DE102017221429A1 - Means of transport, work machine and bus participant for a PSI-5 bus - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Fortbewegungsmittel, eine Arbeitsmaschine sowie ein Bus-Teilnehmer für einen PSI-5-Bus vorgeschlagen. Der Bus-Teilnehmer umfasst:• einen Mikrocontroller und• einen Sensor,wobei auf dem Mikrocontroller eine Software installiert ist, mittels welcher er eingerichtet ist, den Sensor als Slave in dem PSI-5-Bus zu betreiben.It proposes a means of transportation, a working machine and a bus participant for a PSI-5 bus. The bus user comprises: a microcontroller and a sensor, with software installed on the microcontroller, by means of which it is set up to operate the sensor as a slave in the PSI-5 bus.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel, eine Arbeitsmaschine sowie einen Bus-Teilnehmer für einen PSI-5-Bus. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine flexible und kostengünstige Hardware zur Realisierung von PSI-5-Bus-Slaves.The present invention relates to a vehicle, a work machine and a bus subscriber for a PSI-5 bus. In particular, the present invention relates to a flexible and inexpensive hardware for implementing PSI-5 bus slaves.
Moderne Fortbewegungsmittel werden in zunehmendem Maße mit Umgebungssensorik und Aktoren versehen, um den Fahrer im Zusammenwirken mit Auswerteelektronik bei der Führung des Fortbewegungsmittels zu unterstützen. Entsprechendes gilt für Arbeitsmaschinen und ihre Anwender. Die periphere Sensorschnittstelle
Am Markt sind PSI-5-Slave-Schnittstellen nicht verfügbar. Daher besteht keine Möglichkeit, einen PSI-5 für Sensoren zu adaptieren, ohne einen erheblichen (Hardware)-Entwicklungsaufwand zu betreiben. Vielmehr muss immer ein großer Hersteller einbezogen werden, der die erforderliche Software entwickelt und implementiert.PSI-5 slave interfaces are not available on the market. Therefore, there is no way to adapt a PSI-5 for sensors without a significant (hardware) -developungsaufwand to operate. Rather, a large manufacturer must always be involved, who develops and implements the required software.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Realisierung von PSI-5-Bussystemen flexibler und kostengünstiger realisieren zu können.Based on the aforementioned prior art, it is an object of the present invention to realize the realization of PSI-5 bus systems more flexible and cost-effective.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Bus-Teilnehmer für einen PSI-5-Bus gelöst, welcher einen Mikrocontroller und einen Sensor umfasst. Der Mikrocontroller kann als herkömmlicher Mikrocontroller verstanden werden, auf welchem eine Software installierbar ist, ohne dass nach Art eines FPGA oder eines ASIC dauerhafte und/oder aufwendige Programmierungen vorgenommen werden müssen. Insbesondere kann der Mikrocontroller durch ein einfaches Steuergerät (beispielsweise einen PC, ein Tablet oder ein anderes automobiles Steuergerät) mit der Software bespielt werden. Unter Software ist beispielsweise das Betriebssystem des Mikrocontrollers zu verstehen. Mit anderen Worten wird die Software verwendet, um den erfindungsgemäßen Bus-Teilnehmer als solchen am PSI-5-Bus zu betreiben. Der Sensor kann beispielsweise ein Umgebungssensor, ein elektromechanischer Sensor, ein optischer Sensor o.ä. sein. Seine Informationen werden insbesondere auch über einen/den PSI-5-Bus verteilt. Erfindungsgemäß ist die Software eingerichtet, den Sensor als Slave in dem PSI-5 zu betreiben. Die Rolle des Slaves schließt insbesondere aus, dass der Bus-Teilnehmer die übrigen Slaves abfragt und/oder steuert und/oder die Kommunikation mit diesen synchronisiert. Durch die Verwendung des Mikrocontrollers und der auf ihm installierten Software kann eine flexible Anpassung der Funktionalität erfindungsgemäßer Bus-Teilnehmer erzielt werden. Zudem können die Bauteilkosten erheblich gesenkt werden. Funktionsmehrungen können durch einfache Software-Updates vorgenommen werden, ohne dass Hardware zu tauschen ist. Insbesondere kann die Software (z.B. mittels eines weiteren Bus-Teilnehmers und/oder ohne weiteren Prozessor) over-the-air aktualisiert werden bzw. mit neuer Software versehen werden. Selbst nach Auslieferung an einen Kunden kann ein mit einem erfindungsgemäßen Bus-Teilnehmer versehenes Fortbewegungsmittel oder eine entsprechende Arbeitsmaschine flexibel in ihrem Funktionsumfang verändert, insbesondere gemehrt, werden.The above object is achieved by a bus subscriber for a PSI-5 bus, which includes a microcontroller and a sensor. The microcontroller can be understood as a conventional microcontroller on which a software can be installed without the need for an FPGA or ASIC permanent and / or complex programming must be made. In particular, the microcontroller can be recorded by the software by means of a simple control unit (for example a PC, a tablet or another automobile control unit). By software is meant, for