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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Datenübertragung bzw. eine Busstation zur Datenübertragung an ein Steuergerät nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus
WO 2005/024749 A2 ist es bereits bekannt, Sensoren in einem Quasibus an ein Steuergerät anzuschließen. Dabei wird die Datenübertragung der Sensoren an das Steuergerät durch die Energieaufnahme gesteuert. D. h. wenn der erste Sensor Energie erhält, sendet er seine Daten und schaltet dann nach einer vorgegebenen Zeit an den nachfolgenden Sensor durch.
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Aus der
US 2004/0078097 A1 ist eine Klimaanlangensystem für Kraftfahrzeuge bekannt, das eine zentrale Steuereinheit, ein Computernetzwerk angeschlossen an die zentrale Steuereinheit und eine Vielzahl an Peripheriegeräten angeschlossen an Knoten des Computernetzwerks aufweist. Die Peripheriegeräte sind serial über eine gemeinsame Leitung angeschlossen. Die Anlage weist Mittel auf zur Einspeisung einer eletrischen Signatur auf der Ebene jedes Peripheriegeräts, Mittel zur Detektion eines elektrischen Signals abhängig von der elektrischen Signatur des Peripheriegeräts, das stromaufwärts auf der gemeinsamen Leitung angeordnet ist, Mittel zur Erstellung eines Datenelements, das die relative Position des Peripheriegeräts auf Basis der detektierten Signale repräsentiert und Mittel zur Identifizierung des Netzwerkknoten, an welchen das Peripheriegerät angeschlossen ist, auf Basis des generieten Datenelements, das die relative Position repräsentiert. Die Identifizierung der Netzwerkknoten erlaubt eine Adresszuweisung oder eine Überwachung der Verbindung des Peripheriegerätes von der zentralen Steuereinheit aus.
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Aus der
US 2005/0 132109 A1 ist ein Verfahren zur Adressierung der Teilnehmer eines Bussystems mit einer Steuereinheit, einem Bus, der von der Steuereinheit ausgeht und einer Vielzahl an Teilnehmern, die an den Bus angeschlossen sind, bekannt. Bei dem Verfahren speist jeder Teilnehmer, der noch nicht adressiert wurde einen Identifizierungsstrom zur Identifizierung in den Bus ein, wobei alle Identifizierungsströme durch den Bus in Richtung der Steuereinheit fließen. Jeder Teilnehmer, der noch nicht adressiert wurde, detektiet einen Stromfluss durch den Bus. Nur der Teilnehmer, der noch nicht adressiert ist und der keinen oder lediglich einen Strom detektiert, der kleiner ist als eine vorbestimmte Schwelle, wird als noch nicht adressiert identifiziert. Eine Adresse zur Adressierung wird dem so identifizierten Teilnehmer zugeordnet. Diese Schritte werden dann erneut ohne Teilnahme des eben identifizierten Teilnehmers so lange ausgeführt, bis alle nicht adressierten Teilnehmer adressiert wurden.
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Aus der
EP 1 603 282 A1 ist ein Verfahren zum Adressieren der Teilnehmer eines Bussystems bekannt, bei dem die Zentralsteuereinheit die Busleitung gegen eine Seite der Betriebsspannung legt, während jeder Teilnehmer versucht, die Busleitung auf ein Referenzpotential, überlicherweise die Betriebsspannug zu ziehen., wobei aufgrund des Stromquellenverhaltens des den Bus auf Betriebsspannung legenden Schalters durch einen dem Teilnehmer zugeordneten Detektor in der Busleitung ein Strom detektierbar ist. Wenn der Teilnehmer diesen Stromabfall detektiert, schaltet er seinen Schalter aus. Durch ein zeitlich definiertes langsames Zuschlten der geschalteten Stromquellen spielt sich diesr Vorgang innerhalb einer Gruppe von Teilnehmern sequentiell ab, bis der letzte Teilnemer erreicht ist. Von dem diesem Teilnehmer zuogeordneten Detektor wird in jedem Fall kein Strom detektiert, so dass nach Ablauf einer vorgebbaren Einschaltspanne der Schalter dieses Teilnehmers noch geöffnet ist. Damit ist einer der Teilnehmer aus der Gruppe sämtlicher Teilnehmer spzeifiziert, so dass diesem Teilnehmer nunmehr eine Adresse zuteil werden kann. Während weiterer Adressierzyklen wird nun auf die gleiche Weise mit den übrigen Teilnehmern verfahren, wobei der Schalter des bereits adressierten Teilnehmers stets offen bleibt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Datenübertragung und die erfindungsgemäße Busstation zur Datenübertragung an ein Steuergerät mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben dem gegenüber den Vorteil, dass sie eine alternative Lösung anbieten, um Busstationen, vorzugsweise in einem Quasibus, anzuordnen. Busstationen haben dadurch den Vorteil, dass sie in zuverlässiger Art und Weise eine Selbstnummerierung durchführen können. D. h. es ist nicht notwendig, die Busstationen von vorne herein mit einer Adresse zu versehen, sondern dies kann im Betrieb durchgeführt werden.
