DE102005051117A1 - Communication-interface for e.g. flow meter, has capacitance electrodes that are arranged at different positions of modules, such that coupling capacitor is formed between modules for data transmission, by adjacent arrangement of modules - Google Patents

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Abstract

The interface has modules (1, 2), which are provided with capacitance electrodes (6, 11) at different positions, such that a coupling capacitor is formed between the modules for data transmission, by the adjacent arrangement of the two modules. The capacitance electrodes are in the form of signal electrodes. The capacitance electrodes are formed by conductive surfaces from metal foil, lacquer and conducting plastic coating, where the data transmission takes place between the capacitance electrodes by respective module housing (7, 8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kommunikations-Schnittstelle zum Datenaustausch zwischen zwei abgeschlossenen Modulen, z.B. einem Zählmodul und einem Auswertemodul bzw. Funkübertragungsmodul eines Durchflussmessers oder Wärmezählers.The The invention relates to a communication interface for data exchange between two closed modules, e.g. a counting module and an evaluation module or radio transmission module of a flow meter or heat meter.

Üblicherweise erfolgt ein Datenaustausch zwischen zwei Geräten über Kabelverbindungen oder drahtlos über Funkverbindungen, optische Koppelstrecken wie beispielsweise eine Infrarot-Schnittstelle, oder auch über Magnetfelder mit Hilfe entsprechender Koppelspulen. Derartige Schnittstellen sind jedoch noch relativ aufwendig hinsichtlich Aufbau und Stromverbrauch.Usually Data is exchanged between two devices via cable connections or wirelessly over Radio links, optical links such as a Infrared interface, or even using magnetic fields with help corresponding coupling coils. However, such interfaces are still relatively expensive in terms of construction and power consumption.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung einer einfachen, preiswert realisierbaren und nur minimale Energie erfordernden Kommunikations-Schnittstelle zum Datenaustausch zwischen zwei abgeschlossenen Modulen.The The object of the invention is therefore to provide a simple, inexpensive realizable and minimal energy requiring communication interface for Data exchange between two completed modules.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Gegenstand dadurch gelöst, dass jedes Modul mit mindestens einer Kapazitätselektrode an einer solchen Stelle versehen ist, dass sie bei benachbarter Anordnung beider Module mit der Kapazitätselektrode des anderen Moduls einen Datenübertragungskondensator bildet. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.These Task is the generic object solved by that each module with at least one capacitance electrode on one Place is provided that they are in adjacent arrangement of both Modules with the capacitance electrode the other module a data transfer capacitor forms. Further developments of the invention are characterized in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Schnittstelle zeichnet sich durch einfache und kostengünstige Konstruktion sowie sichere Datenübertragung und äußerst geringen Energiebedarf aus, und insbesondere unterliegt sie praktisch kaum Einschränkungen bezüglich der Geometrie und des Materials der Module, da sich die Kapazitätselekt roden in beliebiger Form ausbilden und an beliebigen Stellen des Moduls anordnen lassen, so dass zwischen ihnen ein Koppelkondensator geringer Kapazität gebildet wird, über den sich ein Datenaustausch in Form von Impulsen einfach und sicher durchführen lässt.The inventive interface is characterized by simple and inexpensive construction as well as secure data transfer and extremely small Energy requirement, and in particular, it is hardly subject restrictions in terms of the geometry and material of the modules as the capacity factors are decreasing form in any form and anywhere on the module arrange so that between them a coupling capacitor lower capacity is formed over Data exchange in the form of impulses is simple and secure carry out leaves.

Die kapazitive Datenübertragung lässt sich wesentlich kostengünstiger realisieren als die bisher gebräuchlichen Schnittstellen, da keine zusätzlichen Bauteile wie Spulen, Leuchtdioden, etc. verwendet werden müssen.The capacitive data transmission can be essential cost-effective realize as the previously used Interfaces, because no additional components such as coils, light emitting diodes, etc. must be used.