example, the operating system of the microcontroller. In other words, the software is used to operate the bus subscriber according to the invention as such on the PSI-5 bus. The sensor may, for example, an environment sensor, an electromechanical sensor, an optical sensor, or the like. his. His information is also distributed via a PSI-5 bus. According to the invention, the software is set up to operate the sensor as a slave in the PSI-5. The role of the slave excludes, in particular, that the bus user polls and / or controls the remaining slaves and / or synchronizes the communication with them. By using the microcontroller and the software installed on it, a flexible adaptation of the functionality of bus subscribers according to the invention can be achieved. In addition, the component costs can be significantly reduced. Functional enhancements can be made by simple software updates without having to swap hardware. In particular, the software (for example by means of another bus subscriber and / or without further processor) can be updated over-the-air or provided with new software. Even after delivery to a customer, a means of transport provided with a bus subscriber according to the invention or a corresponding work machine can be flexibly changed in its functional scope, in particular increased.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Der Mikrocontroller ist bevorzugt eingerichtet, von einem Master des PSI-5-Busses erhaltene Anfragen zu beantworten. Mit anderen Worten ist der Mikrocontroller eingerichtet, eine Kommunikation des PSI5-Masters zu bedienen. Insbesondere ist der Mikrocontroller eingerichtet, ausschließlich die vom Master des PSI-5-Busses erhaltenen Anfragen zu beantworten. Diese Vorgänge können beispielsweise durch ein vordefiniertes Spannungssignal vom PSI-5-Bus angestoßen werden, welches durch den Master gesendet worden ist. Der Mikrocontroller kann hierbei beispielsweise den Sensor aktivieren, Daten abfragen oder Betriebsparameter des Sensors anpassen. Insbesondere kann der Mikrocontroller auch weitere Funktionen des erfindungsgemäßen Bus-Teilnehmers übernehmen, wie beispielsweise die Auswertung der vom Sensor gelieferten Daten und/oder die Einleitung geeigneter Maßnahmen. Auf diese Weise kann der Mikrocontroller für eine Vielzahl Aufgaben verwendet werden, wodurch sich der Hardwareaufwand für den Mikrocontroller durch die Bereitstellung einer Vielzahl von Funktionen wirtschaftlich gestaltet.The microcontroller is preferably configured to respond to requests received from a master of the PSI-5 bus. In other words, the microcontroller is set up to operate a communication of the PSI5 master. In particular, the microcontroller is set up to answer only the requests received from the master of the PSI-5 bus. These operations may be initiated, for example, by a predefined voltage signal from the PSI-5 bus sent by the master. In this case, the microcontroller can, for example, activate the sensor, query data or adjust operating parameters of the sensor. In particular, the microcontroller can also take over further functions of the bus subscriber according to the invention, such as, for example, the evaluation of the data supplied by the sensor and / or the initiation of suitable measures. In this way, the microcontroller can be used for a variety of tasks, thereby making the hardware cost for the microcontroller economical by providing a variety of functions.
Der erfindungsgemäße Bus-Teilnehmer kann in Serienfahrzeugen verbaut sein, welche insbesondere nach Auslieferung an den jeweiligen Kunden im Feld befindlich sind und dort in bestimmungsgemäßer Weise betrieben werden. Mit anderen Worten wird der erfindungsgemäße Aufbau des Bus-Teilnehmers nicht als Prototyp verstanden. The bus subscriber according to the invention can be installed in production vehicles which are located in the field, in particular after delivery to the respective customer, where they are operated in the intended manner. In other words, the inventive structure of the bus subscriber is not understood as a prototype.
Der Sensor kann beispielsweise einen Höhenstandssensor, einen Beschleunigungssensor (z.B. für den Airbag und/oder das Fahrwerk eines Fortbewegungsmittels), einen elektromagnetischen Sensor, einen magnetostriktiven Sensor, einen optischen Sensor, einen Drucksensor, einen Unterdrucksensor, einen Drehratensensor und/oder einen Positionssensor (z.B. rotatorisch, linear) umfassen. Die vorgenannten Beispiele sind nicht abschließend zu verstehen und dienen lediglich der Veranschaulichung.The sensor may, for example, a level sensor, an acceleration sensor (eg for the airbag and / or the chassis of a means of locomotion), an electromagnetic sensor, a magnetostrictive sensor, an optical sensor, a pressure sensor, a vacuum sensor, a rotation rate sensor and / or a position sensor (eg rotary, linear). The above examples are not exhaustive and are for illustrative purposes only.
