CN105684361B - 总线系统及用于操作此类总线系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种总线系统(1)，其包括控制单元(2)和至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)。所述控制单元(2)被分配有分别被设计来发送和接收数据的至少两个数据通信接口(2.1，2.2)。所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)包括具有分别被设计来发送和接收数据的至少两个数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的总线耦合器。所述控制单元(2)和所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)分别通过它们的数据通信接口以及对应的两点连接(8)连接在一起以形成环形拓扑。其中，所述至少一个总线节点的所述总线耦合器被设计成直接地且无延迟地发送并因而转发在其至少两个数据通信接口的一个数据通信接口接收的数据，所述总线耦合器通过其其他数据通信接口发送并因而转发数据。

Description

总线系统及用于操作此类总线系统的方法
本发明涉及总线系统，该总线系统特别是用于监视和/或控制火灾报警、灭火和/或减氧系统的组件的总线系统。本发明进一步涉及用于操作此类总线系统的方法。
火灾报警系统的任务是尽可能早地检测火灾，并触发信号和通知，使得能够发起合适的措施。从而，为了在火灾的情况下，确保适当的信号发送能够及时发生，功能可靠对于火灾报警系统是很必要的。
通常出现的情况是，火灾报警系统不仅被设计成发送火灾危险信号，还被设计来检测火灾危险，且甚至被设计来在合适的时候采取合适的措施。因此火灾报警系统通常由许多相互连接的组件组成，如自动火灾报警器、手动火灾报警器、声学或光信号发送设备或者灭火系统组件。这些组件通过一个或多个传输路径连接至中央火灾报警控制面板。
为了此目的，使用环形总线系统连接火灾报警系统的组件至中央火灾报警控制面板和/或在防火领域中已知的控制单元。能够看出环形总线的优势在于即使在短路或开路的情况下，所有连接的总线节点也能继续保持对控制单元响应。
在本文中，引用印刷公开的EP1363261A1，其公开了危险报警系统的环形总线系统。
但是，在防火领域中，从现有技术已知的环形总线系统表现出由于总线系统的带宽受限而导致的在实际使用中的缺点。受限的带宽引起所有连接至环形总线系统的组件的(比如用于状态轮询(报警/故障状态)的)典型查询时间总计为几秒。在线路失效后，用于环形总线系统的典型重启时间是在1至5分钟的范围内。
尽管根据EN54-13标准(2005年8月)，这些响应时间对于火灾报警系统的运行是完全足够的，但该响应时间不适用于以足够的分辨率或采样来检测连接至总线系统的传感器(例如减氧系统的气体传感器)的模拟值。按照如EN 12094-1或VdS 2496，现有技术中已知的环形总线系统的响应时间也不满足用于灭火系统的电气控制和延迟设备(ECD)的基于时间的要求。
以这些问题为基础，本发明基于上述总线系统和从现有技术中已知的总线系统的进一步发展的任务，达到在确保所有总线节点即使在开路的情况下也为连续可访问性的同时，能提改进总线系统响应时间的目的。此外，详细说明了对应的用于操作这样的总线系统的方法。
对于总线系统，这个任务被独立权利要求1的主题所解决，并且对于所述方法，这个任务被独立权利要求8的主题所解决。本发明方案的优选的实施方式在从属权利要求中表明。
相应地，特别地提出了总线系统，该总线系统包括控制单元(也称为回路控制器)，以及至少一个且优选地多个作为总线节点连接至总线系统中的外围设备。这些外围设备(总线节点)在火灾报警系统的特定组件中，且特别包含火灾报警器、报警设备(如根据EN54-系列标准)、用于激活灭火系统的阀门以及(如根据EN12094-系列标准的)灭火系统组件的传感器反馈组件，而且还包含例如传感器，特别是减氧系统的气体传感器，比如氧气传感器。
根据本发明，总线系统的控制单元优选为连接至中央火灾报警控制面板，其包括至少两个独立实现的数据通信接口(下文中也称为“端口”)，从而该至少两个数据通信接口中的每个数据通信接口分别被设计成发送和接收数据。
每个外围设备(总线节点)包括所谓的总线耦合器，借助于总线耦合器外围设备(总线节点)连接至总线系统。为了这个目的，每个总线耦合器具有至少两个独立实现的数据通信接口(端口)，每个数据通信接口例如与控制单元的数据通信接口一样被设计成发送和接收数据。
在本发明的总线系统中，控制单元和连接至总线系统的单个外围设备的总线耦合器通过它们各自的数据通信接口和对应的两点连接来连接在一起以形成环形拓扑。单个两点连接组成独立总线线段，独立总线线段的至少部分能够被设计为有线的和/或光的数据传输信道。
于此使用的术语“环形拓扑”涉及网络或连接结构，其中，在一个两点连接中，两个节点在各种情况下彼此连接以形成闭合环路。发送的数据(信息)，例如从控制单元发送的数据，在环形拓扑中从节点中继到节点直到到达其目的地点。从而每个总线节点能够同时作为所谓的“中继器”工作，因此能够实现大距离的桥接。
本发明的方案特别地提供了每个单个总线节点(外围设备)的每个总线耦合器被配置成通过该总线耦合器的至少两个数据通信接口的其他数据通信接口直接地和无延迟地发送并因而转发由控制单元所发送且在总线耦合器的至少两个数据通信接口中的一个数据通信接口接收的数据。换句话说，每个总线节点无任何延迟地转发所接收的数据至其他总线节点。
