DE10055042A1 - Einrichtung für den Betrieb von mindestens einem elektrischen Verbraucher - Google Patents
Einrichtung für den Betrieb von mindestens einem elektrischen VerbraucherInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für den Betrieb von mindestens einem elektrischen Verbraucher, wobei dieser Betrieb gesteuert über einen Mikrokontroller erfolgt, der an einem Kontrollausgang bei fehlerfreiem Betrieb periodische Kontrollsignale erzeugt. DOLLAR A Dabei ist der Kontrollausgang einer Überwachungsschaltung zugeführt, die beim Ausfall der Kontrollsignale die Zufuhr der Versorgungsspannung für den Mikrokontroller zumindest einmal unterbricht und wieder einschaltet.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für den µC-gesteuerten Betrieb von mindestens einem
elektrischen Verbraucher. Überall dort wo Zuverlässigkeit und Sicherheit eine große Rolle
spielen, wie zum Beispiel bei elektrischen Steuerschaltungen im Kraftfahrzeug, ist eine
Überwachung des ordnungsgemäßen Mikrokontroller-Betriebs (Programmablauf) notwendig.
Zu diesem Zweck weisen bestimmte Mikrokontroller einen Kontrollausgang auf, an dem bei
fehlerfreiem Betrieb des Mikrokontrollers periodische Kontrollsignale anliegen. Das
Vorliegen dieser Kontrollsignale kann nun von einer Überwachungsschaltung (einer
sogenannten Watchdog-Schaltung) überprüft werden. Bleiben die Kontrollsignale aus, weil
der Mikrokontroller zum Beispiel an einer Stelle in seinem Programmablauf "hängen
geblieben" ist, so wird dies von der Watchdog-Schaltung erkannt und ein Reset-Signal auf
den Reset-Eingang des Mikrokontrollers gegeben. Der Reset-Impuls bewirkt, dass der
Mikrokontroller selbständig an eine Restart-Adresse des auszuführenden Programms springt.
Mikrokontroller mit einem separaten Reset-Eingang sind jedoch im Vergleich zu
Mikrokontrollern ohne Reset-Eingang teuer, so dass der Einsatz solcher Mikrokontroller bei
bestimmten Anwendungen, die eine sehr kostengünstige Lösung erfordern, nicht in Frage
kommt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung für den µC-gesteuerten Betrieb von
mindestens einem elektrischen Verbraucher zu schaffen, die in kostengünstiger und
zuverlässiger Weise eine Überwachung und Rücksetzung des Mikrokontrollers ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kontrollausgang einer
Überwachungsschaltung zugeführt ist, die beim Ausfall der Kontrollsignale die Zufuhr der
Versorgungsspannung für den Mikrokontroller zumindest einmal unterbricht und wieder
einschaltet. Dabei wird durch das Wiedereinschalten automatisch der Power-on-Reset
ausgelöst, so dass der Mikrokontroller in die Lage versetzt wird von einer Restart-Adresse an
neu zu starten. Falls der so erzeugte Power-on-Reset erfolgreich war und der Mikrokontroller
anschließend ordnungsgemäß arbeitet, so werden auch die Kontrollsignale in
ordnungsgemäßer Weise periodisch generiert. In diesem Fall wird die
Überwachungsschaltung die Versorgungsspannung dauerhaft an den Mikrokontroller
durchschalten. Falls der erste Power-on-Reset innerhalb einer bestimmten Zeitspanne jedoch
nicht erfolgreich war, wird die Überwachungsschaltung die Versorgungsspannung solange
periodisch aus- und wieder eingeschalten, bis der Mikrokontroller an seinem Kontrollausgang
wieder die periodischen Kontrollsignale erzeugt. Während eines solchen Aus- und Einschalt-
Taktzyklus ist die Zeit, in der die Versorgungsspannung eingeschaltet ist, mindestens so groß
wie die Zeitdauer, die der Mikrokontroller für die Ausführung eines Power-on-Resets nach
dem Einschalten der Versorgungsspannung benötigt, damit der Mikrokontroller auch
genügend Zeit hat, den Power-on-Reset durchzuführen und der Überwachungsschaltung
durch die Erzeugung von periodischen Kontrollsignalen anzeigen kann, dass er wieder
fehlerfrei arbeitet.