Die benötigten Kondensatorflächen können beispielsweise direkt mit Kupferflächen auf einer vorhandenen Elektronikplatine hergestellt werden, und wenn die Gehäusegeometrie es erfordert, können auch kostengünstige Metallfolien, eine leitfähige Kunststoffbeschichtung, Leitlack oder ähnliches zum Einsatz kommen. Bei alledem ist die Geometrie dieser die Kondensatorbeläge darstellenden leitenden Flächen frei wählbar.The required capacitor surfaces for example directly with copper surfaces be made on an existing electronics board, and if the housing geometry it also requires, can inexpensive Metal foils, a conductive plastic coating, Conductive paint or similar be used. In all of this, the geometry of these is the capacitor pads representing conductive surfaces freely selectable.

Da im Betrieb nur sehr kleine Kapazitäten im Bereich von einigen pF umgeladen werden müssen, ist die erfindungsgemäße kapazitive Kommunikation im Vergleich etwa zu optischen oder magnetischen Bauelementen extrem Strom sparend. Dies ist insbesondere für batteriebetriebene Geräte von großem Vorteil.There in operation only very small capacities in the range of some pF must be reloaded the inventive capacitive Communication in comparison to optical or magnetic components extremely power-saving. This is particularly advantageous for battery powered devices.

Im Gegensatz zu Kabelverbindungen zwischen den beteiligten Geräten bedeutet der Verzicht auf Stecker oder Kontakte eine einfachere und kostengünstigere Konstruktion. Im Vergleich zu optischen Übertragungsstrecken, etwa Infrarot-Schnittstellen, lässt sich die Erfindung auch bei nicht transparenten Gehäusekunststoffen anwenden, ohne dass besondere Fenster vorgesehen werden müssen.in the Unlike cable connections between the participating devices means Doing without plugs or contacts a simpler and cheaper Construction. Compared to optical transmission links, such as infrared interfaces, can be apply the invention even with non-transparent housing plastics without special windows must be provided.

Die erfindungsgemäße kapazitive Kommunikation kann auch bidirektional benutzt werden und eignet sich damit für Halbduplex-Verfahren.The Capacitive according to the invention Communication can also be used bidirectionally and is suitable with it for Half-duplex method.

Sie lässt sich auch hervorragend mit dem IrDa-Protokoll betreiben, da bei diesem Übertragungsverfahren nur kurze Impulse, z. B. 1,8 μs, übertragen werden. Es muss also keine zusätzliche Software in Geräten implementiert werden, die bereits eine optische IrDa-Schnittstelle besitzen. Z. B. kann ein Wärmezähler mit optischer Schnittstelle für die Vor-Ort-Auslesung ohne weitere Bauteilekosten mit einer erfindungsgemäßen Kommunikationsschnittstelle zu einem Erweiterungsmodul (z. B. einem Funksender) aufgerüstet werden.she let yourself also operate excellently with the IrDa protocol, as in this transmission method only short pulses, z. B. 1.8 μs, transferred. So there is no need for extra Software in devices which already has an optical IrDA interface have. For example, a heat meter can be used with optical interface for the on-site readout without additional component costs with a communication interface according to the invention be upgraded to an expansion module (eg a radio transmitter).

Die vom Funksender zu sendenden Daten werden zyklisch über die kapazitive Kommunikations-Schnittstelle vom Wärmezähler zum Funksender übertragen. Hierbei kann dasselbe Protokoll wie für die optische Schnittstelle unverändert verwendet werden. Auch kann eine Halbduplex-Verbindung realisiert werden.The Data to be sent from the radio transmitter are cyclically transmitted over the transfer capacitive communication interface from the heat meter to the radio transmitter. Here, the same protocol as for the optical interface unchanged be used. Also, a half duplex connection can be realized become.

Die kostengünstige Bauweise der erfindungsgemäßen Kommunikationsschnittstelle erlaubt modulare Erweiterungen aller möglichen Geräte, bei denen Daten von oder zu einem Erweiterungsmodul übertragen werden müssen. Insbesondere ist dies für batteriebetriebene, kostensensitive Geräte von Vorteil. Solche Erweiterungsmodule können beispielsweise Funkmodule, Datenloggermodule, M-Bus-Module, usw., insbesondere für den Bereich der Durchflussmesser oder Wärmezähler sein.The inexpensive Construction of the communication interface according to the invention allows modular extensions of all possible devices where data from or transferred to an expansion module Need to become. In particular, this is for battery-operated, cost-sensitive devices advantageous. Such expansion modules may include, for example, radio modules, Datalogger modules, M-Bus modules, etc., especially for the range of flow meters or heat meters.

