DE10034693A1 - Verfahren zur Datenübermittlung - Google Patents

Abstract

Erfindungsgemäß werden Daten mehrerer Sensoren (PIC1, PIC2) an einer Steuereinrichtung (1) über einen Datenbus (6) übermittelt, wobei in dem Sensor (PIC1, PIC2) ein Datenrelevanzwert ermittelt wird, der Datenrelevanzwert des Sensors (PIC1, PIC2) auf den Bus (6) gelegt und nur ein einziger größter Wert wenigstens eines Sensors (PIC1, PIC2) an die Steuerungseinrichtung (1) übermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übermittlung von Da­ ten mehrerer Sensoren an eine Steuerungseinrichtung, welches beispielsweise in der Robotik Verwendung findet. Hierbei wer­ den Daten von Sensoren, beispielsweise Kollisionssensoren und Taktilsensoren bzw. Berührungssensoren an die Steuerungsein­ richtung eines Roboters übermittelt und geben dieser Informa­ tionen darüber, ob der Roboter mit einem Objekt in Berührung gekommen ist.

Da eine Kollision in der Regel ein Ereignis darstellt, das durch die übrigen Sinne des Roboters vermieden werden sollte, stellt eine solche Kollisionsmeldung eine wichtige und si­ cherheitsrelevante Information dar, deren schnelle Übertra­ gung wünschenswert ist. Insbesondere bei Verwendung eines Ro­ boters im Umfeld von Menschen ist eine schnelle und sichere Übertragung aus Gründen der Sicherheit vorrangig.

Weiterhin kann es von Bedeutung sein, den genauen Ort bzw. die Stelle zu erfahren, an welcher die Kollision aufgetreten ist. Aus diesem Grund besitzen Roboter oftmals eine sehr gro­ ße Anzahl von Sensoren, wobei nachteiligerweise eine sichere und schnelle Übertragung nur unter Einsatz hoher Kosten ge­ währleistet ist.

Hierbei müssen sowohl die Kosten für die in den Sensoren üb­ licherweise verwendeten Mikrocontroller als auch die Kosten für die Sende- und Empfangseinrichtung der Sensoren und even­ tuell auch der Steuerungseinrichtung, also die Einschaltein­ richtung für die Kommunikationsleitungen, die üblicherweise in Form von Treiberbausteinen erhältlich sind, einberechnet werden. Aus diesem Grunde werden in den meisten bekannten Systemen kostengünstige Treiberbausteine für die Mikrocont­ roller verwendet, wobei jeder Sensor mit der Steuerungseinheit einzeln verkabelt ist, um eine sichere und schnelle Ü­ bertragung der Sensordaten zu gewährleisten.

Als Alternative hierzu können die Sensoren über ein Bussystem mit der Steuerungseinrichtung verbunden sein, wobei derartige Bussysteme in der Praxis kaum Verwendung finden, da durch die hohen Geschwindigkeitsanforderungen sehr teuere Anschaltbau­ gruppen verwendet werden müssen, so dass diese Lösung für ei­ nen Einsatz im Großfeldbetrieb nachteiligerweise zu kostenin­ tensiv ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grun­ de, ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung hierfür, zur Übermittlung von Daten mehrerer Sensoren an eine Steuerungs­ einrichtung zu schaffen, welches eine sichere und schnelle Übermittlung von Informationsdaten über ein eingetretenes Er­ eignis, beispielsweise einer Kollision, gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 5, gelöst.

Nach der Erfindung können sowohl kostengünstige Sende- und Empfangseinrichtungen, also Anschaltbaugruppen wie Treiber­ bausteine u. ä., sowie Sensoren mit kostengünstigen Mikrocont­ rollern verwendet werden und zusätzlich eine komplizierte und kostenintensive Verkabelung mittels Einzelleitungen vermieden werden.

Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es weiterhin möglich, anstatt eines schnellen kostenintensiven Bussystems ein kostengünstiges langsameres Bussystem zu ver­ wenden. Hierbei wird durch die Übermittlung der relevantesten Information, welche sich gegen weniger relevante Informatio­ nen am Bus durchsetzt, erreicht, dass diese Information in ausreichender Geschwindigkeit und Sicherheit bei der Steuerungseinrichtung vorliegt und entsprechende Reaktionen einge­ leitet werden können.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Datenbus als eine einzige logische Datenleitung ausgebildet, über die alle Sensoren sowohl empfangs- als auch sendeseitig mit der Steuerungseinrichtung kommunizieren. Diese logische einzelne Datenleitung kann vorteilhafterweise physikalisch in Form ei­ nes Zweileitungssystems ausgebildet sein, wobei die Diffe­ renzspannung zwischen zwei Leitungen als logische Datenlei­ tung fungiert, so dass durch diese Ausgestaltung vorteilhaft­ erweise eine sehr störsichere Datenübermittlung gewährleistet werden kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beginnen die Sensoren ihren jeweiligen Datenrelevanzwert, beispiels­ weise den detektierten Druckwert einer Kollision, über ihren Sendeausgang und eine Anschaltbaugruppe synchron zueinander auf den Bus zu legen. Gleichzeitig horchen die Sensoren mit ihrem Empfangseingang am Bus auf die entsprechenden Signale.

Selbstverständlich kann dieses Synchronisieren über entspre­ chende Protokolle, beispielsweise ein Startbit, insbesondere negative Taktflanke, welches von allen Sensoren, die am Bus horchen, detektiert wird oder über die Steuerungseinrichtung, beispielsweise in Form eines PCs, welcher auf dem Bus ein spezielles Steuerungsbit oder -signal erzeugt, erfolgen.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung beginnen die Sensoren ihren jeweiligen Datenrelevanzwert erst auf Anfrage der Steuerungseinrichtung, also Empfang eines bestimmten Sig­ nals oder Signalfolge, beispielsweise ein Byte mit bestimmter Information, auf den Bus zu legen.

