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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
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Aus der
DE 10 2018 008 750 B3 und der
DE 10 2018 008 751 B3 sind Schaltungsanordnungen mit Sensoreinheiten bekannt. Die Sensoreinheiten sind mittels einer Busleitung parallel und mittels einer sogenannten „daisy chain“ oder Strangleitung seriell miteinander verschaltet. Mittels einer speziellen Konfiguration, insbesondere Widerstände umfassend, erfolgt bei dem Ausgang der Sensoreinheit, sofern nicht eine weitere in der Serienverschaltung nachfolgende Sensoreinheit angeschlossen ist, eine automatische Terminierung.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.
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Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird eine Schaltungsanordnung mit einer Steuereinheit bereitgestellt, wobei die Steuereinheit einen Prozessor, einen Busanschluss, einen seriellen Ausgang und eine Schnittstelle aufweist. An dem Busanschluss ist eine Busleitung angeschlossen.
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Die Schaltungsanordnung umfasst ferner einen ersten Busknoten und einen zweiten Busknoten, wobei die Busknoten als integrierte Busknoten ausgebildet und jeweils mit der Busleitung verschaltet sind.
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Die integrierten Busknoten umfassen jeweils einen Prozessor, einen steuergeräteseitigen Busanschluss, einen seriellen Eingang und einen seriellen Ausgang.
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Des Weiteren weisen die Busknoten jeweils einen Signalanschluss auf.
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Die Steuereinheit, der erste Busknoten und der zweite Busknoten sind zueinander parallel an der Busleitung jeweils mittels des steuergeräteseitigen Busanschlusses angeschlossen.
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Ferner umfasst die Schaltungsanordnung eine Strangleitung, wobei die Steuereinheit und der erste Busknoten und zweite Busknoten mittels der Strangleitung seriell verschaltet sind.
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Hierbei ist der serielle Ausgang der Steuereinheit mittels der Strangleitung mit dem seriellen Eingang des ersten Busknotens verschaltet, und der serielle Eingang des ersten Busknotens ist mit dem seriellen Ausgang des ersten Busknotens verschaltet. Auch, vorzugsweise nachfolgend, ist der serielle Ausgang des ersten Busknotens mit dem seriellen Eingang des zweiten Busknotens verschaltet.
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Die Schaltungsanordnung weist ein erstes Referenzpotential und ein zweites Referenzpotential auf.
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Es sei angemerkt, dass mit dem Ausdruck „in der Nähe des Referenzpotentials“ eine Abweichung des Spannungswertes von dem Referenzpotential von weniger als 20% oder weniger als 15% oder weniger als 10% oder weniger als 5% zu verstehen ist.
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Die Steuereinheit und die Busknoten sind jeweils sowohl mit dem ersten Referenzpotential als auch mit dem zweiten Referenzpotential verschaltet.
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Jeder serielle Ausgang liegt in einem ersten Zustand auf dem ersten Referenzpotential oder wenigstens in der Nähe des ersten Referenzpotentials. Andernfalls liegt jeder serielle Ausgang in dem zweiten Zustand auf dem zweiten Referenzpotential oder wenigstens in Nähe des zweiten Referenzpotentials.
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Auch weisen die Busknoten an dem seriellen Ausgang ein Terminierungswiderstand auf, um die Busleitung abzuschließen, sofern der jeweilige serielle Ausgang nicht mit einem nachfolgenden seriellen Eingang eines nachfolgenden Busknotens verschaltet ist.
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Die Busknoten sind eingerichtet, mittels des Prozessors das Potential des seriellen Ausgangs zu überwachen und bei einem Potentialwechsel den Terminierungswiderstand mit der Busleitung zu verbinden oder von der Busleitung zu trennen.
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Ferner umfasst die Schaltungsanordnung eine erste elektrische Einheit und eine zweite elektrische Einheit, wobei die beiden elektrischen Einheiten jeweils einen Signalanschluss aufweisen.
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Bei der ersten elektrischen Einheit ist zumindest der Signalanschluss mit dem ersten Busknoten verschaltet.
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Bei der zweiten elektrischen Einheit ist zumindest der Signalanschluss mit dem zweiten Busknoten verschaltet.
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Die jeweiligen elektrischen Einheiten und die jeweiligen Busknoten stellen jeweils separate Einheiten dar und sind nicht zusammen integriert. Anders ausgedrückt die elektrischen Einheiten und die Busknoten sind räumlich beabstandet.
