DE10008081B4

DE10008081B4 - Serielles Bussystem

Info

Publication number: DE10008081B4
Application number: DE10008081A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. Wiesgickl (Fh); Klaus Dipl.-Ing. Indefrey (Univ.)
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: TRANSPACIFIC SILICA, LLC, WILMINGTON, DEL., US
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: US6851067B2; US20010047491A1; DE10008081A1

Abstract

Serielles Bussystem mit einem Busmaster (1) und mindestens einem Busslave (2), die über mindestens eine Busleitung (7) miteinander verbunden sind, insbesondere Bussystem gemäß der AS-i-Spezifikation,
– wobei das Bussystem in einem Normalmodus betreibbar ist, in dem der Busmaster (1) spätestens nach Ablauf einer Normalzykluszeit Digitalsignale an den mindestens einen Busslave (2) übermittelt und der mindestens eine Busslave (2) nach jeder derartigen Übermittlung Digitalsignale an den Busmaster (1) zurück übermittelt,
– wobei jedes der übermittelten Digitalsignale als logisch Null interpretiert wird, wenn der Busleitung (7) ein erster vorbestimmter Stromverlauf (I0, T0) eingeprägt wird,
– wobei jedes der übermittelten Digitalsignale als logisch Eins interpretiert wird, wenn der Busleitung (7) ein zweiter vorbestimmter, vom ersten vorbestimmten Stromverlauf (I0, T0) verschiedener Stromverlauf (I0, T1) eingeprägt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem zusätzlich in einem Energiesparmodus betreibbar ist, in dem der Busmaster (1) innerhalb der Normalzykluszeit keine Digitalsignale an den mindestens einen Busslave (2) übermittelt, und dass der Busleitung (7) zum Einprägen des ersten vorbestimmten Stromverlaufs (I0, T0) während einer Nullzeit (T0) ein vorbestimmter Nullstrompegel (I0) und zum Einprägen des zweiten vorbestimmten Stromverlaufs (I0, T1) während einer von der Nullzeit (T0) verschiedenen Einszeit (T1) ein vorbestimmter Einsstrompegel (I0) eingeprägt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein serielles Bussystem mit einem Busmaster und mindestens einem Busslave, die über mindestens eine Busleitung miteinander verbunden sind, insbesondere ein Bussystem gemäß der AS-i-Spezifikation,

– wobei das Bussystem in einem Normalmodus betreibbar ist, in dem der Busmaster spätestens nach Ablauf einer Normalzy kluszeit Digitalsignale an den mindestens einen Busslave übermittelt und der mindestens eine Busslave nach jeder derartigen Übermittlung Digitalsignale an den Busmaster zurück übermittelt,
– wobei jedes der übermittelten Digitalsignale als logisch Null interpretiert wird, wenn der Busleitung ein erster vorbestimmter Stromverlauf eingeprägt wird,
– wobei jedes der übermittelten Digitalsignale als logisch Eins interpretiert wird, wenn der Busleitung ein zweiter vorbestimmter, vom ersten vorbestimmten Stromverlauf verschiedener Stromverlauf eingeprägt wird.

Ein derartiges Bussystem (das AS-i-Bussystem gemäß EN 50 295 ist ein typisches Beispiel hierfür) ist sehr störungsfest. Es wird daher vielfach im rauhen Industrieeinsatz verwendet. In der Regel wird ein solches Bussystem über zwischengeschaltete Stromversorgungseinrichtungen aus einem Stromnetz versorgt. Bei Batteriespeisung werden in der Regel hingegen andere Bussysteme eingesetzt. Dies gilt ganz besonders bei Systemen, die jederzeit auf äußere Einflüsse reagieren können müssen. Denn bei dem gattungsgemäßen Bussystem ist stets ein Datentransfer erforderlich, der aufgrund der vergleichsweisen hohen Strombelastung eine Batterie zu schnell erschöpfen würde. Die bei Batteriespeisung eingesetzten Bussysteme sind im Vergleich zum AS-i-Bus nur mit erheblichem Aufwand störungsfest betreibbar.