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Erfindungsgemäß übertägt dazu die jeweilige Busstation ihre Nachricht in einem Manchester-Protokoll. Damit können jedoch alle vorhergehenden Busstationen diese Nachricht hören. Daher ist es dann notwendig, dass die Busstationen eine Bestätigung senden, sodass die vorhergehenden Busstationen erkennen, ob sie direkt vor der ursprünglich sendenden Busstation platziert sind oder ob noch weitere Busstationen dazwischen angeordnet sind. Damit ist dann gewährleistet, dass nur die Busstation ihren nächsten Sendeplatz erkennt, die direkt vor der die Nachricht übertragenden Busstation angeordnet ist.
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Vorteilhafter Weise wird dies dadurch erreicht, dass eine jeweilige Busstation mit Spannungsmessmitteln immer nur Datenübertragungen erkennt, die von nachfolgenden Busstationen stammen. D. h. eine nachfolgende Busstation ist hinter der jeweiligen Busstation angeordnet im Hinblick auf die Verbindung zum Steuergerät während eine vorangehende Busstation näher zum Steuergerät ist. Weiterhin weisen die Busstationen auch Detektionsmittel auf, um ein Signal des Steuergeräts zu detektieren. Mit einem Logikbaustein kann dann eine Busstation in Abhängigkeit von Signalen der Spannungsmessmittel und der Detektionsmittel erkennen, ob die Busstation senden kann und wann. Dazu überträgt dann der Logikbaustein eine Nachricht an die vorhergehende Busstation. Diese weiß dann, dass sie näher zum Steuergerät angeordnet ist als die Busstation, die die Nachricht übertragen hat und somit erst nach dieser senden kann.
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Die Busstationen sind hier vorzugsweise Sensoren, die für ein Personenschutzsystem geeignet sind. Zu solchen Sensoren zählen Beschleunigungs- oder Drucksensoren aber auch Sitzkraftsensoren, die in den einzelnen Sitzen eingebaut sind. Hier ist es besonders vorteilhaft, einen Bus zu nehmen, wobei bei einem Sitzkraftsensor auch eine hohe Datenübertragungsrate nicht unbedingt notwendig ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung und die erfindungsgemäße Busstation sind vorliegend bei einem Quasibus angewendet, d. h. die Datenübertragung geschieht nur von den Busstationen zum Steuergerät und nicht umgekehrt: sie ist demnach unidirektional. Das Steuergerät überträgt lediglich die Energie und gegebenenfalls einen Synchronimpuls.
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Durch die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Vorrichtung zur Datenübertragung bzw. Busstation zur Datenübertragung an ein Steuergerät möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die Spannungsmessmittel einen Widerstand aufweisen, der in die Leitung geschaltet ist, an die das Steuergerät und alle Busstationen angeschlossen sind. Über diesen Widerstand kann dann die jeweilige Busstation mitlauschen, welche Daten über die Leitung übertragen werden. Dabei kann die Busstation jedoch nur solche Daten hören, die von nachfolgenden Busstationen an das Steuergerät übertragen wurden. Eine Rückwirkung von gesendeten Daten auf die nachfolgenden Busstationen ist nicht vorgesehen. Dazu sind dann die Eingänge des Logikbausteins der nachfolgenden Busstation hochohmig ausgeführt.
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In einer besonderen Ausgestaltung überträgt die jeweilige Busstation die Nachricht mittels Mitteln zur Hochfrequenzübertragung. Dies hat den Vorteil, dass durch eine Hochfrequenzübertragung es einfach ist, den Empfang auf die vorangehende Busstation zu beschränken, denn die vorangehende Busstation kann dann vorteilhafter Weise Filter aufweisen, beispielsweise einen Tiefpass, um die hochfrequente Nachricht für die nachfolgenden Busstationen zu sperren. Neben einem Tiefpass sind auch andere Filtertypen wie Bandpass oder Bandsperre möglich.
