DE102004026468A1

DE102004026468A1 - Datenübertragung auf Stromversorgungsleitungen

Info

Publication number: DE102004026468A1
Application number: DE102004026468A
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. Reinhold; Daniel Widmann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-05-29
Filing date: 2004-05-29
Publication date: 2005-12-22
Also published as: US20060038661A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen einer ersten und einer zweiten Einrichtung (2, 3) über eine Stromversorgungsleitung zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung (2, 3), wobei die Stromversorgung und die Datenübertragung abwechselnd in einem Stromversorgungszeitfenster (21) und in einem Datenübertragungszeitfenster (22) erfolgt. Durch diese Maßnahme kann auf eine separate Datenübertragungsleitung verzichtet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen einer ersten und einer zweiten Einrichtung über eine Stromversorgungsleitung zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung und eine Datenübertragungsvorrichtung mit einer ersten Einrichtung, die über eine Stromversorgungsleitung mit einer zweiten Einrichtung verbunden ist und die zweite Einrichtung mit Strom versorgt, wobei die Stromversorgungsleitung als Datenübertragungsleitung eingesetzt ist.

Gewöhnlich werden für die Versorgung und die Datenübertragung getrennte Leitungen verwendet. Häufig ist es notwendig, von einem elektrischen Verbraucher Informationen – z.B. seinen Status wie elektrischer Ausfall bzw. Defekt – an ein Steuergerät zu übermitteln. Dies kann beispielsweise mittels einer Strommessung im Steuergerät erfolgen. Eine Ausfallerkennung ist jedoch in bestimmten Fällen, wie z.B. bei Leuchten mit LEDs (Leuchtdioden) aufgrund des geringen Verbraucher-Stromes nicht möglich. Um den Status derartiger Verbraucher zu detektieren, könnte im Kabelsatz zwischen Verbraucher und Steuergerät zusätzlich eine Datenleitung integriert werden, was zur Folge hätte, dass der Kabelsatz und der Kabelstecker verändert werden müsste.

Aus der DE 92 13 495 U1 ist eine Messeinrichtung zum Erfassen und Übertragen physikalischer Größen zu einer Auswerteeinheit bekannt geworden, wobei die Messeinrichtung über eine Zweidrahtstromversorgungsleitung mit einem Auswertemodul verbunden ist und dabei über die Zweidrahtstromversorgungsleitung gleichzeitig die elektrische Energieversorgung und eine digitale Datenübermittlung zwischen der Messeinrichtung und dem Auswertemodul erfolgt. Die gleichzeitige Übertragung von Daten, während auch eine Stromversorgung erfolgt, kann nur dadurch geschehen, dass die Informationen auf die Stromversorgungsleitung auf moduliert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Datenübertragungseinrichtung zu schaffen, mit denen Informationen bzw. Daten einfach zwischen zwei Einrichtungen übertragen werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem die Stromversorgung und die Datenübertragung abwechselnd in einem Stromversorgungszeitfenster und in einem Datenübertragungszeitfenster erfolgt. Es erfolgt demnach eine zeitliche Variation der Funktion der zur Verfügung stehenden Leitung als Versorgungs- und Datenleitung. Durch diese Maßnahme ist es möglich, eine separate Datenleitung zu vermeiden.

Der Vorteil der Erfindung wird beispielsweise bei dem eingangs genannten Beispiel der Verwendung von Leuchten mit LEDs oder einer anderen elektrischen Last deutlich. Es muss keine neue Datenleitung verlegt werden, um den Zustand der Last zu überwachen. Die ohnehin vorhandene Stromversorgungsleitung wird zur Übertragung des Lastzustands oder anderer dieser Last zugeordneter Daten verwendet. Die Stromversorgung und Kommunikation kann daher auf ein und derselben Leitung erfol gen. Es kann der gleiche Kabelsatz und es können dieselben Stecker verwendet werden wie bei einer Lösung, die keine Datenübertragung verwendet. Eine „Aufrüstung" bestehender Systeme ist ohne weiteres möglich (z.B. mittels geeigneter elektronischer Mittel und/oder mittels geeigneter Datenverarbeitungsprogramme in der ersten und/oder zweiten Einrichtung), wenn zusätzlich zur Stromversorgung eine Datenübertragung notwendig wird.

Vorzugsweise sind das Stromversorgungszeitfenster für die Stromversorgung und das Datenübertragungszeitfenster für die Datenübertragung mittels eines pulsartigen Versorgungsstromes definiert. Insbesondere ist hierzu die Pulsbreitenmodulation geeignet, deren Impulsflanken die einzelnen Zeitfenster begrenzen.

Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die Datenübertragungszeitfenster und die Stromversorgungszeitfenster über einen bestimmten Zeitraum (z.B. bei der Stromversorgung einer Bremsleuchte während des Bremsvorganges eines Kraftfahrzeugs ) eine konstante Länge haben. Durch diese Maßnahme ist eine Synchronisation der Datenübertragung besonders einfach möglich. Empfänger und Sender wissen, zu welchen Zeitpunkten sie senden und empfangen dürfen bzw. ein Empfänger weiß, wann Signale von einem Sender zu erwarten sind. Die Datenkommunikation wird auf diese Art und Weise vereinfacht. Ohne Synchronisation ist eine korrekte Datenübertragung im Datenübertragungszeitfenster nicht gewährleistet.

Eine besonders einfache Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich, wenn die Datenübertragung unidirektional erfolgt. Bei einer alternativen Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass die Datenübertragung bidirektional erfolgt. Somit können die beiden Einrichtungen miteinander kommunizieren. Es können dann beispielsweise nicht nur Daten von einer Last an die der Last nicht zugeordneten Einrichtung übermittelt, sondern umgekehrt auch Daten von dieser letzteren Einrichtung an die der Last zugeordneten Einrichtung übermittelt werden.

Bei einer vorteilhaften Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass in einer der beiden Einrichtungen eine Last überwacht wird und dieser Last zugeordnete Daten, z.B. Status der Last, Status bestimmter Bauteile der Last, Temperatur in Datenübertragungszeitfenstern übermittelt wird. Beispielsweise können eine LED oder mehrere LEDs als Bestandteile einer Kraftfahrzeug-Leuchte überwacht werden und der Zustand der LED bzw. der LEDs an ein Steuergerät, Steuermodul oder dergleichen übermittelt werden.

Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Datenübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art, bei der die erste Einrichtung eine erste Sende- und/oder Empfangseinheit und die zweite Einrichtung eine zweite Sende- und/oder Empfangseinheit aufweist, wobei die erste Einrichtung eine Strompulseinrichtung aufweist und die zweite Einrichtung pulsartig mit Strom versorgt. Durch die Strompulseinrichtung werden die Stromversorgungszeitfenster und die Datenübertragungszeitfenster festgelegt.

Insbesondere kann die zweite Sende- und/oder Empfangseinheit als Datensignalerzeugungseinheit ausgebildet sein, die in Pausen zwischen den Strom- bzw. Spannungspulsen über die Stromversorgungsleitung Datensignale übermittelt und kann die erste Sende- und/oder Empfangseinheit als Datensignalerfassungseinheit ausgebildet sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Sende- und/oder Empfangseinheit einen Mikroprozessor umfasst und einen elektronischen Schalter der Strompulseinrichtung zum An- und Ausschalten der Stromversorgung der zweiten Einrichtung ansteuert. Wenn die erste Sende- und/oder Empfangseinheit auch die Strompulseinrichtung steuert, dann ist der ersten Sende- und/oder Empfangseinheit bekannt, in welchen Intervallen Daten übermittelt werden. Beispielsweise sind übermittelte Daten zu erwarten, wenn durch den elektronischen Schalter die Stromversorgung der zweiten Einrichtung abgeschaltet wird. In diesen Pausen können Daten von der zweiten Einrichtung zur ersten Einrichtung oder auch umgekehrt übermittelt werden. Vorteilhafterweise ist der Mikroprozessor an die Stromversorgungsleitung angeschlossen, so dass Spannungsänderungen während der Pulspausen auf der Versorgungsleitung erfasst werden können. Durch derartige Spannungsänderungen können Informationen codiert werden und dadurch Daten übertragen werden.