Der erfindungsgemäße Bus-Teilnehmer kann beispielsweise auch einen Stellmotor aufweisen. Mit anderen Worten kann der Bus-Teilnehmer einen Aktuator aufweisen, wobei der Mikrocontroller insbesondere weiter eingerichtet ist, den Stellmotor als Slave in den PSI-5-Bus zu betreiben. Die oben genannten Ausführungen gelten in entsprechender Weise daher auch für den Aktuator/Stellmotor und seine Beziehung zum Mikrocontroller/Bus-Teilnehmer.The bus subscriber according to the invention can also have, for example, a servomotor. In other words, the bus user can have an actuator, wherein the microcontroller is in particular further configured to operate the servomotor as a slave in the PSI-5 bus. The abovementioned embodiments therefore also apply correspondingly to the actuator / servomotor and its relationship to the microcontroller / bus user.
Die Software für den Mikrocontroller kann beispielsweise (ursprünglich) in der Programmiersprache „C“ geschrieben sein. Mit anderen Worten basiert die Funktionalität auf einem in der Programmiersprache „C“ geschriebenen source code. Durch die weite Verbreitung der Programmiersprache „C“ wird eine weltweite Verwendung und Aktualisierung des Funktionsumfangs des erfindungsgemäßen Bus-Teilnehmers sichergestellt.The software for the microcontroller can be written (originally) in the programming language "C", for example. In other words, the functionality is based on a source code written in the "C" programming language. Due to the widespread use of the programming language "C" worldwide use and update of the functional scope of the bus subscriber according to the invention is ensured.
Es ist ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung, das PSI-5-Protokoll in Software auf kleineren Mikrocontrollern umzusetzen. Dadurch steht eine eigene Protokollimplementierung zur Verfügung, die zunächst unabhängig von einer IP oder einem Hersteller ist, der sie in einem ASIC oder FPGA implementiert. Eine solche Realisierung erlaubt bei der Umsetzung von Sensorsystemen sehr große Freiheitsgrade bezüglich Hardware-Auswahl und erlaubt im Vergleich zu ASICs oder FPGAs eine kostengünstige Realisierung auch in kleinen Stückzahlen. Einen weiteren Vorteil der Implementierung auf einen Mikrocontroller bietet die Tatsache, dass der Controller neben der Protokollabarbeitung auch weitere spezifische Aufgaben, wie z.B. Berechnung und Umrechnung von Werten, Umsetzung von Analog-Eingängen, Diagnosen und ähnliches übernehmen kann. Als ein weiterer Vorteil ist hier noch der gleichzeitige Einsatz von weiteren Bussystemen, wie z.B. CAN, auf demselben Controller, zu nennen.It is a core idea of the present invention to implement the PSI-5 protocol in software on smaller microcontrollers. This provides a proprietary protocol implementation that is initially independent of an IP or vendor that implements it in an ASIC or FPGA. Such a realization allows for the implementation of sensor systems very high degrees of freedom in terms of hardware selection and allows in comparison to ASICs or FPGAs cost-effective implementation, even in small quantities. Another advantage of implementing it on a microcontroller is the fact that the controller, in addition to protocol processing, also has other specific tasks, such as e.g. Calculation and conversion of values, implementation of analog inputs, diagnostics and the like can take over. As a further advantage here is the simultaneous use of further bus systems, such as e.g. CAN, on the same controller, to call.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Programmiersprache „C“ ermöglicht eine größtmögliche Unabhängigkeit vom eingesetzten Mikrocontroller-Modell bzw. ermöglicht eine einfache Portierung auf andere Derivate und Systeme. Die hardwarespezifischen Unterschiede der verfügbaren Controllerderivate bezüglich der notwendigen Controller-Peripherie, wie Timer, Interrupt, etc., können entweder über Compilerswitches oder über unterschiedliche Bibliotheken gehandhabt werden. Durch die freie Verfügbarkeit von Compilern wie z.B. GNU C, kann der OpenSource bzw. OpenHardware-Gedanke, bei Bedarf weiterverfolgt werden, da GNU C für eine Vielzahl von Mikrocontrollern auf dem Markt erhältlich ist.Another advantage of using the "C" programming language allows for the greatest possible independence from the microcontroller model used or enables easy porting to other derivatives and systems. The hardware-specific differences of the available controller derivatives with regard to the necessary controller peripherals, such as timers, interrupt, etc., can be handled either via compiler switches or via different libraries. Due to the free availability of compilers such as GNU C, the OpenSource or OpenHardware idea, can be followed up as needed, as GNU C is available for a variety of microcontrollers in the market.