In dem Fall, dass ein ordnungsgemäßes Wiederanlaufen und ein normaler Programmablauf
des Mikrokontrollers auch nach einem Power-on-Reset nicht gelingt, wird die
Versorgungsspannung periodisch ein- und ausgeschaltet. Falls im Zeitpunkt des Ausfalls des
Mikrokontrollers die Ansteuerung des elektrischen Verbrauchers durch den Mikrokontroller
eingeschaltet war, indem beispielsweise ein High-Pegel an einem Steuersignal-Ausgang für
einen Treiber anliegt, der in diesem Zustand die Betriebspannung für den Verbraucher
durchschaltet, wird bei periodischen Ein- und Ausschalten der Versorgungsspannung für den
Mikrokontroller jeweils auch der Verbraucher ein- und ausgeschaltet. Falls es sich bei dem
Verbraucher um ein optisches oder akustisches Element (z. B. eine Innenraumleuchte eines
Kraftfahrzeuges) handelt, wird dem Benutzer die Fehlfunktion der Einrichtung sinnfällig
angezeigt. In diesem Fall ist es weiterhin vorteilhaft, die Ausschaltzeit in dem Aus- und
Einschalt-Taktzyklus größer zu wählen als die Einschaltzeit, da somit der Energieverbrauch
deutlich verringert wird, was insbesondere bei Einrichtung zum Betrieb von elektrischen
Verbrauchern in einem Kraftfahrzeug sehr wichtig ist, da dort eine Entladung der
Fahrzeugbatterie vermieden werden muss. Bei einem Taktzyklus von beispielsweise 2
Sekunden kann zum Beispiel eine Einschaltzeit von 0,5 Sekunden und eine Ausschaltzeit von
1,5 Sekunden gewählt werden. Durch das Aufblinken der Innenraumleuchte wird dem Fahrer
somit sicher eine Fehlfunktion angezeigt, während andererseits durch die vergleichsweise
langen Auszeiten Strom gespart und somit die Batterie geschont wird.
Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Einrichtung mit Mikrokontroller und
Überwachungsschaltung,
Fig. 2 die Darstellung einer Einrichtung, wo die Überwachungsschaltung durch einen
Multivibrator mit vorgeschalteter Differenzierschaltung gebildet ist,
Fig. 3 die Darstellung einer Einrichtung, wo die Überwachungsschaltung durch eine
Kontrollschaltung, einen Taktgeber und ein logisches Gatter gebildet ist.
In Fig. 1 ist als Einrichtung für den µC-gesteuerten Betrieb von mindestens einem
elektrischen Verbraucher die Ansteuerung für die Innenraumleuchte eines Kraftfahrzeuges
beispielhaft gezeigt. Eine derartige Einrichtung kann Teil einer Dachbedieneinheit des
Fahrzeuges sein. Die Einrichtung besteht aus einem Mikrokontroller (µC), der über einen
Steuerausgang z. B. mit einem High-Pegel einen Treiber ansteuert, der dann wiederum die
Bordnetzspannung an die Innenraumleuchte durchschaltet. Die Spannungsversorgung des
Mikrokontrollers erfolgt über einen Spannungsregler, der aus der Bordnetzspannung (z. B.
12 V) die für den Betrieb des Mikrokontrollers notwendige Spannung (z. B. 5 v) generiert.
Dabei wird die vom Spannungsregler erzeugte Versorgungsspannung dem Mikrokontroller
über ein Schaltelement zugeführt, das von der Überwachungsschaltung beim Ausfall der
Watchdog-Signale ein- und ausgeschaltet wird. Das Schaltelement ist vorzugsweise als
Halbleiterschalter in Form eines Transistors ausgebildet.