Vorteilhafterweise umfasst die zweite Sende- und/oder Empfangseinheit einen Mikroprozessor, der an die Stromversorgungsleitung angeschlossen ist. Dieser Mikroprozessor der zweiten Einrichtung kann auf diese Art und Weise erfassen, in welchen Abständen Stromsignale ankommen, bzw. welche Länge die Pausen zwischen den Stromsignalen haben. Auf diese Art und Weise kann der Mikroprozessor die erste mit der zweiten Sende- und/oder Empfangseinheit synchronisieren, so dass Daten von der zweiten Sende- und/oder Empfangseinheit immer zu den richtigen Zeitpunkten übermittelt werden.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Mikroprozessor der zweiten Sende- und/oder Empfangseinheit zwei elektronische Schalter ansteuert, wobei der eine Schalter in Serie zu einer Last und der andere Schalter parallel zu einer Diode angeordnet ist. Die beiden Schalter werden insbesondere synchron geschaltet, wobei der erste Schalter derart angesteuert wird, dass zur Übertragung eines bestimmten Signals bzw. Logikpegels während des Datenübertragungszeitfensters die Last von der Stromversorgung abgekoppelt ist und der andere Schalter zur Übertragung des Signals geschlossen wird, so dass eine unmittelbare Verbindung des Mikroprozessors und der Stromversorgungsleitung besteht. Insbesondere bei einer bidirektionalen Datenübertragung sollte allerdings der vorgenannte erste Schalter ständig im Takt der Pulsmodulation, insbesondere der Pulsbreitenmodulation öffnen und schließen. Hierdurch wird verhindert, dass der Laststrom ansteigt, wenn in der Pause des Laststromes ein High-Pegel übertragen wird. Bei Leuchten als Last (z.B. LEDs) würde es sonst zu einem unerwünschten Aufblitzen kommen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der zweiten Einrichtung ein Energiespeicher, insbesondere ein Kondensator oder eine Induktivität, angeordnet ist. Mit einem derartigen Energiespeicher kann der Mikroprozessor mit Spannung versorgt werden, solange die Stromversorgung zur zweiten Einrichtung unterbrochen ist, d.h. während eines Datenübertragungszeitfensters.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der schematischen Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Blockdarstellung einer Datenübertragungsvorrichtung;
2 ein Signaldiagramm zur Darstellung der Funktionsweise der Datenübertragungseinrichtung;
3 ein Signaldiagramm zur Darstellung der Funktionsweise der Datenübertragungseinrichtung in einer weiteren Ausführungsform;
4 eine vergrößerte Teildarstellung des Signaldiagramms im Bereich eines Datenübertragungszeitfensters.
In der 1 ist eine Datenübertragungsvorrichtung 1 dargestellt, die eine erste Einrichtung 2 und eine zweite Einrichtung 3 umfasst, die durch eine Stromversorgungsleitung 4 miteinander verbunden sind. Die erste Einrichtung 2 ist als Steuermodul ausgebildet und weist eine als Mikroprozessor ausgebildete und als Datenerfassungseinrichtung wirkende erste Sende- und/oder Empfangseinheit 5 auf. Die erste Sende- und/oder Empfangseinheit 5 steuert einen elektronischen Schalter 6 an, wobei eine Versorgungsspannung U an die Stromversorgungsleitung 4 weitergegeben wird, wenn der elektronische Schalter 6 geschlossen ist. Der elektronische Schalter 6 bildet mit der Spannungsversorgung U daher eine Strompulseinrichtung. Die erste Sende- und/oder Empfangseinheit 5 ist über die Leitung 7 außerdem mit der Stromversorgungsleitung 4 verbunden, so dass die Spannung zwischen den Leitern 4a, 4b der Stromversorgungsleitung 4 erfasst werden kann. Die zweite Einrichtung 3 umfasst eine elektrische Last 8 (z.B. eine oder mehrere LEDs als LED-Leuchte). Weiterhin ist eine als Mikroprozessor ausgebildete und als Datenerzeugungseinrichtung wirkende zweite Sende- und/oder Empfangseinheit 9 vorgesehen, die einen zweiten elektronischen Schalter 10 und einen dritten elektronischen Schalter 11 ansteuert. Die zweite Sende- und/oder Empfangseinheit 9 ist, wie durch die gepunktete Linie 12 angedeutet ist, mit der Versorgungsleitung 4 verbunden. Dadurch kann erfasst werden, in welchem Takt die Stromversorgung über den Schalter 6 erfolgt. Parallel zur zweiten Sende- und/oder Empfangseinheit 9 ist ein als Kondensator ausgebildeter Energiespeicher 13 vorgesehen, über den die zweite Sende- und/oder Empfangseinheit 9 mit Spannung versorgt wird, wenn der Schalter 6 geöffnet ist, d.h. die Spannungsversorgung von der zweiten Einrichtung 3 abgetrennt ist. Die zweite Sende- und/oder Empfangseinheit 9 kann verschiedene Funktionen und physikalische Größen der Last 8 überwachen oder prüfen (z.B. Status, Funktionsausfall, Temperatur) und durch entsprechende Schalterstellung der Schalter 10, 11 Signale bzw. der Last 8 zugeordnete Daten über die Stromversorgungsleitung 4 an die erste Einrichtung 2 übermitteln. Parallel zum Schalter 11 ist eine Diode 14 vorgesehen.
In der 2 sind Signalverläufe der Datenübertragungseinrichtung 1 dargestellt. Durch die Kurve 20 ist der gemäß einer Pulsbreitenmodulation aufgebaute Spannungsverlauf der zwischen den Leitern 4a, 4b anliegenden Spannung dargestellt. Während eines Stromversorgungszeitfensters 21, d.h. bei geschlossenem Schalter 6 liegt die Versorgungsspannung U an der Stromversorgungsleitung 4 und damit an der zweiten Einrichtung 3. Während eines Datenübertragungszeitfensters 22 ist der Schalter 6 geöffnet. Solange der Schalter 6 geschlossen ist, fließt ein Laststrom 23 durch die Last B. Wird der Schalter 6 geöffnet, fließt auch kein Strom durch die Last 8, so dass der Laststrom an der Stelle 24 auf 0A geht. Ist bei geöffnetem Schalter 6 die Spannung zwischen den Leiterbahnen 4a, 4b bei etwa 0 V, bedeutet dies, dass die Schalter 10, 11 in der in der 1 gezeigten Stellung sind. Dies bedeutet, dass während des Datenübertragungszeitfensters 22 der Logikpegel 0 übertragen wird. Soll jedoch eine logische 1 übertragen werden, so steuert die zweite Sende- und/oder Empfangseinheit 9 die Schalter 10, 11 eine kurze Zeit ehe der Schalter 6 öffnet an, so dass der Schalter 10 öffnet und der Schalter 11 schließt. Dies geschieht an der Stelle 25. Dadurch, dass der Schalter 10 geöffnet wird, geht der Laststrom an der Stelle 26 auf 0A. Wird der Schalter 6 an der Stelle bzw. Impulsflanke 27 geöffnet, so stellt sich auf Grund des geschlossenen Schalters 11 und des Kondensators 13 sowie der Diode 14 nur ein geringfügiger Spannungseinbruch ein. Dies wird von der ersten Sende- und/oder Empfangseinheit 5 erkannt und mit einer logischen 1 gleichgesetzt. Auf diese Art und Weise lassen sich unterschiedliche Folgen von Logikpegeln erzeugen, die von der ersten Sende- und/oder Empfangseinheit 5 dekodiert werden können und durch die beispielsweise der Zustand der Last 8 ausgedrückt werden kann. An der Stelle 28 wird der Schalter 10 durch die zweite Sende- und/oder Empfangseinheit 9 geschlossen und der Schalter 11 geöffnet.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß 3 befindet sich der Zeitpunkt der Stelle 25 zeitlich nach der Stelle 27, während sich der Zeitpunkt der Stelle 28 zeitlich vor der Impulsflanke 27' befindet. Dies hat den Vorteil, dass die mittels des Schalters 6 vorgenommene und an der Kurve 20 erkennbare Pulsbreitenmodulation für die Last 8 gleich bleibt. Bei LEDs als Last wird hierdurch ein unerwünschte Flackern zuverlässig vermieden.
In einem Datenübertragungszeitfenster 22 können entweder ein einzelnes Datenbit 29 (2, 3) oder mehrere Datenbits 29 (4) übertragen werden.

