Procédé de communication bidirectionnelle multipoints sur ligne unique.
La présente invention concerne un procédé de communication bidirectionnelle multipoints sur ligne unique entre un processeur et un grand nombre d'appareils dispersés sur la ligne.
Dans le domaine des signalisations et de la commande à distance, une grande diversité de procédés ont été suggérés pour échanger un maximum d'informations en utilisant un minimum de filerie ; à la limite deux fils seulement pour faire communiquer une unité de traitement avec un grand nombre d'appareils "identifiables".
Pour cette identification, deux alternatives de base ont été suggérées :
a/ la plus classique consiste à attribuer une adresse
"précâblée" précise à chaque appareil, tous les appareils étant raccordés en permanence sur la ligne bifilaire.
Cette solution présente deux inconvénients :
- les appareils ne sont pas directement interchangeables
- la localisation et la neutralisation de certains défauts en ligne sont impossibles b/ l'autre alternative consiste à adresser les appareils de proche en proche à partir de l'unité centrale ; lorsque l'échange d'information est terminé avec un appareil, celui-ci prolonge la ligne - au moyen d'un contact série dont il est équipé - jusqu'à l'appareil suivant.
Cette solution, pour laquelle le brevet belge No 892.272 est représentatif, présente deux inconvénients : - l'ordre d'adressage est immuable
- la ligne change de longueur continuellement ; elle n'est jamais accordée ; les réflexions parasites limitent la vitesse de transmission ; l'alimentation est coupée à chaque cycle.
Le but de la présente invention est de pallier les points faibles des deux alternatives mentionnées ci-avant.
A cet effet, le procédé objet de l'invention consiste en ce que sur une ligne unique entre un processeur et un grand nombre d'appareils dispersés sur la ligne, chaque appareil est muni d'un décodeur capable de déchiffrer les messages émis par le processeur sur la ligne sous forme d'une suite d'impulsions.
Au cours d'une phase d'initialisation, le processeur définit librement l'adresse des différents décodeurs de proche en proche, chaque décodeur mémorisant son adresse avant de prolonger la ligne'pour la définition d'adresse du décodeur suivant.
L'invention est exposée plus en détail ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation pratique en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma d'une ligne de communication bidirectionnelle
- la figure 2 est un schéma représentant une réalisation d'un décodeur
- la figure 3 représente la séquence des signaux en ligne
- les figures 4 et 5 illustrent des configurations géographiques possibles de lignes de communication. La figure 1 schématise une ligne à identification réalisée selon l'invention ; elle est le support d'une communication bidirectionnelle entre un processeur central de traitement LP et des appareils locaux Al,
A2,...An raccordés à la ligne par l'intermédiaire de décodeurs interchangeables Dl, D2,...Dn.
Pour identifier les différents appareils Al, A2,...An, il convient d'assigner à chaque décodeur D une adresse propre.
Selon le procédé, cette opération se fait dans une phase d'initialisation lors de la mise sous tension du système.
Pour comprendre cette initialisation, on se référera à la figure 2 qui représente schématiquement un décodeur D . On remarquera que le décodeur comprend un contact série S (représenté sous forme d'un contact mécanique conventionnel ; en pratique, il s'agira
le plus souvent d'une jonction semi-conducteur) ainsi qu'un circuit de contrôle C et un générateur de courant I. C'est le circuit de contrôle C qui commande le contact S et le générateur I.
Hors tension, tous les contacts S sont ouverts.
Au début de la phase d'initialisation, le processeur LP adresse le premier décodeur Dl ; en pratique, l'adresse se présente sous forme d'un code binaire réalisé en commutant la polarité de la ligne ; le circuit de contrôle de Dl mémorise cette adresse et provoque la fermeture du contact SI, ce qui permet au processeur d'adresser D2 et ainsi de suite, de proche en proche. A la fin de la phase d'initialisa-. tion, tous les contacts S sont fermés et l'entièreté de la ligne est sous tension.
A ce moment, la phase d'exploitation peut commencer : des informations peuvent être échangées entre le processeur LP et les différents décodeurs D, capables de reconnaître leur adresse.