本发明的方案特别地提供了每个总线节点(外围设备)的总线耦合器被配置成一般地(特别是响应于之前从控制单元接收的总线节点编址数据或命令)通过总线耦合器的至少两个数据通信接口在反向环形拓扑的方向上发送数据至控制单元。换句话说，当总线系统的控制单元发送数据(特别是具有确认/响应请求的数据)至特定总线节点时，在环形拓扑的两个方向发送该总线节点的返回或响应信号至控制单元。
本发明的方案的可获得的有益效果特别是能够在操作期间以及重启系统时，从总线系统的可实现的响应时间(相比于现有技术已知方案)的提高中看出。同时，保证了即使在开路的情况下，控制单元将仍能与所有总线节点通信。
为了这个目的，本发明的一个方面提供了单个总线节点的总线耦合器，该总线耦合器包括发送/接收切换单元，该发送/接收切换单元被设计为优选地自动检测至少在总线耦合器的至少两个数据通信接口中的一个数据通信端口接收的数据的开始，并且优选为在检测到在总线耦合器的至少两个数据通信接口中的一个数据通信接口的数据接收的开始时，自动连接各个数据通信接口的接收线路至其他数据通信接口的发送线路。
这样做保证了在控制单元和外围设备之间的快速响应通信和无延迟数据转发。
本发明总线系统的后面引用的发展的一个优选的实现提供了发送/接收切换单元优选地包括逻辑模块和/或微控制器。
根据本发明的另一方面，前面引用的总线耦合器的发送/接收切换单元或控制单元分别被设计成优选为自动检测至少在至少两个数据通信接口中的一个数据通信接口的数据接收的结束，并在检测到数据接收的结束时，断开各个数据通信接口的接收线路至各个其他数据通信接口的发送线路的连接。
为了不仅能保证无延迟数据转发，还能直接与总线系统的总线节点通信，本发明的另一方面提供了至少一个总线节点，其包括总线耦合器外部的处理单元，该处理单元由逻辑模块和/或微控制器形成。总线耦合器的发送/接收单元进一步被设计成优选为当在总线耦合器的至少两个数据通信接口的所述一个数据通信接口处检查到数据接收的开始时，自动连接数据通信接口的接收线路到处理单元的接收线路。
为了确保本发明的总线系统实现一开始时所述的数据通信，在上述实施方式的进一步发展中，总线耦合器的处理单元被设计成控制总线耦合器的发送/接收切换单元，使得处理单元的发送线路连接至总线耦合器的第一和/或第二数据通信接口的发送线路。
根据本发明的另一方面，总线节点的处理单元被设计为控制总线耦合器的发送/接收切换单元以便禁止总线耦合器的至少两个数据通信接口的一个数据通信接口的接收线路自动连接总线耦合器的至少两个数据通信接口的另一数据通信接口的发送线路。
根据本发明的总线系统的一个优选的实现，总线系统的控制单元特别地通过至少两个数据通信接口中的仅一个数据通信接口发送数据(特别是总线节点编址数据或命令)至各个总线节点。在另一方面，每个总线节点一般通过其至少两个数据通信接口发送数据至控制单元，并在反向环形拓扑的方向进行该操作。从而，总线节点特别地响应于之前从控制单元接收的数据或命令发送数据至控制单元，以及相应编址。
本发明的一个方面提供了总线系统的控制单元以实现自动初始化的目的，首先识别连接至总线系统的各个总线节点，然后向所识别的总线节点分配特定地址，特别是总线ID。，
根据本发明，本方案能实现的实质的有益效果特别能在能自动检测环形拓扑的两点连接(总线线段)中故障(特别是中断)的系统中看出。例如，当总线节点通过总线系统发送数据至控制单元且控制单元的至少两个数据通信接口中的仅一个数据通信接口接收所述数据时，上述情况会发生。
替代于此地或附加于此地，当控制单元经至少两个数据通信接口中的仅一个数据通信接口发送带有确认/响应请求的数据至总线节点，且尽管有确认/响应请求，控制单元通过其至少两个数据通信接口的至少一个数据通信接口没有从期望的总线节点接收到数据时，系统能推断出总线节点的故障。
总线系统的初始化，例如是在系统的初始启动时或在连接至总线系统的外围设备的更换或补充时实现的。这样的初始化优选为自动的，即由控制单元经过其至少两个数据通信接口的一个数据通信接口发送配置数据至第一总线节点。配置数据例如能够是相关数据包。通过接收配置数据，第一总线节点被分配有唯一的地址(总线ID)。
第一总线节点被分配有唯一的地址后，控制单元同样地经过其至少两个数据通信单元中的一个数据通信单元发送第二配置数据集。第一总线节点忽略这个第二配置数据集，因为该配置数据集没有被编址指向该第一总线节点。相反地，第一总线节点直接转发配置数据集至下一总线节点(在保持传输方向的同时)。换句话说，当总线节点在其两个端口中的一个端口接收到未被编址指向该总线节点的配置数据集时，总线节点通过它的另一端口转发配置数据集至下一总线节点。通过这种方式，每个总线节点被依次分配有总线ID。
在控制单元的其他数据通信接口(端口)之后再次接收到如控制单元初始所发送的数据时，控制单元检测到初始化过程的结束。当每个总线节点都被分配有唯一总线ID时，则这个过程将发生。
根据本发明的一个方面，控制单元能够直接编址单个总线节点，并通过使用各个总线节点的总线ID来这样做。从而，提供了总线节点，其通过两个端口(数据通信接口)分别地向控制单元的命令或确认/响应请求发送各个响应。这意味着控制单元的两个端口都接收总线节点的响应。
各个总线节点的两个端口总是响应被编址指向此特定总线节点的确认/响应请求。初始化之后，在保持传输方向的同时，总线节点直接转发所有数据至下一总线节点。这是无延迟发生的，特别是不需要事先核实地址。
特别地，控制单元与总线节点之间的通信能够是基于主/从原则的通信。在这种情况下，控制单元作为主单元，且单个总线节点作为从单元。总线节点则仅在从控制单元接收到对应的总线节点地址的命令时，发送数据。各个总线节点随即向控制单元发送响应。