Claims

Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen einer ersten und einer zweiten Einrichtung (2, 3) über eine Stromversorgungsleitung zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung und die Datenübertragung abwechselnd in einem Stromversorgungszeitfenster (21) und in einem Datenübertragungszeitfenster (22) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungszeitfenster (22) und die Stromversorgungszeitfenster (21) von den Impulsflanken (27, 27') einer pulsartigen, insbesondere einer pulsbreitenmodulierten, Stromversorgung begrenzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung unidirektional erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung bidirektional erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer (3) der beiden Einrichtungen (2, 3) eine elektrische Last (8) zugeordnet ist, welche mit dem Strom versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Last (8) zugeordnete Daten (29) in den Datenübertragungszeitfenstern (22) übermittelt werden.
Datenübertragungsvorrichtung (1) mit einer ersten Einrichtung (2), die über eine Stromversorgungsleitung (4) mit einer zweiten Einrichtung (3) verbunden ist und die zweite Einrichtung mit Strom versorgt, und die Stromversorgungsleitung (4) als Datenübertragungsleitung eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einrichtung (2) eine erste Sende- und/oder Empfangseinheit (5) und die zweite Einrichtung (3) eine zweite Sende- und/oder Empfangseinheit (9) aufweist, wobei die erste Einrichtung (2) eine Strompulseinrichtung aufweist und die zweite Einrichtung (3) pulsartig, insbesondere nach Art der Pulsbreitenmodulation, mit Strom versorgt.
Datenübertragungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sende- und/oder Empfangseinheit (5) einen Mikroprozessor umfasst und einen elektronischen Schalter (6) der Strompulseinrichtung zum An- und Ausschalten der Stromversorgung der zweiten Einrichtung (3) ansteuert.
Datenübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sende- und/oder Empfangseinheit (9) einen Mikroprozessor umfasst, der an die Stromversorgungsleitung (4) angeschlossen ist.
Datenübertragungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor der zweiten Sende- und/oder Empfangseinheit (9) zwei elektronische Schalter (10, 11) ansteuert, wobei der eine Schalter (10) in Serie zu einer Last (8) und der andere Schalter (11) parallel zu einer Diode (14) angeordnet ist
Datenübertragungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Einrichtung (3) ein Energiespeicher (13), insbesondere ein Kondensator oder eine Induktivität, angeordnet ist.