On remarquera qu'il n'y a aucune restriction en ce qui concerne l'ordre dans lequel les décodeurs sont adressés : cet ordre peut varier en fonction du programme du processeur.
La figure 3 représente la séquence des signaux en ligne lorsque le processeur LP adresse Dn. Le message de LP est une suite d'impulsions représentant:
- un préambule PR pour la mise à l'écoute correcte des décodeurs
- l'adresse ADD de Dn
- le code CDE définissant le traitement qui est attendu de Dn
- un message de contrôle CTL.
Si Dn reconnaît :
- que le message est correct
- que l'adresse le concerne
- que le traitement demandé correspond à ses capacités, il exécute le traitement demandé et renvoie, sous forme de courant :
- une forme d'acquit AKN
- un signal en retour RTN
- un message de contrôle CTL.
Le circuit de contrôle C joue un rôle important; c'est lui qui déchiffre les messages reçus ou émis sur la ligne et c'est lui qui commande le générateur I et le contact S. Le circuit C mérite donc d'être détaillé ; on se référera pour ce faire à la figure 2 où l'on distingue :
- un module SYNCHRO ; associé à un oscillateur local, OSC, le module SYNCHRO analyse les messages présents sur la ligne et assure leur validation comme il sera décrit plus loin ;
il transmet au module REGISTER, la partie utile ADD + CDE des messages validés
- un module REGISTER, qui mémorise l'adresse du décodeur ADD lors de la phase d'initialisation et le code CDE lors de la phase d'exploitation
- un module DECODER, qui interprète la partie CDE des messages et active les sorties monostables ou bi-stables concernées pour :
- la génération de AKN
- l'activation du générateur de courant I
- l'exécution des télécommandes
- la synchronisation et le renvoi des télésignalisations digitales.
Le procédé mérite également d'être détaillé en ce qui concerne les méthodes utilisées pour la validation des messages.
Les messages envoyés par LP se font en mode asynchrone ; le rythme des impulsions est fixe. Chaque décodeur synchronise son oscillateur sur le préambule PR et décode ensuite le message bit à bit.
Comme les lignes sont susceptibles d'être parasitées, la sécurité du système impose de contrôler soigneusement les signaux reçus ; ce contrôle se fait
à deux niveaux :
a) au niveau de l'entièreté du message par la méthode classique consistant à ajouter des bits redondants CTL b) au niveau du bit lui-même ; pour rejeter les bits "douteux", le procédé utilise une méthode de choix majoritaire ;
pendant la durée t d'un bit, le décodeur effectue,
à la cadence de son oscillateur, quatre échantillonnages (par exemple aux temps 5t/16, 7t/16, 9t/16, llt/16) ;
le bit est accepté si trois au moins des échantillons concordent, sinon l'entièreté du message est rejetée ;
ce procédé de validation s'est trouvé justifié tant du point de vue théorique que lors des essais pratiques.
Comme on va le voir, le procédé couvre la majorité des applications rencontrées en pratique.
<EMI ID=1.1> et revenons à la figure 2.
Dans ce cas, An est un appareil sensible à un paramètre physique : sonde de température, sonde d'humidité, senseur ionique de fumée.
Après décodage de la demande du processeur : ADD et CDE, le décodeur répond par AKN et par l'émission d'un courant en ligne In représentatif du signal
du senseur An.
Ce courant supplémentaire en ligne pendant la période RTN est mesuré aisément par le processeur LP ; la transmission sous forme de courant imposé est préféréecar elle ne dépend pas de la longueur de ligne..
- Dans le cas d'une télésignalisation simple, le déco- <EMI ID=2.1>
ou fermé) auquel il est raccordé.
- Dans le cas d'une télémesure digitale, le signal RTN se présente sous forme d'un code binaire ou
<EMI ID=3.1>
la précision demandée.
Par analogie avec la télémesure digitale, C peut aussi renvoyer pendant la période RTN, un code représentatif de l'état d'un groupe de contacts
(8, 16, ...).