替代地，可以想象总线节点和控制单元在每次对等通信(peer-to-peercommunication)中彼此通信。在这种情况下，总线节点不需要有来自控制单元的对应的总线节点地址的请求就能够发送数据至控制单元。例如当一个或多个总线节点作为手动操作的火灾报警器被实现时，对等通信是有利的。当这样的总线节点被手动驱动时，其能够自动响应来作为对等通信的部分而发送对应的数据至控制单元。
为了创建冗余系统，并进一步减少故障的潜在源，本发明的进一步的方面提供了与控制单元并联的备用控制单元。在控制单元(主控制单元)失效时，备用控制单元接替失效的单元之前的功能。
以下将参考附图详细描述本发明的示例性实施方式。
如下所示：
图1是示出根据本发明的在总线系统的实施方式中的初始化过程的示意图；
图2是示出初始化后根据本发明的完整总线系统的操作模式的示意图；
图3是示出根据本发明的在总线系统中由控制单元检测线路错误的示意图；
图4是示出根据图3的在总线系统中线路错误检测或故障检测之后的过程的示意图；
图5是示出耦合至总线系统的总线线路的示例总线节点的示意框图；
图6是根据图5的示例总线节点在总线节点经总线耦合器的第一数据通信接口接收到数据的状态中的示意框图；
图7是根据图5的示例总线节点在总线节点经总线耦合器的第二数据通信接口接收到数据的状态中的示意框图；
图8是根据图5的示例总线节点在总线节点经总线耦合器的第一数据通信接口发送数据的状态中的示意框图；
图9是根据图5的示例总线节点在总线节点经总线耦合器的第二数据通信接口发送数据的状态中的示意框图；
图10是根据图5的示例总线节点在总线节点经总线耦合器的两个数据通信接口发送数据的状态中的示意框图；
图11是示出根据图5的示例总线节点在总线耦合器发送/接收单元的环路闭合，且在总线耦合器的第二数据通信接口接收的数据被转发至总线耦合器的第一数据通信接口的状态中的示意框图；以及
图12是示出根据图5的示例总线节点在总线耦合器发送/接收切换单元的环路闭合，且在总线耦合器的第一数据通信接口接收的数据被转发至总线耦合器的第二数据通信接口的状态中的示意框图。
在附图中示意性描述的本发明总线系统1的示例性实施方式特别地适用于监视和/或控制火灾报警、灭火和/或减氧系统的组件。这些组件在不同情况下作为总线节点3.1、3.2、3.3集成至总线系统1中，并能够和作为与所述总线系统1相关联的环路控制器实施的控制单元2通信。
每个总线节点3.1、3.2、3.3具有总线耦合器11，通过总线耦合器11，各个总线节点3.1、3.2、3.3耦合至总线系统1的总线线路。每个总线耦合器11具有分别设计来发送和接收数据的至少两个(在描述的实施方式中正好两个)数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32。作为环路控制器设计的控制单元2也提供了两个数据通信接口2.1，2.2，数据通信接口2.1，2.2的每个同样地设计来发送和接收数据。
由此，注意在图1至图4提供的图示仅示出总线耦合器11的数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32。图5示出了带有总线耦合器11的示例总线节点3.1、3.2、3.3的示意框图，通过总线耦合器11，总线节点3.1、3.2、3.3耦合至总线系统1的总线线路。总线耦合器11的操作模式从图6至图12所提供的图示是明显的。
总线系统1的单个组件，即控制单元2和各个总线节点3.1、3.2、3.3，通过各个总线线段彼此连接，从而每个总线线段形成在总线系统1的两个相邻组件(控制单元和总线节点)间的两点连接8。从而形成环形拓扑，使得总线系统1是环形总线系统。
形成两点连接8的总线线段能够至少部分地形成为有线的和/或光的数据通信信道，特别是包括光纤的光纤连接。
本发明的总线系统1特别提供了使总线系统1的每个总线节点3.1，3.2，3.3优选地将在其两个数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32的一个数据通信接口处接收的来自控制单元2的数据无延迟地通过其其他数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32发送。从控制单元所传达的数据因而从总线节点转发至总线节点。以下将详细描述，该转发的发生不需要事先核实地址以便避免任何延迟。
本发明的总线系统1特别提供了当所述节点需要或想要发送数据至控制单元2时，总线系统1的每个总线节点3.1，3.2，3.3经其第一数据通信接口以及第二数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32两者来发送相同的信息(数据)，使得数据沿环形拓扑的相反方向经两个不同的数据传输信道发送至控制单元2。
当在总线系统1中实现的数据传输基于主/从原则时，各个总线节点3.1，3.2，3.3响应于从控制单元2接收的在先提示发送数据。但是，基于对等原则的数据传输也是可以想到的，在这种情况下，数据也能由总线节点3.1，3.2，3.3发送至控制单元2而不需要由控制单元2产生相应请求。
在附图中示意性描述的本发明的总线系统1的示例性实施方式中，控制单元2一般仅在“正常”总线操作中经控制单元2的两个数据通信接口2.1，2.2中的一个数据通信接口向总线节点3.1，3.2，3.3发送所有数据；即在环形拓扑的两点连接8中检测到故障之前。但是，如果在环形拓扑的两点连接8中检测到故障，控制单元2改变其传输模式，且再经其两个数据通信接口2.1，2.2发送相同信息(数据)至给定的总线节点3.1，3.2，3.3。于是，相同的信息在相对于环形拓扑的相反传输方向经两个不同的数据通信信道发送。系统怎样能够自动检测在环形拓扑的两点连接8中的故障将在下文参考在图3中的示意图详细描述。