Aus der DE 197 08 979 A1 ist ein Bussystem bekannt, bei dem ein Busmaster über mindestens eine Busleitung mit mindestens einem Busslave verbunden ist. Das Bussystem ist in einem Normalmodus betreibbar, in dem der Busmaster Digitalsignale an den mindestens einen Busslave übermittelt und der mindestens eine Busslave nach jeder derartigen Übermittlung Digitalsignale an den Busmaster zurück übermittelt. Dieses Bussystem ist in einem Energiesparmodus betreibbar, in dem der Busmaster keine Digitalsignale an den mindestens einen Busslave übermittelt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Bussystem zu schaffen, das einerseits einen niedrigen Energieverbrauch aufweist, so dass es auch bei Batteriespeisung einsetzbar ist, und andererseits dennoch auf einfache Weise störungssicher betreibbar ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das gattungsgemäße Bussystem derart weiterentwickelt wird, dass es zusätzlich in einem Energiesparmodus betreibbar ist, in dem der Busmaster innerhalb der Normalzykluszeit keine Digitalsignale an den mindestens einen Busslave übermittelt, und dass der Busleitung zum Einprägen des ersten vorbestimmten Stromverlaufs während einer Nullzeit ein vorbestimmter Nullstrompegel und zum Einprägen des zweiten vorbestimmten Stromverlaufs während einer von der Nullzeit verschiedener Einszeit ein vorbestimmter Einsstrompegel eingeprägt wird.

Es ist möglich, dass der Busmaster im Energiesparmodus spätestens nach Ablauf einer Energiesparzykluszeit, die größer als die Normalzykluszeit ist, Digitalsignale an den mindestens einen Busslave übermittelt und der mindestens eine Busslave nach jeder derartigen Übermittlung Digitalsignale an den Busmaster zurück übermittelt. Ggf. kann ein derartiger Energiesparmodus sogar mehrere Energiesparstufen aufweisen. Noch besser ist es aber, wenn der Busmaster im Energiesparmodus keine Digitalsignale mehr an den mindestens einen Busslave übermittelt.

Das Rückschalten in den Normalmodus ist besonders einfach, wenn zumindest der mindestens eine Busslave im Energiesparmodus die Busleitung auf das Einprägen des ersten und/oder des zweiten vorbestimmten Stromverlaufs überwacht und bei Detektieren des Einprägens des ersten bzw. des zweiten vorbestimmten Stromverlaufs in den Normalmodus zurückschaltet.

Wenn der Busleitung vom mindestens einen Busslave zumindest im Energiesparmodus selbsttätig der erste bzw. der zweite vorbestimmte Stromverlauf einprägbar ist, der Busmaster im Energiesparmodus die Busleitung auf das Einprägen des ersten und/oder des zweiten vorbestimmten Stromverlaufs überwacht und der Busmaster bei Detektieren des Einprägens des ersten bzw. des zweiten vorbestimmten Stromverlaufs in den Normalmodus zurückschaltet, kann das Zurückschalten in den Normalmodus auch von dem Busslave ausgelöst werden. Insbesondere ist damit auch eine laufende Überwachung auf externe Eingangssignale möglich.

Zum Umschalten in den Energiesparmodus ist es möglich, dass der Busmaster ein Umschaltsignal an den mindestens einen Busslave übermittelt. Alternativ kann der mindestens eine Busslave die Normalzykluszeit auf Ablauf überwachen und bei Ablauf der Normalzykluszeit selbsttätig in den Energiesparmodus umschalten.

Wenn zwischen dem Einprägen des Nullstrompegels und dem Einprägen des Einsstrompegels eine Strompause liegt, ist die Datenübermittlung noch störungssicherer.

Wenn der Nullstrompegel gleich dem Einsstrompegel ist, vereinfacht sich die schaltungstechnische Realisierung noch weiter.