Am Bus, der in bevorzugter Ausführungsform der Erfindung als "0"-dominanter Bus ausgebildet ist, sendet jeder Sensor so lange seinen Datenrelevanzwert beispielsweise in Form eines Bytes, bis er empfangsseitig am Bus eine "0" detektiert und sendeseitig ein hierzu unterschiedlicher Wert, also eine "1", anliegt. Nach diesem Prinzip schalten nacheinander die Senso­ ren mit weniger relevanten Werten ab, bis eine oder mehrere Sensoren mit dem gleichen höchsten relevanten Wert übrig bleiben.

Sofern die Werte in den Sensoren positiv binär, beispielswei­ se als ein Byte kodiert und der Bus "0"-dominant ausgebildet ist, müssen diese Werte für eine Durchsetzung des relevantes­ ten Wertes invertiert werden. Selbstverständlich ist auch die Speicherung der Datenrelevanzwerte in negativer Kodierung in den Sensoren bzw. deren Mikrocontroller oder ein Bussystem mit "1"-dominaten Verhalten denkbar.

Nach der Übermittlung des Datenrelevanzwertes kann, um in vorteilhafter Weise den Ort bzw. die Stelle einer Kollision festzustellen, als weitere Information, beispielsweise als nächstes Byte, eine eindeutige ID des oder der Sensoren mit dem relevantesten Wert an den PC übermittelt werden, wobei zur Bestimmung eines einzelnen Sensors mit der höchsten Wich­ tigkeit die Übermittlung der ID-Werte nach demselben Prinzip, wie vorstehend für die Datenrelevanzwerte beschrieben, erfol­ gen kann. Hierzu sind die ID-Werte vorteilhafterweise den Sensoren in fallender oder steigender Reihenfolge nach Wich­ tigkeit der Orte, an denen sich die Sensoren befinden, zuge­ ordnet, so dass sich der wichtigste ID-Wert und damit die re­ levanteste Stelle mit dem relevantesten Druckwert wiederum am Bus durchsetzt und an die Steuerungseinrichtung übermittelt wird.

Auf diese Art und Weise ist es vorteilhafterweise möglich, trotz Verwendung kostengünstigster elektronischer Bauteile und kostengünstiger Verkabelung eine schnelle und sichere Ü­ bermittlung des wichtigen Ereignisses, beispielsweise des re­ levantesten Druckes bei einer Kollision an eine Steuerungs­ einrichtung zu übermitteln.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können mehrere oder alle Druckwerte der Sensoren in der Reihenfolge ihrer Rele­ vanz an die Steuerungseinrichtung übermitteln werden, wobei der Sensor mit dem jeweils höchsten Datenrelevanzwert nach dessen Übermittlung an die Steuerungseinrichtung abschaltet, beispielsweise indem er seinen Datenrelevanzwert auf "0" stellt und die vorstehenden Schritte zur Übermittlung der Da­ tenrelevanzwerte der übrigen Sensoren wiederholt werden.

Dies kann in Abhängigkeit zu einem am PC vorbestimmbaren Schwellwert wiederholt geschehen, bis bei Unterschreiten die­ ses Schwellwertes die Datenübermittlung bzw. die Abfrage der Sensoren eingestellt wird, wobei, wenn der Schwellwert auf "0" gesetzt wurde, auch eine Abfrage aller Sensoren möglich ist.

Bei einer erneuten Kollision können dann die Sensoren bzw. deren Mikrocontroller von sich aus den selbst auf "0" gesetz­ ten Wert mit dem neu detektierten Wert überschreiben, wobei auch denkbar ist, dass ein Rücksetzen der Sensoren bzw. ihrer Werte durch ein Übermitteln eines speziellen Signals, bei­ spielsweise eines bestimmten Bytes, von der Steuerungsein­ richtung an die Sensoren erfolgt.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann die Steue­ rungseinheit, beispielsweise in regelmäßigen Abständen oder auf Anfrage, die Erreichbarkeit der Sensoren über den Bus ü­ berprüfen, wobei die Sensoren hierbei auf Anfrage durch die Steuerungseinrichtung ein Datum, beispielsweise ihr Selbst­ testsignal an den Bus legen, welches durch die Steuerungsein­ heit ausgewertet wird. Auf diese Weise können Fehler, wie de­ fekte Sensoren oder Fehler in der Übertragungsstrecke, voll­ automatisch erkannt und bei Übermittlung eines für jeden Sen­ sor eindeutigen Wertes zusätzlich auch lokalisiert werden.

Selbstverständlich ist es denkbar, dass die Sensoren bzw. de­ ren Mikrocontroller Datenrelevanzwerte in Abhängigkeit der Stärke einer Kollision am Ort dieses Sensors und in Abhängig­ keit bestimmter Relevanzparameter linearer oder nicht linea­ rer Art erzeugen, um die Wichtigkeit der Druckstärke bei ei­ ner Kollision an bestimmten Stellen den entsprechenden Anfor­ derungen, wie das Einbeziehen einer unterschiedlichen Emp­ findlichkeit unterschiedlicher Stellen o. ä., möglichst opti­ mal anzupassen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeich­ nung zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Fig. 2 ein Diagramm eines Kommunikationsprotokolls einer Schaltungsanordnung nach Fig. 1

Das Prinzipschaltbild nach Fig. 1 zeigt, wie zwei Sensoren PIC1 und PIC2 mit einer Steuerungseinrichtung 1, beispiels­ weise in Form eines PCs, über einen Bus 6 kommunizieren. Selbstverständlich können an diesem Bus 6 weitere Sensoren in der für PIC1 und PIC2 dargestellten Form angeschlossen sein, wobei zu Erläuterung der Schaltungsanordnung sowie des Übermittlungsverfahrens nachfolgend nur auf die Funktion und das Zusammenspiel der Sensoren PIC1 und PIC2 mit der Steue­ rungsanordnung 1 eingegangen wird.

