' „Schalte den Zünder scharf!" Das Scharfschalten des Zünders wird dadurch ausgeführt, dass das Kurzschließen eines Scharfschaltungs-Transistors ausgelöst wird und das Laden des Zündkondensators ermöglicht wird. Dieser Befehl ist bei der bevorzugten Ausführungsform immer ein global adressierter Befehl. Das Argument dieses Befehls hat keine wirkliche Funktion, aber damit nicht fälschlicherweise ein beliebiger anderer Befehl als ein Scharfschaltungs-Befehl fehlinterpretiert wird, ist gewöhnlich ein Argument eines vorgegebenen Erscheinungsbildes erforderlich. Es sei bemerkt, dass der ,Arm'-Befehl an sich nicht dazu führt, dass das Flag ,Arm_Flag' gesetzt wird. Dieses Flag wird stattdessen in Reaktion darauf gesetzt, dass der Zündkondensator begonnen hat zu laden, d.h. dass die Spannung an dem Kondensator höher ist als ein vorgegebener Wert. Es ist jedoch auch möglich, das ,Arm_Flag' durch einen ,Arm'-Befehl sowie dadurch, dass die Spannung an dem Kondensator sich erhöht hat, setzen zu lassen. Folglich kann geprüft werden, ob der ,Arm'-Befehl durch die Zünder korrekt erkannt worden ist, noch bevor die Spannung begonnen hat, sich in dem Zündkondensator aufzubauen, während ein gesetztes ,Arm_Flag' ohne einen vorhergehenden ,Arm'-Befehl immer noch anzeigt, dass etwas in dem Zünder nicht in Ordnung ist. Eine ähnliche Funktionalität ist ebenso für andere Flags möglich.
Mehrere der zuvor beschriebenen Flags werden darüber hinaus in Reaktion auf vorgegebene interne Bedingungen in dem Zünder gesetzt.
3a und 3b stellen schematische Ablaufdiagramme der Vorgänge dar, die von der Schaltung des Zünders durchlaufen werden, wenn die Spannung angelegt und ein Da tenpaket empfangen wird. Das erste, was nach dem Anlegen der Spannung 301 an die Schaltvorrichtung geschieht, ist, dass ein Zurücksetzen auf die ursprünglichen Werte („Reset") ausgeführt wird 302. Anschließend werden die Flags IdAnsFlg und IdRcvFlg beide als ein Zeichen, dass der Zünder weder Anfragen zu seiner Identität beantwortet noch individuell gerufen wird, auf Null gesetzt 303, 304 (in einer späteren Phase werden diese Flags jedoch zurückgesetzt).
Die beiden Flags IdAnsFlg und IdRcvPlg bilden zusammen ein Zwei-Bit-Datenwort („ID-Abfragewort"), das den Zustand der Identitätsabfrage (Adressabfrage) darstellt. Der anfängliche Zustand dieses Datenwortes ist folglich [0 0]. Wenn die Adresse abgefragt wird, ist es dieses Wort, das steuert, ob ein Zünder Anfragen zu seiner Identität beantwortet und ob ein Zünder bereits durch die Steuerschaltung identifiziert worden ist.
Der nächste Schritt ist, dass der Zünder das digitale Datenpaket von der Steuereinheit liest. Anfänglich wird eine Folge von Nullen empfangen 305, wodurch die oben erwähnte Grobkalibrierung des Systemtakts erfolgt, um ein korrektes Takten des Datenpakets zu ermöglichen. Wenn eine Phasenverschiebung festgestellt wird 306, wird das Lesen anhand des anschließenden Startbits (einer Eins) synchronisiert 307. Anschließend werden das Steuerwort 308, die Adresse 309, die Datenbits 310 und die Prüfsumme 311 abwechselnd getaktet. Falls die Prüfsumme korrekt ist 312, wird der empfangene Befehl 313 ausgewertet; falls nicht, wartet der Zünder erneut auf eine Folge von Nullen.
Wenn der empfangene Befehl individuell ist 314 und die Adresse der des Zünders selbst entspricht 315, wird der Befehl, der dann empfangen worden ist, ausgeführt 316. Falls die Adresse nicht der Adresse des Zünders selbst entspricht, kehrt der Zünder zu der Position zurück, an der er ein Datenpaket liest 317 (d.h. er horcht auf eine Folge von Nullen).