Le décodeur D apparaît dans ce cas comme l'élément central d'un microconcentrateur de données.
- Dans le cas d'une télécommande, le code CDE définit l'action à prendre (ouvrir ou fermer pour un contacteur, augmenter ou diminuer pour un moteur pas à pas), le signal en retour RTN peut compléter l'acquit et, par exemple, demander la confirmation de l'ordre,....
A noter que le même décodeur ayant servi à la télécommande peut également renvoyer en confirmation l'état d'un contact auxiliaire associé à l'organe commandé .
Bien entendu, le procédé permet de mélanger sur une même ligne des appareils de télémesure, des organes télécommandés, etc... car le processeur LP
<EMI ID=4.1>
identité qu'il a lui-même définie lors de l'initialisation.
Le procédé permet également une grande liberté dans la configuration géographique des lignes de communication .
Ainsi, la figure 4 représente une disposition en boucle fermée ; le processeur LP pouvant procéder
à l'initialisation dans l'ordre direct Dl, D2, ...Dm ou dans l'ordre inverse Dm, Dm-1,...D1.
La figure 5 représente une disposition ramifiée ; l'initialisation se fait normalement ...Di,
Dj ...Dn ; ensuite, le processeur télécommande le décodeur-aiguilleur Dj de façon à ouvrir la ligne vers Dn+1 et il continue l'initialisation Dn+1, Dn+2 ...
Le procédé permet au processeur LP de mettre en évidence et de localiser un certain nombre de situations anormales qui peuvent se présenter ; ainsi LP ne reçoit pas de signal d'acquit AKN correct dans les cas suivants :
a) message erroné (si l'adresse n'existe pas ou si des erreurs se sont introduites dans le message) b) décodeur en défaut c) coupure de ligne d) court-circuit en ligne.
Dans tous ces cas, le signal AKN renvoyé sort des limites admissibles (ces limites "encadrent" la gamme de télémesure et les courants de télésigna-
<EMI ID=5.1>
Selon la nature du défaut et son degré de permanence, la communication pourra être rétablie partiellement ou totalement ; ainsi dans le cas d'une coupure de ligne, la communication sera limitée aux décodeurs en amont de la coupure.
Dans le cas d'un court-circuit en ligne,le processeur n'est plus à même de transmettre un message ; il doit alors couper l'alimentation de la ligne et initialiser à nouveau les décodeurs en amont du court-circuit ; dans le cas d'une structure en boucle (figure 4), il peut également initialiser en sens inverse jusqu'en aval du court-circuit.
Le procédé selon l'invention est susceptible d'être appliqué dans les domaines les plus divers, ainsi :
- lorsque la localisation d'un événement est de première importance : détection d'incendie, surveillance d'effraction
- lorsqu'un grand nombre d'informations dispersées sont à rapatrier, par exemple : sondes de température et compteurs de chaleur dans le cadre d'un système de gestion économique de l'énergie
- lorsque le nombre d'appareils est important et que leur destination est susceptible d'être modifiée :
éclairage de surfaces paysagères, protection solaires par stores motorisés ; dans ce cas, l'affectation des commandes est définie et modifiée par logiciel
- lorsque les distances entre appareils sont considérables : infrastructures de transports publics, routes, tunnels, aéroports,etc...
REVENDICATIONS
1. Procédé de communication bidirectionnelle multipoints sur ligne unique entre un processeur (LP) et un grand nombre d'appareils (A) dispersés sur la ligne, caractérisé en ce que chaque appareil est muni d'un décodeur (D) capable de déchiffrer les messages émis par le processeur (LP) sur la ligne sous forme d'une suite d'impulsions.
A method of bidirectional multipoint communication on a single line.
The present invention relates to a method of bidirectional multipoint communication on a single line between a processor and a large number of devices dispersed on the line.
In the field of signaling and remote control, a wide variety of methods have been suggested for exchanging a maximum of information using a minimum of wiring; in the limit, only two wires for communicating a processing unit with a large number of "identifiable" devices.
For this identification, two basic alternatives have been suggested:
a / the most classic is to assign an address
"pre-wired" specifies each device, all devices being permanently connected to the two-wire line.