In Fig. 2 ist eine µC-gesteuerte Einrichtung gezeigt, bei der die Überwachungsschaltung von
einer Differenzierschaltung mit nachgeschalteter Diode (D) und einem Multivibrator (Astabile
Kippstufe) gebildet ist. Die Schwingungsdauer des Multivibrators ist dabei im wesentlichen
bestimmt durch die Zeitkonstante des RC-Gliedes am invertierenden Eingang des
Operationsverstärkers (OP). Bei ordnungsgemäßem Betrieb des Mikrokontrollers sendet
dieser periodische Watchdog-Signale, die von der Differenzierschaltung und der
nachgeschalteten Diode in positive Spannungsspitzen umgewandelt werden, die eine
Aufladung des Kondensators (C) am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
bewirken und somit verhindern, dass die Spannung am invertierenden Eingang den
Triggerpegel zum Auslösen des Kippvorgangs unterschreitet. In diesem Fall ist der Ausgang
des Multivibrators permanent Low, wodurch das Schaltelement eingeschaltet wird und der
Mikrokontroller dauerhaft mit Versorgungsspannung beaufschlagt wird.
Falls die periodischen Watchdog-Signale ausbleiben, erfolgt auch keine Aufladung des
Kondensators am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers mehr. Vielmehr erfolgt
über die Differenzierschaltung und die Diode eine Abkopplung des invertierenden OP-
Eingangs vom Watchdog-Ausgang des Mikrokontrollers und eine Abkopplung von Masse. In
diesem Zustand arbeitet der Multivibrator tatsächlich als Kippschaltung (Taktgeber-
Schaltung), dessen Ausgang als Taktsignal für das Schaltelement benutzt wird.
In Fig. 3 ist eine µC-gesteuerte Einrichtung gezeigt, bei der die Überwachungsschaltung von
einer Kontrollschaltung für die Watchdog-Signale, einem Taktgeber und einem logischen
Gatter in Form eines AND-Gatters gebildet ist. Die Ausgänge der Kontrollschaltung und des
Taktgebers sind auf die Eingänge des AND-Gatters geführt. Der Ausgang des AND-Gatters
dient zum Schalten des Schaltelements. Bei Vorliegen der periodischen Watchdog-Signale
erzeugt die Kontrollschaltung an ihrem Ausgang eine logische "0". Damit ist das Signal des
Taktgebers blockiert und am Ausgang des AND-Gatters liegt dauerhaft ein Low-Pegel an, der
das Schaltelement einschaltet. Bei Ausbleiben der periodischen Watchdog-Signale erzeugt die
Kontrollschaltung an ihrem Ausgang eine logische "1". Damit wird das Signal des Taktgebers
durch das AND-Gatter an das Schaltelement durchgereicht, so dass dieses im Takt des
Taktgebers periodisch ein- und ausgeschaltet wird.
Claims (8)
1. Einrichtung für den Betrieb von mindestens einem elektrischen Verbraucher, wobei dieser
Betrieb gesteuert über einen Mikrokontroller erfolgt, der an einem Kontrollausgang bei
fehlerfreiem Betrieb periodische Kontrollsignale erzeugt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kontrollausgang einer Überwachungsschaltung zugeführt ist, die beim Ausfall der
Kontrollsignale die Zufuhr der Versorgungsspannung für den Mikrokontroller zumindest
einmal unterbricht und wieder einschaltet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Versorgungsspannung solange periodisch aus- und wieder eingeschaltet wird, bis der
Mikrokontroller an seinem Kontrollausgang wieder die periodischen Kontrollsignale erzeugt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einschaltzeit in einem Aus- und Einschalt-Taktzyklus für die Versorgungsspannung
mindestens so groß ist wie die Zeitdauer, die der Mikrokontroller für einen Power-on-Reset
nach dem Einschalten der Versorgungsspannung benötigt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ausschaltzeit in einem Aus- und Einschalt-Taktzyklus für die Versorgungsspannung
größer ist als die Einschaltzeit.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Überwachungsschaltung einen Multivibrator (astabile Kippstufe) aufweist, dessen Ausgangssignal zwischen einem ersten Zustand (Low) und einem zweiten Zustand (High) automatisch periodisch umgeschaltet wird, wobei
das Ausgangssignal über eine weitere Schaltung stabil in dem ersten Zustand gehalten wird, wenn der Mikrokontroller an seinem Kontrollausgang periodische Kontrollsignale erzeugt,
das Ausgangssignal in dem ersten Zustand die Versorgungsspannung an den Mikrokontroller durchschaltet,
das Ausgangssignal in dem zweiten Zustand die Versorgungsspannung an den Mikrokontroller unterbricht.