Bei einer kapazitiven Abtastung der Drehbewegungen des mechanischen Zählwerks eines Wasserzählers können diese Drehbewegungen von einem Funkmodul erfasst werden. Hierbei ist es möglich, ein und dasselbe Modul durch entsprechende Konfiguration vor Ort als Drehbewegungserfassungs-Funkmodul oder als Datenerfassungs-Funkmodul zu verwenden, ohne zusätzliche Hardware zu benötigen.In a capacitive sampling of Drehbe movements of the mechanical counter of a water meter, these rotational movements can be detected by a radio module. In this case, it is possible to use one and the same module locally by means of a corresponding configuration as rotary motion detection radio module or as data acquisition radio module, without the need for additional hardware.

Die Erfindung sei im Folgenden anhand der Darstellungen zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigenThe Invention will be described below with reference to the representations of two embodiments explained in more detail. It demonstrate

1 eine schematische Darstellung zweier Module mit je einer Kapazitätselektrode, die zusammen eine Koppelkapazität zur Datenübertragung zwischen den beiden Modulen bilden, und 1 a schematic representation of two modules, each with a capacitance electrode, which together form a coupling capacity for data transmission between the two modules, and

2 eine Ausführungsform der Erfindung mit einer abgewandelten Kapazitätselektrodenkonfiguration. 2 an embodiment of the invention with a modified capacitance electrode configuration.

Die Zeichnungen zeigen ein erstes Modul 1 und ein zweites Modul 2, welche miteinander kommunizieren sollen. In 1 befindet sich ein Mikroprozessor 3, der in diesem Fall in einem Wärmezähler enthalten sein soll. Ferner ist eine Batterie 4 zur Stromversorgung des Mikroprozessors veranschaulicht. Der Mikroprozessor 3 liefert an einem Ausgangsanschluss Impulssignale 5, beispielsweise in Form eines pulscodierten Kommunikationsprotokolls, wie etwa IrDa. Dieses Signal wird einer Kapazitätselektrode 6 zugeführt. Das Gehäuse des ersten Moduls 1 ist durch eine strichpunktierte Umrandung angedeutet und mit der Bezugsziffer 7 bezeichnet.The drawings show a first module 1 and a second module 2 which should communicate with each other. In 1 there is a microprocessor 3 , which in this case should be included in a heat meter. There is also a battery 4 to power the microprocessor illustrated. The microprocessor 3 provides pulse signals at an output terminal 5 , for example in the form of a pulse-coded communication protocol, such as IrDa. This signal becomes a capacitance electrode 6 fed. The housing of the first module 1 is indicated by a dot-dashed border and the reference numeral 7 designated.

Das zweite Modul 2 hat ebenfalls ein strichpunktiert angedeutetes Gehäuse 8, in welchem sich ein Komparator 9 befindet, der seine Betriebsspannung aus einer Batterie 10 erhält. Der Pluseingang des Komparators ist mit einer Kapazitätselektrode 11 verbunden, so dass das Impulssignal 5 vom Modul 1 über den aus den beiden Kapazitätselektroden 6 und 11 gebildeten Koppelkondensator zum Modul 2 und dort auf den Pluseingang des Komparators 9 gelangen. Dem Minuseingang dieses Komparators wird über einen Spannungsteiler 12 eine Bezugsspannung zugeführt. Wenn diese von den an seinem Pluseingang eintreffenden Impulsen überschritten wird, treten an seinem Ausgang Ausgangsimpulse 13 zur weiteren Auswertung auf.The second module 2 also has a dash-dotted lines indicated housing 8th in which there is a comparator 9 located, its operating voltage from a battery 10 receives. The plus input of the comparator is with a capacitance electrode 11 connected so that the pulse signal 5 from the module 1 over the from the two capacitance electrodes 6 and 11 formed coupling capacitor to the module 2 and there to the positive input of the comparator 9 reach. The negative input of this comparator is via a voltage divider 12 supplied with a reference voltage. When it is exceeded by the pulses arriving at its positive input, output pulses appear at its output 13 for further evaluation.