Der Bus 6 ist in dem Prinzipschaltbild nach Fig. 1 als eine logische Datenleitung dargestellt, wobei diese eine logische Datenleitung selbstverständlich physikalisch in verschiedenen Ausführungsformen, wie Eindrahtleitung mit Spannungsdifferenz gegenüber Masse, Zweidrahtleitung mit Spannungsdifferenz zwi­ schen beiden Leitungen, CAN-Bus, usw. realisiert sein kann.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 kann beispielsweise für einen Roboter verwendet werden, um die Kommunikation zwischen dessen Sensoren PIC1, PIC2, beispielsweise Berührungskolli­ sions- oder Taktilsensoren, mit seiner Steuereinrichtung 1, beispielsweise in Form eines PCs, zu ermöglichen.

Wie im Prinzipschaltbild dargestellt, liegen die Empfangsein­ gänge RX der Steuerungseinrichtung 1 sowie der Sensoren PIC1 und PIC2 direkt am Bus 6 an, welcher über einen Widerstand 7 mit einer Energieversorgung (beispielsweise 5 Volt) verbunden ist.

Die Sendeausgänge TX der Steuerungseinrichtung 1 sowie der Sensoren PIC1 und PIC2 greifen dagegen auf den Bus über An­ schaltbaugruppen 3; 5, 11; 13 und 17; 19 zu. Diese Anschaltbau­ gruppen umfassen jeweils einen Transistor (5, 13, 19), bei­ spielsweise ein MOS-FET, dessen Steuereingang beispielsweise Gate jeweils über einen Inverter 3, 11, 17 mit dem Sendeaus­ gang TX der Steuerungseinrichtung 1 bzw. der Sensoren PIC1, PIC2 verbunden ist.

Die Invertierung durch die Inverter 3, 11, und 17 soll hier­ bei ermöglichen, dass bei einem positiven Signal am Ausgang TX, also einer logischen "1" an dem Bus 6 ebenfalls eine lo­ gische "1" anliegt. Dies ist im Ausführungsbeispiel nötig, da die dargestellte Transistorschaltung der Transistoren 5, 13, 19 bei einer logischen "1" an ihrem Steuereingang, beispiels­ weise Gate oder Basis, die Strecke Gate-Source bzw. Collec­ tor-Emitter durchgeschaltet wird, so dass der Bus 6 hierdurch auf Masse 9, also logisch "0", gezogen wird.

Um diese Invertierung in Folge der Transistoren 5, 13 und 19 und deren Verschaltung aufzuheben, ist an den Steuereingang des Transistors 5, 13 und 19 jeweils ein Inverter 3, 11 und 17 vorgeschaltet, so dass durch diese doppelte Negierung die Negierung der Transistoren 5, 13 und 19 aufgehoben wird und am Bus 6 dasselbe Signal wie an einem Ausgang TX der Steue­ rungseinrichtung 1 bzw. der Sensoren PIC1 und PIC2 anliegt.

Selbstverständlich steht dieses Prinzip der Anschaltbaugrup­ pen 3; 5 bzw. 11; 13 bzw. 17; 19 nur beispielhaft für bekannte Treiberbausteine, die sowohl sendeseitig (TX) wie empfangs­ seitig (RX) verwendet werden können.

Das dargestellte Prinzipschaltbild zeigt, dass es sich hier um einen "0"-dominanten Bus handelt, also ein Bus, an dem sich eine logische "0" bzw. Low-Level gegenüber einem logi­ schen High bzw. einer logischen "1" durchsetzt, da der gesam­ te Bus durch eine einzige Verbindung zur Masse 9 auf diesen Low-Level gezogen wird.

Weiterhin liegen die Steuerungseinrichtung 1 sowie die Senso­ ren PIC1 und PIC2, die üblicherweise jeweils einen Mikro­ controller aufweisen, empfangsseitig mit ihren Empfangsein­ gängen RX am Bus 6, so dass der jeweilige Zustand des Busses 6 sowohl von der Steuerungseinrichtung 1 als auch den Senso­ ren PIC1 und PIC2 empfangen bzw. detektiert wird.

Auf diese Weise ist es möglich, dass nicht nur die Steue­ rungseinrichtung 1 und die Sensoren PIC1 oder PIC2, gegen­ seitig ein gesendetes Signal, beispielsweise eine logische "0", empfangen, sondern auch ein Sensor, beispielsweise PIC1 oder PIC2 das Signal des oder der anderen Sensoren, bei­ spielsweise PIC2 oder PIC1 empfängt. Auf diese Weise kann ein Sensor PIC1 oder PIC2 beispielsweise feststellen, ob ein anderer Sensor PIC2 oder PIC1 eine logische "0" auf den Bus 6 legt.

Anhand des in Fig. 2 dargestellten Kommunikationsprotokolls wird nachfolgend die Funktion der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 erklärt.

Sollen von den Sensoren PIC1 und PIC2 die dort registrierten Ereignisse bzw. deren Werte, beispielsweise ein Druckwert ei­ ner Kollision eines Roboters, an die Steuerungseinrichtung 1 übermittelt werden, wird hierbei das Datum eines Sensors, welches beispielsweise im Register eines Mikrocontrollers des Sensors vorliegt, über die jeweilige Anschaltgruppe 11; 13 bzw. 17; 19 auf den Bus 6 gelegt.