die Überwachungsschaltung einen Multivibrator (astabile Kippstufe) aufweist, dessen Ausgangssignal zwischen einem ersten Zustand (Low) und einem zweiten Zustand (High) automatisch periodisch umgeschaltet wird, wobei
das Ausgangssignal über eine weitere Schaltung stabil in dem ersten Zustand gehalten wird, wenn der Mikrokontroller an seinem Kontrollausgang periodische Kontrollsignale erzeugt,
das Ausgangssignal in dem ersten Zustand die Versorgungsspannung an den Mikrokontroller durchschaltet,
das Ausgangssignal in dem zweiten Zustand die Versorgungsspannung an den Mikrokontroller unterbricht.
6. Einrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die weitere Schaltung, die das Umkippen des Multivibrators verhindert, eine
Differenzierschaltung mit nachgeschalteter Diode ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ausgangssignal des Multivibrators auf die Basis eines Transistors als Schaltelement zum
Ein- und Ausschalten der Versorgungsspannung geführt ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Überwachungsschaltung eine Kontrollschaltung, der die Kontrollsignale des Mikrokontrollers zugeführt sind, und einen Taktgeber aufweist, wobei
die Kontrollschaltung über ein logisches Gatter das Schaltelement für die Versorgungsspannung des Mikrokontrollers dauerhaft einschaltet, wenn der Mikrokontroller an seinem Kontrollausgang periodische Kontrollsignale erzeugt,
die Kontrollschaltung über das logische Gatter die Taktsignale des Taktgebers an das Schaltelement weiterleitet, um die Versorgungsspannung für den Mikrokontroller periodisch ein- und auszuschalten, wenn der Mikrokontroller an seinem Kontrollausgang keine periodische Kontrollsignale erzeugt.
die Überwachungsschaltung eine Kontrollschaltung, der die Kontrollsignale des Mikrokontrollers zugeführt sind, und einen Taktgeber aufweist, wobei
die Kontrollschaltung über ein logisches Gatter das Schaltelement für die Versorgungsspannung des Mikrokontrollers dauerhaft einschaltet, wenn der Mikrokontroller an seinem Kontrollausgang periodische Kontrollsignale erzeugt,
die Kontrollschaltung über das logische Gatter die Taktsignale des Taktgebers an das Schaltelement weiterleitet, um die Versorgungsspannung für den Mikrokontroller periodisch ein- und auszuschalten, wenn der Mikrokontroller an seinem Kontrollausgang keine periodische Kontrollsignale erzeugt.
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Cited By (1)
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DE102022107282A1 (de) | 2022-03-28 | 2023-09-28 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs mittels eines Steuergeräts sowie Steuergerät |
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2000
- 2000-11-07 DE DE10055042A patent/DE10055042A1/de not_active Ceased
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2001
- 2001-11-07 ES ES200201451A patent/ES2219151B1/es not_active Expired - Fee Related
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DE102022107282A1 (de) | 2022-03-28 | 2023-09-28 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs mittels eines Steuergeräts sowie Steuergerät |
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ES2219151A1 (es) | 2004-11-16 |
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