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Die Detektionsmittel reagieren vorteilhafter Weise entweder auf eine Energiebereitstellung oder einen Synchronimpuls des Steuergeräts. Die Energiebereitstellung erfolgt meist durch die Bestromung der Leitung durch das Steuergerät, wobei dann die einzelnen Busstationen zur Übertragung diesen Strom modulieren. Es sind jedoch auch andere Energieversorgungskonzepte möglich, wie beispielsweise über eine zusätzliche Energieübertragungsleitung. Die Detektionsmittel können vorteilhafter Weise auch auf einen Synchronimpuls des Steuergeräts reagieren, indem sie diesen Synchronimpuls, beispielsweise anhand einer hohen Amplitude und/oder einer Frequenz detektieren können.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Busstation bzw. erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 ein weiteres Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Busstation,
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3 ein ersten Stromzeitdiagramm,
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4 ein ersten Spannungszeitdiagramm,
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5 ein zweites Stromzeitdiagramm,
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6 ein zweites Spannungszeitdiagramm,
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7 ein drittes Stromzeitdiagramm,
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8 ein drittes Spannungszeitdiagramm,
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9 ein viertes Stromzeitdiagramm und
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10 ein viertes Spannungszeitdiagramm.
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Beschreibung
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1 erläutert in einem Blockschaltbild die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. die erfindungsgemäße Busstation. Im unteren Teil der 1 ist mit dem Bezugszeichen 11 das Steuergerät bezeichnet. An diesem Steuergerät 11 sind in Reihe geschaltet drei Sensoren 12, 13 und 14. Diese sind hier in einem Bus an das Steuergerät 11 angeschlossen. Die Sensoren 12, 13 und 14 als Busstationen sind nicht im Hinblick auf die Busadresse vorprogrammiert, sodass es im Betrieb festgestellt werden muss, wann die jeweilige Busstation ihre Daten an das Steuergerät 11 senden darf. Eine einzelne Busstation, hier die Busstation 13, die aber baugleich zu den Busstationen 12 und 14 ist, ist über der Anordnung der Vorrichtung als Schaltbild herausgestellt. Dabei ist zwischen einem ersten Eingangsschluss 7 und einem zweiten Eingangsschluss 8, wobei der Eingangsschluss 8 an der Masseleitung ist und der Eingangsschluss 7 an der positiven Leitung, ein Kondensator 1 angeordnet, der vom Eingang 7 her hochfrequente Signale herausfiltern kann und dies auch für Signale, die über den hinteren Eingang 9 von nachfolgenden Busstationen kommen. Denn der Kondensator 1 bildet mit dem Widerstand 2, der in die Busleitung zwischen den Anschlüssen 7 und 9 eingeschaltet ist, einen Tiefpass. Parallel zum Kondensator 1 ist ein Widerstand 3.1 und ein Kondensator 3.2 zwischen den Anschlüssen 7 und 8 vorgesehen. Diese Baugruppe 3 dient zur Erkennung eines Synchronisationsimpulses des Steuergeräts 11. Auch hier bilden der Kondensator 3.2 und der Widerstand 3.1 einen Tiefpass, wobei über dem Widerstand 3.1 ein Komparator 3.3 angeschlossen ist, wobei der Messwert zum Zeitpunkt des Synchronisationsimpulses festgehalten werden soll und an den Logikbaustein 6.1 übertragen wird. Daher ist der Komparator 3.3 über seinen Ausgang an den Logikbaustein 6.1 angeschlossen. Das Sensorelement 6.2 wird vom Logikbaustein 6.1 ausgewertet und überwacht. Der Logikbaustein 6.1 steuert auch eine Stromsenke 6.3, mit der der Strom auf der Leitung moduliert wird. Damit kann dann die Busstation 13 ihre Sensorwerte übertragen. Dazu ist die Stromsenke 6.3 zwischen den Abschlüssen 7 und 8 angeschlossen. Nach dem Widerstand 2 ist eine Schaltung zur Erkennung eines Hochfrequenzsignals einer nachfolgenden Busstation vorgesehen. Diese Detektionsschaltung 5 weist einen Kondensator 5.1 auf, der an dem Widerstand 2 angeschlossen ist und einer HF-Leistungsmessung 5.2. Zur HF-Leistungsmessung ist beispielsweise ein Bolometer vorgesehen. Der Kondensator 5.1 dient als Kopplungskondensator. Der Baustein 5.2 ist zur Übermittlung des erkannten HF-Signals an den Logikbaustein 6.1 angeschlossen. Zur Messung der Spannung über dem Widerstand 2, also ob nachfolgenden Busstationen Daten übertragen, ist ein Komparator 6.4 vorgesehen, der daher mit den Eingangsschlüssen 9 und 7 verbunden ist, um die Spannung über dem Widerstand 2, der zwischen diesen beiden Anschlüssen vorgesehen ist, zu messen. Um auch den Eingang 9 des Sensors 13 gegen Überspannungen zu schützen, und zwar ohne zusätzliche kapazitive Last, könnte man eine ESD-Schutzschaltung 4, bestehend aus dem Widerstand 4.1 und dem Kondensator 4.2, einfügen.