图1示意性描述了本发明的总线系统1的第一示例性实施方式。根据图1，在总线系统1中示意性描述了三个总线节点3.1，3.2，3.3。但是，注意这里能够是任意数量的总线节点，特别是远超过仅三个总线节点也能够集成至总线系统1中。本发明的总线系统1(至少原则上)也适用于仅一个单一的总线节点。
根据各个应用，有线数据传输也能够有优势。在这样的情况下，将提供有线的两点连接8作为总线线段。从而，这些特别能够优选为是相应地屏蔽电磁干扰的2芯线缆或4芯线缆。在各个双绞线缆或其他相似类型的线缆中，例如线成对地绞曲在一起以更好地适合总线线段。这样做利用了在一个线缆中可变绞曲程度(铺放的长度)和有不同旋转方向的成对的线能够被绞在一起的知识，从而绞曲的成对的线相比与仅平行运行的线，对于外部交变磁场和静电干扰能提供更好的保护。
在总线系统1能够被投入操作之前，首先需要被初始化。这在系统初始启动时以及系统重新发动时(例如在集成至总线系统1中的总线节点的配置有改变时，例如在额外的总线节点已经被添加至总线系统之后)是必要的，。
在总线系统1被初始化之前，如在系统重启或初始启动时，所有总线节点3.1，3.2，3.3在中间状态，此处也称为“闲置状态”。如图1中的虚线箭头指出的，为了初始化系统，控制单元2仅经由其数据通信接口2.1(第一数据通信接口)发送对应的配置数据4.1至在环形拓扑中直接与控制单元2相邻的“第一”总线节点3.1，以实现分配组总线节点3.1相关地址(总线ID)的目的。
此后，控制单元2同样地通过其数据通信接口2.1(第一数据通信接口)发送进一步的配置数据4.2。由于唯一的地址已经被分配给第一总线节点3.1，且进一步的配置数据4.2没有被编址为与第一总线节点3.1相关联的地址，第一总线节点3.1忽略这个进一步的配置数据4.2。在上下文中，“忽略”意味着第一总线节点3.1确认进一步的配置数据4.2没有被编址指向它。结果，进一步的配置数据4.2被直接转发至下一总线节点3.2，且转发时保持在环形拓扑中的传输方向(图1中的顺时针方向)。由于第二总线节点3.2对于这个点上仍在其闲置状态，总线节点3.2借助于进一步的配置数据4.2同样地被分配唯一的地址。
初始化过程继续直到每个总线节点3.1，3.2，3.3已经被分配有唯一的地址为止。
一旦控制单元2接收再次返回的配置数据集，即在所述控制单元2之前经第一数据通信接口2.1发送配置数据集的情况下，通过其第二数据通信接口2.2接收到返回的配置数据集，则确定初始化过程完成。
图2示出了根据图1的总线系统的初始化后的总线系统的示意图。据此，在控制单元2仍能够从单个总线节点接收对应的响应的同时，控制单元2现在能够特别借助于总线节点地址命令5直接地编址单个总线节点，例如如“第一”总线节点3.1。
在图2中借助于图中的虚线箭头描述了示例性的数据传输过程。具体地，在图2示意性描述的状态中，控制单元2发送命令5至第一总线节点3.1。这个命令5在单个总线节点3.1的端口3.11被接收。总线节点3.1随即发送对应的响应返回控制单元2。
详细地，随之而来的是相同的信息(数据)在各个情况下经总线节点3.1的两个数据通信接口3.11，3.12被发送回控制单元2，且这发生在(关于环形拓扑的)相反的传输方向。这在图2中借助于虚线箭头6.1，6.2示意性地指出。
由于传输路径6.1和6.2在总线系统以相反方向运行，因而通过传输路径6.1和6.2发送的响应(数据)到达控制单元2的两个端口2.1和2.2。由于控制单元2确定总线节点3.1的数据6.1，6.2到达其两个端口2.1和2.2，控制单元2因而能够确认总线系统1功能正常。
图3示出在总线系统1的总线线段8中发生线路失效F的示例性情形。以下将参考图3的示意性描述来表述本发明的总线系统1怎样检测总线系统1的总线线段8中的数据传输故障。
如图3所指出的，由于在图3描述的示例性情形中，线路失效F在第一总线节点3.1的下游(相对于控制单元在环形拓扑中所选的传输方向)，控制单元2的第一数据集不受阻碍地到达第一总线节点3.1。总线节点3.1发送对应的响应6.1和6.2返回至控制单元2。因为线路失效F，消息6.2不能到达控制单元2。仅总线节点3.1的响应6.1在端口2.1到达控制单元2。由于控制单元2没有在两个端口2.1，2.2都接收到总线节点3.1的响应，在这种情况下断定存在线路失效。
图4示意性描述了根据图3的总线系统1中的故障或线路失效F的检测之后的过程。在线路失效F已经被检测后，控制单元2直接经其两个端口2.1，2.2发送所有数据至总线节点3.1，3.2，3.3。图4描述了在线路失效F的不同侧的不同总线节点3.1，3.2怎样接收来自控制单元2的命令的示例。
在总线节点(例如第一总线节点3.1)在环形拓扑的顺时针方向上位于线路失效F的上游侧的情况下，由参考数字“5.2”标识的命令到达总线节点3.1，而由于被线路失效F的阻断，由参考数字“5.3”标识的命令没有到达第一总线节点3.1。然而，第一总线节点3.1仍然经其两个端口3.11和3.12发送其响应7.1和7.2。在这种情况下，于是仅一个响应(响应7.1)到达控制单元2，且是在端口2.1处到达。另一响应7.2的传输被线路失效F所阻断。
在第二总线节点3.2在环形拓扑的顺时针方向上位于线路失效F的下游侧的情况下，在图4中由参考数字“5.5”标识的控制单元2的数据集/命令通过控制单元2的第二端口2.2到达第二总线节点3.2。由参考数字“5.4”标识的控制单元2通过其第一端口2.1发送的控制单元2的数据集/命令由于线路失效F而没有到达第二总线节点3.2。相应地，第二总线节点3.2则通过其两个端口3.21和3.22发送命令7.3和7.4至控制单元2。在这种情况下，由参考数字“7.3”标识的数据集/命令通过第二端口2.2到达控制单元，且由参考数字“7.4”标识的数据集/命令由于线路失效F而没有到达控制单元2。
