DE102004018365B4 - Vorrichtung und Verfahren zur parallelen analogen und digitalen Datenübertragung zwischen einem Arbeitsgerät und Vorsatzgeräten - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur parallelen analogen und digitalen Datenübertragung zwischen einem Arbeitsgerät, vorzugsweise für eine Bearbeitung eines Bodens oder Fußbodens, wie Rasenmähen, Moosentfernung, Bewässerung, Staubsaugen, Polieren, Transportieren, etc., und Vorsatzgeräten, dadurch gekennzeichnet, dass Gegenstellen für die Datenübertragung des Arbeitsgerätes und des Vorsatzgerätes symmetrisch aus jeweils einem Transistor (7; 16) in Emitterschaltung bestehen, wobei Emitter-Anschlüsse der Transistoren (7; 16) über eine Übertragungsleitung (10) miteinander verbunden werden und Basis-Anschlüsse der Transistoren (7; 16) jeweils an einen Ausgang jeweils eines Spannungsteilers (5, 8; 15, 17) angeschlossen sind, deren Eingänge jeweils einerseits mit einer Betriebsspannung (4; 13) und andererseits mit einem Bezugspotential (9; 18) verbunden sind, wobei ein Eingang (2; 20) für digitale Daten ebenfalls jeweils mit der Basis und ein Ausgang (1; 19) für digitale Daten jeweils mit einem Kollektor des jeweiligen Transistors (7; 16) verbunden ist und ein Ein- und Ausgang (3; 21) für ein analoges Signal direkt mit der Übertragungsleitung (10) verbunden ist.

Description

• Arbeitsgeräte, vorzugsweise für die Bearbeitung eines Bodens oder Fußbodens, wie Rasenmähen, Moosentfernung, Bewässerung, Staubsaugen, Polieren, Transportieren, etc., verfügen oftmals neben einem Bedienelement zur Leistungsregulierung in der Nähe des Handgriffs über einen Anschluss für ein Vorsatzgerät, wie z. B. eine elektrische Bürste, einen Dampfreiniger, etc., das Daten mit dem Arbeitsgerät austauscht.
• EP 0 651 964 B1 beschreibt einen Staubsauger mit Dreileiterstromversorgungs- und Kommunikationssystem zwischen koppelbaren funktionellen Einheiten, einem Motorgehäuse einen Schlauch mit Handgriff und eine Saugdüse. Die Bedienelemente sind auf dem Handgriff angeordnet. Für den Betrieb des Systems enthalten das Motorgehäuse und der Handgriff Datenverarbeitungseinheiten, die in der Lage sein müssen, miteinander zu kommunizieren. Zu diesem Zweck ist der Schlauch mit drei Leitungen versehen, zwei Netzspannungsleitungen und eine Kommunikationsleitung für die Datenkommunikation, wobei die drei Leitungen über Kontakte mit dem Motorgehäuse verbunden sind. Die Datenverarbeitungseinheiten im Motorgehäuse und im Handgriff werden mit einer Gleichspannung von Gleichrichterschaltungen versorgt, die die Wechselspannung vom Netz lokal in eine geeignete Gleichspannung umwandeln. Eine der beiden Netzspannungsleitungen funktioniert auch als Rückleitung für die Datensignale. Um Störungen, die von den Netzleitungen auf die Datenleitung einkoppeln können, in der Datenkommunikation zu minimieren, ist die erste Datenverarbeitungseinheit mit einer Stromquelle zur Versorgung des ersten Kommunikationsanschlusses ausgerüstet, dessen Signalstrom in Reaktion auf das über die Kommunikationsleitung zu übertragende Datensignal schwankt.
• DE 10 2004 008 427.0 (noch nicht veröffentlicht) beschreibt ein Verfahren, das die digitalen Signale nicht über eine Amplitude sondern über eine Phasenlänge kodiert. Im Empfänger wird das Signal differenziert und mit jeweils einem positiven und einem negativen Schwellwert verglichen, die somit einen Grenzwert für die steigende, bzw. fallende Flanke des Signals geben. So wird das analoge Basissignal aus dem digitalen Signal entfernt. Ist das differenzierte Signal kleiner als der negative Schwellwert, so wird eine Zeitmessung gestartet, die dann wieder gestoppt wird, wenn das differenzierte Signal größer als der positive Schwellwert wird, um die Pulslänge der Signale zu ermitteln. Nachfolgend werden die Pulslängen in die vorab definierten Pulslängen der Kodierung klassifiziert. Alle Pulssignale, die außerhalb der definierten Pulslängen liegen, werden als Störungen vernachlässigt.
• Soll zum Beispiel nur die am Handgriff mit einem wenige Stufen aufweisenden Bedienelement eingestellte Leistungsstufe des Motors übertragen werden, so geschieht das zumeist analog. Eine parallel auf dem Medium übertragenes digitales Signal verschiebt aber die Basis des analogen Signals wenn es nicht gleichspannungsfrei eingekoppelt wird. Zudem muss das Medium niederimpedant sein, um eingekoppelte Störungen zu dämpfen. Eine gleichspannungsfreies kapazitive eingekoppeltes Signal wird in einem niederimpedanten Medium aber ebenfalls stark gedämpft, so dass eine störungsfreie Übertragung stark behindert wird.