Die Problematik der Versorgung durch eine Batterie stellt sich insbesondere bei Kraftfahrzeugen, welche längere Zeit abgestellt (geparkt) werden sollen. Denn dann müssen bei modernen Kraftfahrzeugen insbesondere die Diebstahlwarnanlage und die Zentralverriegelung permanent betrieben werden, andererseits darf die Autobatterie auch nach mehreren Wochen noch nicht entladen sein.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
1 ein serielles Bussystem,
2 ein Busmodul und
3 eine Datenübermittlung.
Gemäß 1 weist ein Bussystem einen Busmaster 1 und Busslaves 2 auf. Gemäß Ausführungsbeispiel sind dabei drei Busslaves 2 vorhanden. Prinzipiell könnten aber auch mehr oder weniger Busslaves 2 mit dem Busmaster 1 verbunden sein.
Die Busmodule 1, 2, also der Busmaster 1 und die Busslaves 2, werden über ein Netzgerät 3 mit nachgeschalteten Drosseln 4 und Energieversorgungsleitungen 7 aus einer 12-V-Autobatterie eines Personenkraftwagens mit elektrischer Energie versorgt. Der Busmaster 1 ist über einen Fahrzeugbus 5, z. B. einen CAN-Bus, mit weiteren Bussystemen verbunden. Die weiteren Bussysteme sind in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Sie können ebenso aufgebaut sein wie das in 1 dargestellte Bussystem oder auch anders. Die Busslaves 2 erfassen Eingangssignale von einer Baueinheit 6 des Kraftfahrzeugs, z. B. von einer Fahrzeugtür, oder geben Ausgangssignale an diese Baueinheit 6 aus. Das Bussystem dient also der Steuerung der Baueinheit 6 des Kraftfahrzeugs, z. B., wie bereits erwähnt, eines Türmoduls.
Gemäß 1 sind die Busmodule 1, 2 über die Energieversorgungsleitungen 7 auch datentechnisch miteinander verbunden. Das Bussystem ist folglich als serielles Bussystem ausgebildet. Ggf. könnte eine der Energieversorgungsleitungen 7 sogar entfallen und durch eine Masseverbindung ersetzt werden. Gemäß Ausführungsbeispiel ist das Bussystem ein Bussystem gemäß der AS-i-Spezifikation.
Im Normalbetrieb übermittelt der Busmaster 1 zyklisch nacheinander an jeden der Busslaves 2 Digitalsignale. Nach jeder derartigen Übermittlung übermittelt dann der angesprochene Busslave 2 ebenfalls Digitalsignale an den Busmaster 1 zurück. Aufgrund der zyklischen Datenübermittlung und dem systemspezifisch vorgegebenen maximalen Busausbau ist somit gewährleistet, daß jeder Busslave 2 spätestens nach Ablauf einer Normalzykluszeit vom Busmaster 1 Digitalsignale übermittelt bekommt und Digitalsignale an den Busmaster 1 zurückübermittelt. Die Art der Datenübermittlung wird dabei nachfolgend in Verbindung mit den 2 und 3 näher erläutert.
Gemäß 2 überbrückt jedes der Busmodule 1, 2 die Energieversorgungsleitungen 7 mit einem hochohmigen Widerstand 8 sowie einem Schaltelement 9 nebst diesem vor- oder nachgeordneten Strombegrenzungswiderstand 9'. Ferner sind die Energieversorgungsleitungen 7 mit einer Steuerschaltung 10 für das jeweilige Busmodul 1, 2 verbunden. Der Widerstand 8 ist so groß gewählt, daß der über den Widerstand 8 fließende Verluststrom vernachlässigbar klein ist. Der Widerstand 8 dient lediglich dazu, die zwischen den Energieversorgungsleitungen 7 herrschende Potentialdifferenz zu erfassen.
Gemäß 3 wird zur Datenübermittlung eines Einssignals das Schaltelement 9 von der Steuerschaltung 10 während einer Einszeit T1 angesteuert, so daß durch das Schaltelement 9 und damit in den Energieversorgungsleitungen 7 während der Einszeit T1 ein Strom mit einem Strompegel I0 fließt. Zum Übermitteln einer digitalen Null wird das Schaltelement 9 ebenfalls derart angesteuert, daß der Strompegel I0 fließt, diesmal aber während einer Nullzeit T0. Die Zeiten T0, T1 sind voneinander verschieden. Ferner sind sie durch eine Strompause ΔT getrennt. Aufgrund dieser beiden voneinander verschiedenen Stromverläufe können logisch Null und logisch Eins voneinander unterschieden werden.
Über den Energieversorgungsleitungen 7 fällt im Regelfall eine Betriebsspannung U0 ab. Aufgrund der Drosseln 4 werden durch die Stromverläufe dieser Betriebsspannung U0 Spannungspulse P überlagert. Die Spannungspulse P werden von den anderen Busmodulen 1, 2 über deren Widerstande 8 erfaßt. Durch den Abstand zweier Spannungspulse P kann detektiert werden, ob das übermittelte Digitalsignal als logisch Null oder als logisch Eins interpretiert werden muß.