Die beiden Kapazitätselektroden 6 und 11 sind in 1 als kreisförmige Flächenelektroden dargestellt, jedoch können sie auch irgendeine andere geeignete Form haben. Sie befinden sich nahe der Gehäusewandung der beiden Module, wobei diese räumlich so angeordnet werden, dass die beiden Kapazitätselektroden einander flächendeckend gegenüber liegen. Dann bilden sie einen Koppelkondensator, dessen Kapazität von der Größe der Fläche der beiden Kapazitätsdioden, ihrem gegenseitigen Abstand und dem zwischen ihnen befindlichen Material abhängt. Diese Parameter werden so gewählt, dass der Kondensator eine Kapazität von einigen pF hat, welche für die Übertragung der Impulse ausreichend groß ist.The two capacitance electrodes 6 and 11 are in 1 however, they may be of any other suitable shape. They are located near the housing wall of the two modules, which are arranged spatially so that the two capacitance electrodes face each other across the surface. Then they form a coupling capacitor whose capacity depends on the size of the surface of the two capacitance diodes, their mutual distance and the material between them. These parameters are chosen so that the capacitor has a capacitance of a few pF, which is sufficiently large for the transmission of the pulses.

Bei der Ausführungsform nach 2 sind außer den Kapazitätselektroden 6 und 11, über welche die Signalübertragung erfolgt, noch weitere Kapazitätselektroden 14 und 15 vorgesehen, welche als Masseelektroden geschaltet sind und im dargestellten Ausführungsbeispiel die „Signalelektroden" ringförmig umgeben. Mit diesen zusätzlichen Masseelektroden lässt sich der Signalrückschluss und damit der Signalweg insgesamt genauer definieren.In the embodiment according to 2 are beyond the capacity electrodes 6 and 11 , over which the signal transmission takes place, even more capacitance electrodes 14 and 15 which are connected as ground electrodes and in the illustrated embodiment surround the "signal electrodes" in an annular manner. With these additional ground electrodes, the signal return and thus the signal path can be defined more accurately overall.

Vorzugsweise bildet man die einander entsprechenden Kapazitätselektroden, also die Signalelektroden 6 und 11 einerseits sowie die Masseelektroden 14 und 15 andererseits jeweils mit gleicher Geometrie aus und ordnet sie so im jeweiligen Gehäuse 7 bzw. 8 an, dass sie einander möglichst genau gegenüber liegen und somit die größtmögliche Koppelkapazität ergeben.Preferably, one forms the corresponding capacitance electrodes, that is to say the signal electrodes 6 and 11 on the one hand and the ground electrodes 14 and 15 on the other hand, each with the same geometry and arranges them in the respective housing 7 respectively. 8th that they are as close as possible to each other and thus provide the greatest possible coupling capacity.

Mit der vorbeschriebenen Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, eine mit einfachen Mitteln zu realisierende, minimale Energie erfordernde und für bereits bestehende Systeme leicht anwendbare Kommunikationsschnittstelle zu schaffen. Ganz besonders eignet sich die erfindungsgemäße Kommunikationsschnittstelle für den Einsatz in Modulen der Durchflussmess- sowie Wärmemesstechnik. Die vorliegende Erfindung stellt daher einen ganz besonderen Beitrag auf dem einschlägigen Gebiet der Technik dar.With the above-described invention, the possibility is created, a to be realized with simple means, requiring minimal energy and for already existing systems easily applicable communication interface to accomplish. The communication interface according to the invention is very particularly suitable for the Use in modules of flow measurement and heat measuring technology. The present Invention therefore makes a very special contribution in the relevant field the technology.