This solution has two drawbacks:
- the devices are not directly interchangeable
- the localization and neutralization of certain online faults are impossible b / the other alternative consists in addressing the devices step by step from the central unit; when the exchange of information is finished with a device, this extends the line - by means of a serial contact with which it is equipped - to the next device.
This solution, for which Belgian patent No 892.272 is representative, has two drawbacks: - the order of addressing is immutable
- the line changes length continuously; it is never granted; stray reflections limit the transmission speed; the power is cut off at each cycle.
The purpose of the present invention is to overcome the weak points of the two alternatives mentioned above.
To this end, the method which is the subject of the invention consists in that on a single line between a processor and a large number of devices dispersed on the line, each device is provided with a decoder capable of deciphering the messages transmitted by the processor on the line as a series of pulses.
During an initialization phase, the processor freely defines the address of the various decoders step by step, each decoder memorizing its address before extending the line for the address definition of the next decoder.
The invention is explained in more detail below with the aid of a practical embodiment example with reference to the accompanying drawings in which:
- Figure 1 is a diagram of a two-way communication line
- Figure 2 is a diagram showing an embodiment of a decoder
- Figure 3 shows the sequence of online signals
- Figures 4 and 5 illustrate possible geographic configurations of communication lines. Figure 1 shows schematically an identification line produced according to the invention; it supports two-way communication between a central processing processor LP and local devices A1,
A2, ... An connected to the line via interchangeable decoders Dl, D2, ... Dn.
To identify the various devices A1, A2, ... An, it is necessary to assign each decoder D its own address.
According to the method, this operation is done in an initialization phase when the system is powered up.
To understand this initialization, reference will be made to FIG. 2 which schematically represents a decoder D. It will be noted that the decoder comprises a S series contact (represented in the form of a conventional mechanical contact; in practice, it will be
usually a semiconductor junction) as well as a control circuit C and a current generator I. It is the control circuit C which controls the contact S and the generator I.
With the power off, all contacts S are open.
At the start of the initialization phase, the processor LP addresses the first decoder D1; in practice, the address is in the form of a binary code produced by switching the polarity of the line; the control circuit of Dl stores this address and causes the contact SI to close, which allows the processor to address D2 and so on, step by step. At the end of the initialization phase. tion, all contacts S are closed and the entire line is energized.
At this time, the operating phase can begin: information can be exchanged between the processor LP and the various decoders D, capable of recognizing their address.
It will be noted that there is no restriction as regards the order in which the decoders are addressed: this order may vary depending on the program of the processor.
FIG. 3 represents the sequence of the signals online when the processor LP addresses Dn. The LP message is a series of pulses representing:
- a PR preamble for the correct listening of decoders
- the ADD address of Dn
- the CDE code defining the processing which is expected from Dn
- a CTL control message.
If Dn recognizes:
- that the message is correct
- that the address concerns him
- that the requested processing corresponds to its capacities, it performs the requested processing and returns, in the form of current:
- a form of AKN receipt
- RTN feedback signal
- a CTL control message.
The control circuit C plays an important role; it is he who deciphers the messages received or sent on the line and it is he who controls the generator I and the contact S. The circuit C therefore deserves to be detailed; to do this, we will refer to Figure 2 where we distinguish:
- a SYNCHRO module; associated with a local oscillator, OSC, the SYNCHRO module analyzes the messages present on the line and ensures their validation as will be described later;
it transmits to the REGISTER module, the useful part ADD + CDE of validated messages
- a REGISTER module, which stores the address of the ADD decoder during the initialization phase and the CDE code during the operational phase
- a DECODER module, which interprets the CDE part of the messages and activates the monostable or bi-stable outputs concerned for:
- AKN generation
- activation of the current generator I
- execution of remote controls
- synchronization and return of digital remote signaling.
The process also deserves to be detailed with regard to the methods used for message validation.
Messages sent by LP are in asynchronous mode; the pulse rate is fixed. Each decoder synchronizes its oscillator on the preamble PR and then decodes the message bit by bit.