Soweit bisher beschrieben, entspricht das Bussystem gemäß den 1 bis 3 dem AS-i-Protokoll. Die Normalzykluszeit beträgt dabei gemäß EN 50 295 5 ms.
Erfindungsgemäß ist das Bussystem aber zusätzlich in einem Energiesparmodus betreibbar. In diesem Energiesparmodus übermittelt der Busmaster 1 an die Busslaves 2 entweder gar keine Digitalsignale oder aber nur in erheblich größeren Zeitabständen als sonst. Es ist also so, daß der Busmaster 1 innerhalb der Normalzykluszeit nicht notwendigerweise Digitalsignale an die Busslaves 2 übermittelt.
Beispielsweise ist es möglich, daß der Busmaster 1 ein Umschaltsignal an die Busslaves 2 übermittelt und die Busslaves 2 daraufhin in den Energiesparmodus schalten. Danach stellt der Busmaster 1 die weitere Übermittlung von Digitalsignalen völlig ein. Die Busslaves 2 überwachen die Energieversorgungsleitungen 7 dann nur noch auf die Strompulse P, was dem Einprägen eines der Digitalsignale entspricht. Sowie sie ein derartiges Digitalsignal detektieren, schalten sie in den Normalmodus zurück.
Gemäß der AS-i-Norm EN 50 295 können die Busslaves 2 keine Datenübertragung initiieren. Sie können lediglich auf eine Datenübertragung vom Busmaster 1 reagieren. Die Busslaves 2 sind also gemäß der AS-i-Norm nicht in der Lage, den Energieversorgungsleitungen 7 selbsttätig einen Stromverlauf mit dem Strompegel I0 einzuprägen. Wenn auch der Busmaster 1 im Ener giesparmodus die Energieversorgungsleitungen 7 auf das Einprägen eines Stromes mit Strompegel I0 – bzw. hiermit korrespondierend auf das Auftreten der Spannungspulse P – überwacht und bei Detektieren dieser Spannungspulse P in den Normalmodus zurückschaltet, kann aber auch dieses selbsttätige Einprägen des Stromverlaufs durch den Busslave 2 zugelassen werden. Dies ist insbesondere für eine "Selbstaufweckung" des Bussystems aufgrund einer Zustandsänderung der gesteuerten Baueinheit 6 sinnvoll.
Bei einem PKW beispielsweise kann jedem Türmodul ein eigenes Bussystem der in 1 dargestellten Art zugeordnet sein. Jedes Bussystem steuert und überwacht sein ihm zugeordnetes Türmodul selbsttätig. Die einzelnen Bussysteme für die Türmodule (bei einem PKW üblicherweise zwei bis fünf) sind über den Fahrzeugbus 5 miteinander verbunden. Wenn nun beispielsweise eine Fahrzeugtür aufgesperrt wird, registriert der Busslave 2, der dieses Türschloß überwacht, das Entriegeln des Türschlosses. Er übermittelt daher eine entsprechende Nachricht an den Busmaster 1. Der Busmaster 1 sendet daraufhin wieder Digitalsignale an die anderen Busslaves 2, so daß z. B. auch der elektrische Fensterheber aktiviert wird. Ferner übermittelt der Busmaster 1 über den Fahrzeugbus 5 an die Busmaster der anderen Bussysteme eine Meldung, daß "seine" Tür entriegelt wurde. Entsprechend der Funktionalität "Zentralverriegelung" "wecken" nunmehr diese Busmaster ihre Bussysteme, so daß auch die anderen Türschlösser entriegelt werden. Kurz danach wird im Regelfall das Fahrzeug gestartet. Dadurch erzeugt die Lichtmaschine des Fahrzeugs elektrische Energie, so daß ein weiteres Verbleiben der Bussysteme im Normalmodus die Batterie nicht entlädt.
Gemäß Ausführungsbeispiel schalten die Busslaves 2 aufgrund einer Übermittlung eines entsprechenden Steuerbefehls durch den Busmaster 1 in den Energiesparmodus. Alternativ wäre aber auch möglich, daß die Busslaves 2 die Normalzykluszeit auf Ablauf überwachen und bei Ablauf selbsttätig in den Energiesparmodus umschalten.
Gemäß Ausführungsbeispiel wird ferner die Datenübermittlung über die Energieversorgungsleitungen 7 im Energiesparmodus völlig eingestellt. Alternativ wäre auch möglich, die Datenübertragungen mit einer geringeren Abtastrate aufrecht zu erhalten. Die Abtastrate kann dabei ggf. mehrfach abgestuft heruntergefahren werden. In diesem Fall übermittelt der Busmaster 1 im Energiesparmodus spätestens nach Ablauf einer Energiesparzykluszeit, die größer als die Normalzykluszeit ist, Digitalsignale an die Busslaves 2. Diese antworten – ebenso wie im Normalmodus – mit einer Rückübermittlung von Digitalsignalen an den Busmaster 1.