11
Modulmodule
22
Modulmodule
33
Mikroprozessormicroprocessor
44
Batteriebattery
55
Impulssignalepulse signals
66
Kapazitätselektrodecapacitance electrode
77
Gehäusecasing
88th
Gehäusecasing
99
Komparatorcomparator
1010
Batteriebattery
1111
Kapazitätselektrodecapacitance electrode
1212
Spannungsteilervoltage divider
1313
Ausgangsimpulseoutput pulses
1414
Kapazitätselektrodecapacitance electrode
1515
Kapazitätselektrodecapacitance electrode

Claims (11)

Kommunikations-Schnittstelle zum Datenaustausch zwischen zwei Modulen, insbesondere eines Durchflussmessers oder Wärmezählers, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Modul (1, 2) mit mindestens einer Kapazitätselektrode (6, 11) an einer solchen Stelle versehen ist, dass sie bei benachbarter Anordnung beider Module mit der Kapazitätselektrode des anderen Moduls einen Datenübertragungskondensator bildet.Communication interface for exchanging data between two modules, in particular a flowmeter or heat meter, characterized in that each module ( 1 . 2 ) with at least one capacitance electrode ( 6 . 11 ) is provided at such a location that it forms a data transfer capacitor with adjacent arrangement of both modules with the capacitance electrode of the other module. Schnittstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitätselektroden (6, 11; 14, 15) durch leitende Flächen, wie aus Metallfolie, Leitlack, leitfähigen Kunststoffbeschichtungen u. ä., gebildet werden.Interface according to claim 1, characterized in that the capacitance electrodes ( 6 . 11 ; 14 . 15 ) by conductive surfaces, such as metal foil, conductive ink, conductive plastic coatings u. Ä., Are formed. Schnittstellen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung zwischen den Kapazitätselektroden (6, 11, 14, 15) durch das jeweilige Modulgehäuse (7, 8) hindurch erfolgt.Interfaces according to one of the preceding claims, characterized in that the data transmission between the capacitance electrodes ( 6 . 11 . 14 . 15 ) through the respective module housing ( 7 . 8th ) through. Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitätselektroden (6, 11; 14, 15) auf der Innenseite der Modulgehäuse (7, 8) angeordnet sind.Interface according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitance electrodes ( 6 . 11 ; 14 . 15 ) on the inside of the module housing ( 7 . 8th ) are arranged. Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitätselektrode (6, 11; 14, 15) auf der Elektronikplatine des jeweiligen Moduls (1, 2) aufgebracht ist.Interface according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitance electrode ( 6 . 11 ; 14 . 15 ) on the electronic board of the respective module ( 1 . 2 ) is applied. Schnittstelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Flächen aus der Kupferkaschierung der Elektronikplatine der Module (1, 2) gebildet werden.Interface according to claim 5, characterized in that the conductive surfaces of the copper cladding of the electronic board of the modules ( 1 . 2 ) are formed. Schnittstelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Modul (1, 2) zwei Kapazitätselektroden (6, 11 bzw. 14, 15) in Form einer Signalelektrode (6, 11) und einer Masseelektrode (14, 15) aufweist.Interface according to one of the preceding claims, characterized in that each module ( 1 . 2 ) two capacitance electrodes ( 6 . 11 respectively. 14 . 15 ) in the form of a signal electrode ( 6 . 11 ) and a ground electrode ( 14 . 15 ) having. Schnittstelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Signalelektrode (6, 11) eine Masseelektrode (14, 15) vorgesehen ist.Interface according to claim 4, characterized in that in addition to the signal electrode ( 6 . 11 ) a ground electrode ( 14 . 15 ) is provided. Schnittstelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalelektrode (6, 11) von der Masseelektrode (14, 15) umgeben ist.Interface according to claim 8, characterized in that the signal electrode ( 6 . 11 ) from the ground electrode ( 14 . 15 ) is surrounded. Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitätselektroden (6, 11, 14, 15) in dem jeweiligen Modulgehäuse (7, 8) derart portioniert sind, dass im Zustand der Datenübertragung diese deckungsgleich gegenüber liegen.Interface according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitance electrodes ( 6 . 11 . 14 . 15 ) in the respective module housing ( 7 . 8th ) are portioned in such a way that in the state of data transmission they are congruent with each other. Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung mit Kapazitäten im Pico-Farahd-Bereich erfolgt.Interface according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the transfer with capacities in the Pico Farahd area.
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