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Mittels der Schnittstelle lassen sich Daten mit weiteren Geräten austauschen. Hierbei sind die Geräte zwar über die Schnittstelle mit der Steuereinheit, jedoch nicht mittels der Busleitung samt Busanschluss mit der Steuereinheit verschaltet. Anders ausgedrückt, die Schaltungsanordnung lässt sich verwenden, um mittels der Schnittstelle mit weiteren Geräten zu kommunizieren und/oder um die Steuereinheit mit einer Versorgungsspannung zu beaufschlagen. In einer anderen Ausführung weist die Steuereinheit einen separaten Versorgungsspannungsanschluss auf.
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Vorzugsweise werden mittels der Versorgungsspannung der Steuereinheit die Busknoten und/oder die elektrischen Einheiten mit Spannung versorgt. In einer Weiterbildung weisen die Busknoten und/oder die elektrischen Einheiten einen separaten Versorgungsspannungsanschluss auf. Insbesondere in dem Fall, dass die Busknoten oder die elektrischen Einheiten Ströme oberhalb 100 mA benötigen, tragen separate Versorgungsspannungsanschlüsse zur Zuverlässigkeit und Stabilität der gesamten Schaltungsanordnung bei.
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Es sei angemerkt, dass sich der jeweilige Signalanschluss bei den Busknoten als auch bei den elektrischen Einheiten sowohl drahtlos als auch drahtgebunden ausführen lässt.
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Des Weiteren sei angemerkt, dass vorliegend die Begriffe Strangleitung und „daisy chain“ synonym verwendet werden.
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Vorzugsweise umfasst in einer drahtgebunden Ausführung der Signalanschluss wenigstens eine Leitung oder mehrere Leitungen.
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In einer Ausführungsform ist der Anschluss als serieller oder als paralleler Anschluss ausgeführt.
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In einer Weiterbildung ist immer genau eine elektrische Einheit mit einem Busknoten verschaltet.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, dass sich mit der Schaltungsanordnung beliebige elektrische Einheiten über den jeweiligen Busknoten anschließen lassen.
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Vorzugsweise lassen sich elektrotechnische Einheiten als auch elektronische Einheiten, insbesondere Verbraucher wie beispielsweise Glühbirnen oder elektrische Schalter oder Thermometer, von beliebigen Anbietern und Herstellern an einen Busknoten ohne weitere Software oder Schnittstellenkonfiguration einfach anschließen.
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Anderes ausgedrückt, die elektrischen Einheiten benötigen im Allgemeinen keine Busleitungen und keine Anschlüsse für die Strangleitung bzw. für die „daisy chain“ Leitung. Auch wenn einzelne elektrische Einheiten einen Busanschluss aufweisen, so ist der Busanschluss an den elektrischen Einheiten nur dazu ausgelegt die elektrische Einheit direkt mit einem zugeordneten Busknoten zu verbinden.
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Indem eine Trennung in Geräte, die an den proprietären Bus als Busknoten angeschlossen werden können und Geräte, die sehr einfach auch ohne elektronische Komponenten an die Busknoten angeschlossen werden können, erfolgt, ergibt sich eine sehr große Einsatzmöglichkeit der Schaltungsanordnung sowohl in industriellen als auch in privaten Umgebungen, d.h. unmittelbar bei dem Endverbraucher.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass sich mit der Schaltungsanordnung schnell und kostengünstig, einfach und zuverlässig ein Bussystem mit einfachen Mitteln ohne Programmierkenntnisse aufbauen lässt.
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In einer Weiterbildung umfassen die elektrischen Einheiten Sensoren oder Sensoreinheiten und/oder Aktuatoren und/oder Anzeigeeinheiten und/oder weitere Steuereinheiten.
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In einer anderen Weiterbildung umfassen die Sensoreinheiten einen induktiven und/oder einen kapazitiven Sensor und/oder einen optischen Sensor und/oder einen Ultraschallsensor oder ein Mikrofon oder einen Erschütterungssensor.
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In einer Weiterbildung weist der erste Busknoten zusätzlich zu dem steuereinheitsseitigen Busanschluss einen zu den elektrischen einheitsseitigen Busanschluss auf. Außerdem ist bei dem ersten Busknoten der steuereinheitsseitige Busanschluss über die beiden Busleitungen mit dem elektrischen einheitsseitigen Busanschluss verschaltet.
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In einer Ausführungsform weist die erste elektrische Einheit einen Versorgungsspannungsanschluss auf. Hierbei ist der Versorgungsspannungsanschluss mit dem ersten Busknoten verschaltet, wobei der Versorgungsspannungsanschluss als Versorgungsspannungseingang ausgebildet ist.