Da die Sensoren PIC1 und PIC2 Druckwerte einer Kollision, enthalten und sich der relevanteste Wert, also der höchste Druck, durchsetzen soll, werden die in den Sensoren enthalte­ nen Werte bzw. Druckwerte vor dem Senden, beispielsweise im Mikrocontroller, negiert bzw. bei einer Ein-Byte-Übertragung mit FF (binär 1111 1111) EXOR verknüpft.

Hieraus resultiert beispielsweise für einen Druckwert 63 (De­ zimal) des Sensors PIC1, welcher in binärer Darstellung 0011 1111 entspricht, der, wie in Fig. 1 oberste Zeile als Recht­ ecksignal dargestellte negierte Wert 1100 0000. Der Druckwert 72 (Dezimal) des Sensors PIC2, der binär 0100 1000 ent­ spricht, wird so, wie in Fig. 1 mittlere Zeile als Rechteck­ signal dargestellt, zu 1011 0111.

Nach einem Startsignal (einer logischen "0" bzw. negative o­ der positive Taktflanke), welches beispielsweise zur Synchro­ nisation der Übertragung der Informationen der Sensoren PIC1 und PIC2 an die Steuerungseinrichtung 1 dient, wird nachfol­ gend und zeitgleich der jeweilige Druckwert eines Sensors PIC1 und PIC2 bitweise in Reihenfolge 7-6-5-4-3-2-1-0 an den Bus 6 gelegt.

Da der Bus 6, wie vorstehend ausgeführt, "0"-dominant ist, setzt sich eine logische "0" eines Sensors PIC1 oder PIC2 durch, so dass die erste logische "0", wie im Beispiel Bit 6 des Sensors PIC2 sich am Bus 6 durchsetzt. Diese logische "0" wird nicht nur von der Steuerungseinrichtung 1 sondern auch von dem anderen Sensor PIC2 oder weiteren übrigen Sensoren am Bus über ihre Empfangseingänge RX festgestellt.

Unterscheidet sich dieser Wert (logisch "0") von dem für die­ se Zeit gesendeten Bitwert am Ausgang TX eines jeweiligen Sensors, so hört dieser Sensor auf zu senden. Eine derartige Logik zur Feststellung eines solchen Falls "0" am Eingang RX und hiervon unterschiedlicher Wert am Ausgang TX ist bei­ spielsweise über Gatter oder in Form eines Mikroprogramms ei­ nes Mikrocontrollers realisierbar. Im Beispiel nach Fig. 2 hört demzufolge der Sensor PIC1 auf zu senden, wobei dies im Programm nicht ersichtlich ist, da aus Gründen des besseren Verständnisses im Diagramm die in den Sensoren PIC1 und PIC 2 gespeicherten Druckwerte und nicht die an den Ausgängen TX bzw. am Bus 6 liegenden Signal logisch dargestellt sind.

Nachdem der Sensor PIC1 während der Übertragung des Bits 6 aufhört zu senden, können die nachfolgenden Bits 5 bis 0 des Sensors PIC2 unabhängig von dem im Sensor PIC1 enthaltenen Wert über den Bus 6 an die Steuerungseinrichtung 1 bzw. deren Eingang RX übertragen werden.

Demzufolge setzt sich auch bei einer Schaltungsanordnung mit beliebig vielen Sensoren der höchste Wert, also der relevan­ teste Wert eines oder mehrerer Sensoren durch. Dabei ist es denkbar, dass der höchste Wert in mehreren Sensoren identisch vorhanden ist, so dass sich zwar eine Aussage über den höchs­ ten Wert bzw. den relevantesten Wert treffen lässt, der er­ findungsgemäß schnell und sicher zur Steuerungseinrichtung 1 übertragen wird, jedoch nicht, in welchem oder in welchen Sensoren dieser Wert vorliegt. Zu diesem Zeitpunkt ist demzu­ folge die Stelle oder der Ort des Auftretens eines solchen Wertes nicht bekannt.

Dies ist jedoch auf einfache Art und Weise durch Übertragung eines für einen Sensor eindeutigen ID-Wertes, beispielsweise wiederum in Form eines Bytes, nachfolgend zur Übertragung des Druckwertes möglich, bei der sich ebenfalls, wie vorstehend für den höchsten Druckwert geschildert, nur ein bestimmter, beispielsweise der höchste ID-Wert durchsetzt.

Nach dieser Übertragung, die ebenfalls mittels eines Start­ bits nochmals synchronisiert sein kann, ist der Steuerein­ richtung 1 dann nicht nur der relevanteste Wert sondern auch der Ort bzw. die Stelle dessen Auftretens bekannt. Hierzu kann die Abfrage eines IDs oder eine Gesamtabfrage "Druckwert und ID" so lange wiederholt werden, bis kein Sensor mehr sen­ det.

Hierbei ist es notwendig, dass ein Sensor mit dem jeweils höchstwertigen ID und damit wiederum dem relevantesten Wert nach Übermittlung seines Wertes an die Steuerungseinrichtung 1 abschaltet bzw. bei weiteren ID-Abfragen nicht mehr sendet.

Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Sensor PIC2, dessen Datenrelevanzwert und ID zur Steuerungseinrich­ tung 1 übertragen wurde, seinen Datenrelevanzwert auf den niedrigsten Wert setzt (z. B. 0000 0000 und damit invertiert 1111 1111). Damit wird dieser Sensor bei der nächsten Anfrage nach Daten im Datenrelevanzwert und damit im Durchsetzungs­ vermögen auf dem Bus sicher übertroffen, so dass sich der nächsthöhere Wert (eines anderen Sensors PIC1) durchsetzt und zur Steuerungseinrichtung 1 gelangt. Hierbei kann ein Sensor durch das permanente "Horchen" mit seinem Empfangseingang RX am Bus 6 das erfolgreiche Durchsetzen bzw. die erfolgreiche Übertragung seines Datenrelevanzwertes (DR-Wert) und evtl. ID-Wertes feststellen, so dass diesem Sensor (für das nach­ folgende Abschalten bzw. Nullsetzen des Registers) bekannt ist, dass nur er sich am Bus 6 gegenüber den anderen Sensoren durchgesetzt hat.