• Aus der DE 195 13 528 A1 ist eine Steuereinheit zur Steuerung einer elektrischen Antriebseinheit, vorzugsweise für eine Verdunkelungsvorrichtung, bekannt. Die Steuereinheit umfasst eine Sensoreinheit, in der Beeinflussungsgrößen als analoges und digitales Signal vorliegen, die gemeinsam über eine Leitung einem Steuergerät zugeführt werden. Das Steuergerät besteht aus einem Mikrocomputer, der als Anpasssteuerung mit integriertem Zeitgeber arbeitet und das Eingangssignal in entsprechende Steuerbefehle für die elektrische Antriebseinheit umwandelt. Dabei wird die gemeinsame Übertragung eines analogen und digitalen Signals von der Sensoreinheit zu dem Steuergerät dadurch realisiert, dass das digitale Signal über einen Schalter das analoge Signal im Rhythmus des digitalen Signals nach Masse kurzschließt.
• Aus der nicht vorveröffentlichten DE 103 56 740 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Übertragen von Leistung und von analogen Mess- und Kommunikationssignalen über ein einzelnes Drähtepaar bekannt. Dabei werden die Leistung und Wechselstrom-Messsignale an eine Sensorvorrichtung geführt, die letztere durch ein Modulieren der Stromkomponente des Leistungssignals über das Drähtepaar überträgt.
• Aus der US 5 245 333 A ist eine 3-Draht-Sendeeinrichtung zur bidirektionalen Übertragung von AC-Signalen zu und von einer ersten externen Einrichtung und zum Senden von DC-Signalen zu einer zweiten externen Einrichtung bekannt.
• Aus der EP 0 822 688 A1 ist schließlich ein Busankoppler mit amplitudengesteuerter Sendeschaltung bekannt, bei dem die Sendeschaltung mit einer Sendestufe arbeitet, die ein Sendeventil mit der Funktion eines Transistors in Emitterschaltung als Sendetransistor aufweist, und deren Ansteuerleitung der Funktion nach durch einen Transistor vom inversen Typ zum Sendetransistor in Kollektorschaltung als Reduzierungstransistor im Ansteuersignal reduziert ist.
• Ausgehend von diesen Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur parallelen analogen und digitalen Datenkommunikation zu schaffen, bei der ein maximaler Störabstand gewährleistet ist, ohne aber die Basis des analogen Signals zu verschieben.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung und einem Verfahren gelöst, die das analoge Signal als Modulation der Spannung und die digitalen Signale davon unabhängig als Modulation des Stroms übertragen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestehen die Gegenstellen für die Kommunikation symmetrisch aus jeweils einem Transistor in Emitter- oder Sourceschaltung. Die Emitter- beziehungsweise Source-Anschlüsse werden über die Übertragungsleitung miteinander verbunden. Die Basis- beziehungsweise Gate-Anschlüsse der Transistoren sind jeweils an den Ausgang jeweils eines Spannungsteilers angeschlossen, deren Eingänge einerseits mit der Betriebsspannung und andererseits mit dem Bezugspotential verbunden sind. Der Eingang der digitalen Daten ist jeweils mit der Basis beziehungsweise dem Gate, der Ausgang der digitalen Daten ist jeweils mit dem Kollektor beziehungsweise dem Drain des jeweiligen Transistors verbunden. Der Ein- beziehungsweise Ausgang des analogen Signals ist direkt mit der Übertragungsleitung verbunden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der wechselwirkungsfreien Modulation von Spannung und Strom auf der Übertragungsleitung. Das analoge Signal wird dabei auf die Spannung an der Übertragungsleitung aufmoduliert, das digitale Signal wird durch die Modulation des Stroms übertragen. Der Strom durch die Transistoren der Gegenstellen teilt sich bei entsprechender Beschaltung der Spannungsteiler in den Gegenstellen gleichmäßig auf solange die Eingänge der digitalen Daten hochohmig sind. Beim Anlegen eines digitalen Signals am entsprechenden Eingang einer der Gegenstelle wird der Strom vollständig vom Transistor dieser Gegenstelle übernommen. Entsprechend ist der Transistor der anderen Gegenstelle stromfrei. Der Strom in den Gegenstellen wird so erfindungsgemäß entsprechend der digitalen Daten moduliert ohne den Strom durch den veränderbaren Widerstand, und damit dem Spannungsabfall an demselben, zu beeinflussen.