这个过程能够被简单地推广用于如所期望那样多的总线节点，以及即使在线路失效F的情况下，控制单元2能够分别通过总线系统1或通过操作总线系统1的方法与所有总线节点通信是直接且明确的。此外，其无需重启或重新初始化单个或所有总线节点。在有线路失效F事件时所产生的延迟被限制到检测线路失效F所用的时间。检测到线路失效F后，控制单元2立即从其两个端口2.1和2.2发送命令，且因而能够与所有总线节点通信。
因为总线节点依次地通过其两个端口发送控制单元2命令的响应，因而这能够保证当有线路失效F时，所有控制单元2命令能够由所有总线节点在所有时间被接收，以及控制单元2能够接收总线节点的所有响应。
以下将参考图5至图12提供的描述来表述本发明的总线系统1的示例性实施方式中用于耦合总线节点3.1，3.2，3.3至总线系统1的总线线路的总线耦合器11的操作模式和结构。
根据在图5中示出的示意框图，示例性实施方式的总线耦合器11包括发送/接收切换单元9。进一步地，总线耦合器包含各个总线节点3.1，3.2，3.3的至少两个数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32。如前所述，在附图示出的实施方式中，每个总线节点3.1，3.2，3.3具有正好两个数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32，使得以下将涉及总线耦合器11第一和第二数据通信接口。
如图5的各个箭头T1，T2，R1和R2所指出的，总线耦合器的发送/接收切换单元9是在和与总线耦合器11相关联的两个数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32的双向通信中。具体地提供了数据能通过发送线路T1从发送/接收切换单元9被发送至第一数据通信接口3.11，3.21，3.31，以及数据能通过发送线路T2从发送/接收切换单元9被发送至第二数据通信接口3.12，3.22，3.32。从而，接收线路R1和R2用作确保通过总线耦合器的第一和/或第二数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32所接收的数据到达发送/接收切换单元9。
由此，图5的表述被认为仅是示意性描述。特别地，于此的箭头T1，T2，R1和R2主要地仅描述数据流和数据流方向。因而，可特别想到的是发送线路T1和接收线路R1，或者发送线路T2和接收线路R2分别是物理上相同的。
总线耦合器11进一步具有接口T，R，S，通过接口T，R，S，发送/接收切换单元9连接至总线节点3.1，3.2，3.3的微控制器10。微控制器10有时也称为“应用控制器”，其表达了实施作为总线节点3.1，3.2，3.3的外围设备的功能。应用控制器的功能中有读取传感器数据和/或控制执行器的功能。在附图所描述的示例性实施方式中，微控制器10不是总线耦合器11的组件。
根据在图5中示意性指出的总线耦合的一个优选实现，在发送/接收切换单元9和微控制器10之间的数据通信接口一方面具有双向串行数据连接，借助于该双向串行数据连接，环形总线的数据流从发送/接收切换单元9路由至微控制器10，以及具有用于控制在总线耦合器11中的发送/接收切换单元9的行为的多个控制线路S。在发送/接收切换单元9和微控制器10之间的数据通信在图5中借助于“R”和“T”箭头示意性描述。“R”箭头由此(从外围设备的角度)表示接收的数据流(接收线路)，且“T”箭头(从外围设备的角度)表示输出(outbound)至总线系统1的数据流(发送线路)。
根据应用控制器(微控制器10)所引起的控制，总线耦合器要么路由数据至环形总线，在环形总线中数据在总线耦合器的两个数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32之间被直接交换，要么阻止数据被这样路由。当数据由总线耦合器传达时，这被称为环形闭合。否则环形打开。但是，在任何一种情况下，在总线耦合器的两个数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32中的一个数据通信接口处的数据被输出至在发送/接收切换单元9和微控制器10之间的数据通信接口。
此外，数据能够从在发送/接收切换单元9和微控制器10之间的数据通信接口发送至总线耦合器的第一和/或第二数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32。
以下将参考在图6至图12中提供的表述详细描述，在图5中示意性描述的总线耦合器11的发送/接收切换单元9被设计成检测至少在总线耦合器的两个数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32的一个数据通信接口的数据接收的开始，以及在检测到在两个数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32的一个数据通信接口的数据接收的开始时，自动连接各个数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32的接收线路R1，R2至其他数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32的发送线路T1，T2(见图11和12)。通过这样做，数据能够通过总线耦合器11无延迟地被路由。
在图5中示意性描述的总线耦合器11的发送/接收切换单元9进一步被设计成在检测到在总线耦合器的两个数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32的一个数据通信接口处开始接收数据时，自动连接数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32的接收线路R1，R2至微控制器10的接收线路R(见图6、7、11和12)。