Dies wird anhand des nachfolgenden Beispiels mit drei an den Bus 6 angeschlossenen Sensoren und synchroner Übertragung nä­ her erläutert:

Erste Abfrage durch Steuerungssystem 1 Sensor 1

DR-Wert: 0000 0110; invertiert: 1111 1001; gesendet: 1111 1001. ID-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1010. Dieser Sensor setzt sich beim Senden auf dem Bus 6 durch. Die Werte auf dem Bus 6 entsprechen denen, die der Sensor senden wollte. Der Sensor weiß also, dass er der "Gewinner" dieser Übertragung war. Nach dieser Übertragung setzt dieser Sensor seinen Datenrelevanzwert (DR-Wert) auf 0000 0000.

Sensor 2

DR-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1011. ID-Wert: 0000 0110; invertiert: 1111 1001; gesendet: 1111 1010. Dieser Sensor bemerkt, dass sein DR-Wert zu gering war. Er zieht sich ab dem bit 1 (zweite Stelle von rechts s. Sensor 1) des DR-Wertes vom Bus 6 zurück und sendet nur noch "1" (bzw. 11. . .), insbesondere für den gesamten ID-Wert.

Sensor 3

DR-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1011. ID-Wert: 0000 0100; invertiert: 1111 1011; gesendet: 1111 1111. Dieser Sensor bemerkt, dass sein DR-Wert zu gering war. Er zieht sich ab dem bit 1 des DR-Wertes vom Bus 6 zurück und sendet nur noch "1", insbesondere für den gesamten ID-Wert.

Am PC bzw. der Steuerungseinrichtung 1 empfangene Werte

DR-Wert: 1111 1001; invertiert: 0000 0110 = Druckwert von Sensor 1. ID-Wert: 1111 1010; invertiert: 0000 0101 = ID-Wert des Sensors 1.

Abfrage des zweitrelevantesten Wertes Sensor 1

DR-Wert: 0000 0000; invertiert: 1111 1111; gesendet: 1111 1111. ID-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1111. Dieser Sensor bemerkt, dass sein (zurückgesetzter) DR-Wert zu gering war. Er zieht sich ab dem bit 2 (dritte Stelle von rechts s. Sensor 2 und 3) des DR-Wertes vom Bus 6 zurück und sendet nur noch "1", insbesondere für den gesamten ID-Wert.

Sensor 2

DR-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1010. ID-Wert: 0000 0110; invertiert: 1111 1001; gesendet: 1111 1001. Dieser Sensor setzt sich beim Senden auf dem Bus 6 durch. Die Werte auf dem Bus 6 entsprechen denen, die der Sensor senden wollte. Der Sensor weiß also, dass er der "Gewinner" dieser Übertragung war. Nach dieser Übertragung setzt dieser Sensor seinen Datenrelevanzwert (DR-Wert) auf 0000 0000.

Sensor 3

DR-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1010. ID-Wert: 0000 0100; invertiert: 1111 1011; gesendet: 1111 1011. Dieser Sensor bemerkt, dass sein DR-Wert hoch genug war, um erfolgreich gesendet zu werden. Er weiß damit, dass kein an­ derer Sensor eine höhere Datenrelevanz hat. Es kann jedoch trotzdem sein, dass ein anderer Sensor den gleichen DR-Wert hat (wie in diesem Beispiel). Um die Situation aufzulösen, wird der ID-Wert übertragen. Hierbei stellt dieser Sensor fest, dass ein anderer Sensor mit dem gleichen DR-Wert eine stärker durchsetzende ID besitzt. Deswegen zieht sich dieser Sensor ab bit 1 der ID vom Bus 6 zurück und sendet nur noch "1".

Am PC bzw. der Steuerungseinrichtung 1 empfangene Werte

DR-Wert: 1111 1010; invertiert: 0000 0101 = Druckwert von Sensor 2. ID-Wert: 1111 1001; invertiert: 0000 0110 = ID-Wert des Sensors 2.

Abfrage des drittrelevantesten Wertes Sensor 1

DR-Wert: 0000 0000; invertiert: 1111 1111; gesendet: 1111 1111. ID-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1111. Dieser Sensor bemerkt, dass sein (zurückgesetzter) DR-Wert zu gering war. Er zieht sich ab dem bit 2 (dritte Stelle von rechts s. Sensor 3) des DR-Wertes vom Bus 6 zurück und sendet nur noch "1", insbesondere für den gesamten ID-Wert.

Sensor 2

DR-Wert: 0000 0000; invertiert: 1111 1111; gesendet: 1111 1111. ID-Wert: 0000 0110; invertiert: 1111 1001; gesendet: 1111 1111. Dieser Sensor bemerkt, dass sein (zurückgesetzter) DR-Wert zu gering war. Er zieht sich ab dem bit 2 (dritte Stelle von rechts s. Sensor 3) des DR-Wertes vom Bus 6 zurück und sendet nur noch "1", insbesondere für den gesamten ID-Wert.

Sensor 3

DR-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1010. ID-Wert: 0000 0100; invertiert: 1111 1011; gesendet: 1111 1011. Dieser Sensor setzt sich beim Senden auf dem Bus 6 durch. Die Werte auf dem Bus 6 entsprechen denen, die der Sensor senden wollte. Der Sensor weiß also, dass er der "Gewinner" dieser Übertragung war. Nach dieser Übertragung setzt dieser Sensor seinen Datenrelevanzwert (DR-Wert) auf 0000 0000.