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In einer anderen Ausführungsform umfassen die elektrischen Einheiten einen Versorgungsspannungsanschluss zur Versorgung mittels einer externen Versorgungsspannung z.B. mit einem Netzgerät oder mit einem Netzanschluss.
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In einer anderen Ausführungsform ist die erste elektrische Einheit als integrierte elektrische Einheit mit einer Zustandsmaschine oder mit einem Prozessor ausgebildet. Vorzugsweise ist die zweite elektrische Einheit als diskrete elektrische Einheit ohne einen Prozessor und ohne eine Zustandsmaschine ausgebildet.
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Vorzugsweise weisen die elektrischen Einheiten keine Busanschlüsse und keine Anschlüsse für eine Strangleitung auf. Anders ausgedrückt: Die elektrischen Einheiten sind nicht kompatibel mit dem proprietären Bus der Schaltungsanordnung.
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In einer Weiterbildung weist wenigstens eine elektrische Einheit einen Busanschluss auf, wobei der Busanschluss der elektrischen Einheit unterschiedlich zu dem Busanschluss der Busknoten ausgeführt ist. Anders ausgedrückt, die Busleitungen des steuereinheitsseitigen Busanschlusses sind nicht durch die Busknoten zu den elektrischen Einheiten durchgeführt.
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In einer Weiterbildung sind die Signalanschlüsse der elektrischen Einheiten als Ausgänge und/oder als Eingänge ausgebildet.
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In einer anderen Weiterbildung umfasst die Busleitung eine oder mehrere Busleitungen. Vorzugsweise umfasst die Busleitung genau zwei Busleitungen.
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In einer Ausführungsform sind der Busanschluss der Steuereinheit und der Busanschluss der Busknoten jeweils als proprietärer Bus ausgebildet. Hierbei wird unter dem Begriff proprietärer Bus verstanden, dass auf den Busleitungen kein Protokoll verwendet wird, das beispielsweise CAN, LIN, RD232, Profibus, Profinet, IO-Link oder ASI kompatibel ist.
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In einer Weiterbildung sind die Schnittstelle und die Software der Schnittstelle der Steuereinheit kompatibel zu einem spezifizierten Bus ausgebildet. Hierbei versteht sich, dass der Bus unterschiedlich zu dem Busanschluss der Steuereinheit ausgebildet. Anders ausgedrückt, das Busprotokoll der Schnittstelle ist unterschiedlich zu dem Busprotokoll des Busanschlusses.
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In einer anderen Weiterbildung ist die Schnittstelle der Steuereinheit kompatibel zum CAN-Bus, zum LIN-Bus, zu RS485, zu RD232, zum Profibus, zu Profinet, zu IO-Link oder zu ASI ausgebildet.
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In einer Ausführungsform weist die Steuereinheit eine Computerschnittstelle auf. Hierdurch lassen sich mittels eines Computers die Steuereinheit, der Bus und die Busknoten und die verbundenen elektrischen Einheiten überwachen und steuern. In einer Weiterbildung umfasst die Steuereinheit eine Anzeigeeinheit oder die Steuereinheit ist als Computer ausgebildet mit einem proprietären Anschluss für die Busleitung und die Strangleitung.
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In einer anderen Ausführungsform weisen die Steuereinheit und/oder der Busknoten und/oder die elektrischen Einheiten einen Versorgungsanschluss oder keinen Versorgungsspannungsanschluss auf.
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In einer Weiterbildung sind die elektrischen Einheiten nicht mit der Strangleitung verschaltet.
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In einer anderen Weiterbildung nimmt bei einer Verschaltung des Ausgangs des ersten Busknotens mit dem seriellen Eingang des zweiten Busknotens der serielle Ausgang des ersten Busknotens den zweiten Zustand an.
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In einer Ausführungsform ist das erste Referenzpotential als Versorgungsspannung und das zweite Referenzpotential als Massepotential oder das erste Referenzpotential als Massepotential und das zweite Referenzpotential als Versorgungsspannung ausgebildet. Vorzugsweise ist in einem Zustand der Terminierungswiderstand mit der Busleitung verschaltet.
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In einer Weiterbildung weist der serielle Ausgang einen ersten Widerstand und der serielle Eingang einen zweiten Widerstand auf, wobei der erste Widerstand einen anderen Widerstandswert als der zweite Widerstand aufweist, und der serielle Ausgang ist mittels des ersten Widerstands mit einem ersten Referenzpotential verschaltet, und der serielle Eingang ist mittels des zweiten Widerstands mit einem zweiten Referenzpotential verschaltet.
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In einer anderen Weiterbildung weist der erste Widerstand an dem seriellen Ausgang einen wenigstens um den Faktor zwei größeren Widerstandswert als der zweite Widerstand an dem seriellen Eingang auf.
