DE10055042A1

DE10055042A1 - Einrichtung für den Betrieb von mindestens einem elektrischen Verbraucher

Info

Publication number: DE10055042A1
Application number: DE10055042A
Authority: DE
Inventors: Guenter Stranghoener
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2002-06-06
Also published as: ES2219151A1; ES2219151B1

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

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.

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.