Am PC bzw. der Steuerungseinrichtung 1 empfangene Werte

DR-Wert: 1111 1010; invertiert: 0000 0101 = Druckwert von Sensor 3. ID-Wert: 1111 1011; invertiert: 0000 0100 = ID-Wert des Sensors 3.

Abfrage des viertrelevantesten Wertes Sensor 1

DR-Wert: 0000 0000; invertiert: 1111 1111; gesendet: 1111 1111. ID-Wert: 0000 0101; invertiert: 1111 1010; gesendet: 1111 1011. Alle Sensoren erkennen, dass sie den höchsten möglichen DR- Wert haben, wissen aber nicht, wie viele andere Sensoren den gleichen Wert haben. Beim Senden der ID setzt sich der Sensor mit der stärksten ID durch. Dieser Sensor erkennt ab bit 1 der ID, dass ein anderer Sensor stärker ist (bzw. stärkere ID besitzt) und sendet ab dort nur noch "1".

Sensor 2

DR-Wert: 0000 0000; invertiert: 1111 1111; gesendet: 1111 1111. ID-Wert: 0000 0110; invertiert: 1111 1001; gesendet: 1111 1001. Alle Sensoren erkennen, dass sie den höchsten möglichen DR- Wert haben, wissen aber nicht, wie viele andere Sensoren den gleichen Wert haben. Beim Senden der ID setzt sich der Sensor mit der stärksten ID durch. Dieser Sensor erkennt, dass seine ID sich auf dem Bus durchgesetzt hat.

Sensor 3

DR-Wert: 0000 0000; invertiert: 1111 1111; gesendet: 1111 1111. ID-Wert: 0000 0100; invertiert: 1111 1011; gesendet: 1111 1011. Alle Sensoren erkennen, dass sie den höchsten möglichen DR- Wert haben, wissen aber nicht, wie viele andere Sensoren den gleichen Wert haben. Beim Senden der ID setzt sich der Sensor mit der stärksten ID durch. Dieser Sensor erkennt ab bit 1 der ID, dass ein anderer Sensor stärker ist (bzw. stärkere ID besitzt) und sendet ab dort nur noch "1".

Am PC bzw. der Steuerungseinrichtung 1 empfangene Werte

DR-Wert: 1111 1111; invertiert: 0000 0000 = minimaler DR-Wert. ID-Wert: 1111 1001; invertiert: 0000 0110 = ID-Wert des Sensors 2 Der PC erkennt, dass die ID des Sensors 2 nun zum zweitenmal gesendet wurde. Das bedeutet, dass alle Sensoren ausgelesen wurden. Dies lässt sich auch am Datenrelevanzwert erkennen, da der niedrigstmögliche DR-Wert (0000 0000) nicht das Ergeb­ nis einer Druckmessung sein darf. Um dies erkennbar zu ma­ chen, kann beispielsweise hierfür für jeden gemessenen Druck immer eine "1" hinzuaddiert werden.

Die ID-Übermittlung kann hierbei ebenso wie die Druckwert­ übermittlung auf Anfrage der Steuerungseinrichtung 1, bei­ spielsweise durch Übermittlung eines Startsignals in Form ei­ nes Bits, negative oder positive Taktflanke, speziellen Bytes o. ä., erfolgen.

Es ist aber auch denkbar, dass die Sensoren PIC1 PIC2 usw. von sich aus zu senden beginnen, sobald wenigstens ein Sensor PIC1, PIC2 eine Kollision feststellt und an den Bus 6 eine negative Taktflanke oder ein Low-Level-Signal legt, welches von den übrigen Sensoren als Startbit detektiert wird, so dass alle an dem Bus 6 liegenden Sensoren PIC1, PIC2 usw. zeitgleich synchron ihre enthaltenen Druckwerte zu übermit­ teln beginnen. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass nur diejenigen Sensoren zu senden beginnen, welche überhaupt eine Kollision detektierten.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung erfolgt die ID- Übermittlung ohne erneute Synchronisation, wobei die Synchro­ nisation zur DR-Wert- bzw. Druckwertübermittlung ausgenutzt wird und vor dem Start der ID-Übermittlung eine festgelegte Zeitverzögerung stattfindet. Typischerweise messen die Senso­ ren PIC1, PIC2 den Zeitpunkt des beispielsweise von der Steu­ erungseinrichtung 1 gesendeten Startbits (Ts), beispielsweise eines ersten gesendeten Bytes, und antworten mit der auf die­ se Weise synchronisierten (zeitgleichen) Übertragung der DR- Werte zu einem festgelegten Zeitpunkt danach (Ts + T1). Im fol­ genden benötigen die Sensoren PIC1, PIC2 keine weitere Syn­ chronisation und senden mit festgelegter Verzögerung (Ts + T1 + T2) ihren ID-Wert. Demzufolge ist eine erneute Syn­ chronisation zwischen der Übertragung der DR-Werte und der Übertragung der ID-Werte nicht notwendigerweise erforderlich. Falls die Zeitbasis der Sensoren jedoch schlecht ist, können die Sensoren eine definierte Zeit warten und dann zur Syn­ chronisation der Übertragung der ID-Werte mit dem Senden ei­ nes Startbits beginnen. Hierbei kann der Wartevorgang, während die Sensoren den Bus 6 auf auftretende Startbits abhö­ ren, abgebrochen werden, und somit eine (erneute) Synchroni­ sation erreicht werden.

Für die erfindungsgemäße schnelle Datenübermittlung zwischen den Sensoren PIC1, PIC2 und der Steuerungseinrichtung 1 kann vorteilhafterweise auf kostengünstige, im Handel erhältliche Bauteile (in Massenproduktion bspw. RS485 oder CAN-Treiber von Philips) zurückgegriffen werden.