此外，在图5中示意性描述的实施方式中的至少一个总线节点3.1，3.2，3.3的微控制器10被设计成控制总线耦合器的发送/接收切换单元9，使得微控制器10的发送线路T连接至总线耦合器的第一和/或第二数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32的发送线路T1(见图8、9和10)。
最后，在图5中示意性描述的总线耦合器的发送/接收切换单元9被设计成自动检测至少在总线耦合器的两个数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32的一个数据通信接口的数据接收的结束，以及在检测到数据接收的结束时，断开在各个数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32的接收线路R1，R2与各个其他数据通信接口3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32的发送线路T1，T2之间的连接。
根据本发明的总线系统1在一个示例性实施方式中基于RS-485标准，并且将要经该总线系统发送的数据被区别地发送。例如在总线节点(RS485收发器)接收数据之后，数据则在基于接地(GND-based)的串行数据流的形式中。
在示例性实现中，数据基本上由一个开始位、八个数据位、一个校验(parity)位和一个停止位组成，因而总计11位。位的持续时间取决于波特率。波特率越高，位的持续时间越短，且波特率越低，位元时间越长。如115200的波特率导致8.68微秒的位元时间。相应地，发送11位需要大约100微秒(95.48微秒)。
接下来描述的逻辑电平全部涉及在RS485收发器输出端的基于接地的串行数据流。
优选地，开始位总是开始于下降沿，因而开始位总是低电平，且停止位总是高电平。在两者间的所有其他位不能被预测。
消息通常是几个字节。因而消息总是由多个11位组成。优选地，消息的字节作为“密集”数据帧连贯地发送。从而，字节间(在一个消息中)的时间间隔将不会超出1.5字节的持续时间。因而，在15200波特，应当不会花费超过150微秒来接连地发送消息的两字节。
在两个不同消息之间应该有至少3.5字节的持续时间。因而，在15200波特，在新消息能够被发送至总线之前，有至少大约350微秒的持续时间。
依据上述实施方式，通常被表述为消息总是开始于第一开始位的下降沿，且消息总是结束于当持续至少150微秒(在115200波特)没有进一步的字节被发送时。这样使得消息的开始和结束能够被自动检测。
因而，环形总线耦合器电路在总线耦合器的第一和第二数据通信接口响应下降沿。当在总线耦合器的数据通信接口检测到下降沿时，则使所述数据通信接口能作为用于数据传输的接收端口，且下降沿的检测被禁用于总线耦合器的其他数据通信接口。
如果总线系统还没有被初始化，环路打开，使得来自总线耦合器11的接收端口的数据能够仅发送至发送/接收切换单元9和微控制器10之间的数据通信接口。一旦总线系统的初始化已经完成，环路闭合，使得来自总线耦合器11的接收端口的数据能够发送至在发送/接收切换单元9和微控制器10之间的两个数据通信接口，以及被发送至总线耦合器11的除作为接收端口的数据通信接口之外的其他数据通信接口。
一旦设置，接收端口优选为尽量保持这样，且即不管接收了多少字节，在什么时间间隔等。由此总线耦合器承担检测消息的结束的功能或检测数据传输方向的变化的功能是优选的。为了这个目的，如果总线耦合器11与微控制器的结合可用，总线耦合器11包括适当的控制逻辑，优选为特定应用集成电路或可编程逻辑组件(PLA，FPGA，GPLD等)。当总线耦合器11检测到至少150微秒已经过去而没有任何进一步的字节被接收时，其断开先前建立的连接。在总线耦合器的第一或第二数据通信接口的下一下降沿则能够建立新的连接。
本发明不限制于附图中描述的示例性实施方式，而是从在上下文中所有于此公开的特征的综合考虑中产生。

Claims (14)

1.用于监测和/或控制火灾报警和/或灭火系统的组件的总线系统(1)，其中所述总线系统(1)包括以下：
控制单元(2)，其具有分别被设计成发送和接收数据的至少两个数据通信接口(2.1，2.2)；以及
至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)，其为火灾报警、灭火和/或减氧系统的组件的形式，其中所述总线节点(3.1，3.2，3.3)包括总线耦合器(11)，所述总线耦合器(11)具有分别被设计成发送和接收数据的至少两个数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)；
其中，所述控制单元(2)和所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)通过它们的数据通信接口(2.1，2.2；3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)以及对应的两点连接(8)分别连接在一起以形成环形拓扑，以及