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In einer Ausführungsform ist parallel zu dem ersten Widerstand ein steuerbarer Schalter angeordnet, um mittels des steuerbaren Schalters den seriellen Ausgang mit dem ersten Referenzpotential zu verbinden und den seriellen Ausgang auf das erste Referenzpotential zu klemmen.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst jeder Busknoten einen schaltbaren Terminierungswiderstand.
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In einer Weiterbildung umfassen die elektrischen Einheiten jeweils einen induktiven, kapazitiven, optischen und/oder Ultraschall-Sensor und/oder ein Mikrofon für Frequenzen im für den Menschen hörbaren Bereich. In einer Ausführungsform bestehen die elektrischen Einheiten aus einem induktiven, kapazitiven, optischen und/oder Ultraschall-Sensor und/oder einem Mikrofon für Frequenzen im für den Menschen hörbaren Bereich. In einer Weiterbildung umfassen die Sensoreinheiten einen Lautsprecher oder einen Summer.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände sowie die lateralen und die vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigen, die
- 1 eine erste Ausführungsform einer Schaltungsanordnung,
- 2 eine zweite Ausführungsform der Schaltungsanordnung.
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Die Abbildung der 1 zeigt eine Ansicht einer Schaltungsanordnung 10 mit einer Steuereinheit M, wobei die Steuereinheit M einen Prozessor und einen Busanschluss, einen seriellen Ausgang OUT für einen Anschluss einer Strangleitung STRL und eine Schnittstelle KOM1 aufweist.
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Mit der Schnittstelle KOM1 lassen sich zumindest Daten mit weiteren nicht dargestellten externen Geräten austauchen. Insbesondere dient die Schnittstelle zum Anschluss an Geräte mit einer standardisierten Verbindung wie beispielsweise einem CAN oder LIN Bus.
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Die Schaltungsanordnung weist einen ersten Busknoten N1 und einem zweiten Busknoten N2 auf, wobei die beiden Busknoten N1, N2 als integrierte Busknoten N1, N2 ausgebildet sind und jeweils einen Prozessor, einen steuergeräteseitigen Busanschluss, einen seriellen Eingang IN und einen seriellen Ausgang OUT umfassen und jeweils einen Signalanschluss SAN1 aufweisen.
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An dem Busanschluss des jeweiligen Busknotens N1 und N2 sind eine erste Busleitung B1 und eine zweite Busleitung B2 angeschlossen. Hierdurch sind die Busknoten N1 und N2 zueinander parallel verschaltet. Mittels der Busleitungen B1 und B2 sind die Busknoten N1 und N2 mit der Steuereinheit M verschaltet.
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Die Steuereinheit M, der erste Busknoten N1 und der zweite Busknoten N2 sind mittels einer Strangleitung STRL seriell verschaltet, indem der serielle Ausgang OUT der Steuereinheit M mit dem seriellen Eingang IN des ersten Busknotens N1 und der serielle Eingang des ersten Busknotens N1 mit dem seriellen Ausgang OUT des ersten Busknotens N1 verschaltet ist und anschließend der serielle Ausgang OUT des ersten Busknotens N1 mit dem seriellen Eingang IN des zweiten Busknotens N2 verschaltet ist. Anders ausgedrückt die Strangleitung STRL ist durchgeschleift.
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Auf der Strangleitung STRL liegt entweder ein erstes Referenzpotential oder ein zweites Referenzpotential an. Die Steuereinheit M und die Busknoten N1, N2 sind jeweils mit einem ersten Referenzpotential und mit einem zweiten Referenzpotential verschaltet.
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Die seriellen Ausgänge OUT liegen in einem ersten Zustand auf dem ersten Referenzpotential oder in Nähe des ersten Referenzpotentials oder in einem zweiten Zustand auf dem zweiten Referenzpotential oder in Nähe des zweiten Referenzpotentials.
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Die Busknoten N1 und N2 weisen an den seriellen Ausgängen OUT jeweils einen integrierten Terminierungswiderstand auf, um die Busleitung B1, B2 abzuschließen, sofern der serielle Ausgang OUT nicht verschaltet ist.
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Die Busknoten N1, N2 sind eingerichtet, mittels des Prozessors das Potential des seriellen Ausgangs OUT zu überwachen und bei einem Potentialwechsel den Terminierungswiderstand mit der Busleitung B1, B2 zu verbinden oder von der Busleitung B1, B2 zu trennen.