Die Datenübermittlung kann über den bekannten günstigen Stan­ dard RS232 erfolgen, wobei ein kostengünstiges Bussystem mit nur einer logischen Datenleitung und kostengünstige übliche Anschaltbaugruppen bzw. Bustreiberbausteine verwendet werden können, um mehrere an einem Bus liegende Sensoren beispiels­ weise nach dem Wired-AND-Prinzip mit der Steuereinrichtung 1 zu verbinden. Insbesondere kann als Datenprotokoll auf Seite der Steuerungseinrichtung 1 ein herkömmliches RS232 Protokoll verwendet werden, so dass vorteilhafterweise dieses System an viele bestehende PCs oder anderes Equipment mit RS232 ohne einen Protokollumsetzer (aber eventuell mit Pegelumsetzer) angeschlossen werden kann.

Ebenso ist es möglich, bei dieser Schaltungsanordnung auf kostengünstige Sensoren, beispielsweise mit Mikrocontroller, zurückzugreifen, da durch das erfindungsgemäße Prinzip, bei dem sich der relevanteste Wert zuerst und alleine am Bus durchsetzt und somit an die Steuerungseinrichtung 1 übermit­ telt wird, trotz kostengünstiger Realisierung der Schaltungs­ anordnung eine ausreichende Schnelligkeit und Sicherheit ge­ währleistet wird.

Selbstverständlich können bei diesem System mit niedrigstem Verkabelungsaufwand und kostengünstigsten elektronischen Bau­ steinen auch weitere Funktionen wie Rücksetzen der Sensoren, beispielsweise der Register der Mikrocontroller, Kalibrierung der Sensoren PIC1 und PIC2, usw. realisiert werden.

So ist es möglich, auf Anforderung der Steuerungseinrichtung 1 beispielsweise durch Übermittlung eines speziellen Bytes (selbstverständlich unterschiedlich zum Anforderungsbyte) ein Rücksetzen der Sensoren PIC1, PIC2 sowie durch Übermittlung eines anderen speziellen Bytes einen Kalibrierungsvorgang (z. B. der Zeitbasis und/oder der Sensorempfindlichkeit bzw. der mathematischen Funktion nach der ein Druckwert im Sensor berechnet wird) o. ä. auszulösen.

Denkbar ist beispielsweise auch ein Test auf Funktionsfähig­ keit des gesamten Systems, bei dem ohne Kollision die Druck­ werte und/oder die eindeutigen ID-Werte an die Steuerungsein­ richtung 1 übermittelt werden und auf diese Weise die Funkti­ onsfähigkeit aller Sensoren PIC, PIC2, usw. und der Übermitt­ lungsstrecke überprüft werden kann.

Um die Wertigkeit der Sensoren PIC1, PIC2 möglichst optimal an die jeweilige Verwendung anzupassen, ist es weiterhin denkbar, nicht nur die ID-Werte nach Relevanz der Orte bzw. der Stellen der Sensoren, beispielsweise absteigend, zu ver­ teilen, sondern auch einen festgestellten Kollisionswert in einem Sensor PIC1, PIC2 usw. mit einem einstellbaren Rele­ vanzwert in einer linearen oder nicht linearen Funktion zu koppeln, so dass ein Druckwert für eine Kollision in Abhän­ gigkeit dieses Relevanzwertes und der Funktion sowie des ei­ gentlichen Sensorwertes entsteht, welcher dann an die Steue­ rungseinrichtung 1 übermittelt wird.

Nach der Erfindung ist es auch denkbar, bestimmte Sensoren gezielt durch Übertragung der ID des Sensors anzusprechen. In diesem Fall sendet die Steuerungseinrichtung 1 zuerst ein Kommando (z. B. "schicke Selbstinformation") und dann die ID des gewünschten Sensors, während alle anderen Sensoren bei dieser Übertragung nicht beteiligt sind.

Weiterhin kann in der Anordnung und dem Verfahren ein "Selbstmodus" integriert sein, bei dem die Sensoren bei Ein­ treten eines bestimmten Ereignisses (beispielsweise 0 0000 0000 0000 0000) ein gegenüber allen anderen Übertragungen do­ minantes Breaksignal (beispielsweise im RS232-Protokoll) sen­ den. Hierbei kann jeder Sensor mit einer Reaktionsschwelle ausgerüstet sein, die von der Steuerungseinrichtung 1 setzbar ist. Wird die Reaktionsschwelle (Datenrelevanzschwelle) bei einem Sensor, nachdem die Sensoren in den "Selbstmeldemodus" geschalten wurden, überschritten, so sendet er selbst (ohne Anforderung durch die Steuerungseinrichtung 1) beispielsweise 0000 0000. Selbst bei gleichzeitigem Senden mehrerer Sensoren ergibt sich als Ergebnis entweder wieder 0000 0000 oder eine längere Periode, die von der Steuerungseinrichtung 1 eben­ falls erkennbar ist (z. B. Break Signal gemäß RS232 Proto­ koll). Wenn Sensoren über ihren Empfangseingang RX eine 0000 0000 empfangen, so gehen sie in den normalen vorstehend ge­ schilderten Kommunikationsmodus zurück. Demzufolge ist es nicht notwendig, dass Steuerungseinrichtung 1 den Wert (z. B. Kollisionsdruck) eines Sensors bzw. aller angeschlossener Sensoren dauernd abfragt, sondern kann warten, bis an der se­ riellen Schnittstelle (RS232) ein Signal ankommt. Hat die Steuerungseinrichtung 1 ein solches Signal empfangen, so fragt sie mit dem vorstehend geschilderten Verfahren nach dem stärksten bzw. relevantesten Druckwert. Hierbei ist es auch möglich, dass die Steuerungseinrichtung 1 diesen "Selbstmel­ demodus" vorzeitig abbricht, indem sie beispielsweise selbst 0000 0000 sendet.