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Die Selbstnummerierung funktioniert nach folgendem Prinzip: Die Spannung auf der Leitung, also auf dem Bus wird eingeschaltet. Alle Sensoren 12, 13, 14 messen den Spannungsabfall über den Widerstand 2. Nur bei Sensor 14 ist kein Spannungsabfall zu detektieren. Dieser Sensor 14 ist dann der erste Sensor, der sendet. Dass hier kein Spannungsabfall zu sehen ist, ergibt sich aus dem Schaltbild aus 1. Nach dem Widerstand 2 hat der Strom keine Möglichkeit zu fließen, sodass der Widerstand 2 des Sensors 14 nicht durchflossen wird. Der Sensor 14 ist dann der erste Sensor, der sendet. Demnach ist dann der vorhergehende Sensor 13 der zweite Sensor, der sendet. Dies teilt Sensor 14 dem Sensor 13 mit Hilfe eines hochfrequenten Signals mit. Dieses Signal erzeugt der Sensor 14 mit der eigenen Stromsenke 6.3. Nur der vorhergehende Sensor 13 kann das Signal mit Hilfe der HF-Detektion 5, bestehend aus dem Kopplungskondensator 5.1 und der HF-Leistungsmessung 5.2, erkennen. Für die weiteren Sensoren, hier Sensor 12 ist dieses Signal nicht vorhanden, da es durch den Tiefpass, bestehend aus dem Widerstand 2 und dem ESD-Schutzkondensator 1, gefiltert wird. Die Nummerierung von Sensor 12 erfolgt dann jedoch analog. Dabei kann Sensor 14 dem Sensor 13 mitteilen, dass der Sensor 14 der erste ist, der sendet
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Nachdem die Sensoren nummeriert sind, findet die Kommunikation wie folgt statt: Sensor 14 startet die Kommunikation, dann hängt sich Sensor 13 dran. Als letzter Sensor sendet Sensor 12 seine Botschaft. Dies ist im Logikbaustein 6.1 codiert.
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Diese Lösung ist auch möglich, wenn mit einem Synchronisationsimpuls gearbeitet wird. Alle Sensoren erkennen den Synchronisationsimpuls mit Hilfe der Synchronpulserkennung 3, bestehend aus dem Tiefpass 3.1, 3.2 und einer Komparatorschaltung 3.3 und frieren den Messwert zum Synchronisationszeitpunkt ein. Dann überträgt wiederum Sensor 14 seine Botschaft und die anderen Sensoren hängen sich an. Um den Eingang 9 des Sensors gegen Überspannungen zu schützen, und zwar ohne kapazitive Last, kann man wie oben dargelegt, die Schutzschaltung 4 vorsehen.
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Es ist möglich, die Selbstnummerierung ohne ein Hochfrequenzsignal durchzuführen. Dabei erkennt der Sensor 14 nach dem Einschalten in der oben beschriebenen Weise, dass keine Spannung über seinen Widerstand abfällt und startet die Nummerierung und sendet die Nummer 2 in einem Manchester-Protokoll. Die Sensoren 13 und 12 erkennen dies und antworten mit einer Bestätigung. Sensor 12 erkennt die Bestätigung von 13 und löscht seine Nummerierung wieder. Bei Sensor 13 ist kein Bestätigungssignal von anderen Sensoren zu erkennen und somit nimmt der Sensor 13 die Nummerierung 2 an. Danach sendet der Sensor die Nummerierung 3. Jetzt kann nur noch Sensor 12 die Nummerierung messen und sendet seine Bestätigung. Diese wird nur noch vom Steuergerät empfangen. Da Sensor 13 die eigene Bestätigung nicht messen kann, ist seine Nummerierung bestätigt und es wird die Nummer 3 eingetragen.