其中，所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)的所述总线耦合器(11)被设计成通过其至少两个数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的另一个数据通信接口直接地发送并因而转发在其至少两个数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的一个数据通信接口接收的数据，其中所述控制单元(2)被设计成在检测到故障前，经所述至少两个数据通信接口(2.1，2.2)的仅一个数据通信接口发送数据至所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)，以及在所述环形拓扑的两点连接(8)中检测到故障时改变其传输模式，并经其两个数据通信接口(2.1，2.2)发送相同的数据至给定的总线节点(3.1，3.2，3.3)，以及
其中，所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)被设计以便通过其至少两个数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)在反向环形拓扑的方向发送数据至所述控制单元(2)来响应之前从所述控制单元(2)接收的总线节点编址数据。
2.根据权利要求1的总线系统(1)，其中所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)的所述总线耦合器(11)包括发送/接收切换单元(9)，所述发送/接收切换单元(9)被设计成检测至少在所述总线耦合器(11)的至少两个数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的一个数据通信接口处被接收的数据的开始，以及在所述总线耦合器(11)的所述至少两个数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的一个数据通信接口处检测到数据接收的开始时，连接各个数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的接收线路(R1，R2)至其他数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的发送线路(T1，T2)。
3.根据权利要求2所述的总线系统(1)，其中所述总线耦合器(11)的所述发送/接收切换单元(9)被设计成检测至少在所述至少两个数据通信接口(2.2，2.2；3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的所述一个数据通信接口处的数据接收的结束，以及当检测到数据接收的结束时，断开所述各个数据通信接口(2.1，2.2；3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的至各个其他数据通信接口(2.1，2.2；3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的发送线路(T1，T2)的接收线路(R1，R2)连接。
4.根据权利要求2或3的总线系统，其中所述总线耦合器(11)的所述发送/接收切换单元(9)包括逻辑模块和/或微控制器；和/或
其中所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)包括所述总线耦合器(11)的外部的处理单元(10)，该处理单元(10)通过逻辑模块和/或微控制器形成，
以及其中所述总线耦合器(11)的所述发送/接收切换单元(9)进一步被设计成当在所述总线耦合器(11)的所述至少两个数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的所述一个数据通信接口处检测到数据接收的开始时，自动连接数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的接收线路(R1，R2)至所述处理单元(10)的接收线路(R)。
5.根据权利要求4所述的总线系统(1)，其中所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)的所述处理单元(10)被设计成控制所述总线耦合器(11)的所述发送/接收切换单元(9)，使得所述处理单元(10)的所述发送线路(T)连接至所述总线耦合器(11)的第一和/或第二数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的发送线路(T1，T2)；和/或
其中所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)的所述处理单元(10)被设计成控制所述总线耦合器(11)的所述发送/接收切换单元(9)以便禁止所述总线耦合器(11)的所述至少两个数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的一个数据通信接口的接收线路(R1，R2)至所述总线耦合器(11)的所述至少两个数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)的另一个数据通信接口的发送线路(T1，T2)的自动连接。
6.根据权利要求1所述的总线系统(1)，其中所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)被配置作为火灾报警器或气体传感器，用于检测火灾特性的设备和/或可控制驱动器；和/或
其中所述两点连接(8)至少部分地被设计作为有线数据传输信道和/或光数据传输信道；和/或
其中为了提高所述总线系统(1)的可靠性，额外地向所述控制单元(2)提供至少一个备用控制单元，所述备用控制单元被形成以便对所述控制单元(2)构成冗余并在所述控制单元(2)故障时执行所述控制单元(2)的功能；和/或
其中所述控制单元(2)包括失效检测以检测和/或定位在所述环形拓扑的两点连接(8)中的故障或中断。