Claims

Serielles Bussystem mit einem Busmaster (1) und mindestens einem Busslave (2), die über mindestens eine Busleitung (7) miteinander verbunden sind, insbesondere Bussystem gemäß der AS-i-Spezifikation, – wobei das Bussystem in einem Normalmodus betreibbar ist, in dem der Busmaster (1) spätestens nach Ablauf einer Normalzykluszeit Digitalsignale an den mindestens einen Busslave (2) übermittelt und der mindestens eine Busslave (2) nach jeder derartigen Übermittlung Digitalsignale an den Busmaster (1) zurück übermittelt, – wobei jedes der übermittelten Digitalsignale als logisch Null interpretiert wird, wenn der Busleitung (7) ein erster vorbestimmter Stromverlauf (I0, T0) eingeprägt wird, – wobei jedes der übermittelten Digitalsignale als logisch Eins interpretiert wird, wenn der Busleitung (7) ein zweiter vorbestimmter, vom ersten vorbestimmten Stromverlauf (I0, T0) verschiedener Stromverlauf (I0, T1) eingeprägt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem zusätzlich in einem Energiesparmodus betreibbar ist, in dem der Busmaster (1) innerhalb der Normalzykluszeit keine Digitalsignale an den mindestens einen Busslave (2) übermittelt, und dass der Busleitung (7) zum Einprägen des ersten vorbestimmten Stromverlaufs (I0, T0) während einer Nullzeit (T0) ein vorbestimmter Nullstrompegel (I0) und zum Einprägen des zweiten vorbestimmten Stromverlaufs (I0, T1) während einer von der Nullzeit (T0) verschiedenen Einszeit (T1) ein vorbestimmter Einsstrompegel (I0) eingeprägt wird.
Bussystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Busmaster (1) im Energiesparmodus spätestens nach Ablauf einer Energiesparzykluszeit, die größer als die Normalzykluszeit ist, Digitalsignale an den mindestens einen Busslave (2) übermittelt und der mindestens eine Busslave (2) nach jeder derartigen Übermittlung Digitalsignale an den Busmaster (1) zurück übermittelt.
Bussystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Busmaster (1) im Energiesparmodus keine Digitalsignale mehr an den mindestens einen Busslave (2) übermittelt.
Bussystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der mindestens eine Busslave (2) im Energiesparmodus die Busleitung (7) auf das Einprägen des ersten und/oder des zweiten vorbestimmten Stromverlaufs (I0, T0; I0, T1) überwacht und dass der mindestens eine Busslave (2) bei Detektieren des Einprägens des ersten bzw. des zweiten vorbestimmten Stromverlaufs (I0, T0; I0, T1) in den Normalmodus zurückschaltet.
Bussystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Busleitung (7) vom mindestens einen Busslave (2) zumindest im Energiesparmodus selbsttätig der erste bzw. der zweite vorbestimmte Stromverlauf (I0, T0; I0, T1) einprägbar ist, dass der Busmaster (1) im Energiesparmodus die Busleitung (7) auf das Einprägen des ersten und/oder des zweiten vorbestimmten Stromverlaufs (I0, T0; I0, T1) überwacht und dass der Busmaster (1) bei Detektieren des Einprägens des ersten bzw. des zweiten vorbestimmten Stromverlaufs (I0, T0; I0, T1) in den Normalmodus zurückschaltet.
Bussystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten des mindestens einen Busslaves (2) in den Energiesparmodus der Busmaster (1) ein Umschaltsignal an den mindestens einen Busslave (2) übermittelt.
Bussystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Busslave (2) die Normalzykluszeit auf Ablauf überwacht und dass der mindestens eine Busslave (2) bei Ablauf der Normalzykluszeit selbsttätig in den Energiesparmodus umschaltet.
Bussystem nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einprägen des Nullstrompegels (I0) und dem Einprägen des Einsstrompegels (I0) eine Strompause (ΔT) liegt.
Bussystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nullstrompegel (I0) gleich dem Einsstrompegel (I0) ist.
Bussystem nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Personenkraftwagen, verwendet wird.