Wenn der empfangene Befehl global ist 318, wird dieser ausgeführt. Falls dieser Befehl sich auf das Lesen einer Adresse (ID-Erfassung) bezieht 319, und falls der fragliche Zünder Anfragen bezüglich seiner Adresse nicht schon beantwortet hat, wird das Flag ,IdAnsFlg' auf den Wert gesetzt, der angibt, dass der Zünder die folgenden Anfragen bezüglich seiner Adresse beantwortet. Falls der Zünder Anfragen bezüglich seiner Identität (seiner Adresse) bereits beantwortet hat, wird der Befehl ignoriert. Ansonsten erfolgt das Lesen der Adresse des Zünders gemäß dem zuvor beschriebenen Lesen. Falls der globale Befehl ein anderer Befehl ist 320 (d.h. falls er sich nicht auf das Lesen der Adresse bezieht), wird dieser Befehl wie gewöhnlich ausgeführt 321.
4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der elektronischen Schalttechnik des Zünders. Die Funktionen des Zünders sind in einer integrierten Schaltung IC1 (integrated circuit – IC) implementiert.
Die Schaltung hat zwei Eingänge Lin1 bzw. Lin2 mit Verbindungspins (Anschlüssen) J1 bzw. J2, die zur Stromversorgung sowie zur Signalgabe verwendet werden. Zwei äußere Schutzwiderstände R1 bzw. R2 sind an die jeweiligen Verbindungspins angeschlossen und stellen eine Strombegrenzungs-/Sicherungsfunktion in der Schaltvorrichtung bereit. Bei der bevorzugten Ausführungsform betragen diese beiden Widerstände jeweils 3,9 kOhm.
Darüber hinaus verfügt die Schaltungsvorrichtung über einen Zündkopf TP mit einem positiven Pol J3 und einem negativen Pol J4. Zwischen dem positiven Pol des Zündkopfes und seinem negativen Pol findet die Entladung statt, die dazu führt, dass der Zünder zündet.
Zwei Versorgungskondensatoren C1 bzw. C2 werden an die Schaltung IC1 zwischen dem Eingang Vin und der Erde Gnd angeschlossen. Diese Kondensatoren werden geladen, sobald der Zünder (über den Bus) an eine Steuereinheit angeschlossen wird. Die Versorgungskondensatoren dienen dazu, die Elektronik des Zünders während der Zeit zu betreiben, während der die Verzögerungszeit rückwärts gezählt wird (d.h. bis zu sechzehn Sekunden), da die Gefahr besteht, dass als Folge der Sprengung der Kontakt mit der Steuereinheit verloren geht. Bei der bevorzugten Ausführungsform haben diese Versorgungskondensatoren jeweils 22 μF.
Ein Glättungskondensator C3 wird zwischen dem Eingang Vdd und der Erde Gnd angeschlossen. Es wird bevorzugt, dass der Glättungskondensator C3 eine Kapazität von 0,47 μF aufweist.
Zwischen dem Ausgang Fuse_charge (dem positiven Pol J3 des Zündkopfes TP) und der Erde wird ein Zündkondensator angeschlossen. Der Zündkondensator beginnt erst zu laden, wenn der Befehl Arm von dem Zünder empfangen worden ist.
Wenn die Spannung an dem Zündkondensator einen vorgegebenen Wert erreicht hat, wird das Flag ,Arm_Flag' als ein Zeichen dafür gesetzt, dass das Laden des Zündkondensators begonnen hat. Wenn die Spannung ausreichend ist, um die Zündung zu ermöglichen, wird das Flag ,HiVo_Flag' gesetzt.