Denkbar ist auch, dass ein Sensor, der eine bestimmte vorbe­ stimmbare Zeitdauer nicht abgefragt wurde, sich mit längeren 0-Perioden bemerkbar machen kann. Dieses Signal wird dann un­ abhängig von sonstigen Vorgängen von der Steuerungseinrich­ tung 1 als Breaksignal empfangen.

Durch das vorstehend für einen Roboter und Kollisionen be­ schriebene Verfahren wird durch das erfindungsgemäße Prinzip der Übermittlung von Daten in Abhängigkeit von deren Relevanz somit bei kostengünstigster Realisierung gewährleistet, dass zumindest der oder die relevantesten Werte mit ausreichender Geschwindigkeit und Sicherheit bei der Steuerungseinrichtung 1 zur Weiterverarbeitung vorliegen.

Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Schaltungsanordnung nicht auf das dargestellte Ausfüh­ rungsbeispiel beschränkt, sondern kann in verschiedensten An­ wendungsgebieten Verwendung finden, bei denen Objekte zuein­ ander relative Bewegungen ausführen, Entfernungen festge­ stellt werden sollen, Kollisionen vermieden werden sollen, oder auch bei stationären Systemen wie beispielsweise Senso­ ren zur Messung von Erdbeben, Windgeschwindigkeiten, usw. und Übermittlung dieser Daten an zentrale Steuerungseinrichtun­ gen.

Hierbei kann vorteilhafterweise durch die vorstehend be­ schriebene Konkurrenz der Wichtigkeit bzw. Relevanz der Daten der Sensoren zueinander und das Durchsetzen (in Abhängigkeit von dieser Konkurrenz und demzufolge dynamisch) des relevan­ testen Wertes der sendenden bzw. an einem Bus liegenden Sen­ soren erreicht werden, dass im Vergleich zu herkömmlichen Systemen diese Information schneller vorliegt, so dass vor­ teilhafterweise auch langsamere, einfachere und kostengünsti­ gere Systeme zur Übertragung (Bussysteme, Anschaltbaugruppen, Sensoren, usw.) Verwendung finden können. Hierbei sollen Sen­ soren im Sinne der Erfindung sehr weitreichend verstanden werden und auch beispielsweise Eingabegeräte mit wenigstens einem Empfangseingang RX und wenigstens einem Sendeausgang TX umfassen.

Hierbei wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass erfin­ dungsgemäß sich der stärkste Datenrelevanzwert aller an den Bus angeschlossenen Sensoren bei der synchronen bzw. gleich­ zeitigen Übertragung der (Sensoren-)Werte durchsetzt und in diesem Datenrelevanzwert der Datenwert enthalten ist bzw. der Datenrelevanzwert von dem Datenwert und einer Parameterfunk­ tion abhängt. Somit ist bei der Übertragung die Relevanz bzw. Priorität von den Daten selbst abhängig, was erfindungsgemäß als variable oder dynamische Relevanz bzw. Priorität der Da­ ten verstanden werden soll.

Claims (11)

1. Verfahren zur Übermittlung von Daten mehrerer Sensoren (PIC1, PIC2) an eine Steuerungseinrichtung (1) über einen Da­ tenbus (6), wobei

• a) in dem Sensor (PIC1, PIC2) ein Datenrelevanzwert ermit­ telt wird,
• b) der Datenrelevanzwert des Sensors (PIC1, PIC2) auf den Bus (6) gelegt wird und
• c) nur der größte Datenrelevanzwert der Sensoren (PIC1, PIC2) an die Steuerungseinrichtung (1) übermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenrelevanzwert des Sensors (PIC1, PIC2) bei einem de­ tektierten Ereignis an dem Sensor (PIC1, PIC2) und/oder auf Anfrage der Steuerungseinrichtung (1) oder eines anderen Sen­ sors (PIC1, PIC2) auf den Bus (6) gelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend auf Schritt c),

• a) ein ID-Wert des wenigstens einen Sensors (PIC1, PIC2) auf den Bus (6) gelegt wird und nur ein einziger relevantes­ ter ID-Wert an die Steuerungseinrichtung(1) übermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis d) solange wiederholt werden, wobei je­ weils der Sensor (PIC1, PIC2) dessen ID-Wert übermittelt wur­ de, aufhört zu senden, bis die an die Steuerungseinrichtung (1) übermittelten Werte unterhalb eines vorbestimmbaren Schwellwertes liegen.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mehreren Sensoren (PIC1, PIC2), einem Datenbus (6) und einer Steuerungseinrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren über den Datenbus (6) im Wired-AND Prinzip mit der Steuereinrichtung (1) verbunden sind, so dass sich nur ein Datum eines Sensors (PIC1, PIC2) durchsetzt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, dass der Sensor (PIC1, PIC2) einen Sendeausgang (TX) und einen Empfangseingang (RX), welche mit dem Bus (6) mittels Anschaltbaugruppen (3; 5, 11; 13, 17; 19) verbunden sind, und eine Kontrolleinrichtung aufweist, die bei unterschiedlichen Signalen an Sendeausgang (TX) und Empfangseingang (RX) den Sendeausgang (TX) mit einem neutralen Signal (logisch "1") belegt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Bus (6) nur eine logische Datenleitung umfasst.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, dass der Bus (6) "0"-dominant, "1"- dominant, oder als wired OR ausgebildet ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, dass der Bus (6) elektrisch als CAN-Bus ausgebildet ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, dass jeder Sensor (PI1, PIC2) einen eindeutigen an die Steuereinrichtung (1) übermittelbaren ID- Wert aufweist.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (1) RS232 kompatibel ausgebildet ist.