An den Mikrocontroller werden gewisse Anforderungen bezüglich der Timer- und Interrupt-Funktionen gestellt, um die zeitlichen Abhängigkeiten des Protokolls auflösen zu können. Die Detektion der Sync- und Informationsimpulse des Protokolls erfolgt über diese Funktionen. Eine Interrupt-Funktion wird für die Detektion des PSI-5-Sync-Impulses eingesetzt, der den Beginn der Datenübertragung markiert. Die darauffolgenden Impulse, die die zu übertragenden Daten beinhalten, werden über einen oder mehrere Timer ausgewertet. Diese Anforderungen werden vom Großteil der heute verfügbaren Mikrocontroller erfüllt.Certain requirements regarding the timer and interrupt functions are made to the microcontroller in order to be able to resolve the temporal dependencies of the protocol. The detection of the Sync and information pulses of the protocol via these functions. An interrupt function is used to detect the PSI-5 sync pulse that marks the beginning of the data transfer. The subsequent pulses, which contain the data to be transmitted, are evaluated via one or more timers. These requirements are met by most of the microcontrollers available today.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches ein PSI-5-Bus, einen PSI-Bus-Master und einen Bus-Teilnehmer gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Der Sensor ist hierbei insbesondere ein für den Betrieb des Fortbewegungsmittels vorgesehener Sensor. Insbesondere kann der Sensor dauerhaft zum Verbleib und Betrieb im Fortbewegungsmittel vorgesehen sein. Der Sensor kann beispielsweise ein Fahrdynamiksensor, ein Umgebungssensor, etc., sein. Die auf dem erfindungsgemäßen Bus-Teilnehmer laufende Software kann beispielsweise über eine over-the-air-Schnittstelle des Fortbewegungsmittels aktualisiert werden, um Bugfixing und/oder Funktionsmehrungen zu ermöglichen.According to a second aspect of the present invention, there is proposed a traveling means comprising a PSI-5 bus, a PSI bus master, and a bus subscriber according to the first aspect of the invention. The sensor is in this case in particular a sensor provided for the operation of the means of locomotion. In particular, the sensor can be permanently provided for remaining and operating in the means of locomotion. The sensor may be, for example, a vehicle dynamics sensor, an environmental sensor, etc. The software running on the bus subscriber according to the invention can be updated, for example, via an over-the-air interface of the means of locomotion in order to enable bugfixing and / or functional enhancements.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Arbeitsmaschine vorgeschlagen, welche einen PSI-5-Bus, einen PSI-5-Bus-Master und einen Bus-Teilnehmer gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Der Sensor kann beispielsweise ein für den Betrieb der Arbeitsmaschine vorgesehener Sensor sein. Insbesondere ist der Sensor für den dauerhaften Verbleib und Betrieb in der Arbeitsmaschine vorgesehen. Er kann beispielsweise als optischer Sensor, Kraftsensor, Abstandssensor, Umgebungssensor, o.ä., ausgestaltet sein.According to a third aspect of the present invention there is provided a work machine comprising a PSI-5 bus, a PSI-5 bus master, and a bus subscriber according to the first aspect of the invention. The sensor may be, for example, a sensor provided for the operation of the work machine. In particular, the sensor is provided for the permanent whereabouts and operation in the work machine. It can be designed, for example, as an optical sensor, force sensor, distance sensor, environmental sensor, or the like.
Auf diese Weise verwirklichen das erfindungsgemäße Fortbewegungsmittel und die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile des erfindungsgemäßen Bus-Teilnehmers derart ersichtlich in entsprechender Weise, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.In this way, the means of transport according to the invention and the working machine according to the invention realize the features, combinations of features and the advantages of the bus subscriber according to the invention that can be seen in a corresponding manner so that reference is made to the above statements to avoid repetition.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
-
1 eine Prinzipskizze zum Aufbau eines erfindungsgemäßen PSI-5 -Systems, und -
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bus-Anbindung eines erfindungsgemäßen Bus-Teilnehmers.
-
1 a schematic diagram for the construction of a PSI invention5 -Systems, and -
2 a schematic representation of an embodiment of a bus connection of a bus subscriber according to the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Bus-TeilnehmerBus devices
- 22
- PSI-5-BusPSI-5 bus
- 33
- Mikrocontrollermicrocontroller
- 4, 4a-4g4, 4a-4g
- Sensorensensors
- 66
- Steuergerätcontrol unit
- 77
- Schnittstelleinterface
- 88th
- Transceiver ASICTransceiver ASIC
- 99
- Schaltercounter
- CS C S
- Kondensatorcapacitor
- Isink I sink
- vordefinierter Strompredefined current
- RCS R CS
- Übergangswiderstand des Sensor-AnschlusssteckersContact resistance of the sensor connector
- VSS V SS
- Bus-SpannungBus voltage
Claims (10)
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DE102017221429.5A DE102017221429A1 (en) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Means of transport, work machine and bus participant for a PSI-5 bus |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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---|---|
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