Es werden Entlade-Widerstände (bleeder resistors) R3, R4 und R5 zwischen den Anschlüssen Fuse_charge, fuse_sense und der Erde Gnd angeschlossen. Diese Widerstände werden zusammen zum Abtasten der Spannung des Zündkondensators und für die Bleeder-Funktion, d.h. zum Entladen des Zündkondensators, eingesetzt. Es wird bevorzugt, dass der Gesamtwiderstand ungefähr 15 MOhm beträgt.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Implementierung einer allgemeinen Flageinstellung in Form einer Statuszelle. Die Flageinstellung erfolgt an dem Ausgang OUT, der entweder hoch oder niedrig ist. Das Statuselement hat vier Eingänge, d.h. load_input, load, clk_b und reset. Die beiden Eingänge load_input und load werden an eine vorgegebene interne Abtastschaltung (z.B. eine Schaltung zum Erfassen der Spannung an dem Zündkondensator) angeschlossen, die für das fragliche Flag spezifisch ist. Wenn ein Signal in diese Eingänge eingegeben wird, schaltet ein Flip-Flop 51 bei dem nächsten Taktsignal, das über den Eingang clk_b an das Flip-Flop gegeben wird, um. Das Flip-Flop 51 kann durch ein Signal in den Reset-Eingang auf seinen ursprünglichen Zustand zurückgesetzt werden.
6 stellt ein Schaltbild einer Implementierung einer Flageinstellung dar, die ebenfalls über einen Befehl von der externen Steuereinheit zurückgesetzt werden kann. Ein Flip-Flop 61 für diese Art von Flageinstellung weist noch einen weiteren Eingang auf, dem ein extern gesteuerter Befehl zugeführt wird. In dem in 6 gezeigten Beispiel ist das Flag ,Arm_Flag' einbezogen, das entsprechend zu dem oben beschriebenen Flag so implementiert werden kann, dass es extern von der Steuereinheit durch den ,Arm'-Befehl an sich sowie intern in Reaktion auf die einen vorgegebenen Wert übersteigende Spannung an dem Zündkondensator zurückgesetzt werden kann.

Claims

Elektronisches Zündersystem, das umfasst: eine Steuereinheit (11, 12); eine Vielzahl von elektronischen Zündern (10) und einen Bus (13), der die Zünder mit der Steuereinheit verbindet, wobei jeder elektronische Zünder eine Anzahl von Flags umfasst, die einen von zwei möglichen Werten annehmen können, jedes Flag einen Unterzustand des jeweiligen elektronischen Zünders (10) anzeigt und wenigstens ein Flag davon des Weiteren seinen Wert auf Basis einer internen Bedingung in dem elektronischen Zünder enthält, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Untergruppe der Flags eingerichtet ist, um intern in dem Zünder (10) gesetzt zu werden, die Flags von der Steuereinheit (11, 12) gelesen werden können und die Steuereinheit (11, 12) eingerichtet ist, um mittels Lesens der Flags den Zustand des jeweiligen elektronischen Zünders (10) zu prüfen und die durch die Flags gegebenen Informationen zum Steuern des Betriebs des elektronischen Zünders zu verwenden, wobei Kommunikation in der Richtung weg von der Steuereinheit (11, 12) zu den elektronischen Zündern (10) durch von der Steuereinheit auf dem Bus (13) gesendete digitale Datenpakete, die an einen oder mehrere der Zünder adressiert sind, bereitgestellt wird, wohingegen Kommunikation in der Richtung weg von den elektronischen Zündern (10) zu der Steuereinheit (11, 12) mit Hilfe von analogen Lastsignalen auf dem Bus bereitgestellt wird, die analogen Lastsignale von der Steuereinheit detektiert werden können und die analogen Lastsignale Antworten auf das Lesen der Flags sind.
Elektronisches Zündersystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (11, 12) Informationen über das System hat und wobei dem elektronischen Zünder jedweder Mikroprozessor oder jedwede Software fehlt.
Elektronisches Zündersystem nach Anspruch 1, wobei die elektronischen Zünder (10) eingerichtet sind, um nur dann analoge Antwort-Lastsignale auf dem Bus (13) als Antwort auf ein empfangenes digitales Datenpaket abzugeben, wenn das digitale Datenpaket eine Anfrage in Bezug auf den Zustand von einem oder mehreren der Flags umfasst, wodurch Informationen über die entsprechende Einstellung von einem oder mehreren der Flags nur dann zu der Steuereinheit (11, 12) übertragen werden, wenn über eine derartige vorhergehende Anfrage von der Steuereinheit angefordert.