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2 zeigt in einem weiteren Blockschaltbild die erfindungsgemäße Vorrichtung und die erfindungsgemäßen Busstationen. Ein Steuergerät SG ist über zwei Leitungen mit Busstation 12 verbunden. Die untere Leitung ist an Masse angeschlossen. Die obere Leitung führt zum einen an einen Widerstand R200 und zu einer Stromquelle 202, sowie einem Logikbaustein 201. Der Logikbaustein 201 ist auch auf der anderen Seite mit der weiteren Seite des Widerstands R200 verbunden. Die Stromquelle 202 ist auf der anderen Seite mit der mit Masse verbundenen Leitung verbunden. Die nachfolgenden Sensoren 13 und 14 sind gleichermaßen aufgebaut. Wobei im Sensor 13 der Widerstand R203 in die obere Leitung eingefügt ist und eine Stromquelle 204, die vom Logikbaustein 205 gesteuert wird, zwischen der oberen und der unteren Leitung geschaltet ist. Auch der Logikbaustein 201 steuert die Stromquelle 202. Dadurch wird die Modulation erreicht, die auch im Sensor 14 der Logikbaustein 208 an der Stromquelle 207 durchführt, die ebenfalls zwischen oberer und unterer Leitung geschaltet ist. Um den Spannungsabfall über dem Widerstand R206 zu messen, sind zwei Leitungen jeweils um den Widerstand 206 zum Logikbaustein 208 vorgesehen. Dies gilt auch für den Logikbaustein 205, dessen Leitungen so geschaltet sind, dass die Spannung messbar ist, die über dem Widerstand R203 abfällt. Dies gilt auch für den Logikbaustein 201 der Busstation 12, sodass die Spannung über dem Widerstand R200 messbar ist.
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Im Folgenden wird nun anhand von Strom-, Zeit- und Spannungszeitdiagrammen die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Busstation erläutert. In 3 wird zunächst vorausgesetzt, dass das Steuergerät SG auf die Leitung Energie, also Spannung schaltet. Die Stromquellen liefern im unmodulierten Zustand den Ruhestrom 10. Da die Eingänge der Logikbausteine 201, 205 und 208 so beschaffen sind, dass sie hochohmig sind, also der Strom nicht zurückfließen kann, sondern nur Richtung Steuergerät, erhalten nur die vorangehenden Busstationen Strom von den nachfolgenden Busstationen. 3 erläutert in einem Stromzeitdiagramm, dass der Sensor 14, über dessen Widerstand R206 keine Spannung zu messen ist, ein Nummerierungssignal abgibt, das in 3 zu sehen ist, dass er der erste ist. Dieses Signal fällt über die Widerstände R200 und R203 ab. Die gemessene Spannung wird in 4 dargestellt. Der Spannungsverlauf 400 fällt über dem Widerstand R200 ab, während der Spannungsverlauf 401 über dem Widerstand R203 abfällt. Die Signale sind parallel zueinander verschoben, da über den Widerstand R200 der Ruhestrom der beiden Sensoren 13 und 14 läuft und über den Widerstand R203 lediglich der Ruhestrom des Sensors 14. Die Spannung über dem Widerstand R206 entspricht der Abszisse und ist mit 402 gekennzeichnet.
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5 erläutert nun, dass die Sensoren 12 und 13 das Nummerierungssignal des Sensors 14 erkennen und mit einer Strommodulation bestätigen, also ein Acknowledgement senden. Der Sensor 14 hat sich selbst mit dem Nummerierungssignal gemäß 3 als Nummer 1 nummeriert. Das Acknowledgement der Sensoren 12 und 13 ist hier mit 4 Pulsen dargestellt. Entsprechend fällt gemäß 6 die Spannung an den Widerständen ab. Am Widerstand R200 fällt die Spannung 601, am Widerstand R203 die Spannung 600 und die Spannung 602 am Widerstand R206 ab. Hier zeigt sich, dass lediglich über dem Widerstand R200 das modulierte Signal 601 gemessen wird. Damit erkennt lediglich der Sensor 12, dass der Sensor 13 eine Bestätigung geschickt hat. Der Sensor 13 dagegen erkennt, dass kein Sensor mehr eine Bestätigung geschickt hat, sodass sich der Sensor 13 als die Nummer 2 nummeriert. Der Sensor 13 sendet dann entsprechend 7 sein Nummerierungssignal 700, dass er der zweite ist. Damit fallen gemäß 8 an den Widerständen wiederum ab die Signale 800, 801 und 802, wobei lediglich über dem Widerstand R200 ein moduliertes Signal abnehmbar ist. Nunmehr erkennt Sensor 12 den Sensor 13 anhand des Nummerierungssignals gemäß 7 durch den Spannungsabfall gemäß 8 und sendet wiederum eine Bestätigung. Die Sensoren 13 und 14 sind damit nummeriert. Die Bestätigung des Sensors 12 wird in 9 anhand des Signals 900 dargestellt. Es fallen die entsprechenden Spannungen gemäß 10 ab, nämlich lediglich Gleichspannungen. Damit kann dann der Sensor 12 sich als dritter nummerieren und das Steuergerät SG weiß, dass die Nummerierung abgeschlossen ist.