As the lines are susceptible to interference, system security requires careful monitoring of the signals received; this control is done
at two levels:
a) at the level of the entire message by the conventional method consisting in adding redundant bits CTL b) at the level of the bit itself; to reject the "doubtful" bits, the method uses a majority choice method;
during the duration t of a bit, the decoder performs,
at the rate of its oscillator, four samples (for example at times 5t / 16, 7t / 16, 9t / 16, llt / 16);
the bit is accepted if at least three of the samples match, otherwise the entire message is rejected;
this validation process was found to be justified both from a theoretical point of view and during practical tests.
As we will see, the process covers the majority of applications encountered in practice.
<EMI ID = 1.1> and back to Figure 2.
In this case, An is a device sensitive to a physical parameter: temperature probe, humidity probe, ionic smoke sensor.
After decoding of the processor request: ADD and CDE, the decoder responds by AKN and by the emission of an online current In representative of the signal
from the sensor An.
This additional online current during the RTN period is easily measured by the LP processor; transmission in the form of impressed current is preferred because it does not depend on the line length.
- In the case of a simple remote signaling, the <EMI ID = 2.1>
or closed) to which it is connected.
- In the case of digital telemetry, the RTN signal is in the form of a binary code or
<EMI ID = 3.1>
the requested precision.
By analogy with digital telemetry, C can also return during the RTN period, a code representative of the state of a group of contacts
(8, 16, ...).
The decoder D appears in this case as the central element of a data microconcentrator.
- In the case of a remote control, the CDE code defines the action to be taken (open or close for a contactor, increase or decrease for a stepping motor), the RTN feedback signal can complete the acknowledgment and, by example, request confirmation of the order, ....
Note that the same decoder used for the remote control can also return the confirmation of the state of an auxiliary contact associated with the controlled organ.
Of course, the method makes it possible to mix telemetry devices, remote-controlled organs, etc., on the same line, because the LP processor
<EMI ID = 4.1>
identity that he defined himself during initialization.
The method also allows great freedom in the geographic configuration of the communication lines.
Thus, Figure 4 shows a closed loop arrangement; the LP processor can proceed
at initialization in the direct order Dl, D2, ... Dm or in the reverse order Dm, Dm-1, ... D1.
Figure 5 shows a branched arrangement; initialization is done normally ... Di,
Dj ... Dn; then, the processor remote controls the decoder-switcher Dj so as to open the line towards Dn + 1 and it continues the initialization Dn + 1, Dn + 2 ...
The method allows the LP processor to identify and locate a number of abnormal situations that may arise; thus LP does not receive a correct AKN acknowledgment signal in the following cases:
a) erroneous message (if the address does not exist or if errors are introduced in the message) b) faulty decoder c) line break d) short-circuit on line.
In all these cases, the returned AKN signal leaves the admissible limits (these limits "frame" the range of telemetry and the currents of telesigna-
<EMI ID = 5.1>
Depending on the nature of the fault and its degree of permanence, the communication may be restored partially or completely; thus in the event of a line break, communication will be limited to the decoders upstream of the break.
In the event of an online short circuit, the processor is no longer able to transmit a message; it must then cut the power supply to the line and re-initialize the decoders upstream of the short circuit; in the case of a loop structure (Figure 4), it can also initialize in the opposite direction until downstream of the short-circuit.
The method according to the invention can be applied in the most diverse fields, thus:
- when the location of an event is of primary importance: fire detection, burglary surveillance
- when a large amount of dispersed information is to be brought back, for example: temperature sensors and heat meters as part of an economic energy management system
- when the number of devices is large and their destination is likely to be changed:
lighting of landscaped areas, sun protection by motorized blinds; in this case, the assignment of commands is defined and modified by software
- when the distances between devices are considerable: public transport infrastructure, roads, tunnels, airports, etc.
CLAIMS
1. A method of bidirectional multipoint communication on a single line between a processor (LP) and a large number of devices (A) dispersed on the line, characterized in that each device is provided with a decoder (D) capable of deciphering the messages sent by the processor (LP) on the line in the form of a series of pulses.