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Des Weiteren umfasst die Schaltungsanordnung 10 eine erste elektrische Einheit D1 und eine zweite elektrische Einheit D2. Die elektrischen Einheiten D1 und D2 weisen jeweils einen Signalanschluss SAN2 auf. Bei der ersten elektrischen Einheit D1 und bei dem ersten Knoten ist der Signalanschluss SAN2 bidirektional ausgebildet. Bei der zweiten elektrischen Einheit D2 ist der Signalanschluss SAN2 als Ausgang ausgebildet.
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Es versteht sich, dass die jeweiligen Signalanschlüsse SAN2 der elektrischen Einheiten D1 und D2 und die jeweiligen Signalanschlüsse SAN1 der Busknoten N1 und N2 sich sowohl als Eingänge oder als Ausgänge oder bidirektional ausbilden lassen.
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Der erste Busknoten N1 weist zusätzlich zu dem steuereinheitsseitigen Busanschluss einen elektrischen einheitsseitigen Busanschluss für den Anschluss einer dritten Busleitung B3 und einer vierten Busleitung B4, wobei die dritte Busleitung B3 und die vierte Busleitung B4 nicht unmittelbar d.h. direkt mit der ersten Busleitung B1 und mit der zweiten Busleitung B2 verschaltet sind.
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Hierdurch lassen sich elektrische Einheiten einfacher mittels der Steuereinheit M überwachen und steuern. Hierbei weist die erste elektrische Einheit zwar einen Busanschluss auf, jedoch ist der Busanschluss nur über einen Busknoten anschließbar. Serielle Anschlüsse für die Verbindung mit der Strangleitung STRL fehlen sowohl bei der ersten elektrischen Einheit D1 als auch bei der zweiten elektrischen Einheit D2.
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Bei der ersten elektrischen Einheit D1 ist der Signalanschlusses SAN2 mit dem Signalanschluss SAN1 des ersten Busknotens N1 und bei der zweiten elektrischen Einheit D2 ist der Signalanschlusses SAN2 mit dem Signalanschluss SAN1 des zweiten Busknotens N2 verschaltet.
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Die elektrischen Einheiten D1 und D2 sowie die Busknoten N1 und N2 stellen jeweils separate Einheiten dar, die räumlich von den Busknoten N1 und N2 getrennt sind.
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In der Abbildung der 2 ist eine zweite Ausführungsform der Schaltungsanordnung 10 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Ausführungsform wie in der 1 dargestellt und erläutert.
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Die Steuereinheit weist eine zweite Kommunikationsschnittstelle KOM2 auf. Vorzugsweise ist die zweite Kommunikationsschnittstelle KOM2 als Computerschnittstelle ausgebildet. Indem zwei Kommunikationsschnittstellen vorhanden sind, lässt sich die erste Kommunikationsschnittstelle KOM1 als standardisierte Busschnittstelle zum Anschluss an einen LIN oder CAN Bus und die zweite Schnittstelle beispielsweise als USB Schnittstelle oder als LAN Schnittstelle ausbilden.
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An dem Bus ist ein dritter Busknoten N3 ausgebildet. Der dritte Busknoten N3 weist eine Busschnittstelle zum Anschluss an die Busleitung B1 und B2 mit der Steuereinheit M und einen elektrischen einheitsseitigen Busanschluss zum Anschluss mittels der beiden Busleitungen B3 und B4 mit einer dritten elektrischen Einheit D3 auf.
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Außerdem weist der dritte Busknoten N3 einen Signalanschluss SAN1, einen seriellen Eingang IN und einen seriellen Ausgang OUT auf. Der Signalanschluss SAN1 des dritten Busknotens N3 ist bidirektional ausgebildet.
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Bei der ersten elektrischen Einheit D1 ist die Signalschnittstelle SAN2 als Ausgang ausgebildet. Entsprechend ist die Signalschnittstelle SAN1 des ersten Busknotens N1 als Signaleingang ausgebildet.
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Bei der zweiten elektrischen Einheit D2 ist die Signalschnittstelle SAN2 als Eingang ausgebildet. Entsprechend ist die Signalschnittstelle SAN1 des zweiten Busknotens N2 als Signalausgang ausgebildet.
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Die dritte elektrische Einheit D3 weist eine bidirektionale Signalschnittstelle SAN2 auf. Bei der dritten elektrischen Einheit D3 ist die bidirektionale Signalschnittstelle SAN2 mittels einer Signalleitung mit dem Signalanschluss SAN1 des dritten Busknoten N3 verschaltet.
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Es lassen sich eine beliebige Zahl von Busknoten N4 - Nn an die Steuereinheit M anschließen. Begrenzend wirkt hier nur der Adressraum bei der Steuereinheit M.