• Eine Ausführungsform ist in 1 dargestellt. Die digitalen Sendedaten werden an (2) angelegt. Die empfangenen Daten stehen an (1) zur Verfügung. Die Widerstände (5) und (8) bilden einen Spannungsteiler, an dessen Eingängen die Betriebsspannung (4) und das Bezugspotential (9) anliegen. Der Ausgang des Spannungsteilers ist mit der Basis des Transistors (7) verbunden. Der Kollektor ist über den Widerstand (6) mit der Betriebsspannung verbunden. Der Emitter ist an die Leitung (10) angeschlossen, die das Übertragungsmedium bildet. Zwischen der Leitung (10) und dem Bezugspotential (12) liegt der variierbare Widerstand (11), mit dem ein analoger Spannungswert auf der Leitung (10) eingestellt werden kann. Die Gegenstelle in entsprechender Weise aus den Widerständen (14), (15) und (17) und dem Transistor (16) gebildet. Die Widerstände (15) und (17) bilden wiederum einen Spannungsteiler, an dessen Eingängen die Betriebsspannung (13) und das Bezugspotential (18) anliegen. Der Ausgang des Spannungsteilers ist mit der Basis des Transistors (16) verbunden. Der Kollektor ist über den Widerstand (14) mit der Betriebsspannung verbunden. Der Emitter ist an die Leitung (10) angeschlossen. Die digitalen Sendedaten werden an (20) angelegt. Die empfangenen Daten stehen an (19) zur Verfügung. Der analoge Wert steht an den Gegenstellen am Ausgang (3) beziehungsweise (20) zur Verfügung.
• In eine zweiten Ausführungsform werden die Widerstände (6) und (14) durch jeweils eine Stromquelle ersetzt.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur parallelen analogen und digitalen Datenübertragung zwischen einem Arbeitsgerät, vorzugsweise für eine Bearbeitung eines Bodens oder Fußbodens, wie Rasenmähen, Moosentfernung, Bewässerung, Staubsaugen, Polieren, Transportieren, etc., und Vorsatzgeräten, dadurch gekennzeichnet, dass Gegenstellen für die Datenübertragung des Arbeitsgerätes und des Vorsatzgerätes symmetrisch aus jeweils einem Transistor (7; 16) in Emitterschaltung bestehen, wobei Emitter-Anschlüsse der Transistoren (7; 16) über eine Übertragungsleitung (10) miteinander verbunden werden und Basis-Anschlüsse der Transistoren (7; 16) jeweils an einen Ausgang jeweils eines Spannungsteilers (5, 8; 15, 17) angeschlossen sind, deren Eingänge jeweils einerseits mit einer Betriebsspannung (4; 13) und andererseits mit einem Bezugspotential (9; 18) verbunden sind, wobei ein Eingang (2; 20) für digitale Daten ebenfalls jeweils mit der Basis und ein Ausgang (1; 19) für digitale Daten jeweils mit einem Kollektor des jeweiligen Transistors (7; 16) verbunden ist und ein Ein- und Ausgang (3; 21) für ein analoges Signal direkt mit der Übertragungsleitung (10) verbunden ist.
2. Vorrichtung zur parallelen analogen und digitalen Datenübertragung zwischen einem Arbeitsgerät, vorzugsweise für eine Bearbeitung eines Bodens oder Fußbodens, wie Rasenmähen, Moosentfernung, Bewässerung, Staubsaugen, Polieren, Transportieren, etc., und Vorsatzgeräten, dadurch gekennzeichnet, dass Gegenstellen für die Datenübertragung des Arbeitsgerätes und des Vorsatzgerätes symmetrisch aus jeweils einem Transistor (7; 16) in Sourceschaltung bestehen, wobei Source-Anschlüsse der Transistoren (7; 16) über eine Übertragungsleitung (10) miteinander verbunden werden und Gate-Anschlüsse der Transistoren (7; 16) jeweils an einen Ausgang jeweils eines Spannungsteilers (5, 8; 15, 17) angeschlossen sind, deren Eingänge jeweils einerseits mit einer Betriebsspannung (4; 13) und andererseits mit einem Bezugspotential (9; 18) verbunden sind, wobei ein Eingang (2; 20) für digitale Daten ebenfalls jeweils mit dem Gate und ein Ausgang (1; 19) für digitale Daten jeweils mit einem Drain des jeweiligen Transistors (7; 16) verbunden ist und ein Ein- und Ausgang (3; 21) für ein analoges Signal direkt mit der Übertragungsleitung (10) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle von Kollektor- beziehungsweise Drain-Widerständen Stromquellen vorgesehen sind.
4. Verfahren zur parallelen analogen und digitalen Datenübertragung zwischen einem Arbeitsgerät, vorzugsweise für eine Bearbeitung eines Bodens oder Fußbodens, wie Rasenmähen, Moosentfernung, Bewässerung, Staubsaugen, Polieren, Transportieren, etc., und Vorsatzgeräten, wobei ein analoges Signal auf eine Spannung an einer Übertragungsleitung aufmoduliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom sich je nach Zustand an einem digitalen Eingang in den Gegenstellen des Arbeits- und des Vorsatzgerätes entweder gleichmäßig verteilt oder vollständig von einer Gegenstelle übernommen wird, was ein entsprechendes Ausgangssignal an einem digitalen Ausgang der Gegenstellen erzeugt, ohne das analoge Spannungssignal auf der Übertragungsleitung zu beeinflussen.

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