Elektronisches Zündersystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Zünder (10) eingerichtet sind, um ein Antwort-Lastsignal in einem Antwort-Slot zwischen zwei digitalen Paketen, die von der Steuereinheit (11, 12) gesendet werden, zu geben.
Elektronisches Zündersystem nach Anspruch 3, wobei die Zünder (10) global, semiglobal und semiindividuell adressiert werden können.
Elektronisches Zündersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (11, 12) des Weiteren eingerichtet ist, um digitale Datenpakete, die Befehle für die Zünder enthalten, über den Bus (13) zu senden, und die Befehle nicht zu analogen Antwort-Lastsignalen, die auf dem Bus abgegeben werden, führen.
Elektronisches Zündersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Zünder (10) mit einer unikalen Adresse versehen ist, die beim Adressieren der digitalen Datenpakete an die vorgesehenen Zünder verwendet wird.
Elektronisches Zündersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein digitales Datenpaket nur an einen Zünder, der mit dem Bus verbunden ist, adressiert wird.
Elektronisches Zündersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein digitales Datenpaket an wenigstens zwei Zünder (10), die mit dem Bus (13) verbunden sind, adressiert wird.
Elektronisches Zündersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein digitales Datenpaket an alle Zünder (10), die mit dem Bus verbunden sind, adressiert wird.
Elektronisches Zündersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 3, wobei sich die Anfrage darauf bezieht, ob ein vorgegebenes Flag der Anzahl von Flags einen ersten von zwei möglichen Werten hat, wonach in Reaktion darauf eine positive oder negative Antwort durch den entsprechenden elektronischen Zünder (10) gegeben wird, und wobei sich eine weitere Anfrage darauf bezieht, ob das vorgegebene Flag den zweiten der zwei möglichen Werte hat, wonach in Reaktion darauf eine positive oder negative Antwort durch den entsprechenden elektronischen Zünder (10) gegeben wird.
Elektronisches Zündersystem nach Anspruch 11, wobei die Zünder (10) eingerichtet sind, um nur positive Antworten zu geben.
Elektronischer Zünder (10) für ein elektronisches Zündersystem, der Zünder umfasst eine Anzahl von Flags, die einen von zwei möglichen Werten annehmen können, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Untergruppe der Flags eingerichtet ist, um durch Steuersignale gesetzt zu werden, die von außen empfangen werden, wenn der Zünder (10) an einen Systembus (13) für elektronische Zünder angeschlossen ist, und dass eine zweite Untergruppe der Flags einge richtet ist, um intern gesetzt zu werden, jedes Flag einen Unterzustand des elektronischen Zünders (10) anzeigt und wenigstens ein Flag des Weiteren seinen Wert auf Basis einer internen Bedingung in dem Zünder (10) erhält, die Flags von außen gelesen werden können, wenn der Zünder an einen Systembus (13) für elektronische Zünder angeschlossen ist, der Zünder (10) eingerichtet ist, um bei Empfang eines Flaglesesignals eines digitalen Datenpaketes von einem Systembus (13) für elektronische Zünder ein analoges Flagwert-Antwort-Lastsignal auszugeben, wenn der Zünder daran angeschlossen ist, und dem Zünder jedweder Mikroprozessor oder jedwede Software fehlt.
Elektronischer Zünder nach Anspruch 13, der Mittel zum Modulieren des Lastsignals mit Hilfe einer internen Taktfrequenz oder eines Teils davon umfasst, mit dem Ziel, externes Detektieren des Signals, wenn es auf einem Systemsbus (13) für elektronische Zünder ausgegeben wird, zu erleichtern.
Elektronischer Zünder (10) nach Anspruch 13 oder 14, wobei Flags, die Unterzustände anzeigen, den Unterzustand, dass der Zünder Anfragen, die seine Identität betreffen, beantwortet, den Unterzustand, dass Laden eines Zündkondensators durch den Zünder initiiert wurde, den Unterzustand, dass der Zündkondensator in dem Zünder eine Spannung erreicht hat, die ausreichend ist, um Zündung des Zünders bereitzustellen, und den Unterzustand, dass ein Fehler in einer Prüfsumme erkannt wurde, enthalten.