7.一种用于操作依据权利要求1至6中任意一项权利要求所述的总线系统(1)的方法，该总线系统(1)用于监测和/或控制火灾报警、灭火和/或减氧系统的可驱动组件，其中所述方法包括以下方法步骤：
所述控制单元(2)通过所述至少两个数据通信接口(2.1，2.2)的仅一个数据通信接口发送数据、总线节点编址数据或命令至所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)，以及在所述环形拓扑的两点连接(8)中检测到故障时，经其两个数据通信接口(2.1，2.2)发送相同的数据至给定的总线节点(3.1，3.2，3.3)；以及
所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)通过其至少两个数据通信接口(3.11，3.12；3.21，3.22；3.31，3.32)在反向环形拓扑的方向发送数据至所述控制单元(2)来响应之前从所述控制单元(2)接收的所述总线节点编址数据或命令。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所述方法进一步包括以下方法步骤：
通过由所述控制单元(2)分配地址的所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)初始化所述总线系统(1)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中提供多个总线节点(3.1，3.2，3.3)，且其中所述控制单元(2)在初始化所述总线系统(1)的方法步骤中发送有序的配置数据至单个总线节点(3.1，3.2，3.3)以实现向所述单个总线节点(3.1，3.2，3.3)分配总线特定节点地址的目的，其中随后总线节点(3.1，3.2，3.3)被分配有地址，经所述总线系统(1)发送的来自所述控制单元(2)的未被编码指向一个总线节点(3.1，3.2，3.3)的数据无延迟地被转发至下一个总线节点(3.1，3.2，3.3)，且保持所述传输方向。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，当所述控制单元(2)的所述至少两个数据通信接口(2.1，2.2)中的仅一个数据通信接口接收到通过所述总线系统(1)从所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)发送至所述控制单元(2)的数据时，所述控制单元(2)检测在所述环形拓扑的两点连接(8)中的故障或中断；和/或
其中，当所述控制单元(2)经所述至少两个数据通信接口(2.1，2.2)中的仅一个数据通信接口发送带有确认/响应请求的数据至所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)，且尽管有确认/响应请求，但所述控制单元(2)没有通过其至少两个数据通信接口(2.1，2.2)中的至少一个数据通信接口接收来自所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)的数据时，所述控制单元(2)检测在所述环形拓扑的两点连接(8)中故障或中断。
11.根据权利要求10所述的方法，其中至少在所述环形拓扑的两点连接(8)中检测到故障之后，所述控制单元(2)经其至少两个数据通信接口(2.1，2.2)在相反的传输方向发送所有数据至所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)，以便确保尽管在所述环形拓扑的两点连接(8)中有故障，但所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)总是接收从所述控制单元(2)发送至所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)的所有数据，以及所述控制单元(2)总是接收从所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)发送至所述控制单元(2)的所有数据。
12.根据权利要求7所述的方法，其中在在所述环形拓扑的两点连接(8)中检测到故障之前，所述控制单元(2)通过其至少两个数据通信接口(2.1，2.2)中的仅一个数据通信接口发送所有数据至所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)，以及其中在所述环形拓扑的两点连接(8)中检测到故障之后，所述控制单元(2)通过其至少两个数据通信接口(2.1，2.2)在相反的传输方向发送所有数据至所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在在所述环形拓扑的两点连接(8)中检测到故障之后，所述控制单元(2)定位具有所述故障的所述环形拓扑的两点连接(8)，其中所述控制单元(2)在此发送带有确认/响应请求的数据至所有总线节点(3.1，3.2，3.3)，并评估经由其至少两个数据通信接口(2.1，2.2)中的哪个数据通信接口以及从哪个总线节点(3.1，3.2，3.3)接收确认/响应数据。
14.根据权利要求7所述的方法，其中，当尽管有确认/响应请求，所述控制单元(2)没有通过其至少两个数据通信接口(2.1，2.2)的任何数据通信接口接收到来自总线节点(3.1，3.2，3.3)的任何的各自确认/响应数据时，所述控制单元(2)检测所述至少一个总线节点(3.1，3.2，3.3)的故障或失效。
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